Bài giảng Hư hỏng sửa chữa công trình - Phần 4: Hư hỏng và sữa chữa gia cường kết cấu thép

Nội dung text: Bài giảng Hư hỏng sửa chữa công trình - Phần 4: Hư hỏng và sữa chữa gia cường kết cấu thép

1. NỘI DUNG CỦA PHẦN 4 ƒ NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP ƒ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG, HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP ƒ MỘT SỐ BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU THÉP ƒ THIẾT KẾ GIA CƯỜNG KẾT CẤU THÉP BẰNG CÁCH TĂNG TIẾT DIỆN
2. NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP ‰ HƯ HỎNG DO SAI SÓT TRONG THIẾT KẾ - SiSai sơ đồ tính t oá n k ết cấu - Tính toán sai nội lực - Xác định sai tải trọng thiết kế - Sai sót trong cấu tạo kết cấu dẫn đến mất ổn định cục bộ hoặc toàn thể kết cấu - Sai sót trong thể hiện bản vẽ ( thiếu gg,hi chú, chỉ dẫn, kích thước không rõ ràng .) Những sai xót trong thiết kế thường dẫn đến những hư hỏng nghiêm trọng có thể dẫn đến phá hoại kết cấu
3. NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP ‰ HƯ HỎNG TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG - Xếp chấttk kết cấu thép không đúúáh(óthng quy cách (có thể làm k ết cấu bị cong vênh, các đường hàn gia công bị phá hoại ) - TbTreo buộc kết cấu khi cẩu lắp không đúng quy địnhhóth có thể dẫn đến hư hỏng các mép, gây biến dạng dẻo hoặc mất ổn định cục bộ kết cấu -Chất lượng các mối hàn thi công kém, số lượng bu lông lắp ghép thiếu, không vặn xiết các bu lông đủ độ chặt -Sơ đồ tính toán kết cấu bị thay đổi do thi công gối tựa không đúng
4. NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP ‰ HƯ HỎNG DO TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG - Kếtct cấuub bị quá t ải: t ảiitr trọng v ượt quá giá tr ị dự kiến khi tính toán -Tải trọng bất thường không được kể đến trong tính toán (cháy, nổ, động đấtt) .) -Tải trọng rung động làm phát sinh ứng suất mỏi (gây nứt kết cấu và đường hàn) -Tải trọng phát sinh do công trình bị lún, lún lệch -Hư hỏng liên kết theo thời gian dẫn đến phân bố lại nội lực (ví dụ liên kết bu lông, đinh tán bị lỏng)
5. NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP ‰ HƯ HỎNG DO TÁC ĐỘNG CỦA MÔI TRƯỜNG Hư hỏng lớp sơn bảo vệ dẫn đến gỉ cốt thép
6. NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP ‰ HƯ HỎNG DO SAI PHẠM TRONG QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG Kết cấu thép bị rỉ do không được bảo trì
7. NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP ‰ Những hư hỏng phổ biến ở giàn vì kèo thép 1- Thanh nén cong vênh kh ỏimi mặttdàn dàn 2- Thanh kéo cong vênh khỏi mặt dàn 3 - Thanh kéo conggg vênh trong mặt dàn 4 - Thanh nén cong vênh trong mặt dàn 5-Độ võng dư lớn 6- Cong vênh cục bộ ở thanh nén Tỷ lệ hư hỏng các phần tử trong vì kèo thép 7- Cong vênh cục bộ ở thanh kéo (Theo Lê Văn Kiểm, 2000)
8. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP Nghiên cứu tài liệu kỹ Khảo sát Tính toán thuậttthi : thiết hiện trường kiểm tra kế, thi công Nguyên nhân và hiện trạng hư hỏng
9. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP ‰ Khảo sát tại hiện trường *Kh* Khảo sát c hế độ sử dụng côtìhátông trình, các tảiit trọng thực tế tác dụng lên công trình - Điềukiu kiệnnmôitr môi trường n ơi công trình được xây dựng (nhi ệt độ, độ ẩm môi trường, sự rung động .) - Khảo sát c ác nguồn tảiti trọng tác động lên kết cấu chưa kể đến khi tính toán Hư hỏng kết cấu thép trong nhiều trường hợp do tải trọng thực tế lớn hơn tải trọng thiết kế
10. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP ‰ Khảo sát tại hiện trường Lưu ý về kích thước khe hở giữa các thanh giàn tại các mắt dàn + Sai phạm về số lượng, vị trí các bu lông, đinh tán: khoảng cách từ tâm bu lông hoặc đinh tán đến mép kết cấu phải lớn hơn 2 lần đường kính thân bu lông + Kiểm tra độ thẳng đứng của các cột, bụng dầm, mặt phẳng dàn vì kèo
11. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP ‰ Khảo sát tại hiện trường * Khảo sát chất lượng đường hàn -Chất lượng đường hàn ảnh hưởng đến liên kết các bộ phận kết cấu - Các khuyếttt tậttóth có thể xuấtthi hiện ttêrên đđờường hàn : hà n khô ng thấu chân, không thấu mép, hàn rỗ . - Các vết nứt đờđường hàn d o nộiil lực. Những vết nứttbê bên trong c óthó thể được phát hiện qua các phương pháp thí nghiệm không phá hoại (siêu âm, tia gama ). Vết nứt bên ngoài có thể phát hiện thông qua thiết bị soi nứt - Xác định mức độ biến dạng do hàn. Đây là yếu tố ảnh hưởng làm giảm khả năng chịu lực của từng bộ phận kết cấu. Biến dạng do hàn có thể mang tín cụcbc bộ hoặctoànbc toàn bộ trên kếtct cấu
12. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP ‰ Khảo sát tại hiện trường * Khảo sát chất lượng đường hàn Các dạng bi ếnnd dạng c ụccb bộ do hàn (Lê v ănnKi Kiểm, 2000) a- Dạng lồi; b-Cong vênh ở mép tự do; c-Cong vênh ở vùng có đường hàn nối; d-Đầu mút mất tính phẳng; e- Dạng cụp của chi tiết nhỏ; g- Mặt phẳng của chi tiết nhỏ bị gãy lệch tại góc liên kết hàn
13. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP ‰ Khảo sát tại hiện trường * Khảo sát dạng phá hoại của kết cấu thép + Phá hoại dòn gồm hai giai đoạn : giai đoạn phát sinh (cục bộ) vết nứt và giai đoạn phát triển của vết nứt trên toàn tiết diện + Phá hoại dòn được thể hiện bằng các vết nứt. Vị trí vết nứt ở ngay tại các điểm có tập trung ứng suất và là vùng chịu ứng suất kéo (trong các vùng kết cấu làm việc chịu nén không xuất hiện phá hoại dòn) + Phá hoại dòn thường xảygy ra trong các chi tiết thép có chiều dày trên 6mm do ảnh hưởng của trạng thái ứng suất khối
14. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP ‰ Khảo sát tại hiện trường * Khảo sát dạng phá hoại của kết cấu thép Vùng có Cách ngăn tập trung ngừa tập ứng suất trung ứng do hàn suất Một số vị trí có sự tập trung ứng suất hàn (Lê Văn Kiểm, 2000)
15. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP ‰ MỘT SỐ THIẾT BỊ PHỤC VỤ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG KẾT CẤU THÉP Thiết bị siêu âm kiểm tra chất lượng mối hàn Thiết bị Clémomen kiểm tra độ chặc của liên kết bu lông
16. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP ‰ TÍNH TOÁN KIỂM TRA KẾT CẤU - Dựa ttêrên c ác số liệu thu th ập được để tính t oá n ki ểm ttlra lạiik kếttkíhth : kích thước hình học của kết cấu, tải trọng thực tế tác dụng lên kết cấu ( lưu ý với tải trọng không có hệ số vượt tải) -Sơ đồ tính phải kể đến các điều kiện làm việc thực tế của kết cấu : sơ đồ gối tựa liên kết, vị trí liên kết thực tế của các bộ phận kết cấu; sự làm việc không gian của kết cấu - Đưa ra kết luận về sự làm việc của kết cấu : trạng thái ứng suất , độ võng, chuyển vị ngggang .
