Gia cố cầu

Lời nói đầu

Trong những năm gần đây, liên tục xảy ra các vụ hư hỏng cầu do hỏa hoạn. Thông thường, bê tông của dầm bản, dầm mũ và cột trụ bị bong tróc sẽ khiến tiết diện cầu bị thu hẹp. Trong trường hợp nghiêm trọng, cốt thép trần, mất ứng suất trước của cốt thép dự ứng lực, độ võng của dầm bản tăng lên, dẫn đến các vết nứt chịu kéo ở đáy dầm bản, v.v. Sau khi xảy ra hỏa hoạn, trước hết, cần phân tích tình hình thực tế tại hiện trường, thời gian và nhiệt độ của đám cháy, đánh giá mức độ hư hỏng và giảm khả năng chịu lực của cầu, từ đó gia cố cầu và giảm thiểu thiệt hại do hỏa hoạn gây ra.

Phân tích thiệt hại cầu sau hỏa hoạn

1.1 thiệt hại bê tông

Trong trường hợp hỏa hoạn, thiệt hại đầu tiên là bê tông. Cường độ của bê tông sẽ bị mất sau nhiệt độ cao. Có thể thấy rằng khi nhiệt độ thấp hơn 300 độ C, tinh thể đá xi măng không thay đổi, chỉ có nước không liên kết bên trong bốc hơi, và hệ số giãn nở nhiệt của cốt liệu và đá xi măng khác nhau, dẫn đến các vết nứt nhỏ và cường độ của bê tông giảm nhẹ. Khi nhiệt độ ở mức từ 300 đến 600, canxi hydroxit trong hồ xi măng bị mất nước và phân hủy, tinh thể bị hư hỏng nhẹ, hồ xi măng bắt đầu nới lỏng và cường độ bê tông giảm. Dolomit và canxi cacbonat trong bê tông bắt đầu phân hủy khi nhiệt độ ở mức từ 600 đến 800 độ C, cốt liệu không còn ổn định và cường độ nén của bê tông giảm mạnh. Khi hồ xi măng tiếp xúc với nhiệt độ cao trên 800 độ C, hồ xi măng trở thành kết tụ không liên tục và cường độ của bê tông về cơ bản bị mất. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ được thể hiện trong sơ đồ.

Trên thực tế, khi nhiệt độ không quá cao, bê tông có thể bị vỡ và bong tróc do giãn nở vì nhiệt. Khi dùng nước để dập lửa, bề mặt bê tông nóng được nước làm mát nhanh chóng, dẫn đến sự chênh lệch ứng suất bên trong và bên ngoài của các cấu kiện bê tông, điều này sẽ làm trầm trọng thêm tình trạng bong tróc bê tông. Do đó, thiệt hại chính của cầu trong hỏa hoạn là bê tông nổ và bong tróc, dẫn đến giảm độ dày của lớp bảo vệ và thậm chí là cốt thép trần. Đồng thời, diện tích tiết diện của cấu kiện giảm. Đối với dầm bản, độ cứng uốn giảm, độ võng tăng và xuất hiện các vết nứt kéo ở đáy bản. Bê tông không có vảy cũng có thể bị lỏng do nhiệt độ cao, cường độ và độ bền giảm, dễ bị ăn mòn thép bên trong và các tác động tiêu cực khác liên quan.

1.2 thanh thép bị hư hỏng

Theo thời gian trong quá trình cháy, thanh thép sẽ dần nóng lên, đặc biệt là sau khi lớp bảo vệ bị bong ra. Độ bền của thanh cốt thép thay đổi ít ở 200 độ C, sau đó giảm dần. Độ bền cực đại, giới hạn chảy và mô đun đàn hồi của thanh cốt thép giảm khi nhiệt độ cháy tăng và mềm ở 450 độ C. Khi nhiệt độ đạt 600 - 700 độ C, cấu trúc tinh thể bên trong của thanh cốt thép thay đổi, dẫn đến độ bền và mô đun đàn hồi giảm rất nghiêm trọng và mất khoảng một nửa độ bền. Sau khi nguội, độ bền của thép phục hồi một phần, nhưng sự sắp xếp lại tinh thể bên trong, giới hạn chảy và giới hạn bền giảm, độ dẻo tăng. Nếu sử dụng nước để dập lửa, thanh thép sẽ trải qua quá trình tôi và trở nên giòn. Thanh thép ứng suất trước và bản lề thép ứng suất trước có hàm lượng cacbon cao hơn và bị ảnh hưởng bởi lửa nhiều hơn nhiều so với thanh thép thông thường. Sự giãn nở ở nhiệt độ cao sẽ gây ra tổn thất ứng suất trước lớn. Nếu lớp bảo vệ bị lột sạch hoàn toàn, thanh thép sẽ tiếp xúc trực tiếp với lửa, bề mặt sẽ bị oxy hóa và gỉ sét. Nếu không được xử lý kịp thời, quá trình ăn mòn của thanh thép sẽ diễn ra nhanh chóng, ảnh hưởng đến độ bền của thanh thép.

