hỘi thẢo khoa hỌc sinh viÊn ngÀnh xÂy dỰng nĂm xay dung... · công trình. hiện nay...

Kỷ yếu Hội thảo khoa học sinh viên ngành xây dựng năm 2016 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN TRỊ SONADEZI

KỶ YẾU

HỘI THẢO KHOA HỌC SINH VIÊN

NGÀNH XÂY DỰNG NĂM 2016

KỶ NIỆM 11 NĂM THÀNH LẬP TRƢỜNG 2016


CỌC BÊ TÔNG LY TÂM ỨNG SUẤT TRƯỚC – ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ DỰA VÀO SỨC CHỊU TẢI VÀ GIÁ THÀNH CỦA CỌC

GVHD: Ngô Phi Minh

SVTH: Đỗ Danh Khoa

Khoa Kỹ thuật Xây dựng – Trường Cao đẳng Công nghệ và Quản trị Sonadezi

TÓM TẮT

Bài báo trình bày về cọc bê tông ly tâm ứng suất trước, các phương pháp tính toán

và đánh giá sức chịu tải của cọc. Áp dụng tính toán sức chịu tải của 2 loại cọc bê tông ly

tâm ứng suất trước và cọc bê tông cốt thép thường bằng 2 phương pháp tính theo vật liệu

làm cọc và theo đất nền, ngoài ra sức chịu tải tính theo lý thuyết được so sánh với kết

quả thí nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục. Kết quả so sánh sức chịu tải

và giá thành của cọc để đánh giá hiệu quả về mặt kỹ thuật và kinh tế tại Công trình khối

phòng học 5 tầng – Khu B thuộc Dự án Trường Cao đẳng Công nghệ và Quản trị

Sonadezi.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Để có được một công trình ổn định và bền vững, nhất là khi xây dựng trên nền đất

yếu thì việc tính toán thiết kế nền móng là vấn đề đầu tiên cần được quan tâm. Khi tải

trọng công trình lớn, phương án thiết kế móng cọc là phương án cần được lựa chọn để thi

công. Hầu như các công trình xây dựng trước kia vẫn thường sử dụng cọc bê tông cốt

thép thường và đã có rất nhiều các sự cố công trình mà nguyên nhân chính là do nền

móng của công trình không đảm bảo khả năng chịu tải. Chính vì vậy, lựa chọn cọc và bài

toán về khả năng chịu tải là hai yếu tố chính cần được nghiên cứu để thiết kế móng cho

công trình. Hiện nay đã và đang phát triển cọc bê tông ly tâm ứng suất trước có nhiều ưu

điểm vượt trội hơn so với cọc bê tông cốt thép thường. Với việc ứng suất trước trong cọc

đã làm cho cọc cứng hơn, khả năng chịu kéo của bê tông tăng nên làm cho cọc không bị

nứt và do cọc sử dụng cốt thép cường độ cao nên tiết diện cốt thép giảm dẫn đến giảm chi

phí về kinh tế.

Trong công tác thiết kế móng cọc, việc xác định khả năng chịu tải của cọc là một

trong những nội dung quan trọng. Việc đánh giá chính xác khả năng chịu tải của cọc

trong giai đoạn thiết kế sẽ đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cũng như mang lại lợi ích kinh tế.

Sức chịu tải của cọc tính toán chính là sức chịu tải nhỏ nhất giữa sức chịu tải theo vật liệu

(Pvl) và sức chịu tải theo đất nền (Pđn). Sức chịu tải theo vật liệu là khả năng chịu tải của

vật liệu làm cọc trong quá trình chịu lực và thi công. Sức chịu tải theo đất nền là khả

năng chịu tải của sức kháng do ma sát giữa cọc và đất xung quanh cộng với sức kháng

mũi cọc. Khi thiết kế cọc đóng hoặc cọc ép thì sức chịu tải của cọc theo vật liệu Pvl tính

ra luôn phải lớn hơn rất nhiều so với sức chịu tải của cọc theo đất nền Pđn. Khi thi công

ép cọc, tải trọng ép lớn nhất Pmax và tải trọng thiết kế dự kiến tác dụng lên cọc Ptk phải

thỏa mãn điều kiện Pmax= (2-3)Ptk và Pmax không vượt quá sức chịu tải của cọc theo vật

liệu Pvl để không làm vỡ cọc.

