Các cấu kiện dầm BTCT khi có các khuyết tật ảnh hưởng đến khả năng chịu lực (KNCL) hoặc không đảm bảo độ cứng thì cần tiến hành gia cường để đảm bảo KNCL và khả năng sử dụng bình thường của cấu kiện. Biện pháp gia cường phổ biến và tương đối dễ thực hiện nhất hiện nay là biện pháp đổ bù tăng tiết diện.
KẾT CẤU - CƠNG NGHỆ XÂY DỰNG TÍNH TỐN GIA CƯỜNG ĐỔ BÙ TĂNG TIẾT DIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ KỂ ĐẾN SỰ HƯ HỎNG CỦA DẦM DO NỨT THEO TÀI LIỆU CỦA VIỆN NGHIÊN CỨU NHÀ VÀ CÔNG TRÌNH CƠNG NGHIỆP - LIÊN BANG NGA TS CAO DUY BÁCH Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Các cấu kiện dầm BTCT có khuyết tật ảnh hưởng đến khả chịu lực (KNCL) không đảm bảo độ cứng cần tiến hành gia cường để đảm bảo KNCL khả sử dụng bình thường cấu kiện Biện pháp gia cường phổ biến tương đối dễ thực biện pháp đổ bù tăng tiết diện Việc tính tốn gia cường đổ bù tăng tiết diện đa số bỏ qua ảnh hưởng khuyết tật dầm bê tông hữu đến khả làm việc tổng thể dầm sau gia cường coi dầm gia cường cấu kiện liền khối ngun vẹn Bài báo trình bày cách tính tốn gia cường theo phương pháp đổ bù tăng tiết diện có tính đến ảnh hưởng khuyết tật dầm hữu theo [1] Từ khóa: Nứt dầm, đổ bù tăng tiết diện, gia cường, hư hỏng, tổn hại, hướng dẫn Abstract: Reinforced concrete defected beams, which influence to the bearing capacity and the stiffness of the beams, shall be strengthened to ensure their bearing capacity and normal services of the beams The common and simple strengthening method is to enhance the cross-section of the beam.The calculation of the beam with increased section usually ignoring the effect of defects of the exist beam on the overall working ability of the new beam after strengthen considering a beam with a new monolithic structure This paper presents the calculation of the strengthen beam according to the method of increasing sectional compensation with considering the effect of defects on existing beams under document [1] - Thiếu sót tính tốn thiết kế dẫn đến khả chịu lực dầm không đủ chịu lực thực tế; - Các sơ sót thi cơng dẫn đến cấu kiện không đủ cốt thép chịu lực thiết kế bê tông không đạt chất lượng thiết kế; - Các tải trọng tác động đột ngột khơng kể đến tính tốn thiết kế thiên tai, bão lũ, động đất… hay thay đổi mục đích sử dụng với hoạt tải tăng lớn so với thiết kế dẫn đến khả chịu lực dầm không đủ đảm bảo Các kết cấu xuất vết nứt, độ võng mức cho phép quy định TCVN gây thấm dột, bất an cho người sử dụng, phá hỏng lớp hoàn thiện liên kết hoàn thiện sàn (như tường, kính, vách ngăn) nghiêm trọng gây nguy hiểm cho người sử dụng kết cấu có dấu hiệu bất thường cần kiểm tra, không đảm bảo yêu cầu sử dụng khả chịu lực kết cấu cần phải tính tốn tiến hành gia cường theo quy định Có nhiều phương án gia cường dầm BTCT như: sử dụng vật lệu composite, sử dụng thép