>> Phần 1: Phương pháp gia cố bằng vật liệu tổng hợp

Phần 2: Ứng dụng phương pháp gia cố kết cấu bằng vật liệu tổng hợp tại Nga

Trong những năm gần đây ở LB Nga, phương pháp gia cố kết cấu bằng vật liệu tổng hợp trên cơ sở CDCS cũng đã và đang được triển khai nghiên cứu, tuy nhiên tình trạng thiếu các tiêu chuẩn thiết kế gây khó khăn cho việc áp dụng phương pháp trên quy mô lớn. Hiện nay, phương thức duy nhất kiểm tra, giám sát các công trình được cải tạo có sử dụng CDCS là kết hợp với công tác thiết kế của tổ chức nghiên cứu khoa học chuyên dụng. Do đó, việc thiết kế gia cố bằng vật liệu tổng hợp mới chỉ có thể thực hiện bởi một số lượng ít các tổ chức thiết kế trên phạm vi cả nước.

Quy định thiết kế nêu trên không thể được soạn thảo và ban hành như một văn bản độc lập mà cần phải bao gồm việc soạn thảo, ban hành các văn bản pháp quy kèm theo như văn bản hướng dẫn việc xác định các tính chất cơ học của vật liệu tổng hợp, các biện pháp giám sát chất lượng của các loại vật liệu tổng hợp được đưa vào sử dụng cho việc gia cố công trình, các quy định khảo sát nhằm xác định loại trạng thái kỹ thuật,… Trong số các văn bản pháp quy kèm theo, Tiêu chuẩn quốc gia GOST 8829-94 “Sản phẩm bê tông cốt thép xây dựng và sản phẩm bê tông chế tạo tại nhà máy. Phương pháp thử nghiệm 

Tiêu chuẩn được áp dụng cho các phương pháp thí nghiệm tĩnh kiểm tra đánh giá độ bền, độ cứng và khả năng bền nứt. Kết quả thí nghiệm được tiến hành theo tiêu chuẩn nêu trên cho phép khẳng định rằng kết cấu đã vượt qua thử nghiệm một cách thành công đáp ứng tất cả các yêu cầu đặt ra tại các quy chuẩn và tiêu chuẩn thiết kế.

Các yêu cầu và phương pháp tính toán gia cố kết cấu bê tông cốt thép bằng vật liệu tổng hợp dạng sợi cần phải được chứng nhận thông qua kết quả thí nghiệm theo GOST 8829. Tuy nhiên, nếu theo GOST 8829 kết cấu sau khi gia cố có thể được đánh giá theo độ cứng, độ bền nứt do hệ số an toàn S được sử dụng cho việc xác định các giá trị kiểm tra đối với tải trọng sử dụng trong các thí nghiệm nhằm đánh giá độ cứng và sự hình thành nứt kể cả để xác định giá trị chiều rộng kiểm tra đối với vết nứt đều không bị phụ thuộc vào loại cốt được sử dụng, thì đối với việc kiểm tra độ bền hệ số an toàn S lại phụ thuộc vào đặc tính phá hỏng kết cấu, loại bê tông và loại cốt của sản phẩm. Như vậy, đối với kết cấu bê tông cốt thép được gia cố bằng CDCS, các giá trị của hệ số an toàn S chưa được đưa vào các quy chuẩn và tiêu chuẩn. Do vậy, trong soạn thảo quy định về gia cố kết cấu bê tông cốt thép bằng vật liệu tổng hợp, GOST 8829 cần được bổ sung bởi các quy định cho phép thực hiện một cách thống nhất việc đánh giá sự hợp lý của việc sử dụng kết cấu sau khi đã được gia cố. Những nội dung này có thể nhận được thông qua các thí nghiệm đối với mẫu thử trên quy mô thực.

Sự hợp lý của việc sử dụng kết cấu đã qua gia cố được đánh giá thông qua thí nghiệm đối với 5 xê ri mẫu dầm gia cố trong đó mỗi xê ri gồm có 2 mẫu dầm có các đặc tính tương tự nhau và 2 mẫu dầm sử dụng cho việc đối chứng, so sánh. Các mẫu thử đều do Cty “Gidrazo” chế tạo bằng vật liệu tổng hợp và loại vật liệu tổng hợp này do Cty “Fyfe Co. LLC” sản xuất.

