TÌM HIỂU GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG CẦU BTCT CŨ BẰNG THANH COMPOSIE VÀ NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CHO CẦU CHÂU Ổ KM1036+275 QUỐC LỘ 1
Lý do chọn đề tài
Quốc lộ 1 là tuyến đường giao thông huyết mạch xuyên suốt chiều dài đất nước, đi qua hầu hết các trung tâm, vùng kinh tế lớn với tổng chiều dài khoảng 2300 Km đường và hơn 900 cây cầu lớn nhỏ (phần lớn trong đó là những cây cầu được xây dựng trước năm 1975). Trải qua hàng chục năm khai thác, Quốc lộ 1 đã trải qua nhiều lần đầu tư xây dựng, mở rộng, sửa chữa để đảm bảo khả năng khai thác của đường và hệ thống cầu BTCT cũ trên tuyến.
Hiện nay Quốc lộ 1 đang được xây dựng mở rộng lên 04 làn xe cơ giới, phấn đấu đến năm 2016 hoàn thành. Do đó để tiết kiệm kinh phí và thời gian, Bộ Giao thông vận tải đã có công văn chỉ đạo phải tận dụng các cầu hiện hữu trên tuyến và xây dựng cầu mới bên cạnh, trong trường hợp khó khăn mới cho xây dựng mới thay thế cầu cũ.
Vì vậy vấn đề sửa chữa gia cố, tăng cường tải trọng các cầu BTCT cũ là nhu cầu bức thiết của Ngành giao thông nói chung và đối với Cục Quản lý Đường bộ III nói riêng (đơn vị quản lý đoạn QL1 từ Đà nẵng đến Khánh Hòa). Như vậy, cần thiết phải nghiên cứu đánh giá hiệu quả các biện pháp gia cường cầu BTCT cũ hiện đang được sử dụng. Hiện nay các dự án sửa chữa cầu do Cục QLĐB III quản lý chủ yếu gia cường dầm BTCT bằng phương pháp dán tấm sợi composite còn một số cầu gia cường bằng căng cáp DƯL ngoài.
Vật liệu cốt sợi Composite ra đời với đặc tính bền vững trong môi trường muối, axít nhất là xây dựng công trình ở các vùng ven biển, hải đảo lại có tính năng chịu lực cao hơn thép, dễ tạo hình, thân thiện môi trường, có khả năng thay thế một phần thép trong kết cấu bê tông cốt thép. Do đó, học viên mạnh dạn “Tìm hiểu giải pháp gia cường cầu BTCT cũ bằng thanh composite và nghiên cứu áp dụng cho cầu Châu Ổ, Km1036+275, QL1, tỉnh Quảng Ngãi’ là cần thiết và theo học viên tương lai không xa sẽ áp dụng thanh composite này.
Mục tiêu nghiên cứu
– Đánh giá được hiện trạng hư hỏng, sức chịu tải của hệ thống cầu trên tuyến Quốc lộ 1 thuộc địa bàn Cục QLĐB III.
– Đánh giá tổng quan các biện pháp đã được áp dụng.
– Nghiên cứu các đặc trưng cơ học, cấu tạo vật liệu Composite.
– Nghiên cứu biện pháp gia cường cầu BTCT cũ bằng thanh composite để áp dụng cho hệ thống các cầu yếu trên tuyến.
– Nghiên cứu áp dụng cho cầu Châu Ổ, Km1036+275, QL1, tỉnh Quảng Ngãi .
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
– Hệ thống cầu trên tuyến quốc lộ 1- Thuộc địa bàn Cục QLĐB III.
– Các biện pháp gia cường sửa chữa đã được áp dụng: PP dán bản thép, PP căng cáp dự ứng lực ngoài, PP dán tấm sợi composite.
– Lý thuyết tính toán kết cấu BTCT gia cường bằng vật liệu Composite.
– Nghiên cứu sử dụng thanh Composite thay thế cáp dự ứng lực căng ngoài trong việc sửa chữa và gia cường cầu cũ đã xuống cấp: Cầu Châu Ổ, Km 1036+275, Quốc lộ 1 – tỉnh Quảng Ngãi.
