Tiêu chuẩn ngành 22TCN258:1999

TIÊU CHUẨN NGÀNH

22 TCN 258 - 99

QUY TRÌNH KỸ THUẬT

KIỂM ĐỊNH CẦU ĐƯỜNG SẮT

(Ban hành kèm theo Quyết định số 2563/2000/QĐ-BGTVT ngày 1/9/2000)

Chương 1.

NHỮNG QUY ĐỊNH CƠ BẢN

1.1. PHẠM VI ÁP DỤNG

Quy trình kiểm định cầu đường sắt này được áp dụng trong công tác kiểm định các loại cầu sau :

- Kết cấu nhịp dầm thép hoặc dàn thép có mặt cầu trần hoặc mặt cầu BTCT không liên hợp với kết cấu bằng thép.

- Kết cấu nhịp dầm BTCT thường có máng ba lát, thi công đúc tại chỗ hoặc lắp ghép.

- Mố trụ cầu bằng vật liệu đá xây, bê tông, BTCT, palê thép (kết cấu tạm).

- Móng của mố trụ thuộc dạng móng trên nền tự nhiên, móng giếng chìm, móng cọc.

Các cầu được xét ở đây nằm trên tuyến đường sắt quốc gia khổ 1435mm hoặc khổ 1000mm hoặc khổ đường kết hợp 1435mm và 1000mm, không hạn chế về điều kiện vùng địa lý và khí hậu.

Quy trình này cũng được dùng để kiểm định các cầu đi chung đường sắt và đường ô tô.

Quy trình này chỉ dẫn về các yêu cầu khảo sát điều tra cầu cũ trên đường sắt, về cách tính toán lại kết cấu nhịp và mố trụ, móng của cầu cũ, các yêu cầu thử cầu dưới tải trọng khai thác thường xuyên hoặc tải trọng đặc biệt thử cầu, chỉ dẫn cách phân tích các số liệu tính toán và số liệu đo đạc khảo sát để chẩn đoán về trạng thái kỹ thuật của cầu, khả năng thông xe và năng lực chịu tải giới hạn của cầu.

Quy trình này cũng chỉ dẫn cách tính toán đẳng cấp của cầu thép và của đoàn tàu thực tế cần xét để cung cấp các thông tin chung về các cầu trên một tuyến hoặc một đoạn tuyến, giúp cho việc đưa ra các quyết định về tổ chức khai thác vận tải đường sắt.

1.2. PHẠM VI KHÔNG ÁP DỤNG HOẶC PHẠM VI ĐƯỢC THAM KHẢO ÁP DỤNG

Quy trình này không áp dụng cho các trường hợp sau :

- Kết cấu nhịp BTCT dự ứng lực.

- Kết cấu nhịp vòm và khung bằng bất cứ vật liệu nào.

Những trường hợp khác có thể áp dụng Quy trình này chỉ để lấy kết quả tham khảo.

1.3. MỐI QUAN HỆ CỦA QUY TRÌNH NÀY VỚI CÁC QUY TRÌNH CẦU KHÁC CỦA BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BAN HÀNH

Khi kiểm định cầu đi chung cầu đường sắt và đường bộ, ngoài những quy định của Quy trình này cần tuân theo những quy định có liên quan đến phần cầu dành cho ô tô của Quy trình kiểm định cầu ô tô (về tải trọng xe, khổ giới hạn.v.v.)

Phần kiểm toán tổng thể cầu dưới tác dụng của dòng nước (cách tính toán thủy văn, thủy lực) được làm theo các chỉ dẫn như của Quy trình thiết kế cầu mới, Quy trình tính toán lưu lượng theo phương pháp dòng chảy mưa rào, đã được Bộ Giao thông vận tải ban hành.

Khi thử tải cầu cần tham khảo Quy trình thử nghiệm cầu của Bộ Giao thông vận tải.

1.4. MỐI QUAN HỆ VỚI CÁC QUY TRÌNH, TIÊU CHUẨN XÂY DỰNG KHÁC

Trong khi áp dụng Quy trình này cần tham khảo các tiêu chuẩn xây dựng có liên quan đến điều kiện khí hậu Việt Nam, tải trọng gió, vùng động đất.v.v. do Bộ Xây dựng ban hành.

1.5. MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA THUẬT NGỮ VỀ KIỂM ĐỊNH CẦU TRONG QUY TRÌNH NÀY

 Kiểm định: Toàn bộ các công tác điều tra, đo đạc tính toán, thử tải, phân tích mọi mặt nhằm đánh giá tình trạng kỹ thuật của cầu cũ.

Đẳng cấp cầu: Trị số nhỏ nhất trong số các đẳng cấp của các bộ phận kết cấu cầu.

Đẳng cấp hoạt tải: Tỷ số giữa hoạt tải tương đương của đoàn tàu đang xét với hoạt tải rải đều tương đương của đoàn tàu đơn vị chuẩn T-1, được xét trên cùng một đường ảnh hưởng nội lực đang xét của cấu kiện cầu.

1.6. NỘI DUNG CƠ BẢN CỦA CÔNG TÁC KIỂM ĐỊNH CẦU

1.6.1. Thời điểm và tình huống

Công tác kiểm định cầu được thực hiện trong các tình huống sau:

+ Khi cần đánh giá tổng thể chung trạng thái của các cầu trên một đoạn tuyến.

+ Khi cần xét khả năng thông xe cá biệt qua cầu đối với một loại hoạt tải khác thường so với các hoạt tải đang khai thác thường xuyên (về tải trọng trục, cự ly trục, tốc độ.v.v.)

+ Khi có nghi vấn về khả năng khai thác cầu sau một thiên tai (lụt, bão, động đất.v.v.) hoặc tai nạn nào đó ( cháy, nổ, va xô.v.v.) làm ảnh hưởng xấu đến cầu.

+ Khi phát hiện cầu hoặc bộ phận cầu có những hư hỏng có thể ảnh huởng đến khả năng khai thác của cầu (tuổi thọ, độ bền.v.v.)

+ Khi định kỳ sau một số năm cần đánh giá lại cầu về mọi mặt.

+ Khi sửa chữa tăng cường cầu.

1.6.2. Các giai đoạn của công tác kiểm định gồm có:

· Thu thập và nghiên cứu hồ sơ cũ.

· Điều tra, thị sát.

· Tính toán sơ bộ.

· Thử tải.

· Tính toán đánh giá năng lực chịu tải cầu.

· Thí nghiệm trong phòng.

· Lập hồ sơ và kết luận.

Tùy từng trường hợp có thể giản lược một số giai đoạn hoặc nội dung từng giai đoạn, ví dụ như có thể không đo thử mà chỉ kiểm toán thôi. Điều này thể hiện trong đề cương kiểm định cầu được Đường sắt Việt Nam duyệt.

1.6.3. Thu thập và nghiên cứu hồ sơ cũ

Phải thu thập hết mức có thể mọi hồ sơ kỹ thuật có liên quan đến cầu được kiểm định: hồ sơ thiết kế, hồ sơ hoàn công, hồ sơ quản lý khai thác, hồ sơ của các đợt kiểm định, sửa chữa, gia cố trước đây, thông tin về thiên tai bão lụt, chiến tranh và các tai nạn khác có liên quan đến cầu.

Cần thu thập và nghiên cứu các hồ sơ của các cầu lân cận hoặc cùng loại trên đoạn tuyến đang xét để đối chiếu tham khảo.

Những truờng hợp có điều kiện thủy văn phức tạp cần thu thập và nghiên cứu các hồ sơ về mức nước lũ, lượng mưa và các tham số cần thiết khác lấy từ trạm thủy văn khí tượng của khu vực có cầu.

Để phân tích về tải trọng cần có hồ sơ liên quan đến các đoàn tàu thường xuyên qua cầu, số đôi tàu trong một ngày đêm, tải trọng đầu máy toa xe, tốc độ trung bình và tốc độ lớn nhất cho phép đang khai thác khi tàu qua cầu.

Việc thu thập nghiên cứu hồ sơ cũ là rất quan trọng, đặc biệt đối với phần công trình nằm dưới mặt đất hoặc dưới mức nước quan sát được cũng như các bộ phận kết cấu BTCT.

1.6.4. Điều tra thị sát và nhận xét

Phải tiến hành điều tra thị sát và ghi chép vào các mẫu biểu quy định thống nhất. Kết hợp sử dụng phương tiện chụp ảnh, ghi âm nhận xét ở hiện trường để khi về nhà sẽ phân tích xử lý viết thành tài liệu điều tra thị sát.

Công tác này cần được tiến hành định kỳ như theo dõi quản lý cầu và khi cần kiểm định cầu thì phải do các kỹ sư và kỹ thuật viên được đào tạo thực hiện.

Mục đích của công tác điều tra thị sát là nắm được tình trạng mọi mặt của cầu: thủy văn, thủy lực, địa hình, mức độ ảnh hưởng của khí hậu môi trường, tình trạng hư hỏng thực tế, nhận xét trên cơ sở kinh nghiệm bản thân của kỹ sư cầu phụ trách công trình khi quan sát cầu khi có hoạt tải qua cầu và khi không có hoạt tải qua cầu.

Hồ sơ điều tra khảo sát gồm các bản vẽ, ảnh chụp, bản thuyết minh và nhận xét phân tích các nguyên nhân hư hỏng, dự đoán và đề nghị về việc thực hiện các giai đoạn tiếp theo của công tác kiểm định.

1.6.5. Đo đạc các thông số kỹ thuật bằng máy móc

Trong hoặc sau khi thị sát cần tiến hành công tác trắc đạc tổng thể cầu và trắc đạc các bộ phận kết cấu nhịp, mố trụ để lập bản vẽ tổng thể và bản vẽ các kích thước cấu tạo thực tế của cầu làm cơ sở đối chiếu với hồ sơ cũ và số liệu ban đầu để phục vụ cho việc tính toán lại.

Trường hợp điều kiện thủy văn thủy lực của công trình phức tạp cần tiến hành khảo sát như đối với công trình sắp thiết kế mới. Trong đó đặc biệt chú ý đến tình hình thủy văn, thủy lực đã thay đổi nhiều so với thời điểm xây dựng tuyến đường (rừng bị chặt phá đi nhiều, các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện .v.v xây dựng sau này).

Mức độ chính xác và quy mô cần thiết của việc đo đạc tuỳ thuộc vào tình trạng hư hỏng thực tế của cầu và điều kiện cho phép, trong mọi trường hợp, cũng phải dùng máy trắc đạc có độ chính xác trung bình để đo; và cần phải đo thử cường độ bê tông hoặc đá xây thực tế bằng các phương pháp không phá hoại mẫu.v.v.

Các loại máy đo khác có thể được sử dụng khi cần thiết theo yêu cầu của kỹ sư cầu phụ trách công trình:

· Đo chiều dày lớp bê tông bảo vệ và đo vị trí, số lượng, đường kính cốt thép trong bê tông.

· Đo chiều dày lớp sơn phủ kết cấu thép.

· Đo độ sâu lớp nứt bê tông và độ rỗng của kết cấu bê tông.

· Đo độ sâu và mức độ các bô nat hoá bê tông.

· Đo vết nứt kim loại.

· Đo chiều dày bản thép.

· Đo kiểm tra độ chặt của đinh tán, chốt.

· Đo độ võng của kết cấu nhịp cầu.

· Đo mức độ gỉ của một số chi tiết thép điển hình (để có đủ thông tin để tính toán và chuẩn đoán ở bước sau ).

· Đo đạc kích thước các lỗ hổng do xói lở, va xô.v.v. của phần công trình ngập trong nước.

1.6.6. Tính toán sơ bộ trước và sau khi đo thử cầu

Việc tính toán bao gồm hai giai đoạn :

1.6.6.1. Tính toán trước khi đo thử cầu

Căn cứ theo các số liệu điều tra khảo sát để tính toán về cầu theo các hạng mục sau :

· Tính toán thủy văn, thủy lực (nếu cần thiết).

· Tính toán ứng suất và biến dạng của các chi tiết chủ yếu của kết cấu nhịp hoặc của các bộ phận có hư hỏng. Kết quả này sẽ dùng để so sánh với kết quả đo thử tải sau này.

· Tính toán các ứng suất, biến dạng của các bộ phận mố trụ (lún, nghiêng, lệch.v.v.)

· Tính toán chu kỳ dao động thẳng đứng và nằm ngang của các bộ phận chủ yếu kết cấu nhịp.

Khi tính toán có thể xét với nhiều loại hoạt tải khác nhau. Chú trọng xét hoạt tải đoàn tàu thực tế. Giả thiết kết cấu làm việc trong giai đoạn đàn hồi, hệ số (1 + m) và hệ số phân bố ngang tạm thời lấy theo Quy trình thiết kế cầu hiện hành. Diện tích chịu lực đã trừ ăn mòn của các bộ phận thép, bê tông, đá xây và cốt thép được lấy theo điều tra khảo sát. Khi nghi ngờ có thể đưa ra vài giả định khác nhau để tính toán xem xét chung.

1.6.6.2. Tính toán sau khi đo thử cầu

Sau khi đo thử cầu phải phân tích số liệu đo để rút ra các trị số thực tế về hệ số phân bố ngang hoạt tải, hệ số xung kích (1 + m). Tiến hành tính toán lại với các trị số thực này. So sánh các trị số ứng suất, biến dạng, chuyển vị tính toán được với trị số thực đo dưới cùng loại hoạt tải để phân tích hiệu chỉnh lại các giả thiết tính toán (đặc biệt là diện tích chịu lực của cấu kiện) cho kết quả tính toán lại phù hợp với kết quả đo ở mức độ nhất định.

Việc hiệu chỉnh các giả thiết này phải dựa trên cơ sở đánh giá toàn diện các mặt, phụ thuộc nhiều vào trình độ và kinh nghiệm của kỹ sư cầu phụ trách công trình. Có thể tính với vài phương án giả thiết khác nhau để phân tích xem xét và kết luận.

 Sau khi tính lại với tải trọng khai thác thường xuyên hoặc tải trọng thử cầu để hiệu chỉnh các giả thiết và số liệu tính toán, cần tiến hành tính toán theo các trạng thái giới hạn phá hoại về cường độ, về mỏi, về ổn định vị trí và ổn định hình dáng để đánh giá khả năng chịu lực giới hạn của cầu. So sánh chúng với các nội lực do tải trọng cần xét gây ra để kết luận về khả năng thông xe của cầu.

Trường hợp cần thiết có thể tính toán đẳng cấp của cầu theo trạng thái giới hạn cực hạn.

Một số trường hợp phải xét các bài toán riêng về tính toán động học, về tính toán trượt sâu của móng mố trụ cầu .v.v.

1.6.7. Đo thử tải cầu

Có hai trường hợp thử tải cầu:

1.6.7.1. Đo thử tải cầu với hoạt tải khai thác thường xuyên

Ngay khi đi điều tra khảo sát với một số loại máy móc đơn giản cũng có thể tiến hành đo thử một vài tham số kỹ thuật chủ yếu dưới hoạt tải khai thác thường xuyên mà không ảnh hưởng đến thông xe bình thường.

Đặt các máy đo (đơn giản hoặc phức tạp) để đo với một hoạt tải ngẫu nhiên qua cầu làm số liệu tham khảo lúc đi điều tra.

Đặt máy đo liên tục trong nhiều giờ hoặc nhiều ngày để lấy số liệu phân tích thống kê. Đây là cách đo tiên tiến nhất và cho số liệu khách quan nhất nhưng chi phí cao và phải có các thiết bị đo đặc biệt.

Những tham số đo là những tham số phải được tính toán bao gồm các ứng suất, biến dạng, chuyển vị của các bộ phận kết cấu nhịp và mố trụ.

Kết quả đo đạc sẽ được so sánh với kết quả tính toán để phân tích đánh giá trạng thái cầu dưới tải trọng khai thác thường xuyên.

1.6.7.2. Đo thử tải cầu với hoạt tải dự kiến riêng để thử cầu

Để dùng cách đo này phải tổ chức đoàn hoạt tải thử cầu có các tham số kỹ thuật được dự kiến trước và khi thử cầu sẽ ảnh hưởng đến biểu đồ chạy tàu khai thác trên tuyến.

Hoạt tải thử cầu phải được giả thiết và tính toán trước sao cho phù hợp với trạng thái kỹ thuật thực tế của cầu. Để đảm bảo an toàn cho cầu cũng như đảm bảo mức độ chính xác đo đạc, hoạt tải thử cầu phải chọn để gây ra nội lực bằng xấp xỉ 70% - 80% nội lực do hoạt tải đã giả thiết ở trên.

Trước khi đo thử tải phải lập đề cương kỹ thuật và trình duyệt ở cấp có thẩm quyền.

Quy mô của việc đo thử tải cầu được quyết định căn cứ vào tình trạng kỹ thuật của cầu và mục đích cụ thể của công tác kiểm định mà chủ công trình yêu cầu.

Thông thường phải đo các ứng suất ở các mặt cắt nguy hiểm nhất, các độ võng ở giữa nhịp, chu kỳ dao động, các độ lún và chuyển vị của gối cầu, của thân và của mũ mố trụ, độ mở rộng của các vết nứt nguy hiểm nhất trên kết cấu thép hoặc bê tông cốt thép, bê tông, đá xây.

Số liệu đo đạc phải được phân tích, xử lý.

1.6.8. Thí nghiệm trong phòng thí nghiệm

Để phục vụ tính toán cần có các thí nghiệm mẫu thử vật liệu BTCT, thép, cốt thép lấy ra từ kết cấu thực của cầu. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các cầu lớn, cầu quá cũ.

Có thể lấy mẫu thử đại diện cho một nhóm cầu cùng loại gần nhau trên đoạn tuyến.

Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm nhằm xác định các đặc trưng cơ lý của vật liệu. Khi cần thiết có thể làm các thí nghiệm về ăn mòn và các thí nghiệm kim tương, các thí nghiệm có dùng những máy móc phức tạp hơn.

1.6.9. Phân tích kết quả

Mỗi hạng mục công tác nói trên đều phải phân tích kết quả thu được riêng rẽ và đối chiếu so sánh với nhau. Từ đó kết luận về tình trạng kỹ thuật của toàn cầu nói chung và từng bộ phận cầu nói riêng về các mặt:

· Tình trạng cầu dưới tác dụng của dòng nước.

· Khả năng thoát lũ của khẩu độ cầu.

· Khả năng thông xe của cầu : loại hoạt tải, tốc độ hạn chế.

· Kiến nghị về các giải pháp kỹ thuật để đảm bảo thông xe an toàn.

· Kiến nghị về chế độ khai thác cầu tiếp tục.

1.7. PHÂN TÍCH TỔNG THỂ CÔNG TRÌNH CẦU DƯỚI TÁC DỤNG CỦA CÁC YẾU TỐ LỰC KẾT HỢP VỚI CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG VÀ LỊCH SỬ XÂY DỰNG KHAI THÁC CẦU

Tất cả các cầu đều phải tiến hành các phân tích này để đưa ra những dự đoán về tuổi thọ còn lại của cầu và kiến nghị về chế độ khai thác, về quy mô đầu tư sửa chữa và gia cố cầu hoặc xây dựng lại.

1.8. CÁC VẤN ĐỀ CẦN TÍNH TOÁN

1.8.1. Xét công trình dưới tác dụng của dòng nước bao gồm các tính toán cơ bản sau:

· Tính toán lại mức nước thiết kế, lưu lượng tính toán với tần suất p% dự kiến theo yêu cầu về tuổi thọ còn lại phải có của cầu (10%, 5%, 2%, 1%).

· Tính toán lại khẩu độ thoát nước cần thiết trên cơ sở tình hình thủy văn, thủy lực đã thay đổi nhiều so với thời điểm xây dựng tuyến đường (rừng bị chặt phá đi nhiều, các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện.v.v xây dựng sau này) và dự kiến cho tương lai theo yêu cầu về tuổi thọ còn lại phải có của cầu.

· Tính toán xói chung và xói cục bộ.

Trường hợp đặc biệt phải tính toán bổ sung thêm các nội dung sau:

· ảnh hưởng của nước dềnh ngược, ảnh hưởng của thuỷ triều, của đập nước phía thượng lưu hoặc hạ lưu gần cầu.

· Sự di chuyển của lòng sông chính.

· Công trình cầu trong thời gian bão lụt ngập tuyến đường.

1.8.2. Tính toán các kết cấu nhịp và nền móng cầu duới tác dụng của tải trọng khai thác thường xuyên và tải trọng thử cầu

Tính toán dựa trên giả thiết vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi.

Kiểm toán các kết cấu cầu dưới các tải trọng khai thác về ứng suất, nứt, võng, dao động và kiểm toán kết cấu về mỏi.

So sánh kết quả tính toán với kết quả thử tải cầu.

1.8.3. Tính toán các kết cấu nhịp và nền móng cầu dưới tác dụng của tải trọng tính toán

Xét kết cấu nhịp và nền móng ở trạng thái giới hạn cực hạn về ổn định vị trí, ổn định hình dáng, về cường độ theo các yếu tố lực do các tổ hợp tải trọng tính toán gây ra.

Xác định nội lực giới hạn và tải trọng giới hạn lớn nhất đối với kết cấu nhịp hoặc nền móng của cầu.

Trong các tính toán có xét đến đầy đủ các hệ số về tải trọng, về vật liệu, các hệ số điều kiện làm việc.

1.8.4. Tính toán liên quan đến môi truờng

Các tính toán này phải dựa trên các kết quả thí nghiệm về tốc độ ăn mòn vật liệu thép và bê tông, bê tông cốt thép trong môi truờng cụ thể của cầu, tốc độ cacbônat hoá bê tông.

Mục đích của các tính toán này là dự báo về tuổi thọ còn lại của vật liệu kết cấu trong một số bộ phận cầu bị ảnh hưởng nghiêm trọng nhất về ăn mòn, kết cấu nhịp thép, bê tông cốt thép, cọc thép trong móng.

Những cầu hoặc bộ phận cầu đã chịu ảnh hưởng của tai nạn cháy, nổ và chiến tranh cần tính toán để cung cấp thêm các căn cứ đánh giá trạng thái kỹ thuật của cầu cũng như dự báo tuổi thọ còn lại của cầu.

1.8.5. Tính toán đẳng cấp cầu và đoàn tầu

Để có nhận xét chung và nhanh chóng về khả năng thông xe của cả một đoạn tuyến cần tính toán đẳng cấp tất cả các cầu trên đoạn tuyến đó.

