Nghiên cứu giải pháp gia cường dầm thép (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

ĐỒNG ĐỨC LINH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG DẦM THÉP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà Nội - 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

ĐỒNG ĐỨC LINH
KHÓA: 2013-2015

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG DẦM THÉP

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD và CN
Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS.TS. NGUYỄN HỒNG SƠN
2. TS. PHẠM THANH HÙNG

Hà Nội - 2015


LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện Luận văn này tác giả được người hướng dẫn
khoa học: PGS.TS. Nguyễn Hồng Sơn và TS. Phạm Thanh Hùng tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ cũng như tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành
luận văn của mình. Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy!
Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các Thầy cô giáo, các cán bộ của
khoa Đào tạo sau đại học thuộc Trường đại học Kiến trúc Hà Nội đã giúp đỡ
và chỉ dẫn trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến Gia đình đã động viên và tạo
mọi điều kiện tốt nhất để tác giả học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến nhà trường, Công ty
Cổ phần Tư vấn công nghệ, thiết bị và Kiểm định xây dựng - Coninco và các
đồng nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ tác giả hoàn thành Luận văn này.
Do thời gian thực hiện Luận văn không nhiều và trình độ tác giả có hạn,
mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng trong Luận văn sẽ không tránh khỏi những
sai sót, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các Thầy cô
giáo, cùng các bạn đồng nghiệp để Luận văn hoàn thiện hơn.

Hà Nội, ngày tháng

năm 2015

Tác giả Luận văn

Đồng Đức Linh


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn tốt nghiệp Cao học ngành kỹ thuật xây
dựng công trình dân dụng và công nghiệp với đề tài “Nghiên cứu giải pháp
gia cường dầm thép” là Luận văn do cá nhân tôi thực hiện. Các số liệu, kết
quả nghiên cứu trong Luận văn là trung thực, có nguồn gốc rõ ràng và tuân
thủ theo Tiêu chuẩn Xây dựng hiện hành. Kết quả nghiên cứu không sao chép
bất kỳ tài liệu nào khác.

Tác giả Luận văn

Đồng Đức Linh


MỤC LỤC
Lời cảm ơn 
Lời cam đoan 
Mục lục 
Danh mục các ký hiệu 
Danh mục hình vẽ 
Danh mục bảng, biểu 
PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................ 1 
Lý do chọn đề tài ................................................................................................ 1 
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 2 

Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 2 
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài............................................................ 2 

NỘI DUNG .......................................................................................................3 
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DẦM THÉP VÀ GIA CƯỜNG KẾT
CẤU DẦM THÉP .......................................................................... 3 
1.1. Dầm và hệ dầm thép ............................................................................................. 3
1.1.1. Dầm thép ................................................................................................... 3 
1.1.2. Hệ dầm thép .............................................................................................. 4 
1.2. Nguyên nhân hư hỏng và gia cường kết cấu dầm thép......................................... 5
1.2.1. Một số hư hỏng đối với kết cấu dầm thép ................................................ 5 
1.2.2. Nguyên nhân hư hỏng kết cấu dầm thép .................................................. 5 
1.2.3. Nguyên tắc và phương pháp gia cường kết cấu dầm thép ........................ 7 
1.2.4. Kết quả điều tra về hư hỏng kết cấu dầm thép ......................................... 8 
1.3. Một số nghiên cứu ở trong và ngoài nước .......................................................... 10
1.3.1. Trong nước ............................................................................................. 10 
1.3.2. Ngoài nước ............................................................................................. 11 

CHƯƠNG 2. MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU DẦM
THÉP............................................................................................ 13 
2.1.  Khảo sát đánh giá chất lượng dầm thép hiện có ................................................ 13 


2.1.1. Nghiên cứu các tài liệu kỹ thuật ............................................................. 13 
2.1.2. Xác định các tải trọng thực tế ................................................................. 13 
2.1.3. Kiểm tra chất lượng vật liệu ................................................................... 14 
2.1.4. Khảo sát kết cấu dầm .............................................................................. 14 
2.1.5. Đánh giá mức độ gỉ sét ........................................................................... 14 
2.1.6. Kiểm tra chất lượng đường hàn .............................................................. 15 
2.2. Giải pháp và nguyên tắc gia cường kết cấu dầm ................................................ 16

