TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ SỬA CHỮA GIA CƯỜNG KẾT CẤU
Trong ngành xây dựng, kết cấu bê tông cốt thép là một phần quan trọng và được sử dụng phổ biến. Tại Việt Nam, với các công trình như tòa nhà cao tầng, nhà máy, trường học, và bệnh viện đang được xây dựng, kết cấu bê tông cốt thép thường được ưa chuộng. Với sự phát triển không ngừng của ngành xây dựng, nhu cầu sửa chữa và gia cường kết cấu hiện tại cũng tăng lên do các yếu tố như thay đổi tải trọng, nhu cầu sử dụng cải tạo, và suy giảm kết cấu theo thời gian.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ trình bày về quy trình và phương án thiết kế phổ biến cho dịch vụ gia cường và sửa chữa kết cấu.
I. Khi Nào Cần Gia Cường và Sửa Chữa Kết Cấu
Trong quá trình sử dụng, các công trình xây dựng sẽ dần mất đi sức kháng do nhiều yếu tố bên ngoài như tác động vật lý, tác động ăn mòn hóa học, hoặc sự cố. Khi điều này xảy ra, việc sửa chữa và gia cường kết cấu là cần thiết. Đôi khi, chủ đầu tư cũng muốn thay đổi tải trọng hoặc công năng của công trình, dẫn đến việc cần phải điều chỉnh lại kết cấu để đảm bảo tính an toàn và tuổi thọ của công trình.
Hình 1: Mối liên hệ giữa sức kháng kết cấu và tuổi thọ công trình theo thời gian
II. Quy Trình Thiết Kế Sửa Chữa và Gia Cường Kết Cấu
Quy trình sửa chữa và gia cường kết cấu thường bắt đầu từ việc khảo sát, sau đó điều tra và lên phương án thiết kế cụ thể. Quá trình này có thể tóm gọn trong các bước sau:
- Khảo Sát: Xác định phạm vi và mức độ hư hỏng của kết cấu.
- Điều Tra và Phân Tích: Xác định các phương án sửa chữa và gia cường phù hợp.
- Thiết Kế: Lên phương án thiết kế cụ thể cho việc sửa chữa và gia cường kết cấu.
Hình 2: Quy trình thiết kế gia cường
Phụ thuộc vào phạm vi, mức độ hỏng hóc và mong muốn cải thiện của chủ đầu tư, lựa chọn phương án sửa chữa và gia cường có thể bắt đầu từ bước thứ ba. Trước khi bắt đầu thiết kế gia cường, kết cấu hiện tại thường được khảo sát kỹ lưỡng và mọi hư hỏng được sửa chữa để đảm bảo tính liền khối của kết cấu. Ví dụ: việc trám nứt bê tông hoặc tẩy rỉ cốt thép là một phần của quá trình này.
So với việc thiết kế kết cấu mới, việc tính toán sửa chữa và gia cường ở bước thứ ba yêu cầu kiểm tra khả năng chịu lực và biến dạng ban đầu của kết cấu hiện tại. Điều này là cực kỳ quan trọng và là cơ sở cho mọi tính toán gia cường. Ví dụ, nếu cấu kiện dầm được gia cường bằng vật liệu FRP, ta phải xem xét biến dạng ban đầu của dầm, khả năng chịu lực của dầm hiện tại, và khả năng chịu lực của dầm trong trường hợp cháy. Nguyên lý này cũng được áp dụng cho các biện pháp khác như mở rộng tiết diện và dự ứng lực ngoài. Nếu không được xem xét kỹ lưỡng, sẽ dẫn đến đánh giá không chính xác về khả năng chịu tải của kết cấu sau khi được gia cường.
Hình 3: Xem xét các yếu tố chính để lên phương án gia cường
Có nhiều phương án và biện pháp sửa chữa gia cường kết cấu được áp dụng, không chỉ dừng lại ở một phương pháp mà thường kết hợp nhiều phương pháp khác nhau để đạt được mục tiêu mong muốn. Các phương án thường gặp bao gồm:
Thiết kế gia cường bằng vật liệu FRP:
Vật liệu FRP có những ưu điểm như nhẹ, cường độ cao và khả năng chống ăn mòn tốt, được sử dụng rộng rãi trong ngành sửa chữa hiện nay. (Tham khảo thêm tại https://minhduccorp.com.vn/vat-lieu-frp-trong-sua-chua-gia-cuong-ket-cau )
Hình 4: Mô hình phân tích tiết diện chịu uốn tại ULS gia cường bằng vật liệu CFRP
Áp dụng: Gia cường cột, dầm sàn BTCT, BTCT dự ứng lực trong các kết cấu nhà cao tầng, nhà xưởng, cầu…
Thiết kế gia cường kết cấu bằng cáp dự ứng lực căng ngoài
Hình 5: Mô hình truyền tải cho kết cấu hiện hữu bằng cáp dự ứng lực căng ngoài
Hình 6: Mô hình phân tích tiết diện chịu uốn của kết cấu với cáp dự ứng lực căng ngoài
- Áp dụng: Giảm võng & tăng sức chịu tải sàn BTCT, BTCT dự ứng lực trong các kết cấu nhà cao tầng, nhà xưởng, cầu…
Gia cường kết cấu bằng mở rộng tiết diện
Thường được áp dụng cho kết cấu dầm hoặc cột bê tông cốt thép để tăng cường sức chịu tải
Hình 7: Mô hình tính toán sức kháng uốn của tiết diện mở rộng chịu uốn sau ra cường
Ngoài các phương án đã đề cập, còn nhiều phương pháp gia cường kết cấu khác như sử dụng kích nâng và kết cấu thép.
- Sử dụng kích nâng: Phương pháp này thường được áp dụng để nâng cao hoặc điều chỉnh vị trí của các phần kết cấu bị lún, chênh lệch hoặc bất kỳ biến dạng nào khác.
- Sử dụng kết cấu thép: Kết cấu thép thường được sử dụng như một phương tiện gia cường hiệu quả, đặc biệt là trong việc tăng cường sức chịu tải của các cấu kiện bê tông cốt thép. Bằng cách thêm vào hoặc thay thế các phần kết cấu bằng vật liệu thép, có thể cải thiện tính chịu lực và độ bền của công trình.
III. Tóm tắt và kết luận:
- Gia cường và sửa chữa kết cấu là một lĩnh vực có tiềm năng phát triển mạnh mẽ trong tương lai, đặc biệt là trong bối cảnh ngành xây dựng ngày càng phát triển và các công trình cũ cần được bảo trì, nâng cấp.
- Phân tích và thiết kế gia cường kết cấu là một quá trình phức tạp, đòi hỏi sự chuyên môn cao và kinh nghiệm thực tiễn. Điều này là bước quan trọng trong quá trình sửa chữa và cải thiện độ bền của công trình.
- Mỗi dự án sẽ có những đặc thù riêng, và phương án gia cường có thể đa dạng và linh hoạt phù hợp với yêu cầu cụ thể của từng công trình. Sự kết hợp giữa các phương pháp khác nhau là điều cần thiết để đạt được kết quả tốt nhất.
4. Tại SSC, chúng tôi tự hào về đội ngũ chuyên gia có đầy đủ năng lực, kinh nghiệm và sự cam kết để cung cấp dịch vụ sửa chữa và gia cường kết cấu chất lượng cao. Hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn và trải nghiệm các giải pháp chuyên nghiệp, đồng hành cùng quý khách hàng trong mọi dự án xây dựng.
