Bài giảng Bệnh học và sửa chữa công trình: Phần 4 - TS. Nguyễn Hoàng Giang

Phần 4 - Hư hỏng và sửa chữa, gia cường kết cấu thép. Nội dung phần này gồm có: Những nguyên nhân gây hư hỏng kết cấu thép; những nguyên nhân gây hư hỏng kết cấu thép; một số biện pháp gia cường kết cấu thép; thiết kế gia cường kết cấu thép bằng cách tăng tiết diện.

Trang 1

Ỏ À Ử Ữ Ờ

Phần 4

HƯ HỎNG VÀ SỬA CHỮA GIA CƯỜNG

KẾT CẤU THÉP

Trang 2

NỘI DUNG CỦA PHẦN 4

NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP

ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG, HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP

MỘT SỐ BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU THÉP

THIẾT KẾ GIA CƯỜNG KẾT CẤU THÉP BẰNG CÁCH TĂNG TIẾT DIỆN

Trang 3

g tác động của tải trọng

Trang 4

HƯ HỎNG DO SAI SÓT TRONG THIẾT KẾ

S i đồ tí h t á kết ấ

- Sai sơ đồ tính toán kết cấu

- Tính toán sai nội lực

- Xác định sai tải trọng thiết kế

- Sai sót trong cấu tạo kết cấu dẫn đến mất ổn định cục bộ hoặc

- Sai sót trong thể hiện bản vẽ ( thiếu ghi chú, chỉ dẫn, kích

Những sai xót trong thiết kế thường dẫn đến những hư

hỏng nghiêm trọng có thể dẫn đến phá hoại kết cấu

Trang 5

HƯ HỎNG DO KHÂU CHẾ TẠO TRONG NHÀ MÁY

- Chất lượng vật liệu không đúng quy định trong hồ sơ thiết kế ( chất lượng thép, loại bu lông liên kết ….)

- Chất lượng máy móc thiết bị gia công, chế tạo

- Trình độ tay nghề của công nhân chế tạo Trình độ tay nghề của công nhân chế tạo

Trang 6

HƯ HỎNG TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG

- Xếp chất kết cấu thép không đúng quy cách (có thể làm kết cấu bị cong vênh, các đường hàn gia công bị phá hoại…)

- Treo buộc kết cấu khi cẩu lắp không đúng quy định có thể dẫn đến

hư hỏng các mép, gây biến dạng dẻo hoặc mất ổn định cục bộ kết cấu

- Chất lượng các mối hàn thi công kém, số lượng bu lông lắp ghép thiếu, không vặn xiết các bu lông đủ độ chặt

- Sơ đồ tính toán kết cấu bị thay đổi do thi công gối tựa không đúng

Trang 7

HƯ HỎNG TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG

- Các sai số về lắp dựng ảnh hưởng đến sự làm việc của kết cấu :

- Các sai số về lắp dựng ảnh hưởng đến sự làm việc của kết cấu : cột, dàn vì kèo không thẳng đứng, ray cầu trục bị lệch tâm, các lỗ bu lông không trùng hợp ….

- Tạo nên những vùng « biến cứng » vì gõ búa để sửa, những vùng cháy vì phải dùng hàn xì ….

- Trình tự lắp dựng không đúng có thể dẫn đến mất ổn định cục bộ hoặc tổng thể kết cấu

Trang 8

- Kết cấu bị quá tải: tải trọng vượt quá giá trị dự kiến khi tính toán

HƯ HỎNG DO TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG

- Kết cấu bị quá tải: tải trọng vượt quá giá trị dự kiến khi tính toán

- Tải trọng bất thường không được kể đến trong tính toán (cháy,

nổ, động đất….)

