Giáo trình Khai thác, kiểm định, gia cố, sửa chữa cầu cống

Nội dung text: Giáo trình Khai thác, kiểm định, gia cố, sửa chữa cầu cống

1. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống gs. ts. nguyễn viết trung giáo trình khai thác, kiểm định, gia cố, sửa chữa cầu cống đại học giao thông vận tải hà nội - 2008 Page 1/147
2. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Ch−ơng 1: Khai thác cầu 5 1.1.Tổ chức quản lý khai thác cầu 5 1.1.1. tổ chức 5 1.1.2. những tài liệu kỹ thuật cần thiết 6 1.1.3.Một số vấn đề cần l−u ý 7 1.2- công tác đo đạc theo dõi cầu 8 1.2.1- theo dõi tình hình lòng sông d−ới cầu. 8 1.2.2- đo đạc kích th−ớc hình học. 9 1.3. Bảo d−ỡng mặt cầu và đ−ờng đầu cầu. 15 1.4. Điều tra h− hỏng chung của kết cấu thép và kết cấu liên hợp thép - BTCT. 16 1.4.1. Nhận dạng các h− hỏng. 17 1.4.2. Điều tra các h− hỏng do mỏi. 18 1.4.3. Điều tra các h− hỏng do rỉ. 22 1.4.4. Điều tra các h− hỏng về mặt cơ học và phá hoại dòn. 24 1.4.5. Đối với dầm thép liên hợp bản bê tông cốt thép 25 1.5. Điều tra các h− hỏng chung của các kết cấu nhịp bằng bê tông, đá xây, bê tông cốt thép. 25 1.5.1. Phân loại các vết nứt ( hình 1.9) 25 1.6 - Điều tra các liên kết trong kết cấu thép và bê tông cốt thép. 29 1.6.1. Điều tra liên kết đinh tán. 30 1.6.4. Điều tra liên kết hàn. 33 1.7. Điều tra gối cầu. 36 1.7.1 Nguyên tắc chung 36 1.7.2 Các chỉ dẫn cơ bản 37 1.8. điều tra mố trụ và móng. 38 1.8.1 điều tra vết nứt. 39 1.8.2 điều tra về chuyển vị. 40 1.9. điều tra ảnh h−ởng của môi tr−ờng ăn mòn đối với công trình cầu. 40 1.9.1 -ảnh h−ởng môi tr−ờng đến hiện t−ợng rỉ thép và cốt thép. 41 1.9.2. tình trạng các bô nát hoá bê tông và ăn mòn đối với bê tông. 42 1.10. điều tra hậu quả của động đất, cháy, nổ, lở núi. 43 1.11. sơ bộ phân cấp hạng trạng thái kỹ thuật cầu. 43 1.12. yêu cầu về hồ sơ điều tra các h− hỏng cầu khuyết tật. 44 CHƯƠNG 2 46 Thử nghiệm cầu 46 2.1. Các vấn đề chung 46 2.2.1. Mục đích thử tải cầu và các tr−ờng hợp thử tải cầu 46 2.1.2 nội dung công tác thử tải cầu 47 2.1.3. tải trọng thử cầu 48 2.1.4. thử tải tĩnh 54 2.1.5. thử tải động 55 2.2. ph−ơng pháp dùng ten-xơ-met để đo ứng suất 55 2.2.1. Các loại ten-xơ-mét co học 58 2.2.2. Ten-xơ-mét dây 60 2.2.3. Ten-xơ-mét đIện 62 2.2.4. Các ph−ơng pháp đo ứng suất trong các bộ phận kết cấu cầu 64 2.3- các máy đo độ võng và đo chuyển vị thẳng. 67 2.3.1 máy đo độ võng mác-xi-môp. 67 Page 2/147
3. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống 2.3.2 đồng hồ đo chuyển vị 68 2.3.3. đồng hồ đo biến dạng 69 2.3.4 dụng cụ đo góc xoay 70 2.4. nhận xét các kết quả thử tĩnh đối với cầu. 71 2.4.1. xét độ võng 71 2.4.2. xét ứng suất 73 2.5. các ph−ơng pháp và thiết bị đo thử động đối với cầu. 73 2.5.1. những vấn đề chung 73 2.5.2. máy đo geiger 74 2.5.3. các máy đo dao động kiểu dùng đIện 78 2.6. xác định các đặc tr−ng cơ lý và tính chất của vật liệu. 79 2.6.1. kim loại 79 2.6.2. bêtông 81 2.7- Phát hiện các khuyết tật và h− hỏng ẩn giấu 84 2.7.1- Ph−ơng pháp âm thanh 84 2.7.2. Ph−ơng pháp từ tr−ờng 87 2.7.3- ph−ơng pháp tia rơn ghen và ph−ơng pháp tia gama 88 2.8. Xử lý kết quả đo và phân tích kết luận 88 2.8.1. Hệ số phân bố ngang hoạt tải 89 2.8.2. xử lý số liệu do ứng biến 89 2.8.3. Xử lý kết quả đo động 91 2.8.4. - Đánh giá và nhận xét kết quả thử tải cầu 93 Ch−ơng 3: 94 Đánh giá năng lực chịu tải 94 của cầu đ* qua khai thác 94 3.1. Khái niệm chung 94 3.2. Công thức chung tính toán đẳng cấp cầu thép đ−ờng sắt. 95 3.2.1. Xét kết cấu nhịp 95 3.2.2. Xét đoàn tàu. 96 3.3. Tính đẳng cấp dầm chủ và hệ dầm mặt cầu 96 3.3.1. Nguyên tắc chung 96 3.3.2. Tính toán c−ờng độ theo ứng suất pháp 97 3.3.3. Tính toán c−ờng độ theo ứng suất tiếp 100 3.3.4. Tính toán theo c−ờng độ của liên kết thép góc bản cánh với bản bụng ( bằng đinh tán, bu lông hoặc hàn) 102 3.3.5. Tính toán theo ổn đinh chung 103 3.3.6. Tính toán theo điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng có s−ờn đứng tăng c−ờng ở mặt cắt gối dầm. 105 3.3.7. Tính toán theo điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng dầm 105 3.3.8. Tính toán theo điều kiện mỏi 106 3.3.9. Tính toán dầm dọc cụt 107 3.3.10. Điều kiện tính toán liên kết dầm dọc với dầm ngang 109 3.3.11. Tính toán liên kết dầm ngang với dàn chủ. 110 3.4. Tính toán các bộ phận của dàn chủ 111 3.4.1 Tính thanh chịu nén theo c−ờng độ của bản giằn hay thanh giằng 111 3.4.2. Tính toán thanh biên trên của dàn khi tà vẹt đặt trực tiếp lên nó 112 3.4.3. Tính toán nút gối nhọn của dàn. 112 3.4.4. Tính toán hệ liên kết và giằng gió 112 3.5. Xét ảnh h−ởng của các h− hỏng và khuyết tật các bộ phận. 113 3.5.1. ảnh h−ởng của sự giảm yếu bộ phận do gỉ 113 3.5.2. ảnh h−ởng của sự cong vênh của các cấu kiện 113 3.5.3. ảnh h−ởng của các lỗ thủng, các chỗ móp lõm và các vết nứt. 114 3.6. Tính toán các bộ phận đ−ợc tăng c−ờng. 116 Page 3/147
4. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống 3.6.1. Năng lực chịu tải các cấu kiện kết cấu nhịp đn đ−ợc tăng c−ờng bằng cách thêm thép, đ−ợc xác định nh− sau: 116 3.6.2. Năng lực chịu tải của cấu kiện bị nén, đn đ−ợc tăng c−ờng bằng gỗ 116 3.7. Các chỉ dẫn thực hành tính toán 117 Ch−ơng 4: 119 Sửa chữa và tăng c−ờng cầu 119 4.1. Các giải pháp kết cấu công nghệ sửa chữa kết cấu nhịp cầu thép. 119 4.1.1. Sửa chữa mặt cầu. 119 4.1.2. Thay thế các đinh tán và bu lông hỏng 119 4.1.3. Sửa vết nứt 121 4.1.4. Sửa chỗ móp méo. 122 4.1.5. Sửa cong vênh. 122 4.1.6. Sơn lại cầu thép. 123 4.2. Các giải pháp kết cấu công nghệ sửa chữa kết cấu nhịp cầu BTCT. 125 4.2.1. Giải pháp chung: 125 4.2.2. Chuẩn bị kết cấu tr−ớc khi sửa chữa. 126 4.2.3. Tiêm vữa Xi măng hoặc keo Epoxi 127 4.2.4. Dùng bê tông Polime và vữa đặc biệt để vá các chỗ vỡ và bịt vết nứt. 129 4.2.5. Phun bê tông. 129 4.3. Các giải pháp kết cấu công nghệ sửa chữa mố trụ cầu. 130 4.4. Sửa chữa cầu đá, cầu vòm bê tông, cống 131 4.4.1. Sửa chữa cầu đá và cầu bê tông 131 4.4.2.Sửa chữa cống 132 4.5. Các giải pháp kết cấu công nghệ tăng c−ờng mở rộng kết cấu cầu thép. 133 4.5.1. Nguyên tắc chung 133 4.5.2. Tăng c−ờng phần xe chạy 134 4.5.2. Tăng c−ờng dầm chủ đặc bụng 136 4.5.3. Tăng c−ờng dàn chủ 138 4.5.4. Tính toán tăng c−ờng kết cấu nhịp thép 141 4.6. Tăng c−ờng kết cấu nhịp cầu BTCT, bêtông và đá xây 142 4.6.1 Thêm cốt thép 142 4.6.2 Dán bản thép ngoài bổ sung 144 4.6.3 Tạo dự ứng lực ngoài bổ sung 144 4.6.4 Về cách tăng c−ờng cầu vòm bêtông và cầu đá. 145 4.6.5 Tính toán tăng c−ờng cầu BTCT cũ 145 4.7. Các giải pháp kết cấu công nghệ tăng c−ờng mố trụ cầu. 145 4.7.1 Tăng c−ờng trụ 145 4.7.2 Tăng c−ờng mố cầu 146 Page 4/147
5. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Ch−ơng 1: Khai thác cầu 1.1.tổ chức quản lý khai thác cầu 1.1.1. tổ chức Trong lĩnh vực đ−ờng bộ hiện nay, các quốc lộ và cầu cống trên đó chủ yếu do Cục đ−ờng bộ Việt Nam quản lý khai thác.Các cấp quản lý đ−ợc phân từ cao xuống thấp nh− sau: - Cục đ−ờng bộ Việt Nam. - Các khu quản lý đ−ờng bộ: + Khu QLĐB - 2 (Phạm vi trong các tỉnh miền bắc ) + Khu QLĐB -4 (Phạm vi từ Thanh Hoá đến Thừa Thiên Huế ) + Khu QLĐB -5 (Phạm vi từ Quảng Nam đến Khánh Hoà) + Khu QLĐB -7 (Phạm vi từ Ninh thuận trở vào và toàn miền Nam bộ ) - Các Phân khu quản lý đ−ờng bộ - Các hạt QLĐB - Các Cung QLĐB, các cung quản lý cầu Các cầu nhỏ và cống đ−ợc các “Cung đ−ờng “ quản lý cùng với tuyến.Riêng các cầu lớn và cầu trung có thể do các “Cung quản lý cầu “chịu trách nhiệm phụ trách. Những cầu Thăng Long, cầu Ch−ơng D−ơng do “ xí nghiệp quản lý “ của cầu đó phụ trách. Các sở giao thông công chính thuộc các tỉnh có nhiệm vụ quản lý mạng l−ới tỉnh lộ và huyện lộ và một số đoạn quốc lộ trong phạm vi tỉnh,nh− vậy các cầu nhỏ và cầu trung trong mạng l−ới đó do Sở GTCC quản lý khai thác. Trong ngành đ−ờng sắt Việt Nam, cao nhất là Liên hiệp đ−ờng sắt Việt Nam, bên d−ới là các cấp thấp dần theo trình tự liệt kê nh− sau: - Các liên hiệp đ−ờng sắt khu vực: + Khu vực 1 (phạm vi từ miền bắc đến Quảng Bình). + Khu vực 2 (phạm vi từ Đồng Hới (Quảng Bình) đến Diêu Trì tỉnh Qui Nhơn). + Khu vực 3 (phạm vi từ Diêu Trì đến ga Sài Gòn ). - Các xí nghiệp quản lý từng đoạn tuyến. - Các hạt quản lý đ−ờng sắt - Các cung quản lý đ−ờng và Các cung quản lý cầu. Page 5/147
6. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Đối với cầu lớn nh− cầu Long Biên có xí nghiệp quản lý khai thác cầu riêng. Các đơn vị quản lý cấp d−ới nói chung có nhiệm vụ quản lý khai thác cầu đ−ờng, kiểm tra kỹ thuật của cầu đ−ờng hàng ngày và định kỳ để phát hiện kịp thời các h− hỏng và sửa chữa ngay. Trong các tr−ờng hợp đặc biệt về kỹ thuật sẽ có sự hỗ trợ của các đơn vị kỹ thuật với chuyên môn sâu của các cấp quản lý cao nh− Sở GTCC,Cục đ−ờng bộ,liên hiệp đ−ờng sắt và các cơ quan khác của Bộ GTVT. Vài năm gần đây, đối với một số cầu lớn nh− cầu Thăng Long, Ch−ơng D−ơng, Bến Thuỷ, các xí nghiệp quản lý cầu có thêm nhiệm vụ thu lệ phí qua cầu. Cũng từ năm 1990 việc áp dụng máy tính điện tử trong các công tác quản lý kỹ thuật cầu đ−ờng dần dần phát triển. Cục đ−ờng bộ, liên hiệp đ−ờng sắt đn có nhiều hệ thống máy tính và các ch−ơng trình thích hợp để quản lý thống nhất các hồ sơ và kế hoạnh, trạng thái kỹ thuật hệ thống cầu đ−ờng của mình.Riêng các Sở GTVT thì việc này còn ch−a đ−ợc thực hiện đông đều ở các tỉnh. 1.1.2. những tài liệu kỹ thuật cần thiết Công tác quản lý khai thác cầu trong các ngành đ−ờng sắt vẫn giữ đ−ợc nề nếp và hệ thống từ ngày mới thành lập nên các văn bản pháp lý, các tài liệu kỹ thuật và tài liệu nghiệp vụ cho các cán bộ đều đ−ợc thống nhất và chặt chẽ. Đối với các ngành đ−ờng bộ tuy ch−a có luật đ−ờng bộ Việt Nam nh−ng các tài liệu kỹ thuật và các h−ớng dẫn có tính pháp lý nh− các qui trình, qui phạm đều đn có. Tuy nhiên do công tác quản lý còn phân tán nên nói chung các tài liệu có tính pháp lý trong quản lý đ−ờng bộ đn thất lạc nhiều, không còn đủ ở các cấp cơ sở trực tiếp quản lý cầu đ−ờng. Đây là một khó khăn trong việc nâng cao chất l−ợng quản lý khai thác cầu đ−ờng nói chung. Hiện nay trong phạm vi quản lý của Cục đ−ờng bộ Việt Nam, đối với các cầu cống nói chung đn đề ra một số chỉ tiêu chính chính cần quản lý kỹ thuật và đ−a vào hệ thống thông tin trên máy nh− sau: - Tên cầu - Tỉnh - Tên tuyến - Lý trình - Năm xây dựng - Chiều dài toàn cầu - Chiều rộng: +Của phần xe chạy. Page 6/147
7. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống +Của lề đi bộ - Chiều cao khóng chế trên cầu :Cao độ mật cầu,cao độ đáy cầu. - Tải trọng: + Theo thiết kế ban đầu + Theo thực tế hiện nay - Đặc tính kỹ thuật : +Mô tả loại kết cấu nhịp, sơ đồ, chiều dài mỗi nhịp. +Đặc điểm mặt cầu (gỗ,bê tông,BTCTT,đá xây ) +Mô tả cấu tạo hai mố :Vật liệu, kiểu mố, kiểu móng. + Mô tả cấu tạo các trụ : Vật liệu, kiểu, chiều cao, kiểu móng. - Đặc điểm về địa chất - Các mực n−ớc: + Mức n−ớc cao nhất. + Mức n−ớc thấp nhất. - Chiều cao và chiều rộng khống chế nhỏ nhất d−ới cầu do nhu cầu thông thuyền hay thuỷ lợi. Các chỉ tiêu này chỉ là các chỉ tiêu tổng quát, đ−ợc đến trong hệ thống quản lý ở cấp cao nh− Cục đ−ờng bộ và các Khu QLĐB. ở các Cung quản lý cầu phải lập các hồ sơ riêng cho từng cầu để theo dõi lâu dài. Trong ngành đ−ờng sắt, chỉ tiêu kỹ thuật cần quản lý mỗi cầu có nhiều chỉ tiêu hơn nữa. 1.1.3.Một số vấn đề cần l−u ý Nhìn chung, công tác bảo d−ỡng duy trì định ký đối với các cầu đ−ờng đn đ−ợc chú ý nhiều, đặc biệt trên tuyến đ−ờng sắt Hà Nội -TP Hồ Chí Minh, các cầu dù to nhỏ đều có sổ sách theo dõi và đ−ợc dọn dẹp vệ sinh, có kế hoạch sửa chữa, nâng cao hay thay thế nếu cần thiết. Trái lại, trong ngành đ−ờng bộ, các cầu nói chung không đ−ợc làm vệ sinh. Do đó hiện t−ợng h− hỏng hệ mặt cầu khe biến dạng, n−ớc ngấm xuống thân dầm gây rỉ thép v.v có thể gặp ở khắp nơi. Rất ít cầu thép đ−ợc chăm sóc đúng mực và sơn lại, ngoại trừ các cầu lớn nh− cầu Thăng Long. Page 7/147
8. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Cần l−u ý rằng việc làm vệ sinh cho cầu th−ờng xuyên bằng cách quét dọn, thông cống thoát n−ớc, dùng máy bơm n−ớc với áp lực mạnh xói rửa các vị trí khe biến dạng, đầu nhịp và toàn bộ kết cấu nhịp là công việc không đòi hỏi nhiều thiết bị, vật t−, nhân lực nh−ng có tác dụng hết sức quan trọng để kéo dài tuổi thọ và giữ tốt tình trạng kỹ thuật của cầu. 1.2- công tác đo đạc theo dõi cầu 1.2.1- theo dõi tình hình lòng sông d−ới cầu. Do điều kiện lịch sử để lại, các sông ở miền Bắc th−ờng có đê viền hai bên bờ, các sông ở miền Nam và miền Trung th−ờng không có đê nên n−ớc chảy tràn bờ khi có lũ. Điều kiện này ảnh h−ởng đến chế độ dòng chảy và các hiện t−ợng xói mòn, bồi đắp ở các khu vực cầu với các đặc điểm khác nhau ở mỗi miền đất n−ớc. Ng−ời quản lý cầu cần l−u ý vấn đề này. Bình th−ờng lòng sông d−ới cầu ít có biến động, nh−ng những năm gần đây do nạn phá rừng bừa bni và các biến động thời tiết khiến cho các điều kiện thuỷ văn ở các miền đều khác tr−ớc, gây ra những thay đổi tình hình lòng sông d−ỡi cầu. Vì vậy sau hoặc trong những mùa lũ cần phải theo dõi những biến đổi của lòng sông d−ỡi cầu, đặc biệt đối với cầu lớn và cầu trung. Những nguyên nhân làm thay đổi trạng thái lòng sông d−ỡi cầu là : - Khẩu độ cầu không đủ khả năng thoát lũ. - Công trình điều chỉnh lòng sông không có hoặc không đáp ứng yêu cầu. - Mái dốc đ−ờng vào cầu, nón mố đầu cầu không đ−ợc gia cố đủ mớc cần thiết để chống xói lở. - Có những công trình nào đó mới đ−ợc xây dựng ở th−ợng l−u hoặc hạ l−u gây ảnh xấu đến chế độ dòng chảy. Để phát hiện đúng nguyên nhân cần phải có các tài liệu thống kê nhiều năm về số liệu đo đạc mặt cắt lòng sông và chế độ thuỷ văn cầu (các mực n−ớc, các l−u tốc, h−ớng dòng chảy chính v.v ). Để đo đạc mặt cắt ngang sông d−ới cầu th−ờng cách 25m về phía th−ợng l−u cũng nh− hạ l−u cầu và chính trục dọc cầu cần phải đo vẽ. Thời điểm đo nên ở tr−ớc và sau mỗi mùa lũ. Nếu phát hiện có tình trạng xói cục bộ nhiều ở quanh trụ thì phải đo nhiều điểm ở đó. Nói chung nếu cầu dài quá 50m thì các điểm đo th−ờng cách nhau chừng 10m. Nếu cầu ngắn hơn 50m thì đo cách qunng 5m. Nếu cầu có kết cấu nhịp dàn nên thả các dây đo từ các điểm nút dàn cho thụân tiện đo và vẽ. Page 8/147
9. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Có thể đo từ kết cấu nhịp hay từ thuyền bằng ph−ơng pháp nào thuận tiện, đủ chính xác. Nói chung ở Việt Nam th−ờng đo bằng cách buộc vật nặng. Nếu có máy đo sâu bằng thuỷ âm thì hiện đại hơn và nhanh hơn. Loại máy này đo thời gian phản hồi của sóng âm thanh phát ra h−ớng xuống đáy sông, từ đó suy ra độ sâu của lòng sông. Nếu dùng dây đo thì nên đánh dấu cách qunng 20cm trên dây. Để định đúng vị trí điểm đo khi đo từ thuyền có thể căng một dây thẳng ngang sông nếu sông nhỏ hoặc dùng phép đo kiểu toàn đạc với máy kinh vĩ trên bờ và mía dựng trên thuyền. Kết quả đo sẽ đ−ợc vẽ theo dạng mẫu nh− hình vẽ (trang bên). 1.2.2- đo đạc kích th−ớc hình học. Mục đích công tác này là đo và lập lại các bản vẽ mặt bằng, trắc dọc cầu, các mặt cắt ngang đặc tr−ng thực tế của cả cầu nói chung cũng nh− của từng bộ phận trong kết cấu nhịp, mố trụ, móng, đ−ờng đầu cầu, các công trình phụ khác Phải căn cứ vào các tài liệu mới đo vẽ này các tài liệu thiết kế hoặc hoàn công cũng nh− các tài liệu kiểm định cũ để đánh giá vị trí chính xác của các bộ phận cầu trong không gian và chất l−ợng cầu. Từ đó nhận xét các nguyên nhân h− hỏng, sự chuyển vị hay biến dạng của các bộ phận cầu theo thời gian. 1.2.2.1- Đo cao độ. Phải cao đạc bằng các máy cao đạc có độ chính xác trung bình, sai số trung ph−ơng ± 4mm trên 1km. Page 9/147
10. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Lp=55.0 Lp=55.0 MNCN MNTN Mực n−ớc Cự ly lẻ TN CN Cao độ Cao lòng sông Hình 1.1. Mặt cắt ngang lòng sông d−ới cầu Đối với những cầu mà qua điều tra phát hiện đang biến dạng lớn và có nhiều nghi vấn cần dùng loại máy cao đạc độ chính xác cao nh− Ni - 004 với sai số trung ph−ơng ± 5mm trên 1 km. Phải đo ít nhất 2 lần từ các cọc mốc khác nhau để giảm sai số. Trong số đo đạc cần ghi rõ điều kiện đo: thời tiết, nhiệt độ khí quyển v.v Các vị trí đặt mia đ−ợc đánh dấu sơn đỏ và ghi chú trong bản vẽ cũng nh− bản thuyết minh công tác cao đạc. Các dàn chủ đ−ợc cao đạc ở mạ dàn th−ợng l−u cũng nh− dàn hạ l−u. Mia phải đ−ợc đặt tại các vị trí t−ơng ứng của mọi nút đn đ−ợc đánh dấu tr−ớc bằng sơn. Ví dụ: cùng đặt mia lên các tấm nằm ngang của bản cách các dầm ngang sát bản nút dàn. Các tấm bê tông cốt thép đ−ợc cao đạc ít nhất tại 3 mặt cắt đặc tr−ng (giữa nhịp, trên gối). Trong mỗi mặt cắt phải cao đạc 2 điểm bên phía th−ợng l−u và phía hạ l−u. Nếu tại các chỗ dự định dặt mia trên kết cấu nhịp thép mà số l−ợng tấm bản thay đổi khác nhau hoặc có bản đệm khác nhau thì phải ghi chú để xử lý kết quả đo sẽ qui đổi theo cùng một mức chuẩn. Page 10/147
11. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Phải cao đạc mọi dàn chủ, dầm phần xe chạy, bệ kê gối, đỉnh 2 ray chính ở các điểm đặc tr−ng đn chọn tr−ớc. Kết quả cao đạc phải đ−ợc vẽ thành bản vẽ trắc dọc. Có thể vẽ chập từng cặp các bộ phận giống nhau của phía hạ l−u và phía th−ợng l−u để phân biệt nhận xét sự biến dạng của kết cấu. Căn cứ vào trắc dọc và mặt bằng đn đo vẽ đ−ợc có thể đ−a ra các nhận xét trên cơ sở những gợi ý sau đây: - Hình dạng đều đặn của trắc dọc có độ vồng xây dựng chứng tỏ là kết cấu nhịp có chất l−ợng tốt. - Hình dạng nhấp nhô, gny khúc của trắc dọc có thể do sai sót lúc thi công, chế tạo và lúc lắp dựng kết cấu nhịp, hoặc do biến dạng quá mức trong quá trình khai thác cầu. - Nếu có các tài liệu đo vẽ cũ t−ơng tự thì phải so sánh để xem có sự chênh lệch quá lớn giữa các lần đo thì cần tìm nguyên nhân và đề xuất cách khắc phục. Nếu chênh lệch ít cũng cần phân tích nguyên nhân và đánh giá khả năng khai thác cầu liên tục. 1.2.2.2 Đo vẽ mặt bằng. 1.2.2.2.1 Đo vẽ mặt bằng kết cấu nhịp. Để đo vẽ mặt bằng kết cấu nhịp và đ−ờng ray trên đó cũng nh− của mố trụ và đ−ờng đầu cầu, phải dùng máy kinh vĩ có sai số không quá ±15”, th−ớc thép, máy đo dài kiểu ánh sáng Quy −ớc đo trục dọc kết cấu nhịp là đ−ờng đi qua điểm của hai dầm ngang hai đầu nhịp. Mặt bằng của kết cấu nhịp th−ờng đ−ợc vẽ theo các vị trí tâm nút dàn ở độ cao có mặt phẳng phần xe chạy. Khi có điều kiện nên đo cả mặt bằng của hai mặt phẳng biên trên và biên d−ới của dàn. Từ đó sẽ phân tích mức độ biến dạng ngang của kết cấu d−ới tác dụng cuả tĩnh tải. Sau khi đo vẽ mặt bằng dàn chủ nếu phát hiện thấy các lỗ sai lệch đột ngột của các nút dàn riêng lẻ nào đó có với vị trí thiết kế của nó thì cần kiểm tra kỹ bổ sung ngay về tình trạng hệ liên kết dọc và hệ liên kết ngang của dàn chủ. Khi kiểm tra phát hiện các sai lệch lớn của vị trí các bộ phận kết cấu nhịp trên mặt bằng thì cần kiểm toán ảnh h−ởng của các sai lệch đó đến điều kiện chịu lực (sự quá tải) của các bộ phận kết cấu. Riêng đối với cầu dàn có đ−ờng xe chạy d−ới thì phải kiểm tra thêm về khổ giới hạn thông xe. Page 11/147
12. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống 1.2.2.2.2 -Đo vẽ mặt cắt mố trụ, đ−ờng đầu cầu. Yêu cầu đo vị trí các điểm đặc tr−ng để có thể vẽ đúng hình dạng thực tế cơ bản của từng mố trụ trên mặt bằng. Khi đo vẽ cần đối chiếu với các hồ sơ l−u trữ để nhận xét. Đối với đ−ờng đầu cầu chỉ cần vẽ sơ hoạ và mô tả nếu có đ−ờng cong. 1.2.2.3 - Đo vẽ các mặt cắt ngang của các bộ phận kết cấu. Đối với các bộ phận kết cấu bằng thép, đặc biệt là dàn thép, phải đo đạc kích th−ớc mặt cắt ngang thực tế của các bộ phận chịu lực: các thanh dàn chủ, dầm dọc, dầm ngang, hệ liên kết, gối cầu v.v Chú ý ghi rõ chiều dày thép còn lại sau khi bỏ phần rỉ. Tr−ờng hợp có đủ hồ sơ cũ thì chỉ cần đo đạc một số bộ phận nghi ngờ hoặc bị rỉ nặng cần kiểm tra xem xét kết cấu thực có giống với kích th−ớc trong hồ sơ cũ hay không. Nếu chúng giống nhau về cơ bản thì không cần đo tỉ mỉ. Dụng cụ đo là th−ớc thép, th−ớc cặp, các th−ớc đo khe hở, dây dọi, ê-ke thép. Đối với kết cấu nhịp bằng bê tông, đá xây, bê tông cốt thép chỉ cần đo tại các mặt cắt đặc tr−ng đại diện,nh−ng ít nhất cũng phải đo ở mặt cắt giữa nhịp, mặt cắt 1/4, mặt cắt gối. Ngoài ra cần phải đo ở mặt cắt nào đó h− hỏng đến mức có thể ảnh h−ởng xấu đến năng lực chịu tải của kết cấu. Đối với bộ phận bằng thép đn bị cong phải dùng 1 dây thép căng thẳng giữa 2 đầu bộ phận đó rồi đo khoảng cách từ điểm đặc tr−ng trên đoạn cong vênh đến dây thép căng đó. Kết quả đo để phục vụ cho việc tính toán lại bộ phận này. Sai số đo cho phép nh− sau: + Đối với kết cấu thép ±0,5mm. + Đối với kết cấu đn xây, bê tông cốt thép ±0,5cm. Phải đo ít nhất hai lần lặp, nếu không đạt sai số nói trên thì phải đo lại lần ba theo xác suất thống kê. Kết quả đo phải đ−ợc thể hiện trên các bản vẽ chi tiết, có kèm theo lời chú thích cần thiết. Những chỗ sai lệch lớn về kích th−ớc cong vênh phải đ−ợc đánh dấu bằng sơn đỏ lên kết cấu và ghi rõ trên bản vẽ. Page 12/147
13. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống 1.2.2.4. Nội dung cơ bản của các bản vẽ kết quả đo đạc. 1.2.2.4.1. Bản vẽ bố trí chung mặt đứng cần thể hiện rõ. - Dạng kết cấu nhịp thép, bê tông cốt thép, đá xây, bê tông v.v - Dạng mố trụ. - Mặt cắt lòng sông có thể hiện lỗ khoan địa chất( nếu có ). Các kích th−ớc chủ yếu: - Chiều dài toàn cầu - Chiều dài kết cấu nhịp của mỗi nhịp. - Chiều dài nhịp tính toán của mỗi nhịp. - Khẩu độ thoát n−ớc. - Chiều cao các thanh đứng của dàn. - Cao độ đỉnh dầm dọc ở 2 đầu, sát với dầm ngang của mỗi khoan dàn chủ. - Cao độ tại các điểm mạ hạ (hoặc mạ th−ợng ) của dàn th−ợng l−u và dàn hạ l−u (ở hai đầu dầm ngang sát bản nút dàn). - Cao độ đỉnh ray tại các điểm phía trên các dầm ngang. - Cao độ tìm gối ở cao độ kê gối. - Cao độ các đỉnh mũ mối, trụ, độ dốc ở đó. - Cao độ đỉnh t−ờng tr−ớc và đỉnh t−ờng cách mố. - Cao độ vai đ−ờng hai đầu cầu. - Cao độ định chóp nón hai mố. - Chiều dài mố. - Độ dốc nón hai mố, vị trí chân nón mố. - Cao độ mức n−ớc cao nhất, thấp nhất trong ngày điều tra. - Cao độ mức n−ớc lũ cao nhất lịch sử. - Loại ray, loại tà vẹt trên cầu. - Ghi chú về mốc cao đạc và các cọc mốc định vị đn dùng để đo đạc. Page 13/147
14. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Điểm đầu đoạn cong Điểm cuối đoạn cong 7x500 5x500 1290 6000 1210 Hình 1.2. Ví dụ cách đo thanh bị cong vênh 1.2.2.4.2. Bản vẽ bố trí chung mặt bằng. Yêu cầu thể hiện: - Sơ họa đ−ờng ray hai đầu cầu, trên cầu, đ−ờng công hay đ−ờng thẳng. - Đ−ờng tim dọc hai mố. - Đ−ờng tim gốc ( dọc cầu ) lấy đ−ờng tim hai mố làm chuẩn để so sánh. - Đ−ờng tim các dầm dọc. - Đ−ờng tim các dàn chủ (mạ hạ và mạ th−ợng ). - Đ−ờng tim hai ray. - Sơ hoạ dàn chủ, dầm dọc, dầm ngang, dầm dọc cụt, hệ liên kết dọc. 1.2.2.4.3. Bản vẽ mặt cắt ngang các kết cấu nhịp. Yêu cầu thể hiện: - Cấu tạo mặt cắt ngang kết cấu nhịp ở vị trí đầu kết cấu nhịp và giữa kết cấu nhịp, vị trí có chốt của nhịp đeo. - Khoảng cách hai dàn chủ, bề rộng thanh đứng, bề rộng các thanh biên dàn, khoảng cách các dầm dọc. - Đối với kết cấu nhịp bê tông cốt thép, đá xây, bê tông cũng phải vẽ mặt cắt đại diện đn nêu ở mục 2.4.3.2. 1.2.2.4.4. Các bản vẽ cấu tạo và kích th−ớc chi tiết của các bộ phận kết cấu nhịp. Cần vẽ riêng biệt dàn nhủ th−ợng l−u và dàn nhủ hạ l−u, bao gồm: Mọi thanh dàn, qui cách các thép hình, thép bản, dạng mặt cắt tổ hợp của chúng,vị trí các chi tiết thép bị cắt đứt, vị trí và qui cách kích th−ớc các bản phủ nối( thép góc nối ),cự ly kết quả điều tra bằng cách đục rnnh thăm dò hoặc dùng máy nội soi, nếu có hồ sơ l−u trữ cũng cần ghi rõ). Page 14/147
15. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Cần thể hiện đủ các hình vẽ trên mặt chiếu đứng, mặt bằng và mặt cắt ngang của các bộ phận sao cho đủ cần hco tính toán và đánh giá năng lực chịu tải của chúng. Đối với các thanh trong hệ liên kết dọc và hệ liên kết ngang cũng cần đo vẽ nh− đối với các thanh dàn chủ nh−ng có thể với mức độ sơ sài hơn. 1.2.2.4.5 Bản vẽ gối. Yêu cầu thể hiện: - Kích th−ớc chi tiết mặt bằng các thớt gối - Chiều dày của thớt gối. - Chiều dài và đ−ờng kính thớt gối - Chiều dài và đ−ờng kính các con lăn. - Số l−ợng và khoảng cách giữa các con lăn, bề rộng con lăn cắt vát ( nếu có ). - Cấu tạo gối cao su - thép ( nếu có ). - Các kích th−ớc của các bệ kê gối. 1.3. Bảo d−ỡng mặt cầu và đ−ờng đầu cầu. Quy −ớc coi việc kiểm tra bảo d−ỡng mặt cầu có liên quan đến các bộ phận kết cấu sau: - Các lớp phủ phần xe chạy cầu ô tô. - Các kết cấu, ray, tà vẹt, phụ kiện, ba lát của cầu đ−ờng sắt. - Các hệ thống thoát n−ớc mặt cầu ( ống n−ớc ). - Vỉa hè, lan can, rải phân cách, rải bảo vệ. - Các cột đèn trên cầu và đ−ờng đầu cầu. - Các khe biến dạng. - Các bản quá độ - Các biển báo cho giao thông trên cầu và giao thông đ−ờng thuỷ d−ới cầu. Hầu hết các cầu ở Việt Nam đều có h− hỏng ở ống thoát n−ớc và khe biến dạng. Tình trạng đất, rác làm tắc ống và bịt kín khe biến dạng là nguyên nhân chính, mặt khác về thiết kế vẫn ch−a chú ý đúng mức. Do ống n−ớc hỏng nên n−ớc ngấm đọng gây ra suy thoái bê tông mặt cầu và bê tông dầm, gây rỉ nặng cho các bộ phận dầm thép làm giảm độ bền và tuổi thọ cầu. Đặc biệt ở các cầu BTCT cũ của đ−ờng sắt, n−ớc đọng trong máng ba lát lâu ngày suy thoái nặng cho bê tông. H− hỏng phổ biến nữa trên các cầu đ−ờng bộ và các lớp phủ mặt cầu bị bong tróc, mất hết độ dốc ngang thoát n−ớc mặt cầu, gây ra các hóc lóm chứa n−ớc mà không đ−ợc sửa chữa kịp thời khiến cho các h− hỏng ngày càng phát triển rộng ra và nặng thêm đến lúc buộc phải sửa chữa thì chi phí sửa chữa cao. Page 15/147
16. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Do cấu tạo không hợp lý và không đ−ợc bảo d−ỡng th−ờng xuyên nên các khe biến dạng th−ờng bị đất lấp kín khiến cho không thể hoạt động bình th−ờng đ−ợc nữa. Mặt khác, n−ớc m−a ngấm qua khe biến dạng xuống đầu kết cấu nhịp gây rỉ nặng cho các đầu dầm thép và bộ phận gối cầu bên d−ới nó. H− hỏng chủ yếu ở các vỉa hè trên cầu là vỡ các bản BTCT lắp ghép quá mỏng, h− hỏng lớp phủ trên mặt vỉa hè. ở những cầu cho n−ớc thoát qua d−ới gầm vỉa hè còn có tình trạng n−ớc ngấm tràn lan gây ẩm và suy thoái bê tông của bản cánh trên của dầm chủ, thậm chí có cây cỏ mọc d−ới gầm vỉa hè. Các cột lan can ở các cầu cũ thuộc phạm vi miền Bắc th−ờng đ−ợc thiết kế có kích th−ớc nhỏ nhẹ. Vì vậy, không chịu đ−ợc các lực đẩy ngang lớn do xe va quệt. Loại cột lan can lắp ghép có liên kết hàn ở chân cột vào bản thép chờ có thể bị gny do rỉ ở liên kết đó. Hệ lan can ở cầu cũ miền Nam do đ−ợc thiết kế to hơn theo tiêu chuẩn của Mỹ nên th−ờng bền vững hơn. H− hỏng chủ yếu ở lan can là gny, hở cốt thép, rỉ nặng các phần thép lộ ra đặc biệt ở các vùng gần biển. Công việc bảo d−ỡng mặt cầu nói chung đơn giản là làm vệ sinh, thông và sửa các ống n−ớc, và sửa kịp thời các ổ gà trên mặt cầu ô tô, siết lại các ốc và phụ kiện liên kết ray của cầu ô tô, siết lại các ốc và phụ kiện kết các kết ray của đ−ờng sắt v.v Cần chú ý phát hiện các vết nứt có quy luật và dài dọc cầu trên lớp phủ nhựa của cầu ô tô với các nhịp dầm BTCT dự ứng lực kiểu Mỹ có mới nối bằng cốt thép dự ứng lực ngang. Đó là biểu hiện của tình trạng đứt cáp dự ứng lực ngang. Cần xem xét kỹ và sửa chữa kịp thời. 1.4. Điều tra h− hỏng chung của kết cấu thép và kết cấu liên hợp thép - BTCT. Công tác điều tra bao gồm các công việc sau: + Kiểm tra hoặc đo vẽ lại bản vẽ các bộ phận cầu (nếu đn mất tài liệu gốc) bằng các máy trắc đạc. + Phát hiện và ghi lại các h− hỏng, khuyết tật hiện có, nhận xét đặc điểm, kích th−ớc, vị trí của chúng, đánh giá tình trạng chịu lực chung của cả cầu theo kinh nghiệm và kiến thức của ng−ời điều tra. + Xác định c−ờng độ thực tế của bê tông ở từng bộ phận đặc tr−ng của thép, của cốt thép. + Tìm hiểu cách bố trí cốt thép thực tế trong bê tông. Page 16/147
17. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Các h− hỏng, khuyết tật của kết cấu nhịp thép đ−ợc phân nhóm theo các dấu hiệu sau: - Dạng bề ngoài của h− hỏng. - Tốc độ phái triển h− hỏng cho đến lúc phái hiện kết cấu. - Mức độ nguy hiểm của h− hỏng. - Vị trí của h− hỏng. - Sự phân bố các h− hỏng (mật độ xuất hiện của chúng). 1.4.1. Nhận dạng các h− hỏng. Theo dạng bề ngoài của h− hỏng, cần phân biệt: - Sự lỏng các đinh tán, đứt đầu mũ đinh tán - H− hỏng mỏi, thể hiện qua các vết nứt trong các bộ phận. - Rỉ thép. - Mất ổn định cục bộ hoặc ổn định chung của các bộ phận riêng lẻ hoặc các phần của chúng. - Các vết nứt. - Cong vênh, biến dạng về hình dạng các bộ phận kết cấu. Theo tốc độ phát triển đến giai đoạn nguy hiểm, cần phân biệt: - Các h− hỏng phát triển 1 cách tức thời đột ngột ( các vết nứt khi phá hoại dàn; sự mất ổn định và v.v ) - Các h− hỏng phát triển nhanh( ví dụ các vết nứt do mỏi). - Các h− hỏng phát triển dần dần (lỏng bu lông, lỏng đinh tán, rỉ ). Theo mức độ nguy hiểm của h− hỏng, cần phân biệt rỗ các loại: - H− hỏng rất nguy hiểm: đó là các h− hỏng có thể gây ra ngừng khai thác cầu hoặc phá hoại cầu (các vết nứt, mất ổn định các bộ phận riêng lẻ của kết cấu nhịp v.v ). - H− hỏng cơ bản:các h− hỏng mà có thể đột ngột thay đổi tình trạng khai thác bình th−ờng của cầu : ví dụ lỏng đinh tán, rỉ nặng v.v ). - H− hỏng ít nguy hiểm: Các h− hỏng này làm xấu đi các điều kiện khai thác của kết cấu, có ảnh h−ởng xấu ở mức đọ nào đó đến sự phát triển của các h− hỏng khác( ví dụ : sự nghiêng lệch của các con lăn gối cầu ). Theo tầm quan trọng của bộ phận có h− hỏng: Cần điều tra xem h− hỏng là ở bộ phận nào. Page 17/147
18. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống - Dầm dọc, dầm ngang. - Dầm chủ hoặc dàn chủ. - Hệ liên kết dọc, hệ liên kết ngang. Theo mức độ phổ biến của h− hỏng : cần phân biệt phát hiện. - H− hỏng có tính chất hàng loạt. - H− hỏng th−ờng xuyên gặp. - H− hỏng ít khi gặp. Khi điều tra và phân tích h− hỏng phải dựa theo các gợi ý sau đây về các nguyên nhân h− hỏng. - Chất l−ợng thép xấu. - Chất l−ợng chế tạo cấu kiện xấu. - Các lõi về mặt thiết kế cấu tạo. - Sự không phù hợp giữa các giả thiết tính toán và điều kiện làm việc thực tế. - Công tác duy trì bảo d−ỡng không đ−ợc thực hiện tốt. - Điều kiện khí hậu khắc nghiệt bất lợi. - Tải trọng quá tải qua cầu. - Khổ giới hạn trên cầu cầu không đủ. - Đặc điểm tác động bất lợi của hoạt tải đoàn tàu. 1.4.2. Điều tra các h− hỏng do mỏi. Phá hoại mỏi xảy ra do sự phát triển dần dần các vết nứt trong thép. Cần chú ý phát hiện các vết nứt mỏi ở các vùng chịu lực cục bộ, nơi có ứng suất tập trung lớn nhất. 1.4.2.1. Đối với thanh dàn. Các h− hỏng mỏi nặng nhất th−ờng xuất hiện trong các thanh chéo gần giữa nhịp của các loại dàn chủ đinh tán. Tại đó cần tìm vết nứt mỏi đầu từ vùng ứng suất tập trung cao nhất ở hai mép lỗ hàng đinh thứ nhất và hàng đinh thứ hai đếm từ giữa thanh chéo của dàn. Thông th−ờng vết nứt sẽ phát triển theo h−ớng ngang tới trục dọc của thanh dàn, vết nứt sẽ qua các lỗ đinh. Đôi khi đầu vết nứt ỏ vị trí khoảng 1/5 đ−ờng kính lỗ đinh dọc theo trục của thanh chéo, h−ớng về đầu thanh. Để điều tra vết nứt mỏi phải kết hợp với việc phát hiện các đinh tán bị hỏng. Sự xuất hiện vết nứt mỏi luôn luôn đ−ợc báo tr−ớc bằng hiện t−ợng lỏng đinh tán nối các cấu kiện đó. Cần chú ý là trong các thanh chéo và thanh đứng có các đinh tán chịu cắt hai mặt thì ít phát hiện thấy h− hỏng mỏi ở liên kết. Page 18/147
19. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống 1.4.2.2. Đối với các thanh của hệ liên kết giữa các dàn chủ nên tìm vết nứt mỏi tại các mép lỗ đinh liên kết chúng vào bản nút. L−u ý là các h− hỏng này làm cho giao động của hệ liên kết tăng thêm rõ rệt khi tàu chạy qua cầu và ng−ời điều tra có thể dễ dàng phát hiện. 1.4.2.3. Đối với các dầm hệ mặt cầu cần l−u ý rằng h− hỏng do mỏi là một trong các h− hỏng phổ biến nhất và phát triển mạnh nhất trong dầm dọc, dầm ngang và h−ớng liên kết của chúng với nhau. Vết nứt th−ờng gặp là vết nứt ở cánh nằm ngang của thép góc cánh trên của dầm dọc, nó xuất hiện lúc đầu ở bên d−ới vệt gần sống thép góc này và phát triển theo sống đó rồi thay đổi h−ớng đi ngang với dầm dọc. Hiệu quả là cánh thép góc d−ới tà vẹt bị cong vênh rõ rệt. Cần phát hiện các h− hỏng nh− vậy ở thép góc phía trong và phía ngoài của dầm dọc có tà vẹt đè lên trên (loại dầm dọc không có tấm bản thép cánh nằm ngang, chỉ có các thép góc cánh) và ở các thanh biên trên cuả những dàn mà tà vẹt kê trực tiếp lên thanh đó. Loại vết nứt mỏi cũng xuất hiện ở bản bụng dầm dọc theo h−ớng nghiêng đi từ mép lỗ đinh của các hàng đinh thứ 2, thứ 3, thứ 4 (đếm từ đinh dầm dọc xuống) của liên kết dầm bụng với thép góc nối thẳng đứng. ở đó là hậu quả sự lỏng đinh tán ở liên kết bụng dầm với thép góc liên kết gây ra ứng suất tập trung cao ở mép lỗ đinh. Khi tải trọng lặp tác dụng nhiều lần, ở mép lỗ xuất hiện các vết nứt mỏi trong bụng dầm. Do đó, yêu cầu khi đi điều tra phải l−u ý phát hiện. Đối với kiểu cấu tạo dầm dọc xếp chồng lên trên dầm ngang nên chú ý phát hiện vết nứt mỏi ở cánh của thép góc cánh trên trong đoạn tựa của dầm dọc lên dầm ngang và đoạn tựa của dầm ngang lên dầm chủ ( nh− ở dàn VN64 ). Cần l−u ý đây là kiểu cấu tạo có tuổi thấp và độ chịu mỏi thấp. Đối với các dàn liên kết bằng bu lông c−ờng độ cao cũng nên chú ý phát hiện vết nứt ở liên kết của dầm dọc với dầm ngang, đặc biệt là khi cấu tạo không có bản gá. Các đinh tán và bu lông c−ờng độ cao có thể bị phá hoại ở các hàng đinh, bu lông phía trên và phía d−ới của thép góc liên kết với bụng dầm ngang, ở đó đinh bị nhô đầu do mô men uốn tác dụng trong liên kết. 1.4.2.4. Khi điều tra các kết cấu nhịp hàn và kết cấu nhịp đn đ−ợc tăng c−ờng bằng hàn (đặc biệt là hàn và tán trong thời gian chiến tranh) cần l−u ý tìm vết nứt do mỏi xuất hiện trong các mối hàn và trong thép cơ bản quanh đó, đặc biệt là mối hàn ở vùng ứng suất tập trung cao do ngoại tải và nơi có ứng suất d− do hàn gây ra. Cũng nên tìm vết nứt mới ở các chỗ có thay đổi đột ngột mặt cắt nh− do cắt bớt tập bản thép, do hàn táp thêm bản thép, do hàn s−ờn tăng c−ờng đứng, hàn dầm ngang. Các vị trí có lỗ thủng, lỗ khoét, các đầu mối hàn là nơi có thể tìm thấy các vết nứt mỏi Page 19/147
20. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống 2 3 1 Vết nứt Hình 1.3. Vết nứt do mỏi ở thanh xiên của dàn Hình 1.4 . Vết nứt do mỏi ở bản bụng dầm dọc 1. Dầm ngang; 2. Dầm dọc; 3. Vết nứt 2 3 Vết nứt 1 4 Hình 1.5 . Vết nứt do mỏi ở thép góc cánh của Hình 1. 6. Vết nứt do mỏi ở bản cá dầm dọc 1. Bản cá; 2. Dầm ngang; 3. Dầm dọc; 4. Vết nút 1.4.2.5. Đối với bản gá cần tìm vết nứt mỏi do ứng suất pháp quá lớn gây ra bởi mô men uốn trong liên kết dầm dọc với dầm ngang. Các vết mỏi này th−ờng gặp ở mép lỗ đinh hàng thứ nhất hay hàng thứ hai, đếm từ dầm ngang. Biểu hịên báo tr−ớc sự xuất hiện của chúng là sự lỏng các đinh tán lên bản gá. Nh− vậy lúc điều tra cần xem xét toàn diện kết hợp với việc kiểm tra đinh tán. Page 20/147
21. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Hình 1.7. Vết nứt do mỏi ở thép góc cánh d−ới của dầm ngang Vết nứt Hình 1.8. Vết nứt do mỏi ở thép góc đứng liên kết dầm dọc với dầm ngang 1. Dầm dọc; 2. Dầm ngang; 3. Vết nứt 1.4.2.6. Đối với thép góc cánh d−ới và giữa bụng dầm dọc cũng cần phát hiện vết nứt mỏi từ mép lỗ đinh hoặc ở vùng tập trung ứng suất pháp mà có hiện t−ợng rỉ rõ rệt hoặc các h− hỏng về mặt cơ học. 1.4.2.7. Đối với thép góc đứng liên kết dầm dọc với dầm ngang nên tìm vết nứt mỏi ở góc của nó, đặc biệt là không có bản gá hoặc bản gá quá yếu. Nguyên nhân vết nứt mỏi này là do thép góc liên kết bị truyền lực dọc quá lớn từ các dầm dọc đến trong khi các dầm dọc làm việc chung với các thanh biên của dàn chủ. Một nguyên nhân khác là do mô men uốn lớn ở chỗ liên kết với dầm ngang. Page 21/147
22. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Đối với kết cấu nhịp dài trên 80m nên tìm thêm các vết nứt mỏi trong thép góc cánh d−ới của dầm ngang nhiều nhịp. Nguyên nhân cơ bản của nứt là do quá tải về mức độ làm việc chung của dầm hệ mặt cầu với thanh biên dàn chủ. Hiện t−ợng này th−ờng gặp ở các kết cấu nhịp nào không có chỗ cắt đứt dầm dọc. Khi điều tra cần l−u ý là trong các thanh đứng của dàn và các cấu kiện khác chịu tải trọng cục bộ thì mức tăng của các h− hỏng mới sẽ nhanh hơn so với dầm ngang. Nh− vậy, khi điều tra xét khả năng cho đoàn tàu nặng qua cầu cần phải l−u ý rằng càng tăng tải trọng trục xe thì càng làm giảm tuổi thọ của các cấu kịên chịu tải trọng cục bộ. 1.4.2.8. Dấu hiệu bề ngoài để dễ nhận biết về nút mỏi là các dấu hiệu rỉ màu nâu đen và lớp rạn nứt của lớp sơn phủ. Có thể dùng máy dò siêu âm, máy Rơn ghen và máy dò kiểu từ điện để dò các vết nứt rạn này. Trong điều kiện thì sát có thể dùng các dụng cụ đơn giản: Trên đoạn mà quan sát thấy nghi ngờ thì cần cạo sạch hơn vào vết rỉ, đánh sạch bằng giấy nhám rồi bôi nhanh dung dịch 10-15% axit nitoric lên bề mặt, sau đó rửa bề mặt bằng n−ớc, làm khô rồi dùng kính lúp phóng đại để tìm và dò vết nứt. Đôi khi có thể dùng đục nhỏ, sắc để bạt đi một lớp phôi mỏng trên bề mặt dọc theo đ−ờng nứt lờ mờ để phát hiện kỹ hơn. Cũng có thể dò theo đ−ờng nứt với một mũi kim nhọn cứng. Có thể dùng dung dịch chất nhờn màu đỏ dò vào vùng nghi ngờ, dung dịch này sẽ thấm sâu vào và đi lan theo vết nứt, giúp cho ng−ời điều tra dễ phát hiện vết nứt hơn. 1.4.3. Điều tra các h− hỏng do rỉ. 1.4.3.1. Cần phân biệt hai dạng rỉ là : - Rỉ bề mặt: Vết rỉ phân bố t−ơng đối đồng đều trên bề mặt cấu kiện thép. - Rỉ cục bộ: Vết rỉ xuất hiện cục bộ và th−ờng phát triển sâu. Loại rỉ bề mặt th−ờng có chủ yếu ở thanh biên dàn chủ và bản cánh các dầm dọc, dầm ngang, các thanh của hệ liên kết giữa các dàn chủ hoặc giữa các dầm dọc. Cần phát hiện các vết rỉ cục bộ ở các cấu kiện phần xe chạy. Đối với dầm dọc nên tìm vết rỉ cục bộ ở bản nằm ngang cánh trên hoặc cánh nằm ngang của thép, góc cánh trên tại chỗ chúng tiếp xúc với tà vẹt. Nơi đó lớp sơn th−ờng bị hỏng sớm và có độ ẩm l−u cữu. Page 22/147
23. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống 1.4.3.2. Đối với các kết cấu nhịp có đ−ờng xe chạy trên: Các thanh và nút dàn này th−ờng bị nhiễm rác bẩn và bị rỉ nặng hơn so với các kết cấu nhịp có đ−ờng xe chạy d−ới( cùng có mặt cầu trần). Trong kết cấu nhịp chạy d−ới có mặt cầu trần thì các bộ phận ở thấp hơn mặt xe chạy th−ờng bị rỉ nặng hơn và phải kiểm tra kỹ. 1.4.3.3. Trong các nút của hệ liên kết dọc nối với thanh biên dàn chủ và với dầm dọc th−ờng bị rỉ do bẩn rác đất. Cần điều tra mức độ rỉ của các dầm ngang theo các vị trí th−ờng xuất hiện là: - ở bản cánh và bản cánh d−ới trên đoạn nối dầm ngang với bản nút nằm ngang của hệ liên kết dọc giữa hai dàn chủ. - ở bên d−ới vị trí ống n−ớc thải từ toa tàu. Đôi khi tại các vị trí đó có vết rỉ ăn thủng hết độ dày bản thép. 1.4.3.4. Trong kết cấu có b−ớc đinh tán liên kết lớn hơn 160-200 mm thì giữa các bộ phận không đ−ợc liên kết chặt chẽ khiến cho rỉ dễ dàng xuất hiện và phát triển, đôi khi rỉ nặng đến mức các sản phẩm rỉ tr−ơng nở ra làm cong phình một số đoạn chi tiết thép góc, làm đứt đầu đinh tán. Khi điều tra cần tìm và mô tả loại h− hỏng nói trên. 1.4.3.5. Trong các kết cấu nhịp dàn chạy d−ới cấn xem xét phát hiện các vết rỉ ở các thanh của hệ liên kết dọc trên giữa hai dàn chủ. Nguyên nhân có thể là do khói của đầu máy có chứa các chất ăn mòn. Cần l−u ý sự phát triển của rỉ trên các bề mặt tiếp xúc có thể ăn mòn làm mủn các cấu kiện đ−ợc nối với nhau. Nguyên nhân là do các sai sót về cấu tạo ở các loại dàn cũ nh− các khe hở quá nhỏ, có các hốc lóm chứa rác bẩn và đọng n−ớc, b−ớc đinh quá dài. Đối với các loại dàn cũ có các thanh chéo bằng thép hoặc thép góc mà đầu của chúng kép hai bên s−ờn đứng của thanh biên dàn th−ờng bị rỉ ở chỗ nối vào s−ờn đứng đó. H− hỏng rỉ loại này có thể tìm thấy ở các thanh biên d−ới của dàn chủ, ở đó trong các tập bản thẳng đứng có các đinh tán cách xa nhau và trong thanh chéo của hệ liên kết dọc gồm hai thép góc cũng th−ờng có b−ớc đinh quá dài. Các dàn Pigcau cũ do Pháp để lại th−ờng có vết rỉ này. Page 23/147
24. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống 1.4.3.6 Ghi chép mô tả. Yêu cầu khi điều tra các chỗ rỉ phải ghi chép, mô tả, thể hiện trên bản vẽ sơ họa, đo chiều dày bản thép còn lại sau khi đập bỏ lớp rỉ để lấy số liệu phục vụ việc tính lại kết cấu. Khi cần thiết có thể lấy mẫu sản phẩm rỉ đem về phòng thí nghiệm để phân tích hoá học. 1.4.4. Điều tra các h− hỏng về mặt cơ học và phá hoại dòn. Các h− hỏng cơ học th−ờng xuất hiện trong thời gian khai thác cầu do tàu xe chạy va quệt vì khổ giới hạn thiếu. Cũng có thể do lỗi chế tạo và lắp dựng. Có rất nhiều h− hỏng cơ học do bom đạn gây ra trong chiến tranh. Khi điều tra cần phân biệt các dạng h− hỏng cơ học sau đây: + Đứt các bộ phận đơn lẻ + Cong vênh, méo cục bộ Các lỗ thủng, vết lóm, vết dập Phải điều tra kỹ mọi bộ phận có h− hỏng cơ hoc. Mức độ nguy hiểm của chúng đ−ợc đánh giá tuỳ tr−ờng hợp cụ thể theo kích th−ớc h− hỏng, trạng thái ứng suất và sự thay đối trạng thái ứng suất đó do có h− hỏng. 1.4.4.1. Đối với các bộ phận bị va đập phải điều tra kỹ tìm vết nứt ở vùng bị va đập trực tiếp và vùng bị biến dạng c−ỡng bức. Trong các bộ phận bị cong vênh th−ờng có ứng suất d−, nếu có là bộ phận chịu nén mà lại cong vênh thì khả năng chịu lực sẽ giảm nhiều do bị uốn dọc. Các chỗ cong vênh đ−ợc đo theo chỉ dẫn ở mục 1.2.2.4. Nếu đ−ờng tên của chỗ cong vênh ỏ cấu kiện bị nén lớn hơn 1/7 bán tính quán tính mặt cắt trong mặt phẳng cong vênh, còn trong cấu kiện bị kéo mà đại l−ợng nói trên lớn hơn 1/10 chiều cao mặt cắt thì phải tính toán lại xem có cho phép để nguyên sự công vênh mà vẫn cho thông xe hay không. Nếu không đ−ợc thì cần kiến nghị về việc tăng c−ờng sửa chữa và theo đặc biệt ngay. 1.4.4.2. Cần đặc biệt l−u ý các thanh bị nén ở mặt cắt tổ hợp mà bị h− hỏng cong vênh đồng thời ở hệ thanh giằng, bản giằng giữa các nhánh của cấu kiện. Phải tính toán lại ngay và nếu phải gia cố ngay. Page 24/147
25. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống 1.4.4.3. Các h− hỏng do phá hoại dòn rất ít gặp ỏ n−ớc ta vì không có nhiệt độ ẩm nh−ng khi điều tra các kết cấu thép đ−ợc hàn nối hoặc hàn vá có thể phát hiện vết nứt do công nghệ hàn kém chất l−ợng, đặc biệt là do dùng thép hình, thép bản chế tạo từ loại thép sôi của Liên Xô (cũ ). Loại thép này không chịu hàn. Sự phá hoại dòn xảy ra là do phát triển tức thời các biến dạng dẻo không thể hiện rõ rệt. 1.4.5. Đối với dầm thép liên hợp bản bê tông cốt thép. Khi điều tra dầm thép liên hợp bê tông cốt thép, ngoài ra các vấn đề giống nh− đối với dầm thép, cần điều tra trạng thái liên kết giữa bản bê tông cốt thép với thép, các chỗ nứt vỡ, nhũ vôi ở bề mặt đáy bản bê tông cốt thép và các h− hỏng khác. Đối với các dầm có chiều cao lớn, có thể xuất hiện các chỗ phình cong ở bản bụng do biến dạng hàn khi chế tạo. nếu điều tra thấy đ−ờng tên của phình này lớn qua 15-20mm thì làm thêm các s−ờn tăng c−ờng ngang. 1.5. Điều tra các h− hỏng chung của các kết cấu nhịp bằng bê tông, đá xây, bê tông cốt thép. Các dạng h− hỏng th−ờng gặp cần phải điều tra là: Các vết nứt rạn, sứt vỡ bê tông, bong lớp bê tông bảo hộ cốt thép, rỗ bề mặt bê tông, hỏng lớp cách n−ớc v.v Trong kết cấu bê tông cốt thép th−ờng, cần tìm vết nứt ở vùng chịu kéo khi ứng suất lón hơn c−ờng độ tính toán của bê tông, l−u ý rằng độ rộng vết nứt là 0,2mm là đn đ−ợc qui trình thiết kế cho phép. Các vết nứt trong dầm bê tông cốt thép dự ứng lực cần l−u ý hơn, đặc biệt dầm có cốt thép dự ứng lực dạng bó sợi thẳng, bó sợi xoắn, sợi đơn hoặc cáp. Nói chung vết nứt dầm bê tông cốt thép đều làm giảm năng lực chịu tải. Ví dụ các vết nứt xiên trong bụng dầm hay vết nứt dọc ở chỗ tiết giáp bụng dầm với đáy bản ngang ba lát. Phải phân tích các vết nứt đn phát hiện đ−ợc để xác định ảnh h−ởng đến năng lực chịu tải và tuổi thọ của kết cấu có xét đến khuynh h−ớng phát triển của chúng. 1.5.1. Phân loại các vết nứt ( hình 1.9) 1.5.1.1.Vết nứt co ngót. - Th−ờng xuất hiện trong lớp bề mặt của bê tông do quá trình co gót không đều. Page 25/147
26. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống - Nguyên nhân là do hàm l−ợng xi măng quá nhiều trong hỗn hợp bê tông, đặc biệt của dạng kết cấu, cách bố trí cốt thép không hợp v.v - Dấu hiệu đặc tr−ng của vết nứt co ngót lá chúng phân bổ ngẫu nhiên kp định h−ớng, chiều dài ngắn và nhỏ li ti. - Các vết nứ co ngót có thể phát triển thành các vết nứt do lực. A 4 A - A 3 8 9 2 1 5 7 6 A Hình 1.9. Các dạng vết nứt trong kết cấu nhịp dầm. 1-Do co ngót; 2- Nứt xiên; 3- Nứt dọc tại chỗ tiếp giáp bản cánh với bản bụng; 4- Nứt ngang trong bản cánh trên; 5-Nứt ngang trong bầu d−ới dầm; 6- Nứt dọc trong bầu d−ới dầm; 7- Nứt ở vùng sát gối; 8- Nứt ngang nằm ngang ở đầu dầm; 9- Nứt ở vùng mối nối Hình 1.10. Các dạng vết nứt trong cầu vòm BTCT 1.5.1.3. Vết nứt nghiêng. - Xuất hiện ở bụng dầm do ứng lực kéo chủ quá lớn. - Đặc biệt nguy hiểm trong các kết cấu nhịp dự ứng lực vì có thể giảm nhiều năng lực chịu tải. Page 26/147
27. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống - Cần đánh giá sự giảm lực chịu tải bằng cách tính toán. 1.5.1.4 - Vết nứt dọc. - Xuất hiện ở chỗ tiếp giáp đáy bản máng ba lát với bụng dầm, đ−ợc coi là nguy hiểm vì giảm năng lực chịu tải của kết cấu nhịp. - Nguyên nhân chính là do sai sót công nghệ chế tạo kết cấu. 1.5.1.5. Vết nứt ngang trong bản máng ba lát. - Nguyên nhân là do mô men uốn tạo ra qua lớn lúc cẩu dầm để lắp ghép, hoặc đo dự ứng lực nén quá mạnh. - ở các dầm giản đơn thì trong quá trình khai thác, các vết nứt này có thể bị khép lại. 1.5.1.6. Vết nứt ngang trong bầu d−ới 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 bê tông và mấu neo làm việc không bình th−ờng. Các vết nứt này không giảm khả năng chịu tải tính toán của kết cấu nhịp nh−ng có chế tạo điều kiện cho rỉ ăn mòn cốt thép dự ứng lực và giảm dần tuổi thọ của nó. 1.5.1.7. 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 rỉ tạo ra sẽ tr−ơng nở các làm nở to thêm vết nứt khiến rỉ càng nhanh hơn và sớm phá hoại kết cấu nhịp. 1.5.1.8. Vết nứt nằm ngang ở đoạn đầu bê tông nhịp. - Xuất hiện do ứng suất cục bộ quá lớn ở bên d−ới mấu neo cốt thép dự ứng lực. - Phát triển trong thời kỳ đầu khai thác cầu. Page 27/147
28. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống 1.5.1.9. 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 v.v ). - Sự làm việc của thớt gối có ảnh h−ởng 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. - Cũng có thể do kết cấu nhịp không tựa khít đều lên gối cầu làm cho tác động xung kích của tàu chạy qua cầu bị tăng lên. 1.5.1.10. Vết nứt trong cầu vòm bê tông cốt thép. - Xuất hiện trong các cột, thân vòm. - Trong các đầu đá xây và cầu bê tông kiểu vòm th−ờng có vết nứt ở chân vòm và đỉnh vòm. - Trong các hệ siêu tĩnh ngoài bằng bê tông, bê tông cốt thép hay đá xây còn có các vết nứt do lún hay biến dạng của mố trụ. 1.5.2. Để đánh giá ảnh h−ởng vết nứt đến năng lực chịu tải và tuổi thị kết cấu, làm rõ nguyên nhân xuất hiện vết nứt, cần phải có các số liệu điều tra về độ rộng vết nứt và sự biến đổi độ rộng đó, đặc điểm bố trí các vết nứt, chiều dài vết nứt, trạng thái chung của cả công trình. Có thể phát hiện các vết nứt ngầm bằng máy dò siêu âm. Cần đánh dấu các dấu vết nứt lên bề mặt bê tông bằng sơn, ghi rõ ngày điều tra và ghi chép vào sổ theo dõi, chụp ảnh chi tiết. Độ rộng vết nứt đ−ợc đo bằng kính phóng đại có vạch chia độ. Vị trí đo phải đánh dấu cố định để theo dõi lâu dài và đo lại khi cần. Cần quan tâm sát sự tiến triển của vết nứt trên kết cấu nh− sau: + Đo lại 1 cách định kỳ. + Ghi chép đăng ký đặc điểm vào sổ theo dõi vết nứt, có ghi chú về nhiệt độ, thời tiết và tải trọng lúc đo. + Dán băng thạch cao ngang qua vết nứt đang tiến triển. Khi vết nứt tăng lên sẽ làm nứt băng thạch cao đó và dễ phát hiện. Page 28/147
29. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống + Dấu hiện bên ngoài của vết nứt lại nguy hiểm đang phát triển là vết rỉ mầu trên bề mặt bê tông, lúc đó cốt thép đn bị rỉ nặng. + Nếu thấy vết nhũ trắng là dấu hiệu cho biết đá xi măng đn bị khử kiềm trong vùng bị n−ớc thấm qua bê tông. Khi điều tra bê tông cốt thép, bê tông, đá xây cần đặc biệt xem xét đánh giá chất l−ợng chế tạo kết cấu. 1.5.3. Đối với các h− hỏng không nhìn thấy đ−ợc (rỗng, rỗ, bong lớp bảo hộ v.v ) có thể phát hiện bằng ph−ơng pháp đơn giản là dùng búa gõ. Nếu đập búa vào bê tông tốt thì âm thanh đanh, vang dội. Nếu đập vào bê tông có rỗ, rỗng xốp, phân lớp thì có tiếng đục, tắt ngay. Khi điều tra cần xem xét tình trạng hệ thống thoát n−ớc và lớp cách n−ớc mặt cầu. Nếu chúng còn tốt thì đảm bảo đ−ợc tuổi thọ. Nếu ng−ợc lại thì n−ớc sẽ thấm qua bê tông, kiềm hoá đá xi măng và gây rỉ cốt thép. Có thể dễ dàng phát hiện vùng h− hỏng lớp cách n−ớc nhờ các nhũ vôi xuất hiện trên bề mặt đáy bản máng ba lát hay bề mặt bụng dầm. Biến dạng của kết cấu nhịp dự ứng lực chịu ảnh h−ởng lớn của co ngót và từ biến bê tông, sự có mặt của vết nứt, sự h− hỏng ỏ mấu neo cốt thép dự ứng lực v.v Muốn đánh giá đúng các ảnh h−ởng này phải định kỳ cao đạc lại kết cấu nhịp. So sánh các kết quả cao đạc và các kết quả kiểm tra định kỳ có thể rút ra đ−ợc thông tin quan trọng về sự thay đổi tình trạng chịu lực mà đánh giá độ tin cậy và tuổi thọ kết cấu. 1.6 - Điều tra các liên kết trong kết cấu thép và bê tông cốt thép. Các dạng liên kết th−ờng gặp trong cầu thép là liên kết đinh tán, bu lông, hàn, bu lông c−ờng độ cao. Các dạng liên kết th−ờng gặp trong cầu bê tông cốt thép là liên kết hàn cốt thép chờ, bản thép chờ rồi bịt mối nối, liên kết có cốt thép dự ứng lực ngang cầu hay dọc cầu. Khi điều tra cần l−u ý xem xét các liên kết này vì đó là nơi dễ phát sinh h− hỏng nhỏ do các thiết kế cũng nh− lỗi thi công và khai thác. Page 29/147
30. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống 1.6.1. Điều tra liên kết đinh tán. 1.6.1.1. Dạng h− hỏng th−ờng gặp nhất của đinh tán là lỏng đinh tán. Khi điều tra cần l−u ý sự lỏng đinh tán th−ờng do hiện tr−ợt t−ơng đối giữa bộ phận đ−ợc nối ghép với nhau bằng đinh tán. Mức độ tr−ợc trên các mặt tiếp xúc phụ thuộc vào c−ờng độ vận chuyển của các đoàn tàu, trạng thái ứng suất trong liên kết, đặc điểm rung động của đoàn tàu. Mức độ lỏng đinh tán ở một số đinh trong vùng đang điều tra cần coi đó là một h− hỏng nghiêm trọng sẽ làm tăng tác dụng động học lên các bộ phận đ−ợc nối ghép làm tăng biến dạng của liên kết và các kết cấu nói chung, ứng suất tập trung quanh mép đinh có thể bị tăng đến vài lần so với ứng suất trung bình. Do đó tăng nguy cơ xuất hiện vết nứt do mỏi, đặc biệt là ở các cấu kiện chịu lực đổi dấu do tải trọng lặp hoặc chịu ứng kéo thay đổi. Nh− vậy khi điều tra thấy lỏng đinh tán phải dự kiến đến sự phá hoại nơi của cấu kiện hiện đ−ợc nối ghép bởi các đinh tán đn lỏng đó. Các cầu càng lâu năm càng có nguy cơ lỏng nhiều đinh tán vì quá trình lỏng đinh tán là quá trình kéo dài. Trong liên kết có đinh tán lỏng thì đặc điểm truyền ứng lực cũng bị thay đổi. Do lỏng đinh tán mà mép lỗ đinh bị khí ẩm xâm thực vào cùng các loại chất ăn mòn gây ra rỉ và làm tăng sự phát triển của các vết nứt mỏi và vết nứt mỏi rỉ ở các mép lỗ đinh. Cần dùng kính lúp để tìm các vết nứt ở đó. Đối với các dàn chủ tán đinh nên tìm các đinh tán bị lỏng ở liên kết của các thanh chéo ( đặc biệt là các thanh chéo ở khoảng giữa nhịp) và các thanh treo nối với bản nút trên, ở liên kết của các thanh trong hệ giằng liên kết dọc hoặc giằng liên kết ngang giữa các dàn chủ, ở các chỗ giao nhau của các thanh bụng của dàn chủ và của hệ giằng liên kết. Tại chỗ nối các thanh chéo và thanh đứng vào nút d−ới của dàn chủ rất ít gặp các đinh tán bị lỏng yếu. Đối với các dầm hệ mặt cầu, nên tìm đinh tán lỏng ở chỗ liên kết dầm dọc với dầm ngang (đặc biệt là nếu ở đó không có bản cá ), ở chỗ liên kết góc cách trên với bản bụng của dầm dọc, ở các thanh của hệ giằng liên kết giữa hai dầm dọc. Cần chú ý mức độ phát hiện mức độ lỏng không đều giữa các đinh trong nhóm đinh. Các đinh ở hàng ngang ngoài cùng chịu lực nhiều nhất sữ bị yếu tr−ớc. Các đinh tán chịu cắt một mặt th−ờng sớm bị lỏng hơn các đinh tán chịu cắt hai mặt. Một số đinh tán có thể bị đứt mất mũ đinh. 1.6.1.2. Để phát hiện đinh tán lỏng thoạt tiên quan sát, sau đó nghi ngờ thì dùng búa gõ: - Nếu nhìn kỹ nhìn thấy vết rỉ ở mũ đinh hoặc ở chỗ tiếp các bộ phận nối có thể nghi ngờ đinh lỏng. Page 30/147
31. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống - Dùng búa 0,2kg gõ nhẹ đầu mũ đinh nếu nghi ngờ thì đặt đầu ngón tay ở đầu mũ đinh phía đối diện và gõ búa lại lần nữa. Nếu đinh tán lỏng thì sẽ cảm thấy đầu mũ đinh bị lắc ngang nhẹ bên d−ới ngón tay. - Cũng có thể kết hợp nghe âm thanh xuất hiện khi đập nhẹ búa vào đinh nếu đinh lỏng thì nghe thấy âm thanh đục. Sau khi phát hiện các đinh tán bị lỏng yếu, đánh dấu sơn và ghi vào phiếu theo dõi cầu yêu cầu thay ngay các đinh đó bằng bu lông có c−ờng độ cao có kích th−ớc. Nh− vậy giảm đ−ợc ứng suất tập trung quanh lỗ đinh và làm chậm lại quá trình lỏng dần đi của các đinh khác xung quanh. Trong bảng 1-1 và hình 1-11 mô tả tóm tắt các h− hỏng đinh tán th−ờng gặp và mức sai hỏng cho phép, nguyên nhân xuất hiện để gợi ý cho cán bộ điều tra. 1.6.2. Điều tra liên kết bu lông có độ chênh đến 1mm giữa đ−ờng kính lỗ và đ−ờng bu lông nên bị biến dạng tr−ợt lớn và chỉ có ở các kết cấu tạm thời. Việc điều tra các liên kết này chủ yếu là xem tình trạng lỏng đai ốc và rỉ ăn mòn bu lông. Đối với liên kết bằng bu lông tinh chế và chốt hịên có ở các dàn T66, VN64, VN71, cần điều tra theo các nội dung nh− đối với liên kết đinh tán và thêm nội dung điều tra về đai ốc, mức xiết chặt đai ốc mức độ rỉ của bu lông và chốt. 1.6.3 . Điều tra liên kết bu lông c−ờng độ cao. Cần điều tra mức độ ép chặt khít giữa các tập bản thép bằng độ th−ớc thép lá đo khe hở và quan sát. Kiểm tra trạng thái các bu lông đai ốc các vòng đệm. Chú ý tìm các h− hỏng điển hình nh− : + Các tập bản không đ−ợc ép khít với nhau. + Lực căng bu lông không đủ yêu cầu của đồ án. + Có vết nứt trong bu lông và đai ốc. + Có vết dập ở vòng đệm và đai ốc. + Chiều dài ren răng của bu lông thiếu ( do thi công dùng bu lông sai qui cách). Để kiểm tra lực căng bu lông c−ờng độ cao phải dùng loại cờ lê đo lực có gắn đồng hồ chuyên dụng. Nếu liên kết có ít hơn 5 bu lông thì kiểm tra tất cả nếu có từ 5-20 bu lông thì kiểm tra 5 bu lông. Nếu số bu lông trong liên kết đ−ợc chọn để kiểm tra là nhiều 20 thì kiểm tra 25% số l−ợng bu lông đó. Các h− hỏng khác cũng cần đ−ợc quan sát cầu nhận xét. Page 31/147
32. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Hình 1.11. Các h− hỏng đinh tán Bảng 1.1 Mô tả h− hỏng Hình Sai số cho phép Nguyên nhân vẽ Đinh tán yếu, bị rung I Không Lực đinh tán yếu, nhiệt độ nung nóng lắc khi đập búa 0,2 kg đinh không đủ, các tập bản cánh ch−a đ−ợc ép chặt khít khi tán đinh Mũ đinh bị nứt II Không Đinh bị đốt nóng quá lúc tán. Chất l−ợng thép của đinh tán xấu Mũ đinh không tỳ sát III δ ≤ 0,22mm ép búa đỡ không chặt khi tán đinh. Có vào bề mặt bản thép gờ v−ớng ở chỗ đáy mũ đinh Mũ đinh có chỗ không IV δ ≤ 0,22mm Nh− trên tỳ sát vào bề mặt bản ép búa đỡ không đúng trục đinh lúc thép tán đinh Mũ đinh bị vẹo V Không Nh− trên Mũ đinh bị khuyết hết VI a+b ≤ 0,1d ép búa không đúng xung quanh Chiều dài thân đinh không đủ Mũ đinh bị khuyết ở VII a+b ≤ 0,15d ép búa không đúng một phần Chiều dài thân đinh không đủ Mũ đinh bị lệch tâm VIII 15da ≤ 0,1d Ep búa không đúng khi tán đinh Page 32/147
33. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Mũ đinh quá bé IX a+b ≤ 0,1d Chiều dài phôi đinh thiếu c ≤ 0,5d Lực ép búa yếu Có gờ quanh mũ đinh X a ≤ 3mm Chiều dài phôi đinh quá thừa δ = 1-3mm Vết rạch mặt kim loại XI δ ≤ 5mm Kỹ thuật tán đinh kém Mũ đinh bị rách vết XII δ ≤ 2mm Kỹ thuật tán đinh kém 1.6.4. Điều tra liên kết hàn. Trên đ−ờng sắt có nhiều cầu cũ mà trong chiến tranh đn đ−ợc sữa chữa khôi phục tạm thời bằng các liên kết hàn. Nhiều cầu mới làm cũng có sử dụng liên kết hàn. Nh−ng do công nghệ hàn và kiểm tra mối hàn ch−a tốt nên có thể xuất hiện các vết nứt mối hàn. Khi điều tra cầu thép cũ có liên kết hàn cần đặc biệt chú ý các vết nứt hàn nói trên. Các vị trí th−ờng xuất hiện vết nứt moitr các mối hàn cầu thép là: - Mối hàn liên kết các s−ờn tăng cứng với bản bụng của dầm đặc. - Các mối hàn đối đầu. - Các mối hàn chồng, mối hàn có bản hẹp nối 2 phía. Cần đặc biệt điều tra các dầm thép hình I, đn đ−ợc dùng làm dầm liên hợp, dầm I chồng và thép bản đn dùng để hàn vá cấu kiện cầu. Có thể chúng đ−ợc chế tạo bằng loại thép sôi, không chịu hàn, dễ bị phá hoại dòn ở mối hàn. H− hỏng này nguy hiểm bởi vì nó xuất hiện ngay khi biến dạng còn nhỏ trong phạm vi làm vieevj đàn hồi. Page 33/147
34. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống a) b) c) d) e) Hình 1.12. Các dạng h− hỏng mối hàn Trên hình vẽ 1-12 là các dạng h− hỏng điển hình của mối hàn cần phát hiện và phân loại khi đi điều tra. 1.6.4.1. Các vết nứt trong mối hàn và trong thép kết cấu quanh đó có thể xuất hiện do chất l−ợng xấu của thuốc hàn, do bẩn các mép chuẩn bị hàn với nhau, do xỉ hàn lẫn vào mối hàn. Các vết nứt th−ờng ở gần rnnh cắt, gần chỗ mà mối hàn không thấu, ở các chỗ thay đổi mặt cắt đột ngột. Khi điều tra thấy vết nứt ỏ mối hàn phải đánh dấu sơn và yêu cầu mài tẩy mối hàn đi rồi hàn lại cho đảm bảo chất l−ợng. 1.6.4.2. Những chỗ mối hàn không ngấu (hình 1-12c ), là nơi có hiện t−ợng không nóng chảy cục bộ. Giữa mối hàn và thép kết cấu hoặc giữa các lớp mối hàn lần l−ợt nhiều lớp. H− hỏng này có thể làm giảm yếu mặt cắt mối hàn đến hơn 50% và điều tra kỹ lấy số liệu cho việc tính toán lại kết cấu cũng nh− kiến nghị việc sửa chữa. Một nguyên nhân của h− hỏng này là do không làm sạch kỹ các mép chuẩn bị hàn hoặc do hàn quá nhanh. 1.6.4.3. Các rìa xờn mối hàn ( hình 1-12d). Nguyên nhân là do kim loại nóng chảy bị tràn ra khỏi vị trí mối hàn rồi lan ra phần thép kết cấu ch−a bị nung nóng lên quanh mối hàn. Cần kiểm tra kỹ các ria xờm mối hàn vì Page 34/147
35. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống chúng th−ờng th−ờng kèm theo hiện t−ợng hàn không thấu và các rnnh cắt. Khi que hàn nóng chảy quá nhanh thì một vài chỗ thép kết cấu ch−a kịp nóng chảy và bị các ria xờm mối hàn cho lấp các chỗ hàn không thấu ở mép cấu kiện. Hiện t−ợng này cũng có thể do que hàn di động lệch ra trục mối hàn, l−ợng kim loại nóng chảy thừa và xỉ hàn sẽ lẫn vào mối hàn. Khi điều tra phát hiện và yêu cầu hàn lại cần nhắc nhở việc chọn đúng nhiệt độ khi hàn. Để tạo ra sự chuyển biến đều đặn phải rà hết các ria xờm mối hàn, khi nó dày hơn 3mm phải yêu cầu đục đi ma quan sát tiếp phía d−ới. 1.6.4.4. Các rãnh cắt (Hình 1-12e) Chúng xuất hiện khi hàn với dòng điện quá mạnh và điện áp quá cao khiến cho thép kết cấu đốt quá nóng. Các rnnh cắt này nguy hiểm vì gây ra ứng suất tập trung và giảm yếu mặt cắt. Khi điều tra thấy rnnh cắt không quá 0.5mm đối với bản thép kết cấu dày đến 10mm, không quá 1mm đối với bản thép dày hơn 10mm, thì chỉ đánh dấu sơn và ghi lại trong sổ điều tra theo dõi tiếp. Nếu thấy rnnh cắt sâu hơn nữa phải yêu cầu hàn lại ngay. 1.6.4.5. Các lỗ rỗng và các chỗ lẫn xỉ hàn với mối hàn đều làm giảm mặt cắt mối hàn, gây ra ứng suất tập trung cục bộ. Khi điều tra cần tìm nguyên nhân. Có thể lỗ rỗng là do dùng que hàn chất l−ợng xấu, do mép chuẩn bị hàn bẩn, do hàn quá mạnh và do thép kết cấu là loại thép sôi, không chịu hàn. Nguyên nhân lẫn xỉ hàn là do chọn sai chế độ hàn, sai loại que hàn và thuốc hàn, tay nghề thợ hàn thấp. 1.6.4.6. Cách phát hiện và kiểm tra. Để phát hiện chỗ mối hàn không ngấu th−ờng phải quan sát những chỗ mặt cắt mối hàn không đều và có vảy hàn rõ rệt. Các mối hàn tốt th−ờng có chiều rộng không đổi và các vảy hàn nhỏ mịn, bề mặt đều đặn, không có ria xờm và vết cháy. Để kiểm tra kích th−ớc mối hàn, lấy số liệu cho việc tính toán lại kết cấu phải dùng các bộ th−ớc thép lá và bộ th−ớc đo đặc biệt. Trong các mối nối cấu kịên chịu kéo hoặc chịu kéo-nén thì chiều cao lồi lên của mối hàn không đ−ợc lớn hơn 10% chiều rộng mối hàn và không đ−ợc lớn hơn 3mm. Còn trong các cấu kiện chịu nén thì phần lồi lên của mối hàn không đ−ợc quá 1/5 chiều rộng mối hàn và không quá 4mm. Page 35/147
36. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Khi điều tra cần nhận xét dạng mối hàn góc. Chúng phải có bề mặt cong lồi lên. Bề mặt lồi là cho phép trong phạm vi 1,5 mm khi mối hàn dày 8mm, ở trong phạm vi 3mm khi mối hàn dày 13-16mm, nếu thấy mối hàn có phần kim loại thừa ra quá nhiều phải yêu cầu mài đi để đảm bảo chuyển tiếp êm thuận từ mối hàn sang thép kết cấu quanh nó. 1.7. Điều tra gối cầu. 1.7.1 Nguyên tắc chung Hình 1.13. Đo đạc hiện trạng gối cầu Các loại gối đ−ợc đề cập ở đây bao gồm gối thép, gối cao su-thép Khi điều tra cần phải xem có các dạngiữa h− hỏng điển hình sau đây hay không : - Các bề mặt tựa không chặt khít - Sai vị trí của các bộ phận chi tiết trong gối cầu( nghiêng lệch các con lăn, con quay bị lệch khỏi vị trí thiết kế) - Gỉ mòn các con lăn và bề mặt tiếp xúc với chúng của các thớt gối của con quay. - Các vết nứt trong các bộ phận gối cầu - Các liên kết giữa các bộ phận của gối bị yếu hoặc h− hỏng. - Hộp sắt che bảo vệ gối bị h− hỏng. Page 36/147
37. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống 1.7.2 Các chỉ dẫn cơ bản Công tác điều tra gối cầu bắt đầu bằng việc kiểm tra vị trí các thớt gối trên mặt bằng, cần phải đo khoảng cách từ tim dọc cầu và tim ngang của mố cọc trụ đến các điểm đặc tr−ng của thớt gối (các góc, các điểm giao giữa các trục của thớt gối ) Vị trí con quay cũng đ−ợc kiểm tra bằng cách t−ơng tự. Cao độ các bề mặt thớt gối đ−ợc kiểm tra bằng máy đo đạc. Căn cứ vào nhận xét vị trí t−ơng đối giữa các bộ phận của gối có thể phát hiện độ xê dịch của các tâm của chúng, sự nghiêng lệch và các đặc điểm khác nữa. Trong bản báo cáo điều tra cần ghi rõ các điều kiện đo: nhiệt độ không khí Nên đo kiểm tra các gối cầu vào lúc thời gian mát vì lúc đó các bộ phận kết cấu nhịp có nhiệt độ gần giống nhau. Sơ đồ xác định độ xê dịch của con quay so với thớt gối d−ới theo h−ớng dọc cầu đ−ợc vẽ trên hình 1-13 chuyển vị ∆n ở nhiệt độ t là: ∆ n = t( − t o *l*) α Trong đó : α: Hệ số nở dài, bằng 0.0000118 đối với thép, bằng 0.00001 đối với bê tông l : Nhịp tính toán nhiệt độ của kết cấu nhịp. to : Nhiệt độ ứng với lúc trục con quay và trục thớt gối cần phải trùng nhau: ∆ K t o = t tb ± .b.2 α ttb : Nhiệt độ trung bình đại số giữa nhiệt độ cao nhất và thấp nhất trong năm. ∆K ∆ Chuyển vị dọc do hoạt tải( đối với kết cấu nhịp thép lấy ∆ ≈ ). K K .l.2 α Dấu của số hạng thứ hai trong công thức trên đ−ợc lấy tuỳ theo h−ớng chuyển vị của con quay do hoạt tải (dấu + khi chuyển vị về phía đầu nhịp - khi chuyển nhịp về phía giữa nhịp). Khi tính toán t tb thì nhiệt đội hàng năm đ−ợc xét với dấu của nó. Mức độ lệch bình th−ờng của tâm các con quay so với trục thớt gối d−ới lấy bằng ∆n/2. Page 37/147
38. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Hiệu số giữa các chuyển vị đo đ−ợc thực tế và chuyển vị tính toán của trục con quay đối với trục thớt gối lấy bằng chuyển vị phụ, có thể xảy ra do hậu quả của sai sót thi công đặt gối do chuyển vị của mố trụ trong quá trình khai thác cầu. Đối với các kết cấu nhịp dàn nằm dọc theo h−ớng Bắc Nam nh− trên tuyến đ−ờng sắt Hà Nội - TP Hồ Chí Minh cần l−u ý là chuyển vị của gối cầu và các h− hỏng của gối cầu đều chịu ảnh h−ởng của hiện t−ợng nung nóng không đều các dàn chủ do bức xạ mặt trời. Do đó toàn kết cấu nhịp dàn bị uốn cong trong mặt phẳng nằm ngang. Hởu quả là các gối cầu cản trở sự chuyển quay của kết cấu nhịp dàn trong mặt bằng làm xuất hiện các hiện t−ợng xô lệch, cong vênh, các vết nứt trong khối xây trụ mố và các h− hỏng khác nữa. Để tìm ra nguyên nhân thực tế của các h− hỏng gối cầu phải phân tích tài liệu điều tra. Đôi khi phải theo dõi quan sát lâu dài và định kỳ đo lại vị trí các gối cầu, các mố trụ và kết cấu nhịp, so sánh với các số liệu của các lần đo với nhau. Khi phát hiện thấy con lăn bị xô lệch phải đề nghị kích nâng kết cấu nhịp lên một đầu để rà lại cho phẳng. Cần phát hiện xem có tình trạng gối bị cập kênh và gối không chặt khít lên bệ kê gối hay không. H− hỏng loại này sẽ làm tăng tác động xung kích lên kết cấu khi tàu chạy qua cầu, bệ kê gối có thể bị nứt, thớt gối và khối xây thêm mố trụ cũng có thể bị nứt. Khi phát hiện h− hỏng loại này cần kiến nghị sửa chữa bằng cách chêm chèn các bản đệm chì hoặc bơm ép vữa xi măng vào khe hở v.v Đối với các gối cao su- thép cần đo kiểm tra chiều cao và diện tích tựa so với đồ án. Phải kiểm tra vết nứt trong phần cao su và sự bong dán của bản thép khỏi cao su cũng nh− kiểm tra sự tr−ợt của cả gối so với bệ kê gối. Cũng cần phát hiện tình trạng lún không đều giữa các gối cao su - thép trên cùng một đầu kết cấu nhịp. Khi đó kết cấu nhịp phải chịu xoắn phụ. 1.8. điều tra mố trụ và móng. Khi điều tra mố trụ cần l−u ý phát hiện các dạng h− hỏng điẻn hình gồm: - Các vết nứt. - Sút vỡ khối xây đá. - Chuyển vị và biến dạng của bản thân mố trụ nh− lún, nghiêng lệch, tr−ợt. - Hiện t−ợng tr−ợt sâu của cả mố trụ cùng với nền. Cần phân biệt các dạng vết nứt nh− sau: Page 38/147
39. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống - Vết nứt bề mặt. - Vết nứt sâu. - Vết nứt xuyên a) b) c) Hình 1.14. Các dạng vết nứt ở mố trụ 1.8.1 điều tra vết nứt. Căn cứ dạng bề ngoài của vết nứt có thể xác định nguyên nhân xuất hiện và phát triển của nó. Nguyên nhân các vết nứt nhỏ ngẫu nhiên phân bố trên bề mặt bê tông th−ờng là ứng suất nhiệt độ, xuất hiện khi thay đổi đột ngột nhiệt độ khí quyển, hoặc do đặc điểm của quá trình hoá học diễn ra khi bê tông đang hoá cứng. Các vết nứt thẳng đứng, rộng ở phía d−ới và hẹp dần ở phía trên th−ờng là dấu hiệu của tình trạng mố hoặc trụ bị lún không dều hoặc tình trạng chịu lực của đất nền không đủ. Nếu gối cầu bị không đảm bảo đ−ợc cho kết cấu nhịp chuyển vị theo sự tính toán thì xuất hiện sự đẩy ngang lún có thể gây ra các vết nứt thẳng đứng phân tán phần t−ờng tr−ớc mố với phần t−ờng cách, vết nứt này to ở phía trên và hẹp dần ở phía d−ới bắt đầu từ mép trên của mố. Nếu áp lực đất sau mố tăng lên do đất bị no n−ớc hoặc hoạt tải tăng có thể gây ra các vết nứt thẳng đứng nh− trên và các vết nứt nằm ngang ở t−ờng tr−ớc hay t−ờng cánh mố. Các khối xây đá của mố trụ cũ có thể bị nứt vỡ ở vùng đặt đá kê gối. Khi điều tra nên dung búa gõ nhẹ để kiểm tra các chỗ mạch vữa xây bị hở và h− hỏng. Trên các con sông có n−ớc chảy mạnh th−ờng có hiện t−ợng mài mòn và làm hỏng mạch vữa xây đá, ăn mòn mố trụ bị ngập n−ớc,có thể tạo ra các hốc lõm nguy hiểm làm giảm yếu mặt cắt thân mố trụ. Page 39/147
40. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Trên đinh t−ờng đầu của mố nếu chất l−ợng bê tông hay khối xây đá kém và trên đó lại đặt mối nối ray thì có thể xuất hiện các vết nứt thẳng đứng đi từ đinh t−ờng đầu mố xuống.− Trong mố trụ bằng bê tông đôi khi có thể thấy vết nằm ngang do lỗi thi công khiến cho các khe nối giữa các đợt đổ bê tông không đ−ợc liên kết tốt. Các mố trụ khối lớn cũng có thể thấy các vết nứt thẳng phân bố ngẫu nhiên do nhiệt toả ra không đều trong quá trình bê tông hoá cứng. Đối với các thân trụ mố kiểu cột tròn hay lăng trụ cần điều tra các vết nứt thẳng đứng cũng nh− tình trạng rỉ cốt thép nặng làm vỡ bung lớp bê tông bảo hộ ở đoạn có độ ẩm −ớt thay đổi do mức n−ớc lên xuống. Đối với các xà mũ bê tông cốt thép của mố trụ trên tìm các vết nứt thẳng đứng và vết nứt xiên do các yếu tố lựch gây ra ( do lún mố trụ không đều, do bố trí các cọc, cột không đúng vị trí cần thiết, do h− hỏng gối cầu v.v ). Cũng cần điều tra kỹ ở chỗ nối cột thân vào xà mũ là nơi có thể bị nứt vòng quanh. 1.8.2 điều tra về chuyển vị. Các nguyên nhân gây chuyển vị quá mức ở mố trụ có thể là : - Xói quá sâu ở móng mố trụ. - Khả năng chịu lực của đất nền không đủ. - áp lực ngang của đất tăng lên. - Hiện t−ợng tr−ợt sâu. Khi điều tra cần nhận xét sự xê dịch của các gối di động, sự mở rộng hay co hẹp lại của khe hở giữa đầu kết cấu nhịp với mố để phát hiện các chuyển vị quá mức. Nếu phát hiện đ−ợc và nghi ngờ cần phải tiến hành đo đạc chi tiết bằng máy cao đạc và máy kinh vĩ. Cần nhận xét hiện trạng nối tiếp cầu với đ−ờng. Nếu mái dốc nón mố quá dốc thì dễ xảy ra sụt lở, lún tà vẹt, lún ray, biến dạng và ứng suất trong ray tăng tăng lên có thể đến mức nguy hiểm. 1.9. điều tra ảnh h−ởng của môi tr−ờng ăn mòn đối với công trình cầu. Công tác điều tra này chủ yếu nhằm đánh giá ảnh h−ởng của môi tr−ờng n−ớc và khí quyển đến sự ăn mòn thép, cốt thép, bê tông khối xây đá, vữa xây. Phần điều tra về thuỷ lực, thuỷ văn đ−ợc nêu riêng trong ch−ơng 3. Page 40/147
41. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Khi điều tra về các cầu ở vùng ven biển, vùng công nghiệp tập trung mang các yếu tố ăn mòn cần áp dụng các qui định tiêu chuẩn Việt Nam TCVN3994-85 về phân loại môi tr−ờng xâm thực. 1.9.1 -ảnh h−ởng môi tr−ờng đến hiện t−ợng rỉ thép và cốt thép. Để đánh giá ảnh h−ởng môi tr−ờng cần điều tra các số liệu sau: - Nồng độ các chất mòn có trong n−ớc : Mg 2+ (đơn vị đo mg/1) 2+ NH 4 (đơn vị đo mg/1) 2- SO 4 (đơn vị đo mg/1) CO 2 (đơn vị đo mg/1) + Tổng hàm l−ợng các muối khi có bề mặt hay hơi(g/l). + Độ pH của n−ớc. + Độ cứng của n−ớc. - Nồng độ các chất ăn mòn trong khi quyển, (chia làm 3 nhóm khí, theo TCVN3994- 85). 2- - Nồng độ các chất ăn mòn có trong đất (sunfát SO 4 ) tính bằng mg trong 1 kg đất. - Độ ẩm bình quân hàng năm ở khu vực cầu, số tháng có độ ẩm lớn hơn 70%. - H−ớng gió chủ yếu trong năm. - Nhiệt độ bình quân hàng tháng, hàng năm. - Tốc độ rỉ thép bình quân hàng năm đối với mẫu thép của cầu cũng nh− của các công trình xây dựng khác trong cùng khu vực có cầu. - Nhận xét chung về tình trạng rỉ thép và cốt thép của cầu cũng nh− của các công trình xây dựng khác trong cùng khu vực có cầu. Cần đặc biệt điều tra đối với công trình có cọc thép đóng trong vùng có mức n−ớc lên xuống và gần biển. Page 41/147
42. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống 1.9.2. tình trạng các bô nát hoá bê tông và ăn mòn đối với bê tông. 1.9.2.1. Hiện t−ợng các bô nát hoá. Cần phải điều tra, mô tả vị trí và mức độ các bô nát hoá bê tông của kết cấu nhịp và của mố trụ. Dùng phênoltalêin làm chất chỉ thị mầu để bôi lên bề mặt bê tông cần điều tra. Nếu độ pH > 8,3 thì bề mặt vết bôi dung dịch sẽ có màu đỏ, chứng tỏ bê tông còn khả năng bảo vệ cốt thép chống rỉ. Có thể dùng máy khoan, hoặc máy mài tròn cầm tay để tạo ra một lỗ sâu hay vết rách sâu 1-3cm trên bề mặt bê tông, sau đó nhỏ dung dịch phênoltalêin vào vết đó rồi nhận xét màu sắc suy ra mức độ các bô nát hoá theo chiều sâu từ bề mặt bê tông vào phía trong. Cần phân biệt rõ 1 vùng có mầu sắc khác nhau. Vùng đn bị các bô nát hoá và vùng còn nguyên. Đ−ờng mép ranh giới này không đều đặn mà nhấp nhô răng c−a, vị trí đỉnh răng c−a gần cốt thép chính là nơi có nguy cơ xuất hiện rỉ cốt thép. Khi điều tra cần nhận xét tình trạng bề mặt của bê tông. Chất l−ợng bề mặt xấu, gồ ghề là một trong các nguyên nhân chính làm tăng quá trình các bô nát hoá (các cầu cũ th−ờng thi công bằng ván khuôn gỗ không đ−ợc bào nhẵn, không bôi trơn, phép ván khuôn không phảng đều ). 1.9.2.2. Hiện t−ợng kiềm hoá bê tông. Biểu hiện của hiện t−ợng này là các nhũ vôi trắng xuất hiện trên bề mặt bê tông. Nơi th−ờng gặp nhũ vôi này là đáy bản máng ba lát đn bị n−ớc thấm qua bê tông bản. Nguyên nhân là do axit silic (SiO 2) có trong không khí khi gặp m−a đọng trong máng ba lát sẽ tác dụng hoá học với xi măng có chứa các chất kiềm. Sản phẩm của phản ứng này đ−ợc n−ớc m−a thấm qua bản bê tông cốt thép đ−a ra theo bề mặt đáy bản tạo ra các nhũ vôi khi đó chứng tỏ bê tông bản đn bị rỗng xốp, có thể giảm c−ờng độ. 1.9.2.3. Dự báo. Việc điều tra mức độ các bô nát hoá bê tông và kiểm hoá bê tông nhằm đ−a ra những nhận xét sau: - Nhận xét chung về tình trạng ăn mòn bê tông và ảnh h−ởng của nó đến mức độ ăn mòn cốt thép trong bê tông (nhận xét định hình). Page 42/147
43. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống - Nhận xét chung về mức độ giảm c−ờng độ bê tông trong lòng kết cấu đn bị rỗng xói nếu phát hiện thấy nhũ vôi ở bề mặt ngoài. - Tính toán định l−ợng về số năm mà quá trình các bô nát hoá diễn ra sâu đến sát cốt thép và đoán thời điểm bắt đầu rỉ cốt thép. Từ đó kết hợp với các biện pháp khác về đánh giá tốc độ rỉ cốt thép và mức giảm diện tích chịu lực cốt thép. 1.10. điều tra hậu quả của động đất, cháy, nổ, lở núi. Khi điều tra về lịch sử khai thác cầu, cần đặc biệt l−u ý điều tra về các tai nạn nói trên; thời gian xảy ra, nguyên nhân, diễn biến, hậu quả h− hỏng, các công tác khắc phục đn làm. Trên cơ sở đó để kết hợp phân tích các nguyên nhân h− hỏng của những phần quan sát đ−ợc và ngoại suy về các h− hỏng có thể có của những phần ẩn dấu trong đất, trong n−ớc do hậu quả của các tai nạn nói trên và định h−ớng đo đạc tiếp hoặc kiến nghị về điều kiện khai thác tiếp cầu. Đối với các cầu ở gần đ−ờng ống dẫn xăng dầu cần l−u ý điều tra về tai nạn cháy nổ. Đối với các cầu qua dòng chảy th−ờng xuyên cần chú ý điều tra tình hình dân c− quanh vùng dùng mìn đánh cá ở gần cầu có thể gây nguy hiểm cho phần d−ới n−ớc và d−ới đất của mố trụ cầu. Đối với cầu nằm trong vùng đn từng xảy ra động đất cần điều tra về hậu quả động đất đối với cầu và các công trình gần đó. Nếu cầu thuộc loại lớn cần kết hợp tham khảo các cơ quan chuyên môn sâu nh− Viện khoa học trái đất v.v Khi điều tra thấy có nghi ngờ cần thu thập thêm các số liệu đặc biệt phục vụ việc kiểm toán d−ới tác dụng của động đất, sụt lở núi lớn theo các yêu cầu đặc biệt của cấp có thẩm quyền. 1.11. sơ bộ phân cấp hạng trạng thái kỹ thuật cầu. Sau khi điều tra thị sát cũng nh− sau khi điều tra chi tiết cần thiết phải phân cấp hạng trạng thái kỹ thuật của cầu để định h−ớng cho công tác sửa chữa gia cố nếu cần thiết. Đề nghị cấp hạng nh− sau: Cấp 0: Công trình không cần sửa chữa và chỉ có các h− hỏng nhỏ, cá biệt. Cấp I: Công trình có h− hỏng nh−ng có thể khắc phục hoặc ngăn ngừa phát triển bằng việc bảo d−ỡng th−ờng xuyên hoặc bằng việc sửa chữa đơn giản (sơn, sửa, lớp phòng n−ớc, sửa mặt cầu). Page 43/147
44. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Cấp II: Công trình có những h− hỏng ở mức độ phải tiến hành công tác sửa chữa vừa và sửa chữa lớn. Cấp III: Công trình có các h− hỏng không thể khai thác bình th−ờng đ−ợc nữa, yêu cầu phải sửa ngay lập tức. Việc phân cấp hạng trạng thái kỹ thuật cần đ−ợc đề nghị t−ơng ứng với các h− hỏng theo bảng 1-2 sau. 1.12. yêu cầu về hồ sơ điều tra các h− hỏng cầu khuyết tật. Mọi kết quả điều tra h− hỏng và khuyết tật đ−ợc thể hiện bằng các hình vẽ sơ hoạ về vị trí, hình dạng, độ lớn các h− hỏng khuyết tật, bằng các ảnh chụp và bản thuyết minh mô tả của từng h− hỏng, bằng cách xếp loại h− hỏng theo thứ hạng đn qui định. Đối với từng kết cấu nhịp, từng mố trụ, các kết quả điều tra đ−ợc tập hợp riêng. Sau khi ghép lại thành bộ phận hồ sơ có phần quan nhận xét và các đề nghị chung với toàn cầu. Biểu mẫu điều tra đ−ợc ghi ở phụ lục của các Qui trình khai thác, kiểm định cầu. Bảng 1.2 Cấp hạng Các h− hỏng đặc tr−ng kỹ thuật Kết cấu nhịp thép: 0 - Lớp sơn các cấu kiện dàn chủ bị hỏng ở vài chỗ riêng lẻ, cấu kiện hệ liên kết bị cong cục bộ. I - Rỉ ít ở các cấu kiện dàn chủ, phần xe chạy bản nút, cấu kiện liên kết, một số đinh tán bị lỏng yếu một cách các biệt, một số cấu kiện riêng lẻ bị biến dạng - Rỉ nặng phần xe chạy, bản nút cấu kiện liên kết. Rỉ ít ở cấu kiện chính của II dàn, cả nhóm đinh nối các cấu kiện chính bị lỏng yếu. Một vài liên kết cá biệt bị đứt. Page 44/147
45. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống III - Rỉ nặng ở các cấu kiện dàn chủ, ph ần xe chạy, bản nút và cấu kiện hệ liên kết, gây ra giảm yếu mặt cắt thép chịu lực quá 10%, lỏng đinh tán, có vết nứt mới ở cấu kiện dàn chủ, biến dạng và đứt thanh chéo dàn do h− hỏng cơ học vì tàu xe đâm va. Kết cấu nhịp bê tông cốt thép: 0 - Các vết nứt cá biệt trên bề mặt vê tông có độ rộng ≤ 0,2 mm, vỡ lớp bảo hộ ở vài chỗ nh−ng không lộ cốt thép. I - Nhiều vết nứt trong bê tông có độ mở rộng ≤ 0,2 mm, vỡ lớp bê tông bảo hộ, lõi cốt thép ở một số chỗ riêng lẻ, có hiện t−ợng khử kiềm bê tông và xuất hiện vết nhũ vôi ở một số chỗ riêng lẻ trên bề mặt bê tông. - Các vết nứt riêng lẻ có độ rộng > 0,3 mm, trong đó có các vết nứt xuyên, vết II nứt nghiêng ở s−ờn dầm, h− hỏng nặng bê tông bản do sự khử kiềm. H− hỏng nặng lớp bê tông bảo hộ và rỉ cốt thép. Vết nứt trong kết cấu dự ứng lực quá 0,1 -0,15 mm. H− hỏng liên kết ngang giữa các dầm chủ. III - Nhiều vết nứt lớn quá 0,3 mm. Rỉ nặng cốt thép đến mức làm giảm yếu cốt thép hơn 10%. H− hỏng nặng bê tông trên phần lớp bản. Mố trụ cầu đá, cầu bê tông: 0 - H− hỏng vữa xây trong vài mạch xây các biệt. Vỡ sứt bề mặt khối xây tại vài chỗ cá biệt sâu đến 3 cm trong vài mố trụ khối nặng. Độ rộng các vết nứt các biệt lên đến 0,5 mm trong mố trụ khối. - H− hỏng vữa xây ở phần lớn các mạch xâu của mố trụ. Sứt vỡ khối xâu bề mặt I sâu đến 3cm có chỗ các biệt sâu đến 10cm. Nhiều vết nứt rộng đến 0,5 mm, cá biệt rộng đến 2mm trong mố trụ khối nặng hoặc đạt đến các trị số t−ơng ứng 0,2 mm và 0,5 mm trong kết cấu bê tông cốt thép của mố trụ. II - H− hỏng vữa xây trong các mạch xây, cá biệt có chỗ đá xây đn bị tr−ợt. Sứt vỡ sâu đến 10 cm trong khối xây, các biệt xâu hơn 10 cm. H− hỏng phần lớn lớp bảo vệ của kết cấu bê tông cốt thép và cốt thép đẵ bị rỉ đến 10% mặt cắt. Nhiều vết nứt quá 2 mm, cá biệt nứt đến 5 mm trong khối xây, hoặc đạt đến các trị số 0,5 mm và 1mm trong kết cấu BTCT của mố trụ. III - H− hỏng vữa trong các mạch xây, cả hàng đá xây hoặc nhóm viên đá xây bị tr−ợt, khối xây có chỗ vỡ sâu quá 10cm. Kết cấu BTCT có cốt thép rỉ quá 10% và bị biến dạng cốt thép. Các vết nứt xuyên tách kết cấu thành các phần. Page 45/147
46. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống CHƯƠNG 2 Thử nghiệm cầu 2.1. CáC VấN Đề CHUNG 2.2.1. MụC ĐíCH THử TảI CầU Và CáC TRƯờNG HợP CầU THử TảI Mục đích chính của việc thử tải cầu là làm rõ các đặc điểm làm việc thực tế của toàn công trình cầu nói chung cũng nh− các bộ phận riêng lẻ của cầu. Trong khi thiết kế cầu th−ờng phải dùng những sơ đồ tính toán đơn giản hóa và những tính chất vật liệu đại diện. Vì vậy tất nhiên sự làm việc thực tế của các kết cấu cầu sẽ khác với các giả thiết tính toán. Kết quả công tác thử tải cầu còn đ−ợc dùng để nghiên cứu nhằm hoàn thiện ph−ơng pháp tính và ph−ơng pháp đánh giá năng lực chiụ tải của cầu. Mặt khác trong quá trình khai thác cầu thì điều kiện làm việc cảu cầu cũng có những thay đổi, tính chất các vật liệu làm cầu cũng thay đổi theo thời gian. Việc thử tải cầu sẽ giúp chúng ta hiểu rõ ảnh h−ởng của những thay đổi đó đến sự làm việc thực tế của cầu. Cần tiến hành thử tải cầu trong những tr−ờng hợp sau : 1 - Khi nghiệm thu cầu mới xây dựng xong. Việc này nhằm thu nhập các số liệu ban đầu về các biến dạng chung và biến dạng cục bộ, các độ võng, các chuyển vị của các gối cầu, các chu kì và biên độ của dao động thẳng đứng và dao động nằm ngang, trạng thái ứng suất ở những chỗ đặc tr−ng nhất của kết cấu và công trình v.v các số liệu này sẽ đ−ợc so sánh với các số liệu tính toán t−ơng ứng. Chúng đ−ợc l−u trữ để sau này khi có dịp thử tải lần khác sẽ so sánh tìm ra những thay đổi đn xẩy ra trong quá trình khai thác cầu. 2 - Khi có nhu cầu cần phải chính xác hoá kết quả tính toán năng lực chịu tải của một cầu thực nào đó trong một tình huống đặc biệt nào đó. 3 - Sau khi kết thúc việc tăng c−ờng sửa chữa một cầu cũ. Mục đích để đáng giá hiệu quả của việc tăng c−ờng sửa chữa vừa thực hiện xong. 4 - Thực hiện thử tải dịnh kỳ trong quá trình khai thác cầu, phát hiện các thay đổi trong sự làm việc của các bộ phận kết cấu cầu. 5 - Trong các tr−ờng hợp đặc biệt nhằm mục đích nghiên c−ú hoàn thiện lý thuyết và ph−ơng pháp tính toán kết cấu cầu. Page 46/147
47. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống 2.1.2 nội dung công tác thử tải cầu Công tác thử tải cầu bao gồm việc thử cầu d−ới hoạt tải đứng yên trên cầu (thử tải tĩnh) và việc thử cầu d−ới hoạt tải chạy qua cầu (thử tải động). Có thể thử tải động với các loại đoàn xe ô tô, đoàn tàu thông th−ờng hàng ngày qua cầu hoặc thử tải với các đoàn xe ô tô, đoàn tàu đặc biệt. Đôi khi, nếu cần thiết, công tác thử tải câù đ−ợc kết hợp với công tác nghiên cứu trong phòng thí nghiệm (về vật liệu, trên mô hình,v.v ). Nói chung cần đo các thông số kỹ thuật sau : -Khi thử tải tĩnh : + Độ võng, độ vồng của dầm (dàn,vòm) chủ. + Độ lún của mố trụ, gối. + Chuyển vị ngang đầu trên của mố,trụ,gối. + ứng suất lớn nhất ở các mặt cắt cần kiểm tra. + ứng suất tập trung, ứng suất cục bộ (đối với công trình có yêu cầu đặc biệt) + Biến dạng đàn hồi và biến dạng d−. - Khi thử tải động : + Độ võng động của kết cấu nhịp. + Độ lún của mố,trụ,gối. + Chuyển vị ngang đầu trên của mố,trụ,gối. + ứng suất lớn nhất. + Biên độ và tần số dao động tự do theo ph−ơng thẳng đứng. + Biên độ và tần số dao động tự do theo ph−ơng nằm ngang (đặc biệt đối với cầu cong, cầu đ−ờng sắt). + Biến dạng đàn hồi và biến dạng d−. Tr−ớc tiên cần phải lập đề c−ơng thử tải cầu bao gồm các nội dung chủ yếu sau: - Khái quát về tính chất, đặc điểm công trình. - Mô tả thực trạng công trình. - Những hiện t−ợng cần l−u ý về chất l−ợng thi công công trình. - Yêu cầu và mục đích công tác thử tải. - Các nội dung cần quan sát, đo đạc lúc thử tải. - Tải trọng thử cầu, cách bố trí và trình tự xếp tải,dỡ tải, thời gian giữ tải đứng Page 47/147
48. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống - Tổ chức cân thử tải tr−ớc khi xếp lên cầu. - Các máy móc, thiết bị đo đạc. - Sơ đồ bố trí các điểm đo. - Kế hoạch bố trí các lực l−ợng cán bộ đo đạc. - Bố trí ph−ơng tiện phục vụ đo dạc (đà giáo, cần cẩu, canô ). - Xác định thời gian thử ngiệm thích hợp. - An toàn lao động cho ng−ời và máy móc. - Phân công trách nhiệm giữa các đơn vị tham gia thử tải. Sau khi đề c−ơng thử tải đ−ợc cấp có thẩm quyền duyệt, cần lập hồ sơ thiết kế thử tải kèm dự toán. Trong hồ sơ phải cụ thể hoá tất cả các nội dung đn có trong đề c−ơng thử tải và thể hiện bằng các bản vẽ, bản tính chi tiết. Trong quá trình thử tải cầu sẽ đo các biến dạng chung có ý nghĩa đặc tr−ng cho sự làm việc tổng thể của toàn kết cấu (các chuyển vị góc hoặc chuyển vị thẳng của kết cấu nhịp hoặc các bộ phận của nó, hoặc của mố trụ v.v ). Cũng cần đo những biến dạng cục bộ để từ đó suy ra trạng thái ứng suất của bộ phận kết cấu. Khi thử tải động ng−ời ta dùng các thiết bị ghi lại đặc tr−ng động học của toàn cầu nói chung hoặc của các bộ phận riêng lẻ. Muốn chọn hợp lý loại thiết bị đo để thử tải cầu cụ thể nào đó cần phải dự kiến gần đúng tr−ớc các trị số và đặc điểm của các biến dạng sắp sửa đ−ợc đo. Muốn vậy phải tính toán tr−ớc hoặc tham khảo các kết quả đo đn có ở các cuộc thử tải t−ơng tự trứơc đây. Nếu chọn chọn đúng loại thiết bị cần dùng thì công tác thử nghiệm cầu sẽ làm nhanh gọn và chính xác, tiết kiệm. Tr−ớc khi thử tải cần phải lập sơ đồ bố trí các thiết bị đo, đánh số hiệu chúng, làm các mẫu bảng ghi số liệu cho phù hợp với từng thiết bị đo và với sơ đồ thử tải, phân công các nhân viên đo đạc và huấn luyện lại họ cho phù hợp nội dung thử tải cầu cụ thể. Khoảng thời gian thử tải cần đ−ợc dự kiến chính xác, đặc biệt với các cầu đ−ờng sắt đang khai thác thì phải chọn thời điểm "cửa sổ" của biểu đồ tàu chạy. Cũng cần l−u ý công tác an toàn trong quá trình thử cầu phẩi theo đúng các qui định thông th−ờng. Việc chỉ huy và thông tin trong quá trình thử tải cầu là rất quan trọng, nhất là đối với các cầu lớn, cầu đ−ờng sắt, cầu đang khai thác trên các tuyến đ−ờng nhiều xe cộ qua lại. Cần có các ph−ơng tiện loa, máy bộ đàm, xe ô-tô con, điện thoại. 2.1.3. tải trọng thử cầu 2.1.3.1 - Xe thử tải Nguyên tắc cơ bản để chọn tải trọng thử cầu phải gây ra đ−ợc nội lực (mà chủ yếu là mômen uốn ) bằng 80% trị số khả năng chịu lực cho phép của kết cấu. Nếu tải trọng nhỏ Page 48/147
49. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống quá thì việc thử tải không có ý nghĩa. Đối với các cầu mới hoặc cầu cũ có hồ sơ thiết kế thì tải trọng thử phải xấp xỉ tải trọng thiết kế là tốt nhất (trừ tr−ờng hợp cầu có các h− hỏng nghiêm trọng). Đối với các cầu cũ đn mất hồ sơ và có nhiều h− hỏng, phải qua tính toán sơ bộ và khảo sát tỉ mỉ để dự đoán tải trọng lớn nhất mà cầu chịu đ−ợc, từ đó lựa chọn tải trọng thử cầu. Mặt khác lúc thử cầu cũng phải tăng tải dần dần và theo dõi. Phải thử cầu với các sơ đồ đặt tải với mức độ tăng dần. Ngoài ra còn phải tuỳ thuộc vào tình hình thực tế của các xe ô-tô trong vùng có thể thuê đ−ợc làm xe thử tải. Thông th−ờng lúc thử tải các cầu lớn cần nhiều xe lớn luôn phải điều chỉnh sửa lại sơ đồ xếp xe cho phù hợp với mục đích tạo ra nội lực trong kết cấu t−ơng đ−ơng với nội lực do các tải trọng thử đn dự kiến lúc đầu. Đối với các cầu đ−ờng sắt, đoàn tàu thử tải còn phụ thuộc khả năng thông xe của cả đoạn tuyến mà trên đó có cầu đang cần đ−ợc thử tải, cũng nh− phụ thuộc tình hình đầu máy toa xe thực có tại đó. Để thử tải tĩnh có thể dùng các cách đặt tải khác mà không dùng xe thử tải, ví dụ đặt các phao chứa đầy n−ớc. Các xe thử tải th−ờng đ−ợc chất tải bằng đá, cát, vật liệu nặng nh− ximăng, sắt thép. Sai số của tải trọng thử không đ−ợc quá ± 5% so với qui định của đồ án thiết kế thử tải. Các xe phải cân trọng l−ợng của từng trục xe và đ−ợc đo vẽ kích th−ớc thực tế để lấy số liệu tính nội lực. Trong một số tr−ờng hợp đặc biệt (thử đến phá hoại, thử các bộ phận, thử với tải trọng nằm ngang ) có thể dùng kích tời và các thiết bị khác gây ra tác động cần thiết. Nh−ng phải có biện pháp đo đ−ợc lực tác dụng chính xác (dùng đồng hồ đo lực chẳng hạn ). Cần dự kiến khoảng thời gian bắt đầu và kết thúc đo của từng ngày,dự phòng cách xử lý các tình huống bất ngờ : M−a bno, tai nạn, khiến cho xe thử tải đến không đến đủ hoặc sai giờ hẹn. Nếu cầu đ−ợc dự kiến cho tải trọng thiết kế là đoàn xe ôtô H30, có thể dùng các ôtô nhnn hiệu Kpaz-256 (24 tấn) hoặc nhnn hiệu Kamaz. Nếu cần có tải trọng thiết kế H18 hoặc H13 thì việc tìm chọn xe ôtô thử tải dễ dàng hơn. 2.1.3.2. Cách xếp thử tải tĩnh Tuỳ theo mục đích của việc xếp xe tại lực cắt lớn nhất hay mômen lớn nhất hoặc mục đích nào khác mà bố trí xe thử tải cho phù hợp. Nói chung đối với cầu ôtô, ứng với mỗi sơ đồ xếp xe theo h−ớng dọc cầu đều phải xét ít nhất 2 tr−ờng hợp xếp xe ngang cầu là các tr−ờng hợp xếp mọi xe lệch về th−ợng l−u hoặc về hạ l−u. Page 49/147
50. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Hình 2.1 Xếp xe thử tải cầu DakRông Hình 2.2 Xếp xe thử tải trên cầu hẹp Các xe có thể quay đầu cùng về một h−ớng để tiện việc ra vào cầu nh−ng cũng có thể quay đuôi vào nhau nhằm tạo ra nội lực mômen hay lực cắt lớn nhất ở mặt cắt nào đó cần xét. Để chọn sơ đồ xếp xe dọc cầu cần xét đ−ờng ảnh h−ởng phản lực gối. Khi điều xe trên cầu phải cử ng−ời chuyên trách và đánh dấu bằng sơn từ tr−ớc lên cầu ứng với từng sơ đồ xe. Nếu cầu dài, cần nhiều xe phải qui định đánh số thứ tự cho từng xe để dễ điều khiển xe ra vào cầu. Với mỗi cấp tải trọng (mỗi sơ đồ xếp xe) phải đo 3 lần vậy phải có kế hoạch điều xe ra vào sao cho nhanh chóng, thuận lợi và an toàn. Ngoài ra th−ờng có 1 lần xếp thử đầu tiên để chỉnh lại các máy đo. Nh− vậy cần dự trù đo lặp 4 lần. Khi thử tải các cầu cũ việc xếp tải phải theo nguyên tắc tăng dần bằng 50% ữ75% ữ100% tải trọng thử cầu để đảm bảo an toàn với mỗi cấp tải cần tiến hành đo đạc để sơ bộ đánh giá năng lực chịu tải thực tế của cầu tr−ớc khi xếp cấp tải lớn hơn. Hình 2.3 Xếp 1 xe thử tải trên cầu yếu Hình 2.4 Xếp 2 xe thử tải lệch sang một bên trên cầu Đò-quan (Nam định) Page 50/147
51. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Hình 2.5 Sơ đồ xếp tải để thử tải phần cầu khung chính của cầu Phả Lại Page 51/147
52. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Hình 2.6. Sơ đồ xếp xe thử tải phần dầm hộp liên tục 3 ì 30 cầu Phả Lại Page 52/147
53. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống \ sơ đồ tải 4 : đo lún mố a1 a1 p1 sơ đồ tải 4' : đo chuyển vị ngang đỉnh mố, trụ V sơ đồ xếp tải lệch th−ợng sơ đồ xếp tải lệch hạ sơ đồ xếp tải đúng tâm Hình 2.7. Sơ đồ xếp xe thử tải đo lún mố A1, đo chuyển vị ngang đỉnh mố, trụ cầu Phả Lại 2.1.3.3. Bố trí xe để thử tải động Theo trình tự cần thử tải tĩnh với nhiều xe tải tr−ớc, sau đó giải phóng các xe đó đi chỉ giữ lại 2 xe để thử tải động. Nếu thấy cầu yếu quá trong lúc thử tải tĩnh thì không thử tải động nữa. Trên cầu ôtô, dù nhiều làn xe, đ−ợc phép chỉ cần sử dụng một làn xe chính giữa cầu để thử tải động. Tốc độ xe thử động th−ờng bắt đầu từ 5 km/h và tăng dần từng cấp tuỳ theo đồ án thiết kế qui định. Nói chung hệ số xung kích sẽ lớn nhất ứng với tốc độ xe từ 25 - 35 km/h do đó cần cho xe thử ở tốc độ đó. Để thử đo xung kích có thể đặt 1 tấm ván dày 5 cm trên mặt cầu tại đúng mặt cắt có đặt máy đo (ví dụ giữa nhịp), khi xe ô-tô chạy nhanh qua sẽ gây ra xung kích lớn. Page 53/147
54. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Cần thiết cho xe thử chạy nhanh và hnm phanh đột ngột để tạo ra chuyển vị dọc lớn của đỉnh mố trụ gối trên nhịp đang xét. Thông tin liên lạc giữa ng−ời chỉ huy đo đạc và lái xe cần thống nhất hiệu lệnh và nên có máy điện thoại vô tuyến. Cần đặc biệt chú ý khi thử tải động, mặt cầu phải hoàn toàn trống vắng. ở n−ớc ngoài có những máy chấn động đặt trên xe chuyên dụng để gây ra chấn động lúc thử nghiệm công trình. Tại Viện KHCN GTVT có một xe nh− vậy do n−ớc Nga chế tạo. 2.1.4. thử tải tĩnh Nội dung thử tải tĩnh đn đựợc nêu trong mục 2.1.2. ở đây chỉ nêu thêm các chi tiết. Thời điểm đọc số liệu là khi các kim đồng hồ của các thiết bị đo đn ổn định và không ít hơn 5 phút kể từ lúc xếp tải lên cầu xong. Cần có hiệu lệnh chung khi bắt đầu đọc máy. Nếu thấy máy đo nào trục trặc thì phải có biện pháp xử lý kịp thời. Vừa đo vừa theo dõi chung các h− hỏng để phát hiện kịp thời ngững tiến triển bất lợi ảnh h−ởng đến kết quả đo và an toàn công trình. Nếu phát hiện thêm các h− hỏng mới sinh ra cần đối chiếu các kết quả đo tr−ớc đó để phân tích và nhận xét. 2.1.4.1. Đo độ võng Máy đo độ võng nên đặt ở các mặt cắt có độ võng lớn nhất và các mặt cắt đặc biệt về cấu tạo (ví dụ mối nối) hoặc h− hỏng. Số l−ợng điểm đo xét theo dọc cầu là tuỳ độ dài nhịp. Để thuận tiện bố trí đà giáo nên đặt các điểm đo võng gần các điểm đo ứng suất. Nếu cầu có gối cao su hoặc dự đoán mố trụ có thể lún cần đặt điểm đo võng cả ở mặt cắt trên gối hoặc lân cận đó. Độ võng của tất cả các dầm chủ và dàn chủ phải đ−ợc đo đồng thời trong một mặt cắt ngang cầu. Điểm cố định làm gốc để đo độ võng th−ờng là mặt đất đáy sông. Vì vậy ở nơi đất cạn có thể đóng cọc tre, ở nơi n−ớc sâu có thể buộc dây thả vật nặng xấp xỉ 10kg xuống đáy sông. Tr−ờng hợp sông lớn, n−ớc chảy mạnh, có thông thuyền mà không thể thả dây đ−ợc thì đo bằng máy cao đạc có độ chính xác cao (ví dụ Ni-004) hoặc máy đo dùng ống chứa chất lỏng đặc biệt. Các số đọc trong mỗi lần xếp tải phải bao gồm : - Số đọc máy khi xe ch−a vào cầu. - Số đọc máy khi xe vào và đn đứng yên. - Số đọc máy khi xe ra hết khỏi cầu. Page 54/147
55. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Để phân tích biến dạng d− cần so sánh kết quả đo của lần xếp tải đầu tiên và lần xếp tải cuối cùng. Số liệu đo phải đ−ợc ghi theo mẫu thống nhất để tiện phân tích. Đo xong phải ghi chú những gì bất th−ờng. 2.1.5. thử tải động Nội dung thử tải động đn đ−ợc nói ở mục 2.1.2, cách bố trí hoạt tải đ−ợc nói ở mục 2.1.3. Vị trí đặt máy đo thử tải động đ−ợc chọn tuỳ theo mục đích. Thông th−ờng các máy ghi biểu đồ độ võng đặt ở mặt cắt giữa nhịp, tại đáy các dàn chủ hoặc dầm chủ ngay bên d−ới vệt xe thử tải động chạy (th−ờng là dầm giữa). Thông tin liên lạc lúc thử tải động rất quan trọng vì máy đo động phải cho chạy tr−ớc khi xe thử tải chạy vào đầu cầu hoặc đầu nhịp đ−ợc đo đạc. Các máy đo thông dụng ở Việt Nam là Taxtograph và Gây-gher. (xem 2.5) Đối với cầu nhiều nhịp, không thể đo hết mọi nhịp do đó nên chọn nhịp cầu nào đó có h− hỏng nặng nhất, trong đó đặc điểm cấu tạo đại diện cho các nhịp mà tiến hành đo đạc. Các điểm đó nên đặt ở các bộ phận chịu lực chính, nơi có thể xuất hiện các ứng suất lớn nhất (kéo hoặc nén) và nơi có h− hỏng, khuyết tật. Chú ý ảnh h−ởng của ứng suất cục bộ, xoắn, ứng suất tập trung. ở nơi có nghi ngờ cần tăng số l−ợng điểm đo. Để đo ứng suất cốt thép, nhất thiết phải đục bỏ chút ít lớp bêtông bảo hộ để gắn máy đo trực tiếp lên cốt thép. Không đ−ợc suy diễn từ ứng biến của bê tông vùng kéo ra ứng suất kéo của cốt thép trong nó. Trong những tr−ờng hợp đặc biệt, có thể kích dầm lên để đo đo phản lực gối do tĩnh tải rồi từ đó tính ra nội lực ở các cấu kiện hoặc mặt cắt cần xét. Khi thử tải cầu BTCT luôn luôn phải quan sát vết nứt. Phải vẽ bản vẽ mô tả các vết nứt và ghi chú sự tiến triển của chúng trong lúc thử tải và ghi chú sự tiến triển của chúng trong lúc thử tải. Điểm đo ứng biến bêtông phải đặt xa vết nứt. 2.2. ph−ơng pháp dùng ten-xơ-met để đo ứng suất Có một số ph−ơng pháp để đo ứng suất nh− ph−ơng pháp quang học phân cực vv tuy nhiên phổ biến nhất đối với hiện tr−ờng là ph−ơng pháp ten-xơ-met. Ng−ời ta dùng một thiết bị đo chính xác (tên là ten-xơ-met) để đo biến dạng cục bộ của một đoạn ngắn kết cấu. Đoạn ngắn đó có chiều dài đo chính xác là S (gọi là cơ sở của ∆S ten-xơ-met). Trị số biến dạng đo đ−ợc là ∆ S. tỷ số =ε chính là độ biến dạng t−ơng S đối. Dùng định luật Hook để tính ra hệ số trung bình: Page 55/147
56. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống σ = E *ε . Nh− vậy cần phải biết tr−ớc trị số mô đuyn đàn hồi E của vật liệu. đối với vật liệu thép than th−ờng có E=2100000 KG/cm 2 . nh−ng đối với vật liệu bê tông việc xác định chính xác môđul đàn hồi E là rất khó thực hiện. Công thức trên là tr−ờng hợp trạng thái ứng suất đuờng thẳng, th−ờng gặp khi đo ứng suất các thanh dàn chịu lực dọc trục kéo hay nén. Đối với trạng thái ứng suất suất phẳng thì tại mỗi điểm đo cần phải đo biến dạng theo hai hoặc ba h−ớng. Nếu đn biết tr−ớc các h−ớng của các ứng suất chính σ 1 và σ 2 thì chỉ cần đặt hai ten-xơ-met với các cơ sở dọc theo h−ớng của σ 1 và σ 2 . Sau khi đo đ−ợc các biến dạng ε1 và ε 2 thì tính các ứng suất chính theo công thức : E σ = ()ε + à.ε 1 1− à 2 1 2 (2-1) E σ = ()ε + à.ε 2 1− à 2 2 1 trong đó: à - hệ số Poatson. Nếu ch−a biết tr−ớc các ứng suất chính thì cần phải đo đuợc trị số biến dạng theo 3 h−ớng. Th−ờng chọn 1 h−ớng bất kỳ rồi hai h−ớng còn lại thì đ−ợc bố trí tạo thành các cặp góc 45 0 và 90 0 hoặc 60 0 và 120 0 so với h−ớng thứ nhất. Các biến dạng t−ơng đối đ−ợc ký hiệu là ε 0 ,ε 45 ,ε 90 hoặc là ε 0 ,ε 60 ,ε120 . Sau khi đo đ−ợc các biến dạng đó, dùng các công thức sau để tính các ứng suất chính. - Đối với tr−ờng hợp thứ nhất: ε 0 + ε 90 1 2 2 ε 2,1 = ± ()()ε 0 − ε 45 + ε 90 − ε 45 (2-2) 2 2 - Đối với tr−ờng hợp thứ hai: 2 2 1  ε 0 + ε 60 + ε120   1  ε 2,1 = .()ε 0 + ε 60 + ε120 ± ε 0 −  +  .()ε 60 − ε120  (2-3) 3  3   2  góc nghiêng α giữa h−ớng của ứng suất chính σ 1 với h−ớng chọn tuỳ ý thứ nhất để đo biến dạng đ−ợc tính theo công thức: Page 56/147
57. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống 2ε − ε − ε tg 2 α = 45 0 90 (2-4) ε 0 − ε 90 1 .()ε 0 − ε120 3 tg 2 α = (2-5) 1 ε − .()ε − ε − ε 0 3 0 60 120 Chiều d−ơng của góc là theo chiều quay kim đồng hồ. Hình 2-8. Sơ đồ hoạt động của ten-xơ-met hai đòn bẩy. 1. Khung; 2. Đoạn nối; 3. Đòn bẩy làm nhiệm vụ kim chỉ vạch;4. Đòn bẩy có mũi tỳ di động đ−ợc. ∆ Hình 2-9. Ten-xơ-met hai đòn bẩy. Page 57/147
58. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống 2.2.1. CáC LOạI TEN-Xơ -MéT Cơ HọC 2.2.1.1. Ten-xơ-mét hai đòn bẩy (Ten-xơ-mét đòn) Đây là loại ten-xơ-mét thông dụng nhất ở n−ớc ta hiện nay. Sơ đồ hoạt động đ−ợc vẽ trên hình 2.1. Khung cứng một có mũi tỳ nhọn cố định, đằu bên trái có vết cắt lõm hình tam giác để tỳ lọt một mũi tỳ hình thoi có chiều cao là a. Mũi tỳ đó gắn chặt với đòn bẩy 4. Phần trên của đòn bẩy 4 có chiều dài tay đòn là a đ−ợc liên kết qua đoạn nối 2 với đòn bẩy 3. Đòn bẩy 3 chính là kim chỉ vạch chia độ quay đ−ợc quanh chốt gắn vào khung cứng 1. Khoảng cách giữa mũi tỳ cố định và mũi tỳ di động đ−ợc gọi là cơ sở của ten-xơ-mét. Khi lắp đặt ten-xơ-mét có các bộ phận phụ để gá chặt sao cho các mũi tỳ cố định và mũi tỳ di động đ−ợc tỳ chặt vào bề mặt cấu kiện cần đo ứng biến.Khi bề mặt đn bị dnn ra hay co vào thì mũi tỳ di động sẽ dịch chuyển theo một đoạn là ∆S . Qua các đòn bẩy, kết n quả sẽ làm cho kim chỉ vạch lệch đi n vạch trên bảng chia độ theo milimét. Tỷ số = m ∆ S đ−ợc gọi là hệ số khuếch đại của ten-xơ-mét. Trị số m vào khoảng 800 - 2000 tuỳ loại ten- xơ-mét. Thang chia độ chia độ th−ờng có 50 vạch chia milimét. Nh− vậy trị số cực đại của 50 ∆S mà có thể đọc đ−ợc vào khoảng milimét. m Các ten-xơ-mét đ−ợc chế tạo sẵn t−ơng ứng với cơ sở S = 20 ữ100mm. Có thể lắp các bộ phận phụ để nối dài cơ sở đến 300mm. Độ chính xác của phép đo bằng ten-xơ-mét phụ thuộc vào mức độ chính xác chế tạo, chiều dài cơ sở S và việc lắp đặt chính xác nó lên bề mặt kết cấu. Nói chung lực ép gá ten- xơ-mét vào bề mặt kết cấu nên là 2 ữ 3kg. Nếu ép quá mạnh sẽ làm hỏng các mũi tỳ và kim khó quay khiến phép đo không chính xác. Page 58/147
59. GS.TS. Nguyễn viết Trung- Gíao trình Khai thác, Kiểm định, Gia cố, Sửa chữa cầu cống Hình 2.10 Lắp Ten-xơ-mét đòn để đo Hình 2.11 Lắp Ten-xơ-mét đòn để đo thanh thanh chéo trong dàn cầu thép mạ th−ợng trong dàn cầu thép 2.2.1.2. Ten-xơ-mét dùng đồng hồ chuyển vị. Loại ten-xơ-mét này hoạt động nh− sau: Khi cấu kiện biến dạng thì đòn bẩy gắn với mũi tỳ bị quay đi và làm cho thanh trục của đồng hồ chuyển vị dịch chuyển, kim đồng hồ quay chỉ vạch đo. Độ chính xác của ten-xơ-mét này phụ thuộc vào độ chính xác của đồng hồ chuyển vị ( th−ờng là 0,01mm )và có thể đ−ợc tăng lên bằng cách thay đổi tỷ số truyền của đòn bẩy. ở Việt Nam hiện có dùng loại ten-xơ-mét nh− trên do Đức chế tạo, ghép hai cái đối xứng nhau để đồng thời đo ứng suất cả hai bề mặt của cấu kiện và dễ lắp đặt. Khi đo ứng suất trong dây cáp cầu treo ng−ời ta dùng ten-xơ-mét có đồng hồ chuyển vị. Nó có hai đai kẹp chặt vào sợi cáp. Một đai gắn với vỏ đồng hồ chuyển vị. Đai còn lại gắn với thanh nối dài. Cơ sở của loại ten-xơ-mét này không nên quá lớn để tránh ảnh h−ởng sự xoắn dây cáp làm sai kết quả đo. Th−ờng lấy chiều dài cơ sở là 200mm. (Cự ly giữa các tâm đai kẹp). Giả sử độ chính xác của đồng hồ là 0,01mm thì mỗi độ chia của đồng hồ sẽ t−ơng ứng với ứng suất trong dây cáp cầu treo là : ,0 001 σ = . 1800000 = 90kg/ cm2 20 Ecaukien 2 Ecaukien 2 2 ∆σ = .∆σ day = 41 ρ ( W 2 - W 1 ) (2-6) Eday Eday Trên hình vẽ 2-12 là sơ đồ cấu tạo của loại ten-xơ-mét dây thông dụng, dùng để đo ứng suất trong câú kiện bằng gỗ. Các dây đ−ợc căng giữa các chân đó.Đ−ờng kính dây 0,25-0,30mm, độ căng của dây đ−ợc điều chỉnh bằng vít 4.Trên khung của ten-xơ-mét có Page 59/147