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
TỔNG QUAN VỀ GIÀN THÉP VÀ GIA CƯỜNG KẾT CẤU GIÀN THÉP
Kết cấu giàn thép trong công trình xây dựng
1.1.1 Giàn thép và phân loại giàn thép a) Giàn thép:
Giàn thép là một kết cấu chịu lực cơ bản trong công trình xây dựng, có thiết kế rỗng và bao gồm các thanh được kết nối tại các nút giàn Các nút giàn được liên kết thông qua bản thép, gọi là bản mã Cấu trúc giàn bao gồm các thanh biên trên (thanh cánh trên), thanh biên dưới (thanh cánh dưới), và các thanh còn lại nằm giữa hai thanh biên này được gọi là thanh bụng.
Liên kết các thanh trong giàn thường được thực hiện bằng hàn, bu lông hoặc đinh tán, trong đó hàn là phương pháp phổ biến nhất trong các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp Kết cấu giàn được sử dụng rộng rãi không chỉ trong xây dựng mà còn trong các lĩnh vực giao thông và thủy lợi.
Việc phân loại giàn thép theo các tiêu chí khác nhau, sau đây là một số cách phân loại giàn thép [4, tr 249]:
(1) Theo công dụng (giàn mái, giàn đỡ sàn tầng, giàn cầu, giàn cầu trục, tháp hoặc trụ, v.v…);
(2) Theo cấu tạo tiết diện các thanh giàn (giàn nhẹ, giàn thường, giàn nặng);
(3) Theo hình dạng của đường bao thanh cánh (giàn tam giác, hình thang, cánh song song, đa giác, v.v…);
(4) Theo cách bố trí thanh bụng (thanh bụng tam giác, xiên, chữ thập, chữ K);
(5) Theo sơ đồ kết cấu (sơ đồ đơn giản, liên tục, mút thừa; sơ đồ phẳng, sơ đồ không gian v.v…);
(6) Theo cấu tạo liên kết tại nút giàn (nút cầu, hàn trực tiếp, bản mã v.v…)
Hệ giằng mái đóng vai trò quan trọng trong việc tạo độ cứng không gian cho mái, giúp giảm chiều dài tính toán các thanh cánh ngoài mặt phẳng giàn, từ đó nâng cao tính thuận tiện và an toàn trong quá trình lắp dựng Hệ này còn chịu các tải trọng tác động theo phương dọc nhà như gió ở đầu hồi và tải trọng ngang từ lực hãm cầu trục Các thành phần chính của hệ giằng giàn mái bao gồm giằng cánh trên, giằng cánh dưới và giằng đứng.
Bố trí các gian trong mặt phẳng cánh trên của giàn cần được thực hiện ở hai gian đầu hồi của nhà hoặc ở khối nhiệt độ, cùng với các gian phía trong để tạo khối cứng Khoảng cách giữa các gian được bố trí giằng không vượt quá 50 đến 60 mét Các giàn còn lại sẽ được liên kết vào khối cứng thông qua xà gồ hoặc sườn của tấm panel mái.
Hình 1.1 Hệ giằng cánh trên b) Giằng cánh dưới:
Bố trí giằng cánh dưới trong mặt phẳng của giàn, kết hợp với giằng cánh trên, tạo nên khối cứng bất biến hình và các điểm cố kết không chuyển vị ngoài phương mặt phẳng Hệ giằng ngang ở đầu hồi nhà không chỉ làm gối tựa cho đầu hồi mà còn chịu tải trọng gió thổi lên tường hồi, được gọi là giàn gió.
Hình 1.2 Hệ giằng cánh dưới c) Giằng đứng:
Bố trí trong mặt phẳng thanh đứng giữa giàn và ở hai đầu giàn cùng gian với giằng cánh dưới và giằng cánh trên, như ở Hình 1.3
Hình 1.3 Hệ giằng đứng đầu giàn và giữa giàn 1.1.3 Cấu tạo hệ mái
Trong xây dựng, vật liệu mái trước đây chủ yếu là các tấm panel bê tông cốt thép lớn, kích thước từ 1,5 đến 3,0m và dài từ 6,0 đến 12,0m, được đặt trực tiếp lên kết cấu giàn mái Hiện nay, vật liệu nhẹ như mái tôn và mái Fibrôximăng đang được ưa chuộng hơn, với các xà gồ liên kết giữa các giàn để đỡ tấm mái nhỏ, khoảng cách xà gồ từ 1,0m đến 2,0m và nhịp xà gồ có thể lên tới 6m hoặc 12m.
Xà gồ là cấu kiện quan trọng trong kết cấu mái, được sử dụng để đỡ tấm lợp Đối với nhịp nhỏ (6m), xà gồ thường được làm từ thép hình cán sẵn có tiết diện chữ C Trong khi đó, với nhịp lớn hơn (12 đến 18m), xà gồ dạng giàn hoặc thép hình dập nguội từ bản mỏng sẽ được sử dụng để đảm bảo tính ổn định và độ bền cho công trình.
Tiết diện của thanh giàn rất đa dạng, bao gồm các loại như thép tròn, thép góc định hình, thép ống, thép hình mỏng dập nguội, hoặc được tổ hợp từ các thép tấm và thép hình khác nhau.
Các thanh giàn được chế tạo từ thanh thép tròn, thép góc đơn, hoặc thanh thành mỏng với hình dáng nguội, bao gồm tiết diện chữ C và hộp (vuông hoặc chữ nhật), như minh họa trong Hình 1.4a đến Hình 1.4f, nhằm sử dụng cho giàn có nội lực trong các thanh nhỏ.
- Các thanh giàn đƣợc ghép bởi hai thép góc chữ L tạo tiết diện chữ T, chữ thập
Hệ thống vì kèo mái thường sử dụng các tiết diện như chữ “+”, chữ “C” hoặc tiết diện hộp, như thể hiện trong Hình 1.4g đến Hình 1.4l Trước đây, vật liệu lợp chủ yếu là panel bê tông cốt thép, trong khi hiện nay, vật liệu nhẹ như tôn hoặc fibroximăng đang trở nên phổ biến hơn Thanh cánh của hệ thống này có thể chịu được nội lực lớn nhất lên đến 5000kN.
Các thanh giàn định hình I hoặc dạng tổ hợp hàn/bu lông được tạo ra bằng cách ghép các tấm thép hoặc thép góc, như thể hiện trong Hình 1.4n đến Hình 1.4s Tiết diện của thanh giàn tổ hợp được sử dụng khi thanh cánh dưới có nội lực tối thiểu 5000 kN Loại thanh giàn này thường được áp dụng cho các công trình chịu tải trọng nặng, như giàn cầu và giàn cầu chạy.
Hình 1.4 Hình thức tiết diện thanh giàn
(a đến f – cho giàn nhẹ; g đến m – cho giàn thường; n đến s – cho giàn nặng)
1.1.5 Nút liên kết trong giàn thép góc
Các thanh giàn có tiết diện đa dạng và có thể được liên kết với nhau bằng cách hàn trực tiếp hoặc thông qua nút liên kết Phương pháp hàn thường được áp dụng cho các thanh có tiết diện ống hoặc hộp, trong khi các thanh thành mỏng thường sử dụng vít để liên kết Đối với giàn phẳng, các thanh giàn thường được làm từ thép góc L và thường sử dụng bản mã kết nối qua hàn hoặc bu lông (đinh tán).
Bài viết này sẽ giới thiệu một số kiểu nút phổ biến, bao gồm các liên kết hàn từ thép góc chữ L, được áp dụng cho các nút điển hình như nút gối, nút trung gian và nút giữa giàn Đặc biệt, chúng tôi sẽ tập trung vào giàn tam giác và hình thang, nhằm cung cấp cái nhìn tổng quan về cấu trúc và thiết kế của các nút này.
Giàn tam giác thường được đặt trên đỉnh cột hoặc cấu trúc đỡ, với đầu giàn nhọn và kết nối với cột qua khớp Loại giàn này thường được sử dụng cho mái lợp bằng tôn, ngói hoặc fibrô-ximăng.
Cấu tạo nút gối, nhƣ ở Hình 1.5a, nút trung gian không nối thanh cánh, nhƣ ở Hình 1.5b, c
Hình 1.5 Chi tiết cấu tạo nút gối giàn tam giác và nút trung gian
(1 – Bản mã, 2 – bản đế, 3 – sườn đứng, 4 – bu lông neo)
- Nút đỉnh giàn, và nút giữa giàn thuộc cánh dưới với trường hợp khuếch đại có cấu chung nhƣ ở Hình 1.6a và Hình 1.6b
Hình 1.6 Chi tiết cấu tạo nút đỉnh và giữa giàn thuộc cánh dưới
(1 – bản mã, 2 - bản ghép, 3 - bản nối, 4 – sườn gia cố)
- Nút trung gian nối thanh cánh, có cấu tạo nhƣ ở Hình 1.7
Hình 1.7 Chi tiết cấu tạo nút trung gian nối thanh cánh
(1 – bản mã, 2 – bản ghép) b) Đối với giàn sơ đồ hình thang:
Giàn hình thang là cấu trúc phổ biến, thường được lợp bằng panel bê tông cốt thép hoặc tôn Các vật liệu này được kết nối với cột đỡ thông qua các khớp hoặc liên kết cứng, đảm bảo tính ổn định và bền vững cho công trình.
- Nút gối giàn hình thang hình thức liên kết khớp, nhƣ ở Hình 1.8a, và nút gối giàn hình thang hình thức liên kết cứng, nhƣ ở Hình 1.8b,
Hình 1.8 Chi tiết cấu tạo nút gối giàn hình thang
(a,b – liên kết khớp, cứng; 1 – Bản mã, 2 – bản đế, 3 – sườn đứng, 4 – bu lông neo)
- Nút trung gian không nối thanh cánh, nhƣ ở Hình 1.9a và Hình 1.9b
Hình 1.9 Chi tiết cấu tạo nút trung gian không nối thanh cánh
Hư hỏng và gia cường kết cấu giàn thép
1.2.1 Kết quả điều tra về sự cố và hƣ hỏng kết cấu giàn thép a) Kết quả điều tra về sự cố và hƣ hỏng kết cấu giàn thép:
Dựa theo điều tra các sự cố và hƣ hỏng công trình kết cấu thép đối với giai đoạn xây dựng đƣợc ghi ở Bảng 1.1 [1, tr 14]
Bảng 1.1 Sự cố và hƣ hỏng công trình theo giai đoạn xây dựng
Giai đoạn thiết kế Giai đoạn thi công
Giai đoạn sử dụng Chế tạo Lắp đặt
- Phương án thiết kế kết cấu không hợp lý;
- Sơ đồ tính toán không đúng, tính toán kết cấu sai;
- Dự tính không đầy đủ tải trọng của kết cấu và tình trạng chịu lực thực tế;
- Chọn vật liệu không tốt (cường độ, tính dẻo, hiện tƣợng mỏi, tính năng mối hàn,…);
- Nút của kết cấu không hoàn chỉnh;
- Chƣa xem xét đặc điểm công nghệ giai đoạn thi công và sử dụng;
- Không đủ biện pháp chống ăn mòn, nhiệt độ cao, giòn gẫy;
- Không chế tạo theo yêu cầu của bản vẽ;
- Kích thước chế tạo sai lệch, chất lƣợng kém;
- Vi phạm quy trình thao tác;
- Kiểm tra không chặt chẽ;
- Công cụ thiết bị không hoàn thiện;
- Vật liệu sử dụng và biện pháp chống ăn mòn không thích đáng;
- Thiếu nhân viên kỹ thuật
- Quy trình thi công không chính xác, thao tác sai sót;
- Độ cứng của cột chống và kết cấu không đủ;
- Lắp đặt sai lệch lớn làm biến dạng;
- Liên kết lắp đặt không chính xác, chất lƣợng kém;
- Phương pháp cẩu lắp, định vị, nắn thẳng không chính xác;
- Công cụ thiết bị không hoàn thiện;
- Chế độ kiểm tra không chặt chẽ;
- Vi phạm quy định sử dụng (vƣợt tải, đục lỗ bừa bãi làm yếu đi mặt cắt kết cấu );
- Nền công trình bị lún;
- Điều kiện sử dụng xấu, tính chất vật liệu thép thay đổi (“lão hóa”, ăn mòn, nhiệt độ cao, hiện tƣợng mỏi, );
- Thay đổi điều kiện sản xuất, công trình dùng phương pháp không thỏa đáng tiến hành cải tạo và gia cường;
- Thao tác sản xuất không tốt, gây nên hƣ hỏng đối với cấu kiện kết cấu (xung kích của máy móc, nhiệt độ cao
Giai đoạn thiết kế Giai đoạn thi công
Giai đoạn sử dụng Chế tạo Lắp đặt quy trình kết cấu hoặc không có quy định của quy trình kết cấu tương ứng và công nhân thành thạo
- Thiếu nhân viên kỹ thuật và công nhân thành thạo trực tiếp tác động v.v ) lại không kịp thời sửa chữa;
- Không thực hiện chế độ định kỳ kiểm tra kết cấu
Các nhà nghiên cứu Nga đã thực hiện phân tích thống kê về sự cố công trình kết cấu thép trong nước và tài liệu từ Pháp Mặc dù cơ sở phân loại sự cố và hư hỏng không hoàn toàn giống nhau, nhưng nhiều sự cố có thể được phân vào các loại khác nhau, dẫn đến sai số lớn trong tỷ lệ phần trăm Tuy nhiên, nguyên nhân chính của các sự cố thường là do sai sót trong thiết kế và quá trình chế tạo, lắp đặt Ngoài ra, nghiên cứu cũng cho thấy nguyên nhân kỹ thuật của các sự cố từ năm 1951 đến 1977, liên quan đến các dạng phá hoại cụ thể.
