CHƢƠNG 2 GIA CƢỜNG KẾT CẤU GIÀN THÉP
2.2. Phƣơng pháp và nguyên tắc gia cƣờng kết cấu giàn
2.2.1. Phƣơng pháp gia cƣờng kết cấu giàn
Kết cấu giàn thép, qua kiểm tra khả năng chịu lực của chúng cần thiết phải gia cƣờng. Dựa vào phạm vi gia cƣờng kết cấu có thể chia thành gia cƣờng cục bộ và gia cƣờng tổng thể, hoặc dựa vào phƣơng pháp thi công gia cƣờng kết cấu có thể chia thành giải pháp gia cƣờng vẫn mang tải trọng, giải pháp gia cƣờng dỡ tải một phần và giải pháp gia cƣờng dỡ tải [7, tr 30].
a) Theo phạm vi gia cƣờng kết cấu:
- Gia cƣờng cục bộ, là tiến hành gia cƣờng đối với thanh hoặc nút liên kết nào đó mà sức chịu tải không đủ, lúc đó sử dụng giải pháp tăng diện tích tiết diện một vài thanh riêng biệt và thêm một vài thanh bụng để giảm bớt chiều dài tính toán của thanh chịu nén, hoặc giải pháp gia cƣờng các bộ phận trong nút liên kết (đƣờng hàn, bu lông, bản mã), hoặc thêm các sƣờn cứng, thanh giằng, thanh chống ngang v.v…
- Gia cƣờng tổng thể, là tiến hành gia cƣờng đối với toàn bộ kết cấu, lúc đó sử dụng giải pháp gia cƣờng không thay đổi hoặc thay đổi sơ đồ tính toán kết cấu, cũng có thể đặt thêm hệ giằng để tạo độ cứng không gian cho kết cấu.
Gia cƣờng kết cấu thép nói chung và giàn thép nói riêng, không chỉ áp dụng một trong những phƣơng pháp đã nêu trên, mà có thể áp dụng kết hợp những phƣơng pháp nào đó. Chẳng hạn nhƣ gia cƣờng một kết cấu giàn thép hai mái dốc bằng cách làm thêm thanh căng ngang ở phía của thanh cánh hạ, nghĩa là bằng cách thay đổi sơ đồ tính của kết cấu giàn. Việc dùng thanh căng ngang đòi hỏi phải tăng tiết diện một vài thanh thép nào đó trong giàn hoặc phải cấu tạo lại một vài chi tiết liên kết. Nhƣng nếu tính toán lại kết cấu theo các quy phạm và sơ đồ tính toán mới đối với kết cấu giàn này thì có thể chỉ phải gia cƣờng cục bộ một số ít thanh hơn so với việc ta vẫn giữ nguyên sơ đồ tính ban đầu.
Phƣơng pháp gia cƣờng tăng tiết diện mặt cắt vốn có của thanh hoặc chi tiết liên kết là giải pháp tốn kém nhất, nhƣng thông thƣờng là phƣơng pháp có thể thực hiện đƣợc; giải pháp thay đổi sơ đồ tính toán là phƣơng pháp có hiệu quả và có nhiều loại, chi phí cũng giảm đi nhiều. Tuy nhiên, trong một số trƣờng hợp kết cấu giàn có độ bền dự trữ ở đa số các tiết diện và chi tiết liên kết, số còn lại cần gia cƣờng thì giải pháp gia cƣờng tăng tiết diện lại là hiệu quả.
b) Theo phƣơng pháp thi công gia cƣờng kết cấu:
- Gia cƣờng vẫn mang tải trọng, thông thƣờng việc thi công gia cƣờng trong trƣờng hợp kết cấu vẫn mang tải trọng, lúc này cần thiết lắp dựng hệ thống kết cấu chống đỡ tạm thời để đảm bảo an toàn cho kết cấu. Trong trƣờng hợp gia cƣờng kết cấu đang chịu tải cần có những biện pháp đặc biệt và thiết bị chuyên dụng, nếu không thì những thanh gia cƣờng sẽ chỉ chịu hoạt tải và tĩnh tải gia tăng, còn toàn bộ tĩnh tải có trƣớc khi gia cƣờng vẫn do kết cấu không đƣợc gia cƣờng phải chịu.
- Gia cƣờng dỡ tải một phần, bất đắc dĩ mới tháo dỡ bộ phận cần gia cƣờng hoặc sử dụng biện pháp phân bớt tải trọng tác dụng lên các kết cấu yếu.
- Gia cƣờng dỡ tải, khi đó kết cấu đã đƣợc dỡ tải toàn bộ hoặc đƣợc tháo rời ra khỏi công trình với các thanh đƣợc gia cƣờng không chịu ứng suất ban đầu, những thanh này tự động tham gia làm việc trong tổng thể kết cấu.