– Một số ứng dụng khác của thanh composite.
Phương pháp nghiên cứu
– Phương pháp nghiên cứu chủ yếu là lý thuyết.
– Thu thập số liệu, nghiên cứu đánh giá hiện trạng hư hỏng của hệ thống cầu từ đó đề xuất giải pháp gia cường cụ thể cho từng đối tượng hư hỏng.
– Nghiên cứu áp dụng cụ thể việc sử dụng thanh Composite so với Cáp dự ứng lực ngoài ở công trình thực tế: Sửa chữa cầu Châu Ổ, Km 1036+275, Quốc lộ 1 – tỉnh Quảng Ngãi.
Kết cấu luận văn gồm các phần:
Luận văn gồm những nội dung chính như sau:
Chương 1: Hiện trạng các cầu trên tuyến QL1A thuộc địa bàn Cục QLĐB III quản lý
1.1 Hiện trạng các cầu trên tuyến QL1A từ Đà Nẵng đến Khánh Hòa do Cục quản lý Đường bộ III quản lý.
1.2 Các dạng hư hỏng thường thấy trên các cầu BTCT và BTCT DƯL trên tuyến QL1A
1.3 Sơ lược các giải pháp gia cường phổ biến được áp dụng cho các cầu yếu.
Chương 2: Lý thuyết tính toán khi gia cường cầu BTCT cũ bằng vật liệu composite
2.1 Tổng quan về lịch sử hình thành và phát triển của vật liệu cốt sợi Composite
2.2. Cấu tạo và Các đặc trưng của vật liệu cốt sợi Composite
2.3. So sánh vật liệu cốt sợi Composite với vật liệu xây dựng truyền thống
2.4. Lý thuyết tính toán của giải pháp gia cường bằng vật liệu composite
Chương 3: Các nghiên cứu thực nghiệm áp dụng thanh composite để gia cường công trình dầm cầu BTCT
3.1. Sử dụng thanh composite cốt sợi cac bon để tăng cường khả năng chịu lực của dầm bê tông cốt thép
3.2. Các ứng dụng thanh composit trong xây dựng và gia cường công trình cầu
Chương 4: Nghiên cứu ứng dụng ở công trình: Sửa chữa cầu Châu Ổ, Km1036+275, QL1, tỉnh Quảng bằng thanh composite
4.1. Hiện trạng cầu Châu Ổ, Km 1036+275, Quốc lộ 1, tỉnh Quảng Ngãi
4.2. Tính toán sức chịu tải của dầm BTCT cũ theo tải trọng khai thác
4.3. Sửa chữa, gia cường dầm BTCT bằng cáp dự ứng lực ngoài
4.4. Sửa chữa, gia cường dầm BTCT bằng thanh composite
4.5. Phân tích, so sánh hai phương án.
Tài liệu tham khảo
CHƯƠNG 1
HIỆN TRẠNG CÁC CẦU TRÊN TUYẾN QL1A
THUỘC ĐỊA BÀN CỤC QUẢN LÝ ĐƯỜNG BỘ III QUẢN LÝ
1.1. HIỆN TRẠNG CÁC CẦU TRÊN TUYẾN QL1A TỪ ĐÀ NẴNG ĐẾN KHÁNH HÒA DO CỤC QUẢN LÝ ĐƯỜNG BỘ III QUẢN LÝ
Theo Bảng thu thập thống kê các cầu trên các tuyến Quốc Lộ Quý I năm 2014 do Cục quản lý đường bộ III quản lý từ Đà Nẵng đến Khánh Hòa và các tỉnh Tây nguyên có đến: 177 cầu QL1A, 11 cầu QL1D, 101 cầu đường Hồ Chí Minh, 19 cầu QL14, 17 cầu QL14G, 38 cầu QL19, 39 cầu QL 26.
