Nghiên Cứu Tác Động Của Từ Biến Bê Tông Trong Kết Cấu Cầu Mở Rộng

Nghiên cứu sự phân bố nội lực trong kết cấu cầu mở rộng, ảnh hưởng từ biến bê tông dưới tải trọng bản thân, mang lại hiểu biết sâu sắc cho thiết kế.

• Tác giả: Dương Đức Thành
• Trường học: Trường Đại học Xây dựng
• Chuyên ngành: Kỹ thuật
• Đề tài: Nghiên Cứu Tác Động Của Từ Biến Bê Tông Trong Thiết Kế Kết Cấu Cầu Mở Rộng
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Các dạng kết cấu và khổ cầu mở rộng thường thấy hiện nay
• 1.2. Những tác động do từ biến bê tông khi mở rộng cầu
• 1.3. Tình hình nghiên cứu sự phân bố nội lực trong kết cấu cầu mở rộng có xét đến ảnh hưởng của từ biến bê tông ở Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN
• 2.1. Từ biến
• 2.2. Phương pháp tính toán các đặc trưng từ biến theo các quy trình, quy phạm
• 2.3. Quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn
• 2.4. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05
• 2.5. Quy phạm CEB-FIP 1990
• 2.6. Quy trình Nhật
• 2.7. Quy phạm ACI 209 (1998)
• 2.8. So sánh các thông số từ biến của các quy trình, quy phạm. Kiến nghị đối với điều kiện Việt Nam
• 2.9. Phương pháp tính toán và phân tích các ảnh hưởng thứ cấp
• 2.10. Phương pháp tính toán biến dạng của từ biến trong kết cấu siêu tinh
• 2.11. Quan hệ giữa thời điểm chất tải và hệ số
• 2.12. Công thức tính toán của hệ số từ biến
• 2.13. Phương pháp tính toán nội lực do ảnh hưởng của từ biến
• 2.13.1. Phương pháp tính nội lực do từ biến theo quy luật biến đổi ẩn số dư
• 2.13.2. Phương pháp tính nội lực do từ biến gần đúng
• 2.13.3. Phương pháp tính nội lực do từ biến theo phần tử hữu hạn
• 2.13.4. Phương pháp Dischinger
• 2.13.5. Phương pháp tích lũy dần ảnh hưởng từ biến
• 2.14. Giới thiệu phần mềm tính toán MIDAS/Civil
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN NỘI LỰC CÁC DẠNG KẾT CẦU CẦU MỞ RỘNG CÓ KỂ ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA TỪ BIẾN BÊ TÔNG
• 3.1. Kết quả tính toán
• 3.1.1. Trường hợp nhịp L=21m
• 3.1.1.1. Khổ 9m nối một dầm về một phía
• 3.1.1.2. Khổ 9m nối hai dầm về một phía
• 3.1.1.3. Khổ 9m nối ba dầm về một phía
• 3.1.1.4. Khổ 9m nối hai dầm về hai phía
• 3.1.1.5. Khổ 9m nối ba dầm về hai phía
• 3.1.1.6. Khổ 4m nối một dầm về một phía
• 3.1.1.7. Khổ 4m nối hai dầm về một phía
• 3.1.1.8. Khổ 4m nối ba dầm về một phía
• 3.1.1.9. Khổ 4m nối hai dầm về hai phía
• 3.1.1.10. Khổ 4m nối ba dầm về hai phía
• 3.1.2. Trường hợp nhịp L=18m
• 3.2. Kết luận chương III
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về tác động của từ biến bê tông trong thiết kế cầu mở rộng

Nghiên cứu về tác động của từ biến bê tông trong thiết kế kết cấu cầu mở rộng là một vấn đề quan trọng trong ngành xây dựng. Từ biến bê tông không chỉ ảnh hưởng đến độ bền của kết cấu mà còn tác động đến sự phân bố nội lực trong cầu. Việc hiểu rõ về hiện tượng này giúp các kỹ sư có thể đưa ra các giải pháp thiết kế hiệu quả hơn.

1.1. Định nghĩa và nguyên lý hoạt động của từ biến bê tông

Từ biến bê tông là hiện tượng biến dạng tăng theo thời gian khi kết cấu chịu tải trọng. Hiện tượng này xảy ra do sự thay đổi hóa lý trong bê tông, ảnh hưởng đến tính năng của kết cấu trong suốt thời gian sử dụng.

