Sự cố uốn hoặc võng quá mức quanh trục yếu của dầm bê tông đúc sẵn dự ứng lực mảnh, thậm chí sự sụp đổ của cầu dầm bê tông đúc sẵn dự ứng lực tại công trường trong giai đoạn cẩu lắp không phải là điều hiếm gặp. Nhưng liệu điều này có còn xảy ra ngày nay với tất cả các quy chuẩn an toàn, hướng dẫn và kinh nghiệm kỹ thuật trước đó? Có, vẫn xảy ra. Tại sao vậy? Vấn đề là gì?
Mất ổn định ngang của dầm dự ứng lực dài
Dầm bê tông đúc sẵn được sử dụng trong nhiều loại dự án khác nhau, điển hình là nhà công nghiệp, siêu thị, kho bãi, hoặc cầu dầm làm từ bê tông đúc sẵn dự ứng lực. Một số tiến bộ công nghệ, như vật liệu sử dụng, hình dạng tiết diện ngang hiệu quả hơn và các cáp dự ứng lực lớn hơn cho phép đạt được nhịp lớn hơn. Do nhịp tăng lên, tổng trọng lượng của các dầm này cũng tăng theo, đôi khi khiến giai đoạn vận chuyển và xử lý trở thành các trường hợp tải trọng tới hạn trong thiết kế kết cấu, như minh họa trong hình [3].
Chiến lược phổ biến để khắc phục vấn đề này là giảm thiểu trọng lượng bản thân của dầm bằng cách thu hẹp bề rộng cánh. Tuy nhiên, điều này cũng làm giảm độ cứng theo trục yếu và độ cứng xoắn của cấu kiện, làm tăng nguy cơ mất ổn định ngang. [1]
Các tai nạn và hư hỏng được ghi nhận do mất ổn định ngang thường liên quan đến các độ lệch tâm kích hoạt hiệu ứng bậc hai trong các tình huống tải trọng tạm thời (cẩu lắp, vận chuyển và đặt lên gối). Các nguồn gây lệch tâm điển hình là dung sai chế tạo, sự biến đổi trong vị trí ngang của cáp, nứt cục bộ, độ cong do từ biến và co ngót, và ảnh hưởng nhiệt mặt trời một phía, khiến dầm bị cong vênh. Do dầm bê tông dự ứng lực được cho là có đủ biên độ độ cứng theo trục yếu, hiện tượng này trước đây ít được chú ý. [1]
Các tai nạn của dầm bê tông đúc sẵn dự ứng lực dài
Cầu Dehtiarivskyi của Kyiv được xây dựng năm 1965, đóng cửa để cải tạo vào ngày 13 tháng 6 năm 2023, đã bị sụp đổ [2]. Rõ ràng là sau khi sáu dầm đã được lắp đặt, công nhân bắt đầu lắp dầm thứ bảy, và dầm mất ổn định, đẩy các dầm còn lại và toàn bộ công trình sụp đổ. May mắn thay, không có thương vong, nhưng tất nhiên đã gây ra thiệt hại tài chính rất lớn.
Một ví dụ khác là phá hoại trong giai đoạn cẩu lắp. Một dầm bê tông đúc sẵn dự ứng lực dài 45,6 m có tiết diện chữ I không đổi với chiều cao 2 m và bề rộng cánh trên 1,2 m. Hãy hình dung: hình dạng biến dạng sau lần cẩu lắp đầu tiên và sự gia tăng đột ngột chuyển vị ngang lên đến 300 mm (L/150). Dầm được đặt lại xuống đất để đánh giá hư hỏng có thể xảy ra. Sau khi kiểm tra, các vết nứt thẳng đứng được quan sát thấy ở cánh trên bên trái. Bề rộng vết nứt vượt quá 0,4 mm, cần phải được sửa chữa để đáp ứng các yêu cầu về độ bền lâu nếu cấu kiện được chấp nhận sử dụng.