hình, gối tựa, đổ bù tăng tiết diện… Tuy nhiên, trường hợp dầm khơng đủ độ cứng phương pháp đổ bù tăng tiết diện phương pháp tối ưu việc tăng cường độ chịu lực độ cứng dầm Bài báo tập trung trình bày phương án gia cường đổ bù tăng tiết diện theo hướng dẫn [1] Các phương án gia cường lý thuyết tính tốn 2.1 Các phương án gia cường phương án đổ bù tăng tiết diện Key words: Cracked beam, backfill, cross section, reinforcement, damage (damage), instructions Trong phạm vi gia cường dầm phương pháp đổ bù tăng tiết diện, có số phương pháp phổ biến hay sử dụng sau: Đặt vấn đề Sự cần thiết gia cường dầm BTCT: có nhiều nguyên nhân dẫn đến hư hỏng cấu kiện BTCT nói chung dầm nói riêng như: - Phương án 1: Đổ bù tăng tiết diện bê tơng lớp bê tơng bao ngồi bốn mặt; - Phương án 2: Đổ bù tăng tiết diện bê tơng lớp bê tơng bao ngồi mặt đáy dầm hơng Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2020 KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG dầm, mặt dầm xử lí lớp tăng cường mỏng chống ăn mòn cốt thép Phương án biến thể phương án 1, cho phép xử lí bề mặt dầm sàn tốt lớp bọc không lồi lên nhiều khỏi mặt sàn; - Phương án 3: Đổ bù thêm lớp bê tơng đáy dầm Phương án gia cường Hình Gia cường dầm toàn khối lớp phủ bê tông - Dầm cần gia cường (được tạo nhám); – Lớp phủ bê tông; - Sàn; – Lỗ mở sàn để luồn thép đai đổ vữa; – Thép cấu tạo; – Thép xiên chịu cắt; – Thép chịu lực; – Thép đai Phương án gia cường Hình Gia cường dầm tồn khối lớp phủ bê tơng, mặt dùng lớp bọc tăng cứng – Dầm cần gia cường; – lớp phủ bê tông; – Thép chịu lực dầm mới; - Thép cấu tạo; – Thép đai; – Tạo nhám bề mặt; – Lớp bọc tăng cường Phương án gia cường 1/ Cấu kiện dầm cần gia cường 2/ Lớp đổ thêm dầm 3/ Thép dọc chịu lực 4/ Thanh hàn xiên nối thép chịu lực cũ 5/ Thép chịu lực cũ 6/ Thép đai móc vào thép chịu lực cũ 10 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2020 KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Hình Đổ bù thêm lớp bê tông đáy dầm 1/ Cấu kiện dầm cần gia cường; 2/ Thép chịu lực cũ; 3/ Thép chịu lực mới; 5/ Thanh hàn xiên nối thép chịu lực cũ mới; 6/ Thép ngang 2.2 Các bước tính tốn 2.2.1 Hệ số suy giảm khả chịu lực kết cấu gia cường K: hệ số đánh giá mức độ ảnh hưởng hư hại kết cấu cũ đến khả chịu lực kết cấu sau gia cường Hệ số K theo [1] lấy theo bảng sau: Bảng Bảng tra hệ số suy giảm khả chịu lực kết cấu sau gia cường [1] Phân loại trạng thái kỹ thuật Đặc trưng hư hỏng Biện pháp yêu cầu Trạng thái tiêu chuẩn Khơng có thiệt hại rõ ràng, cho Khơng cần sửa chữa thấy khả chịu lực công trình giảm Trạng thái đủ khả Có suy giảm khả chịu lực Yêu cầu phục hồi lớp bê tông bảo vệ cho làm việc kết cấu không đáng kết cấu bê tông cốt thép lớp phủ kể (đến 5%) chống ăn mòn cho cốt thép Trạng thái khả Có hư hỏng đáng kể dẫn đến Yêu cầu sửa chữa gia cố kết cấu (sửa chữa làm