HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ
SỰ CỐ VÀ HƯ HỎNG CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG
ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY ĐỂ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ AN TOÀN VÀ DỰ BÁO TUỔI THỌ CỐNG DƯỚI ĐÊ
PGS.TS Nguyễn Văn Huân KS. Phùng Vĩnh An Viện Khoa học Thuỷ lợi ABSTRACT: Evaluation and diagnosis of defects in hydraulic structures are a complicated problem. Especially for under-dyke sluice systems, which located deep in soil and resist complicated loading elements such as dead and live loads, seepage pressure, etc., the tasks are even more difficult.
This is however an interesting topic since appropriate evaluation and timely response to problems will have positive socio-economic impacts (e.g. the cost to rehabilitate and upgrade old structures is usually 10-20% of that to construct new). This article will present initial results of the research on the evaluation of safety and the life expectation of under-dyke sluices, as well as the development of a computer software to assist the effective evaluation.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong hệ thống đê điều, cống là vị trí xung yếu nhất hay gây ra sự cố dẫn đến mất an toàn cho đê (thực tế những năm vừa qua cho thấy vỡ đê hầu hết do sự cố về cống gây nên).
Hiện nay chỉ tính riêng trên hệ thống đê sông Hồng và sông Thái Bình đã có khoảng 1000 cống. Các cống này có đặc điểm chung là phong phú về hình thức đa dạng về chủng loại, có thời gian xây dựng khác nhau, được thiết kế và thi công theo các tiêu chuẩn, quy trình khác nhau, một số cống đã trải qua 2 cuộc chiến tranh và là mục tiêu đánh phá của giặc.
Theo thời gian chỉ tiêu chất lượng của cống thay đổi theo chiều hướng giảm dần do ảnh hưởng của các yếu tố liên quan đến như: thiết kế; thi công; quản lý khai thác; các tác động của môi trường, khí hậu vv. Nói chung cống dưới đê xây dựng càng lâu càng bị xuống cấp, mức độ an toàn càng đáng phải quan tâm, việc kiểm tra xem xét định kỳ và sửa chữa kịp thời các cống là rất cần thiết. Việc đánh giá phân loại cống để tu bổ sửa chữa cho nhanh, chính xác có hiệu quả và đạt hiệu quả kinh tế kỹ thuật là vấn đề cấp bách nhất cần nghiên cứu. Hiện nay việc đánh giá độ an toàn của cống còn chung chung, sửa chữa mang tính chắp vá. Những năm vừa qua mặc dù cơ quan quản lý các cấp cũng đã đầu tư kinh phí cho việc điều tra khảo sát, nghiên cứu và đã tiến hành sửa chữa cho một số cống nhưng kết qủa thực tế vẫn còn mang tính cục bộ và còn rất nhiều hạn chế bởi các lý do sau:
-Việc đánh giá chất lượng hiện hữu của cống dưới đê chưa đúng bởi vì ở nước ta hiện nay chỉ có tiêu chuẩn thiết kế cống (tiêu chuẩn để sinh ra công trình) chứ hầu như không có tiêu chuẩn đánh giá chất lượng cống hiện hữu (các đối tượng này bao gồm sự ổn định, tuổi thọ và độ bền của kết cấu, các yếu tố đảm bảo sự vận hành bình thường và hoạt động của con người). Cho nên việc lấy tiêu chuẩn thiết kế cống để đánh giá chất lượng cống hiện hữu là không đúng.
-Việc đánh giá chất lượng công trình hiện hữu chưa đúng dẫn đến việc xử lý thiếu đồng bộ mang tính chắp vá, làm đi làm lại.
-Dưới tác động của con người, ngày nay thời tiết trên trái đất đã thay đổi rất nhiều, hạn hán gió bão, lũ lụt xảy ra thường xuyên hơn. Các tham số thiết kế của công trình đã thay đổi trong khi đó nhiều khi việc nâng cấp sửa chữa lại căn cứ theo số liệu cũ. Lấy ví dụ: Các cống cũ khi thiết kế chỉ căn cứ vào cao trình đê trước kia. nhưng lý do tôn cao mở rộng đê nên các cống đó nghiễm nhiên chịu trọng tải lớn hơn hoặc phải kéo dài thân cống so với thiết kế ban đầu vv
-Việc sữa chữa cống dưới đê cũng như dưới đập đất ở hồ chứa rất phức tạp và tốn kém. Nhiều trường hợp bỏ đi làm lại cống mới còn mang lại hiệu qủa kinh tế - kỹ thuật cao hơn là nâng cấp sữa chữa không đúng.
-Nhằm khắc phục các nhược điểm trên chúng tôi đã ứng dụng kết qủa nghiên cứu trong nước và trên thế giới về lý thuyết độ tin cậy xây dựng một hê thống tiêu chí, phương pháp đánh giá an toàn và xây dựng lý thuyết dự báo tuổi thọ cho cống dưới đê. Các kết quả nghiên cứu này không những có thể sử dụng để tính toán kiểm tra xác định mức độ an toàn và dự báo được tuổi thọ của kết cấu cống dưới đê làm cơ sở cho các nhà quản lý hoạch định kế hoạch (phá đi làm mới hay nâng cấp sửa chữa .vv) mà còn có thể sử dụng cho các loại cống khác.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.Nguyễn Văn Huân, Phùng Vĩnh An (2002), “ Xây dựng hệ thống tiêu chí , phương pháp đánh giá an toàn và lý thuyết dự báo tuổi thọ cống dưới đê ”. Báo cáo đề tài độc lập cấp nhà nước nghiên cứu các giải pháp khoa học công nghệ để nâng cấp sửa chữa cống dưới đê.