1.3 Mất lực kết dính giữa bê tông cốt thép

Do hệ số giãn nở nhiệt lớn của thanh thép, lực liên kết giữa thanh thép và bê tông ban đầu được tăng cường nhờ liên kết chặt chẽ hơn giữa chúng. Tuy nhiên, khi kết cấu xi măng bị hư hại do hỏa hoạn, lực liên kết dần bị phá hủy, lớp bảo vệ bê tông bị vỡ do nổ, khiến lực liên kết giảm đáng kể.

Tăng cường công nghệ cho cầu sau hỏa hoạn

Gia cố dầm bản

Trong trường hợp hỏa hoạn, dầm bản thường sẽ xuất hiện hiện tượng bê tông vỡ và bong tróc, và không bong tróc cũng trở nên lỏng lẻo, do đó, cốt thép của dầm bản trước tiên cần cắt bê tông bong tróc. Nếu tình trạng bong tróc nghiêm trọng và thanh thép bị lộ, cần phải xử lý chống gỉ. Sau khi có lớp kết cấu vững chắc, cần khôi phục độ dày của tiết diện bằng vữa sửa chữa. Khi bong tróc không nghiêm trọng, có thể sửa chữa trực tiếp bằng vữa sửa chữa. Khi độ dày của lớp bong tróc vượt quá 3-4 cm, rất khó để sửa chữa trực tiếp. Có thể trồng thanh thép ở dưới cùng của tấm ván, sau đó có thể treo lưới thanh thép hoặc lưới thép để sửa chữa độ dày tiết diện ban đầu. Nếu thanh thép bị lộ ra, trước tiên nên bôi chất tẩy gỉ và chất ức chế gỉ lên thanh thép, sau đó sửa chữa lại độ dày tiết diện ban đầu.

Do cường độ của thanh thép trong sàn và dầm thường giảm sau khi cháy, nên có thể xác định mức độ giảm theo nhiệt độ và thời gian cháy, sau đó thiết kế cốt thép để cải thiện khả năng chịu lực. Biện pháp gia cố bê tông có thể được sử dụng bằng cách dán tấm thép hoặc sợi carbon. Vì cốt thép sợi carbon có ưu điểm là cường độ cao, trọng lượng nhẹ, chống ăn mòn và độ bền cao.

Gia cố dầm nắp

Mô men uốn và lực cắt của dầm nắp tương đối lớn, và dầm nắp thường được gia công trên ba mặt, do đó khả năng uốn và khả năng cắt của dầm nắp giảm mạnh sau khi bê tông bị vỡ và bong tróc. Để cải thiện khả năng chịu uốn của dầm nắp, nên gắn vải sợi carbon hình chữ "U" vào đáy dầm nắp, tương tự như đai thép để tăng cường khả năng chịu cắt.

Gia cố cột trụ

Trụ cầu dầm thường là trụ hình trụ với cốt thép dọc và đai thép xoắn. Thiệt hại dễ xảy ra nhất đối với trụ cầu trong hỏa hoạn là lớp bảo vệ bị bong tróc, ngay cả các thanh thép trần, và bê tông trong đai thép nghiêm trọng hơn cũng bị vỡ. Do đó, khả năng chịu lực của cột trụ bị giảm, và các biện pháp gia cố thường bao gồm khôi phục kích thước tiết diện và tăng cường khả năng chịu lực. Hiện nay, phương pháp gia cố khả năng chịu lực phổ biến trong kỹ thuật là sử dụng vải sợi xung quanh cốt thép, để bê tông bên trong ở trạng thái nén ba chiều, cải thiện khả năng chịu lực của trụ cầu. Các nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng hiệu suất chịu động đất của các cột được gia cố bằng vải sợi carbon được cải thiện đáng kể.

Tóm tắt

Để gia cố các cây cầu đường bộ bị hư hỏng do hỏa hoạn hoặc các lý do khác nhằm cải thiện khả năng chịu lực, phương pháp thường được sử dụng là dán vải sợi carbon để gia cố.