Đánh giá khả năng chịu lực thực tế của sàn bê tông cốt thép tại công trình PV combank quảng ngãi

Trong nhiều trường hợp, việc đánh giá cường độ chịu nén thực tế của bê tông trên kết cấu và cấu kiện bê tông đúc sẵn là rất cần thiết để chứng nhận hoặc giải quyết các bài toán liên quan

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ ANH TUẤN

Phản biện 1: GS TS Phan Quang Minh

Phản biện 2: PGS TS Trần Quang hung

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng Công trình DD & CN họp tại Trường

Đại học Bách khoa vào ngày 07 tháng 7 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

 Thư viện Khoa Xây dựng Công trình DD & CN, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay các công trình ở Việt Nam cũng như trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi, kết cấu bê tông cốt thép được sử dụng rất rộng rãi Cường độ chịu nén là một đặc tính quan trọng của bê tông được sử dụng trong tính toán thiết kế và nghiệm thu kết cấu bê tông và bê tông cốt thép Sự chênh lệch giữa cường độ mẫu đúc tiêu chuẩn và cường độ bê tông trên kết cấu là không tránh khỏi Trong nhiều trường hợp, việc đánh giá cường độ chịu nén thực tế của bê tông trên kết cấu và cấu kiện bê tông đúc sẵn là rất cần thiết để chứng nhận hoặc giải quyết các bài toán liên quan đến kết cấu công trình

Đứng trước tình hình dó cần phải có một phương án đánh giá phù hợp chất lượng hiện tại của công trình để có những khuyến cáo , kiến nghị và phương án duy tu bảo dưỡng kịp thời Hiện nay trong một số các tiêu chuẩn về kiểm định chất lượng của Việt Nam ít có đề cấp tới việc giải quyết vấn đề này một cách rõ ràng, chính vì vậy nghiên cứu tìm hiểu để có cách đánh giá đang tin cậy nhất là yêu cầu cấp thiết

Chính vì vậy học viên lựa chọn đề tài “ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC THỰC TẾ CỦA SÀN BTCT TẠI CÔNG TRÌNH PV COMBANK QUẢNG NGÃI” với mong muốn đánh

giá lại độ ổn định và mức độ an toàn của các công trình khi đưa vào

sử dụng trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi

2 Mục tiêu nghiên cứu

+ Mô phỏng và khảo sát sự làm việc của kết cấu sàn theo thiết kế thực tế

+ Thí nghiệm cường độ chịu nén của một số sàn tại địa bàn tỉnh Quảng Ngãi bằng phương pháp khoan lấy mẫu hiện trường

+ Đối chiếu so sánh các mẫu thí nghiệm với hồ sơ thiết kế ban đầu

+ Đánh giá lại khả năng chịu lực và sự làm việc của kết cấu sàn hiện tại theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam, tiêu chuẩn Hoa Kỳ

và tiêu chuẩn Châu Âu của công trình Trự sở làm việc PVCOM BANK

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu khả năng chịu nén của bê tông sàn bê tông cốt thép một số công trình xây dựng trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi thông qua các mẫu khoan hiện trường theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam, tiêu chuẩn Hoa Kỳ và tiêu chuẩn Châu Âu

- Đánh giá khả năng làm việc thực tế của cấu kiện, kết cấu so với điều kiện thiết kế ban đầu

4 Phương pháp nghiên cứu

Dùng phương pháp PTHH để mô phỏng lại sự làm việc thực

tế của kết cấu sàn nhằm đánh giá khả năng chịu lực thực tế với các thông số cơ lý của bê tông thông qua khoan lấy mẫu

5 Bố cục đề tài

Luận văn Ngoài phần mở đầu và kết luận chung, nội dung

luận văn được trình bày gồm có 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về việc sử dụng vật liệu bê tông cho các công trình ở tỉnh Quảng Ngãi và các vấn đề thường gặp

Chương 2: Phương pháp đánh giá cường độ của bê tông ở hiện trường và phương pháp mô phỏng PTHH

