Bài giảng Sửa chữa, gia cố kết cấu công trình

Bài giảng Sửa chữa, gia cố kết cấu công trình cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm chung; Công tác khảo sát, thiết kế; Gia cố kết cấu bê tông cốt thép và kết cấu gạch đá; Kỹ thuật sửa chữa kết cấu bê tông cốt thép; Chống ăn mòn cho kết cấu gia cố. Mời các bạn cùng tham khảo!

BÀI GIẢNG MÔN HỌC: Söa ch÷a, gia cè kÕt cÊu c«ng tr×nh

(15 TIẾT) Chương 1 Khái niệm chung (3 tiết) 1.1 Các nguyên nhân gây hư hỏng công trình

Bao gồm các yếu tố tác động cơ học, lý học và hóa học diễn ra trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình; những sai sót trong công tác khảo sát, thiết kế và thi công hoặc không kịp thời duy tu trong quá trình vận hành công trình

- Các tác động cơ học bao gồm: Các loại tải trọng tác dụng lên công trình

- Các tác động lý hoá học bao gồm: Tác dụng của nhiệt độ, độ ẩm, lún không đều, chấn động, môi trường ăn mòn hoá học, điện hoá…

+ Ở nhiệt độ âm ( dưới -150C), lượng nước dư trong BT bị đóng băng, thể tích tăng lên, chèn ép vào BT, gây nứt vỡ BT Nhiệt độ tăng cao (4000C-12000C), cường độ BT giảm xuống, thể tích tăng lên Sự chênh lệch nhiệt độ do phía bị đốt nóng cũng làm cho kết cấu bị biến dạng, gây nứt, vỡ bề mặt

+ ăn mòn: Do CO2 thấm vào BT, các muối có trong nước mềm hòa tan Ca(OH)2 làm giảm độ kiềm trong BT, BT mất khả năng bảo vệ cốt thép Do muối sinh ra trong các phản ứng ăn mòn với thành phần của xi măng tạo thành chất kết tinh có thể tích tăng lên trên hai lần, chèn ép làm vỡ BT

+ ăn mòn cốt thép

- Các sai sót trong công tác khảo sát và thiết kế:

+ Khảo sát: Số liệu thiếu xác thực về tình hình địa hình, địa chất, thuỷ văn; các số liệu

về khí hậu, qui mô và tính chất của các công trình lân cận… Các số liệu không chính xác

về các chỉ tiêu cơ lý của đất nền Chiều sâu khảo sát chưa đủ (thông thường quy định chiều sâu khảo sát là 1.5Hcông trình; khi gặp nền đất yếu cần tăng thêm chiều sâu khảo sát) Những sai sót này sẽ dẫn đến giải pháp về nền móng công trình không đảm bảo

+ Trong thiết kế: Việc áp dụng các giải pháp kết cấu và nền móng không phù hợp, chưa đề cập đầy đủ các dạng tải trọng có thể xảy ra, chưa đủ các tổ hợp tải trọng; tính toán sai, xác định sơ đồ tính sai; sử

dụng vật liệu không thoả đáng, cấu

tạo chi tiết không phù hợp (quá

nhiều thép, không đủ khoảng hở,

không đủ neo, cấu tạo liên kết sai)

….Lựa chọn các giải pháp kết cấu

cho các bộ phận không phù hợp

(BTCT toàn khối, BTCT lắp ghép,

BTCT ứng lực trước), cụ thể:

* BTCT toàn khối: Có độ cứng, bậc

siêu tĩnh cao nhưng lại nhạy cảm

với lún lệch và sự thay đổi nhiệt độ,

trong tính toán nếu không kể đến

những tác động này sẽ gây ra

những sự cố cho công trình

* BTCT lắp ghép: ít nhạy cảm với lún lệch và nhiệt độ, nhưng lại chịu xâm thực của môi trường mạnh tại các vị trí mối nối, làm công trình nhanh chóng hư hỏng

* BTCT ứng lực trước: Cần chú ý bảo vệ chống ăn mòn cho CT ứng lực trước, đặc biệt là những công trình ven biển, hoặc những công trình trong điều kiện ăn mòn cao Ngoài ra ở những đầu neo khi lực căng lớn có thể gây nứt vỡ cục bộ

