PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH LỰC CĂNG HIỆN CÓ
TRONG CÁC LOẠI CÁP DỰ ỨNG LỰC THÔNG QUA
VIỆC ĐO CHUYỂN VỊ CÁP
ThS. VŨ QUANG TRUNG
Bộ môn CTGT thành phố và Công trình cảng
Trường Đại học Giao thông Vận tải
Tóm tắt: Hiện nay trong công tác kiểm định, duy tu, sửa chữa và tăng cường các công
trình cầu cũ, một vấn đề cần đặt ra là phải xác định được khả năng dự trữ nội lực còn lại của
kết cấu, hay chính là phải đo được ứng suất biến dạng của kết cấu do tĩnh tải sinh ra. Thực tế
cho thấy thì việc xác định lực căng hiện có trong các sợi cáp dự ứng lực do tĩnh tải sinh ra là
việc làm hết sức cần thiết để xác định sức chịu tải thực chất của kết cấu.
Bài báo đề cập đến vấn đề phương pháp và thiết bị để đo lực căng hiện có trong các sợi
cáp dự ứng lực ở nước ta hiện nay.
Summary: One of the issues in verifying, maintenance, repairing, and strengthening old
bridges is to determine the reserved capacity of the remaining internal force of structures. In
other words, the relationship of the structures generated by static load should be measured. In
practice, it is necessary to determine the tensile force existing in pre-stressed cables
generated by static load in order to specify the real load capacity of the structures.
This paper mentions the methodology and equipment used to measure the tensile force
existing in pre-stressed cables used in Vietnam at present.
CT 2
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong công tác thực nghiệm, khi kiểm định để đánh giá năng lực làm việc thực tế của các
cầu cũ, do hiện nay chưa có một phương pháp cụ thể và có hiệu quả nào để đo ứng suất biến
dạng của kết cấu do tĩnh tải sinh ra, mà mới chỉ đo được ứng suất và biến dạng do hoạt tải sinh
ra trên kết cấu nhịp cầu.
Bởi vậy một thực tế cần phải tiến hành thực hiện đó là: xác định được khả năng dự trữ nội
lực còn lại của kết cấu, đo được biến dạng, ứng suất của kết cấu do tĩnh tải sinh ra. Thực tế cho
thấy ở một số sơ đồ kết cấu thuộc hệ động như cầu treo dây võng, cầu dây văng hay các kết cấu
được tăng cường cáp dự ứng lực ngoài hiện đang được khai thác, thì việc xác định lực căng hiện
có trong các sợi cáp (do tĩnh tải hay do dự ứng lực sinh ra) là việc làm rất cần thiết để xác định
sức chịu tải của kết cấu. Có như vậy mới nâng cao được tính chính xác và hiệu quả cho công tác
thực nghiệm trong kiểm định cầu. Hơn nữa trong công nghệ thi công bê tông cốt thép dự ứng
lực, thì việc kiểm tra liên tục sức căng của cốt thép từ lúc chế tạo các cấu kiện qua các giai đoạn
thi công là một việc làm cần thiết phục vụ cho công tác thi công đảm bảo đúng chất lượng.
Sau đây xin trình bày phương pháp và thiết bị để đo lực căng hiện có trong các sợi cáp dự
ứng lực
II. NGUYÊN LÝ CHUNG
Để đo được ứng suất trong các kết cấu do hoạt tải gây ra ta có thể dùng nhiều phương pháp
đo ứng suất khác nhau thông qua các dụng cụ đo biến dạng như cầu đo điện trở, các tenxomet
cơ học, tenxomet d©y rung (âm thanh)… Nhưng để đo đươc ứng suất trong các kết cấu do tĩnh
tải sinh ra là một vấn đề tương đối phức tạp. Đã có nhiều công trình nghiên cứu phương pháp đo
này như: khoan bê tông, hàn cắt các cấu kiện thép, phương pháp cÊu tróc vËt liệu... Nhưng vẫn
chỉ dừng lại ë phòng thí nghiệm, thực tế chưa có máy móc nào được chế tạo và ứng dụng ở hiện
trường cả ở trong và ngoài nước. Riêng trong các sợi cáp DƯL, ta có thể dùng phương pháp dán
lá điện trở lên các sợi bó thép và đọc số đo sau đó làm chïng hết cốt thép lại đọc số đo. Rồi lấy
hiệu của các số ®ọc mà tính ra trị số ứng suất. Cách đo này cũng chỉ được dïng trong phòng thí
nghiệm, không có ứng dông thực tế đối với các kết cấu vì nó không chính xác. Hiện nay ở một
số nước trên thế giới đã chế tạo và sử dụng một số thiết bị đo trong ph¹m vi này như: ThiÕt bị
đo ДΠC2 của Nga dùng để đo lực căng trong sợi cáp đường kính 15,2 mm, thiÕt bÞ SM55C hay
SM150C của Thụy Sỹ dùng cho cáp đường kình 4mm đến 12,7mm. Hầu hết các thiết bị đo này
đều dựa trên nguyên lý xác định lực căng của cáp trên cơ sở đo chuyển vị cáp.
