THỬ TẢI CẦU
2.1. CÁC VẤN ĐỀ CHUNG:
2.1.1. Mục đích thử tải cầu và các trường hợp cần thử tải:
Mục đích chính của việc thử tải cầu là làm rõ các đặc điểm làm việc thực tế của toàn công trình cầu nói chung cũng như các bộ phận riêng lẻ của cầu.
Trong khi thiết kế cầu thường phải dùng những sơ đồ tính toán đơn giản hoá và những tính chất vật liệu đại diện. Vì vậy tất nhiên sự làm việc thực tế của các kết cấu cầu sẽ khác với các giả thiết tính toán.
Kết quả công tác thử tải cầu còn được dùng để nghiên cứu nhằm hoàn thiện phương pháp tính và phương pháp đánh giá năng lực chịu tải của cầu.
Mặc khác trong quá trình khai thác cầu thì điều kiện làm việc của cầu cũng có những thay đổi, tính chất các vật liệu làm cầu cũng thay đổi theo thời gian. Việc thử tải cầu sẽ giúp chúng ta hiểu rõ ảnh hưởng của những thay đổi đến sự làm việc thực tế của cầu.
Cần tiến hành thử tải cầu trong những trường hợp sau:
1. Khi nghiệm thu cầu mới xây dựng xong. Việc này nhằm thu nhập các số liệu ban đầu về các biến dạng chung và biến dạng cục bộ, các độ võng, các chuyển vị của các gối cầu, các chu kỳ và biên độ dao động thẳng đứng và dao động nằm ngang, trạng thái ứng suất của những chổ đặc trưng nhất của kết cấu và công trình v.v... các số liệu này sẽ được so sánh với các số liệu tính toán tương ứng. Chúng được lưu trữ để sau này khi có dịp thử tải lần khác sẽ so sánh tìm ra những thay đổi đã xảy ra trong quá trình khai thác cầu.
2. Khi có nhu cầu cần phải chính xác hoá kết quả tính toán năng lực chịu tải của một cầu thực nào đó trong một tình huống đặc biệt nào đó.
3. Sau khi kết thúc việc tăng cường sửa chữa một cầu cũ. Mục đích để đánh giá hiệu quả của việc tăng cường sửa chữa vừa thực hiện xong.
4. Thực hiện thử tải định kỳ trong quá trình khai thác cầu, phát hiện các thay đổi trong sự làm việc của các bộ phận kết cấu cầu.
5. Trong các trường hợp đặc biệt nhàm mục đích nghiên cứu hoàn thiện lý thuyết và phương pháp tính toán kết cấu cầu.
2.1.2. Nội dung công tác thử tải cầu:
Công tác thử tải cầu bao gồm việc thử cầu dưới hoạt tải đứng yên trên cầu (thử tải tĩnh) và việc thử tải cầu dưới hoạt tải chạy qua cầu (thử tải động). Có thể thử tải với các loại đoàn xe ôtô, đoàn tàu thông thường hàng ngày qua cầu hoặc thử tải với các đoàn xe ôtô, đoàn tàu đặc biệt.
Đôi khi, nếu cần thiết, công tác thử tải cầu được kết hợp với công tác nghiên cứu trong phòng thí nghiệm (về vật liệu, trên mô hình, v.v...)
Các thông số kỹ thuật cần đo :
- Khi thử tải tĩnh:
+ Độ võng, độ vồng của dầm (dàn, vòm) chủ
+ Độ lún của mố trụ, gối.
+ Chuyển vị ngang đầu trên của mố, trụ, gối.
+ Ứng suất lớn nhất của các mặt cắt cần kiểm tra.
+ Ứng suất tập trung, ứng suất cục bộ (đối với công trình có yêu cầu đặc biệt)
+ Biến dạng đàn hồi và biến dạng dư.
- Khi thử tải động:
+ Độ võng của kết cấu nhịp
+ Độ lún của mố, trụ, gối.
+ Chuyển vị ngang đầu trên của mố, trụ, gối.