- Tải trọng rung động làm phát sinh ứng suất mỏi (gây nứt kết cấu và đường hàn)

- Tải trọng phát sinh do công trình bị lún, lún lệch

- Hư hỏng liên kết theo thời gian dẫn đến phân bố lại nội lực (ví dụ liên kết bu lông, đinh tán bị lỏng)

Trang 9

- Tác động của nhiệt độ ( nhiệt độ cao làm tăng biến dạng và giảm

HƯ HỎNG DO TÁC ĐỘNG CỦA MÔI TRƯỜNG

Trang 10

HƯ HỎNG DO TÁC ĐỘNG CỦA MÔI TRƯỜNG

Hư hỏng lớp sơn bảo vệ dẫn đến gỉ cốt thép

Trang 11

- Không quét dọn lớp bụi đóng trên mái nhà do sản xuất công nghiệp

HƯ HỎNG DO SAI PHẠM TRONG QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG

- Không quét dọn lớp bụi đóng trên mái nhà do sản xuất công nghiệp thải ra; treo vật nặng vào kết cấu ở các vị trí không cho phép

- Không cạo gỉ sét và quét sơn lại kết cấu thép theo định kỳ

Không sửa chữa kịp thời các chi tiết liên kết các bộ phận kết cấu bị

- Không sửa chữa kịp thời các chi tiết liên kết , các bộ phận kết cấu bị

hư hỏng

- Sử dụng công trình, kết cấu sai với mục đích thiết kế ban đầu

Trang 12

HƯ HỎNG DO SAI PHẠM TRONG QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG

Kết cấu thép bị rỉ do không được bảo trì

Trang 13

Những hư hỏng phổ biến ở giàn vì kèo thép

1- Cong vênh ở thanh bụng

Trang 14

Những hư hỏng phổ biến ở giàn vì kèo thép

1- Thanh nén cong vênh khỏi mặt dàn 2- Thanh kéo cong vênh khỏi mặt dàn

3 - Thanh kéo cong vênh trong mặt dàn g g ặ

4 - Thanh nén cong vênh trong mặt dàn

Trang 15

Trang 16

ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP

Nguyên nhân và hiện trạng hư hỏng

Trang 17

Nghiên cứu tài liệu kỹ thuật

- Giái pháp thiết kế và các tiêu chuẩn quy phạm được sử dụng

- Kiểm tra các sai sót trong thiết kế và cấu tạo kết cấu g ạ

- Kiểm tra hồ sơ liên quan đến chế tạo

- Kiểm tra hồ sơ liên quan đến biện pháp thi công lắp dựng

Trang 18

Khảo sát tại hiện trường

* Khảo sát chế độ sử dụng công trình, các tải trọng thực tế tác dụng lên công trình

Điều kiện môi trường nơi công trình được xây dựng (nhiệt độ độ

- Điều kiện môi trường nơi công trình được xây dựng (nhiệt độ, độ

ẩm môi trường, sự rung động ….)

- Khảo sát các nguồn tải trọng tác động lên kết cấu chưa kể đến khi tính toán

Hư hỏng kết cấu thép trong nhiều trường hợp do tải trọng thực tế lớn hơn tải trọng thiết kế

Trang 19

* Khảo sát cấu tạo kết cấu : kiểm tra kích thước các cấu kiện, xác ạ ệ , định những sai khác (nếu có) so với hồ sơ thiết kế

- So sánh cấu tạo kết cấu với bản vẽ thiết kế xem có những sai sót gì

trong lúc chế tạo, gia công và lắp ghép

- Các sai sót phổ biến :

+ Sai lệch về kích thước : thường xảy ra khi gia công do thay thế các thanh thép hình, thép bản thiết kế bằng các loại thép có sẵn nơi gia công

+ Sai phạm về kích thước đường hàn, gồm cả đường hàn gia công và đường hàn thi công

Trang 20

Lưu ý về kích thước khe hở ý giữa các thanh giàn tại các mắt dàn

+ Sai phạm về số lượng, vị trí các bu lông, đinh tán: khoảng cách từ tâm bu lông hoặc đinh tán đến mép kết cấu phải lớn hơn 2 lần đường kính thân bu lông

