Bài giảng Khai thác kiểm định cầu - Đặng Huy Khánh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH 
KHOA XÂY DỰNG 
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG 
Đăng Huy Khánh 
 Bộ môn Cầu Đường 
BÀI GIẢNG KHAI THÁC KIỂM ĐỊNH CẦU 
(TÀI LIỆU DÙNG CHO SINH VIÊN KHOA XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH) 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH 
KHOA XÂY DỰNG 
BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG 
-------- o0o ------- 
Ths. Đặng Huy Khánh 
BÀI GIẢNG 
HỌC PHẦN: KHAI THÁC KIỂM ĐỊNH CẦU 
(TÀI LIỆU DÙNG CHO SINH VIÊN KHOA XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH) 
Mã số môn học: GT20022 
Số tín chỉ: 02 
Học phần: Tự chọn 
Lý thuyết: 25 tiết 
Bài tập, thảo luận: 5 tiết 
Tự học: 60 tiết 
Vinh - 2019
Khai thác, kiểm định cầu_ĐH Khánh 
- 3 - 
MỤC LỤC 
BÀI GIẢNG TÍN CHỈ HỌC PHẦN KHAI THÁC KIỂM ĐỊNH CẦU 
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... - 5 - 
CHƯƠNG I .................................................................................................................. - 7 - 
CÔNG TÁC KHAI THÁC, BẢO QUẢN VÀ SỬA CHỮA CẦU.............................. - 7 - 
1.1. Khái niệm chung: .............................................................................................. - 7 - 
1.2. Khai thác công trình cầu: .................................................................................. - 8 - 
1.2.1. Tổ chức bộ máy quản lý khai thác công trình: ........................................... - 8 - 
1.2.2. Tình trạng cầu cống ở nước ta hiện nay: .................................................... - 9 - 
1.2.3. Tình trạng quản lý khai thác: ................................................................... - 10 - 
1.2.4. Các yêu cầu chung đối với công tác quản lý khai thác: ........................... - 10 - 
1.3. Bảo quản dòng chảy và điều chỉnh hướng dòng ............................................. - 11 - 
1.4. Kiểm tra, sửa chữa cầu thép: ........................................................................... - 12 - 
1.4.1. Công tác kiểm tra cầu thép: ...................................................................... - 12 - 
1.4.2. Các hư hỏng, khuyết tật và giải pháp sửa chữa cầu thép. ........................ - 13 - 
1.5. Kiểm tra và sửa chữa cầu bê tông cốt thép: .................................................... - 22 - 
1.5.1. Công tác kiểm tra đối với kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép. .................. - 22 - 
1.5.2. Các hư hỏng và khuyết tật của cầu bê tông cốt thép. ............................... - 22 - 
1.5.3. Sửa chữa các khuyết tật của kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép. .............. - 24 - 
1.6. Kiểm tra và sửa chữa mố trụ cầu: ................................................................... - 28 - 
1.6.1. Công tác kiểm tra mố trụ cầu và những hư hỏng chủ yếu. ...................... - 28 - 
1.6.2. Sửa chữa mố, trụ cầu. ............................................................................... - 30 - 
CHƯƠNG II ............................................................................................................... - 34 - 
KIỂM ĐỊNH CẦU VÀ GIA CỐ CẦU ...................................................................... - 34 - 
2.1. Khái niệm chung: ............................................................................................ - 34 - 
2.2. Kiểm định cầu: ................................................................................................ - 35 - 
2.2.1. Công tác khảo sát và thu thập tài liệu về hiện trạng công trình: .............. - 35 - 
2.2.2. Xác định khả năng chịu tải của công trình theo lý thuyết: ....................... - 38 - 
2.2.3. Xác định khả năng chịu tải của công trình theo thực nghiệm: ................. - 41 - 
2.3. Gia cố cầu thép: ............................................................................................... - 68 - 
2.3.1. Gia cố hệ dầm mặt cầu thép: .................................................................... - 70 - 
2.3.2. Gia cố kết cấu nhịp dầm thép đặc: ........................................................... - 72 - 
2.3.3. Gia cố dàn chủ:......................................................................................... - 74 - 
2.3.4. Gia cố hoặc làm lại hệ liên kết giữa các dàn chủ ..................................... - 77 - 
2.4. Gia cố kết cấu nhịp và mố trụ cầu bê tông cốt thép, bê tông và đá xây: ......... - 78 - 
Khai thác, kiểm định cầu 
- 4 - 
2.4.1. Gia cố kết cấu nhịp: ................................................................................. - 78 - 
2.4.2. Gia cố mố, trụ cầu: ................................................................................... - 90 - 
Tài liệu – học liệu: 
- Tài liệu chính: 
[1]. Bài giảng khai thác, kiểm định cầu - tác giả Đặng Huy Khánh, Bộ môn Cầu đường, 
khoa Xây dựng, trường Đại học Vinh. 
[2]. Giáo trình khai thác, kiểm định, gia cố, sửa chữa cầu cống - tác giả GS.TS. Nguyễn 
Viết Trung - Trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội, 2008. 
