Các phương pháp chính để gia cường kết cấu thông dụng và hiệu quả
Các kỹ thuật khác nhau có thể được sử dụng để tăng cường các tấm bê tông được cho là có kết cấu không chắc chắn hoặc không đủ khả năng chịu được tải trọng sàn quy định . Một số phương pháp thường được áp dụng để gia cố tấm là;
Thi công lớp phủ bê tông,
Thi công dán tấm thép,
Gia cường phần dầm bê tông cốt thép
Gia cường sợi Carbon FRP .
Các lý do cần phải tăng cường gia cường kết cấu
Nói chung, tấm sàn dầm bê tông cốt thép có thể cần được sửa chữa hoặc tăng cường trong các trường hợp sau:
a) Sửa chữa các tấm bê tông bị hư hỏng/xuống cấp để khôi phục lại cường độ và độ cứng của chúng.
b) Ăn mòn cốt thép.
c) Hạn chế độ rộng vết nứt khi tải trọng (thiết kế/dịch vụ) tăng lên hoặc tải trọng duy trì.
d) Trang bị thêm các cấu kiện bê tông để tăng cường cường độ uốn và biến dạng tới mức phá hoại của các cấu kiện bê tông được yêu cầu do điều kiện tải trọng tăng lên như động đất hoặc tải trọng giao thông.
e) Khắc phục các lỗi thiết kế và thi công như cốt thép không đủ kích thước.
f) Nâng cao tuổi thọ của tấm sàn bê tông cốt thép.
g) Tăng cường lực cắt xung quanh các cột để tăng chu vi của phần tới hạn chịu cắt đột.
h) Những thay đổi trong hệ thống kết cấu như các lỗ khoét trên các tấm sàn bê tông hiện có.
i) Thay đổi các thông số thiết kế.
j) Tối ưu hóa kết cấu liên quan đến việc giảm biến dạng và ứng suất trong các thanh cốt thép.
Tùy thuộc vào yêu cầu kiến trúc, chức năng và sự thuận tiện của việc xây dựng, cũng có thể sử dụng kết hợp hai hoặc nhiều kỹ thuật gia cố, trong đó một số phương pháp được sử dụng ở phần trên sàn và một kỹ thuật khác được sử dụng để gia cố phần đáy của tấm sàn.
Để gia cố tấm sàn, cũng có thể cần phải giảm tác động biến dạng bằng cách kết hợp các thành phần kết cấu mới, chẳng hạn như dầm hoặc cột bê tông hoặc thép . Tấm bê tông cốt thép cũng có thể được tăng cường nhằm mục đích cải thiện mômen uốn hoặc khả năng chống cắt do thủng.
Biện pháp 1: Thi công lớp phủ bê tông để tăng cường tấm
Tùy thuộc vào khu vực nào của tấm cần được tăng cường, lớp phủ bê tông được thi công trên bề mặt trên, dưới hoặc cả hai bề mặt. Mặc dù lớp phủ bê tông trên cùng của tấm được thi công đơn giản hơn, phần dưới của lớp phủ của tấm cũng có thể được thực hiện trong khi bê tông được đúc bằng bê tông phun để đảm bảo rằng không có tổ ong hoặc lỗ rỗng trong lớp phủ.
Mối quan tâm quan trọng nhất với phương pháp phủ bê tông là đảm bảo sự liên kết thích hợp giữa bê tông “mới” được sử dụng để gia cố kết cấu và bê tông “cũ” trong kết cấu hiện có. Độ co ngót của hai loại bê tông này phải được xem xét đặc biệt.
Tuy nhiên, người ta thường thừa nhận rằng việc gia cố bằng cách thêm một lớp bê tông cốt thép mới sẽ đơn giản hơn đáng kể khi thực hiện thao tác trên bề mặt trên cùng của tấm. Kinh nghiệm cho thấy rằng thường cần phải thêm bê tông cốt thép mới vào mặt dưới của cấu kiện, đặc biệt ở những khu vực chúng chịu mômen uốn dương. Phải sử dụng bê tông phun hoặc ván khuôn chuyên dụng để đổ bê tông lên mặt dưới.
Đối với các mục đích xây dựng chung, sử dụng lớp phủ bê tông ở phía trên và gia cố phần mômen dương của tấm bằng các tấm thép hoặc cốt thép CFRP có thể tiết kiệm chi phí hơn. Khi thực hiện lớp phủ bê tông, các chốt thép được chèn vào để truyền lực cắt bề mặt giữa bê tông cũ và bê tông mới khi tấm được dựng lên để đỡ cả trọng lượng của bản thân và trọng lượng của lớp phủ.
Theo Abdelrahman (2023), tổng diện tích chốt cắt thép trồng trên 1/4 tấm sàn ( 0,5l x × 0,5l y ), theo Hình trên có thể được tính toán dựa trên mô men uốn trong x và các hướng y được tích hợp trong một nửa chiều dài/chiều rộng của tấm (Ṁ x và Ṁ y ) như được thể hiện trong các phương trình bên dưới.