+ Ứng suất lớn nhất
+ Biên độ và tần số dao động tự do theo phương thẳng đứng.
+ Biên độ và tần số dao động tự do theo phương nằm ngang (đặc biệt đối với cầu cong, cầu đường sắt)
+ Biến dạng đàn hồi và biến dạng dư
Trước tiên cần phải lập đề cương thử tải bao gồm các nội dung chủ yếu sau:
- Khái quát về tính chất, đặc điểm công trình.
- Mô tả thực trạng công trình.
- Những hiện tượng cần lưu ý về chất lượng thi công công trình.
- Yêu cầu và mục đích công tác thử tải.
- Các nội dung cần quan sát, đo đạc lúc thử tải.
- Tải trọng thử cầu , cách bố trí và trình tự xếp tải, dỡ tải, thời gian giữ tải đứng.
- Tổ chức cân thử tải trước khi xếp lên cầu.
- Các máy móc, thiết bị đo đạc.
- Sơ đồ bố trí các điểm đo.
- Kế hoạch bố trí các lực lượng cán bộ đo đạc.
- Bố trí phương tiện phục vụ đo đạc (đà giáo, cần cẩu, ca nô, ...)
- Xác định thời gian thử nghiệm thích hợp.
- An toàn lao động cho người và máy móc.
- Phân công trách nhiệm cho các đơn vị tham gia thử tải.
Sau khi đề cương thử tải được cấp có thẩm quyền duyệt, cần lập hồ sơ thiết kế thử tải kèm dự toán. Trong hồ sơ phải cụ thể hoá tất cả các nội dung đã có trong đề cương thử tải và thể hiện bằng các bản vẽ, bản tính chi tiết.
Trong quá trình thẻ tải cầu sẽ đo các biến dạng chung có ý nghĩa đặc trưng cho sự làm viẹc tổng thể của toàn kết cấu (các chuyển vị góc hoặc chuyển vị thẳng của kết cấu nhịp hoặc các bộ phận của nó, hoặc của mố trụ v.v...). Cũng cần đo những biến dạng cục bộ để từ đó suy ra trạng thái ứng suất của bộ phận kết cấu.
Khi thử tải động người ta dùng các thiết bị ghi lại đặc trưng động học của toàn cầu nói chung hoặc của các bộ phận riêng lẻ. Muốn chọn hợp lý loại thiết bị đo để thử tải cầu cụ thể nào đó cần phải dự kiến gần đúng trước các trị số và đặc điểm của các biến dạng sắp sửa được đo. Muốn vậy phải tính toán trước hoặc tham khảo các kết quả đo đã có ở các cuộc thử tải tương tự trước đây. Nếu chọn đúng loại thiết bị cần dùng thì công tác thử nghiệm cầu sẽ làm nhanhgọn và chính xác, tiết kiệm.
Trước khi thử tải cầu phải lập sơ đồ bố trí các thiết bị đo, đánh số hiệu chúng, làm các mẫu bảng ghi số liệu cho phù hợp với từng thiết bị đo và với sơ đồ thử tải, phân công các nhân viên đo đạc và huấn luyện lại họ cho phù hợp với nội dung thử tải cầu cụ thể. Khoảng thời gian thử tải cần được dự kiến chính xác, đặc biệt với các cầu đường sắt đang khai thác thì phải chọn thời điểm "cửa sổ" của biểu đồ tàu chạy. Cũng cần lưu ý công tác an toàn trong quá trình thử cầu phải theo đúng các quy định thông thường. Việc chỉ huy và thông tin trong quá trình thử cầu là rất quan trọng, nhất là đối với các cầu lớn, cầu đường sắt, cầu đang khai thác trên các tuyến đường nhiều xe cộ qua lại. Cần có các phương tiện loa, máy bộ đàm, xe ôtô con, điện thoại.