CT 2
Trong nội dung của báo cáo này xin giíi thiệu nguyên lý và phương pháp đo đạc của thiÕt
bị.
III. NGUYÊN LÝ, CẤU TẠO VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO CỦA THIẾT BỊ
A. Nguyên lý (lý giải phương pháp đo)
Xuất phát từ nguyên lý: Một ứng lực N cần thiết để làm lệch cáp khỏi vị trí ban đầu của nó
tỷ lệ với sức căng T của cáp (hình 1).
C¸p
L/2 L/2
f
N
T
Hình 1.
Hay nói một cách khác với một lực tác dụng N nhất định thì chuyển vị f của cáp sẽ tỷ lệ với
sức căng T của cáp.
Do vậy thì với 1 lực tác dụng nhất định, nếu ta xác định được chuyển vị f của cáp thì có thể
đánh giá được sức căng T của cáp.
Trong thự tế quan hệ giữa N và T phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Qua các nghiên cứu thực
nghiệm cho thấy quan hệ giữa f và T có thể đánh giá theo công thức:
3
)1/f(K)1/f)(kT(2N ++=
trong đó: K và k là hằng số của việc kê chèn
l là nửa chiều dài của đoạn cáp
Với lý do đó, phương pháp đo này được sử dụng phải dựa trên một loạt các đường chuẩn
hay bảng chuẩn đã được xây dựng trước trong phòng thí nghiệm.
B. Nguyên lý cấu tạo
4
2
8
9
11
10
13
12 14
1
73
6
5
CT 2
Hình 2.
1. Đồng hồ bách phân kế, 2. Thanh cơ bản, 3. Thanh, 4. Thanh chống, 5. Móc cố định,
6. Vòng đệm, 7. Bộ gá đồng hồ, 8. Móc di động, 9. Vòng đệm, 10. Êcu đặt tải,
11. Đồng hồ bách phân kế, 12. Vòng đệm, 13. Êcu định vị, 14. Tay gạt
Đối với các thiết bị này chuyển vị của cáp được đánh giá qua chuyển vị giữa thanh 2 và
thanh 3. Lực tác dụng N đươc tạo bởi tay gạt 14 tạo ra 1chuyển vị cố định giữa hệ thanh 2 và 3
đối với sợi cáp. Khi đo ta dùng êcu 13 định vị thiết bị đo vào sợi cáp, chỉnh đồng hồ về số 0, gạt
tay gạt về vị trí đo, đọc số đọc trên đồng hồ. Sau đó căn cứ vào số đọc tra bảng chuẩn để suy ra
trị số ứng lực trong sợi cáp.
IV. NHẬN XÉT
Trên đây là một phương pháp, thiết bị khá đơn giản phù hợp với công tác đo đạc ở hiện
trường, nhưng phạm vi ứng dụng của thiết bị tương đối hẹp, chỉ thích hợp với các loại cáp có
đường kính nhỏ chưa đáp ứng được nhu cầu thực tế đề ra.
Ở nước ta hiện nay, trong công tác kiểm tra chất lượng các kết cấu công trình vẫn thường
được tiến hành theo phương pháp thông thường đó là chất tải lên kết cấu rồi đo một số đại
lượng cơ bản như ứng suất, chuyển vị, dao động kết cấu nhịp... Từ kết quả đó để đánh giá chất
lượng kết cấu. Phương pháp này thường cho độ tin cậy cao đối với kết cấu mới được xây dựng,
nhưng lại không an toàn đối với kết cấu cũ được khai thác, hơn nữa biện pháp thử tải thường
mất thời gian và chi phí tốn kém.
Do đó trong công tác thực nghiệm để kiểm tra chất lượng công trình xây dựng giao thông,
việc nghiên cứu chế tạo hay chuyển giao công nghệ đo đạc trong lĩnh vực xác định nội lực của
kết cấu do tĩnh tải sinh ra cần phải được quan tâm chú trọng hơn nữa.
Hiện tại cũng đã có các trung tâm, các viện nghiên cứu khoa học công nghệ, các trường đại
học trong nước đang quan tâm đến vấn đề này. Trong đó có trung tâm khoa học công nghệ
trường ĐH GTVT đang nghiên cứu để đi đến chế tạo thiết bị đo lực căng hiện có trong các cáp
DƯL. Đó chính là tiền đề trong công tác nghiên cứu chế tạo các thiết bị đo đạc. Trong lĩnh vực
kiểm tra chất lượng công trình ở nước ta hiện nay.
Tài liệu tham khảo
[1]. GS.TS Nguyễn Viết Trung. Khai thác, kiểm định sửa chữa tăng cường cầu, Trường ĐHGTVT, 2004.
[2]. Charles Abounur, docteur es siences và Bruno Godart, chef de Division, Ing, Div, Des, TPE. Theo
bài viết: Các phương pháp chuẩn đoán để đánh giá cầu. Đăng trên tạp chí: ANNALES DU BATIMENT
ET DES TRAVANUX PUBLIES. No 6 – December 1998♦
CT 2