Nhiều chủ đầu tư có quan niệm rằng kết cấu thép chỉ cần làm tốt ở khâu thiết kế và thi công là có thể yên tâm sử dụng suốt vòng đời. Đây là một hiểu lầm phổ biến và tiềm ẩn rủi ro. Cũng như bất kỳ hệ chịu lực nào, kết cấu thép chịu tác động liên tục của môi trường, tải trọng và thời gian, nên cần được bảo trì và kiểm định định kỳ để bảo đảm an toàn. Bài viết này của Cơ Khí Xây Dựng Quang Minh trình bày vì sao phải bảo trì, các dạng hư hỏng thường gặp và quy trình kiểm định một cách bài bản.
Vì sao kết cấu thép cần được bảo trì định kỳ
Kết cấu thép trong quá trình vận hành phải đối mặt với nhiều tác nhân gây suy giảm chất lượng. Ăn mòn làm mỏng tiết diện, giảm khả năng chịu lực. Tải trọng lặp đi lặp lại từ cầu trục, máy móc rung động hoặc gió gây ra hiện tượng mỏi, có thể khởi phát vết nứt ngay cả khi ứng suất chưa vượt giới hạn bền. Bu lông có thể tự nới lỏng, lớp sơn bảo vệ lão hóa, và những thay đổi công năng như treo thêm thiết bị hay chất tải vượt thiết kế đều làm thay đổi trạng thái làm việc ban đầu.
Bảo trì định kỳ giúp phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường khi chúng còn nhỏ và dễ xử lý, thay vì để tích tụ đến mức nguy hiểm. Chi phí kiểm tra và sửa chữa nhỏ định kỳ luôn thấp hơn rất nhiều so với chi phí gia cường lớn hoặc thiệt hại do sự cố. Với các công trình như nhà xưởng có người làm việc bên trong, đây còn là trách nhiệm bảo đảm an toàn tính mạng.
Các dạng hư hỏng thường gặp
Qua thực tế kiểm tra nhiều công trình, có thể phân loại các hư hỏng phổ biến của kết cấu thép thành một số nhóm chính mà người quản lý cần đặc biệt lưu ý.
- Ăn mòn cục bộ: thường xuất hiện ở chân cột tiếp xúc nền ẩm, điểm đọng nước, mối hàn, cạnh cắt và khu vực rò rỉ hóa chất. Ăn mòn làm giảm tiết diện và có thể dẫn tới mất khả năng chịu lực.
- Nứt mỏi: hình thành tại các điểm tập trung ứng suất như mép mối hàn, lỗ bu lông, góc chuyển tiếp tiết diện, đặc biệt ở kết cấu chịu tải động như dầm cầu trục.
- Biến dạng và cong vênh: cấu kiện bị võng quá mức, cột nghiêng, xà gồ oằn do quá tải hoặc va chạm cơ giới trong quá trình vận hành.
- Lỏng liên kết: bu lông bị nới lỏng do rung động, mối hàn xuất hiện vết nứt chân, làm giảm độ cứng và gây rung lắc kết cấu.
- Suy giảm lớp bảo vệ: sơn bong tróc, phồng rộp, mạ kẽm mòn hết, để lộ thép trần cho quá trình ăn mòn tiến triển nhanh.
Quy trình kiểm định kết cấu thép
Một cuộc kiểm định bài bản không chỉ là đi vòng quanh công trình quan sát. Nó cần được thực hiện theo trình tự khoa học để cho kết quả đáng tin cậy. Bước đầu tiên là thu thập hồ sơ, bao gồm bản vẽ thiết kế, hồ sơ hoàn công, lịch sử sửa chữa và điều kiện sử dụng thực tế, nhằm hiểu rõ kết cấu được thiết kế cho tải trọng nào và đã trải qua những gì.