Đẳng cấp cầu được tính toán là tỷ số của hoạt tải rải đều tương đương cho phép của bộ phận yếu nhất trong cầu với hoạt tải tương đương của đoàn tàu đơn vị chuẩn T1.

Đối với từng cấu kiện của kết cấu cầu có thể tính được đẳng cấp của nó dựa theo kết quả tính toán các trạng thái giới hạn cực hạn về ổn định, về cường độ, về mỏi. Từ đó chọn ra trị số nhỏ nhất làm đẳng cấp chung cho cả bộ phận kết cấu được xét.

Đẳng cấp của tải trọng được tính là tỷ số của hoạt tải rải đều tương đương của tải trọng đó với hoạt tải rải đều tương đương của đoàn tàu đơn vị chuẩn T1.

Căn cứ vào việc so sánh giữa đẳng cấp của cầu và đẳng cấp của hoạt tải thực tế để kết luận về khả năng thông xe qua cầu của hoạt tải thực tế đó.

1.9. KIỂM ĐỊNH KẾT CẤU TẦNG TRÊN ĐƯỜNG SẮT TRÊN CẦU, PHẦN MẶT CẦU DÀNH CHO XE Ô TÔ VÀ NGƯỜI ĐI BỘ TRONG CẦU ĐI CHUNG ĐƯỜNG SẮT- ĐƯỜNG Ô TÔ

1.9.1. Kết cấu tầng trên của đường sắt

Các bộ phận ray, tà vẹt, liên kết ray với tà vẹt, bản bê tông cốt thép mặt cầu không ba lát đặt trên các kết cấu nhịp thép và bê tông cốt thép nói chung không cần kiểm định nếu đã dùng các cấu tạo được tiêu chuẩn hoá.

Trường hợp đặc biệt cần kiểm định thì phải theo các nguyên tắc chung như đối với đường sắt trên tuyến ở ngoài phạm vi cầu.

1.9.2. Kết cấu mặt cầu ô tô

Kết cấu bản bê tông cốt thép hoặc kết cấu gỗ đặt trên kết cấu nhịp thép, kết cấu bê tông cốt thép hoặc thép dùng làm mặt cầu cho ô tô chạy được kiểm định theo quy định của Quy trình kiểm định cầu ô tô của Bộ Giao thông vận tải ban hành.

1.10. TỔ CHỨC CÔNG TÁC KIỂM ĐỊNH CẦU

1.10.1. Công tác kiểm định cầu trên mạng lưới đường sắt quốc gia do Đường sắt Việt Nam chủ quản

Các cấp quản lý cơ sở hạ tầng của Đường sắt Việt Nam phải có các kỹ sư được đào tạo để tham gia công tác kiểm định cầu. Kỹ sư cầu tại xí nghiệp trực tiếp quản lý cầu phải nắm chắc tình hình cầu để báo cáo theo yêu cầu điều tra khảo sát cầu.

Kế hoạch kiểm định cầu hàng năm do Đường sắt Việt Nam lập và trình Bộ Giao thông vận tải quyết định. Hồ sơ kết quả kiểm định cầu phải nộp lưu tại Đường sắt Việt Nam, các cấp quản lý cơ sở hạ tầng của Đường sắt Việt nam và cơ quan tiến hành kiểm định cầu.

1.10.2. Các dạng công tác kiểm định

Tuỳ theo trạng thái thực tế của công trình và yêu cầu thông xe có thể chọn mức độ và quy mô kiểm định như sau:

- Điều tra khảo sát (bao gồm cả đo đạc các thông số kỹ thuật cầu), thu thập hồ sơ cũ.

- Tính toán lại khả năng chịu tải của cầu.

- Như trên, thêm việc thử tải cầu dưới tải trọng khai thác thường xuyên, thí nghiệm trong phòng.

- Như trên, thêm việc thử tải cầu dưới đoàn hoạt tải dành riêng để thử cầu.

1.10.3. Tổ chức đoàn hoạt tải dành riêng để thử tải

- Đầu máy và từng toa xe phải có số liệu về các tải trọng trục, cự ly trục.

- Các yêu cầu về an toàn trong khu gian lúc thử cầu.

Mỗi sơ đồ đặt hoạt tải đứng yên trên cầu được thực hiện lặp 3 lần.

Mỗi tốc độ qua cầu chỉ thực hiện 1 lần phục vụ cho việc đo động.

1.10.4. Các thiết bị cần thiết để kiểm định cầu

Các thiết bị, máy móc sử dụng đo đạc kiểm định cầu phải được căn chỉnh chính xác thường xuyên và được phép sử dụng trước khi kiểm định.

Danh mục các thiết bị thường có cho một đợt đo đạc kiểm định thông thường ở hiện trường :

- Máy cao đạc có độ chính xác 0,25mm.

- Máy kinh vĩ.

- Đồng hồ chuyển vị - độ chính xác 0,01mm và 0,1 mm.

- Tenxomet cơ học có cơ sở đo 100mm , 200mm và 300mm.

- Cầu đo biến dạng dùng cảm biến điện trở.

- Máy đo độ võng.

- Súng bật nảy thử cường độ bê tông.

- Máy siêu âm dò khuyết tật bê tông.

- Máy siêu âm dò khuyết tật kim loại.

- Máy taxtograph đo dao động.

- Máy Gâyger đo dao động.

- Thước thép 50m, 30m, 10m, 5m, 3m, 2m.

- Thước cặp đo chiều dầy bản thép.

- Kính lúp có độ phóng đại từ 10 - 20 lần.

- v v...

1.10.5. Quản lý thống nhất hồ sơ kiểm định

Mọi hồ sơ kiểm định cầu cần được lưu trữ đồng thời tại các cơ quan sau :

- Xí nghiệp quản lý cầu đường có công trình kiểm định.

- Cơ quan Liên hợp vận tải đường sắt khu vực.

- Cơ quan Liên hiệp Đường sắt Việt Nam.

- Cơ quan tiến hành kiểm định cầu.

- Các chương trình máy tính lập ra dựa trên Quy trình này phải được Đường sắt Việt Nam cho phép sử dụng.

1.11. YÊU CẦU VỀ NỘI DUNG VÀ KẾT LUẬN CỦA HỒ SƠ KIỂM ĐỊNH

1.11.1. Các căn cứ để kết luận

Kết luận kiểm định được đưa ra trên cơ sở phân tích so sánh chung các kết quả của tất cả các hạng mục công tác đã thực hiện: thị sát, điều tra, đo đạc, tính toán lại, đo thử tải cầu, thí nghiệm trong phòng. Trong đó coi trọng kết quả điều tra, đo đạc thử tải và thí nghiệm.

Nếu kết quả công tác điều tra, thử tải, thí nghiệm mâu thuẫn với kết quả tính toán lại và các điều kiện thí nghiệm thử tải đảm bảo chính xác và hợp lý thì kết luận dựa trên kết quả điều tra, thử tải và thí nghiệm.

1.11.2. Các vấn đề cần phải kết luận và đề nghị được sắp xếp theo thứ tự ưu tiên như sau:

- Khả năng thông xe của đoàn hoạt tải được yêu cầu xét (nêu trong nhiệm vụ kiểm định cầu) tốc độ cho phép, hệ số xung kích.

- Những hậu quả cần lưu ý nếu cho thông xe loại tải trọng nói trên. Sự tiến triển dự đoán của các hư hỏng đã có và có thể xuất hiện khi thông xe.

- Những yêu cầu phải thực hiện về tổ chức khai thác để đảm bảo thông xe loại hoạt tải nói trên.

- Đẳng cấp của các bộ phận kết cấu và đẳng cấp của cầu (vẽ lên biểu đồ).

- Đẳng cấp của hoạt tải được xét.

- Tình trạng tổng thể cầu dưới tác dụng của dòng nước.

- Khả năng thoát lũ của khẩu độ cầu.

- Phân loại đẳng cấp của các bộ phận chính của cầu.

Chương 2.

CÁC YÊU CẦU VÀ CHỈ DẪN VỀ ĐIỀU TRA VÀ ĐO ĐẠC CẦU CŨ

2.1. MỤC ĐÍCH

Các công tác điều tra và đo đạc công trình cầu cũ nhằm mục đích thu thập hết mức có thể các tài liệu ban đầu để đánh giá hiện trạng mọi mặt của kết cấu nhịp , mố trụ, đường dẫn đầu cầu và các công trình điều chỉnh dòng nuớc (nếu có). Các tài liệu này cũng được dùng để tính toán lại các bộ phận và tổng thể cầu dưới tác dụng của các yếu tố lực cũng như tác dụng của dòng nước, từ đó phân tích mọi mặt nhằm kết luận về các điều kiện để tiếp tục khai thác cầu và đề nghị sửa chữa nâng cấp cầu.

2.2. NGHIÊN CỨU CÁC HỒ SƠ LƯU TRỮ

2.2.1. Hồ sơ xây dựng

Yêu cầu thu thập tối đa mọi hồ sơ lưu trữ có liên quan đến lịch sử xây dựng cầu như sau :

- Hồ sơ thiết kế:

+ Những thông tin về quy trình thiết kế và nhiệm vụ thiết kế (tải trọng, khổ cầu vv...)

+ Các bản vẽ cấu tạo kết cấu nhịp và mố trụ, các bản vẽ thi công.

+ Các bản tính thủy văn, khẩu độ.

+ Các bản tính kết cấu nhịp và mố trụ.

- Hồ sơ hoàn công:

+ Các bản vẽ hoàn công của kết cấu nhịp và mố trụ.

+ Sổ nhật ký thi công, nhật ký đóng cọc.

+ Bản vẽ hệ thống cọc mốc.

+ Các văn bản nghiệm thu chất lượng thi công, đặc biệt đối với các bộ phận công trình ẩn giấu trong đất, trong nước, trong bê tông, mác bê tông, mác thép.

- Hồ sơ khảo sát địa chất ban đầu.

- Hồ sơ thử tải cầu lúc mới xây dựng xong (nếu có).

2.2.2. Hồ sơ khai thác cầu

Cần thu thập các tài liệu có liên quan đến:

- Các sự cố lớn (cháy, nổ, lũ lụt, chiến tranh) đã xảy ra và hậu quả của chúng đối với cầu.

- Các loại đầu máy, toa xe và đoàn tàu đã được cho qua cầu trong những khoảng thời gian khác nhau. Vẽ lại sơ đồ đặt tải trọng đó.

- Tốc độ khai thác lớn nhất và bình quân của các loại hoạt tải nói trên.

- Các sổ sách và phiếu theo dõi duy tu bảo dưỡng cầu.

2.2.3. Hồ sơ sửa chữa gia cố cầu

Cần thu thập các loại tài liệu có liên quan đến:

- Các hồ sơ của các đồ án sửa chữa gia cố cầu đã được thi công.

- Các hồ sơ hoàn công của các đợt sửa chữa gia cố cầu đã thực hiện. Đặc biệt chú ý đến các phần công trình ẩn giấu trong đất, trong nước, trong lòng bê tông.

2.2.4. Hồ sơ các đợt kiểm định từ trước

Cần thu thập các tài liệu có liên quan đến:

- Các hồ sơ kiểm định cũ đã thực hiện ở cầu được xét : các bản vẽ điều tra, các bản tính toán, kết quả đo đạc thử tải cầu, các kết luận.

2.3. ĐIỀU TRA TỔNG THỂ CẦU

Quá trình điều tra cầu được chia làm hai giai đoạn:

- Giai đoạn điều tra sơ bộ (thị sát): chủ yếu bằng mắt thường quan sát và nhận xét, có thể kết hợp với một số phép đo đơn giản, dễ thực hiện.

- Giai đoạn điều tra chi tiết: Nếu kết quả điều tra ở giai đoạn đầu cho thấy cầu đã bị hư hỏng hoặc cần thiết phải điều tra kỹ hơn thì lập kế hoạch và tiến hành giai đoạn điều tra chi tiết, có sử dụng các loại máy đo chuyên dụng chính xác.

Công tác điều tra tổng thể cầu liên quan đến tất cả các thông tin thu thập được trong giai đoạn thị sát cũng như trong giai đoạn điều tra chi tiết về lịch sử xây dựng và khai thác cầu.

Kết quả của việc điều tra tổng thể cầu là các nhận xét chung về chất lượng cầu, đặt ra những nội dung nào cần điều tra kỹ hơn, kế hoạch điều tra chi tiết, các nội dung cần tính toán, đo đạc.

Những yêu cầu điều tra tổng thể cầu dưới tác dụng dòng nước được trình bày ở chương 3.

2.4. ĐO ĐẠC KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC

Đo đạc và lập lại các bản vẽ mặt bằng, trắc dọc cầu, các mặt cắt ngang thực tế của cả cầu nói chung, của từng bộ phận trong kết cấu nhịp, mố trụ, móng, đường đầu cầu, các công trình phụ khác.

Phải so sánh các tài liệu mới đo vẽ này với các tài liệu thiết kế hoặc hoàn công, các tài liệu kiểm định cũ để đánh giá vị trí chính xác của các bộ phận cầu trong không gian, chất lượng cầu, các nguyên nhân hư hỏng, sự chuyển vị hay biến dạng của các bộ phận cầu theo thời gian.

Các số liệu đo đạc sẽ dùng cho việc tính toán lại kết cấu và các bộ phận cầu.

2.4.1. Đo cao độ

Phải cao đạc bằng các loại máy cao đạc có độ chính xác cao và đảm bảo sai số quy định của quy trình khảo sát hiện hành.

Những cầu qua điều tra phát hiện đang có biến dạng lớn và có nhiều nghi vấn về nghiêng lún, dịch chuyển, vặn xoắn.v.v. cần dùng máy cao đạc có độ chính xác cao với sai số trung phương không quá ± 5mm trên 1km để cao đạc.

Phải đo ít nhất 2 lần từ các cọc mốc khác nhau để giảm sai số. Trong sổ đo đạc cần ghi rõ điều kiện đo : thời tiết, nhiệt độ, khí quyển .v.v.

Các vị trí đặt mia phải được đánh dấu sơn đỏ và ghi chú trong bản vẽ cũng như bản thuyết minh công tác cao đạc. Mia phải được dán giấy kẻ ly.

2.4.1.1. Đối với dàn chủ cần cao đạc ở dàn thượng lưu, dàn hạ lưu. Mia phải được đặt tại các vị trí tương ứng của mọi nút dàn đã được đánh dấu trước bằng sơn. Ví dụ cùng đặt mia lên các tấm nằm ngang của bản cánh các dầm ngang sát bản nút dàn.

2.4.1.2. Đối với dầm bê tông cốt thép ít nhất cao đạc tại 3 mặt cắt đặc trưng (giữa nhịp, trên gối). Trong mỗi mặt cắt phải cao đạc 2 điểm trên mặt dầm của phía thượng lưu và phía hạ lưu.

2.4.1.3. Nếu tại các chỗ dự định đặt mia trên kết cấu nhịp thép mà số lượng tấm bản thay đổi khác nhau hoặc có bản đệm khác nhau thì phải ghi chú để khi xử lý kết quả đo sẽ quy đổi theo cùng một mức chuẩn.

Phải cao đạc mọi dàn chủ, dầm phần xe chạy, bệ kê gối, đỉnh hai ray chính ở các điểm đặc trưng phía thượng lưu và phía hạ lưu đã chọn trước.

Kết quả cao đạc phải được vẽ thành bản vẽ trắc dọc. Phải vẽ chập từng cặp các bộ phận giống nhau của phía hạ lưu và phía thượng lưu để phân biệt nhận xét sự biến dạng của kết cấu.

2.4.1.4. Căn cứ vào trắc dọc và mặt bằng đã đo vẽ được có thể đưa ra những 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 lượng tốt.

- Hình dạng nhấp nhô, gãy khúc của trắc dọc có thể là 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 tương tự thì phải so sánh để xem nếu 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 tiếp tục.

2.4.2. Đo vẽ mặt bằng

2.4.2.1. Đo vẽ mặt bằng kết cấu nhịp

Để đo vẽ mặt bằng kết cấu nhịp và đường ray trên đó cũng như của mố trụ và đường đầu cầu phải dùng máy kinh vĩ có sai số không quá ± 15”0, thước thép, máy đo dài kiểu ánh sáng ...

Quy ước coi trục dọc kết cấu nhịp là đường đi qua điểm giữa hai dầm ngang đầu nhịp. Tuy nhiên vẫn phải thể hiện điểm giữa các đà ngang khác, tim các dàn chủ thượng lưu, hạ lưu, tim các cuống dầm BTCT.

Mặt bằng của kết cấu nhịp dàn thường được vẽ theo vị trí tâm các nút dàn ở cao độ có mặt phẳng phần xe chạy. Khi có điều kiện nên đo cả hai mặt bằng của hai mặt phẳng biên trên và biên dưới của dàn. Từ đó sẽ phân tích mức độ biến dạng ngang của kết cấu dưới tác dụng của tĩnh tải.

Sau khi đo vẽ mặt bằng của dàn chủ nếu phát hiện thấy các chỗ sai lệch đột ngột của các nút dàn riêng lẻ nào đó so với vị trí thiết kế của nó thì cần điều tra kỹ, bổ sung ngay về tình trạng hệ liên kết dọc và hệ liên kết ngang của dàn chủ.

Khi điều tra phát hiện các sai lệch lớn của vị trí các bộ phận kết cấu nhịp trên mặt bằng thì cần kiểm toán ảnh hưởng 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 đường xe chạy dưới thì phải kiểm tra thêm về khổ giới hạn xe chạy.

2.4.2.2. Đo vẽ mặt bằng mố trụ đường đầu cầu

Yêu cầu đo vị trí các điểm đặc trưng 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 lưu trữ để nhận xét. Đối với đường đầu cầu chỉ cần vẽ sơ hoạ và mô tả nếu có đường cong.

Đường tim dọc của mố trụ phải được đánh dấu sơn lên 2 mép mũ của chúng và phải đo được cự li chênh lệch giữa chúng và tim kết cấu nhịp theo phương dọc và phương ngang cầu (đồng thời thể hiện lên bản vẽ điều tra đo đạc cầu).

2.4.3. Đo vẽ các mặt cắt ngang của các bộ phận kết cấu

2.4.3.1. Các bộ phận kết cấu bằng thép, đặc biệt là dàn thép, phải đo đạc 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 gỉ.

Trường hợp có đủ hồ sơ cũ thì chỉ cần đo đạc một số bộ phận nghi ngờ hoặc gỉ nặng để kiểm tra các kích thước trong hồ sơ cũ. Nếu chúng giống nhau về cơ bản thì không cần đo tỷ mỷ.

2.4.3.2. Đối với kết cấu nhịp bằng bê tông, đá xây, bê tông cốt thép chỉ đo ở các mặt cắt đặc trưng đại diện, nhưng ít nhất phải đo ở mặt cắt giữa nhịp, mặt cắt 1/4, mặt cắt gối. Ngoài ra cần đo ở mặt cắt nào có hư hỏng đến mức có thể ảnh hưởng xấu đến năng lực chịu tải của kết cấu (phải xác định tọa độ mặt cắt đó trên bản vẽ).

2.4.3.3. Các bộ phận bằng thép đã bị cong vênh phải dùng một dây thép căng thẳng giữa hai đầu bộ phận đó rồi đo khoảng cách từ các điểm đặc trưng trên đoạn cong vênh đến dây thép căng đó để phục vụ cho việc tính toán lại bộ phận này.

2.4.3.4. Sai số đo cho phép như sau:

- Đối với kết cấu thép ± 0,5mm.

- Đối với kết cấu đá xây, bê tông, bê tông cốt thép ± 5mm.

Phải đo lặp ít nhất hai lần, nếu không đạt sai số nói trên thì phải đo lại.

2.4.3.5. Kết quả đo phải đuợc thể hiện trên các bản vẽ chi tiết, có kèm theo lời chú thích cần thiết.

Những chỗ có sai lệch lớn về kích thước, cong vênh phải được đánh dấu bằng sơn đỏ lên kết cấu và ghi rõ trên bản vẽ.

2.4.4. Nội dung cơ bản của các bản vẽ kết quả đo đạc

2.4.4.1. 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 các đường xói lở qua các đợt đo khác nhau.

Các kích thước chủ yếu :

- Chiều dài cầu (khoảng cách đuôi tường cánh 2 mố, đuôi tường che 2 mố, mép trước tường che 2 mố, tim gối 2 mố, đầu dầm trên 2 mố, khe hở đầu dầm và tường che các mố). Phải xác định lý trình mép trước tường che 2 mố.

- Chiều dài kết cấu nhịp của mỗi nhịp, cự li đầu nhịp đến tim trụ đỡ nhịp ấy.

- Chiều dài nhịp tính toán của mỗi nhịp, cự li đầu nhịp đến tim gối tại đầu ấy.

- Khẩu độ thoát nước (khoảng cách tường trước của 2 mố).

- Chiều cao các thanh đứng của dàn (tim nút mạ hạ đến tim nút mạ thượng) và cự li từ tim nút đến biên thanh mạ theo phương thẳng đứng.

- Cao độ đỉnh dầm dọc ở hai đầu, sát với dầm ngang của mỗi khoang dàn chủ.

- Cao độ tại các điểm mạ hạ (hoặc mạ thượng) của dàn thượng lưu và dàn hạ lưu (ở hai đầu dầm ngang sát nút bản dàn).

- Cao độ đỉnh ray tại các điểm phía trên các dầm ngang.

- Cao độ tim gối và cao độ đá kê gối.

- Cao độ các đỉnh mũ mố, trụ, độ dốc ở đó.

- Cao độ đỉnh tường che và đỉnh tường cánh mố.

- Cao độ vai đường hai đầu cầu (chiều dài đoạn đo theo đề cương cụ thể).

- Cao độ đỉnh chóp nón hai mố.

- Chiều dài mố.

- Độ dốc nón hai mố, vị trí chân nón mố.

- Cao độ mức nước cao nhất, thấp nhất trong ngày điều tra.

- Cao độ mức nước lũ cao nhất lịch sử.

- Loại ray, loại tà vẹt trên cầu.

- Ghi chú về mốc cao đạc và các cọc mốc định vị đã dùng để đo đạc.

