Đang tải... (xem toàn văn)
Phần 3.3 - Gia cường kết cấu bê tông cốt thép (BTCT). Nội dung chương này gồm có: mục đích của việc gia cường kết cấu BTCT, mục đích của việc gia cường kết cấu BTCT, phương pháp gia cường bọc ngoài bằng bê tông, gia cường kết cấu btct bằng cách dán bản thép.
Phần 3.3 GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP NỘI DUNG CỦA PHẦN 3.3 MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ TÔNG PHƯƠNG PHÁP GIA CƯỜNG BỌC NGỒI BẰNG BÊ TƠNG GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG CÁCH DÁN BẢN THÉP GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE ((Fibres Reinforced Polymers y - FRP)) GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG PHƯƠNG PHÁP ỨNG LỰC TRƯỚC CĂNG NGỒI MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC GIA CƯỜNG Do nhiều nguyên nhân khác nhau, kết cấu cơng trình bị hư hỏng, giảm khả làm việc Mục đích việc gia cường kết cấu nhằm tăng khả chịu lực qua kéo dài tuổi thọ cơng trình xây dựng thiết kế ban đầu Việc Việ gia i cường ũ đ thực h hiệ thay h đổi mục đích đí h sử dụng d kết kế cấu ấ (cơng trình) so với thiết kế đề ban đầu CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ TÔNG Phân loại phương pháp gia cường : Gia cường g chủ động ộ g ặ g gia cường g thụ ụ động ộ g Căn vào cách tác dụng lực lên phận cấu kiện dùng để gia cường Phương pháp gia cường chủ động: ứng suất trước phận gia cường trước kết cấu gia cường chịu tác dụng hoạt tải Gia cường chủ động dầm BTCT ứng suất trước Thanh căng làm việc chưa có hoạt tải tác dụng lên kết cấu gia cường Phương pháp gia cường thụ động: ứng suất phận gia cường xuất có hoạt tải tác dụng lên kết cấu gia cường Gia cường thụ động dầm BTCT cách dán thép Bản thép chịu lực có hoạt tải tác dụng lên dầm Khi dầm bị võng, thép bắt ắ đầu ầ tham gia chịu lực với dầm CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ TÔNG Phân loại phương pháp gia cường : Theo vật liệu sử dụng để gia cường : - Cốt thép - Bê tông - Bản thép - Vật liệu liệ composite it Điều chỉnh lực tác dụng lên kết cấu - Ứng lực trước căng - Bổ xung gối tựa PHƯƠNG PHÁP GIA CƯỜNG BỌC NGỒI BẰNG BÊ TƠNG - Tăng diện tích mặt cắt tiết diện hàm lượng thép từ nâng cao khả chịu tải độ cứng kết cấu gia cường - Có thể gia cường bọc xung quanh phía ngồi, gia cường mặt, mặt… - Áp dụng cho kết cấu cột, dầm, sàn BTCT Một số dạng gia cường kết cấu cột Concrete repair and maintenance illustrated – P.H Emmons PHƯƠNG PHÁP GIA CƯỜNG BỌC NGỒI BẰNG BÊ TƠNG Một số dạng gia cường kết cấu dầm Một số ố dạng d gia i cường kết cấu ấ sàn Concrete repair and maintenance illustrated – P.H Emmons PHƯƠNG PHÁP GIA CƯỜNG BỌC NGỒI BẰNG BÊ TƠNG Ngun lý thiết kế phương pháp gia cường bọc ngồi bê tơng - Kết cấu gia cường làm việc kết cấu đúc toàn khối - Cốt thép kết cấu cũ cốt thép bổ xung để gia cường, trạng thái giới hạn, đạt tới cường độ tính tốn loại thép sử dụng - Cốt dọc kết cấu cũ đặt cách cạnh chịu kéo tiết diện gia cường khoảng lớn 0,5(h-x) coi cốt dọc làm việc, trạng thái giới hạn, 80% cường độ thiết kế (0,8Ra) - Cốt đai kết cấu cũ kết cấu gia cường làm việc chung PHƯƠNG PHÁP GIA CƯỜNG BỌC NGỒI BẰNG BÊ TƠNG Ví dụ thiết kế gia cường dầm tăng tiết diện vùng kéo x α Rn b h h o ma Ra Fa a Δh Δ a o M yc m att R att Fat b - Thiếu