2.2.1. Nguyên tắc gia cường kết cấu dầm......................................................... 16 
2.2.2. Giải pháp gia cường kết cấu dầm ........................................................... 17 
2.3. Một số giải pháp gia cường kết cấu dầm thép .................................................... 19
2.3.1. Gia cường dầm thép bằng thay đổi sơ đồ cấu tạo................................... 19 
2.3.2. Gia cường dầm thép bằng tăng tiết diện ................................................. 21 
2.3.3. Gia cường liên kết các cấu kiện .............................................................. 24 
2.4. Tính toán kiểm tra khả năng chịu lực dầm thép hiện có .................................... 28
2.4.1. Xác định nội lực tính toán ...................................................................... 28 
2.4.2. Kiểm tra bền của dầm thép ..................................................................... 29 
2.4.3. Kiểm tra độ võng của dầm thép .............................................................. 31 
2.4.4. Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm thép................................................. 31 
2.4.5. Kiểm tra ứng suất cục bộ của dầm thép.................................................. 33 
2.5. Tính toán gia cường dầm thép ............................................................................ 37
2.5.1. Tính toán gia cường bằng tăng tiết diện ................................................. 37 
2.5.2. Tính toán gia cường bằng thanh căng và trụ chống................................ 44 
2.6. Một số nhận xét .................................................................................................. 49

CHƯƠNG 3. VÍ DỤ TÍNH TOÁN .................................................................. 50 
3.1. Thông số tính toán .............................................................................................. 50
3.1.1. Giới thiệu về kết cấu dầm sàn................................................................. 50 
3.1.2. Thông số về tải trọng tác động và vật liệu sử dụng cho công trình ........ 52 
3.2. Kiểm tra khả năng chịu lực của sàn và dầm ....................................................... 52
3.2.1. Đối với sàn thép ...................................................................................... 52 
3.2.2. Đối với dầm phụ ..................................................................................... 55 


3.2.3. Đối với dầm chính .................................................................................. 57 
3.3. Gia cường kết cấu dầm thép ............................................................................... 67
3.3.1. Gia cường dầm thép bằng tăng tiết diện ................................................. 67 
3.3.2. Gia cường dầm thép bằng thanh căng và trụ chống ............................... 71 

3.4. So sánh một số chỉ tiêu kỹ thuật ......................................................................... 78
3.5. Một số nhận xét .................................................................................................. 79

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................... 80 
Kết luận ............................................................................................................ 80
Kiến nghị .......................................................................................................... 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
a) Các đặc trưng hình học
A

diện tích tiết diện nguyên

Af

diện tích tiết diện bản cánh

Aw

diện tích tiết diện bản bụng

h

chiều cao của tiết diện

hkt

chiều cao kinh tế của dầm

hw

chiều cao tiết diện bản bụng

hfk

khoảng cách giữa trục của các cánh dầm

hf

chiều cao của đường hàn góc

ts

chiều dày bản sàn

tw

chiều dày bản bụng dầm

tf

chiều dày bản cánh dầm

bf

chiều rộng bản cánh dầm

bs

chiều rộng của sườn đứng

Ix

mômen quán tính của tiết diện nguyên đối với trục x-x

Wx

mômen chống uốn của tiết diện dầm đối với trục x-x

Sx

mômen tĩnh của một nửa tiết diện dầm đối với trục x-x

L

chiều dài nhịp dầm

lz

chiều dài chịu tải quy ước

a

khoảng cách giữa các sườn

⎡Δ⎤
⎢l ⎥

⎣ ⎦

độ võng cho phép

b) Ngoại lực và nội lực
q

tải trọng phân bố đều

P

lực tập trung


Mx

mômen uốn đối với trục x-x

V

lực cắt

g

tải trọng bản thân

c) Cường độ và ứng suất
E

môđun đàn hồi

fy

cường độ tiêu chuẩn lấy theo giới hạn chảy của thép

f

cường độ tính toán của thép chịu kéo, nén, uốn lấy theo giới
hạn chảy

fv

cường độ tính toán chịu cắt của thép

fc

cường độ tính toán của thép khi ép mặt theo mặt phẳng tì
đầu

σ

ứng suất pháp

σc

ứng suất pháp cục bộ

σcr, σc,cr các ứng suất pháp tới hạn và ứng suất cục bộ tới hạn
τ

ứng suất tiếp

τcr

ứng suất tiếp tới hạn.

