Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật các phương án gia cường cột bê tông cốt thép cho các công trình dân dụng.PDF

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN NGỌC HẢI

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT CÁC PHƢƠNG
ÁN GIA CƢỜNG CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP CHO CÁC
CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình
dân dụng và công nghiệp
Mã số: 8580201

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

Đà Nẵng – Năm 2019


Công trình đƣợc hoàn thành tại
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Trần Anh Thiện

Phản biện 1: GS.TS. Phan Quang Minh
Phản biện 2: TS. Đào Ngọc Thế Lực

Luận văn đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp họp
tại Trƣờng Đại học Bách khoa vào ngày 20 tháng 04 năm 2019

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trƣờng Đại học
Bách khoa.


1
MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết nghiên cứu
Kết cấu cột bê tông cốt thép trong những công trình đã sử
dụng lâu năm bị xuống cấp do tác động của nhiều nguyên nhân khác
nhau nhƣ tải trọng, khí hậu, hoá chất ăn mòn, sự cố… Hay những
công trình bị hƣ hỏng do những sai sót trong các khâu khảo sát, thiết
kế hoặc thi công hoặc do nhu cầu thay đổi về sử dụng nhƣ cải tiến
công nghệ, đổi mới thiết bị, thay đổi công năng dẫn đến thay đổi sơ
đồ kết cấu, thay đổi tải trọng và những công trình có nhu cầu mở
rộng nhƣ mở rộng mặt bằng, nâng thêm chiều cao, thêm tầng…
Những tác động này dẫn đến tình trạng kết cấu không còn đáp ứng
đƣợc công năng sử dụng hoặc mất an toàn về phƣơng diện chịu tải.
Với những tác động đặc biệt có thể gây ra những sự cố nghiêm trọng
cho công trình. Để cải thiện về mặt chịu tải trọng, cũng nhƣ công
năng nhằm đảm bảo an toàn, tăng tuổi thọ hoặc tăng hiệu quả sử
dụng công trình, cột bê tông cốt thép cần phải đƣợc gia cƣờng.
Hiện nay, trên thế giới và Việt Nam đã ứng dụng một số
phƣơng pháp gia cƣờng cột bê tông cốt thép trong công trình dân
dụng nhƣ: Phƣơng pháp tăng tiết diện, phƣơng pháp ốp thép hình hay
phƣơng pháp dán tấm sợi tổng hợp Fiber Reinforced Polymer
(FRP)… Mỗi phƣơng án đều cho hiệu quả khác nhau và có ƣu nhƣợc
điểm riêng. Việc áp dụng một phƣơng án đạt hiệu quả nhất về kinh tế
cũng nhƣ đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật trong công tác gia cƣờng khả

năng chịu lực của cột bê tông cốt thép luôn đƣợc chủ đầu tƣ và các
nhà tƣ vấn thiết kế quan tâm.
Vì vậy, đề tài “Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật các
phương án gia cường cột bê tông cốt thép cho các công trình dân
dụng” có ý nghĩa thực tiễn.


2
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu quá trình xuống cấp và hƣ hỏng của kết cấu bê
tông cốt thép.
- Nghiên cứu các phƣơng án gia cƣờng cột bê tông cốt thép.
- So sánh, đánh giá hiệu quả kinh tế, kỹ thuật giữa các
phƣơng án gia cƣờng cột bê tông cốt thép.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tƣợng nghiên cứu: Các phƣơng án gia cƣờng cột bê tông
cốt thép.
- Phạm vi nghiên cứu: Cột bê tông cốt thép trong các công
trình dân dụng.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và tính toán các phƣơng án gia
cƣờng dựa trên các tiêu chuẩn và các hƣớng dẫn thiết kế.
- Tổng hợp, phân tích để đánh giá hiệu quả kinh tế, kỹ thuật
giữa các phƣơng án gia cƣờng.
5. Bố cục luận văn
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT THÉP,
QUÁ TRÌNH XUỐNG CẤP VÀ NGUYÊN NHÂN HƢ HỎNG
CỦA BÊ TÔNG CỐT THÉP
CHƢƠNG 2. CÁC PHƢƠNG ÁN GIA CƢỜNG CỘT BÊ
TÔNG CỐT THÉP