Chương 3: Mô phỏng, đánh giá ứng xử, khả năng chịu lực

kết cấu sàn bằng phần mềm SAFE và so sánh với thiết kế

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG VẬT LIỆU BÊ TÔNG CHO CÁC CÔNG TRÌNH Ở TỈNH QUẢNG NGÃI VÀ CÁC

VẤN ĐỀ THƯỜNG GẶP 1.1 Các khái niệm cơ bản về bê tông - bê tông cốt thép

Bê tông là vật liệu đá nhân tạo do hỗn hợp các chất kết dính

vô cơ hoặc hữu cơ với nước, cốt liệu nhỏ hoặc cốt liệu lớn, được nhào trộn kỹ theo một tỷ lệ thích hợp, lèn chặt và rắn chắc lại tạo thành Trước khi đóng rắn, hỗn hợp này gọi là hỗn hợp bê tông Trong xây dựng, các loại bê tông chế tạo từ xi măng hoặc các chất kết dính vô cơ khác được sử dụng rộng rãi

Bất cứ loại hỗn hợp bê tông nào cần thỏa mãn hai yêu cầu cơ bản là:

+ Tính đồng nhất của hỗn hợp bê tông

+ Tính công tác tốt phù hợp với phương pháp và điều kiện hình thành sản phẩm

Bê tông là vật liệu dòn, cường độ chịu nén lớn nhưng khả năng chịu kéo thấp Trong nhiều công trình, nhiều bộ phận làm việc

ở trạng thái chịu kéo Nhằm tăng cường khả năng chịu lực của kết cấu, tận dụng lợi thế và kết hợp sự làm việc của vật liệu, người ta kết hợp bê tông và cốt thép thành một loại vật liệu xây dựng phức hợp là vật liệu bê tông cốt thép

(10cm)

Hình 1.1 Dầm bê tông và bê tông cốt thép

a) Dầm bê tông; b) Dầm bê tông cốt thép;

c) Sơ đồ ứng suất trên tiết diện 1-1; d) Sơ đồ ứng suất trên tiết diện 2-2;

1 - Vùng bê tông chịu nén; 2 - Vùng bê tông chịu kéo; 3 - cốt thép

1.2 Cường độ của bê tông và các yếu tố ảnh hưởng

1.2.1 Cường độ của bê tông

Cường độ là chỉ tiêu quan trọng thể hiện khả năng chịu lực của vật liệu Nói đến cường độ của bê tông là nói đến cường độ tính toán (cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo), cường độ đặc trưng

và cường độ trung bình

Xác định cường độ chịu nén - mẫu thử

h=b(=15cm)

Hình 1.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén và kéo

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông

Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông có thể tóm tắt như sau:

+ Tỷ lệ nước - xi măng (N/XM): (hình 1.3)

Hình 1.3 Ảnh hưởng của lượng nước nhào trộn đến độ lưu biến của

hỗn hợp bê tông

1 - Hỗn hợp cứng ngay sau khi nhào trộn;

2 - Hỗn hợp cứng 1 giờ sau khi nhào trộn;

1’ - Hỗn hợp lưu động ngay sau khi nhào trộn;

2’ - Hỗn hợp lưu động 1 giờ sau khi nhào trộn;

+ Chất lượng và số lượng xi măng

+ Độ cứng, độ sạch và tỉ lệ thành phần của cốt liệu

+ Công nghệ thi công

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG Ở HIỆN TRƯỜNG VÀ PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG PTHH 2.1 Các phương pháp xác định cường độ bê tông ở hiện trường

2.1.1 Mục đích xác định cường độ bê tông hiện trường

- Làm cơ sở đánh giá sự phù hợp hoặc nghiệm thu đối với kết cấu hoặc bộ phận kết cấu của các công trình mới xây dựng so với thiết kế ban đầu hoặc so với tiêu chuẩn hiện hành

- Đưa ra chỉ số về cường độ thực tế của cấu kiện, kết cấu, làm cơ sở đánh giá mức độ an toàn của công trình dưới tác động của tải trọng hiện tại hoặc để thiết kế cải tạo, sửa chữa đối với công trình đang sử dụng, đề xuất biện pháp gia cường

