2.3.2. Kết quả khảo sát sử dụng phương pháp đánh giá bằng siêu âm
Tiến hành đo chiều dày sau khi bị ăn mòn của các bộ phận kết cấu tại ba nút giàn có mức độ gỉ sắt mạnh hơn cả là nút giàn BJ5, BJ6, BJ7 ở phía Đông (ký hiệu lần lượt là BJ5-Đ, BJ6-Đ, BJ7-Đ). Kết quả đo chiều dày trung bình sau khi bị ăn mòn của các bộ phận kết cấu tại ba nút giàn này được thể hiện ở Bảng 2.5.
Hình 2.4: Vị trí các nút giàn được khảo sát
Hình 2.5: Cấu tạo nút giàn BJ5-Đ
Hình 2.6: Cấu tạo điển hình nút giàn BJ6-Đ, BJ7-Đ
2.4. Kết quả đo chiều dày thép sau khi bị ăn mòn tại các nút giàn
Bảng 2.5. Kết quả đo chiều dày thép sau khi bị ăn món tại các nút giàn
Ghi chú: *) Chiều dày các kết cấu đã được sơn trong nút giàn, chiều dày trung bình sau khi bị ăn mòn được coi bằng chiều dày ban đầu
3. Phân tích trạng thái ăn mòn thép chịu thời tiết tại các vị trí liên kết của cầu Chợ Thượng
Từ kết quả khảo sát ở mục 2.3 cho thấy, sau 15 năm được đưa vào khai thác, hầu hết các vị trí liên kết của cầu có trạng thái gỉ thông thường, mức độ gỉ “3”,“4”,“5”, đây là mức độ thể hiện thép có tính năng chống ăn mòn tốt. Mất mát ăn mòn trung bình ở các kết cấu không sơn tại các nút giàn bị ăn mòn mạnh nhất là từ 0,05mm đến 0,08mm mỗi phía, trong khi đó, nếu tính toán lượng mất mát ăn mòn này theo lý thuyết là 0,087 mm mối phía (sau 15 năm). Mặt khác, lượng mất mát do bị ăn mòn sau 100 năm cho thép chịu thời tiết trong điều kiện môi trường khu vực cầu Chợ Thượng tính theo lý thuyết sẽ là 0,298mm. Trong Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ của Nhật Bản đã đưa ra giá trị mất mát ăn mòn giới hạn của thép chịu thời tiết sau 100 năm cho mỗi phía là 0,5 mm. Điều này cho thấy thép chịu thời tiết của cầu này đang có xu hướng ăn mòn theo ăn mòn cho phép của thép chịu thời tiết.
Sau khi bị ăn mòn, ứng suất trong các thanh giàn tăng lên, đặc biệt là xung quanh vị trí liên kết, đồng thời khả năng chịu lực của vị trí các liên kết bị giảm xuống. Để đánh giá chi tiết trạng thái ăn mòn tại các vị trí liên kết của cầu Chợ Thượng, bài báo tiến hành kiểm tra về cường độ, về mỏi, về ổn định các thanh xiên nút giàn, đánh giá cường độ của bản nút giàn sau khi bị ăn mòn. Kết quả tính toán được thể hiện trên Bảng 3.1, Bảng 3.2 và Hình 3.1 trong đó các giá trị có đơn vị % là kết quả so sánh giá trị tính toán được tại trạng thái sau khi bị ăn mòn và tại trạng thái ban đầu.
Bảng 3.1. Kết quả đánh giá về cường độ, về mỏi, về ổn định của thanh giàn sau khi bị ăn mòn
Bảng 3.2. Kết quả đánh giá cường độ của bản nút giàn sau khi bị ăn mòn
Hình 3.1: Biểu đồ kiểm toán cường độ bản nút giàn
Từ kết quả tính toán có thể thấy, mức độ tăng ứng suất lớn nhất ở thanh chịu kéo nút giàn BJ7-Đ với giá trị lần lượt của ứng suất bền và ứng suất mỏi kiểm toán là +1,241% và +1,244%, nhỏ nhất ở thanh chịu nén nút giàn BJ5-Đ với các giá trị lần lượt của ứng suất bền, ứng suất mỏi và ứng suất ổn định kiểm toán tương ứng là +0,285%, +0,248% và 0,302%. Mức độ giảm khả năng chịu xé rách khi tính theo kết quả ăn mòn thực tế lớn nhất ở liên kết thanh chịu kéo nút giàn BJ7-Đ với giá trị là -1,276%, nhỏ nhất ở liên kết thanh chịu kéo nút giàn BJ5-Đ với giá trị là -0,336%.
