Đƣờng kính que hàn (mm) Cƣờng độ dòng điện hàn (Ampe) Hàn bằng Hàn đứng Hàn ngƣợc 4 5 160 … 200 200 … 250 120 …150 - 110 … 150 - Bảng 2.4. Giá trị hệ số mcb
Chiều dày lớp hàn nóng chảy (mm) Chiều dày bản mã (cm) 8 12 16 20 6 … 8 8 … 10 1,00 1,00 1,08 1,04 1,24 1,14 1,50 1,33
c) Trƣờng hợp bổ sung đƣờng hàn đầu thanh giàn
Việc bổ sung đƣờng hàn ở đầu thanh giàn cũng chỉ tăng đƣợc khả năng chịu lực của liên kết nhƣng không nhiều, bởi việc khống chế chiều dài đƣờng hàn (lw) trong khoảng bề rộng cánh thép góc ở đầu thanh, ứng với chiều cao đƣờng hàn bổ sung (hf). Chi tiết liên kết khi bổ sung đƣờng hàn đầu thanh giàn nhƣ ở Hình 2.19.
- Công thức xác định khả năng chịu lực của liên kết sau khi gia cƣờng bằng bổ sung đƣờng hàn đầu thanh giàn nhƣ sau [1, tr 57]:
Nw Nw.o Nw.s N (2.55) trong đó:
Nw.o - khả năng chịu tải của đƣờng hàn cũ ở hai sống và mép của thép góc, kN, trƣờng hợp chiều cao đƣờng hàn sống và mép bằng nhau, xác định theo công thức [1, tr 57]:
Nw.o .2.(h lfs wsh lfm wm)( f ) w min (2.56) Nw.s - khả năng chịu lực của đƣờng hàn bổ sung ở đầu thanh giàn, kN, xác định theo công thức [1, tr 57]:
Nw.s .2.h l ( f )f w f min (2.57) ở đây:
- hệ số triết giảm gia cƣờng, = 0,9;
Các ký hiệu khác lấy nhƣ ở các công thức và Hình 2.19.
N l l 1 1 N l 1 a) b) 1 1 2-2 h h ws wm lwm fs hfm hfs hfm f 2 2 2 2 hf.s hf.m 1 1-1 hf.s hf.m hf w.o w tbm tbm ws
Hình 2.19. Gia cƣờng nút liên kết hàn bằng bổ sung đƣờng hàn đầu thanh giàn
(a – liên kết chưa gia cường; b – liên kết được gia cường; 1 – bản mã)
- Chiều cao đƣờng hàn bổ sung ở đầu thanh thép góc đƣợc lấy theo yêu cầu về cấu tạo, phụ thuộc vào chiều dày bản mã và chiều dày cánh thép góc liên kết.
2.6.5. Kích thƣớc bản mã
Khi gia cƣờng kết cấu giàn sẽ làm thay đổi nội lực trong các thanh giàn, với việc gia cƣờng giàn để chịu thêm tải trọng sẽ làm tăng nội lực thanh giàn, lúc này cần kiểm
tra chiều dày bản mã tƣơng ứng với nội lực lớn nhất ở thanh bụng trong giàn theo quy định ở Bảng 2.1.
- Trƣờng hợp nội lực lớn nhất trong thanh bụng tăng không nhiều, đồng nghĩa bản mã có chiều dày vẫn đảm bảo yêu cầu, việc mở rộng bản mã chỉ cần đáp ứng về mặt cấu tạo để liên kết thanh giàn, cụ thể: (1) chiều dày bản mã mở rộng bằng chiều dày bản mã ban đầu, và; (2) cấu tạo góc nghiêng bởi mép bản mã với trục thanh giàn đảm bảo yêu cầu, 15o, thông thƣờng = 30o 60o [29, tr 143].
