Nghiên Cứu Phương Pháp Chẩn Đoán Hư Hỏng Cầu Bê Tông Cốt Thép Dự Ứng Lực

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích kỹ thuật xây dựng nghiên cứu chẩn đoán hư hỏng dầm cầu bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp giản đơn, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Nguyễn Văn Có
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Thị Bích Thủy
• Trường học: Đại học Quốc gia TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
• Đề tài: Nghiên Cứu Phương Pháp Chẩn Đoán Hư Hỏng Cầu Bê Tông Cốt Thép Dự Ứng Lực
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG TÁC QUẢN LÝ VÀ CHÂN ĐOÁN KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH CẦU
• 1.1. Tổng quan công tác quản lý cầu ở Việt Nam và trên Thế Giới
• 1.2. Công tác thử tải cầu
• 1.3. Một số sự cố sập cầu tại Việt Nam và trên Thế Giới
• 1.4. Một số vấn đề trong công tác kiểm định cầu hiện nay
• 1.5. Chân đoán, sự cần thiết chân đoán hư hỏng công trình cầu
• 1.5.1. Tổng quan về chân đoán công trình cầu
• 1.5.2. Nhận định về mức độ hư hỏng
• 1.6. Tình hình duy tu bảo dưỡng công trình cầu hiện nay
• 1.7. Bài toán chân đoán công trình
• 1.8. Nghiên cứu chân đoán cầu ở Việt Nam và trên thế giới
• 1.8.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam
• 1.8.2. Về mô hình hoá kết cấu
• 1.9. Các phương pháp thử nghiệm và xử lý số liệu đo
• 1.9.1. Các thuật toán nhận dạng hư hỏng
• 1.9.2. Xây dựng mô hình thực trạng của cầu
• 1.10. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: NHẬN DẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU NHỊP CẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP DAO ĐỘNG
• 2.1. Nhận dạng trạng thái hư hỏng cầu
• 2.2. Tiêu chuẩn bền vững dao động MAC của kết cấu
• 2.3. Kỹ thuật lặp trực tiếp
• 2.4. Phương pháp ma trận lỗi
• 2.5. Thuật toán xác định vị trí hư hỏng
• 2.6. Tổng quan về thiết lập mô hình cầu
• 2.6.1. Mô hình tính toán của một số dạng kết cấu nhịp cầu
• 2.6.2. Đặc trưng dao động và bài toán chân đoán kết cấu nhịp cầu
• 2.6.3. Cơ sở xác định các thông số dao động
• 2.6.4. Biểu diễn của hàm “FRF” đối với hệ cơ học
• 2.6.5. Xác định vị trí dao động tại các mode dao động
• 2.7. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CHÂN ĐOÁN HƯ HỎNG CẦU DẦM BTCT NHỊP GIẢN ĐƠN BẰNG CÁC THÔNG SỐ DAO ĐỘNG
• 3.1. Khảo sát trường hợp dầm BTCT nhịp giản đơn bị hư hỏng tại một số điểm
• 3.2. Thiết lập mô hình
• 3.2.1. Xác định mô hình thực trạng vật liệu dựa trên cơ sở dữ liệu (CSDL) của cầu
• 3.2.2. Xác định mô hình thực trạng kết cấu nhờ lý thuyết nhận dạng hệ cơ học
• 3.2.3. Xác định các thông số dao động
• 3.2.3.1. Dao động cưỡng bức
• 3.2.3.2. Xác định tần số riêng và hệ số cản
• 3.2.4. Xác định dạng dao động riêng
• 3.2.5. Phương pháp Kennedy - Pancu
• 3.2.6. Trực chân hoá dạng riêng
• 3.2.7. Cơ sở lý thuyết để xây dựng mô hình thực trạng kết cấu nhịp
• 3.2.8. Xác định vị trí hư hỏng bằng tương quan dạng dao động riêng tại điểm đo
• 3.2.9. Hệ thống dữ liệu nhận dạng hư hỏng
• 3.2.9.1. Khái niệm về cập nhật mô hình
• 3.2.9.2. Phương pháp trực tiếp
• 3.2.9.3. Phương pháp thống kê
• 3.2.9.4. Tiêu chuẩn lựa chọn mô hình phù hợp
• 3.2.10. Quy trình chân đoán kết cấu nhịp cầu bằng phương pháp dao động
• 3.3. Mô phỏng hư hỏng và hệ thống dữ liệu nhận dạng hư hỏng
• 3.3.1. Khái niệm mô phỏng hư hỏng
• 3.3.2. Nhận dạng trạng thái hư hỏng của kết cấu nhịp cầu
• 3.3.3. Chân đoán xác định vị trí bị nứt của kết cấu nhịp
• 3.3.4. Một số ứng dụng của Wavelet
• 3.3.5. Mô hình dầm có nhiều vết nứt
• 3.3.6. Mô hình liên tục của dầm có vết nứt
• 3.3.7. Mô hình phần tử hữu hạn của dầm có vết nứt
• 3.4. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT CÔNG TRÌNH CẦU THỰC TẾ, CẦU BÌNH THÀNH, GÒ CÔNG - TIỀN GIANG
• 4.1. Dữ liệu đầu vào
• 4.2. Tính toán xác định dao động riêng của kết cấu nhịp
• 4.3. Ứng dụng phương pháp biến đổi trên đường tròn
• 4.4. Lập sơ đồ đo và xác định vị trí gây kích động
• 4.5. Cách xử lý các số liệu lân cận tại các vị trí đo
• 4.6. Xác định vị trí hư hỏng bằng thông số dao động tại các mode dao động
• 4.6.1. Xét tương quan giữa hai trạng thái trên ta có hệ số tương quan
• 4.6.2. Khi không có sai số trong bộ đo dữ liệu đo
• 4.6.3. Khi có sai số trong bộ đo dữ liệu đo
• 4.7. Xây dựng đường trung bình
• 4.8. Biểu diễn đường trung bình cho các trạng thái hư hỏng, với sai số 12% đã qua xử lý
• 4.9. Đánh giá sự thay đổi biên độ dao động của kết cấu dưới tác dụng của động đất
• 4.10. Trình tự chân đoán kết cấu nhịp cầu bằng thông số dao động
• 4.10.1. Trong công tác kiểm tra thường xuyên đối với công trình cầu
• 4.10.2. Sử dụng phương pháp dao động trong chân đoán kết cấu nhịp
• 4.11. Kết luận chương 4
• PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Nghiên cứu phương pháp chẩn đoán hư hỏng cầu bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp giản đơn bằng phương pháp dao động

Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển một phương pháp chẩn đoán hư hỏng cầu bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp giản đơn bằng phương pháp dao động. Phương pháp này dựa trên việc phân tích các thông số dao động của cầu để xác định vị trí và mức độ hư hỏng.

1.1. Giới thiệu về phương pháp dao động

Phương pháp dao động là một kỹ thuật được sử dụng để phân tích các thông số dao động của một hệ thống. Trong nghiên cứu này, phương pháp dao động được sử dụng để phân tích các thông số dao động của cầu bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp giản đơn.

1.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp dao động

Cơ sở lý thuyết của phương pháp dao động dựa trên việc phân tích các thông số dao động của một hệ thống. Các thông số dao động này bao gồm tần số dao động, biên độ dao động và dạng dao động.

II. Xây dựng mô hình thực trạng của cầu

Mô hình thực trạng của cầu được xây dựng dựa trên các thông số dao động của cầu. Mô hình này được sử dụng để xác định vị trí và mức độ hư hỏng của cầu.

2.1. Xác định mô hình thực trạng vật liệu

Mô hình thực trạng vật liệu được xác định dựa trên các thông số vật liệu của cầu. Các thông số này bao gồm độ cứng, độ đàn hồi và độ bền.

2.2. Xác định mô hình thực trạng kết cấu

Mô hình thực trạng kết cấu được xác định dựa trên các thông số kết cấu của cầu. Các thông số này bao gồm hình dạng, kích thước và vị trí của các bộ phận kết cấu.

III. Ứng dụng của phương pháp dao động trong chẩn đoán hư hỏng cầu

Phương pháp dao động có thể được ứng dụng trong chẩn đoán hư hỏng cầu bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp giản đơn. Phương pháp này có thể giúp xác định vị trí và mức độ hư hỏng của cầu một cách chính xác.

3.1. Ưu điểm của phương pháp dao động

Phương pháp dao động có một số ưu điểm so với các phương pháp khác. Ưu điểm của phương pháp này bao gồm khả năng xác định vị trí và mức độ hư hỏng của cầu một cách chính xác.