Mức độ tăng ứng suất trong thanh xiên nút giàn, khả năng chịu xé rách liên kết giữa thanh giàn và bản nút giàn tính theo kết quả ăn mòn thực tế đều lớn hơn khi tính theo kết quả ăn mòn lý thuyết.
Sau khi bị ăn mòn, khả năng chịu lực của thanh giàn và bản nút giàn đều lớn hơn giá trị cường độ vật liệu và nội lực của thanh. Do đó có thể thấy, sau 15 năm khai thác, các vị trí liên kết của cầu Chợ Thượng hoàn toàn đảm bảo mức độ an toàn cao về mặt chịu lực.
4. Kết luận
Như xu thế ăn mòn của cầu thép thông thường, trên cầu thép sử dụng thép chịu thời tiết, vị trí liên kết sẽ chịu các tác động ăn mòn lớn, do đó chúng sẽ bị ăn mòn mạnh hơn so với hầu hết các vị trí khác trên cầu. Tại các vị trí nút giàn ở giữa cầu đối với cầu vượt sông, mức độ ăn mòn cũng xảy ra mạnh hơn ở các vị trí nút giàn phía đầu cầu.
Lượng mất mát do ăn mòn thực tế thấp hơn lượng mất mát do ăn mòn tính toán theo lý thuyết. Lượng mất mát do ăn mòn có xu hướng theo ăn mòn cho phép của thép chịu thời tiết.
Tỷ lệ mất mát khả năng chịu lực của liên kết khi xét đến mất mát do ăn mòn đo thực tế nhỏ hơn khi tính toán xét đến mất mát do ăn mòn theo lý thuyết. Tỷ lệ mất mát khả năng chịu lực của thanh và liên kết thanh chịu nén khi xét đến ăn mòn thường nhỏ hơn so với các thanh và liên kết thanh chịu kéo, điều này là do các thanh chịu nén thường có mặt cắt dạng kín, còn các thanh chịu kéo thường có mặt cắt dạng hở. Mặt cắt dạng kín chịu tác động của các tác nhân gây ăn mòn nhẹ hơn mặt cắt dạng hở.
Tuy nhiên, để có thể đánh giá một cách đúng đắn và hiệu quả thép chịu thời tiết tại các vị trí liên kết trên cầu thép ở Việt Nam, cần phải có kết quả nghiên cứu trong thời gian dài. Do đó, cần tiếp tục điều tra ăn mòn thường xuyên trong tương lai tại các vị trí liên kết trên cầu thép chịu thời tiết ở Việt Nam.
Bài viết được trích từ Bài báo đã được đăng trên Tạp chí giao thông vận tải ngày 26/12/2015
TS. Mạc Văn Hà – Trường Đại học Giao thông vận tải
PGS. TS. Nguyễn Thị Tuyết Trinh – Trường Đại học Giao thông vận tải
Người phản biện:
PGS. TS. Bùi Đức Chính – PGS. TS. Nguyễn Thị Bích Thủy
Tài liệu tham khảo
[1]. GS. TS. Nguyễn Viết Trung và cộng sự (2012), Nghiên cứu ứng dụng thép chịu thời tiết áp dụng cho xây dựng cầu ở Việt Nam, Đề tài NCKH cấp Bộ GD&ĐT. [2]. PGS. TS. Nguyễn Thị Tuyết Trinh (2014), Kết quả điều tra tình trạng của thép chịu thời tiết áp dụng ở cầu Chợ Thượng, Tạp chí GTVT. [3]. PGS. TS. Nguyễn Thị Tuyết Trinh, TS. Masahide Takagi (2013), Đánh giá khả năng ứng dụng thép chịu thời tiết qua kết quả thử nghiệm ban đầu ở Việt Nam, Tạp chí GTVT. [4]. Trường Đại học GTVT, Tập đoàn thép Nippon Steel & Sumitomo Metal (2012), Hướng dẫn sử dụng thép chịu thời tiết cho công trình cầu ở Việt Nam, NXB. Khoa học Công nghệ. [5]. Japan Road Association (2012), Specifications for Highway Bridges – Part II – Steel Bridges, Tokyo, Japan. [6]. Japan Road Association (2014), JIS 3114 – Steel. [7]. T. Murata (2000), “Weathering steel” in Uhlig’s Corrosion Handbook, J. Wiley & Sons, New York.