- Tài liệu tham khảo 
[1]. Chẩn đoán công trình cầu, tác giả PGS.TS. Nguyễn Viết Trung, Nhà xuất bản xây 
dựng, 2003. 
[2]. Kiểm định cầu - tác giả Chu Viết Bình, Nguyễn Ngọc Long, Nguyễn Mạnh, Nguyễn 
Văn Nhậm, Nhà xuất bản Xây dựng 2009. 
Khai thác, kiểm định cầu_ĐH Khánh 
- 5 - 
MỞ ĐẦU 
I. Đối tượng nghiên cứu: 
Khai thác, kiểm định cầu là môn học nghiên cứu sự làm việc của các công trình cầu đang 
khai thác hoặc đã xây dựng xong chuẩn bị đưa vào khai thác nhằm đánh giá khả năng chịu lực 
của công trình phục vụ cho công tác quản lý, bảo dưỡng hoặc sửa chữa, gia cố tăng cường cầu. 
Như chúng ta đã biết, trong thiết kế cầu người ta lựa chọn các kích thước hình học của 
cầu trước sau đó tiến hành tính toán theo quy định của tiêu chuẩn hiện hành để xác định khả 
năng chịu lực của kết cấu công trình, trên cơ sở đó điều chỉnh lại các số liệu đầu vào để xác 
định kết cấu công trình phù hợp với công nghệ thi công và yêu cầu khai thác. 
Đối với công tác khai thác kiểm định cầu thì đối tượng nghiên cứu đã rõ ràng là các công 
trình cầu thực tế với đầy đủ đặc trưng hình học cũng như vật liệu. Người ta tiến hành đo đạc, 
tính toán trên các công trình cầu thực tế (cầu cũ đã qua sử dụng hoặc cầu mới hoàn thành chuẩn 
bị đưa vào khai thác) để xác định khả năng chịu lực thực tế của công trình cầu để từ đó đưa ra 
các giải pháp quản lý, khai thác, gia cố cầu hợp lý. 
II. Nội dung của môn học: 
Nội dung môn học gồm 2 chương với nội dung chính là các nội dung: Quản lý khai thác 
cầu, bảo quản sửa chữa cầu, kiểm định thử nghiệm cầu, gia cố tăng cường cầu. 
2.1. Quản lý khai thác cầu: 
Phần này nghiên cứu nội dung và phương pháp quản lý khai thác cầu. Quản lý bao gồm 
các hồ sơ cầu và quan trọng hơn là quản lý tình trạng kỹ thuật của cầu. Một đơn vị quản lý phải 
nắm rõ các thông tin về cầu từ thiết kế, thi công, đến lịch sử khai thác cầu, các hư hỏng đã sửa 
chữa, nâng cấp, ... đề đề ra chế độ khai thác hợp lý cho công trình cầu như hạn chế tải trọng, 
tốc độ, số lượng xe qua cầu, ... và đồng thời đề ra kế hoạch, chương trình sửa chữa cầu thường 
xuyên, định kỳ hay sửa chữa lớn theo nguồn kinh phí hàng năm. 
Bằng các nghiệp vụ quản lý khai thác cầu với các hình thức kiểm tra chặt chẽ để nắm rõ 
thông tin về các công trình cầu đề từ đó xây dựng kế hoạch sửa chữa, nâng cấp theo đúng nhu 
cầu thực tế khai thác. 
2.2. Bảo quản sửa chữa cầu: 
Bảo quản sửa chữa cầu là nhằm đảm bảo cầu trong suốt quá trình khai thác sử dụng vẫn 
giữ được khả năng làm việc như thiết kế ban đầu mà không phải thay đổi bất kỳ chế độ khai 
thác nào. Sửa chữa cầu có thể là những công việc rất nhỏ như siết bulông, trám rỗ bê tông, ... 
đến những công việc rất lớn như thay thế dầm cầu, giàn thép, dây văng, ... 
Công tác bảo quản sửa chữa cầu đề cập đến trong nội dung môn học sẽ là những kiến thức 
cơ bản, những phương pháp có thể sử dụng tại hiện trường, chỉ đỏi hỏi mức độ chuyên môn 
nhất định. Các sửa chữa mang tính chuyên gia, sữa chữa cao cấp chưa được nghiên cứu ở đây. 
2.3. Kiểm định thử nghiệm cầu: 
Nội dung phần này là công tác đo đạc kiểm định và thử nghiệm cầu để nghiên cứu đánh 
giá khả năng chịu lực của cầu bằng thực nghiệm như: đo ứng suất, độ võng, dao động, ... sử 
dụng kết quả đo để đánh giá khả năng chịu lực của cầu. 
Khoan lấy mẫu để kiểm tra đặc trưng vật liệu làm cầu, kiểm toán cầu khả năng chịu lực 
thực tế của công trình cầu. 
Một số nội dung liên quan đến kiểm định thử nghiệm cầu như thí nghiệm mô hình trong 
quá trình thi công, thí nghiệm phá hủy tổng thể, ... các em có thể tìm hiểu thông qua các công 
trình dự án thực tế có yếu tố nước ngoài. 