2.1.3. Tải trọng thử cầu:
2.1.3.1. Xe thử tải:
Nguyên tắc cơ bản để chọn tải trọng thử cầu : phải gây ra được nội lực (mà chủ yếu là mômen uốn) bằng 80% trị số khả năng chịu lực cho phép của kết cấu. Nếu tải trọng nhỏ quá thì việc thử tải không có ý nghĩa. Đối với các cầu mới hoặc cầu cũ có hồ sơ thiết kế thì tải trọng thử phải xấp xỉ tải trọng thiết kế là tốt nhất (trừ trường hợp cầu có các hư hỏng nghiêm trọng).
Đối với các cầu cũ đã mất hồ sơ và có nhiều hư hỏng, phải qua tính toán sơ bộ và khảo sát tỉ mỉ để dự đoán tải trọng lớn nhất mà cầu chịu được, từ đó lựa chọn tải trọng thử cầu. Mặt khác lúc thử cầu cũng phải tăng tải dần dần và theo dõi. Phải thử cầu với các sơ đồ đặt tải với mực độ tăng dần.
Ngoài ra còn phải tuỳ thuộc vào tình hình thực tế của các xe ôtô trong vùng có thể thuê được làm xe thử tải. Thông thường lúc thử tải các cầu lớn cần nhiều xe lớn luôn phải điều chỉnh sửa lại sơ đồ xếp xe cho phù hợp với mục đích tạo ra nội lực trong kết cấu tương đương với nội lực do các tải trọng thử đã dự kiến lúc đầu.
Đối với các cầu đường sắt, đoàn tàu thử tải còn phụ thuộc khả năng thông xe của cả đoạn tuyến mà trên đó có cầu đang cần được thử tải, cũng như phụ thuộc tình hình đầu máy toa xe thực có tại đó.
Để thử tải tĩnh có thể dùng các cách đặt tải khác mà không dùng xe thử tải, ví dụ đặt các phao chứa đầy nước.
Các xe thử tải thường được chất tải bằng đá, cát, vật liệu nặng như ximăng, sắt thép.
Sai số của tải trọng thử không được quá ± 5% so với quy định của đồ án thiết kế thử tải. Các xe phải cân trọng lượng của từng trục xe và được đo vẽ kích thước thực tế để lấy số liệu tính nội lực.
Trong một số trường hợp đặc biệt (thử đến phá hoại, thử các bộ phận, thử với tải trọng nằm ngang ...) có thể dùng kích tời và các thiết bị khác gây ra tác động cần thiết. Nhưng phải có biện pháp đo được lực tác dụng chính xác (dùng đồng hồ đo lực chẳng hạn ...)
Cần dự kiến khoản thời gian bắt đầu và kết thúc đo của từng ngày, dự phòng cách xử lý các tình huống bất ngờ: Mưa bão, tai nạn, khiến cho xe thử tải đến không đủ hoặc sai giờ hẹn.
Nếu cầu được dự kiến cho tải trọng thiết kế là đoàn xe ôtô H30, có thể dùng các ôtô nhãn hiệu Kaz-256 (24tấn) hoặc nhãn hiệu Kamaz. Nếu cần có tải trọng thiết kế H18 hoặc H13 thì việc tìm chọn xe ôtô thử tải dễ dàng hơn.
2.1.3.2. Cách xếp thử tải tĩnh.
Tuỳ theo mục đích của việc xe tải lực cắt lớn nhất hay mô men lớn nhất hoặc mục đích nào khác mà bố trí xe thử tải cho phù hợp.
Nói chung đối với cầu ôtô, ứng với mỗi sơ đồ xếp xe theo hướng dọc cầu đều phải xét ít nhất 2 trường hợp xếp se ngang cầu là các trường hợp xếp mọi xe lệch về thượng lưu hoặc về hạ lưu.
Các xe có thể quay đầu cùng về một hướng để tiện việc ra vào cầu nhưng cũng có thể quay đuôi vào nhau nhằm tạo ra nội lực mô men hay lực cắt lớn nhất ở mặt cắt nào đó cần xét.