CHƢƠNG 3. VÍ DỤ TÍNH TOÁN


3
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT THÉP, QUÁ TRÌNH
XUỐNG CẤP VÀ NGUYÊN NHÂN HƢ HỎNG CỦA BÊ TÔNG
CỐT THÉP
1.1. BÊ TÔNG CỐT THÉP
1.1.1 Đặc điểm
1.1.2 Tính chất của bê tông
1.2. QUÁ TRÌNH XUỐNG CẤP VÀ HƢ HỎNG CỦA BTCT
1.2.1 Các quá trình xuống cấp
1.2.2 Ăn mòn sun phát
1.2.3. Phản ứng kiềm – silica
1.3. NGUYÊN NHÂN DẪN ĐẾN HƢ HỎNG TRONG KẾT
CẤU BTCT
1.3.1 Bê tông bị rỗ
1.3.2 Bê tông bị rỗng
1.3.3 Bê tông bị nứt nẻ:
1.3.4. Bê tông bị vỡ lở
1.3.5. Bê tông quá khô
1.3.6. Suy thoái của bê tông
1.3.7. Sự làm việc mỏi của BTCT thƣờng
1.3.8. Bê tông bị phá hoại
1.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG


4
CHƢƠNG 2

CÁC PHƢƠNG ÁN GIA CƢỜNG CỘT
BÊ TÔNG CỐT THÉP
2.1. GIA CƯỜNG CỘT BTCT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TĂNG
TIẾT DIỆN
2.1.1. Phần cấu tạo

Hình 2.2. Tăng tiết diện cột
2.1.2. Phần thiết kế
a. Gia cường cột chịu nén đúng tâm bằng một vỏ áo.
Đối với các cột chịu nén đúng tâm:
Diện tích Avo của lớp vỏ áo khi tải trọng gia tăng:
Nq = φ(Rb(Ab+Avo) + Rsc(As + Ast)) (1.1)
Khi thiết kế, ngƣời ta quan niệm phần lớn tải trọng gia tăng
đƣợc bê tông của vỏ áo chịu nên cốt dọc trong vỏ áo chỉ đặt theo cấu
tạo và chỉ lấy bằng 1% diện tích bê tông vỏ:
Ast = 0.01Avo
(1.2)
Diện tích vỏ áo đƣợc xác định:
Avo = .
(1.3)
.
Cạnh nhỏ nhất của tiết diện cột bây giờ: b’=2d+ =12 + b


5

Hình 2.3. Tiết diện cột sau khi gia cường
d=-

b h 1

+
4
4

(b h)2 4 Avo

(1.4)

b) Gia cƣờng cột chịu nén lệch tâm bằng tiết diện về một
phía
Đối với các cột chịu nén lệch tâm lớn: Biểu đồ ứng suất và sơ
đồ tính toán đƣợc thể hiện dƣới hình 2.4.
N

A's

eo

ho

h'
ao

a

d

ao

A s Rs

a

h'

As

A's R sc
Rb b x

e

h

x

Rb

A st R s

b
Hình 2.4. Sơ đồ tính toán gia cường cột chịu nén
lệch tâm bằng tăng tiết diện
N = bRbx + RscA’s - RsAs - RsAst
(1.5)
khi ao< 0,5 (h’-a) thì chiều cao vùng chịu nén x:


6
x=

N

Rsc A 's Rs As
bRb

Rs Ast

(1.6)

Momen uốn cân đối với trọng tâm cốt thép Ast:
Ne - RscA’s(ho - a’ - ao) - bRbx(ho + ao - 0,5x) + RsAsao=0
(1.7)
Trong đó: e = eo + 0,5h’ - a
h’ = h + d
MI = bRbx(ho + ao - 0,5x)
(1.8)
Biểu thức (1.8) chính là mô men uốn đối với tiết diện b(ho +
ao) trong đó bố trí diện tích cốt thép AI
Thay thế các hệ số vào biểu thức (1.4) ta đƣợc
Ast = A’s