2.4.4.2. Bản vẽ bố trí chung mặt bằng (thông thường vẽ cùng mặt đứng)

Yêu cầu thể hiện:

- Sơ hoạ đường ray hai đầu cầu.

- Đường tim dọc hai mố.

- Đường tim gối (dọc cầu) lấy đường tim hai mố làm chuẩn để so sánh.

- Đường tim các dầm dọc.

- Đường tim các dàn chủ (mạ hạ và mạ thượng).

- Đường tim hai ray.

- Sơ hoạ dàn chủ, dầm dọc, dầm ngang, dầm dọc cụt, hệ liên kết dọc.

2.4.4.3. Bản vẽ mặt cắt ngang các kết cấu nhịp

Yêu cầu thể hiện:

- Cấu tạo mặt cắt ngang ở vị trí đầu 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.

- Kết cấu nhịp bê tông cốt thép, bê tông, đá xây phải vẽ các mặt cắt đại diện đã nêu ở Mục 2.4.3.2.

2.4.4.4. Các bản vẽ cấu tạo và kích thước chi tiết của các bộ phận kết cấu nhịp.

Phải vẽ riêng biệt dàn chủ thượng lưu và dàn chủ hạ lưu, bao gồm: Mọi thanh dàn, quy 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 quy cách kích thước các bản phủ nối ( thép góc nối) cự ly các đinh tán, cấu tạo bản nút dàn. Đối với dàn thép đặc bụng cũng yêu cầu tương tự.

Dầm bê tông cốt thép ngoài các kích thước hình học của mặt cắt ngang, còn cần ghi chú hoặc vẽ cấu tạo cốt thép bên trong ( căn cứ kết quả điều tra bằng cách đục rãnh thăm dò hoặc dùng máy nội soi, nếu có hồ sơ lưu trữ cần ghi rõ).

Cần thể hiện đủ các hình vẽ trên mặt chiếu đứng, mặt bằng và mặt cắt ngang sao cho đủ số liệu cần cho tính toán và đánh giá năng lực chịu tải của chúng. Phải vẽ (xác định) trục trong và ngoài mặt phẳng dàn của mặt cắt ngang các thanh dàn.

Các thanh trong hệ liên kết dọc và hệ liên kết ngang đo vẽ như các thanh dàn chủ nhưng có thể ở mức độ đơn giản hơn.

2.4.4.5. Bản vẽ gối cầu:

Yêu cầu thể hiện:

- Kích thước chi tiết mặt bằng các thớt gối.

- Chiều dày các thớt gối.

- Chiều dài và đường kính chốt gối.

- Chiều dài và đường kính các con lăn, bề rộng con lăn cắt vát (nếu có).

- Số lượng và khoảng cách giữa các con lăn.

- Mô tả tình trạng làm việc và hư hỏng của gối cầu.

- Cấu tạo gối cao su - thép (nếu có).

- Các kích thước của các bệ kê gối (trong đó có toạ độ tim gối tức là tim của nút đầu dàn).

2.5. ĐIỀU TRA CÁC HƯ HỎNG VÀ KHUYẾT TẬT, PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN

Trong giai đoạn thị sát cũng như trong các đợt điều tra chi tiết sau đó cần phải điều tra các hư hỏng, khuyết tật của các kết cấu nhịp và mố trụ, phân tích các nguyên nhân gây nên.

ở hiện truờng phải dùng các biện pháp ghi chép mô tả (hoặc mô tả bằng lời ghi vào băng cát sét), chụp ảnh từ các phía khác nhau. Về văn phòng phải xử lý lại các thông tin đó để vẽ lên bản vẽ điều tra hư hỏng và thuyết minh điều tra.

Công tác điều tra bao gồm các việc sau:

+ Kiểm tra hoặc đo vẽ lại bản vẽ các bộ phận cầu (nếu đã mất tài liệu gốc) bằng các máy trắc đạc, thước thép, thước cặp,... Nội dung này đã nêu ở mục 2.4.

+ Phát hiện và ghi lại các hư hỏng, khuyết tật hiện có, nhận xét đặc điểm , kích thước, vị trí của chúng, đánh giá tình trạng chịu lực chung của cả cầu theo kinh nghiệm và kiến thức của người điều tra.

+ Xác định cường độ thực tế của bê tông ở từng bộ phận, đặc trưng của thép, của cốt thép.

+ Tìm hiểu cách bố trí cốt thép thực tế trong bê tông.

+ Điều tra các phần nằm dưới mặt nước của mố trụ (chủ yếu là quan sát bằng cách lặn xuống )

2.5.1. Đối với các phần bằng kim loại

Các hư hỏng khuyết tật của kết cấu nhịp thép được phân nhóm theo các dấu hiệu sau:

- Dạng bề ngoài của hư hỏng.

- Dự đoán tốc độ phát triển của hư hỏng cho đến lúc phá hoại kết cấu.

- Mức độ nguy hiểm của hư hỏng.

- Vị trí của hư hỏng.

- Sự phân bố của các hư hỏng (mật độ xuất hiện của chúng).

2.5.1.1. Nhận dạng các hư hỏng

Theo dạng bề ngoài các hư hỏng, cần phân biệt:

- Lỏng các đinh tán.

- Hư hỏng mỏi, thể hiện qua các vết nứt trong các bộ phận.

- Gỉ thép.

- Mất ổn định cục bộ hoặc ổn định chung của các bộ phận riêng lẻ hoặc các phần của chúng.

- Các vết nứt.

Theo tốc độ phát triển đến giai đoạn nguy hiểm, cần phân biệt:

- Các hư hỏng phát triển một cách tức thời đột ngột (các vết nứt khi phá hoại giòn, sự mất ổn định v.v...).

- Các hư hỏng phát triển nhanh (ví dụ các vết nứt do mỏi).

- Các hư hỏng phát triển dần dần (lỏng bu lông, lỏng đinh tán, gỉ).

Theo mức độ nguy hiểm của hư hỏng, cần phân biệt rõ các loại:

- Hư hỏng rất nguy hiểm: đó là các hư 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...).

- Hư hỏng cơ bản: các hư hỏng mà có thể đột ngột thay đổi tình trạng khai thác bình thường của cầu: (ví dụ lỏng đinh tán, gỉ nặng...).

- Hư hỏng ít nguy hiểm : các hư hỏng này làm xấu đi các điều kiện khai thác của kết cấu, có ảnh hưởng xấu ở mức độ nào đó đến sự phát triển của các hư hỏng khác (ví dụ sự nghiêng lệch của các con lăn gối cầu).

Theo tầm quan trọng của bộ phận có hư hỏng: Cần điều tra xem hư hỏng là ở bộ phận nào:

- Dầm dọc, dầm ngang.

- Dầm chủ hoặc dàn chủ.

- Hệ liên kết dọc, hệ liên kết ngang.

Theo mức độ phổ cập của hư hỏng: cần phân biệt, phát hiện:

- Hư hỏng có tính chất hàng loạt.

- Hư hỏng thường gặp.

- Hư hỏng ít khi gặp.

Khi điều tra và phân tích hư hỏng cần phải dựa theo các gợi ý sau đây về các nguyên nhân hư hỏng:

- Chất lượng thép xấu.

- Chất lượng chế tạo cấu kiện xấu.

- Các lỗi 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 tu bảo dưỡng không được thực hiện tốt.

- Điều kiện khí hậu khắc nghiệt bất lợi.

- Tải trọng quá tải qua cầu.

- Khổ giới hạn trên cầu không đủ.

- Đặc điểm tác động bất lợi của hoạt tải đoàn tàu.

2.5.1.2. Điều tra các hư 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.

2.5.1.2.1. Các hư hỏng mỏi nặng nhất thường xuất hiện trong các thanh chéo gần giữa nhịp của các loại dàn chủ tán đinh. Tại đó cần tìm vết nứt mỏi bắt 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 thường vết nứt sẽ phát triển theo hướng ngang tới trục dọc của thanh dàn, vết nứt sẽ đi qua các lỗ đinh. Đôi khi đầu vết nứt ở vị trí 1/5 đường kính lỗ đinh dọc theo trục của thanh chéo, hướng về đầu thanh.

Để điều tra vết nứt mỏi phải kết hợp với việc phát hiện các đinh tán bị hỏng. Sự xuất hiện các vết nứt mỏi luôn luôn được báo trước bằng hiện tượng lỏng đinh tán nối các cấu kiện đó (các thanh chéo và thanh đứng có các đinh tán chịu cắt hai mặt thì ít phát hiện thấy hư hỏng mỏi ở liên kết).

2.5.1.2.2. 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. Các hư hỏng này làm cho các dao động của hệ liên kết tăng thêm rõ rệt khi tàu chạy qua cầu và người điều tra có thể dễ dàng phát hiện.

2.5.1.2.3. Các dầm hệ mặt cầu hư hỏng do mỏi là một trong các hư hỏng phổ biến nhất và phát triển mạnh nhất trong dầm dọc, dầm ngang và liên kết của chúng với nhau.

Vết nứt thường gặp là vết nứt ở cánh nằm ngang của thép góc cánh trên của các dầm dọc, nó xuất hiện lúc đầu ở bên dưới tà vẹt gần sống thép góc này và phát triển theo sống đó rồi thay đổi hướng đi ngang với dầm dọc, làm cánh thép góc dưới tà vẹt bị cong vênh rõ rệt. Cần phát hiện các hư hỏng như 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 các thanh biên trên của những dàn mà tà vẹt kê trực tiếp lên thanh đó.

Loại vết nứt mỏi cũng xuất hiện ở bản bụng dầm dọc theo hướng nghiêng đi từ mép lỗ đinh của các hàng đinh thứ hai, thứ ba, thứ tư ( đếm từ đỉnh dầm dọc xuống) tán ở liên kết bụng dầm với thép góc nối thẳng đứng. Đó là hậu quả của sự lỏng đinh tán 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.

Đối với kiểu cấu tạo dầm dọc xếp chồng lên trên dầm ngang (đây là kiểu cấu tạo có tuổi thọ thấp và độ chịu mỏi thấp) 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 dàn chủ (như ở dàn VN64).

Các dàn liên kết bằng bu lông cường độ cao chú ý phát hiện vết nứt ở liên kết dầm dọc với dầm ngang, đặc biệt là khi cấu tạo không có bản cá. Các đinh tán và bu lông cường độ cao có thể bị phá hoại ở các hàng đinh, bu lông phía trên và phía dưới của thép góc liên kết với bụng dầm ngang (đinh bị nhổ đầu do mô men uốn tác dụng trong liên kết).

2.5.1.2.4. Khi điều tra các kết cấu nhịp hàn và kết cấu nhịp đã được tăng cường bằng hàn (đặc biệt là hàn vá táp trong thời gian chiến tranh) cần lưu 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 dư do hàn gây ra.

Tìm vết nứt mỏi ở các chỗ có thay đổi đột ngột mặt cắt như do cắt bớt tập bản thép, do hàn táp thêm bản thép, do hàn sườn tăng cường đứng, hàn dầm ngang, các vị trí có lỗ thủng, lỗ khoét, các đầu mối hàn.

2.5.1.2.5. Đối với bản cá 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 thường gặp ở mép lỗ đinh hàng thứ nhất hay hàng thứ hai, đếm từ dầm ngang. Biểu hiện báo trước sự xuất hiện của chúng là sự lỏng các đinh tán liên kết bản cá. Như vậy quá trình điều tra cần xem xét toàn diện các bộ phận kết cấu và kết hợp với việc kiểm tra đinh tán, bu lông.v.v.

2.5.1.2.6. Thép góc cánh dưới và giữa bụng dầm dọc cần phát hiện các vết nứt mỏi đi từ mép lỗ đinh hoặc ở vùng tập trung ứng suất khác mà có hiện tượng gỉ rõ rệt hoặc có các hư hỏng về mặt cơ học.

2.5.1.2.7. Thép góc cánh dưới và giữa bụng dầm dọc cũng cần phát hiện các vết nứt mỏi ở góc cuả nó, đặc biệt là nếu không có bản cá hoặc bản cá 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).

2.5.1.2.8. Đối với các kết cấu nhịp dài trên 80m nên tìm thêm các vết nứt mỏi trong thép góc cánh dưới của dầm ngang đầu 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 tuợng này thường gặp ở các kết cấu nhịp nào không có chỗ cắt đứt dầm dọc).

2.5.1.2.9. Các thanh đứng của dàn và các cấu kiện khác chịu tải trọng cục bộ mức độ tăng của các hư hỏng mỏi sẽ nhanh hơn so với ở các cấu kiện khác. (Lý do là chúng phải chịu nhiều chu kỳ thay đổi ứng lực hơn khi có một đoàn tàu chạy qua cầu).

Khi tăng tải trọng trục của đầu máy toa xe qua cầu thì gây ra hiện tượng mài mòn nhanh hơn của các đinh tán và bu lông trong hệ dầm mặt cầu, đặc biệt là ở liên kết dầm dọc với dầm ngang. (Như vậy khi điều tra xét khả năng cho đoàn tàu nặng qua cầu phải lưu ý rằng càng tăng tải trọng trục xe thì càng làm giảm nhanh tuổi thọ của các cấu kiện chịu tải trọng cục bộ).

2.5.1.2.10. Dấu hiệu bề ngoài để dễ nhận biết vết nứt mỏi là các vết gỉ màu nâu đen và vết rạn nứt của lớp sơn phủ.

Dùng máy dò siêu âm ( hoặc máy Rơn ghen, máy dò kiểu điện- từ ) để dò các vết nứt này.

Trong khi thị sát dùng các dụng cụ đơn giản: Trên đoạn mà quan sát thấy nghi ngờ thì cần cạo sạch sơn và vết gỉ, đánh sạch bằng giấy nhám rồi bôi nhanh dung dịch 10-15% axit nitơric lên bề mặt, sau đó rửa bề mặt bằng nước, làm khô rồi dùng kính lúp phóng đại để tìm và đo vết nứt. Đôi khi có thể dùng đục nhỏ sắc để bạt đi một lớp phoi mỏng trên bề mặt dọc theo đường nứt lờ mờ để phát hiện kỹ hơn. Ngoài ra có thể dò theo đường nứt bằng một mũi kim nhọn, cứng hoặc dùng dung dịch chất nhớt màu đỏ rỏ vào vùng nghi ngờ, dung dịch này sẽ thấm sâu vào kim loại và đi lan theo vết nứt làm lộ rõ vết nứt để phát hiện.

2.5.1.3. Điều tra các hư hỏng do gỉ

2.5.1.3.1. Cần phân biệt hai dạng gỉ là

- Gỉ bề mặt: vết gỉ phân bố tương đối đồng đều trên bề mặt cấu kiện thép.

- Gỉ cục bộ: vết gỉ xuất hiện cục bộ và thường phát triển sâu.

Loại gỉ bề mặt thường 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.

Chú ý phát hiện các vết gỉ cục bộ ở các cấu kiện nằm dọc vệt nước thải của đoàn tầu, đối với dầm dọc nên tìm vết gỉ 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 thường bị hỏng sớm và có độ ẩm lưu cữu.

2.5.1.3.2. Khi điều tra các kết cấu nhịp có đường xe chạy trên, các thanh và nút dàn này thường bị nhiễm rác bẩn và bị gỉ nặng hơn so với các kết cấu nhịp có đường xe chạy dưới (cùng có mặt cầu trần).

Chú ý trong kết cấu nhịp chạy dưới có mặt cầu trần thì các bộ phận ở thấp hơn mặt xe chạy thường bị gỉ nặng hơn.

2.5.1.3.3. Trong các nút của hệ liên kết dọc nối với thanh biên dàn chủ và với dầm dọc thường có gỉ do bẩn, rác, đất. Cần điều tra mức độ gỉ của các dầm ngang theo các vị trí thường xuất hiện là :

- ở bản cánh trên và bản cánh dưới trên đoạn nối dầm ngang với bản nút nằm ngang của hệ liên kết dọc giữa hai dàn chủ.

- ở bên dưới vị trí ống nước thải từ toa tàu.

Đôi khi tại các vị trí đó có vết gỉ ăn thủng hết độ dày bản thép.

2.5.1.3.4. Trong kết cấu có bước đinh tán liên kết lớn hơn 160-200mm thì giữa các bộ phận không được liên kết chặt chẽ khiến cho gỉ dễ dàng xuất hiện và phát triển, đôi khi gỉ nặng đến mức các bộ phận gỉ trương 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 hư hỏng nói trên.

2.5.1.3.5. Trong các kết cấu nhịp dàn chạy dưới cần xem xét phát hiện các vết gỉ 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).

2.5.1.3.6. Cần lưu ý sự phát triển của gỉ trên các bề mặt tiếp xúc có thể ăn mòn làm mủn các cấu kiện được nối với nhau. Nguyên nhân là do các sai sót về cấu tạo ở các loại dàn cũ như : các khe hở quá nhỏ, có các hốc lõm chứa rác bẩn và đọng nước , bước đinh quá dài.

Đối với loại dàn cũ có các thanh chéo bằng thép hoặc thép góc mà đầu của chúng kẹp hai bên sườn đứng của thanh biên dàn thường bị gỉ ở chỗ nối vào sườn đứng đó.

Hư hỏng gỉ loại này cũng có thể tìm thấy ở các thanh biên dưới 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 thường có bước đinh quá dài. Các dàn Pigeau cũ do Pháp để lại thường có vết gỉ này.

2.5.1.3.7. Yêu cầu khi điều tra các chỗ rỉ phải ghi chép mô tả, thể hiện trên bản vẽ sơ hoạ, đo chiều dày bản thép còn lại sau khi đập bỏ vết gỉ để lấy số liệu phục vụ tính toán lại kết cấu.

Khi cần thiết có thể lấy mẫu sản phẩm gỉ đem về phòng thí nghiệm để phân tích hoá học.

2.5.1.4. Điều tra các hư hỏng về mặt cơ học và phá hoại dàn

Các hư hỏng cơ học thường xuất hiện trong thời gian khai thác cầu do tàu xe va quệt vì khổ giới hạn thiếu. Cũng có thể do lỗi chế tạo và lắp dựng. Rất nhiều hư hỏng cơ học là do bom đạn gây ra trong chiến tranh.

Khi điều tra cần phân biệt các dạng hư hỏng cơ học sau đây:

+ Đứt các bộ phận đơn lẻ.

+ Cong vênh, méo cục bộ.

+ Các lỗ thủng, vết lõm, vết đập.

Phải điều tra kỹ mọi bộ phận có hư hỏng cơ học. Mức độ nguy hiểm của chúng được đánh giá tuỳ trường hợp cụ thể theo kích thước hư hỏng, trạng thái ứng suất và sự thay đổi trạng thái ứng suất đó do có hư hỏng.

2.5.1.4.1. Đối với các bộ phận bị va đập phải điều tra kỹ tìm vết nứt ở vùng bị va đập trực tiếp và vùng biến dạng cưỡng bức. Trong các bộ phận bị cong vênh thường có ứng suất dư, nếu đó là bộ phận chịu nén mà lại cong vênh thì khả năng chịu lực sẽ bị giảm nhiều do chịu uốn dọc.

Các chỗ cong vênh được đo theo chỉ dẫn ở Mục 2-4.

Nếu đường tên ở chỗ cong vênh của cấu kiện bị nén lớn hơn 1/7 bán kính quán tính mặt cắt trong mặt phẳng cong vênh, còn trong cấu kiện chịu kéo mà đại lượng nói trên lớn hơn 1/10 chiều cao mặt cắt thì phải tính toán lại xem có cho phép để nguyên sự cong vênh mà vẫn cho thông xe hay không. Nếu không được thì cần kiến nghị về việc tăng cường sửa chữa và theo dõi đặc biệt ngay.

2.5.1.4.2. Cần đặc biệt lưu ý các thanh bị nén có mặt cắt tổ hợp mà bị hư hỏng cong vênh đồng thời ở hệ thanh giằng, bản giằng giữa các nhánh của cấu kiện. Phải tính toán lại ngay và nếu cần phải gia cố ngay.

2.5.1.4.3. Các hư hỏng do phá hoại giòn rất ít gặp ở nước ta vì không có nhiệt độ âm nhưng khi điều tra các kết cấu thép được hàn nối hoặc hàn vá có thể phát hiện vết nứt do công nghệ hàn kém chất lượng, 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 giòn xảy ra là do phát triển tức thời các biến dạng dẻo không thể hiện rõ rệt.

2.5.2. Đối với dầm thép liên hợp bản bê tông cốt thép

Khi điều tra dầm thép liên hợp bản bê tông cốt thép, ngoài các vấn đề như đối với dầm thép, cần điều tra trạng thái liên kết giữa bản bê tông cốt thép và dầm thép. Phát hiện các vết nứt ở chỗ tiếp giáp bản bê tông cốt thép với thép, các chỗ sứt vỡ, nhũ vôi ở bề mặt đáy bản bê tông cốt thép và các hư 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 đường tên của chỗ phình này lớn qúa 15-20mm thì phải làm thêm các sườn tăng cường ngay.

2.5.3. Đối với kết cấu nhịp bằng đá xây, bê tông, bê tông cốt thép

Các dạng hư hỏng thường gặp cần phải được điều tra là : các vết nứt, sứt vỡ bê tông, bong vỡ lớp bê tông bảo hộ cốt thép, rỗ bề mặt bê tông, hỏng lớp cách nước .v.v.

Trong kết cấu bê tông cốt thép thường, cần tìm vết nứt ở vùng chịu kéo khi ứng suất lớn hơn cường độ tính toán của bê tông, lưu ý rằng độ rộng vết nứt đến 0,2mm là đã được Quy trình Thiết kế cho phép.

Các vết nứt trong dầm bê tông cốt thép dự ứng lực cần được lưu ý hơn, đặc biệt nếu dầm có cốt thép dự ứng lực dạng bó sợi thẳng, bó sợi xoắn, bó sợi đơn hoặc cáp.

Nói chung khi dầm bê tông cốt thép có vết nứt nhìn thấy được bằng mắt thường thì đều làm giảm năng lực chịu tải: ví dụ các vết nứt xiên trong bụng dầm hay vết nứt dọc ở chỗ tiếp giáp bụng dầm với đáy bản máng ba lát.

Phải phân tích các vết nứt đã phát hiện được để xác định ảnh hưởng của vết nứt đến năng lực chịu tải và tuổi thọ của kết cấu có xét đến khuynh hướng phát triển của chúng.

