Báo cáo trình bày các giải pháp gia cường giàn thép để sửa chữa cá khuyết tật trong quá trình thi công hay tăng cường khả năng chịu lực do sai sót trong quá trình thi công hay thay đổi mục đích sử dụng. Đồng thời, phương pháp và công thức cho thiết kế gia cường cũng được cùng cấp. Nghiên cứu này có ý nghĩa trong thiết kế cũng như trong giáo dục
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI KHOA XÂY DỰNG BÁO CÁO TỔNG KẾT KẾT QUẢ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ GIA CƢỜNG KẾT CẤU GIÀN THÉP HÀ NỘI - 2014 ii TRƢỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI KHOA XÂY DỰNG BÁO CÁO TỔNG KẾT KẾT QUẢ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ GIA CƢỜNG KẾT CẤU GIÀN THÉP Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Hồng Sơn Thành viên tham gia: Ths Phạm Ngọc Hiếu Đơn vị công tác: Hà Nội, ngày tháng năm 2014 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI Hà Nội, ngày tháng Hà Nội, ngày tháng năm 2014 BAN CHỦ NHIỆM KHOA năm 2014 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Khoa Xây dựng Hà Nội, ngày tháng năm 2014 THỦ TRƢỞNG CƠ QUAN HÀ NỘI - 2014 iii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU vi DANH MỤC HÌNH VẼ viii DANH MỤC BẢNG BIỂU xi PHẦN MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ GIÀN THÉP VÀ GIA CƢỜNG KẾT CẤU GIÀN THÉP 1.1 Kết cấu giàn thép cơng trình xây dựng 1.1.1 Giàn thép phân loại giàn thép 1.1.2 Hệ giằng mái 1.1.3 Cấu tạo hệ mái 1.1.4 Tiết diện giàn 1.1.5 Nút liên kết giàn thép góc 1.1.6 Dầm cầu trục treo nút giàn 1.2 Hƣ hỏng gia cƣờng kết cấu giàn thép 12 1.2.1 Kết điều tra cố hƣ hỏng kết cấu giàn thép 12 1.2.2 Một số cố hƣ hỏng kết cấu giàn thép gần 16 1.3 Kinh nghiệm gia cƣờng kết cấu giàn thép 19 1.3.1 Gia cƣờng giàn để chịu thêm tải trọng 19 1.3.2 Gia cƣờng giàn để tăng công suất 21 1.3.3 Gia cƣờng giàn mắc sai phạm chế tạo, gia công lắp ghép 22 1.4 Nghiên cứu nƣớc 24 1.4.1 Trong nƣớc 24 1.4.2 Ngoài nƣớc 25 CHƢƠNG GIA CƢỜNG KẾT CẤU GIÀN THÉP 27 2.1 Công việc tài liệu phục vụ cho việc gia cƣờng kết cấu giàn 27 2.1.1 Nghiên cứu, đánh giá chất lƣợng kết cấu giàn có 27 2.1.2 Tài liệu phục vụ công tác gia cƣờng kết cấu giàn 31 2.1.3 Những lƣu ý thi công gia cƣờng 32 2.2 Phƣơng pháp nguyên tắc gia cƣờng kết cấu giàn 32 2.2.1 Phƣơng pháp gia cƣờng kết cấu giàn 32 2.2.2 Nguyên tắc gia cƣờng kết cấu giàn 34 iv 2.3 Một số giải pháp gia cƣờng kết cấu giàn 35 2.3.1 Gia cƣờng thay đổi sơ đồ cấu tạo 35 2.3.2 Gia cƣờng tăng tiết diện 39 2.3.3 Gia cƣờng chi tiết nút liên kết 41 2.3.4 Gia cƣờng cho cong vênh giàn 47 2.4 Tính tốn kiểm tra kết cấu giàn có 48 2.4.1 Sơ đồ tính tải trọng tác dụng 48 2.4.2 Nội lực tổ hợp tải trọng 49 2.4.3 Kiểm tra tiết diện giàn 49 2.4.4 Kiểm tra chi tiết nút liên kết giàn 52 2.4.5 Kiểm tra độ võng kết cấu giàn 55 2.5 Tính tốn gia cƣờng kết cấu giàn 55 2.5.1 Nguyên tắc chung 55 2.5.2 Thanh chịu kéo nén tâm 57 2.5.3 Thanh chịu kéo nén lệch tâm, nén uốn 60 2.5.4 Liên kết giàn sở tăng cƣờng 64 2.6 Tính tốn gia cƣờng nút liên kết giàn 67 2.6.1 Nguyên tắc chung 67 2.6.2 Nút liên kết đinh tán 67 2.6.3 Nút liên kết bu lông 68 2.6.4 Nút liên kết hàn 69 2.6.5 Kích thƣớc mã 73 2.7 Kiểm tra độ võng giàn sau gia cƣờng 75 2.8 Giải pháp thực công tác gia cƣờng 75 2.8.1 Công tác hàn định vị gia cƣờng 75 2.8.2 Dỡ tải, truyền tải điều chỉnh ứng suất 77 2.8.3 Thi công gia cƣờng giàn thép 79 2.9 Các bƣớc tính tốn thiết kế gia cƣờng kết cấu giàn 83 CHƢƠNG VÍ DỤ TÍNH TỐN 85 3.1 Ví dụ 1: Gia cƣờng giàn thay đổi sơ đồ cấu tạo 85 3.2 Ví dụ 2: Gia cƣờng giàn nút liên kết 87 3.2.1 Gia cƣờng giàn 87 3.2.2 Gia cƣờng nút liên kết 96 