(1 - giàn mái; 2 - thanh cần gia cường; 3 - cầu trục; 4 - sàn thi công; 5 - tấm kê; 6 - kích)
Gia cƣờng giàn bằng cách sử dụng chống phụ, bằng cách sử dụng các phản lực của chúng nhƣ là một cách dỡ tải, theo đó cho phép điều chỉnh đƣợc trạng thái ứng suất trong các thanh giàn, nhƣ ở Hình 2.28. Trƣớc tiên ta gia cƣờng nút giàn tại vị trí dự kiến để đặt kích thủy lực, sau đó trên dầm cầu trục tiến hành lắp đặt gối đỡ rồi kích giàn lên với nội lực tính toán cần thiết nhằm loại bỏ thanh cần gia cƣờng ra khỏi sơ đồ làm việc của giàn. Giá trị nội lực đƣợc kiểm soát đồng thời bởi đồng hồ đo lực trên
kích và theo độ vồng của nút giàn xác định bởi máy đo độ võng. Song song với việc đó, dùng đatrix để kiểm soát ứng suất bên trong thanh cần gia cƣờng của giàn cũng nhƣ các thanh quy tụ vào nút gia cƣờng. Sau khi loại bỏ hoàn toàn thanh khỏi sơ đồ làm việc, có thể tiến hành gia cƣờng nó bằng cách hàn các thanh bổ sung hoặc thay thế hoàn toàn [24, tr 191].
2.9. Các bƣớc tính toán thiết kế gia cƣờng kết cấu giàn
Căn cứ vào nội dung của các mục trên đây đã đề cập, việc tính toán thiết kế gia cƣờng kết cấu giàn có thể thực hiện đƣợc theo các bƣớc dƣới đây.
Bƣớc 1: Kiểm toán kết cấu giàn hiện có:
- Cần nghiên cứu các tài liệu kỹ thuật của kết cấu giàn hiện có (bản vẽ thi công, hoàn công, văn bản điều chỉnh thiết kế, tài liệu nghiệm thu v.v…), kiểm tra chất lƣợng vật liệu thép (thông qua lấy mẫu hoặc báo cáo kết quả thí nghiệm vật liệu đầu vào), quan sát kết cấu để xác định mức độ gỉ sét và chất lƣợng đƣờng hàn, kiểm tra việc thực hiện công tác bảo trì công trình của chủ công trình (nếu cần).
- Tiến hành xác định tải trọng thực tế, xây dựng sơ đồ tính phù hợp với sự làm việc của kết cấu. Thực hiện tính toán nội lực – chuyển vị, kiểm toán thiết kế kết cấu thanh, nút liên kết nhằm kết luận hiện trạng làm việc của kết cấu.
Bƣớc 2: Lựa chọn giải pháp gia cƣờng, thực hiện tính toán thiết kế gia cƣờng
- Trên cơ sở đánh giá hiện trạng làm việc kết cấu, lựa chọn giải pháp gia cƣờng: (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).
- Với giải pháp gia cƣờng dự kiến, thực hiện việc lập sơ đồ kết cấu mới, tính toán tải trọng và xác định nội lực - chuyển vị của kết cấu.
- Đồng thời, kiểm tra khả năng chịu lực của các cấu kiện thanh và chi tiết liên kết gia cƣờng trong kết cấu giàn, kiểm tra sự cần thiết của việc dỡ tải và đảm bảo an toàn của kết cấu trong quá trình gia cƣờng thông qua kiểm tra ứng suất ở tiết diện thanh và ở đƣờng hàn ứng với tải trọng thƣờng xuyên.
Bƣớc 3: Xây dựng chỉ dẫn kỹ thuật thi công
- Chi tiết kỹ thuật cần chỉ rõ về yêu cầu công tác gia cƣờng, tính năng vật liệu gia cƣờng và một số lƣu ý trong quá trình thi công.