1.2. Tầm quan trọng của việc nghiên cứu từ biến trong thiết kế cầu

Nghiên cứu từ biến giúp xác định chính xác hơn các yếu tố ảnh hưởng đến nội lực trong cầu. Điều này đặc biệt quan trọng khi mở rộng cầu, nơi mà sự liên kết giữa dầm cũ và dầm mới có thể gây ra những biến dạng không đồng đều.

II. Vấn đề và thách thức trong thiết kế cầu mở rộng

Việc mở rộng cầu không chỉ đơn thuần là tăng kích thước mà còn phải xem xét đến các yếu tố như từ biến bê tông, co ngót và nhiệt độ. Những yếu tố này có thể gây ra những thách thức lớn trong quá trình thiết kế và thi công.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế cầu mở rộng

Các yếu tố như tải trọng, thời tiết và vật liệu xây dựng đều có thể ảnh hưởng đến thiết kế cầu. Đặc biệt, từ biến bê tông có thể làm thay đổi đáng kể nội lực trong kết cấu.

2.2. Những khó khăn trong việc tính toán nội lực

Việc tính toán nội lực trong cầu mở rộng gặp nhiều khó khăn do sự phức tạp của các yếu tố thứ cấp. Các kỹ sư cần phải sử dụng các phương pháp tính toán hiện đại để đảm bảo độ chính xác.

III. Phương pháp tính toán ảnh hưởng của từ biến bê tông

Có nhiều phương pháp tính toán để đánh giá ảnh hưởng của từ biến bê tông trong thiết kế cầu mở rộng. Những phương pháp này giúp các kỹ sư có thể dự đoán chính xác hơn về sự phân bố nội lực.

3.1. Phương pháp tính toán theo quy trình Nhật Bản

Phương pháp này dựa trên các tiêu chuẩn thiết kế cầu của Nhật Bản, giúp xác định chính xác các thông số từ biến của bê tông trong điều kiện Việt Nam.

3.2. Sử dụng phần mềm MIDAS trong phân tích kết cấu

Phần mềm MIDAS cung cấp các công cụ mạnh mẽ để phân tích và tính toán nội lực trong cầu mở rộng, giúp các kỹ sư dễ dàng hơn trong việc đánh giá tác động của từ biến.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu về tác động của từ biến bê tông đã được áp dụng trong nhiều dự án cầu mở rộng tại Việt Nam. Kết quả cho thấy việc tính toán chính xác từ biến giúp cải thiện độ bền và tuổi thọ của cầu.

4.1. Các dự án cầu mở rộng tiêu biểu

Nhiều dự án cầu mở rộng đã áp dụng các phương pháp tính toán từ biến bê tông, mang lại hiệu quả cao trong thiết kế và thi công.

4.2. Đánh giá hiệu quả của các giải pháp thiết kế

Các giải pháp thiết kế dựa trên nghiên cứu từ biến bê tông đã giúp giảm thiểu rủi ro và tăng cường độ bền cho các công trình cầu.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu về từ biến bê tông

Nghiên cứu về tác động của từ biến bê tông trong thiết kế cầu mở rộng là một lĩnh vực quan trọng và cần thiết. Tương lai của nghiên cứu này sẽ tiếp tục phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong ngành xây dựng.

5.1. Xu hướng nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu sẽ tiếp tục tập trung vào việc cải thiện độ chính xác của các phương pháp tính toán và ứng dụng công nghệ mới trong thiết kế cầu.