Chỉ tính riêng hiện trạng về hệ thống cầu trên tuyến quốc lộ 1 đi qua các tỉnh thành: Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên và Khánh Hòa như sau: Toàn tuyến QL1 đoạn từ Đà Nẵng đến Khánh Hòa dài khoảng 600 Km (Km910-Km1524). Hiện nay Hệ thống cầu trên đoạn tuyến này đang khai thác do Cục QLĐB III quản lý có: 177 cầu bao gồm các cầu BTCT thường, BTCT DƯL và cầu dầm I hoặc dàn thép bản BTCT liên hợp với tổng chiều dài là 14.908,73 mét dài, cụ thể:
– Cầu BTCT DƯL: 66 cầu (chiếm tỉ lệ: 37,29%) với tổng chiều dài 10.276,22 mdài (chiếm tỉ lệ: 68,93%)
– Cầu BTCT: 73 cầu (chiếm tỉ lệ: 41,24%) với tổng chiều dài 2.955,84 mdài (chiếm tỉ lệ: 19,83%)
– Cầu dầm hoặc dàn thép liên hợp bản BTCT: 38 cầu (chiếm tỉ lệ: 21,47%) với tổng chiều dài là 1.676,67 mdài (chiếm tỉ lệ: 11,24%).
Bảng 1.1. Tổng hợp các cầu trên tuyến QL1 đoạn trên địa bàn Cục QLĐB III
| TT | Loại cầu | Số lượng | Tỷ lệ | Chiều dài | Tỷ lệ |
| 1 | Cầu BTCT thường | 73 | 41.24% | 2.955,84 | 19.830% |
| 2 | Cầu BTCT DƯL | 66 | 37.29% | 10.276,22 | 68.93% |
| 3 | Cầu dầm thép liên hợp bản BTCT | 38 | 21.47% | 1.676,67 | 11.24% |
| Tổng cộng các loại | 177 | 100.0% | 14.908,73 | 100.0% |
Hình 1.1. Biểu đồ thể hiện tỷ lệ các loại cầu
Dựa trên số liệu hiện trạng của hệ thống cầu trên tuyến QL1 đã nêu trên, Hiện nay hiện trạng và sức chịu tải của các cầu trên tuyến như sau:
– Số lượng cầu tải trọng khai thác 25T : 87/177 cầu chiếm 49,15%
– Số lượng cầu tải trọng khai thác 30T: 79/177 cầu chiếm 44,63%
– Số lượng cầu tải trọng khai thác H30-XB80: 11/177 cầu chiếm 6,2%.
Theo Bảng thống kê thấy tình trạng 79 cầu có tải trọng khai thác 25T đa số được xây dựng trước năm 1975 là các cầu yếu cần được gia cố, sửa chữa tăng cường. Việc các phương tiện có tải trọng vượt quá cấp tải trọng cho phép cũng như lưu lượng xe qua lại trên cầu lớn ảnh hưởng đến khả năng khai thác và tuổi thọ của các cầu BTCT nhịp giản đơn trên các tuyến quốc lộ.
1.2. CÁC DẠNG HƯ HỎNG THƯỜNG THẤY TRÊN CÁC CẦU BTCT VÀ BTCT DƯL TRÊN TUYẾN QL1A
Hư hỏng của các công trình cầu BTCT và BTCT DƯL thường biểu hiện như sau:
- 1.2.1. Hư hỏng do dầm bị võng, dịch chuyển vị trí
Dầm cầu bị võng hoặc bị dịch chuyển làm cho kích thước hình học của mặt cầu bị sai lệch nhiều. Cần phải có biện pháp hạn chế tải trọng, tốc độ và tải trọng qua cầu phải được tiến hành nhanh chóng.
Hình 1.2. Nhịp cầu An Tân Km1018+669 năm 2013 bị võng trước khi gia cố
- 1.2.2. Hư hỏng do phong hóa bê tông
Bê tông của các công trình ở sông nhất là vùng biển bị xói mòn do dòng chảy mạnh, do sự cuốn trôi của các vật thể rắn của nước. Biểu hiện trực tiếp của sự phá hủy này là ở chỗ tiếp xúc của bê tông, bề mặt bị mòn do bị cọ xát liên tục lặp đi lặp lại.