v 3.3 Ví dụ 3: Thiết kế gia cƣờng kết cấu giàn 101 3.3.1 Sơ đồ tính tải trọng tác dụng 102 3.3.2 Tính tốn nội lực, chuyển vị kết cấu giàn 107 3.3.3 Kiểm tra tiết diện nút liên kết kết cấu giàn 108 3.3.4 Kiểm tra độ võng kết cấu giàn 113 3.3.5 Lựa chọn giải pháp gia cƣờng nút liên kết giàn 114 3.3.6 Tính tốn thiết kế gia cƣờng nút liên kết giàn 115 3.3.7 Tính tốn thiết kế dầm cầu trục treo chi tiết liên kết 124 3.3.8 Tính tốn thiết kế hệ giằng dọc 128 3.4 Một số nhận xét 130 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 132 PHỤ LỤC CÁC BẢNG TRA VỀ VẬT LIỆU 133 PHỤ LỤC CÁC BẢNG TRA VỀ LIÊN KẾT 135 PHỤ LỤC CÁC BẢNG TRA VỀ HỆ SỐ TÍNH TỐN 139 TÀI LIỆU THAM KHẢO 144 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU a) Các đặc trƣng hình học A diện tích tiết diện nguyên An diện tích tiết diện thực Abn diện tích tiết diện thực bulơng b chiều rộng h chiều cao tiết diện hf chiều cao đƣờng hàn góc ix, iy bán kính qn tính tiết diện trục tƣơng ứng x-x, y-y imin bán kính quán tính nhỏ tiết diện Ix mơmen qn tính tiết diện ngun trục x-x L chiều cao đứng, cột chiều dài nhịp dầm l chiều dài nhịp lo chiều dài tính tốn cấu kiên chịu nén lx, ly chiều dài tính tốn cấu kiện mặt phẳng vng góc với trục tƣơng ứng x-x, y-y lw chiều dài tính tốn đƣờng hàn t chiều dày Wx môđun chống uốn tiết diện nguyên trục x-x b) Ngoại lực nội lực F, P ngoại lực tập trung M mômen uốn Mx mômen uốn trục x-x N lực dọc c) Cƣờng độ ứng suất E môđun đàn hồi f cƣờng độ tính tốn thép chịu kéo, nén lấy theo giới hạn chảy fv cƣờng độ tính tốn chịu cắt thép fc cƣờng độ tính tốn thép ép mặt theo mặt phẳng tì đầu ftb cƣờng độ tính tốn chịu kéo bulơng fvb cƣờng độ tính tốn chịu cắt bulơng vii fcb cƣờng độ tính tốn chịu ép mặt bulơng fhb cƣờng độ tính tốn chịu kéo bulơng cƣờng độ cao fw cƣờng độ tính tốn mối hàn đối đầu theo giới hạn chảy fwf cƣờng độ tính tốn đƣờng hàn góc theo kim loại mối hàn fws cƣờng độ tính tốn đƣờng hàn góc theo kim loại biên nóng ứng suất pháp c ứng suất pháp cục x, y ứng suất pháp song song với trục tƣơng ứng x-x, y-y ứng suất tiếp chảy d) Kí hiệu thơng số c1 , cx hệ số dùng để kiểm tra bền dầm chịu uốn mặt phẳng có kể đến phát triển biến dạng dẻo e độ lệch tâm lực n, p, thông số để xác định chiều dài tính tốn cột nc số mũ f , s hệ số để tính tốn đƣờng hàn góc theo kim loại đƣờng hàn biên nóng chảy thép c hệ số điều kiện làm việc kết cấu b hệ số điều kiện làm việc liên kết bulông M hệ số độ tin cậy cƣờng độ Q hệ số độ tin cậy tải trọng hệ số ảnh hƣởng hình dạng tiết diện độ mảnh cấu kiện ( = lo /i ) độ mảnh qui ƣớc ( f / E ) x , y độ mảnh tính tốn cấu kiện mặt phẳng vng góc với trục tƣơng ứng x-x, y-y hệ số chiều dài tính toán cột hệ số uốn dọc viii DANH MỤC HÌNH VẼ Chƣơng Hình 1.1 Hệ giằng cánh .4 Hình 1.2 Hệ giằng cánh dƣới Hình 1.3 Hệ giằng đứng đầu giàn giàn Hình 1.4 Hình thức tiết diện giàn Hình 1.5 Chi tiết cấu tạo nút gối giàn tam giác nút trung gian Hình 1.6 Chi tiết cấu tạo nút đỉnh giàn thuộc cánh dƣới .7 Hình 1.7 Chi tiết cấu tạo nút trung gian nối cánh Hình 1.8 Chi tiết cấu tạo nút gối giàn hình thang .8 Hình 1.9 Chi tiết cấu tạo nút trung gian không nối cánh Hình 1.10 Dầm cầu trục treo giàn mái 10 Hình 1.11 Dầm cầu trục treo 10 Hình 1.12 Chi tiết liên kết dầm cầu trục treo giàn thép .11 Hình 1.13 Kiểu dầm cầu chạy đặt ray treo 11 Hình 1.14 Tỷ lệ hƣ hỏng kết cấu nhà xƣởng 14 Hình 1.15 Tỷ lệ hƣ hỏng giàn thép theo thời gian 15 Hình 1.16 Tỷ lệ hƣ hỏng phần tử giàn thép 15 Hình 1.17 Những hƣ hỏng phổ biến kết cấu giàn mái 15 Hình 1.18 Sập cầu đại lộ Seattle - Canada 16 Hình 1.19 Sập cầu Dickson Lavallette - Wayne 16 Hình 1.20 