- Các sai sót trong quá trình thi công: Là nguyên nhân rất quan trọng làm giảm chất lượng công trình (rất nhiều: trộn sai cấp bền bê tông, sử dụng xi măng kém chất lượng, cốt liệu không sạch, không đúng qui cách, chất lượng vật liệu không đạt yêu cầu, sử dụng phụ gia không thích hợp, lớp bảo vệ không đúng, đặt sai và không đúng các yêu cầu cấu tạo đối với cốt thép, sai tim, trục định vị phải nắn chỉnh, copha không đảm bảo yêu cầu, đầm bê tông không đảm bảo, bảo dưỡng không tốt …)

- Chế độ bảo dưỡng công trình trong quá trình vận hành ảnh hưởng nhiều đến tuổi thọ của công trình, đặc biệt là đối với các công trình công nghiệp (Sử dụng công trình không đúng với chức năng ban đầu, sửa chữa cải tạo tùy tiện, làm thay đổi sơ đồ chịu lực ban đầu, bảo trì đúng hạn, không đúng qui trình …)

1.2 Đối tượng sửa chữa , gia cố và cải tạo công trình

- Những công trình đã sử dụng lâu năm bị xuống cấp do tác động của nhiều nguyên nhân khác nhau như tải trọng, khí hậu, hoá chất ăn mòn, sự cố… gây nên

- Những công trình bị hư hỏng do những sai sót trong các khâu khảo sát, thiết kế hoặc thi công

- Những công trình do nhu cầu thay đổi về sử dụng như cải tiến công nghệ, đổi mới thiết

bị, thay đổi công năng,… dẫn đến thay đổi sơ đồ kết cấu, thay đổi tải trọng

- Những công trình có nhu cầu mở rộng như mở rộng mặt bằng, nâng thêm chiều cao, nâng thêm tầng…

→ Như vậy, việc gia cố, sửa chữa và cải tạo là đề cập đến những công trình có nhu cầu cải thiện về mặt chịu tải trọng cũng như công năng nhằm đảm bảo an toàn, tăng tuổi thọ hoặc tăng hiệu quả sử dụng của công trình

* Cũng như xây mới, việc gia cố, sửa chữa và cải tạo công trình có sẵn vẫn phải qua các khâu khảo sát và thiết kế, sau đó mới có thể tiến hành thi công Tuy nhiên công tác khảo sát, thiết kế có những đặc điểm khác so với việc làm xây mới công trình Do vậy, cần đánh giá đúng tính chất, nguyên nhân và mức độ hư hỏng của công trình, xác định được mục đích và yêu cầu của công tác sửa chữa, gia cố sẽ quyết định tính đúng đắn cho các giải pháp được lựa chọn

1.3 Đánh giá tính chất và mức độ hư hỏng của công trình

Có 2 dạng hư hỏng:

a Hư hỏng thấy được: Thể hiện sự sút kém về khả năng chịu tải của kết cấu cũng như

sự giảm tính năng sử dụng so với ban đầu, chẳng hạn trên kết cấu xuất hiện những vết nứt hoặc biến dạng vượt quá giới hạn cho phép, mái bị dột, khu WC bị thấm nước, các lớp ốp, lát bị bong, rộp…

gọi H - mức độ hư hỏng của công trình (%),

ei - mức độ hư hỏng của cấu kiện thành phần i (%),

ti - tỉ lệ giá thành của cấu kiện i so với giá thành toàn bộ công trình,

ta có: 1

100



 n i i

i

t e

Khi H > 80% coi như công trình đã hoàn toàn bị phá huỷ

b Hư hỏng không thấy được: Việc đánh giá dựa trên các cơ sở:

- Mức độ giảm giá công trình do sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và giá xây dựng hạ xuống được đánh giá bằng hiệu số vốn đầu tư tại thời điểm xây dựng công trình và tại thời điểm khảo sát để sửa chữa, gia cố

- Mức độ bất hợp lý về mặt sử dụng được đánh giá bằng phụ phí để dỡ bỏ những phần bất hợp lý đó của công trình

→ Kết hợp cả 2 dạng hư hỏng trên để đánh giá toàn diện mức độ hư hỏng của công trình

* Cơ sở đánh giá theo TCXDVN 373-2006 – “Chỉ dẫn đánh giá mức độ nguy hiểm

nguy hiểm của các cấu kiện, đánh giá mức độ nguy hiểm của các bộ phận từ đó đánh giá mức độ nguy hiểm cả công trình Các công thức của tiêu chuẩn khá dài tham khảo trong tiêu chuẩn này Theo tiêu chuẩn, để đánh giá tình trạng nguy hiểm của công trình, độ nguy hiểm được phân chia thành 4 cấp sau đây:

Cấp A:

