Bài giảng Sửa chữa, gia cố kết cấu công trình: Chương 3 - TS. Vũ Hoàng Hiệp

Bài giảng Sửa chữa, gia cố kết cấu công trình: Chương 3 Gia cố kết cấu bê tông cốt thép cung cấp cho người học những kiến thức như: Nguyên tắc gia cố; Các giải pháp gia cố kết cấu bê tông cốt thép. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chương 3:

GIA CỐ KẾT CẤU BTCT

§3.1 Nguyên tắc gia cố

3.1.1 Khái niệm suy thoái (sự xuống cấp của công trình)

Có thể chia ra 2 dạng suy thoái

a) Suy thoái vật chất:

- Suy thoái chất lượng vật liệu: cường độ, độ cứng giảm; vật liệu

bị thay đổi cấu trúc, xốp rỗng, mất các tính năng ban đầu

- Suy thoái về khả năng chịu lực của kết cấu

- Suy thoái về khả năng sử dụng kết cấu (cong vênh, võng,thấm, ẩm, cách âm, cách nhiệt, )

Khái niệm suy thoái (sự xuống cấp của công trình)

b) Suy thoái về mặt tiện nghi:

- Quy hoạch không còn phù hợp

- Công năng không còn đáp ứng điều kiện sống mới

- Các điều kiện ánh sáng, thông gió, kỹ thuật hạ tầng khôngđảm bảo

3.1.2 Lý do cần gia cố kết cấu công trình

Cần gia cố (gia cường) lại các kết cấu để khắc phục và tăng chấtlượng của các kết cấu nhằm sử dụng và khai thác được lâu hơnhoặc đáp ứng yêu cầu sử dụng mới

● Đảm bảo tính kinh tế.

● Đặc biệt cần ngăn chặn, hạn chế được nguyên nhân gây hưhỏng, suy thoái kết cấu

3.1.4 Các phương pháp chung dùng khi gia cố

● Gia cố giữ nguyên sơ đồ kết cấu, thay đổi chất lượng vật liệuhoặc tiết diện cấu kiện

● Gia cố có thay đổi sơ đồ kết cấu

3.1.5 Yêu cầu chung về vật liệu dùng khi gia cố

● Về tính chất cơ - lý:

- Có cường độ không nhỏ hơn vật liệu cũ

- Có mô-đun đàn hồi tương đồng

- Có hệ số giãn nở nhiệt xấp xỉ vật liệu cũ

- Có khả năng tự bám dính tốt hoặc thông qua tác nhân bámdính khác

- Hạn chế được co ngót, từ biến

● Về khả năng chịu tác động môi trường

- Chịu được tác động nhiệt, không gây phát sinh ứng suất bóctách lớn

- Chống tác nhân xâm thực, chống ăn mòn

3.1.5 Yêu cầu chung về vật liệu dùng khi gia cố

● Về tính năng thi công:

- Vật liệu sửa chữa được chọn phải phù hợp, thuận lợi trong điềukiện thi công chật hẹp, công trình đang vận hành

- Đáp ứng thời gian thi công (khi cần phải sử dụng vật liệu pháttriển cường độ nhanh)

- Có tính năng thi công tốt (độ linh động, độ bám dính, tínhtrương nở)

● Các yêu cầu cụ thể đối với vật liệu trình bày trong từng côngtác gia cố

§3.2 Các giải pháp gia cố kết cấu BTCT

3.2.1 Gia cố (gia cường) bằng cách tăng kích thước tiết diện

a Đặc điểm cấu tạo

*) Gia cường cho dầm:

Chi tiết phương án tăng cốt dọc chịu lực cho dầm

- Trường hợp tăng KNCL của dầm không nhiều:

+) Tăng số lượng thép dọc chịu lực bằng cách hàn thêm vớithép cũ của dầm, trát vữa hoặc phun bê tông bảo vệ

+) Đặt các nêm bằng thép dài 80-200mm, hàn cách nhau1000mm Các nêm thường dùng thép tròn đường kính 10-30mm

- Trường hợp cần tăng KNCL nhiều:

+) Tăng thêm thép dọc chịu lực bằng cách hàn với các đoạnthép vai bò

+) Hàn thép dọc mới với cốt đai

Chi tiết phương án tăng tiết diện

- Phương pháp đúc bê tông gia cường:

+) Đục lỗ trên sàn và xọc vữa xuống dầm+) Phun bê tông vỏ áo thành nhiều lớp, mỗi lớp khôngquá 15mm

- Đặc điểm của phương pháp:

+) Thi công phức tạp, phải thi công giàn giáo cốp phatrong toàn đoạn sửa chữa gia cường

+) Phải tốn nhiều công sức lao động+) Thi công trong điều kiện khó khăn, ảnh hưởng đếnquá trình sử dụng hoặc sản xuất