Để đánh giá hiệu quả của cọc bê tông ly tâm ứng suất trước, so sánh giá thành của

cọc kết hợp với tính toán cụ thể sức chịu tải của cọc bê tông ly tâm ứng suất trước và cọc

bê tông cốt thép thường trong cùng một địa chất, kết quả tính toán theo lý thuyết được

sánh với kết quả thí nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục tại công trình


Khối phòng học 5 tầng – Khu B, thuộc dự án Trường Cao đẳng Công nghệ và Quản trị

Sonadezi.

2. GIỚI THIỆU CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƢỚC

Cọc bê tông ly tâm ứng suất trước được quy định trong TCVN 7888:2014 do Hội

Bê tông Việt Nam (VCA) biên soạn, Bộ Xây dựng đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo

lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Cọc bê tông ly tâm ứng suất trước thường (PC) là cọc bê tông ly tâm ứng suất

trước được sản xuất bằng phương pháp quay ly tâm, cường độ nén không nhỏ hơn 60

MPa với mẫu thử là mẫu hình trụ có kích thước (150 x 300) mm.

Cọc bê tông ly tâm ứng suất trước cường độ cao (PHC) là cọc bê tông ly tâm ứng

suất trước được sản xuất bằng phương pháp quay ly tâm, cường độ nén không nhỏ hơn 80

MPa với mẫu thử là mẫu hình trụ (150 x 300)mm.

Cọc bê tông ly tâm ứng suất trước có hình trụ rỗng có chiều dài từ 6-30m, tiết diện

cọc hình vành khuyên có đường kính ngoài 300-1200mm tương ứng với chiều dày thành

cọc là 60-150mm, cọc có mũi và mối nối làm bằng thép có tác dụng ép đóng vào nền đất

và nối các đoạn cọc với nhau được thể hiện ở hình 1.

Chú thích:

L Chiều dài cọc

D Đường kính ngoài cọc

d Chiều dày thành cọc

a Đầu cọc hoặc đầu mối nối

b Mũi cọc hoặc đầu mối nối

Hình dáng, kích thƣớc cọc

Đoạn mũi cọc


Đoạn cọc nối thêm

Hình 1: Cọc bê tông ly tâm ứng suất trước

Cọc PC và PHC được phân thành 4 cấp A, AB, B và C theo giá trị mômen uốn nứt

được nêu trong Bảng 1.

Bảng 1: Phân loại và kích thước các loại cọc PC, PHC

Đường

kính

ngoài D

(mm)

Chiều

dày thành

cọc t

(mm)

Loại

cấp

tải

Mômen uốn

nứt, không

nhỏ hơn

(kN.m)

Ứng suất

hữu hiệu

(MPa)

Khả năng

bền cắt,

không nhỏ

hơn (kN)

Chiều dài cọc L

(m)