Rsc
N
+ AI - As Rb
Rs

(1.9)

MI = Ne - RscA’s(ho - a’+ao) + RsAsao

(1.10)
Khi ao < 0,5(h’-a) thì:
Chiều cao vùng nén x đƣợc xác định theo phƣơng trình (1.5):
x=

N

Ast = A’s

Rsc A 's 0,8Rs As
bRb

Rs Ast

(1.6’)

Rsc
N
+ AI- 0,8As Rb
Rs

(1.9’)

MI = Ne - RscA’s(ho - a’+ao) + 0,8RsAsao
(1.10’)
Đối với cột chịu nén lệch tâm bé:
Khi độ lệch tâm bé thì gia cƣờng cột bằng cách tăng tiết diện
đối với vùng chịu nén.

a

N

e

As

eo

ao

Nb

A's

0,5h'

h

A's R sc

ho

a' a'1

A'stR sc

h'

d

A'st

A sRs

b

Hình 2.5. Sơ đồ tính toán gia cường cột chịu nén
lệch tâm bé bằng tăng tiết diện


7
Cho trƣớc chiều dày d của phần mở rộng, đi tìm lƣợng cốt
thép dọc gia tăng A’st cho vùng mở rộng này.
Diện tích cốt dọc gia cƣờng:
A’st =

Ne 0, 4Rbb(ho d )2 Rsc A 's (ho a)
Rsc (ho d a '1 )

(1.11)

Trong đó: e = eo + 0,5h’- a
2.1.3 Biện pháp thi công
2.1.4. Ƣu điểm, nhƣợc điểm
a) Ƣu điểm:
b) Nhƣợc điểm:
2.2. GIA CƢỜNG CỘT BTCT BẰNG THÉP HÌNH
2.2.1 Phần cấu tạo

a)

b)

c)

d)

2.2.2. Phần thiết kế
a) Tính khả năng chịu lực của cột sau khi gia cường
Đối với cột chịu nén đúng tâm
Ta có công thức:
Nq ≤ φ(RbAb + RsAs + mo2RsAs)
(2.1)
Trong đó: Nq =

Nl
+ Nn
ml

(2.2)

Nn - Lực dọc tính toán do phần tải trọng tác dựng ngắn hạn

e)


8
Đối với cột chịu nén lệch tâm lớn
a) h

b)
h
As

As Rs

mo RsF o

ho
ho-a'
A's Rs

e''
e'

e''
e'
h/2

eo
e

x

As

A's

a''

a

As Rs

Rx

A's Rs

Rx
N

a''

a

ho
ho-a'

As

A's

Fo

a'

mo RsF o

ho
ho-a'

A's Rs

a

As Rs

Rx

a''

Fo

a'
b

A's

c)h
b

Fo

a'

mo RsF o

x

b

x

N

eo

N

h/2
e

eo
e'

h/2
e

Hình. 2.9 Sơ đồ tính toán cột chịu nén lệch tâm lớn bằng thép hình
Việc gia cƣờng cột bằng các thanh chống ở một phía chịu nén
của cột phụ thuộc vào vị trí của lực nén tính toán ở phía ngoài tiết
diện cột hay ở trong tiết diện đó.
Cột chịu nén lệch tâm lớn là khi vùng nén x ≤ 0,55 ho
Điều kiện cân bằng lực cho:
N = bRbx + Rs(A’s+mFo – As)
(2.3)
Trong đó:
Fo - lực tác dụng lên mỗi cặp thép chống tăng cƣờng, đƣợc xác
định bởi các hệ thức (2.8), (2.9), (2.10) tùy vào trƣờng hợp cột chịu
nén đúng tâm hay lệch tâm;
Chiều cao vùng nén x xác định bằng phƣơng trình cân bằng

mô men đối với lực
dọc N:
Theo sơ đồ tính toán (a), nghĩa là khi eo > ho-a’
e = eo + 0,5h – a
e’ = eo - 0,5h + a’
e’’ = eo - 0,5h + a’’