2.5.3.1. Phân loại các vết nứt

Hình 2.1. Các dạng vết nứt trong kết cấu nhịp dầm

2.5.3.1.1. Vết nứt co ngót:(Hình vẽ 2.1a)

Thường xuất hiện trong lớp bề mặt của bê tông do quá trình co ngót không đều.

- Nguyên nhân là do hàm lượng xi măng quá nhiều trong hỗn hợp bê tông, cách bố trí cốt thép không hợp lý, đặc điểm của dạng kết cấu .v.v.

- Dấu hiệu đặc trưng của vết nứt co ngót là chúng phân bố ngẫu nhiên, không định hướng, chiều dài ngắn và nhỏ li ti.

- Các vết nứt co ngót có thể phát triển thành vết nứt do lực.

2.5.3.1.2. Vết nứt nghiêng: (Hình vẽ 2.1b)

- Xuất hiện ở bụng dầm do ứng lực kéo chủ quá lớn.

- Đặc biệt nguy hiểm trong các kết cấu dự ứng lực vì có thể giảm nhiều năng lực chịu tải.

- Cần đánh gía sự giảm năng lực chịu tải bằng cách tính toán.

2.5.3.1.3. Vết nứt dọc: (Hình vẽ 2.1c)

- Xuất hiện ở chỗ tiếp giáp đáy bản máng balát với bụng dầm, được coi là nguy hiểm vì làm giảm đáng kể năng lực chịu tải của kết cấu nhịp.

- Nguyên nhân chính là do sai sót công nghệ chế tạo kết cấu nhịp.

2.5.3.1.4. Vết nứt ngang trong bản máng ba lát: (Hình vẽ 2.1d)

- Nguyên nhân là mô men uốn âm tạo ra quá lớn lúc cẩu dầm để lắp ghép, hoặc do 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.

2.5.3.1.5. Vết nứt ngang trong bầu dưới ở vùng chịu kéo chứa cốt thép dự ứng lực: (Hình vẽ 2.1e)

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 thường.

Các vết nứt này không làm giảm khả năng chịu tải tính toán của kết cấu nhịp nhưng có thể tạo điều kiện cho gỉ ăn mòn cốt thép dự ứng lực và giảm dần tuổi thọ của nó.

2.5.3.1.6. Vết nứt dọc trong bầu dầm chứa cốt thép dự ứng lực: (Hình vẽ 2.1f)

- Xuất hiện ngay trong những năm đầu khai thác cầu.

- Nguyên nhân là do các biến dạng ngang lớn khi dự ứng lực nén mạnh bê tông và do co ngót bị cản trở.

- Hậu quả là gỉ nhanh và trầm trọng ở cốt thép dự ứng lực, các sản phẩm do gỉ tạo ra sẽ trương nở làm vỡ to thêm vết nứt khiến cho gỉ càng nhanh hơn và sớm phá hoại kết cấu nhịp.

2.5.3.1.7. Vết nứt nằm ngang ở đoạn đầu kết cấu nhịp: (Hình vẽ 2.1g)

- Xuất hiện do ứng suất cục bộ quá lớn ở bên dưới mấu neo cốt thép dự ứng lực.

- Phát triển trong thời kỳ đầu khai thác cầu.

2.5.3.1.8. Vết nứt ở bên trên thớt gối: (Hình vẽ 2.1h)

- Nguyên nhân là do cấu tạo cốt thép đặt ở đầu dầm không đủ và cấu tạo dầm không hợp lý (neo đặt qúa sát nhau, thớt gối ngắn...vv)

- Sự làm việc của gối cầu có ảnh hưởng lớn 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.

2.5.3.1.9. Vết nứt ở mối nối dầm ngang: (Hình vẽ 2.1i)

- Xuất hiện trong cầu lắp ghép có dầm ngang với mối nối ướt, có đổ bê tông bịt mối nối.

- Nguyên nhân do sai sót thi công.

- Có thể gây ra sự phân bố nội lực không đều giữa hai dầm chủ và dần dần làm giảm dần tuổi thọ cũng như năng lực chịu tải của kết cấu nhịp.

2.5.3.1.10. Ngoài ra còn có các vết nứt

- Xuất hiện trong các cột, thân vòm trong cầu vòm bê tông cốt thép.

- Trong các cầu đá xây và cầu bê tông kiểu vòm thường 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.

2.5.3.2. Để đánh giá ảnh hưởng của vết nứt đến năng lực chịu tải và tuổi thọ của 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 và lập thành bản vẽ điều tra.

Có thể phát hiện vết nứt ngầm bằng máy dò siêu âm. Cần đánh dấu các đầu 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 được 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 sát sự tiến triển của vết nứt trên kết cấu như sau :

+ Đo lại một cách định kỳ.

+ Ghi chép đặc điểm vào sổ theo dõi vết nứt, có ghi chú về nhiệt độ, thời tiết và tải trọng lúc đó.

+ 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.

+ Dấu hiệu bên ngoài của vết nứt nguy hiểm đang phát triển là vết gỉ đậm màu trên bề mặt bê tông, lúc đó cốt thép đã bị gỉ nặng.

+ Nếu thấy vết nhũ trắng là dấu hiệu cho biết đá xi măng đã bị khử kiềm trong vùng bị nước thấm qua bê tông.

Khi điều tra bê tông cốt thép, bê tông, đá xây cần đặc biệt xem xét đánh giá chất lượng chế tạo kết cấu.

2.5.3.3. Các hư hỏng không nhìn thấy được (rỗng, rỗ trong lớp bảo hộ...) có thể phát hiện bằng phương 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 động đục, tắt ngay.

2.5.3.4. Khi điều tra cần xét tình trạng hệ thống thoát nước và lớp cách nước mặt cầu. Nếu chúng có chất lượng còn tốt thì đảm bảo được tuổi thọ. Nếu ngược lại thì nước sẽ thấm qua bê tông, kiềm hoá đá, xi măng và gây gỉ cốt thép.

Dễ dàng phát hiện vùng hư hỏng lớp cách nước 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 hưởng lớn của co ngót và từ biến bê tông, sự có mặt của vết nứt, sự hư hỏng ở mấu neo cốt thép dự ứng lực v.v...)

Muốn đánh giá đúng các ảnh hưởng này phải định kỳ cao đạc lại kết cấu nhịp, so sánh các kết quả cao đạc và các kết quả điều tra định kỳ có thể rút ra được thông tin quan trọng về sự thay đổi tình trạng chịu lực mà đánh giá độ tin cậy và tuổi thọ kết cấu. Thời gian định kỳ là 1 năm có 1 lần đo vào sau mùa lũ. Trường hợp cầu có vấn đề đặc biệt thì đo kiểm tra theo yêu cầu của Đường sắt Việt Nam.

2.5.4. Điều tra mố trụ và móng

Khi điều tra mố trụ cần lưu ý phát hiện các dạng hư hỏng điển hình gồm:

+ Các vết nứt.

+ Sứt vỡ khối xây đá.

+ Chuyển vị và biến dạng của bản thân mố trụ như : lún, nghiêng lệch, trượt.

+ Hiện tượng trượt sâu của cả mố trụ cùng với nền.

Cần phân biệt các dạng vết nứt như sau:

+ Vết nứt bề mặt.

+ Vết nứt sâu.

+ Vết nứt xuyên.

2.5.4.1. 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.

2.5.4.1.1. Nguyên nhân các vết nứt nhỏ ngẫu nhiên phân bố trên bề mặt bê tông thường là do 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 dưới và hẹp dần ở phía trên thường là dấu hiệu của mố trụ bị lún không đều hoặc tình trạng khả năng chịu lực của đất nền không đủ.

2.5.4.1.2. Nếu gối cầu bị kẹt, không đảm bảo cho kết cấu nhịp chuyển vị tự do theo sơ đồ tính toán thì xuất hiện lực đẩy ngang lớn có thể gây ra vết nứt thẳng đứng phân tách phần tường trước mố với phần tường cánh, vết nứt này to ở phía trên và hẹp dần ở phía dưới, bắt đầu từ mép trên của mố. Nếu áp lực đất sau mố tăng lên do đất bị no nước hoặc do hoạt tải tăng có thể gây ra các vết nứt thẳng đứng như trên và cả các vết nứt nằm ngang ở tường trước hay tường 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 dùng búa gõ nhẹ để kiểm tra các chỗ mạch vữa xây bị hư hỏng.

Trên các sông có nước chảy mạnh thường có hiện tượng mài mòn và làm hỏng mạch vữa xây đá, ăn mòn phần mố trụ bị ngập nước, có thể tạo ra các hốc lõm nguy hiểm làm giảm yếu mặt cắt thân mố trụ.

Trên đỉnh tường đầu của mố nếu chất lượng bê tông hay khối đá xây kém và trên đó lại đặt mối nối ray thì có thể xuất hiện các vết nứt thẳng đứng đi từ đỉnh tường đầu mố xuống.

2.5.4.1.3. Trong mố trụ bằng bê tông đôi khi có thể thấy vết nứt nằm ngang do lỗi thi công khiến cho các khe nối giữa các đợt đổ bê tông không được liên kết tốt. ở các mố trụ khối lớn cũng có thể thấy các vết nứt thẳng đứng phân bố ngẫu nhiên do nhiệt toả ra không đều trong quá trình bê tông hoá cứng.

2.5.4.1.4. Đối với các thân trụ mố kiểu cột tròn hay lăng trụ cần điều tra tìm các vết nứt thẳng đứng cũng như tình trạng gỉ cốt thép nặng làm vỡ tung lớp bê tông bảo hộ ở đoạn có độ ẩm ướt thay đổi do mức nước lên xuống.

2.5.4.1.5. Đối với các xà mũ bê tông cốt thép của mố trụ nên tìm các vết nứt thẳng đứng và vết nứt xiên do các yếu tố lực gây ra (do lún mố trụ không đều, do bố trí các cọc cột không đúng vị trí cần thiết, do hư hỏng gối cầu vv...).Cũng cần điều tra kỹ ở chỗ cột ngàm vào xà mũ là nơi có thể bị nứt vòng quanh.

2.5.4.2. 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 tượng trượt sâu.

Khi điều tra cần nhận xét sự xê dịch của các gối di động, sự mở rộng hay co hẹp lại của các khe hở giữa đầu kết cấu nhịp với mố để phát hiện các chuyển vị quá mức. Nếu phát hiện được hoặc 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 vào đường. 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 lên có thể đến mức nguy hiểm.

2.5.5. Yêu cầu về điều tra hồ sơ các hư hỏng và khuyết tật

Mọi kết quả điều tra các hư hỏng và khuyết tật được thể hiện bằng các hình vẽ sơ hoạ về vị trí, hình dạng độ lớn các hư hỏng khuyết tật, bằng các ảnh chụp và bản thuyết minh mô tả của từng hư hỏng bằng cách xếp loại hư hỏng theo thứ hạng đã quy định.

Đối với từng kết cấu nhịp, từng mố trụ, các kết quả điều tra được tập hợp riêng. Sau đó ghép lại thành bộ hồ sơ chung có phần tổng quan nhận xét và các đề nghị chung với toàn cầu.

Biểu mẫu điều tra được ghi ở phụ lục của quy trình này.

2.6. ĐIỀU TRA ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG ĂN MÒN ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH CẦU

Công tác điều tra này chủ yếu nhằm đánh giá ảnh hưởng của môi trường nước và khí quyển đến sự ăn mòn thép, cốt thép, bê tông, khối xây đá, vữa xây.

Khi điều tra về các cầu ở vùng ven biển, vùng công nghiệp tập trung mang các yếu tố của môi trường ăn mòn cần áp dụng các quy định của Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3994 - 85 về phân loại môi trường xâm thực.

2.6.1. ảnh hưởng môi trường đến hiện tượng gỉ thép và cốt thép

Để đánh giá ảnh hưởng môi trường cần điều tra các số liệu sau:

- Nồng độ các chất ăn mòn có trong nước:

Mg²⁺ (đơn vị đo mg/l)

 NH₄²⁺ (đơn vị đo mg/l)

CO₂ (đơn vị đo mg/l)

+ Tổng hàm lượng các muối khi có bề mặt bay hơi (g/l).

+ Độ pH của nước.

+ Độ cứng của nước.

- Nồng độ các chất ăn mòn có trong khí quyển (chia làm 3 nhóm khí theo TCVN 3994 - 85).

- Nồng độ các chất ăn mòn có trong đất (sunfat SO₄^2- ) tính bằng mg trong 1kg đất.

- Độ ẩm bình quân hàng năm ở khu vực cầu, số tháng có độ ẩm lớn hơn 70%.

- Hướng gió chủ yếu trong năm.

- Nhiệt độ bình quân hàng năm, hàng tháng.

Tốc độ gỉ thép bình quân hàng năm đối với mẫu thép ngoài trời ở khu vực cầu hoặc gần đó.

- Nhận xét chung về tình trạng gỉ thép và cốt thép của cầu cũng như của các công trình xây dựng khác trong cùng khu vực có cầu.

Cần đặc biệt điều tra kỹ đối với công trình có cọc thép đóng trong vùng có mức nước lên xuống và gần biển.

2.6.2. Tình trạng cacbonat hoá bê tông và ăn mòn đối với bê tông

2.6.2.1. Hiện tượng cacbonat hoá

Cần phải điều tra, mô tả vị trí và mức độ cacbonat hoá bê tông của kết cấu nhịp và 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 mầu đỏ chứng tỏ bê tông còn khả năng bảo vệ cốt thép chống gỉ.

Có thể dùng máy khoan hoặc máy mài tròn cầm tay để tạo ra một lỗ sâu hay vết rạch 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 cacbonat hoá theo chiều sâu từ bề mặt bê tông vào phía trong. Cần phân biệt rõ hai vùng có màu sắc khác nhau: vùng đã bị cabonat hoá và vùng còn nguyên. Đường mép ranh giới này không đều đặn mà nhấp nhô răng cưa, vị trí đỉnh răng cưa gần cốt thép chính là nơi có nguy cơ xuất hiện gỉ cốt thép.

 Khi điều tra cần nhận xét tình trạng bề mặt của bê tông. Chất lượng bề mặt xấu, gồ ghề là một trong các nguyên nhân chính làm tăng nhanh quá trình cacbônat hoá (các cầu cũ thường được thi công bằng ván khuôn gỗ không được bào nhẵn, không bôi trơn, ghép ván khuôn không được phẳng đều).

2.6.2.2. Hiện tượng kiềm hoá bê tông

Biểu hiện của hiện tượng này là các nhũ vôi trắng xuất hiện trên bề mặt bê tông. Nơi thường gặp nhũ vôi này là đáy bản máng ba lát đã bị nước thấm qua bê tông bản.

Nguyên nhân là do hoạt chất SiO₂^2- có trong cốt liệu gặp nước mưa thấm vào bê tông của máng balát cùng tác dụng hoá học với xi măng có chứa các chất kiềm.

Sản phẩm của phản ứng này được nước mưa thấm qua bản bê tông cốt thép đưa theo ra bề mặt đáy bản tạo ra các nhũ vôi, khi đó chứng tỏ bê tông bản đã bị rỗng xốp, có thể giảm cường độ.

2.6.2.3. Dự báo

Việc điều tra mức độ cácbonat hoá bê tông và kiềm hoá bê tông nhằm đưa ra những nhận xét sau:

+ Nhận xét chung về tình trạng ăn mòn bê tông và ảnh hưởng của nó đến mức độ ăn mòn cốt thép trong bê tông (nhận xét định tính).

+ Nhận xét chung về mức độ giảm cường độ bê tông trong lòng kết cấu đã bị rỗng xốp nếu phát hiện thấy nhũ vôi ở bề mặt ngoài.

+ Tính toán định lượng về số năm mà quá trình cácbonát hóa diễn ra sâu đến sát cốt thép và đoán thời điểm bắt đầu gỉ cốt thép. Từ đó kết hợp với các biện pháp khác về đánh giá tốc độ gỉ cốt thép và mức giảm diện tích chịu lực cốt thép.

2.7. THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU

Khi điều tra nhất thiết phải tìm cách xác định một số đặc trưng cơ lý chủ yếu của vật liệu bằng các phương pháp không phá hoại hoặc có phá hoại mẫu.

Các thí nghiệm này được thực hiện trên kết cấu ở hiện trường và trên các mẫu lấy từ kết cấu thực tế đưa về phòng thí nghiệm.

2.7.1. Đặc trưng cơ lý của bê tông đá xây

2.7.1.1. Chỉ tiêu cơ bản cần xác định là mác bê tông thực tế của từng bộ phận kết cấu chịu lực : bản bê tông cốt thép, sườn dầm bê tông cốt thép, vành vòm đá xây, thân mố trụ, cọc bê tông cốt thép vv...

Phương pháp phổ biến ở nước ta hiện nay là dùng súng bật nảy kết hợp máy siêu âm. Nội dung phương pháp đã được nêu trong tiêu chuẩn ngành (ký hiệu 20TCN-171-89) phương pháp không phá hoại sử dụng kết hợp máy đo siêu âm và súng bật nảy để xác định cường độ nén bê tông nặng.

Được phép chỉ dùng súng bật nảy trong giai đoạn điều tra thị sát. ở giai đoạn điều tra chi tiết phải kết hợp cả súng bật nảy và máy siêu âm.

Những trường hợp đặc biệt có thể phải khoan lấy mẫu đưa về nén thử trong phòng thí nghiệm, nếu được phép của cấp có thẩm quyền.

Các kết quả đo phải được xử lý bằng các chuyên gia có đủ kinh ngiệm và thẩm quyền.

Số liệu đo gốc và kết quả xử lý thống kê được ghi trong phụ lục của hồ sơ kiểm định cầu. Số liệu này dùng để tính toán lại kết cấu.

Các phương pháp thử cường độ bê tông có phá hoại bề mặt kết cấu, thử độ dính bám vv... yêu cầu phải có các thiết bị đặc biệt và tài liệu chỉ dẫn riêng, được cấp có thẩm quyền cho phép mới được áp dụng.

Môđun đàn hồi của bê tông, hệ số tỷ lệ mô đun đàn hồi của thép và của bê tông, dùng trong kiểm toán kết cấu được lấy theo đề nghị ở chương kết cấu bê tông cốt thép dựa theo số liệu mác bê tông thực tế đã thí nghiệm được.

2.7.1.2. Đối với đá xây chỉ cần dùng súng bật nảy để thử cường độ, nhận xét loại đá, kết hợp với việc điều tra mạch vữa về cường độ để tra bảng trong tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông, khối xây và đá xây (bảng 6-2 của Quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn năm 1979, Bộ Giao thông vận tải ) chọn cường độ tính toán dùng trong lúc kiểm toán kết cấu.

2.7.2. Đặc trưng cơ lý hoá của thép và cốt thép

Nói chung chỉ cần thí nghiệm trong một số trường hợp cụ thể do cấp thẩm quyền yêu cầu.

Các đặc trưng của thép làm cầu do nước ngoài sản xuất nhập vào Việt Nam sau 1954 đều có thể tra các bảng ở các tài liệu tham khảo.

Các đặc trưng của thép làm cầu do Pháp để lại trước năm 1954 có thể tham khảo Phụ lục của Quy trình này.

Các đặc trưng của cốt thép trong các cầu bê tông xây dựng sau năm 1954 cũng có thể tra bảng tài liệu tham khảo.

Đối với mọi trường hợp không rõ mác cốt thép thì phải lấy mẫu thí nghiệm đưa về phòng thí nghiệm.

Mô đun đàn hồi của thép cầu cũ lấy thống nhất là 2100000 kG/cm² để dùng trong kiểm toán lại kết cấu. Trường hợp đặc biệt phải có số liệu thí nghiệm khác.

2.7.3. Đặc trưng đất nền, khảo sát địa chất công trình

Đối với các cầu cũ mà qua điều tra theo dõi duy tu hàng năm không phát hiện thấy các hư hỏng chuyển vị nghiêm trọng thì không cần khảo sát địa chất.

Trong mọi trường hợp cần thu thập các hồ sơ khảo sát địa chất cũ của cầu.

Đối với những cầu đã phát hiện thấy dấu hiệu nghiêng lún mố trụ rõ rệt hoặc hiện tượng trượt sâu, hoặc cầu nằm trong vùng đất yếu, theo yêu cầu của cấp có thẩm quyền, có thể tiến hành khảo sát địa chất và thí nghiệm bằng các phương pháp từ đơn giản đến phức tạp: phương pháp xuyên tĩnh, phương pháp khoan lấy mẫu v.v... theo các tiêu chuẩn đã ban hành về công tác khảo sát địa chất.

2.7.4. Yêu cầu về thiết bị, cấp độ chính xác của các phép đo và thí nghiệm

2.7.4.1. Các dụng cụ thiết bị chuyên dùng tối thiểu cần phải có trong giai đoạn thị sát gồm có:

- Máy ảnh có đèn chớp và ống kính phù hợp có thể chụp gần các vết hư hỏng và chụp từ xa.

- ống nhòm.

- Kính lúp có vạch chia độ đến 0,05mm để đo độ rộng vết nứt.

- Máy ghi âm.

- Nếu có điều kiện thì mang theo máy quay camera để có thể ghi được đầy đủ tình trạng hư hỏng một cách chi tiết cũng như toàn cảnh của cầu. Khi về nhà có thể làm tài liệu để thảo luận phương án sửa chữa kỹ lưỡng hơn với người ở nhà.

- Đồng hồ đo chuyển vị có vạch chia độ đến 0,01mm kèm theo các bộ gá vạn năng.

- Súng bật nảy để thử cường độ bê tông.

- Bộ thước thép lá đo khe hở, các thước thép 2m và 20m.

Ngoài ra cần một số dụng cụ cơ khí khác thông dụng như búa gõ gỉ, bàn chải sắt, bàn cạo gỉ, đục sắt, dùi nhọn, búa gõ thử đinh tán v.v...

2.7.4.2. Các dụng cụ thiết bị chuyên dùng tối thiểu cần phải có trong giai đoạn điều tra chi tiết gồm có:

- Các dụng cụ và thiết bị cần phải có như ở giai đoạn thị sát.

- Các máy móc trắc đạc : kinh vĩ, máy cao đạc, thước thép, mia, dây dọi v.v...

- Máy siêu âm thử cường độ bê tông và dò vết nứt bê tông.

- Các đồng hồ đo chuyển vị điện tử có hiện số.

- Máy đo độ võng.