Bước tiếp theo là khảo sát hiện trường bằng mắt và thiết bị đo. Người kiểm định ghi nhận tình trạng ăn mòn, đo chiều dày còn lại của thép bằng máy siêu âm, kiểm tra độ nghiêng cột, độ võng dầm, tình trạng bu lông và mối hàn. Toàn bộ khiếm khuyết được ghi chép, chụp ảnh và định vị trên sơ đồ kết cấu.
Khi cần đánh giá khả năng chịu lực còn lại, kỹ sư sẽ tính toán kiểm tra lại dựa trên tiết diện thực đo được và tải trọng hiện tại. Kết quả cho biết công trình còn đủ an toàn hay cần hạn chế tải, gia cường hoặc sửa chữa. Cuối cùng là báo cáo kiểm định với kết luận và kiến nghị cụ thể cho chủ đầu tư.
Phương pháp kiểm tra không phá hủy
Điểm mạnh của công tác kiểm định hiện đại là các phương pháp kiểm tra không phá hủy, cho phép đánh giá chất lượng bên trong vật liệu mà không cần cắt hay tháo dỡ cấu kiện. Mỗi phương pháp phù hợp với một loại khiếm khuyết khác nhau.
- Siêu âm: đo chiều dày thép còn lại sau ăn mòn và phát hiện khuyết tật bên trong mối hàn như ngậm xỉ, rỗ khí, không ngấu.
- Thẩm thấu chất lỏng và bột từ: phát hiện vết nứt hở ra bề mặt của mối hàn và vùng lân cận, rất hiệu quả với nứt mỏi.
- Chụp ảnh phóng xạ: cho hình ảnh xuyên qua mối hàn quan trọng, dùng khi cần đánh giá chính xác chất lượng bên trong.
- Đo độ cứng và quét bề mặt: hỗ trợ ước lượng đặc tính vật liệu tại chỗ khi thiếu hồ sơ gốc.
Lập kế hoạch bảo trì hiệu quả
Bảo trì hiệu quả cần được lập kế hoạch chứ không chờ tới khi hỏng mới xử lý. Một kế hoạch hợp lý thường phân chia theo tần suất: kiểm tra trực quan hằng năm do nhân sự quản lý thực hiện, kiểm định chuyên sâu do đơn vị có năng lực thực hiện mỗi vài năm, và kiểm định đột xuất sau các sự cố như bão lớn, hỏa hoạn, động đất hoặc va chạm mạnh.
Với những công trình quan trọng hoặc môi trường ăn mòn cao, tần suất cần dày hơn. Điều quan trọng là mọi kết quả kiểm tra phải được lưu hồ sơ theo thời gian, tạo thành lịch sử sức khỏe của công trình. Nhờ đó có thể so sánh và nhận ra xu hướng xuống cấp, ví dụ chiều dày thép giảm dần qua các lần đo, để can thiệp đúng thời điểm.
Khi nào cần gia cường hoặc sửa chữa
Không phải mọi khiếm khuyết đều đòi hỏi can thiệp ngay, nhưng cần có ngưỡng rõ ràng để ra quyết định. Khi ăn mòn làm giảm tiết diện tới mức khả năng chịu lực không còn đủ dự trữ an toàn, khi xuất hiện vết nứt mỏi lan rộng, hoặc khi công trình được cải tạo tăng tải, thì việc gia cường là bắt buộc.
Các giải pháp gia cường phổ biến gồm hàn thêm bản thép tăng tiết diện, bổ sung thanh giằng, thay thế cấu kiện hư hỏng nặng hoặc bổ sung bu lông cho liên kết yếu. Mọi phương án gia cường đều phải do kỹ sư kết cấu tính toán, bởi việc thêm vật liệu sai cách có thể làm thay đổi đường truyền lực và tạo ra điểm yếu mới. Bảo trì và kiểm định đúng cách chính là cách bảo vệ khoản đầu tư lớn của chủ công trình, và Cơ Khí Xây Dựng Quang Minh luôn sẵn sàng đồng hành trong suốt vòng đời sử dụng của mỗi công trình thép.