 Kết cấu an toàn

 Chưa có nguy hiểm

 Khả năng chịu lực của kết cấu có thể thoả mãn yêu cầu sử dụng bình thường Cấp B:

 Cá biệt có cấu kiện ở trạng thái nguy hiểm cục bộ, nhưng kết cấu chịu lực chưa bị ảnh hưởng

 Khả năng chịu lực của kết cấu cơ bản đạt yêu cầu

 Công trình đáp ứng được yêu cầu sử dụng bình thường

Cấp C:

 Khả năng chịu lực của một bộ phận kết cấu không đáp ứng được yêu cầu sử dụng bình thường

 Xuất hiện tình trạng nguy hiểm cục bộ

Cấp D:

 Khả năng chịu lực của kết cấu chịu lực không đáp ứng được yêu cầu sử dụng bình thường

 Nhà xuất hiện tình trạng nguy hiểm tổng thể

từ đó, kiến nghị hướng xử lý, có thể tham khảo theo bảng sau đây

Mức độ

nguy hiểm Biểu hiện nguy hiểm Phương hướng xử lý

Cấp A Kết cấu an toàn, chưa có nguy hiểm, khả năng chịu lực của kết cấu có thể thoả mãn

yêu cầu sử dụng bình thường

Bảo trì định kỳ

Cấp B

Cá biệt có cấu kiện ở trạng thái nguy hiểm cục bộ, nhưng kết cấu chịu lực chưa bị ảnh hưởng, khả năng chịu lực của kết cấu cơ bản đạt yêu cầu, công trình đáp ứng được yêu cầu

sử dụng bình thường

Sửa chữa nhỏ

Cấp C

Khả năng chịu lực của một bộ phận kết cấu không đáp ứng được yêu cầu sử dụng bình thường, xuất hiện tình trạng nguy hiểm cục

bộ

Sửa chữa lớn

Cấp D

Khả năng chịu lực của kết cấu chịu lực không đáp ứng được yêu cầu sử dụng bình thường, Nhà xuất hiện tình trạng nguy hiểm tổng thể

Sửa chữa toàn diện, kèm theo gia cường lại hệ kết cấu, hoặc kiến nghị dỡ bỏ nhằm đảm bảo an toàn cho công trình lân cận

Chương 2 Công tác khảo sát, thiết kế (2 tiết) 2.1 Mục đích

- Khảo sát một công trình cần gia cố, sửa chữa gần giống như khám bệnh cho người ốm, nên gần đây người ta đưa ra thuật ngữ “Bệnh học công trình” Mục đích là xác định trạng thái, mức độ các hư hỏng và tìm nguyên nhân của chúng

- Công tác khảo sát nhằm mô tả và đánh giá đúng hiện trạng của kết cấu Phân tích kết quả khảo sát kết hợp với những lập luận hợp qui luật để tìm ra nguyên nhân của hư hỏng làm tiền đề cho việc thiết kế, sửa chữa

Tiêu chuẩn hiện hành (TCXDVN 373-2006)

2.2 Nội dung

Nội dung của công tác khảo sát bao gồm:

- Hiện trạng về khả năng chịu tải của kết cấu (kết cấu chịu lực và bao che)

- Khảo sát nền móng

- Mức độ bất hợp lý về phương diện sử dụng

- Môi trường làm việc của công trình và ảnh hưởng của các công trình lân cận

(Tham khảo thêm các tài liệu về khảo sát, kiểm định chất lượng công trình)

2.2.1 Khảo sát kết cấu

- Yêu cầu: + Các bản vẽ kết cấu công trình có đánh dấu những chỗ, những bộ phận bị hư hỏng và tình trạng hư hỏng

+ Tình trạng về khả năng chịu tải của các kết cấu cơ bản, cụ thể: Mức độ biến dạng, các vết nứt, mức độ và tính chất ăn mòn…

- Các công việc cần tiến hành: Đo, vẽ kết cấu công trình trong trường hợp công trình không còn bản vẽ thiết kế cũ Đối với kết cấu BTCT: Số liệu kích thước tiết diện, số lượng và tiết diện cốt thép, loại cốt thép được sử dụng Đối với kết cấu BTCT lắp ghép phải xác định được các chi tiết liên kết và sơ đồ kết cấu

- Đánh giá khả năng chịu tải của các kết cấu cơ bản:

+ Tính toán lại theo qui phạm hiện hành với giả thiết công trình còn nguyên vẹn với tải trọng thực tế tác dụng