- Máy đo ứng - biến và các phụ tùng.

- Các tenxơmet kiểu cơ khí.

- Máy đo chiều dày bê tông bảo hộ và đo đường kính cốt thép trong bê tông.

- Máy Gây-gher hoặc máy Taxtograph đo dao động.

Tất cả các máy đo đều phải được chuẩn lại chính xác trước mỗi đợt đi đo đạc lại hiện truờng.

2.7.4.3. Các thí nghiệm ở hiện trường và trong phòng thí nghiệm phải được thực hiện theo các Tiêu chuẩn kỹ thuật và phương pháp đo đạc đã được cấp có thẩm quyền cho phép ban hành áp dụng.

2.7.4.4. Xử lý thống kê các kết quả thí nghiệm

Kết quả thử cường độ bê tông bằng súng bật nảy và máy siêu âm phải được xử lý bằng phương pháp xác suất thống kê.

- Các kết quả thí nghiệm khác có thể lấy theo giá trị trung bình cộng.

2.8. ĐO ỨNG BIẾN

Dụng cụ đo ứng biến trên kết cấu thép, bê tông có thể là các tenxơmet kiểu cơ khí hoặc máy đo điện với các lá điện trở dán trên bề mặt kết cấu, có cấu tạo và độ chính xác phù hợp với dạng vật liệu kết cấu.

Mọi phép đo phải lặp lại ít nhất ba lần.

Để đo ứng biến của cốt thép chịu kéo trong lòng bê tông, nhất thiết phải đục bỏ tạm thời một đoạn lớp bê tông bảo hộ đủ để gắn thiết bị đo trực tiếp vào cốt thép. Sau này trát lại bằng keo epoxy.

Không được suy diễn từ ứng biến của bê tông vùng kéo ra ứng biến của cốt thép vùng bị kéo.

Các điểm đo ứng biến phải được ghi rõ trong đồ án thiết kế thử nghiệm cầu.

Trên mỗi mặt cắt được đo cần bố trí các điểm đo ứng biến sao cho có thể dựa vào kết quả đo để vẽ sơ họa biểu đồ ứng biến trong mặt cắt và tìm được vị trí thực tế của trục trung hoà trong mỗi trường hợp đặt tải thử nghiệm.

Các phép đo phải do các nhân viên kỹ thuật có tay nghề thành thạo và do các cơ quan có đủ năng lực thí nghiệm đảm nhận tổ chức thực hiện.

2.9. ĐO CHUYỂN VỊ

Các chuyển vị cần đo chủ yếu là :

- Độ võng của các điểm đặc trưng của mỗi kết cấu nhịp (tại mặt cắt 1/4, 1/2.v.v.)

- Độ lún của mặt cắt trên gối của kết cấu nhịp (đo ở đáy kết cấu nhịp).

- Độ lún ở các góc đặc trưng của mỗi mố trụ (đo tại cao độ bệ kê gối, tường đỉnh mố và bệ móng)

- Độ nghiêng lệch so với phương thẳng đứng của đường trục thẳng đứng của trụ, của các bề mặt đứng mố trụ.

- Các chuyển vị nằm ngang dọc cầu của tâm bệ kê gối trên đỉnh mố trụ, của tâm gối, của đầu kết cấu nhịp (đặc biệt ở nơi có gối di động).

- Các chuyển vị nằm ngang của điểm đặc trưng của mặt cắt giữa nhịp (nếu cần thiết).

Trong những trường hợp mà qua giai đoạn thị sát phát hiện những nghi ngờ thì cần tiến hành các phép đo tương ứng do người điều tra đề nghị. Có thể đo độ lún bằng máy cao đạc độ chính xác cao như Ni-004, máy đo độ võng, trường hợp lấy số liệu sơ bộ có thể đo bằng máy cao đạc thông thường với mia có dán thêm giấy kẻ ly để đọc được đến 0,5mm.

2.10. ĐO ĐỘ RỘNG VẾT NỨT

Để theo dõi sự mở rộng vết nứt một cách định kỳ có thể dán các băng thạch cao ngang qua vết nứt đang ở giai đoạn phát triển rồi định kỳ quan sát và thay bằng thạch cao khác nếu cái cũ đã bị nứt đứt. Khoảng thời gian đo định kỳ là hàng tuần hay hàng ngày tuỳ theo mức độ phát triển và tầm quan trọng nguy hiểm của vết nứt.

Để đo độ mở rộng của vết nứt tĩnh phải dùng kính lúp có độ phóng đại 20 lần và vạch chia độ đến 0,05mm.

Để đo độ mở rộng của vết nứt dưới hoạt tải nên dùng đồng hồ chuyển vị có vạch chia độ đến 0,01mm và có các bộ gá chuyên dùng gắn vào hai bên mép vết nứt, đồng hồ ở vị trí vuông góc với vết nứt.

Đối với các vết nứt xuyên dài, nguy hiểm, cần phải đặt một số đồng hồ đo cách nhau dọc theo vết nứt để đo lấy số liệu phân tích.

2.11. ĐO CHU KỲ DAO ĐỘNG, HỆ SỐ XUNG KÍCH

Phép đo được thực hiện bằng các máy đo dao động kiểu Taxtograph hoặc Gâygher hoặc ôxylôgraph, do các nhân viên chuyên nghiệp đảm nhận. Điểm đo thường là giữa nhịp và ở phía dàn chủ hay dầm chủ nào chịu tải nhiều hơn.

Việc đọc và phân tích biểu đồ ghi của máy đo phải được làm bởi ít nhất hai người khác nhau một cách riêng rẽ rồi so sánh các nhận xét để tránh việc phân tích sai do biểu đồ ghi trên băng giấy hay trên phim quá nhỏ.

Khuyến khích việc dùng các máy đo hiện đại hơn có ghi các số liệu lên đĩa từ hoặc băng từ và xử lý kết quả bằng máy tính.

Để theo dõi sự biến đổi ứng suất trong cấu kiện dưới tác dụng của đoàn tàu di động qua cầu có thể dùng các lá điện trở và hệ thống máy đo điện nối với ôxylôgraph để ghi lên phim.

2.12. ĐO HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG HOẠT TẢI

Cần phải đặt máy đo độ võng ở đáy các dầm chủ (dàn chủ) hoặc các dầm dọc tại mặt cắt giữa nhịp để đo các độ võng f_i tại mỗi điểm. Hệ số phân bố ngang thực tế ứng với cách xếp tải đã chọn thực tế của dầm (dàn) thứ j được tính theo công thức tổng quát:

trong đó:

n - Số lượng dầm dàn cùng chịu lực, được đặt máy đo độ võng.

2.13. ĐIỀU TRA CÁC LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP

Các dạng liên kết thường gặp trong cầu thép là liên kết đinh tán, bulông, hàn, bu lông cường độ cao. Các dạng liên kết thường gặp trong cầu bê tông cốt thép lắp ghép là liên kết hàn cốt thép chờ, bản thép chờ rồi đổ bê tông bịt mối nối.

Khi điều tra cần lưu ý xem xét các liên kết này vì đó là nơi dễ phát sinh hư hỏng nhất do các lỗi thiết kế cũng như lỗi thi công và khai thác (ví dụ: chất lượng hàn kém, bê tông bịt mối nối bị co ngót gây nứt).

2.13.1. Điều tra liên kết đinh tán

2.13.1.1. Dạng thường gặp nhất của đinh tán là lỏng đinh tán

Khi điều tra cần lưu ý sự lỏng đinh tán thường do hiện tượng trượt tương đối giữa các bộ phận được ghép nối với nhau bằng đinh tán. Mức độ trượt trên các mặt tiếp xúc phụ thuộc vào cường độ vận chuyển của các đoàn tàu, trạng thái ứng suất trong liên kết , đặc điểm tác dụng động của đoàn tàu.

Mức độ lỏng đinh tán còn phụ thuộc các đặc điểm cấu tạo liên kết, đặc điểm môi trường, chất lượng chế tạo đinh và chất lượng tán đinh.

Khi phát hiện thấy lỏng đinh tán ở một số đinh trong vùng đang điều tra cần coi đó là một hư hỏng nghiêm trọng vì nó sẽ làm tăng tác dụng động lên các bộ phận được nối ghép, làm tăng biến dạng của liên kết và các kết cấu nhịp nói chung, ứng suất tập trung quanh mép lỗ đinh có thể bị tăng đến vài lần so với ứng suất trung bình. Do đó sẽ tăng nguy cơ xuất hiện vết nứt do mỏi, đặc biệt là ở các kết cấu chịu lực đổi dấu do tải trọng lặp hoặc chịu ứng lực kéo thay đổi. Như vậy khi điều tra thấy lỏng đinh tán phải dự kiến đến sự phá hoại nơi cấu kiện được nối ghép bởi các đinh tán đã 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 gỉ và làm tăng sự phát triển của các vết nứt mỏi và vết nứt mỏi - gỉ ở các mép lỗ đinh. Cần dùng kính lúp để tìm các vết nứt ở đó.

2.13.1.2. 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 của các thanh treo nối vào bản nút trên, ở liên kết của các thanh trong hệ giằng liên kết dọc hoặc hệ 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.

2.13.1.3. 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 thép góc cánh trên với bản bụng của dầm dọc, ở các thanh của hệ giằng liên kết dọc giữa hai dầm dọc.

2.13.1.4. Cần chú ý phát hiện mức độ lỏng không đều giữa các đinh trong nhóm đinh. Các đinh ở hàng đinh ngoài cùng chịu lực nhiều nhất sẽ bị yếu trước. Các đinh tán chịu cắt một mặt thường sớm bị lỏng hơn các đinh tán chịu cắt hai mặt.

2.13.1.5. Để phát hiện đinh tán lỏng thoạt tiên quan sát, sau đó nếu nghi ngờ thì dùng búa gõ:

- Nếu nhìn kỹ thấy vết gỉ ở dưới mũ đinh hoặc ở chỗ tiếp xúc các bộ phận nối ghép có thể nghi ngờ đinh lỏng.

- Dùng búa 0,2kg gõ nhẹ đầu mũ đinh, nếu nghi ngờ thì đặt đầu ngón tay ở mũ đinh đối diện và gõ búa lại lần nữa. Nếu đinh tán lỏng thì sẽ cảm nhận đầu mũ đinh bị lắc ngang nhẹ bên dưới ngón tay.

- Cũng có thể kết hợp nghe âm thanh xuất hiện khi đập búa nhẹ vào đinh, nếu đinh lỏng thì nghe âm thanh đục.

2.13.1.6. Sau khi phát hiện các đinh tán bị lỏng yếu, phải đánh dấu sơn và ghi vào phiếu theo dõi, yêu cầu thay ngay các đinh đó bằng bu lông cường độ cao có kích thước tương ứng, như vậy giảm được ứng suất tập trung quanh lỗ đinh và làm chậm lại quá trình lỏng dần đi của các đinh khác xung quanh.

2.13.1.7. Trong Bảng 2-1 và Hình vẽ 2-2 mô tả tóm tắt các hư hỏng đinh tán thường gặp và mức sai hỏng cho phép, nguyên nhân xuất hiện để gợi ý cho cán bộ điều tra.

Hình 2.2. Các hư hỏng đinh tán

Bảng 2-1

2.13.2. Điều tra liên kết bu lông

Liên kết bằng bulông thô có độ chênh đến 1mm giữa đường kính lỗ và đường kính bu lông nên bị biến dạng trượt lớn và chỉ có ở các kết cấu phụ hoặc kết cấu tạm thời. Việc điều tra các liên kết này chủ yếu là xem tình trạng lỏng đai ốc và gỉ ăn mòn bu lông.

Đối với liên kết bằng bu lông tinh chế và chốt (hiện có ở các dàn T66, VN64, VN71) cần điều tra theo các nội dung như đối với liên kết đinh tán và thêm nội dung điều tra về đai ốc, mức xiết chặt đai ốc, mức độ gỉ của bu lông và chốt.

2.13.3. Điều tra liên kết bu lông cường độ cao

Cần điều tra mức độ ép chặt khít giữa các tập bản thép bằng bộ thước thép lá đo khe hở và quan sát. Kiểm tra trạng thái các bu lông, đai ốc và vòng đệm. Chú ý tìm các hư hỏng điển hình như:

+ Mất bu lông.

+ Các tập bản không được 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 quy cách).

Để kiểm tra lực căng của bu lông cường độ cao phải dùng loại cờlê 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 đến 20 bu lông thì kiểm tra 5 bu lông. Nếu số bu lông trong liên kết nhiều hơn 20 bu lông thì số bu lông được chọn kiểm tra là 25% số lượng bu lông đó. Các hư hỏng khác được quan sát và ghi nhận xét tại hiện trường.

2.13.4. Điều tra liên kết hàn

Trên đường sắt có nhiều cầu cũ mà trong chiến tranh đã được sửa chữa khôi phục tạm thời bằng các liên kết hàn. Nhiều cầu mới làm cũng có sử dụng các liên kết hàn. Nhưng do công nghệ hàn và kiểm tra mối hàn chưa 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 phát hiện vết nứt hàn nói trên.

Các vị trí thường xuất hiện các vết nứt mỏi trong các mối hàn cầu thép là:

+ Mối hàn liên kết các sườn tăng cứng với bản bụng của dầm đặc.

+ Các mối hàn đối đầu.

+ Các mối hàn chồng, mối hàn có bản kẹp nối hai phía.

Cần đặc biệt điều tra các dầm thép hình I, đã được dùng làm dầm liên hợp, dầm I chồng và thép bản đã dùng để hàn vá cấu kiện cầu. Có thể chúng được chế tạo bằng loại thép sôi, không chịu hàn, dễ bị phá hoại giòn ở mối hàn. Hư hỏng này nguy hiểm bởi vì nó xuất hiện ngay khi biến dạng còn nhỏ trong phạm vi làm việc đàn hồi.

Trên Hình vẽ 2-3 là các dạng hư hỏng điển hình của mối hàn cần phát hiện và phân loại khi đi điều tra.

Hình 2.3. Các dạng hư hỏng mối hàn

2.13.4.1. Các vết nứt trong mối hàn và trong thép kết cấu quanh đó có thể xuất hiện do chất lượng xấu của thép hàn, do bẩn các mép chuẩn bị hàn với nhau , do xỉ hàn lẫn vào mối hàn. Các vết nứt thường ở gần rãnh cắt, gần chỗ mà mối hàn không thấu, ở các chỗ thay đổi mặt cắt đột ngột. Khi điều tra thấy vết nứt ở mối hàn phải đánh dấu sơn và yêu cầu mài tẩy mối hàn đi rồi hàn lại cho đảm bảo chất lượng.

2.13.4.2. Những chỗ mối hàn không thấu (Hình 2.3c) là nơi có hiện tượng không nóng chảy cục bộ.

Giữa mối hàn và thép kết cấu hoặc giữa các lớp mối hàn khi hàn lần lượt nhiều lớp. Hư hỏng này có thể làm giảm yếu mặt cắt mối hàn đến hơn 50% và cần điều tra kỹ lấy số liệu cho việc tính toán lại kết cấu cũng như kiến nghị việc sửa chữa. Một nguyên nhân của hư hỏng này là do không làm sạch kỹ các mép chuẩn bị hàn hoặc do hàn quá nhanh.

2.13.4.3. Các rìa xờm mối hàn: (Hình 2.2d)

Nguyên nhân là do kim loại bị nóng chảy tràn ra khỏi vị trí mối hàn rồi lan ra phần thép kết cấu chưa bị nung nóng lên quanh mối hàn. Cần kiểm tra kỹ các rìa xờm mối hàn vì chúng thường kèm theo hiện tượng hàn không thấu và các rãnh cắt. Khi que hàn nóng chảy quá nhanh thì một vài chỗ thép kết cấu chưa kịp nóng chảy và bị các rìa xờm mối hàn che lấp các chỗ hàn không thấu ở mép cấu kiện. Hiện tượng này cũng có thể do que hàn di động lệch ra trục mối hàn, lượng 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 tiếp đều đặn phải mài hết các rìa xờm mối hàn, khi nó dày hơn 3mm phải yêu cầu đục tẩy đi mà quan sát tiếp phía dưới.

2.13.4.4. Các rãnh cắt (Hình 2.3d)

Xuất hiện khi hàn với dòng điện quá mạnh và điện áp quá cao khiến cho thép kết cấu bị đốt quá nóng. Các rãnh cắt này nguy hiểm vì gây ra ứng suất tập trung và giảm yếu mặt cắt.

Khi điều tra nếu thấy rãnh cắt không quá 0,5mm đối với bản thép kết cấu dầy đến 10mm, và 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 rãnh cắt sâu hơn nữa phải yêu cầu hàn lại ngay.

2.13.4.5. Các lỗ rỗng và các chỗ lẫn xỉ hàn vào 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 lượng xấu do mép chuẩn bị hàn bẩn, do hàn quá nhanh hoặc 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.

2.13.4.6. Để phát hiện chỗ mối hàn không thấu thường phải quan sát những chỗ mặt cắt mối hàn không đều và có vẩy hàn rõ rệt. Các mối hàn tốt thường có chiều rộng không đổi và các vẩy hàn nhỏ mịn, bề mặt đều đặn, không có rìa xờm là vết cháy.

2.13.4.7. Để kiểm tra kích thước mối hàn, lấy số liệu cho việc tính toán lại kết cấu, phải dùng các bộ thước thép lá và bộ thước đo đặc biệt.

Trong các mối nối cấu kiện chịu kéo hoặc chịu kéo - nén thì chiều cao lồi lên của mối hàn không được lớn hơn 1/10 chiều rộng mối hàn và không được lớn hơn 3mm. Còn trong các cấu kiện chịu nén thì phần lồi lên của mối hàn không được quá 1/5 chiều rộng mối hàn và không quá 4mm.

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 1,5mm khi mối hàn dày đến 8mm, ở trong phạm vi 3mm khi mối hàn dày đến 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.

2.14. ĐIỀU TRA GỐI CẦU

2.14.1. Các loại gối được đề cập ở đây bao gồm gối thép, gối cao su-thép

Khi điều tra cần phải phát hiện xem có các dạng hư 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 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 bị hư hỏng.

- Hộp sắt che bảo vệ gối bị hư hỏng.

2.14.2. 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 và trụ đến các điểm đặc trưng của thớt gối (các góc, các điểm giao giữa các trục của thớt gối vv...)

Vị trí của con quay cũng được kiểm tra bằng cách tương tự. Cao độ các bề mặt thớt gối được kiểm tra bằng máy cao đạc.

Căn cứ vào nhận xét vị trí tương 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 vv...

Nên đo kiểm tra các gối cầu vào lúc trời râm 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 dưới theo hướng dọc cầu được vẽ trên Hình 2-4. Chuyển vị D_n ở nhiệt độ t là :

D_n = (t - t_o)l.a

trong đó :

a - Hệ số nở dài bằng 0,0000118 đối với thép, bằng 0,00001 đối với bê tông.

l - Chiều dài nhịp tính toán nhiệt độ của kết cấu nhịp.

t_o - Nhiệt độ ứng với lúc mà trục con quay và trục thớt gối cần phải trùng nhau.

t_tb- Nhiệt độ trung bình đại số giữa nhiệt độ cao nhất và nhiệt độ thấp nhất
 trong năm.

D_k- Chuyển vị dọc do hoạt tải (đối với kết cấu nhịp thép lấy  ).

Dấu của số hạng thứ hai trong công thức trên được lấy tuỳ theo hướng chuyển vị của con quay do hoạt tải (dấu + khi chuyển vị về phía đầu nhịp, dấu - khi chuyển vị về phía giữa nhịp).

Khi tính toán t_tb thì nhiệt độ hàng năm được xét với dấu của nó. Mức độ lệch bình thường của tâm các con lăn so với trục thớt gối dưới lấy bằng D_n /2.

Sự chênh lệch giữa các chuyển vị đo được thực tế và chuyển vị tính toán của trục con quay đối với trục thớt gối bằng chuyển vị bổ sung, có thể xảy ra do hậu quả của sai sót thi công đặt gối hay do chuyển vị của mố trụ trong quá trình khai thác cầu.

Hình 2.4. Sơ đồ xác định độ xê dịch của con quay (con lăn)  so với thớt gối dưới theo phương dọc cầu

2.14.4. Đối với các kết cấu nhịp dàn nằm dọc theo hướng Bắc - Nam như trên tuyến đường sắt Hà Nội - TP Hồ Chí Minh cần lưu ý là chuyển vị của gối cầu và các hư hỏng của gối cầu đều chịu ảnh hưởng của hiện tượng nung nóng không đều các dàn chủ do bức xạ mặt trời. Do đó toàn kết cấu nhịp dàn có thể bị uốn trong mặt phẳng nằm ngang. Hậu quả là các gối cầu cản trở sự chuyển quay của kết cấu nhịp dàn trong mặt bằng làm xuất hiện các hiện tượng xô lệch, cong vênh, các vết nứt trong khối xây trụ mố và các hư hỏng khác nữa.

2.14.5. Để tìm ra nguyên nhân thực tế của các hư 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.

2.14.6. Khi phát hiện thấy con lăn bị xô lệch phải đề nghị kích nâng kết cấu nhịp lên một đầu để sửa lại con lăn kịp thời.

Nếu phát hiện các bề mặt lăn bị mài mòn không đều, lõm xuống quá 1,0mm phải đề nghị rà lại cho phẳng.

2.14.7. Cần phát hiện xem có tình trạng gối bị cập kênh và gối không bị chặt khít lên bệ kê gối hay không. Hư hỏng loại này sẽ làm tăng tác động xung kích lên kết cấu khi tầu qua cầu, bệ kê gối có thể bị nứt, thớt gối và khối xây trên mố trụ cũng có thể nứt.

Khi phát hiện hư hỏng này cần kiến nghị sửa chữa chêm chèn các bản đệm chì hoặc bơm ép vữa xi măng vào khe hở vv...

2.14.8. 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 như kiểm tra sự trượt 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.

2.15. ĐIỀU TRA CẤU TẠO MẶT CẦU, KHE CO GIÃN

2.15.1. Điều tra mặt cầu

Đối với dạng mặt cầu trần, việc điều tra hiện tượng ray, tà vẹt, liên kết ray với tà vẹt vv... có thể thực hiện ngay trong giai đoạn thị sát.