2.Nguyễn Văn Phó, Nguyễn Lê Ninh, Lê Văn Thành (1999) “ Độ tin cậy của công trình trong vùng động đất ”, Tuyển tập báo cáo hội nghị cơ học vật rắn biến dạng toàn quốc lần thứ VI.
3.Nguyễn Xuân Chính, “Một phương pháp đánh giá độ tin cậy của khung BTCT”. Tuyển tập báo cáo hội nghị cơ học vật rắn biến dạng toàn quốc lần thứ III, 1996.
4.CEB, Diagnosis and Assessement of Concrete Structure, CEB Bulletin, (192), London, 1989.
5.Hope, B.B, “Corrosion Rates of Stell in Concrete”,Cem. Concreteres, 16(5), pp .771-781, 1986.
6.AASSTO, The Maintenance and Management of Roadways and Bridges American Association of State Highway and Transportation officials, Washington D.C, 1998.
7.Taywood Engineering LTD, Việt nam “Bridge Testing and Evalution Project – Final Report”, Hà Nội, 1996.
8.Vanek, T.Rekonstruckce staveb. SNTL – Praha, 1993.
10 trang |
Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 2568 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Ứng dụng lý thuyết độ tin cậy để đánh giá mức độ an toàn và dự báo tuổi thọ cống dưới đê, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Héi nghÞ khoa häc toµn quèc vÒ
Sù cè vµ h háng c«ng tr×nh X©y dùng
øng dông lý thuyÕt ®é tin cËy ®Ó ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn vµ dù b¸o tuæi thä cèng díi ®ª
PGS.TS NguyÔn V¨n Hu©n
KS. Phïng VÜnh An
ViÖn Khoa häc Thuû lîi
ABSTRACT: Evaluation and diagnosis of defects in hydraulic structures are a complicated problem. Especially for under-dyke sluice systems, which located deep in soil and resist complicated loading elements such as dead and live loads, seepage pressure, etc., the tasks are even more difficult.
This is however an interesting topic since appropriate evaluation and timely response to problems will have positive socio-economic impacts (e.g. the cost to rehabilitate and upgrade old structures is usually 10-20% of that to construct new). This article will present initial results of the research on the evaluation of safety and the life expectation of under-dyke sluices, as well as the development of a computer software to assist the effective evaluation.
1. §Æt vÊn ®Ò
Trong hÖ thèng ®ª ®iÒu, cèng lµ vÞ trÝ xung yÕu nhÊt hay g©y ra sù cè dÉn ®Õn mÊt an toµn cho ®ª (thùc tÕ nh÷ng n¨m võa qua cho thÊy vì ®ª hÇu hÕt do sù cè vÒ cèng g©y nªn).
HiÖn nay chØ tÝnh riªng trªn hÖ thèng ®ª s«ng Hång vµ s«ng Th¸i B×nh ®· cã kho¶ng 1000 cèng. C¸c cèng nµy cã ®Æc ®iÓm chung lµ phong phó vÒ h×nh thøc ®a d¹ng vÒ chñng lo¹i, cã thêi gian x©y dùng kh¸c nhau, ®îc thiÕt kÕ vµ thi c«ng theo c¸c tiªu chuÈn, quy tr×nh kh¸c nhau, mét sè cèng ®· tr¶i qua 2 cuéc chiÕn tranh vµ lµ môc tiªu ®¸nh ph¸ cña giÆc.