d) Kí hiệu các thông số
c1

các hệ số dùng để kiểm tra bền của dầm chịu uốn trong một
mặt phẳng chính khi có kể đến sự phát triển của biến dạng
dẻo

γc

hệ số điều kiện làm việc của kết cấu

γM

hệ số độ tin cậy về cường độ

γQ

hệ số độ tin cậy của hoạt tải

γg

hệ số độ tin cậy của tĩnh tải

ϕb

hệ số giảm khả năng chịu lực của dầm khi xét đến điều kiện
ổn định tổng thể


DANH MỤC HÌNH VẼ
Số hiệu

Tên hình

hình
Hình 1.1.

Tiết diện dầm hình và dầm tổ hợp

Hình 1.2.

Các loại hệ dầm

Hình 1.3.

Liên kết giữa các dầm

Hình 2.1.

Giải pháp gia cường dầm bằng thay đổi sơ đồ cấu tạo

Hình 2.2.

Giải pháp gia cường dầm bằng tăng tiết diện

Hình 2.3.

Giải pháp gia cường bằng tăng tiết diện về ổn định cục bộ

Hình 2.4.

Gia cường đường hàn góc

Hình 2.5.

Sơ đồ xác định chiều dài quy ước

Hình 2.6.

Các ký hiệu chính khi tính toán gia cường bằng tăng tiết diện

Hình 2.7.

Sơ đồ tính toán thanh căng

Hình 3.1.

Mặt bằng kết cấu

Hình 3.2.

Mặt cắt 1-1

Hình 3.3.

Mặt cắt 2-2

Hình 3.4.

Sơ đồ tính toán sàn

Hình 3.5.

Sơ đồ tính toán dầm phụ

Hình 3.6.

Bản sàn thép hàn chặt với dầm phụ

Hình 3.7.

Kích thước tiết diện dầm chính

Hình 3.8.

Sơ đồ tính toán dầm chính

Hình 3.9.

Cách bố trí các sườn gia cường và các điểm kiểm tra

Hình 3.10. Mặt cắt tiết diện dầm phụ sau khi gia cường
Hình 3.11. Dầm chính và chi tiết mặt cắt
Hình 3.12. Sơ đồ tính dầm

Hình 3.13. Sơ đồ tính thanh căng, thanh chống và tiết diện dầm
Hình 3.14. Chi tiết gia cường bản bụng và liên kết thanh căng


DANH MỤC BẢNG, BIỂU
Số hiệu

Tên bảng, biểu

bảng, biểu
Bảng 1.1.

Hư hỏng công trình theo giai đoạn xây dựng

Bảng 1.2.

Tỷ lệ phần trăm nguyên nhân sự cố và hư hỏng theo giai đoạn
(I)

Bảng 1.3.

Tỷ lệ phần trăm nguyên nhân hư hỏng theo giai đoạn (II)

Bảng 1.4.

Nguyên nhân kỹ thuật của hư hỏng công trình kết cấu thép

Bảng 2.1.

Giá trị kiến nghị của dòng điện khi gia cường kết cấu hàn

Bảng 2.2.

Giá trị hệ số mcb

Bảng 2.3.

Giá trị hệ số γ


1

PHẦN MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Như đã biết, kết cấu thép có rất nhiều ưu điểm như: khả năng chịu lực
lớn, độ tin cậy cao, tiết diện nhỏ, trọng lượng nhỏ, dễ thi công, khả năng áp
dụng cơ giới hóa xây dựng vượt trội. Vì tiết diện của kết cấu thép nhỏ, cường
độ cấu kiện nói chung không phải là nhân tố khống chế mà sự ổn định của cấu
kiện và kết cấu vẫn là nhân tố khống chế chủ yếu, liên kết giữa các cấu kiện
kết cấu thép hoặc giữa các linh kiện, chi tiết của một cấu kiện nào đó là vị trí
quan trọng chịu lực và truyền lực.
Nếu kết cấu thép có khuyết tật nghiêm trọng và thương tổn hoặc thay đổi
điều kiện sử dụng, mà qua tính toán kiểm tra cường độ, độ cứng hoặc độ ổn
định của kết cấu không đáp ứng yêu cầu sử dụng, thì cần tiến hành gia cường
đối với kết cấu thép. Nguyên nhân chủ yếu thường gặp mà kết cấu thép cần
gia cường là: (1) do thiết kế hoặc thi công gây ra những khuyết tật cho kết cấu
thép hoặc kết cấu qua thời gian sử dụng dài bị gỉ, mài mòn với các mức độ
khác nhau; (2) do điều kiện sản xuất, yêu cầu về công nghệ thay đổi, làm tăng