2.1.2 Các phương pháp xác định cường độ bê tông ở hiện trường

+ Phương pháp khoan lấy mẫu:

Đây là phương pháp được áp dụng cho độ chính xác cao hơn các phương pháp khác Việc tiến hành khoan lấy mẫu từ kết cấu hoặc cấu kiện, gia công mẫu và thí nghiệm theo các quy định nêu trong TCVN 3105:1993, TCVN 3118:1993 (trừ phân tích kết quả) và các hướng dẫn liên quan được nêu trong tiêu chuẩn này Phương pháp

này khi quy về mẫu lập phương chuẩn có sai số ±

n

12

% với n là số

lượng mẫu khoan

Khi tiến hành khoan, mẫu khoan phải ở tuổi sau 7 ngày, tiến hành nén mẫu ở tuổi 28 ngày hoặc sau 28 ngày Phương pháp khoan lấy mẫu được tiến hành với số lượng mẫu khoan cho mỗi cấu kiện phải đảm bảo không ít hơn 01 tổ mẫu Thông thường mỗi tổ mẫu bao gồm 03 viên hoặc nhiều hơn

+ Phương pháp sử dụng súng bật nảy:

Phạm vi áp dụng, thiết bị, quy trình thử, cách tính toán kết quả của phương pháp này áp dụng theo các quy định nêu trong tiêu chuẩn TCXDVN 162:2004 và các hướng dẫn liên quan được nêu trong tiêu chuẩn này Phương pháp này khi quy về mẫu lập phương chuẩn có sai số ± 25%

+ Phương pháp đo vận tốc xung siêu âm:

Phạm vi áp dụng, thiết bị, quy trình thử, cách tính toán kết quả của phương pháp này áp dụng theo các quy định nêu trong tiêu chuẩn TCXD 225:1998 và các hướng dẫn liên quan được nêu trong tiêu chuẩn này Phương pháp này khi quy về mẫu lập phương chuẩn

Vùng kiểm tra trên bề mặt bê tông phải có diện tích không nhỏ hơn 400cm2 Trong mỗi vùng, tiến hành đo ít nhất 4 điểm siêu

âm và 10 điểm bằng súng, theo thứ tự do siêu âm trước, đo bằng súng sau Nên tránh đo theo phương đổ bê tông

2.2 Đánh giá cường độ của bê tông theo các mẫu ở hiện trường theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (TCXDVN 239:2006, TCVN 4453:1995, TCXDVN 356:2005)

2.2.1 Tính toán cường độ bê tông hiện trường:

2.2.1.1 Xác định cường độ hiện trường theo phương pháp phá hủy

Đối với phương pháp phá hủy, trên cơ sở tổ mẫu có được, ta tiến hành xác định cường độ bê tông hiện trường (R ) theo các bước

+ Xác định cường độ bê tông yêu cầu:

- Nếu bê tông được chỉ định bằng cấp bê tông theo cường độ chịu nén thì cường độ bê tông yêu cầu (Ryc) chính là cấp bê tông B (MPa, N/mm2)

- Nếu bê tông được chỉ định bằng mác bê tông theo cường độ chịu nén M thì cường độ bê tông yêu cầu (R ) xác định theo công

thức:

Ryc = M(1-1,64v) (2.8) Với v là hệ số biến động cường độ bê tông

+ Đánh giá cường độ bê tông trên kết cấu công trình:

- Trường hợp sử dụng phương pháp khoan lấy mẫu, bê tông trong cấu kiện hoặc kết cấu công trình được coi là đạt yêu cầu về cường

độ chịu nén khi đảm bảo đồng thời:

Rht ≥ 0,9.Ryc

và Rmin ≥ 0,75.Ryc

- Trường hợp sử dụng phương pháp không phá hủy, bê tông trong cấu kiện hoặc kết cấu công trình được coi là đạt yêu cầu về cường độ chịu nén khi:

Rht ≥ 0,9.Ryc

2.3 Đánh giá cường độ của bê tông theo các mẫu ở hiện trường

theo tiêu chuẩn ACI 318 và ACI 214.4R-03

2.3.1 Qui trình lấy mẫu và các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ mẫu hiện trường theo ACI 214.4R-03

Theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ, các mẫu cần được lấy sau khi bê tông đạt 14 ngày tuổi để đảm bảo mẫu không bị hư hỏng Các mẫu khoan nên lấy không chứa cốt thép vì sự hiện diện của cốt thép trong mẫu khoan có thể làm thay đổi lớn cường độ chịu nén của bê tông

2.3.2 Đánh giá cường độ hiện trường

2.3.2.1 Đánh giá cường độ hiện trường mẫu khoan

+ Xác định cường độ bê tông hiện trường của mẫu khoan (fci) theo công thức:

fci = Fl/d Fdia Fmc Fd fcore (2.9) Các giá trị Fl/d ; Fdia ; Fmc ; Fd được xác định theo bảng tra,

f là cường độ chịu nén của từng mẫu khoan

+ Xác định cường độ trung bình của tổ mẫu khoan ( fc) theo công thức:

fci với n là số lượng mẫu khoan (2.10)

Bê tông trong cấu kiện hoặc kết cấu công trình được coi là đạt yêu cầu về cường độ chịu nén khi đảm bảo đồng thời:

c

f ≥ 0,85.fc’

và fcimin ≥ 0,75.fc’ Qui đổi mác bê tông (M) (kG/cm2) theo tiêu chuẩn Việt Nam sang cường độ đặc trưng (fc’) của tiêu chuẩn ACI như sau:

Cường độ trung bình f’cr (MPa):

f’cr =

25,1

*,

* Việc tính toán cường độ đặc trưng tương đương (f’c,eq )

theo các yếu tố dung sai thông thường được tiến hành theo các bước

f

)1(

)(

sa = fc V l/d2 V dia2 V mc2V d2 (2.13) + Xác định dữ liệu cường độ tại chỗ (f0.10) theo công thức:

+ Cường độ đặc trưng tương đương (f’c,eq ) được xác đinh theo công thức:

f’c,eq = fc - (K.s c)2 (Z.s a)2 (2.15) Trong đó: Z là hệ số phụ thuộc theo mức độ tin cậy và xác định theo bảng tra

2.4 Đánh giá cường độ của bê tông theo các mẫu ở hiện trường theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 13791:2007

2.4.1 Đánh giá cường độ chịu nén hiện trường theo mẫu khoan

Để kiểm tra, đánh giá chất lượng bê tông trên các kết cấu có nhiều mẻ bê tông, Tiêu chuẩn EN 13791:2007 yêu cầu số lượng mẫu khoan tối thiểu không ít hơn 15 Kết cấu được xác định là đạt khi thỏa mãn đồng thời hai điều kiện sau:

is n m

f ( ), ≥ 0,85( fck + 1,48 * s)

Và f is,lowest ≥ 0,85( fck - 4)

2.4.2 Xác định cường độ chịu nén đặc trưng hiện trường theo mẫu khoan

+ Khi tiến hành đánh giá cường độ hiện trường theo phương

án A (khi có ít nhất 15 lõi khoan), cường độ chịu nén đặc trưng hiện trường là giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị sau:

is ck

f , = f m(n),is - k2* s

Và f ck,is = f is,lowest + 4 + Khi tiến hành đánh giá cường độ hiện trường theo phương

án B (khi có từ 3 đến 14 lõi khoan), cường độ chịu nén đặc trưng

hiện trường là giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị sau:

is ck

f , = f m(n),is - k

Và f ck,is = f is,lowest + 4 Trong đó k là biên độ phụ thuộc vào số lượng các kết quả thí nghiệm, xác định theo bảng tra

Cường độ chịu nén đặc trưng theo tiêu chuẩn Châu Âu được xác định tương ứng với xác suất bảo đảm 95%, tương đương cấp độ bền (B) của tiêu chuẩn Việt Nam 356:2005