Sập giàn mái sân vận động Brazil World Cup 17 Hình 1.21 Sập giàn mái bể bơi 17 Hình 1.22 Sập cầu Vồng – Vĩnh Long, Sốp Cộp - Sơn La 17 Hình 1.23 Đổ tháp truyền hình Nam Định Đồng Hới – Quảng Bình 18 Hình 1.24 Đổ tháp truyền hình ng Bí Quảng Yên – Quảng Ninh 18 Hình 1.25 Gia cƣờng giàn mái nhà thi đấu Tp Đà Nẵng 19 Hình 1.26 Gia cƣờng chịu nén giàn có nhịp 18m 20 Hình 1.27 Gia cƣờng cầu hành lang dốc căng dây cáp ứng suất trƣớc 21 Hình 1.28 Thay đổi sơ đồ kết cấu giàn cửa trời làm việc với khung 21 Hình 1.29 Gia cƣờng cánh dƣới 23 Hình 1.30 Sơ đồ làm việc bụng ngồi giàn .24 Chƣơng ix Hình 2.1 Giải pháp dỡ tải sử dụng chống tạm .34 Hình 2.2 Gia cƣờng giàn thép thay đổi sơ đồ cấu tạo 37 Hình 2.3 Chi tiết gia cƣờng giàn thép thay đổi sơ đồ cấu tạo 38 Hình 2.4 Gia cƣờng giàn liên kết .40 Hình 2.5 Lựa chọn kiểu gia cƣờng cho giàn 41 Hình 2.6 Chi tiết gia cƣờng đầu với nút liên kết đinh tán bu lơng .42 Hình 2.7 Chi tiết gia cƣờng đầu với nút liên kết hàn 44 Hình 2.8 Gia cƣờng đƣờng hàn góc 46 Hình 2.9 Gia cƣờng cong giàn 47 Hình 2.10 Gia cƣờng vênh cánh giàn 47 Hình 2.11 Xác định hệ số phân phối nội lực 53 Hình 2.12 Sơ đồ tính chịu kéo, nén tâm tiết diện 57 Hình 2.13 Sơ đồ tính chịu nén/kéo lệch tâm tiết diện 60 Hình 2.14 Gia cƣờng nút liên kết đinh tán .67 Hình 2.15 Gia cƣờng nút liên kết bu lông 68 Hình 2.16 Gia cƣờng nút liên kết hàn kéo dài đƣờng hàn .69 Hình 2.17 Gia cƣờng nút liên kết hàn tăng chiều cao đƣờng hàn 71 Hình 2.18 Chiều dài đoạn đƣờng hàn bị ảnh hƣởng nhiệt độ hàn đắp 72 Hình 2.19 Gia cƣờng nút liên kết hàn bổ sung đƣờng hàn đầu giàn .73 Hình 2.20 Xác định bề rộng mã tính tốn 74 Hình 2.21 Trình tự hàn gia cƣờng kết cấu giàn 76 Hình 2.22 Giá gá lắp để gia cƣờng giàn thép 76 Hình 2.23 Thiết bị đƣa trụ dỡ tải vào làm việc 78 Hình 2.24 Thiết bị đƣa căng dỡ tải vào làm việc 79 Hình 2.25 Gia cƣờng giàn thép không sử dụng cầu trục 80 Hình 2.26 Gia cƣờng giàn thép có sử dụng cầu trục 81 Hình 2.27 Gia cƣờng giàn thép có sử dụng dây căng ứng suất trƣớc .81 Hình 2.28 Gia cƣờng giàn thép có sử dụng chống phụ 82 Chƣơng Hình 3.1 Gia cƣờng bụng xiên chịu nén bụng phân nhỏ 85 Hình 3.2 Chi tiết liên kết phân nhỏ với giàn nút CT-1 nút CT-2 87 Hình 3.3 Gia cƣờng bụng xiên chịu nén thép góc .89 Hình 3.4 Gia cƣờng bụng xiên chịu nén thép góc .91 x Hình 3.5 Gia cƣờng bụng xiên chịu nén thép ống .94 Hình 3.6 Gia cƣờng liên kết bổ sung đƣờng hàn đầu thép góc 96 Hình 3.7 Gia cƣờng liên kết tăng chiều cao đƣờng hàn 98 Hình 3.8 Gia cƣờng liên kết kéo dài đƣờng hàn mở rộng mã 100 Hình 3.9 Sơ đồ hình học giàn số hiệu giàn .102 Hình 3.10 Sơ đồ tính khung với tải trọng thƣờng xun (khơng có cầu trục) .103 Hình 3.11 Sơ đồ tính khung với tải trọng sửa chữa mái tác dụng bên trái .104 Hình 3.12 Sơ đồ tính khung với tải trọng gió (hƣớng gió từ trái sang phải) 105 Hình 3.13 Sơ đồ tính khung với tải trọng thƣờng xun (có cầu trục treo) 105 Hình 3.14 Sơ đồ chất tải đƣờng ảnh hƣởng xác định áp lực đứng 106 Hình 3.15 Sơ đồ tính khung với tải trọng đứng cầu trục 107 Hình 3.16 Sơ đồ tính khung với tải trọng ngang cầu trục 107 Hình 3.17 Vị trí liên kết với nút giàn cần phải gia cƣờng .113 Hình 3.18 Chi tiết nút trung gian (nút số 4) trƣớc sau gia cƣờng 121 Hình 3.19 Chi tiết nút trung gian (nút số 16) trƣớc sau gia cƣờng 122 Hình 3.20 Chi tiết nút biên (nút số 1) trƣớc sau gia cƣờng 123 Hình 3.21 Cách xác định mơ men lực cắt lớn dầm cầu trục 125 Hình 3.22 Biểu đồ xác định hệ số động lực K1 K2 126 Hình 3.23 Chi tiết liên kết dầm cầu trục treo với kết cấu đỡ 127 Hình 3.24 Vị trí giằng đứng dọc nhà (nét đứt -) 129 Hình 3.25 Cấu tạo hệ giằng đứng vị