Đề xuất phương án hợp lý để sửa chữa hoặc gia cường kết cấu bê tông cốt thép cho các công trình nhà sản xuất của công ty sanest khánh hòa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ VĂN VIÊN ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN HỢP LÝ ĐỂ SỬA CHỮA HOẶC GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP CHO CÁC CÔNG TRÌNH NHÀ SẢN XUẤT CỦA CÔNG TY SANEST KHÁNH HÕA Chuyên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ VĂN VIÊN

ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN HỢP LÝ

ĐỂ SỬA CHỮA HOẶC GIA CƯỜNG KẾT CẤU

BÊ TÔNG CỐT THÉP CHO CÁC CÔNG TRÌNH NHÀ

SẢN XUẤT CỦA CÔNG TY SANEST KHÁNH HÕA

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình Dân dụng và Công nghiệp

Mã số: 60.58.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN QUANG TÙNG

Phản biện 1: PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG

Phản biện 2: TS LÊ KHÁNH TOÀN

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng công trình Dân dụng và Công

nghiệp họp tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 07 tháng

07 năm 2018

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

- Thư viện Khoa Xây dựng dân dụng và Công nghiệp, Trường Đại học

Bách khoa - Đại học Đà Nẵng

Các phương pháp gia cố, sửa chữa công trình thường hay được sử dụng cho công trình bê tông cốt thép có thể là dán tấm gia cường FRP hoặc tấm chất dẻo có cốt sợi, tăng kích thước tiết diện chịu lực hoặc bổ sung thêm cốt thép dọc Tuy nhiên, việc chọn lựa phương pháp gia cố và áp dụng cho công trình nhà Yến vốn

là một công trình đặc thù lại chưa được nghiên cứu và áp dụng

Do đó đề tài này được thực hiện theo hướng tìm hiểu, thu thập thông tin của các công trình nhà Yến bị xuống cấp, hư hỏng trên địa bàn thành phố để đưa ra phương án sửa chữa, gia cố hiệu lẫn về mặt kỹ thuật cũng như kinh tế

Như vậy định hướng thực hiện của luận văn:

Đề xuất phương án hợp lý để sửa chữa hoặc gıa cường kết cấu bê tông cốt thép

cho các công trình nhà sản xuất của công ty Sanest Khánh Hòa

là có ý nghĩa thực tiễn cao và đáp ứng yêu cầu đặt ra của một luận văn cao học theo định hướng ứng dụng

2 Mục tiêu của đề tài

a) Mục tiêu tổng quát: Đề xuất phương án hợp lý để sửa chữa một cách hiệu quả nhất các dầm bê tông cốt thép bị xuống cấp trong các nhà Yến

- Phân tích ưu nhược điểm về mặt kỹ thuật và kinh tế của các phương pháp sửa chữa cho dầm bê tông cốt thép;

- Nghiên cứu áp dụng cho việc sửa chửa dầm bê tông cốt thép cho công trình nhà Yến;

- Đưa ra kiến nghị khi sửa chữa các dầm bê tông cốt thép cho các công trình nhà Yến tương tự

3 Đối tượng nghiên cứu:

Các dầm bê tông cốt thép bị hư hỏng, xuống cấp

4 Phạm vi nghiên cúu:

Nghiên cứu được thực hiện để áp dụng cho các công trình nhà Yến

5 Phương pháp nghiên cứu:

 Nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của nhà Yến, các tính chất đặc thù của công trình nhà Yến;

- Nghiên cứu các phương pháp sửa chữa, gia cố công trình bê tông cốt thép;

- Phân tích ưu nhược điểm về mặt kỹ thuật và kinh tế của các phương pháp sửa chữa dầm bê tông cốt thép;

1.2 Tổng quan về hiện trạng các công trình nhà Yến bê tông cốt thép được

xây dựng trên địa bàn Tỉnh Khánh Hòa

1.3 Kết luận Chương 1

Chương 2: Các phương án sửa chữa, gia cố dầm bê tông cốt thép

2.1 Nguyên nhân gây hư hỏng kết cấu

2.2 Các phương án sửa chữa kết cấu bê tông cốt thép

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH SẢN XUẤT CỦA CÔNG TY

SANEST KHÁNH HÒA 1.1 Tổng quan về nguyên lý hoạt động và tình hình hoạt động của các công trình sản xuất của công ty SANEST KHÁNH HÒA

