Tải trọng thử nghiệm công trình không thể chọn theo kinh nghiệm hoặc áp dụng một tỷ lệ chung cho mọi kết cấu. Mức tải phải dựa trên mục tiêu kiểm chứng, hồ sơ thiết kế, tải đang tồn tại và tình trạng thực tế của cấu kiện. Nếu xác định sai, kết quả đo có thể không phản ánh đúng khả năng chịu lực, thậm chí gây nứt hoặc biến dạng ngoài dự kiến. Trong bài viết này, BỐN IBST sẽ giải thích cách xác định tải thử, chia cấp tải và kiểm soát an toàn trong quá trình thực hiện.
Tải trọng thử nghiệm công trình là gì?
Tải trọng thử nghiệm là tải được tạo ra tại hiện trường để kiểm tra phản ứng của kết cấu. Qua số liệu đo, kỹ sư đánh giá độ võng, chuyển vị, vết nứt và khả năng phục hồi sau khi dỡ tải.
Tải thử không phải lúc nào cũng bằng tải trọng sử dụng hoặc toàn bộ tải trọng thiết kế. Để tránh nhầm lẫn, cần phân biệt bốn khái niệm sau:
| Khái niệm | Cách hiểu |
| Tải trọng sử dụng | Tải xuất hiện khi công trình được khai thác như người, hàng hóa, máy móc |
| Tải trọng thiết kế | Tải và tổ hợp tải được dùng khi tính toán kết cấu |
| Tải trọng kiểm chứng | Trạng thái tải cần tạo ra để kiểm tra một yêu cầu cụ thể |
| Tải chất thêm | Phần tải phải bổ sung tại hiện trường để đạt mức kiểm chứng |
Một công trình xây dựng có thể chịu nhiều loại tải cùng lúc. Ngoài trọng lượng bản thân, kết cấu còn chịu lớp hoàn thiện, tường ngăn, thiết bị cố định và hoạt tải trong quá trình sử dụng.
Cách xác định tải trọng thử nghiệm kết cấu
Muốn xác định tải thử đúng, cần lần lượt làm rõ mục tiêu, dữ liệu đầu vào, mức tải kiểm chứng và cách bố trí tải. Mỗi bước đều ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy và an toàn của phép thử.
Xác định mục tiêu và phạm vi thử tải
Trước tiên cần trả lời rõ thử tải để làm gì. Mỗi mục tiêu sẽ dẫn đến một phương án tải và tiêu chí đánh giá khác nhau.
- Nghiệm thu kết cấu: Thử nghiệm nhằm kiểm tra khả năng làm việc của cấu kiện trước khi đưa vào sử dụng. Phạm vi thử phải đại diện cho kết cấu cần nghiệm thu.
- Kiểm tra trước khi tăng tải: Trường hợp sàn kho chuẩn bị chứa thêm hàng hoặc mái sắp lắp thiết bị, tải thử phải gắn với công năng dự kiến.
- Đánh giá sau sửa chữa, gia cường: Mục tiêu là kiểm tra phản ứng của kết cấu sau khi đã can thiệp. Phép thử cần tập trung vào khu vực gia cường và các vị trí truyền lực liên quan.
- Kiểm tra công trình đang xuống cấp: Ngoài khả năng chịu tải, đề cương phải quan tâm đến vết nứt, biến dạng và dấu hiệu suy giảm của vật liệu.
Phạm vi thử có thể là một ô sàn, một dầm, ban công, mái hoặc một khu vực đại diện. Không nên chất tải trên diện rộng khi chỉ cần kiểm chứng một cấu kiện cụ thể.
Kiểm tra hồ sơ và hiện trạng kết cấu
Hồ sơ giúp xác định kết cấu được thiết kế để làm việc như thế nào. Khảo sát hiện trạng cho biết khả năng làm việc thực tế có còn phù hợp với hồ sơ hay không.
Những dữ liệu cần kiểm tra gồm:
- Bản vẽ thiết kế và hoàn công: Thể hiện kích thước nhịp, tiết diện, vật liệu, bố trí cốt thép và sơ đồ liên kết.
- Công năng ban đầu và công năng mới: Sàn văn phòng chuyển thành kho hàng sẽ có điều kiện tải khác với thiết kế ban đầu.
- Tải đang tồn tại: Bao gồm lớp hoàn thiện, tường ngăn, đường ống, máy móc và các thiết bị không thể di chuyển trước khi thử.
- Tình trạng cấu kiện: Cần ghi nhận độ võng, vết nứt, ăn mòn, thấm nước hoặc biến dạng trước khi đặt tải.
Khi thiếu bản vẽ, đơn vị thực hiện có thể phải đo đạc kích thước, kiểm tra vật liệu và tính toán lại sơ đồ kết cấu. Không nên xác định tải thử chỉ dựa vào công năng đang sử dụng.
Xem thêm: Lấy mẫu thí nghiệm thép theo tiêu chuẩn giúp đảm bảo chất lượng công trình
Xác định tải trọng kiểm chứng lớn nhất
Tải trọng kiểm chứng lớn nhất là trạng thái tải cần đạt tại cấp cuối của phép thử. Mức tải này phải phù hợp với mục tiêu kiểm tra và tiêu chuẩn áp dụng cho từng loại kết cấu.
Khi tính toán cần tách rõ:
- Tải đang tác dụng lên cấu kiện trước khi thử.
- Tải mục tiêu cần đạt trong thử nghiệm.
- Phần tải phải chất thêm tại hiện trường.
- Ảnh hưởng của vị trí và phạm vi đặt tải.
