Gia cố chống động đất cho các tháp cổ

Giới thiệu về dự án

Ngôi chùa cổ này được xây dựng vào năm Trinh Quán đầu tiên của triều đại nhà Đường, đã tồn tại hơn 1.300 năm. Đây là một công trình kiến trúc Ả Rập tiêu biểu, có giá trị di tích văn hóa cực kỳ cao.

Cấu trúc chính của tháp cổ gồm một tháp chính và một tháp nhỏ, tổng chiều cao là 34.246m, trong đó tháp chính cao 23.634m và tháp nhỏ cao 10.612m. Tháp chính gồm một trụ ngoài và một trụ trong, đường kính ngoài là 8,53m, đường kính trong là 6,05m.

Hiện nay, ngôi chùa cổ chủ yếu gặp phải những vấn đề sau:

1) Tháp chính và tháp phụ có độ nghiêng và hướng nghiêng khác nhau. Tường thân tháp có phần lồi, bệ trên đỉnh tháp chính nghiêng, phần lõi và phần tường ngoài lún không đều.

2) Có những vết nứt rõ ràng trên tường ngoài của tháp chính. Bao gồm các vết nứt dọc, vết nứt ngang và các đường nối xuyên qua ở góc cửa sổ, bề mặt ngoài của tháp bị bong tróc và đỉnh tháp bị hư hỏng nghiêm trọng, cho thấy tháp cổ có vấn đề về khả năng chịu lực cục bộ không đủ.

3) Sự biến dạng của tháp chính và tháp nhỏ không đồng nhất, tháp nhỏ chịu ảnh hưởng của “hiệu ứng roi đập”, càng làm tăng thêm nguy cơ tháp nhỏ bị sụp đổ dưới tác động của bão và động đất.

So sánh và lựa chọn các phương án gia cố

Theo tình hình kỹ thuật thực tế, các phương pháp gia cố phổ biến hiện nay bao gồm phương pháp gia cố tiết diện mở rộng, phương pháp gia cố thép gia công ngoài, phương pháp ứng suất trước và các phương pháp gia cố cốt thép truyền thống khác, cũng như phương pháp gia cố sợi carbon. Phương pháp gia cố kết cấu truyền thống sẽ làm tăng thể tích và trọng lượng của kết cấu, quy trình phức tạp, thời gian thi công dài, sử dụng máy móc lớn, diện tích mặt bằng và không gian thi công lớn. Phương pháp gia cố vải sợi carbon có cường độ cao, vật liệu mềm, dễ dán và thi công thuận tiện. Không yêu cầu thiết bị cơ khí lớn và các biện pháp cố định khác. Sau khi gia cố hoàn thành, trọng lượng kết cấu tăng lên hầu như không đáng kể, đồng thời có độ bền mỏi cao, độ bền và khả năng chống ăn mòn tốt, có thể hoàn thành công việc gia cố trong thời gian ngắn.

Qua so sánh, phương pháp gia cố sợi carbon đã được lựa chọn để gia cố tòa tháp cổ.

Sợi carbon gia cố

Vì ngôi chùa cổ được chia thành hai phần, chùa chính và chùa nhỏ, nên cần xem xét riêng khi gia cố chúng. Đầu tiên, vữa nhựa epoxy được sử dụng để chà ron bề mặt của ngôi chùa cổ. Sau đó, dán một tấm sợi carbon tròn rộng 300mm từ đáy tháp chính đến tháp chính từ đáy tháp chính với khoảng cách 1m (khoảng cách tâm) và dán đến 12m. Tiếp theo, dán một tấm sợi carbon tròn rộng 300mm từ tháp chính với khoảng cách từ 12m đến 1,5m (khoảng cách tâm) và dán đến đỉnh tháp chính. Ngoài ra, trên tháp chính, một tấm sợi carbon rộng 300mm được dán theo chiều dọc từ đáy tháp đến đỉnh tháp. Cách đều nhau theo hướng chu vi, tổng cộng có 8 tấm sợi carbon dọc.

Bố cục sợi carbon của tháp nhỏ về cơ bản tương tự như tháp chính. Từ đáy tháp nhỏ đến độ cao 2m tính từ tháp nhỏ, dán một tấm sợi carbon rộng 250mm cách nhau 1m (khoảng cách tâm). Dán một tấm sợi carbon tròn rộng 250mm cách nhau 2m (khoảng cách tâm) tính từ 2m của tháp nhỏ và dán lên đỉnh tháp nhỏ. Tương tự như vậy, trên tháp nhỏ, từ đáy tháp đến đỉnh tháp, một tấm sợi carbon rộng 250mm được dán theo chiều dọc, cách đều theo hướng chu vi, tổng cộng có 8 tấm sợi carbon theo chiều dọc, vị trí đặt giống với chiều dọc của tháp chính. Xem Hình 5 để biết sơ đồ gia cố tháp cổ.

Tóm lại

So với phương pháp gia cường trước, phương pháp gia cường sợi carbon đã tăng khả năng chịu lực của kết cấu tháp cổ được gia cường khoảng 20%, trong khi độ cứng không thay đổi nhiều. Điều này cho thấy phương pháp gia cường sợi carbon ít ảnh hưởng đến độ cứng của kết cấu và phù hợp hơn để cải thiện hiệu suất chịu động đất của các công trình cổ so với các phương pháp gia cường khác. Ngoài ra, phương pháp gia cường sợi carbon còn có thể làm giảm phản ứng dịch chuyển đỉnh, phản ứng gia tốc, mô men cắt và lật đáy của kết cấu tháp cổ, giúp ngăn ngừa đáng kể hiện tượng nghiêng và sụp đổ của kết cấu tháp cổ dưới tác động của động đất.

Đồng thời, việc gia cố bằng sợi carbon cũng có thể đảm bảo phong cách kiến trúc bên ngoài của tòa tháp cổ ban đầu ở mức độ lớn nhất, đặc biệt phù hợp với tư duy gia cố “tòa nhà cũ như cũ” của các tòa nhà cổ và có triển vọng ứng dụng tốt trong lĩnh vực gia cố tòa nhà cổ.