Theo thêi gian chØ tiªu chÊt lîng cña cèng thay ®æi theo chiÒu híng gi¶m dÇn do ¶nh hëng cña c¸c yÕu tè liªn quan ®Õn nh: thiÕt kÕ; thi c«ng; qu¶n lý khai th¸c; c¸c t¸c ®éng cña m«i trêng, khÝ hËu …vv. Nãi chung cèng díi ®ª x©y dùng cµng l©u cµng bÞ xuèng cÊp, møc ®é an toµn cµng ®¸ng ph¶i quan t©m, viÖc kiÓm tra xem xÐt ®Þnh kú vµ söa ch÷a kÞp thêi c¸c cèng lµ rÊt cÇn thiÕt. ViÖc ®¸nh gi¸ ph©n lo¹i cèng ®Ó tu bæ söa ch÷a cho nhanh, chÝnh x¸c cã hiÖu qu¶ vµ ®¹t hiÖu qu¶ kinh tÕ kü thuËt lµ vÊn ®Ò cÊp b¸ch nhÊt cÇn nghiªn cøu. HiÖn nay viÖc ®¸nh gi¸ ®é an toµn cña cèng cßn chung chung, söa ch÷a mang tÝnh ch¾p v¸. Nh÷ng n¨m võa qua mÆc dï c¬ quan qu¶n lý c¸c cÊp còng ®· ®Çu t kinh phÝ cho viÖc ®iÒu tra kh¶o s¸t, nghiªn cøu vµ ®· tiÕn hµnh söa ch÷a cho mét sè cèng nhng kÕt qña thùc tÕ vÉn cßn mang tÝnh côc bé vµ cßn rÊt nhiÒu h¹n chÕ bëi c¸c lý do sau:
ViÖc ®¸nh gi¸ chÊt lîng hiÖn h÷u cña cèng díi ®ª cha ®óng bëi v× ë níc ta hiÖn nay chØ cã tiªu chuÈn thiÕt kÕ cèng (tiªu chuÈn ®Ó sinh ra c«ng tr×nh) chø hÇu nh kh«ng cã tiªu chuÈn ®¸nh gi¸ chÊt lîng cèng hiÖn h÷u (c¸c ®èi tîng nµy bao gåm sù æn ®Þnh, tuæi thä vµ ®é bÒn cña kÕt cÊu, c¸c yÕu tè ®¶m b¶o sù vËn hµnh b×nh thêng vµ ho¹t ®éng cña con ngêi). Cho nªn viÖc lÊy tiªu chuÈn thiÕt kÕ cèng ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt lîng cèng hiÖn h÷u lµ kh«ng ®óng.
ViÖc ®¸nh gi¸ chÊt lîng c«ng tr×nh hiÖn h÷u cha ®óng dÉn ®Õn viÖc xö lý thiÕu ®ång bé mang tÝnh ch¾p v¸, lµm ®i lµm l¹i.
Díi t¸c ®éng cña con ngêi, ngµy nay thêi tiÕt trªn tr¸i ®Êt ®· thay ®æi rÊt nhiÒu, h¹n h¸n giã b·o, lò lôt x¶y ra thêng xuyªn h¬n. C¸c tham sè thiÕt kÕ cña c«ng tr×nh ®· thay ®æi trong khi ®ã nhiÒu khi viÖc n©ng cÊp söa ch÷a l¹i c¨n cø theo sè liÖu cò. LÊy vÝ dô: C¸c cèng cò khi thiÕt kÕ chØ c¨n cø vµo cao tr×nh ®ª tríc kia. nhng lý do t«n cao më réng ®ª nªn c¸c cèng ®ã nghiÔm nhiªn chÞu träng t¶i lín h¬n hoÆc ph¶i kÐo dµi th©n cèng so víi thiÕt kÕ ban ®Çu…vv
ViÖc s÷a ch÷a cèng díi ®ª còng nh díi ®Ëp ®Êt ë hå chøa rÊt phøc t¹p vµ tèn kÐm. NhiÒu trêng hîp bá ®i lµm l¹i cèng míi cßn mang l¹i hiÖu qña kinh tÕ - kü thuËt cao h¬n lµ n©ng cÊp s÷a ch÷a kh«ng ®óng.
Nh»m kh¾c phôc c¸c nhîc ®iÓm trªn chóng t«i ®· øng dông kÕt qña nghiªn cøu trong níc vµ trªn thÕ giíi vÒ lý thuyÕt ®é tin cËy x©y dùng mét hª thèng tiªu chÝ, ph¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ an toµn vµ x©y dùng lý thuyÕt dù b¸o tuæi thä cho cèng díi ®ª. C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu nµy kh«ng nh÷ng cã thÓ sö dông ®Ó tÝnh to¸n kiÓm tra x¸c ®Þnh møc ®é an toµn vµ dù b¸o ®îc tuæi thä cña kÕt cÊu cèng díi ®ª lµm c¬ së cho c¸c nhµ qu¶n lý ho¹ch ®Þnh kÕ ho¹ch (ph¸ ®i lµm míi hay n©ng cÊp söa ch÷a...vv) mµ cßn cã thÓ sö dông cho c¸c lo¹i cèng kh¸c.
1.1. C¬ së ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn
HiÖn nay trªn thÕ giíi cã nhiÒu níc ®· x©y dùng nh÷ng bé tiªu chuÈn riªng nh»m ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn cho c«ng tr×nh theo ®é tin cËy nh : Nga, Trung Quèc..vv. ë ®©y ®Ò nghÞ sö dông b¶ng ph©n cÊp møc ®é an toµn cña c«ng tr×nh theo theo tiªu chuÈn Trung Quèc (Tiªu chuÈn thèng nhÊt ®Ó thiÕt kÕ kÕt cÊu c«ng tr×nh theo ®é tin cËy JB 50153 –92).
B¶ng 1. Ph©n cÊp møc ®é an toµn cña c«ng tr×nh.
