Một nhà máy bê tông cốt thép

1. Tổng quan dự án

Tòa nhà nhà máy trong một khu công nghiệp ban đầu là một kết cấu khung 8 tầng. Tiết diện cột bê tông cốt thép là 500mmx500mm và cấp cường độ bê tông là C30. Tổng cộng có 12 thanh thép 25 cấp II được bố trí dọc theo chu vi của cột. Dự án gia cố nhà máy đã được thử nghiệm và không thể đáp ứng các yêu cầu về khả năng chịu lực và gia cố địa chấn của kết cấu ban đầu. Sau khi thiết kế gia cố kết cấu của viện nghiên cứu và thiết kế, dự kiến sử dụng công nghệ gia cố sợi carbon để tăng cường độ chịu uốn của một số tầng 1-2. Đồng thời, do sự xói mòn lâu dài của axit, kiềm và các loại khí khác, lớp bảo vệ bê tông đã bị bong tróc một phần và các gân đã bị gỉ một phần. Cần phải gia cố lại phần hạn chế ngang của bê tông.

2. Xác định kế hoạch tăng cường

Sau khi phân tích so sánh, chúng tôi quyết định sử dụng phương pháp dán vải sợi carbon đơn hướng để cải thiện khả năng chịu lực và độ dẻo của cột. Đối với dự án này, việc sử dụng công nghệ gia cố này chủ yếu là do vải sợi carbon đơn hướng và phương pháp liên kết thép có những ưu điểm sau:

2.1. Độ bền cao, mỏng và nhẹ, hầu như không làm tăng trọng lượng kết cấu và kích thước tiết diện. Độ bền kéo của tấm sợi carbon gấp 7-10 lần so với thép có cùng tiết diện. Độ dày của tấm thành phẩm chỉ 0,111mm-0,333mm, và khối lượng riêng của nó bằng 1/4-1/5 thép. Hơn nữa, nó linh hoạt, dễ cắt và có phạm vi ứng dụng rộng, phù hợp với mọi hình dạng.

2.2. Chống ăn mòn trong môi trường axit, kiềm và muối, chống mỏi, chống rão, kích thước vật liệu ổn định, cốt thép có thể cải thiện đáng kể khả năng chống ăn mòn và độ bền của kết cấu, và có thể được sử dụng để gia cố các bộ phận trong nhiều môi trường làm việc khác nhau.

2.3. Thi công đơn giản và nhanh chóng. Tấm sợi carbon đơn hướng có thể được dán và quấn trực tiếp lên bề mặt công trình, quy trình đơn giản, không cần ván khuôn và thiết bị nâng hạ quy mô lớn, yêu cầu đối với công trường xây dựng thấp, phù hợp cho các hoạt động trong không gian hẹp. Dễ vận hành và tiết kiệm.

2.4. Có thể bịt kín hiệu quả các vết nứt của kết cấu bê tông và kéo dài tuổi thọ của kết cấu.

2.5. Việc sử dụng tấm sợi carbon đơn hướng để gia cố có thể giữ nguyên hình dạng ban đầu của kết cấu tối đa mà không ảnh hưởng đến trang trí bề mặt và giảm thiểu dấu vết sửa chữa.

Tính toán thiết kế: Dự án này là kết cấu khung chịu động đất cấp 2, tiết diện cột 500x500, cốt thép đai hiện hữu 8@200, cường độ bê tông cấp C30, tỷ số nén dọc cột hiện tại là 0,9. Bằng cách dán hai lớp vải sợi carbon theo chiều ngang, tỷ số nén dọc cột được giảm xuống không quá 0,8, đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn chống động đất. Quy trình tính toán như sau: không xét đến ảnh hưởng của cốt thép dọc cột.

A_s=bh-(4-1π)R_c²=249463mm²

K_s=(blh) [ 1-[ (b/h) (h-2R_c)²+(b/h) (b-2R_c)]／(3A_g-p_s/1-p_s)=0.46,

Sử dụng vải sợi carbon hai lớp: Lớp thứ nhất được dán dọc theo trục cột để cải thiện độ bền uốn của cột. Lớp thứ hai được quấn ngang dọc theo cột để tăng cường độ nén, độ dẻo và khả năng chịu động đất của cột. Xét thấy với cùng một lượng vải sợi carbon, hiệu quả quấn dải tốt hơn so với quấn toàn bộ. Đồng thời, kết hợp với kích thước mặt cắt ngang của cột, quyết định dán một tấm vải sợi carbon rộng 300mm trên mỗi bề mặt dọc theo trục cột, chiều dài chồng lớp là 250mm. Quấn một tấm vải sợi carbon rộng 300mm cách nhau 100mm dọc theo chiều cao cột, với chiều dài chồng lớp là 250mm.

3. Quy trình thi công và yêu cầu vận hành vật liệu sợi carbon

Quy trình bao gồm: chuẩn bị trước khi thi công, xử lý bề mặt bê tông, sơn lót, san phẳng, dán và bảo vệ.

4. Các ứng dụng khác của vật liệu sợi carbon đơn hướng trong gia cố kết cấu bê tông

Công nghệ gia cố sợi carbon không chỉ được ứng dụng trong gia cố kết cấu bê tông trong kỹ thuật nhà ở, đường sắt, đường cao tốc, cầu đường, cảng biển, thủy lợi và thủy điện, mà còn được ứng dụng trong gia cố kết cấu xây và kết cấu gỗ. Các ứng dụng cụ thể của công nghệ sửa chữa và gia cố kết cấu bê tông bằng tấm sợi carbon trong kỹ thuật bao gồm:

4.1. Gia cố vùng chịu kéo của dầm, bản và các cấu kiện chịu uốn khác (phần dưới của nhịp, phần trên của dầm liên tục và hệ thống đỡ bản). Với việc gia cố bằng sợi carbon, khả năng chịu lực của cấu kiện chịu uốn được tăng lên. Các vết nứt trong vùng chịu kéo có thể được bịt kín bằng tấm sợi carbon sau khi trám đầy các mối nối để kiểm soát sự mở rộng liên tục của các vết nứt. Ngoài ra, để gia cố cấu kiện chịu uốn, phương pháp ứng suất trước sợi carbon cũng có thể được sử dụng để cải thiện hiệu quả gia cố.

4.2. Cốt thép chịu cắt của dầm: Đối với các vết nứt xiên do ứng suất kéo chính gây ra, các tấm sợi carbon được dán trên trục thẳng đứng của mặt dầm, và các tấm sợi đơn hướng có thể được liên kết chéo nếu cần.

4.3. Đối với kết cấu cột trụ, sử dụng các tấm sợi carbon đơn hướng để dán vào các vị trí mà cốt thép chính hoặc cốt thép vấu không đủ. Vì sợi carbon có thể hạn chế hiệu quả biến dạng ngang của cột, cải thiện độ bền và độ dẻo dai của cột trụ, do đó cải thiện hiệu suất chịu động đất của nó.

4.4. Tường chịu cắt được dán bằng sợi carbon dọc theo hướng của cốt thép chịu cắt ở một hoặc cả hai mặt.

4.5. Các kết cấu cao tầng (như bacon, silo, tháp nước) - tương tự như điều kiện lực và phương pháp gia cố của trụ.

4.6. Tường bên của hồ bơi và bồn chứa khí - được gia cố bằng kéo.

4.7. Cống và đường hầm - gia cố uốn và kéo trong điều kiện ứng suất bất thường.

4.8. Chức năng bịt kín - tấm sợi carbon một chiều được dán vào đường nối để sợi carbon và bê tông hoạt động cùng nhau nhằm kéo dài tuổi thọ của thành phần bê tông.