Có thể hiểu đơn giản rằng phần tải phải bổ sung được xác định từ mức tải mục tiêu sau khi đã xem xét tải đang tồn tại. Tuy nhiên, đây không phải phép trừ khối lượng đơn thuần. Kỹ sư còn phải kiểm tra cách tải truyền xuống dầm, cột, móng và các cấu kiện xung quanh.
Không nên mặc định lấy một tỷ lệ tải giống nhau cho mọi công trình. TCVN 9344:2012 có phạm vi áp dụng đối với thử tải tĩnh tại hiện trường cho bộ phận kết cấu bê tông cốt thép chịu uốn. Cọc, cầu, cầu trục, kết cấu thép hoặc cấu kiện đặc thù cần áp dụng quy trình phù hợp riêng.
Quy đổi thành phương án chất tải tại hiện trường
Sau khi xác định mức tải, kỹ sư phải chuyển tải trọng tính toán thành khối lượng và vị trí đặt tải cụ thể. Đây là bước quyết định kết cấu có chịu đúng trạng thái cần kiểm chứng hay không.
- Tải phân bố: Có thể dùng bồn nước, bao vật liệu hoặc các khối tải được đặt đều. Cách này thường dùng để mô phỏng hàng hóa hoặc hoạt tải trên sàn.
- Tải tập trung: Được bố trí tại vị trí xác định để mô phỏng chân máy, giá kệ hoặc thiết bị. Khu vực tiếp xúc phải được kiểm tra để tránh phá hoại cục bộ.
- Vùng chất tải: Phải phù hợp với sơ đồ truyền lực. Chất đủ khối lượng nhưng đặt sai vị trí có thể không tạo được mô men hoặc độ võng cần kiểm chứng.
- Vật liệu tạo tải: Khối lượng phải xác định được và có phương án đưa vào, di chuyển, giữ ổn định và dỡ bỏ an toàn.
Tải cũng không được tập kết toàn bộ tại một điểm trước khi phân bố. Việc tập trung vật liệu tạm thời có thể khiến một khu vực chịu tải lớn hơn mức đã tính.
Chia cấp tải và quy định điều kiện dừng
Không chất toàn bộ tải thử trong một lần. Tải cần được tăng theo từng cấp để theo dõi phản ứng của kết cấu và phát hiện dấu hiệu bất thường trước khi đạt cấp cuối.
Mỗi cấp tải phải quy định rõ:
- Khối lượng bổ sung: Ghi rõ số lượng bồn nước, bao tải hoặc khối tải được đưa vào ở từng bước.
- Vị trí đặt tải: Có sơ đồ và thứ tự chất tải để tránh tập trung tải ngoài phương án.
- Thời gian duy trì: Kết cấu cần có thời gian ổn định trước khi đọc và ghi nhận số liệu.
- Thông số quan trắc: Độ võng, chuyển vị và vết nứt phải được kiểm tra trước khi chuyển sang cấp tiếp theo.
- Điều kiện dừng: Phải dừng gia tải khi xuất hiện biến dạng tăng nhanh, vết nứt phát triển bất thường, tiếng động lạ hoặc thiết bị đo cho kết quả vượt ngưỡng đã đặt ra.
Số cấp tải và mức tăng của mỗi cấp phải được ghi trong đề cương. Không nên áp dụng máy móc các cấp 25%, 50%, 75% và 100% nếu chưa kiểm tra loại kết cấu và mục tiêu thử.
Những thông số cần theo dõi khi cấp tải thử nghiệm
Số liệu quan trắc giúp quyết định có được tiếp tục tăng tải hay phải dừng phép thử. Thiết bị đo cần được lắp trước khi chất tải và kiểm tra số đọc ban đầu.
- Độ võng và chuyển vị: Theo dõi mức thay đổi sau từng cấp. Nếu độ võng tăng nhanh dù lượng tải tăng không nhiều, cần kiểm tra trước khi tiếp tục.
- Diễn biến vết nứt: Ghi nhận vị trí, chiều dài và bề rộng. Vết nứt mới hoặc vết nứt phát triển nhanh là dấu hiệu cần được đánh giá ngay.
- Biến dạng tại vị trí quan trọng: Trong một số phép thử, thiết bị đo biến dạng được lắp tại vùng dự kiến chịu nội lực lớn.
- Độ lún hoặc chuyển vị gối đỡ: Số liệu này giúp phân biệt biến dạng của cấu kiện với chuyển động của nền, cột hoặc hệ chống đỡ.
- Độ phục hồi sau dỡ tải: Kết cấu cần được tiếp tục theo dõi khi hạ tải. Biến dạng dư lớn có thể cho thấy cấu kiện chưa phục hồi như dự kiến.
Người phụ trách phải đối chiếu số liệu giữa các cấp, không chỉ kiểm tra kết quả tại tải lớn nhất. Diễn biến bất thường trong quá trình gia tải đôi khi quan trọng hơn một số đo riêng lẻ ở cấp cuối.
Để xây dựng đúng tải kiểm chứng, sơ đồ chất tải và ngưỡng dừng, chủ đầu tư có thể tham khảo dịch vụ thí nghiệm thử tải kết cấu công trình của BỐN IBST.
Kết luận
Tải trọng thử nghiệm công trình phải được xác định từ mục tiêu kiểm chứng, hồ sơ thiết kế, hiện trạng cấu kiện và điều kiện sử dụng dự kiến. Ngoài mức tải, phương án còn phải làm rõ vị trí chất tải, số cấp tải, thời gian duy trì, thông số theo dõi và ngưỡng dừng.
Nếu công trình cần thử tải trước khi nghiệm thu, tăng công năng hoặc đưa vào sử dụng lại, hãy gửi bản vẽ và thông tin hiện trạng cho BỐN IBST. Các dữ liệu này là cơ sở để xác định phạm vi khảo sát và xây dựng phương án thử tải phù hợp.
