CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về tuổi thọ (độ bền) của công trình nhà bê tông cốt thép Tuổi thọ công trình là khái niệm chỉ thời gian công trình kiến trúc ở trong tình trạng chất lượng bảo đảm để sử dụng an toàn. Tuổi thọ công trình xây dựng thường được tính từ thời điểm công trình được đưa vào khai thác (sau khi hoàn tất việc xây dựng hay sau một sửa đổi lớn) cho tới khi chuyển sang trạng thái giới hạn. Tuổi thọ một công trình thường phụ thuộc vào các yếu tố như thiết kế, vật liệu xây dựng, kỹ thuật thi công… do chủ đầu tư quyết định khi xác định nhiệm vụ thiết kế xây dựng công trình.
Tuổi thọ sử dụng là khoảng thời gian sau quá trình xây lắp mà trong khoảng thời gian đó các yêu cầu hiệu năng của công trình được đáp ứng đầy đủ. Nói cách khác tuổi thọ sử dụng (của công trình, cấu kiện hoặc vật liệu) là khoảng thời gian từ khi xây dựng tới khi một trạng thái giới hạn nào đó bị vi phạm. Tuổi thọ có thể được đánh giá ở các cấp độ khác nhau. Các hành động cần thiết thực hiện vào giai đoạn cuối của tuổi thọ phụ thuộc vào mức độ đánh giá áp dụng.
Ở cấp độ công trình, cuối đời dự án thông thường sẽ đòi hỏi sự nâng cấp hoàn toàn, xây dựng lại hoặc loại bỏ tòa nhà. Ở cấp độ thành phần kết cấu hoặc vật liệu nó sẽ có nghĩa là sự thay thế hoặc sửa chữa lớn của những thành phần hoặc vật liệu. Mặt khác, vấn đề tuổi thọ sử dụng có thể được tiếp cận từ ít nhất 3 phương diện: Kỹ thuật Chức năng Kinh tế Các yêu cầu về kỹ thuật là đầu vào cho hiệu năng về kỹ thuật. Tùy thuộc vào cấp độ xem xét, chúng bao gồm các yêu cầu về tính toàn vẹn kết cấu của công trình, khả năng chịu tải của các kết cấu hoặc cường độ vật liệu.
Hầu hết các yêu cầu đã được ghi trong các qui chuẩn và tiêu chuẩn. HVTH: NGUYỄN DANH HIỆP – KTXDDD Trang 9 LUẬN VĂN: XÂY DỰNG CHỈ DẪN THIẾT KẾ CÁC CẤU KIỆN NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP GÓP PHẦN TĂNG CƯỜNG TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH Trong khuôn khổ báo cáo này khía cạnh tuổi thọ phục vụ chủ yếu liên quan đến vấn đề kỹ thuật. Quan điểm kỹ thuật bao gồm các khía cạnh sau: Hiệu năng về mặt cơ học và kết cấu. Khả năng phục vụ và tiện nghi sử dụng.
Tính thẩm mỹ. Độ bền của công trình nói chung cũng như kết cấu của nhà bê tông cốt thép nói riêng là khả năng duy trì tính năng tối thiểu cần thiết trong một thời gian quy định dưới ảnh hưởng của các yếu tố suy thoái do các tác nhân môi trường gây ra. Rõ ràng, hai công trình có kiến trúc giống nhau, được xây dựng bởi các công nghệ tương đương, sản phẩm nào có thời gian phục vụ lâu hơn (tuổi thọ) sẽ đem lại sự phát triển bền vững hơn cho xã hội. Vai trò của thiết kế các cấu kiện đến tuổi thọ của công trình 1.
