ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------oOo--------

PHẠM NGỌC HƯNG

TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MẤT MÁT ỨNG SUẤT
CÁP DỰ ỨNG LỰC TRONG DẦM HỘP BÊTÔNG CỐT
THÉP ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CẦU ĐÚC HẪNG

GV hướng dẫn :

TS. Nguyễn Danh Thắng
TS. Hồ Thu Hiền

Chuyên ngành :

Xây dựng Cầu-Hầm

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2015


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học 1 : TS. NGUYỄN DANH THẮNG
..........................................................
Cán bộ hướng dẫn khoa học 2 : TS. HỒ THU HIỀN
..........................................................

Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY
..........................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. VŨ HỒNG NGHIỆP

..........................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 12 tháng 9 năm 2015.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. TS. VŨ XUÂN HÒA
2. TS. ĐẶNG ĐĂNG TÙNG
3. PGS.TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY
4. TS. VŨ HỒNG NGHIỆP
5. TS. PHẠM QUANG NHẬT
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: PHẠM NGỌC HƯNG


MSHV: 12144614

Ngày, tháng, năm sinh: 07/01/1989

Nơi sinh: TP. Hồ Chí Minh

Chuyên ngành: Xây dựng Cầu Hầm
I. TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MẤT MÁT ỨNG SUẤT CÁP DỰ ỨNG
LỰC TRONG DẦM HỘP BÊTÔNG CỐT THÉP ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI
CỦA CẦU ĐÚC HẪNG
II. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
1. Xác định các mất mát ứng suất của cáp dự ứng lực trong cầu bê tông cốt thép
dự ứng lực.
2. Đánh giá ảnh hưởng của mất mát ứng suất trong cáp dự ứng lực căng ngoài,
cáp dự ứng lực căng trong đến khả năng làm việc của cầu đúc hẫng.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 19/01/2015
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/09/2015
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN DANH THẮNG
TS. HỒ THU HIỀN.
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Tp. HCM, ngày 24 tháng 8 năm 2015
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

(Họ tên và chữ ký)

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký)

TS. Nguyễn Danh Thắng

TS. Hồ Thu Hiền

TRƯỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN

Để hồn thành luận văn này, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn đến:
 Thầy TS. Nguyễn Danh Thắng và cô TS. Hồ Thu Hiền – Giảng
viên Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM, đã giao đề
tài, tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tơi có thể nghiên cứu và
hồn thành tốt luận văn này.
 Cơ PGS.TS. Lê Thị Bích Thủy và Thầy TS. Vũ Hồng Nghiệp đã
dành nhiều thời gian đọc và viết nhận xét cho luận văn.
 Thầy TS. Đặng Đăng Tùng – Giảng viên Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng
trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM đã giới thiệu tôi đến với thầy TS. Nguyễn
Danh Thắng và cô TS. Hồ Thu Hiền.
 Các Thầy Cô ở bộ môn Cầu đường đã nhiệt tình gúp đỡ, đóng góp ý
kiến cho q trình nghiên cứu của tơi.
Cuối cùng tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến người thân trong gia đình,
bạn bè, đồng nghiệp đã ln động viên, giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập và
thực hiện luận văn này.
TP.HCM, tháng 8 năm 2015
Phạm Ngọc Hưng



TÓM TẮT LUẬN VĂN

Một trong những vấn đề thường gặp của cầu bê tơng cốt thép dự ứng lực căng
ngồi là hư hỏng cáp dự ứng lực căng ngoài do các tác động va chạm của xe cộ, tàu thuyền
hay do mơi trường ăn mịn. Các hư hỏng xảy ra ở cáp dự ứng lực sẽ làm giảm hiệu ứng lực
dự ứng lực, làm cho bê tông chịu tải nhiều hơn, giảm khả năng chịu tải của cầu và có thể
dẫn đến sự sụp đổ của cơng trình. Luận văn này đi sâu vào việc phân tích ảnh hưởng của
hư hỏng cáp dự ứng lực căng ngoài đến khả năng chịu tải của cầu dầm hộp bê tông cốt thép
đúc hẫng cân bằng.

ABSTRACT
One of the common problems of external tendon reinforced concrete bridge is
damaged by vehicle collision or corrosion. The damage occurred in the tensioning cable
will reduce the effects of post-tensioning force, making concrete overload and could lead
to the collapse of bridge. This thesis concentrates to analyze the influence of loss of stress
in the external tendons on bearing capacity of cantilever reinforced concrete box girder
bridge.


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ
cơng trình nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Học viên thực hiện Luận văn
(Ký và ghi rõ họ tên)



i

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1.

GIỚI THIỆU CHUNG ................................................................ 1

1.1

Tổng quan................................................................................................ 1

1.2

Mục tiêu nghiên cứu................................................................................ 3

1.3

Phạm vi nghiên cứu................................................................................. 3

1.4

Phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 3

CHƯƠNG 2.