+ Kiểm tra độ thẳng đứng của các cột, bụng dầm, mặt phẳng dàn vì kèo…

Trang 21

* Khảo sát chất lượng vật liệu thép ợ g ậ ệ p

- Kiểm tra chất lượng thép sử dụng có đảm bảo yêu cầu trong hồ sơ thiết

kế hay không

- Cần lấy mẫu thép để tiến hành thí nghiệm phá hoại xác định các đặc

trưng cơ học để có cơ sở đánh giá mác thép ( giới hạn chảy, giới hạn bền, biến dạng dài tương đối)

Thép kết cấu (TCVN 1765: 75)

g

σch (daN/cm 2 ) σb (daN/cm 2 ) ε (%)

CT38 (CT3) 2100÷2500 3800÷4900 23÷26 CT38 (CT3) 2100÷2500 3800÷4900 23÷26 CT51 (CT5) 2600÷2900 5100÷6400 17÷20

Trang 22

* Khảo sát chất lượng đường hàn ợ g g

- Chất lượng đường hàn ảnh hưởng đến liên kết các bộ phận kết cấu

Cá kh ết tật ó thể ất hiệ t ê đ ờ hà hà khô thấ hâ

- Các khuyết tật có thể xuất hiện trên đường hàn : hàn không thấu chân, không thấu mép, hàn rỗ….

- Các vết nứt đường hàn do nội lực Những vết nứt bên trong có thể được phát hiện qua các phương pháp thí nghiệm không phá hoại (siêu âm, tia gama…) Vết nứt bên ngoài có thể phát hiện thông qua thiết bị soi nứt

- Xác định mức độ biến dạng do hàn Đây là yếu tố ảnh hưởng làm giảm khả năng chịu lực của từng bộ phận kết cấu Biến dạng do hàn có thể

mang tín cục bộ hoặc toàn bộ trên kết cấu

Trang 23

* Khảo sát chất lượng đường hàn ợ g g

Các dạng biến dạng toàn bộ do hàn (Lê văn Kiểm 2000)

a – Dạng cong võng: b- dạng co ngắn (do các đường hàn co ngót lại); c- Dạng xoắn; d- Dạng cụp;

e- Nghiêng lệch

Trang 24

* Khảo sát chất lượng đường hàn

Các dạng biến dạng cục bộ do hàn (Lê văn Kiểm 2000)

a- Dạng lồi; b-Cong vênh ở mép tự do; c-Cong vênh ở vùng có đường hàn nối; d-Đầu mút mất tính phẳng; e- Dạng cụp của chi tiết nhỏ; g- Mặt phẳng của chi tiết nhỏ bị gãy lệch tại góc liên kết hàn

Trang 25

* Khảo sát dạng phá hoại của kết cấu thép

- Dạng phá hoại các liên kết ( đường hàn, bu lông hoặc đinh tán), phá hoại vật liệu thép kết cấu

- Các dạng phá hoại : phá hoại dẻo, phá hoại dòn hoặc phá hoại nửa dẻo nửa dòn

+ Đặc điểm của phá hoại dẻo là hiện tượng “thắt cổ chai” : phá hoại xảy ra

từ từ kèm theo biến dạng của kết cấu, liên kết ( thường xảy ra với trong các kết cấu có liên kết bằng bu lông, đinh tán )

+ Đặc điểm của phá hoại dòn là không có hiện tượng “thắt cổ chai”

Thường xảy ra ở vùng có sự tập trung ứng suất Sự phá hoại diễn ra đột ngột (thường xảy ra trong các kết cấu liên kết hàn)

Trang 26

+ Phá hoại dòn gồm hai giai đoạn : giai đoạn phát sinh (cục bộ) vết nứt và giai đoạn phát triển của vết nứt trên toàn tiết diện

+ Phá hoại dòn được thể hiện bằng các vết nứt Vị trí vết nứt ở ngay tại các điểm có tập trung ứng suất và là vùng chịu ứng suất kéo (trong các vùng

kết cấu làm việc chịu nén không xuất hiện phá hoại dòn)