Lo¹i h×nh ph¸ ho¹i
CÊp an toµn
CÊp I
(RÊt nghiªm träng)
CÊp II
( Nghiªm träng)
CÊp III
(kh«ng nghiªm träng)
b
PS
b
PS
b
PS
Ph¸ ho¹i biÕn h×nh râ rµng, b¸o tríc (dÎo)
3,7
0,9998900
3,2
0,9993189
2,7
0,996533
Ph¸ ho¹i kh«ng cã dÊu hiÖu b¸o tríc (dßn)
4,2
0,99998665
3,7
0,9998900
3,2
0,9993189
Ps lµ x¸c suÊt an toµn, b lµ chØ sè ®é tin cËy
1.2. C¸c c«ng thøc sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt lîng vµ dù b¸o tuæi thä cèng
1.2.1. C«ng thøc ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn
Theo [1,2,3] x¸c suÊt sù cè x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
- F (1)
x¸c suÊt an toµn sÏ lµ :
Ps = 1 - (2)
Trong ®ã :
- F (x) = (gi¸ trÞ cña hµm theo biÕn x ®· ®îc lËp s½n thµnh b¶ng trong gi¸o tr×nh to¸n lý thuyÕt x¸c suÊt thèng kª)
- X- gi¸ trÞ néi lùc bÊt lîi nhÊt ph¸t sinh trªn mÆt c¾t díi t¸c ®éng cña ngo¹i lùc
- Xmc - kh¶ n¨ng chÞu lùc cña tiÕt diÖn ®ang xÐt.
- S- ph¬ng sai cña c¸c biÕn ®éc lËp
1.2.2. Dù b¸o tuæi thä cho cèng bª t«ng cèt thÐp
§Ó dù b¸o ®îc thêi gian cèt thÐp b¾t ®Çu bÞ rØ ph¶i ®¸nh gi¸ ®îc ¶nh hëng cña 2 qóa tr×nh : Qóa tr×nh c¸cb«n¸t hãa vµ qóa tr×nh x©m nhËp clo;
Víi qóa tr×nh c¸cbonn¸t ho¸ : TÝnh hÖ sè Kc b»ng c¸ch ®a chiÒu s©u c¸cbonn¸t vµ tuæi c«ng tr×nh ë thêi ®iÓm kh¶o s¸t vµo (3):
(3)
Trong ®ã : x - chiÒu s©u C¸cbonnat ho¸ (mm)
Kc - lµ hÖ sè c¸c bon n¸t hãa (mm/(n¨m)0,5);
t - thêi gian (n¨m).
Theo tiªu chuÈn ch©u ©u hÖ sè c¸cbonat ho¸ cã thÓ dïng ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt lîng cña Bª t«ng [4] :
Kc < 3 mm/(n¨m)0.5 th× chÊt lîng bª t«ng lµ tèt;
Kc > 6 mm/(n¨m)0.5 th× chÊt lîng bª t«ng lµ xÊu.
Víi qóa tr×nh x©m nhËp clo: TÝnh thêi gian b¾t ®Çu rØ cèt thÐp theo (4) dùa vµo chiÒu dµy líp Bª t«ng b¶o vÖ vµ tuæi cña c«ng tr×nh
) (4)
(5)
Trong ®ã: CX - hµm lîng Cl- x©m thùc trong bª t«ng t¹i thêi ®iÓm t;
x - ®é s©u x¸c ®Þnh gi¸ trÞ Cl- g©y rØ (cm);
Cs - hµm lîng Cl- trªn bÒ mÆt Bª t«ng (kg/cm3);
Dc - hÖ sè khuyÕch t¸n Cl- tÝnh b»ng (cm2/n¨m);
t - thêi gian khai th¸c c«ng tr×nh(n¨m).
Theo mét sè tµi liÖu ®· c«ng bè cña ch©u ¢u [4,5], sù gØ cèt thÐp b¾t ®Çu khi hµm lîng Clo cã trong Bª t«ng kho¶ng 0,2% ¸ 0,202% hµm lîng xi m¨ng. §èi víi Bª t«ng chÕ t¹o tõ xi m¨ng Poocland thêng cã ®é PH = 12¸13, trong [6,7] ®Ò nghÞ ngìng ¨n mßn Clo (ngìng g©y rØ) lµ 0,4% träng lîng xi m¨ng hoÆc trªn díi 0,06 % träng lîng bª t«ng tïy theo m¸c Bª t«ng.
X¸c ®Þnh tuæi thä cßn l¹i cña cèng th«ng qua sù suy gi¶m ®êng kÝnh cña cèt thÐp chÞu lùc:
(6)
T = tkt- tr (7)
Trong ®ã : - §êng kÝnh cña cèt thÐp cßn l¹i t¹i thêi ®iÓm ®o (mm)
- §êng kÝnh cèt thÐp ban ®Çu (mm)
Icon – Cêng ®é dßng ¨n mßn ®o ®îc t¹i vÞ trÝ cèt thÐp bÞ rØ (mA/cm2)
tkt- Thêi gian tÝnh tõ khi b¾t ®Çu khai th¸c c«ng tr×nh ®Õn thêi ®iÓm xÐt (n¨m)
tr – Thêi gian cèt thÐp b¾t ®Çu bÞ rØ tÝnh tõ lóc b¾t dÇu khai th¸c (n¨m)
1.2.3. Dù b¸o tuæi thä cho cèng g¹ch ®¸
Theo mét sè kÕt qu¶ nghiªn cøu trªn thÕ giíi [8] sù suy gi¶m cêng ®é vËt liÖu g¹ch ®¸ theo thêi gian cã thÓ biÓu diÔn b»ng c«ng thøc sau:
(8)
Trong ®ã :
Rt -Cêng ®é vËt liÖu g¹ch ®¸ t¹i thêi ®iÓm t;
Ro -gi¸ trÞ cña cêng ®é vËt liÖu t¹i thêi ®iÓm ban ®Çu hoÆc t¹i thêi ®iÓm kh¶o s¸t;
e -TrÞ sè loga tù nhiªn;
l -hÖ sè phô thuéc ®iÒu kiÖn méi trêng;
t - thêi gian khai th¸c c«ng tr×nh.