300 60

A

AB

B

C

24,5

30,0

34,3

39,2

4

6

8

10

99,1

111,0

125,6

136,4

Từ 6 đến 13

350 60

A

B

C

34,3

49,0

58,9

4

8

10

118,7

150,1

162,8

Từ 6 đến 15

400 65

A

AB

B

C

54,0

64,0

73,6

88,3

4

6

8

10

148,1

176,0

187,4

204,0

Từ 6 đến 16

450 70

A

B

C

73,6

107,9

122,6

4

8

10

180,5

227,6

248,2

Từ 6 đến 16

500 80 A 103,0 4 228,6 Từ 6 đến 20


AB

B

C

125,0

147,2

166,8

6

8

10

271,0

288,4

313,9

700 100

A

AB

B

C

264,9

319,0

372,8

441,4

4

6

8

10

406,1

437,0

512,1

557,2

Từ 6 đến 30

800 110

A

AB

B

C

392,4

471,0

539,6

637,6

4

6

8

10

512,1

595,0

646,5

704,4

Từ 6 đến 30

900 120

A B

C

539,6

735,8

833,8

4

8

10

631,0

797,0

867,0

Từ 6 đến 30

1000 130

A

AB

B

C

735,8

883

1030,0

1177,0

4

6

8

10

762,2

774,0

961,4

1047,0

Từ 6 đến 30

1100 140

A

B

C

932,0

1324,0

1521,0

4

8

10

905,0

1142,0

1244,0

Từ 6 đến 30

1200 150

A

AB

B

C

1177,0

1412,0

1668,0

1962,0

4

6

8

10

1059,0

1292,0

1337,0

1457,0

Từ 6 đến 30

CHÚ THÍCH:

- Tải trọng bền cắt chỉ áp dụng cho cọc PHC.

- Chiều dài tối đa của từng loại cọc phụ thuộc vào thiết kế, thiết bị sản xuất, khả năng thi

công và có thể lớn hơn chiều dài trong bảng.

- Trường hợp cần tăng khả năng chịu tải của cọc thì có thể tăng chiều dày thành cọc.

3. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

3.1. Sức chịu tải theo vật liệu

3.1.1. Sức chịu tải theo vật liệu cọc bê tông cốt thép thƣờng


Hầu hết trường hợp thiết kế thực tế là cọc chịu lực nén đúng tâm do đài truyền vào

từ công trình bên trên, vì vậy sức chịu tải theo vật liệu Pvl của cọc bê tông cốt thép

thường được tính toán như cấu kiện bê tông chịu nén đúng tâm theo TCVN 5574:2012

như sau:

PVL=φ(RbAb+RscAst)

Ast : Tổng diện tích cốt thép dọc trong cọc;

Ab : Diện tích bê tông trong cùng tiết diện cọc;

Rsc : Cường độ tính toán về nén của cốt thép;

Rb : Cường độ tính toán về nén của bê tông cọc;

: Hệ số ảnh hưởng bởi độ mảnh của cọc.

3.1.2. Sức chịu tải theo vật liệu cọc bê tông ứng suất trƣớc

Sức kháng nén dọc trục tính toán của cọc (Ra) được đưa ra nhằm cung cấp thông

tin cho việc tính toán lựa chọn sức chịu tải theo vật liệu của cọc trong quá trình thiết kế

và lựa chọn thiết bị thi công phù hợp.

Sức kháng nén dọc trục tính toán theo vật liệu của cọc được tính theo công thức

sau:

( )4

cu cea oR A

Trong đó:

Ra : Sức kháng nén dọc trục tính toán của cọc, kN;

Ao : Diện tích mặt cắt ngang của cọc, mm2

ce : Ứng suất hữu hiệu trong của cọc bê tông;

ce : Cường độ chịu nén thiết kế của bê tông;

: Hệ số an toàn. Đối với cọc PC có cường độ chịu nén của bê tông không thấp

hơn 60 MPa thì giá trị hệ số an toàn = 4.

3.2. Sức chịu tải theo cƣờng độ đất nền

Sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền gồm 2 thành phần: thành phần ma sát

xung quanh và thành phần chịu mũi. Sức chịu tải cực hạn của cọc Qu gồm tổng sức chống

cắt cực hạn giữa đất và vật liệu làm cọc ở mặt bên của cọc Qs cùng với sức gánh đỡ cực

hạn của đất ở mũi cọc Qp:

Qu = Qs + Qp = As.fs+ Ap.qp

Trong đó:

Qu : Sức chịu tải cực hạn của cọc;

Qp : Sức chịu tải cực hạn của đất nền dưới mũi cọc;

Qs : Sức chịu tải cực hạn do ma sát thành cọc;

As : Diện tích xung quanh cọc As = π*r2;

