Cải tạo dầm cần cẩu

Từ những năm 1980, công nghệ sửa chữa bê tông bằng vải sợi carbon, một phương pháp sửa chữa kết cấu tiên tiến với hiệu quả cao và chi phí thấp, đã được chú trọng nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong xây dựng dân dụng. Hiện nay, công nghệ bê tông cốt sợi đã tương đối hoàn thiện. Tuy nhiên, do sự khác biệt cơ bản giữa tính chất của thép và bê tông, công nghệ gia cường kết cấu thép và bê tông rất khác nhau. Cơ chế phá hoại của kết cấu thép được gia cường bằng CFRP chủ yếu là phá hoại giao diện. Hiện nay, nghiên cứu về kết cấu thép gia cường bằng vải sợi carbon vẫn đang trong giai đoạn thăm dò sơ bộ trong và ngoài nước, và ứng dụng thực tế trong kỹ thuật vẫn chưa được triển khai trên quy mô lớn.

Đặc điểm của dầm cầu trục được gia cố bằng vải sợi carbon

Trong nhà máy công nghiệp, hoạt động bình thường của dầm cầu trục có ảnh hưởng trực tiếp đến sản xuất, đặc biệt là đối với nhà máy luyện thép, tải trọng cầu trục thường lớn hoặc thậm chí quá tải, và hoạt động thường xuyên, khiến dầm cầu trục thỉnh thoảng xảy ra hư hỏng và nứt. Sự cố của hệ thống dầm cầu trục trong kết cấu thép tại nhà máy công nghiệp chủ yếu là do mỏi, và hầu hết các dầm cầu trục bị phá hủy trước khi đạt được tuổi thọ thiết kế do nhiệt độ trong nhà cao và các yếu tố khác. Phương pháp gia cường truyền thống có một số tác dụng gia cường nhất định, chẳng hạn như hàn thép tấm hoặc thép hình. Tuy nhiên, phương pháp này cũng làm tăng trọng lượng của dầm cầu trục và giảm hệ số sử dụng không gian, dẫn đến sự phân bố lại ứng suất và độ cứng, thường gây ra hiện tượng tập trung ứng suất tại mối hàn, nứt mỏi dưới tác động của tải trọng mỏi, dẫn đến hư hỏng mỏi thứ cấp của dầm cầu trục thép. Do CFRP có cường độ kéo cao, khả năng định hình mạnh (chẳng hạn như liên kết tốt với các thanh thép ở góc kết cấu thép), khả năng chống ăn mòn và chống mỏi tốt, hiệu quả gia cường của dầm cầu trục thép tốt hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống. Tùy theo từng loại bệnh, các phương pháp gia cường khác nhau được áp dụng, chẳng hạn như dán CFRP lên bề mặt chịu kéo của chi tiết có thể cải thiện khả năng chịu uốn của chi tiết. Về khả năng chịu mỏi của kết cấu thép, việc dán vải sợi carbon có thể cải thiện tuổi thọ chịu mỏi còn lại. Hiệu quả công nghệ của việc gia cường cấu kiện thép bằng vải sợi carbon là rất đáng chú ý và đã trở thành chủ đề nghiên cứu nóng hổi của các chuyên gia và học giả.

Phân tích và đo lường những khó khăn về kỹ thuật

Thiếu thông số kỹ thuật tiêu chuẩn

Do ứng dụng hạn chế của công nghệ kết cấu thép gia cường sợi carbon trong kỹ thuật thực tế, nên hiện tại chưa có tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật sẵn có nào để tuân theo. Đây là một công nghệ mới dùng vải sợi carbon để gia cố và sửa chữa kết cấu thép. Nó rất khác so với vải sợi carbon dùng để gia cố bê tông. Chúng khác nhau về chế độ liên kết, giao diện phá hủy và chế độ liên kết. Do đó, trong quá trình thực hiện dự án, kết hợp với kinh nghiệm kỹ thuật trước đây, áp dụng quy trình kiểm tra cạnh, xác nhận cạnh, tối ưu hóa cạnh và thi công cạnh, phương án thiết kế cốt thép tối ưu được thiết kế dựa trên việc lựa chọn vật liệu, hiệu suất liên kết, hiệu suất quy trình, thử nghiệm hiệu suất chịu mỏi của mối nối hình chữ thập, thử nghiệm mô hình dầm cầu trục, tính toán và phân tích kết cấu.