việc hạn chế suy giảm khả chịu lực nhỏ) kết cấu Hệ số suy giảm KNCL kết cấu gia cường K Trạng thái khơng đủ Có hư hỏng đáng kể dẫn đến Yêu cầu sửa chữa gia cố kết cấu (sửa chữa khả làm việc kết cấu khơng có khả đáp lớn), trước hoàn thành sửa chữa cần có ứng sử dụng biện pháp giảm tải cho kết cấu hư hại Tình trạng nguy hiểm Yêu cầu thực biện Yêu cầu thay kết cấu sửa chữa pháp chống tạm dỡ tải cho tổng thể, toàn diện cho kết cấu kết cấu x 2.2.2 Phương pháp tính tốn kết cấu gia cường: tính toán theo phương pháp trạng thái giới hạn Rs As Rbb 0,85 0,7 0,55 0,35 (1) Điều kiện cần đảm bảo: x ≤ 0,55ho, Rs - cường độ chịu kéo tính tốn cốt thép ứng với trạng thái giới hạn thứ nhất; As - tổng diện tích thép chịu kéo (gồm gia cường); Rb - cường độ chịu nén tính tốn dọc trục bê tơng ứng với trạng thái giới hạn thứ nhất; b - chiều rộng tiết diện - Hình Mặt cắt tiết diện gia cường - Tính tốn KNCL tiết diện Tính tốn chiều cao vùng nén tiết diện Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2020 Khả chịu lực tiết diện tính tốn: Mo = Rbbx(ho - 0,5x)K (2) b - chiều rộng tiết diện; x - chiều cao vùng bê tông chịu nén; ho - chiều cao làm việc tiết diện; 11 KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG K - hệ số suy giảm khả chịu lực lấy theo bảng tra nêu Điều kiện cần đảm bảo: Mo > Mmax – Moment tính tốn Kiểm tra điều kiện chịu lực cắt tiết diện: - Q 0.3Rb bho 2h 1 o l (3) l - nhịp dầm Tính tốn liên kết bê tông cũ để kiểm tra điều kiện làm việc đồng thời lớp bê tơng - Tính tốn ứng suất tiếp khu vực tiếp xúc bê tông cũ: Q b(hb 0.5 x) 3.1 Trình tự gia cố dầm Bước 1: Kiểm tra trạng cơng trình tiến hành đo đạc xác định độ võng bề rộng vết nứt kết hợp với việc tính tốn kiểm tra theo tiêu chuẩn thiết kế Nếu độ võng KNCL không đảm bảo, tiến hành (4) Q - lực cắt tiết diện xem xét - Kiểm tra điều kiện làm việc đồng thời bê tông cũ sau: τ ≤ 1,57Rbt - Nếu điều kiện τ ≤ 1,57Rbt khơng thỏa mãn, cần tăng kích thước tiết diện gia cường có biện pháp khác tăng cường khả làm việc đồng thời bê tông cũ Giả thiết lưu ý tính tốn: - Kết cấu gia cường làm việc kết cấu đúc liền nhất; - Cốt thép kết cấu cũ cốt thép bổ sung để gia cường, trạng thái giới hạn, đạt cường độ tính toán loại thép sử dụng; - Cốt thép dọc kết cấu cũ, đặt cách cạnh chịu kéo tiết diện gia cường khoảng lớn 0,5.(h-x) coi cốt dọc làm việc 12 trạng thái giới hạn, 80% cường độ thiết kế, nghĩa 0,8Ra; - Cốt đai cũ cốt đai làm việc đồng thời; - Nếu gia cường điều kiện tải trọng vượt 65% tổng tải trọng (tĩnh tải + hoạt tải) cường độ bê tơng thép phải nhân với hệ số 0,8 Như đơn vị thiết kế nên khống chế tải trọng thi công cho tổng tải trọng thi công (người + thiết bị) tải trọng thân cấu kiện < 65% tổng tải trọng tính tốn Ví dụ tính tốn cho cơng trình thực tế gia cường dầm, phương pháp gia cường phần 1.2 Bước 2: Tính tốn xác định