Thiế hụt h t ề khả ă chịu hị tải (hoặc (h ặ tải trọng t gia i tăng) tă ) : ΔM - Chiều cao lớp bê tông gia cường xác định trước ( a, a0 ) - ma, mat : hệ số lấy 0,85 85 - Cường độ chịu nén bê tông Rn; cường độ thép Ra, Rat PHƯƠNG PHÁP GIA CƯỜNG BỌC NGỒI BẰNG BÊ TƠNG Ví dụ thiết kế gia cường dầm tăng tiết diện vùng kéo - Bước : Xác định khả chịu lực trạng kết cấu - Bước : Xác định sơ diện tích cốt thép gia cường Fat Fat = ΔM Z = ξ (h0 + Δh ) ξ = 0,6 ÷ 0,8 mat ZRat - Bước B : Kiể Kiểm tra khả ă chịu hị tải ải ủ tiết iế diện diệ sau gia i cường x x [M ] = ma Ra Fa (h0 − ) + mat Rat Fat (h0 + Δh − ) 2 m R F + mat Rat Fat α =0,75 x= a a a αRn b Kiểm tra điều kiện : [M] ≥ Myc GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG VẬT LIỆU POLYME (Fibres Reinforced Polymers - FRP) Thiết kế gia cường dầm BTCT vật liệu FRP theo ACI-318 (1999) Sơ đồ tính tốn dầm BTCT gia cường theo ACI-318 ACI 318 (1999) GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG VẬT LIỆU POLYME (Fibres Reinforced Polymers - FRP) Xác định sơ số lớp FRP cần thiết - Khả chịu uốn ố dầm ầ BTCT trước gia cường a⎞ ⎛ φM n = φAs f y ⎜ d − ⎟ với 2⎠ ⎝ a= As f y ' c 0,85 f b φ = 0,9 fc’ : cường độ chịu nén bê tông ; fy : cường độ chịu kéo cốt thép As : diện tích cốt thép chịu kéo φM n ≥ M u không cần phải gia cường φM n ≤ M ucần phải gia cường với Mu mô men uốn lớn tác dụng lên dầm GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG VẬT LIỆU POLYME (Fibres Reinforced Polymers - FRP) Xác định sơ số lớp FRP cần thiết - Tổng diện tích FRP : M u − φM n Af = * φ 0,85 f fu 0,9d ffu: cường độ chịu kéo vật liệu FRP - Số lớp FRP : nf = Af wf t f nf : số nguyên GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG VẬT LIỆU POLYME (Fibres Reinforced Polymers - FRP) Xác định khả chịu lực dầm sau gia cường : β1c ⎞ β1c ⎞ ⎛ ⎛ M n = As f s ⎜ d − ⎟ ⎟ + 0,85 A f f f ⎜ h − ⎠ ⎠ ⎝ ⎝ với f c' β1 = 1,05 − 0,05 1000 c ≈ 0,20 d GIA CƯỜNG KẾT CẤU DẦM BTCT BẰNG PHƯƠNG PHÁP ỨNG LỰC TRƯỚC CĂNG NGOÀI Một số đặc điểm - Sử dụng thép thanh, thép hình tạo nên ứng lực trước tác dụng ngược với tác động ngoại lực - Tăng khả chịu lực, lực giảm bề rộng khe nứt độ võng kết cấu - Các bước tiến hành : + Thêm căng trước vùng chịu kéo cần gia cường + Neo cố định ị căng g đầu dầm + Kéo ứng lực trước GIA CƯỜNG KẾT CẤU DẦM BTCT BẰNG PHƯƠNG PHÁP ỨNG LỰC TRƯỚC CĂNG NGOÀI Một số đặc điểm Neo cố định sử dụng bu lông cường độ cao GIA CƯỜNG KẾT CẤU DẦM BTCT BẰNG PHƯƠNG PHÁP ỨNG LỰC TRƯỚC CĂNG NGOÀI Một số đặc điểm Neo cố định thép chữ U Neo hàn GIA CƯỜNG KẾT CẤU DẦM BTCT BẰNG PHƯƠNG PHÁP ỨNG LỰC TRƯỚC CĂNG NGOÀI Một số đặc điểm - Thanh căng g (dây ( y căng) g) : sử dụng ụ g loại thép p thơng g thường g AII,, AIII với đường kính xác định qua tính tốn Cũng sử dụng dây cáp để gia cường - Bộ phận neo : đặt đầu dầm phạm vi gối tựa Bộ phận neo cần tính tốn để đảm bảo khả neo giữ lớn lực phá hoại căng (dây căng) - Bộ phận phụ trợ : thường đặt đáy dầm vị trí uốn (dây) căng (bằ thé (bằng thép ttròn ò h ặ thé thép góc) ó ) - Cơ cấu gây ứng lực trước : sử dụng kích, tăng đơ, cấu níu chập … GIA CƯỜNG KẾT CẤU DẦM BTCT BẰNG THANH CĂNG ỨNG LỰC TRƯỚC Nguyên lý thiết kế gia cường Bước : Xác định khả chịu tải có lượng cần bổ xung khả chịu tải ΔM Bước : Chọn hình thức dây căng xác định sơ tiết diện dây Bước : Xác định độ cứng dầm gia cường chịu tác dụng tồn tải trọng tính tốn chịu lực từ căng mà ứng suất trạng thái tới hạn Bước : Xác định ứng suất căng tác dụng toàn hoạt tải sau gia cố Bước : Tính ứng suất trước cần thiết căng Bước : Kiểm tra khả chịu lực kết cấu sau gia cường GIA CƯỜNG KẾT CẤU DẦM BTCT BẰNG GỐI TỰA BỔ XUNG Một số đặc điểm Cây chống xiên Phân bố lại nội lực kết cấu Concrete repair and maintenance illustrated – P.H Emmons Cây y chống g đứng g GIA CƯỜNG KẾT CẤU DẦM BTCT BẰNG GỐI TỰA BỔ XUNG Một số đặc điểm - Thay y đổi sơ đồ làm việc ệ kết cấu dẫn đến thay y nội ộ nội ộ lực ự g kết cấu - Để đảm bảo làm việc đồng thời kết cấu gia cường phận hậ kết cấu ấ gia i cường có ó thể th thực hiệ biệ biện pháp há sau : + Dỡ tối đa tải trọng ọ g tác dụng ụ g lên kết cấu ợ g gia cường g (tải ( trọng ọ g lại thường trọng lượng thân kết cấu lớp cấu tạo) + Trường hợp tải trọng dỡ bỏ khơng đáng kể so với tồn tải trọng tác dụng lên kết cấu dùng kích vị trí thích hợp để giảm bớt chuyển vị kết cấu GIA CƯỜNG KẾT CẤU CỘT BTCT BẰNG THÉP HÌNH Một số đặc điểm Cắt ngang cột Thép góc Dùng vít Dù í me ép é thép góc chặt vào cột ( Gây ứng lực ép ) Cét BTCT hiÖn cã Bản thép Lớp bê tông bao GIA CƯỜNG KẾT CẤU CỘT BTCT BẰNG THÉP HÌNH Một số đặc điểm - Phương pháp thi cơng đơn giản, giản nhanh chóng - Khơng ảnh hưởng nhiều đến việc sử dụng cơng trình - Tăng khả chịu lực cột - Các thép góc gia cường ốp vào góc cột BTCT phía phía ( gọi tắt ốp) ( áp dụng gia cường cột chịu nén lệch tâm tâm) - Các thép góc gia cường ứng lực trước khơng ứng lực trước - Giá trị t ịứ ứng llực ttrước ttrong th hố ốp th thường đ lấ lấy vào kh khoảng ả 600÷800 kG/cm2 GIA CƯỜNG KẾT CẤU CỘT BTCT BẰNG THÉP HÌNH Nguyên lý thiết kế gia cường - Các chống làm việc chịu nén : cột chịu nén lệch tâm cần bố trí gia cường phía làm việc chịu nén - Trường hợp cột chịu nén tâm trường hợp mô men uốn tác dụng lên cột đổi chiều cần bố trí chống hai phía cột - Trong g trường g hợp ợp ốp p ứng g lực ự trước ứng g suất làm việc ệ g ốp p đạt tới cường độ tính tốn vật liệu thép làm chúng - Hai toán : + Xác định tiết diện chống + Xác Xá định đị h khả ă chịu hị lực l ủ cột ột sau gia i cường GIA CƯỜNG KẾT CẤU CỘT BTCT BẰNG THÉP HÌNH Nguyên lý thiết kế gia cường * Bước : Kiểm tra khả chịu tải kết cấu cũ * Bước : Xác định diện tích ốp gia cường - Ví dụ trường hợp cột chịu nén tâm + Xác định lượng thiếu ế hụt ề khả ả chịu tải ả ủ cột N0 = N - Ngh + Tiết diện diệ th h ốp ố gia i cường ( tính tí h cho h cặp) ặ ) ϕ : hệ số uốn dọc N0 F0 = 2ϕm° R m0: hệ số điều kiện làm việc ốp m0 = 0,6 ÷ 0,85 R: cường độ thép * Bước : Kiểm tra khả chịu tải sau gia cường ... cường : - Cốt thép - Bê tông - Bản thép - Vật liệu liệ composite it Điều chỉnh lực tác dụng lên kết cấu - Ứng lực trước căng - Bổ xung gối tựa PHƯƠNG PHÁP GIA CƯỜNG BỌC NGỒI BẰNG BÊ TƠNG - Tăng... Reinforced Polymers - FRP) Một số đặc điểm - Tăng khả chịu cắt chịu uốn dầm BTCT - Tăng cường khả chịu uốn sàn BTCT vùng có mơ men dương mơ men âm - Tăng cường khả chịu uốn, nén cột BTCT - Tăng cường... vấn đề gặp phải sử dụng phương pháp gia cường y - Liên kết thép bê tông - Độ bền thép : chịu tác động mơi trường (ăn mòn) - Liên quan đến ứng xử học: + Hiện tượng uốn cục thép quanh vị trí vết