Bảng 1.2 Tỷ lệ phần trăm nguyên nhân sự cố và hƣ hỏng theo giai đoạn (I) Nguyên nhân sự cố Tỷ lệ phần trăm (%), trong giai đoạn
Thiết kế Thi công Sử dụng
10 Bảng 1.3 Tỷ lệ phần trăm nguyên nhân sự cố và hƣ hỏng theo giai đoạn (II)
Nguyên nhân sự cố Tỷ lệ phần trăm (%)
Trước những năm 1970 Vào những năm 1970 Nguyên nhân thiết kế
Nguyên nhân kiểm tra lắp đặt
Bảng 1.4 Nguyên nhân kỹ thuật của sự cố và hƣ hỏng công trình kết cấu thép
Nguyên nhân sự cố Tỷ lệ phần trăm (%)
Mất ổn định tổng thể hoặc cục bộ
Nghiên cứu từ các chuyên gia Trung Quốc cho thấy rằng các công trình kết cấu thép trước đây ít được sử dụng và thiếu dữ liệu thống kê đầy đủ Tuy nhiên, qua điều tra, họ phát hiện rằng sự cố mái trong giai đoạn thi công là phổ biến, trong khi sự cố dầm cầu trục trong giai đoạn sử dụng cũng xảy ra khá thường xuyên Bên cạnh đó, sự cố hư hỏng giàn thép cũng không ít, điều này phản ánh tương đối phù hợp với tài liệu từ Nga và Pháp.
Biểu đồ Hình 1.14 cho thấy tỷ lệ hư hỏng của các cấu kiện trong kết cấu khung chịu lực của nhà công nghiệp Cụ thể, tỷ lệ hư hỏng cấu trúc mái trong nhà xưởng cơ khí lên tới 60%, trong khi đó, nhà xưởng luyện kim đen có tỷ lệ hư hỏng cao hơn, đạt 80% Điều này cho thấy tỷ lệ hư hỏng của cấu trúc mái vượt xa so với tỷ lệ hư hỏng của cột hoặc dầm cầu trục.
Hình 1.14 Tỷ lệ hư hỏng các kết cấu trong nhà xưởng
(a – mái; b – cột; c – dầm cầu trục)
Tỷ lệ hư hỏng giàn thép theo thời gian được thể hiện trong Hình 1.15 Cụ thể, trong kết cấu giàn mái, tỷ lệ hư hỏng của thanh nén cong vênh khỏi mặt phẳng giàn chiếm gần 40%, trong khi đó, thanh kéo cong vênh khỏi mặt phẳng giàn chiếm gần 20% Đối với các thanh kéo/nén cong vênh trong mặt phẳng giàn hoặc cong vênh cục bộ, mức độ ảnh hưởng là ít, chỉ chiếm dưới 15%.
1 - Thanh nén cong vênh khỏi mặt phẳng giàn
2 - Thanh kéo cong vênh khỏi mặt phẳng giàn
3 - Thanh kéo cong vênh trong mặt phẳng giàn
4 - Thanh nén cong vênh trong mặt phẳng giàn
5 - Độ võng dƣ của giàn
6 - Cong vênh cục bộ của thanh nén
7 - Cong vênh cục bộ của thanh kéo Hình 1.15 Tỷ lệ hƣ hỏng giàn thép theo thời gian
Tỷ lệ hư hỏng các cấu kiện trong giàn, bao gồm thanh giàn và nút liên kết, cho thấy rằng sau khoảng 20 năm sử dụng, mức độ hư hỏng bắt đầu gia tăng và đạt khoảng 40% tổng số bộ phận Đến 50 năm, tỷ lệ hư hỏng có thể lên tới 70% [7, tr 6].
1 - Các xưởng cơ khí lắp ráp
2 - Các xưởng công nghiệp nặng
Hình 1.16 cho thấy tỷ lệ hư hỏng các phần tử trong giàn thép Các hư hỏng phổ biến ở kết cấu giàn mái được minh họa trong Hình 1.17, bao gồm hiện tượng cong vênh ở các thanh bụng, mặt phẳng giàn và bản mã bị vênh ra khỏi mặt phẳng làm việc, cùng với nút liên kết các thanh giàn bị hư hỏng.
Hình 1.17 Những hƣ hỏng phổ biến ở kết cấu giàn mái
(1 - cong vênh ở thanh bụng; 2 - cong vênh cục bộ; 3 - giàn vênh ra khỏi mặt phẳng thẳng đứng; 4 - bản mã bị vênh; 5 - vết nứt ở bản mã; 6 - gối tựa hư hỏng)
1.2.2 Một số sự cố và hƣ hỏng kết cấu giàn thép gần đây a) Ở ngoài nước:
Vào tháng 5 năm 2013, một nhịp của cây cầu giàn thép trên đại lộ nối Seattle và Canada đã bị sập, khiến một chiếc xe tải rơi xuống sông Skagit và làm 3 người bị thương Nguyên nhân của vụ sập cầu được xác định là do xe chở quá tải.
Hình 1.18 Sập cầu ở đại lộ Seattle - Canada
Cây cầu bắc qua sông Creek ở Wayne County đã sụp đổ vào năm 2010 khi một chiếc xe tải AEP của hãng American Electric Power vượt qua với tải trọng 6T, gấp đôi mức tải trọng cho phép là 3T.
Hình 1.19 Sập cầu ở Dickson giữa Lavallette - Wayne
Vào tháng 10/2013, kết cấu giàn mái của sân vận động Brazil World Cup đã sập đổ, như minh họa trong Hình 1.20 Giàn mái được cấu tạo từ thanh thép ống với liên kết hàn trực tiếp Nguyên nhân của sự cố này là do một cần trục tháp mất ổn định về móng trong quá trình thi công, dẫn đến việc đổ sập vào mái.
Vào tháng 8 năm 2005, kết cấu mái bể bơi tại Natatorio de, San Juan, PR đã bị sập đổ, như thể hiện trong Hình 1.21 Kết cấu này sử dụng giàn mái ứng lực trước với sợi cáp T – 91 và T – 153, có khả năng vượt nhịp lên đến 20m Nguyên nhân ban đầu của sự cố là do việc căng cáp không gia cường kết cấu giàn, dẫn đến sự thiếu ổn định oằn bên Mặc dù lực nén dọc trục tối đa cho phép trong thanh cánh trên là 87 kips (389,7 kN), nhưng lực nén thực tế đo được tại thời điểm sụp đổ lên tới 227 kips (1016,9 kN) [12].
Hình 1.20 Sập giàn mái của sân vận động Brazil World Cup
Hình 1.21 Sập giàn mái của bể bơi b) Ở trong nước:
Giàn mái của rạp chiếu phim Nguyễn Trãi tại Hà Đông được thiết kế với kết cấu mái bằng panel bê tông đúc sẵn Tuy nhiên, do sai sót trong quá trình thi công và chế tạo, rạp đã bị sập đổ vào đúng ngày dự kiến khánh thành vào năm 1986.
Cầu tạm có thiết kế gồm hai đơn nguyên, mỗi đơn nguyên rộng 11m và tổng chiều dài khoảng 230m với 7 nhịp Cầu này cho phép xe sơ mi rơ moóc tải trọng 60 tấn lưu thông, tuy nhiên đã xảy ra sự cố làm sập nhịp cầu phía bờ thuộc phường 3, Tp Hồ Chí Minh.
Hình 1.22 Sập cầu Vồng – Vĩnh Long, và Sốp Cộp - Sơn La
Cầu qua suối ở Nậm Lạnh, Sơn La đã sập do chở quá tải, với tổng trọng lượng xe và hàng hóa lên tới 24,49 tấn, trong khi giới hạn trọng lượng của cầu chỉ là 5 tấn.
Tháp truyền hình Nam Định, cao 180 m, từng là công trình tháp cao thứ hai tại Việt Nam, đã sập đổ vào tháng 10/2012 Kết cấu thép của tháp được nhập khẩu từ Malaysia và được lắp ráp tại Nam Định.
Cột ăngten cao gần 200 mét của Đài phát sóng phát thanh Đồng Hới, thuộc Đài tiếng nói Việt Nam, đã bị bão số 10 với cường độ mạnh quật đổ vào tháng 9/2013.
Kinh nghiệm gia cường kết cấu giàn thép
1.3.1 Gia cường giàn để chịu thêm tải trọng a) Trường hợp 1: Kết cấu giàn mái [7, tr 87]
Một phân xưởng sản xuất dài 60m, gồm 10 bước gian 6m, với hai nhịp L1 = 18,0m và L2 = 24,0m Các giàn mái cần được gia cường do thay đổi cấu tạo lớp mái gần hoàn thành, dẫn đến việc kết cấu giàn phải chịu thêm tải trọng.
Các thanh xiên chịu nén của giàn nhịp L,0m được gia cường bằng cách hàn thêm các thanh bụng phụ để giảm độ mảnh của thanh bụng xiên Để giảm ứng suất trong các thanh xiên bị quá tải, người ta lắp đặt thêm các thanh xiên khác theo hướng ngược lại trong giàn mái, như thể hiện ở Hình 1.26.
Trong quá trình kiểm tra kết cấu giàn, phát hiện các đường hàn tại các nút giàn không đủ khả năng chịu tải trọng, với một số đường hàn chỉ dài 40mm và cao 3mm, trong khi kết cấu đã phải chịu tải trọng mái Tình trạng này khiến giàn mái được đánh giá là nguy hiểm, và việc gia cường chỉ có thể thực hiện sau khi giảm tải một phần Việc gia cường đường hàn bằng cách tăng chiều cao mà không giảm tải trước là không khả thi, do ứng suất trong một số đường hàn đã vượt quá giới hạn chịu cắt cho phép.
Hình 1.26 Gia cường các thanh chịu nén của giàn có nhịp 18m
Để tiến hành gia cường giàn, cần đặt một cột đỡ tại nút giữa của giàn và kích giàn lên với lực từ 200 đến 250 kN Việc kích giàn tại một điểm có thể tạo ra ứng lực ngược dấu trong các thanh, ngoại trừ các thanh giao nhau ở khâu mắt chống kích Phương pháp này giúp điều chỉnh ứng suất trong các thanh trước khi gia cường Tuy nhiên, cuối cùng cần thay thế biện pháp kích giàn tại một nút bằng cách đặt nhiều cột đỡ ở các nút thuộc cánh dưới và kích đội giàn ở từng nút một, sau đó tiến hành gia cường.
Sau khi thực hiện dỡ tải theo biện pháp đã nêu, nội lực trong các thanh của giàn và trong các đường hàn liên kết sẽ đạt mức cho phép để tiến hành gia cường.
Tính toán giàn được thực hiện qua hai giai đoạn: đầu tiên, tiến hành tính toán theo sơ đồ thiết kế cũ với tải trọng hiện có trên mái và các lực kích đội trước khi thêm các thanh xiên mới; sau đó, thực hiện tính toán theo sơ đồ thiết kế mới, xem xét tác động của các ứng lực từ lực kích đội và trọng lượng mái lên giàn sau khi gia cường, sử dụng phương pháp gia cường có điều chỉnh ứng suất.
Kết cấu giàn hành lang tải dốc hai nhịp được gia cường bằng dây cáp căng trước có đường kính 50mm, kết hợp với các thanh chống đứng và xiên Trong quá trình thi công, hai kích được sử dụng để điều chỉnh ứng suất trong kết cấu, tạo ra ứng lực 800kN trong dây cáp, kéo căng đồng thời cả hai giàn thép chính Biện pháp gia cường này giúp kết cấu hành lang chỉ cần thay đổi một chút, sử dụng vật liệu tối thiểu, nhưng vẫn tăng khả năng chịu tải trọng lên hơn 25%.