tiết diện bê tông, cốt thép cấu kiện sau gia cường Dầm sau gia cường cần đảm bảo trạng thái giới hạn thứ thứ hai Bước 3: Tiến hành thi công đổ bù tăng tiết diện: lập BPTC, chọn vật liệu thi công phù hợp, lắp dựng cốt thép, cốt pha, đổ bê tơng, bảo dưỡng tháo dỡ cốt pha 3.2 Tính tốn cơng trình thực tế Mặt bằng: Cơng trình có mặt rộng Trong phạm vi báo lấy ví dụ cho dầm dầm phụ tầng để tính tốn Dầm DGC4-1 (Từ TD 30x70cm lên 42x93cm) Dầm phụ DGC4-3 DGC 4-4 (Từ TD 22x50cm lên 34x73cm) Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2020 KẾT CẤU - CƠNG NGHỆ XÂY DỰNG Hình Mặt cơng trình tính tốn Tính tốn kiểm tra trước gia cường Nội lực tính tốn xuất từ mơ hình Safe với thành phần tải: Tải toàn phần: Tĩnh tải + Hoạt tải Tải trọng dài hạn: Tĩnh tải + Phần dài hạn hoạt tải Bảng Tính tốn độ võng dầm DGC4-1 trước gia cường với trường hợp đầu ngàm có nhịp L: 9.3m Tỉ lệ tương quan chiều cao/ nhịp = 1/13.3 Đầu trái dầm Nhịp dầm Đầu phải dầm Tiết diện dầm 30x70cm 30x70cm 30x70cm Thép vùng kéo 6Ø28 3Ø25 6Ø28 Thép vùng nén 3Ø25 3Ø28 3Ø25 Nội lực tải toàn phần 351kNm 239kNm 448kNm Nội lực tải dài hạn 306kNm 210kNm 391kNm Thông tin Độ võng dầm tính tốn ftt=2.18cm[f]=3.84cm Ơ sàn kể tính tốn theo EC2 với độ võng dài hạn phần mềm SAFE theo [4] để kiểm tra đối chứng Kết độ võng dài hạn tính phần mềm SAFE theo EC2 ô sàn: 5,52cm > [f]=4.94cm Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2020 13 KẾT CẤU - CƠNG NGHỆ XÂY DỰNG Hình Ơ sàn tính tốn theo [4] với độ võng dài hạn phần mềm SAFE Đánh giá: Dựa thực tế trường nhận thấy dầm phụ có độ võng tính tốn vượt q giới hạn cho phép Vậy cần tính tốn gia cường bê tơng cốt thép phương pháp đổ bù tăng tiết diện nhằm tăng độ cứng dầm; - - Q trình tính tốn bỏ qua làm việc đồng thời dầm dầm phụ Tuy nhiên, thực tế muốn tăng độ cứng dầm phụ cần tăng độ cứng dầm để tăng độ cứng tổng thể hệ Tính tốn gia cường: Bảng Tính tốn gia cường dầm DGC4-1 Dầm Dầm Dầm phụ DGC4-1 (Gối) DGC4-1 (Nhịp) DGC4-3 (Nhịp) 42x93cm 42x93cm 34x73cm 6Ø28 3Ø25 3Ø20 As thép cũ 36.93cm 14.72cm 9.42cm Thép 4Ø32 3Ø22 3Ø22 32.17cm 11.40cm 11.40cm Momen tính tốn 60Tm 32.5Tm 29Tm Mo 110Tm 50Tm 29.5Tm Kết M0 Mtt M0>Mtt M0>Mtt M0>Mtt Lực cắt tính tốn Qtt 33T 2.86T 5T Q0 146T 146T 84.4T Q0>Qtt Q0>Qtt Q0>Qtt Thông tin Tiết diện dầm Thép cũ As thép Kết Q0 Qtt Tính kiểm tra lại độ võng sau gia cường: Bảng Tính tốn gia cường dầm phụ DGC4-3 Đầu trái dầm Nhịp dầm Đầu phải dầm Tiết diện dầm 34x73cm 34x73cm 34x73cm Thép vùng kéo 3Ø22 3Ø20+3Ø22 3Ø22 Thép vùng nén 2Ø20+3Ø22 2Ø22 2Ø20+3Ø22 Nội lực tải toàn phần 290kNm Nội lực tải dài hạn 255kNm Thơng tin Độ võng dầm tính tốn 14 ftt=3,60cmQtt Thông tin Tiết diện dầm Thép cũ As thép Kết Q0 Qtt Tính kiểm tra lại độ võng sau gia cường: Bảng Tính tốn gia cường dầm phụ DGC 4-3 Đầu trái dầm Nhịp dầm Đầu phải dầm Tiết diện dầm 34x73cm 34x73cm