CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP
1.3. Các phương pháp gia cường truyền thống
1.3.1. Công nghệ tăng cường khả năng chịu lực kết cấu BTCT bằng phương pháp mở rộng tiết diện
Phương pháp tăng cường bằng mở rộng tiết diện: Là phương pháp được áp dụng rộng rãi nhất. Với phương pháp này sơ đồ kết cấu và trạng thái chịu lực của kết cấu không thay đổi.
Tùy theo từng trường hợp cụ thể mà có các biện pháp tăng cường tiết diện bê tông, tăng cường tiết diện cốt thép hoặc kết hợp vừa tăng cường tiết diện bê tông vừa tăng cường tiết diện cốt thép.
Tăng chiều cao phía biên chiu nén Tăng chiều cao phía biên chiu kéo
Tăng bề rộng và chiều cao tiết diện Tăng tiết diện theo bốn phía Hình 1-12: Các dạng tăng tiết diện
Hình 1-13: Gia cường cột BTCT bằng cách tăng tiết diện
DUT.LRCC
* Ưu điểm của công nghệ này là:
- Công nghệ thi công đơn giản, giá thành thấp, dễ thi công.
- Tăng đáng kể khả năng chịu tải. Tùy theo mức độ yêu cầu, có thể tăng chịu tải của kết cấu lên tới 1,5 - 2 lần.
- Do kích thước tiết diện tăng lên, độ cứng của kết cấu tăng theo do đó sẽ giảm được biến dạng.
* Nhược điểm của công nghệ này là:
- Ván khuôn lắp ghép cồng kềnh.
- Cần nhiều thời gian thi công và sử dụng nhiều nhân công.
- Phải phá bỏ một phần kết cấu cũ để tạo dính bám, liên kết với phần kế cấu cũ.
- Liên kết không đồng bộ giữa bê tông cũ và mới về cường độ và modun đàn hồi dẫn đến hiệu quả làm việc không đạt được mục đích mong muốn.
- Mức độ co ngót khác nhau giữa bê tông cũ và lớp bê tông mới dễ sinh ra vết nứt sau thi công.
- Làm tăng kích thước tiết diện cấu kiện.
- Phát sinh thêm tĩnh tải gây bất lợi cho công trình.
- Thay đổi kiến trúc tổng thể của kết cấu.
1.3.2. Công nghệ tăng cường khả năng chịu lực kết cấu BTCT bằng công nghệ dán bản thép
Nguyên tắc cơ bản của phương pháp này là dán các bản thép ngoài bổ sung lên bề mặt bê tông của kết cấu cũ để sửa chữa hoặc tăng cường kết cấu cũ. Thông thường các bản thép được dán thêm vào ở vùng chịu kéo của mặt cắt (phía đáy dầm trong dầm giản đơn), nhưng cũng có trường hợp dán cả ở phần chịu nén của mặt cắt hoặc dán theo chiều xiên để chịu lực cắt.
Mục đích chính của công nghệ này là:
- Khôi phục lại hoặc tăng cường khả năng chịu lực của kết cấu.
- Bổ sung các cốt thép đã bố trí không đủ hoặc sát vị trí cần thiết.
Chất lượng của biện pháp này phụ thuộc vào:
- Chất lượng vật liệu keo.
- Công nghệ dán và ép.
Công nghệ yêu cầu phải đáp ứng được hai mặt:
- Một là phải có loại vật liệu chuyên dùng cho sửa chữa với đặc tính là cường độ phát triển rất nhanh và có thể đạt được cường độ sử dụng sau 3-4 giờ. Đồng thời phải thỏa mãn một số yêu cầu khác như: Lực bám dính tốt với bê tông cũ và với cốt thép, bền vững với tải trọng lặp, rung động, va chạm, có thời gian đông kết ngắn hoặc rất ngắn, nhưng có độ linh động cần thiết cho thi công và thời gian đủ để thi công, những yêu cầu đó được thỏa mãn bằng vật liệu polymer PEX.
- Hai là phải có các giải pháp thi công sửa chữa phù hợp với từng điều kiện thực tế.