Bƣớc 4: Kiểm tra lại kết cấu giàn (nếu có)
- Trƣờng hợp lựa chọn giải pháp gia cƣờng, có tiết diện thanh giàn hoặc sơ đồ tính khác xa so với giả thiết ban đầu (ví dụ độ lệch tâm của tiết diện hoặc có kể thêm trọng lƣợng kết cấu gia cƣờng, v.v…), cần phải tính toán lại từ Bƣớc 2.
- Cũng có thể, căn cứ kết quả kiểm định kết cấu để điều chỉnh giải pháp thiết kế (nếu cần).
CHƢƠNG 3. VÍ DỤ TÍNH TOÁN
3.1. Ví dụ 1: Gia cƣờng thanh giàn bằng thay đổi sơ đồ cấu tạo
Nhƣ ở mục 2.3 đã giới thiệu một số cách để nâng cao khả năng chịu lực của giàn, dƣới đây sẽ thực hiện ví dụ minh họa giải pháp thay đổi sơ đồ cấu tạo qua việc sử dụng thanh phân nhỏ (giảm chiều dài tính toán thanh nhằm tăng khả năng chịu lực).
Thiết kế gia cƣờng cho thanh bụng xiên chịu nén của giàn có độ cong ban đầu, nhƣ ở Hình 3.1a [20, tr 460], độ cong ban đầu theo mặt phẳng của giàn tại điểm giữa của thanh là = 1,8cm, chiều dài hình học l = 400cm, nội lực thanh bụng xiên do tải trọng tính toán N = 280kN và nội lực tính toán tại thời điểm đo độ cong của thanh giàn khi không có hoạt tải tác dụng, N1 = 180kN. Thanh giàn đƣợc chế tạo từ vật liệu thép CCT34 có cƣờng độ vật liệu f = 21kN/cm2, tiết diện thanh cấu tạo từ hai thép góc đều cạnh 2L90x8 với chiều dày bản mã có chiều dày tbm = 1,2cm.
2L90x8 12 y y x x 1 1 1-1 b) 190 c) 1 1 2 200 200 a) CT- 1 CT-2
Hình 3.1. Gia cƣờng thanh bụng xiên chịu nén bằng thanh bụng phân nhỏ
Từ bảng tra thép góc ghép 2L90x8, ta có đƣợc các đặc trƣng hình học của tiết diện ghép nhƣ sau: diện tích tiết diện Ao = 27,8cm2; mô men quán tính Ixo =212cm4; vị trí trục tiết diện zo = 2,51cm; bán kính quán tính ixo= 2,76cm và iyo = 4,15cm (với bản mã có tbm = 1,2cm); mô men chống uốn, Wxo = 32,6cm3.
Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng của thanh bụng xiên, yo = lyo/iyo = 400/4,15 = 96,0, từ đó tra ở Phụ lục 3.1 ta có hệ số uốn dọc = 0,611. 2 2 o c N 280 20,6kN / cm f 21kN / cm A 0,611.27,8.0,8
Vì ổn định ngoài mặt phẳng của thanh bụng xiên của giàn đảm bảo, ta sử dụng giải pháp gia cƣờng thanh bụng xiên bằng bổ sung thêm đoạn thanh bụng phân nhỏ (thanh số 1), nhƣ ở Hình 3.1b. Kiểm tra điều kiện gia cƣờng, khi không có hoạt tải tác dụng thì ứng suất lớn nhất trong thanh tối đa không quá 80% cƣờng độ tính toán của vật liệu thép (0,8f), ứng với quy định đối với kết cấu giàn trên thuộc nhóm 4.