Hình 1.27 Gia cường cầu hành lang dốc bằng căng dây cáp ứng suất trước
(1 – cáp ứng suất trước; 2 – thanh chống và thanh xiên gia cường)
1.3.2 Gia cường giàn để tăng công suất
Phân xưởng lò Mác-tanh được xây dựng trong giai đoạn 1940-1960, cần gia cường kết cấu để tăng gấp đôi công suất lò và tải trọng cầu trục Trước đó, mái đã được thay thế bằng lớp bê tông đổ toàn khối, làm tăng trọng lượng mái, trong khi móng nhà lại bị lún không đều.
Hình 1.28 minh họa việc thay đổi sơ đồ kết cấu bằng giàn cửa trời mới kết hợp với khung nhà chính Biện pháp gia cường này được thực hiện bằng cách sử dụng kích thủy lực để kéo căng trước một trong những thanh xiên với lực kéo 400 kN, giúp giàn cửa trời mới chịu lực hiệu quả hơn Tại điểm nối của thanh xiên, các bản nối đã được lắp đặt sẵn để đảm bảo sự kết nối chắc chắn giữa các thành phần của kết cấu.
Cửa trời mới là biện pháp thay thế hiệu quả giúp khắc phục hiện tượng quá tải ở các dầm trung gian của lò, gian đúc và giàn đỡ kèo, đồng thời cũng cải thiện sự thông thoáng cho không gian nhà.
Giảm tải cho dầm trung gian bằng cách sử dụng thang xiên của giàn cửa trời giúp kéo chúng về phía các giàn và thực hiện liên kết tại nút sau khi đã kéo căng các thanh xiên Độ cứng ngang của công trình khi chịu tải trọng từ cầu trục được đảm bảo thông qua hệ giằng đứng đặt ở vị trí trung gian các cột sàn công tác, thay đổi sơ đồ tính toán của kết cấu ngang phân xưởng Tuy nhiên, biện pháp gia cường cục bộ các cột và nút liên kết khung nhà không đủ để tăng cường độ cứng cần thiết.
Ngoài ra các chi tiết kết cấu khác như dầm ngang của phân xưởng cũng được gia cường thêm bằng cách tăng tiết diện các thanh, bổ sung sườn v.v…
1.3.3 Gia cường giàn mắc sai phạm trong chế tạo, gia công lắp ghép a) Trường hợp 1: Sai phạm trong chế tạo [1, tr 57]
Mái phân xưởng nhà máy thép được thiết kế với kết cấu giàn thép hình thang Trong quá trình kiểm tra, phát hiện vết nứt ở đầu thanh thép góc 2L160x4 của thanh cánh dưới trong giàn nhịp 40m, với mức độ nứt khác nhau Hầu hết các vết nứt có độ sâu từ 2 đến 5 mm và chiều rộng từ 0,5 đến 10 mm, đồng thời thanh cánh dưới cũng xuất hiện hiện tượng uốn cong.
Qua kiểm tra và phân tích, hiện tượng uốn cong thanh cánh dưới của giàn hình thang xuất hiện trong quá trình chế tạo, trong khi vết nứt ở cánh thép góc thanh cánh dưới là do khuyết tật ban đầu trong sản xuất vật liệu thép Do việc tháo dỡ giàn không khả thi, giải pháp gia cường đã được quyết định áp dụng.
Vết nứt ở cánh thép góc có thể không phát triển thêm nhưng vẫn bị ăn mòn theo thời gian, dẫn đến giảm diện tích tiết diện thanh Do đó, cần bít các vết nứt dọc theo chiều dài thanh cánh dưới và hàn thêm một thanh thép góc L90x56x6 để gia cường Nếu thanh thép góc cánh dưới tại nút đầu không bị nứt, thép góc bổ sung sẽ được gia cường tới vị trí ngoài cùng giữa nút thứ hai Ngược lại, nếu bị nứt, cần gia cường toàn bộ chiều dài thanh Tại nút A ghép nối, thép góc gia cường cần được cắt khuyết 1,4cm để không cắt qua bản ghép Sau khi hàn đầy giữa thép góc gia cường và thép góc ghép nối, cần hàn thêm một đoạn thép góc L63x6 ở mặt dưới thanh cánh dưới Các bước gia cường bao gồm sử dụng thép góc gia cường, mài vết nứt, làm sạch và hàn kín bằng hàn điện.
Hình 1.29 Gia cường thanh cánh dưới
(1 – thép góc gia cường; 2 – thép góc bổ sung; 3 – thép góc bổ sung; 4 – rãnh khoét) b) Trường hợp 2: Sai phạm trong gia công, lắp ghép [7, tr 90]
Phân xưởng có thiết kế hai nhịp với chiều dài mỗi nhịp là 24m và tổng chiều dài là 132m Hệ giằng dọc được bố trí ở thanh cánh dưới của giàn mái chỉ tại các hàng cột ngoài cùng Khoảng cách giữa các cột ở hàng ngoài cùng là 6m, trong khi đó hàng cột giữa có khoảng cách là 12m Cầu trục được thiết kế với sức nâng 100/20T.
GIA CƯỜNG KẾT CẤU GIÀN THÉP
Công việc và tài liệu phục vụ cho việc gia cường kết cấu giàn
2.1.1 Nghiên cứu, đánh giá chất lƣợng kết cấu giàn hiện có
Trong nghiên cứu lựa chọn giải pháp gia cường cho kết cấu giàn, việc điều tra tình trạng sử dụng thực tế của giàn thép là rất quan trọng Điều này giúp xác định khả năng chịu lực và đề xuất các biện pháp gia cường hợp lý Tuy nhiên, công tác này khá phức tạp và đòi hỏi nhiều công sức.
Công tác điều tra tình trạng sử dụng bao gồm các giai đoạn:
Nghiên cứu tài liệu kỹ thuật và bản vẽ thiết kế là bước quan trọng để hiểu rõ các tải trọng tác động lên giàn trong thực tế Phân tích chế độ sử dụng của kết cấu giàn giúp đánh giá hiệu suất và độ bền của nó trong các điều kiện làm việc khác nhau.
- Nghiên cứu chất lượng vật liệu thép, chất lượng đường hàn (bu lông, đinh tán) và mức độ gỉ sét v.v…
- Quan sát bên ngoài kết cấu giàn, hệ giằng và các kết cấu lân cận
Để đưa ra kết luận sơ bộ về tình trạng kỹ thuật của kết cấu giàn hiện có, cần tiến hành tính toán và kiểm tra lại kết cấu Điều này bao gồm việc nghiên cứu các tài liệu kỹ thuật liên quan để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong quá trình đánh giá.
Cần nghiên cứu tài liệu kỹ thuật để xác định các đặc điểm của kết cấu giàn, bao gồm giải pháp thiết kế, cấu tạo các thanh và chi tiết liên kết, yêu cầu sử dụng, cũng như tình trạng gia công và lắp ghép giàn.
Khi thiết kế, cần xác định quy trình và quy phạm được sử dụng, đồng thời so sánh với quy trình hiện hành Nên tiến hành nghiên cứu để phát hiện những sai sót trong tính toán và cấu tạo, chú ý đến các bộ phận và nút liên kết của các thanh giàn Điều này giúp nhận diện các lỗi trong thiết kế, chế tạo và lắp ghép giàn, nếu có Bên cạnh đó, việc xác định tải trọng thực tế cũng là một yếu tố quan trọng.
Tải trọng tác động lên giàn mái thường lớn hơn tải trọng thiết kế do thay đổi công nghệ hoặc việc treo thêm thiết bị không nằm trong kế hoạch ban đầu Hầu hết các trường hợp tăng tải trọng này không được nghiên cứu kỹ lưỡng trong giai đoạn thiết kế, dẫn đến sự chênh lệch giữa tải trọng thực tế và tải trọng tính toán.
Khi sử dụng thiết bị treo hoặc ròng rọc để nâng vật nặng vào giàn mái, các thanh cánh hoặc thanh xiên có thể bị cong vênh, méo bẹp Do đó, trong quá trình kiểm tra hiện trạng kết cấu giàn, cần quan sát tất cả các thanh và cấu kiện bị biến dạng, đồng thời tham vấn ý kiến của người sử dụng công trình Việc kiểm tra chất lượng thép cũng rất quan trọng để đảm bảo độ bền và an toàn của kết cấu.
Việc kiểm tra chất lượng thép sử dụng trong xây dựng là rất quan trọng để đảm bảo đáp ứng yêu cầu thiết kế Người sử dụng có thể dễ dàng thực hiện kiểm tra này nếu lưu lại mẫu thép hoặc tham khảo số liệu trong hồ sơ nghiệm thu Các số liệu cần thiết để đánh giá chất lượng vật liệu thép có thể được thu thập trong quá trình kiểm tra.
- Mác thép, phương pháp đúc thép
- Các tính chất cơ học như cường độ chịu kéo, giới hạn chảy, độ dai khi chịu va chạm (nếu cần thiết)
- Thành phần hóa học, hàm lượng các-bon, măng-gan, silíc, lưu huỳnh, phốt pho và những phụ gia của các thép hợp kim
Các mẫu thí nghiệm cơ học cần có kích thước tối thiểu 50mm x 20d, trong đó d là chiều dày của thép Kích thước của các thanh thép góc hoặc thép bản mã được tính theo chiều dọc, trong khi các thép tấm được tính theo chiều ngang Ngoài ra, việc kiểm tra chất lượng đường hàn cũng là một yêu cầu quan trọng.
Để lựa chọn giải pháp gia cường chi tiết liên kết ở nút giàn, việc kiểm tra tiết diện đường hàn là rất quan trọng Chất lượng đường hàn có thể ảnh hưởng lớn đến khả năng chịu lực của kết cấu giàn hiện có, với các yếu tố như loại que hàn, trình tự hàn và kích thước đường hàn Để đánh giá tình trạng các đường hàn, cần làm sạch bằng bàn chải sắt cho đến khi bóng sáng Cần lưu ý các khuyết tật như hàn không thấu chân, không thấu mép, hàn mòn mép, và hàn rỗ, cũng như phát hiện các vết nứt do nội lực gây ra.
Trong quá trình kiểm tra chất lượng đường hàn, có thể xuất hiện các vết nứt ngang và dọc so với hướng lực, cũng như các vết nứt bên trong chỉ có thể phát hiện bằng các phương pháp vật lý như chiếu tia gamma Các vết nứt bên ngoài có thể được phát hiện dễ dàng bằng kính lúp có độ khuếch đại từ 4 đến 8 lần Một dấu hiệu quan trọng để nhận biết các vết nứt ở đường hàn là những chỗ bong vẩy sơn Thường thì, các bộ phận chịu lực động và lực va chạm sẽ có nguy cơ cao hơn về việc xuất hiện các vết nứt này.
Khi nghiên cứu các kết cấu hàn, cần chú ý đến đặc tính và độ biến dạng do hàn gây ra Độ biến dạng này, nếu quá lớn, có thể làm giảm khả năng chịu lực của từng bộ phận trong kết cấu Biến dạng do hàn có thể được phân loại thành biến dạng cục bộ và biến dạng toàn bộ.
Biến dạng toàn bộ do hàn là những biến dạng xảy ra trong toàn bộ kết cấu hoặc phần lớn kết cấu, bao gồm các hiện tượng như cong võng, co dọc, co ngang xoắn, cụp cánh của thép góc, và sự lệch của các thanh cánh trong các tiết diện.
Biến dạng cục bộ do hàn xảy ra tại một hoặc vài chi tiết của kết cấu, bao gồm các hiện tượng như phồng mặt thép tấm, cong vênh ở khu vực đường hàn, và mất tính phẳng của mặt phẳng đầu mút sau khi hàn các chi tiết nhỏ Những biến dạng này có thể gây mất ổn định cho kết cấu khi chịu tải trọng gia tăng.
Gỉ sét là hiện tượng ăn mòn kết cấu thép, làm giảm tiết diện các thanh thép và chi tiết liên kết, dẫn đến suy yếu chức năng của chúng Có hai loại xâm thực: xâm thực hóa học và xâm thực điện hóa Xâm thực hóa học xảy ra khi môi trường tác động lên kim loại mà không có dòng điện, thường hiếm gặp và chỉ xảy ra trong điều kiện nhiệt độ cao với khí khô Trong khi đó, xâm thực điện hóa phổ biến hơn, diễn ra trong dung dịch điện phân và môi trường ẩm, nơi có sự phát sinh dòng điện.