1.1.1 Sự hình thành và phát triển của SANEST KHÁNH HÒA

1.1.2 Các công trình sản xuất của công ty SANEST KHÁNH HÒA

Trụ sở chính

Trụ sở Sanest Khánh Hòa

Công trình nhà Yến

Bên trong nhà Yến

nở chim con tại các Đảo và các trung tâm nghiên cứu cũng bị xuống cấp do ăn mòn có dấu hiệu bong tróc nổ thép trại các kết cấu dầm,sàn

Dầm bê tông ở nhà Yến bị bong tróc bê tông, bị võng

Dầm bê tông ở nhà máy chế biến bị nứt và bong tróc tại đầu dầm

1.1.5 Nguyên nhân hư hỏng kết cấu

Một số nguyên nhân và cơ chế hư hại chủ yếu của các công trình có thể tóm lược như sau:

- Sự han rỉ của kim loại, bao gồm cả các loại cốt thép của bê tông

- Các quá trình lý hóa, do phản ứng alkali- silica, sự tạo thành tinh thể ettringite, tác động ăn mòn sulfat trên bê tông

- Các hư hỏng do cơ học như hiện tượng tróc vỡ hoặc ăn mòn bê tông, do quá tải cũng ảnh hưởng đến tất cả các dạng vật liệu

- Bê tông dễ bị hư hỏng do các nguyên nhân vật lý (bị mài mòn) và nguyên nhân hóa học (tác động clorua và sulfate, các phản ứng kết hợp v.v)

- Sự ăn mòn cốt thép cùng với sự thâm nhập lớp phủ bê tông bởi các ion clorua và oxy, là nguyên nhân chủ yếu của sự biến chất bê tông

- Tác động sulfat hóa của các phần tử nước biển lên hợp chất canxi hydroxit (Ca(OH)2) và tri-canxi aluminat (Xelit hay C3A) của hồ xi măng đông cứng

có thể dẫn đến sự mềm hóa và biến chất bê tông Nếu có hiện tượng mềm hóa xảy ra trên diện rộng bề mặt bê tông khi đó bê tông sẽ bị hư hỏng

1.2 Kết luận

Các công trình sản xuất của công ty Sanest Khánh Hòa hiện đang vận hành

ổn định, góp phần lớn vào doanh thu của công ty Tuy nhiên một số hạng mục đã

bị hư hỏng cần phải kịp thời sửa chữa để có thể phục vụ cho sự phát triển bền vững và lâu dài của công ty Một số kết cấu chịu lực chính của công trình nhà Yến

bị bong tróc cốt thép và có độ võng cao, gây ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thu lượm tổ yến Tại nhà máy chế biến thực phẩm, có một số vị trí bị hư hỏng tại vị trí đầu dầm cần phải sửa chữa để đảm bảo an toàn khi vận hành nhà máy Trong các chương tiếp theo, luận văn sẽ đề cập đến các phương pháp sửa chữa, gia cố các kết cấu chịu lực này một cách hiệu quả nhất

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG ÁN SỬA CHỮA – GIA CỐ DẦM BTCT

Trong chương này, luận văn đề cập đến các phương án gia cố và sửa chữa dầm bê tông cốt thép Các công thức giải tích đánh giá khả năng chịu lực của dầm trong từng phương pháp sẽ được tổng hợp và nêu tường minh Làm cơ sở cho việc lựa chọn phương án sửa chữa hiệu quả các dầm bê tông cốt thép bị hư hỏng trong các công trình sản xuất của công ty Sanest

Phương án tăng cường chiều cao vùng nén

2.1 Gia cường bằng phương pháp tăng kích thước tiết diện

2.2 Gia cường bằng phương pháp dán tấm thép

2.3 Gia cường khả năng chịu uốn bằng phương pháp thay đổi sơ đồ kết cấu 2.4 Kết luận chương

Trong chương này, các phương pháp gia cường khả năng chịu uốn và chịu cắt cho dầm bê tông cốt thép bị suy giảm khả năng chịu lực đã được tổng hợp và

đề xuất Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm và khả năng áp dụng riêng cho từng trường hợp Để có thể tính toán gia cường cho dầm bê tông cốt thép, cần phải xác định được khả năng chịu lực còn lại của kết cấu, trên cơ sở đó đề xuất cấu tạo gia cường theo các phương pháp khác nhau Các công thức giải tích tường minh của các biện pháp gia cường được nêu ra trong chương này, ưu nhược điểm của từng phương pháp sẽ là cơ sở để lựa chọn phương áp tối ưu cho việc gia cường khả năng chịu lực cho các cấu kiện chịu lực chính đã bị hư hỏng trong các công trình sản xuất của công ty Sanest

CHƯƠNG 3

ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN SỬA CHỮA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP CHO

CÁC CÔNG TRÌNH SẢN XUẤT CỦA CÔNG TY SANEST

Trong chương này của luận văn, các phương án gia cố kết cấu bê tông cốt thép sẽ được đề xuất để sửa chửa, gia cố cho 1 dầm bê tông cốt thép bị hư hỏng trong phạm vi công trình sản xuất của công ty SANEST Khánh Hòa

Các số liệu về cường độ bê tông, bố trí cốt thép cũng như kích thước hình học của dầm sẽ được đo đạc tại hiện trường Các số liệu này được coi như là đáng tin cậy và được sử dụng để xác định khả năng chịu lực của kết cấu Trong trường hợp không đảm bảo khả năng chịu lực, luận văn sẽ kiến nghị phương án sửa chữa

Các phương án sửa chữa được đưa ra phải phù hợp với yêu cầu kỹ thuật cũng như hợp lý nhất về mặt kinh tế

3.1 Đo đạc hiện trường

3.1.1 Địa điểm thực hiện

Công tác đo đạc hiện trường được thực hiện tại công trình Nhà Yến của công ty SANEST Khánh Hòa, đặt tại thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa

Tại công trình này có một dầm bê tông cốt thép bị xuống cấp, võng nhiều và sắp có dấu hiệu phá hoại Do đó cần phải đo đạc hiện trường để đề xuất phương án

xử lý

Hình 3-1 Dầm bị hư hỏng

Bảng 3-1 Kết quả đo đạc xác định cường độ bê tông của dầm D1

STT Vùng thử Trị số bật nẩy

trung bình N

Cường độ bê tông sau hiệu chuẩn

Ghi chú

3.2 Xác định khả năng chịu lực còn lại của kết cấu

3.2.1 Cường độ bê tông hiện trường

Giá trị cường độ trung bình của bê tông được đo tại hiện trường là: R m 16.4MP a

Cường độ đặc trưng R ch 0.778R m 12.448M Pa

Cường độ tiêu chuẩn R bn 0.778R c h 8.714MPa

Cường độ tính toán b 7.26

kc bn

Hình 3-2 Sơ đồ làm việc của dầm đang xét

Hình 3-4 Biểu đồ mô men dầm

3.2.4 Xác định khả năng chịu lực uốn hiện tại của dầm

Dầm được liên kết toàn khối với sàn nên khi tính toán với mô men dương (kéo thớ dưới), bản sàn được kể vào trong tính toán Độ vươn sải cánh được tính theo tiêu chuẩn TCVN 5574-2012 và có giá trị S c 480mm Vậy bề rộng cánh chịu nén của dầm được tính như sau: '

2 c 200 2 480 1160

f

Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo: a 28mm

Chiều cao làm việc của tiết diện: h0 h a 272mm

Kiểm tra vị trí trục trung hòa, nhận thấy * *

b

S S f S

3.3 Các phương án gia cố kết cấu

3.3.1 Phương án tăng cường chiều cao vùng nén

Phương án đưa ra là gia cường thêm chiều cao vùng nén của dầm Do phía trên dầm là sàn và ít người qua lại nên phương án này khả dĩ có thể thực hiện được

Do bê tông cũ có cường độ gần tương đương với bê tông có cấp độ bền B15 nên ta chọn bê tông gia cường cho dầm cũng có cấp độ bền B15

