Bài giảng Hư hỏng sửa chữa công trình - Phần 3.3: Gia cường kết cấu bê tông cốt thép

Nội dung text: Bài giảng Hư hỏng sửa chữa công trình - Phần 3.3: Gia cường kết cấu bê tông cốt thép

1. NỘI DUNG CỦA PHẦN 3.3 ƒ MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT ƒ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ TÔNG ƒ PHƯƠNG PHÁP GIA CƯỜNG B ỌC NGOÀI B ẰNG BÊ TÔNG ƒ GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG CÁCH DÁN BẢN THÉP ƒ GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE ((yFibres Reinforced Polymers - FRP) ƒ GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG PHƯƠNG PHÁP ỨNG LỰC TRƯỚCCC CĂNG NGOÀI
2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ TÔNG Phân loại các phương pháp gia cường : ƒ Gia cường chủ động hoặc gia cường thụ động Căn cứ vào cách tác dụng lực lên bộ phận cấu kiện dùng để gia cường Phương pháp gia c ường chủ động: ứng Phương pháp gia c ường th ụ động: ứng suất trước bộ phận gia cường trước khi suất trong bộ phận gia cường chỉ xuất kết cấu gia cường chịu tác dụng của hiện khi có hoạt tải tác dụng lên kết cấu hoạt tải gia cường Gia cường chủ động dầm BTCT bằng Gia cường thụ động dầm BTCT ứng suất trước bằng cách dán bản thép Thanh căng làm việc Bản thép chỉ chịu lực khi ngay khi chưa có hoạt tải có hoạt tải tác dụng lên tác dụng lên kết cấu gia dầm. Khi dầm bị võng, bản cường thép bắt đầu tham gia chịu lực với dầm
3. PHƯƠNG PHÁP GIA CƯỜNG BỌC NGOÀI BẰNG BÊ TÔNG -Tăng diện tích mặt cắt tiết diện và hàm lượng thép từ đó nâng cao khả năng chịu tải và độ cứng của kết cấu được gia cường -Có thể gia cường bọc xung quanh phía ngoài, gia cường 1 mặt, 2 mặt -Áp dụng cho kết cấu cột, dầm, sàn BTCT Mộtst số dạng gia c ường k ếtct cấucu cột Concrete repair and maintenance illustrated – P.H Emmons
4. PHƯƠNG PHÁP GIA CƯỜNG BỌC NGOÀI BẰNG BÊ TÔNG Nguyên lý thiết kế của phương pháp gia cường bọc ngoài bằng bê tông -Kết cấu được gia cường làm việc như là một kết cấu đúc toàn khối duy nhất -Cốt thép trong kết cấu cũ và cốt thép bổ xung để gia cường, ở trạng thái giới hạn, đều đạt tới cường độ tính toán của loại thép sử dụng -Cốt dọc trong kết cấu cũ đặt cách cạnh chịu kéo của tiết diện mới gia cường một khoảng lớn hơn 0,5(h-x) thì coi cốt dọc đó sẽ làm việc, ở trạng thái giới hạn, bằng 80% cường độ thiết kế (0,8Ra) -Cốt đai trong kết cấu cũ và trong kết cấu gia cường cùng làm việc chung
5. PHƯƠNG PHÁP GIA CƯỜNG BỌC NGOÀI BẰNG BÊ TÔNG Ví dụ thiết kế gia cường dầm bằng tăng tiết diện vùng kéo -Bước 1 : Xác định khả năng chịu lực hiện trạng của kết cấu -Bước 2 : Xác định sơ bộ diện tích cốt thép gia cường Fat ΔM Z = ξ (h0 + Δh) ξ = 0,6 ÷ 0,8 Fat = mat ZRat - Bước 33Ki : Kiểm tra khả năng chịu tải của tiết diện sau gia cường x x []M = m R F (h − ) + m R F (h + Δh − ) a a a 0 2 at at at 0 2 m R F + m R F x = a a a at at at α =0,75 αRnb Kiểm tra điều kiện : [M] ≥ Myc
6. GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG CÁCH DÁN BẢN THÉP ‰ Một số đặc điểm của phương pháp - Giảiháii pháp gia cường đơn giản ít ảnhhh hưởng đến hình d ạng vààkíhth kích thước của kết cấu gia cường - Tăng kh ả năng ch ịuul lựccvà và độ cứng c ủaak kếttc cấuugiac gia cường - Độ bám dính giữa bản thép và kết cấu bê tông quyết định đến hiệu quả gia cường - Độ bám dính giữa bản thép và kết cấu bê tông quyết định đến hiệu quả gia cường -Sử dụng phương pháp dán bản thép để gia cường chịu uốn, chịu cắt
7. GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG CÁCH DÁN BẢN THÉP ‰ Một số vấn đề gặp phải khi sử dụng phương pháp gia cường này -Liên kết giữa bản thép và bê tông - Độ bền của bản thép : chịu tác động môi trường (ăn mòn) - Liên quan đến ứng x ử cơ học: + Hiện tượng uốn cục bộ bản thép quanh vị trí vết nứt (Calgaro et Lacroix, 1997) khi thí nghiệm với những bản thép gia cường có chiều dày từ 3mm đến 5mm gia cường các dầm BTCT chịu uốn có chiều cao đến 200 mm thì ứng suất chảy dẻo trong bản thép nhỏ hơn 30 đến 35% ứng suất chảy của thép khi thí nghiệm kéo.
8. GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG CÁCH DÁN BẢN THÉP + Độ bền liên kết giữa bản thép gia cường và bề mặt bê tông Việc bbbong bề mặt liên k ếtbt bản thép – kết cấu bê tô ng là yếu tố cơ bản ảnhhh hưởng đến độ bền của việc gia cường Bong bề mặt liên kết bản thép- kết cấu BT do sự tập trung ứng suất cắt và ứng suất kéo ở vùng biên của bản thép
9. GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG CÁCH DÁN BẢN THÉP -Một số biện pháp liên kết bản thép với kết cấu sửa chữa Concrete repair and maintenance illustrated – P.H Emmons
10. GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG CÁCH DÁN BẢN THÉP Ví dụ thiết kế gia cường dầm bằng dán bản thép -Bước 1 : Xác định khả năng chịu lực hiện trạng của tiết diện -Bước 2 : xác định diện tích thép bản gia cường và chọn kích thước bản thép -Bước 3 : Kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện sau gia cường
11. GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG VẬT LIỆU POLYME (Fibres Reinforced Polymers - FRP) ‰ Một số đặc điểm Đặc trưng cơ học của sợi thủy tinh GFRP
12. GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG VẬT LIỆU POLYME (Fibres Reinforced Polymers - FRP) ‰ Một số đặc điểm Đặc trưng cơ học của một số loại keo dán
13. GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG VẬT LIỆU POLYME (Fibres Reinforced Polymers - FRP) ‰ Một số đặc điểm - Tăng kh ả năng ch ịuuc cắttvàch và chịuuu uốnnc củaad dầmmBTCT BTCT - Tăng cường khả năng chịu uốn của sàn BTCT tại vùng có mô men dương và mô men âm - Tăng cường khả năng chịu uốn, nén của cột BTCT - Tăng cường khả năng chịu lực của tường BTCT, khối xây gạch và các dạng kết cấu công trình khác như dầm sàn cầu, ống khói, si lô, đường hầm . - Tăng cường khả năng làm việc khi chịu tác động của tải trọng động và các tác động đặcbic biệtkhácnht khác như cháy, n ổ
14. GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG VẬT LIỆU POLYME (Fibres Reinforced Polymers - FRP) ‰ Một số đặc điểm Gia cường cột BTCT Gia cường dầm BTCT
15. GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG VẬT LIỆU POLYME (Fibres Reinforced Polymers - FRP) ‰ Một số đặc điểm Tăng kh ả năng ch ịumômendu mô men dương Tăng khả năng chịu môâô men âm của của sàn BTCT sàn BTCT
16. GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG VẬT LIỆU POLYME (Fibres Reinforced Polymers - FRP) ‰ Một số đặc điểm Chuẩn bị bề mặt Dán keo Gia cường bản sàn
17. GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG VẬT LIỆU POLYME (Fibres Reinforced Polymers - FRP) ‰ Các bước thi công gia cường bằng vật liệu FRP 1. Chuẩn bị bề mặt bê tông : loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền liên kết; xử lý các vết nứt có bề rộng lớn hơn 0,25 mm bằng keo epoxy 2. Sơn lót bề mặt bê tông 3. Làm phẳng bề mặt bằng bê tông 4. Phủ lớp keo dán thứ nhất lên bề mặt bê tông 5Dánt5. Dán tấmFRPm FRP 6. Phủ lớp keo dán thứ hai lên tấm FRP và bê tông 7. Phủ lớp vật liệu bảo vệ
18. GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG VẬT LIỆU POLYME (Fibres Reinforced Polymers - FRP) ‰ Nguyên lý thiết kế gia cường Mô số cơ chế phá hủy kết cấu dầm gia cường bằng vật liệu FRP Phá ho ạivi vậtlit liệuFRPu FRP Phá ho ại bê tông vùng nén Phá hoại do lực cắt Phá hoại lớp bê tông bề mặt Phá hoại bề mặt liên kết Hư hỏng do khuyết tật bề mặt liên kết
19. GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG VẬT LIỆU POLYME (Fibres Reinforced Polymers - FRP) Xác định sơ bộ số lớp FRP cần thiết -Khả năng chịu uốn của dầm BTCT trước gia cường ⎛ a ⎞ As f y φM n = φAs f y ⎜d − ⎟ với a = ' φ = 0,9 ⎝ 2 ⎠ 0,85 fc b ’ fc : cường độ chịu nén của bê tông ; fy : cường độ chịu kéo của cốt thép As : diện tích cốt thép chịu kéo φM n ≥ M u không cần phải gia cường cầnphn phảiigiac gia cường φM n ≤ M u với Mu là mô men uốn lớn nhất tác dụng lên dầm
20. GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG VẬT LIỆU POLYME (Fibres Reinforced Polymers - FRP) Xác định khả năng chịu lực của dầm sau khi gia cường : ⎛ β1c ⎞ ⎛ β1c ⎞ M n = As f s ⎜d − ⎟ + 0,85Af f f ⎜h − ⎟ ⎝ 2 ⎠ ⎝ 2 ⎠ f ' với β = 1,05 − 0,05 c 1 1000 c ≈ 0,20d
21. 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
22. GIA CƯỜNG KẾT CẤU DẦM BTCT BẰNG PHƯƠNG PHÁP ỨNG LỰC TRƯỚC CĂNG NGOÀI ‰ Một số đặc điểm - Thanh căngg( (dây căng) : sử dụng các loại thépgp thông thường,g AII, AIII với đường kính được xác định qua tính toán. Cũng có thể sử dụng dây cáp để gia cường -Bộ phận neo : đặt ở đầu dầm trong phạm vi gối tựa. Bộ phận neo cần được tính toán để đảm bảo khả năng neo giữ lớn hơn lực phá hoại thanh căng (dây căng) -Bộ phận phụ trợ : thường đặt ở đáy dầm tại vị trí uốn của thanh (dây) căng (bằng thép tr òn hoặc thép g óc ) -Cơ cấu gây ứng lực trước : có thể sử dụng kích, tăng đơ, cơ cấu níu chập .
23. GIA CƯỜNG KẾT CẤU DẦM BTCT BẰNG GỐI TỰA BỔ XUNG ‰ Một số đặc điểm Cây chống xiên Cây chống đứng Phân bố lại nội lực trong kếtct cấu Concrete repair and maintenance illustrated – P.H Emmons
24. GIA CƯỜNG KẾT CẤU CỘT BTCT BẰNG THÉP HÌNH ‰ Một số đặc điểm Cắt ngang c ột Thép góc Dùng ví t me é p 4 thép góc chặt Cét BTCT Bản thép vào cột ( Gây hiÖn cã ứng lực ép ) Lớp bê tông bao
25. GIA CƯỜNG KẾT CẤU CỘT BTCT BẰNG THÉP HÌNH ‰ Nguyên lý thiết kế gia cường - Các thanh chống ch ỉ làm việccch chịuunén: nén : đốiiv vớiic cộttch chịuunénl nén lệch tâm ch ỉ cần bố trí thanh gia cường tại phía làm việc chịu nén -Trường hợp cột chịu nén đúng tâm hoặc trường hợp mô men uốn tác dụng lên cột đổi chiều cần bố trí thanh chống ở cả hai phía của cột -Trong trường hợp thanh ốp ứng lực trước ứng suất làm việc trong thanh ốp có thể đạt tới cường độ tính toán của vật liệu thép làm ra chúng. - Hai bài toán cơ bản : + Xác định tiết diện thanh chống + Xác địnhhkh khả năng chịu lực của cộtkhiit sau khi gia cường