9

2 Rs ( As e As ' mo Fo e '')
Rbb

e) 2

x = (ho-e)+ (ho

(2.4)

- Theo sơ đồ tính toán (b), nghĩa là khi eo< ho-a’:
x = (ho- e)+

(ho e)2

2 Rs ( As e As ' mo Fo e '')
(2.5)
Rbb

Sau khi tính đƣợc x, thì áp dụng công thức (2.3) để tính khả
năng chịu lực của cột đƣợc gia cƣờng.

Đối với các cột chịu nén lệch tâm nhỏ:
N=

0, 4 Rbbho 2

Rs A 's (ho a ') mo Rs Fo (ho a '')
(2.6)
e

b. Tính tiết diện thanh chống gia cƣờng cột
Đối với các cột chịu nén đúng tâm:
Fo =

No
2 mo Rs

(2.8)

Đối với các cột chịu nén lệch tâm lớn và đƣợc gia cƣờng một
phía:
Lập phƣơng trình cân bằng mô men đối với trục thanh
chống, rồi từ phƣơng trình này tính ra x
Fo =

No
mo Rs

Rs

R 's

mo

Rb bx
mo Rs

(2.9)

Đối với các cột chịu nén lệch tâm tâm nhỏ và đƣợc gia cƣờng một
phía:
Tiết diện thanh chống gia cƣờng cột đƣợc xác định bằng công thức:

Ne 0, 4Rbbho 2 Rs A 's (ho a ')
Fo =
mo Rs (ho a '')
2.2.3 Biện pháp thi công

(2.10)


10

2

2

3
1

3
1

4

(a)
(b)
2.2.4. Ƣu điểm, nhƣợc điểm
a) Ưu điểm:
b) Nhược điểm:
2.3. GIA CƢỜNG CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG VẬT
LIỆU CỐT SỢI TỔNG HỢP FIBER REINFORCED
POLYMER (FRP)
2.3.1 Cấu trúc và đặc tính cơ học của vật liệu FRP
b. Khả năng chịu lực cột bê tông cốt thép gia cường bằng
FRP chịu nén đúng tâm
Theo ACI 318-95 (1999) ta có công thức tính toán khả năng
chịu lực của bê tông không bị bó chịu nén đúng tâm theo công thức
sau đây:
Pn = 0,85f’c (Ac – As) + Asfy
(3.6)
trong đó: As và fy tƣơng ứng là diện tích cốt thép trong cột và
giới hạn chảy của cốt thép.
Công thức tính toán khả năng chịu lực của cột bê tông cốt thép
gia cƣờng bằng FRP chịu nén đúng tâm nhƣ sau:
Pn = 0,85f’c (Ac - Ae -As) + 2xAsfy + 0,85f’ccAe
(3.7)
trong đó: f’cc là cƣờng độ lớn nhất của bê tông khi nở ngang.
2.3.3. Biện pháp thi công


11

2.3.4. Ƣu điểm và nhƣợc điểm:
a) Ưu điểm
b) Nhược điểm
CHƢƠNG 3
VÍ DỤ TÍNH TOÁN
Công trình thực tế: Thiết kế gia cƣờng cột bê tông để đảm
bảo chịu lực sau khi nâng từ 02 tầng lên 04 tầng Khoa điều trị bắt
buộc bệnh viện tâm thần Đà Nẵng.
Mô tả chung: Tên công trình: Khoa điều trị bắt buộc bệnh
viện tâm thần Đà Nẵng. Địa điểm: 193 Nguyễn Lƣơng Bằng, quận
Liên Chiểu, TP. Đà Nẵng. Công trình đƣợc xây dựng vào năm 2010,
diện tích: 833 m2, quy mô: hai tầng nổi, kết cấu móng cột, dầm, sàn
bằng BTCT cấp độ bền B15.
Trên cơ sở thiết kế sơ bộ, Công ty cổ phần tƣ vấn kiểm định
xây dựng Mitco tiến hành kiểm định chất lƣợng công trình và đề
nghị gia cƣờng cột tầng 1, tầng 2 để đảm bảo khả năng chịu lực sau
khi nâng tầng. Đơn vị tƣ vấn thiết kế: Công ty TNHH Tƣ vấn Xây
dựng Gia Viên đề xuất phƣơng án gia cƣờng cột bê tông cốt thép
bằng phƣơng pháp tăng tiết diện. Trên cơ sở thiết kế sơ bộ, Công ty
cổ phần tƣ vấn kiểm định xây dựng Mitco tiến hành kiểm định chất
lƣợng công trình và đề nghị gia cƣờng cột tầng 1, tầng 2 để đảm bảo
khả năng chịu lực sau khi nâng tầng. Trong luận văn chỉ xét đến đối
tƣợng cột, nên phần móng công trình xem nhƣ đã đảm bảo khả năng
chịu lực.