2. Néi dung vµ c¸c bíc thùc hiÖn
2.1. KiÓm tra, kh¶o s¸t, thu thËp vµ xö lý sè liÖu:
2.1.1. C¸c th«ng sè ®Çu vµo vµ ph¬ng ph¸p ®o:
B¶ng 2. C¸c th«ng sè ®Çu vµo vµ ph¬ng ph¸p thùc hiªn
STT
C¸c th«ng sè ®Çu vµo
Ph¬ng ph¸p thùc hiÖn
1
CÊu t¹o ®Þa tÇng, chØ tiªu c¬ lý ®Êt nÒn vµ ®Êt ®¾p mang cèng (j,c,g)
Khoan lÊy mÉu vµ thÝ nghiÖm trong phßng
2
Mùc níc thîng, h¹ lu…c¸c t¶i träng kh¸c (Htl, Hhl, Px …vv)
§o vµ quan s¸t t¹i hiÖn trêng
3
Cêng ®é bª t«ng hoÆc g¹ch ®¸ (Rn, Rk)
Khoan lÊy mÉu hoÆc siªu ©m bª t«ng hay sóng bËt n¶y
4
Cêng ®é cèt thÐp (Ra, Ra’)
LÊy mÉu thÐp vµ thÝ nghiÖm trong phßng hoÆc qua tµi liÖu
5
§êng kÝnh cèt thÐp (r)
LÊy mÉu thÐp vµ ®o hoÆc qua hÖ sè tèc ®é ¨n mßn CV (trêng hîp tµi liÖu thÝ nghiÖm)
6
Ph©n bè cña cèt thÐp trong bª t«ng (l)
M¸y dß cèt thÐp
7
ChiÒu dµy líp bª t«ng b¶o vÖ (a,a’)
§ôc t¹i chç hoÆc thiÕt bÞ ®iÖn tõ
8
KÝch thíc h×nh häc cña kÕt cÊu (d,r,c)
§o t¹i hiÖn trêng b»ng c¸c dông cô ®o h×nh häc
9
X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè x©m thùc cña m«i trêng; clo ho¸, c¸cbonn¸t ho¸ (Cx,Kc)
LÊy mÉu thÝ nghiÖm ngoµi hiÖn trêng ®a vÒ phßng thÝ nghiÖm ®Ó thùc hiÖn
2.1.2. Xö lý sè liÖu:
- TÝnh to¸n ®é lÖch chuÈn vµ gi¸ trÞ kú väng cña c¸c tham sè trªn.
- Tæ hîp c¸c lùc t¸c dông.
2.2. M« pháng ®iÒu kiÖn lµm viÖc thùc tÕ cña cèng díi ®ª díi t¸c ®éng cña ngo¹i lùc
M« pháng ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña cèng (D¹ng 3D hoÆc 2D) víi c¸c sè liÖu võa ®îc xö lý ë trªn.
2.3. TÝnh ®é lÖch chuÈn vµ kh¶ n¨ng lµm viÖc thùc tÕ cho cèng díi ®ª
TÝnh ph¬ng sai, ®é lÖch chuÈn vµ x¸c xuÊt tin cËy cho tõng phÇn tö kÕt cÊu.
2.4. §¸nh gi¸ ®é tin cËy cho cèng díi ®ª vµ kiÕn nghÞ c¸c gi¶i ph¸p söa ch÷a
Th«ng qua x¸c suÊt tin cËy cña c¸c phÇn tö kÕt cÊu cèng ®Ênh gi¸ møc ®é an toµn chung cho kÕt cÊu cèng díi ®ª
2.5. Dù b¸o tuæi thä cho cèng díi ®ª
§èi víi cèng bª t«ng cèt thÐp cÇn ph¶i thùc hiÖn 3 bíc:
Dù b¸o thêi gian cèt thÐp b¾t ®Çu bÞ rØ
TÝnh to¸n diÖn tÝch cßn l¹i cña cèt thÐp sau thêi gian lµm viÖc T
TÝnh l¹i ®é tin cËy cña kÕt cÊu cho ®Õn khi Ps(T) = [P]s (Gi¸ trÞ [P]s cho phÐp phô thuéc vµo cÊp c«ng tr×nh)
§èi víi cèng g¹ch ®¸ cÇn ph¶i thùc hiÖn 2 bíc:
§¸nh gi¸ sù suy gi¶m cêng ®é cèng g¹ch ®¸ theo thêi gian
TÝnh l¹i ®é tin cËy cña kÕt cÊu cho ®Õn khi Ps(T) = [P]s
3. X©y dùng phÇn mÒm ®¸nh gi¸ ®é tin cËy vµ dù b¸o tuæi thä
Nh»m kh¾c nh÷ng phôc h¹n chÕ cña lý thuyÕt ®é tin cËy khi ¸p dông trong thùc tÕ lµ khèi lîng tÝnh to¸n kh¸ lín vµ h¹n chÕ ®îc nh÷ng sai sè do tÝnh tay. C¸c chuyªn gia tin häc cña ViÖn Khoa häc Thñy lîi vµ trêng §¹i häc Giao th«ng ®· ¸p dông lý thuyÕt trªn x©y dùng thµnh mét phÇn mÒm chuyªn dông dïng ®Ó ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn vµ dù b¸o tuæi thä cho cèng díi ®ª. PhÇn mÒm ®îc x©y dùng b»ng ng«n ng÷ lËp tr×nh Delphi 7.0 trªn nÒn Windows 32 bÝt.
