Bài giảng Kiểm định cầu đường - Bài 10: Kiểm định và đánh giá chất lượng kết cấu cầu và đường giao thông - Nguyễn Viết Trung

ng của các đốt bánh xích trên mặt cầu, va đập của các chôt bánh xích và của phần khối l-ợng bên trên lò so. tần số dao động của các đốt bánh xích phụ thuộc vào tốc độ xe xích. Các thực nghiệm cho thấy một xe ô tô hoặc một xe xích qua cầu thì gây tác dụng động học lớn hơn khi cả đoàn xe ô tô đó qua cầu. Vì vậy ng-ời ta lấy tải trọng để thử động cầu chỉ là một xe ô tô nặng hoặc một xe ô tô chạy qua cầu với lần l-ợt các tốc độ khác nhau. Trên các cầu có độ cứng nằm ngang nhỏ trong h-ớng dọc cầu, ví dụ cầu khung có trụ mảnh nên thử một xe chạy rồi hãm đột ngột trên cầu. Trên các cầu có độ cứng nằm ngang nhỏ (cầu hẹp, cầu khung cao, cầu treo) cũng nên thử tải động bằng các tải trọng ngang nằm ngang đ-ợc tạo ra bằng cách quay xe xích trên mặt cầu. Các đặc tr-ng động học của mỗi lần thử động đ-ợc ghi lại nhờ các máy đo động đ-ợc đặt ở những vị trí có độ võng lớn nhất. Các máy ghi dao động lên băng giấy hoặc lên phim, lên băng từ. Các máy đo những chuyển vị thẳng theo thời gian gọi là các vibromet còn máy đo chuyển vị góc theo thời gian gọi là torsiômet. Các máy đo quan hệ giữa biên độ và tần số dao động với tốc độ xe chạy gọi là các máy đo biên độ hoặc máy đo tần số. Có hai nguyên tắc để đo dao động là nguyên tắc động học và nguyên tắc động lực học. Theo nguyên tắc thứ nhất thì máy đo d-ợc liên kết cứng với một hệ cố định độc lập bên ngoài và trị số chuyển vị của kết cấu đang dao động đ-ợc đo trực tiếp. Theo nguyên tắc thứ hai thì khi không thể tạo ra đ-ợc một hệ cố định thực ng-ời ta đo chuyển vị so với một hệ cố định qui -ớc, đó là một khối nặng gắn trên lò so. Các máy đo động có thể đ-ợc phân thành ba nhóm là: kiểu cơ, kiểu điện, kiểu quang. Trong các máy đo kiểu cơ thì việc ghi lại sự thay đổi biến dạng đ-ợc thực hiện nhờ các bộ phận cảm biến (đattric) và ghi hay nhìn lên năm hiệu sóng của máy hiệu sóng (oxylograph). X-61 3.5.2. máy đo geiger Khi máy đo này hoạt động theo nguyên tắc động học thì cần đến một liên kết cứng hoặc liên kết dây giữa một điểm cố định mặt đất và một điểm cố định dao động. Mặt khác khi máy đo này hoạt động theo nguyên tắc động lực học thì không cần đến liên kết nói trên. Đối với tr-ờng hợp thứ nhất thì máy sẽ ghi dao động lên băng giấy, theo đ-ờng cong vẽ trên giấy đó có thể xác định biến dạng biên độ và tần số dao động. Đối với tr-ờng hợp thứ hai thì trong máy có lắp thêm một hệ cố định qui -ớc nhỏ dạng con lắc lò so. Theo các đ-ờng ghi trên băng giấy có thể xác định gần đúng biên độ và xác định chính xác hơn đối với tần số dao động. Sơ đồ nguyên tắc của máy ghi dao động theo nguyên tắc động lực học nh- hình vẽ 2-22. Sự biến đổi độ võng giàn đ-ợc truyền qua dây treo 1 (lò so 4 để căng dây 1) qua đòn bẩy hình c 2 rồi qua kim truyền 3, qua ngòi bút ghi 6 và đ-ợc ghi trên băng giấy 4. Đồng thời trên băng có ghi vạch thời gian từng giây. Bộ phận ghi của máy có một cơ cấu kiểu đồng hồ làm quay băng giấy rộng 50mm. Tốc độ di chuyển băng có thể điều chỉnh đ-ợc trong phạm vi từ 0.2 đến 10mét/phút. Có thể khuyếch đại dao động đ-ợc ghi lên 3, 6 hoặc 12 lần so với trị số thực tế. Ngoài ra còn có thể tăng hay giảm tỉ lễ xích ghi bằng cách thay đổi cánh tay đòn bẩy hình c .Tỉ lệ xích thông th-ờng của máy là từ 0.5: 1 đến 72: 1. Có thể dùng máy ghi để ghi các biến dạng với tần số dao động đến 20Hz. Máy đo có thể đ-ợc đặt trên giá cố định với mặt đất hoặc đặt ngang trên kết cấu nhịp (hình 2- 23). Dây treo có thể thả xuống đáy sông nhờ một quả nặng ít nhất 10KG. Nói chung nên -u tiên đặt máy đo trên giá cố định mặt đất thì chính xác hơn. Sơ đồ đặt máy đo nh- hình 3-24. Hình 3-22. Sơ đồ đặt máy ghi dao động có dây nối với điểm cố định trên mặt đất. 1-Dây nối; 2-Đòn bẩy hình; 3-Cần đẩy kim ghi; 4-Băng giấy ghi dao động; 5-Vạch đếm thời gian; 6-Kim ghi; 7-Lò so. 1 5 6 3 4 2 7 X-62 Hình 3-23. Sơ đồ đặt máy ghi dao động ở trên kết cấu nhịp có dây thả vật nặng xuống sông. 1-Vật nặng; 2-Dây; 3-Máy Gây-gher; 4-Lò so. 4 3 1 2 Hình 3 - 24 Lắp máy ghi dao động thẳng đứng ở đáy của dầm cầu 3.5.3. các máy đo dao động kiểu dùng đIện Thực chất, đó là tổ hợp của bộ cảm biến (đát-tríc) với các thiết bị đo điện. Các bộ cảm biến có khả năng biến đổi các chuyển vị t-ơng đối giữa các bộ phận kết cấu hoặc các sự thay đổi theo thời gian của ứng suất, của tốc độ gia tốc chuyển vị tại các điểm riêng lẻ của kết cấu thành các đại l-ợng điện và truyền về máy đo điện. Trên hình 3-25 a, b là sơ đồ đo dao động thẳng đứng của kết cấu nhịp nhờ dùng bộ cảm biến kiểu một dầm công xon ngắn có dán các đát-tric điện trở. Trên hình 3-25 c, d là sơ đồ đo dùng bộ cảm biến kiểu vòng thép. Những biến đổi của dòng điện lúc đo đạc trong phần đ-ờng chéo của cầu đo điện trở đ-ợc ghi lại bằng máy oxy clograph lên phim ảnh. X-63 Khi sử dụng các dây căng nh- hình vẽ cần phải xét ảnh h-ởng của biến dạng do nhiệt độ, còn trong tr-ờng hợp đo các chuyển vị lớn thì phải xét cả đến các biến dạng có liên quan đến sự thay đổi độ căng dây trong quá trình đo vì dầm dao động lên xuống. Ng-ời ta cũng có thể dùng các bộ cảm kiểu điện cảm để đo dao động 4 2 a) b) 1 R1 P R4 3T T2 T1 3 4 c) d) R2 T4 R3 2T 1T T4 1 P T1 T3 T2 5 T2 T1 3 Hình 3-25. Các sơ đồ dao động có dùng các bộ cảm biến điện trở. a, b-Khi dùng dầm công xon ngắn có dán lá điện trở; c, d-Khi dùng vòng thép có gắn lá điện trở. 1-Dây nối xuống đất; 2-Dầm công xon ngắn; 3-Lò so; 4-Cọc neo; 5-Cọc giữa dầm công xon; T1, T2, T3, T4-Các ten-xơ-mét kiểu lá điện trở. P-Bộ ghi dao động (oxyclograph). 