DUT.LRCC
Để đảm bảo chất lượng, bê tông của kết cấu cầu phải đủ khả năng chống cắt trượt, bề mặt bê tông trước khi dán keo phải sạch và khô ráo. Khi áp bản thép vào bê tông phải tạo được lực ép dàn đều keo và làm cho bản thép áp sát theo dạng bề mặt bê tông.
Công nghệ được triển khai qua các bước dưới đây:
- Tiến hành xác định các phần bê tông bị hư hỏng, xác định hiện trạng gỉ cốt thép.
Trên cơ sở khảo sát, tính toán để phục hồi khả năng làm việc như thiết kế cũ hay gia cường để nâng cao khả năng chịu lực từ đó xác định loại và kích thước bản thép.
- Bước tiếp theo cần xác định những chỗ bê tông hư hỏng, tiến hành đục phá bỏ.
Quá trình phá bỏ bê tông cần thực hiện theo các yêu cầu như đề cập ở trên.
- Xác định những chỗ cốt thép bị gỉ, tiến hành tẩy sạch gỉ, nếu chỗ nào cốt thép bị giảm tiết diện do ăn mòn thì cần phải có biện pháp bổ xung, tăng cường.
- Dọc theo chiều dài của bụng dầm, cần xác định các vị trí chôn cấy bulông và tiến hành khoan lỗ vào bê tông. Sau đó làm sạch bề mặt các lỗ khoan, quét lớp tăng cường bám dính polymer PEX lên lỗ khoan và phần bulông chôn trong bê tông.
Hình 1-15: Gia cường kết cấu BTCT bằng cách dán bản thép
* Ưu điểm của công nghệ này là:
- Thi công đơn giản, dễ thực hiện, giá thành thấp nhanh chóng đưa công trình vào sử dụng, không ảnh hưởng nhiều đến tính chất làm việc liên tục của công trình.
- Thích hợp cho việc gia cường kết cấu chịu uốn, có hiệu quả kỹ thuật cao, không làm tăng chiều cao kiến trúc của kết cấu, không làm thu hẹp tĩnh không của công trình.
- Phương pháp này có khả năng nâng cao đáng kể khả năng chịu tải, chịu lực của cột lên được 2,0 – 2,5 lần.
- Hiệu quả trong hạn chế độ mở rộng vết nứt trong kết cấu bê tông.
* Nhược điểm của công nghệ này là:
- Lắp đặt các tấm thép khó khăn, cần nhiều nhân công thực hiện.
- Bản thép cần phải điều chỉnh chế tạo và gia công trước phức tạp.
DUT.LRCC
- Khó khăn trong cẩu lắp, thi công tại những khu vực chật hẹp.
- Khoan và bắt bulông vào bê tông có thể phát sinh sự cố như làm giảm tiết diện chịu lực của kết cấu.
- Công việc hàn thép tấm có thể xảy ra hiểm họa cháy nổ.
- Khó khăn trong việc quản lý chất lượng.
- Chất lượng, tuổi thọ phụ thuộc rất nhiều vào hiện trạng kết cấu nhịp cũ.
- Phải sơn bảo vệ bản thép định kỳ chống rỉ.
1.3.3. Công nghệ tăng cường khả năng chịu lực kết cấu BTCT bằng cáp ứng lực trước căng ngoài.
Là Phương pháp bổ sung các bó cáp ứng lực trước căng ngoài nhằm tạo ra một ứng lực nén trước trong bê tông để tăng khả năng chống nứt cho kết cấu bê tông.
Việc áp dụng cáp ứng lực trước căng ngoài là để tạo ra được những tác động ngược lại với tác động ban đầu của ngoại lực nhằm nâng cao khả năng chịu tải của kết cấu.
* Ưu điểm của công nghệ này là:
- Khả năng tạo ra trạng thái phân bổ lại nội lực trên kết cấu do ứng lực trước gây nên hay nói cách khác là quy luật biến dạng xảy ra ngay trên vật liệu già nua đã mất mát quá nhiều tính chất khôi phục của biến dạng đàn hồi vì thế khả năng chịu lực của kết cấu cũ sẽ được nâng lên một cách có hiệu quả.
- Hiệu quả trong việc tăng cường chống nứt cho kết cấu bê tông.
- Có khả năng điều chỉnh lực căng trong quá trình khai thác.
- Thích hợp cho việc gia cường vùng chịu kéo, đặc biệt cho kết cấu chịu uốn, hiệu quả kỹ thuật rất cao.