Tạm thời bỏ qua trọng lượng lớp bê tông gia cường, có thể tính được chiều dày lớp bê tông gia cường như sau:

*

6

9.9 10

103.446 0.85 280 402.12

S S S

mm

m R

M h

A

Do chưa kể đến trọng lượng bê tông gia cố, do đó cần phải chọn h lớn hơn giá trị tính toán thì khi kiểm tra mới thỏa mãn khả năng chịu lực Trong trường hợp này, chọn h 150 m m

Tải trọng do phân bê tông gia cố: q1 0.7 5kN m/

Tổng giá trị mô men do ngoại lực sau khi gia cố dầm: M 37.2kNm

Sau khi gia cố, chiều cao vùng nén được tính lại như sau:

*

0.85 280 402.12

56.297 8.5 200

Khả năng chịu uốn của dầm sau khi gia cố:

* 0

56.297 ) 0.85 280 402.12 272 150

37.693

(

S S S gh

x

k

h N

A m

Đảm bảo khả năng chịu lực

3.3.2 Phương án tăng cường bê tông vùng kéo và thêm cốt thép chịu kéo

Giả thiết tăng chiều cao dầm thêm xuống phía dưới một đoạn là h 50 m m

Sơ bộ chọn diện tích cốt thép cần gia cường thêm:

6

2 0

9.9 10

184.55 0.85 280 0.7

St

St St

mm m

M A

Tải trọng do phân bê tông gia cố: q1 0.38 5kN m/

Tổng giá trị mô men do ngoại lực sau khi gia cố dầm: M 36.31kNm

Khả năng chịu uốn của dầm sau khi gia cố:

Cường độ chịu kéo của bản thép R S 280 MPa

Sơ bộ chọn diện tích cốt thép cần gia cường thêm:

2

9.9 10

154.068 0,85 0.9 0.85 280 0.9 300

b

f

S b

Tổng giá trị mô men do ngoại lực sau khi gia cố dầm: M 35.389kNm

Khả năng chịu uốn của dầm sau khi gia cố:

Đảm bảo khả năng chịu lực

3.3.4 Phương án thêm gối tựa phụ

Căn cứ vào tình trạng chịu tải của dầm kết hợp với điều kiện sử dụng công trình có thể cho phép áp dụng phương pháp gia cố bằng cách đặt thêm một hàng cột tại giữa nhịp

Dầm được gia cố theo hai phương án:

- Phương án 1: Dỡ toàn bộ hoạt tải, lúc này dầm chỉ chịu tĩnh tải, đặt thêm cột phụ vào vị trí giữa dầm Như vậy dầm sẽ có 2 giai đoạn làm việc:

+ Giai đoạn 1: Dầm làm việc như một dầm đơn giản chịu tĩnh tải;

+ Giai đoạn 2: Lúc này đặt thêm gối tựa phụ, gối tựa phụ này hoàn toàn không chịu tĩnh tải mà chỉ chịu hoạt tải Dầm làm việc như một dầm liên tục

2 nhịp chịu hoạt tải

Tổng mô men của hai giai đoạn làm việc là mô men thực tế trên xuất hiện trên dầm Phương án này không thể loại bỏ chuyển vị hiện có của dầm đang xét

- Phương án 2: Loại bỏ chuyển vị của dầm đang xét bằng cách loại bỏ hoạt tải trên dầm, dùng kích thủy lực kích dầm về trạng thái tự nhiên, không có chuyển vị và sau đó đặt gối tựa phụ tại vị trí giữa dầm

Tính toán theo phương án này, dầm làm việc như một dầm liên tục chịu cả tĩnh tải và hoạt tải

Trong phạm vi của luận văn, do hạn chế về việc đo đạc hiện trường, không kiểm tra được sự bố trí cốt đai trong dầm nên luận văn chỉ giới hạn trọng việc kiểm tra khả năng chịu uốn của dầm chứ không kiểm tra khả năng chịu cắt của dầm sau khi gia cố

