Nghiên cứu ứng dụng công nghệ dự ứng lực ngoài trong thiết kế sửa chữa và tăng cường cầu cũ

• Tác giả: Phan Văn Tiệp
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thạc Quang
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Cầu Hầm
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Công Nghệ Dự Ứng Lực Ngoài Trong Sửa Chữa Và Tăng Cường Cầu Cũ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: TP Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• PHẦN MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC HƯ HỎNG VÀ CÁC BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG SỬA CHỮA CẦU BÊ TÔNG DƯL
• 1.1. Hiện trạng hư hỏng cầu bê tông cốt thép ở việt nam
• 1.2. Đặc điểm kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép ở Việt nam
• 1.3. Các dạng hư hỏng của cầu bê tông ở nước ta
• 1.4. Các nguyên nhân gây hư hỏng cầu bê tông cốt thép
• 1.4.1. Hư hỏng do quá trình phá huỷ vật liệu
• 1.4.2. Quá trình xuống cấp của BTCT
• 1.4.3. Sự ăn mòn cốt thép trong bê tông
• 1.4.4. Hư hỏng do thiết kế
• 1.4.5. Hư hỏng do quá trình thi công
• 1.4.6. Hư hỏng do quá trình khai thác
• 1.5. Đánh giá mức độ hư hỏng
• 1.6. Phân tích đánh giá các biện pháp sửa chữa cầu Bê Tông Cốt Thép hiện nay ở việt nam
• 1.6.1. Biện pháp sửa chữa bằng vật liệu truyền thống
• 1.6.2. Biện pháp phun bê tông
• 1.6.3. Biện pháp sửa chữa dán bản thép ngoài
• 1.6.4. Biện pháp tăng cường sửa chữa bằng tấm sợi các bon
• 1.6.5. Biện pháp đặt thêm cốt thép dự ứng lực ngoài
• 1.7. Tình hình áp dụng công nghệ dự ứng lực ngoài trên thế giới
• 1.8. Tình hình áp dụng biện pháp sửa chữa, gia cường cầu BTDƯL giản đơn bằng công nghệ DƯL-N ở Việt Nam
• 1.9. Những vấn đề hư hỏng cần lưu ý khi tăng cường dự ứng lực ngoài
• 1.10. Kết luận - mục tiêu của luận án
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU KẾT CẤU VÀ LỰA CHỌN CÁC GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CẦU BÊ TÔNG BẰNG DỰ ỨNG LỰC NGOÀI, TÍNH TOÁN ỨNG XỬ CHỊU LỰC
• 2.1. Công nghệ dự ứng lực ngoài và triển vọng ứng dụng
• 2.1.1. Khái niệm về dự ứng lực ngoài
• 2.1.2. Khả năng ứng dụng công nghệ DƯL-N
• 2.2. Giải pháp về công nghệ
• 2.2.1. Giải pháp bố trí đường đi của cáp DƯL-N
• 2.2.2. Giải pháp bố trí neo cáp DƯL-N
• 2.2.3. Giải pháp bố trí hệ thống chuyển hướng cáp
• 2.2.4. Giải pháp liên kết chống mất ổn định hình dạng kết cấu và thay đổi độ lệch tâm của cáp DƯL-N
• 2.2.5. Giải pháp chống rung cho cáp DƯL-N
• 2.2.6. Cấu tạo bó cáp DƯL-N và các phụ kiện
• 2.3. Lý thuyết tính toán kết cấu cầu tăng cường bởi DUL-N
• 2.3.1. Giới thiệu chung
• 2.3.2. Tổng quan về các nội dung tính toán kết cấu dự ứng lực ngoài
• 2.3.3. Hiện trạng và năng lực thực tế của kết cấu hiện hữu
• 2.3.4. Các giả thiết trong tính toán kết cấu bê tông dự ứng lực và bê tông dự ứng lực ngoài
• 2.3.5. Các tiền đề trong tính toán và cấu tạo
• 2.4. Các sơ đồ tính toán cáp dự úng lực ngoài theo trạng thái giới hạn sử dụng
• 2.5. Các sơ đồ tính toán cáp dự úng lực ngoài theo trạng thái giới hạn cường độ
• 2.6. Các loại mất mát ứng suất cần được tính đến khi xem xét DƯL-N
• 2.7. Nghiên cứu công nghệ tăng cường cục bộ khả năng chịu lực của dầm bê tông DƯL giản đơn bằng DƯL ngoài
• 2.7.1. Các khái niệm và những yêu cầu chung
• 2.7.2. Các sơ đồ tăng cường cục bộ
• 2.8. Nghiên cứu công nghệ tăng cường tổng thể của cầu bê tông DƯL bằng DƯL ngoài
