Cầu bê tông cốt thép (BTCT) và bê tông dự ứng lực (BT DƯL) được xây dựng khá phổ biến trên hệ thống giao thông. Tuy nhiên do nhu cầu giao thông ngày càng gia tăng về lưu lượng và độ lớn tải trọng, do các yếu tố bất lợi của môi trường, do chất lượng trong khâu thiết kế, xây dựng, khai thác bảo trì có thể còn tồn tại khiếm khuyết, khiến chúng bị suy giảm chất lượng và khả năng chịu tải. Để duy trì sự toàn vẹn kết cấu cầu và sự an toàn khai thác, cần phải tiến hành kiểm tra đánh giá và sửa chữa tăng cường nếu cần thiết. Các phương pháp hiện tại liên quan đến việc kiểm tra trực quan và/hoặc có lắp đặt thiết bị đo biến dạng, áp dụng với tải trọng đã biết và đo đạc sự thay đổi của biến dạng với tải trọng áp dụng. Với các kết cấu hạ tầng cũ, điều quan trọng là tính toán hay đo đạc lực dự ứng lực còn lại trong kết cấu đang khai thác. Biết lực DƯL trong kết cấu có thể cho phép việc phân tích để xác định ứng suất trong thép DƯL ở độ bền chính xác hơn và quan trọng hơn, để tính toán biên độ ứng suất của các kết cấu do mỏi...Thông thường khi tính toán lực dự ứng lực còn lại, đối với các kết cấu cũ, thông tin hạn chế tồn tại trên thiết kế thực tế và/hoặc điều kiện xây dựng và môi trường. Những tổn thất được tính toán dựa trên trên hình học và trộn các thuộc tính của kết cấu, cùng với thuộc về điều kiện môi trường. Dựa trên nghiên cứu, các phương trình đã được phát triển để cho phép tính toán tổn thất theo thời gian. Các phương trình này không chính xác và chỉ là ước tính, và đã được phát triển để cung cấp ước tính cho nhiều loại kết cấu dự ứng lực. Việc nghiên cứu đánh giá trạng thái ứng suất hiện có nhằm đánh giá tình trạng cáp DƯL trong dầm cầu BTCT ứng suất trước đang khai thác ở nước ta là rất cần thiết.

Nhằm nghiên cứu phương pháp phân tích, đo đạc trạng thái ứng suất hiện có trong bê tông dầm cầu BTCT ƯST đang khai thác; thực nghiệm trên mẫu dầm, làm cơ sở đánh giá tình trạng cáp DƯL trong các cầu dầm bê tông cốt thép ứng suất trước (BTCT ƯST), nhóm nghiên cứu của Viện Khoa học và Công nghệ GTVT do TS. Đỗ Hữu Thắng làm chủ nhiệm đã đề xuất thực hiện đề tài: “Nghiên cứu đánh giá trạng thái ứng suất hiện có nhằm đánh giá tình trạng cáp dự ứng lực trong dầm cầu bê tông cốt thép ứng suất trước đang khai thác ở Việt Nam”.

Sau một thời gian triển khai thực hiện, đề tài thu được một số các kết quả sau:

- Đề tài đã tổng quan tình hình nghiên cứu đo đạc, xác định ứng suất hiện có trong kết cấu công trình trên thế giới và ở Việt Nam, qua đó cho thấy trong lĩnh vực đo dạc xác định ứng suất hiện có trong kết cấu BTCT và BTCT DƯL như mặt đường sân bay, dầm cầu, trên thế giới đã phát triển nhiều kỹ thuật để thực hiện và bước đầu đã có những kết quả đáng ghi nhận, có thể vận dụng để áp dụng cho Việt Nam.