Sự mài mòn này rất nghiêm trọng trong khi lớp bề mặt bê tông ít cốt liệu cứng hoặc lớp vữa bị bỡ mủn. Sự va chạm của xe cộ, tàu bè nhất là khi chúng vượt ra ngoài khổ thông thuyền gây ra các vết xước, nứt vỡ bê tông làm hở cốt thép và từ đó cốt thép bị hư hại.
Dưới tác động của một số lớn lần thay đổi ứng lực, cốt thép có bị giảm yếu do mỏi.
Đây là dạng hư hỏng phổ biến nhất. Tùy thuộc vào cấu tạo công trình mà các vết nứt có thể xuất hiện ở nhiều dạng khác nhau.
a. Vết nứt do co ngót
Loại vết nứt này thường xuất hiện trong lớp bề mặt của bê tông do quá trình co ngót không đều. Nguyên nhân là do hàm lượng xi măng quá nhiều trong hỗn hợp bê tông, do đặc điểm của dạng kết cấu, do cách bố trí cốt thép không hợp vv…Dấu hiệu đặc trưng của các vết nứt co ngót là chúng phân bổ ngẫu nhiên không định hướng, chiều dài ngắn và nhỏ li ti. Các vết nứt co ngót có thể phát triển thành các vết nứt do lực.
b. Vết nứt nghiêng
Các thường vết nứt này thường xuất hiện ở bụng dầm do ứng suất chủ quá lớn. Chúng đặc biệt nguy hiểm trong các kết cấu dự ứng lực vì có thể giảm nhiều năng lực chịu tải.
c. Vết nứt dọc
Chúng xuất hiện ở chỗ tiếp giáp đáy bản mặt cầu giáp với phần sườn dầm, được coi là nguy hiểm vì giảm năng lực chịu tải của kết cấu nhịp. Nguyên nhân chính là do sai sót trong công nghệ chế tạo kết cấu.
Hình 1.3. Vết nứt tại nách dầm
d. Vết nứt ngang trong bản mặt cầu
Nguyên nhân do mô men uốn tạo ra quá lớn lúc cẩu dầm để lắp ghép, hoặc do dự ứng lực nén quá mạnh. Trong các dầm đơn giản thì trong quá trình khai thác, các vết nứt này có thể bị khép lại.
e. Vết nứt ngang trong bầu dưới ở vùng chịu kéo chứa cốt thép dự ứng lực
Vết nứt này chứng tỏ thiếu dự ứng lực, mất mát dự ứng suất quá nhiều do co ngót, từ biến của bê tông và mấu neo làm việc không bình thường. Các vết nứt này không làm giảm khả năng chịu tải tính toán của kết cấu nhịp nhưng có thể tạo điều kiện cho rỉ ăn mòn cốt thép dự ứng lực và giảm dần tuổi thọ của nó.
f. Vết nứt dọc trong bầu dầm chứa cốt thép dự ứng lực
Xuất hiện ngay trong những năm đầu khai thác cầu. Nguyên nhân là do biến dạng ngang lớn khi dự ứng lực nén mạnh bê tông và do co ngót bị cản trở. Hậu quả là rỉ nhanh và trầm trọng ở cốt thép dự ứng lực, các sản phẩm do gỉ tạo ra sẽ trương nở to thêm vết nứt, khiến gỉ càng nhanh hơn và sớm phá hoại kết cấu nhịp.
Hình 1.4. Cầu Sông Cái, Km1455+139, QL1A tỉnh Khánh Hòa
g. Vết nứt ngang ở đoạn đầu dầm
Xuất hiện do ứng suất cục bộ quá lớn ở bên dưới mấu neo cốt thép dự ứng lực. Phát triển trong thời kỳ đầu khai thác cầu.
h. Vết nứt ở bên trên thớt gối
Nguyên nhân là do cấu tạo cốt thép đặt ở đầu dầm không đủ và cấu tạo đầu dầm không hợp lý (neo đặt quá sát nhau, thớt gối ngắn,…Sự làm việc của thớt gối có ảnh hưởng đến loại vết nứt này. Nếu gối di động bị kẹt không hoạt động tốt sẽ gây ra các ứng lực phụ làm tăng các vết nứt này.