MẤT MÁT ỨNG SUẤT CỦA CÁP DỰ ỨNG LỰC ................. 4

2.1


Đặt vấn đề ................................................................................................ 4

2.2

Lịch sử phát triển bê tông dự ứng lực ..................................................... 4
2.2.1 Cáp dự ứng lực căng trong ............................................................. 4
2.2.2 Cáp dự ứng lực căng ngoài ............................................................. 6

2.3

Mất mát ứng suất ..................................................................................... 6
2.3.1 Giới thiệu ....................................................................................... 6
2.3.2 Mất mát tức thì ............................................................................... 7
2.3.3 Mất mát theo thời gian ................................................................. 14
2.3.4 Tóm tắt......................................................................................... 21

2.4

Ưu điểm và nhược điểm của cáp căng ngoài......................................... 22
2.4.1 Sử dụng cáp dự ứng lực căng ngoài để tăng cường cho cầu cũ ..... 22
2.4.2 Sử dụng cáp dự ứng lực căng ngoài cho cầu được thiết kế mới..... 24
2.4.3 Ưu điểm – Nhược điểm của cáp căng ngoài ................................. 24

2.5

Một số hư hỏng thường gặp của cáp dự ứng lực căng ngoài................ 26
2.5.1 Hư hỏng thường gặp của cáp căng ngoài ...................................... 26
2.5.2 Mối liên hệ giữa mất mát ứng suất và mất mát tiết diện của cáp dự
ứng lực căng ngoài ....................................................................... 29



ii
CHƯƠNG 3.

ẢNH HƯỞNG CỦA MẤT MÁT ỨNG SUẤT TRONG CÁP

DỰ ỨNG LỰC TRONG DẦM HỘP BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐẾN KHẢ NĂNG
CHỊU TẢI CỦA CẦU ĐÚC HẪNG ................................................................... 31
3.1

Giới thiệu chung .................................................................................... 31

3.2

Lựa chọn mơ hình nghiên cứu .............................................................. 31
3.2.1 Mơ hình cầu được lựa chọn .......................................................... 31
3.2.2 Vật liệu nghiên cứu ...................................................................... 36
3.2.3 Giới hạn ứng suất của bê tông và thép dự ứng lực ........................ 36
3.2.4 Tải trọng nghiên cứu .................................................................... 37

3.3

Các trường hợp nghiên cứu cáp dự ứng lực căng ngoài....................... 39

3.4

Các trường hợp nghiên cứu cáp dự ứng lực căng trong ....................... 42

3.5


Kết quả nghiên cứu mất mát ứng suất của cáp căng ngoài................... 45
3.5.1 Các trường hợp mất mát ứng suất Nhóm 1 ................................... 45
3.5.2 Các trường hợp mất mát ứng suất Nhóm 2 ................................... 60
3.5.3 Các trường hợp mất mát ứng suất Nhóm 3 ................................... 64
3.5.4 Các trường hợp mất mát ứng suất Nhóm 4 ................................... 68
3.5.5 Các trường hợp mất mát ứng suất Nhóm 5 ................................... 72
3.5.6 Tóm tắt kết quả nghiên cứu .......................................................... 75
3.5.7 Quan hệ giữa mất mát ứng suất trong cáp và mất mát tiết diện của
cáp dự ứng lực.............................................................................. 78

3.6

Kết quả nghiên cứu mất mát ứng suất của cáp căng trong ................... 79
3.6.1 Kết quả nghiên cứu nhóm CT-1 ................................................... 79
3.6.2 Kết quả nghiên cứu nhóm CT-2 ................................................... 83
3.6.3 Kết quả nghiên cứu nhóm CT-3 ................................................... 85
3.6.4 Tóm tắt kết quả nghiên cứu .......................................................... 86

CHƯƠNG 4.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................... 87


iii
4.1

Kết luận.................................................................................................. 87

4.2


Kiến nghị ............................................................................................... 88

4.3

Hướng nghiên cứu tiếp theo .................................................................. 88

DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC .............................................. 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 90
PHỤ LỤC MẤT MÁT ỨNG SUẤT NHÓM 1, 2, 3, 4, 5 .................................... 93


iv
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1-1 Bản đồ các tuyến metro tại thành phố Hồ Chí Minh ( nguồn
, cập nhật ngày 01/8/2012).................................................... 2
Hình 2-1 Sự phát triển của vật liệu xây dựng [2]...................................................... 5
Hình 2-2 Cáp dự ứng lự căng trong dầm hộp [3]...................................................... 5
Hình 2-3 Bố trí cáp dự ứng lực căng ngồi trong dầm hộp. ...................................... 6
Hình 2-4 Mặt cắt ngang điển hình của cáp dự ứng lực căng ngồi. .......................... 6
Hình 2-5 Mất mát ứng suất của cáp dự ứng lực căng sau. ........................................ 7
Hình 2-6 Ma sát giữa ống bọc và cáp dự ứng lực. .................................................... 8
Hình 2-7 Kết quả so sánh mất mát ứng suất do ma sát của cáp căng trong. .............. 9
Hình 2-8 Kết quả so sánh mất mát ứng suất do ma sát của cáp căng ngồi............. 10
Hình 2-9 Sự co ngắn của bê tông do lực dự ứng lực tác dụng. ............................... 10
Hình 2-10 Kết quả so sánh mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi bê tông. ............. 12
Hình 2-11 Kết quả so sánh mất mát ứng suất do tuột chêm neo. ............................ 14
Hình 2-12 Biến dạng do từ biến của bê tông theo thời gian [4]. ............................. 15
Hình 2-13 Kết quả so sánh mất mát ứng suất do từ biến. ....................................... 16
Hình 2-14 Biến dạng do co ngót của bê tơng theo thời gian [4].............................. 17