Sau đó, lần cẩu lắp thứ hai được thực hiện. Tuy nhiên, kết quả cho thấy độ cong ngang hơn L/400, có nghĩa là dầm này không thể phục hồi hình dạng ban đầu. Điều này có thể do biến dạng dẻo xảy ra trong quá trình cẩu lắp. Do đó, dầm này bị loại bỏ và một dầm mới được sản xuất và vận chuyển đến công trường. [1]
Thiết kế an toàn dầm bê tông đúc sẵn dự ứng lực mảnh
Làm thế nào để ngăn chặn các tai nạn và hư hỏng như vậy? Chúng ta có nên dừng thiết kế dầm bê tông dự ứng lực dài không? Tất nhiên là không, điều đó sẽ là một bước lùi và thật đáng tiếc (tác giả là người rất yêu thích bê tông dự ứng lực)! Đối với một kỹ sư kết cấu, việc đưa ra một thiết kế an toàn, kinh tế trong thời gian ngắn không phải là nhiệm vụ dễ dàng.
Và trong trường hợp này, tôi e rằng bút và giấy là không đủ. Trong thực hành kỹ thuật gần đây của mình, tôi luôn mong muốn có phần mềm có thể hỗ trợ tôi với các tính toán phức tạp liên quan đến oằn xoắn ngang (LTB) của dầm dự ứng lực mảnh. Tất nhiên, tôi không muốn dành thời gian nhập giá trị đầu vào và diễn giải kết quả trong các chương trình chưa hoàn chỉnh.
Giải pháp cho oằn xoắn ngang
Tin tốt là có IDEA StatiCa với phân tích phức tạp cho oằn xoắn ngang (LTB) của dầm bê tông đúc sẵn dự ứng lực dài. Tất cả điều này có sẵn trong một công cụ dễ sử dụng, có kết quả rõ ràng và tự động tạo báo cáo. Chỉ cần làm theo quy trình làm việc điển hình của IDEA StatiCa Beam:
- Hình học: tiết diện ngang, thông tin nhịp, cáp DƯL, lịch sử giai đoạn thi công đã được xác định trong ứng dụng Beam cho phân tích và thiết kế tổng thể. Tất cả dữ liệu được tự động tính đến.
- Tab ổn định ngang: xác định dữ liệu đầu vào chi tiết về cẩu lắp, vận chuyển và các giai đoạn thi công khác như độ lệch ban đầu, chi tiết dây cẩu, loại gối đỡ cuối cùng, v.v. Tất cả những yếu tố này đều ảnh hưởng đến phân tích LTB.
- Chạy phân tích LTB: tức là phân tích phi tuyến vật liệu và hình học với độ lệch ban đầu. Phương pháp nâng cao phía sau, không phải các phương pháp hoặc công thức đơn giản hóa.
- Kết quả: đầu ra của phân tích LTB là phản lực, nội lực và độ võng
- Kiểm tra LTB: cho đến nay, nhập thủ công vào ứng dụng RCS là khả dụng. Sau khi chạy phân tích LTB, chuyển đến kết quả chi tiết (ứng dụng RCS) và lưu dưới dạng tệp mới, nhập thêm nội lực do oằn vào tổ hợp ULS và SLS quyết định và chạy tất cả các kiểm tra.
Lưu ý: Việc nhập tự động kết quả LTB vào các tổ hợp kiểm tra sẽ được phát triển sớm. - Báo cáo: Tạo báo cáo chính xác với kiểm tra tiêu chuẩn tự động và đầu ra có thể tùy chỉnh, tiết kiệm thời gian và giảm nguy cơ sai sót.
Tìm thêm chi tiết kỹ thuật về phân tích LTB và các kiểm tra tại đây.
Lời kết
Đảm bảo an toàn cho dầm ở mọi giai đoạn sản xuất và thi công với các kiểm tra ổn định LTB tích hợp, bao gồm tất cả các điều kiện từ lưu kho, qua vận chuyển đến cẩu lắp. Hãy ngừng lo lắng hoặc thậm chí tránh thiết kế dầm bê tông đúc sẵn dự ứng lực mảnh vì chúng có nguy cơ mất ổn định ngang. Ngày nay, bạn có thể tự tin khi có IDEA StatiCa bên cạnh!
Nguồn tham khảo
[1] A. de la Fuente, J.M. Bairán, S.H.P. Cavalaro, Case Study of Failure of Long Prestressed Precast Concrete Girder During Lifting, Engineering Failure Analysis, Volume 100, 2019, Pages 512-519, ISSN 1350-6307, https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.02.061, (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1350630717302236)
[2] Có sẵn trực tuyến https://english.nv.ua/nation/photos-of-collapsed-kyiv-s-dehtiarivskyi-bridge-50357382.html
[3] Có sẵn trực tuyến https://www.prefa-praha.cz/tycove_prvky/