Tất cả các mẫu thử nêu trên đều được chế tạo từ cùng một mẻ vữa bê tông (cường độ V25) dưới dạng cấu kiện dầm chiếu dài 3.320 mm và tiết diện 300 x 200 mm. Dầm được đặt cốt thép tại vùng dưới bằng khung cốt thép hàn kiểu Kr-1 từ cốt thép A500S bao gồm 2 thanh cốt thép dọc đường kính 12 mm và cốt thép ngang đường kính 8 mm được đặt tại các đầu cuối của khung với bước đặt bằng 50 mm. Tại vùng trên của dầm có đặt các thanh giằng độc lập đường kính 8 mm từ thép loại A500S. Cốt thép vùng trên và vùng dưới được gắn kết vào bộ khung không gian thông qua các đai cốt thép chế tạo từ thép loại A500S có đường kính 8 mm và bước đặt cốt thép là 80 mm tại khu vực liền kề trụ đỡ và bước đặt bằng 120 mm tại khu vực nằm giữa các lực tập trung.

Các mẫu thí nghiệm thuộc các xê ri từ I đến V được gia cố dọc theo mặt dưới của dầm bằng cốt sợi đặt ngoài trên cơ sở CDCS bao gồm một lớp vải mác Tyfo SCH-41 được tẩm chất kết dính mác Tyfo C Epoxy. Việc gia cố được thực hiện dưới dạng 2 lớp vật liệu đặt song song với nhau, chiều rộng mỗi lớp bằng 100 mm . Chiếu dài của lớp CDCS đối với các mẫu thuộc xê ri I và III-IV bằng 2.900 mm với mẫu xêri II - 3.590 mm do tại mẫu xêri II lớp CDCS được phủ trùm lên các đầu dầm. Mẫu III còn được đặt thêm CDCS hình chữ U.

Mẫu IV được đặt thêm lớp CDCS ở mặt dưới của dầm. Mẫu V được lắp đặt thêm neo Tyfo SCH 150/75#12 tại các tiết diện trụ và nhịp của dầm. Thí nghiệm được thực hiện tại Phòng thí nghiện N0 2 của Viện nghiên cứu bê tông cốt thép và nhằm thu được các kết quả như sau:

- Xác định độ bền, khả năng bền nứt và độ cứng của kết cấu bê tông cốt thép đối với các trường hợp được gia cố bằng vật liệu tổng hợp trên cơ sở sử dụng vải cốt sợi Tyfo SCH-41 được trải thành 1 hoặc 2 lớp trong điều kiện có hoặc không có CDCS theo phương ngang;

- Xác nhận phương pháp tính toán gia cố kết cấu bê tông cốt thép chịu tác dụng uốn, trong đó việc gia cố được thực hiện bằng cốt sợi gia cố bên ngoài trên cơ sở CDCS do Cty “Fyfe Co. LLC” sản xuất;

- Khẳng định sự phù hợp của kết quả thí nghiệm đánh giá độ bền, độ bền nứt và độ cứng với kết quả tính toán và các yêu cầu nêu tại SNiP 52-01-2003 “Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép”;

- Xác định hệ số an toàn S đối với sản phẩm chịu uốn được gia cố bằng vật liệu tổng hợp trên cơ sở CDCS; Các mẫu đối chứng được tính theo Quy định số 52-101-2003 còn các mẫu được gia cố được tính theo Giáo trình gia cố kết cấu bê tông cốt thép chịu uốn bằng vật liệu tổng hợp chất dẻo do Cty “Fyfe Co. LLC”


Việc thí nghiệm được tiến hành trên cơ sở chấp nhận sơ đồ dầm một nhịp tĩnh định làm việc theo một hướng và tựa tự do trên 2 gối đỡ dạng khớp đặt tại các đầu của dầm. Một gối đỡ được lắp cố định và một gối đỡ - di động, cho phép cấu kiện di chuyển dọc theo nhịp.

Mặt trên của dầm được đặt tải trọng dưới dạng 2 lực tác dụng tập trung so với gối đỡ của dầm phân bố tải trọng. Dầm được đặt tải trọng theo từng giai đoạn, từng mức nhất định trong đó mỗi mức tải trọng không vượt quá 10% của tải trọng kiểm soát về cường độ, sự hình thành và chiều rộng của vết nứt và bằng 20% của tải trọng kiểm soát đối với độ cứng. Sau mỗi lần đặt một mức tải trọng, cấu kiện được duy trì ở trạng thái chịu tải trọng đó trong thời gian không dưới 10 phút, đối với tải trọng kiểm soát về độ cứng, thời gian đặt tải trọng không dưới 30 phút.