Hình 2-15 Kết quả so sánh mất mát ứng suất do co ngót........................................ 18
Hình 2-16 Quan hệ giữa ứng suất trong cáp dự ứng lực với hiện tượng tự chùng cốt
thép [4]. ................................................................................................................. 19
Hình 2-17 Kết quả so sánh mất mát ứng suất do tự chùng cốt thép. ....................... 21
Hình 2-18 Cáp dự ứng lực căng ngồi thơng thường.............................................. 23
Hình 2-19 Cáp dự ứng lực căng ngồi có độ lệch tâm lớn...................................... 23


v
Hình 2-20 Cáp dự ứng lực căng ngồi gia cố cho cầu Sài Gịn cũ tại vị trí trụ cầu
(ảnh do tác giả chụp ngày 11/6/2015). ................................................................... 23
Hình 2-21 Cáp dự ứng lực căng ngoài gia cố cho cầu Sài Gịn cũ tại vị trí giữa nhịp
(ảnh do tác giả chụp ngày 11/6/2015). ................................................................... 24
Hình 2-22 Hư hỏng cáp dự ứng lực do rỉ [6]. ......................................................... 26
Hình 2-23 Đứt cáp dự ứng lực ở đầu neo [7].......................................................... 26
Hình 2-24 Hư hỏng dầm bê tông cốt thép dự ứng lực do va chạm tàu thuyền – Cầu
Hóa An, Biên Hịa, Đồng Nai. ............................................................................... 27
Hình 2-25 Đứt một số tao cáp dự ứng lực căng ngồi [9]. ...................................... 27
Hình 2-26 Ăn mịn 25% tiết diện của cáp dự ứng lực [10]. .................................... 28
Hình 2-27 Hư hỏng của kết cấu bê tơng dự ứng lực [11]........................................ 28
Hình 3-1 Cầu dầm hộp thi cơng theo phương pháp đúc hẫng cân bằng. ................. 31
Hình 3-2 Bố trí chung cầu (82.5+102.5+82.5 m) ................................................... 32
Hình 3-3 Bố trí cáp căng trong và cáp căng ngồi. ................................................. 33
Hình 3-4 Mặt cắt ngang điển hình dầm hộp tại vị trí giữa nhịp. ............................. 34
Hình 3-5 Mặt cắt ngang điển hình dầm hộp tại vị trí đỉnh trụ ................................. 34
Hình 3-6 Bố trí cáp dự ứng lực tại mặt cắt giữa nhịp biên và giữa nhịp chính. ....... 35
Hình 3-7 Bố trí cáp dự ứng lực tại mặt cắt đỉnh trụ. ............................................... 35
Hình 3-8 Tải trọng theo phương dọc của đồn tàu Metro. ...................................... 38
Hình 3-9 Tải trọng theo phương ngang của đồn tàu metro. .................................. 39
Hình 3-10 Quan hệ giữa ứng suất pháp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát ứng

suất trong cáp dự ứng lực căng ngồi. .................................................................... 45
Hình 3-11 Quan hệ giữa ứng suất tiếp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát ứng
suất trong cáp dự ứng lực căng ngoài. .................................................................... 46
Hình 3-12 Quan hệ giữa chuyển vị của dầm và tỷ lệ mất mát ứng suất .................. 46


vi
Hình 3-13 Quan hệ giữa ứng suất pháp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát ứng
suất trong cáp dự ứng lực căng ngồi. .................................................................... 48
Hình 3-14 Quan hệ giữa ứng suất tiếp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát ứng
suất trong cáp dự ứng lực căng ngồi. .................................................................... 49
Hình 3-15 Quan hệ giữa chuyển vị của dầm và tỷ lệ mất mát ứng suất .................. 49
Hình 3-16 Quan hệ giữa ứng suất pháp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát ứng
suất trong cáp dự ứng lực căng ngồi. .................................................................... 51
Hình 3-17 Quan hệ giữa ứng suất tiếp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát ứng
suất trong cáp dự ứng lực....................................................................................... 51
Hình 3-18 Quan hệ giữa chuyển vị của dầm và tỷ lệ mất mát ứng suất .................. 52
Hình 3-19 Quan hệ giữa ứng suất pháp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát ứng
suất trong cáp dự ứng lực căng ngồi. .................................................................... 54
Hình 3-20 Quan hệ giữa ứng suất tiếp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát ứng
suất trong cáp dự ứng lực căng ngồi. .................................................................... 55
Hình 3-21 Quan hệ giữa chuyển vị của dầm và tỷ lệ mất mát ứng suất trong cáp dự
ứng lực căng ngồi. ............................................................................................... 55
Hình 3-22 Quan hệ giữa ứng suất pháp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát ứng
suất trong cáp dự ứng lực căng ngồi. .................................................................... 58
Hình 3-23 Quan hệ giữa ứng suất tiếp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát ứng
suất trong cáp dự ứng lực căng ngoài. .................................................................... 58
Hình 3-24 Quan hệ giữa chuyển vị lớn nhất của dầm và tỷ lệ mất mát ứng suất trong
cáp dự ứng lực căng ngồi. .................................................................................... 59
Hình 3-25 Quan hệ giữa ứng suất pháp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát ứng