Ap : Tiết diện ngang cọc Ap = π*r2;


fs : Hệ số ma sát đơn vị fs = (1-sinφ)σ’v*tanφ+c’;

qp : SCT đơn vị của mũi cọc qp= c*Nc+ σ’v*Nq+ γ’*d*Nγ

c : Lực dính của đất ở mũi cọc;

σ’v : Ứng suất có hiệu do trọng lượng bản thân của đất theo phương thẳng đứng

tác dụng ở mũi cọc;

d : Đường kính hoặc cạnh cọc;

r : Bán kính cọc;

Nγ, Nq, Nc: Tra bảng từ φ (góc ma sát của lớp đất ở mũi cọc) trang 206 sách nền

móng của TS. Châu Ngọc Ẩn;

γ : Dung trọng của đất ở mũi cọc (dưới mực nước ngầm dùng γđn).

Sức chịu tải cho phép của cọc:

ua

QQ

FS

FS: hệ số an toàn

3.3. Sức chịu tải theo thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục

3.3.1. Phạm vi áp dụng

Thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục thường được thực hiện ở giai đoạn

thăm dò thiết kế. Ở giai đoạn thăm dò thiết kế được tiến hành trước khi thi công cọc đại

trà nhằm xác định các số liệu cần thiết về cường độ, biến dạng và mối quan hệ tải trọng –

chuyển vị của cọc làm cơ sở thiết kế hoặc điều chỉnh đồ án thiết kế, chọn thiết bị và công

nghệ thi công cọc phù hợp.

Hình 2: Giá đỡ và dàn tải trọng thí nghiệm nén tĩnh cọc

3.3.2. Nguyên tắc thí nghiệm


Thí nghiệm được tiến hành bằng phương pháp dùng tải trọng tĩnh ép dọc trục cọc

sao cho dưới tác dụng của lực ép, cọc lún sâu thêm vào đất nền. Tải trọng tác dụng lên

đầu cọc được thực hiện bằng kích thủy lực với hệ phản lực là dàn chất tải, neo hoặc kết

hợp cả hai. Các số liệu về tải trọng, chuyển vị, biến dạng... thu được trong quá trình thí

nghiệm là cơ sơ để phân tích, đánh giá sức chịu tải và mối quan hệ tải trọng - chuyển vị

của cọc trong đất nền.

3.3.3. Sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm

- Sử dụng đối trọng để nén tĩnh: Thông thường sử dụng các đối trọng bằng khối bê

tông cốt thép.

Hình 3: Gia tải bằng kích thủy lực, dùng dàn chất tải là đối trọng làm phản lực

- Sử dụng neo để nén tĩnh: Trong một số trường hợp mặt bằng chật hẹp, không

dùng được cẩu và khối bê tông làm đối trọng có thể sử dụng 04 cọc neo để thí nghiệm

nén tĩnh kiểm tra sức chịu tải.

Hình 4: Gia tải bằng kích thủy lực, dùng cọc neo làm phản lực

Hình 5: Gia tải bằng kích thủy lực, dàn chất tải là đối trọng kết hợp cọc neo làm phản lực


3.3.4. Quy trình gia tải

Thí nghiệm được thực hiện theo quy trình gia tải và giảm tải từng cấp, tính bằng

phần trăm (%) của tải trọng thiết kế. Cấp tải mới chỉ được tăng hoặc giảm khi chuyển vị

(độ lún) hoặc độ phục hồi đầu cọc đạt ổn định quy ước hoặc đủ thời gian quy định.