Phương pháp và nguyên tắc gia cường kết cấu giàn
2.2.1 Phương pháp gia cường kết cấu giàn
Kết cấu giàn thép cần được kiểm tra khả năng chịu lực và gia cường khi cần thiết Gia cường có thể được phân loại thành hai loại chính: gia cường cục bộ và gia cường tổng thể Ngoài ra, dựa vào phương pháp thi công, gia cường có thể chia thành ba giải pháp: giải pháp gia cường vẫn mang tải trọng, giải pháp gia cường dỡ tải một phần và giải pháp gia cường dỡ tải hoàn toàn.
Gia cường cục bộ là quá trình gia cường các thanh hoặc nút liên kết có sức chịu tải không đủ Phương pháp này bao gồm việc tăng diện tích tiết diện của một số thanh riêng biệt và thêm thanh bụng để giảm chiều dài tính toán của thanh chịu nén Ngoài ra, còn có thể gia cường các bộ phận trong nút liên kết như đường hàn, bu lông, bản mã, hoặc thêm các sườn cứng, thanh giằng và thanh chống ngang để nâng cao khả năng chịu tải.
Gia cường tổng thể là quá trình tăng cường toàn bộ kết cấu, có thể thực hiện bằng cách áp dụng các giải pháp gia cường không thay đổi hoặc điều chỉnh sơ đồ tính toán của kết cấu Ngoài ra, việc lắp đặt thêm hệ giằng cũng giúp tăng cường độ cứng không gian cho kết cấu.
Gia cường kết cấu giàn thép có thể thực hiện bằng cách kết hợp nhiều phương pháp khác nhau, chẳng hạn như thêm thanh căng ngang ở phía của thanh cánh hạ để cải thiện cấu trúc của giàn thép hai mái dốc Việc này yêu cầu phải tăng tiết diện của một số thanh thép hoặc thay đổi chi tiết liên kết Tuy nhiên, nếu thực hiện tính toán lại theo quy phạm và sơ đồ mới, có thể chỉ cần gia cường cục bộ một số ít thanh, tiết kiệm hơn so với việc giữ nguyên sơ đồ tính ban đầu.
Phương pháp gia cường tăng tiết diện mặt cắt của thanh hoặc chi tiết liên kết là giải pháp tốn kém nhất nhưng thường khả thi Trong khi đó, giải pháp thay đổi sơ đồ tính toán hiệu quả hơn và có nhiều loại, giúp giảm chi phí Tuy nhiên, trong một số trường hợp, nếu kết cấu giàn có độ bền dự trữ ở hầu hết các tiết diện và chi tiết liên kết, thì việc gia cường tăng tiết diện sẽ trở nên hiệu quả hơn.
Khi thực hiện gia cường kết cấu vẫn mang tải trọng, việc lắp dựng hệ thống chống đỡ tạm thời là cần thiết để đảm bảo an toàn Trong trường hợp này, cần áp dụng các biện pháp đặc biệt và sử dụng thiết bị chuyên dụng, nếu không, các thanh gia cường chỉ chịu được tải trọng động và tĩnh tăng thêm, trong khi toàn bộ tải trọng tĩnh trước đó vẫn do kết cấu chưa được gia cường chịu.
Gia cường dỡ tải một phần là biện pháp cần thiết để bảo vệ các kết cấu yếu Trong trường hợp bất đắc dĩ, việc tháo dỡ bộ phận cần gia cường hoặc áp dụng các biện pháp phân bớt tải trọng sẽ giúp giảm áp lực tác động lên các cấu trúc này.
Gia cường dỡ tải là quá trình trong đó kết cấu được tháo rời hoàn toàn hoặc giảm tải, với các thanh gia cường không còn chịu ứng suất ban đầu Những thanh này sẽ tự động tham gia vào việc làm việc của toàn bộ kết cấu, góp phần duy trì tính ổn định và độ bền cho công trình.
Việc gia cường các kết cấu thép có khi không cần dùng các thiết bị chuyên dụng, cũng có khi phải dùng đến các thiết bị chuyên dụng
Việc gia cường khi kết cấu dỡ tải có thể thực hiện bằng cách lắp dựng hệ cây chống tạm từ mặt đất hoặc lắp đặt giàn giáo trên mặt dầm cầu chạy, sau đó sử dụng kích để truyền tải trọng lên giàn giáo Sử dụng dầm cầu chạy không chiếm khoảng không gian dưới cầu, cho phép cầu hoạt động bình thường và gia cường giàn mái từng bước, nâng cao hiệu suất Điểm đỡ của cây chống tạm thời cần nằm ở nút giàn mái, và biện pháp dỡ tải sẽ ảnh hưởng đến sản xuất Giá đỡ cũng áp dụng phương pháp dỡ tải tương tự, nhưng do nằm ngoài phạm vi vận hành của dầm cầu chạy, nên ảnh hưởng đến sản xuất là ít hơn.
Hình 2.1 Giải pháp dỡ tải bằng sử dụng chống tạm
(a – chống tạm lên nền; b – chống tạm lên dầm cầu chạy; 1 – gối đỡ; 2 – kích thủy lực; 3 – cây chống tạm)
Ngoài hai cách phân loại giải pháp gia cường, còn có những phương pháp khác để tăng tải trọng lên kết cấu mà không cần gia cường, như phát hiện dự trữ khả năng chịu lực của các cấu kiện và chi tiết liên kết Điều này có thể xảy ra do sự khác biệt giữa kết quả tính toán thiết kế và thực tế thi công, hoặc thông qua việc tính toán lại kết cấu theo quy phạm mới Sử dụng các phương pháp tính toán hiện đại cũng giúp đạt được kết quả chính xác hơn về hiệu suất làm việc của kết cấu và vật liệu.
2.2.2 Nguyên tắc gia cường kết cấu giàn
Khi gia cường giàn thép, mục tiêu là tăng khả năng chịu lực của toàn bộ kết cấu hoặc từng bộ phận riêng lẻ như thanh, nút hoặc chi tiết liên kết Công việc này đòi hỏi sự phức tạp và cần xem xét nhiều yếu tố Phương pháp gia cường nên được chọn dựa trên các tiêu chí như thi công thuận lợi, không ảnh hưởng đến sản xuất, chi phí hợp lý và hiệu quả sử dụng tốt Nguyên tắc quan trọng cần đảm bảo là tính khả thi và hiệu quả của giải pháp gia cường.
Khi gia cường kết cấu, cần nỗ lực để không dừng sản xuất hoặc chỉ dừng một cách tối thiểu, vì tổn thất do ngừng sản xuất có thể lớn hơn nhiều so với chi phí gia cường Việc gia cường có thể thực hiện mà không làm gián đoạn sản xuất, miễn là ứng suất và biến dạng của kết cấu được kiểm soát, thường là khi ứng suất bên trong không vượt quá 80% cường độ thiết kế của vật liệu thép Nếu cấu kiện chỉ hư hỏng nhẹ hoặc biến dạng không đáng kể, điều này không ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của kết cấu, cho phép áp dụng phương pháp gia cường trong khi vẫn duy trì tải trọng mà không cần dừng sản xuất.
- Phương pháp gia cường kết cấu cần thuận lợi cho chế tạo, thi công chi tiết liên kết và thuận lợi cho việc kiểm tra chất lƣợng;
- Chế tạo, lắp đặt chi tiết gia cường kết cấu cố gắng tiến hành ở ngoài phạm vi dây chuyền sản xuất;
Để gia cường các chi tiết liên kết, nên sử dụng bu lông cường độ cao hoặc hàn nối Khi sử dụng bu lông cường độ cao, cần tính toán khả năng chịu tải của cấu kiện sau khi khoan lỗ, vì việc này làm giảm diện tích mặt cắt Đối với hàn nối, ứng suất thực tế không nên vượt quá 60% cường độ thiết kế của vật liệu thép và giới hạn tối đa là 80% Nếu không đáp ứng yêu cầu này, cần áp dụng các biện pháp phù hợp trước khi tiến hành hàn.
Một số giải pháp gia cường kết cấu giàn
Gia cường kết cấu là phương pháp nâng cao khả năng chịu lực, tuy nhiên, điều này đòi hỏi chi phí xây dựng nhất định Do đó, gia cường thường được xem là giải pháp cuối cùng để đảm bảo sự hoạt động bình thường của kết cấu Giải pháp này chỉ được áp dụng khi không thể đảm bảo mục tiêu này thông qua việc xem xét dự trữ khả năng chịu lực của kết cấu hiện tại hoặc giảm tải trọng tác động lên kết cấu, chẳng hạn như sử dụng mái nhẹ.
2.3.1 Gia cường bằng thay đổi sơ đồ cấu tạo
Phương pháp này làm tăng bậc siêu tĩnh của giàn thép, dẫn đến sự thay đổi trong sơ đồ tính toán kết cấu ban đầu Mặc dù khả năng chịu lực của kết cấu được cải thiện đáng kể, nhưng phương án này cũng gặp nhiều hạn chế, bao gồm việc phải thiết kế các chi tiết liên kết chịu lực phức tạp, giảm không gian sử dụng công trình và thường có chi phí cao hơn so với các giải pháp khác Các giải pháp thay thế có thể được áp dụng bao gồm một số phương án khác nhau.
Để giảm tải trọng cho cột và móng cũ, có thể tăng thêm gối tựa trung gian bằng cách đặt thêm một hoặc vài cột chống trung gian Tuy nhiên, phương pháp này sẽ làm tăng chi phí thi công móng mới và giảm không gian sử dụng của mặt bằng.
Liên kết hai đầu giàn của các nhịp lân cận giúp tạo thành giàn liên tục, từ đó phân phối lại nội lực trong các thanh giàn Giải pháp này rất hiệu quả khi có thể dễ dàng tạo các mối liên kết giữa các đầu giàn Khi chuyển đổi giàn có sơ đồ đơn giản thành giàn liên tục bằng mối nối liền tiết diện gối tựa, mômen nhịp có thể giảm khoảng 25-30% Tuy nhiên, việc thi công có thể gặp khó khăn và không phải lúc nào cũng khả thi Nếu gối tựa lún không đều, sẽ phát sinh lực dọc phụ trong các thanh giàn, điều này cần được xem xét trong tính toán khi áp dụng phương pháp này.
Để nâng cao khả năng chịu lực của giàn, có thể đặt thêm các đoạn chống xiên hoặc các đoạn treo giàn nhằm giảm khẩu độ giàn và biến giàn thành hệ siêu tĩnh Việc sử dụng cây chống xiên ngắn có thể chống vào thân cột và cần thêm giằng dọc nếu còn không gian tự do bên dưới, giúp tiết kiệm vật liệu, nhưng các cột biên sẽ phải chịu thêm mômen uốn do lực ngang Ngược lại, cây chống xiên dài tỳ xuống móng cột sẽ làm hẹp không gian nhà và tốn nhiều vật liệu hơn, nhưng lại giảm nội lực trong cột, tuy nhiên khó khả thi với nhà có cầu trục hoạt động Nếu sử dụng thanh treo, cần cấu tạo thanh chống từ đỉnh cột, nhưng việc này cũng gặp khó khăn ở các hàng cột biên do gây uốn cho các thanh chống và tạo liên kết ở đỉnh cột khá phức tạp.
Để gia cường giàn, cần thực hiện một số biện pháp như mắc hệ dây cáp treo phía trên giàn, đặt kết cấu vòm chống đỡ dưới giàn và thêm các phần tử căng võng phía dưới Đồng thời, cần gia cường các phần tử riêng biệt khác và các khâu liên tiếp do sự phân phối lại ứng suất trong kết cấu.
- Gia cường giàn bằng các thanh căng (Hình 2.2i, k, l); thanh căng dọc thanh cánh hạ (Hình 2.2i), chỉ dỡ tải cho thanh cánh hạ của giàn Các thanh căng gẫy khúc
Việc sử dụng thanh căng ngang trong các cấu trúc giàn mang lại nhiều lợi ích, bao gồm việc giảm lực xô ngang tại đỉnh cột và giảm ứng suất trong nhiều thanh giàn Phương án này không chỉ hợp lý mà còn không làm ảnh hưởng đến không gian sử dụng bên dưới Thanh căng có thể được làm từ thép tròn hoặc dây cáp, và việc tạo ứng suất trước có thể thực hiện bằng cách vặn xiết ốc bulông hoặc sử dụng kích thủy lực Gia cường giàn bằng thanh căng dọc với ứng suất trước giúp tăng đáng kể khả năng chịu lực của kết cấu, tuy nhiên cần thiết kế neo cho thanh căng, kiểm tra ứng suất và thêm các chi tiết đảm bảo ổn định ngoài mặt phẳng của giàn.