Để chọn sơ đồ xếp xe dọc cầu cần xét đường ảnh hưởng phản lực gối. Khi điều xe trên cầu phải cử người chuyên trách và đánh dấu bằng sơn từ trước lên cầu ứng với từng sơ đồ xe.
Nếu cầu dài, cần nhiều xe phải quy định đánh số thứ tự cho từng xe để dễ điều khiển xe ra vào cầu. Với mỗi cấp tải trọng (mỗi sơ đồ xếp xe) phải đo 3 lần vậy phải có kế hoạch điều xe ra vào sao cho nhanh chóng, thuận lợi và an toàn. Ngoài ta thường có 1 lần xếp thử đầu tiên để chỉnh lại các máy đo. Như vậy cần dự trù đo lắp 4 lần.
Khi thử tải các cầu cũ việc xếp tải phải theo nguyên tắc tăng dần bằng 50% ¸ 75% ¸ 100% tải trọng thử cầu để đảm bảo an toàn với mỗi cấp tải cần tiến hành đo đạc để sơ bộ đánh giá năng lực chịu tải thực tế của cầu trước khi xếp cấp tải lớn hơn.
2.1.3.3. Bố trí xe để thử tải động.
Theo trình tự cần thử tải tĩnh với nhiều xe tải trước, sau đó giải phóng các xe đó đi chỉ giữ lại 2 xe để thử tải động. Nếu thấy cầu yêu cầu yếu quá trong lúc thử tải tĩnh thì không thử tải động nữa.
Trên cầu ôtô, dù nhiều làn xe , dù nhiều làn xe, được phép chỉ cần sử dụng một làn xe chính giữa cầu để thử tải động.
Tốc độ xe thử động thường bắt đầu từ 5km/h và tăng dần từng cấp tuỳ theo đồ án thiết kế quy định. Nói chung hệ số xung kích sẽ lớn nhất ứng với tốc độ xe từ 25-35 km/h do đó cần cho xe thử ở tốc độ đó.
Để thử đo xung kích có thể đặt 1 tấm ván dày 5 cm trên mặt cầu tại đúng mặt cắt có đặt máy đo (ví dụ giữa nhịp), khi xe ôtô chạy nhanh quá sẽ gây xung kích lớn.
Cần thiết cho xe thử chạy nhanh và hãm phanh đột ngột để tạo ra chuyển vị dọc lớn của đỉnh mố trụ gối trên nhịp đang xét.
Thông tin liên lạc giữa người chỉ huy đo đạc và lái xe cần thống nhất hiệu lệnh và nên có máy điện thoại vô tuyến. Cần đặc biệt chú ý khi thử tải động, mặt cầu phải hoàn toàn trống vắng.
Ở nước ngoài có những máy chấn động đặt trên xe chuyên dụng để gây ra chấn động lúc thử nghiệm công trình. Tại viện KHCN GTVT có một xe như vậy do nước Nga chế tạo.
2.1.4. Thử tãi tĩnh
Nội dung thử tải tĩnh đã được nêu trong mục 2.1.2. Ở đây chỉ nêu thêm các chi tiết.
Thời điểm đọc số liệu là khi các kim đồng hồ của các thiết bị đo đã ổn định và không ít hơn 5 phút kể từ lúc xếp tải lên cầu xong. Cần có hiệu lệnh chung khi bắt đầu dọc máy. Nếu thấy máy đo nào trục trặc thì phải có biện pháp xử lý kịp thời. Vừa đo vừa theo dõi chung các hư hỏng để phát hiện kịp thời những tiến triển bất lợi ảnh hưởng đến kết quả đo và an toàn công trình. Nếu phát hiện thêm các hư hỏng mới sinh ra cần đối chiếu các kết quả đo trước đó để phân tích và nhận xét.