3.2. Hạn chế của phương pháp dao động

Phương pháp dao động cũng có một số hạn chế. Hạn chế của phương pháp này bao gồm yêu cầu về thiết bị và kỹ thuật chuyên môn cao.

IV. Kết luận

Nghiên cứu này đã trình bày một phương pháp chẩn đoán hư hỏng cầu bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp giản đơn bằng phương pháp dao động. Phương pháp này có thể giúp xác định vị trí và mức độ hư hỏng của cầu một cách chính xác.

V. Tài liệu tham khảo

Dưới đây là danh sách các tài liệu tham khảo được sử dụng trong nghiên cứu này.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế mạnh mẽ, hệ thống cầu đường tại Việt Nam và trên thế giới đang phải đối mặt với áp lực vận tải ngày càng tăng, nhiều khi vượt quá tải trọng thiết kế cho phép. Theo thống kê, hơn 50% cầu trên thế giới có tuổi thọ trung bình trên 20 năm, trong đó khoảng 30% cầu có kết cấu yếu hoặc đã xuống cấp nghiêm trọng. Tại Việt Nam, nhiều công trình cầu bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCT Dự ứng lực) đã khai thác lâu năm, chịu ảnh hưởng của môi trường và thiếu hụt công tác duy tu bảo dưỡng thường xuyên, dẫn đến tình trạng hư hỏng và suy giảm khả năng chịu tải. Việc đánh giá, phân loại hiện trạng và xác định nguyên nhân hư hỏng là nhiệm vụ cấp thiết nhằm nâng cao hiệu quả khai thác, đảm bảo an toàn giao thông và kéo dài tuổi thọ công trình.

Mục tiêu chính của luận văn là nghiên cứu phương pháp chẩn đoán vị trí và mức độ hư hỏng của dầm cầu BTCT dự ứng lực nhịp giản đơn bằng phương pháp dao động. Phương pháp này dựa trên việc xác định các thông số dao động như tần số, biên độ và dạng dao động riêng của kết cấu để nhận dạng chính xác các dạng hư hỏng, từ đó đánh giá tình trạng làm việc của kết cấu cầu. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi các công trình cầu BTCT dự ứng lực tại Việt Nam, với dữ liệu khảo sát thực tế từ cầu Bình Thành, tỉnh Tiền Giang, trong giai đoạn 2015-2017. Ý nghĩa của đề tài thể hiện qua việc cung cấp công cụ hiệu quả cho công tác kiểm định, bảo trì và quản lý cầu, góp phần giảm thiểu chi phí vận hành và tăng cường an toàn giao thông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính:

1. Lý thuyết dao động kết cấu: Phương trình động học của kết cấu được mô hình hóa dưới dạng phương trình ma trận $M\ddot{x} + C\dot{x} + Kx = f(t)$, trong đó $M$, $C$, $K$ lần lượt là ma trận khối lượng, ma trận cản và ma trận độ cứng; $x$ là vector chuyển vị. Việc giải bài toán trị riêng $[K - \omega^2 M]\phi = 0$ cho phép xác định tần số dao động riêng và dạng dao động riêng của kết cấu. Sự thay đổi các tham số này phản ánh mức độ và vị trí hư hỏng.

2. Phương pháp nhận dạng hư hỏng dựa trên chỉ số MAC (Modal Assurance Criterion): Chỉ số MAC được sử dụng để so sánh sự tương quan giữa các dạng dao động riêng ở trạng thái bình thường và trạng thái có hư hỏng. Sự giảm sút giá trị MAC cho thấy sự xuất hiện của hư hỏng trong kết cấu. Ngoài ra, phương pháp ma trận lỗi và kỹ thuật lặp trực tiếp được áp dụng để xác định tham số thiệt hại và vị trí hư hỏng.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: dầm cầu BTCT dự ứng lực, tần số dao động riêng, biên độ dao động, chỉ số MAC, mô hình phần tử hữu hạn, thuật toán nhận dạng hư hỏng, và phương pháp dao động cưỡng bức.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ khảo sát thực tế tại cầu Bình Thành, tỉnh Tiền Giang, bao gồm số liệu dao động thực nghiệm đo tại nhiều điểm trên dầm cầu dưới tác động tải trọng điều hòa và tải trọng động đất. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm các điểm đo dao động tại các vị trí khác nhau trên dầm cầu, đảm bảo độ tin cậy và đại diện cho toàn bộ kết cấu.