Hình 1-16: Gia cường kết cấu BTCT bằng cáp ƯLT căng ngoài
DUT.LRCC
* Nhược điểm của công nghệ này là:
- Việc thi công đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao cũng như các tính toán chính xác, cáp ƯLT căng ngoài đòi hỏi phải được bảo vệ và kiểm soát an toàn trong quá trình khai thác, đôi khi khó khăn trong việc thiết kế các ụ neo cũng như các ụ chuyển hướng. Thi công đòi hỏi phải có không gian căng kéo cáp.
- Hiệu quả giải pháp tăng cường bằng cáp ƯLT căng ngoài phụ thuộc vào việc kiểm soát các mất mát ứng suất, công việc này đòi hỏi nhân công thực hiện có trình độ cao.
- Phải có biện pháp bảo vệ lâu dài và thường xuyên các bó cáp ƯLT lộ ra bên ngoài kết cấu.
- Việc bố trí cáp ứng lực trước căng ngoài nhằm tạo ra nội lực trong kết cấu ngược với nội lực trong quá trình khai thác.Tuy nhiên khi đó lại tạo ra ứng suất kéo ở thớ chịu nén khi chịu lực trong quá trình khai thác của bản thân kết cấu nên dễ gây nứt đối với thớ này.
Trình tự gia cường kết cấu BTCT bằng cáp ƯLT căng ngoài:
- Công tác chuẩn bị: Trước khi thi công, tất cả các thiết bị căng kéo cáp và cáp cường độ cao phải mang kiểm tra. Khi hệ thống thiết bị căng kéo ƯLT đảm bảo các thông số thi công và phải được cấp chứng chỉ thì mới được thi công. Ngoài ra, để đảm bảo an toàn cho thiết bị, an toàn lao động… ta cần phải chuẩn bị, kiểm tra lần cuối trước khi đưa thiết bị vào thi công, đảm bảo rằng hệ thống thiết bị không có một sự cố bất thường nào.
- Chuẩn bị nguồn điện: Đối với những bộ nguồn thuỷ lực có nguồn động lực là động cơ điện hoặc bộ phân phối điều khiển bằng điện, ta cần phải chuẩn bị sẵn sàng nguồn điện cho bộ nguồn thuỷ lực. Ngoài ra nguồn điện còn phục vụ cho nhu cầu chiếu sáng khu vực thi công và vận hành thiết bị.
- Thi công lắp đặt lắp gối đỡ, đầu neo: Các đầu neo và gối đỡ được chế tạo sẵn tại xưởng.
- Lắp đặt cáp ứng lực trước và neo cáp vào đầu neo:
+ Các tao cáp ứng lực trước được căng thẳng sau khi cắt đúng theo chiều dài thiết kế. Tiến hành luồng các tao cáp vào vị trí gối đỡ và đầu neo.
+ Các tao cáp cần bảo quản khỏi bị rỉ do ẩm ướt của không khí. Không được làm dính dầu mỡ, đất cát, không được làm xây sát biến dạng bó cáp.
- Tiến hành căng kéo: Các bước căng kéo được tiến hành theo các cấp tải sau + Dùng kích đơn kéo từng tao cáp.
+ Bước 1: Căng so dây, lực căng so dây là lực nhỏ thường bằng 0,1Pk dừng lại hồi kích về 0 và kiểm tra (nếu không có sai sót) đánh dấu điểm đo độ dãn dài của cáp, ghi chép số liệu thu được và chuyển sang bước 2.
+ Bước 2: Căng từ 0,2Pk; 0,4Pk; 0,6 Pk; 0,8Pk; 1,0Pk (đóng nêm). Ở mỗi cấp tải trọng dừng lại 5 phút và đo độ giản dài của cáp.
DUT.LRCC
+ Mỗi cấp lực căng kiểm tra đối chiếu số đọc lực căng trên đồng hồ áp lực kích đã được kiểm chuẩn và kiểm tra độ giản dài tương ứng với các cấp lực bằng dụng cụ đo thước kẹp hiện số độ chính xác 0,01mm.
+ Nếu có hiện tượng bê tông có dấu hiệu bị phá hoại tại đầu neo hay gối đỡ thì phải dừng ngay.