trí treo cầu trục 130 132 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: - Các cố hƣ hỏng giàn thép học cho công tác thiết kế, thi cơng xây dựng, q trình sử dụng; việc gia cƣờng kết cấu giàn nhằm nâng cao khả chịu lực điều kiện gia tăng tải trọng, khắc phục sai sót q trình thiết khai thác sử dụng Mức độ hƣ hỏng kết cấu giàn thép lớn, chủ yếu giàn mái nhà công nghiệp - Việc gia cƣờng giàn, tiến hành cục cho nút liên kết tăng cƣờng khả chịu lực cho giàn; phƣơng pháp gia cƣờng giàn tăng tiết diện nút nên áp dụng số lƣợng chi tiết gia cƣờng ít, khơng đáp ứng đƣợc lựa chọn giải pháp thay đổi sơ đồ cấu tạo, giải pháp thay đổi sơ đồ cấu tạo khó thi cơng ảnh hƣởng đến công sử dụng công trình Với việc tính tốn gia cƣờng nút liên kết cần phải kiểm tra giai đoạn thi cơng (xem có cần dỡ tải hay khơng), phải kể đến làm việc không đồng thời giàn sở tăng cƣờng, ảnh hƣởng nhiệt hàn đến độ cong v.v…; với nút liên kết cần kể đến ảnh hƣởng đƣờng hàn tăng cƣờng đến khả chịu lực liên kết cũ - Qua ví dụ tính tốn, làm sáng tỏ giải pháp gia cƣờng giàn nút liên kết cho trƣờng hợp: gia cƣờng có độ cong ban đầu, chịu nén tâm lệch tâm; gia cƣờng nút liên kết tăng chiều cao đƣờng hàn, kéo dài đƣờng hàn bổ sung đƣờng hàn Khi ảnh hƣởng không lớn lệch tâm gia cƣờng, tiến hành tính tốn nhƣ cấu kiện chịu lực tâm - Khi gia cƣờng giàn để chịu thêm tải trọng (chẳng hạn cầu trục treo với sức trục không lớn), lựa chọn giải pháp tăng cƣờng tiết diện chịu nén thép góc hiệu so với việc sử dụng thép tròn, khoảng (39,4 – 65,9)% trọng lƣợng thép, cần bổ sung thêm hệ giằng dọc nhà vị trí có điểm đặt cầu trục treo Kiến nghị: - Cần thiết nghiên cứu gia cƣờng cấu chịu lực khác, nhƣ dầm cột, kết cấu bản, vỏ chi tiết liên kết kết cấu thép - Cần ban hành quy phạm thiết kế, quy phạm thi công nghiệm thu công tác gia cƣờng kết cấu thép 133 CÁC PHỤ LỤC PHỤ LỤC CÁC BẢNG TRA VỀ VẬT LIỆU Phụ lục 1.1 Thép bon TCVN 1765 : 1975 Độ bền Mác thép kéo fu , N/mm2 Giới hạn chảy fy , N/mm2 , Độ dãn dài , % , cho độ dày t, mm cho độ dày t, mm 20 20 < t 40 40 < t 100 20 Không nhỏ 20 < t 40 > 40 Không nhỏ CT31 310 – – – 23 22 20 CT33s 310 400 – – – 35 34 32 CT33n, CT33 320 420 – – – 34 33 31 CT34s 330 420 220 210 200 33 32 30 CT34n, CT34 340 440 230 220 210 32 31 29 CT38s 370 470 240 230 220 27 26 24 CT38n, CT38 380 490 250 240 230 26 25 23 CT38nMn 380 500 250 240 230 26 25 23 CT42s 410 520 260 250 240 25 24 22 CT42n, CT42 420 540 270 260 250 24 23 21 CT51n, CT51 510 640 290 280 270 20 19 17 CT52nMn 460 600 290 280 270 20 19 17 610 320 310 300 15 14 12 CT61n, CT61 Phụ lục 1.2 Cƣờng độ tiêu chuẩn fy , fu cƣờng độ tính tốn f thép bon (TCVN 5709 : 1993) Đơn vị tính: N/mm2 Cƣờng độ tiêu chuẩn fy cƣờng độ tính tốn f thép Cƣờng độ kéo đứt với độ dày t (mm) tiêu chuẩn fu Mác t 20 thép 20 < t 40 40 < t 100 f fy f t (mm) không phụ thuộc bề dày fy f fy CCT34 220 210 210 200 200 190 340 CCT38 240 230 230 220 220 210 380 CCT42 260 245 250 240 240 230 420 134 Phụ lục 1.3 Cƣờng độ tiêu chuẩn fy , fu cƣờng độ tính tốn f thép hợp kim thấp Đơn vị tính: N/mm2 Độ dày, mm t 20 Mác thép 20 < t 30 30 < t 60 fu fy f fu fy f fu fy f 09Mn2 450 310 295 450 300 285 – – – 14Mn2 460 340 325 460 330 315 – – – 16MnSi 490 320 305 480 300 285 470 290 275 09Mn2Si 480 330 315 470 310 295 460 290 275 10Mn2Si1 510 360 345 500 350 335 480 340 325 10CrSiNiCu 540 400 * 360 540 400 * 360 520 400 * 360 GHI CHÚ: * Hệ số M trƣờng hợp 1,1; bề dày tối đa 40 mm Phụ lục 1.4 Các đặc trƣng vật lý thép Các đặc trƣng vật lý Giá trị Khối lƣợng riêng , kg/ m3: – Thép cán khối đúc thép 7850 – Khối đúc gang 7200 Hệ số dãn dài nhiệt