Khai thác, kiểm định cầu 
- 6 - 
2.4. Gia cố tăng cường cầu 
Đây là công việc khác với công việc sửa chữa cầu, công tác gia cố tăng cường cầu là công 
việc nhằm làm tăng khả năng khai thác hoặc chịu lực của một công trình cầu. Việc tăng cường 
cầu có thể phải làm thay đổi sơ đồ làm việc của cầu, kết cấu cầu, dầm chủ, khổ cầu, ... nhằm 
làm tăng khả năng chịu lực của công trình như bố trí thêm trụ đỡ, tăng chiều cao dầm chủ, .... 
hoặc làm tăng khả năng khai thác của cầu như thêm dầm, mở rộng xà mũ, tăng số làn xe trên 
cầu. 
III. Phương pháp nghiên cứu: 
Đây là môn học có yêu cầu tính thực tế cao, lý thuyết kết hợp với thực hành để nắm rõ 
quy trình kiểm định cầu. Tuy nhiên, trong điều kiện thực tế không thể đáp ứng như cầu thực 
hành, người học cần chủ động tìm kiếm tài liệu thông qua mạng internet, đọc các tài liệu có liên 
quan, đặt các câu hỏi và chủ động thảo luận trao đổi với bạn bè hặc với giáo viên dạy môn học 
này. Có thể hiểu kiểm định cầu là công việc khám bệnh, chữa bệnh và tiếp thêm sức khỏe cho 
một công trình cầu do đó người học cần nắm rõ các cấu tạo cơ bản của công trình cầu và nguyên 
lý tính toán đã được học ở các môn học có liên quan.
Khai thác, kiểm định cầu_ĐH Khánh 
- 7 - 
CHƯƠNG I 
KHAI THÁC, BẢO QUẢN VÀ SỬA CHỮA CẦU 
* Mục tiêu: 
- Cung cấp kiến thức và hiểu biết về hình thức quản lý khai thác công trình cầu ở nước 
ta, tình hình thực tế và một số giải pháp khắc phục. 
- Cung cấp kiến thức và hiểu biết để kiểm tra, khắc phục những hư hỏng, khuyết tật của 
công trình giao thông. 
- Nắm được các phương pháp đo đạc, thử nghiệm để đánh giá năng lực chịu tải cũng như 
đánh giá năng lực công trình. 
- Hiểu biết và vận dụng các phương pháp sửa chữa, cải tạo, tăng cường nhằm khôi phục 
những hư hại, nâng cao năng lực chịu tải công trình cầu. 
* Nội dung: 
1.1. Khái niệm chung: 
Mục đích chính của việc xây dựng các công trình cầu là để đưa vào khai thác phục vụ kết 
nối hệ thống hạ tầng giao thông khi phải đi qua các khu vực khó khăn như sông, hẻm núi, thung 
lũng, giao cắt,  Khai thác cầu là công việc cuối cùng của quá trình đầu tư xây dựng dự án cầu 
gồm Khảo sát - Thiết kế - Xây dựng - Khai thác. Tuy nhiên, đây chưa phải là đã kết thúc mà 
bắt đầu một giai đoạn mới, do trong quá trình khai thác các công trình cầu bị suy giảm chất 
lượng theo thời gian, thậm chí là bị sụp đổ, vì thế cần thiết phải thực hiện công tác kiểm tra, 
duy tu, bảo quản, và sửa chữa công trình cầu. 
Các nguyên nhân làm suy giảm chất lượng công trình cầu gồm: Có những sai sót giữa 
thiết kế và thi công; Do tác dụng của hoạt tải luôn thay đổi; Ảnh hưởng của khí hậu, thời tiết, 
môi trường xung quanh; Tính chất của vật liệu xây dựng cầu; Thiên tai, địch họa. Để hạn chế 
tối đa các nguyên nhân gây suy giảm chất lượng cầu ta cần kiểm tra, bảo quản để cầu luôn ở 
trạng thái phục vụ tốt, phát hiện kịp thời và khắc phục các hiện tượng hư hỏng khi nó mới hình 
thành, ngăn chặn không cho phát triển thành những tai nạn đáng tiếc. 
Công tác quản lý khai thác cầu là công việc thường xuyên, ghi chép nhật ký một cách đầy 
đủ như thống kê lý lịch cầu, đặc tính kỹ thuật, đặc điểm địa chất, địa hình, thủy văn, các loại tải 
trọng xe qua cầu và đặc điểm phương tiện giao thông dưới cầu. Trên cơ sở đó, tiến hành các 
công tác duy tu, bảo dưỡng thường xuyên, hoặc tiến hành sửa chữa theo các mức độ nhỏ, vừa 
và lớn. 
- Sửa chữa nhỏ: Là công tác khắc phục những hư hỏng nhỏ, những hư hỏng này chưa 
làm ảnh hưởng đến chế độ khai thác nhưng ảnh hưởng đến tuổi thọ và tính bền vững của công 
trình. Khối lượng thi công ít và không cần phải đình chỉ giao thông trên cầu. 
- Sửa chữa vừa: Khắc phục những hư hỏng, mà những hư hỏng này chưa làm giảm khả 
năng chịu tải của kết cấu nhưng ảnh hưởng đến chế độ khai thác của công trình. Khối lượng thi 
công tương đối lớn, trong thời gian sửa chữa phải đình chỉ tạm thời hoặc hạn chế giao thông 
qua cầu. 
