Gia cố kho

Tổng quan dự án

Một nhà kho muối ở Sùng Tả, Quảng Tây là một tòa nhà kết cấu khung một tầng, nhịp 15m. Mái ban đầu là mái không có mái che, cần thay đổi mục đích sử dụng. Sau khi tính toán kết cấu, cốt thép của dầm khung quá nhỏ, dầm mái ban đầu không thể chịu được tải trọng bổ sung nên cần phải gia cố lại.

So sánh và lựa chọn công nghệ gia cố kết cấu

Tùy theo tình hình thực tế của dự án, có thể lựa chọn một số phương pháp gia cố truyền thống như phương pháp gia cố tiết diện mở rộng, phương pháp gia cố thép ngoài và phương pháp gia cố sợi carbon. Phương pháp gia cố tiết diện mở rộng còn được gọi là phương pháp bê tông ngoài, chủ yếu là mở rộng và nâng cao tiết diện dầm và cột để phù hợp với cốt thép mới. Phương pháp gia cố tiết diện mở rộng có hiệu quả trong việc gia cố kết cấu. Tuy nhiên, nó sẽ làm tăng thể tích và trọng lượng của kết cấu, dẫn đến dầm và cột quá khổ. Ngoài ra, có nhiều quy trình thi công, thời gian thi công dài và nhiều máy móc, đòi hỏi diện tích mặt bằng và không gian thi công lớn. Phương pháp gia cố thép ngoài còn được gọi là phương pháp gia cố thép thanh. Hiệu quả của phương pháp gia cố kết cấu bằng tấm thép thanh cũng tốt hơn, nhưng quy trình thi công tương đối phức tạp. Ngoài ra, quy trình thi công đòi hỏi độ phẳng cao giữa lớp nền kết cấu và tấm thép, độ cứng của tấm thép khó vận hành. Khi tấm thép được dán, nó dễ bị rỗng và không có khả năng chống ăn mòn. Nó phải được chống gỉ thường xuyên. Do đó, việc sử dụng các phương pháp gia cố truyền thống nêu trên sẽ gặp phải nhiều hạn chế khác nhau trong ứng dụng thực tế.

Phương pháp gia cố sợi carbon là sử dụng vật liệu liên kết phù hợp được pha chế đặc biệt để dán một tấm sợi carbon bao gồm các sợi carbon liên tục có độ bền cao hoặc mô đun đàn hồi cao thành các bó một chiều hoặc nhiều hướng dọc theo hướng của gân chịu lực trên bề mặt chịu kéo của kết cấu. Sau khi vật liệu liên kết đông đặc, nó được phối hợp với kết cấu ban đầu thông qua biến dạng để tạo thành một vật thể composite chịu lực mới, do đó tấm sợi carbon và kết cấu ban đầu được ứng suất cùng nhau. Độ bền kéo của tấm sợi carbon cường độ cao có thể đạt tới 3400N/mm2, cao hơn 8-10 lần so với thép cùng tiết diện và mô đun đàn hồi nằm trong khoảng từ 2,35×105N/mm2 đến 3,8×105N/mm2. Nó cao hơn một chút so với thanh thép và tốc độ giãn dài của sợi carbon cường độ cao ít hơn thanh thép khi chịu ứng suất, vì vậy khi kết cấu chịu ứng suất, nó sẽ tiếp nhận lực trước. Khi tải trọng tăng dần, biến dạng của hai vật liệu được đồng bộ hóa, lực được chia sẻ và phân bổ theo một tỷ lệ nhất định. Hiệu suất làm việc cùng với thanh thép rất tốt. Do vật liệu sợi carbon gia cường chia sẻ một phần lực kéo, ứng suất của thanh thép kết cấu ban đầu được giảm đáng kể, kết cấu được gia cố và khả năng chịu lực được cải thiện. Hơn nữa, sợi carbon nhẹ và mềm, dễ dán và dễ thi công. Không yêu cầu máy móc quy mô lớn và các biện pháp cố định khác. Trọng lượng của kết cấu tăng lên sau khi gia cố hầu như không đáng kể. Nó có độ bền mỏi cao, độ bền và khả năng chống ăn mòn tốt, và công việc gia cố có thể được hoàn thành trong thời gian ngắn.

Để so sánh, người ta quyết định sử dụng sợi carbon (CFRP) để gia cố.

Ứng dụng gia cố sợi carbon

1 cốt thép kết cấu dầm-sàn

(1) Gia cố chống uốn. Tấm sợi carbon được dán ở phía chịu lực, tức là phần dưới của dầm, phần giữa của dầm và phần trên của tấm liên tục, dầm liên tục, tấm công xôn và các giá đỡ khác, và dán dọc theo hướng của gân chịu lực.

(2) Cốt thép chịu cắt. Vị trí cốt thép thường nằm ở cuối dầm, nơi ứng suất kéo chính lớn, và nơi có dầm phụ hoặc tải trọng tập trung. Khi gia cố, nên dán các tấm sợi carbon thẳng đứng ở hai bên dầm, hoặc tạo thành vòng chữ U với đáy dầm, tương đương với việc thêm cốt thép chịu cắt để chia sẻ lực cắt của cốt thép ban đầu.

2 cốt thép cột

(1)Gia cố uốn cột. Cột nén lệch tâm được dán tấm sợi carbon dọc theo trục dọc của cột ở phía uốn kéo, có thể gia cố hiệu quả.

(2) Gia cường nén cột. Phần giữa cột được quấn bằng vòng sợi carbon ngang để tạo hiệu ứng hạn chế vòng trên vùng nén, cải thiện khả năng chịu nén của cột và giảm hệ số uốn cong của cột. Các thí nghiệm liên quan đã chứng minh rằng khả năng chịu nén của cột bê tông có thể được cải thiện ở các mức độ khác nhau bằng cách sử dụng tấm CFRP với các thông số kỹ thuật khác nhau để gia cường.

(3) Gia cố cột chịu cắt và kháng chấn. Dưới tác động của lực ngang, mô men uốn và lực cắt tại đầu cột rất lớn. Nếu thực hiện đồng thời dán dọc và quấn vòng, khả năng chịu cắt ngang của cột có thể được cải thiện, độ dẻo của cột được cải thiện đáng kể, khả năng tiêu tán năng lượng trễ được tăng cường và khả năng kháng chấn được tăng lên đáng kể.

Gia cố cột chịu cắt và kháng chấn. Dưới tác động của lực ngang, mô men uốn và lực cắt tại đầu cột rất lớn. Nếu thực hiện đồng thời dán dọc và quấn vòng, khả năng chịu cắt ngang của cột có thể được cải thiện, độ dẻo của cột được cải thiện đáng kể, khả năng tiêu tán năng lượng trễ được tăng cường và khả năng kháng chấn được tăng lên đáng kể.

4 Gia cố kết cấu xây bằng tấm CFRP để gia cố kết cấu xây theo chiều ngang và chiều chéo, có thể cải thiện hiệu suất chịu động đất của kết cấu.

Ngoài ra, vật liệu gia cố sợi carbon cũng có thể được sử dụng rộng rãi trong các công trình dân dụng khác như cầu, đường hầm, ống khói và silo.

Tóm lại, gia cố bằng sợi carbon có thể là phương pháp gia cố kết cấu đáng tin cậy và tiện lợi, đồng thời có triển vọng ứng dụng cực kỳ rộng rãi.