H×nh 1. Giao diÖn phÇn mÒm tÝnh to¸n ®é an toµn vµ dù b¸o tuæi thä
PhÇn mÒm cã c¸c kh¶ n¨ng sau:
1. Kh¶ n¨ng chung cña ch¬ng tr×nh
Sö dông trong m«i trêng Windows, giao diÖn phÇn mÒm phï hîp víi c¸c chuÈn cña Windows XP, th©n thiÖn vµ dÔ dµng cho viÖc sö dông. Font ®îc sö dông theo tiªu chuÈn ViÖt Nam hiÖn hµnh).
M«i trêng giao tiÕp trùc quan, viÖc m« t¶ kÕt cÊu thuËn lîi vµ tho¶i m¸i, sè liÖu ®îc ®a vµo dÔ dµng.
Khi m« pháng kÕt cÊu kh«ng cÇn ngêi sö dông ph¶i biÕt vÒ phÇn tö h÷u h¹n, ch¬ng tr×nh cã kh¶ n¨ng tù ®¸nh sè nót, ®¸nh sè vµ ph©n chia phÇn tö theo yªu cÇu.
Cã hÖ thèng th«ng tin trî gióp ®¾c lùc vµ th«ng b¸o lçi kÞp thêi, chÝnh x¸c
2. Kh¶ n¨ng m« h×nh ho¸ kÕt cÊu, tÝnh to¸n néi lùc, ®¸nh gi¸ an toµn vµ dù b¸o tuæi thä
Cã kh¶ n¨ng tù ®éng ph©n chia phÇn tö
Víi phiªn b¶n ver 1.0 hiÖn nay míi chØ sö dông phÇn tö thanh víi c¸c thµnh phÇn néi lùc kÐo – nÐn, uèn xo¾n. Phiªn b¶n tiÕp theo sÏ ®a vµo c¸c phÇn tö tÊm vµ vá.
Sö dông ph¬ng ph¸p “ camera” nh©n t¹o ®Ó thÓ hiÖn s¬ ®å tÝnh 3 chiÒu trªn mµn h×nh. Cã thÓ thùc hiÖn ®îc c¸c chøc n¨ng t¬ng tù nh cña CAD.
Cho phÐp ngêi sö dông cã thÓ thay ®æi c¸c dÉn xuÊt cña c¸c ®¬n vÞ trong hÖ SI bÊt kú lóc nµo khi cÇn thiÕt.
Cho phÐp ngêi sö dông chän c¸c ®Æc trng h×nh häc tiÕt diÖn còng nh c¸c ®Æc trng cã liªn quan th«ng qua bé th viÖn x©y dùng s½n.
Cho phÐp nhËn d¹ng phÇn tö vµ ®¸nh gi¸ ®é tin cËy cña c¸c phÇn tö còng nh ®é tin cËy cña toµn cèng mét c¸ch tù ®éng.
Cho phÐp ngêi sö dông chän tuæi thä yªu cÇu theo cÊp c«ng tr×nh hay tù ®Þnh nghÜa theo môc ®Ých sö dông.
H×nh 2. Chän kÕt cÊu cèng tõ th viÖn kÕt cÊu vµ c¸c th«ng sè cÇn nhËp vµo
4. ¸p dông TÝnh cho cèng d¬ng hµ - Hµ néi
TÝnh to¸n ®¸nh gi¸ møc ®é an toµn vµ dù b¸o tuæi thä cho cèng D¬ng Hµ trªn ®ª T¶ §uèng (K13 + 543). Cèng ®îc x©y dùng n¨m 1987 ¸ 1988 gåm 3 cöa kÝch thíc 1.4x1.3 m , chiÒu dµi cèng lµ 24 m. HiÖn tr¹ng h háng nh sau:
PhÝa s«ng:
Cã 2 vÕt nøt däc bÓ tiªu n¨ng, chiÒu réng khe nøt lín h¬n 1 cm;
Bª t«ng cét giµn van bÞ vì , háng cèt thÐp, cèt thÐp bÞ han rØ.