suất trong cáp dự ứng lực căng ngồi. .................................................................... 60
Hình 3-26 Quan hệ giữa ứng suất tiếp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát ứng
suất trong cáp dự ứng lực căng ngoài. .................................................................... 61


vii
Hình 3-27 Quan hệ giữa chuyển vị của dầm và tỷ lệ mất mát ứng suất trong cáp dự
ứng lực. ................................................................................................................. 61
Hình 3-28 Quan hệ giữa ứng suất pháp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát ứng
suất trong cáp dự ứng lực căng ngồi. .................................................................... 64
Hình 3-29 Quan hệ giữa ứng suất tiếp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát ứng
suất trong cáp dự ứng lực căng ngồi. .................................................................... 65
Hình 3-30 Quan hệ giữa chuyển vị của dầm và tỷ lệ mất mát ứng suất trong cáp dự
ứng lực căng ngồi. ............................................................................................... 65
Hình 3-31 Quan hệ giữa ứng suất pháp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát ứng
suất trong cáp dự ứng lực căng ngồi. .................................................................... 68
Hình 3-32 Quan hệ giữa ứng suất tiếp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát ứng
suất trong cáp dự ứng lực căng ngồi. .................................................................... 69
Hình 3-33 Quan hệ giữa chuyển vị của dầm và tỷ lệ mất mát ứng suất trong cáp dự
ứng lực căng ngồi. ............................................................................................... 69
Hình 3-34 Quan hệ giữa ứng suất pháp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát ứng
suất trong cáp dự ứng lực căng ngồi. .................................................................... 72
Hình 3-35 Quan hệ giữa ứng suất tiếp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát ứng
suất trong cáp dự ứng lực căng ngồi. .................................................................... 73
Hình 3-36 Quan hệ giữa chuyển vị của dầm và tỷ lệ mất mát ứng suất trong cáp dự
ứng lực. ................................................................................................................. 73
Hình 3-37 Ứng suất lớn nhất trong bê tơng theo tỷ lệ mất mát ứng suất trong cáp dự
ứng lực căng ngồi. ............................................................................................... 76
Hình 3-38 Chuyển vị tại giữa nhịp biên theo tỷ lệ mất mát ứng suất trong cáp dự
ứng lực căng ngồi. ............................................................................................... 77

Hình 3-39 Chuyển vị tại giữa nhịp chính theo tỷ lệ mất mát ứng suất trong cáp dự
ứng lực căng ngoài. ............................................................................................... 77


viii
Hình 3-40 Gia tăng ứng suất cáp căng trong và cáp căng ngồi cịn lại theo tỷ lệ mất
mát ứng suất trong cáp dự ứng lực căng ngồi. ...................................................... 78
Hình 3-41 Quan hệ giữa tỷ lệ mất mát ứng suất và tỷ lệ mất mát tiết diện của cáp dự
ứng lực căng ngồi. ............................................................................................... 79

Hình Phụ Lục 1 Quan hệ giữa ứng suất pháp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát
ứng suất trong cáp dự ứng lực căng ngồi (TH5). .................................................. 93
Hình Phụ Lục 2 Quan hệ giữa ứng suất pháp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát
ứng suất trong cáp dự ứng lực căng ngồi (TH6). .................................................. 94
Hình Phụ Lục 3 Quan hệ giữa ứng suất tiếp trong bê tông và tỷ lệ mất mát ứng suất
trong cáp dự ứng lực căng ngoài (TH5). ................................................................ 94
Hình Phụ Lục 4 Quan hệ giữa ứng suất tiếp trong bê tông và tỷ lệ mất mát ứng suất
trong cáp dự ứng lực căng ngoài (TH6). ................................................................ 95
Hình Phụ Lục 5 Quan hệ giữa chuyển vị của dầm và tỷ lệ mất mát ứng suất trong
cáp dự ứng lực căng ngồi (TH5). ......................................................................... 95
Hình Phụ Lục 6 Quan hệ giữa chuyển vị của dầm và tỷ lệ mất mát ứng suất trong
cáp dự ứng lực căng ngoài (TH6). ......................................................................... 96
Hình Phụ Lục 7 Quan hệ giữa ứng suất pháp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất
mát ứng suất trong cáp dự ứng lực. ........................................................................ 98
Hình Phụ Lục 8 Quan hệ giữa ứng suất tiếp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát
ứng suất trong cáp dự ứng lực................................................................................ 98
Hình Phụ Lục 9 Quan hệ giữa chuyển vị của dầm và tỷ lệ mất mát ứng suất trong
cáp dự ứng lực căng ngoài. .................................................................................... 99