Tổng quan về vai trò của thiết kế và vật liệu đến tuổi thọ công trình Trong một thời gian dài, bê tông được coi là vật liệu có độ bền cao ít chịu ảnh hưởng tác động môi trường cũng như là điều kiện bảo trì. Cường độ bê tông và kết cấu liên hợp bê tông cốt thép là mối quan tâm chủ yếu của ngành khoa học vật liệu và xây dựng. Tuy nhiên cùng với sự phát triển của khái niệm phát triển bền vững cũng như kiểm chứng thực tế về sự xuống cấp của các công trình xây dựng, các nghiên cứu về độ bền được đẩy mạnh bắt đầu từ những năm 80 của thế kỷ trước. Châu Âu, nơi đề cao nhất các giá trị về phát triển bền vững, là nơi tiên phong trong lĩnh vực này.
Chức năng cơ học và các chức năng kết cấu khác của kết cấu bê tông là yếu tố được quan tâm chủ yếu. Khả năng chịu tải của kết cấu có thể bị yếu đi bởi sự xuống cấp của bê tông và cốt thép. Các kết cấu phải được thiết kế sao cho mức độ an toàn tối thiểu được bảo đảm trong suốt thời gian phục vụ dự kiến bất chấp hiện tượng suy thoái và lão hóa vật liệu. HVTH: NGUYỄN DANH HIỆP – KTXDDD Trang 10 LUẬN VĂN: XÂY DỰNG CHỈ DẪN THIẾT KẾ CÁC CẤU KIỆN NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP GÓP PHẦN TĂNG CƯỜNG TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH Khuyết tật trong vật liệu cũng có thể dẫn đến khả năng làm việc kém hoặc bất tiện trong việc sử dụng một kết cấu.
Khía cạnh thẩm mỹ được bao hàm trong các yêu cầu về kỹ thuật nếu các khiếm khuyết thẩm mỹ của kết cấu gây ra do suy thoái hoặc lão hóa của vật liệu. Khi đó những vấn đề về thẩm mỹ sẽ được xử lý trong phạm trù kỹ thuật. Định nghĩa chính xác của tuổi thọ dường như bị che khuất bởi một thực tế là quá trình bảo dưỡng thường xuyên được thực hiện trong suốt thời gian phục vụ của một kết cấu. Bảo trì có thể ảnh hưởng đến độ dài của thời gian phục vụ và do đó nên được đề cập đến trong định nghĩa.
Vì vậy cụm từ “khi được bảo trì thường xuyên” được khuyên dùng. Trong thiết kế kết cấu, yêu cầu về tuổi thọ phục vụ áp đặt bởi các khách hàng hoặc chủ sở hữu của công trình được gọi là tuổi thọ phục vụ mục tiêu. Xác suất phá hoại Trong lý thuyết thiết kế theo độ bền ngẫu nhiên, không chỉ tuổi thọ mục tiêu mà việc định nghĩa rõ xác suất tối đa cho phép của việc không đạt đến tuổi thọ mục tiêu (hay còn gọi là xác suất phá hoại) là cần thiết. Mặt khác, xác suất phá hoại có thể được định nghĩa là xác suất của việc vượt quá hoặc không đạt tới một trạng thái giới hạn nhất định về cường độ hay về trạng thái sử dụng.
Khi phá hoại là do sự suy thoái của vật liệu, thuật ngữ “phá hoại theo độ bền” được sử dụng để phân biệt với "Phá hoại cơ học” - gây ra bởi tải trọng cơ học. Tuy nhiên, phá hoại theo độ bền có thể là lý do dẫn đến sự phá hoại cơ học. Giá trị xác suất phá hoại yêu cầu phụ thuộc vào cách định nghĩa hiện tượng “phá hoại” và những hậu quả kéo theo của nó. Nếu sự phá hoại được cho là sẽ mang lại những hậu quả nghiêm trọng thì xác suất phá hoại tối đa cho phép phải rất nhỏ.
Để đánh giá hậu quả của phá hoại, khái niệm rủi ro có thể hữu ích. Rủi ro được định nghĩa là tích của xác suất phá hoại và lượng thiệt hại gây ra. Nói chung, khi đánh giá xác suất phá hoại yêu cầu, các tiêu chí xã hội, kinh tế và môi trường nên được xem xét. Các tiêu chí xã hội bao gồm: HVTH: NGUYỄN DANH HIỆP – KTXDDD Trang 11 LUẬN VĂN: XÂY DỰNG CHỈ DẪN THIẾT KẾ CÁC CẤU KIỆN NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP GÓP PHẦN TĂNG CƯỜNG TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH Tầm quan trọng xã hội của công trình.