12


13

3.1. GIA CƢỜNG CỘT BẰNG TĂNG TIẾT DIỆN
3.1.1. Tính khả năng chịu lực
Áp dụng trƣờng hợp cột chịu nén đúng tâm
Chọn cột C2 (trục B-11)

Hình 3.3 Cột C2 trục B-11 (hiện trạng)

Hình 3.4 - Tiết diện cột gia cường

- Tiết diện cột ban đầu: 20x30 cm
- Vật liệu sử dụng:
+ Bê tông cột: B15 có Rb = 80 daN/cm2
+ Cốt thép cột: 6∅18 có As = 15,26 cm2, Rsc = 2.700 daN/cm2
+ Chiều cao cột: l0 = 3,6 m
+ Nq = 125.000 daN (theo tính toán kết cấu)
Theo công thức (1.3): Diện tích phần bê tông gia cƣờng:


14
Nq
Avo =

Rb Ab
Rb

Rsc As

0, 01Rsc

Trong công thức trên có φ, nó phụ thuộc tiết diện cột sau gia

cƣờng bằng vỏ áo, mà cái vỏ áo khi thiết kế ta không biết nó dày bao
nhiêu.
Vậy ta tạm lấy chiều dày d nhỏ nhất của vỏ áo là: 6cm.
Ta có b’ = 2d + b’ = 12 +20 = 32 cm
Độ mảnh của cột sau khi đƣợc gia cƣờng:

lo
b'

360
32

11, 25 14

Lấy φ = 1 (hệ số làm giảm khả năng chịu lực do ảnh hƣởng
của uốn dọc)
Diện tích phần bê tông cần gia cƣờng:

125.000
80(20 x30) 2.700 x15, 26
1
Avo =
= 334,56 cm2
80 0, 01x 2.700
Ta có:
Avo= b’h’- bh = (2d + b)(2d + h) – bh = 4d2 + 2bd + 2hd + bh
– bh = 2d(2d + b + h)
→ d(b + h + 2d) -

Avo

A
b h
d - vo =0
=0 → d2 +
2
2
4

→ bề dày lớp bê tông gia cƣờng: d

b h 1
(b h)2 4 Avo
+
4
4
20 30 1
(20 30)2 4 x334,56
+
=
= 2,98 cm
4
4
=-

Chọn d= 6 cm (giá trị nhỏ nhất)


15
Khi thiết kế, ngƣời ta quan niệm phần lớn tải trọng gia tăng
đƣợc bê tông của vỏ áo chịu nên cốt dọc trong vỏ áo chỉ đặt theo cấu

tạo và chỉ lấy bằng 1% diện tích phần bê tông gia cƣờng:
Diện tích cốt thép: Ast = 0,01Avo = 0,01x334,56= 3,34 cm2
Chọn 4∅16 có Ast = 8,04 cm2

Hình 3.5. Cột C2 tầng 1 (trục B-11) – sau khi gia cường
3.1.2 Tính chi phí thi công (tính cho trƣờng hợp nén đúng
tâm)
Bảng 3.1 Tổng hợp kinh phí
Gia cường cột bằng tăng tiết diện