Hình 2.2 Gia cường giàn thép bằng thay đổi sơ đồ cấu tạo
(1 - giàn thép có trước; 2 - cột có trước; 3 - cột bổ sung; 4 - bộ phận gia cường; 5- cây chống xiên; 6 - thanh treo; 7 - hệ cáp treo; 8 - hệ vòm đỡ giàn; 9 - hệ căng võng;
Hình 2.3 Chi tiết gia cường giàn thép bằng thay đổi sơ đồ cấu tạo
(a – bổ sung nhiều đoạn ngắn hoặc thanh căng; b – bổ sung hệ giằng đứng)
Gia cường giàn cửa trời bằng cách sử dụng thanh căng bằng thép góc hoặc thép tròn giúp giảm tải cho thanh cánh giàn ở giữa nhịp Phương pháp này thường chỉ cần thiết cho việc gia cường kết cấu cửa trời với chiều cao 2.2m.
Gia cường giàn bằng cách bổ sung các thanh bụng tạo ra hệ siêu tĩnh bậc cao, giúp giảm tải cho các thanh giàn cũ và các mắt giàn Phương pháp này không chỉ giảm nội lực trong các thành phần của giàn mà còn cải thiện khả năng chịu lực khi có tải trọng tác động sau quá trình gia cường.
Gia cường thanh cánh thượng bằng cách bổ sung nhiều đoạn ngắn không làm thay đổi sơ đồ kết cấu nhưng giảm mô men ở thanh cánh khi chịu uốn cục bộ, đồng thời tăng độ ổn định cho các thanh chịu nén trong mặt phẳng giàn Cần thêm các bản mắt trung gian để liên kết các thanh bụng bổ sung và đảm bảo sự đồng quy các trục thanh Hình 2.3 minh họa chi tiết liên kết gia cường giàn với các đoạn ngắn hoặc thanh căng, trong đó việc bổ sung thanh bụng ngắn và các bản mã liên kết bằng hàn là cần thiết Bổ sung thanh căng bằng thép tròn có tăng đơ giúp tạo phản lực ngược với tĩnh tải tại nút giàn, đồng thời cần cấu tạo chi tiết liên kết để tăng cường ổn định ngoài mặt phẳng cho giàn và giảm chiều dài tính toán cho thanh cánh trên chịu nén bằng cách bổ sung hệ giằng đứng.
2.3.2 Gia cường bằng tăng tiết diện thanh
Phương pháp gia cường các thanh trong giàn thép bao gồm việc tăng tiết diện của từng thanh khi ứng suất vượt quá khả năng chịu lực của vật liệu hoặc khi thanh có khuyết tật Giải pháp này ít ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của công trình, tuy nhiên, quá trình gia cường cần thực hiện sau khi dỡ một phần hoặc toàn bộ tải tác dụng lên kết cấu, hoặc có thể thực hiện khi kết cấu đang mang tải nếu đáp ứng đủ điều kiện Cần lưu ý không áp dụng phương pháp gia cường này nếu kết cấu có độ võng hoặc chuyển vị ngang lớn hơn giá trị cho phép theo tiêu chuẩn.
Liên kết giữa thanh thép gia cường và thanh cơ bản có thể thực hiện bằng phương pháp hàn hoặc sử dụng bulông cường độ cao Để tăng cường mặt cắt của các thanh giàn, thường sử dụng thép góc, thép tấm hoặc thép tròn, và đôi khi là thép ống Hình 2.4 minh họa một số kiểu tăng tiết diện các thanh trong giàn thép.
Hình 2.4 Gia cường thanh giàn và các liên kết a) Gia cường các thanh chịu nén:
Nên áp dụng các kiểu gia cường (a), (c), (d), và (i) cho các thanh đứng có tiết diện chữ thập để tăng cường tiết diện và ổn định khi đưa thêm vật liệu ra xa trục trung hòa Kiểu gia cường (b) cũng hiệu quả nhờ hai đường hàn ở phía dưới, giúp thi công dễ dàng, nhưng cần lưu ý rằng trọng tâm tiết diện sẽ dịch chuyển xa hơn so với trục trung hòa ban đầu Nếu thanh thép góc gia cường đặt úp phía trên và kéo dài tới bản mắt giàn, cần xẻ khe cho nó Kiểu gia cường (e) rất phù hợp cho các thanh giàn chịu nén, giúp tăng ổn định ngoài mặt phẳng uốn của thanh giàn.
Kiểu gia cường (f), (g), (k) được áp dụng cho các thanh đứng giữa giàn, với kiểu (k) sử dụng tiết diện chữ thập Cả hai kiểu (g) và (k) thường được dùng cho các thanh giàn chịu kéo, nhằm tăng tiết diện thanh Thanh thép tròn hoặc thép ống có thể hàn trực tiếp vào cánh của thanh thép góc Ngoài ra, chúng cũng có thể được sử dụng cho các thanh chịu nén nếu sử dụng ống thép gia cường, giúp trọng tâm của mặt cắt dịch chuyển rất nhỏ so với trọng tâm ban đầu mà không cản trở vị trí của các thanh trong giàn.
Hình 2.5 minh họa cách chọn kiểu gia cường cho thanh chịu nén và kéo trong giàn Khi gia cường thanh chịu nén, phần tử tăng cường không nhất thiết phải kéo dài đến nút liên kết như trong trường hợp gia cường thanh chịu kéo.
Hình 2.5 Lựa chọn kiểu gia cường cho thanh giàn
Tính toán kiểm tra kết cấu giàn hiện có
2.4.1 Sơ đồ tính và tải trọng tác dụng a) Sơ đồ tính:
Sơ đồ tính cho kết cấu giàn trước khi gia cường được xác định dựa vào hiện trạng làm việc thực tế Các loại sơ đồ tính có thể là tựa khớp lý tưởng hoặc cứng tuyệt đối với cột, và kết cấu có thể là liên tục hoặc đơn giản, tùy thuộc vào chi tiết liên kết với kết cấu đỡ.
Khi gia cường kết cấu giàn, việc lựa chọn sơ đồ tính phù hợp với thực tế làm việc của kết cấu là rất quan trọng, đặc biệt khi thay đổi sơ đồ cấu tạo Nếu gia cường bằng cách tăng tiết diện thanh, chi tiết liên kết hoặc cải thiện độ cong vênh của cấu kiện, sơ đồ tính của giàn sau gia cường có thể giữ nguyên như trước đó.
Kết cấu giàn trong các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc đỡ mái và phối hợp cùng với kết cấu khung chịu lực Để đảm bảo tính chính xác trong thiết kế, sơ đồ tính của giàn cần được thể hiện rõ ràng trong sơ đồ tính của khung Tải trọng tác dụng lên kết cấu giàn cũng cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho công trình.
Tải trọng tác dụng lên kết cấu giàn bao gồm: Tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời và tải trọng đặc biệt khác
Tải trọng thường xuyên trên mái bao gồm trọng lượng của các kết cấu như tấm lợp, panel bê tông, hệ thống chống thấm và cách nhiệt, xà gồ mái, giằng mái, và cửa mái Bên cạnh đó, còn có các đường ống kỹ thuật và thiết bị treo ở trần, nếu có.
- Tải trọng tạm thời gồm có: trọng lượng người và thiết bị, tải trọng gió, tải trọng sửa chữa, cầu trục (nếu có) v.v
Tải trọng tác dụng lên kết cấu khung chịu lực, đặc biệt là kết cấu giàn, được xác định theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737-1995 về tải trọng và tác động trong thiết kế Ngoài ra, trọng lượng của một số thiết bị và vật liệu được tham khảo từ catalog của nhà sản xuất.
Ngoài các tải trọng đã đề cập, việc gia cường kết cấu do sự thay đổi công suất thiết kế cần tính toán tải trọng tăng thêm Nếu áp dụng giải pháp thay đổi sơ đồ cấu tạo bằng thanh căng, cần xem xét lực căng trong dây Đôi khi, gia cường cũng yêu cầu bổ sung hệ giằng hoặc tăng diện tích tiết diện thanh và chi tiết liên kết, mặc dù tải trọng phụ phát sinh từ những biện pháp này thường không lớn so với tổng trọng lượng của kết cấu.
2.4.2 Nội lực và tổ hợp tải trọng a) Xác định nội lực:
Việc xác định nội lực trong thanh giàn có thể thực hiện thông qua các phương pháp của Cơ học kết cấu Trước đây, người ta thường áp dụng các phương pháp tách nút hoặc giản đồ Cremona để phân tích từng trường hợp tải riêng lẻ, sau đó tổ hợp nội lực để xác định nội lực nguy hiểm nhất cho thanh giàn Tuy nhiên, hiện nay, nhờ vào các phần mềm tính toán thương mại như SAP 2000 và ETABS, việc xác định nội lực trở nên đơn giản hơn rất nhiều Trong tài liệu này, phần mềm SAP 2000 được sử dụng để xác định nội lực trong các thanh giàn cho các trường hợp chất tải khác nhau.
Các trường hợp chất tải gồm:
- Tải trọng thường xuyên đặt cả giàn
- Tải trọng tạm thời trên mái, người đi lại trên mái đặt một nửa giàn và cả giàn; trường hợp giàn tam giác thì chất cả giàn
- Tải trọng gió đặt cả giàn b) Tổ hợp tải trọng:
- Tổ hợp tải trọng cho các trường hợp chất tải lên giàn: tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời và tải trọng đặc biệt (nếu có)
- Hệ số tổ hợp theo quy định trong tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 “Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế”
2.4.3 Kiểm tra tiết diện thanh giàn a) Kiểm tra tiết diện thanh chịu nén [4, tr 264]:
Kiểm tra lại tiết diện thanh giàn theo yêu cầu về độ bền và độ mảnh giới hạn: c min
N – lực nén trong thanh giàn, do các tải trọng tác dụng gây ra, kN;
A - diện tích thực tế của tiết diện thanh, A = 2A g khi tiết diện ghép bởi hai thép góc, cm 2 ;
[] – độ mảnh giới hạn, lấy theo Phụ lục 3.4
min là hệ số uốn dọc, lấy theo Bảng D.8, phụ lục D của Tiêu chuẩn TCVN 5575-
2012, Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế, phụ thuộc vào độ mảnh max = max[ x , y ], hoặc đƣợc tính theo các công thức phụ thuộc vào độ mảnh qui ƣớc f / E:
b) Kiểm tra tiết diện thanh chịu kéo [4, tr 265]:
Kiểm tra lại tiết diện đã chọn theo yêu cầu về độ bền và độ mảnh giới hạn: c n
N – lực kéo trong thanh giàn, do các tải trọng tác dụng gây ra, kN;
max – độ mảnh lớn nhất, max = max [ x , y ] với x x x l
A n- diện tích thực tế của tiết diện thanh, cm 2 , khi tiết diện không giảm yếu: A n = A ng = A g ; khi tiết diện có giảm yếu: A n = A ng - Alỗ,
A ng- diện tích nguyên của tiết diện thanh, cm 2 ;
- tổng diện tích các lỗ gây giảm yếu thanh giàn, cm 2 ;
[] – độ mảnh giới hạn, lấy theo Phụ lục 3.3 c) Kiểm tra tiết diện thanh chịu kéo – uốn hoặc nén – uốn [4, tr 46]:
- Kiểm tra lại tiết diện đã chọn theo yêu cầu về độ bền, đối với thanh chịu kéo lệch tâm và thanh ngắn nén lệch tâm: c n xn
Khi sử dụng cấu kiện thép dẻo với vật liệu có thanh fy ≤ 53kN/cm² và không chịu tác động trực tiếp của tải trọng động, khả năng chịu lực của thanh cần được kiểm tra theo công thức biến dạng dẻo Điều kiện cần đảm bảo là khi τ ≤ 0,5f v và N/(A n f) > 0,1.