Hình 1.5. Các dạng vết nứt trong kết cấu nhịp cầu
1-Do co ngót 2-Nứt xiên 3- Nứt dọc tại chỗ tiếp giáp bản cánh và sườn dầm
4-Nứt ngang bản cánh trên 5-Nứt ngang bầu dầm dưới 6-Nứt dọc bầu dầm dưới 7-Nứt ở vùng sát gối 8-Nứt ngang ở đầu dầm
Có trên 90% các cầu dầm chữ T, khe co giãn bằng bản thép gây chấn động cục bộ đều bị hiện tượng này. Nứt vỡ do bê tông chất lượng kém, dầm không mở rộng tại vị trí gối nên lực ép cục bộ gây nứt vỡ.
Hình 1.6. Cầu Trà Quảng 1 Km1175+80, QL1A, tỉnh Bình Định Nứt vỡ bê tông cánh dầm
Hầu hết các cầu xây dựng trước những năm 1990 đều bị khuyết tật này (chiếm trên 90%). Các vị trí khuyết tật này phổ biến là các mối nối dọc hoặc dưới bản cánh đặc biệt là dầm biên do ống thoát nước kém hoặc nước mưa tạt.
Hình 1.7. Cầu Trà Quảng, Km1175+80, QL1A tỉnh Bình Định
Sự tróc mảng của bê tông trải rộng trên toàn bộ bề mặt của kết cấu và làm hư hại đến khả năng làm việc của kết cấu hoặc khi xét thấy nguy hiểm đến an toàn giao thông.
Hình 1.8. Cầu Ninh Đa, Km1418+770, QL1A tỉnh Khánh Hòa
1.3. SƠ LƯỢC CÁC GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG PHỔ BIẾN ĐƯỢC ÁP DỤNG CHO CÁC CẦU YẾU TRÊN TUYẾN
- 1.3.1. Gia cường bằng dán bản thép
Phương pháp này đã được thực hiện trên các cầu đường bộ và đường sắt của Việt Nam từ năm 1991 đến nay như: Cầu Bà Rén, cầu Trần Thị Lý và một số cầu trên tuyến đường sắt Bắc Nam.
Các dầm BTCT cũ có hư hỏng cục bộ như nứt, gỉ cốt thép, vỡ toác bê tông thì đều có thể dùng phương pháp này để tăng cường chịu mô men và để chịu cắt. Trước khi dán bản thép thông thường các vị trí dầm bê tông bị bong tróc, để lộ cốt thép hoặc dầm có nhiều khe nứt cần phải tiến hành sửa chữa như sau:
– Đục tẩy bỏ lớp bê tông bảo vệ bị hư hỏng, chải gỉ cốt thép, trát lại bằng vữa hay bê tông polymer như Sikamonotop 615HB. Nếu dầm có các vết nứt thì được vệ sinh sạch sẽ và bơm keo epoxy lấp đầy vết nứt.
– Dán một lớp bản thép dày 3 ÷ 10 mm lên đáy hoặc bề mặt bên của dầm chủ. Để đảm bảo khả năng chịu lực có thể dán chồng lên nhau hai đến ba lớp. Chất keo dán là keo gốc epoxy.
– Sơn phủ lên bản thép một lớp sơn đặc biệt để chống gỉ như sơn epoxy
Ưu điểm: Giá thành vật liệu và chí phí chế tạo, thi công lắp đặt thấp.
Nhược điểm:
– Lắp ghép cồng kềnh làm tăng tĩnh tải kết cấu.