PhÝa ®ång:
Nøt xuyªn têng khe phai
ChÊt lîng bª t«ng têng kÐm
C«ng t¸c kh¶o s¸t, kiÓm tra chÊt lîng c«ng tr×nh gåm c¸c néi dung nh sau:
Khoan lÊy mÉu ®Êt vµ thÝ nghiÖm trong phßng x¸c ®Þnh chØ tiªu c¬ lý vµ cÊu t¹o ®Þa tÇng.
KiÓm tra cêng ®é bª t«ng b»ng ph¬ng ph¸p khoan lÊy mÉu vµ sóng bËt n¶y.
KiÓm tra cêng ®é cèt thÐp b»ng lÊy mÉu thÐp ®Ó thÝ nghiÖm trong phßng.
X¸c ®Þnh ®êng kÝnh cèt thÐp, chiÒu dµy líp bª t«ng b¶o vÖ b»ng thiÕt bÞ ®iÖn tõ.
X¸c ®Þnh kÝch thíc h×nh häc cÊu kiÖn b»ng c¸ch ®o trùc tiÕp t¹i nhiÒu vÞ trÝ.
Khoan lÊy mÉu bª t«ng x¸c ®Þnh c¸c chØ tiªu C¸cbonn¸t hãa vµ Clo hãa;
§o tèc ®é dßng ¨n mßn b»ng thiÕt bÞ CANIN hay Meter kÕ v¹n n¨ng.
Sè liÖu ®îc xö lý theo ph¬ng ph¸p x¸c suÊt vµ thèng kª. KÕt qña kiÓm tra nh sau :
B¶ng 3. Gi¸ trÞ kú väng vµ ®é lÖch chuÈn cña c¸c tham sè thiÕt kÕ
Tªn phÇn
tö
R n
kg/cm2
SRn
kg/cm2
Ra,R
kg/cm2
SRa,SR’a
kg/cm2
b
cm
Sb
cm
h
cm
Sh
cm
a
cm
a’
cm
1
86
14.23
2830
12
100
0
25
0.5
5
5
2
86
14.23
2830
12
100
0
25
0.5
5
5
3
86
14.23
2830
12
100
0
25
0.4
5
5
4
86
14.23
2830
12
100
0
25
0.4
5
5
5
86
14.23
2830
12
100
0
20
0.45
5
5
6
86
14.23
2830
12
100
0
20
0.45
5
5
7
86
14.23
2830
12
100
0
25
0.4
5
5
8
86
14.23
2830
12
100
0
40
0.5
5
5
9
86
14.23
2830
12
100
0
40
0.5
5
5
10
86
14.23
2830
12
100
0
40
0.5
5
5
KÕt qña tÝnh to¸n thÓ hiÖn trong c¸c b¶ng díi ®©y:
B¶ng 4. KÕt qña tÝnh to¸n ®é lÖch chuÈn vµ x¸c suÊt tin cËy cña c¸c
phÇn tö 4,5,6,7 theo kh¶ n¨ng chÞu lùc däc
Tªn phÇn tö
Lùc däc N(T)
Kh¶ n¨ng chÞu lùc thùc tÕ (Tm)
§é lÖch chuÈn S(Tm)
X¸c suÊt h
háng Pf
X¸c suÊt tin cËy Ps
4
6.4325
253.4
2.536
» 0
1
5
13.6924
210.4
2.106
» 0
1
6
13.6924
210.4
2.106
» 0
1
7
6.4325
253.4
2.536
» 0
1
B¶ng 5. KÕt qña tÝnh to¸n ®é lÖch chuÈn vµ x¸c suÊt tin cËy cña c¸c
phÇn tö 4,5,6,7 theo kh¶ n¨ng chÞu m«men
Tªn phÇn tö
M« men (T.m)
Kh¶ n¨ng chÞu lùc thùc tÕ (Tm)
§é lÖch chuÈn S(Tm)
X¸c suÊt h
háng Pf
X¸c suÊt tin cËy Ps
4
1.9092
2.882
0.975
0.0228
0.8413
5
0.7716
1.9215
1.44
0.0668
0.7881
6
0.7716
1.9215
1.44
0.2119
0.7881
7
1.9092
2.882
0.975
0.1587
0.8413
B¶ng 6. KÕt qña tÝnh to¸n ®é lÖch chuÈn vµ x¸c suÊt tin cËy cña c¸c phÇn tö 1,2,3,8,9,10
Tªn phÇn tö
M« men M(T.m)
Kh¶ n¨ng chÞu lùc thùc tÕ (Tm)
§é lÖch chuÈn S (Tm)
X¸c suÊt h
háng Pf
X¸c suÊt tin cËy Ps
1
1.31
2.882
0.975
0.0548
0.9452
2
1.9092
2.882
0.975
0.1587
0.8413
3
1.31
2.882
0.975
0.0548
0.9452
8
2.6216
5.764
1.44
0.0139
0.9861
9
2.713
5.764
1.44
0.0179
0.9821
10
2.6216
5.764
1.44
0.0139
0.9861
H×nh 4. Gi¸ trÞ m« men trong kÕt cÊu cèng
HÖ sè c¸cbonn¸t tÝnh to¸n Kc= 6.602 (mm/(n¨m)0.5)
H×nh 5. KÕt qña tÝnh to¸n dù b¸o thêi gian cèt thÐp chÞu lùc trong BT
§¸nh gi¸ chung:
GÝa trÞ ®é tin cËy tÝnh to¸n ®îc ®Òu nhá h¬n gi¸ trÞ ®é tin cËy cho phÐp lµ 0.996533 (Gi¸ trÞ x¸c suÊt tin cËy tíi h¹n cña c«ng tr×nh cÊp III – theo tiªu chuÈn JB 50153-92) chøng tá cèng cã ®é tin cËy thÊp. Mét sè cÊu kiÖn ®é tin cËy chØ cßn Ps = 0.8413 ®iÒu nµy phï hîp víi hiÖn tr¹ng h háng cña cèng
HÖ sè C¸cbonn¸t tÝnh to¸n t¬ng ®èi cao Kc = 6.602 (mm/(n¨m)0.5) > [Kc]= 6 (mm/(n¨m)0.5) chøng tá chÊt lîng bª t«ng kÐm.