2.1.4.1. Đo độ võng
Máy đo dộ võng nên đặt ở các mặt cắt có độ võng lớn nhất và các mặt cắt đặc biệt vầ cấu tạo (ví dụ mối nối) hoặc hư hỏng. Số lượng điểm đo xét theo dọc cầu là tùy độ dài nhịp. Để thuận tiện bố trí đà giáo nên đặt các điểm đo võng gần các điểm đo ứng suất. Nếu cầu có gối cao su hoặc dự toán mố trụ có thể lún cần đặt điểm đo võng cả ở mặt cắt trên gối hoặc lân cận đó. Độ võng của tất cả các dầm chủ và dàn chủ phải được đo đồng thời trong một mặt cắt ngang cầu.
Điểm cố định làm gốc để độ võng thường là mặt đất đáy sông. Vì vậy ở nơi đất cạn có thể đóng cọc tre, ở nơi nước sâu có thể buộc dây thả vật nặng xấp xỉ 10kg xuống đáy sông. Trường hợp sông lớn, nước chảy mạnh, có thông thuyền mà không thể thả dây được thì đo bằng máy cao đạc có độ chính xác cao (ví dụ Ni-004) hoặc máy đo dùng ống chứa chất lỏng đặc biệt.
Các số đọc trong mỗi lần xếp tải phải bao gồm:
- Số dọc máy khi xe chưa vào cầu
- Số dọc máy khi xe vào và đã đứng yên
- Số dọc máy khi xe ra hết khỏi cầu
Để phân tích biến dạng dư cần so sánh kết quả đo của lần xếp tài đầu tiên và lần xếp tải cuối cùng. Số liệu đo phải được ghi theo mẫu thống nhất để tiện phân tích. Đo xong phải ghi chú những gì bất thường.
2.1.5. Thử tải động
Nội dung thử tải động đã được nói ở mục 2.1.2, cách bố trí hoạt tải được nói ở mục 2.1.3. Vị trí đặt máy đo thử tải động được chọn tùy theo mục đích. Thông thường các máy ghi biểu đồ dộ võng đặt ở mặt cắt giữa nhịp, tại đáy các dàn chủ hoặc dầm chủ ngay bên dưới vệt xe thr tải động chạy (thường là dầm giữa). Thông tin liên lạ lúc thử tải động rất quan trọng vì máy đo động phải cho chạy trước khi xe thử tải chạy vào đầu cầu hoặc đầu nhịp được đo đạc.
Hiện nay nhiều Phòng thí nghiệm đã trang bị các máy điện tử do dao động bao gồm nhiều loại đầu do gia tốc khác nhau và bộ chuyển đổi số để đưa số liệu lưu trữ vào máy tính xách tay, sau đó xử lý số liệu bằng các chương trình máy tính chuyên dụng. Đối với cầu nhiều nhịp, không thể đo hết mọi nhịp do đó nên chọn nhịp cầu nào đó có hư hỏng nặng nhất, trong đó đặc điểm cấu tạo đại diện cho các nhịp mà tiến hành đo lớn nhất (kéo hoặc nén) và nơi có hư hỏng, khuyết tật. Chú ý ảnh hưởng của ứng suất cục bộ xoắn, ứng suất tập trung ở nơi có nghi ngờ cần tăng số lượng điểm đo.
Để đo ứng suất cốt thép, nhất thiết phải đục bỏ chút ít lớp bê tông bảo hộ để gắn máy đo trực tiếp lên cốt thép. Không được suy diễn từ ứng biến của bê tông vùng kéo ra ứng suất kéo của cốt thép trong nó.
Trong những trường hợp đặc biệt, có thể kích dầm lên để đo phản lực gối do tĩnh tải rồi từ đó tính ra nội lực ở các cấu kiện hoặc mặt cắt cần xét.
Khi thử tải cầu BTCT luôn luôn phải quan sát vết nứt. Phải vẽ bản vẽ mô tả các vết nứt và ghi chú sự tiến triển của chúng trong lúc thử tải và ghi chú sự tiến triển của chúng trong lúc thử tải. Điểm đo ứng biến bê tông phải đặt xa vết nứt.
Bạn đang đọc truyện trên: Truyen2U.Pro