5.2. Tầm quan trọng của việc nâng cao nhận thức

Nâng cao nhận thức về tác động của từ biến bê tông trong thiết kế cầu sẽ giúp các kỹ sư có cái nhìn tổng quan hơn và đưa ra các giải pháp thiết kế hiệu quả.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế và hạ tầng giao thông tại Việt Nam, việc mở rộng các công trình cầu hiện hữu trở nên cấp thiết nhằm đáp ứng nhu cầu vận tải ngày càng tăng. Theo báo cáo của ngành giao thông, nhiều cầu xây dựng từ cuối những năm 1990 đến đầu những năm 2000 có khổ hẹp hơn so với quy mô đường hiện đại, thường dao động từ 8 đến 12 mét, trong khi quy mô đường mới yêu cầu mặt cắt ngang lên đến 20-22 mét. Việc phá bỏ và xây dựng lại các cầu này là không khả thi về mặt kinh tế và kỹ thuật, do đó giải pháp mở rộng cầu được ưu tiên. Tuy nhiên, trong quá trình thiết kế mở rộng, ảnh hưởng của từ biến bê tông – một hiện tượng biến dạng phi tuyến theo thời gian – chưa được các kỹ sư quan tâm đầy đủ, dẫn đến các đánh giá nội lực chưa chính xác và tiềm ẩn nguy cơ giảm chất lượng công trình.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của từ biến bê tông đến sự phân bố lại nội lực trong kết cấu cầu mở rộng dưới tác dụng của tải trọng bản thân dầm. Nghiên cứu áp dụng cho các cầu giản đơn bê tông cốt thép với các khổ cầu phổ biến 9m và 11.4m, trên các nhịp dầm 18m và 21m, tại Việt Nam. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho thiết kế cầu mở rộng, giúp tối ưu hóa giải pháp kỹ thuật, nâng cao độ bền và an toàn công trình, đồng thời tiết kiệm chi phí đầu tư.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết về từ biến bê tông, hiện tượng biến dạng tăng theo thời gian dưới tải trọng không đổi, bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng phi tuyến không hồi phục. Các khái niệm chính gồm:

• Từ biến bê tông: Biến dạng tăng dần theo thời gian do quá trình thủy hóa và chuyển dịch cơ học trong bê tông, ảnh hưởng đến nội lực và phân bố ứng suất trong kết cấu.
• Nội lực thứ cấp: Nội lực phát sinh do biến dạng không đồng đều giữa phần kết cấu cũ và phần mở rộng, đặc biệt khi có sự khác biệt về thời gian khai thác và ảnh hưởng từ biến.
• Hệ số từ biến: Tham số đặc trưng mô tả mức độ biến dạng từ biến theo thời gian và điều kiện môi trường, được xác định theo các quy trình tiêu chuẩn như 22TCN-18-79, 22TCN-272-05, CEB-FIP 1990, ACI 209 (1998).
• Lý thuyết già, di truyền và hỗn hợp: Các mô hình mô tả quy luật phát triển của từ biến theo thời gian và tuổi bê tông khi bắt đầu chịu tải.

Ngoài ra, nghiên cứu so sánh và áp dụng các quy trình tiêu chuẩn thiết kế cầu phổ biến nhằm lựa chọn phương pháp tính toán phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và mô phỏng số:

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu về đặc tính vật liệu bê tông, kích thước kết cấu, tải trọng bản thân dầm và bản mặt cầu, các hệ số từ biến theo tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế.
• Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm MIDAS/Civil để mô hình hóa kết cấu cầu mở rộng, phân tích nội lực và biến dạng với và không xét đến ảnh hưởng của từ biến bê tông. Phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng để tính toán nội lực thứ cấp và phân bố lại nội lực trong kết cấu.
• Timeline nghiên cứu: Phân tích ảnh hưởng của từ biến tại các mốc thời gian 100, 300, 1000 và 10.000 ngày, tương ứng với giai đoạn thi công và khai thác công trình, nhằm đánh giá sự phát triển của biến dạng và nội lực theo thời gian.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các dạng kết cấu cầu với khổ 9m và 11.4m, nối thêm từ 1 đến 3 dầm về một hoặc hai phía, trên nhịp dầm 18m và 21m, đại diện cho các trường hợp phổ biến tại Việt Nam.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của từ biến đến độ võng:

   • Ở nhịp 21m, khổ 9m nối một dầm về một phía, độ võng dầm mới tăng lên đến 74% sau 10.000 ngày so với không xét từ biến, trong khi dầm cũ kế bên tăng khoảng 22.28%.
   • Trường hợp nối hai dầm về một phía, độ võng dầm mới tăng 85.66% và 102.7% cho hai dầm mới, dầm cũ kế bên tăng 27.42%.
   • Độ võng tăng theo thời gian, đặc biệt rõ rệt trong giai đoạn từ 300 đến 10.000 ngày, phản ánh sự phát triển của biến dạng từ biến.

2. Ảnh hưởng của từ biến đến mô men nội lực:

   • Ở nhịp 21m, khổ 9m nối một dầm, mô men nội lực dầm mới giảm 33% sau 10.000 ngày, trong khi dầm cũ kế bên tăng 22.2%.
   • Trường hợp nối hai dầm, mô men dầm mới giảm lần lượt 25.39% và 14%, dầm cũ kế bên tăng 23%.
   • Sự phân bố lại nội lực gây tăng tải cho dầm cũ, tiềm ẩn nguy cơ quá tải nếu không được tính toán chính xác.