Đối với dạng mặt cầu có ray đặt trực tiếp lên bản bê tông cốt thép (không có ba lát) cần điều tra kỹ tình trạng các liên kết ray với bản bê tông cốt thép. Các liên kết này thường hư hỏng sớm, bản đệm đàn hồi sớm bị hoá già và mủn rách. Khoảng cách hai ray không được giữ đúng như quy định. Tác dụng động lực của đoàn tàu tăng lên và có nguy cơ tàu bị trật bánh trên cầu.

Đối với dạng mặt cầu có máng ba lát, việc điều tra phần ray và tà vẹt giống như ở trên đường nhưng điều quan trọng hơn là phải điều tra tình trạng lớp phòng nước, ống thoát nước bên dưới ba lát. Khi đó phải cào đá balát ra để quan sát từng phần vào lúc không có tàu qua cầu.

2.15.2. Điều tra khe co giãn

Nội dung điều tra chủ yếu là quan sát và nhận xét tình trạng ngấm nước, khả năng co giãn của khe, mức độ gỉ hỏng của các chi tiết.

2.16. ĐIỀU TRA HOẠT TẢI KHAI THÁC

Yêu cầu điều tra về các loại đầu máy toa xe khai thác thường xuyên trên tuyến có cầu qua các thời điểm lịch sử khác nhau.

2.17. ĐIỀU TRA TÌNH TRẠNG ĐƯỜNG ĐẦU CẦU

Công việc này chỉ thực hiện ở giai đoạn điều tra thị sát và mang tính khái quát về tình trạng đường đầu cầu đảm bảo mức độ êm thuận cho tàu ra vào cầu như thế nào.

2.18. SƠ BỘ PHÂN CẤP TRẠNG THÁI KỸ THUẬT CỦA CẦU

Sau khi điều tra thị sát cũng như sau khi điều tra chi tiết cần phải phân cấp hạng trạng thái kỹ thuật của cầu để định hướng cho công tác sửa chữa gia cố nếu cần thiết.

Phân cấp trạng thái kỹ thuật của cầu như sau :

Cấp 0 : Công trình không cần sửa chữa và chỉ có các hư hỏng nhỏ cá biệt.

Cấp I : Công trình có hư hỏng nhưng có thể khắc phục hoặc ngăn ngừa phát triển bằng việc bảo dưỡng thường xuyên hoặc bằng việc sửa chữa đơn giản (sơn sửa lớp phòng nước, sửa mặt cầu)

Cấp II : Công trình có những hư hỏng ở mức độ phải tiến hành công tác sửa chữa vừa và sửa chữa lớn.

Cấp III: Công trình có các hư hỏng không thể khai thác bình thường được nữa, yêu cầu phải sửa chữa ngay lập tức.

Việc phân cấp hạng trạng thái kỹ thuật cần được đề nghị tương ứng với các hư hỏng ở Bảng 2-2 sau:

Bảng 2-2

2.19. Điều tra hậu quả của động đất, cháy nổ, lở núi

Khi điều tra về lịch sử khai thác cầu, cần đặc biệt lưu ý điều tra về các tai nạn nói trên : thời gian xảy ra, nguyên nhân, diễn biến, hậu quả hư hỏng, các công tác khắc phục đã làm.

Trên cơ sở đó kết hợp phân tích các nguyên nhân hư hỏng của những phần quan sát được và ngoại suy về các hư hỏng có thể có của những phần ẩn giấu trong đất, trong nước do hậu quả của những tai nạn nói trên và định hướng đo đạc tiếp hoặc kiến nghị về điều kiện khai thác tiếp cầu. Đối với các cầu ở gần đường ống dẫn xăng dầu cần chú ý điều tra về tai nạn cháy nổ.

Đối với các cầu qua dòng nước chảy thường xuyên cần chú ý điều tra tình hình dân cư trong vùng dùng mìn đánh cá ở gần cầu có thể gây nguy hiểm cho phần dưới đất và dưới nước của mố trụ cầu. Đối với cầu nằm ở trong vùng đã từng xảy ra động đất cần điều tra về hậu quả của động đất đối với cầu và các công trình ở gần đó. Nếu cầu thuộc loại lớn cần kết hợp tham khảo các cơ quan chuyên môn sâu như 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 cầu dưới tác dụng của động đất, sụt lở núi lớn theo các yêu cầu đặc biệt của các cấp có thẩm quyền.

Chương 3.

TẢI TRỌNG VÀ HỆ SỐ TẢI TRỌNG

3.1. KHÁI NIỆM CHUNG

Các tải trọng liên quan đến công tác kiểm định các cầu đường sắt Việt Nam bao gồm các nhóm: tĩnh tải, hoạt tải thẳng đứng và các tác động kèm theo, tải trọng gió, tải trọng động đất, tải trọng va xô của tàu thuyền trên sông.

Các tải trọng nói trên được xét trong các tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn và tổ hợp tải trọng tính toán để tính toán lại kết cấu cầu và nền móng theo các trạng thái giới hạn. Việc tổ hợp tải trọng khi tính toán kết cấu và nền móng cầu sẽ tuân theo quy định trong quy trình thiết kế cầu hiện hành.

Hoạt tải đoàn tàu thực tế đang hoạt động trên các tuyến đường sắt được lấy tùy theo thực tế và quy định của Đường sắt Việt Nam.

Hoạt tải đoàn tàu đơn vị chuẩn T-1 lấy theo sơ đồ hoạt tải tương đương đoàn tàu tiêu chuẩn T-Z đã được quy định trong “Quy trình Thiết kế cầu cống theo các trạng thái giới hạn” của Bộ Giao thông vận tải ban hành năm 1979 với trị số Z = 1^T.

3.2. TĨNH TẢI

3.2.1. Tải trọng tiêu chuẩn thẳng đứng do trọng lượng kết cấu nhịp bê tông, đá xây, bê tông cốt thép, thép (bao gồm cả hệ kết cấu tầng trên của đường sắt trên cầu: balát, ray, tà vẹt, phụ kiện) được xác định theo kích thước thực tế của các bộ phận kết cấu nhịp và tỷ trọng vật liệu tương ứng.

3.2.2. Tỷ trọng các loại vật liệu được lấy như sau:

Balát đá                                                1,7 T/m³

Balát đá cùng với tà vẹt, ray                  2,0 T/m³

Bê tông cốt thép                                   2,5 T/m³

Bê tông nặng thông thường                   2,35 T/m³

Thép                                                     7,85 T/m³

Gỗ                                                        0,7 T/m³

Tĩnh tải do trọng lượng bản thân kết cấu nhịp được coi là phân bố đều dọc nhịp cầu.

3.2.3. Trọng lượng thép của kết cấu nhịp, của các thiết bị trên cầu được xác định theo kết quả đo vẽ khảo sát thực tế. Nếu không có các số liệu đo vẽ đủ mức tin cậy thì có thể căn cứ vào các hồ sơ thiết kế cầu cũ tương ứng nhưng phải xét thiên về an toàn và nêu rõ căn cứ trong bản thuyết minh tính toán.

3.2.4. Trong các tính toán, sự phân chia tĩnh tải cho các bộ phận kết cấu chủ và kết cấu phụ được lấy theo các phương pháp tính toán hệ số phân bố ngang thông thường, phù hợp với trình tự thi công kết cấu. Phải nêu rõ các căn cứ và giả thiết về sự phân bố này trong bản thuyết minh tính toán.

3.2.5. Tải trọng do áp lực ngang của đất và nước tác dụng lên tường chắn được tính toán như đối với kết cấu cầu mới theo các quy định trong Quy trình Thiết kế cầu hiện hành.

Các trị số góc ma sát trong tiêu chuẩn của đất j^tc, tỷ trọng đất đắp g^tc phải lấy theo số liệu điều tra khoan lấy mẫu đất thực tế sau mố. Trường hợp không có đủ số liệu điều tra, được phép lấy như quy định của Quy trình Thiết kế cầu hiện hành.

3.2.6. Hệ số tải trọng đối với trọng lượng bản thân của balát cùng với tà vẹt và ray lấy bằng 1,3.

Hệ số tải trọng đối với trọng lượng bản thân của các bộ phận kết cấu (trừ phần balát cộng với tà vẹt, ray) được lấy bằng 1-1.

Hệ số tải trọng đối với áp lực của đất lấy theo Quy trình Thiết kế cầu hiện hành.

3.3. HOẠT TẢI ĐOÀN TÀU VÀ CÁC TÁC ĐỘNG CỦA ĐOÀN TÀU

3.3.1. Hoạt tải đoàn tàu thực tế tương ứng với các loại đầu máy đang chạy trên tuyến được lấy theo quy định của Đường sắt Việt nam.

Trường hợp đầu máy chưa được đề cập đến trong tài liệu nói trên phải lấy theo các số liệu trong lý lịch kỹ thuật của đầu máy thực tế về tải trọng trục và sự phân bố tải trọng các trục.

3.3.2. Tính toán đẳng cấp của các đoàn tàu thực tế ứng với mỗi đường ảnh hưởng nội lực các bộ phận kết cấu chịu lực, sử dụng các số liệu của tải trọng rải đều tương đương đoàn tàu đơn vị chuẩn T-1 nêu trong phụ lục 4-1.

3.3.3. Hệ số xung kích được dùng trong tính toán lại các kết cấu nhịp thép và bê tông cốt thép lấy theo Quy trình Thiết kế cầu hiện hành. Khi có các số liệu thử tải động thực tế của cầu đang được xét thì phải tính toán lại theo trị số thực đo được của hệ số xung kích.

3.3.4. Trong các tính toán lại về mỏi, hệ số xung kích (1 + m) được giảm xuống còn bằng (1 + 2/3m) bằng cách xét thêm hệ số chuyển đổi q (Phụ lục 4)

3.3.5. Hệ số tải trọng đối với các đoàn tàu trong mọi tổ hợp tải trọng lấy bằng 1,15 (không phụ thuộc chiều dài đặt tải), kể cả tải trọng thẳng đứng đoàn tàu, lực hãm và lực ly tâm.

3.3.6. Tải trọng do lực ly tâm của đoàn tàu được tính toán khi kết cấu nhịp nằm trên đoạn tuyến cong. Quy ước coi đó là tải trọng nằm ngang rải đều q_c đặt ở chiều cao 2,0 m kể từ đỉnh ray và hướng theo bán kính về phía tâm của đoạn tuyến cong.

Khi xác định đẳng cấp của kết cấu nhịp, ảnh hưởng của lực ly tâm được tính với hệ số Y_c (Phụ lục 18).

Tải trọng do lực ly tâm lấy bằng C_o phần trăm của hoạt tải cho phép cần tìm không kể hệ số xung kích:

C_o =  nhưng > 15%

trong đó:

V - Tốc độ tính toán của đoàn tàu, km/h.

r_o - Bán kính đoạn tuyến cong, m.

Khi tính toán kết cấu nhịp cầu trên đoạn tuyến cong, không xét đến các vấn
đề sau:

- Mức độ xê dịch trọng tâm đoàn tàu về phía tâm đường cong do có siêu cao.

- Mức độ xê dịch thực tế của tim đường so với tim dọc kết cấu nhịp trong những trường hợp mà tim đường cũng xê dịch về phía tâm đường cong.

3.3.7. Tải trọng do lực hãm hoặc lực khởi động đoàn tàu quy ước là tải trọng nằm ngang hướng dọc nhịp cầu, đặt ở chiều cao 2,0 m so với đỉnh ray.

Khi tính đẳng cấp kết cấu nhịp, ảnh hưởng của lực hãm được xét đến bằng hệ số YT (xem Chương 4). Tải trọng do lực hãm hoặc khởi động lấy bằng 10% trọng lượng hoạt tải cho phép cần tìm mà không kể đến hệ số xung kích.

Trong tính toán không xét đến mô men và áp lực thẳng đứng ở nút gối của dàn truyền lực hãm ở cao độ tim của biên dàn có đặt tải.

Tính toán kết cấu nhịp đường sắt đôi thì tải trọng do lực hãm hay lực khởi động từ một đường sắt và hoàn toàn truyền lên biên dàn nào gần nhất so với đường sắt đó.

3.4. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN VỈA HÈ TRÊN CẦU

3.4.1. Cường độ tải trọng tiêu chuẩn thẳng đứng tác dụng trên vỉa hè cầu bê tông cốt thép đường sắt có máng balát lấy bằng 1,000 T/m².

3.4.2. Cầu đi chung đường sắt và đường ô tô, cường độ tải trọng tiêu chuẩn thẳng đứng tác dụng trên vỉa hè lấy bằng 0,3 T/m².

3.4.3. Hệ số tải trọng đối với tải trọng tác dụng trên vỉa hè của cầu lấy bằng 1,4.

3.5. HOẠT TẢI Ô TÔ VÀ CÁC TÁC ĐỘNG DO Ô TÔ

3.5.1. Loại hoạt tải ô tô tiêu chuẩn được quy định trong nhiệm vụ kiểm định cho mỗi trường hợp cầu đi chung đường sắt và đường bộ.

3.5.2. Trị số tải trọng rải đều tương đương và các đặc trưng kỹ thuật của hoạt tải ô tô tiêu chuẩn H10, H13, H30 và xe xích X60, xe bánh nặng XB-80 lấy theo Quy trình Thiết kế cầu hiện hành.

3.5.3. Trường hợp cần tính toán cầu đi chung đường sắt - đường ô tô dưới tải trọng ô tô khác, cần phải tuân theo quy định riêng của cấp có thẩm quyền đối với tải trọng ô tô cụ thể áp dụng riêng cho cầu đang được xét.

3.5. Tải trọng gió

3.5.1. Cường độ tiêu chuẩn của tải trọng gió nằm ngang theo hướng ngang nhịp cầu (T/m²) đối với các bộ phận kết cấu nhịp và đoàn tàu trên cầu là:

W_n = q_o.K_h.C_w

trong đó:

q_o - áp lực do gió (T/m²), lấy theo các quy định của Quy trình Thiết kế hiện hành.

K_h - Hệ số, xét đến sự thay đổi áp lực gió tuỳ theo chênh lệch độ cao của các bộ  phận kết cấu nhịp và đoàn tàu trên cầu so với cao độ mức nước thấp nhất  hoặc so với cao độ mặt đất.

C_w - Hệ số khí động học của sức cản mặt bên đối với cấu kiện của kết cấu nhịp (dàn chủ, phần xe chạy) hoặc đối với đoàn tàu.

Hệ số K_h và C_w theo chỉ dẫn trong Phụ lục 17.

Trị số của W_n tính được theo công thức nói trên phải lấy không nhỏ hơn 0,125 T/m².

3.5.2. Cường độ rải dọc nhịp của tải trọng gió nằm ngang tiêu chuẩn tác dụng lên các biên dàn (T/m) là:

trong đó:

F_v- Diện tích bề mặt hứng gió tính toán (m²), lấy như sau:

+ Đối với dàn chủ (F_v1): là phần diện tích được hạn chế trong đường bao lý  thuyết quanh dàn, nhân với hệ số chắn gió, bằng:

0,20, đối với dàn tam giác, dàn có thanh chéo hoặc dàn có mạng hình thoi

0,25, đối với dàn có các đôi thanh xiên bắt chéo nhau.

0,30, đối với dàn có mạng các thanh xiên bắt chéo nhau.

+ Đối với phần xe chạy (F_v2): lấy bằng bề mặt bên tổng cộng của các dầm dọc, mặt cầu và ray, mà không bị các thanh biên của dàn chủ che khuất gió.

+ Đối với dầm chủ đặc bụng: lấy bằng bề mặt của bên dầm chủ hứng gió.

+ Đối với đoàn tàu (F_v3): lấy bằng diện tích hình chữ nhật cao 3 m với tâm áp lực gió đặt ở chiều cao 2 m so với đỉnh ray.

h_o - Hệ số phân bố tải trọng gió cho các biên dàn chủ, lấy theo Bảng 3-1

l_v - Nhịp tính toán của dàn liên kết dọc trên hay dàn liên kết dọc dưới nằm ngang, bằng khoảng cách giữa các nút trên và nút dưới của khung cổng cầu, (m)

Nếu sau khi tính toán được đẳng cấp của các thanh biên, của chân khung cổng cầu dàn thép hoặc của gối cầu, tương ứng với cường độ tiêu chuẩn của áp lực gió, và qua so sánh thấy nhỏ hơn đẳng cấp của tải trọng thì phải xác định lại tải trọng gió theo áp lực gió thực tế ở cầu đang xét, áp lực gió thực tế phải lấy theo tài liệu của Trạm khí tượng khu vực cầu.

Hệ số phân bố tải trọng gió h_o

Bảng 3-1

3.5.3. Hệ số tải trọng đối với tải trọng gió lấy bằng n_v = 1,5

3.6. CÁC HỆ SỐ KHÁC DÙNG TRONG TÍNH TOÁN

Ngoài các hệ số tải trọng, hệ số xung kích, hệ số phân bố ngang, trong các tính toán phải tùy trường hợp xét đến một số hệ số dưới đây:

3.6.1. Hệ số tổ hợp tải trọng h:

Khi tính toán xét kết hợp tải trọng thẳng đứng của đoàn tàu với áp lực gió và lực hãm xe (hoặc chỉ với áp lực gió), phải xét hệ số tổ hợp tải trọng h như sau:

- Lấy h_K = 0,95 đối với tải trọng thẳng đứng do đoàn tàu

- Lấy h_K = 0,80 đối với lực hãm

- Lấy h_K = 0,50 đối với tải trọng gió

Đối với cầu đường sắt đôi, khi đặt tải đồng thời lên cả hai đường sắt trên cầu thì tải trọng đoàn tàu ở gần dàn chủ (dầm chủ) đang xét sẽ được tính với hệ số h_K = 1, còn đoàn tàu thứ hai sẽ được tính với hệ số bằng 0,9 nếu chiều dài đặt tải £ 25 m.

3.6.2. Các hệ số điều kiện làm việc m

Hệ số làm việc m được đưa vào các công thức tính toán cụ thể để xét đến các đặc điểm làm việc của kết cấu cụ thể. Bảng 3-2 nêu các hệ số khi tính kết cấu nhịp thép. Đối với kết cấu bê tông cốt thép lấy theo Chương 5.

Các hệ số điều kiện làm việc m

Bảng 3-2

3.6.3. Hệ số uốn dọc đối với các cấu kiện thép

Khi tính toán các cấu kiện chịu nén đúng tâm hoặc nén lệch tâm, phải xét hệ số uốn dọc j.

Hệ số j đối với cấu kiện thép được xác định theo Phụ lục 5, phụ thuộc vào độ mảnh l_o và độ lệch tâm tương đối tính đổi trong mặt phẳng uốn i

Đối với cấu kiện thép có mặt cắt đặc

trong đó:

l_o - Chiều dài tự do của cấu kiện, (cm)

 - Bán kính quán tính mặt cắt, (cm)

F, I - Diện tích và mômen quán tính của mặt cắt nguyên của cấu kiện

Đối với cấu kiện thép có mặt cắt tổ hợp thì phải xác định độ mảnh tính đổi theo chỉ dẫn ở Chương 4.

Độ lệch tâm tương đối tính đổi đối với cấu kiện nén đúng tâm: i = 0; đối với cấu kiện nén lệch tâm và cấu kiện nén đúng tâm nhưng đã bị cong vênh, lấy:

trong đó:

e_o - Độ lệch tâm lớn nhất hoặc đường tên f của đoạn cong trong mặt phẳng  uốn, (cm)

r - Bán kính lõi, lấy theo hướng đối diện với độ lệch tâm e_o (cm)

W - Mô men chống uốn của mặt cắt nguyên được tính với thớ chịu nén nhiều  nhất, (cm)

F - Diện tích của mặt cắt nguyên của cấu kiện (cm²)

3.6.4. Hệ số uốn dọc đối với cấu kiện bê tông cốt thép lấy theo chỉ dẫn ở Chương 4.

3.6.5. Hệ số uốn dọc đối với cấu kiện bê tông và đá xây lấy theo chỉ dẫn ở Chương 6.

3.6.7. Hệ số giảm cường độ tính toán vật liệu khi tính về mỏi g

Các cấu kiện thép, hệ số g lấy theo chỉ dẫn ở Phụ lục 6 phụ thuộc vào hệ số hiệu quả tập trung ứng suất b (Phụ lục 7)

Các cấu kiện thép mà chịu nén là chủ yếu thì các hệ số g và j không được xét đồng thời ( bởi vì chúng liên quan đến các trạng thái giới hạn khác nhau).

3.7. TẢI TRỌNG VA XÔ CỦA TÀU THUYỀN

Kiểm toán lại mố trụ và nền móng của các cầu trên sông có vật trôi hoặc sông có thông thuyền, phải xét tải trọng va xô tàu thuyền tác dụng lên trụ cầu ở mức nước thông thuyền cao nhất.

Trị số của tải trọng này được lấy theo Quy trình Thiết kế cầu mới hiện hành, hoặc theo các quy định riêng của cấp có thẩm quyền đối với cầu đang được kiểm định.

3.8. LỰC MA SÁT GỐI CẦU

Khi kiểm toán mố trụ cầu, lực ma sát gối cầu được lấy theo Quy trình Thiết kế cầu mới hiện hành.

3.9. CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG

Khi tính toán ứng suất và biến dạng các bộ phận kết cấu dưới các tải trọng khai thác nhằm phục vụ cho công tác thử tải cầu, phải xét các tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn (không nhân hệ số tải trọng và hệ số xung kích hoạt tải).

Khi tính toán đẳng cấp cầu và tính toán lại kết cấu theo các trạng thái giới hạn về ổn định vị trí hoặc ổn định hình dáng, phải tính toán theo các tổ hợp tải trọng tính toán (có nhân các hệ số tải trọng và hệ số xung kích).

Đối với cầu đi chung đường sắt và đường ô tô mà tổ hợp tải trọng bất lợi là đặt tải đồng thời trên cả đường sắt và mặt cầu đường ô tô thì hoạt tải thẳng đứng tiêu chuẩn được giảm 25%.

Chương 4.

KẾT CẤU NHỊP THÉP

4.1. NHỮNG QUY ĐỊNH CHUNG

4.1.1. Mục đích, nội dung

Nội dung của Chương này bao gồm những chỉ dẫn tính toán nhằm:

- Xác định năng lực chịu tải của các loại kết cấu nhịp thép thông dụng bằng phương pháp phân đẳng cấp.