– Mất nhiều thời gian thi công và nhân công do phải ngăn cầu, đảm bảo giao thông trên tuyến QL1 do phải lắp đặt hệ thống bu lông liên kết với các tấm bản thép lên đỉnh dầm. Hơn nữa việc khoan vào cánh dầm có thể làm ảnh hưởng đến kết cấu chịu lực của dầm. Công việc hàn thép tấm có thể xảy ra hiểm họa cháy nổ.
– Chịu sự ăn mòn dưới tác dụng của môi trường làm bản thép có hiện tượng gỉ, và có thể bị mất trộm. Hiện tượng này ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự dính kết giữa bản thép và bê tông do sự xuống cấp của lớp keo dính bám. Do đó yêu cầu thường xuyên kiểm tra theo dõi quá trình làm việc, bảo dưỡng các tấm bản thép, bu lông gây tốn thêm kinh phí.
Một số hình ảnh cầu cũ dán bản thép tăng cường
Hình 1.9. Cầu Bà Rén cũ Km 957+508, QL1A, tỉnh Quảng Nam
- 1.3.2. Gia cường bằng căng cáp DƯL ngoài
Trong khi phương pháp dán bản thép hay dán tấm sợi composite mang tính thụ động thì phương pháp DƯL-N bổ sung chủ động tạo ứng suất nén khép kín các vết nứt. Khi việc phát triển tiết diện bê tông bị giới hạn thì việc nâng cao khả năng chịu lực của tiết diện hoặc liên kết mở rộng mặt cầu bằng cáp DƯL-N đem lại kết quả mong muốn.
Biện pháp dự ứng lực ngoài được sử dụng như là một phương pháp để tăng cường và nâng cấp kết cấu bê tông nhằm cải thiện khả năng khai thác của kết cấu bê tông hiện hữu. Tương tự như các kết cấu bê tông dự ứng lực, giải pháp dự ứng lực ngoài có thể sử dụng để giảm hay chống lại việc hình thành vết nứt của bê tông. Nó cũng có thể sử dụng để giảm hay làm thu hẹp bề rộng vết nứt hiện hữu. Tác dụng của việc này làm tăng khả năng của kết cấu chống lại hiện tượng rỉ cốt thép. Biên độ ứng suất trong bê tông có thể giảm do đó tăng năng lực chịu mỏi của kết cấu. Sự hiện diện của độ võng quá mức trong các dầm bê tông có thể được loại bỏ hoàn toàn.
Nguyên lý cơ bản của thép dự ứng lực ngoài tương tự như đối với các kết cấu bê tông dự ứng lực thông thường, nghĩa là, việc sử dụng các lực dọc trục và mô men ngược dấu tải trọng làm tăng sức kháng uốn của dầm và nâng cao năng lực chống nứt. Các ảnh hưởng của nó cũng làm tăng cường khả năng chống cắt của kết cấu. Việc đánh giá chính xác khả năng chịu uốn và cắt của dầm bê tông sử dụng cáp dự ứng lực không dính bám trong và ngoài mặt cắt rất khó khăn. Lý do là lực trong cáp là một hàm số phụ thuộc vào đặc tính ứng xử của toàn bộ dầm hơn là phụ thuộc vào sự phân bố biến dạng trên một mặt cắt. Hiệu ứng thứ cấp, ví dụ như thay đổi độ lệch tâm của cáp dưới tác dụng biến dạng của dầm rất khó định lượng.
Hệ thống neo sử dụng trong DƯLN tăng cường tương tự như dầm BTCT DƯL căng sau thông thường, có thể yêu cầu cao hơn về mặt chống gỉ. Các neo của cáp DƯL N có thể cố định tại các bộ phận khác nhau của dầm cầu như tại khối đầu dầm, dầm ngang, sườn dầm hay bản cánh. Đối với các dầm BTCT hay BTCT DƯL, các tao cáp dự ứng lực có thể neo trực tiếp vào dầm ngang đầu dầm và các dầm ngang trung gian, nếu cần thì phải gia cố. Trong các dầm hộp, các neo có thể được bố trí bên trong lòng hộp để đảm bảo mỹ quan đồng thời tăng thêm được vài cấp độ bảo vệ đối với môi trường.