ix
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2-1 Bảng thống kê độ trượt neo. ................................................................... 13
Bảng 2-2 Giá trị KSH cho cấu kiện căng sau [5]. .................................................... 18
Bảng 2-3 Bảng tóm tắt mất mát ứng suất được tính tốn theo các tiêu chuẩn. ....... 21
Bảng 3-1 Thông tin về chỉ tiêu vật liệu thi công .................................................... 36
Bảng 3-2 Giới hạn ứng suất kéo - nén của bê tông. ................................................ 36
Bảng 3-3 Giới hạn ứng suất kéo trong cáp dự ứng lực. .......................................... 37
Bảng 3-4 Tĩnh tải bổ sung ..................................................................................... 37
Bảng 3-5 Các trường hợp mất mát ứng suất của cáp căng ngoài ............................ 40
Bảng 3-6 Ứng suất trong các bó cáp khi đứt 1 cáp E3 (MPa). ................................ 47
Bảng 3-7 Ứng suất trong các bó cáp khi đứt 1 cáp E2 (MPa). ................................ 50
Bảng 3-8 Ứng suất trong các bó cáp khi đứt 1 cáp E1 (MPa). ................................ 53
Bảng 3-9 Ứng suất trong các bó cáp khi đứt 1 cáp E3 và 1 cáp E2 (MPa). ............. 56
Bảng 3-10 Ứng suất trong các bó cáp khi đứt cặp cáp E3 (MPa)............................ 62
Bảng 3-11 Ứng suất trong các bó cáp khi đứt cặp cáp E3 và 1 cáp E1 (MPa). ....... 66
Bảng 3-12 Ứng suất trong các bó cáp khi đứt cặp cáp E3 và cặp cáp E2 (MPa). .... 70
Bảng 3-13 Ứng suất trong các bó cáp khi đứt cặp cáp E3, E2 và 1 cáp E1 (MPa). . 74

Bảng Phụ Lục 1 Ứng suất trong các bó cáp cịn lại 2 cáp E3 và E1 (TH5) hay 2 cáp
E2 và E1 (TH6) (MPa). ......................................................................................... 96
Bảng Phụ Lục 2 Ứng suất pháp trong bê tông theo tỷ lệ mất mát ứng suất. ............ 99
Bảng Phụ Lục 3 Ứng suất tiếp trong bê tông theo tỷ lệ mất mát ứng suất............. 100
Bảng Phụ Lục 4 Gia tăng ứng suất trong cáp dự ứng lực. .................................... 100
Bảng Phụ Lục 5 Ứng suất pháp trong bê tông theo tỷ lệ mất mát ứng suất. .......... 101


x
Bảng Phụ Lục 6 Ứng suất tiếp trong bê tông theo tỷ lệ mất mát ứng suất............. 102
Bảng Phụ Lục 7 Gia tăng ứng suất trong cáp dự ứng lực. .................................... 102

Bảng Phụ Lục 8 Ứng suất pháp trong bê tông theo tỷ lệ mất mát ứng suất. .......... 103
Bảng Phụ Lục 9 Ứng suất tiếp trong bê tông theo tỷ lệ mất mát ứng suất............. 104
Bảng Phụ Lục 10 Gia tăng ứng suất trong cáp dự ứng lực. .................................. 104
Bảng Phụ Lục 11 Ứng suất pháp trong bê tông theo tỷ lệ mất mát ứng suất. ........ 105
Bảng Phụ Lục 12 Ứng suất tiếp trong bê tông theo tỷ lệ mất mát ứng suất........... 106
Bảng Phụ Lục 13 Gia tăng ứng suất trong cáp dự ứng lực. .................................. 106