16
3.2. GIA CƢỜNG CỘT BẰNG THÉP HÌNH
3.2.1. Tính khả năng chịu lực (chọn cột C2 trục B-11) (cột
69)
Trƣờng hợp cột chịu nén đúng tâm

Hình 3.6. Tiết diện cột ban đầu
Theo công thức (2.1)
Nq ≤ φ(RbAb + RsAs + mo2RsAs)
Theo công thức (14): Nq =

N1
+ Nn
m1

Nq- lực dọc quy đổi
N1- lực dọc tính toán cho phần tải trọng dài hạn
Nn - Lực dọc tính toán do phần tải trọng tác dụng ngắn hạn
m1- hệ số ảnh hƣởng của tải trọng dài hạn đến khả năng chịu

lực của kết
cấu mảnh
mo- hệ số điều kiện làm việc của thanh chống, lấy mo = 0,9
theo thực nghiệm
Dữ liệu đầu vào
- Tiết diện cột ban đầu: 20x30 cm
- Vật liệu sử dụng:
+ Bê tông cột: Cấp độ bền B15 có Rb = 80 daN/cm2
+ Cốt thép cột: 6∅18 có As = 15,26 cm2, Rsc = 2.700 daN/cm2


17
+ Chiều cao cột: l = 3,6 m ; lo = 0,7x3,6 = 2,52 m
+ Nq = 125.000 daN
Tính khả năng chịu lực của cột
- Với độ mãnh của cột λ =

lo 252
=
= 12,6
b
20

Tra bảng phụ lục 2 (Hư hỏng, sửa chữa, gia cường công trình
– Lê Văn Kiểm)
φ = 0,978 và ml = 0,98

- Tải trọng tối đa mà cột phải chịu khi chƣa đƣợc gia cƣờng:
Ngh = φ(RbAb + RsAs) = 0,978(80x600 + 2.700x15,26) =
87.000 daN

Tải trọng tính toán: Nt =

Nq
ml

=

125.000
= 127.000 daN
0, 98

Tải trọng gia tăng: No = Nt – Ngh = 127.000 – 87.000 = 40.000
daN
Tính tiết diện mỗi cặp thanh thép góc gia cƣờng
Thép hình dùng loại thép CT-3 có Rs = 2.100 daN/cm2
Theo công thức (2.8) ta có: Tiết diện thanh chống gia cƣờng
Fo =

No
40.000
10,82 cm 2
=
2 mo Rs 2 x0,978 x0,9 x 2.100

Chọn mỗi cặp thanh thép góc 2L60x50x5 có F0 = 2x5,54 =
11,08 cm2 > 10,82 cm2
Tính cấu tạo mỗi cặp thanh chống
+ Tính bản liên kết của cặp thanh chống
Theo quy phạm thì lực phình hông Qb đƣợc tính bằng công
thức:

Qb = 20F0 = 20 x 10,82 = 216,4 daN


18
Lực cắt ở bản liên kết: T =

Qb xlb
c

216, 4 x70
20, 4

742daN

lb – cự ly giữa các bảng, lấy bằng 70 cm
c – cạnh của cột bằng 30 cm
Momen uốn trong mặt phẳng của bản liên kết

Qb xlb 216, 4 x70
7574daN / cm
2
2
M 7.574
3, 6cm3
W=
Rs 2.100
M=

Chọn bản liên kết tiết diện 80x5 mm
W=

h2
6

0,5 x82
6

5,3cm3

3, 6cm3

700

300

60

200

80

300

Hình 3.7 Chi tiết cột gia cường bằng thép hình
3.2.2 Tính chi phí thi công (cho trƣờng hợp cột chịu nén đúng
tâm)
Bảng 3.3. Tổng hợp kinh phí Gia cường cột bằng thép hình