3.6. xác định các đặc tr-ng cơ lý và tính chất của vật liệu. Khi tính toán đánh giá khả năng chịu tải và trạng thái kĩ thuật của cầu cống cũ rất cần có các trị số đặc tr-ng cơ lí của vật liệu trong kết cấu thực. Việc xác định các trị số này nói chung là khó đạt độ chính xác cao. Thông th-ờng tr-ớc tiên cần tham khảo hồ sơ thiết kế hay hồ sơ hoàn công cũ để biết các đặc tr-ng ban đầu của vật liệu. Tuy nhiên ở Việt Nam các hồ sơ này th-ờng không đủ hoặc không có. Các thí nghiệm vật liệu phải đ-ợc kết hợp thực hiện ở cả trong phòng thí nghiệm và cả ở trên kết cấu thực. Các thí nghiệm trong phòng cho kết quả chính xác cao hơn nh-ng lại phụ thuộc việc lấy mẫu thử từ kết cấu có làm đ-ợc hay không. Số mẫu lấy ra cũng bị hạn chế. Các thí nghiệm ngay trên kết cấu thực sẽ cho các thí nghiệm trong phòng, có thể thực hiện nhanh chóng hơn, nhiều số liệu thu đ-ợc hơn nh-ng có thể là kém chính xác hơn. Đa số các thí nghiệm trong phòng thuộc loại thí nghiệm có phá hủy mẫu thử, đa số các thí nghiệm trên kết cấu thực thuộc loại thí nghiệm không phá huỷ mẫu và dùng các cách đo gián tiếp. X-64 3.6.1. kim loại Tr-ớc khi thí nghiệm cần xác định rõ loại vật liệu bằng kim loại, ví dụ đó là gang, sắt mềm (đối với các cầu thép cũ do Pháp để lại), thép th-ờng, thép hợp kim thấp v.v Các thí nghiệm kim t-ơng sẽ trả lời chính xác vấn đề phân loại vật liệu kim loại. Khi lấy mẫu kim loại từ kết cấu cầu cũ phải có biện pháp hợp lí sao cho không làm suy yếu quá nhiều đến sức chịu lực của kết cấu. Tại chỗ đã cắt khoét lấy mẫu ra phải đặt các bản thép bù và liên kết bằng hàn hoặc liên kết bulông c-ờng độ cao ngay. Miếng mẫu kim loại đã lấy ra phải đ-ợc gia công sao cho mẫu thí nghiệm có các đ-ờng biên lùi vào ít nhất 10mm so với mép vết cắt bằng nửa lúc lấy mẫu. Mẫu thử kim loại phải đ-ợcgia công theo đúng các “Tiêu chuẩn thí nghiệm vật liệu” do Bộ GTVT và Bộ Xây dựng ban hành. Nói chung mẫu để thí nghiệm về giới hạn bền (c-ờng độ phá hủy tức thời) giới hạn chảy, độ dãn dài t-ơng đối hay độ co ngắn t-ơng đối của kim loại thép có dạng nh- hình 2-26a, mẫu để xác định độ dai va chạm đ-ợc cắt lõm nh- hình 2-26b. 4 2 a) b) 1 R1 P R4 3T T2 T1 3 4 c) d) R2 T4 R3 2T 1T T4 1 P T1 T3 T2 5 T2 T1 3 Hình 3-26. Ví dụ loại mẫu thử để xác định các đặc tr-ng cơ học của thép. a) Mẫu th-ờng; b) Mẫu thử độ dai va đập. Mỗi loại thí nghiệm phải có ít nhất ba mẫu giống nhau các mẫu thử có thể đ-ợc phân tích hoá học và phân tích phổ nếu thấy cần thiết. Do đặc điểm của công nghệ cán thép, đặc tr-ng cơ lí của kim loại cán theo h-ớng dọc chiều cán và theo h-ớng ngang chiều cán sẽ không giống nhau. Vì vậy lúc lấy mẫu phải đánh dấu rõ h-ớng tác động chủ yếu của lực trên mẫu đó nh- lúc nó ở trong kết cấu thực. Để thí nghiệm nhanh chóng đối với thép ở trên kết cấu thực ng-ời ta th-ờng dùng ph-ơng pháp đập bi tạo vết lõm trên bề mặt thép. Ph-ơng pháp này cho biết độ cứng của kim loại để từ đó suy ra giới hạn c-ờng độ của nó với độ tin cậy chấp nhận đ-ợc. Tuy nhiên nếu muốn suy diễn ra trị số giới hạn chảy thì không đủ tin cậy. Sai số xác định giới hạn c-ờng độ dựa vào thí nghiệm xác định độ cứng bề mặt thép vào khoảng ±7%, còn nếu suy diễn từ giới hạn c-ờng độ đó ra giới hạn chảy thì sai số lớn đến ±30%. X-65 Việc thí nghiệm độ cứng có thể làm theo thí nghiệm Brinell hoặc thí nghiệm Rockwell. Thí nghiệm Brinell: Tạo một tải trọng 3000kg cho vật liệu cứng và 1500kg hay 500kg cho các mặt cắt mỏng hay vật liệu mềm, tác dụng thông qua một viên bi cứng có đ-ờng kính 10mm để gây ra vết lõm trên bề mặt vật liệu. Đ-ờng kính trung bình của vết lõm là cơ sở để tính ra độ cứng Brenell (HB) theo công thức: HB = P/[(p-D/2)(D- 22 dD - )] (2-16) Trong đó: HB - Số đo cứng Brinell. P - Tải trọng tác dụng (kg). D - Đ-ờng kính viên bi thép. d - Đ-ờng kính trung bình của vết ấn, (mm). Tiêu chuẩn AASHTO T244-90 và ASTM A 370-88 của Mỹ cho sẵn các bảng tra đã đ-ợc tính sẵn theo công thức trên. Ng-ời ta đã chế tạo máy đo độ cứng Brinell xách tay để làm thí nghiệm dễ giàng tại vị trí cầu. Thí nghiệm Rockwell: Trong thí nghiệm này, trị số độ cứng đ-ợc đọc trực tiếp từ máy đo. Độ cứng đ-ợc xác định căn cứ vào chiều sâu vết ấn của đầu nhọn kim c-ơng hoặc của viên bi thép vào vật liệu. Tr-ớc tiên gia tải bằng tải trọng phụ 10kg để tạo vết ấn ban đầu và đ-a đầu ấn lên rồi giữ nó đúng vị trí trên mặt vật liệu. Tải trọng chính phụ thuộc vào thang đo đ-ợc sử dụng và đ-ợc gia tải dần sẽ làm tăng dần độ sâu vết ấn. Sau đó bỏ tải trọng chính nh-ng vẫn duy trì tải trọng phụ, trên máy đo sẽ cho biết trị số độ cứng Rockwell. Dựa vào trị số độ cứng bề mặt, có thể theo công thức thực nghiệm suy ra hàm l-ợng Các bon trong kim loại một cách gần đúng theo dãy số so sánh sau: -Hàm l-ợng C,% 0.05 0.15 0.20 0.30 0.40 0.50 -Độ cứng kim loại, MPa 1100 1200 1350 1560 1650 1800 3.6.2. bêtông Nói chung độ chính xác của việc thí nghiệm c-ờng độ bêtông trên kết cấu cũ th-ờng không cao do bêtông không đồng nhất và suy thoái theo thời gian một cách không đồng đều. Ngoài ra còn có ảnh h-ởng của vết nứt, độ ẩm -ớt, cốt thép trong bêtông v.v Để thí nghiệm trong phòng phải khoan lấy mẫu bêtông rồi gia công thành hình trụ tròn đ-ờng kính 70-150mm từ kết cấu cầu thực. Nh- vậy lỗ khoan trên kết cấu khá lớn và nếu cầu đang khai X-66 thác thì th-ờng không đ-ợc phép khoan trên dầm. Chỉ có thể lấy mẫu từ các khối xây to lớn của mố trụ. Do vậy ng-ời ta th-ờng dùng các ph-ơng pháp không phá huỷ mẫu để đo c-ờng độ bêtông ngay trên kết cấu thực. Hai ph-ơng pháp đ-ợc dùng phổ biến nhất hiện nay là ph-ơng pháp siêu âm và ph-ơng pháp dùng súng bật nẩy kiểu Schmid. Bộ Xây dựng đã ban hành tiêu chuẩn sử dụng kết hợp hai loại thiết bị đo này. Ngoài ra trong một số tr-ờng hợp đặc biệt, có thể dùng ph-ơng pháp tia Gamma (ví dụ đã áp dụng đo c-ờng độ bêtông trong cọc khoan nhồi sâu 40m d-ới lòng sông ở cầu Việt Trì 1993). 3.6.2.1 - Súng bật nẩy kiểu Schmidt (hình 3-27a). 4 1 2 3 5 6 7 11 10 8 9 Hình 3-27a. Súng bật nẩy kiểu Schmidt. 