 Trình tự các bước tính toán như sau

- Vẽ sơ đồ tính toán nguyên trạng, vẽ biểu đồ mômen M g dưới tác dụng của tải trọng tĩnh (trọng lượng bản thân):

gd=10.349 kN/m

Mg=20.04 kNm

Hình 3-6 Biểu đồ mô men M g do tĩnh tải gây ra

- Tính toán nội lưc và biểu đồ mômen M p dưới tác dụng của hoạt tải cho dầm

đã đặt thêm gối tựa phụ:

2.2m

pd=7.92 kN/m

2.2m

Mp=-3.13 kNm

Hình 3-7 Biểu đồ mô men M p do hoạt tải gây ra

- Tính toán nội lực và vẽ biểu đồ bao mô men M do tĩnh tải và hoạt tải gây ra

M = M g + M p

M=16.91kNm

Hình 3-8 Biểu đồ mô men M do tĩnh tải và hoạt tải gây ra

Nhận thấy mô men trên dầm vẫn căng dưới hoàn toàn, giá trị mô men lớn nhất trên dầm là M 16.91 (kNm), bé hơn khả năng chịu lực của tiết diện

*

* 0

*

) 25.488 2

qd=18.269 kN/m

2.2mM=-7.21 kNm

Hình 3-9 Sơ đồ tính dầm – Biểu đồ mô men

Khi tính toán theo phương án này, biểu đồ mô men trên dầm đã có sự thay đổi Tại vị trí gối tựa, có giá trị mô men âm M 7.21(kNm) thay vì là mô men dương như trước đây Cần phải kiểm tra khả năng chịu lực của dầm tại vị trí này

Cấu tạo tiết diện tại vị trí này được thể hiện như hình bên dưới:

b=200

h=300 2d16

2d12

Hình 3-10 Cấu tạo cốt thép tại vị trí giữa dầm

Khả năng chịu lực của dầm tại vị trí này được xác định như sau:

- Chiều cao vùng nén được xác định theo công thức sau:

*

37.07 7.261 200

S b

ứng suất kéo và ứng suất giữa lớp gia cường và bê tông vượt qua cường độ chịu kéo, cắt của bê tông, mặc dù các ứng suất này còn nhỏ hơn nhiều so với cường độ chịu lực của lớp keo dính Điều này cho thấy chất lượng cũng như khả năng của việc gia tăng sức chịu tải của kết cấu khi thực hiện gia cường phụ thuộc rất nhiều vào cường độ chịu kéo của bê tông Nghĩa là, để đảm bảo khả năng sử dụng tối ưu của vật liệu gia cường thì cường độ bê tông cần đạt được giá trị tối thiểu có thể xác định nhờ khảo sát kỹ thuật Theo như tiêu chuẩn ACI440.2R-08 [11] qui định thì cường độ chịu nén tối thiểu của bê tông khi gia cường là 17 MPa

Các số liệu đo đạc hiện trường cho thấy bê tông ở dầm bị hư hỏng tại công trình nhà yến chỉ có cường độ hiện trường là 16MPa và cường độ tính toán của bê tông chỉ là 7.26 MPa Vậy nên phương án dán tấm CFRP để gia cường kết cấu không mang lại hiệu quả Trong phạm vi luận văn, tác giả sẽ không đề cập đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của phương án này

3.4 So sánh chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật giữa các phương án gia cường kết cấu

3.4.1 Khối lượng vật liệu sử dụng gia cường

Trong phần này, khối lượng vật liệu sử dụng cho các phương pháp gia cường kết cấu được tính toán để làm cơ sở cho việc tính chi phí sửa chữa, gia cố công trình Các thông kê chi tiết sẽ được thể hiện trong các bảng bên dưới:

Bảng 3-3: Phương án tăng cường tiết diện bê tông chịu nén

Bảng 3-4: Phương án tăng cường tiết diện bê tông chịu kéo kết hợp cốt thép chịu

kéo

2 Lắp đặt ván khuôn m2 0.2*4.4+2*0.05*4.4 1.32

4 Cốt thép dọc d14 kg 2*3.14*0.014^2*4.2*7850/4 10.145528

5 Cốt thép đai d6 kg 30*0.5*2*3.14*0.006^2*7850/4 6.65523