3. Ảnh hưởng của thời gian đến hệ số từ biến:

   • Hệ số từ biến tăng nhanh trong 100 đến 1000 ngày đầu, sau đó tiệm cận giá trị ổn định tại 10.000 ngày, tương ứng với giai đoạn biến dạng từ biến phát triển mạnh rồi giảm dần.
   • Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc tính toán nội lực thứ cấp trong giai đoạn đầu khai thác cầu mở rộng.

4. So sánh các dạng kết cấu mở rộng:

   • Mở rộng một phía với số lượng dầm tăng dần làm tăng đáng kể độ võng và thay đổi mô men nội lực, đặc biệt ở dầm mới.
   • Mở rộng hai phía giúp phân bố nội lực cân bằng hơn nhưng vẫn gây tăng nội lực cho dầm cũ.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy từ biến bê tông là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự phân bố nội lực trong kết cấu cầu mở rộng, đặc biệt trong các kết cấu siêu tĩnh có sự liên kết giữa dầm cũ và dầm mới. Biến dạng không đồng đều giữa phần kết cấu đã khai thác lâu dài và phần mới xây dựng tạo ra nội lực thứ cấp, làm tăng mô men và độ võng ở dầm cũ, có thể dẫn đến hiện tượng nứt hoặc hư hỏng bản mặt cầu tại vùng liên kết.

So với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với lý thuyết về biến dạng từ biến và nội lực thứ cấp trong kết cấu bê tông cốt thép siêu tĩnh. Việc sử dụng phần mềm MIDAS/Civil giúp mô phỏng chính xác các ảnh hưởng này, hỗ trợ kỹ sư trong việc đánh giá và thiết kế cầu mở rộng hiệu quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ độ võng và mô men nội lực theo thời gian, giúp trực quan hóa sự phát triển của từ biến và ảnh hưởng đến kết cấu. Bảng tổng hợp hệ số từ biến theo các tiêu chuẩn cũng minh họa sự khác biệt trong phương pháp tính toán, nhấn mạnh sự cần thiết lựa chọn quy trình phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng tính toán nội lực thứ cấp có xét đến từ biến bê tông trong thiết kế cầu mở rộng

   • Động từ hành động: Tính toán, phân tích
   • Target metric: Giảm thiểu sai số nội lực, tăng độ bền kết cấu
   • Timeline: Áp dụng ngay trong các dự án thiết kế mới
   • Chủ thể thực hiện: Các đơn vị tư vấn thiết kế cầu

2. Sử dụng phần mềm chuyên dụng như MIDAS/Civil để mô phỏng và đánh giá ảnh hưởng từ biến

   • Động từ hành động: Mô phỏng, đánh giá
   • Target metric: Tăng độ chính xác phân tích kết cấu
   • Timeline: Trong giai đoạn thiết kế và kiểm tra kết cấu
   • Chủ thể thực hiện: Kỹ sư kết cấu, nhà thầu thi công

3. Xây dựng tiêu chuẩn và hướng dẫn kỹ thuật về tính toán từ biến phù hợp với điều kiện khí hậu và vật liệu Việt Nam

   • Động từ hành động: Soạn thảo, ban hành
   • Target metric: Đồng bộ quy trình thiết kế, nâng cao chất lượng công trình
   • Timeline: Trong vòng 2 năm tới
   • Chủ thể thực hiện: Bộ Giao thông Vận tải, Viện Khoa học công nghệ xây dựng

4. Đào tạo nâng cao năng lực kỹ sư về lý thuyết và thực hành tính toán từ biến trong kết cấu cầu

   • Động từ hành động: Đào tạo, tập huấn
   • Target metric: Nâng cao trình độ chuyên môn, giảm thiểu sai sót thiết kế
   • Timeline: Liên tục hàng năm
   • Chủ thể thực hiện: Các trường đại học, trung tâm đào tạo chuyên ngành

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế cầu và kết cấu bê tông cốt thép

   • Lợi ích: Nắm vững kiến thức về ảnh hưởng từ biến, áp dụng phương pháp tính toán chính xác trong thiết kế cầu mở rộng.
   • Use case: Thiết kế các dự án mở rộng cầu trên quốc lộ và tỉnh lộ.

