Những dạng hư hỏng của bu lông neo dưới tải kéo và cách phòng tránh

Nếu sức chịu tải thép của bu lông neo không đủ để chống lại lực kéo tác dụng lên nó, phần kim loại của neo sẽ bị đứt, tương tự như khi xảy ra phá hủy trong một liên kết thép với thép. Nếu bạn cần tăng khả năng chịu lực, thông thường có thể áp dụng các biện pháp sau:

• Tăng số lượng điểm liên kết

• Chọn neo có cấp bền thép cao hơn hoặc tăng kích thước neo

  

  Hình 1: Bu lông cơ học bị gãy làm đôi trên bản bê tông.

Hiện tượng này đề cập đến phá hủy bê tông hình côn (concrete cone breakout) khi chịu lực kéo, và chủ yếu phụ thuộc vào:

• Cấp độ bền của bê tông

• Tình trạng bê tông (nứt hoặc không nứt)

• Thể tích khối nón bê tông tham gia chịu lực

Trong hầu hết các tiêu chuẩn thiết kế liên kết neo, hình dạng và kích thước của nón bê tông này phụ thuộc vào chiều sâu neo (embedment depth) và sự hiện diện của các mép cạnh. Đối với trường hợp nhiều neo chịu lực kéo gần nhau, cần xem xét cả sự giao thoa của các nón bê tông. Để tăng khả năng chịu tải của nón bê tông, có thể thực hiện một hoặc kết hợp các giải pháp sau:

• Đặt neo cách xa mép cạnh hơn

• Tăng khoảng cách giữa các neo (nếu đang quá gần)

• Tăng chiều sâu neo

Việc kết hợp nhiều biện pháp thường giúp tối ưu hiệu quả chịu lực.

Hình 2: Hình ảnh về hiện tượng phá hủy hình nón bê tông dưới tải kéo, trong đó bu lông neo kéo bật một khối bê tông hình nón khỏi vật liệu nền.

Nếu thép và bê tông đều đủ mạnh để chịu được lực tác dụng, bước tiếp theo là kiểm tra xem bản thân bu lông neo có khả năng truyền lực vào vật liệu nền hay không. Hiện tượng tuột neo (pull-out) chủ yếu phụ thuộc vào:

• Chất lượng neo

• Tình trạng bê tông (nứt hoặc không nứt)

• Cấp độ bền của bê tông

Đối với bu lông hóa chất (adhesive anchor), có thể xảy ra hiện tượng tuột neo kết hợp với phá hỏng nón bê tông nông. Dạng phá hỏng đặc thù này được gọi là hư hỏng kết hợp giữa lực kéo và phá hỏng nón bê tông (combined tension and concrete cone failure).

Hình 3: Bu lông khoan cấy được bao quanh bởi các vết nứt và vùng phá hủy hình nón bê tông, minh họa hiện tượng phá hủy của vật liệu nền dưới tác dụng của tải kéo.

Một số tiêu chuẩn yêu cầu kiểm tra để ngăn ngừa sự xuất hiện của vết nứt trong bê tông do tải trọng từ bu lông neo gây ra. Đây là một dạng hư hỏng có thể xảy ra ở các cấu kiện mỏng, có ít cốt thép, hoặc khi chiều sâu neo quá lớn, dẫn đến tiết diện bê tông hiệu dụng ở phần sâu của neo bị giảm đáng kể. Một chiến lược phổ biến để giảm nguy cơ hư hỏng này là:

• Giảm chiều sâu neo, hoặc

• Chấp nhận rằng vết nứt sẽ xảy ra, sau đó thiết kế lại với điều kiện bê tông nứt đã được xét đến.

Hình 4: Khối bê tông xuất hiện hiện tượng nứt tách do tải trọng tác dụng lên bu lông neo được chôn sâu.

Hiểu rõ các cơ chế hư hỏng của bu lông neo dưới tác dụng tải kéo là yếu tố then chốt để đảm bảo an toàn, độ tin cậy và tuổi thọ cho mọi hệ liên kết thép – bê tông. Mặc dù neo có thể bị phá hỏng theo nhiều dạng khác nhau từ đứt thép, bật nón bê tông, tuột neo cho đến nứt cấu kiện mỗi dạng đều có thể được kiểm soát hiệu quả thông qua lựa chọn giải pháp thi công phù hợp, thiết kế chính xác và tuân thủ tiêu chuẩn.

Việc này dễ hơn bạn nghĩ rất nhiều, chỉ cần sử dụng phần mềm thiết kế để tính toán toàn diện, nhanh chóng và đáng tin cậy cho hệ thống neo (ví dụ như phần mềm thiết kế PROFIS), các kỹ sư hoàn toàn có thể tối ưu hóa hệ thống liên kết và giảm thiểu rủi ro một cách đáng kể.