+ Xác định số lượng, vị trí, bề rộng và độ sâu của vết nứt Vết nứt do M,Q,N hoặc xoắn gây ra Vết nứt đã ổn định hay vẫn phát triển theo thời gian

+ Kiểm tra cường độ của bê tông bằng các phương pháp thích hợp tuỳ theo mức độ quan trọng cần thiết

+ Kiểm tra các khuyết tật trong bê tông nếu thấy cần thiết

+ Kiểm tra các chi tiết liên kết trong kết cấu BTCT lắp ghép

+ Nếu kết cấu làm việc trong môi trường ăn mòn, cần kiểm tra tình trạng ăn mòn, chiều sâu thâm nhập, hiện tượng ăn mòn cốt thép, cường độ bê tông miền bị chất ăn mòn thâm nhập

+ Tính lại khả năng chịu tải thực tế của kết cấu theo các số liệu thu được

- Kiểm tra vết nứt, biến dạng có các dụng cụ, thiết bị chuyên dụng (theo giáo trình môn thí nghiệm và kiểm định chất lượng công trình)

- Kiểm tra độ bền của vật liệu:

+ Trong phòng thí nghiệm: Các mẫu được cắt ra từ kết cấu được thử tới tải trọng phá huỷ

+ Tại hiện trường: Xác định bằng phương pháp không phá hoại mẫu: sai số từ 10% đến 15%, tuy nhiên ưu điểm hơn nên được sử dụng rộng rãi hơn; ví dụ như súng bật nẩy, siêu âm, thiết bị phóng xạ, thiết bị từ,…

2.2.2 Khảo sát nền móng

- Yêu cầu: Các số liệu khảo sát nền móng công trình cần nêu được những đặc điểm của khu đất, cấu tạo nền móng công trình và những công trình có liên quan, hiện trạng về khả năng chịu tải và biến dạng của nền móng

- Các công việc cần tiến hành:

+ Tìm hiểu cấu tạo kết cấu móng của công trình (căn cứ bản vẽ, cấu trúc bên trong) + Tình hình cấu tạo địa chất công trình và hiện trạng các công trình lân cận

+ Tìm hiểu độ lún của công trình

→ Đối với công trình có khung chịu lực: Vị trí khảo sát cần chọn ở phạm vi chân cột, chân tường để biết tường xây trực tiếp lên móng hay trên dầm móng Chọn các vị trí điển hình như móng cột trục giữa, biên, đầu hồi

→ Đối với công trình có tường chịu lực: Móng thường là móng băng hoặc bè BTCT, vị trí khảo sát nên chọn cạnh tường biên, tường ngang và tường hồi

→ Xác định kích thước bề rộng, độ sâu của móng, kiểm tra cốt thép trong móng và đánh giá lại khả năng chịu tải của móng

- Khảo sát nền đất bằng các phương pháp khoan, xuyên hoặc kết hợp (phương pháp xuyên tĩnh được sử dụng nhiều)

2.3 Thiết kế sửa chữa, cải tạo và gia cố

2.3.1 Nội dung

- Xác định sự cần thiết phải sửa chữa, gia cố và cải tạo công trình

- Thiết kế sửa chữa, gia cố bao gồm:

+ Phân tích kết quả khảo sát, xác định nguyên nhân gây hư hỏng

+ Các giải pháp cơ bản để sửa chữa, gia cố

+ Các giải pháp bảo vệ kết cấu

+ Vật liệu cơ bản được sử dụng

+ Biện pháp thi công

+ Dự toán thiết kế

2.3.2 Đặc điểm khác so với thiết kế mới

- Quan trọng nhất là việc sửa chữa, gia cố, cải tạo cần được thực hiện trong điều kiện vận hành liên tục của công trình hoặc nếu có dừng thì chỉ được dừng trong thời gian hạn chế

→ Nên ưu tiên sử dụng các cấu kiện lắp ghép bằng BTCT hoặc bằng thép để làm kết cấu gia cố Những kết cấu gia cố này cần có cấu tạo đơn giản, nhẹ nhàng, dễ thực hiện Để tăng khả năng chịu tải và giảm nhẹ kết cấu gia cố có thể dùng kết cấu ứng lực trước Dùng BTCT đổ tại chỗ sẽ khó khăn hơn

- Đưa kết cấu gia cố cùng tham gia làm việc với kết cấu được gia cố Để thực hiện:

+ Cắt bỏ hết những phần tải trọng có thể cắt bỏ được trước khi gia cố

+ Có thể dùng kích để trả lại trạng thái “nghỉ tương đối” của kết cấu được gia cố, (ví

dụ như kích trả lại độ võng = 0 cho kết cấu chịu uốn)

+ Dùng kết cấu ứng lực trước như dây căng ƯLT, ống lồng ƯLT, thanh đạp ƯLT,…

- Đối với công trình bị ăn mòn, việc sửa chữa, gia cố phải được tiến hành đồng thời với việc xử lý chống ăn mòn Trước khi sửa chữa, gia cố cần phải làm sạch kết cấu cũ khỏi tác nhân ăn mòn

- Biện pháp thi công phải thuận tiện, phù hợp, dễ thực hiện và hiệu quả

- Do tính linh hoạt của công việc sửa chữa, gia cố đòi hỏi người thiết kế luôn có mặt tại hiện trường trong quá trình thi công để kịp giải quyết các yêu cầu đột xuất có thể xảy ra

Chương 3 Gia cố kết cấu BTCT và kết cấu gạch đá (7 tiết)

3.1 Nguyên tắc chung

- Các giải pháp gia cố phải phù hợp với yêu cầu sử dụng của công trình, điều kiện phương tiện, vật liệu và khả năng thi công

- Sau gia cố, kết cấu phải đảm bảo về khả năng chịu tải, đảm bảo sự làm việc đồng thời giữa kết cấu gia cố và kết cấu được gia cố Đối với kết cấu siêu tĩnh, khi tính toán cần đề cập đến sự phân phối lại nội lực trong kết cấu

- Đối với kết cấu bị ăn mòn, trước hết cần loại trừ tác nhân gây ăn mòn trong kết cấu và sau khi gia cố cần phải xử lý chống ăn mòn cho kết cấu

- Kết cấu BTCT được gia cố theo 2 cách cơ bản:

+ Gia cố trong điều kiện giữ nguyên sơ đồ kết cấu và trạng thái ứng suất Để giữ nguyên sơ đồ kết cấu, việc gia cố chỉ có thể thực hiện bằng cách tăng tiết diện

+ Gia cố bằng cách thay đổi sơ đồ và trạng thái ứng suất của kết cấu Để gia cố bằng cách này có thể áp dụng các phương pháp đặt thêm gối tựa, dây căng ƯLT, kết cấu hỗ trợ hoặc thay thế,…

- Vật liệu sử dụng để gia cố kết cấu BTCT: Bê tông có B ≥ B12,5 Các loại thép các bon thông dụng, không nên dùng loại có cường độ đặc biệt cao Vữa chèn là vữa xi măng mác

≥ mác 100 Nói chung, vật liệu sử dụng trong công tác sửa chữa và gia cố cần đáp ứng các yêu cầu sau:

+ Về tính co ngót: Sử dụng vật liệu sửa chữa có độ co ngót tối thiểu, thậm chí không

co, hoặc trương nở là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo chất lượng công tác sửa chữa Lý do: Với kết cấu cũ đã ổn định, vật liệu sửa chữa mới khi bị co ngót sẽ gây ra ứng suất kéo trong lớp vật liệu đó, đồng thời tại mặt tiếp xúc giữa hai lớp vật liệu xuất hiện ứng lực cắt làm hai lớp vật liệu trượt lên nhau, phá vỡ lực dính giữa hai lớp vật liệu cũ và mới Những khe nứt và tách sinh ra do quá trình trên tạo điều kiện cho các tác nhân ăn mòn của môi trường xâm nhập vào gây ra hiện tượng ăn mòn cho kết cấu

+ Từ biến: Trong khi từ biến xảy ra với kết cấu cũ đã ở mức ổn định (giá trị biến dạng này rất nhỏ) thì với vật liệu sửa chữa hoặc gia cường vừa mới thi công từ biến còn khá lớn, điều này gây ra ứng lực trượt tại mặt tiếp xúc làm cho liên kết giữa hai loại vật liệu

cũ, mới giảm yếu đi, làm suy giảm khả năng chịu tải của vật liệu mới Vì vậy cần chọn loại vật liệu có biến dạng từ biến nhỏ nhất

+ Cường độ phải đảm bảo không nhỏ hơn cường độ của kết cấu cấu cũ

+ Khi kết cấu làm việc trong môi trường ăn mòn cao, vật liệu sửa chữa phải đáp ứng được các yêu cầu về chống ăn mòn