1-Bề mặt kết cấu bêtông; 2-Thanh va đập; 3-Nắp bịt đầu; 4-Lò so va đập; 5- Cửa sổ nhìn thang đo vạch; 6-Con chạy chỉ thị; 7-Thanh dẫn h-ớng; 8-Vòng đệm dẫn h-ớng; 9-Lò so nén; 10-Nắp vỏ thân súng; 11-Núm bấm giữ khi súng không hoạt động; 12-Vỏ thân súng; 13-Quả búa; 14-Đá mài; 15-Hộp đựng súng; 16-Dạng chung của súng. Nguyên lí hoạt động của thiết bị này nh- sau: Khi dùng sức tay ấn cho thân súng tiến dần đến bề mặt bê tông thì thanh 2 tụt sâu vào thân súng 11 cho đến lúc chạm vào quả búa13. Do cú va đập này quả búa 3 chuyển động về phía sau làm di chuyển con chạy 6 trên thang đo vạch. Vị trí con chạy 6 chỉ rõ số bật nẩy khi đo. Căn cứ số bậc này có thể tra đồ thị hay bảng mà hãng sản xuât Schmid đã bán kèm súng để suy ra c-ờng độ bề mặt nhỏ để lấy trị số bật nẩy trung bình. Trong các tài liệu kèm theo súng có các bảng tra cụ thể ứng với các góc bắn khác nhau, ví dụ: 45°, 90°, - 45°, v.v Các súng do Trung Quốc sản xuất còn xét đến hiệu chỉnh theo mức độ các bô nát hóa bề mặt bê tông để gián tiếp xét đến tuổi bê tông cũ. Các súng do hãng Schmid bán ở Việt Nam chỉ đo c-ờng độ bê tông có tuổi cao nhất là 56 ngày. Tác giả Nga OCU OB khuyên đối với bê tông cũ phải cạo bỏ lớp bề mặt đi sâu 10mm rồi mới dùng súng bật nẩy để thử c-ờng độ bê tông. Điều này khó đ-ợc áp dụng ở Việt Nam. X-67 Hình 3-27b. Thử c-ờng độ BT đáy bản dầm liên hợp cầu Văn-điển bằng súng Schmidt 3.6.2.2 - Phương pháp siêu âm. Để xác định c-ờng độ bê tông trong kết cấu có thể dùng máy siêu âm tạo ra sóng siêu âm và đo tốc độ truyền sóng. Từ tốc độ này suy ra c-ờng độ bê tông R. Sóng siêu âm đ-ợc lan truyền theo h-ớng dọc và theo h-ớng ngang. Tốc độ truyền sóng là hàm số phụ thuộc vào độ đàn hồi, mật độ và dạng hình học theo h-ớng dọc và theo h-ớng ngang của kết cấu. Lúc thí nghiệm bê tông bằng siêu âm phải xét đ-ợc mọi yếu tố ảnh h-ởng đến độ truyền sóng và quan hệ giữa nó với c-ờng độ bê tông R (đặc tính của cốt liệu, hàm l-ợng cốt liệu trong bê tông, công nghệ chế tạo bê tông nhiệt độ, sự bố trí cốt thép v.v). Muốn vậy phải lập ra các đồ thị chuẩn thể hiện quan hệ giữa tốc độ truyền sóng siêu âm và c-ờng độ phá huỷ nén mẫu thử bê tông trong phòng thí nghiệm. Sau đó sử dụng đồ thị này để suy diễn các kết quả đo ở ngoài hiện tr-ờng. Nh- vậy độ chính xác đo đạc phụ thuộc độ chính xác của việc lập đồ thị chuẩn, mẫu thử bê tông của cầu sẽ tính theo công thức: 4 ữữ ứ ử ỗỗ ố ổ = cl c clc v v RR Trong đó: :clR - C-ờng độ bêtông của mẫu thử nén vỡ, mẫu này đ-ợc lấy ra từ kết cấu thực. cv và clv : -Tốc độ truyền sóng siêu âm trong bêtôngcủa kết cấu thực và trong mẫu thử nén vỡ. Ng-ời ta còn đ-a ra thêm các hệ số hiệu chỉnh thực nghiệm để xét đến các ảnh h-ởng khác. Nói chung sai số của ph-ơng pháp siêu âm đo c-ờng độ bêtông vào cỡ 10%. Có rất nhiều loại máy siêu âm khác nhau do các hãng n-ớc ngoài sản xuất đang đ-ợc dùng ở Việt Nam. Nguyên lý chung của chúng đ-ợc vẽ trên hình 2-28. X-68 Các xung điện đ-ợc phát ra từ máy phát cao tần kích động 1, truyền định kỳ lên đầu dò phát 10 để truyền vào bề mặt kết cấu bê tông hay bê tông cốt thép. Đồng thời một tín hiệu điện tử đ-ợc đ-a vào khối quét chờ 3 rồi gửi đến ống tia điện tử. Khi sóng siêu âm từ đầu dò phát 10 đi qua bê tông đến đầu dò thu 9, nó tạo ra tín hiệu điện biến đổi để gửi đến bộ khuyếch đại 7, sau đó tín hiệu đi đến ống tia điện tử làm lệch tia điện tử theo h-ớng thẳng đứng. Thời điểm phát sóng siêu âm ở đầu phát 10 và thời điểm nhận đỉnh nhọn trên đ-ờng biểu diễn trên màn ảnh của ống tia điện tử 5. Khoảng cách giữa các đỉnh nhọn theo một tỷ lệ xích đã quy định sẵn sẽ t-ơng ứng với khoảng thời gian t mà xung đi qua vật thể bê tông. Nhờ khối 4 mà trên màn ảnh có thấy thang chia khoảng thời gian 6, theo đó ta biết đ-ợc thời gian t. Căn cứ trị số t và độ dầy vật thể bê tông chúng ta xác định đ-ợc tốc độ truyền sóng siêu âm v = 1/t. Từ đó suy ra c-ờng độ bê tông dựa vào đồ thị chuẩn của máy. Nói chung các máy siêu âm hiện đại còn có nhiều bộ phận khác để dễ đo, dễ mang đi công tr-ờng và tăng độ chính xác. Có thể đo các kết cấu dày từ 0.1m đến 12m. Hình 3-28. Sơ đồ khối của máy siêu âm đo c-ờng độ bê tông. 1-Bộ phát xung tần số cao; 2- Bộ phát chính; 3- Khối quét chờ; 4- Khối đo thời gian; 5- Bộ hiện sóng; 6- Thang chia; 7- Bộ khuyếch đại; 8- Cấu kiện BTCT cần đo c-ờng độ; 9- Đầu dò thu; 10- Đầu dò phát 6 5 10 9 l 8 2 3 1 4 7 3.7- Phát hiện các khuyết tật và h- hỏng ẩn giấu Trong kết cấu cũ th-ờng có những khuyết tật ẩn giấu mà không nhận biết đ-ợc nh- các vết nứt, vết rỗ vết rỗng xốp bên trong bê tông, trong mối hàn. Các loại máy dò khuyết tật ẩn giấu đ-ợc phát triển ngày càng hiện đại nh-ng đều dựa trên các nguyên lý chung của các ph-ơng pháp âm thanh, ph-ơng pháp từ tr-ờng, ph-ơng pháp phóng xạ và tia Rơn-ghel. 3.7.1- Ph-ơng pháp âm thanh Ph-ơng pháp này sử dụng sóng đàn hồi ở dải tần rộng. Tuỳ theo tần số dao động đàn hồi có thể phân loại: - Sóng hạ âm (tần số 20Hz) - Sóng âm thánh nghe đ-ợc (tần số 20 Hz đến 20 kHz) - Sóng siêu âm (tấn số từ 20 kHz trở lên) X-69 Nh-ng chỉ có sóng âm thanh và siêu âm là dúng đ-ợc trong công tác chuẩn đoán bên trong. Các sóng đàn hồi ở dải tần siêu âm có thể đ-ợc phát ra liên tục hoặc ngắt quảng từng sung. Siêu âm có thể áp dụng cho kiểm tra không phát huy mẫu đối với các bộ phận kết cấu làm bằng bất cứ loại vật liệu nào. Để phát hiện khuyết tật ẩn giấu phải căn cứ vào sự phản xạ và khuyết tán của các sóng siêu âm khi gặp sự bất th-ờng trên con đ-ờng mà sóng đi qua (ví dụ đó là các lỗ rỗng, các vết nứt ngầm, các chỗ bị phân lớp v.v...) hoặc khi đi qua môi tr-ờng không đồng chất. Tần số siêu âm thông dụng trong chẩn đoán là từ 0,5 đến 255 MHz. Có thể đo sóng xuyên hoặ sóng phản xạ từ bề mặt. Trên hình 2-29 giới thiệu sơ đồ khồi của máy dò khuyế tật đơn giản hoạt động theo nguyên lý tiếng vọng âm. 12 3 5 D 64 a b 7 Hình 3-29. Sơ đồ khối của máy đo khuyết tật a- Bề mặt truyền sóng âm; b- Bề mặt đối diện; D- Khuyết tật; I- Biểu diễn khuyết tật trên màn hình; 1- Bộ đồng bọ dao động; 2- Bộ phát xung; 3- Bộ phát quét; 4- Đầu dò vừa thu vừa phát; 5- Máy thu; 6- Bộ chỉ thị màn hình; 7- Kết cấu bê tông Để kích động những dao động đàn hồi có thể dùng các bộ cảm biến kiểu áp điện hoặc kiểu từ điện. Muốn cho sóng siêu âm từ đầu dò đến bề mặt kết cấu một cách thuận lợi cần phải bôi mỡ công nghiệp lên chỗ tiếp xúc. Các khuyết tật ẩn giấu bên trong kết cấu thép và kết cấu BTCT th-ờng đ-ợc phát hiện bằng ph-ơng pháp âm vọng hoặc ph-ơng pháp xung. Trên hình 2-29 giới thiệu sơ đồ của một thiết bị âm vọng đơn giản. Nếu trên đ-ờng đi qua của tín hiệu siêu âm gặp một khuyết tật nh- lỗ rỗng chẳng hạn thì sức cản âm đó sẽ khác với sức cản bình th-ờng của vật liệu kết cấu này, gây ra các đỉnh nhọn trên màn hình hiện