N t 1 1 a) 1-1 1 1 bm bbm N t 1 1 b) 2-2 2 2 bm bbm Hình 2.20. Xác định bề rộng bản mã tính toán
(a – liên kết bu lông/đinh tán; b – liên kết hàn, 1 – bản mã)
- Trƣờng hợp nội lực lớn nhất trong thanh bụng tăng nhiều, chiều dày bản mã không đảm bảo yêu cầu cấu tạo ứng với nội lực lớn nhất trong thanh bụng theo Bảng 2.1. Cần thiết phải có giải pháp tăng kích thƣớc bản mã, với phƣơng án tăng chiều dày bản mã lúc đó không khả thi, khi đó cần lựa chọn giải pháp mở rộng bản mã nhằm gia cƣờng liên kết thanh giàn với bản mã và để tăng diện tích tiết diện chịu lực. Do vậy, bề rộng bản mã cần thiết (bbm) cần đƣợc kiểm tra khả năng chịu lực thông qua công thức sau [29, tr 143]: c bm bm N f b t (2.58) trong đó:
N – nội lực tính toán trong thanh giàn gia cƣờng, kN; tbm – chiều dày bản mã, cm;
bbm – bể rộng tính toán của bản mã, cm, xác định theo cách cấu tạo nhƣ ở Hình 2.20, tƣơng ứng với góc của đƣờng cắt cho trƣờng hợp liên kết bu lông/đinh tán và hàn, = 30o;
2.7. Kiểm tra độ võng của giàn sau khi gia cƣờng
Khi có tiết diện thanh giàn và nút liên kết sau khi gia cƣờng, có nghĩa đã xác định đƣợc trọng lƣợng kết cấu giàn gia cƣờng, cần tiến hành kiểm tra độ võng của kết cấu giàn này, công thức kiểm tra tƣơng tự nhƣ đối với việc kiểm tra giàn hiện có nhƣng độ võng đƣợc lấy đối với kết cấu giàn sau khi gia cƣờng. Độ võng của giàn lúc này đƣợc có thể xác định đƣợc bằng phần mêm phân tích kết cấu SAP 2000.
Tuy nhiên, khi chon giải pháp gia cƣờng bằng tăng tiết diện với số lƣợng thanh giàn và nút giàn gia cƣờng ít thì trọng lƣợng giàn thay đổi không đáng kể, theo đó việc quyết định kiểm tra lại độ võng của giàn gia cƣờng cần đƣợc xem xét.
2.8. Giải pháp thực hiện công tác gia cƣờng
2.8.1. Công tác hàn và định vị thanh gia cƣờng a) Kỹ thuật hàn gia cƣờng kết cấu giàn đang chịu tải: a) Kỹ thuật hàn gia cƣờng kết cấu giàn đang chịu tải:
Một số nghiên cứu về công tác gia cƣờng tiết diện thanh đối với kết cấu giàn, nếu tiến hành hàn gia cƣờng thanh cánh trên xong rối mới hàn đến thanh cánh dƣới thì độ võng của giàn sẽ tăng, nhƣng ngƣợc lại nếu hàn gia cƣờng thanh cánh dƣới trƣớc rồi mới hàn thanh cánh trên thì giàn không bị võng mà có khi giàn còn vồng cao lên nữa [7, tr 57]. Ngoài việc chọn hƣớng đƣờng hàn phải từ giữa cấu kiện liên kết ra hai phía gối tựa, dƣới đây là một số vấn đề cần lƣu ý khi thực hiện quy trình hàn.
- Gia cƣờng giàn bằng tăng tiết diện thì thực hiện hàn ở cánh dƣới trƣớc, ở cánh trên sau, rồi cuối cùng là các thanh bụng;
- Gia cƣờng kết cấu dài thì hàn ở giữa ra các đầu, theo kiểu hàn lùi từng đoạn, nghĩa là trong đoạn cần hàn thì hàn theo hƣớng ngƣợc với hƣớng chung, nhƣ ở Hình 2.21a. Chiều dài mỗi đoạn hàn thƣờng từ (1040)cm và tùy theo chiều dày của thép, thép càng dày thì đoạn hàn càng ngắn [24, tr 182];
- Nếu hàn đắp nhiều lƣợt thì hƣớng chung của lƣợt hàn sau ngƣợc với hƣớng trƣớc. Điểm cuối mỗi đoạn hàn trong mỗi lƣợt không đƣợc trùng nhau;
- Hàn các thanh thép góc bổ sung vào các bản mắt bằng đƣờng hàn mép và đƣờng hàn sống theo trình tự sau, nhƣ ở Hình 2.21b [7, tr 58].