19

3.3. GIA CƢỜNG CỘT BẰNG TẤM FRP
3.3.1. Tính khả năng chịu lực của cột

Hình 3.8 Tiết diện cột ban đầu
Theo công thức (3.7) khả năng chịu lực của cột bê tông cốt
thép gia cƣờng bằng FRP chịu nén đúng tâm
Pn = 0,85f’c (Ac - Ae -As) + 2Asfy + 0,85f’ccAe
Dữ liệu đầu vào: Ac = 200x300 = 60.000 mm2
Cốt thép As = 1.526 mm2
fy = 300 N/mm2 = 30 daN/mm2
Chọn tấm Tyfo SCH41 có: trọng lƣợng 64 g/m2; chiều dày
thiết kế 1mm;
cƣờng độ chịu kéo 985 Mpa; mô đun đàn hồi 95,8 GPa
f = max{frx , fry}

- Ứng suất nở ngang của cột theo phƣơng x
frx =

twf
Ae
ρfxffu ; trong đó ρfx = 2
Ac
tx

2
200

0,01

Theo công thức (3.5) : Diện tích tiết diện chịu tác dụng bó của

FRP
Ae = txty –

w x2

w y2
3

- Asc – (4 – π)r2

Với: tx = 200 mm; ty = 300 mm; r = 9 mm; Asc = 1.526 mm2


20
wx = 48 mm; wy = 214 mm (khoảng hở của các thanh cốt thép
dọc chịu lực theo phƣơng x, y)
→ Ae = 200x300 fu

Ta có: ffu =

482

2142
1526 (4 3,14)92 = 42.341 mm2
3

Ef
f

Trong đó: γf = 1,1 đối với vật liệu CFRP

Giá trị εfu lấy bằng 0,0045
Mô đun đàn hồi: Ef = 95,8 Gpa = 95.800 Mpa = 9.580
daN/mm2
fu

→ ffu =

Ef

=

f

→ frx =

0, 0045 x9.580
1,1

39,19 daN/mm2

42.341
x0, 01x39,19 0, 27daN / mm2
60.000

Ứng suất nở ngang theo phƣơng y
fry =

twf
Ae
ρfyffu ; ρfy = 2

Ac
ty

→ fry =

2x

1
300

0, 006

42.341
x0, 006 x39,19 0,16daN / mm2
60.000

f = max{frx , fry} = 0,27 daN/mm2
Khả năng chịu nén tính toán của bê tông trong cột
có xét đến nhân tố ảnh hƣởng làm giảm khả năng chịu lực tấm
FRP .
f’cc = f 'c (2, 25 1 7,9
Ta có fl =

ka

f

Ef

fl

fc

2

fl
1, 25)
fc

fe

2

fl - áp lực nén do tấm FRP gây ra


21
ka = 1- hệ số xét tính hiệu quả gia cƣờng
εfe = 0,004 - biến dạng có hiệu của tấm FRP
ρf = 0,025 hệ số cốt thép chịu lực
→ fl =

1x0,025 x9.580 x0,004
2

→ f’cc = 0, 27(2, 25 1 7,9

0, 47
0, 27

0, 47daN / mm2

2

0, 47
1, 25) 1, 03daN / mm2
0, 27

Khả năng chịu lực của cột bê tông cốt thép gia cƣờng bằng
FRP chịu nén đúng tâm
Pn = 0,85f’c (Ac - Ae -As) + 2Asfy + 0,85f’ccAe
= 0,85x0,27(60.000 - 42.341- 1.526) +
2x.526x30 +
0,85x1,03x42.341 = 132.000 daN
Tính số lƣợng lớp tấm sợi
n=

fl .D
2t f E f fe

0, 47 2002 3002
2 x1x9.580 x0, 004

2, 2

chọn n = 3
3.2.2 Tính chi phí thi công
Bảng 3.5. Tổng hợp kinh phí Gia cường cột bằng tấm sợi FRP


22
3.4. TỔNG HỢP ĐÁNH GIÁ

Bảng 3.7 Tổng hợp đánh giá hiệu quả các phƣơng án gia
cƣờng cột bê tông cốt thép
Các phƣơng
án gia
TT
cƣờng Gia cƣờng bằng
tăng tiết diện cột
Tiêu chí
đánh giá
1

