THIẾT KẾ GIA CỐ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

1.Các nguyên nhân gây hư hỏng công trình

Bao gồm các yếu tố tác động cơ học, lý học và hóa học diễn ra trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình; những sai sót trong công tác khảo sát, thiết kế và thi công hoặc không kịp thời duy tu trong quá trình vận hành công trình.

Các tác động cơ học bao gồm: Các loại tải trọng tác dụng lên công trình.
Các tác động lý hoá học bao gồm: Tác dụng của nhiệt độ, độ ẩm, lún không đều, chấn động, môi trường ăn mòn hoá học, điện hoá….

+ Do nhiệt độ :

Hình ảnh công trình bị hỏa hoạn

+ Ăn mòn cốt thép:

Hình ảnh cốt thép bị ăn mòn

+ Chất lượng kết cấu bị suy giảm:

Hình ảnh cột bị phá hoại do giảm khả năng chịu lực

+ Các sai sót trong quá trình thi công :

Hình ảnh nứt sàn trong quá trình thi công

+ Các sai sót trong quá trình thiết kế:

Hình ảnh lún lệch móng - cột công trình bị nghiêng

1.1.Đối tượng sửa chữa , gia cố và cải tạo công trình

Những công trình đã sử dụng lâu năm bị xuống cấp do tác động của nhiều nguyên nhân khác nhau như tải trọng, khí hậu, hoá chất ăn mòn, sự cố… gây nên.
Những công trình bị hư hỏng do những sai sót trong các khâu khảo sát, thiết kế hoặc thi công.
Những công trình do nhu cầu thay đổi về sử dụng như cải tiến công nghệ, đổi mới thiết bị, thay đổi công năng,… dẫn đến thay đổi sơ đồ kết cấu, thay đổi tải trọng.
Những công trình có nhu cầu mở rộng như mở rộng mặt bằng, nâng thêm chiều cao, nâng thêm tầng….

- Như vậy, việc gia cố, sửa chữa và cải tạo là đề cập đến những công trình có nhu cầu cải thiện về mặt chịu tải trọng cũng như công năng nhằm đảm bảo an toàn, tăng tuổi thọ hoặc tăng hiệu quả sử dụng của công trình.

* Cũng như xây mới, việc gia cố, sửa chữa và cải tạo công trình có sẵn vẫn phải qua các khâu khảo sát và thiết kế, sau đó mới có thể tiến hành thi công. Tuy nhiên công tác khảo sát, thiết kế có những đặc điểm khác so với việc làm xây mới công trình. Do vậy, cần đánh giá đúng tính chất, nguyên nhân và mức độ hư hỏng của công trình, xác định được mục đích và yêu cầu của công tác sửa chữa, gia cố sẽ quyết định tính đúng đắn cho các giải pháp được lựa chọn.

1.2 .Đánh giá tính chất và mức độ hư hỏng của công trình

Có 2 dạng hư hỏng:

Hư hỏng thấy được: Thể hiện sự sút kém về khả năng chịu tải của kết cấu cũng như sự giảm tính năng sử dụng so với ban đầu, chẳng hạn trên kết cấu xuất hiện những vết nứt hoặc biến dạng vượt quá giới hạn cho phép, mái bị dột, khu WC bị thấm nước, các lớp ốp, lát bị bong, rộp…
Hư hỏng không thấy được: Việc đánh giá dựa trên các cơ sở:
- Mức độ giảm giá công trình do sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và giá xây dựng hạ xuống được đánh giá bằng hiệu số vốn đầu tư tại thời điểm xây dựng công trình và tại thời điểm khảo sát để sửa chữa, gia cố.
- Mức độ bất hợp lý về mặt sử dụng được đánh giá bằng phụ phí để dỡ bỏ những phần bất hợp lý đó của công trình.

- Kết hợp cả 2 dạng hư hỏng trên để đánh giá toàn diện mức độ hư hỏng của công trình.

* Cơ sở đánh giá theo TCVN 9381-2012 – “Hướng Dẫn Đáng Giá Mức Độ Nguy Hiểm Của Kết Cấu Nhà”. Việc đánh giá theo phương pháp đánh giá tổng hợp, dựa trên mức độ nguy hiểm của các cấu kiện, đánh giá mức độ nguy hiểm của các bộ phận từ đó đánh giá mức độ nguy hiểm cả công trình. Các công thức của tiêu chuẩn khá dài tham khảo trong tiêu chuẩn này. Theo tiêu chuẩn, để đánh giá tình trạng nguy hiểm của công trình, độ nguy hiểm được phân chia thành 4 cấp sau đây:

Mức độ nguy hiểm	Biểu hiện nguy hiểm	Phương hướng xử lý
Cấp A	Khả năng chịu lực của kết cấu có thể thỏa mãn yêu cầu sử dụng bình thường, chưa có nguy hiểm, kết cấu nhà an toàn.	Bảo trì định kỳ
Cấp B	Khả năng chịu lực của kết cấu cơ bản đáp ứng yêu cầu sử dụng bình thường, cá biệt có cấu kiện ở trạng thái nguy hiểm, nhưng không ảnh hưởng đến kết cấu chịu lực, công trình đáp ứng được yêu cầu sử dụng bình thường.	Sửa chữa nhỏ
Cấp C	Khả năng chịu lực của một bộ phận kết cấu không thể đáp ứng được yêu cầu sử dụng bình thường, xuất hiện tình trạng nguy hiểm cục bộ	Sửa chữa lớn
Cấp D	Khả năng chịu lực của kết cấu chịu lực không thể đáp ứng được yêu cầu sử dụng bình thường, nhà xuất hiện tình trạng nguy hiểm tổng thể.	Sửa chữa toàn diện, kèm theo gia cường lại hệ kết cấu, hoặc kiến nghị dỡ bỏ nhằm đảm bảo an toàn cho công trình lân cận.

2.Công tác khảo sát, thiết kế gia cố kết cấu :

2.1.Mục đích

Khảo sát một công trình cần gia cố, sửa chữa gần giống như khám bệnh cho người ốm, nên gần đây người ta đưa ra thuật ngữ “Bệnh học công trình”. Mục đích là xác định trạng thái, mức độ các hư hỏng và tìm nguyên nhân của chúng.
Công tác khảo sát nhằm mô tả và đánh giá đúng hiện trạng của kết cấu. Phân tích kết quả khảo sát kết hợp với những lập luận hợp qui luật để tìm ra nguyên nhân của hư hỏng làm tiền đề cho việc thiết kế, sửa chữa.

2.2.Nội dung

Nội dung của công tác khảo sát bao gồm:

Hiện trạng về khả năng chịu tải của kết cấu (kết cấu chịu lực và bao che)
Khảo sát nền móng
Mức độ bất hợp lý về phương diện sử dụng
Môi trường làm việc của công trình và ảnh hưởng của các công trình lân cận.

3. Một số phương pháp gia cố phổ biến.

3.1 Gia cố kết cấu BTCT bằng cách tăng tiết diện

Phương pháp này được sử dụng khá rộng rãi
Ưu điểm:

+ Tính toán đơngiản

+ Dễ thực hiện đối với các loại kết cấu khác nhau như chịu uốn, chịu nén đúng tâm, lệch tâm.

+ Đối với các kết cấu không quá lớn, phương pháp này rất hiệu quả về mặt nâng cao khả năng chịu tải.

Hình Các dạng tăng tiết diện

Hình ảnh thi công thực tế tăng tiết diện cột - dầm

3.2 Gia cố kết cấu BTCT bằng dây căng ứng lực trước

Nguyên tắc và ưu điểm:
- Việc áp dụng hệ thống dây căng ứng lực trước 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.
- Phương pháp này áp dụng để gia cố các cấu kiện chịu uốn như dầm, dàn BTCT.
- Ưu điểm:

+ Tiêu hao lượng vật liệu ít mà có thể nâng cao khả năng chịu tải từ 2 - 2,5 lần.

+ Không chiếm không gian sử dụng của công trình.

+ Thi công tương đối đơn giản, dễ thực hiện, nhanh đưa công trình vào sử dụng, không ảnh hưởng nhiều đến điều kiện làm việc liên tục của công trình.

Hình thức thực hiện: Có 3 hình thức
- Khi yêu cầu về mức độ gia tăng khả năng chống uốn lớn hơn so với mức độ gia tăng khả năng chống cắt sau khi gia cố, có thể áp dụng hệ thống dây căng nằm ngang.
- Khi yêu cầu về mức độ gia tăng khả năng chống cắt khá lớn, nên áp dụng hệ thống dây võng.
- Khi yêu cầu về mức độ gia tăng khả năng chống uốn và chống cắt đều lớn, áp dụng hệ thống dây căng tổ hợp của 2 hệ trên.

Các bộ phận của hệ thống dây căng ứng lực trước:

+ Dây căng: Có thể là thép thường nhóm AI,AII,AIII; có thể là thép hình

+ Neo 2 đầu dây căng: Thép hình hàn với thép chịu lực của dầm và chôn trong BT.

Hình ảnh thi công thực tế căng cáp

3.3 Gia cố cột BTCT bằng thép hình

Phương pháp này có thể áp dụng để gia cố cột chịu tải đúng tâm hoặc lệch tâm.
Ưu điểm: Thi công đơn giản, nhanh chóng, không ảnh hưởng nhiều đến tính chất làm

việc liên tục của công trình. Có khả năng nâng cao đáng kể khả năng chịu tải của cột (có thể lên tới 100 - 200 Tấn). Vẫn có thể giữ nguyên được kích thước tiết diện cột, không ảnh hưởng đến yêu cầu thẩm mỹ của công trình.

Hình Gia cố cột BTCT bằng cách ốp thép hình

Hình Gia cố sàn BTCT bằng thép hình