Lực cảm ứng lên các chốt cắt theo hướng x và y (F x , F y ), có thể được tính toán bằng các phương trình dưới đây cho cả mômen uốn dương và mô men âm một cách độc lập. Tổng lực tác dụng lên các chốt cắt trong một phần tư tấm sàn (Fs ) được tính sau khi cộng các lực theo cả hai hướng (x và y) sinh ra từ mômen dương và mô men âm. Sau đó có thể tính được diện tích chốt cắt thép.
Biện pháp 2: Gia cố sàn bằng dán tấm thép hoặc sợi carbon bên ngoài
Các tấm thép bên ngoài, tấm FRP liên kết bên ngoài hoặc cốt FRP gắn gần bề mặt đều có thể được sử dụng để tăng cường tấm bê tông. Tùy thuộc vào tỷ lệ khung hình của tấm và nhu cầu tăng cường, cốt thép bên ngoài có thể được áp dụng theo một hướng hoặc hai hướng.
Phương pháp này cũng đòi hỏi phải tăng cường hệ thống sàn theo phương pháp kết hợp hoạt động của các tấm thép và bu lông thép. Trong một số trường hợp, bu lông thép có thể được bố trí theo cách tương tự như cách bố trí các chốt cắt khi chúng được sử dụng làm cốt thép chịu cắt theo chiều dọc. Các tấm thép sau đó được gắn vào bề mặt bê tông ở mặt trên và mặt dưới của tấm bằng keo epoxy và được siết chặt bằng bu lông và đai ốc thép.
Vì vậy, ngoài việc cung cấp cốt thép cắt dọc, mục đích của bu lông thép là đảm bảo tiếp xúc hoàn toàn giữa các tấm thép và tấm bê tông bằng cách truyền lực ngang giữa hai vật liệu và tạo áp lực giam cầm lên bê tông. Do đó, phương pháp gia cố được đề xuất bao gồm tích hợp các tấm thép, bu lông thép và tạo áp lực lên tấm để giữ chúng.
Để tránh ăn mòn các tấm thép bên ngoài trong trường hợp chúng được thi công theo hai hướng, cần chú ý lấp đầy khoảng trống phía sau các tấm thép bằng vật liệu độn, chẳng hạn như vữa hoặc vữa epoxy.
Biện pháp 3 :Gia cố sàn bằng cách thêm thành phần kết cấu
Hơn nữa, các thành phần kết cấu bê tông hoặc thép, chẳng hạn như cột hoặc dầm, có thể được thêm vào để tăng cường độ bền cho tấm. Để chia tấm thành các phần nhỏ hơn và tăng độ cứng của nó, cách bố trí kết cấu của tấm được thay đổi bằng cách bổ sung thêm cột hoặc dầm.
Sau khi thêm thành phần mới vào, tác động kéo và biến dạng của tấm sẽ giảm đi. Như được hiển thị trong Hình 4, việc lắp đặt dầm bê tông để đỡ các tấm có sẵn cần phải khoan vào tấm để gia cố dọc và các bộ phận đỡ cho cốt thép ngang.
Để giảm ứng suất cắt bề mặt giữa bê tông cũ và mới do bê tông co ngót, các phụ gia có độ co ngót thấp được thêm vào bê tông trước khi đúc sau khi lắp lồng thép. Trong trường hợp này, tấm phải được kích lên để giải phóng tải khỏi tấm hoặc được chống đỡ để các trụ giữ trọng lượng của bê tông và các vật nặng phía trên.
Hình 5 thể hiện chi tiết cốt thép cần thiết cho dầm mới. Vì dầm mới sẽ chia sẻ toàn bộ trọng lượng với bản sàn, bao gồm trọng lượng của bản sàn và các trọng lượng ở trên, nên việc giải phóng tải trọng khỏi bản sàn tại thời điểm đúc dầm đỡ mới sẽ giảm thiểu ứng suất tổng thể trong bản sàn.
Phần kết luận
Mỗi kỹ thuật được thảo luận trong bài viết này đều có một số lợi ích và hạn chế. Một số, chẳng hạn như lớp phủ bê tông, làm tăng đáng kể tải trọng tĩnh tải của kết cấu và có thể cần tăng cường thêm các bộ phận kết cấu khác. Mặt khác, kỹ thuật liên kết tấm bên ngoài dễ bị hư hỏng do ăn mòn, có thể dẫn đến hỏng hệ thống gia cố.
Tuy nhiên, khả năng chịu tải của tấm bê tông cốt thép có thể được tăng lên bằng cách sử dụng bất kỳ phương pháp gia cố nào hoặc hiệu suất kết cấu của các bộ phận bê tông có thể được khôi phục ít nhất một phần. Mức độ cần gia cố, khu vực cần gia cố, yêu cầu về kiến trúc, tính dễ dàng và tốc độ áp dụng cũng như chi phí tổng thể, tất cả sẽ ảnh hưởng đến việc lựa chọn công nghệ tốt nhất để áp dụng.