- Tính toán trạng thái ứng suất biến dạng của kết cấu nhịp thép dưới tác dụng của một dạng hoạt tải đoàn tàu nào đó đã định trước (ví dụ đoàn tàu để thử cầu, các loại đầu máy, toa xe đặc biệt vv…)

4.1.2. Các trạng thái giới hạn

Năng lực chịu tải của kết cấu nhịp được xác định bằng tính toán theo hai trạng thái giới hạn. Trạng thái giới hạn thứ nhất về cường độ, ổn định, độ chịu mỏi. Trạng thái giới hạn thứ hai về biến dạng (độ võng). Không tính theo trạng thái giới hạn thứ ba về chống nứt.

Đối với kết cấu nhịp dầm thép hay trong bộ phận của chúng, có vết nứt hoặc các khuyết tật khác, khi xác định năng lực tải trọng của kết cấu nhịp phải xét đến ảnh hưởng của vết nứt hoặc khuyết tật theo quy định ở Điều 4.5 của Chương này.

4.1.3. Tải trọng và hệ số

Trong tính toán phải tuân theo các quy định về tải trọng và các hệ số đã nêu ở Chương 3.

Đẳng cấp tải trọng của mỗi bộ phận của kết cấu nhịp, theo từng trường hợp tính toán, tính theo Điều 4.1.6. Trong đó, trị số hoạt tải rải đều tương đương cho phép sẽ xác định theo các công thức tương ứng. Đẳng cấp tải trọng của kết cấu nhịp (dầm, dàn) là đẳng cấp nhỏ nhất trong các bộ phận đối với mọi trường hợp tính toán.

Khi duyệt ứng suất biến dạng của kết cấu nhịp dưới tác dụng của một đoàn tàu cho trước (đoàn tàu thử cầu hoặc đoàn tàu đặc biệt cần qua cầu) được phép dùng phương pháp tính theo ứng suất cho phép.

Các tài liệu ban đầu để tính toán:

Trước khi tính toán phải thu thập các số liệu ban đầu theo các quy định đã nêu của Chương 2.

4.1.4. Phân loại các kết cấu nhịp thép hiện có trên đường sắt Việt Nam: đơn vị đo lường

Các kết cấu nhịp dàn thép được phân nhóm như sau:

- Nhóm 1: Dàn hở, nhịp giản đơn, do Pháp xây dựng trước năm 1954.

- Nhóm 2: Dàn kín, nhịp giản đơn, do Pháp xây dựng trước năm 1954.

- Nhóm 3: Dàn nhịp liên tục hoặc nhịp hẫng có nhịp đeo do Pháp xây dựng trước năm 1954.

- Nhóm 4: Dàn hở, nhịp giản đơn, do Việt Nam xây dựng sau năm 1954. (Ví dụ dàn VN-64, VN-64-71)

- Nhóm 5: Dàn kín. nhịp giản đơn, liên kết bằng đinh tán.

- Nhóm 6: Dàn kín, nhịp giản đơn, liên kết bằng bu lông cường độ cao.

- Nhóm 7: Dàn có đường xe chạy trên (Ví dụ: T66)

- Nhóm 8: Các loại dàn khác.

Các kết cấu nhịp dầm thép được phân nhóm như sau:

- Nhóm 1: Dầm thép hình I đơn hoặc I ghép (đôi; ba; chồng), có mặt cầu trần được xây dựng sau năm 1954.

- Nhóm 2: Dầm I hoặc II kiểu tổ hợp từ các thép góc và thép bản bằng liên kết đinh tán, có mặt cầu trần do Pháp xây dựng trước năm 1954.

- Nhóm 3: Dầm thép liên hợp bản BTCT.

- Nhóm 4: Dầm thép bản mặt cầu BTCT không liên hợp.

Việc phân loại như trên căn cứ vào lịch sử xây dựng và cấu tạo để thuận liện cho việc thống nhất hóa trong các công tác điều tra khảo sát, tính toán lại và sửa chữa gia cố cầu.

Các đơn vị đo lường:

Quy ước các đơn vị đo lường chủ yếu được sử dụng trong các công thức của Chương này như sau:

- Đơn vị đo lực: Tấn (T)

- Đơn vị đo dài: Mét (m)

- Các đơn vị dẫn xuất khác sẽ được suy ra từ đơn vị kg và cm, người tính toán sẽ tự điều chỉnh công thức cho phù hợp ý nghĩa vật lý của công thức gốc đã nêu ra trong Quy trình này.

4.1.5. Các đặc trưng hình học của mặt cắt cấu kiện, của các mối nối và của các liên kết:

4.1.5.1. Các đặc trưng hình học của mặt cắt cấu kiện thép, của mối nối và của các liên kết đinh tán, bu lông, mối hàn), có xét giảm yếu do gỉ và do các hư hỏng khác (được ký hiệu chung là G) được lấy như sau:

G = F - Diện tích tính toán mặt cắt ngang cấu kiện khi chịu kéo đúng tâm (m²).

G = W – Mô men kháng uốn tính toán của mặt cắt ngang cấu kiện chịu uốn (m²).

G = - Đặc trưng tính toán khi tính toán ứng suất tiếp trong bản bụng của dầm (m²).

d - Chiều dày bản bụng dầm ở mặt cắt được xét (m)

I_p – Mô men quán tính mặt cắt nguyên cấu kiện dầm, lấy đối với trục trung hòa của nó (m⁴)

S_p - Mô men tĩnh của phần mặt cắt nguyên bị tách ra bởi thớ được xét tính toán ứng suất tiếp, lấy đối với trục trung hòa (m³)

Cấu kiện bị giảm yếu do lỗ đinh được tính toán về cường độ và độ bền mỏi theo mặt cắt thu hẹp, còn khi tính toán về ổn định thì theo mặt cắt nguyên.

Cấu kiện có liên kết ma sát dùng bulông cường độ cao phải tính toán về cường độ theo mặt cắt có xét thu hẹp còn về ổn định và về độ bền mỏi theo mặt cắt nguyên.

Liên kết hỗn hợp vừa có đinh tán, vừa có bu lông cường độ cao được tính toán như liên kết đinh tán.

Sự giảm yếu diện tích mặt cắt có đinh tán hoặc bu lông cường độ cao bố trí so le được xét theo mặt cắt phá hủy dự đoán: theo mặt cắt vuông góc với trục cấu kiện hoặc mặt cắt gẫy khúc tùy theo mặt cắt nào có diện tích tính toán nhỏ hơn.

Nếu các phần khác nhau của một cấu kiện bị giảm yếu khác nhau ở các mặt cắt do lỗ đinh thì cần kiểm toán mặt cắt kết hợp có xét đến diện tích tính đổi của đinh tán (hoặc bu lông cường độ cao) bố trí trên một hàng theo mỗi nhánh một cách so le, được tính toán có xét đến đủ các lỗ.

Khi tính toán liên kết đinh tán, lấy đường kính tính toán là đường kính lỗ đinh.

Diện tích tính toán của mối nối hay của liên kết theo mặt cắt phá hoại dự đoán là:

G = F_ph

Trong đó:

F_ph - Diện tích tính toán phần thu hẹp của cấu kiện (bản phủ) trong mặt cắt phá hoại F_th, hoặc diện tích tính toán tính đổi của đinh tán (bu lông cường độ cao), mối hàn liên kết F_o.

Đối với mỗi phần cấu kiện được lấy trị số nào nhỏ hơn trong hai trị số F_th và F_o.

4.1.5.2. Diện tích tính toán tính đổi F_o của đinh tán, bu lông, bu lông cường độ cao, mối hàn (m²) là:

Khi dùng liên kết đinh tán, bu lông:

F_o =

- Khi dùng liên kết bu lông cường độ cao:

F_o =

- Khi dùng liên kết hàn:

F_w = s.F_mh

Trong đó:

n₃ – Số lượng đinh tán, bu lông

n_b - Số lượng bu lông cường độ cao trong liên kết ma sát

- Diện tích tính toán tính đổi của một đinh tán, bu lông tinh chế (m²) được xác định theo Phụ lục 2 theo điều kiện chịu lực của đinh tán (bu lông): chịu cắt một mặt, chịu cắt hai mặt, chịu ép mặt, chịu nhổ đầu.

1/mb, 1/mb_(p) - Diện tích tính toán tính đổi (m²) của một bu lông cường độ cao theo lực ma sát ở một bề mặt tiếp xúc trong liên kết ma sát (xem Phụ lục 2).

s - Hệ số để tính toán mối hàn (m²) (xem Phụ lục 3).

F_mh - Diện tích mối hàn (m²) (xem Phụ lục 3).

Các liên kết đinh tán cũ đã được tăng cường bằng bu lông cường độ cao sẽ được tính toán theo điều kiện chịu cắt hay chịu ép mặt của đinh tán có xét đến số lượng tổng cộng của các đinh tán và bu lông cường độ cao. Khi đó diện tích tính toán tính đổi tương ứng của các đinh tán sẽ căn cứ từ một bu lông (một đinh tán). Trong trường hợp đã thay thế mọi đinh tán bằng bu lông cường độ cao và có tháo gỡ liên kết cũ để tạo mặt ma sát tiếp xúc thì liên kết mới sẽ được tính toán như liên kết ma sát theo diện tích tính toán tính đổi của bu lông cường độ cao.

Các liên kết đinh tán cũ đã được tăng cường bằng hàn chỉ được tính toán theo diện tích tính toán của riêng đinh tán hoặc của riêng mối hàn (trong tính toán sẽ lấy trị số nào lớn hơn). Tuy nhiên trường hợp này chỉ sử dụng lúc cứu chữa đảm bảo giao thông sau đó phải có kế hoạch thay thế ngay.

4.1.6. Nguyên tắc tính toán năng lực chịu tải của kết cấu nhịp thép bằng phương pháp phân đẳng cấp:

Khi xác định năng lực chịu tải của kết cấu nhịp và điều kiện khai thác phải xét đến:

- Dạng cấu tạo của kết cấu nhịp và các bộ phận

- Loại vật liệu thép và các tính chất cơ học

- Hiện trạng của kết cấu, các hư hỏng

- Chất lượng chế tạo và thi công kết cấu nhịp

- Sự làm việc thực tế của kết cấu nhịp dưới các tải trọng

- Kho giới hạn thực tế của kết cấu nhịp

- Vị trí cầu (trên mặt bằng, trên trắc đạc, phạm vi ga…)

- Các kết quả thí nghiệm cầu (nếu có)

- 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 cường độ, ổn định hình dáng và mỏi.

Đẳng cấp của một cấu kiện kết cấu nhịp được tính toán theo công thức:

K =

Trong đó:

l + m - Hệ số xung kích

k – Hoạt tải rải đều tương đương cho phép (T/m) tính theo các điều kiện của trạng thái giới hạn thứ nhất.

k - Hoạt tải rải đều tương đương của đoàn tàu đơn vị chuẩn

Các trị số k và k₁ được tính với cùng một đường ảnh hưởng đang được xét (cùng độ dài và vị trí đỉnh đường ảnh hưởng).

Đẳng cấp của một cấu kiện được lấy là trị số nhỏ nhất trong số các trị số đẳng cấp của nó đã tính được theo các điều kiện khác nhau. Đẳng cấp của kết cấu nhịp lấy theo đẳng cấp thấp nhất của các cấu kiện.

Đẳng cấp của đoàn tầu thực tế được tính theo Điều 4.7.

So sánh đẳng cấp của kết cấu nhịp và đẳng cấp đoàn tàu thực tế sẽ cho phép kết luận về khả năng thông qua cầu của đoàn tầu thực tế đang xét.

4.2. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU KẾT CẤU NHỊP THÉP

4.2.1. Các đặc trưng cường độ cơ bản của thép:

Trong Bảng 4-1 nêu các đặc trưng cường độ của thép do Pháp sản xuất và cường độ chịu kéo, nén R_a và chịu uốn R_u khi không có số liệu thí nghiệm của kết cấu nhịp cụ thể đang được xét.

Trong Bảng 4-2 nêu các đặc trưng cường độ của các loại thép do Nga sản xuất.

Đối với mọi loại thép mà không rõ nguồn gốc và mác thép đều phải lấy mẫu thép thực tế từ các bộ phận kết cấu đưa về phòng thí nghiệm để thí nghiệm. Các thí nghiệm phải được làm theo quy định của tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 197-66 nhằm xác định các chỉ tiêu sau đây:

+ Giới hạn phá hủy kéo.

+ Giới hạn chảy quy ước (ứng với độ dãn dài tương đối 0,2%).

+ Độ dãn dài tương đối sau khi kéo đến đứt.

+ Độ thắt tương đối sau khi kéo đến đứt.

+ Mô đun đàn hồi.

+ Độ cứng Brinel.

Các thí nghiệm phải do các cơ quan có tư cách pháp nhân về thí nghiệm tiến hành.

Đặc trưng của thép cũ do Pháp sản xuất

Bảng 4-1

(Chỉ dùng cho trường hợp không có điều kiện lấy được mẫu thép để thí nghiệm)

Đặc trưng của thép do Nga sản xuất

Bảng 4-2

Căn cứ vào kết quả thí nghiệm mẫu, trị số cường độ tính toán cơ bản được lấy bằng trị số nào nhỏ hơn trong hai trị số sau:

+ 80% của giới hạn chảy

+ 50% của giới hạn phá hủy

4.2.2. Cường độ tính toán cơ bản của mối hàn

Bảng 4-3 nêu cường độ tính toán cơ bản của mối hàn tay bằng que hàn thông thường. Riêng đối với loại mối hàn ngửa, các trị số lấy theo Bảng 4-3 phải giảm đi 10%.

Cường độ tính toán cơ bản của mối hàn

Bảng 4-3

4.2.3. Các cường độ dẫn xuất

Trị số tính toán của các cường độ dẫn xuất của thép làm cầu được tính bằng cách nhân trị số cường độ tính toán cơ bản của thép R với các hệ số chuyển đổi tương ứng ghi trong Bảng 4-4.

Trị số tính toán của các cường độ dẫn xuất của thép làm đinh tán và bu lông lấy bằng tích của cuờng độ tính toán cơ bản với các hệ số chuyển đổi tương ứng trong Bảng 4-5

Hệ số chuyển đổi đối với các cường độ dẫn xuất của thép làm kết cấu

Bảng 4-4

Hệ số chuyển đổi đối với các cường độ dẫn xuất của thép làm đinh tán, bu lông tinh chế và bu lông cường độ cao

Bảng 4-5

4.2.4. Mô đun đàn hồi của thép

Trị số tính toán của mô đun đàn hồi đối với mọi loại thép làm cầu được lấy bằng 2.100.000 kG/cm² – 21.000.000 T/m²)

4.2.5. Cường độ tính toán của bu lông cường độ cao trong kết cấu cầu cũ

Trong tiêu chuẩn ngành 22TCN 24-84 (Quy trình thi công và nghiệm thu dầm cầu thép liên kết bằng BLCĐC) có quy định về khả năng chịu lực của một BLCĐC trong liên kết ma sát cho một mặt tiếp xúc. Đã có các quy định ứng với hệ số ma sát thấp nhất là 0,35 và hệ số đồng nhất thấp nhất là 0,678.

Đối với cầu cũ, lấy hệ số ma sát là 0,3 trong tính toán

4.3. DẦM ĐẶC CHỦ VÀ DẦM HỆ MẶT CẦU ĐƯỜNG ĐƠN TRÊN ĐOẠN TUYẾN THẲNG

4.3.1. Các nội dung cần tính toán

Đối với dầm đặc chủ và các dầm trong hệ mặt cầu của cầu đường sắt đơn trên đoạn tuyến thẳng phải tính toán đẳng cấp cũng như kiểm toán dưới tải trọng thử cầu theo các nội dung sau:

- Tính toán theo ứng suất pháp

- Tính toán theo ứng suất tiếp

- Tính toán về cường độ của đinh tán hoặc bu lông tinh chế, của mối hàn để liên kết bản bụng với bản cánh của dầm.

- Tính toán ổn định chung của dầm

- Tính toán ổn định cục bộ của bản bụng dầm

- Tính toán ổn định cục bộ của bản bụng có sườn đứng tăng cường ở mặt cắt gối dầm.

- Tính toán về mỏi

- Tính toán mối nối (nếu có)

Ngoài ra, đối với các dầm dọc và dầm ngang của hệ mặt cầu, phải tính toán thêm các nội dung sau:

- Tính toán liên kết dầm dọc và dầm dọc cụt với dầm ngang.

- Tính toán liên kết giữa dầm ngang và dầm chủ

4.3.2. Tính toán về cường độ theo ứng suất pháp

4.3.2.1. Tính toán hoạt tải rải đều tương đương cho phép

Trong tính toán, các mặt cắt phải xét bao gồm:

- Đối với dầm chủ và dầm dọc mặt cầu:

+ Mặt cắt giữa dầm

+ Mặt cắt chỗ cắt đứt bản phủ cánh dầm (theo hàng đinh đầu tiên)

+ Mặt cắt giảm yếu do khuyết tật hoặc hư hỏng

+ Các mặt cắt nguy hiểm khác

+ Mặt cắt nối (nếu dầm có mối nối)

- Đối với dầm ngang:

+ Mặt cắt đi qua các lỗ đinh liên kết dầm ngang với dầm dọc.

4.3.2.2. Hoạt tải rải đều tương đương cho phép khi tính theo ứng suất pháp để xác định đẳng cấp của dầm theo các Công thức sau đây phải lấy trị số nhỏ nhất tính được tại các mặt cắt quy định ở Điều 4.3.2.1

Hoạt tải rải đều tương đương cho phép (T/m) khi tính theo ứng suất pháp đối với mặt cắt vuông góc bất kỳ của dầm được tính theo Công thức:

k =                            (4-1)

trong đó:

e_k - Hệ số phân bố ngang của hoạt tải đối với phiến dầm đang xét.

n_k - Hệ số tải trọng đối với đoàn tàu

W_p = W_k - Diện tích đường ảnh hưởng mô men uốn tại mặt cắt đang xét của dầm (m²)

m – Hệ số điều kiện làm việc

R - Cường độ tính toán cơ bản của thép (T/m²)

C - Hệ số xét đến sự cho phép xuất hiện biến dạng dẻo hạn chế ở các thớ biên của dầm, lấy bằng 1,1 đối với dầm chủ và dầm dọc mặt cầu, bằng 1 đối với dầm ngang và đối với mọi trường hợp tính toán về mỏi.

W_o - Mô men chống uốn của mặt cắt đang xét (m³)

e_p - Hệ số phân bố ngang của tĩnh tải đối với cấu kiện đang xét

- Tổng các tĩnh tải rải đều tính toán (mỗi loại tĩnh tải tương ứng với một hệ số tải trọng) (T/m)

4.3.2.3. Mô men chống uốn tính toán W_o của các mặt cắt dầm ở ngoài phạm vi mối nối được lấy bằng mô men chống uốn của mặt cắt thu hẹp W_th

W_o = W_th =                        (4-2)

Trong đó:

I_th - Mô men quán tính của mặt cắt thu hẹp đối với trục trung hòa (m⁴)

Y_max – Khoảng cách từ trục trung hòa đến thớ xa nhất của mặt cắt đang xét (m)

Đối với các dầm đinh tán mà không có tấm nằm ngang của bản cánh, được phép lấy W_th = 0,82 W_p, còn đối với các dầm đinh tán có tấm nằm ngang ở bản cánh thì lấy W_th = 0,8 W_p. Trong đó W_p là mô men chống uốn của mặt cắt nguyên. Mức độ giảm yếu của bụng dầm được phép lấy bằng 15%.

4.3.2.4. Mô men chống uốn tính toán W_o của các mặt cắt dầm ở trong phạm vi mối nối được lấy như sau:

W_o = (åI₁ + åI₂)/ Y_max                  (4-3)

trong đó:

åI₁ - Tổng các mô men quán tính mặt cắt thu hẹp của phần không có mối nối hoặc không bị gián đoạn tại mặt cắt được xét, lấy đối với trục trung hòa của toàn mặt cắt.

åI₂ - Tổng các mô men quán tính thu hẹp của các tập bản nối, lấy đối với trục trung hòa của toàn mặt cắt: åI_nối, hoặc là tổng các mô men quán tính của các diện tích tính đổi của các đinh tán hay các bu lông tinh chế liên kết các nửa tập bản nối, lấy đối với trục trung hòa của toàn mặt cắt I_o (Trong hai trị số đó lấy trị số nào nhỏ hơn)

I_o =                (4-4)

y_i - Khoảng cách từ trục trung hòa của toàn mặt cắt đến đinh tán, bu lông thứ i, liên kết nửa tập bản nối. Đối với các đinh tán nằm ngang thì y_i lấy đến tâm lỗ đinh, đối với các đinh tán thẳng đứng thì y_i lấy đến mặt chịu cắt tương ứng của đinh

1/m_o - Diện tích tính đổi của đinh tán hoặc của bu lông tinh chế lấy theo Phụ lục 2

Nếu mối nối dùng liên kết hàn thì giá trị của åI₂ sẽ là mô men quán tính đối với trục trung hòa toàn mặt cắt của diện tích tính toán mối hàn, lấy theo Phụ lục 3

Khả năng chịu lực của mối nối được xác định bằng khả năng của lập bản nối hoặc bằng khả năng của các liên kết của tập bản nối đó (của các đinh tán, bu lông, mối hàn). Do vậy, đối với mỗi tập bản nối của mối nối đều phải xác định trị số åI₂ hai lần: lần đầu theo mô men quán tính thu hẹp của các tập bản nối, lần sau theo mô men quán tính của các diện tích tính đổi của các đinh tán hay bu lông liên kết.