1 2 2 o c N 180 13, 24kN / cm 80%f 16,8kN / cm A 0,611.27,8.0,8
Nhƣ vậy, có thể tiến hành gia cƣờng thanh giàn mà không cần sử dụng giải pháp dỡ tải. Theo đó, sau khi lắp đặt thanh bụng phân nhỏ, sơ đồ tính của thanh bụng trong mặt phẳng giàn sẽ thay đổi, chiều dài tính toán và độ võng thanh bụng xiên trong mặt phẳng giàn sẽ giảm đi (chiều dài tính toán mới, lxo = 200cm). Nếu l1 = l2 = 200cm thì có nghĩa độ cong tại điểm giữa của mỗi đoạn thanh có thể lấy gần đúng, 1 = 2 = /4 = 1,8/4 0,5cm. Thiên về an toàn ta kiểm tra ổn định của thanh bụng xiên đã gia cƣờng thanh bụng phân nhỏ nhƣ thanh chịu nén lệch tâm với độ lệch tâm ban đầu, e = 0,5cm.
Tiến hành tính toán các hệ số trong công thức kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng đối xứng của thanh giàn, khi chịu nén lệch tâm.
Độ mảnh quy ƣớc, xo x xo l f 200 21 2,3 i E 2, 76 20600
Độ lệch tâm tƣơng đối: o
xo
eA 0,5.27,8
m 0, 426
W 32,6
Hệ số kể đến ảnh hƣởng của hình dạng tiết diện, lấy theo Bảng 9 của TCVN 5575: 2012, với loại tiết diện thép góc đều cạnh, có (1,5 0,1m) 0,02(5 m) =
(1,5 0,1.0, 426) 0,02(5 0, 426)2,3 1, 25 .
Tính toán độ lệch tâm tƣơng đối tính đổi, me = m = 1,25.0,426 = 0,53.
Xác định hệ số uốn dọc e theo Bảng D.10, chúng phụ thuộc vào độ mảnh quy ƣớc và độ lệch tâm tƣơng đối tính đổi, theo TCVN 5575: 2012, e = 0,606.
Kiểm tra ổn định của thanh giàn khi gia cƣờng, với c - hệ số điều kiện làm việc của thanh chịu nén đƣợc gia cƣờng khi đang chịu tải trọng, lấy c = 0,8:
2 2 e o c N 280 20,8kN / cm f 21kN / cm A 0,606.27,8.0,8
Vậy ổn định trong mặt phẳng của thanh bụng xiên đƣợc đảm bảo.
- Chọn tiết diện thanh bụng phân nhỏ (thanh số 1), nhƣ ở Hình 3.1c, theo yêu cầu độ mảnh cho phép. Ta có chiều dài hình học của thanh số 1, l = 190cm, theo TCVN 5575:2012 với thanh chịu nén có độ mảnh giới hạn, [] = 180, bán kính quán tính cần
thiết ict = l/[] = 190/180 = 1,06cm. Chọn loại thép góc L63x5 có bán kính quán tính imin = 1,25cm.
- Chi tiết liên kết thanh giàn phân nhỏ (thanh số 1) với nút giàn (nút CT-1) và với thanh bụng xiên (nút CT-2) đƣợc thể hiện ở Hình 3.2a và Hình 3.2b. Theo đó, tại nút 1 cần bổ sung bản mã với chiều dày bằng chiều dày bản mã đã có, tbm = 1,2cm, sau đó hàn với bản mã ban đầu bằng đƣờng hàn đối đầu có yêu cầu gia công mép bản thép, kết hợp đƣờng hàn góc ở mép thép góc của cánh trên và thanh đứng; tại nút 2 cũng cần bổ sung bản mã hàn cũng có yêu cầu gia công mép bản thép, với chiều dày, tbm = 1,2cm, sau đó hàn với sống và mép của thép góc thanh bụng xiên. Thanh số 1 hàn với bản mã bổ sung tại nút CT-1 và nút CT-2 bằng đƣờng hàn thấu, chiều dài đƣờng hàn kéo dài hết chiều dài cấu tạo, còn các đƣờng hàn góc để liên kết bản mã mới với mép và sống thép góc lấy theo yêu cầu tối thiểu, hf = 5mm.
50x5 95x5 50x5 50x5 50x5 50x5 200x5 160x5 a) b) L63x5 L63x5