2. Nhà thầu thi công và giám sát công trình cầu

   • Lợi ích: Hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng và nội lực trong quá trình thi công, từ đó điều chỉnh biện pháp thi công phù hợp.
   • Use case: Quản lý thi công các công trình cầu có kết cấu phức tạp, đảm bảo chất lượng và an toàn.

3. Cơ quan quản lý và ban hành tiêu chuẩn xây dựng

   • Lợi ích: Cơ sở khoa học để xây dựng hoặc cập nhật tiêu chuẩn thiết kế cầu, đặc biệt về tính toán ảnh hưởng từ biến bê tông.
   • Use case: Soạn thảo các quy định kỹ thuật mới phù hợp với thực tế Việt Nam.

4. Giảng viên và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật xây dựng

   • Lợi ích: Tài liệu tham khảo chuyên sâu về lý thuyết và ứng dụng từ biến trong kết cấu bê tông cốt thép.
   • Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu, giảng dạy chuyên ngành kết cấu bê tông.

Câu hỏi thường gặp

1. Từ biến bê tông là gì và tại sao nó quan trọng trong thiết kế cầu mở rộng?
   Từ biến bê tông là hiện tượng biến dạng tăng dần theo thời gian dưới tải trọng không đổi, ảnh hưởng đến phân bố nội lực và độ bền kết cấu. Trong cầu mở rộng, từ biến gây ra sự phân bố lại nội lực giữa phần cũ và phần mới, nếu không tính toán chính xác có thể dẫn đến hư hỏng công trình.

2. Phần mềm MIDAS/Civil hỗ trợ gì trong việc phân tích từ biến?
   MIDAS/Civil sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô hình hóa kết cấu, tính toán nội lực và biến dạng bao gồm cả ảnh hưởng từ biến, giúp kỹ sư đánh giá chính xác sự phân bố lại nội lực và đưa ra giải pháp thiết kế phù hợp.

3. Các tiêu chuẩn nào được áp dụng để tính hệ số từ biến bê tông?
   Các tiêu chuẩn phổ biến gồm 22TCN-18-79, 22TCN-272-05 (AASHTO LRFD 98), CEB-FIP 1990 và ACI 209 (1998). Mỗi tiêu chuẩn có phương pháp và hệ số khác nhau, việc lựa chọn phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, vật liệu và yêu cầu dự án.

4. Ảnh hưởng của thời gian đến biến dạng từ biến như thế nào?
   Biến dạng từ biến phát triển nhanh trong giai đoạn đầu (100-1000 ngày) và dần ổn định sau khoảng 10.000 ngày. Do đó, giai đoạn đầu khai thác cầu mở rộng là thời điểm cần chú ý tính toán nội lực thứ cấp do từ biến.

5. Làm thế nào để giảm thiểu ảnh hưởng bất lợi của từ biến trong thiết kế cầu mở rộng?
   Có thể áp dụng các giải pháp như tính toán chính xác nội lực thứ cấp, sử dụng vật liệu bê tông có đặc tính từ biến thấp, thiết kế liên kết dầm mới và cũ hợp lý, và giám sát thi công chặt chẽ để đảm bảo chất lượng công trình.

Kết luận

• Từ biến bê tông là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự phân bố lại nội lực trong kết cấu cầu mở rộng, đặc biệt trong các kết cấu siêu tĩnh.
• Ảnh hưởng của từ biến làm tăng độ võng và mô men nội lực ở dầm cũ, gây tiềm ẩn nguy cơ hư hỏng nếu không được tính toán chính xác.
• Phần mềm MIDAS/Civil là công cụ hiệu quả trong việc mô phỏng và phân tích ảnh hưởng từ biến, hỗ trợ thiết kế cầu mở rộng.
• Việc lựa chọn quy trình tính toán từ biến phù hợp với điều kiện Việt Nam là cần thiết để đảm bảo độ chính xác và an toàn công trình.
• Đề xuất áp dụng các giải pháp kỹ thuật và đào tạo nâng cao năng lực kỹ sư nhằm nâng cao chất lượng thiết kế và thi công cầu mở rộng.