sóng. Sau khi đó đ-ợc thời gian, tốc độ và h-ớng đi của sóng siêu âm chúng ta có thể suy X-70 đoán vị trí và độ lớn của lỗ rỗng ẩn giấu. Căn cứ vào sự biến đổi đột ngột của tốc độ truyền sóng siêu âm trong các phần khác nhau của kết cấu chúng ta có thể suy đoán đ-ợc về mặt độ bê tông, các vết nứt v.v... Các khuyết tật và h- hỏng trong mối hàn có thể phát hiện bằng máy siêu âm bằng các đầu dò hình lăng trụ đặt sao cho phát ra các sóng nghiêng 30o - 60o (hình 2-30). Dùng tay đ-a đầu dò và trên mối hàn theo một quỹ đạo hiện sóng nh- hình vẽ thể hiện. Khi đến chỗ có khuyết tật thì trên màn hình sẽ hiện lên xung nhô cao, đồng thời máy phát ra tín hiệu ánh sáng và cói báo động. Để xác định đ-ờng biên bao quanh khuyết tật phải dùng tay đ-a đầu dò rà quét theo các h-ớng khác nhau từ vị trí mà t-ơng ứng với đỉnh nhọn trông thấy trên màn hình cho đến lúc nào mà biên độ A của xung trên màn hình giảm xuống còn một nửa so với lúc đầu. Vị trí lúc đó của đầu dò sẽ t-ơng ứng với một điểm trên biên bao quanh khuyết tật. Ph-ơng pháp xung siêu âm cũng có thể dùng rất tiện lợi để theo dõi lâu dài sự biến động của cấu trúc và c-ờng độ bê tông. 1 2 L T P 3 A /2 A A /2 h1 h2 b l'1 l1 l'2 l2 Hình 3-30. Sơ đồ xác định hư hỏng trong mối hàn 1- Đầu dò; 2- Quỹ đạo rà quét của đầu dò; 3- Đậc tính xung hiện trên màn hình ứng với các vị trí đã vẽ của đầu dò. Ph-ơng pháp phát xạ âm thanh đ-ợc dùng để phát hiện các khuyết tật và h- hỏng ẩn giấu để thu l-ợm thông tin về các quá trình diễn ra bên trong vật liệu v.v... Ph-ơng pháp này dựa trên sự ghi nhận các sóng âm thanh xuất hiện trong vật thể cứng khi biến dạng dẻo và có các nứt. Thực chất của ph-ơng pháp nh- sau. Trên bề mặt kết cấu đặt một vài đầu dò có khả năng nhạy cảm đối với các biến dạng tr-ợt hoặc các sóng bề mặt, hoạt động ở tần số 1 - 3 MHz. Trong quá trình chịu lực sẽ xuất hiện các biến dạng lớn trong kết cấu và vết nứt. Điều này thể hiện qua sự phản xạ của sóng ứng suất có đặc tính xung. Sóng này đ-ợc đi, đầu dò thu nhận và từ đó ta có thể đoán ra đ-ợc khuyết tật hay h- hỏng. Trên hình 2-31 nêu sơ đồ nguyên lý của máy phản xạ âm thanh. Đầu dò 1 thu sóng phản xạ,, truyền qua bộ khuyếch đại 2 rồi đi vào bộ loạc điện tử 3 để tách tín tần số thấp, sau đó đi đến bộ X-71 khuyếch đại 4 rồi rẽ 2 nhánh, một nhánh vào khối điều chỉnh 5, một nhánh vào bộ tách sóng 8. Từ bộ tách sóng 8 tín hiệu đi vào bộ ghi lên băng từ 7. Nguồn cung cấp điện là 6. Hình 3-31. Sơ đồ khối của thiết bị phản xạ âm thanh 1- Đầu dò; 2- Bộ tiền khuyếch đại; 3- Bộ lọc điện tử; 4- Bộ khuyếch đại; 5- Khối điều chỉnh; 6- Nguồn điện; 7- Thiết bị ghi băng từ; 8- Bộ tách sóng 1 6 5 7 2 3 8 4 3.7.2. Ph-ơng pháp từ tr-ờng Ph-ơng pháp này dùng để phát hiện khuyết tật và h- hỏng ẩn giấu trong các vật liệu có thể nhiễm từ, xác định độ dày lớp bê tông bảo hộ cho cốt thép, đo độ đầy lớp sơn phủ kết cấu thép v.v... Nguyên lý của ph-ơng pháp này dựa vào sự phát triển mức độ biến đổi của dòng từ đị qua vật thể. Các bột sắt hoặc dung dịch bột sắt trộn dung môi (ví dụ dầu hoả) đ-ợc bôi lên bề mặt kết cấu. D-ới tác động của từ tr-ờng ở nơi có sắt sẽ phân bố theô một dạng khác th-ờng ở nơi có khuyết tật hay h- hỏng ẩn giấu bên d-ới. Một ph-ơng pháp khác có hiệu quả hơn là dùng các đầu dò kiểu từ điện có lôi phe rít và dây đồng và dây đồng cuốn quanh. Từ tr-ờng đ-ợc tạo ra sẽ có dạng chữ U nh- hình vẽ 2-32. Khi dùng tay và quét đầu dò trên bề mặt kết cấu, bằng cách đó sức điện động có thể suy đoán và khuyết tật trong kết câu. Sơ đồ thiết bị vẽ trên hình 2-32 để xác định vị trí cốt thép nằm trong bê tông, đo chiều dầy lớp bê tông bảo hộ và đo đ-ờng kính cốt thép đó. Bộ cảm biến từ điện 1 đ-ợc đ-a rà quét trên bề mặt kết cấu bê tông cốt thép. Trong hộp máy của thiết bị còn có một bộ cảm biến 2 t-ơng tự nh-ng thêm tấm rung nhiễm từ 3, có tác dụng thay đổi độ cản kháng khi ta điều chỉnh cân bằng sơ đồ. Tuỳ theo mức độ xa gần từ bộ cảm biến 1 đến thanh cốt thép năm f sâu trong bê tông mà mức độ dầy lớp bê tông bảo hộ và đ-ờng kính cốt thép. Dùng tay đ-a đầu dọc theo cốt thép đến chỗ phát hiện thấy vị trí số đô nhỏ nhất thì đó là điểm giao nhau của hai thanh cốt thép. X-72 Hình 2-32. Thiết bị kiểu điện cảm để dò cốt thép và đo chiều dày bê tông bảo hộ 1-Bộ cảm biến ngoài (đầu dò); 2- Bộ cảm biến trong hộp máy; 3- Bản để điều chỉnh cảm kháng; 4- Đồng hồ đo sức điện động; 5- Thanh cốt thép; 6- Cấu kiện BTCT 1 2 5 6 3 4 3.7.3- ph-ơng pháp tia rơn ghen và ph-ơng pháp tia gama Hai ph-ơng pháp này có thể dùng dò khuyết tật cho bất cứ loại vật liệu nào: gỗ, thép, BTCT, polyme v.v... Có thể dùng chúng dò vị trí cốt thép và đ-ờng kính của nó trong bê tông. Các tia phóng xạ này đi qua vật và đ-ợc chụp bằng phim ảnh. Khả năng xuyên của tia  và tia Rơn ghen tuỳ thuộc mật độ của vật liệu, chiều dày kết cấu v.v... Nếu gặp khuyết tật h- hỏng nh- lỗ rỗng, vết nứt thì khả năng xuyên qua của tia sẽ mạnh hơn, trên phim ảnh sẽ có các vùng tối đậm khác nhau. Phân tích ảnh chụp sẽ cho ta suy đoán về khuyết tật nh- bác sỹ xem phim chụp X quang. Nói chung việc sử dụng các ph-ơng pháp này còn hạn chế ở Việt Nam và cần đặc biệt chú ý đảm bảo an toàn phóng xạ. 3.8. Xử lý kết quả đo và phân tích kết luận Công việc này đòi hỏi trình độ kiến thức và kinh nghiệm nhiều năm của kỹ s- thanhh tra. Th-ờng áp dụng các ph-ơng pháp xử lý thống kê số liệu đo đạc. nh- đã đ-ợc học ở môn học toán thống kê xác suất. Tuy nhiên nếu có ít số liệu thì ph-ơng pháp này không áp dụng đ-ợc. Nói chung th-ờng cần phân tích các số liệu đo sau: - Số liệu thử c-ờng độ bê tông (bằng các ph-ơng pháp khác nhau) - Số liệu đo độ võng các dầm chủ d-ới tác dụng của hoạt tải xếp lệch để suy ra hệ số phân bố ngang hoạt tải. - Số liệu điều tra và đo độ rộng, độ dài các vết nứt bê tông các vết nứt trên kết cấu thép. - Số liệu đo góc xoay ở các mối dầm thép. - Số liệu đo biến dạng và ứng suất. - Số liệu đo dao động để suy ra trị số của hệ số xung kích (1+) và chu kỳ dao động riêng T của kết cấu nhịp. - Số liệu thí nghiệm vật liệu thép và cốt thép (nếu có) X-73 Trong phạm vi tài liệu này chỉ giới thiệu một số vấn đề xử lý kết quả chủ yếu. 3.8.1. Hệ số phân bố ngang hoạt tải Căn cứ vào kết quả đo đọ võng giữa nhịp cầu của các dầm chủ (giàn chủ) d-ới tác dụng hoạt tải xếp trên cầu theo một cách nào đó (hoặc chính giữa phần xe chạy, hoặc lệch về th-ợng l-u, hoặc lệch về hạ l-u) có thể tính ra hệ số phân bố ngang của từng dầm chủ đó t-ơng ứng cách xếp tải đã thực hiện. Công thức tính toán là: Ki = ồ n j i y y 1 (2-17) Trong đó: Ki - Hệ số phân bố ngang của dầm (giàn) của thứ i yi - Độ võng của dầm thứ i ồ n yj 1 - Tổng độ võng của tất cả các dầm (giàn) chủ n - Số l-ợng dầm (giàn chủ) Khi tính toán lại kết cấu cần phải sử dụng hệ số phân bố ngàn thực tế này chứ không dùng trị số tính toán lý thuyết nữa. 3.8.2. xử lý số liệu do ứng biến Căn cứ kết quả đo bằng ten-xơ-mét cơ hay ten-xơ-mét điện, đối với kết cấu thép nh- thanh dầm thép có thể suy diễn ra ứng suất hoạt tải theo định luật Hook: ơ = E.  (2-18) Tuy nhiên đối với kết cấu bê tông việc suy diễn này phải thận trọng và chỉ có ý nghĩa tham khảo ở mức độ gần đúng vị trí số mô đuyn đàn hồi thực tế của bê tông cầu cũ nói chung là không xác định đ-ợc đúng. Mặt khác ngay cả đối với phần bê tông chịu nén của mặt cắt, việc suy diễn ứng suất hoạt tải theo công thức trên cũng g-ợng ép vì quan hệ tuyến tính gi-a ơ và  đối với bê tông chịu nén chỉ đúng khi ứng suật ơ Ê 0,2 Ru. Trong các cầu thực tế cũ ứng do riêng tĩnh tải cũng đã có thể v-ợt quá trị số 0,2 Ru. Vì vậy khi có thêm hoạt tải nữa thì quan hệ ơ và  càng không đủ căn cứ để coi là tuyến tính nữa. X-74 Đối với bê tông vùng chịu kéo, công thức định luật Hook hoàn toàn không thể áp dụng đ-ợc. Vì vậy kết quả đo  ở vùng này cần xem xét kỹ có thể cọi đó là phép đo độ rộng vết nứt chứ không phải là đo độ dãn kéo dài t-ơng đối . Để nói về ứng suất trong cốt thép chịu kéo, nhất thiết phải đục bỏ lớp bê tông bảo hộ và gắn ten-xơ-mét cơ học hoặc lá điện trở vào trực tiếp cốt thép nhằm đo trị số  của nó. Từ đó có thể dùng định luật Hook để tính ra ứng suất cốt thép đ-ợc. Hiện nay trong công tác đo cầu ở Việt nam còn rất hãn hữu bố trí đo theo trạng thái ứng suất phẳng mà th-ờng chỉ đo theo trạng thái ứng suất đ-ờng. Đối với các thanh giàn chịu lực dọc trục cũng nh- đối với các bản cánh dầm, đo nh- vậy là tạm đủ nh-ng đối với phần bản bụng dầm, bản nút giàn và những tr-ờng hợp mà trạng thái ứng suất phẳng thể hiện rõ thì phải bố trí các xen tơ mét cơ học hoặc lá điện trở theo các h-ớng khác nhau để từ kết đo suy ra trị số và h-ớng của các ứng suất chính. Xét ví dụ một mặt cắt ngang cấu kiện nh- hình 2-28 đã đặt các ten-xơ-mét để đo biến dạng thớ tại các điểm 1, 2, 3, 4 là 1, 2, 3, 4. Theo định luật Hook suy ra cá trị số ứng suất ơ1, ơ2, ơ3, ơ4. Căn cứ các đặc tr-ng hình học mặt cắt (F, Ix, Iy, x1, x2, x3, x4, y1, y2) và biểu đồ ứng suất nh- hình vẽ. Ta lập đ-ợc ph-ơng trình: 1E = ơ1 = F N + Ix yMx 1. - Iy xMy 1. (2-19) 2E = ơ2 = F N + Ix yMx 1. - Iy xMy 2. (2-20) 3E = ơ3 = F N + Ix yMx 2. - Iy xMy 3. (2-21) 4E = ơ4 = F N + Ix yMx 2. - Iy Myx4 (2-22) Khi giải hệ này ta tìm đ-ợc các nội lực N, Mx, My. ở đây có 4 ph-ơng trình mà chỉ có 3 ẩn số nên chúng ta có khả năng kiểm tra độ chính xác của phép đo đã thực hiện. Muốn vậy chỉ cần xác định một nội lực nào đó bằng cách giải các nhóm ph-ơng trình khác nhau. Ví dụ giải hệ 3 ph-ơng trình 1,2,3 thì tìm đ-ợc N1, Mx1, Mx2 còn khi giải hệ 3 ph-ơng trình 2, 3, 4 lại đ-ợc N2, Mx2, My2. Chênh lệch giữa các trị số N1 với N2, Mx1 với Mx2, My1 với My2 sẽ suy đoán về sai số đo đạc và ảnh h-ởng của các yếu tố nh- cong vênh cục bộ, ứng suất tập trung, mô men xoắn v.v... Tóm lại để đánh giá sai số đo đạc thì phải tăng số l-ợng điểm đo biến dạng nhiều hơn số l-ợng các yếu tố nội lực cần tính. X-75 3.8.3. Xử lý kết quả đo động Khi thử tải động đối với cầu, kết quả đo đ-ợc ghi lên băng giấy hoặc phim d-ới dạng biểu đồ dao động nh- hình 2-33, Hệ số xung kích thực tế đ-ợc suy ra từ kết quả đo theo công thức sau: (1+ m ) = y ymax (2-23) Trong đó: ymax - Độ võng lớn nhất khi hoạt tải chạy qua y - Độ võng tĩnh khi hoạt tải đứng yên Mỗi tốc độ xe thử chạy qua cầu sẽ cho một vị trí số (1+ ) riêng. Do đó khi thử đầu phải cho xe chạy với vài tốc độ khác nhau 20, 25, 35, 45 km/h lần l-ợt. Thông th-ờng trên cầu ôtô hệ số xung kích lớn nhất ứng với tốc độ từ 25 – 35 km/h. Để tìm độ võng y phải vẽ thêm đ-ờng trung bình lên biểu đồ độ võng nh- hình 2-29. Trên hình đó cũng giải thích cách xác định các thời điểm xe ra vào cầu. Để xác định chu kỳ T và tần số f của dao động trên một đoạn biểu đồ dao động thì phải đếm số dao động n trên ứng với thời gian t rồi dùng các công thức sau: T = n t ; f = t n = T 1 (2-24) Công thức dùng chung cho cả khi xét dao động c-ỡng bức và dao động riêng. Muốn tính chu kỳ dao động riêng Tc để so sánh với trị số mà quy trình thiết kế cầu cho phép thì phải đếm đo trên đoạn c của biểu đồ (xem hình vẽ). Để đọc các băng ghi dao động phải có kính phóng đại với vạch chia cự ly đọc chính xác đến 0,1 mm. Trong lúc nhận xét kết quả thử tải phải xét toàn diện tất cả các vấn đề. Chú ý phân tích nguyên nhân và hậu quả của các h- hỏng, các hiện t-ợng độ võng d- và ứng suất d- của kết cấu. Phải có nhận xét về tuổi thọ của kết cấu. Sau khi tính toán đầy đủ các số liệu đo, báo cáo tổng kết cần làm theô trình tự nội dung sau: - Mô tả kết cấu và toàn bộ cầu - Nêu các số liệu tóm tắt rút ra từ hồ sơ thiết kế. - Nêu các vấn đề đặc biệt xảy ra trong quá trình thi công. - Mô tả các khuyết tật và h- hỏng. - Nhắc lại yêu cầu và nội dung thử nghiệm cầu. - Danh mục các dụng cụ, thiết bị đ-ợc dùng để thử nghiệm cầu. - Tải trọng thử cầu đã sử dụng X-76 - Trình tự thử tải cầu - Các hiện t-ợng phát sinh trong quá trình thử - Các kết quả đo đạc thử tĩnh và thử động ở tất cả các điểm đo d-ới mỗi cấp tải trọng. - Phân tích các số liệu có kết hợp với các tài liệu kiểm tra và đặc điểm của kết cấu - Đánh giá mức độ đúng đắn về những giả thiết tính toán và giải pháp kết cấu của đồ án. - Những kết luận về trạng thái chất l-ợng của công trình và khả năng thông qua của hoạt tải. - Những đề nghị về quản lý công trình, cá chỉ dẫn về giải pháp kỹ thuật cần áp dụng nhằm khắc phục những sai sót h- hỏng đã phát hiện. - Kèm theo báo cáo chung còn có các tài liệu kỹ thuật phản ánh quá trình đo đạc nh- hồ so thiết kế thử tải, ảnh chụp các dao động, biểu đồ ứng suất và độ võng và các tài liệu minh hoạ khác. yt b ym ax1 B T T 2 Tb C Tc a) b) Tb d Hình 3-33. Biểu đồ ghi dao động c-ỡng bức (a) và dao động riêng (b). B - Đoạn ghi dao động c-ỡng bức; C - Đoạn ghi dao động riêng. TB - Chu kỳ dao động c-ỡng bức; TC - Chu kỳ dao động riêng Để đánh giá tốc độ tắt dần của dao động riêng cần phải tính hệ số tắt dần 1 ln + = n n A A y (2-25) Trong đó 1, +nn AA là các biên độ của dao động 3.8.4. - Đánh giá và nhận xét kết quả thử tải cầu Căn cứ phân tích kết quả thử tải cầu có thể nên nhận xét về các vấn đề sau: - Mức độ thích hợp của ph-ơng pháp tính toán đã áp dụng. - Độ chính xác và trình độ công nghệ chế tạo kết cấu X-77 - Đặc điểm cụ thể về tác động của tải trọng lên cầu. - Các đặc tr-ng thực tế của trạng thái ứng suất của các bộ phận và các mối nối. - ảnh h-ởng của những yếu tố khác nhau và các khuyết tật, h- hỏng đến trạng thái kỹ thuật của kết cấu cầu. - Xác định độ an toàn thông xe qua cầu của hoạt tải cụ thể hoặc hoạt tải tiêu chuẩn nào đó: Trọng tải xe, cách cho xe qua cầu, tốc độ cho phép• - Đề nghị về công tác duy tu sửa chữa hoặc nâng cấp cầu. Mức độ chênh lệch giữa các trị số tính ra đ-ợc và trị số đo đ-ợc của cùng một đại l-ợng vật lý đ-ợc đánh giá bằng hệ số kết cấu: tinh do k c c h = (2-26) -tinhdo cc , Các trị số đo đ-ợc và tính đ-ợc. Các hệ số kết cấu sẽ dùng để đánh giá năng lực chịu tải thực tế của kết cấu. 4. đánh giá kết quả. 4.1. Khái niệm chung Khi đánh giá chất l-ợng kỹ thuật của một công trình cầu cũ không chỉ đơn thuần dựa vào việc tính toán mà phải kết hợp tất cả các công việc khảo sát, đo đạc, thử nghiệm mẫu trong phòng thí nghiệm, thử tải cầu, làm các thí nghiệm không phá huỷ ngay trên kết cấu thực, tính toán nhiều lần theo một số giả thiết khác nhau. Trong nhiều tr-ờng hợp kinh nghiệm của kỹ s- thanh tra có một vai trò quan trọng quyết định. Nói chung, khả năng chịu lực của cầu có thể dự đoán bằng các tính toán lại, xác định các nội lực cho phép lớn nhất ở từng bộ phận kết cấu và so sánh chúng với các nội lực do các tải trọng (tĩnh tải và hoạt tải) gây ra. Những tải trọng đ-ợc xét sẽ là tải trọng dự kiến đi qua cầu trong t-ơng lai. Khi tính toán lại kết cấu phải căn cứ vào trạng thái thực tại của nó, có liên quan đến: - Sơ đồ hình học thực tế của kết cấu và công trình. - Các mặt cắt chịu lực thực tế (có h- hỏng và khuyết tật) - Đặc điểm và thực trạng của hệ liên kết các bộ phận. - Các đặc tr-ng c-ờng của vật liệu thực tế trên kết cấu. Có 2 đ-ờng lối th-ờng áp dụng khi tính toán cầu cũ X-78 ã Xác định ứng suất trong kết cấu do hoạt tải thực tế và so sánh với ứng suất cho phép (hoặc c-ờng độ tính toán) của vật liêu kết cấu. Từ đó kết luận về khả năng thông qua cầu. ã Các kết cấu cầu thép sẽ đ-ợc tính toán đẳng cấp chỉ theo điều kiện c-ờng độ và điều kiện mỏi. Các tải trọng qua cầu cũng sẽ đ-ợc tính đẳng cấp của chúng. Nếu đẳng cấp tải trọng nhỏ hơn đẳng cấp các kết cấu thì thông xe đ-ợc. Trong ch-ơng này, chỉ trình bày một số vấn đề về tính toán lại kết cấu và tính toán đẳng cấp của kết cấu cầu đ-ờng sắt cũ. 4.2. Công thức chung tính toán đẳng cấp cầu thép đ-ờng sắt. 4.2.1. Xét kết cấu nhịp Nguyên tắc tính toán năng lực chịu tải của kết cấu nhịp thép bằng ph-ơng pháp phân đẳng cấp: Khi xác định năng lực chịu tải của kết cấu nhịp và điều kiện khai thác phải xét đến: ã Dạng cấu tạo của kết cấu nhịp và các bộ phận ã Loại vật liệu thép và tính chất cơ học. ã Hiện trạng của kết cấu, các h- hỏng. ã Chất l-ợng chế tạo và thi công kết cấu nhịp ã Sự làm việc thực tế của kết cấu nhịp d-ới tác dụng của các tải trọng. ã Khổ giới hạn thực tế của kết cấu nhịp. ã Vị trí cầu (trên mặt bằng, trên trắc dọc, phạm vi ga,•) ã Các kết qủa thí nghiệm cầu (nếu có). ã Các kết quả tính toán lại bao gồm tính toán phân đẳng cấp. Khi tính toán phân đẳng cấp chỉ xét trạng thái giới hạn thứ nhất về c-ờng độ, ổn định hình dáng và mỏi. Đẳng cấp của một kết cấu nhịp đ-ợc tính toán theo công thức: Trong đó: 1+m - Hệ số xung kích. k - Hoạt tải rải đều t-ơng đ-ơng cho phép (T/m) tính theo các điều kiện của trạng thái giới hạn thứ nhất. k1 - Hoạt tải rải đều t-ơng đ-ơng của đoàn tàu đơn vị chuẩn. μ)(1k kK 1 + = X-79 Các trị số k và k1 đ-ợc tính với cùng một đ-ờng ảnh h-ởng đang đ-ợc xét (cùng độ dài và vị trí đỉnh đ-ờng ảnh h-ởng). Đẳng cấp của một cấu kiện đ-ợc lấy là trị số nhỏ nhất trong các trị số đẳng cấp của nó đã tính theo các điều kiện khác nhau. đẳng cấp của kết cấu nhịp lấy theo đẳng cấp thấp nhất của các cấu kiện. 4.2.2. Xét đoàn tàu. Đẳng cấp của tải trọng Ko bằng tỷ số của tải trọng rải đều t-ơng đ-ơng của đoàn tàu đang đ-ợc xét (có cả hệ số xung kích) với tải trọng đơn vị chuẩn (có kể hệ số xung kích). Trong đó: ko - Tải trọng rải đều t-ơng đ-ơng của đoàn tàu đang đ-ợc phân cấp (T/m). kH - Tải trọng đơn vị chuẩn theo sơ đồ T1, đ-ờng (T/m) 1+mo - Hệ số xung kích của đoàn tàu đang đ-ợc phân cấp (lấy theo Quy trình Thiết kế cầu mới hiện hành hoặc theo kết quả thử nghiệm cụ thể) 1+m - Hệ số xung kích đối với tải trọng đơn vị chuẩn theo sơ đồ T1 Các trị số ko và kH đ-ợc lấy đối với cùng một đ-ờng ảnh h-ởng. Các tải trọng t-ơng đ-ơng k0 và đẳng cấp tàu Ko đ-ợc xác định với đ-ờng ảnh h-ởng tam giác dài l =1 -:- 200(m), với hệ số. Khi xác định tải trọng t-ơng đ-ơng ko phải đặt đoàn tàu đ-ợc xét lên đ-ờng ảnh h-ởng ở vị trí bất lợi nhất để cho giá trị ko đạt lớn nhất. Khi đó có một trong các lực tập trung, đ-ợc gọi là lực chính, sẽ nằm đúng trên đỉnh đ-ờng ảnh h-ởng. 4.3. Xét ảnh h-ởng của các h- hỏng và khuyết tật các bộ phận. 4.3.1. ảnh h-ởng của sự giảm yếu bộ phận do gỉ Khi trong kết cấu nhịp có những bộ phận bị gỉ đáng kể thì ngoài việc tính toán mặt cắt mà ở đó có ứng lực lớn nhất tác động, cần phải tính toán phân cấp thêm cả những mặt cắt đăc bị giảm yếu do gỉ. ảnh h-ởng của gỉ kim loại đ-ợc xét đến bằng cách đ-a vào trong công thức tính toán các đặc tr-ng hình học thực tế của