Các bó cáp thường có dạng thẳng hay gẫy khúc. Các điểm chuyển hướng thường được làm bằng thép hay bê tông cốt thép. Các đoạn cáp thẳng và ngắn cũng có thể được nghiên cứu áp dụng trong trường hợp có thể mà không cần tới ụ chuyển hướng. Cáp DƯL N gắn chặt vào tiết diện cấu kiện bê tông chỉ ở một số điểm trên chiều dài kết cấu. Các điểm gắn vào bê tông coi như liền khối với nó và là các điểm truyền lực của cáp DƯL N vào tiết diện.
Ưu điểm:
– Phương pháp có chi phí rẻ hơn so với các phương án khác đòi hỏi phải xây dựng lại các bộ phận chính. Các thiết bị được sử dụng khá gọn nhẹ và dễ sử dụng như kích, nêm neo, máy căng thủy lực.
– Phương pháp này kết hợp với liên tục hóa các nhịp có thể sẽ hợp lý về mặt giá thành và công nghệ.
– Cả sức kháng uốn và sức kháng cắt đều được tăng lên mà không làm tăng thêm tĩnh tải kết cấu.
– Cáp DƯL lộ ra bên ngoài kết cấu dầm nên có thể dễ dàng kiểm tra và bảo dưỡng, làm nâng cao độ tin cậy của kết cấu cũng như mất mát ứng suất hay hư hại dưới tác dụng của các va đập hay ăn mòn có thể đánh giá dễ dàng bằng việc kiểm tra đơn giản.
– Các tao cáp trong trường hợp cần thiết hoặc hư hỏng có thể thay thế hay thêm số tao cáp dễ dàng.
– Có thể tăng cường kết cấu bằng giải pháp cáp DƯL N mà ít ảnh hưởng lớn tới sự khai thác hiện tại của kết cấu.
Nhược điểm:
– Thi công đòi hỏi phải có không gian căng kéo cáp DƯLN.
– Cần nhiều thời gian và nhân công.
– Cần phải tiến hành khảo sát kỹ lưỡng, yêu cầu vật liệu dầm phải có cường độ tương đối cao mới phát huy hiệu quả của cáp DƯL.
– Việc thi công các ụ neo và ụ chuyển hướng có thể khó khăn trong một số trường hợp. Các chi tiết trong thiết kế cần phải chi tiết để đảm bảo không hư hại đến các kết cấu hiện hữu, đặc biệt là cáp dự ứng lực.
– Việc đánh giá sức kháng cắt của kết cấu dầm dự ứng lực khá khó khăn.
– Các giải pháp cấu tạo và bố trí thi công tại khu vực đầu dầm chịu lực cắt rất khó. Vì vậy có thể sử dụng giải pháp dự ứng lực ngoài cho việc tăng cường năng lực kháng mô men.
– Giải pháp tăng cường bằng dự ứng lực ngoài thường hay phải gặp khó khăn khi khu vực bố trí chật hẹp.
– Về hình thức áp dụng, một số các giải pháp sử dụng dự ứng lực ngoài có tính thẩm mỹ không cao và tạo ấn tượng về công trường được sửa chữa.
– Các cáp DƯL bên ngoài cũng chịu gỉ cốt thép do tác động của môi trường như hiện tượng xâm thực, có thể nước chảy từ trên mặt cầu xuống.
– Sử dụng dự ứng lực ngoài không có khả năng tự bảo vệ trước các tai nạn như va đập, lửa và phá hoại cố ý.
– Trong quá trình thiết kế và thi công đòi hỏi phải có sự cẩn thận và rất chi tiết. Trong quá trình thi công thực hiện căng cáp DƯL phải đảm bảo phân luồng lưu thông xe cộ qua lại trên cầu, nhất là QL1 rất khó khăn, nhiều khi phải căng cáp ban đêm.