Next steps: Triển khai áp dụng phương pháp tính toán từ biến trong các dự án cầu mở rộng thực tế, đồng thời phát triển tiêu chuẩn kỹ thuật phù hợp với điều kiện Việt Nam. Kêu gọi các đơn vị tư vấn và nhà quản lý chú trọng đào tạo và cập nhật kiến thức về từ biến bê tông.

Các kỹ sư và nhà quản lý công trình cầu nên tích cực áp dụng kết quả nghiên cứu này để nâng cao hiệu quả thiết kế và đảm bảo an toàn công trình trong quá trình mở rộng cầu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Các dạng kết cấu và khổ cầu mở rộng thường thấy hiện nay. Những năm trở lại đây, nền kinh tế đất nước trên đà phát triển với những bước tiến quan trọng như đang đàm phán gia nhập WTO, gia nhập khu kinh tế phát triển APTA…. Đi đôi với sự phát triển đó là nhu cầu về cơ sở hạ tầng đặc biệt là mạng lưới giao thông cần được chú trọng.

Nhu cầu vận tải hàng hóa và hành khách ngày càng tăng cao. Tuy nhiên các cơ sở hạng tầng nói chung và mạng lưới giao thông nói riêng chủ yếu là của những năm trước đây để lại, và hiện tại không thể đáp những đòi hỏi hiện nay. Vì vậy, việc phải mở rộng các tuyến đường quan trọng, các đường tỉnh lộ, quốc lộ, các tuyến đường nối các cảng hàng không, cảng đường thủy là cấn thiết và cấp bách. Đặc biệt là tuyến quốc lộ 1A trên toàn quốc hiện tại quy mô mới là 4 làn xe, một số đoạn qua thành phố các tỉnh đã được mở rộng thành 6 làn xe, tuy nhiên còn phần lớn các đoạn quy mô vẫn là 4 làn xe.

Cũng theo chỉ đạo của Thủ tướng chính phủ cũng như nhiệm vụ trọng tâm của Bộ GTVT về cơ bản đến năm 2016 sẽ mở rộng toàn bộ QL1A thành quy mô 4 làn xe cơ giới và 2 làn xe máy. Do vậy việc mở rộng QL1A là việc hết sức cần thiết. Tuy nhiên, đi đôi với nhiệm vụ đó thì hầu hết trên tuyến QL1A có các cầu hiện hữu được xây dựng vào cuối những năm 1990 hay đầu những năm 2000 do đó thời gian khai thác những công trình đó còn rất nhiều (vì chủ yếu cầu được thiết kế với tuổi thọ là 100 năm). Thông thường các khổ cầu đó là từ 8.0m đến 12m và chủ yếu là cầu nhịp giả đơn chính vì vậy là việc phá bỏ các cầu đó đi để xây dựng một cầu mới với phù hợp với quy mô tuyến đường (quy mô mới là 20m mặt và 22m nền) là lãng phí và không khả thi.