Biện
công

pháp

thi

Gia cƣờng bằng
tấm sợi cacbon
FRP

Gia cƣờng bằng
thép hình

-Kkhông

đòi hỏi -Tthi công đơn giản, -Tthi công đơn
kỹ thuật cao; tận nhanh chóng không giản, nhanh chóng,
dụng đƣợc vật đòi hỏi thiết bị công không đập phá kết

liệu địa phƣơng, nghệ
cấu cũ, không cần
-Tthi công phức -Kkhó khăn trong sử dụng ván khuôn;
tạp, khó khăn, việc thi công ở mặt -Kkhông đòi hỏi
ván khuôn cồng bằng chật hẹp
nhiều nhân công
kềnh
-Qquá trình hàn có -Vvật liệu FRP đa
thể xây ra cháy nổ
dạng

-Tthi

công không
ảnh hƣởng đến hoạt
động của công trình
2

Tiến độ thi công

dài

Tthi công kéo

-

Ttốn nhiều nhân - Tthi công nhanh
công, thời gian thi chóng
công trong việc gia
công kết cấu thép

3

Khả năng chịu
lực

-

4

Chi phí xây dựng

-

77.595.000
- 110.368.000
đồng/cấu kiện cột đồng/cấu kiện cột

-

5

Tiêu chí khác

-

-

Đảm bảo khả - Đảm bảo khả năng - Đảm bảo
năng chịu lực

chịu lực
năng chịu lực

Làm tăng tiết - Không làm ảnh
diện cấu kiện,
hƣởng đến việc sử
phát sinh thêm
dụng công trình
tĩnh tải, làm thay
GGiữ đƣợc
đổi kiến trúc tổng
kích thƣớc tiết diện
thể của kết cấu
ban đầu, không ảnh
hƣởng đến thẩm mỹ
công trình

khả

117.099.000
đồng /cấu kiện cột
Không tăng kích
thƣớc tiết diện,
không làm thay đổi
đến mỹ quan công
trình, không ảnh
hƣởng đến công
năng sử dụng của
công trình.

23
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Luận văn đã phân tích, đánh giá hiệu quả về mặt kỹ thuật,
phân tích chi phí đầu tƣ của ba phƣơng án gia cƣờng cột bê tông cốt
thép. Mỗi phƣơng án đều có những ƣu điểm và nhƣợc điểm riêng của
nó.
Phân tích, so sánh đƣợc các phƣơng án gia cƣờng về mặt chịu
lực. Để đảm bảo khả năng chịu lực sau khi gia cƣờng theo yêu cầu
của công trình.
Qua nghiên cứu, chúng ta có thể nhận thấy rõ đƣợc các ƣu
điểm của phƣơng pháp gia cƣờng cột bằng tấm dán FRP ở các mặt:
vật liệu FRP có cƣờng độ và độ bền rất cao, khối lƣợng riêng thấp,
thi công dễ dàng nhanh chóng, ít tốn nhân công, không cần máy móc
đặc biệt, có thể thi công trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, không
ảnh hƣởng đến xung quanh nên có thể tiến hành thi công khi công
trình vẫn tiếp tục hoạt động, khối lƣợng gia cố thấp, không làm thay
đổi kiến trúc và công năng của công trình, đảm bảo tính mỹ thuật
cao, không cần bảo trì. Về giá thành, hiện nay tấm sợi cacbon chƣa
đƣợc sản xuất trong nƣớc nên giá thành tƣơng đối cao. Tuy nhiên,
nhƣợc điểm này hoàn toàn có thể khắc phục đƣợc trong thời gian tới
do hội nhập quốc tế và sự phát triển của công nghệ.
2. Kiến nghị
Trong thời gian tới công nghệ gia cƣờng cột bằng tấm dán
FRP cần đƣợc tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện về hệ thống tiêu chuẩn
thí nghiệm, sổ tay thiết kế, quy trình thi công của vật liệu FRP và
định rõ phạm vi áp dụng.