• 2.8.1. Sơ đồ kết cấu từ tĩnh định chuyển sang siêu tĩnh
• 2.8.2. So sánh phương pháp tăng cường tổng thể với phương pháp tăng cường cục bộ bằng DƯL-N
• 2.8.3. Công nghệ tăng cường tổng thể các dầm BTDƯL giản đơn thành dầm liên tục bằng DƯL-N
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN, CÁC THÍ NGHIỆM CHO KẾT CẤU DƯL NGOÀI. TỔNG HỢP CÔNG NGHỆ SỬA CHỮA, NÂNG CẤP, MỞ RỘNG CẦU SÀI GÒN BẰNG DƯL NGOÀI. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ DƯL NGOÀI
• 3.1. Mô hình phần tử hữu hạn để phân tích kết cấu bê tông DƯL-N
• 3.1.1. Các nghiên cứu đã được thực hiện
• 3.1.2. Ví dụ phân tích
• 3.1.3. Giới thiệu mô hình thí nghiệm
• 3.1.4. Xây dựng mô hình phân tích trên midas FEA
• 3.1.5. Kết quả tính toán
• 3.2. So sánh kết quả tính toán theo mô hình phần tử hữu hạn với tính toán theo Tiêu chuẩn
• 3.3. Tính toán kết cấu bê tông cường độ cao, dự ứng lực ngoài
• 3.3.1. Xây dựng mô hình
• 3.3.2. Kết quả tính toán
• 3.4. Đánh giá hiệu quả của dự ứng lực ngoài trong việc tăng cường khả năng chịu cắt trong các cấu kiện cầu
• 3.5. Tăng cường xà mũ trụ cầu Tenthill Creek (Queensland – Australia) bằng dự ứng lực ngoài
• 3.5.1. Thí nghiệm mô phỏng tăng cường xà mũ trụ cầu Tenthill Creek bằng dự ứng lực ngoài
• 3.5.2. Các thí nghiệm bổ sung nhằm củng cố những phát hiện trên đây
• 3.6. Khảo sát một thí nghiệm cơ bản khác sau đây về việc tăng cường khả năng chịu cắt bằng công nghệ dự ứng lực ngoài
• 3.6.1. Tổng hợp về kết quả thí nghiệm
• 3.6.2. So sánh đối chiếu kết quả tính toán theo tiêu chuẩn 22 TCN 272 -05 và kết quả thí nghiệm
• 3.7. Phân tích công nghệ sửa chữa, nâng cấp và mở rộng cầu Sài Gòn bằng công nghệ dự ứng lực ngoài (DƯL-N) (1998-2000):
• 3.7.1. Cầu Sài Gòn trước khi sửa chữa, nâng cấp và mở rộng:
• 3.7.2. Những nội dung chính của công tác sửa chữa, nâng cấp và mở rộng cầu Sài Gòn
• 3.7.3. Tăng cường nâng cấp các nhịp dẫn
• 3.7.4. Mở rộng nhịp dẫn
• 3.7.5. Mở rộng mặt cầu nhịp chính : 3 nhịp thép
• 3.8. Các tính toán tăng cường DƯL-N đối với dầm ngang các nhịp dẫn
• 3.8.1. Các bước căng cáp ngang
• 3.8.2. Tính độ dãn dài khi căng kéo các bó cáp dự ứng lực ngang
• 3.8.3. Tính toán lực căng đầu dầm ngang trung tâm (talon C):
• 3.8.4. Tính toán lực căng đầu dầm ngang talon A, B, D, E, F, G
• 3.8.5. Tính toán kiểm tra lực căng cáp tăng cường 36 dầm ngang 3 nhịp thép
• 3.9. Các tính toán tăng cường cáp dọc DƯL-N:
• 3.9.1. Tính toán kiểm tra lực căng thiết kế theo quy trình BPEL91 đối với cáp dọc chiều dài 73,82 m
• 3.9.2. Tính toán kiểm tra lực căng thiết kế theo quy trình BPEL91 đối với cáp dọc chiều dài 48,92m
• 3.10. Đánh giá hiệu quả của giải pháp tăng sửa chữa, nâng cấp và mở rộng cầu bằng công nghệ dự ứng lực ngoài:
• 3.10.1. Đánh giá hiệu quả của giải pháp tăng sửa chữa, nâng cấp và mở rộng cầu bằng công nghệ dự ứng lực ngoài cho cầu Sài Gòn
• 3.10.2. Hiệu quả về giải pháp kết cấu:
• 3.10.3. Đánh giá hiệu quả kinh tế việc nâng cấp và mở rộng cầu Sài Gòn:
• 3.11. Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật thông qua các nghiên cứu trước đây trong việc áp dụng công nghệ DƯL-N để sửa chữa, nâng cấp các kết cấu cầu định hình ở miền Nam:
• 3.11.1. Về mặt chịu lực
• 3.11.2. Đề xuất phương án phù hợp với điều kiện thực tế của các cầu ở Việt Nam
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC HÌNH