+ Phá hoại dòn thường xảy ra trong các chi tiết thép có chiều dày ạ g y g p y trên 6mm

do ảnh hưởng của trạng thái ứng suất khối

Trang 27

Một số ị trí có s tập tr ng ứng s ất (Lê Văn Kiểm 2000)

Trang 28

Vùng có

tập trung

ứ ấ

Cách ngăn ngừa tập ứng suất

Một số vị trí có sự tập trung ứng suất hàn (Lê Văn Kiểm, 2000)

Trang 29

a, b- Chỗ giao nhau của hai đường hàn

c- khoảng cách giữa đường hàn nối

e, g- điểm đầu và điểm cuối của

e, g điểm đầu và điểm cuối của đường hàn đứt đoạn trên thanh cánh chịu kéo

Một số vị trí có sự tập trung ứng suất hàn (Lê Văn Kiểm, 2000)

Trang 30

MỘT SỐ THIẾT BỊ PHỤC VỤ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG KẾT CẤU THÉP

Thiết bị siêu âm kiểm tra chất lượng mối hàn

Thiết bị Clémomen kiểm tra độ chặc của liên kết bu lông

Trang 31

MỘT SỐ THIẾT BỊ PHỤC VỤ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG KẾT CẤU THÉP

Máy thí nghiệm kéo kiểm tra mác thép

Trang 32

TÍNH TOÁN KIỂM TRA KẾT CẤU

D t ê á ố liệ th thậ đ để tí h t á kiể t l i kết kí h th ớ

- Dựa trên các số liệu thu thập được để tính toán kiểm tra lại kết : kích thước hình học của kết cấu, tải trọng thực tế tác dụng lên kết cấu ( lưu ý với tải

trọng không có hệ số vượt tải)

- Sơ đồ tính phải kể đến các điều kiện làm việc thực tế của kết cấu : sơ đồ gối tựa liên kết, vị trí liên kết thực tế của các bộ phận kết cấu; sự làm việc không gian của kết cấu …

- Đưa ra kết luận về sự làm việc của kết cấu : trạng thái ứng suất , độ võng, chuyển vị ngang … y g g

Trang 33

ĐỘ VÕNG CHO PHÉP CỦA CÁC CẤU KIỆN KẾT CẤU THÉP (TCXDVN 338:2005 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế)

Trang 34

Mục đích

Tăng khả năng chịu lực của từng bộ phận kết cấu hoặc toàn bộ kết cấu Tăng khả năng chịu lực của từng bộ phận kết cấu hoặc toàn bộ kết cấu

Các phương pháp gia cường kết cấu thép phổ biến

- Thay đổi sơ đồ làm việc của công trình hoặc bộ phận kết cấu

- Tăng cường tiết diện

- Gia cường các liên kết giữa các bộ phận kết cấu

Trang 35

GIA CƯỜNG KẾT CẤU THÉP BẰNG CÁCH TĂNG TIẾT DIỆN

- Phương pháp gia cường phổ biến thường áp dụng khi không thể

- Phương pháp gia cường phổ biến, thường áp dụng khi không thể giảm bớt tải trọng và thay đổi sơ đồ cấu tạo công trình