+) Kinh tế, tốn ít vật liệu nhưng hiệu quả tốt+) Giữ nguyên được tính toàn khối của kết cấu

*) Gia cường cho sàn tầng

Các biện pháp gia cường cho sàn tầng:

+) Tiến hành đổ một lớp bê tông cốt thép mới dày hơn 5cm lêntrên sàn cũ

+) Nếu không thể hoặc không tiện dùng cách trên, tiến hànhhàn vào dưới cốt thép nhịp cũ một số cốt thép gia cường, nốinhau bằng những đoạn thép ngắn khác rồi phun một lớp bê tôngdày hơn 2cm ra ngoài

+) Nếu liên kết giữa 2 lớp bê tông không đảm bảo, lớp bê tôngmới cần dày hơn 5cm và coi như độc lập, tấm sàn cũ phải dỡtoàn bộ tải trọng

Đặc điểm:

Phương pháp đơn giản nhưng giá thành cao

*) Gia cường cho cột

- Cột có thể được gia cường bằng một vỏ áo cũng bằng bê tôngcốt thép với những cốt thép dọc và cốt đai đặt theo tính toán

- Chiều dày lớp vỏ áo phải lớn hơn:

+) 5cm nếu đúc bê tông có cốp pha+) 3cm nếu áp dụng biện pháp phun bê tông

- Trước khi gia cường cần đập vỡ các cạnh góc cột và gia côngmặt bê tông cũ

- Nếu gia cường bằng vỏ áo gặp khó khăn, có thể tăng tiết diệncột về một hoặc hai phía

- Gia cường bằng cách tăng tiết diện cột không cần làm suốtchiều dài của cột mà chỉ cần gia cường cục bộ ở những nơi có hưhỏng hoặc ứng suất quá lớn

*) Gia cường móng

- Tùy theo tải trọng truyền xuống móng, diện tích đế móng phảităng lên hoặc hạ thêm cọc và làm đài cọc mở rộng để truyền tảitrọng xuống cọc mới

- Thông thường vỏ áo móng gia cường được nối liền với vỏ áocột gia cường

- Nếu không cần gia cường cột , vỏ áo móng nên kéo dài lên caoquá chân cột khoảng từ 1 đến 1,5m

- Mặt ngoài của vỏ áo móng thường dốc, cần làm cốp pha ngoàikhi đúc bê tông

Gia cường móng cột bê tông cốt thép a) Không tăng diện tích đế móng b) Có tăng diện tích đế móng

c) Có thêm cọc mới

3.1.2 Đặc điểm thiết kế

- Trường hợp thiết kế các tiết diện gia cường bằng cách mở rộng

ra một hay nhiều phía mà đảm bảo tính toàn khối khi thi công:

+) Kết cấu được coi là một cấu kiện đúc liền duy nhất

+) Cốt thép trong kết cấu cũ và cốt thép bổ sung để gia cường, ởtrạng thái giới hạn đều đạt tới cường độ tính toán

+) Cốt dọc trong kết cấu cũ, đặt cách thanh chịu kéo của tiết diệnmới gia cường một khoảng lớn hơn 0,5(h-x), được coi như làmviệc bằng 80% cường độ thiết kế, nghĩa là 0,8Rs

+) Cốt đai trong kết cấu cũ và trong kết cấu gia cường cùng làmviệc kết hợp chung

+) Phần cột cũ được tính như chịu nén cục bộ

- Trường hợp thi công không đảm bảo liền khối thì coi như tínhtoán độc lập hai phần cũ và mới

3.2 Gia cường dầm BTCT bằng cách thêm gối tựa cứng

3.2.1 Cấu tạo

- Các gối tựa mới có thể là những cột đơn, cây chống xiên hoặcnhững thanh treo nhằm làm giảm nhịp của dầm:

+) Nếu sử dụng loại cột, cây chống đơn, cần có móng riêng

+) Nếu sử dụng loại cây chống xiên tì lên các cấu kiện khác củacông trình, các kết cấu này phải chịu được lực đạp của câychống hoặc gia cường thêm

+) Gia cường bằng thanh treo được áp dụng vào việc gia cườngcác dầm nằm trong mặt phẳng có tường ngăn của khung nhàBTCT

Gia cường dầm bằng gối tựa cứng: a) Cột chống bằng thép b) Cột chống bằng BTCT c,d) Cây chống xiên e) Thanh treo bằng BTCT g) Thanh treo bằng thép

Đặc điểm chi tiết liên kết:

- Đầu cột chống bê tông cốt thép là một đai ôm lấy dầm cầngia cường; ở đây cốt thép gối tựa hàn liền vào cốt thép phá lộ

- Cách liên kết cây chống xiên bê tông cốt thép với dầm cầngia cường bằng đai thép (hình e )

và nội lực ban đầu trong dầm

- Cần chọn được những nội lực ban đầu này sao cho khi kê cácgối tựa mới và khi chất thêm tải lên dầm thì không tạo nên trongkết cấu này những mômen uốn ngược dấu, còn trong các khẩu độthì mômen uốn mới không vượt quá trị số ban đầu của nó