Hậu quả của thất bại (số lượng mạng sống con người bị đe dọa,. Khó khăn trong việc đánh giá mức độ rủi ro. Chỉ tiêu kinh tế có thể quan trọng. Bất kỳ sự gián đoạn nào trong sản xuất ở một nhà máy có thể gây ra thiệt hại về kinh tế đáng kể so với chi phí xây dựng kết cấu.
Tiêu chí môi trường và sinh thái cũng phải được xem xét. Trong một số trường hợp, sự phá huỷ kết cấu có thể dẫn đến một sự cố môi trường nghiêm trọng. Với các tòa nhà bình thường, tòa nhà có một tuổi thọ lâu dài và an toàn cũng là công trình phù hợp nhất với các nguyên tắc sinh thái. Khi mà lượng tiêu thụ vật liệu xây dựng nhỏ và lượng khí thải, năng lượng tiêu thụ trong quá trình sản xuất vật liệu được giảm thiểu.
Trong giai đoạn thiết kế sự không chắc chắn liên quan đến chất lượng cuối cùng của công trình là lớn hơn so với công trình hiện tại. Điều này ngụ ý rằng đối với các công trình hiện hữu có biên độ an toàn có thể nhỏ hơn so với các công trình trong giai đoạn thiết kế. Đối với cả hai, xác suất phá huỷ là giống nhau về nguyên tắc. Đối với cùng một lý do có thể khẳng định rằng, trong việc đánh giá tác động của sự suy thoái lên ứng suất của kết cấu, cùng một lý thuyết có thể được áp dụng cho các kết cấu hiện hữu như các kết cấu trong giai đoạn thiết kế.
Sự khác biệt duy nhất sẽ ở giai đoạn cuối cùng, các biên độ an toàn cho các kết cấu hiện tại sẽ thấp hơn so với các kết cấu trong giai đoạn thiết kế. Phương pháp thiết kế theo độ bền Tinh thần chủ đạo thiết kế kết cấu theo độ bền là nhằm đạt được mức độ an toàn chấp nhận được có xét đến các cơ chế suy giảm theo thời gian. Chính sự kết hợp yếu tố thời gian vào các vấn đề thiết kế cho phép khả năng xử lý sự suy thoái vật liệu như một phần thiết yếu của vấn đề. Vì vậy, tương tự thiết kế theo tải trọng, thiết kế theo độ bền ở mức độ đầu tiên cần đảm bảo tính năng an toàn cho kết cấu, tiếp theo đó nhà thiết kế bổ sung thêm các khía cạnh tác động của môi trường, ứng xử HVTH: NGUYỄN DANH HIỆP – KTXDDD Trang 12 LUẬN VĂN: XÂY DỰNG CHỈ DẪN THIẾT KẾ CÁC CẤU KIỆN NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP GÓP PHẦN TĂNG CƯỜNG TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH theo thời gian của các yếu tố, thậm chí khía cạnh kinh tế để đạt được bản thiết kế cuối cùng.
Trên cơ sở đó, tùy thuộc vào mức độ chi tiết của dự án và lịch sử phát triển, thiết kế theo độ bền kết cấu bê tông cốt thép được phân chia thành một số phương pháp cụ thể, mỗi phương pháp có ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng riêng dựa vào độ phức tạp của từng phương pháp. Phương pháp chỉ định tổng thể Phương pháp chỉ định cục bộ Phương pháp thí nghiệm tính năng Phương pháp mô hình suy thoái 1. Chống lại các ảnh hưởng của các yếu tố môi trường Cường độ và độ bền là hai đặc tính quan trọng của bê tông. Cường độ giúp kết cấu kháng lại các tải trọng và tác động, còn độ bền giúp kết cấu duy trì mức độ an toàn trong khoảng thời gian đủ dài.