o, C -1 0,12.10-4 Môđun đàn hồi E, N/mm2 – Thép cán khối đúc thép 2,1.10 – Khối đúc gang 0,85.106 – Bó sợi thép song song 2,0.106 – Cáp thép xoắn cáp thép xoắn có lớp bọc ngồi 1,7.106 Mơđun trƣợt thép khối đúc gang G, N/mm2 0,81.106 Hệ số nở ngang (hệ số Pốt xơng) 0,3 Ghi chú: Giá trị môđun đàn hồi cáp thép cho bảng ứng với lực kéo không bé 60% lực kéo đứt sợi cáp 135 PHỤ LỤC CÁC BẢNG TRA VỀ LIÊN KẾT Phụ lục 2.1 Cƣờng độ tính tốn mối hàn Dạng liên kết Trạng thái làm việc Nén, kéo uốn Ký Cƣờng độ tính hiệu tốn Theo giới hạn chảy fw fw = f Theo sức bền kéo đứt fwu fwu = ft Kéo uốn fw fw = 0,85 f Trƣợt fwv fwv = fv fwf fwf =0,55 fwun / M fws fws = 0,45 fu kiểm tra chất lƣợng Hàn đối đầu đƣờng hàn phƣơng pháp vật lý Theo kim loại mối hàn Hàn góc Cắt (qui ƣớc) Theo kim loại biên nóng chảy Ghi chú: f fv cƣờng độ tính toán chịu kéo cắt thép đƣợc hàn; fu fwun ứng suất kéo đứt tức thời theo tiêu chuẩn sản phẩm (cƣờng độ kéo đứt tiêu chuẩn) thép đƣợc hàn kim loại hàn Hệ số độ tin cậy cƣờng độ mối hàn M lấy 1,25 fwun 490 N/mm2 1,35 fwu n 590 N/mm2 Phụ lục 2.2 Cƣờng độ kéo đứt tiêu chuẩn fwun cƣờng độ tính tốn fw f kim loại hàn mối hàn góc Đơn vị tính: N/mm2 Loại que hàn theo TCVN 3223 : 1994 Cƣờng độ kéo đứt tiêu chuẩn fwun Cƣờng độ tính tốn fwf N42, N42 – 6B 410 180 N46, N46 – 6B 450 200 N50, N50 – 6B 490 215 136 Phụ lục 2.3 Cƣờng độ tính tốn liên kết bulơng Trạng thái Ký làm việc hiệu Cƣờng độ chịu cắt kéo bulông Cƣờng độ chịu ép mặt ứng với cấp độ bền cấu kiện thép có giới 4.6; 5.6; 6.6 4.8; 5.8 hạn chảy dƣới 8.8; 10.9 440 N/mm2 Cắt fvb fvb = 0,38 fub fvb = 0,4 fub fvb = 0,4 fub – Kéo ftb ftb = 0,42 fub ftb = 0,4 fub ftb = 0,5 fub – – – – f f cb 0,6 410 u f u E – f f cb 0,6 340 u f u E Ép mặt : a Bulông tinh fcb b Bulông thô – bulông thƣờng – Phụ lục 2.4 Cƣờng độ tính tốn chịu cắt kéo bulơng Đơn vị tính: N/mm2 Cấp độ bền Trạng thái Ký làm việc hiệu 4.6 4.8 5.6 5.8 6.6 8.8 10.9 Cắt fvb 150 160 190 200 230 320 400 Kéo ftb 170 160 210 200 250 400 500 Phụ lục 2.5 Cƣờng độ tính tốn chịu ép mặt bulơng fcb Đơn vị tính: N/mm2 Giá trị fcb Giới hạn bền kéo đứt thép cấu kiện đƣợc liên kết Bulông tinh Bulông thô thƣờng 340 435 395 380 515 465 400 560 505 420 600 540 440 650 585 450 675 605 480 745 670 500 795 710 520 850 760 540 905 805 137 Phụ lục 2.6 Cƣờng độ tính tốn chịu kéo bulơng neo Đơn vị tính: N/mm2 Đƣờng kính bulông, mm Làm từ thép mác CT38 16MnSi 09Mn2Si 12 32 150 192 190 33 60 150 190 185 61 80 150 185 180 81 140 150 185 165 Phụ lục 2.7 Que hàn dùng ứng với mác thép (Tham khảo) Loại que hàn có thuốc bọc Mác thép TCVN 3223 : 1994 CT 9467–75 (Nga) XCT34; XCT38; XCT42; XCT52 N42; N46 42; 46 09Mn2; 14Mn2; 09Mn2Si; 10Mn2Si1 N46; N50 46; 50 Phụ lục 2.8 Kích thƣớc que hàn điện TCVN 3223 : 1994 (Tham khảo) Đƣờng kính lõi que hàn Chiều dày thép Chiều dài que hàn d, mm t, mm (L 2), mm 1,6 2,0 250 (200) 35 250 (300) 2,5 300 (350) 3,0 (3,25) 10 350 (400) 4,0 10 14 400 (450) 5,0 16 20 450 6,0 450 Phụ lục 2.9 Qui định sử dụng cấp bền bulông điều kiện làm việc khác Bulông Điều kiện làm việc Cấp bền bulông kết cấu bulông đƣợc sử dụng Khơng tính đến mỏi Kéo cắt 4.6; 5.6; 4.8; 5.8; 6.6; 8.8; 10.9 Có tính đến mỏi Kéo cắt 4.6; 5.6; 6.6; 8.8; 10.9 Ghi chú: Khi đặt hàng, bulông cấp độ bền 6.6; 8.8 10.9 phải ghi rõ mác thép tiêu chuẩn tƣơng ứng 138 Phụ lục 2.10 Diện tích tiết diện bulơng A, Abn Đơn vị tính: cm2 TCVN 1916 : 1995 16 18 20 22 24 27 30 36 42 48 Bƣớc ren p, mm 2,5 2,5 2,5 3 3,5 4,5 A 2,01 2,54 3,14 3,80 4,52 5,72 7,06 10,17 13,85 18,09 Abn 1,57 1,92 2,45 3,03 3,52 4,59 5,60 8,16 11,20 14,72 d, mm Phụ lục 2.11 Đặc trƣng học bulông cƣờng