Tiêu chuẩn Châu Âu cho phép hệ số an toàn của cường độ bê tông khi xác định theo hiện trường được lấy bằng 1,2 đối với f ck,is

thay cho 1,5 đối với cường độ khi thiết kế Điều đó có nghĩa phải thỏa mãn điều kiện:

ck

is ck

f

f ,

≥

5 , 1

2 , 1

= 0,8

Nhận xét

Quy trình đánh giá cường độ bê tông hiện trường theo tiêu chuẩn Việt Nam, Mỹ và Châu Âu là tương tự tuy có sự khác nhau trong mức độ yêu cầu về quản lý chất lượng bê tông

Việc xác định lại cường độ tính toán của bê tông theo các mẫu khoan được quy định cụ thể trong các tiêu chuẩn của Mỹ (cường

độ đặc trưng tương đương f’c,eq) và châu Âu (lấy hệ số an toàn 1.2 thay cho 1.5 theo yêu cầu thiết kế) Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam chủ yếu sử dụng biện pháp đánh giá cường độ chịu nén hiện trường của các mẫu khoan để xem xét điều kiện nghiệm thu, chưa chú trọng đến việc xác định lại cường độ tính toán của các cấu kiện, kết cấu khoan mẫu

2.5 Giới thiệu về phần mềm Safe

Phần mềm SAFE là phần mềm kết cấu chuyên dụng tính toán cho các loại bản sàn bê tông cốt thép theo phương pháp phần tử hữu hạn như sàn giao thoa, sàn không dầm, sàn nấm, sàn dự ứng lực… ngoài ra phần mềm SAFE còn có thể tính nội lực và tính thép cho đài móng đơn hoặc móng tổ hợp, móng bè SAFE nằm trong bộ phần mềm SAP, ETABS, SAFE của trường Đại học Berkeley (Mỹ)

Phần mềm SAFE là nền tảng cho các công cụ thiết kế sàn bê tông và hệ thống sàn nền (foundation systems) và sàn dự ứng lực

Từ khung bố trí tất cả các cách thức thông qua các bản vẽ chi tiết cho sản xuất, phần mềm Safe tích hợp mọi khía cạnh của quá trình thiết

kế kỹ thuật trong một môi trường dễ dàng và trực quan Phần mềm Safe cung cấp các lợi ích cho các kỹ sư thực sự độc đáo với sự kết hợp của sức mạnh, khả năng toàn diện, và dễ dàng trong quá trình sử dụng

CHƯƠNG 3

MÔ PHỎNG, ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ, KHẢ NĂNG CHỊU LỰC KẾT CẤU SÀN BẰNG PHẦN MỀM SAFE VÀ SO SÁNH VỚI

THIẾT KẾ 3.1 Đánh giá cường độ nén của bê tông sàn công trình PV COMBANK Quảng Ngãi

3.1.1 Đánh giá cường độ của bê tông theo các mẫu ở hiện trường theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (TCXDVN 239:2006, TCVN 4453:1995, TCVN 5574:2012)

Theo kết quả thí nghiệm (phụ lục 1) ta có cường độ hiện trường của các mẫu khoan (n=6) lần lượt là: 25,9 MPa; 26,4 MPa; 24,2 MPa; 20,8 MPa; 26,0 Mpa; 25,3 MPa

Cường độ trung bình các mẫu khoan và cường độ nhỏ nhất của mẫu khoan trong tổ mẫu là:

Rht = 24,7 MPa; Rmin = 20,8 MPa

Xác định cường độ yêu cầu:

Ta có : M= 350 kG/cm2 = 35 MPa

Vậy Ryc = M(1-1,64v) = 35 x (1 - 1,64 x 0,135) = 27,251 MPa 0,9Ryc = 0,9 x 27,251 = 24,526 MPa

f’cr =

25 , 1

1 ,

So sánh theo ACI 214.4R-03 ta có: f c > 0,85.fc’;fcimin > 0,75.fc’

Kết luận: Vậy cường độ nén của bê tông cấu kiện kiểm tra

đạt yêu cầu so với mác bê tông thiết kế 350 kG/cm2

3.1.3 Đánh giá hệ số an toàn của cấu kiện, kết cấu khoan mẫu