1
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Tổng quan
Cầu bê tông cốt thép dự ứng lực thường xuyên bị hư hỏng do nhiều tác động như va
chạm, cháy nổ hoặc ăn mòn cốt thép,… Các vết nứt hay vỡ có thể dẫn đến những
hư hỏng nghiêm trọng cho bê tông, cốt thép dự ứng lực cũng như cốt thép thường
của cầu. Những hư hỏng nhỏ thường ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ và tuổi thọ, trong
khi những hư hỏng nghiêm trọng sẽ ảnh hưởng đến khả năng chịu tải và có thể dẫn
đến sự sụp đổ của cả cơng trình. Một trong những công tác quan trọng của việc
quản lý cầu là phân tích và đánh giá ảnh hưởng của hư hỏng đến khả năng chịu tải
của cầu do các tác động gây ra như va chạm, cháy nổ, hoặc ăn mòn…
Trên thế giới đã áp dụng rộng rãi kết cấu bê tông dự ứng lực: sử dụng cáp căng
trong, cáp căng ngoài hay kết hợp cáp căng trong và căng ngoài cho các cơng trình
cầu. Trong đó, việc sử dụng cáp dự ứng lực căng ngoài ngày càng phổ biến bởi vì
cơng tác kiểm tra, bảo dưỡng đơn giản hơn cáp dự ứng lực căng trong. Đặc biệt có
thể thay thế cáp dự ứng lực căng ngoài khi phát hiện cáp bị hư hỏng.
Ở nước ta, do nhu cầu phát triển của giao thông công cộng, đặc biệt là các tuyến
đường sắt đô thị tại các thành phố lớn như thành phố Hồ Chí Minh và thành phố Hà
Nội, kết cấu cầu bê tông cốt thép dự ứng lực được sử dụng rộng rãi vì tiết kiệm chi
phí so với kết cấu thép và giảm tiếng ồn do tàu chạy. Tại thành phố Hồ Chí Minh,
với hơn 17 km tuyến metro số 1 đi trên cao, hàng loạt cầu bê tông dự ứng lực, trong
đó có đến 9 cầu 3 nhịp liên tục - một số cầu sử dụng cáp dự ứng lực căng ngồi,

được thi cơng theo phương pháp đúc hẫng cân bằng. Do chi phí xây dựng lớn và
tầm quan trọng của tuyến metro này đối với hệ thống hạ tầng giao thông của thành
phố nên vấn đề quản lý khai thác cần phải được quan tâm ngay từ giai đoạn ban đầu
của quá trình xây dựng.


2

Hình 1-1 Bản đồ các tuyến metro tại thành phố Hồ Chí Minh ( nguồn
, cập nhật ngày 01/8/2012).
Theo Helmut Wenzel [1], sự hư hỏng của kết cấu nghĩa là sự thay đổi có liên quan
đến tính chất của vật liệu hay sự thay đổi khác thường về hình dáng của kết cấu;
chẳng hạn như sự thay đổi về điều kiện biên, độ võng, nứt vỡ hoặc sự liên kết giữa
các phần tử trong kết cấu,… Trong công tác kiểm định cầu, bên cạnh những hư
hỏng được phát hiện bằng mắt thường, người kỹ sư còn tiến hành đo đạc các thông
số như chuyển vị, dao động, và biến dạng của các phần tử trong kết cấu. Dựa trên
các số liệu đo đạc và dữ liệu ban đầu của cầu, người quản lí cầu sẽ đưa các thơng số
đó vào mơ hình phần tử hữu hạn (FEM) để phân tích, sau đó so sánh với dữ liệu ban
đầu của cầu trước khi có hư hỏng để đánh giá ảnh hưởng của hư hỏng đến khả năng
chịu tải, thời gian phục vụ khai thác của cầu và đưa ra các biện pháp sữa chữa khi
cần thiết. Như vậy, mô phỏng trước các hư hỏng thường gặp trong cầu bê tông cốt
thép dự ứng lực sẽ giúp cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu để đánh giá tình trạng khai


3
thác của cầu. Từ đó, với số lượng cơng trình càng nhiều, công tác kiểm định sẽ
được thực hiện nhanh hơn và tiết kiệm chi phí.
Tóm lại, đối với cầu bê tông cốt thép dự ứng lực, khả năng chịu tải của cầu chủ yếu
phụ thuộc vào cáp dự ứng lực; do đó mất mát ứng suất trong cáp dự ứng lực được
xem là sự hư hỏng và cần phải được đánh giá mức độ ảnh hưởng đến khả năng chịu

tải của kết cấu.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu trong bài là đánh giá mức độ ảnh hưởng của mất mát ứng suất
của cáp dự ứng lực căng ngoài đến khả năng chịu tải của cầu dầm hộp bê tông cốt
thép thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng sau nhiều năm khai thác.
1.3 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá khả năng chịu tải của cầu dầm hộp liên
tục bằng bê tơng cốt thép dự ứng lực có sơ đồ nhịp là 82.5+102.5+82.5 m thông qua
ứng suất trong bêtông và chuyển vị của cầu khi cáp dự ứng lực căng ngoài mất mát
ứng suất trong quá trình khai thác.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn đánh giá khả năng khai thác của cầu dầm
hộp thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng. Trong nghiên cứu này, sử dụng
phần mềm tính tốn kết cấu MIDAS để mơ hình tính tốn kết cấu cầu bê tơng có sử
dụng cáp dự ứng lực căng trong và cáp dự ứng lực căng ngoài.