Phương pháp phân tích sử dụng mô hình phần tử hữu hạn để mô phỏng kết cấu dầm cầu, kết hợp với thuật toán lặp trực tiếp và kỹ thuật khai triển ma trận SVD để giải bài toán xác định vị trí và mức độ hư hỏng dựa trên sự thay đổi các thông số dao động riêng. Quá trình nghiên cứu được thực hiện theo timeline từ tháng 01/2017 đến tháng 06/2017, bao gồm các bước: tổng quan lý thuyết, xây dựng mô hình, thu thập và xử lý số liệu, phân tích kết quả và đề xuất quy trình chẩn đoán.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xác định tần số dao động riêng và biên độ dao động: Kết quả đo thực tế tại cầu Bình Thành cho thấy tần số dao động riêng thứ ba của dầm cầu là khoảng 3.5 Hz với biên độ dao động tại điểm đo trung bình đạt 0.002 m. Khi mô phỏng hư hỏng 10% tại phần tử số 10, tần số dao động giảm khoảng 5%, biên độ dao động tăng lên 0.0025 m, phản ánh sự thay đổi rõ rệt do hư hỏng.

2. Chỉ số MAC giảm đáng kể khi có hư hỏng: So sánh dạng dao động riêng giữa trạng thái bình thường và trạng thái hư hỏng 10% cho thấy chỉ số MAC giảm từ 0.98 xuống còn 0.85, chứng tỏ sự xuất hiện hư hỏng ảnh hưởng đến tính đồng nhất của dạng dao động.

3. Vị trí hư hỏng được xác định chính xác: Thuật toán lặp trực tiếp và ma trận lỗi đã xác định vị trí hư hỏng tại phần tử số 10 với sai số dưới 12%, phù hợp với mô hình thực trạng và số liệu thực nghiệm.

4. Ảnh hưởng của mức độ hư hỏng đến hệ số K_g và K_y: Khi mức độ hư hỏng tăng từ 10% lên 50%, hệ số K_g giảm từ 0.9 xuống 0.5, hệ số K_y giảm tương ứng, cho thấy sự suy giảm độ cứng và khả năng chịu tải của kết cấu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các thay đổi trên là do hư hỏng làm giảm độ cứng cục bộ của kết cấu, dẫn đến sự thay đổi tần số và dạng dao động riêng. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về chẩn đoán hư hỏng cầu bằng phương pháp dao động, đồng thời khẳng định tính hiệu quả của phương pháp trong điều kiện thực tế tại Việt Nam. Việc sử dụng chỉ số MAC và thuật toán lặp trực tiếp giúp phát hiện sớm các hư hỏng nhỏ mà các phương pháp truyền thống khó nhận biết. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tần số dao động riêng, biểu đồ biến đổi chỉ số MAC và bảng hệ số tương quan hư hỏng, giúp trực quan hóa mức độ và vị trí hư hỏng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống giám sát dao động thường xuyên: Thiết lập mạng lưới cảm biến dao động trên các cầu BTCT dự ứng lực nhịp giản đơn để thu thập dữ liệu liên tục, giúp phát hiện sớm hư hỏng và theo dõi tình trạng kết cấu theo thời gian. Thời gian thực hiện: 1-2 năm; Chủ thể: Sở Giao thông Vận tải và các đơn vị quản lý cầu.

2. Áp dụng phương pháp dao động trong kiểm định định kỳ: Kết hợp phương pháp dao động với các phương pháp kiểm định truyền thống để nâng cao độ chính xác trong đánh giá hiện trạng cầu, đặc biệt là các cầu có tuổi thọ trên 20 năm. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng; Chủ thể: Trung tâm Kiểm định công trình giao thông.

3. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật viên: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về kỹ thuật đo đạc, xử lý số liệu dao động và phân tích hư hỏng kết cấu cho cán bộ kỹ thuật nhằm đảm bảo chất lượng công tác chẩn đoán. Thời gian thực hiện: 1 năm; Chủ thể: Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM và các viện nghiên cứu.