- Sửa chữa lớn (đại tu): Khắc phụ những hư hỏng, mà những hư hỏng này làm giảm khả 
Khai thác, kiểm định cầu 
- 8 - 
năng chịu tải của kết cấu nhằm đưa kết cấu trở lại chế độ khai thác của công trình. Khối lượng 
thi công lớn, trong thời gian sửa chữa phải đình chỉ giao thông trên cầu. 
Khi kết cấu không còn đủ khả năng chịu các hoạt tải phát triển nặng hơn hoặc cầu đã trở 
nên hẹp không còn đủ lưu thông lượng phương tiện qua cầu thì cần thiết phải xem xét tăng 
cường, mở rộng cầu. Kết cấu cầu gồm nhiều bộ phần chịu lực khác nhau, không phải bộ phận 
nào cũng có cùng cường độ vì thế ta chỉ tăng cường bộ phần nào yếu nhất mà thôi, mức độ cần 
thiết tùy theo nhu cầu phát triển giao thông để xem xét, xử lý. 
1.2. Khai thác công trình cầu: 
1.2.1. Tổ chức bộ máy quản lý khai thác công trình: 
Trong sự nghiệp đổi mới đất nước, yêu cầu phát triển giao thông vận tải ở Việt Nam rất 
lớn. Nhiều tuyến đường mới với các công trình cầu thi công theo công nghệ tiên tiến đã và đang 
được hình thành, cùng với việc nâng cấp, cải tạo các hệ thống cầu, đường cũ. Xây dựng cơ bản 
trong giao thông vận tải và quản lý, khai thác tốt các công trình hiện có là hai nhiệm vụ lớn phải 
song song thực hiện. 
Để đáp ứng được yêu cầu này, Bộ Giao thông vận tải đã quy định các chức năng, nhiệm 
vụ về quản lý duy tu cho các đơn vị chuyên ngành. Tổng Cục Đường bộ Việt Nam và Cục 
Đường sắt Việt Nam là hai cơ quan chủ yếu thực hiện chức năng quản lý khai thác hệ thống 
cầu - đường trên quốc lộ và các công trình khác trên mạng lưới giao thông đường bộ và đường 
sắt ở Việt Nam. 
Cơ cấu tổ chức của Tổng Cục Đường bộ Việt Nam gồm bốn cục quản lý đường bộ phụ 
trách các vùng lãnh thổ khác nhau: 
- Cục quản lý đường bộ 1: Quản lý các tỉnh phía Bắc từ Ninh Bình trở ra; 
- Cục quản lý đường bộ 2: Quản lý các tỉnh Bắc miền Trung từ Thanh Hóa đến 
Thừa Thiên Huế; 
- Cục quản lý đường bộ 3: Quản lý các tỉnh miền Trung và Tây Nguyên từ thành 
phố Đà Nẵng đến hết tỉnh Khánh Hòa; 
- Cục quản lý đường bộ 4: Quản lý các tỉnh Nam Trung Bộ và Nam bộ từ tỉnh Ninh 
Thuận, Lâm Đồng trở vào. 
Dưới các Cục quản lý đường bộ có các Chi cục làm nhiệm vụ khai thác và các công ty 
xây lắp thực hiện các nhiệm vụ sửa chữa, trung, đại tu công trình. Ngoài ra, cũng có một số 
công ty xây lắp trực thuộc Cục để thực hiện nhiệm vụ xây dựng các công trình có vốn xây lắp 
lớn hàng năm. 
Đối với Cục Đường sắt Việt Nam là cơ quan quản lý nhà nước về đường sắt, thực hiện 
chức năng nhiệm vụ quản lý nhà nước về mặt thủ tục pháp lý. Song song với nó là Tổng công 
ty đường sắt Việt Nam là Doanh nghiệp nhà nước th ... hữ nhật tương đương: 
Theo phương pháp khối ứng suất chữ nhật được quy định trong TCVN11823-2017, quan 
hệ ứng suất biến dạng trong bê tông có thể được biểu diễn tương đương bằng một khối ứng suất 
nén hình chữ nhật có trị số 0,85f’c trên một vùng được giới hạn bởi mặt ngoài cùng chịu nén 
của mặt cắt và một đường song song với trục trung hòa cách thới chịu nén ngoài cùng a = 1c. 
Hệ số 1 có thể được lấy bằng 0,85 đối với bê tông có cường độ không vượt quá 28Mpa và 
giảm đi 0,05 cho mỗi mức 7Mpa cao hơn mức 28Mpa và trong mọi trường hợp không nhỏ hơn 
0,65. Có thể tóm tắt như sau: 
 Ứng suất nén phân bố đều của khối bê tông bằng: 0,85f’c 
 Chiều cao của khối ứng suất hình chữ nhật: a = b1c, với: 
1 = 0,85 khi f’c ≤ 28Mpa 
1 = 0,65 khi f’c ≥ 56Mpa 
β = 0,85 − 0,05
f
 − 28
7
 khi 28 ≤ f
 ≤ 56 MPa 
- Các giả thiết được sử dụng trong tính toán: 
 Biến dạng nhỏ. 