4
CHƯƠNG 2. MẤT MÁT ỨNG SUẤT CỦA CÁP DỰ ỨNG LỰC
2.1 Đặt vấn đề
Cầu dầm hộp bê tông cốt thép sử dụng đồng thời cáp dự ứng lực căng trong và cáp
dự ứng lực căng ngoài đang trở nên phổ biến ở nước ta do vượt nhịp lớn, công nghệ
thi cơng đơn giản và tiết kiệm chi phí hơn so với một số loại cầu khác. Vấn đề quan
trọng của kết cấu bê tông dự ứng lực là mất mát ứng suất trong cáp dự ứng lực sẽ
ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của kết cấu và dẫn đến sự sụp đổ của cơng trình.
Khi thiết kế, có 6 loại mất mát ứng suất bao gồm: trượt neo, ma sát, co ngắn đàn hồi
bê tơng, co ngót, từ biến và tự chùng cốt thép; các mất mát ứng suất này có thể được
tính tốn dựa trên một số tiêu chuẩn như AASHTO 2007, ACI-318-08, EN 1992-11:2004. Mỗi tiêu chuẩn trên đều đưa ra những công thức và hệ số khác nhau; do đó,
cần phải xem xét giá trị mất mát ứng suất trong cáp dự ứng lực theo các tiêu chuẩn
nêu trên để có sự so sánh và sử dụng cho phù hợp.

Trong quá trình vận hành - khai thác, ngoài 6 loại mất mát ứng suất trong cáp dự
ứng lực được tính tốn khi thiết kế, cầu bê tơng cốt thép dự ứng lực cịn chịu nhiều
tác động từ môi trường hay phương tiện giao thông, và hậu quả của các tác động đó
cũng làm giảm hiệu ứng lực dự ứng lực của cáp tương tự 6 loại mất mát ứng suất
kia. Như vậy, mô phỏng một số các hư hỏng bằng phần mềm sẽ giúp giảm thiểu chi
phí và thời gian cho cơng tác quản lý cầu.
2.2 Lịch sử phát triển bê tông dự ứng lực
2.2.1 Cáp dự ứng lực căng trong
Vào những năm 1950, với sự phát triển của công nghệ vật liệu, đặc biệt là sự phát
triển thép cường độ cao và bê tông cường độ cao trong xây dựng, tại Châu Âu
ngư�ảm nhưng bê tơng vẫn

Ứng suất pháp trong bê tơng (MPa)

chịu nén (Hình 3-51).
2
0
-2
-4
-6

CT21, Đỉnh trụ

-8

CT22, Đỉnh trụ

-10

CT21,Hợp long biên


-12

CT22,Hợp long biên

-14
-16
0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90% 100%

Tỷ lệ mất mát ứng suất (%)

Hình 3-50 Quan hệ giữa ứng suất pháp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát

ứng suất cáp dự ứng lực căng trong.
Tỷ lệ mất mát ứng suất (%)
0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

-20

Chuyển vị (mm)

-30
-40

-50

CT21
CT22

-60

Chuyển vị cho phép

-70
-80
-90

Hình 3-51 Quan hệ giữa chuyển vị của dầm và tỷ lệ mất mát ứng suất trong cáp
dự ứng lực căng trong.


85

3.6.3 Kết quả nghiên cứu nhóm CT-3
Sau khi nghiên cứu các trường hợp trong nhóm CT-3, kết quả cho thấy mất mát ứng
suất do cáp dự ứng lực căng trong của nhóm này chỉ ảnh hưởng lớn đến ứng suất
pháp trong bê tơng tại vị trí đốt hợp long (Hình 3-52) và chuyển vị của dầm tại vị trí

Ứng suất pháp trong bê tơng (MPa)

này (Hình 3-53). Nhưng các kết quả đều nằm trong giới hạn cho phép.
0
-1
-2

-3
-4

CT23

-5

CT24

-6
-7

CT25

-8

CT26

-9
-10
0%

10%

20%

30%

40%


50%

60%

70%

80%

90%

100%

Tỷ lệ mất mát ứng suất (%)

Hình 3-52 Quan hệ giữa ứng suất pháp lớn nhất trong bê tông và tỷ lệ mất mát
ứng suất cáp dự ứng lực căng trong.
Tỷ lệ mất mát ứng suất (%)
0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%


70%

80%

90%

100%

-10

Chuyển vị (mm)

-20
-30

CT23

-40

CT24

-50

CT25

-60

CT26


-70

Chuyển vị cho phép

-80
-90
-100
-110

Hình 3-53 Quan hệ giữa chuyển vị của dầm và tỷ lệ mất mát ứng suất trong cáp
dự ứng lực căng trong.


86

3.6.4 Tóm tắt kết quả nghiên cứu
Sau khi phân tích một số trường hợp mất mát ứng suất của cáp căng trong, kết quả
cho thấy:
Nhóm cáp căng trong ở thớ trên của dầm hộp (nhóm CT-1) ảnh hưởng đến
khả năng chịu lực của dầm nhiều nhất; bê tông chịu kéo khi mất 15% tổng số
bó cáp và ứng suất trong bê tông đạt giới hạn chịu kéo khi mất 50% tổng số
bó cáp của nhóm này.
Nhóm cáp CT-2 và CT-3 chủ yếu chỉ ảnh hưởng đến ứng suất nén trong bê
tông tại các đốt hợp long, nhưng ứng suất vẫn nằm trong giới hạn cho phép.
Mặc dù ảnh hưởng đến khả năng chịu tải nhiều hơn, nhưng chuyển vị tại vị
trí giữa nhịp biên do mất mát ứng suất của nhóm cáp CT-1 lại nhỏ hơn nhiều
so với nhóm CT-2.


