Gia cố cầu đi bộ bản rỗng thông thường

Tổng quan dự án

Tuyến đường cao tốc Thành Tử Lộ Trì, đoạn Lô Châu là tuyến đường chính nối Tứ Xuyên và Quý Châu, lưu lượng giao thông tăng mạnh kể từ khi mở cửa. Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc đi lại của người dân hai bên đường cao tốc, một số cầu vượt bê tông cốt thép rỗng đã được xây dựng trên đoạn đường cao tốc này.

Từ khi đoạn đường cao tốc Luchi đoạn Luzhou chính thức thông xe một năm sau đó, cơ quan kiểm định đã tiến hành đợt kiểm tra định kỳ đầu tiên đối với các cầu trên tuyến. Kết quả kiểm tra cho thấy các bộ phận chính của cầu đi bộ tại K248+115 có khuyết tật lớn, ảnh hưởng đến chức năng của cầu hoặc ảnh hưởng đến khả năng chịu lực.

Cầu đi bộ tại K248+115 nối liền móng nhà máy đường và cầu Thanh Long, tổng chiều dài 50m. Mặt cầu được bố trí theo phương ngang: 0,25m (lưới chống ném) + 3,0m (vỉa hè mặt cầu) + 0,25m (lưới chống ném) = 3,5m. Kết cấu phần trên là sàn rỗng bê tông cốt thép thông thường, chịu lực đơn giản, kích thước 2x20m, cường độ thiết kế bê tông C3, kết cấu cẩu lắp sẵn. Các trụ đỡ của kết cấu phần dưới sử dụng trụ đỡ trọng lực để mở rộng móng. Các trụ đỡ GJZ150x250x35 được lắp đặt tại các trụ đỡ, tổng cộng có bốn trụ. Trụ cầu dạng cột, móng mở rộng, và trụ cầu sử dụng trụ đỡ GJZ150x250x28, tổng cộng có bốn trụ.

Bệnh tật và nguyên nhân của kiến trúc thượng tầng

Các khuyết tật và bệnh lý chính của bản rỗng kết cấu phần trên như sau:

(1) Có 240 vết nứt thẳng đứng trên toàn bộ cầu ở mặt bên dầm, tổng chiều dài 96m và chiều rộng tối đa 0,4mm.

(2) Tổng cộng có 150 vết nứt ngang ở phần dưới của dầm cầu, với tổng chiều dài là 150m và chiều rộng tối đa là 0,22mm.

Bản rỗng có cánh của kết cấu phần trên tạo ra nhiều vết nứt dọc và nứt ngang, và một số vết nứt vượt quá giới hạn. Điều này có thể do thiết kế kém, kiểm soát thi công không đầy đủ, quản lý bảo trì kém và bê tông lão hóa. Bản thân kết cấu đã gây ra các lỗ thủng, bong tróc và ăn mòn cốt thép ở các mức độ khác nhau. Những khuyết tật này làm giảm cường độ bê tông. Qua khoan hiện trường, người ta phát hiện cốt thép được đặt không đúng cách trong quá trình thi công và bị lệch về phía trục trung hòa.

Tóm lại, dưới tác động của tải trọng, mô men uốn dương của sàn rỗng trong khoảng L/4~3L/4 lớn, dẫn đến nứt kết cấu và nứt ứng suất. Tức là trong quá trình vận hành, dự phòng an toàn chống nứt theo hướng ứng suất kéo chính của đáy dầm không đủ, dẫn đến số lượng vết nứt lớn.

Bản vẽ gia cố dầm chính

Mục đích chính của việc gia cố là khôi phục hoặc cải thiện khả năng chịu lực và hiệu suất sử dụng của cầu càng sớm càng tốt, để cầu đạt tiêu chuẩn tải trọng "tải trọng đám đông 3,5kN/m2", đồng thời hạn chế chiều rộng vết nứt của kết cấu khi chịu tải, đảm bảo cơ bản an toàn kết cấu, nâng cao độ bền của các cấu kiện và kéo dài tuổi thọ của cầu.

Để gia cố cầu, lựa chọn cuối cùng là dán tấm sợi carbon ứng suất trước.

Do số lượng lớn các vết nứt ngang ở tấm đáy của bản sàn rỗng và phạm vi phân bố rộng, nên dán lớp sợi carbon ứng suất trước. Ứng dụng ứng suất trước có thể cải thiện các chỉ số khác nhau của kết cấu trong quá trình sử dụng bình thường, giảm bề rộng vết nứt hoặc lực đóng vết nứt và cải thiện hiệu suất cơ học của dầm tấm. Hiệu ứng ứng suất trước tương đương với việc áp dụng tải trọng ngược vào dầm tấm. Một phần nội lực dưới tải trọng không đổi được bù trừ, giá trị ứng suất của cốt thép chính trong vùng kéo và biên độ ứng suất dưới tải trọng động được giảm xuống, và hiệu suất mỏi dài hạn của kết cấu được cải thiện. Sau khi được gia cố theo sơ đồ này, dầm cầu không chỉ có thể đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn tải trọng thiết kế mà còn hạn chế sự phát triển của các vết nứt cầu và cải thiện đáng kể độ bền của cầu. Do bản thân vật liệu sợi carbon là vật liệu chống ăn mòn nên việc bảo trì ở giai đoạn gia cố sau này ít hơn, giúp tiết kiệm chi phí bảo trì.

Chi phí gia cố cốt sợi carbon ứng suất trước gần bằng chi phí gia cố cốt thép tấm. Tuy nhiên, do được gia cường chủ động, lực ứng suất trước được tác dụng lên dầm chính bằng các tấm sợi carbon, giúp cải thiện nhanh chóng và đáng kể khả năng biến dạng của kết cấu ban đầu, giảm thiểu và bịt kín các vết nứt, đồng thời tăng đáng kể khả năng chịu lực của kết cấu. Ngoài ra, phương pháp này có tốc độ thi công cốt thép nhanh, có thể hoàn thành việc gia cố dầm chính trong thời gian ngắn, giúp thông xe nhanh chóng.

Được gia cố bằng sợi carbon ứng suất trước

Tấm sợi carbon gia cường có chiều rộng 50 mm và độ dày 2 mm. Mỗi đai sợi carbon ứng suất trước được cấu tạo từ hai lớp sợi carbon. Mỗi lớp rỗng của cầu được trang bị hai đai sợi carbon ứng suất trước hai lớp với tổng lực kéo là 400 kN, và ứng suất trước hiệu dụng của lớp sợi carbon ứng suất trước là 1000 MPa. Cần thực hiện các biện pháp bảo vệ tương ứng trong quá trình kéo giãn.

Tóm lại

Tấm sợi carbon ứng suất trước hai lớp cải thiện đáng kể tải trọng nứt, tải trọng chảy và khả năng chịu lực cực hạn của kết cấu gia cường. Nó rất phù hợp để gia cường uốn cho cầu, có thể cải thiện trực tiếp và hiệu quả khả năng chịu lực của kết cấu. Nó có những ưu điểm vượt trội trong việc ngăn chặn sự phát triển vết nứt và cải thiện khả năng chịu lực uốn của các cấu kiện. Do đó, việc sử dụng tấm gia cường sợi carbon sẽ ngày càng được cộng đồng kỹ thuật cầu và dầm ưa chuộng.