+ Trƣớc tiên, thực hiện đƣờng hàn cánh thép góc thứ nhất từ mép bản mã ra đầu mút thanh thép góc.
+ Sau đó thực hiện đƣờng hàn cánh thép góc thứ hai ở mặt bên kia bản mã, cũng nhƣ cách trên.
+ Cuối cùng mới thực hiện đƣờng hàn sống của hai thanh thép góc gia cƣờng theo cách thức trên. 1 2 12 10 8 6 4 3 5 7 9 11 1 14 16 18 20 22 23 21 19 17 15 13 1-1 1 3 3 2 2 5,6 7,8 1,2 3,4 3-3 1 2 3 4 6 5 8 7 2-2 a) b)
Hình 2.21. Trình tự hàn gia cƣờng 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 cƣờng:
1 2 2 6 5 4 3 1 2 6 5 3
Hình 2.22. Giá gá lắp để gia cƣờng 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)
Do công tác gia cƣờng kết cấu giàn thƣờng ở trên cao, muốn thi công dễ dàng nên làm giá treo để đỡ các thanh thép góc gia cƣờng; giá này treo vào các thanh cánh của giàn ở khe giữa hai thép góc và cố định bằng bulông, nhƣ ở Hình 2.22 [7, tr 54]. Trên các cấu kiện phải gia cƣờng cần gắn sẵn các chi tiết định vị, các mấu định hƣớng,
vạch dấu v.v… đảm bảo quá trình hàn đƣợc dễ dàng, chính xác, năng suất lao động cao. Các phần tử gia cƣờng trƣớc khi đƣợc tháo dỡ khỏi dây treo buộc, cần đƣợc cố định tạm bằng bulông, kẹp, nêm hoặc tăng-đơ [24, tr 164].
2.8.2. Dỡ tải, truyền tải và điều chỉnh ứng suất
Kết cấu giàn thép làm việc nhƣ cấu kiện chịu uốn, việc gia cƣờng kết cấu chịu uốn nói chung và kết cấu giàn thép nói riêng đang mang tải thì biện pháp dỡ tải là cần thiết, nhằm: (1) loại trừ độ võng do tải trọng bản thân kết cấu và do tĩnh tải; (2) sử dụng vật liệu gia cƣờng một cách tốt hơn [7, tr 59].
Thấy rằng, việc dỡ tải để giảm biến dạng đàn hồi, có nghĩa đƣa kết cấu giàn đang chịu lực về trạng thái “nghỉ”. Thực hiện việc dỡ tải trong quá trình thi công và sau đó truyền bớt tải sang các thanh gia cƣờng bằng cách dùng thanh chống hoặc giàn giáo chống chắc chắn kê bên dƣới kết cấu giàn thép, rồi dùng kích đội các mắt giàn đó lên một độ cao bằng chuyển vị đứng tƣơng ứng của các nút giàn đó khi giàn đang chịu tĩnh tải, rồi sau đó kê giàn lên các gối nêm. Lực dỡ tải phải tạo cho thanh cần gia cƣờng hay thanh cần thay thế một nội lực bằng về trị số nhƣng khác dấu so với nội lực thiết kế do tĩnh tải gây ra, có nghĩa lực dỡ tải tƣơng ứng bằng với tĩnh tải tác dụng lên giàn. Nếu tải trọng ngoài nhỏ thì dùng giải pháp nâng giàn bằng kích vít, nếu tải trọng ngoài lớn thì dùng kích dầu có gắn lực kế kiểm tra [24, tr 183].