- Đề tài đã phân tích và trình bày các nội dung cơ bản của các phương pháp đo ddcj, xác định trạng thái ƯS-BD hiện có trong KCBTCT và BTCT ƯST. Cơ bản có các phương pháp: phương pháp phá hủy (DT), phương pháp bán phá hủy (Sơmi-DT) (có một số nghiên cứu vẫn ghép vào là phương pháp không phá hủy), phương pháp không phá hủy (NDT). Để đo đạc biến dạng, người ta có thể dung các thiết bị đo theo nguyên lý cơ hoặc điện trở (ERG) hoặc quang học (kỹ thuật DIC hoặc LSI).

- Đề tài đã phân tích một số yếu tố ảnh hưởng kết quả thí nghiệm đo đạc trạng thái ƯS-BD hiện có trong KCBTCT và BTCT ƯST, trong đó có ảnh hưởng của độ ẩm do làm mát bằng nước khi khoan, ảnh hưởng của cốt thép trong kết cấu, ảnh hưởng của nhiệt độ, chênh lệch co ngót khi khoan… Trong đó ảnh hưởng của độ ẩm và cốt thép là đáng kể nếu không xem xét đầy đủ.

- Đề tì đã thực hành thiết kế, chế tạo, thí nghiệm 9 mẫu dầm BTCT DƯL với việc giải phóng biến dạng bằng khoan lpoox/lõi và cắt rãnh khía, kết hợp với phân tích PTHH mẫu dầm BTCT ƯST để so sánh kết quả với kết quả đo bằng PP khoan lỗ và đo bằng đầu đo BD. Việc phân tích bằng PPPTHH với việc sử dụng phần mềm là một dạng “thí nghiệm số”, cùng với thí nghiệm đo, đưa ra ảnh hưởng của các yếu tố và phục vụ cho việc hiệu chỉnh kết quả đo.

- So sánh kết quả đo đạc thử nghiệm và kết quả phân tích PTHH mẫu cho thấy kết quả là khá tương đồng, sai số dưới 20% và có thể do ảnh hưởng của nhiệt độ và cốt thép thường chưa được xét đầy đủ. Nếu được xem them có thể chệnh lệch còn nhỏ hơn. Kết quả thí nghiệm kết hợp với phân tích PTHH cơ bản có quy luật phù hợp, có thể kết hợp để xác định được trạng thái US hiện có trong kết cấu BTCT và BTCT DƯL.

- Kết quả đo và phân tích PTHH có thể áp dụng không chỉ cho dàm cầu BTCT DƯL là dạng kết cáu thanh, làm việc 1 chiều, có thể vận dụng để đo đạc cho khu vực chịu lực phức tạp hơn như khu vực neo, khu vực gối cầu…

- Đề tài đã xây dựng được dự thảo chỉ dẫn phân tích đánh giá tình trạng cáp DUL và thí nghiệm xác định ƯS hiện có trong dầm cầu cũ BTCT ƯST.

- Kết quả đo và kết quả phân tích có sai số chấp nhận được, trong bối cảnh chưa có phương pháp nào để dự bán trạng thái US-BD hiện có trong dầm cầu BTCT DƯL hiện nay.

- Phương pháp đo đạc TT US hiện có bằng theo ng/lý bán phá hủy (Sơmi-DT) khả thi và phù hợp với kết cấu làm việc một chiều như dầm cầu, thanh (chịu lực dọc trục), hoặc làm việc phẳng như mặt đường bê tông sân bay.

Phương pháp đề xuất áp dụng phù hợp cho kết cấu dầm I, T, bản BTCT DƯL. Khi kết quả kiểm tra cần được lượng hóa, khi dự kiến tăng ứng suất trong kết cấu bằng bổ sung DƯL-N, nên đo ứng suất hiện có kết hợp kiểm tra chuyên sâu. Bộ GTVT tiếp tục cho phép nghiên cứu hoàn thiện phương pháp đo đạc US hiện có (kết hợp Straingage và các phương pháp khác, nghiên cứu thử nghiệm trên công trình cầu BTCT DƯL cũ (có kế hoạch sửa chữa, tăng cường).

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 18078/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)