I. Tổng quan về công nghệ dự ứng lực ngoài

Công nghệ dự ứng lực ngoài đã chứng minh hiệu quả trong việc sửa chữa cầu cũ và tăng cường cầu cũ. Luận văn này tập trung vào việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ này trong lĩnh vực xây dựng cầu hầm. Công nghệ này không chỉ giúp cải thiện khả năng chịu tải của cầu mà còn kéo dài tuổi thọ công trình. Việc áp dụng kỹ thuật dự ứng lực trong cải tạo cầu đã trở thành một giải pháp quan trọng trong ngành xây dựng.

1.1. Hiện trạng hư hỏng cầu bê tông cốt thép

Hiện trạng hư hỏng của cầu bê tông cốt thép ở Việt Nam rất đa dạng, từ các vết nứt nhỏ đến các vết nứt lớn ảnh hưởng nghiêm trọng đến kết cấu. Các nguyên nhân chính bao gồm quá trình phá hủy vật liệu, ăn mòn cốt thép, và sai sót trong thiết kế và thi công. Việc đánh giá mức độ hư hỏng và tìm ra các biện pháp sửa chữa phù hợp là rất cần thiết.

1.2. Các biện pháp sửa chữa hiện nay

Các biện pháp sửa chữa hiện nay bao gồm phun bê tông, dán bản thép ngoài, và tăng cường bằng sợi carbon. Tuy nhiên, công nghệ dự ứng lực ngoài đang được xem là giải pháp hiệu quả nhất, đặc biệt trong việc tăng cường khả năng chịu tải của cầu. Công nghệ này cho phép kiểm soát tốt hơn trạng thái của cáp và giảm thiểu rủi ro trong quá trình thi công.

II. Nghiên cứu kết cấu và giải pháp gia cường

Chương này tập trung vào việc nghiên cứu kết cấu cầu và lựa chọn các giải pháp gia cường bằng công nghệ dự ứng lực ngoài. Các giải pháp bao gồm việc bố trí cáp, neo cáp, và hệ thống chuyển hướng cáp. Việc tính toán ứng xử chịu lực của kết cấu cầu được thực hiện dựa trên các lý thuyết và tiêu chuẩn quốc tế.

2.1. Lý thuyết tính toán kết cấu

Lý thuyết tính toán kết cấu cầu tăng cường bởi dự ứng lực ngoài được trình bày chi tiết, bao gồm các giả thiết và tiền đề trong tính toán. Các sơ đồ tính toán cáp dự ứng lực ngoài theo trạng thái giới hạn sử dụng và cường độ được phân tích kỹ lưỡng. Việc tính toán các loại mất mát ứng suất cũng được đề cập.

2.2. Công nghệ tăng cường cục bộ và tổng thể

Công nghệ tăng cường cục bộ và tổng thể của cầu bê tông bằng dự ứng lực ngoài được nghiên cứu. Các sơ đồ tăng cường cục bộ và tổng thể được so sánh, đánh giá hiệu quả. Công nghệ tăng cường tổng thể các dầm bê tông dự ứng lực giản đơn thành dầm liên tục bằng dự ứng lực ngoài cũng được trình bày.

III. Mô hình phần tử hữu hạn và thí nghiệm

Chương này trình bày việc sử dụng mô hình phần tử hữu hạn để phân tích kết cấu bê tông dự ứng lực ngoài. Các thí nghiệm mô phỏng tăng cường sức kháng cắt bằng dự ứng lực ngoài được thực hiện và đánh giá. Kết quả tính toán được so sánh với các tiêu chuẩn quốc tế như AASHTO và ACI.

3.1. Mô hình phần tử hữu hạn

Mô hình phần tử hữu hạn được xây dựng bằng phần mềm Midas FEA để mô phỏng các thí nghiệm của Tan và Ng (1997). Các yếu tố phi tuyến vật liệu và hình học được khảo sát để đánh giá hiệu quả tăng cường dự ứng lực ngoài. Kết quả tính toán được so sánh với các kết quả thí nghiệm và dự đoán theo tiêu chuẩn.

3.2. Thí nghiệm tăng cường sức kháng cắt

Các thí nghiệm mô phỏng tăng cường sức kháng cắt bằng dự ứng lực ngoài được thực hiện trên các mô hình thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm được so sánh với kết quả tính toán theo tiêu chuẩn 22 TCN 272-05. Việc đánh giá hiệu quả của giải pháp tăng cường được thực hiện thông qua các nghiên cứu trước đây và thực tiễn áp dụng.