4. Phát triển phần mềm hỗ trợ phân tích và mô phỏng: Xây dựng phần mềm chuyên dụng tích hợp thuật toán nhận dạng hư hỏng dựa trên dữ liệu dao động, giúp tự động hóa quá trình phân tích và đưa ra kết luận nhanh chóng, chính xác. Thời gian thực hiện: 2 năm; Chủ thể: Các đơn vị nghiên cứu và phát triển công nghệ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên gia kiểm định cầu: Luận văn cung cấp phương pháp và công cụ mới giúp nâng cao hiệu quả kiểm định, phát hiện sớm hư hỏng, từ đó đưa ra các biện pháp bảo trì phù hợp.

2. Các nhà quản lý giao thông và cơ quan quản lý cầu: Thông tin nghiên cứu giúp hoạch định chính sách duy tu bảo dưỡng, phân bổ nguồn lực hợp lý, đảm bảo an toàn giao thông và kéo dài tuổi thọ công trình.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng công trình giao thông: Tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết dao động kết cấu, phương pháp phân tích và ứng dụng thực tiễn trong chẩn đoán hư hỏng cầu.

4. Các nhà nghiên cứu phát triển công nghệ giám sát kết cấu: Cung cấp cơ sở lý thuyết và dữ liệu thực nghiệm để phát triển các thuật toán, thiết bị và phần mềm giám sát sức khỏe kết cấu (SHM) hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp dao động có ưu điểm gì so với các phương pháp kiểm định truyền thống?
   Phương pháp dao động không phá hủy, có thể phát hiện hư hỏng ở các bộ phận ẩn khuất, cho phép đánh giá toàn diện trạng thái kết cấu dựa trên các thông số động học như tần số và dạng dao động riêng. Ví dụ, chỉ số MAC giúp nhận biết sự thay đổi dạng dao động khi có hư hỏng.

2. Dữ liệu dao động được thu thập như thế nào trong thực tế?
   Dữ liệu được thu thập bằng các cảm biến gia tốc hoặc vận tốc gắn trên kết cấu cầu, dưới tác động của tải trọng điều hòa hoặc tải trọng tự nhiên như xe chạy và động đất. Tại cầu Bình Thành, dữ liệu được đo tại 3-5 điểm trên dầm cầu.

3. Phương pháp này có thể áp dụng cho các loại cầu khác không?
   Phương pháp chủ yếu áp dụng cho cầu dầm BTCT dự ứng lực nhịp giản đơn, nhưng có thể mở rộng cho các loại cầu khác với mô hình phần tử hữu hạn phù hợp và điều chỉnh thuật toán nhận dạng hư hỏng.

4. Độ chính xác của phương pháp chẩn đoán hư hỏng như thế nào?
   Nghiên cứu cho thấy vị trí hư hỏng được xác định với sai số dưới 12%, mức độ hư hỏng được đánh giá tương đối chính xác qua sự thay đổi hệ số K_g và K_y, phù hợp với yêu cầu kiểm định thực tế.

5. Làm thế nào để xử lý sai số trong dữ liệu đo đạc?
   Phương pháp sử dụng kỹ thuật thống kê và thuật toán lọc như kỹ thuật lặp trực tiếp kết hợp khai triển ma trận SVD để giảm thiểu ảnh hưởng của sai số, đảm bảo kết quả phân tích tin cậy. Ví dụ, sai số 12% trong dữ liệu vẫn cho phép xác định vị trí hư hỏng chính xác.

Kết luận

• Luận văn đã nghiên cứu thành công phương pháp chẩn đoán hư hỏng dầm cầu BTCT dự ứng lực nhịp giản đơn dựa trên các thông số dao động, bao gồm tần số, biên độ và dạng dao động riêng.
• Phương pháp sử dụng chỉ số MAC và thuật toán lặp trực tiếp giúp xác định chính xác vị trí và mức độ hư hỏng với sai số dưới 12%.
• Kết quả nghiên cứu được kiểm chứng bằng dữ liệu thực tế từ cầu Bình Thành, tỉnh Tiền Giang, cho thấy tính ứng dụng cao trong điều kiện Việt Nam.
• Đề xuất quy trình chẩn đoán và các giải pháp triển khai nhằm nâng cao hiệu quả công tác kiểm định, bảo trì cầu, góp phần đảm bảo an toàn giao thông và kéo dài tuổi thọ công trình.
• Các bước tiếp theo bao gồm phát triển phần mềm hỗ trợ, đào tạo nhân lực và triển khai hệ thống giám sát dao động thường xuyên trên các công trình cầu trọng điểm.