độ cao Đƣờng kính danh nghĩa Mác thép ren, mm 40Cr Độ bền kéo Đƣờng kính nhỏ fub , danh nghĩa N/mm2 ren, mm 1100 Độ bền kéo Mác thép nhỏ fub, N/mm2 40Cr 750 30Cr3MoV 1100 40Cr 650 30Cr3MoV 1000 40Cr 600 30Cr3MoV 900 36 Từ 16 đến 27 38CrSi; 40CrVA 30Cr3MoV 1350 1350 42 30Cr2NiMoVA 40Cr 30 30Cr3MoV; 35Cr2AV 950 48 1200 139 PHỤ LỤC CÁC BẢNG TRA VỀ HỆ SỐ TÍNH TỐN Phụ lục 3.1 Hệ số uốn dọc φ cấu kiện chịu nén tâm Độ mảnh λ Hệ số φ cấu kiện thép có cƣờng độ tính tốn f, N/mm2 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 10 988 987 985 984 983 982 981 980 979 978 977 977 20 967 962 959 955 952 949 946 943 941 938 936 934 30 939 931 924 917 911 905 900 895 891 887 883 879 40 906 894 883 873 863 854 846 839 832 825 820 814 50 869 852 836 822 809 796 785 775 764 746 729 712 60 827 805 785 766 749 721 696 672 650 628 608 588 70 782 754 742 687 654 623 595 568 542 518 494 470 80 734 686 641 602 566 532 501 471 442 414 386 359 90 665 612 565 522 483 447 413 380 349 326 305 287 100 599 542 493 448 408 369 335 309 286 267 250 235 110 537 478 427 381 338 306 280 258 239 223 209 197 120 479 419 366 321 287 260 237 219 203 190 178 167 130 425 364 313 276 247 223 204 189 175 163 153 145 140 376 315 272 240 215 195 178 164 153 143 134 126 150 328 276 239 211 189 171 157 145 134 126 118 111 160 290 244 212 187 167 152 139 129 120 112 105 099 170 259 218 189 167 150 136 125 115 107 100 094 089 180 233 196 170 150 135 123 112 104 097 091 085 081 190 210 177 154 136 122 111 102 094 088 082 077 073 200 191 161 140 124 111 101 093 086 080 075 071 067 210 174 147 128 113 102 093 085 079 074 069 065 062 220 160 135 118 104 094 086 077 073 068 064 060 057 Chú thích: Trị số cho bảng đƣợc tăng lên 1.000 lần 140 Phụ lục 3.2 Giá trị hệ số điều kiện làm việc c Loại cấu kiện Dầm đặc chịu nén giàn sàn phòng lớn cơng trình nhƣ nhà hát, rạp chiếu bóng, câu lạc bộ, khán đài, gian nhà hàng, kho sách, kho lƣu trữ, v.v trọng lƣợng sàn lớn tải trọng tạm thời c 0,9 Cột cơng trình cơng cộng, cột đỡ tháp nƣớc 0,95 Các chịu nén hệ bụng giàn liên kết hàn mái sàn nhà (trừ gối tựa) có tiết diện chữ T tổ hợp từ thép góc (ví dụ: kèo giàn, v.v ), độ 0,8 mảnh lớn 60 Dầm đặc tính toán ổn định tổng thể b < 1,0 0,95 Thanh căng, kéo, néo, treo đƣợc làm từ thép cán 0,9 Các kết cấu hệ mái sàn : a Thanh chịu nén (trừ loại tiết diện ống kín) tính ổn định 0,95 b Thanh chịu kéo kết cấu hàn 0,95 Các bụng chịu nén kết cấu khơng gian rỗng gồm thép góc đơn cạnh không cạnh (đƣợc liên kết theo cánh lớn): a Khi liên kết trực tiếp với cánh theo cạnh đƣờng hàn hai bulơng trở lên, dọc theo thép góc : - Thanh xiên hệ chữ thập có nút thuộc cánh mặt liên tiếp trùng 0,9 - Thanh ngang hệ tam giác có đứng hệ chữ K có nút thuộc cánh mặt liên tiếp trùng 0,9 - Thanh xiên hệ chữ thập tam giác có nút thuộc cánh mặt liên tiếp khơng trùng hệ chữ K có nút thuộc cánh mặt liên tiếp trùng 0,8 b Khi liên kết trực tiếp với cánh theo cạnh bulơng (ngồi mục bảng này) liên kết qua mã liên kết 0,75 Các chịu nén thép góc đơn đƣợc liên kết theo cạnh (đối với thép góc khơng cạnh liên kết cạnh ngắn), trừ trƣờng hợp nêu mục bảng này, giàn phẳng gồm thép góc đơn 0,75 Các loại bể chứa chất lỏng 0,8 Ghí chú: Các hệ số điều kiện làm việc C < không đƣợc lấy đồng thời Các hệ số điều kiện làm việc C mục 3, 4, 6a, nhƣ mục 6b (trừ liên kết hàn đối đầu) khơng đƣợc xét đến tính tốn liên kết cấu kiện 141 Phụ lục 3.3 Độ mảnh giới hạn chịu kéo Khi kết cấu chịu tải trọng Các động trực tiếp tĩnh cầu trục Thanh cánh, xiên gối giàn phẳng (kể giàn hãm) hệ mái lƣới không gian 250 400 250 Các giàn hệ mái lƣới không gian (trừ nêu mục 1) 350 400 300 Các giằng khác 400 400 300 Các hệ không gian rỗng có tiết diện chữ T chữ thập chịu tác dụng tải trọng gió kiểm tra độ mảnh mặt phẳng thẳng đứng 150 – – Ghi chú: Trong kết cấu không chịu tải trọng động cần kiểm tra độ mảnh mặt phẳng thẳng đứng Không hạn chế độ mảnh chịu kéo ứng lực trƣớc Tải trọng động đặt trực tiếp lên kết cấu tải trọng dùng tính tốn bền mỏi tính tốn có kể đến hệ số động Phụ lục 3.4 Độ mảnh giới hạn chịu nén Các Độ mảnh giới hạn Thanh cánh, xiên đứng nhận phản lực gối: a) Của giàn phẳng, hệ mái lƣới không gian, hệ không gian rỗng 180 - 60 (có chiều cao H 50 m) thép ống tổ hợp từ hai thép góc; b) Của hệ khơng gian rỗng thép góc đơn, hệ khơng gian rỗng (chiều cao H > 50 m) nhƣng thép ống hay tổ hợp từ hai thép góc 120 Các (trừ nêu mục 5): a) Của giàn phẳng thép góc đơn; hệ mái lƣới không gian hệ không gian rỗng thép góc đơn, tổ hợp từ hai thép góc thép ống; 210 - 60 b) Của hệ mái lƣới không gian, hệ không gian rỗng thép 220 - 40 góc đơn, dùng liên kết bulơng Cánh giàn không đƣợc tăng cƣờng lắp ráp (khi lắp ráp lấy theo mục 1) 220 142 Các Độ mảnh giới hạn Các giằng (trừ nêu mục 5), dùng để giảm chiều dài tính tốn nén không chịu lực mà không nêu mục dƣới 200 Các chịu nén không chịu lực hệ không gian rỗng, tiết diện 150 chữ T, chữ thập, chịu tải trọng gió kiểm tra độ mảnh mặt phẳng thẳng đứng Ghi chú: = N /(Afc) - hệ số lấy không nhỏ 0,5 (khi nén lệch tâm, nén uốn thay e) Phụ lục 3.5 Các hệ số: c1 ; cx ; cy; nc Loại tiết diện Af Aw Hình dạng tiết diện Giá trị hệ số c1 (cx) cy nc My = – 1,26 1,26 1,5 – 1,60 1,47 y x x y a) x y A f x x Aw y a) b) a) y b) y x x x x x y y b) y y x x 0,5Aw a) 3,0 b) 1,0 y 0,5 y 1,07 a) 3,0 Af x y x y 1,0 1,60 1,12 b) 1,0 2,0 1,19 Ghi chú: – Khi My lấy nc = 1,5 (trừ tiết diện loại 5a lấy nc = loại 5b lấy nc = 3) – Khi giá trị Af /Aw trung gian hệ số xác định theo nội suy tuyến tính 143 Phụ lục 3.6 Độ võng cho phép cấu kiện chịu uốn Loại cấu kiện Độ võng cho phép Dầm sàn nhà mái: Dầm L /400 Dầm trần có trát vữa, tính võng cho tải trọng tạm thời L /350 Các dầm khác, trƣờng hợp Tấm sàn L /250 L /150 Dầm có đường ray: Dầm đỡ sàn cơng tác có đƣờng ray nặng 35 kg/m lớn L /600 Nhƣ trên, đƣờng ray nặng 25 kg/m nhỏ L /400 Xà gồ: Mái lợp ngói khơng đắp vữa, mái tôn nhỏ L /150 Mái lợp ngói có đắp vữa, mái tơn múi mái khác L /200 Dầm giàn đỡ cầu trục: Cầu trục chế độ làm việc nhẹ, cầu trục tay, palăng L /400 Cầu trục chế độ làm việc vừa Cầu trục chế độ làm việc nặng nặng L /500 L /600 Sườn tường: Dầm đỡ tƣờng xây L /300 Dầm đỡ tƣờng nhẹ (tơn, fibrơ ximăng), dầm đỡ cửa kính L /200 Cột tƣờng L /400 Ghi chú: L nhịp cấu kiện chịu uốn Đối với dầm cơng xơn L lấy lần độ vƣơn dầm 144 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt : Vƣơng Hách (2008), “Sổ tay xử lý cố cơng trình xây dựng”, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Đỗ Văn Hứa, Vũ Hoàng Hƣng (2005), Hiện tƣợng ngun nhân hƣ hỏng kết cấu thép cơng trình thủy lợi đồng sông Cửu Long, Hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ ba Sự cố hƣ hỏng cơng trình xây dựng, tr193-201 Nguyễn Văn Hùng, Trần Chủng CTV (2006), Phân tích, đánh giá cố cơng trình xây dựng dân dụng công nghiệp Việt Nam Đề tài cấp Bộ mã số RD 65, Hà Nội Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên nnk (2010), “Kết cấu thép – Cấu kiện bản”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên nnk (2003), “Kết cấu thép – Cơng trình dân dụng công nghiệp”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Đoàn Định Kiến (2007), “Thiết kế kết cấu thép Nhà công nghiệp”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Lê