(2.6) trong đó: n c và c x - hệ số phụ thuộc vào hình dáng tiết diện, lấy theo Phụ lục 3.5;
M – mô men uốn tác dụng, kNm;
W xn – mô đun chống uốn của tiết diện nguyên đối với trục x, cm 3
- Kiểm tra lại tiết diện đã chọn theo yêu cầu về ổn định:
(1) Ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn, đƣợc kiểm tra theo công thức: c e
e - hệ số uốn dọc, xác định theo Bảng D.10 của TCVN 5575:2012, phụ thuộc vào độ mảnh quy ƣớc và độ lệch tâm tính đổi m e ;
- độ mảnh quy ƣớc, x f / E; m e – độ lệch tâm tính đổi, m e = e;
- hệ số kể đến ảnh hưởng của hình dạng tiết diện, xác định theo Bảng D.9 của TCVN 5575:2012; m – độ lệch tâm tương đối, m = (M/N)/(A/W c );
W c – xác định đối với thớ chịu nén lớn nhất của tiết diện, cm 3
(2) Ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn, đƣợc kiểm tra theo công thức: c y
Hệ số uốn dọc đối với trục y-y, được xác định theo Bảng D.10 của TCVN 5575:2012, phụ thuộc vào độ mảnh y và cường độ tính toán f Hệ số c phản ánh ảnh hưởng của mô men uốn và hình dạng tiết diện, cũng được quy định theo TCVN 5575:2012 Việc kiểm tra tiết diện thanh giàn cần tuân thủ yêu cầu về độ mảnh giới hạn; độ mảnh của thanh giàn ảnh hưởng đến khả năng chịu lực, với thanh giàn dài có khả năng chịu lực kém hơn so với thanh giàn ngắn Độ mảnh của thanh giàn không được vượt quá giá trị độ mảnh giới hạn, [] Giá trị độ mảnh giới hạn [] cho thanh chịu kéo và chịu nén được tra cứu trong Phụ lục 3.3 và Phụ lục 3.4, phụ thuộc vào loại thanh và dạng tải trọng tác dụng.
2.4.4 Kiểm tra chi tiết nút liên kết giàn a) Kiểm tra bề dày bản mã:
Chiều dày bản mã trong liên kết thanh giàn cần phải lớn hơn chiều dày bản mã tối thiểu Chiều dày tối thiểu này phụ thuộc vào nội lực lớn nhất của thanh bụng trong giàn, được trình bày trong Bảng 2.1.
Bảng 2.1 Xác định bề dày bản mã
Ghi chú: N là nội lực lớn nhất của thanh bụng giàn b) Kiểm tra liên kết thanh giàn với bản mã [4, tr 267]:
Liên kết hàn giữa các thanh thép góc và bản mã không chịu lực tập trung được thiết kế dựa trên khả năng chịu nội lực của thanh thép Mỗi thanh thép góc sẽ có hai đường hàn sống và hai đường hàn mép để đảm bảo độ bền và ổn định cho kết cấu.
Chiều dài đường hàn sống được xác định:
(2.9) Chiều dài đường hàn mép được xác định:
N – nội lực trong thanh, kN; l w – chiều dài tính toán một đường hàn, cm, chiều dài thực tế: l = l w + 1cm; h f – chiều cao đường hàn góc, cm;
Giá trị nhỏ hơn giữa hai giá trị sf ws và ff wf, được ký hiệu là fw, được tính bằng kN/cm² Hệ số phân phối nội lực k trong liên kết giữa thép góc và thép bản được xác định theo Hình 2.11.
c – hệ số điều kiện làm việc, lấy theo Phụ lục 3.2 k=0,7 k=0,6 k=0,75
Hình 2.11 Xác định hệ số phân phối nội lực
(2) Liên kết hàn thanh thép góc với bản mã có lực tập trung Đường hàn liên kết thanh cánh vào bản mã chịu hiệu số của nội lực N = N 1 - N 2
Nội lực của hai thanh cánh liên kết tại nút giàn được ký hiệu là N1 và N2 Khi ΔN = 0, ta tính toán với giá trị 10% của nội lực thanh cánh Lực ΔN phân phối đến đường hàn sống và mép theo tỷ lệ k và (1-k) Do đó, đường hàn sống chịu lực kΔN, trong khi đường hàn mép chịu lực (1-k)ΔN.
Nội lực tính cho đường hàn sống:
R1 k N P / 2 (2.11) Nội lực tính cho đường hàn mép:
Khi đó, nội lực R 1 tính chiều dài đường hàn sống và nội lực R 2 tính chiều dài đường hàn mép
Chiều dài đường hàn sống được xác định:
(2.13) Chiều dài đường hàn mép được xác định:
(3) Liên kết bu lông thanh thép góc với bản mã [4, tr 80]
- Khả năng làm việc chịu cắt của bulông thô, thường và tinh được xác định: b v.b v b b c
N f A n (2.15) trong đó: b fv - cường độ tính toán chịu cắt của bulông, kN/cm 2 ;
b - hệ số điều kiện làm việc của bulông, bulông thường, thô b = 0,9, bulông tinh
A b - diện tích tiết diện thân bulông, A b = d 2 /4, cm 2 ; n c - số lƣợng mặt cắt tính toán bulông, khi có hai cấu kiện n c = 1, khi có 3 cấu kiện nc = 2;
Khả năng chịu ép mặt của bulông thô, bulông thường và bulông tinh phụ thuộc vào hệ số điều kiện làm việc, đặc biệt là trong trường hợp có nhiều bản thép Các yếu tố này cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất và độ bền của bulông trong các ứng dụng kỹ thuật.
N dt f (2.16) trong đó: f cb - cường độ tính toán chịu ép mặt của bulông, phụ thuộc vật liệu thép liên kết và phương pháp tạo lỗ bulông, kN/cm 2 ;
b - hệ số điều kiện làm việc của bulông, bulông thường, thô b = 0,9 d - đường kính ngoài của bulông, cm; tmin
- tổng chiều dày nhỏ nhất của các bản thép cùng trƣợt về một phía, cm;
- Khả năng chịu trượt của bulông cường độ cao xác định:
N f A / n (2.17) trong đó: f hb - cường độ chịu kéo tính toán của bulông, f hb = 0,7f ub , kN/cm 2 ;
A bn - diện tích tiết diện thực của bulông (sau khi trừ ren), cm 2 ;
b1 - hệ số điều kiện làm việc của bulông;
- hệ số ma sát (lấy theo bảng tra);
b2 - hệ số độ tin cậy (lấy theo bảng tra); n f - số lƣợng mặt phẳng ma sát tính toán
Công thức kiểm tra bền của liên kết thanh thép góc với bản mã sử dụng bu lông nhƣ sau:
* Đối với liên kết sử dụng bulông thô, thường và tinh: c min b
* Đối với liên kết sử dụng bulông cường độ cao: c t.b
N minb - giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị, N v.b và N c.b , kN;
N t.b - khả năng chịu lực trƣợt của một bulông, kN;
c - hệ số điều kiện làm việc của kết cấu; n – số lƣợng bu lông có trong liên kết
2.4.5 Kiểm tra độ võng kết cấu giàn Độ võng của giàn, theo quy định phải nhỏ hơn độ võng giới hạn [4, tr 43]: x
[ x /L] – độ võng tương đối lớn nhất trong giàn do tải trọng tiêu chuẩn gây ra, tải trọng gồm tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn;
[/L] – độ võng giới hạn cho phép đối với giàn, lấy theo tiêu chuẩn TCVN 5575 – 2012 hoặc ở Phụ lục 3.6.
Tính toán gia cường kết cấu thanh giàn
Khi thiết kế kết cấu gia cường dưới tải trọng, cần xem xét giá trị ứng suất trong các cấu kiện hiện có cùng với tải trọng từ các chi tiết bổ sung Đồng thời, cần tính đến biến dạng ban đầu và biến dạng tăng thêm của cấu kiện cơ bản trong quá trình gia cường Sơ đồ tính toán kết cấu gia cường phải phản ánh chính xác trạng thái làm việc thực tế thông qua khảo sát hiện trạng.
Việc phân nhóm kết cấu gia cường là cần thiết để áp dụng các điều kiện kiểm tra bền và xác định mức độ dỡ tải trong quá trình gia cường Phân nhóm này dựa trên điều kiện sử dụng và trạng thái làm việc dẻo trong tính toán gia cường Theo đó, kết cấu gia cường được chia thành 4 nhóm khác nhau.
Nhóm 1: Kết cấu làm việc ở điều kiện đặc biệt nặng (cầu trục làm việc chế độ rất nặng, xilô, bunker, băng tải đỡ hàng, v.v…) làm việc với tải trọng động Trong kết cấu này, biến dạng dẻo không cho phép xuất hiện, có nghĩa kết cấu chỉ tính toán ở giai đoạn đàn hồi
Nhóm 2: Kết cấu làm việc với tải trọng động và di động, nhƣng không thuộc nhóm 1 (cầu trục chế độ làm việc trung bình, dầm sàn công tác v.v…), biến dạng dƣ cho phép lấy khoảng 0 = 0,001 (0,1%)
Nhóm 3: Kết cấu làm việc với tải trọng tĩnh, ngoại trừ cấu kiện không đảm bào điều kiện về ổn định tổng thể và cục bộ trong quá trình phát triển biến dạng dẻo, biến dạng dƣ cho phép lấy khoảng 0 = 0,002 (0,2%)
Nhóm 4: Kết cấu làm việc với tải trọng tĩnh, không thuộc nhóm 3, biến dạng dƣ cho phép lấy khoảng 0 = 0,004 (0,4%)
Khi gia cường kết cấu thuộc nhóm 3, nếu áp dụng các biện pháp kỹ thuật như đặt sườn hoặc liên kết chắc chắn để đảm bảo ổn định tổng thể và cục bộ, kết cấu có thể được xem là thuộc nhóm 4 Đồng thời, việc phân nhóm kết cấu gia cường cũng nhằm xác định mức độ dỡ tải, toàn bộ hoặc một phần, dựa trên giá trị ứng suất trong kết cấu hiện tại Trong quá trình hàn các cấu kiện gia cường, ứng suất lớn nhất tại bề mặt tiếp xúc với nhiệt hàn không được vượt quá các giá trị 0,2f; 0,4f; 0,6f và 0,8f, tương ứng với các kết cấu thuộc nhóm 1, 2, 3 hoặc 4.
Ứng suất lớn nhất trong quá trình gia cường được xác định từ tải trọng tĩnh dựa trên sơ đồ tính kết cấu và tiết diện khảo sát, đồng thời có xem xét đến độ cong ban đầu (nếu có) Phương pháp tính toán gia cường cho thanh giàn cũng cần được áp dụng để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong thiết kế.
Việc tính toán gia cường thanh giàn phụ thuộc vào nhóm kết cấu, được phân loại theo tiêu chí biến dạng dẻo Các kết cấu nhóm 2 và 3 phải kiểm tra bền theo tiêu chí chảy dẻo biên, trong khi kết cấu nhóm 4 thực hiện kiểm tra theo tiêu chí phát triển biến dạng dẻo Khi kiểm tra bền cho cấu kiện, cần giới hạn với các hệ số N và M để đảm bảo biến dạng dẻo ở mức 0 = 0,004 Giá trị của các hệ số này phụ thuộc vào sơ đồ gia cường, cường độ tính toán của vật liệu thép, cũng như mức độ và điều kiện gia tải.
2.5.2 Thanh chịu kéo hoặc nén đúng tâm
Các trường hợp thường gặp sau thì việc tính toán thanh giàn như cấu kiện chịu nén hoặc kéo đúng tâm:
Thanh giàn được thiết kế để chịu kéo hoặc chịu nén đúng tâm, với tiết diện được gia cường đối xứng theo hai phương Điều này đảm bảo rằng trục của tiết diện thanh giàn không thay đổi trước và sau khi gia cường.
(b) Trục tiết diện thanh giàn sau khi gia cường gần tim trục ban đầu (lệch tâm nhỏ thì bỏ qua, tính nhƣ cấu kiện chịu lực trục)
Đối với thanh chịu nén, việc gia cường tiết diện không chỉ nhằm tăng diện tích tính toán mà còn phải nâng cao giá trị bán kính quán tính của tiết diện, từ đó cải thiện hệ số uốn dọc.
Sơ đồ tính thanh chịu kéo, nén đúng tâm và tiết diện thanh giàn cơ sở, tăng cường và thanh giàn sau khi gia cường như ở Hình 2.12
L 11 c t b) c) x o.o x o.o b x x x o.o x o.o y y y y y y o.o o.o cx.o y.o bm bx.o x.o by.o y y x o.s x o.s y y o.s o.s cy s bx.s by s bx.s cx.s a) xx.o xx.s tbm
Hình 2.12 Sơ đồ tính thanh chịu kéo, nén đúng tâm và tiết diện thanh a) Tính theo tiêu chí biên chảy dẻo:
(1) Kiểm tra tiết diện thanh giàn chịu kéo hoặc nén đúng tâm khi gia cường, theo điều kiện bền [26, tr 334]: c N n o.n s.n
N – lực kéo hoặc nén tác dụng lên thanh giàn gia cường, kN;
Diện tích tiết diện thực của thanh giàn sau khi gia cường, được ký hiệu là A n, tính bằng cm², bao gồm diện tích tiết diện thực của thanh giàn cơ sở (A o.n) và diện tích tiết diện thực của thanh tăng cường (A s.n).
