CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THÉP CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN 1. KẾT CẤU THÉP TRONG XÂY DỰNG 1. Khái quát về kết cấu thép trong công trình xây dựng Thời kỳ sau những năm 1990, các công trình sử dụng kết cấu thép được xây dựng ở nước ta ngày càng nhiều. Tính tới thời điểm hiện tại kết cấu thép là một trong những kết cấu được sử dụng rộng rãi nhất trong xây dựng hiện đại, là kết cấu chịu lực chính trong các ngành xây dựng dân dụng, công nghiệp, giao thông, thủy lợi, thủy điện.
Kết cấu thép hiện đại sở hữu những ưu điểm nổi bật do ngày càng được cải tiến về vật liệu ngày càng bền hơn, nhẹ hơn, kết cấu đa dạng, hợp lý, hình thức thi công nhanh gọn, tiên tiến. Kết cấu thép thường được sử dụng trong các công trình lớn với nhịp, chiều cao hay tải trọng lớn hoặc có yêu cầu sử dụng đặc biệt như kín, nhẹ, linh động mà kết cấu bê tông cốt thép không đáp ứng được. Phạm vi sử dụng kết cấu thép rộng rãi, trong công trình dân dụng và công nghiệp (khung nhà tiền chế nhịp lớn, giàn mái, nhà ga, nhà thi đấu, giàn khoan, tháp, bể chứa), công trình giao thông (cầu), trong công trình thủy lợi (cửa van, cầu trục), công trình điện (đường dây tải điện). Thời kỳ sau những năm 1990, các công trình sử dụng kết cấu thép được xây dựng ở nước ta ngày càng nhiều.
Hiện nay trên khắp đát nước ở đâu cũng có thể bắt gặp các công trình thép. Kết cấu thép đang được sử dụng phổ biến cho các công trình công nghiệp, công trình văn hoá, thể thao, công trình nhịp lớn, nhà máy, đường dây tải điện, công trình tháp, bể chứa…Để phục vụ cho việc nghiên cứu ứng dụng các kết cấu thép mới, ta có thể phân kết cấu thép thành hai loại: kết cấu thép truyền thống và kết cấu thép mới. Về cơ bản kết cấu thép được cấu thành bởi hai thành phần: Vật liệu chính là các loại thép và các liên kết. Vật liệu: Hiện nay trên thị trường, sản phẩm thép dùng cho kết cấu xây dựng rất đa dạng về chủng loại và xuất xứ.
Bên cạnh các loại thép sản xuất trong 4 nước thì có một lượng lớn thép được nhập từ nước ngoài như Mỹ, Nhật Bản, châu Âu, Hàn Quốc, Trung Quốc. Các loại thép nước ngoài được sản xuất tuân theo các tiêu chuẩn của mỗi quốc gia khác nhau, có tính chất cơ học và thành phần hóa học dựa trên các tiêu chuẩn khác nhau. Vì vậy, việc sử dụng thép cần có sự am hiểu của nhà thầu thi công và giám sát kỹ thuật để đảm bảo thép sử dụng cho công trình đúng chủng loại và chất lượng theo thiết kế. Vật liệu chủ yếu dùng cho kết cấu thép là thép cán với nhiều chủng loại bao gồm thép hình, thép tấm, thép hình dập nguội và thép ống.
Thép kết cấu do Việt Nam sản xuất thường được sử dụng trong các kết cấu thép bao gồm: - Thép các bon thấp (TCVN1765-85) các sản phẩm thép cán nóng như thép thanh, thép hình, thép tấm và các kết cấu thép hàn đều được sản xuất từ các mác thép này. Quy phạm kết cấu thép đều yêu cầu chỉ dùng loại thép nhóm C này làm kết cấu chịu lực vì ngoài việc đảm bảo tính năng chịu lực còn đảm bảo tính dễ hàn và chịu lực trong những điều kiện phức tạp. Căn cứ theo công dụng, thép được chia làm 3 nhóm : nhóm A, thép thuộc nhóm này phải đảm bảo tính chất cơ học ; nhóm B phải đảm bảo thành phần hoá học ; nhóm C : thoả mãn cả thành phần hoá học và tính năng cơ học. - Thép các bon chất lượng tốt (TCVN1765-85): Được chỉ định dùng cho thép tấm có bề dày lớn và bản rộng.
