Gia cường kết cấu bê tông cốt thép được cân nhắc khi kết cấu hiện tại bị suy yếu; hay khi chủ nhà muốn thay đổi công năng sử dụng, làm gia tăng tải trọng, vượt quá sức chịu tải của kết cấu.
Tại sao cần gia cường cho kết cấu bê tông cốt thép?
Kết cấu bê tông cốt thép cần được gia cường trong các trường hợp sau:
Theo sự phát triển của nền kinh tế và thu nhập tăng, nhu cầu của khách hàng cần nâng cấp cho các thiết bị nặng hơn.
Tăng tải trọng sử dụng: do tăng hoạt tải sử dụng, tăng tải trọng xe cộ, lắp thêm máy móc thiết bị hạng nặng, hoặc có tác động rung, thường được ứng dụng ở các xưởng có sàn bằng bê tông cốt thép.
Xuống cấp, hư hỏng các bộ phận kết cấu: do thi công chất lượng chưa đạt, do vật liệu xây dựng lão hóa, hư hại do cháy, ăn mòng cốt thép, hoặc tác động của xe cộ.
Nâng cấp, cải thiện không gian sử dụng: do hạn chế độ võng, giảm ứng suất trong cốt thép, và giảm bề rộng vết nứt.
Điều chỉnh, sửa đổi hệ kết cấu: do loại bỏ các bức tường, cột, hoặc là cắt các lỗ trống xuyên qua các tấm sàn, tấm tường.
Lỗi trong thiết kế hoặc thi công: thiếu kinh nghiệm trong thiết kế, thi công kích thước cấu kiện không đủ, hoặc cốt thép được thiết kế thiếu….
Yếu tố để gia cường kết cấu bê tông, bê tông cốt thép?
Những điều đầu tiên cần xét đến là: tải trọng cần tăng cường, dạng hình học của kết cấu, các vật liệu hiện có. Trong nhiều trường hợp, rất khó có thể tiếp cận đến khu vực kết cấu cần được gia cường.
Khi gia cường kết cấu bê tông cần phải xét đến tất cả các dạng phá hoại (mode phá hoại). Đôi khi gia cường khả năng kháng uốn cho kết cấu có thể dẫn đến phá hoại do cắt. Nếu không xét đến dạng phá hoại do cắt, thì có thể mong muốn tăng cường khả năng kháng uốn cũng không được đáp ứng.
Cũng cần lưu ý rằng không phải chỉ dạng phá hoại của kết cấu được tăng cường là quan trọng. Nếu một thành phần suy yếu của hệ kết cấu được gia cường, thì có thể dẫn đến một thành phần khác bị suy yếu. Do độ cứng của một thành phần kết cấu thay đổi, sẽ dẫn đến độ cứng tổng thể thay đổi, nên cần phải xem xét cả hệ kết cấu.
Để việc thiết kế gia cường kết cấu được tối ưu thì cần xem xét đến giảm thiểu công tác bảo trì và sửa chữa. Khi thiết kế gia cường, thì cũng xem xét những yếu tố làm giảm khả năng tăng cường do va chạm, lửa, tác động môi trường…
Tài liệu kỹ thuật của kết cấu hiện có thường sơ xài, đôi khi là sai. Do đó cần có những kiểm định hiện trạng kết cấu cũ và thiết kế lại. Điều này sẽ làm sáng tỏ về tình trạng kết cấu hiện có, cũng như hiểu biết về ứng xử chịu tải trọng của nó. Thiết kế tăng cường khả năng chịu lực của kết cấu sẽ đáp ứng những yêu cầu sử dụng sau này.
Yếu tố tài chính và khả năng chịu lực của kết cấu là quyết định đến giải pháp gia cường. Nhưng đồng thời cũng cần cân nhắc đến yếu tố thẫm mỹ và môi trường.
Tăng cường độ dẻo dai của kết cấu bê tông cốt thép
Hầu hết các vật liệu sợi composite là vật liệu đàn hồi tuyến tính. Chúng không có bất kỳ điểm chảy dẻo xác định nào. Các kết cấu được thiết kế với xu hướng phá hoại dẻo, hoặc ít nhất là có các dấu hiệu để cảnh báo nguy cơ sụp đổ tiềm ẩn.