Quý độc giả và các đơn vị quản lý cầu được khuyến khích áp dụng phương pháp này để nâng cao chất lượng kiểm định và bảo trì công trình giao thông.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TONG QUAN CONG TAC QUAN LY V_ CHAN DOAN KY THUAT CONG TRINH CAU.1 Tổ g quan công tac quả ý cầu ở Việt Nam và trê T é Giới.1 Tầm quan trọng của công tác quản lý, bảo dưỡng câu. Duy trì cơ sở hạ tang là một trong những van dé đặc biệt quan trọng trong sự phát triển kinh tế của một quốc gia. Thực hiện một kế hoạch bảo trì sẽ kéo dài tu ¡ thọ của công trình, giảm thiểu chi phí đầu tư công trình mới, như vậy bảo trì công trình cầu là một trong những nhiệm vụ hết sức quan trọng trong hệ thống giao thông hiện nay, bên cạnh việc dau tư công trình mới. Hang năm khối lượng vận chuyển hang hóa không ngừng tăng lên, lượng xe chạy càng nhiêu, tỉ lệ xe nặng càng lớn, do đó đường sá và công trình cầu càng chịu tác dụng nhiều của tải trọng xe.

Hơn nữa, các yếu tô khí hậu thường xuyên tác dụng lên công trình cau làm cho chất lượng cau không n định, tạo điều kiện cho việc phát sinh các hiện tượng biến dạng, hư hỏng. Một vấn đề cơ bản cần lưu ý là không có một công trình cầu nào tôn tại tốt được vĩnh viễn dù đã được xây dựng dat chất lượng cao. Những công trình cau có lớp kết cau ở cấp hang cao cũng không thoát khỏi thông lệ này. Có thé nói rằng, tat cả công trình cầu vừa mới làm xong đã bắt đầu suy giảm chất lượng vì những tác hại của cường độ vận chuyền, các nhân tố thiên nhiên.

Với khí hậu nhiệt đới và xích đạo, nhất là đối với các công trình cầu có kêt cau bê tông cốt thép, quá trình suy giảm này thường diễn ra một cách nhanh chóng. Chỉ có sự quản lý cần thận, chăm sóc liên tục mới hạn chế quá trình suy giảm chất lượng trong quá trình khai thác. Việc xem nhẹ vai trò của công tác bảo dưỡng sửa chữa công trình cau sẽ đối mặt với những chi phí lớn hơn rất nhiều vì phải sửa chữa lớn hoặc xây dựng lại. Hiện nay ở Việt Nam cũng như trên thế giới, số lượng các công trình cầu cũ đang chiếm phân lớn, hơn 50% cầu trên thé giới có tu i thọ trung bình trên 20 năm như vậy bài toán đặt ra là đâu tư xây dựng mới hay duy tu bảo dưỡng các công trình hiện có đánh giá đựa trên tính kinh tế và thời gian, việc duy tu bảo dưỡng được ưu tiên hàng đâu.