- Tăng tiết diện chịu lực của kết cấu bằng cách bổ xung các thanh

Trang 36

* Gia cường cột bằng tăng tiết diện

- Cột thép thường ít hư hỏng do tải trọng vì khả năng chịu lực của

cột thường không tận dụng hết

- Khi tải trọng gia tăng hoặc khi kết cấu bị xâm thực nhiều do tác

- Gia cường tăng tiết diện cần căn cứ vào phương làm việc chính của

- Khi tải trọng gia tăng hoặc khi kết cấu bị xâm thực nhiều do tác

động của môi trường mới cần gia cường kết cấu

Gia cường tăng tiết diện cần căn cứ vào phương làm việc chính của cột

- Có thể gia cường đối xứng hoặc phản xứng phụ thuộc vào chiều của

mô men tác dụng lên cột

Trang 37

* Gia cường cột bằng tăng tiết diện

Một số giải pháp gia cường tăng tiết diện cột

Trang 38

* Gia cường cột bằng cây chống ứng suất trước

- Thanh chống làm bằng thép góc hay thép U

- Không cần dỡ tải cho cột khi gia cường

- Tải trọng tác dụng lên kết cấu cũ giảm phụ

- Tải trọng tác dụng lên kết cấu cũ giảm phụ thuộc vào tiết diện và mức độ ứng suất trước của thanh chống gia cường

Trang 39

* Gia cường đoạn cột bị cong

Phục hồi vị trí thiết kế của trọng tâm tiết

ằ

diện thanh nhánh cột bị cong bằng cách hàn bổ xung những tấm thép hoặc đoạn thép góc vào vùng cột bị cong

Trang 40

* Gia cường dầm thép bằng cách tăng tiết diện

T ớ khi i ờ ầ dỡ tải tối đ (bỏ hết h t tải à ột hầ

- Trước khi gia cường cần dỡ tải tối đa (bỏ hết hoạt tải và một phần tĩnh tải nếu có thể)

- Chỉ nên gia cường ở những nơi có mô men uốn lớn nhất mà tính Chỉ nên gia cường ở những nơi có mô men uốn lớn nhất mà tính

toán thấy cần thiết

- Bố trí kết cấu gia cường sao cho tăng được mô men quán tính nhiều Bố trí kết cấu gia cường sao cho tăng được mô men quán tính nhiều nhất (kết cấu gia cường đặt xa trục trung hòa nhất)

- Cần gia cường theo thứ tự : cánh dưới – bụng dầm – cánh trên để tránh độ võng do hàn gây ra

Trang 41

* Gia cường dầm thép bằng cách tăng tiết diện

Một số giải pháp gia cường tăng tiết diện dầm

Trang 42

* Gia cường dàn thép bằng cách tăng tiết diện

Một số giải pháp gia cường tăng tiết diện dàn thép

Trang 43

* Gia cường dàn thép tại mắt dàn

Một số giải pháp gia cường tăng tiết diện tại mắt dàn thép

Trang 44

* Gia cường các thanh dàn bị cong vênh

Trang 45

GIA CƯỜNG KẾT CẤU THÉP BẰNG CÁCH THAY ĐỔI SƠ ĐỒ LÀM VIỆC

* Gi ờ ột thé

* Gia cường cột thép

- Giảm chiều dài tính toán của cột

- Đặt thêm các thanh chống dọc hoặc giằng chéo giữa các

cột

- Đặt thêm các thanh chống biên

Thay đổi dạng liên kết ở chân đỉnh cột ( ví dụ thay liên kết khớp

- Thay đổi dạng liên kết ở chân, đỉnh cột ( ví dụ thay liên kết khớp bằng liên kết ngàm )

Trang 46

* Gia cường cột thép

Trang 47

* Gia cường dầm thép

- Chuyển đổi dầm đơn giản thành dầm liên tục y g ụ

- Tạo gối tựa mới bằng cách bổ xung các cây chống xiên

Trang 48

* Gia cường dầm thép

- Bổ xung gối tựa trung gian bằng các cột chống g g ự g g g ộ g

- Gia cường bằng hệ thanh căng ứng suất trước g g ệ g g

Trang 49

* Gia cường dàn thép

- Tăng thêm gối tựa trung gian

- Liên kết hai đầu dàn với hai nhịp lân cận để chuyển thành dàn liên tục

Trang 50

* Gia cường dàn thép

- Đặt thêm thanh chống xiên hoặc các đoạn treo giàn

- Đặt kết cấu vòm chống đỡ phía dưới hoặc đặt thêm các phần tử căng võng phía dưới dàn

Định dạng
Số trang	58
Dung lượng	2,3 MB