87


CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1 Kết luận
Nội dung nghiên cứu là xác định khả năng chịu tải của cầu dầm hộp bê tông cốt
thép dự ứng lực thi cơng theo phương pháp đúc hẫng cân bằng khi có mất mát ứng
suất trong cáp dự ứng lực. Dựa trên số liệu đầu vào của kết cấu cầu đúc hẫng cân
bằng như tiết diện ngang, tải trọng, bố trí cáp dự ứng lực,… tính tốn ứng suất trên
mặt cắt ngang và chuyển vị của dầm bằng cách thay đổi giảm dần ứng suất trong
cáp dự ứng lực . Từ đó, xác định được vị trí nguy hiểm và tìm ra ảnh hưởng của mất
mát ứng suất cáp dự ứng lực đến ứng suất trong bê tông và chuyển vị của dầm.
Từ kết quả nghiên cứu này, đối với cáp dự ứng lực của cầu bê tông thép dự ứng lực
thi cơng theo phương pháp đúc hẫng cân bằng, có thể rút ra các kết luận sau:
Trong trường hợp cáp dự ứng lực căng ngoài bị mất mát ứng suất, vị trí nguy
hiểm nhất của cầu sẽ là đỉnh trụ. Khi tỷ lệ mất mát ứng suất trong cáp dự ứng
lực là 31.50%, bê tông chuyển sang trạng thái chịu kéo và sẽ vượt qua giới
hạn chịu kéo khi tỷ lệ mất mát ứng suất lên đến 72%. Trong khi đó, bê tơng
tại các vị trí khác vẫn chịu nén.
Ứng suất tiếp trong bê tông tăng không đáng kể khi mất mát ứng suất trong
cáp dự ứng lực ngoài tăng. Với cấu tạo của cốt thép đai, dầm vẫn đủ khả
năng chịu cắt.
Mặc dù độ võng lớn nhất của dầm do hoạt tải đoàn tàu tăng lên đáng kể (hơn
2 lần) nhưng vẫn nằm trong độ võng cho phép.
Khi xảy ra mất mát ứng suất trong cáp dự ứng lực căng ngoài, cáp dự ứng
lực căng trong sẽ chịu tải nhiều hơn cáp dự ứng lực. Nhưng ứng suất kéo
trong cáp dự ứng lực căng trong vẫn nhỏ hơn giá trị cho phép.
Đối với cáp dự ứng lực căng ngoài, khi mất mát ~25% tiết diện, ứng suất kéo
trong cáp đạt giới hạn chảy và cáp khơng cịn làm việc. Cần phải theo dõi,
khi cáp dự ứng lực mất 5% tiết diện vì khi đó ứng suất trong cáp đạt giới hạn
0.8fpy = 1336 MPa.



88

4.2 Kiến nghị
Từ các kết quả nghiên cứu trên, tác giả có một số kiến nghị sau:
Sử dụng các thiết bị theo dõi ứng suất của cáp dự ứng lực.
Duy tu bảo dưỡng thường xuyên cáp dự ứng lực, kịp thời phát hiện hư hỏng,
sửa chữa và thay thế cáp dự ứng lực nếu mất mát 25% tiết diện.
4.3 Hướng nghiên cứu tiếp theo
Vì thời gian có hạn nên nội dung nghiên cứu chỉ tập trung phân tích lý thuyết ảnh
hưởng của mất mát ứng suất trong cáp dự ứng lực đến khả năng chịu tải của cầu
dầm hộp bê tơng cốt thép bằng mơ hình phần tử hữu hạn. Từ kết quả nghiên cứu
ban đầu, tác giả có những định hướng nghiên cứu tiếp sau đây:
Với nghiên cứu ban đầu, tác giả phân tích sự làm việc của thép trong giai
đoạn đàn hồi. Do đó, hướng nghiên cứu tiếp theo là mở rộng vùng làm việc
của thép sau giai đoạn đàn hồi.
Các kết quả của nghiên cứu lý thuyết cần phải được đối chiếu với kết quả đo
đạc trong thực tế.
Nghiên cứu các trường hợp mất mát ứng suất của cáp dự ứng lực căng trong
hay tổ hợp của cáp căng trong và cáp căng ngoài.


89

DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC
1. KS. Phạm Ngọc Hưng, TS. Nguyễn Danh Thắng, TS. Hồ Thu Hiền, “Ảnh hưởng
của mất mát ứng suất cáp dự ứng lục ngoài đến khả năng chịu tải của cầu dầm hộp
bê tông cốt thép đúc hẫng”, Tạp chí Xây Dựng – Bộ Xây Dựng số tháng 8 năm
2015, ISSN 0866-0762, trang 32-35.