mặt cắt đ-ợc xét đến có kể đến sự giảm yếu do chúng bị gỉ. Trong mỗi μ)(1k )μ(1k K H oo o + + = X-80 mặt cắt nh- thế cần xác định các đặc tr-ng hình học t-ơng ứng đối với phần mặt cắt còn lại ch-a bị gỉ. Khi tính toán về độ mỏi của các cấu kiện đã bị giảm yếu do gỉ thép thì cần phải xét hệ tập trung ứng suất. 4.3.2. ảnh h-ởng của sự cong vênh của các cấu kiện Khi cấu kiện chịu nén có độ cong vênh với đ-ờng tên f > 0,0025 lo đối với kết cấu mặt cắt tổ hợp hoặc mặt cắt thép hình H có bản tấm nằm ngang đặc hoặc có f > 0,143 r đối với cấu kiện có mặt cắt ngang P (lo - chiều dài tự do; r - bán kính lõi của mặt cắt) ảnh h-ởng của dộ cong vênh cần phải đ-ợc kể đến khi xác định hệ số uốn dọc j. Hế số uốn dọc j trong tr-ờng hợp đó lấy tuỳ thuộc vào độ mảnh lo và độ lệch tâm t-ơng đối i. Nếu trong một cấu kiện tổ hợp mà độ cong vênh của nhánh là f > 0,004 lo thì trong diện tích tính toán của cấu kiện khi tính toán chỉ đ-ợc dựa vào diện tích của nhánh không bị cong vênh. Các cấu kiện chịu nén có các chỗ cong vênh cục bộ của các tấm bản thép hoặc của thép góc khi mà đ-ờng tên do uốn lớn hơn trị số r đã đ-ợc tính toán mà không xét đến các tấm bản thép góc đó (r - bán kính lõi của phần bị h- hỏng của mặt cắt, bao gồm mọi bộ phận đã bị h- hỏng - các bản thép, các thép góc... theo h-ớng ng-ợc với h-ớng của độ lệch tâm) Dầm có thành bụng đặc bị cong vênh trong mặt bằng giữa các nút của hệ giằng liên kết sẽ đ-ợc kiểm toán về ổn định chung có xét đé độ cong vênh của bản cánh chịu nén. 4.3.3. ảnh h-ởng của các lỗ thủng, các chỗ móp lõm và các vết nứt. Tất cả các lỗ thủng, các chỗ lõm và các vết nứt làm giảm yếu mặt cắt, đều phả đ-ợc xét đến khi xác định các đặc tr-ng hình học tính toán của mặt cắt đ-ợc xét. ở mỗi mặt cắt bị giảm yếu càn phải đ-ợc xác định vị trí t-ơng ứng của trọng tâm có kể đến các h- hỏng. Đối với mặt cắt bị giảm yếu do lỗ thủng và vết lõm thì khi tính đặc tr-ng hình học mặt cắt phải xét phần ch-a bị hỏng của kim loại và vị trí bắt đầu của phần đó ở cách 3-5 mm kể từ mép biên vết lõm hoặc mép lỗ thủng. Khi có vết nứt đã đ-ợc khoan lỗ chặn hai đầu vết nứt thì mặt cắt tính toán đ-ợc lấy từ mép lỗ. Nếu vết nứt hoặc lỗ thủng làm giảm yếu ở một mặt bên của thanh chịu nén hoặc thanh chịu kéo với các h- hỏng ở mép thanh thì khi tính toán, ngoài việc xét sự giảm yếu của mặt cắt còn phải xét đến mức độ lệch tâm truyền ứng lực lên phần còn nguyên lành của mặt cắt. Muốn vậy diện tích tính toán đ-ợc xác định nh- sau: - Đối với cấu kiện chịu nén: p'FG = j X-81 - Đối với cấu kiện chịu kéo: p' po 0 W 'Fe 1 1'FG + = Trong đó: F’p, W’p - Diện tích (m 2) và mô men kháng uốn (m3) của phần nguyên lành của mặt cắt bị giảm yếu nhất. Trên hình vẽ 3.2 các vùng h- hỏng của dầm thép đặc. Những h- hỏng vùng 1 không có ảnh h-ởng lớn đến năng lực chịu tải của kết cấu nhịp và nếu thép góc tăng c-ờng cứng không bị h- hỏng thì có thể bỏ qua không xét đến các h- hỏng. Nếu h- hỏng ở vùng 3 thì phải kiểm toán mặt cắt bị giảm yếu theo ứng suất tiếp. l 2/3 l h/ 21 3 1 13 2 2 h Hình 4 - 2: Các vùng h- hỏng của dầm đặc Phải kiểm toán về c-ờng độ và về mỏi đối với dầm đã h- hỏng theo ứng suất pháp tại mặt cắt giảm yếu bằng các công thức giống nh- đối với dầm không bị h- hỏng. Trong tính toán sẽ lấy trị số nào nhỏ hơn của mô men kháng uốn tính toán của phần nguyên lành của mặt cắt đã đ-ợc tính toán hai lần, đối với: - Trục đi qua trọng tâm của mặt cắt ch-a bị hỏng - Trục đi qua trọng tâm của phần mặt cắt còn lại sau khi h- hỏng Mô men kháng uốn tính toán trong cả hai tr-ờng hợp đ-ợc tính đối với thớ biên trên và thớ biên d-ới của mặt cắt. Các mép phần ch-a h- hỏng của mặt cắt dầm chịu uốn đ-ợc lấy cũng nh- đới với cấu kiện của giàn. Để tính gần đúng, có thể tính hoạt tải hoạt tải cho phép (T/m đ-ờng), khi tính toán theo ứng suất pháp có kể đến h- hỏng nằm trong vùng 3 là: ỳỷ ự ờở ộ - - = p5,0 l )hΔh(δR15,1 nε 1k kk X-82 Trong đó: R - C-ờng độ tính toán cơ bản (T/m2) d - Chiều dày bản bụng dầm (m) h - Chiều cao toàn bộ của bụng dầm trên gối (m) Dh - Chiều cao phần h- hỏng của bụng dầm (m) l - Nhịp tính toán của dầm (m) 4.4. Tính toán các bộ phận đ-ợc tăng c-ờng. 4.4.1. Năng lực chịu tải các cấu kiện kết cấu nhịp đã đ-ợc tăng c-ờng bằng cách thêm thép, đ-ợc xác định nh- sau: Hoạt tải cho phép theo c-ờng độ và ổn định của cấu kiện giàn chủ sau khi gia cố đ-ợc xác định theo các công thức (T188-189, Quy trình kỹ thuật kiểm định cầu đ-ờng sắt) phụ thuộc vào ph-ơng pháp gia cố, dấu của nội lực và tải trọng (Tính toán theo c-ờng độ, tính toán theo ổn định) Hoạt tải cho phép khi tính toán theo mỏi đối với cấu kiện sau khi gia cố đ-ợc xác định theo các công thức: - Khi tính các cấu kiện đ-ợc gia cố có dỡ trọng l-ợng bản thân ( )ppy kk B Ωp'εRG(mθΩε 1k -= g - Khi tính các cấu kiện đ-ợc gia cố không dỡ trọng l-ợng bản thân: ( )pycpy kk B Ωp'εRG(mθΩε 1k gg -= Trong đó gyc Hệ số tính toán khi cấu kiện đ-ợc gia cố mà không có dỡ trọng l-ợng bản thân o Ho yc G Gmρ 1γ += 4.4.2. Năng lực chịu tải của cấu kiện bị nén, đã đ-ợc tăng c-ờng bằng gỗ X-83 Đ-ợc xác định theo công thức ( )ồ-= ppnppo kk ' k Ωε(mRCW Ωnε 1k về c-ờng độ theo diện tích nguyên của phần ch-a bị h- hỏng của bộ phận F, còn về ổn định thì theo diện tích tính toán Fo =1,1 j F’p (m 2) j - Hệ số uốn dọc đ-ợc xác định theo độ mảnh quy -ớc lo F’d - Diện tích mặt cắt nguyên của phần ch-a bị h- hỏng của bộ phận (m 2) Độ mảnh quy -ớc: l = lo/r lo - Chiều dài tự do của bộ phận r - Bán kính quán tính (m) '1,1 p p F I r = Ip - Mô men quán tính tính đổi của mặt cắt nguyên (m 4) Ip = I’p + 0,05 SId I’p - Mô men quán tính của phần không bị h- hỏng của mặt cắt ngang thép đối với trục bản thân SId - Tổng các mô men quán tính của các bộ phận bằng gỗ đối với trục bản thân (m 4) 4.5. Các chỉ dẫn thực hành tính toán Tính toán đẳng cấp của các bộ phận, các mối nối, các cấu kiện và các liên kết của chúng nên đ-ợc làm d-ới dạng bảng. Nếu có các tính toán đặc biệt khác bổ sung thì tập hợp trong phần mục lục của hồ sơ. Khi các h- hỏng (do rỉ, do lực, cong vênh...) chỉ ở các bộ phận riêng lẻ của kết cấu nhịp, thì nên tính toán đẳng cấp