+ Phù hợp với điều kiện thi công

3.2 Các giải pháp gia cố kết cấu BTCT

3.2.1 Gia cố kết cấu BTCT bằng cách tăng tiết diện

- Phương pháp này được sử dụng khá rộng rãi

- Ưu điểm: + Tính toán đơn giản

+ Dễ thực hiện đối với các loại kết cấu khác nhau như chịu uốn, chịu nén đúng tâm, lệch tâm

+ Đối với các kết cấu không quá lớn, phương pháp này rất hiệu quả về mặt nâng cao khả năng chịu tải

- Các dạng tăng tiết diện (hình 3.1):

Hình 3.1 Các dạng tăng tiết diện

- Có thể tăng tiết diện bằng cách ốp các tiết diện bằng các loại thép hình (thường dùng cho các cấu kiện chịu nén đúng tâm, lệch tâm)

- Để đảm bảo sự làm việc chung giữa phần ốp thêm và tiết diện cũ cần có độ bám dính giữa bê tông cũ và mới Cần đục nhám và làm sạch mặt bê tông cũ Độ bám dính còn phụ thuộc vào chất kết dính, điều kiện đổ bê tông, độ dẻo của hỗn hợp bê tông và cấp độ bền của bê tông Theo kinh nghiệm, độ sụt của bê tông khoảng 8  10 cm Sử dụng

xi măng Pooc lăng, không nên dùng xi măng đông cứng nhanh

- Chiều dầy lớp bê tông ốp ≥ 6 cm khi đổ bê tông thông thường và ≥ 3 cm khi dùng máy phụt bê tông

a Tăng chiều cao tiết diện

Thực tế cho thấy có thể tăng khả năng chịu tải của kết cấu lên 1,5  2 lần và tiết kiệm được vật liệu Thường áp dụng cho các cấu kiện chịu uốn như dầm, sàn và cấu kiện chịu nén như cột

- Đối với sàn:

+ Khi cốt thép còn nguyên lành và mặt trên không bị vướng, có thể chỉ cần đổ thêm

bê tông ở mặt trên sàn dầy từ 3  6 cm tuỳ theo yêu cầu của tải trọng Mặt sàn phải được đục nhám và làm sạch Để tăng độ bám dính giữa 2 lớp sàn, thỉnh thoảng đục thủng 1 lỗ xuống sàn cũ với kích thước 20x20 cm, có thép móc vào lớp thép chịu lực của sàn (hình 3.2a) Mặt trên tuỳ theo yêu cầu có thể bố trí thêm lớp thép cấu tạo (≥ Ø4 a300)

Hình 3.2 Tăng chiều dầy của sàn BTCT + Trường hợp mặt trên bị vướng thiết bị hoặc điều kiện không cho phép nâng độ cao mặt sàn thì có thể tăng chiều dầy về phía dưới mặt sàn (hình 3.2b) Trường hợp này cần đặt thêm cốt thép phụ và phải liên kết với cốt thép đã có ở sàn Đổ bê tông trong trường hợp này phải dùng máy phụt bê tông

- Đối với dầm:

+ Tăng miền bê tông chịu nén (khá khó khăn nếu không cho phép).(hình 3.3a)

Hình 3.3 Tăng tiết diện dầm + Tăng chiều cao phía dưới mặt dầm: Đặt cốt thép chịu kéo bổ sung

→ Khi chỉ cần tăng cường cốt thép chịu kéo bổ sung, có thể hàn cốt thép bổ sung với cốt thép chịu lực hiện có bằng các đoạn thép trung gian liên kết Chiều dầy lớp bê tông thêm vào chỉ cần vừa đủ để bao kín cốt thép, đảm bảo sự làm việc giữa bê tông và cốt thép và đảm bảo lớp bê tông bảo vệ ≥ 3cm và nên dùng máy phụt bê tông để thi công (hình 3.3b)

→ Khi cần tăng cao hơn, cốt dọc được hàn với cốt thép dầm, đường kính thép dọc từ Ø12

 Ø30; đường kính cốt đai từ Ø8  Ø12

- Đối với cột: Tăng về 2 phía hoặc 1 phía tuỳ theo yêu cầu Chiều cao tăng phụ thuộc kết quả tính toán Đường kính cốt dọc từ Ø14  Ø25 (hình 3.4)

Hình 3.4 Tăng chiều cao tiết diện cột

b Tăng bề rộng và chiều cao tiết diện

- Phương pháp này dùng để gia cố dầm khi bề rộng tiết diện của dầm quá bé

- Cốt dọc được bố trí như với việc tăng chiều cao tiết diện (hình 3.5)