Do đó việc cần làm trước mắt là phải đâu tư công tác duy tu bảo dưỡng nhăm 20 sớm phát hiện được các dấu hiệu bất thưởng của công trình cầu từ đó đề ra phương pháp giải quyết giảm thiểu tối đa chi phí, it ảnh hưởng đến kết cau nhất. Ở các nước phát triển hầu hết công trình cầu đã được xây dựng phan lớn từ thé kỹ trước tính đến thời gian hiện tại tu ¡ thọ các công trình này đã bắt đầu qua 20 năm sử dụng vì vậy vấn đề lớn đặt ra là công tác kiểm định, khai thác, chân đoán khả năng chịu tai của công trình câu phải đặt lên hang dau.1 Thống kê cầu ở Nhật (04/2013) P 4 oicô gtrì Số ượ gxetru g bì ; Số cầu trê đườ gb uut 6 gtro ø24 /Cau 9,068 27,884 Duong Tinh 100,152(14.7%) 4,941 Tổ ge g 679,534(100%) --- LÌ : Over 50 years [| | : Under 50 years Hình 1.1 Thống kê cầu ở Nhật (04/2013) Khả năng hoạt động/ Độ bên Ạ $6 xe trung bình hanz nzay Khong nut Dữ liệu khách quan (ngan xe) „Có vất nứt đề bao tn cau 210 Om @» 8-10 ie ou © "+ CÓ) @ bomden --------~, Đánh gia khách quan đựa trên 68 Ow |O ms o=bÐ-ke»les Anh nghiệm của các ky sư 46 œ» = ' at 24 @-®-« DD) 0 apo = 02 © = O= ¬ - -10 1020 20-30 3240 40-50 >50 Tuổi công trình Hình 1.2 Sự suy giảm khả năng chịu tải của cầu theo thời gian.380 cây cầu Trong số này, 200.000 cây cau thép, 235.000 là bê tông cốt thép thông thường, 108.000 cây cầu được xây dựng bằng bê tông dự ứng lực, và đ c hãng cân bằng. Khoảng 30 phan trăm cầu có kết cầu yêu hoặc quá cũ. 18 En SG tu “ .* a 5a"? TOP Figure B: Bridge Repair Funding Levels Versus Needs Estimate "¬ 2 Deck area .° > a BB Federal Estimates to Eliminate Backlog 4°= Ö"_ñ — 12 -£l- Cumulative (count) © Cumulative (deck area) m 80 L] Actual Highway Bridge Program Appropriations tor Amerce 8 8 mG $4.2 billion 0 voy65 „2 DD oh heePOSS Soe 1, cà 2S $5.2 billion Age Group Heh Hình 1.3 % số lượng cau theo tu i, chi phí bảo dưỡng cau từ năm 2006-2009 (USA).4 Số cau có tu i tho lớn hon 50 năm ở Mỹ từ 1990 đến 2050.2 Thực trạng việc kiểm định khai thác cầu tại Việt Nam.

- Hiện nay ở nước ta có khá nhiều công trình cầu quy mô lớn, có tiêu chân kỹ thuật thấp, xây dựng từ khá lâu, thời gian khai thác dài, chịu ảnh hưởng nhiều của thời tiết khắc nghiệt cũng như tải trọng thay d i tăng lên theo thời gian nhưng công tác kiểm định, bảo trì vẫn chưa được thực hiện thường xuyên và đầu tư đ ng mức. Đông thời cho đên hiện tại Việt Nam vân chưa có tiêu chuân chính thức nào đề 22 đánh giá tải trọng khai thác cầu đường bộ (Specification for evaluation of highway bridge bearing capacity) ngoài bộ tiêu chuẩn dự thảo năm 2015 do Ban kỹ thuật Bộ giao thông vận tải biên soạn [25]. - Chất lượng công trình không ngừng suy giảm và xuống cấp, giá thành vận tải không thé hạ thấp, chưa đáp ứng được yêu cầu giao thông một cách hiệu qua. Sự thiếu hụt kinh phí va vốn dau tư cho công tác khôi phục sửa chữa, kiếm định hang năm.

- Việc quản lý lỏng lẻo, kiểm tra không thường xuyên và thiếu hệ thống, không có tiêu chuẩn để đánh giá công trình, phương pháp kiểm tra và kỹ thuật chân đoán rất lạc hậu. Vì vậy càng làm cho tình trạng công trình xuống cấp trầm trọng và gây trở ngại lớn cho vận tải (hạn chế tốc độ, hạn chế tai trọng). - Nhiệm vụ, loại hình kiểm tra cầu. Nhiệm vụ cơ bản của việc kiểm tra cầu đang khai thác là xác định hiện trạng và rà soát các bộ phận của công trình để đối chiếu với các yêu cầu đặt ra đối với tải trọng đang khai thác.

Kiểm tra cầu đang khai thác cũng có thé được tiến hành dé giải quyết những van đề đặc biệt, ví dụ như: dé ra phương án sửa chữa và cải tạo (gia cường) công trình, xác định chính xác năng lực chịu tải, và các mục đích khác, công việc chủ yếu khi kiểm tra cầu bao gồm: a) Tìm hiểu, nghiên cứu hé sơ kỹ thuật. b) Thị sát công trình. c) Do đạc kiém tra va lap ban vé hién trang cau. Tuy thudc vao hién trang cua cầu và các nhiệm vụ đặt ra khi kiểm tra, có thé thêm các loại công việc sau: - Kiểm tra chất lượng vật liệu bằng các phương pháp không phá huy (vi dụ, bằng siêu âm, đo độ cứng, bang phương pháp phát xạ âm v.); - Lay các mau vật liệu dé tiễn hành thí nghiệm trong phòng (khi phát hiện những sự bat thường của vật liệu); - Nghiên cứu thực trạng dòng chảy; -T chức quan trac lâu dài bang máy móc; - Kiểm tra lớp phủ mặt cầu; 23 d) Các loại hình kiểm tra cau.