4.3.2.5. Diện tích đường ảnh hưởng mô men uốn tại mặt cắt đang xét của dầm tính toán theo sơ đồ dầm giản đơn:

- Đối với dầm chủ thì nhịp tính toán bằng khoảng cách giữa hai tim gối I; (l = 1)

- Đối với dầm dọc hệ mặt cầu thì nhịp tính toán bằng khoảng cách giữa hai dầm ngang hai đầu dầm được xét (l = d)

- Đối với dầm ngang nhịp tính toán bằng khoảng cách giữa hai tim dàn chủ (hoặc dầm chủ)

Đối với dầm dọc cụt phải tính toán theo sơ đồ công-xon có nhịp bằng khoảng cách từ tim dầm ngang biên đến đầu mút hẫng của dầm dọc cụt I_k

Các công thức tính diện tích đường ảnh hưởng mô men uốn như sau:

- Đối với dầm chủ:

W_k = W_p = a(1 - a) l² /2                (4-5)

- Đối với dầm dọc hệ mặt cầu:

W_k = W_p = a(1 - a) d² /2               (4-6)

- Đối với các dầm ngang phía trong (trừ hai dầm ngang biên)

W_k = W_p = de_o                            (4-7)

- Đối với các dầm ngang đầu (biên):

W_k = W_p = (d + l_k)² e_o/2d              (4-8)

trong đó:

e_o - Khoảng cách từ tim dầm chủ (dàn chủ) đến mặt cắt được xét của dầm ngang; e_o phải nhỏ hơn hoặc bằng khoảng cách từ tim dầm chủ (dàn chủ) đến dầm dọc hệ mặt cầu gần đó nhất, (m)

d - Chiều dài khoang dầm dọc, (m)

l_k - Chiều dài dầm dọc cụt, (m)

Hệ số a thể hiện vị trí tương đối của đỉnh đường ảnh hưởng được xác định như sau:

- Đối với dầm chủ:                     a = a_o/l                                      (4-9)

- Đối với dầm dọc hệ mặt cầu    a = a_o/d                                                (4-10)

- Đối với dầm ngang phía trong  a = 0,5                                      (4-11)

- Đối với dầm ngang đầu           a = 0                                        (4-12)

trong đó:

a_o - Khoảng cách từ đỉnh đường ảnh hưởng đến đầu gần nhất của nó. (m)

4.3.3. Tính toán về cường độ theo ứng suất tiếp

4.3.3.1. Các mặt cắt cần xét bao gồm:

- Đối với dầm chủ và dầm dọc mặt cầu:

+ Mặt cắt tại gối và các mặt cắt bị giảm yếu do các lỗ đinh hoặc do các khuyết tật hư hỏng khác (thớ qua trục trung hòa)

+ Cần xét thớ qua trục trung hòa của mặt cắt nói trên

- Đối với dầm ngang:

+ Mặt cắt qua các lỗ đinh để liên kết với dầm dọc

+ Mặt cắt nguy hiểm đi qua các lỗ đinh để liên kết với dầm dọc.

+ Các mặt cắt nguy hiểm khác.

4.3.3.2. Hoạt tải rải đều tương đương cho phép dùng để tính đẳng cấp của dầm theo các công thức chung ở Điều 4.1.6, phải lấy trị số nhỏ nhất trong các trị số tính ra đối với các mặt cắt đã nói ở Mục 4.3.3.1

Hoạt tải rải đều tương đương cho phép (T/m) theo điều kiện ứng suất tiếp đối với một mặt cắt bất kỳ tính theo công thức:

k =         (4-13)

trong đó:

W_k - Diện tích phần lớn nhất của đường ảnh hưởng lực cắt của mặt cắt đang xét (m²)

W_p – Tổng diện tích đường ảnh hưởng lực cắt (m²).

I - Mô men quán tính của mặt cắt nguyên lấy đối với trục trung hòa (m⁴)

S - Mô men tĩnh của nửa mặt cắt nguyên bên trên trục trung hòa lấy đối với trục trung hòa, (m³)

d - Chiều dày bản bụng dầm (m)

0,75 - Hệ số chuyển đổi từ cường độ cơ bản của thép sang cường độ chịu cắt (xem Bảng 4-4).

Các ký hiệu khác có ý nghĩa giống như ở Công thức (4-1)

Có thể tính toán gần đúng tỷ số I/S đối với dầm tán đinh không có tấm nằm ngang ở bản cánh (với bụng dầm cao từ 350 đến 1500mm) bằng 0,835h_b, nếu bụng dầm cao từ 550 đến 1700 mm có thể lấy I/S bằng 0,865 h_b.

trong đó:

h_b - Chiều cao bụng dầm

Nếu tại mặt cắt gối không có bản đệm thẳng đứng, trong tính toán chỉ lấy mặt cắt bụng dầm, lúc đó có thể lấy:

I/S ~ 0,667 h_b

4.3.3.3. Các diện tích đường ảnh hưởng lực cắt trong Công thức (4-13) được tính toán như sau:

- Đối với dầm chủ:

W_k =                                 (4-14)

(ứng với l = 0,5I + C_o và a = 0)

W_p = C_o                                       (4-15)

Riêng với mặt cắt gối thì:           W_k = W_p = 1/2

(ứng với l = I và a = 0)

trong đó:

C_o - Khoảng cách từ giữa nhịp đến mặt cắt được xét của dầm (m)

Đối với dầm dọc hệ mặt cầu:

W_p = C_o;            W_k =                    (4-16)

(ứng với l = 0,5d + C_o và a = 0)

Riêng với mặt cắt gối thì:           W_k = W_p = d/2

(ứng với l = d và a = 0)

Đối với dầm ngang phía trong:

W_k = W_p = d                               (4-17)

(ứng với l = 2d và a = 0,5)

Đối với dầm ngang đầu:

W_k = W_p =                              (4-18)

(ứng với l = d + I_k và a = 0)

I_k - Chiều dài dầm dọc cụt, (m)

4.3.4. Tính toán theo cường độ của liên kết thép góc bản cánh với bản bụng (bằng đinh tán, bu lông hoặc hàn)

Trong các tính toán đều xét trên một đoạn bản cánh dài 1m.

Công thức tính hoạt tải rải đều tương đương cho phép (T/m) theo điều kiện nói trên như sau:

- Khi tà vẹt kê trực tiếp lên bản cánh trên của dầm:

k =                        (4-19)

- Khi tà vẹt không kê trực tiếp lên bản cánh trên của dầm:

k =                 (4-20)

trong đó:

F_o - Diện tích tính toán tính đổi của các đinh tán (bu lông) hoặc mối hàn liên kết bản bụng với thép góc của bản cánh hoặc với bản cánh.

+ Đối với đinh tán (bu lông).      F_o = n_d                    (4-21)

+ Đối với mối hàn:                     F_o = sF_mh                       (4-22)

1/m_o – Diện tích tính toán tính đổi của đinh tán (bu lông), xem Phụ lục 2

n_d - Số lượng đinh tán (bu lông) trên đoạn cánh dài 1m đang được xét

s - Hệ số tính toán mối hàn (xem Phụ lục 3)

F_mh - Diện tích các mối hàn trên đoạn cánh dài 1,0m

a_p - Hệ số xét đến trọng lượng bản thân dầm:

+ Khi tính dầm dọc và dầm ngang hay dầm chủ ngắn hơn 20m

a_p = 1,1                         (4-23)

+ Khi tính dầm chủ có nhịp dài 20-45m

a_p =1,1 – 1,2                             (4-24)

+ Các trị số trung gian lấy theo nội suy

S’ - Mô men tĩnh của mặt cắt nguyên cánh dầm (gồm bản cánh và các thép góc cánh) lấy đối với trục trung hòa của nó (m³)

I - Mô men quán tính của mặt cắt nguyên của dầm, lấy đối với trục trung hòa của nó (m⁴)

A₃ - Tham số, xét đến áp lực tập trung do tà vẹt kê trực tiếp lên bấn cánh trên của dầm, được lấy theo Bảng 4-6 tùy theo trị số của l và a của đường ảnh hưởng đặt hoạt tải đoàn tàu.

Các ký hiệu khác có ý nghĩa giống như trong Công thức (4-13)

Hệ số A₃

Bảng 4-6

4.3.5. Tính toán theo ổn định chung

Đẳng cấp của dầm theo điều kiện ổn định chung được tính toán theo công thức chung đã nêu ở Mục 4.1.6, trong đó trị số hoạt tải đều tương đương cho phép (T/m) được tính theo các quy định ở mục này.

Phải tính toán theo điều kiện ổn định chung của dầm khi chiều dài tự do I_b của bản cánh chịu nén (khoảng cách giữa các nút của hệ liên kết dọc ở bản cánh này) lớn hơn 15 lần chiều rộng của nó.

Không phải tính toán theo điều kiện ổn định chung của dầm nếu mặt cầu có các tà vẹt thép đã được liên kết chặt chẽ với dầm thép bằng các bu lông móc hoặc neo các kiểu của dầm liên hợp thép - bê tông cốt thép.

4.3.5.1.  Điều kiện ổn định chung là trị số ứng suất pháp nén lớn nhất xuất hiện trong bản cánh chịu nén khi khai thác, tính theo mặt cắt nguyên, không vượt quá cường độ tính toán bằng jR, như trong cấu kiện chịu nén đúng tâm. Đặc trưng hình học của mặt cắt nguyên lấy đối với thớ chịu nén nhiều nhất là W.

Từ Công thức cơ bản:

k = )

Thay R = jR, thay G = W mà suy ra Công thức (4-25)

Hoạt tải rải đều tương đương cho phép dùng để tính đẳng cấp của dầm theo điều kiện ổn định chung tính theo Công thức sau:

k =                   (4-25)

trong đó:

Wp = W_k – Diện tích đường ảnh hưởng mô men uốn của dầm đối với mặt cắt ở giữa chiều dài tự do được xét của bản cánh chịu nén (m²)

j - Hệ số uốn dọc, lấy theo Phụ lục số 5 tùy theo độ mảnh quy ước (ở ngoài mặt phẳng dầm) của bản cánh chịu nén

l_o = l_o/r

l_o – Chiều dài tự do của bản cánh chịu nén (m)

r - Bán kính quán tính quy ước của bản cánh chịu nén (m)

r =                       (4-26)

m – Hệ số điều kiện làm việc

I_c – Mô men quán tính nguyên của bản cánh chịu nén, lấy đối với trục trọng tâm (m²)

F_c - Diện tích mặt cắt nguyên của bản cánh chịu nén của dầm (m²)

W - Mô men chống uốn của toàn mặt cắt nguyên của dầm ứng với thớ biên chịu nén của dầm, lấy đối với trục trung hòa của dầm. Mặt cắt được xét ở đây là mặt cắt ở giữa chiều dài tự do của bản cánh chịu nén (m³)

Các ký hiệu khác có ý nghĩa giống như ở trong Công thức (4-1)

4.3.5.2. Để xác định hệ số j trong Công thức (4-25) phải lấy trị số chiều dài tự do l_o theo các quy định sau:

- Nếu có hệ liên kết dọc ở vùng bản cánh chịu nén của dầm và có hệ liên kết ngang ở các mặt cắt gối của dầm thì l_o bằng khoảng cách giữa các nút của hệ liên kết dọc (m).

- Nếu chỉ có hệ liên kết dọc ở vùng bản cánh chịu kéo và có hệ liên kết ngang ở trong phạm vi nhịp cũng như ở các mặt cắt của gối dầm thì l_o bằng khoảng cách giữa các liên kết ngang (m)

- Nếu không có hệ Iiên kết trong phạm vi nhịp thì l_o bằng chiều dài nhịp dầm l (m)

Khi tính toán dầm ngang, l_o sẽ được lấy bằng trị số nào lớn hơn trong hai trị số sau:

+ Khoảng cách giữa các dầm dọc.

+ Khoảng cách từ tim dàn chủ đến dầm dọc gần đó nhất.

Thành phần của mặt cắt bản cánh chịu nén được lấy như sau:

+ Đối với dầm tán đinh: Bao gồm các bản cánh và các thép góc cánh, và phần bản bụng nằm trong phạm vi chiều cao của thép góc cánh.

+ Đối với dầm hàn: chỉ gồm các bản cánh.

Đối với thanh chủ trong cầu dàn hở có đường xe chạy dưới, chiều dài tự do của bản cánh chịu nén được lấy theo quy định ở Mục 4.4.

4.3.6. Tính toán theo điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng có sườn đúng tăng cường ở mặt cắt gối dầm:

Sơ đồ tính toán là một cột chịu nén đúng tâm bởi lực nén là phản lực gối bất lợi nhất thẳng đứng, mặt cắt của cột quy ước này bao gồm phần bản bụng dầm ở trên gối và phần diện tích mặt cắt của các sườn tăng cường đúng ở mặt cắt gối dầm.

4.3.6.1. Hoạt tải rải đều tương đương cho phép, dùng để tính toán đẳng cấp của dầm theo điều kiện đã nêu trên được tính như sau:

k =             (4-27)

trong đó:

W_k = W_p – Diện tích đường ảnh hưởng phản lực gối của dầm (m)

j - Hệ số uốn dọc, lấy theo Phụ lục 5 đối với trường hợp cấu kiện chịu nén đúng tâm tùy theo độ mảnh của cột quy ước nói trên khi uốn ra ngoài mặt phẳng của dầm: Chiều dài tự do l_o của cột quy ước lấy bằng khoảng cách thẳng đứng giữa tim các nút của hệ liên kết ngang nằm trong mặt phẳng của sườn cứng trên gối, nhân với 0,7.

F_b - Diện tích nguyên của mặt cắt ngang cột quy ước chịu nén, bao gồm các thép góc hoặc thép bản của sườn tăng cường đứng và phần bản bụng dầm có độ rộng 14d tính về mỗi phía từ tâm của cột quy ước (tức là xét một độ rộng 28d đo theo dọc nhịp dầm), (m²)

d - Chiều dày bản bụng ở mặt cắt trên gối (m)

Các ký hiệu khác có ý nghĩa như trong Công thức (4-1)

4.3.7. Tính toán theo điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng dầm

4.3.7.1. Phải tính toán ổn định cục bộ của bản bụng dầm trong các trường hợp sau:

- Khi không có sườn tăng cường đứng mà h > 50d

- Khi có các sườn tăng cường thẳng đứng đặt cách nhau xa quá 2h hoặc 2m.

- Khi có sườn cứng thẳng đứng, đặt cách nhau ít hơn 2h hay ít hơn 2mét, nếu h > 80d đối với bụng dầm bằng thép than, nếu h > 60d đối với bụng dầm bằng thép hợp kim thấp.

Trong đó:

h - Chiều cao tính toán của bụng dầm, được lấy đối với dầm hàn bằng toàn bộ chiều cao bụng dầm, còn đối với dầm tán đinh thì lấy bằng khoảng cách giữa các hàng đinh gần trục dầm nhất của bản cánh

d - Chiều dày bụng dầm.

4.3.7.2. Hoạt tải rải đều tương đương cho phép (T/m) xét theo điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng dầm, được tính như sau:

a/ Khi tà vẹt kê trực tiếp lên bản cánh trên của dầm:

k =               (4-28)

b/ Khi tà vẹt không kê trực tiếp lên bản cánh trên của dầm:

k =                 (4-29)

trong đó:

 - Diện tích đường ảnh hưởng mô men uốn đối với mặt cắt giữa đoạn được tách ra để xét của bụng dầm (đoạn này nằm giữa các thép góc đứng hoặc bản thép đứng làm sườn cứng cho bụng dầm) được đặt hoạt tải đoàn tàu (m²)

y_o – Khoảng cách từ trục trung hòa của dầm đến mép của phần được tách ra để xét của bụng dầm trong phạm vi chiều cao h của nó (m)

w₁ - Hệ số đặc trưng cho trạng thái ứng suất bụng dầm, được xác định theo Phụ lục 8

I - Mô men quán tính nguyên của mặt cắt ngang dầm (m⁴)

s_o - Ứng suất nén pháp tuyến cực hạn trong bụng dầm (T/m²) (Phụ lục 8)

A_M - Tham số xét áp lực tập trung do tà vẹt đặt trực tiếp lên bản cánh trên của dầm, lấy theo Bảng 4, tùy thuộc theo giá trị của l và a của đường ảnh hưởng đã được đặt tải trọng thẳng đứng của đoàn tàu

a_p - Hệ số xét trọng lượng bản thân dầm, bằng 1,10 khi tính toán dầm dọc và dầm ngang cũng như dầm chủ ngắn hơn 20m, bằng 1,1 ÷ 1,2 khi tính dầm chủ nhịp dài 20 ÷ 45m (các trị số trung gian được nội suy)

p_o - Ứng suất nén cục bộ cực hạn trong bụng dầm (T/m²) (xem Phụ lục 8)

- Diện tích đường ảnh hưởng lực cắt tại mặt cắt giữa đoạn được xét, được đặt tải trọng thẳng đứng của đoàn tàu (m). Khi tính toán đoạn tách ra để xét của dầm ngang nằm giữa các dầm dọc

 = 0

h - Chiều cao toàn bộ của bụng dầm (m)

t_o - Ứng suất tiếp cực hạn trong bụng dầm chịu uốn (T/m²) (xem Phụ lục 8)

Các ký hiệu còn lại trong công thức cũng giống như ở trong Công thức 4-1

Giá trị tham số A_M

Bảng 4-7

4.3.7.3. Khi có các sườn tăng cường nằm ngang thì ổn định cục bộ của bụng dầm được tính toán theo chỉ dẫn của Quy trình Thiết kế cầu mới hiện hành

Đẳng cấp của bụng dầm và đẳng cấp của tải trọng được xác định với:

l = 1 hay (l = d)

và

a = hay a =

4.3.8. Tính toán theo điều kiện mỏi

Năng lực chịu tải của các dầm chủ và dầm phần xe chạy theo điều kiện mỏi được xác định tại chỗ cắt đứt bản thép nằm ngang, cũng như các chỗ khác mà có hệ số tập trung ứng suất cao (Phụ lục 7)

Hoạt tải cho phép (T/m)

k =                 (4-30)

trong đó:

q - Hệ số chuyển đổi (xem Điều 3.3.4 và Phụ lục 4)

W_k, W_p - Các diện tích đường ảnh hưởng mô men uốn tại mặt cắt đang xét của dầm (m²)

g - Hệ số giấm cường độ tính toán, khi tính toán về mỏi (Phụ lục 6)

W_o - Mô men kháng uốn tính toán của mặt cắt đang xét của dầm (m³)

p’ = åp_i - Tổng cường độ tĩnh tải tiêu chuẩn (T/m)

p_i - Cường độ tĩnh tải tiêu chuẩn thứ i (không xét hệ số)

Các ký hiệu khác có ý nghĩa như trong Công thức 4-1

4.3.9. Tính toán dầm dọc cụt

Năng lực chịu tải của dầm dọc cụt xác định bằng cách tính toán trực tiếp đẳng cấp mà không tính toán hoạt tải cho phép. Đẳng cấp tính được của dầm dọc cụt sẽ được so sánh với đẳng cấp của đoàn tàu đã được tính.

4.3.9.1. Đẳng cấp của dầm dọc cụt theo ứng suất pháp là:

K₁ =              (4-31)

trong đó:

W_th - Mô men kháng uốn của mặt cắt thu hẹp tại vị trí ngàm của dầm dọc cụt có xét mặt cắt của bản cá (nếu có) và không xét mặt cắt của tấm bản nằm ngang cũng như của các thép góc cánh (m³)

a - Hệ số phụ thuộc vào số tà vẹt đặt trên dầm dọc cụt, lấy bằng 0,6 khi có 1 tà vẹt, bằng 0,8 khi có 2 tà vẹt.

l₁ - Khoảng cách từ trục dầm ngang đến trục của tà vẹt nằm ở đầu dầm dọc cụt (m)

R - Cường độ tính toán cơ bản chịu uốn của thép (T/m²)

Các ký hiệu khác như ở Công thức (4-1)

4.3.9.2. Đẳng cấp của dầm dọc cụt về cường độ theo ứng suất tiếp là:

K₂ =                                    (4-32)

Trong đó:

h - Chiều cao bụng dầm dọc cụt tại mặt cắt bên dưới tà vẹt gần dầm ngang nhất (m)

d - Chiều dày tấm bản thẳng đứng của dầm dọc cụt (m)

Các ký hiệu khác cũng giống như ở Công thức (4-31)

4.3.9.3. Đẳng cấp của dầm dọc cụt theo cường độ của bản cá trên về liên kết của nó là:

K₃ =                                     (4-33)

Trong đó:

F_p - Diện tích tính toán mặt cắt thu hẹp của bản cá F_th hoặc diện tích tính toán tính đổi của các đinh tán liên kết “nửa bản cá” F_o (m²), trong Công thức (4-33) sẽ lấy giá trị nào nhỏ hơn.

4.3.9.4. Đẳng cấp của liên kết nối dầm dọc cụt với dầm ngang khi có bản cá trên (theo cường độ của đinh tán nối với bụng dầm ngang) là:

K₄ =                        (4-34)

F_o - Diện tích tính toán tính đổi của các đinh tán liên kết thép góc nối với dầm ngang (m²) Phụ lục 2 và Điều 4. .5.2)

4.3.9.5. Đẳng cấp của liên kết nối dầm dọc cụt với dầm ngang khi không có bản cá trên theo cường độ của đinh tán nối với bụng dầm ngang) được tính theo công thức sau:

- Khi tính về cường độ:

K₅ =                      (4-35)

- Khi tính về mỏi:

K₆ =                      (4-36)

Trong đó:

F_o - Diện tích tính toán tính đổi của đinh tán chịu dứt đầu đinh (chịu nhổ), cm², được tính theo Điều 4.1.5 và Phụ lục 2

h_k - Khoảng cách giữa các đinh tán biên trong dầm ngang trong phạm vi chiều cao dầm dọc cụt, cm

q - Hệ số chuyển đổi (Phụ lục 4) khi l = 0.

4.3.9.6. Đẳng cấp của dầm dọc cụt theo cường độ đinh tán ở bụng dầm dọc cụt là:

- Khi có bản cá trên:

K₇ =                       (4-37)

- Khi không có bản cá trên:

K₈ =                        (4-38)

trong đó:

F_o - Diện tích tính toán tính đổi của đinh tán trong bản thẳng đứng của dầm dọc cụt, lấy tùy theo sự làm việc của đinh tán chịu cắt 2 mặt hay chịu ép dập (m²) (Điều 4.1.5)

h’_k - Khoảng cách giữa các đinh tán biên trong bụng dầm dọc cụt (m)

4.3.9.7. Đẳng cấp của dầm dọc cụt đã xác định được theo các Công thức (4-31) đến (4-38) được so sánh với đẳng cấp của tải trọng.

K_o = 0,15P_o (1 + m_o)                    (4-39)

trong đó:

P_o - Tải trọng do trục nặng nhất của đoàn tàu đè lên ray (T)

(1 + m_o) - Hệ số xung kích của tải trọng đó được tính với l = 0).