Thiết bị tạo lực dỡ tải thông dụng nhất là Trụ ống lồng và Hộp lực, nhƣ ở Hình 2.23, ngoài ra còn sử dụng thanh căng dỡ tải, nhƣ ở Hình 2.24 [7, tr 60].
- Trụ ống lồng (Hình 2.23a): các kích số 3 đặt trong khoảng các thanh ống trên (ống trong số 1) và thanh chống dƣới (ống ngoài số 4), và chúng đƣợc đặt trên các gối tựa (số 2), gối tựa số 2 đƣợc hàn vào thành ống trong và ống ngoài nhằm đẩy giãn ống trong lên cao thông qua kích. Trong quá trình kích, cần kiểm tra chuyển dịch đứng của ống trong theo thiết kế, khi đạt yêu cầu thì dừng lại rồi tiến hành cố định chúng bằng cách hàn các sƣờn dẫn hƣớng (số 5) vào ống trong (số 1).
- Hộp lực (Hình 2.23b): thiết bị gồm một lò xo (số 9) đƣợc giữ ở trạng thái nén ép bởi bốn bu lông giằng (số 8); thiết bị này đƣợc đặt vào khoảng hở giữa trụ chống và vị trí nút kết cấu giàn gia cƣờng. Khi đã cố định trụ chống chắc chắn, rồi vặn nới lỏng dần các ốc của bu lông giằng để lò xo truyền phản lực tính toán lên điểm nút của kết cấu giàn. Khi nới lỏng êcu đạt đến giá trị chuyển vị đứng nhất định theo yêu cầu thiết
kế rồi dừng lại để liên kết các phần tử gia cƣờng với kết cấu cũ, sau khi hoàn tất công tác hàn thì mới tháo dỡ thiết bị này bằng thao tác ngƣợc lại.
1 1 1 2 3 4 7 5 1 2 4 3 7 9 8 1 0 6 b ) a )
Hình 2.23. Thiết bị đƣa trụ dỡ tải vào làm việc
(a – trụ ống lồng với các kích đội; b – hộp lực; 1 - ống trong; 2 – gối tựa; 3 – kích; 4 - ống ngoài; 5 – sườn dẫn hướng; 6 – kết cấu cần gia cường; 7 – mấu định vị; 8 – các
bu lông điều chỉnh lực; 9 – lò xo tạo lực đôi; 10 – trụ chống đỡ tải)
- Thanh căng dỡ tải (Hình 2.24): cấu tạo chung của thiết này gồm có thanh căng và các phụ kiện kéo căng chúng đi kèm, đây là một trong số các giải pháp dỡ tải, truyền tải hoặc điều hỉnh ứng suất trong các cấu kiện của kết cấu thép.
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;
(2), (3) kéo dọc thanh đỡ tải bằng tăng đơ (Hình 2.24b), hoặc bằng khung hình bình hành (Hình 2.24c), hai cách này dùng cho trƣờng hợp tại các mắt giàn không đủ không gian để đặt kích. Sử dụng khung bình hành sẽ giảm lực kéo căng khá nhiều so với 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 theo giải pháp kéo căng, việc kiểm tra ứng suất trong thanh căng bằng giải pháp sử dụng kích dầu thì dựa vào chỉ số đo
theo lực kế của thiết bị đó. Trƣờng hợp dùng tăng đơ, cần xác định lực căng S trong thanh bằng các tăngsơmét gắn trên thanh căng đó theo công thức [7, tr 60]:
S = ε.E.A (2.59) trong đó:
ε - độ giãn tƣơng 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/cm2; A - tiết diện thanh căng, cm2.