- Khi tính toán lại dầm cần có biểu đồ mômen uốn thành lập theotiết diện cốt thép có sẵn trong kết cấu

- Nếu không có bản vẽ thiết kế dầm mà muốn biết sự bố trí cốtthép trong kết cấu đó thì phải đục những rãnh sau này lại lấp lạirãnh bằng xi măng hoặc dùng pp không phá hủy kiểm tra

- Khi đã thành lập xong biểu đồ mômen uốn cũ, thành lập biểu đồmômen mới theo sơ đồ tĩnh học mới có các gối tựa trung gian vàtải trọng mới

- Đối chiếu nhận định những chỗ cần điều chỉnh nội lực

- Cần kiểm tra khả năng chịu cắt tại tiết diện cạnh gối đỡ

- Kiểm tra khả năng xuất hiện vết nứt do mômen đổi dấu

3.3 Gia cường dầm BTCT bằng các gối tựa đàn hồi

3.3.1 Đặc điểm cấu tạo

- Để tăng khả năng chịu tải của dầm, có thể làm thêm những gốitựa trung gian đàn hồi, nhằm giảm bớt nhịp dầm

- Gối tựa đàn hồi của dầm là một kết cấu chịu uốn khác; đượcliên kết vào các kết cấu chịu lực chính của công trình để làmviệc kết hợp đồng thời với dầm gia cường

- Gối tựa đàn hồi có những dạng sau:

a- Dạng dầm hay dạng khung bêtông cốt thép

- Muốn giảm tải cho dầm chính bê tông cốt thép thì bản thân kếtcấu làm nhiệm vụ gia cường phải có độ cứng lớn

- Dầm bê tông cốt thép gia cường có thể bố trí ở trên hay ở dướidầm chính (hình a, b)

Gối tựa đàn hồi dạng dầma) Dầm đỡ đàn hồi đặt dướidầm chính

b) Dầm đỡ đàn hồi đặt trêndầm chính

c) Đai liên kết dầm đỡ vàocột nhà

d) Dầm đỡ đặt trên dầmchính với thiết bị kích nême) Đai liên kết dầm đỡ vàocột bằng thép hình

b- Dạng thanh chống hay thanh treo

- Những dầm khác chưa được sử dụng hết khả năng có thể đưavào làm việc kết hợp với dầm gia cường bằng thanh treo haythanh chống

c- Dạng dầm thép

- Dầm thép gia cường treo bên dưới dầm bê tông cốt thép cần giacường

- Gối tựa là những mảnh thép chèn độn vào khe hở giữa hai dầm

ở điểm giữa nhịp Lúc này hai dầm không làm việc đồng thời vìdầm bê tông cốt thép cứng hơn dầm thép

Gối tựa đàn hồi dạng dầm thép a) Khi không chống căng ở giữa nhịp b) Khi có chống căng giữa nhịp

d- Dạng giàn thép

3.3.2 Đặc điểm tính toán

- Nội lực xuất hiện phụ thuộc tương quan độ cứng giữa hai kếtcấu cũ- mới

- Xác định độ cứng gối tựa đàn hồi

- Tính toán sao cho biến dạng hai kết cấu cùng nhau để đảm bảochúng đồng thời làm việc

3.4 Gia cường dầm BTCT bằng thanh căng ƯLT

3.4.1 Đặc điểm cấu tạo

- Thanh căng: Thép thanh cường độ cao bắt bu lông 2 đầu hoặccáp cường độ cao

- Liên kết gối tựa: Phải được gia cố bằng các đai thép hình tránhphá hỏng cục bộ

- Tăng ứng lực trong dây: Dùng bu lông vặn tạo lực căng, bópchéo thanh căng, dùng kích tạo lực căng

- Bơm vữa hoặc trát bảo vệ thanh căng

3.4.2 Đặc điểm tính toán

- Sơ bộ chọn tiết diện dây căng

- Xác định ứng suất trong dây căng

- Tính toán lại nội lực kết cấu có dây căng, khả năng chịu lực

3.5 Dùng lá thép hoặc tấm sợi các-bon dán vào kết cấu

Tấm polyme cốt sợi Các bon: CFRP

Tấm polyme cốt sợ thủy tinh: GFRP

Ví dụ tấm Carbo Duo có đặc trưng:

-Nhẹ hơn 20% so với thép

-Cường độ chịu kéo: 1300-2800 Mpa

-Độ dày 1-1,5 mm

-Chất kết dính: keo epoxy

Mô tả thi công

Đặc điểm tính toán

- Quan niệm tính

- Tiêu chuẩn tính toán: ACI 440

Ôn tập chương 3

BTCT?

cấu tạo, thi công, tính toán của từng giải pháp?