Chiến lược để gia cường kết cấu bê tông
Khi kết cấu được gia cường thì cần thực hiện như thế nào?
Ví dụ về một kết cấu thiếu khả năng chịu tải do lỗi thiết kế trước khi nó được đưa vào sử dụng. Sau đó nó được gia cường lên cao hơn một chút so với khả năng chịu tải mong muốn. Sau một thời gian kết cấu bị hư hỏng do tai nạn, va chạm, hỏa hoạn, quá tải bị hư hỏng đến mức không thể đáp ứng hoạt động như mong muốn.
Các thiệt hại sau đó được sửa chữa đến một mức chịu tải mới. Sau đó nhu cầu sử dụng kết cấu đã thay đổi. Yêu cầu khả năng chịu tải cao hơn để chịu được tải trọng mới. Bằng cách gia cường lần thứ 3 có thể đáp ứng được các yêu cầu mới.
Nếu không xét đến sự suy thoái, nhu cầu gia cường có thể không quá phức tạp. Khả năng chịu lực không đủ do lỗi thiết kế, tai nạn hoặc tăng tải trọng có thể được xác định rõ ràng. Khi sự suy thoái là đáng kể, nó trở nên phức tạp hơn.
Gia cường kết cấu mới và cũ
Đối với một kết cấu mới, không đủ khả năng chịu tải do lỗi thiết kế hay lỗi thi công, tuổi thọ mong muốn của công trình đã xác định rõ, việc lựa chọn phương án gia cường tương đối dễ, đôi khi cũng phức tạp.
Đối với các kết cầu cũ cần gia cường, vấn đề thậm chí còn phức tạp hơn nhiều. Một vấn đề quan trọng là tuổi thọ còn lại của của công trình. Không phải lúc nào cũng khả thi để gia cường một bộ phận kết cấu để phục vụ thêm 50 năm, trong khi phần móng chỉ còn tuổi thọ 10 năm nữa.
Ví dụ mạng lưới đường xá có thể được thay đổi trong vòng 5 năm do có dự án xây dựng cở sở hạ tầng lớn hơn. Nếu một cây cầu trên con đường hiện tại cần được sửa chữa để phục vụ trong thời gian đó, sẽ rất tốn kém để thay thế cây cầu cũ bằng một cây cầu mới. Trong trường hợp này, nếu có thể, cây cầu cần được sửa chữa, và tuổi thọ cũng không cần quá 5 năm.
Nếu xét đến sự suy thoái, chiến lược gia cường kết cấu trở nên phức tạp hơn. Sơ đồ dưới đây minh họa điều này. Hiệu suất làm việc của kết cấu từ từ giảm dần, nhưng nó vẫn đủ khả năng chịu lực.
Khi phát sinh nhu cầu sử dụng công trình mới, thì kết cấu cũng phải gánh chịu một mức độ tải trọng mới, cao hơn. Như vậy, trong tương lai gần, việc giảm hiệu quả làm việc sẽ dẫn đến thiếu khả năng chịu lực cho nhu cầu mới, (được đánh dấu X trên nhìn đồ thị). Tốc độ suy thoái có thể khác nhau trong các trường hợp khác nhau. Kết cấu phải được nâng cấp để đáp ứng nhu cầu sử dụng mới. Trong trường hợp này là bằng cách gia cường.
Kết luận
Gia cường kết cấu bê tông cốt thép cho bất kỳ mục đích nào cũng không phải là vấn đề đơn giản. Có nhiều yếu tố cần cân nhắc trước khi lựa chọn giải pháp gia cường: Mức độ tải trọng cần tăng cường, dạng phá hoại, các yếu tố chi phí, thẩm mỹ. Yếu tố suy giảm khả năng chịu lực của kết cấu cũng là một vấn đề quan trọng và phức tạp. Trong nhiều trường hợp cần có kiểm định hiện trạng kết cấu, để có sự hiểu biết đầy đủ nhất. Hiện nay có nhiểu giải pháp gia cường kết cấu, đặc biệt nổi bật là giải pháp gia cường kết cấu bằng vật liệu composite FRP.