Cường độ tính toán của vật liệu thép được xác định theo công thức A n = A o.n + A s.n (2.22), trong đó f là cường độ tính toán, được đo bằng kN/cm² Giá trị f được lấy nhỏ hơn giữa cường độ tính toán của thanh cơ sở (f o) và thanh tăng cường (f s).
c – hệ số điều kiện làm việc của thanh giàn, lấy theo Phụ lục 3.2;
N – hệ số kể đến ứng suất ban đầu, xác định nhƣ sau:
- khi gia cường không hàn, N = 0,95
- khi gia cường bằng hàn, N = 0,95 - 0,25 o , với o = d /f;
d – ứng suất lớn nhất trong thanh giàn cơ sở tại thời điểm hàn gia cường, kN/cm 2
(2) Kiểm tra tiết diện thanh giàn chịu nén đúng tâm khi gia cường, theo điều kiện ổn định [26, tr 334]:
Hệ số uốn dọc được xác định dựa trên sự thay đổi đặc trưng hình học của tiết diện gia cường Để tính toán, cần tham khảo bảng theo độ mảnh , với = l 0 /i min và i min = I / A, như được trình bày trong Phụ lục 3.1.
A – diện tích tiết diện nguyên của thanh giàn sau khi gia cường, cm 2 , trường hợp không có giảm yếu, A = A o + A s ;
Mô men quán tính của tiết diện thanh giàn sau khi gia cường được tính bằng tổng mô men quán tính của thanh giàn ban đầu (Io) và mô men quán tính của thanh tăng cường (I s) Cường độ tính toán trung bình của tiết diện thanh giàn sau khi gia cường (f*) được xác định theo công thức (2.24) với f* = f k, trong đó k là hệ số được tính theo công thức (2.25).
- tỷ số cường độ tính toán của vật liệu thép làm thanh giàn cơ sở và thanh tăng cường, = fo/f s
Khi gia cường thanh giàn, cần đảm bảo rằng vật liệu thép thanh tăng cường có cường độ tương đương hoặc xấp xỉ với cường độ của thanh giàn ban đầu, với hệ số k = 1 và cường độ tính toán trung bình f, cùng với c = 0,9 Trong thiết kế, thường giả định hệ số uốn dọc của tiết diện thanh trước và sau khi gia cường gần giống nhau, và cường độ tính toán trung bình được lấy bằng cường độ của vật liệu thanh giàn cơ sở Từ đó, có thể xác định diện tích tiết diện của thanh tăng cường theo yêu cầu từ công thức đã nêu.
Từ đó, ta chọn được tiết diện thanh tăng cường sao cho chúng thỏa mãn điều kiện
Tính toán gia cường nút liên kết thanh giàn
Trước khi quyết định gia cường nút liên kết thanh giàn, cần tiến hành kiểm tra khả năng chịu lực của nút liên kết đối với nội lực phát sinh từ tải trọng gia cường Việc này bao gồm cả việc kiểm tra liên kết giữa thanh và bản mã, cũng như bản mã.
Trong trường hợp cần gia cường, việc lựa chọn giải pháp phù hợp là rất quan trọng Cần đảm bảo rằng giải pháp này dễ thi công và có khả năng chịu lực tốt để đạt hiệu quả tối ưu.
Giải pháp gia cường giàn bằng cách tăng tiết diện thông qua việc liên kết thanh tăng cường với thanh giàn cơ sở, cho phép lực được truyền qua liên kết này Tuy nhiên, không nên gia cường chiều dày của bản mã khi nội lực trong thanh bụng vượt quá giá trị cho phép theo yêu cầu của Bảng 2.1 Trong trường hợp này, cần áp dụng giải pháp gia cường khác để đảm bảo hiệu quả và an toàn cho cấu trúc.
Việc tính toán gia cường nút liên kết thanh giàn dưới đây áp dụng cho trường hợp chiều dày bản mã vẫn đảm bảo theo yêu cầu cấu tạo
2.6.2 Nút liên kết đinh tán
Liên kết giữa các thanh giàn và bản mã có thể được thực hiện bằng đinh tán hoặc bu lông, trong đó bu lông cường độ cao thường được ưa chuộng hơn Hình 2.14 minh họa chi tiết về các phương pháp liên kết này.
2-2 l' wm h fs h fm dt.o dt
Hình 2.14 Gia cường nút liên kết đinh tán
(a – liên kết chưa gia cường; b – liên kết được gia cường; 1 – bản mã; 2 - đinh tán; 3
– bản mã mở rộng; 4 – bu lông cường độ cao)
- Công thức xác định khả năng chịu lực của liên kết sau khi được gia cường bằng bu lông nhƣ sau [1, tr 66]: dt dt.o dt.s
N dt – tổng khả năng chịu lực của liên kết đinh tán sau khi gia cường, kN;
N dt.s – khả năng chịu lực của bu lông mới tăng thêm, kN;
N dt.o – khả năng chịu lực của liên kết đinh tán cũ theo khả năng chịu cắt, chịu ép mặt hoặc chịu trƣợt, kN;
0,9 – hệ số giảm khả năng chịu lực trong điều kiện thi công ở hiện trường;
Hệ số hiệu quả gia cường, ký hiệu là , được xác định dựa trên sự biến dạng không hài hòa giữa đinh tán/bu lông mới và cũ, thường nằm trong khoảng 0,6 đến 0,9, với giá trị thường sử dụng là = 0,75 Nếu áp dụng công thức (2.49) và giá trị Ndt tìm được nhỏ hơn hoặc bằng 0,9Ndt.s, thì giá trị Ndt sẽ được lấy bằng 0,9Ndt.s.
- Chọn bu lông cường độ cao loại 8.8 hoặc 10.9 với lực xiết khống chế, đường kính thường chọn tương đương với đường kính của đinh tán cũ
Bản mã mở rộng (bản số 3) được kết nối với thép góc thông qua đường hàn góc ở sống và mép, với tiết diện đường hàn được tính toán dựa trên khả năng chịu lực của bu lông cường độ cao (bu lông số 4) Việc tính toán này tương tự như đối với đường hàn thép góc với bản mã thông thường Ngoài ra, bản mã mở rộng còn liên kết với bản mã ban đầu (bản số 2) bằng đường hàn đối đầu.
Chiều dày của bản mã mở rộng (bản số 3) được xác định bằng chiều dày của bản mã ban đầu, t bm Đường hàn đối đầu được xem như phần kéo dài của bản mã, do đó, hoạt động của đường hàn này tương tự như của bản thép Bề rộng của bản mã mở rộng tại mặt cắt gần vị trí đinh tán ngoài cùng được tính toán dựa trên độ bền chịu kéo (nén) tương ứng với diện tích bản mã (A bm) Từ đó, bề rộng bản mã cần thiết có thể xác định theo công thức (2.58).
2.6.3 Nút liên kết bu lông
2-2 l' wm h fs h fm bl.o bl
Hình 2.15 Gia cường nút liên kết bu lông
(a – liên kết chưa gia cường; b – liên kết được gia cường; 1 – bản mã; 2 – bu lông; 3 – bản mã mở rộng; 4 – bu lông cường độ cao)
Thông thường, việc gia cường chi tiết nút liên kết bằng bu lông cường độ cao cho phép sử dụng bu lông với số lượng và đường kính tối thiểu.
[1, tr 65], chi tiết liên kết nhƣ ở Hình 2.15
- Công thức xác định khả năng chịu lực của liên kết sau khi gia cường bằng bu lông cường độ cao như sau [1, tr 67]: bl bl.o bl.s
N bl – tổng khả năng chịu lực của liên kết bu lông sau khi gia cường, kN;
N bl.o – khả năng chịu lực của liên kết bu lông cũ trong liên kết theo khả năng chịu trƣợt, kN;
N bl.s – khả năng chịu lực của bu lông cường độ cao mới tăng thêm, kN;
Khi tính toán sức chịu tải của liên kết bu lông cường độ cao được gia cường bằng bu lông cường độ cao, quy trình thực hiện tương tự như khi tính toán cho liên kết bu lông thông thường.
- Lựa chọn bu lông cường độ cao, tương tự như đối với nút liên kết đinh tán
Để tính toán đường hàn sống và mép của đường hàn liên kết bản mã mở rộng với thép góc, cần chú ý đến kích thước của bản mã mở rộng, tương tự như trong việc gia cường liên kết đinh tán.
2.6.4 Nút liên kết hàn a) Trường hợp tăng chiều dài đường hàn:
2-2 l l ws wm l' l' wm ws h fs h fm h fs h fm w.o w
Hình 2.16 Gia cường nút liên kết hàn bằng kéo dài đường hàn
Giải pháp này thường được áp dụng để nâng cao khả năng chịu lực của liên kết gia cường bằng cách tăng chiều dài đường hàn và các chi tiết liên kết, như minh họa trong Hình 2.16.
- Công thức xác định khả năng chịu lực của liên kết sau khi gia cường bằng tăng chiều dài đường hàn như sau [1, tr 67]: w w.o w.s w min
N w – tổng khả năng chịu lực của liên kết hàn sau khi gia cường, kN;
N w.o – khả năng chịu lực của đường hàn vốn có trong liên kết, kN;
N w.s – khả năng chịu lực của đường hàn bổ sung, kN;
0,9 – hệ số giảm khả năng chịu lực;
- ứng suất tiếp tính toán của đường hàn vốn có trước khi thi công, kN/cm 2 ; (f w ) min – cường độ tính toán chịu kéo của đường hàn góc, kN/cm 2 ;
- hệ số phân bố ứng suất, nếu đường hàn cũ là mối hàn hai bên thì = 1,0; nếu đường hàn cũ vừa hàn hai bên kết hợp hàn đầu thì = 0,7
Công thức (2.51) là một phương pháp kinh nghiệm được phát triển từ các thí nghiệm, cho thấy rằng nội lực của mối hàn cũ trước khi gia cường không được phân phối lại cho mối hàn mới Chỉ khi có tải trọng mới, lực này mới có thể được chuyển đến đường hàn mới, giúp nó chịu được tải trọng Việc gia cường bằng cách tăng chiều dài đường hàn theo công thức (2.51) thực chất đã làm giảm cường độ thiết kế của mối hàn mới, mặc dù về hình thức, chiều dài đường hàn đã được tăng lên.
Để tính toán đường hàn sống và mép của bản mã mở rộng (bản số 3) với thép góc, chiều cao đường hàn được xác định dựa trên chiều cao hiện có và bề dày của cấu kiện liên kết, bản mã mở rộng và chiều dày cánh thép góc Chiều dài đường hàn sống và đường hàn mép được tính toán với mục tiêu đảm bảo an toàn cho nội lực N w.s.
Chiều dày của bản mã mở rộng (bản số 3) thường được lấy bằng chiều dày của bản mã ban đầu Đường hàn đối đầu được xem như phần kéo dài của bản mã, vì vậy sự làm việc của nó tương tự như bản thép Bề rộng của bản mã mở rộng tại mặt cắt gần vị trí đầu thanh thép góc được xác định dựa trên độ bền chịu kéo (nén) tương ứng với diện tích của bản mã Từ đó, có thể tính toán bề rộng bản mã cần thiết theo công thức (2.58) Trong trường hợp tăng chiều cao đường hàn (hàn đắp), cần xem xét các yếu tố liên quan để đảm bảo tính toán chính xác.
Khi không thể tăng chiều dài đường hàn, cần thực hiện hàn đắp lên đường hàn cũ để gia tăng chiều cao của đường hàn, như minh họa trong Hình 2.17.
- Công thức xác định khả năng chịu lực của liên kết sau khi gia cường bằng tăng chiều cao đường hàn như sau [1, tr 68]:
N m N N mN N (2.52) trong đó: m – hệ số giảm (đã bao gồm hệ số triết giảm gia cường, = 0,9), m = 0,8;
N w.o – khả năng chịu lực của đường hàn trước khi gia cường;
N w.s – khả năng chịu lực của đường hàn tăng cường;
N s – khả năng chịu lực của đường hàn chưa xét đến ảnh hưởng của hàn
2 h' f.s h' f.m l h l wm fs h fm l h' l wm fs h' fm 2
Hình 2.17 Gia cường nút liên kết hàn bằng tăng chiều cao đường hàn
(a – liên kết chưa gia cường; b – liên kết được gia cường; 1 – bản mã)
Kiểm tra độ võng của giàn sau khi gia cường
Khi xác định tiết diện thanh giàn và nút liên kết sau gia cường, cần kiểm tra độ võng của kết cấu giàn đã được gia cường Công thức kiểm tra độ võng tương tự như với giàn hiện có, nhưng giá trị độ võng sẽ được tính cho kết cấu giàn sau gia cường Độ võng này có thể được xác định thông qua phần mềm phân tích kết cấu SAP 2000.