tải trọng cho kết cấu, kết cấu cũ không phù hợp; hoặc do các nguyên nhân
khách quan khác vv...
Tuy vậy, việc nghiên cứu gia cường dầm thép gặp rất nhiều khó khăn,
một phần do tính đa dạng của yêu cầu về gia cường dẫn đến giải pháp gia
cường cũng đa dạng, do tài liệu nghiên cứu, chỉ dẫn thiết kế về gia cường dầm
thép là rất ít. Ngoài ra trong chương trình đào tạo Đại học, việc giảng dạy cho
sinh viên về vấn đề gia cường kết cấu thép chưa được quan tâm nhiều.
Từ những phân tích nêu trên: Đề tài “Nghiên cứu giải pháp gia cường
dầm thép” có tính cần thiết và tính thực tiễn cao.
Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu về giải pháp gia cường dầm thép.


2

- Nghiên cứu về nguyên lý tính toán, cấu tạo và tính toán gia cường dầm
thép.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
- Dầm thép hình, dầm thép tổ hợp trong hệ dầm sàn.
Phạm vi nghiên cứu
- Hệ dầm sàn trong công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp trong
điều kiện tải trọng tăng.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết tính toán gia cường dầm thép và thực hành tính
toán một trường hợp cụ thể.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học: Tính toán khả năng chịu lực của dầm khi gia cường,
đưa ra các biện pháp gia cường thích hợp giúp nâng cao khả năng chịu lực, độ
ổn định của dầm thép trong công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp,

cho trường hợp tải trọng tác dụng vào dầm tăng thêm mà không cần phải thay
đổi sơ đồ tính toán dầm, cũng như thiết kế mới lại dầm.
Ý nghĩa thực tiễn: Nghiên cứu lý thuyết tính toán gia cường dầm thép
trong công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp nhằm đưa ra các giải
pháp và các biện pháp gia cường phù hợp nhất. Qua đó tính toán được chi phí
thực hiện biện pháp gia cường tránh thiệt hại về kinh tế và kiểm soát, đánh giá
chất lượng của việc gia cường dầm thép.


THÔNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện
– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội.
Email:

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN


80

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận

Qua nội dung nghiên cứu đã đề cập trong luận văn, đó là các vấn đề có
giá trị thực tiễn và đạt được các kết quả như sau:
- Đã nghiên cứu tổng quan về kết cấu dầm thép trong công trình xây
dựng dân dụng và công nghiệp một cách chi tiết rõ ràng và nghiên cứu các
nguyên nhân cần thiết phải gia cường kết cấu dầm thép. Đề ra các giải pháp

gia cường bằng thay đổi sơ đồ cấu tạo, tăng tiết diện và gia cường liên kết các
cấu kiện. Tính toán gia cường kết cấu dầm thép.
- Từ việc nghiên cứu tổng quan tiến hành nghiên cứu đánh giá kết cấu
dầm thép hiện có, kiểm tra tính toán lại khả năng chịu lực của dầm thép. Với
phương án tăng tải trọng tác dụng, từ đó lựa chọn và tính toán kết cấu dầm
thép ứng với giải pháp lựa chọn. Gia cường dầm phụ bằng giải pháp tăng tiết
diện, gia cường dầm chính bằng thanh căng và trụ chống nhằm tăng khả năng
chịu lực của dầm khi tải trọng tác dụng tăng lên.
- Từ việc tính toán kiểm tra kết cấu dầm đã gia cường nói trên, ta đánh
giá khả năng chịu lực của dầm hiện có và khả năng chịu lực của dầm sau khi
gia cường, đã lượng hóa được các thông số kỹ thuật của dầm sau khi gia
cường và chi phí vật liệu thép cho công tác gia cường.
Kiến nghị