 Biến dạng phân bố trên toàn dầm là tuyến tính. 
 Bỏ qua biến dạng cắt. 
 Không tính đến khả năng chịu kéo của bê tông. 
 Tấm FRP dính bám tuyệt đối với bề mặt dầm BTCT. 
- Các bước tính toán tăng cường sức kháng uốn đối với dầm BTCT thường có tiết diện 
chữ nhật có cốt thép chịu kéo: 
+ Biểu đồ ứng suất – biến dạng dầm BTCT có tăng cường tấm FRP: 
d h
b
b
frp
ci cl
sisl
c
0,85f'c
a
=
 1
c
0,85f'c
Cc
fs
f
frp
Ts
T
frpbifrp
Khai thác, kiểm định cầu 
- 86 - 
Theo đó ta có: 
c = ci + cl 
s = si + sl 
Trong đó: 
c, s – biến dạng trong bê tông, biến dạng trong cốt thép chịu kéo. 
ci, si – biến dạng ban đầu trong bê tông và cốt thép trước tăng cường. 
cl, sl – biến dạng trong bê tông và cốt thép do tải trọng gây ra sau tăng cường. 
ε
c
=
ε
d − c
=
ε
h − c
=
ε + ε
h − c
=
ε + ε
h − c
b = bi + bl = frp + bi 
Với: 
b là tổng biến dạng tại thới dưới của tiết diện sau khi tăng cường; 
bi là biến dạng ban đầu tại thớ bê tông đáy dầm trước khi tăng cường: 
ε = 
ε + ε
d
 h − ε 
Ta có: 
Lực nén trong bê tông: Cc = 0,85.f’c.a.b 
Lực kéo trong cốt thép: 
Khi s < y thì Ts =  s.fs.As 
Khi s ≥ y thì Ts =  s.fy.As 
Lực kéo trong tấm FRP: 
Khi frp < frpu thì Tfrp =  frp.Efrp. frp.Afrp 
Khi frp ≥ frpu thì Tfrp = 0 
Xác định mô men kháng uốn của dầm được tăng cường vật liệu FRP: 
1. Xét hình thức phá hoại do bê tông bị nén vỡ: 
Khi bê tông bị nén vỡ, là khi c = cu = 0,003, frpl < frpu 
Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng có dạng như sau: 
cu = cl+ci=0,003
d h
b
b
frp
ci cl
bifrpl<frpu
sisl
c a
=
 1
c
0,85f'c
Cc
Ts
T
frp
Khai thác, kiểm định cầu 
- 87 - 
Từ biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng ở trên ta có: 
ε = ε 
d − c
c
 
ε = ε 
h − c
c
 − ε 
Giả thiết cốt thép bị chảy dẻo, ta có phương trình cân bằng: 
0,85. c.f’c.1.c.b = s.As.fy + frp.Efrp.frp.Afrp 
Thay các quan hệ biến dạng ở trên vào phương trình cần bằng, giải phương trình bậc 2 theo c 
ta tìm được c trong phương trình sau: 
0,85. c.f’c.1.c2.b + ( frp.Efrp.Afrp [cu+bi] - s.As.fy).c - frp.Efrp.Afrp.cu.h = 0 
Từ đó ta xác định được mô men kháng uốn như sau: 
M = φ. f. A d −
a
2
 + φ. E. ε. A. h −
a
2
 
2. Xét hình thức phá hoại do đứt tấm sợi FRP: 
Khi vật liệu tăng cường bị đứt, là khi: c < cu = 0,003, frpl = frpu 
Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng có dạng như sau: 
Từ biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng ta có 
ε = ε + ε. 
c
h − c
 = 
ε + ε
βh − a
 a 
ε = ε + ε. 
d − c
h − c
 = 
ε + ε
βh − a
 . (βd − a) 
Khoảng cách đến trục trung hòa c được xác định như sau: 
c =
φ. f. A + φ. E. ε. A
0,85. φ. β. b. f
Mô men kháng uốn tính toán được xác định bằng biểu thức: 
M = φ. f. A d −
a
2
 + φ. E. ε. A. h −
a
2
 
3. Xét hình thức phá hoại đồng thời: 
Trường hợp dầm tăng cường FRP bị phá hoại đồng thời, là khi: c = cu = 0,003, frpl = frpu 

frpl
=
frpu
sisl
c a
=
 1
c
0,85f'c
Cc
Ts
T
frp
c = cl+ci
d h
b
b
frp
ci cl
bi
Khai thác, kiểm định cầu 
- 88 - 
Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng tròng trường hợp phá hoại đồng thời: 
Từ biểu đồ ta có quan hệ tương thích: 
c
h
=
ε
ε + ε + ε
 hay a = β. h. 
ε
ε + ε + ε
 
Trong đó: 
cb, b, cu, frpu – khoảng cách đến trục trung hòa, biến dạng cực hạn của bê tông, 
biến dạng cực hạn của tấm sợi FRP. 
frpu = 0,01 ÷ 0,017 đối với tấm sợi carbon. 
frpu = 0,015 ÷ 0,025 đối với tấm sợi thủy tinh. 