17. MỘT SỐ BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU THÉP ‰ Mục đích Tăng kh ả năng ch ịuul lựccc củaat từng b ộ phậnnk kếttc cấuuho hoặcctoànb toàn bộ kếttc cấu ‰ CCpác phươnggp pháp pg gia cường kết cấu théppp phổ biến - Thay đổi sơ đồ làm việc của công trình hoặc bộ phận kết cấu -Tăng cường tiết diện - Gia cường các liên kết giữa các bộ phận kết cấu
18. MỘT SỐ BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU THÉP * Gia cường cột bằng tăng tiết diện - Cộtthéptht thép thường ít h ư hỏng do t ảitri trọng vì kh ả năng ch ịulu lựccc của cột thường không tận dụng hết. - Khi t ảiitr trọng gia tăng ho ặcckhik khi kếttc cấuub bị xâm th ực nhi ềuudotác do tác động của môi trường mới cần gia cường kết cấu - Gia c ường t ăng ti ếtdit diệncn cầncn căncn cứ vào phương làm vi ệc chính của cột - Có th ể gia c ường đốixi xứng ho ặcphc phảnnx xứng ph ụ thuộc vào chiềuuc của mô men tác dụng lên cột
19. MỘT SỐ BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU THÉP * Gia cường cột bằng cây chống ứng suất trước - Thanh chống làm bằng thép góc hay thép U - Không cần dỡ tải cho cột khi gia cường - Tảitri trọng tác dụng lên kếtct cấuuc cũ giảmmph phụ thuộc vào tiết diện và mức độ ứng suất trước của thanh chống gia cường
20. MỘT SỐ BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU THÉP * Gia cường dầm thép bằng cách tăng tiết diện - Trước khi gi a cường cần dỡ tảiti tối đa (bỏ hếtht hoạttt tảiài và mộtht phần tĩnh tải nếu có thể) - Chỉ nên gia c ường ở những n ơicómômenui có mô men uốnln lớnnhn nhấtmàtínht mà tính toán thấy cần thiết - Bố trí k ếtct cấugiacu gia cường sao cho t ăng được mô men quán tính nhiều nhất (kết cấu gia cường đặt xa trục trung hòa nhất) - Cần gia cường theo th ứ tự : cáhdánh dưới – bụng dầm – cáhtêánh trên để tránh độ võng do hàn gây ra
21. MỘT SỐ BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU THÉP * Gia cường dàn thép bằng cách tăng tiết diện Một số giải pháp gia cường tăng tiết diện dàn thép
22. MỘT SỐ BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU THÉP * Gia cường các thanh dàn bị cong vênh
23. MỘT SỐ BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU THÉP * Gia cường cột thép
24. MỘT SỐ BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU THÉP * Gia cường dầm thép -Bổ xunggg gối tựa trunggg gian bằng các cột chống -Gia cường bằng hệ thanh căng ứng suất trước
25. MỘT SỐ BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU THÉP * Gia cường dàn thép - Đặt thêm thanh chống xiên hoặc các đoạn treo giàn - Đặt kết cấu vòm chống đỡ phía dưới hoặc đặt thêm các phần tử căng võng phía dưới dàn
26. MỘT SỐ BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU THÉP * Gia cường dàn kết cấu khung thép -Tăng bậc siêu tĩnh của khung -Tăng độ cứng cho các phần tử khung (ví dụ cột, dầm, dàn) - Điều chỉnh nội lực trong khung
27. MỘT SỐ BIỆN PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU THÉP * Gia cường dàn kết cấu khung thép - Gia cường khung b ằng thanh căng ngang hoặc bằng dây neo h oặc khung chống + Thanh căng (2) có thể ứng suất trước + Dây neo (3) hoặc khung ch ống (4) làm tăng độ cứng c ủaca cộtgit, giảmmôm mô men uốn trong cột
28. THIẾT KẾ GIA CƯỜNG KẾT CẤU THÉP BẰNG CÁCH TĂNG TIẾT DIỆN ‰ THIẾT KẾ GIA CƯỜNG DẦM THÉP - Tính toán gia cường ở hai trạng thái : đàn hồi và biến dạng dẻo a. Tiết diện dầm gia cường b. Sơ đồ ứng suất ở giai đoạn đàn hồi c. Sơ đồ ứng suất ở giai đoạndn dẻo
29. THIẾT KẾ GIA CƯỜNG KẾT CẤU THÉP BẰNG CÁCH TĂNG TIẾT DIỆN ‰ THIẾT KẾ GIA CƯỜNG DẦM THÉP * Tính theo trạng thái giới hạn ở giai đoạn đàn hồi -Bước 2 : Kiểm tra ứng suất trên tiết diện gia cường và độ võng M1 y1 M 2 ytq σ1 = + ≤ R J x1 J xtq f = f1 + f2 ≤ [ f ] f1 : độ võng dầm do tải trọng trước gia cường gây ra f2 : độ võng dầm tải trọng sau gia cường gây ra