- Thép hợp kim thấp (TCVN3107-7909) có tính năng chống gỉ và độ bền tốt, phù hợp với các bề mặt của kết cấu gối tựa động và công trình thủy công. Liên kết: Hiện nay, các cấu kiện kết cấu thép trong xây dựng được thi công lắp đặt chủ yếu bằng hai liên kết: Liên kết hàn và liên kết bu lông. Liên kết bu lông: Là liên kết thường được sử dụng trong lắp ghép có khả năng tháo lắp, thường được sử dụng trong quá trình lắp ghép tạm trong thi công kết cấu thép, liên kết giữa các bề mặt ma sát hoặc liên kết cấu kiện kim loại và phi kim loại. Liên kết bu lông có hai dạng truyền lực và có các yêu cầu thi công khác nhau.
- Liên kết truyền lực qua tì chặt, sự truyền lực thực hiện qua sự tì sát thân bulông vào thành lỗ. Thân bulông bị cắt, còn bản thép bị ép mặt. Gọi là ép mặt theo 5 cách gọi đơn giản, thực tế là sự trượt của bản thép tại vùng lỗ. Bulông được xiết đủ chặt để đảm bảo có sự tiếp xúc tốt giữa các bề mặt, không cần không chế lực xiết.
Về khả năng chịu cắt của thân bulông, cách tính của ta không phân biệt trường hợp ren bulông có nằm trong mặt phẳng cắt hay không. Các tiêu chuẩn của Mỹ và châu Âu thì phân biệt rõ nếu mặt phẳng cắt đi qua ren thường độ bền thấp đi tới 40%. - Liên kết truyền lực qua ma sát. Trong liên kết này, lực truyền qua sự ma sát giữa các bản thép được xiết rất chặt bởi bulông cường độ cao.
Lực xíêt phải được khống chế chính xác để đảm bảo khả năng truyền lực. Cấp cường độ bulông thường phải từ 8. Khả năng chịu lực của loại liên kết này phụ thuộc lực xiết ban đầu và sự chuẩn bị bề mặt. Lực xiết ban đầu lấy bằng 0,7 lực kéo đứt bulông.
Hệ số ma sát phụ thuộc vào sự chuẩn bị bề mặt, bulông lực xiết khống chế cần được xiết với toàn bộ lực căng Vật liệu làm bulông thường là các loại thép thuộc nhóm A theo tức là chỉ cần đảm bảo về mặt độ bền cơ học, không cần quan tâm đến thành phần hoá của thép. Do đó, không cần nêu tên thép cụ thể, mà chỉ quy định cấp độ bền. Chia làm các cấp (các nước theo hệ mét): 4. Số đầu nhân lên 10 lần cho giới hạn bền theo kN/cm2.
Tích của hai số cho giới hạn chảy kN/ cm2. Thông thường từ cấp 8.8 trở lên thì dùng cho bulông cường độ cao có lực xiết khống chế. Liên kết hàn. Hàn là quá trình công nghệ sản xuất các kết cấu không thể tháo rời được từ kim loại, hợp kim và các vật liệu khác.
Bằng sự hàn nóng chảy có thể liên kết được hầu hết các kim loại và hợp kim với chiều dày bất kỳ. Có thể hàn các kim loại và hợp kim không đồng nhất. Liên kết hàn là liên kết phổ biến nhất trong các kết cấu thép, tiết kiệm được công chế tạo (bản mắt, bản nối), giảm trọng lượng thép, giảm thời gian thi công (khoan, đột), tạo được liên kết kín. Bên cạnh đó liên kết hàn có ứng dụng cao trong việc sữa chữa, phục hồi các chi tiết kết cấu thép.