Việc gia cƣờng 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.
Liên quan đến việc gia cƣờng khi kết cấu dỡ tải hoặc sử dụng biện pháp giá đỡ, theo đó việc dỡ tải có thể thực hiện đƣợc bằng cách trực tiếp lắp dựng hệ cây chống tạm từ mặt đất hoặc lắp đặt cây chống, giàn giáo ở trên mặt dầm cầu chạy, sau đó dùng kích để truyền tải trọng của vì kèo lên giàn giáo. Trƣờng hợp việc sử dụng dầm cầu chạy sẽ không chiếm khoảng không gian ở phía dƣới cầu chạy, mà cầu chạy có thể vận hành, gia cƣờng giàn mái có thể tiến hành từng bƣớc gian, nâng cao hiệu suất; điểm đỡ của cây chống tạm thời phải nằm ở nút của giàn mái; biện pháp dỡ tải đều sẽ ảnh hƣởng đến sản xuất. Giá đỡ cũng dùng phƣơng pháp dỡ tải nhƣ ở Hình 2.1, vì giá đỡ ở ngoài phạm vi vận hành của dầm cầu chạy, do vậy dỡ tải sẽ ảnh hƣởng ít đối với sản xuất [1, tr 52]. a) b) 3 2 1 2 1 3 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 cƣờng nêu trên, trong thực tế vẫn tồn tại việc tăng tải trọng tác dụng lên kết cấu hoặc cần thay đổi sơ đồ tính kết cấu mà vẫn không phải gia cƣờng, đó là việc phát hiện ra những dự trữ về khả năng chịu lực của cấu kiện, chi tiết liên kết và của kết cấu do sai khác thiên về an toàn giữa kết quả tính toán thiết kế với thực tế thi công, hoặc cách tính toán lại kết cấu hiện có theo quy phạm mới so với quy phạm cũ, hoặc sử dụng phƣơng pháp tính toán mới để nhận đƣợc kết quả sát với sự làm việc của kết cấu hoặc vật liệu hơn v.v…
2.2.2. Nguyên tắc gia cƣờng kết cấu giàn
Khi gia cƣờng giàn thép nhằm làm tăng khả năng chịu lực của toàn bộ kết cấu giàn hoặc từng bộ phận riêng lẻ của kết cấu giàn đó (chẳng hạn là thanh, nút hoặc chi tiết liên kết). Đây là công việc phức tạp, nhiều yếu tố cần phải xem xét, phƣơng pháp
gia cƣờng nên chọn từ các tiêu chí khác nhau nhƣ: thi công thuận lợi, không ảnh hƣởng đến sản xuất, chi phí hợp lý, hiệu quả sử dụng tốt. Nguyên tắc thông thƣờng cần đảm bảo đó là [1, tr 42]:
- Cố gắng khi gia cƣờng kết cấu không dừng sản xuất hoặc ít dừng sản xuất, bởi tổn thất do tạm dừng sản xuất trong một số trƣờng hợp có thể gấp nhiều lần chi phí cho việc gia cƣờng; có thể gia cƣờng không dừng sản xuất quyết định ở trạng thái ứng suất và biến dạng của kết cấu, thông thƣờng ứng suất bên trong cấu kiện nhỏ hơn 80% cƣờng độ thiết kế của vật liệu thép. Nếu cấu kiện hƣ hỏng ít với số lƣợng không nhiều hoặc biến dạng không lớn sẽ không nguy hiểm đến khả năng chịu lực của kết cấu, có thể dùng phƣơng pháp gia cƣờng trong trƣờng hợp kết cấu chịu tải trọng mà không cần dừng sản xuất;
- Phƣơng pháp gia cƣờng 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 cƣờng kết cấu cố gắng tiến hành ở ngoài phạm vi dây chuyền sản xuất;
- Gia cƣờng các chi tiết liên kết nên sử dụng bu lông cƣờng độ cao hoặc hàn nối. Khi gia cƣờng dùng bu lông cƣờng độ cao, phải tính toán kiểm tra khả năng chịu tải của cấu kiện sau khi khoan lỗ làm giảm diện tích tiết diện của mặt cắt thanh; khi dùng đƣờng hàn để gia cƣờng, ứng suất thực tế sinh ra tốt nhất dƣới 60% cƣờng độ thiết kế của vật liệu thép và giới hạn không đƣợc vƣợt quá 80%, nếu không đảm bảo yêu cầu này thì cần dùng các biện pháp tƣơng ứng mới đƣợc hàn.