Môi trường kỹ thuật kém

Trong các công trình công nghiệp kết cấu thép, dầm cầu trục thép là một bộ phận rất quan trọng, và môi trường làm việc của nó rất phức tạp. Ví dụ, đối với nhà máy luyện thép, nếu việc ngừng gia cố sẽ gây ra thiệt hại kinh tế nghiêm trọng. Do đó, trong quá trình vận hành bình thường của nhà máy luyện thép, môi trường làm việc của kết cấu thường có nhiệt độ cao và bụi, môi trường thi công kém, sức bền và thể lực của công nhân là một thử thách lớn. Hơn nữa, nhiệt độ môi trường của xưởng luyện thép rất cao, thời gian liên kết và nhiệt độ làm việc của vật liệu liên kết trước đó không thể đáp ứng được yêu cầu. Về mặt lựa chọn vật liệu, Ma Mingshan thuộc Công ty TNHH Viện Nghiên cứu Kiến trúc Luyện kim Trung Quốc đã hoàn thành 11 đợt, mỗi đợt gồm 200 nhóm thử nghiệm hiệu suất vật liệu. Các tính chất cơ học của một số vật liệu liên kết, đặc tính chịu kéo và chịu cắt của thép với thép, đặc tính liên kết chịu kéo thông thường của thép với vải sợi carbon, đặc tính chịu mỏi, khả năng thấm ướt, thời gian lưu hóa, nhiễu loạn bên ngoài và đặc tính chồng chéo của thép với vải đã được nghiên cứu một cách có hệ thống. Cuối cùng, vật liệu liên kết và vải sợi carbon phù hợp để gia cố cho nhà xưởng công nghiệp kết cấu thép đã được lựa chọn.

Thời gian xây dựng ngắn

Xét đến đặc thù của dự án gia cường CFRP cho dầm cầu trục thép trong các công trình công nghiệp, thời gian thi công ngắn, việc dừng thi công một ngày sẽ gây thiệt hại kinh tế rất lớn. Do đó, đây là một thách thức lớn đối với yêu cầu về công nghệ thi công và sự phối hợp của nhân sự. Do đó, đề xuất áp dụng công nghệ kết dính khô nhanh và công nghệ thi công đồng bộ trong thi công cốt thép, có thể rút ngắn đáng kể thời gian dừng thi công.

Kiểm tra và nghiệm thu thi công

Kiểm tra vật liệu

Đối với vải sợi carbon, keo dán kết cấu và các vật liệu gia cố khác, cần phải vào hiện trường một lần theo liều lượng của dự án. Khi vào hiện trường, cần phối hợp với đơn vị giám sát để kiểm tra giấy chứng nhận chất lượng sản phẩm, báo cáo kiểm tra chất lượng sản phẩm và tính toàn vẹn của bao bì. Đồng thời, cần chứng kiến việc kiểm tra mẫu để đánh giá hiệu suất an toàn của sản phẩm.

Kiểm tra và kiểm soát chất lượng quy trình

Khi kết cấu thép được gia cố và sửa chữa bằng vải sợi carbon và vật liệu liên kết nhựa phù hợp, việc thi công công đoạn tiếp theo chỉ được thực hiện sau khi công đoạn trước đã được kiểm tra. Khi chất lượng thi công không đạt yêu cầu, cần phải thực hiện ngay các biện pháp khắc phục hoặc làm lại. Trong quá trình thi công, cần có nhân viên chuyên trách chịu trách nhiệm kiểm tra chất lượng và lập hồ sơ chi tiết.

Độ lệch kích thước và kiểm tra chất lượng liên kết

Khi gia cường dầm cầu trục kết cấu thép bằng tấm CFRP, cần phải dán và gia cường dầm theo đúng kích thước thiết kế, độ lệch tương đối của vị trí dán không được nhỏ hơn 10 mm. Tổng diện tích hiệu dụng không được nhỏ hơn 95% tổng diện tích liên kết. Nếu diện tích lỗ rỗng của một trống nhỏ hơn 2500 mm², nên sử dụng ống tiêm kim để sửa chữa phần rỗng. Nếu diện tích của một trống rỗng lớn hơn 2500 mm², nên cắt bỏ lớp vải sợi carbon tại trống rỗng, sau đó chồng lớp vải sợi carbon lên và dán lại bằng cùng một lượng vải sợi carbon. Khi dán lại, chiều dài chồng lớp của mỗi đầu không được nhỏ hơn 200 mm.

Lời kết

Là một phương pháp gia cố mới, kết cấu thép gia cường bằng vải sợi carbon (CFRP) sẽ được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực kết cấu thép với sự cải tiến về thông số kỹ thuật tiêu chuẩn và công nghệ xây dựng.