Trong quá trình hàn xảy ra sự bay hơi và oxi hoá một số nguyên tố, sự hấp thụ và hoà tan chất khí của bể kim loại cũng như những thay đổi của vùng ảnh hưởng 6 nhiệt. Kết quả thành phần và cấu trúc của mối hàn khác với kim loại cơ bản. Các biến dạng của kết cấu gây bởi ứng suất dư có thể làm sai lệch kích thước và hình dáng của nó và ảnh hưởng tới độ bền của mối ghép. Vì vậy để khắc phục những tồn tại của liên kết hàn, quá trình thi công kết cấu thép yêu cầu thợ hàn có tay nghề, thiết bị hàn và chế độ hàn phù hợp với điều kiện làm việc của kết cấu và kiểm soát nội ứng suất, và kiểm tra chất lượng đường hàn thành phẩm nghiêm ngặt theo quy phạm.
Công tác quản lý chất lượng lắp đặt kết cấu thép Trong công tác quản lý chất lượng thi công công trình nói chung hay thi công lắp đặt hạng mục kết cấu thép nói riêng của một dự án đầu tư xây dựng, trách nhiệm của các cơ quan quản lý chất lượng được quy định khá rõ ràng: 1. Quản lý nhà nước đối với công tác thi công lắp đặt kết cấu thép công trình xây dựng. Hệ thống văn bản quy phạm pháp luật về quản lý chất lượng công trình đề cập đến công tác quản lý chất lượng thi công công trình kết cấu thép có những văn bản chủ yếu sau: a. Nghị định số 15/2013/NĐ-CP ngày 06/02/2013 của Chính phủ về quản lý chất lượng công trình xây dựng: được ban hành thay thế Nghị định số 209/2004/NĐ-CP ngày 16 tháng 12 năm 2004 và Nghị định số 49/2008/NĐ-CP ngày 18/4/2008 của Chính phủ về quản lý chất lượng công trình xây dựng.
Nghị định này gồm 8 chương, 48 điều và 1 phụ lục phân loại công trình xây dựng các nội dung quy định về: Quản lý chất lượng công tác khảo sát, thiết kế, thi công và nghiệm thu công trình xây dựng; Quản lý an toàn, giải quyết sự cố trong thi công xây dựng, khai thác về quản lý an toàn, giải quyết sự cố trong thi công xây dựng, khai thác và sử dụng công trình xây dựng; Quy định về bảo hành công trình xây dựng. Điểm nổi bật của Nghị định 15/2013/NĐ-CP là tăng cường chức năng cho các cơ quan quản lý nhà nước trong các dự án đầu tư xây dựng công trình, nâng cao trách nhiệm của Chủ đầu tư. Vì vậy công tác quản lý chất lượng thi công kết cấu thép công trình thủy lợi cũng phải được cải tiến dựa trên yêu cầu của Nghị định. Thông tư số 10 /2013/TT-BXD ngày 25/7/2013 quy định chi tiết một số nội dung về quản lý chất lượng công trình xây dựng.
Thông tư này quy định chi tiết một số nội dung quản lý chất lượng công trình xây dựng theo quy định tại Nghị định 15/2013/NĐ-CP. Thông tư này có hiệu lực thi hành kể từ ngày 9 tháng 9 năm 2013 và thay thế Thông tư số 27/2009/TT-BXD ngày 31/7/2009 hướng dẫn một số nội dung về Quản lý chất lượng công trình xây dựng; các nội dung về chứng nhận đủ điều kiện đảm bảo an toàn chịu lực, chứng nhận sự phù hợp về chất lượng công trình xây dựng quy định tại Thông tư 03/2011/TT-BXD ngày 06/4/2011 về hướng dẫn hoạt động kiểm định, giám định và chứng nhận đủ điều kiện đảm bảo an toàn chịu lực, chứng nhận sự phù hợp về chất lượng công trình xây dựng; Thông tư số 02/2006/TT-BXD ngày 17/5/2006 Hướng dẫn lưu trữ hồ sơ thiết kế, bản vẽ hoàn công công trình xây dựng của Bộ Xây dựng.