ε = 
ε + ε
d
 h − ε 
Ta có: 
Lực kéo trong cốt thép: Ts =  s.fy.As 
Lực kéo trong tấm sợi FRP: Tfrp =  frp.Efrp. frpu.Afrp 
Lực nén trong bê tông: Cc = 0,85. c.f’c.1.cb.b 
Số lượng tấm FRP cần thiết để xảy ra phá hoại đồng thời: 
A =
0,85. φ. β. b. f
. c − φ. A. f
φ. E. ε
Mô men kháng uốn của dầm: 
M = φ. f. A d −
a
2
 + φ. E. ε. A. h −
a
2
 
e. Quy trình thiết kế tăng cường công trình xây dựng khi sử dụng tấm vật liệu FRP: 
e.1. Các tài liệu yêu cầu cho thiết kế: 
- Yêu cầu của dự án: thay đổi công năng, thiếu thép, tăng tải trọng khai thác, ... 
- Hiện trạng kết cấu như: các hư hỏng hiện tại, hiện trạng ăn mòn, ... 
- Môi trường xâm thực hiện tại của kết cấu: nước biển, hóa chất, ô nhiễm, ... 
- Hồ sơ hoàn công về kết cấu và bản vẽ thiết kế chi tiết khu vực bị ảnh hưởng. 
- Những đặc tính vật liệu hiện hữu: f’c, Ec, fys, Es, ... 
d h
b
b
frp
ci cl
bifrpl=frpu
sisl
c a
=
 1
c
0,85f'c
Cc
Ts
T
frp
cu = cl+ci
Khai thác, kiểm định cầu 
- 89 - 
- Tải trọng thiết kế: Tải trọng hiện tại và tải trọng dự kiến tăng cường. 
- Các trạng thái giới hạn (TTGH): Quy định về hệ số vượt tải, hệ số an toàn. 
Các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế tăng cường: 
- Sự suy giảm cường độ của vật liệu, % tổn thất vật liệu do ăn mòn, do thời gian khai thác, 
% tổn thất khả năng chịu lực của vật liệu do hỏa hoạn, v.v... 
- Hệ số suy giảm vật liệu do môi trường cần phải được xem xét khi thiết kế tăng cường 
kết cấu bằng vật liệu FRP. 
e.2. Các lưu ý khi thiết kế gia cường kết cấu bằng vật liệu FRP: 
- Bê tông hiện hữu phải có cường độ nén không thấp hơm 15MPa. 
- Tất cả cốt thép phải đảm bảo còn tính chất đàn hồi tại vị trí gia cường. 
- Khả năng sử dụng các bộ phận của kết cấu phải thỏa mãn yêu cầu phù hợp tiêu chuẩn 
ACI hoặc Châu Âu. 
e.3. Những giả định sử dụng trong thiết kế hệ FRP: 
- Những tính toán thiết kế phải dựa trên kích thước thật, cách bố trí thép bên trong và 
những đặc tính của vật liệu hiện hữu cần tăng cường. 
- Cường độ kéo của bê tông được bỏ qua. 
- Sự gia cường FRP có quan hệ đường ứng suất tuyến tính. 
- Mặt cắt phẳng trước khi biến dạng do uốn và sau khi biến dạn do uốn. 
- Không có quan hệ trượt giữa hệ FRP và bê tông. 
- Biến dạng giữa bê tông và thép dựa theo những đường cong lý tưởng được đưa ra trong 
những tiêu chuẩn hiện hành. 
e.4. Các lưu ý trong thiết kế: 
Tất cả các thiết kế gia cường bằng vật liệu FRP cần phải thỏa mãn những nguyên lý kỹ 
thuật cơ bản sau: 
- Khả năng tương thích biến dạng. 
- Sự cân bằng về lực. 
- Các dạng phá hủy. 
- Phá hủy bê tông vùng nén trước khi cốt thép chảy dẻo. 
- Chảy dẻo cốt thép cùng với gãy đứt của tấm FRP. 
- Chảy dẻo của cốt thép cùng với dự phá hủy của bê tông. 
- Phá hủy lớp bê tông bảo vệ trọng cấu kiện chịu kéo và chịu cắt. 
- Tấm FRP không dính bám với bề mặt bê tông. 
f. Công nghệ dán tấm vật liệu FRP: 
Quá trình thi công, gia cường các công trình cầu được tiến hành theo các bước chính như 
sau: 
Bước 1: Công tác chuẩn bị bề mặt 
- Đục bỏ vệ sinh lớp bê tông yếu trên bề mặt đảm bảo cường độ > 15MPa trước khi dán. 
- Xử lý trám, và các vết rỗ nứt bằng keo đặc chủng hoặc vữa không có ngót có cường độ 
Khai thác, kiểm định cầu 
- 90 - 
> 28MPa. 
- Tạo phẳng bề mặt kết cấu bê tông bằng bàn xoa chuyên dụng, loại bỏ lớp bê tông chất 
lượng kém trên bề mặt kết cấu. 