5. KÕt luËn
ViÖc nghiªn cøu ¸p dông nh÷ng lý thuyÕt míi vµ c¸c kü thuËt tiªn tiÕn trong lÜnh vùc bÖnh häc c«ng tr×nh kÕt hîp víi nh÷ng thµnh tùu cña c«ng nghÖ th«ng tin ®Ó hoµn thiÖn vµ hiÖn ®¹i hãa viÖc chÈn ®o¸n vµ ®¸nh gi¸ chÊt lîng cèng díi ®ª lµ cÇn thiÕt, cã ý nghÜa thùc tiÔn vµ ý nghÜa khoa häc. Tuy nhiªn ®Ó cã thÓ ®¸nh gi¸ nh÷ng h háng cèng díi ®ª mét c¸ch chÝnh x¸c h¬n lµm c¬ së cho viÖc n©ng cÊp söa ch÷a, ®ång thêi cã thÓ chñ ®éng ®èi phã víi mäi sù cè bÊt ngê cã thÓ xÈy ra cÇn ph¶i tiÕp tôc nghiªn cøu hoµn thiÖn mét sè vÊn ®Ò sau:
Nghiªn cøu hoµn thiÖn ®¸nh gi¸ c¸c h háng vÒ vËt liÖu vµ kÕt cÊu b»ng c¸c ph¬ng ph¸p NDT trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam lµm c¬ së cho viÖc thu thËp xö lý sè liÖu thùc tÕ.
TiÕp tôc nghiªn cøu t×m c¸c ®Æc trng sè vµ hµm mËt ®é x¸c suÊt cña mét sè ®¹i lîng ngÉu nhiªn nh diÖn tÝch cèt thÐp theo m« h×nh gØ ngÉu nhiªn ...vv.
¸p dông c¸c ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n míi cã hiÖu qña h¬n khi tÝnh to¸n chØ sè ®é tin cËy, tuæi thä cña kÕt cÊu cèng.
TiÕp tôc nghiªn cøu n©ng cÊp phÇn mÒm vµ ¸p dông nh÷ng kÕt qña nghiªn cøu míi vµo tÝnh to¸n.
Tµi liÖu tham kh¶o
NguyÔn V¨n Hu©n, Phïng VÜnh An (2002), “ X©y dùng hÖ thèng tiªu chÝ , ph¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ an toµn vµ lý thuyÕt dù b¸o tuæi thä cèng díi ®ª ”. B¸o c¸o ®Ò tµi ®éc lËp cÊp nhµ níc nghiªn cøu c¸c gi¶i ph¸p khoa häc c«ng nghÖ ®Ó n©ng cÊp söa ch÷a cèng díi ®ª.
NguyÔn V¨n Phã, NguyÔn Lª Ninh, Lª V¨n Thµnh (1999) “ §é tin cËy cña c«ng tr×nh trong vïng ®éng ®Êt ”, TuyÓn tËp b¸o c¸o héi nghÞ c¬ häc vËt r¾n biÕn d¹ng toµn quèc lÇn thø VI.
NguyÔn Xu©n ChÝnh, “Mét ph¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ ®é tin cËy cña khung BTCT”. TuyÓn tËp b¸o c¸o héi nghÞ c¬ häc vËt r¾n biÕn d¹ng toµn quèc lÇn thø III, 1996.
CEB, Diagnosis and Assessement of Concrete Structure, CEB Bulletin, (192), London, 1989.
Hope, B.B, “Corrosion Rates of Stell in Concrete”,Cem. Concreteres, 16(5), pp .771-781, 1986.
AASSTO, The Maintenance and Management of Roadways and Bridges American Association of State Highway and Transportation officials, Washington D.C, 1998.
Taywood Engineering LTD, ViÖt nam “Bridge Testing and Evalution Project – Final Report”, Hµ Néi, 1996.
Vanek, T.Rekonstruckce staveb. SNTL – Praha, 1993.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- Ứng dụng lý thuyết độ tin cậy để đánh giá mức độ an toàn và dự báo tuổi thọ cống dưới đê.doc