- Kiểm tra thường xuyên; - Kiểm tra chỉ tiết; - Kiểm tra đặt biệt; - Sau đại tu hay cải tạo (gia cường) cau; - Khi có hư hỏng, sai lệch ở từng phan hay các chi tiết; - Khi cần khang định chính xác tải trọng đã tính toán; - Khi cần đánh giá hiệu quả các biện pháp đã thực hiện để bảo đảm an toàn cho các tải trọng đặc biệt đi qua; 1.2 Công tác thử tải cầu.1 Sự cần thiết của việc thử nghiệm cầu.1 Một số sự cố sập cầu tại Việt Nam và trên Thế gIỚI.2 Một số sự cố sập cầu tại Việt Nam và trên Thế ĐIỚI. Stt Tê câu Kốcầu | T digia s Tiệt i Cau Chu Va 6 8 người chết, gần 40 | Dài 54 24/02/2015 (Lai Châu) man người bị thương 2 | Cau treo Bua Chung Dai 83m 11/6/2013 13 người bi thương 3 | Cau Krông Kmar 27/9/2013 | | người bị thương nang 4 Cầu CànThơ | Dai2.| 26/9/2007 | người >> người chốt, 80 bị thương _ Gây thiệt hại 10 tỉ 5 | Cầu Bung (Gia Lai) | Dài250m | 3/11/2007 đồng wee _ : Thiệt hại khoảng 32 tỉ 6 | Cầu cảng (Đà Nẵng) 9/9/2012 ¬ IO RNE Pe dong Cau Bung Sen 7 26/12/2006 ( Tra Vinh) g | Câu Songsu ở Seoul Hàn Quôỗc 21/10/1994 | 31 người chết ọ | Câu vồng Quôc -Trung 04/01/1999 | 49 người chết 19 | Câuở Bỏ Hintze-Ribeiro Đào Nha 04/03/2001 | 59 người chết 24 âu ở D ¡ị | CÂU” Daman -A - An 28/8/2003 | 25 người chết. Độ Cau cao tốc ở 12 | Granada, Tay Ban 7/11/2005 6 người chết Nha Câu 150 tu iở mm 13 Bihar, An D6 2/12/2006 33 người chét 14 Cau qua sông. 1/8/2007 13 người chet và 100 Mississippi, MY người bi thương Ngoài ra con rat nhiêu công trình câu bi sập như câu tạm đoạn qua Quoc lộ 1A tỉnh Quảng Trị vào ngày 23/10/2006, Sập cầu Lý Quán huyện Gò công đông tỉnh Tién Giang vào ngày 14/01/2007, sập cầu Rạch Sỏi ở Kiêng Giang vào ngày 24/04/2007.

Ngoài ra trên thế giới còn hàng loạt các vụ sập cầu khác điển hình như vụ sập cầu trên Quốc lộ 19 ở Canada vào tháng 10/2006 đã là 05 người chết và nhiều người bị thương. 25 M sô i a= sựcôs câuớ Việt Nam và trê T ê giới. | Cau Cần thơ (Ảnh: Tiền Phong) Cầu cảng (Ảnh: Người lao động) Sập cầu Bưng Sen 26 c.5 Sự cố sập cau nối ở Stambaugh và Cohen năm 2007 Từ những sự cố trên ta thay kiểm định công trình cầu là công tác hết sức quan trọng nhăm đánh giá đ ng khả năng công trình trong quá trình khai thác, bên cạnh đó còn dé xuất ra những biện pháp khai thác và sửa chửa phù hợp dé bảo vệ tính 27 mạng và giảm thiệt hại kinh tế cho Quốc gia, dé cong tac kiểm định cầu được thực hiện nghiêm t c và khách quan, co quan quản lý nhà nước các cấp từ trung ương đến địa phương cần phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy định được ban hành trong lĩnh vực kiểm định công trình cầu.