Bước 2: Quét keo lên bề bề mặt kết cấu 
Tiến hành quét keo TYFO-S hoặc TYFO-SW tùy thuộc môi trường thi công (khô hây 
ướt) lên bề mặt kết cấu bằng chổi hoặc Rullo chuyên dụng. 
Bước 3: Tẩm keo lên tấm sợi: 
Tấm ướt tấm sợi TYFO Fibres với epoxy TYFO-S hoặc SW bằng chổi hoặc Rullo. 
Bước 4: Dán tấm sợi lên kết cấu 
Tùy vị trí kết cấu công trình mà đưa ra giải pháp dán phù hợp, thuận tiện trong thi công. 
Bước 5: Hoàn thiện bề mặt 
Có thể dùng một trong những giải pháp sau: 
- Quét sơn hoàn thiện bề mặt theo yêu cầu 
- Trát vữa hoàn thiện bề mặt theo yêu cầu dự án. 
2.4.2. Gia cường cầu vòm: 
Cầu vòm trong quá khư không được xây dựng nhiều ở nước ta, một số cầu ở vùng miền 
núi có dạng giống cầu vòm vẫn khai thác với tải trọng nhỏ không có nhu cầu gia cố. Trong 
nhiều trường hợp, khi gia cố các vành vòm người ta làm thêm các vòm phụ phía dưới hoặc giảm 
bớt tải trọng tĩnh bằng cách tạo thêm kết cấu bản ở phía trên. Việc dỡ tải bằng cách thay thế các 
bản ở phía trên có thể thực hiện trên toàn bộ vòm hoặc một phần, tùy theo mức độ hư hỏng của 
vòm phía dưới. 
Khi gia cường để đảm bảo cao độ phần xe chạy ít thay đổi, phải dùng các kết cấu có chiều 
cao kiến trúc nhỏ bằng bê tông dự ứng lực hoặc bằng thép. Việc xây dựng thêm các vành vòm 
mới phía dưới các vòm cũ trên hình 2.52.a,b thường không làm gián đoạn việc thông xe, nhưng 
cũng phải hạn chế tốc độ xe, tàu qua lại trong vòng vài ba ngày khi bê tông trong quá trình đông 
cứng. Phức tạp nhất là quá trình đổ bê tông vành vòm mới trên suốt bề rộng cầu. Bê tông mới 
và cũ cùng làm việc nhờ các neo liên kết. Người ta thường kiểm tra chất lượng của bê tông vành 
vòm mới bằng cách bơm vữa xi măng-cát (1:1,1:2) vào vùng tiếp xúc giữa các vòm qua các lỗ 
chừa sẵn đặt ở bên dưới vòm. 
Hình 2.52 - Gia cố vành vòm 
a,Vòm bê tông cốt thép bổ sung ở phía trên ; 
b, Như (a), nhưng đặt dưới; c, Gia cường trong vòm hiện có . 
1. Vòm mới; 2. Vòm cũ; 3. Nhịp bản nhẹ; 
4. Gia cường mố; 5. Vành vòm 
2.4.3. Gia cố mố, trụ cầu: 
Khai thác, kiểm định cầu 
- 91 - 
Vấn đề gia cố trụ và nền móng cầu cần xử lý những khuyết tật phát sinh trong quá trình 
sử dụng hoặc khi kết cấu không đảm bảo khả năng chịu lực dưới tác dụng của những trọng tải 
mới, lớn hơn tải trọng thiết kế ban đầu hoặc đưa thêm vào đường sắt thứ hai hay mở rộng khổ 
cầu đường bộ. 
Các trụ cũ bằng đá xây thường được gia cố bằng cách bọc thêm lớp “áo” bằng bê tông 
cốt thép, với kích thước đủ để truyền lên chúng một phần đáng kể tải trọng. Trên hình 2.53 đưa 
ra một ví dụ về hình thức gia cố trụ đã nêu. 
Hình 2.53 - Gia cố trụ bằng bọc bê tông cốt thép 
1. Liên kết giữa lớp bê tông và trụ cũ; 2. Thân trụ cũ; 3. Lớp bọc bê tông cốt thép 
Khi tính toán gia cố trụ, giả thiết rằng phần hoạt tải truyền qua gối cầu, lực gió, lực hãm 
chỉ truyền lên lớp bê tông bọc quanh thân trụ. Lớp bê tông cốt thép và thân trụ cũ đã được liên 
kết với nhau bằng các neo và thanh thép ngang. Lưới thép của lớp áo bê tông cốt thép thường 
có 2 lớp, dùng các thanh đường kính 14mm (thanh đứng) và 10mm (thanh ngang). 
 Các trụ cũ thường có dạng thân đặc, vì vậy khả năng chịu lực của móng có thể được gia 
tăng bằng cách thay thế phần thân đặc (phía trên mực nước cao) bằng các kết cấu nhẹ hơn, ví 
dụ như kết cấu khung hoặc cột. 