của mọi bộ phận kết cấu nhịp, không kể đến h- hỏng, sau đó sẽ xác định năng lực chịu tải của các bộ phận h- hỏng. Điều đó cho phép đánh giá cụ thể ảnh h-ởng của h- hỏng bộ phận đến năng lực chịu tải của nó. Trong bảng kết luận về đẳng cấp của kết cấu nhịp cần phải chỉ rõ đẳng cấp của các bộ phận có đến các h- hỏng kèm theo các chú thích tỉ mỉ. Trong các tr-ờng hợp các bộ phận kết cấu nhịp bị rỉ đáng kể hoặc bị h- hỏng thì việc xác định năng lực chịu tải của các bộ phận đó cần đ-ợc -u tiên làm ngay lập tức trong đó có kể đến rỉ và các h- hỏng để có quyết định về chế độ khai thác cầu Khi tính toán cấu kiện chịu nén của giàn, năng lực chịu tải của nó cần phải xác định theo c-ờng độ và ổn định, để giảm khối l-ợng tính toán cần xác định tr-ớc các diện tích tính toán quy -ớc của các bộ phận khi tính toán về c-ờng độ - mFth và khi tính toán về ổn định - mjFp. Sau đó chỉ cần tính toán, hoặc về c-ờng độ, hoặc về ổn định tuỳ theo trị số diện tích tính toán quy -ớc nào bé hơn. X-84 Khi tính toán các mối nối và các liên kết (kể cả bản nút giàn) của các cấu kiện chịu kéo và cấu kiện chịu nén thì cần xác định diện tích tính toán quy -ớc tính đổi của các đinh tán (bu lông) mFo và diện tích quy -ớc của bản nút chịu xé rách mF’o. Nếu trị số mF0 hay mF’o lớn hơn trị số t-ơng ứng của diện tích tính toán quy -ớc của bộ phận (mFth, hay mjFp) năng lực chịu tải của bộ phận và c-ờng độ mối (liên kết) hay bản nút cáo thể không đ-ợc xác định. Trong tr-ờng hợp năng lực chiu tải của các bộ phận giàn về mỏi là không đủ thì cần xác định l-ợng tích tuỹ h- hỏng mỏi (độ dự trữ) theo lý thuyết h- hỏng tính luỹ (thuộc phần tính toán đặc biệt của hồ sơ kiểm định cầu). Theo kết quả của tính toán đó mà lập điều kiện khai thác mà chọn biện pháp tăng c-ờng kết cấu nhịp phù hợp ********************************************************* b. kiểm định, đánh giá chất l-ợng đ-ờng 1. đặt vấn đề. 1.2. một số tiêu chuẩn kỹ thuật có liên quan TT Tên quy chuẩn, tiêu chuẩn Ký hiệu 1 Quy trình kiểm tra nghiệm thu độ chặt của nền đất trong ngành GTVT 22 TCN 02 - 71& QĐ 4313/2001/QĐ-BGTVT 2 Quy trình thi công và nghiệm thu lớp cấp phối đá dăm trong kết cấu áo đ-ờng ôtô 22 TCN 252 - 98 3 Quy trình thi công và nghiệm thu lớp đá (sỏi cuội) gia cố xi măng trong kết cấu áo đ-ờng ôtô 22 TCN 245 - 98 4 Quy trình thi công và nghiệm thu mặt đ-ờng bê tông nhựa 22 TCN 249 - 98 5 Quy trình thi công và nghiệm thu mặt đ-ờng láng nhựa 22 TCN 271 - 2001 6 Quy trình thử nghiệm xác định môđun đàn hồi chung của áo đ-ờng mềm bằng cần đo võng Benkelman 22 TCN 251 - 98 7 Lu bánh lốp 22 TCN 254 - 99 8 Trạm trộn bê tông nhựa nóng <100 T/h 22 TCN 255 - 99 9 Quy trình kỹ thuật xác định dung trọng của đất bằng ph-ơng pháp rót cát 22 TCN 13 - 79 10 Quy trình thí nghiệm xác định độ nhám mặt đ-ờng bằng ph-ơng pháp rắc cát 22 TCN 278 - 2001 11 Tiêu chuẩn kiểm tra và đánh giá mặt đ-ờng theo chỉ số độ ghồ ghề quốc tế IRI 22 TCN 277 - 2001 12 Quy trình kỹ thuật đo độ bằng phẳng mặt đ-ờng bằng th-ớc dài 3 mét 22 TCN 16 - 79 13 Quy trình thí nghiệm bê tông xi măng 22 TCN 60 - 84 14 Quy trình thí nghiệm bê tông nhựa 22 TCN 62 - 84 15 Quy trình thí nghiệm vật liệu nhựa đ-ờng 22 TCN 279 - 2001 16 Quy trình thí nghiệm xác định môđun đàn hồi của vật liệu đá gia cố chất kết dính vô cơ 22 TCN 72 - 84 17 Quy trình thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của đá 22 TCN 57 - 84 X-85 18 Quy trình thí nghiệm bột khoáng chất dùng cho bê tông nhựa đ-ờng 22 TCN 58 - 84 19 Quy trình thí nghiệm xác định nhanh độ ẩm của đất bằng ph-ơng pháp thể tích 22 TCN 67 - 84 20 Quy trình thí nghiệm xác định c-ờng độ ép chẻ của vật liệu hạt liên kết bằng các chất kết dính 22 TCN 73 - 84 21 Đất xây dựng - Các ph-ơng pháp xác định tính chất cơ - lý của đất trong phòng thí nghiệm TCVN 4195 đến 4202 - 1995 22 Quy trình lấy mẫu vật liệu nhựa dùng cho đ-ờng bộ, sân bay và bến bãi 22 TCN 231 - 96 23 Sơn tín hiệu giao thông 22 TCN 282, 283, 284, 285 - 2001 24 Thí nghiệm ép 3 cạnh ống cống AASHTO T280 (1997) 25 Thí nghiệm đầm nén cải tiến AASHTO T180 (1997) 26 Thí nghiệm giới hạn chảy (LL) cho CPDD AASHTO T89 (1997) 27 Thí nghiệm giới hạn dẻo (PL) và chỉ số dẻo (PI) cho CPDD AASHTO T90 (1997) 28 Thí nghiệm xác định CBR cho cấp phối đá dăm AASHTO T193 (1997) 29 Qui trình kỹ thuật thi công và nghiệm thu bấc thấm trong xây dựng đ-ờng trên đất yếu 22 TCN 236 - 97 30 Qui trình kỹ thuật thi công và nghiệm thu các lớp kết cấu áo đ-ờng bằng cấp phối thiên nhiên 22 TCN 304 - 03 31 Thí nghiệm xác định c-ờng độ BTXM TCVN 3118 - 1993 32 Bê tông nặng - lấy mẫu, chế tạo và bảo d-ỡng mẫu thử TCVN 3105 - 1993 33 Bê tông nặng – ph-ơng pháp thử độ sụt TCVN 3106 - 1993 34 Quy trình phân tích n-ớc dùng trong công trình giao thông 22 TCN 61 - 84 35 Quy trình thí nghiệm phân tích nhanh thành phần hạt của đất trong điều kiện hiện tr-ờng 22 TCN 66 - 84 36 Cát xây dựng TCVN 337 - 86 đến TCVN 346 - 86 37 Cát xây dựng - ph-ơng pháp xác định hàm l-ợng mica TCVN 4376 - 86 38 Cát, đá, sỏi xây dựng TCVN 1770 đến TCVN 1772 - 87 39 Cát tiêu chuẩn để thử xi măng TCVN 139 - 91 40 N-ớc cho bê tông và vữa TCVN 4506 - 87; TCVN 2655 đến 2671 - 78 41 Xi măng TCVN 2682- 92, TCVN 4029 - 85 đến 4032 - 85 42 Thí nghiệm xác định hàm l-ợng SO3 trong xi măng TCVN 141 - 86 43 Thí nghiệm xác định hàm l-ợng mất khi nung xi măng TCVN 144 - 86 44 Xi măng TCVN 4787 - 89 45 Đất xây dựng TCVN 5747 - 93 46 Đất xây dựng - Ph-ơng pháp chỉnh lý thống kê các kết quả tính chất cơ - lý của đất 20 TCN 74 - 87 47 Đất xây dựng - qui phạm thi công và nghiệm thu TCVN 4447 - 87 48 Qui trình thi công và nghiệm thu mặt đ-ờng đá 22 TCN 250 - 98 X-86 dăm và đá dăm cấp phối láng nhựa nhũ t-ơng axit 49 Vật liệu chèn khe co dãn cho mặt đ-ờng BTXM AASHTO M173 (1997) 50 Hợp chất bảo d-ỡng bê tông AASHTO M148 - 91 51 Thí nghiệm về độ sụt của BTXM dùng cho mặt đ-ờng ôtô AASHTO T119 (1997) 52 Thí nghiệm c-ờng độ BTXM dùng cho mặt đ-ờng ôtô AASHTO T22 (1997) 53 Thí nghiệm về đ-ơng l-ợng cát ASTM D2419 - 79 (91) 54 Cấp phối đá dăm AASHTO M147 - 65 2. khảo sát sơ bộ 3. tiến hành thí nghiệm. 4. đánh giá kết quả.