Hình 3.5 Tăng bề rộng và chiều cao tiết diện

- Cốt đai được bố trí theo 2 dạng: + Đai hở: được móc vào 2 thanh thép cấu tạo ở sát đáy sàn Cũng có thể gắn với 1 cặp thép góc (thép chữ L) bắt với sàn bằng bu lông với khoảng cách từ 1  1,5m

+ Đai kín: xuyên qua sàn Khoảng cách những lỗ xuyên khoảng 50cm, những lỗ này còn có tác dụng để đổ bê tông

c Tăng tiết diện bằng cách ốp bốn phía

Hình 3.6 Tăng tiết ốp bốn phía

a) đối với cột; b) đối với dầm

- Phương pháp này rất thích hợp với cột Đối với dầm không có sàn cũng áp dụng tốt nhưng nếu có sàn thì khá phức tạp nên ít dùng

- Cốt thép và chiều dầy của bê tông ốp xác định theo tính toán.(hình 3.6)

- Ưu điểm: Phần bê tông mới và bê tông cũ gắn chặt vào nhau do tính co ngót của bê tông mới tạo nên sự làm việc đồng thời

d Đặc điểm tính toán khi gia cố bằng cách tăng cường tiết diện

- Do không thay đổi sơ đồ tính toán ban đầu nên việc tính toán chỉ là kiểm tra khả năng chịu tải của tiết diện sau khi gia cố

- Các giả thiết để tính toán:

+ Tiết diện sau khi gia cố được coi như thể thống nhất

+ Cốt thép trong phần tiết diện cũ và mới cho phép làm việc với cường độ tính toán là (0,75  0,8)Rs

+ Cường độ của bê tông lấy như sau:

→ Khi tăng tiết diện miền bê tông chịu nén: lấy bằng cường độ bê tông mới gia cố → Khi tăng tiết diện miền bê tông chịu kéo: lấy bằng cường độ của kết cấu cũ 3.2.2 Gia cố kết cấu BTCT bằng cách đặt thêm gối tựa phụ

Phương pháp này áp dụng cho những kết cấu chịu uốn trong điều kiện không gian cho phép Khi đặt thêm gối tựa, sơ đồ tính toán của hệ thống sẽ thay đổi, có thể xuất hiện mômen âm tại vị trí gối tựa phụ nhưng nói chung nội lực giảm đi và do đó tăng đáng kể khả năng chịu tải của kết cấu (khoảng 2  3 lần) Gối tựa phụ có thể là gối tựa cứng hoặc tựa đàn hồi

a Gối tựa cứng:

- Đặt thêm trụ đỡ ở giữa nhịp dầm, hệ giằng hoặc dây treo (hình 3.7)

- Để đảm bảo sự làm việc đồng thời trước khi định vị gối tựa phụ cần dỡ tải cho kết cấu bằng cách cắt bỏ khỏi kết cấu những tải trọng nào có thể cắt bỏ được

- Khi lượng tải trọng được cắt bỏ là không đáng kể so với toàn bộ tải trọng tác dụng lên kết cấu (chẳng hạn kết cấu đỡ mái của nhà công nghiệp, dỡ khó khăn) có thể dùng kích tại những vị trí thích hợp để giảm bớt chuyển vị của kết cấu

Hình 3.7.Sơ đồ gia cố kết cấu bằng cách đặt thêm các gối tựa cứng

b Gối tựa đàn hồi:

Hình 3.8.Các dạng gối tựa phụ đàn hồi

- Dùng dầm thép hoặc BTCT đúc sẵn gắn chặt 2 đầu với dầm cần gia cố, chèn gối tựa vào khoảng giữa 2 nhịp dầm (hình 3.8)

- Phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện nhưng không giảm được lực cắt lại gối tựa của dầm cần gia cố, cho nên cần cấu tạo thêm gối tựa phụ

- Có thể dùng dầm thép đỡ đặt vuông góc với dầm cần gia cố

3.2.3 Gia cố kết cấu BTCT bằng dây căng ứng lực trước

a Nguyên tắc và ưu điểm:

- Việc áp dụng hệ thống dây căng ứng lực trước là để tạo ra được những tác động ngược lại với tác động ban đầu của ngoại lực nhằm nâng cao khả năng chịu tải của kết cấu

- Phương pháp này áp dụng để gia cố các cấu kiện chịu uốn như dầm, dàn BTCT

- Ưu điểm:

+ Tiêu hao lượng vật liệu ít mà có thể nâng cao khả năng chịu tải từ 2  2,5 lần + Không chiếm không gian sử dụng của công trình

+ Thi công tương đối đơn giản, dễ thực hiện, nhanh đưa công trình vào sử dụng, không ảnh hưởng nhiều đến điều kiện làm việc liên tục của công trình

b Hình thức thực hiện: Có 3 hình thức

- Khi yêu cầu về mức độ gia tăng khả năng chống uốn lớn hơn so với mức độ gia tăng khả năng chống cắt sau khi gia cố, có thể áp dụng hệ thống dây căng nằm ngang (2 dây) (hình 3.9a)

- Khi yêu cầu về mức độ gia tăng khả năng chống cắt khá lớn, nên áp dụng hệ thống dây võng (hình 3.9b)

- Khi yêu cầu về mức độ gia tăng khả năng chống uốn và chống cắt đều lớn, áp dụng hệ thống dây căng tổ hợp của 2 hệ trên (hình 3.9c)

Các bộ phận của hệ thống dây căng ứng lực trước:

+ Dây căng: Có thể là thép thường nhóm AI,AII,AIII; có thể là thép hình

+ Neo 2 đầu dây căng: Thép hình hàn với thép chịu lực của dầm và chôn trong BT + Thanh tựa: Đặt phía dưới tại vị trí uốn của hệ dây võng

Cơ cấu gây ứng lực: Dùng phương pháp cơ học hoặc nhiệt điện

+ Cơ học: Có thể sử dụng tăng đơ hoặc cơ cấu “níu chập” làm dây dãn dài Cơ cấu “níu chập” được cấu tạo bởi một bulông có hình móc câu hoặc có hình chữ U với khoảng ren

Hình 3.9 Các hình thức gia cố dầm bằng dây

căng ứng lực trước

khá linh hoạt (hình 3.9, chi tiết A) + Nhiệt điện: Đốt nóng dây căng làm dây dãn ra tương ứng với ứng suất cần

có

c Đặc điểm tính toán:

- Xác định lượng cần bổ sung về khả năng chịu tải của kết cấu (ΔM, ΔQ)

- Sơ bộ chọn tiết diện dây căng, đối với kết cấu dầm: 0

0





s

M A

m R z Với R là cường độ tính toán của s cốt thép, m là hệ số điều kiện làm việc 0 của dây căng = 0,8  0,85 và zh 0 với h - chiều cao từ biên chịu nén của 0 tiết diện dầm tới trọng tâm dây căng phần nằm ngang, - hệ số = 0,6  0,8 phụ thuộc hàm lượng thép

- Xác định ứng lực trong dây căng dưới tác dụng của tải trọng thêm (X) theo phương pháp lực, từ đó xác định ứng suất trong dây căng

0

  X A

- Xác định ứng lực trước cần thiết trong dây căng: 0 m R0 s

- Kiểm tra khả năng chịu tải của kết cấu sau khi gia cố theo các qui định trong tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT đối với cấu kiện chịu nén lệch tâm

3.2.4 Gia cố kết cấu BTCT bằng cách dùng kết cấu hỗ trợ hoặc thay thế

- Kết cấu hỗ trợ có 2 dạng: Một phần hoặc toàn phần

+ Kết cấu hỗ trợ một phần: cùng tham gia làm việc đồng thời với kết cấu cũ

+ Kết cấu hỗ trợ toàn phần: còn gọi là kết cấu thay thế nhận toàn bộ tải trọng tác dụng, còn kết cấu cũ chỉ chịu riêng trọng lượng bản thân

- Ưu điểm: Đơn giản, dễ thi công

- Nhược điểm: Giảm không gian sử dụng do giảm chiều cao phòng Khi thi công bắt buộc phải ngừng sự hoạt động bình thường của công trình và có phần không kinh tế khi dùng loại kết cấu thay thế

3.2.5 Gia cố cột BTCT bằng thép hình

- Phương pháp này có thể áp dụng để gia cố cột chịu tải đúng tâm hoặc lệch tâm

- Ưu điểm: Thi công đơn giản, nhanh chóng, không ảnh hưởng nhiều đến tính chất làm việc liên tục của công trình Có khả năng nâng cao đáng kể khả năng chịu tải của cột (có thể lên tới 100  200 Tấn) Vẫn có thể giữ nguyên được kích thước tiết diện cột, không ảnh hưởng đến yêu cầu thẩm mỹ của công trình.(hình 3.10)

1 Cột được gia cố

2 Thanh ốp

3 Bản giằng