Trong thời gian đặt tải trọng, cấu kiện được giám sát chặt chẽ về tình trạng của bế mặt, xác định các vết nứt xuất hiện cùng với giá trị của tải trọng, sự uốn, sự lún của gối đỡ, chiều rộng vết nứt. Các chỉ tiêu sử dụng cho việc kiểm tra được ghi nhận vào thời điểm bắt đầu và kết thúc của việc đặt tải trọng.

Kết quả thí nghiệm cho thấy đối với các dầm thí nghiệm được gia cố bên ngoài bằng vật liệu tổng hợp dạng CDCS nhãn hiệu Tyfo SCH-41 do Cty “Fyfe Co. LLC” sản xuất, khả năng chịu lực đối với sự uốn được nâng cao và mức tăng khả năng chịu lực đó đạt từ 109% cho đến 213% so với các mẫu đối chứng.

Sự phá hỏng các mẫu thí nghiệm là dầm thuộc các xê ri I-III và V diễn ra do sự đứt gãy vật liệu tổng hợp còn đối với mẫu dầm thuộc xê ri IV là do sự phân lớp CDCS trên bế mặt bê tông. Hệ số an toàn S nhận được từ kết quả thí nghiệm nằm trong khoảng 1,62 đến 2,22 đối với các trường hợp dầm thí nghiệm đã được gia cố bên ngoài và được tính toán theo phương pháp nêu trong giáo trình.

Tiêu chuẩn quốc gia GOST 8829 xác định 2 trường hợp đặc trưng đối với sự phá hỏng cấu kiện dưới tác dụng của tải trọng như sau:


- Khi đạt đến sức căng tương ứng với giới hạn dão (giới hạn dão quy ước) của thép tại cốt thép làm việc của tiết diện đứng hoặc nghiêng và sự phân mảnh sớm của bê tông bị nén, trong trường hợp này tuỳ theo loại cốt thép mà hệ số an toàn đối với các phần tử bị uốn sẽ trong khoảng từ 1,3 đến 1,4 (Trường hợp thứ nhất);

- Từ khi xảy ra sự phân mảnh bê tông tại khu vực nén phía trên vết nứt dạng đứng hoặc nghiêng của cấu kiện cho đến khi đạt đến giới hạn dão (giới hạn dão quy ước) của thép trong cốt thép kéo căng, tương ứng với trường hợp phá hỏng do giòn, hệ số an toàn S bằng 1,6 đối với bê tông nặng (Trường hợp thứ hai).

Sự phá hỏng mẫu đối chứng diễn ra khi tại cốt làm việc đạt đến giới hạn dão và tương ứng với Trường hợp phá hỏng thứ nhất nêu trên.

Các mẫu thử được gia cố bị phá hỏng do giòn dưới tác dụng của tải trọng và tương ứng với Trường hợp thứ hai. Do vậy, trong chương trình thí nghiệm, tác giả ấn định hệ số an toàn S bằng 1,6 đối với các mẫu thử được gia cố.

Lưu ý rằng khả năng chịu lực của phần tử chịu uốn trong điều kiện cấu kiện được gia cố bằng vật liệu tổng hợp trên cơ sở CDCS tăng càng ít thì giá trị của hệ số an toàn S gần bằng giá trị của hệ số an toàn S được sử dụng trong trường hợp xảy ra phá hỏng đối với cấu kiện không được gia cố.

Trong quá trình soạn thảo văn bản Quy định về gia cố kết cấu bê tông cốt thép bằng vật liệu tổng hợp trên cơ sở CDCS, các hệ số tin cậy giúp các giá trị chuẩn về các đặc tính cơ học của CDCS tiến tới bằng với các giá trị tính toán, cần phải tương ứng với hệ số an toàn S thể hiện đặc tính phá hỏng cấu kiện được gia cố dưới tác dụng của tải trọng. Tại các nghiên cứu tiếp theo về sự làm việc của cấu kiện được gia cố, lĩnh vực ứng dụng hợp lý của phương pháp gia cố bằng vật liệu tổng hợp trên cơ sở CDCS cần được xác định.

Lưu ý rằng sau khi đã bị phá hỏng kết cấu vẫn còn tiếp tục chịu được tải trọng tương đương với khả năng chịu lực đối với trường hợp chịu uốn không tính đến sự gia cố bằng vật liệu tổng hợp.

Điều đó cho thấy trên thực tế, khả năng chịu lực đối với các dầm thí nghiệm nêu trên trên đều đã được nâng cao rõ rệt.