Để tránh những sự cố do kéo căng không đồng đều, khi xác định lực kéo trong thanh căng ngang ngƣời ta thƣờng đặt hai tăngsơmét ở hai phía đối diện nhau theo đƣờng kính thanh. 2 2 3 4 1 1 4 5 5 4 4 8 2 3 6 4 7 a ) b ) c ) d )
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 cƣờng giàn thép
a) Trƣờng hợp gia cƣờng giàn không dùng ứng suất trƣớc:
Gia cƣờng cánh trên giàn bằng các thanh phân nhỏ, nhƣ ở Hình 2.25, chúng đƣợc thực hiện theo trình tự công nghệ sau: chuẩn bị thanh giàn đƣợc gia cƣờng tại vị trí liên kết với các thanh phân nhỏ, dỡ tải giàn, giảm bớt các tải trọng tạm thời trên mái
(nếu có), lắp đặt theo vị trí đánh dấu các bản mã ở nút, định vị chúng bằng đƣờng hàn tạm, sau đó hàn bằng các đƣờng hàn theo thiết kế, việc đƣa các thanh giàn phân nhỏ lên và cố định tạm bằng các bu lông thô có độ chính xác trung bình. Tại các nút liên kết các thanh phân nhỏ, tiến hành hàn các mối hàn theo thiết kế, sơn phủ các phần chƣa sơn chống gỉ của kết cấu gia cƣờng và các thanh phân nhỏ. Toàn bộ quá trình gia cƣờng giàn đƣợc tiến hành nhờ thang có buồng treo di chuyển dọc theo giàn bởi cáp dẫn hƣớng. Để đƣa công nhân lên giàn đƣợc gia cố sử dụng thang tựa di động (số 9), còn để đảm bảo an toàn khi di chuyển dọc theo giàn thì cần căng dây bảo hiểm ở độ cao (1,01,2)m kể từ thanh cánh dƣới của giàn. Các thanh gia cƣờng đƣợc nâng lên bằng Puli (số 5), sau đó móc vào xà gồ hoặc thanh giằng cánh trên của giàn và tời (số 8). Sau khi kết thúc công việc gia cƣờng ở một hoặc hai khung cạnh nhau, Puli lắp ráp đƣợc di chuyển sang nút tiếp theo, thang và lồng treo (số 6) đƣợc di chuyển sang vị trí mới và đƣợc cố định vào cánh trên và cánh dƣới của giàn [24, tr 190].
4 5 6
7 8
1 2 3
9
Hình 2.25. Gia cƣờng giàn thép không sử dụng cầu trục
(1 - các giằng trên cánh thượng; 2 - dây kéo trượt thang treo; 3 - thanh cánh cần gia cường; 4- thanh gia cường bổ sung; 5- puli nâng vật; 6 - thang treo; 7 - dây tời; 8 -
tời; 9 - thang tựa; I-IV là trình tự lắp đặt các thanh gia cường)
Trƣờng hợp, trong nhà xƣởng có cầu trục thì tiến hành gia cƣờng theo trình tự sau: trên cầu trục lắp đặt sàn công tác và ở đó bố trí giàn giáo, cầu trục đƣợc di chuyển đến vị trí giàn cần gia cƣờng rồi ngắt điện trong phạm vi an toàn, lắp đặt giàn giáo trên cầu trục bằng Puli và tời điện, nhƣ ở Hình 2.26, và cố định chúng theo các quy định thi công đảm bảo độ cứng và ổn định cho giáo, tiến hành gia cƣờng giàn và sau cùng là tháo dỡ giàn giáo khỏi cầu trục, tháo dỡ Puli dẫn hƣớng và tời [24, tr 189].
3
1
4
2
Hình 2.26. Gia cƣờng giàn thép có sử dụng cầu trục
(1 - ròng rọc nâng vật liệu; 2 - các thanh gia cường; 3 - giàn giáo thi công; 4 - cầu trục)
b) Trƣờng hợp gia cƣờng giàn dùng ứng suất trƣớc:
6 6 4 3 2 7 8 9 7 1 0 1 5
Hình 2.27. Gia cƣờng giàn thép có sử dụng dây căng ứng suất trƣớc
(1- puli dẫn đường; 2 - giàn cần gia cường; 3 – kích kéo; 4– đòn ngang bất động; 5 – đòn ngang di động; 6 – neo; 7 – giàn giáo; 8 – cây chống;
9 - dây căng; 10 - tời)
Đƣợc thực hiện bằng cách không giảm tải, quá trình thi công chỉ đƣợc kết thúc ở