Văn Kiểm (2009), “Hƣ hỏng, sửa chữa, gia cố kết cấu thép gạch đá”, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Vũ Đình Luyến (2012), Đặc điểm kỹ thuật thi công giàn mái kết cấu thép độ lớn Nhà thi đấu thể dục thể thao Tp Đà Nẵng, Tạp chí Khoa học cơng nghệ - Viện Khoa học cơng nghệ xây dựng Bùi Đức Vinh (2001), “Phân tích thiết kế kết cấu phần mềm SAP 2000”, Nhà Xuất Thống kê, Hà Nội 10 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737-1995, “Tiêu chuẩn Tải trọng Tác động Tiêu chuẩn thiết kế”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 11 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5575:2012, “Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 12 Một số trang web tổ chức tƣ vấn, xây dựng nƣớc Internet Tiếng Anh 13 Brian Bell (2010), Strengthening metallic bridges, Network Rail’s experiences 145 14 Hasan Demir (2011), Strengthening and Repair of Steel Bridges Techniques and management, Chalmers University of Technology Goteborg, Sweden 15 Sika (2010), Repair and Protection for Concrete and Steel Bridges Structures, Sika Expertise is All Around the World 16 Teng J.G, Fernando D, (2012), Strengthening of steel structures with fiberreinforced polymer composites, Journal of Constructional Steel Research, Volume 78, November 2012, Pages 131–143 17 Peter Collin, Mattias Nilsson, Milan Veljkovic (2010), International Workshop – Strengthening of Steel Bridges, Topic of relevance for BRFAG project, Lulea University of Technology and Ramboll Sverige AB 18 AWS D1.7_D1.7M-2010, Guide for Strengthening and Repairing Existing Structures, AWS D1.7/D1.7M:2010, An American National Standard 19 Yi Yu (2011), Strengthening of Steel Structures – Performance of Steel Beams Bonded with FRP, LAP LAMBERT Academic Publishing Tiếng Nga 20 Горев В.В., Уваров Б.Ю., Филиппов В.В., Белый Б.И., и др (2004), Металлические конструкции, Том Конструкции зданий, Издательство: Высшая школа 21 Кузнецова В.В (1999), Справочник проектировщка Металлические конструкции Том 22 Бельский М.Р (1975), Усиление металлических конструкций под нагрузкой Издательство: Будивельник 23 Ребров И.С (1988) Усиление стержневых металлических конструкций: Проектирование и расчет, Издательство: Стройиздат 24 Валь В.Н., Горохов Е.В., Уваров Б.Ю (1987), Усиление стальных каркасов одноэтажных производственных зданий при их реконструкции, Издательство: Стройиздат 25 Кудишин Ю.И.(ред.) (2011), Металлические конструкции, Издательство: Академия 26 Бирюлев В.В., Кошин И.И., Крылов И.И., Сильвестров А.В (1990), Проектирование металлических Издательство: Стройиздат конструкций Специальный курс, 146 27 СНиП II-23-81* (2011), “Стальные конструкции”, Aктуализированная редакция, Издание официальное, Москва Tiếng Trung 28 CECS 77:96 (1996), Technical Specification for Strengthening Steel Structures, China Association for Engineering Construction Standardization (bản tiếng Trung) 29 王 燕 等 (2009), 钢 结 构 设 计 - 高 校 土 木 工 程 专 业 规 划 教 材, 中 国 建 筑 工 业 出 版 社 ... Hƣ hỏng gia cƣờng kết cấu giàn thép 1.2.1 Kết điều tra cố hƣ hỏng kết cấu giàn thép a) Kết điều tra cố hƣ hỏng kết cấu giàn thép: Dựa theo điều tra cố hƣ hỏng cơng trình kết cấu thép giai đoạn... kết giàn với mã đƣờng hàn bu lông 3 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ GIÀN THÉP VÀ GIA CƢỜNG KẾT CẤU GIÀN THÉP 1.1 Kết cấu giàn thép cơng trình xây dựng 1.1.1 Giàn thép phân loại giàn thép a) Giàn thép: Giàn. .. tắc gia cƣờng kết cấu giàn 32 2.2.1 Phƣơng pháp gia cƣờng kết cấu giàn 32 2.2.2 Nguyên tắc gia cƣờng kết cấu giàn 34 iv 2.3 Một số giải pháp gia cƣờng kết cấu giàn 35 2.3.1 Gia