Khi lựa chọn giải pháp gia cường bằng cách tăng tiết diện với số lượng thanh và nút giàn gia cường ít, trọng lượng giàn sẽ không thay đổi đáng kể Do đó, việc kiểm tra lại độ võng của giàn gia cường cần được xem xét kỹ lưỡng.
Giải pháp thực hiện công tác gia cường
2.8.1 Công tác hàn và định vị thanh gia cường a) Kỹ thuật hàn gia cường kết cấu giàn đang chịu tải:
Nghiên cứu cho thấy việc hàn gia cường thanh cánh trên và dưới trong kết cấu giàn ảnh hưởng đến độ võng của giàn Cụ thể, nếu hàn gia cường thanh cánh trên trước, độ võng sẽ tăng lên Ngược lại, nếu hàn thanh cánh dưới trước, giàn không chỉ không bị võng mà còn có thể vồng cao lên.
Khi thực hiện quy trình hàn, ngoài việc chọn hướng đường hàn từ giữa cấu kiện liên kết ra hai phía gối tựa, cần lưu ý một số vấn đề quan trọng để đảm bảo chất lượng và hiệu quả của công việc.
- Gia cường giàn bằng tăng tiết diện thì thực hiện hàn ở cánh dưới trước, ở cánh trên sau, rồi cuối cùng là các thanh bụng;
Gia cường kết cấu dài cần thực hiện hàn ở giữa ra các đầu theo phương pháp hàn lùi từng đoạn Điều này có nghĩa là trong đoạn cần hàn, hàn sẽ được thực hiện theo hướng ngược lại với hướng chung, như minh họa trong Hình 2.21a Chiều dài mỗi đoạn hàn thường dao động từ 10 đến 40 cm, tùy thuộc vào độ dày của thép; thép càng dày thì đoạn hàn sẽ càng ngắn.
- Nếu hàn đắp nhiều lượt thì hướng chung của lượt hàn sau ngược với hướng trước Điểm cuối mỗi đoạn hàn trong mỗi lượt không được trùng nhau;
- Hàn các thanh thép góc bổ sung vào các bản mắt bằng đường hàn mép và đường hàn sống theo trình tự sau, như ở Hình 2.21b [7, tr 58]
+ Trước tiên, thực hiện đường hàn cánh thép góc thứ nhất từ mép bản mã ra đầu mút thanh thép góc
+ Sau đó thực hiện đường hàn cánh thép góc thứ hai ở mặt bên kia bản mã, cũng nhƣ cách trên
+ Cuối cùng mới thực hiện đường hàn sống của hai thanh thép góc gia cường theo cách thức trên
Hình 2.21 Trình tự hàn gia cường kết cấu thanh giàn
(a - đường hàn gia cường kết cấu dài; b - đường hàn liên kết thanh thép góc bổ sung) b) Giá đỡ thanh thép góc gia cường:
Hình 2.22 Giá gá lắp để gia cường giàn thép
(1- thép góc cánh thượng; 2 - thép góc gia cường; 3 – bản mã; 4 - vít nén đứng;
5 - giá treo; 6 - vít nén ngang)
Để thi công gia cường kết cấu giàn trên cao một cách dễ dàng, cần thiết phải sử dụng giá treo để hỗ trợ các thanh thép góc gia cường, được cố định bằng bulông vào các thanh cánh của giàn Trước khi tiến hành hàn, các cấu kiện cần gắn sẵn chi tiết định vị và mấu định hướng nhằm đảm bảo quá trình hàn diễn ra dễ dàng và chính xác, nâng cao năng suất lao động Trước khi tháo dỡ các phần tử gia cường khỏi dây treo, cần phải cố định tạm thời bằng bulông, kẹp, nêm hoặc tăng-đơ để đảm bảo an toàn.
2.8.2 Dỡ tải, truyền tải và điều chỉnh ứng suất
Kết cấu giàn thép hoạt động như một cấu kiện chịu uốn, vì vậy việc gia cường kết cấu này trong quá trình mang tải là rất quan trọng Để đảm bảo hiệu quả, biện pháp dỡ tải cần được thực hiện nhằm loại trừ độ võng do tải trọng bản thân và tĩnh tải, đồng thời tối ưu hóa việc sử dụng vật liệu gia cường.
Việc dỡ tải nhằm giảm biến dạng đàn hồi của kết cấu giàn, đưa nó về trạng thái "nghỉ" Trong quá trình thi công, cần truyền bớt tải sang các thanh gia cường bằng cách sử dụng thanh chống hoặc giàn giáo chắc chắn dưới kết cấu giàn thép Sau đó, sử dụng kích để nâng các mắt giàn lên một độ cao tương ứng với chuyển vị đứng của chúng khi chịu tĩnh tải, rồi kê giàn lên các gối nêm Lực dỡ tải phải tạo ra cho thanh gia cường một nội lực có trị số bằng nhưng khác dấu so với nội lực thiết kế do tĩnh tải, tương ứng với tĩnh tải tác dụng lên giàn Đối với tải trọng ngoài nhỏ, có thể dùng kích vít để nâng giàn, trong khi tải trọng lớn cần sử dụng kích dầu có gắn lực kế để kiểm tra.
Thiết bị tạo lực dỡ tải phổ biến bao gồm Trụ ống lồng và Hộp lực, như được thể hiện trong Hình 2.23 Bên cạnh đó, thanh căng dỡ tải cũng được sử dụng, minh họa trong Hình 2.24.
Trụ ống lồng được thiết kế với các kích số 3 đặt giữa ống trong và thanh chống dưới, trên các gối tựa số 2 đã được hàn vào thành ống nhằm nâng ống trong lên cao Trong quá trình kích, cần theo dõi sự chuyển dịch đứng của ống trong để đảm bảo đạt yêu cầu thiết kế; khi đạt, tiến hành cố định bằng cách hàn các sườn dẫn hướng vào ống trong.
Hộp lực là một thiết bị bao gồm một lò xo được nén bởi bốn bu lông giằng, được đặt giữa trụ chống và vị trí nút kết cấu giàn gia cường Sau khi cố định trụ chống, các ốc bu lông giằng được nới lỏng dần để lò xo truyền phản lực lên điểm nút của kết cấu Khi đạt được giá trị chuyển vị theo yêu cầu thiết kế, quá trình sẽ dừng lại để liên kết các phần tử gia cường với kết cấu cũ Sau khi hoàn tất công tác hàn, thiết bị sẽ được tháo dỡ bằng thao tác ngược lại.
Hình 2.23 Thiết bị đƣa trụ dỡ tải vào làm việc
Trụ ống lồng bao gồm các kích đội và các thành phần quan trọng như hộp lực, ống trong, gối tựa, kích, ống ngoài, sườn dẫn hướng, kết cấu cần gia cường, mấu định vị, các bu lông điều chỉnh lực, lò xo tạo lực đôi, và trụ chống đỡ tải Những bộ phận này phối hợp chặt chẽ để đảm bảo hiệu suất và độ bền của hệ thống.
Thanh căng dỡ tải là một thiết bị quan trọng trong kết cấu thép, bao gồm thanh căng và các phụ kiện kéo căng đi kèm Thiết bị này đóng vai trò trong việc dỡ tải, truyền tải và điều chỉnh ứng suất trong các cấu kiện thép, góp phần tối ưu hóa hiệu suất của công trình.
Theo cách kéo căng, có các cách sau (4 cách) [7, tr 60]:
(1) kéo dọc thanh đỡ tải bằng kích (Hình 2.24a) với các gối neo đƣợc gắn tại phần cứng của kết cấu;
Khi không đủ không gian để đặt kích tại các mắt giàn, có thể sử dụng hai phương pháp kéo dọc thanh đỡ tải: bằng tăng đơ hoặc bằng khung hình bình hành Sử dụng khung bình hành giúp giảm lực kéo căng một cách đáng kể so với việc sử dụng tăng đơ.
(4) kéo thanh căng chéo bằng kích đặt đứng (Hình 2.24d)
Trong quá trình thi công dỡ tải kết cấu giàn bằng giải pháp kéo căng, việc kiểm tra ứng suất trong thanh căng được thực hiện qua thiết bị kích dầu, dựa vào chỉ số đo lực kế Nếu sử dụng tăng đơ, cần xác định lực căng S trong thanh bằng các tăngsơmét gắn trên thanh, theo công thức đã quy định.
S = ε.E.A (2.59) trong đó: ε - độ giãn tương đối của chiều dài thanh, ε = L/L, %;
L - độ gia tăng chiều dài thanh lấy theo chỉ số của tăngsơmét, cm
L - chiều dài bản vị của tăng sơ mét, cm;
E - mô đun đàn hồi của vật liệu thanh căng, kN/cm 2 ;
Để đảm bảo lực kéo trong thanh căng ngang được phân bổ đều và tránh các sự cố, người ta thường đặt hai tăngsơmét ở hai đầu đối diện theo đường kính của thanh Điều này giúp kiểm soát tiết diện thanh căng, tính bằng cm², một cách hiệu quả.
Hình 2.24 Thiết bị đƣa thanh căng dỡ tải vào làm việc
(a – kéo dọc thanh bằng các kích; b – hộp lực)
2.8.3 Thi công gia cường giàn thép a) Trường hợp gia cường giàn không dùng ứng suất trước:
Gia cường cánh trên giàn bằng các thanh phân nhỏ được thực hiện theo trình tự công nghệ, bao gồm việc chuẩn bị thanh giàn tại vị trí liên kết, dỡ tải giàn và giảm bớt tải trọng tạm thời trên mái.
Các bước tính toán thiết kế gia cường kết cấu giàn
Dựa trên nội dung đã đề cập, quá trình tính toán và thiết kế gia cường kết cấu giàn có thể được thực hiện theo các bước sau đây.
Bước 1: Kiểm toán kết cấu giàn hiện có:
Cần tiến hành nghiên cứu kỹ lưỡng các tài liệu kỹ thuật liên quan đến kết cấu giàn hiện có, bao gồm bản vẽ thi công, hoàn công, văn bản điều chỉnh thiết kế và tài liệu nghiệm thu Việc kiểm tra chất lượng vật liệu thép thông qua lấy mẫu hoặc báo cáo thí nghiệm là cần thiết, đồng thời quan sát kết cấu để đánh giá mức độ gỉ sét và chất lượng đường hàn Nếu cần, cũng nên kiểm tra công tác bảo trì của chủ công trình để đảm bảo an toàn và hiệu quả sử dụng.
Xác định tải trọng thực tế và xây dựng sơ đồ tính toán phù hợp với hoạt động của kết cấu là bước quan trọng Tiến hành tính toán nội lực và chuyển vị, đồng thời kiểm tra thiết kế kết cấu của các thanh và nút liên kết, giúp đánh giá chính xác hiện trạng làm việc của kết cấu.
Bước 2: Lựa chọn giải pháp gia cường, thực hiện tính toán thiết kế gia cường
- Trên cơ sở đánh giá hiện trạng làm việc kết cấu, lựa chọn giải pháp gia cường:
(1) tăng tiết diện: thanh giàn hoặc nút liên kết;
(2) thay đổi sơ đồ kết cấu, hoặc
(3) sử dụng giải pháp giảm tải (nếu có)
Giải pháp gia cường dự kiến sẽ bao gồm việc lập sơ đồ kết cấu mới, tính toán tải trọng và xác định nội lực cũng như chuyển vị của kết cấu.
Kiểm tra khả năng chịu lực của các cấu kiện thanh và chi tiết liên kết gia cường trong kết cấu giàn là rất quan trọng Cần xác định sự cần thiết của việc dỡ tải và đảm bảo an toàn cho kết cấu trong quá trình gia cường Điều này được thực hiện thông qua việc kiểm tra ứng suất ở tiết diện thanh và tại các đường hàn, tương ứng với tải trọng thường xuyên.
Bước 3: Xây dựng chỉ dẫn kỹ thuật thi công
- Chi tiết kỹ thuật cần chỉ rõ về yêu cầu công tác gia cường, tính năng vật liệu gia cường và một số lưu ý trong quá trình thi công
- Xem xét, đề xuất giải pháp kiểm định kết cấu trước khi đưa vào sử dụng,
Bước 4: Kiểm tra lại kết cấu giàn (nếu có)
Trong trường hợp lựa chọn giải pháp gia cường, nếu tiết diện thanh giàn hoặc sơ đồ tính có sự khác biệt đáng kể so với giả thiết ban đầu, chẳng hạn như độ lệch tâm của tiết diện hoặc việc bổ sung trọng lượng của kết cấu gia cường, cần thiết phải thực hiện tính toán lại từ Bước 2.
- Cũng có thể, căn cứ kết quả kiểm định kết cấu để điều chỉnh giải pháp thiết kế (nếu cần).