Từ đó dẫn tới việc phải mở rộng các cầu trên. Dương Đức Thành Trường Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 2013 4 Trường Đại học Xây dựng Bảng 1.1- Một số cầu thực tế có khổ hẹp hơn đường TT Tên cầu Quốc lộ Lý trình Ghi chú 1 Hoàng xá 2C Km4+800 2 Nhật tân 2C Km8+050 3 Hữu Thủ 2B Km5+520 4 Cầu số 4 2B Km5+900 5 Cầu số 6 2B Km7+620 6 Vạt 1A Km1102+211.6 7 Cầu Vân 1A Km1108+408 8 Khe son 1A Km385+139.93 Thực tế, có rất nhiều kết cấu cầu cũ cần mở rộng và cũng có rất nhiều trường hợp có thể mở rộng, một phía hay hai phía. Tuy nhiên để có cái nhìn tổng quát, và đặc trưng nhất, ta tiến hành khảo sát một số dạng kết cấu sau: a- Khổ 9m (mặt cắt ngang gồm 4 dầm) nối về một phía 9000 500 500 2 X 3500 = 7000 500 500 2400 2400 2400 DÇm c ò 01 DÇm c ò 02 DÇm c ò 03 DÇm c ò 04 Hình 1.1 Mặt cắt ngang cầu cũ 11400 500 500 9400 500 500 2400 2400 2400 2400 DÇm c ò 01 DÇm c ò 02 DÇm c ò 03 DÇm c ò 04 DÇm mí i 01 Hình 1.2 Mặt cắt ngang cầu khi nối thêm 1 dầm Dương Đức Thành Trường Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 2013 5 Trường Đại học Xây dựng 13800 500 500 11800 500 500 2400 2400 2400 2400 2400 DÇm c ò 01 DÇm c ò 02 DÇm c ò 03 DÇm c ò 04 DÇm mí i 01 DÇm mí i 02 Hình 1.3 Mặt cắt ngang cầu khi nối thêm 2 dầm 16200 500 500 14200 500 500 2400 2400 2400 2400 2400 2400 DÇm c ò 01 DÇm c ò 02 DÇm c ò 03 DÇm c ò 04 DÇm mí i 01 DÇm mí i 02 DÇm mí i 03 Hình 1.4 Mặt cắt ngang cầu khi nối thêm 3 dầm b- Khổ 9m (mặt cắt ngang có 4 dầm) nối về 2 phía 13800 500 500 2 X 3500 = 11800 500 500 2400 2400 2400 2400 2400 DÇm mí i 01 DÇm c ò 01 DÇm c ò 02 DÇm c ò 03 DÇm c ò 04 DÇm mí i 02 Hình 1.5 Mặt cắt ngang cầu khi nối thêm 2 dầm 16200 500 500 7100 7100 500 500 2400 2400 2400 2400 2400 2400 DÇm mí i 01 DÇm c ò 01 DÇm c ò 02 DÇm c ò 03 DÇm c ò 04 DÇm mí i 02 DÇm mí i 03 Hình 1.6 Mặt cắt ngang cầu khi nối thêm 3 dầm Dương Đức Thành Trường Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 2013 6 Trường Đại học Xây dựng c- Khổ 11.4m (mặt cắt ngang có 5 dầm) nối về 1 phía 11400 500 500 9400 500 500 2400 2400 2400 2400 DÇm c ò 01 DÇm c ò 02 DÇm c ò 03 DÇm c ò 04 DÇm c ò 05 Hình 1.7 Mặt cắt ngang cầu cũ 13800 500 500 2 X 3500 = 11800 500 500 2400 2400 2400 2400 2400 DÇm c ò 01 DÇm c ò 02 DÇm c ò 03 DÇm c ò 04 DÇm c ò 05 DÇm mí i 01 Hình 1.8 Mặt cắt ngang cầu khi nối thêm 1 dầm 16200 500 500 7100 7100 500 500 2400 2400 2400 2400 2400 2400 DÇm c ò 01 DÇm c ò 02 DÇm c ò 03 DÇm c ò 04 DÇm c ò 05 DÇm mí i 01 DÇm mí i 02 Hình 1.9 Mặt cắt ngang cầu khi nối thêm 2 dầm 18600 500 500 16600 500 500 2400 2400 2400 2400 2400 2400 2400 DÇm c ò 01 DÇm c ò 02 DÇm c ò 03 DÇm c ò 04 DÇm c ò 05 DÇm mí i 01 DÇm mí i 02 DÇm mí i 03 Hình 1.10 Mặt cắt ngang cầu khi nối thêm 3 dầm Dương Đức Thành Trường Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 2013 7 Trường Đại học Xây dựng d- Khổ 11.4m (mặt cắt ngang có 5 dầm) nối về 2 phía 16200 500 500 7100 7100 500 500 2400 2400 2400 2400 2400 2400 DÇm mí i 01 DÇm c ò 01 DÇm c ò 02 DÇm c ò 03 DÇm c ò 04 DÇm c ò 05 DÇm mí i 02 Hình 1.11 Mặt cắt ngang cầu khi nối thêm 2 dầm 18600 500 500 16600 500 500 2400 2400 2400 2400 2400 2400 2400 DÇm mí i 01 DÇm c ò 01 DÇm c ò 02 DÇm c ò 03 DÇm c ò 04 DÇm c ò 05 DÇm mí i 02 DÇm mí i 03 Hình 1.12 Mặt cắt ngang cầu khi nối thêm 3 dầm Với mỗi mặt cắt ngang trên ta khảo sát trên các nhịp khác nhau: Nhịp 21m, nhịp 18m.2- Bảng thống kê các trường hợp khảo sát về phân bố mômen và biến dạng Thứ tự Nhịp cầu Khổ cầu ban đầu Dạng mở rộng 1 L= 21m Khổ 9m với 4 dầm chủ 1 dầm 2 L= 21m Khổ 9m với 4 dầm chủ 2 dầm 1 bên 3 L= 21m Khổ 9m với 4 dầm chủ 3 dầm 1 bên 4 L= 21m Khổ 9m với 4 dầm chủ 2 dầm 2 bên 5 L= 21m Khổ 9m với 4 dầm chủ bên 1 dầm, bên 2 dầm 6 L= 18m Khổ 9m với 4 dầm chủ 1 dầm 7 L= 18m Khổ 9m với 4 dầm chủ 2 dầm 1 bên 8 L= 18m Khổ 9m với 4 dầm chủ 3 dầm 1 bên 9 L= 18m Khổ 9m với 4 dầm chủ 2 dầm 2 bên 10 L= 18m Khổ 9m với 4 dầm chủ bên 1 dầm, bên 2 dầm Dương Đức Thành Trường Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 2013 8 Trường Đại học Xây dựng 11 L= 21m Khổ 11.4m với 5 dầm chủ 1 dầm 12 L= 21m Khổ 11.4m với 5 dầm chủ 2 dầm 1 bên 13 L= 21m Khổ 11.4m với 5 dầm chủ 3 dầm 1 bên 14 L= 21m Khổ 11.4m với 5 dầm chủ 2 dầm 2 bên 15 L= 21m Khổ 11.4m với 5 dầm chủ bên 1 dầm, bên 2 dầm 16 L= 18m Khổ 11.4m với 5 dầm chủ 1 dầm 17 L= 18m Khổ 11.4m với 5 dầm chủ 2 dầm 1 bên 18 L= 18m Khổ 11.4m với 5 dầm chủ 3 dầm 1 bên 19 L= 18m Khổ 11.4m với 5 dầm chủ 2 dầm 2 bên 20 L= 18m Khổ 11.4m với 5 dầm chủ bên 1 dầm, bên 2 dầm Ở nước ta hiện nay việc thiết kế và thi công cầu giản đơn là khá đơn giản và phổ biến. Tuy nhiên khi tính toán cho một kết cầu mở rộng lại không đơn giản chỉ xếp tải, tính toán nội lực rồi kiểm toán duyệt tiết diện mặt cắt, mà ở đây còn phải kế đế các yếu tố thứ cấp (từ biến, co ngót, nhiệt độ…) điều mà khi toán cầu cầu giản đơn thông thường ta không quan tâm.