- Cần tiến hành sâu hơn về việc nghiên cứu gia cường kết cấu dầm thép
để đưa ra biện pháp và phương pháp gia cường tối ưu cho dầm thép nói riêng
và các biện pháp gia cường kết cấu thép nói chung. Từ đó tạo ra tài liệu chuẩn
phục vụ công tác gia cường ngoài thực tế.
- Cần ban hành quy phạm thiết kế, quy phạm thi công và nghiệm thu
công tác gia cường kết cấu thép.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt :

1. Vương Hách (2008), “Sổ tay xử lý sự cố công trình xây dựng”, Nhà xuất
bản Xây dựng, Hà Nội.
2. Nguyễn Văn Hùng, Trần Chủng và CTV (2006), Phân tích, đánh giá sự cố
các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp Việt Nam. Đề tài cấp Bộ
mã số RD 65, Hà Nội.

3. Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên và nnk (2010), “Kết cấu thép - Cấu

kiện cơ bản”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
4. Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên và nnk (2003), “Kết cấu thép - Công

trình dân dụng và công nghiệp”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà
Nội.
5. Lê Văn Kiểm (2009), “Hư hỏng, sửa chữa, gia cố kết cấu thép và gạch

đá”, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.
6. Nguyễn Hồng Sơn, Võ Thanh Lương, Vũ Ngọc Quang (2014), “Nghiên

cứu gia cường kết cấu dầm thép bằng cách thay đổi sơ đồ cấu tạo”, Hội
nghị khoa học “Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, 45 năm phát triển và
hội nhập”.
7. Nguyễn Hồng Sơn, Vũ Ngọc Quang (2014), “Nghiên cứu gia cường dầm

thép bằng tăng tiết diện”, Tạp chí kết cấu và công nghệ xây dựng.
8. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737-1995, “Tiêu chuẩn Tải trọng và Tác

động - Tiêu chuẩn thiết kế”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
9. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5575:2012, “Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết

kế”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
10. Đoàn Tuyết Ngọc (2008), “Thiết kế hệ dầm sàn thép”, Nhà xuất bản xây
dựng.


Tiếng Anh

11. Hasan Demir (2011), Strengthening and Repair of Steel Bridges
Techniques and management, Chalmers University of Technology
Goteborg, Sweden.
12. Sika (2010), Repair and Protection for Concrete and Steel Bridges
Structures, Sika Expertise is All Around the World.
13. Teng J.G, Fernando. D, (2012), Strengthening of steel structures with
fiber-reinforced polymer composites, Journal of Constructional Steel
Research, Volume 78, November 2012, Pages 131-143.
14. AWS D1.7_D1.7M-2010, Guide for Strengthening and Repairing Existing
Structures, AWS D1.7/D1.7M:2010, An American National Standard.
15. Yi Yu (2011), Strengthening of Steel Structures - Performance of Steel
Beams Bonded with FRP, LAP LAMBERT Academic Publishing.
Tiếng Nga

16. Кузнецова В.В. (1999), Справочник проектировщка. Металлические
конструкции. Том 3.
17. Бельский М.Р. (1975), Усиление металлических конструкций под
нагрузкой Издательство: Будивельник.
18. Ребров

И.С.

(1988)

Усиление

стержневых

металлических

конструкций: Проектирование и расчет, Издательство: Стройиздат.
19. Валь В.Н., Горохов Е.В., Уваров Б.Ю. (1987), Усиление стальных
каркасов

одноэтажных

производственных

зданий

при

их

реконструкции, Издательство: Стройиздат.
20. Кудишин

Ю.И.(ред.)

(2011),

Металлические

конструкции,

Издательство: Академия.
21. Бирюлев В.В., Кошин И.И., Крылов И.И., Сильвестров А.В. (1990),
Проектирование металлических конструкций. Специальный курс,
Издательство: Стройиздат.

22. Cпpaвочиик пpоектиpовщика: Pаснетно-теоpетинеский. ПодpедA.A.
Уманского.T.1.M.: Стpойиздат, 1972. C. 415.
23. СНиП

II-23-81*

(2011),

“Стальные

конструкции”,

Aктуализированная редакция, Издание официальное, Москва.
Tiếng Trung

24. CECS 77:96 (1996), Technical Specification for Strengthening Steel
Structures,

China

Association

for

Engineering

Construction

Standardization (bản tiếng Trung).

25. 王 燕 等 (2009), 钢 结 构 设 计 - 高 校 土 木 工 程 专 业 规 划 教 材, 中 国 建 筑 工
业 出 版 社.