– Hiệu quả của giải pháp này phụ thuộc vào việc kiểm soát các mất mát DƯL, công việc này đòi hỏi nhân công thực hiện có trình độ cao
Một số hình ảnh cầu cũ tăng cường bằng cáp DƯL ngoài
Hình 1.10. Cầu Châu Ổ cũ Km1036+275, QL1A, tỉnh Quảng Ngãi
- 1.3.3. Gia cường bằng dán tấm sợi composite
Để thay thế cho các phương pháp truyền thống như dán bản thép hay cáp DƯL ngoài, những năm gần đây, phương pháp tăng cường kết cấu sử dụng tấm FRP dán bên ngoài là một biện pháp tiên tiến.
Giải pháp này có thể sử dụng để nâng cao khả năng khai thác, tính bền cũng như là tăng cường độ của kết cấu bê tông. Việc tăng cường được tiến hành bằng vật liệu FRP dính kết với kết cấu bê tông thông qua sự dính bám của keo Epoxy.
Vật liệu FRP ứng dụng trong tăng cường kết cấu bê tông hiện hữu được sử dụng khá hữu hiệu và phổ biến. Các dạng ứng dụng được bố trí riêng biệt cho chịu mô men uốn, chịu lực cắt.
Trong tăng cường khả năng chịu uốn cho dầm bê tông cốt thép thường đối với các dầm hay bản chịu uốn, vật liệu FRP được dính bám với thớ chịu kéo của kết cấu với phương của các thớ song song với phương chịu lực chính.
Trong tăng cường khả năng chịu lực cắt đối với các kết cấu dầm hay cột, Vật liệu FRP được gắn với các mặt của kết cấu bê tông với hướng của các thớ song song với hướng ứng suất kéo chủ để làm việc tương tự như cốt thép đai. Vật liệu CFRP sử dụng hiệu quả nhất là khi được bọc lại hoàn toàn để tăng toàn diện khả năng chịu cắt. Lợi thế của vật liệu FRP dựa trên các đặc tính cơ bản là có cường độ cao, trọng lượng nhỏ, không gỉ, không dẫn điện và không nhiễm từ. Việc chế tạo FRP đưa ra cơ hội duy nhất cho sự phát triển hình dáng và các dạng mà có thể rất khó khăn hay không thể chế tạo tương đương với thép thường.
Ưu điểm:
– Không phá hoại kết cấu hiện hữu và dễ dàng thi công lắp đặt.
– Giảm thời gian ngừng khai thác công trình, trong quá trình thi công vẫn có thể lưu thông các phương tiện qua cầu hoặc cho phép lưu thông một cách hạn chế. Đây là điểm quan trọng nhất đối với các công trình cầu sửa chữa, đặc biệt là trên tuyến QL1.
– Hệ thống gia cường rất nhẹ, cường độ cao ứng với tỷ số khối lượng.
– Thời gian thi công nhanh và không bị ảnh hưởng nhiều bởi thời tiết.
– Không yêu cầu cần thiết thiết bị thi công nặng và đặc biệt.
– Hiệu quả gia cường rất cao do việc sử dụng vật liệu gia cường có cường độ cao.
– Khả năng chịu tác động môi trường tốt, giảm chi phí khai thác công trình (vật liệu không bị gỉ như biện pháp dán bản thép, cáp DƯL ngoài)
– Công trình sau khi gia cường gần như không ảnh hưởng đến kiến trúc ban đầu.
– Có thể thi công nơi diện tích nhỏ hẹp, áp dụng được tại những vị trí yêu cầu độ ẩm cao hoặc dưới nước mà không cần các biện pháp che chắn ( Gia cường mố trụ cầu…..)
Nhược điểm:
– Bất lợi trong trường hợp các công trình chịu nhiệt lớn hoặc trong các điều kiện sự cố có xuất hiện lửa.
– Giá thành vật liệu tương đối cao. Tuy nhiên, qua một số công trình đã được áp dụng thì tổng chi phí xây dựng khi áp dụng không tăng nhiều so với các biện pháp khác.
F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LUAN VAN 2015\LUAN VAN (VO VAN TRUONG)
