Gia cố cầu bê tông

Tổng quan dự án

Cầu sông Bắc Xuyên CYTS là cầu đường bộ bắc qua sông. Tổng chiều dài của cầu là 100,84m, là cầu dầm đơn giản đúc sẵn 5x20m, với nhịp tính toán là 19,5m. Mặt cầu có chiều rộng tịnh là 7 và vỉa hè là 2x2,5m. Tải trọng thiết kế của cầu là xe ô tô-1-20, tải trọng kiểm tra là rơ moóc-1100 và tải trọng đám đông là 3,5kN/m. Có thể thấy từ Hình 1 rằng cầu được nối bằng 2 tấm bên và 7 tấm giữa. Kích thước của tấm giữa và tấm bên được thể hiện trong Hình 2 và Hình 3. Cầu là lối đi nối liền khu nhà ở cũ và mới để duy trì cuộc sống bình thường của cư dân trong khu nhà ở mới. Người ta quyết định đặt các đường ống tương ứng dọc theo dầm bên cầu ở cả hai bên của thép kênh để đi vào khu vực sinh hoạt. Tải trọng hai bên đường ống được tính toán đơn giản thành tải trọng đồng đều q=6kN/m. Cần tính toán xem cầu có thể vận hành an toàn và bình thường sau khi tăng tải trọng hay không. Nếu không đạt yêu cầu, cần tiến hành thiết kế gia cố.

Kiểm tra độ bền của phần

Mô men uốn giữa nhịp của thiết kế điều khiển được tính toán bằng công thức = 2394kN·m. Bỏ qua ảnh hưởng của cốt thép kết cấu, xét đến việc cầu đã được xây dựng và vận hành trong một khoảng thời gian, lấy hệ số suy giảm khả năng chịu lực của dầm = 0,8, khả năng chịu lực của tiết diện tính toán của cấu kiện chịu uốn Mj = 2303kN·m nhỏ hơn Mu2394kN·m. Từ kết quả tính toán, có thể thấy khả năng chịu lực của phần trước dầm bê tông cầu không thể đáp ứng yêu cầu vận hành bình thường và an toàn, cần phải tăng cường khả năng chịu lực uốn của dầm bê tông.

Theo yêu cầu của chủ sở hữu và điều kiện công trường, người ta quyết định sử dụng CFRP để gia cố.

Thiết kế gia cố CFRP

Cầu được gia cố bằng vải sợi carbon Horse và keo kết cấu, tức là dán một lớp CFRP dưới đáy dầm bê tông để cải thiện khả năng chịu uốn, đồng thời bổ sung neo chữ U tại hai gối đỡ và đoạn giữa nhịp. Sau khi tính toán, diện tích gia cố Af=1054mm² trên mặt cắt ngang, khả năng chịu lực mặt cắt ngang của cấu kiện gia cố Mj=3060kN·m>Mu=2394kN·m.

Hiệu ứng gia cường của CFRP

Cầu được gia cố theo đúng công nghệ thi công dầm bê tông cốt thép CFRP. Sau khi hoàn thành việc gia cố, cầu đã được kiểm tra và nhận thấy khả năng chịu lực của mặt cầu được cải thiện đáng kể, trạng thái ứng suất được cải thiện, các vết nứt bê tông trong vùng chịu kéo được giảm thiểu hoặc thậm chí được vá kín, độ ổn định và độ bền tổng thể của thân dầm được nâng cao. Hiện tại, tình trạng vận hành của cầu vẫn tốt, không phát hiện hiện tượng bong tróc hay bong tróc vải sợi carbon, chưa kể đến vấn đề an toàn khi lái xe.