 Việc gia cố móng trụ trên nền thiên nhiên theo điều kiện ổn định nền có thể được thực 
hiện bằng cách mở rộng móng (hình 2.54). Dùng một hệ thống thùng chụp hoặc vòng vây ngăn 
nước, sau đó hút nước rồi xử lý mở rộng móng sau khi đã tạo ra liên kết bề mặt giữa phần bê 
tông mới và cũ. Phần bê tông gia cố móng thường được đổ cách đáy móng ít nhất 1m, phía trên 
đúc sẵn lớp bê tông bọc quanh móng, tạo nên một công xon cách lớp bê tông đáy khoảng 1 đến 
1,5m. Để gia tăng hiệu quả gia cố, người ta dùng hệ thống thủy lực kích đạp ở giữa hai lớp bê 
tông, sau đó đổ bê tông nhét đầy khoảng trống. 
 Đối với móng cọc, để làm tăng khả năng chịu lực phải đóng thêm cọc hoặc khoan nhồi 
bổ sung vào móng cũ. Tốt nhất là dùng biện pháp khoan nhồi vì chúng không gây ra sự mất ổn 
định đối với trụ và móng cũ. 
 Đối với các mố cầu, khi xuất hiện các chuyển dịch của nền đắp sau mố thì phải gia cường. 
Để giảm áp lực ngang sau mố thì phải thay thế đất đắp sau mố bằng các loại hạt thô (cuội sỏi 
Khai thác, kiểm định cầu 
- 92 - 
hoặc đá hộc) (hình 2.55). Trong các cầu một nhịp với chiều dài nhịp. 
Hình 2.54 - Gia cố móng bằng cách mở rộng 
1.Conson bê tông; 2.Neo; 3.Kích; 4. Bê tông chèn; 5. Vách; 6.Bản bê tông 
 Hình 2.55 - Tăng cường ổn định mố 
1. Cầu bản dẫn sau mố; 2. Đá hộc hoặc cuội sỏi; 3. Mố; 4. Kết cấu nhịp 
Trong trường hợp cầu không lớn, có thể dùng các thanh chống ngang giữa hai mố để tăng 
cường ổn định (hình 2.56a) 
 Trong các trường hợp cần gia cố phía trước mố vùi, có thể dùng các biện pháp mở rộng 
móng phía trước (hình 2.56b) hoặc tạo ra các thanh chống phụ (hình 2.56c). Ngoài ra, trong các 
điều kiện đặc biệt có thể gia tăng khả năng chịu lực của nền bằng các phương pháp phun hóa 
chất hoặc điện thấm, xi măng hoặc bitum hóa. 
Hình 2.56 - Gia cố mố bằng thanh chống (a), mở rộng phía trước (b) hoặc thanh chống 
phía trước (c) 
1.Thanh chống giữa 2 mố; 2. Phần mở rộng; 3.Thanh chống; 4. Bệ tỳ. 
Công việc gia cố móng mô trụ rất phức tạp. Tùy theo điều kiện địa chất, thủy văn, kết cấu 
Khai thác, kiểm định cầu 
- 93 - 
mố trụ cũ và khả năng thi công thực tiễn của đơn vị thi công để lựa chọn các giải pháp kinh tế 
và đảm bảo chất lượng cao. 
* Tài liệu tham khảo: 
[1]. Giáo trình khai thác, kiểm định, gia cố, sửa chữa cầu cống – GS.TS. Nguyễn Viết 
Trung – Trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội, 2008. 
[2]. Chẩn đoán công trình cầu, PGS.TS. Nguyễn Viết Trung - Nhà xuất bản xây dựng, 
2003. 
[3]. Kiểm định cầu - tác giả Chu Viết Bình, Nguyễn Ngọc Long, Nguyễn Mạnh, Nguyễn 
Văn Nhậm, Nhà xuất bản Xây dựng 2009. 
* Thảo luận: 
 Thảo luận trực tiếp trên lớp các nội dung liên quan đến bài học 
* Câu hỏi ôn tập: 
 - Câu 1: Tại sao phải kiểm định cầu, các nội dung chính cần thực hiện trong quá trình 
kiểm định cầu? 
- Câu 2: Các số liệu khảo sát, dữ liệu thu thập chính phục vụ công tác kiểm định cầu thép, 
cầu bê tông cốt thép, mố trụ cầu? 
- Câu 3: Trình bày tóm tắt nguyên tắc kiểm tra khả năng chịu tải của công trình cầu theo 
lý thuyết. 
- Câu 4: Trình bày nội dung thử tải tĩnh và phương pháp thử tải tính, các nguyên tắc đặt 
vị trí thiết bị đó? 
- Câu 5: Nêu các nguyên tắc hoạt động của các loại thiết bị đo trong thử tải tĩnh? 
- Câu 6: Nêu nguyên tắc hoạt động của các thiết bị đo ứng suất trong thử tải tĩnh? 
- Câu 7: Các kết quả trong thử tải tĩnh và cách xử lý kết quả? 
- Câu 8: Mục đích của thử tải động, các hình thức thử tải động và các thiết bị đo ghi trong 
công tác thử tải động? 
- Câu 9: Các kết quả thử tải động và cách xử lý kết quả? 
- Câu 10: Trình bày tóm tắt các kết cấu chính cần gia cố trong cầu thép? 
- Câu 11: Trình bày tóm tắt các nội dung chính cần gia cố trong cầu bê tông cốt thép và 
mố trụ cầu bê tông cốt thép? 
-------------------------------- END -------------------------------