Bài giảng Bệnh học và sửa chữa công trình: Phần 4 - TS. Nguyễn Hoàng Giang

Phần 4
HƯ HỎNG
Ỏ
VÀ
À SỬA
Ử CHỮA
Ữ GIA CƯỜNG
Ờ
KẾT CẤU THÉP


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


NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP

HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP

Hư hỏng do
sai sót trong
thiết kế, chế
tạo, thi công
lắp dựng

Hư hỏng

g do
tác động
của tải
trọng

Hư hỏng do
tá độ
tác
động
của môi
trường

Hư hỏng do
saii phạm
h
trong quá
trình sử dụng


NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP
‰ HƯ HỎNG DO SAI SÓT TRONG THIẾT KẾ
- Sai
S i sơ đồ tí
tính
h toán
t á kết cấu
ấ
- Tính toán sai nội lực
- Xác định sai tải trọng thiết kế
- Sai sót trong

g cấu tạo
ạ kết cấu dẫn đến mất ổn định
ị
cục
ụ bộ
ộ hoặc
ặ
toàn thể kết cấu
- Sai sót trong
g thể hiện
ệ bản vẽ ( thiếu ghi
g chú,, chỉ dẫn,, kích
thước không rõ ràng ….)
Những sai xót
ó trong thiết
ế kế
ế thường
ờ
dẫn
ẫ đến
ế những hư
hỏng nghiêm trọng có thể dẫn đến phá hoại kết cấu


NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP
‰ HƯ HỎNG DO KHÂU CHẾ TẠO TRONG NHÀ MÁY
- Chất
ấ lượng vật liệu không đúng quy định trong hồ
ồ sơ thiết
ế kế

ế
( chất lượng thép, loại bu lông liên kết ….)
- Chất lượng máy móc thiết bị gia công, chế tạo
- Trình độ tay nghề của công nhân chế tạo


NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP
‰ HƯ HỎNG TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG
- Xếp
Xế chất
hất kết cấu
ấ thép
thé khô
không đúng
đú
quy cách
á h (có
( ó thể làm
là kết cấu
ấ bị
cong vênh, các đường hàn gia công bị phá hoại…)
- Treo
T
buộc
b ộ kết cấu
ấ khi cẩu
ẩ lắp
lắ không
khô
đúng

đú
quy định
đị h có
ó thể dẫn
dẫ đến
đế
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


NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP
‰ HƯ HỎNG TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG
- Các sai số về lắp dựng ảnh hưởng đến sự làm việc của kết cấu :
cột, dàn vì kèo không thẳng đứng, ray cầu trục bị lệch tâm, các lỗ bu
lông không trùng hợp ….
- Tạo nên những vùng « biến cứng » vì gõ búa để sửa, những vùng
cháy vì phải dùng hàn xì ….
- Trình tự lắp dựng không đúng có thể dẫn đến mất ổn định cục bộ
hoặc tổng thể kết cấu


NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP
‰ HƯ HỎNG DO TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG
- Kết cấu bị quá tải: tải trọng vượt quá giá trị dự kiến khi tính toán
- Tải trọng bất thường không được kể đến trong tính toán (cháy,
nổ,
ổ động

độ
đất….)
đất )
- 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)


NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP
‰ HƯ HỎNG DO TÁC ĐỘNG CỦA MÔI TRƯỜNG
- Tác động
ộ g của nhiệt
ệ độ
ộ ( nhiệt
ệ độ
ộ cao làm tăng
g biến dạng
ạ g và giảm
g
cường độ của thép
- Ảnh hưởng của độ ẩm, các hóa chất gây ăn mòn (làm giảm tiết
diện làm việc)
Hư hỏng do tác động của môi trường đi kèm với những thiếu xót
trong việc bảo trì kết cấu thép

Hư hỏng liên kết bu lông

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


NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP
‰ HƯ HỎNG DO SAI PHẠM TRONG QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG
- Không quét dọn lớp bụi đóng trên mái nhà do sản xuất công nghiệp
thải ra; treo vật nặng vào kết cấu ở các vị trí không cho phép
- Không
Khô
cạo gỉỉ sét
ét và
à quét
ét sơn lại
l i kết cấu
ấ thép
thé th
theo định
đị h kỳ
- Không sửa chữa kịp thời các chi tiết liên kết , các bộ phận kết cấu bị
hư hỏng
- Sử dụng công trình, kết cấu sai với mục đích thiết kế ban đầu


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

NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP
‰ Những hư hỏng phổ biến ở giàn vì kèo thép

1- Cong vênh ở thanh bụng
2- Cong vênh cục bộ
2
3- Giàn vênh ra khỏi mặt phẳng làm việc
4- Bản mã bị vênh
5- Bản mã bị nứt
6- Hư hỏng gối tựa


NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP
‰ Những hư hỏng phổ biến ở giàn vì kèo thép
1- Thanh nén cong vênh khỏi mặt dàn
2- Thanh kéo cong vênh khỏi mặt dàn
3 - Thanh kéo cong
g vênh trong
g mặt
ặ 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
(Theo Lê Văn Kiểm,
ể 2000)

7- Cong vênh cục bộ ở thanh kéo

NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP
‰ Những hư hỏng phổ biến ở cột thép
1- Cong vênh cục bộ
2- Cong vênh thanh bụng
3- Vết lẹm ở thanh cánh của cột
4- Lỗ khoét ở thanh bụng


ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP

Nghiên cứu
tài liệu kỹ
th ật : thiết
thuật
kế, thi công

Khảo sát
hiện trường

Tính toán
kiểm tra

Nguyên nhân và hiện trạng hư hỏng


ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP
‰ Nghiên cứu tài liệu kỹ thuật
- Giái pháp thiết kế và các tiêu chuẩn quy phạm được sử dụng

- Kiểm tra các sai sót trong
g thiết kế và cấu tạo
ạ kết cấu
- Kiểm tra hồ sơ liên quan đến chế tạo
- Kiểm tra hồ sơ liên quan đến biện pháp thi công lắp dựng


ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP
‰ Khảo sát tại hiện trường
* Khả
Khảo sát
át chế
hế độ sử
ửd
dụng công
ô
trình,
t ì h các
á tải trọng
t
thực
th
tế tác
tá d
dụng
lên công trình
- Điều kiện môi trường nơi công trình được xây dựng (nhiệt độ,
độ độ
ẩm môi trường, sự rung động ….)
- Khảo

Khả sát
át các
á nguồn
ồ tải trọng
t
tá
tác độ
động lê
lên kết cấu
ấ chưa
h
kể đế
đến khi
tính toán

Hư hỏng kết cấu thép trong nhiều trường hợp do tải trọng thực tế lớn
hơn tải trọng thiết kế


ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP
‰ Khảo sát tại hiện trường
* Khảo sát cấu tạo
ạ kết cấu : kiểm tra kích thước các cấu kiện,
ệ , xác
định những sai khác (nếu có) so với hồ sơ thiết kế
- So sánh cấu tạo kết cấu với bản vẽ thiết kế xem có những sai sót gì
trong lúc chế tạo, gia công và lắp ghép
- Các sai sót phổ biến :
+ Sai lệch về kích thước : thường xảy ra khi gia công do thay thế các
thanh thép hình, thép bản thiết kế bằng các loại thép có sẵn nơi gia

công
+ Sai phạm về kích thước đường hàn, gồm cả đường hàn gia công và
đường hàn thi công


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…


ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP
‰ Khảo sát tại hiện trường
* Khảo sát chất lượng
ợ g vật
ậ liệu
ệ thép
p
- Kiểm tra chất lượng thép sử dụng có đảm bảo yêu cầu trong hồ sơ thiết
kế hay không .
- Cần lấy mẫu thép để tiến hành thí nghiệm phá hoại xác định các đặc
trưng cơ học để có cơ sở đánh giá mác thép ( giới hạn chảy, giới hạn bền,
biến dạng dài tương đối)

Thép kết cấu
(TCVN 1765: 75)

Thí nghiệm
g
kéo
σch (daN/cm2)

σb (daN/cm2)

ε (%)

CT38 (CT3)

2100÷2500

3800÷4900

23÷26

CT51 (CT5)

2600÷2900

5100÷6400

17÷20


ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP

‰ Khảo sát tại hiện trường
* Khảo sát chất lượng
ợ g đường
g hàn
- Chất lượng đường hàn ảnh hưởng đến liên kết các bộ phận kết cấu
- Các
Cá kh
khuyết
ết tật có
ó thể xuất
ất hiện
hiệ trên
t ê đường
đ ờ hàn
hà : hàn
hà không
khô thấu
thấ chân,
hâ
không thấu mép, hàn rỗ….
- Các
Cá vết
ết nứt
ứt đường
đ ờ hà
hàn do
d nội
ội lực.
l
Những

Nhữ vết
ết nứt
ứt bê
bên ttrong có
ó thể được
đ
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 cục bộ hoặc toàn bộ trên kết cấu


ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP
‰ Khảo sát tại hiện trường
* Khảo sát chất lượng
ợ g đường
g hàn

Các dạng biến dạng toàn bộ do hàn (Lê văn Kiểm,
Kiểm 2000)
a – Dạng cong võng: b- dạng co ngắn (do các đường hàn co ngót lại); c- Dạng xoắn; d- Dạng cụp;
e- Nghiêng lệch


ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP
‰ Khảo sát tại hiện trường
* Khảo sát chất lượng đường hàn

Các dạng biến dạng cục bộ do hàn (Lê văn Kiểm,

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


ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU THÉP
‰ Khảo sát tại hiện trường
* Khảo sát dạng phá hoại của kết cấu thép
- Dạng phá hoại các liên kết ( đường hàn, bu lông hoặc đinh tán), phá hoại
vật liệu thép kết cấu
- Các dạng phá hoại : phá hoại dẻo, phá hoại dòn hoặc phá hoại nửa dẻo
nửa dòn
+ Đặc điểm của phá hoại dẻo là hiện tượng “thắt cổ chai” : phá hoại xảy ra
từ từ kèm theo biến dạng của kết cấu, liên kết ( thường xảy ra với trong
các kết cấu có liên kết bằng bu lông, đinh tán )
+ Đặc điểm của phá hoại dòn là không có hiện tượng “thắt cổ chai”.
Thường xảy ra ở vùng có sự tập trung ứng suất . Sự phá hoại diễn ra đột
ngột (thường xảy ra trong các kết cấu liên kết hàn)