Những tác động do từ biến bê tông khi mở rộng cầu Như chúng ta đã biết, từ biến là một hiện tượng thuộc về tính chất cơ lý của bê tông. Nó là hiện tượng biến dạng tăng theo thời gian khi kết cấu chịu một tác động trong một thời gian dài nhưng ứng suất lại không tăng. Biến dạng này diễn ra trong suốt tuổi thọ của công trình, tuy nhiên quá trình biến dạng chỉ xay ra trong những thời gian đầu tiên khi sử dụng, và nó sẽ tắt dần theo thời gian tới tiện cận tuổi thọ của công trình. Như vậy với một kết cấu dã sử dụng một thời gian dài thì gần như không có hoặc chịu rất ít ảnh hưởng của từ biến.

Từ hiện tượng đó, dẫn đến khi ta tiến hành việc mở rộng cầu và liên kết dầm mới và dầm cũ với nhau thông qua các dầm ngang sẽ làm kết cấu có những biến dạng không đều khi xét đến từ biến – dầm cũ gần như không võng Dương Đức Thành Trường Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 2013 9 Trường Đại học Xây dựng thêm, nhưng dầm mới thì võng rất nhiều. Thông qua các dầm ngang sẽ làm nội lực trong kết cấu có sự thay đổi và phân bố lại. Và sự phân bố đó có xu hướng bất lợi cho dầm cũ vì dầm cũ phải chịu thêm những tác động do độ võng của dầm mới gây ra. Bản mặt cầu sẽ có xu hướng võng xuống trong phạm vi dầm mới làm xuất hiện những vết đứt gãy phần bản mặt cầu liên kết 2 vùng dầm mới và dầm cũ.

Tình hình nghiên cứu sự phân bố nội lực trong kết cấu cầu mở rộng có xét đến ảnh hưởng của từ biến bê tông ở Việt Nam Hiện nay, trên các tuyến đường giao thông các tỉnh thành phố trong cả nước đang tồn tại rất nhiều cầu yếu và khổ hẹp gây khó khăn và không an toàn cho các phương tiện giao thông.