Cọc được thử tải theo cấp độ gia tải sau cao hơn cấp gia tải trước 20 - 25% tải

trọng thiết kế của cọc. Tải trọng thí nghiệm Ptn nằm trong khoảng Ptk ÷ Pmax, thông

thường chọn tải thí nghiệm nghiệm Ptn = 200%Ptk. Theo TCXDVN 269:2002: Pmax=

2.5Ptk

3.3.5. Thứ tự các bƣớc thực hiện

1. Gia công đầu cọc và đặt hệ kích

2. Cắt tẩy đầu cọc đến phần bê tông đặc chắc, tạo phẳng bề mặt

3. Lắp đặt hệ kích và căn chỉnh

4. Gia cố nền và lắp đặt gối đỡ, dàn tải trọng

5. Lắp đặt dầm chính, dầm phụ, lắp đặt đối trọng

6. Lắp đặt hệ đồng hồ đo chuyển vị, lắp đặt máy trắc đạc (nếu có yêu cầu)

7. Lắp đặt hệ bơm, đồng hồ thuỷ lực

8. Gia tải theo quy trình và ghi chép số liệu hiện trường

3.3.6. Báo cáo kết quả thí nghiệm

1. Tên, vị trí công trình

2. Chủ đầu tư, Tư vấn thiết kế/giám sát, nhà thầu thi công cọc, đơn vị thí nghiệm

3. Hồ sơ cọc thí nghiệm

4. Số liệu ghi chép hiện trường

5. Biểu đồ quan hệ tải trọng và độ lún

6. Biểu đồ quan hệ tải trọng, độ lún và thời gian

7. Các nhận xét

4. ÁP DỤNG TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

4.1. Giới thiệu công trình

- Tên dự án: Dự án trường Cao đẳng Công nghệ và Quản trị Sonadezi

- Tên công trình: Khối phòng học 5 tầng – Khu B

- Địa điểm xây dựng: KCN Biên Hòa 2, TP. Biên Hòa, Tỉnh Đồng Nai

4.2. Địa chất công trình vị trí xây dựng

Theo kết quả thăm dò địa chất công trình tại khu vực, từ trên xuống đất nền được

chia làm các lớp như sau:

Bảng 2: Kết quả khảo sát địa chất công trình vị trí xây dựng

Lớp Vị trí

khoan

Chiều

dày

(m)

Chiều

dày

trung

bình (m)

Dung

trọng tự

nhiên

(g/cm3)

Góc

masát

trong

(độ)

Lực

dính

(kg/cm2)

Môđuyn

biến

dạng

(kg/cm2)

Sức chịu

tải

(kg/cm2)


1 H3 4.5

2.75 1.85 14°09 0.332 29.7 1.9 H4 1

2 H3 3.5

2.95 1.96 9°15 0.141 35.4 1 H4 2.4

3a H3 1.7

2.9 1.937 24°56 0.083 101.8 1.5 H4 4.1

3b H3 1.8

2.9 1.86 10°02 1.36 34.3 0.9 H4 2.2

4 H3 1.8

2 1.817 16°18 0.3487 31.8 2.3 H4 2.2

5 H3 6

6.25 bão hòa

2.523

H4 6.5

+ Lớp 1: Sét, màu xám trắng, nâu vàng trạng thái nửa cứng – dẻo cứng.

+ Lớp 2: Sét pha màu xám nâu, xám trắng, trạng thái dẻo mềm.

+ Lớp 3a: Cát pha, màu xám nâu xám trắng, chặt vừa, bão hòa nước.

+ Lớp 3b: Sét pha, màu xám nâu, trạng thái dẻo mềm.

+ Lớp 4: Sét, màu nâu vàng, xám xanh, nửa cứng.

+ Lớp 5: Đá sét bột kết, màu xám vàng phong hóa nứt nẻ cứng chắc

Giải pháp móng đề nghị: Thích hợp dùng phương án móng cọc đóng, ép.

4.3. Phƣơng án áp dụng cọc bê tông ứng suất trƣớc

Công trình sử dụng phương án móng cọc, tải trọng thiết kế là Ptk = 40T. Dùng cọc

bê tông ly tâm ứng suất trước đường kính D300mm, chiều dài cọc theo thiết kế là 12m,

bê tông dày 60mm, thép chủ gồm 6 dây có đường kính 7.1 mm, thép đai 3mm, bê tông

Mac 600 có Rn=25MPa, thép chủ 6 Φ7.1 có Ra=2.8MPa.

Mặt bằng móng công trình như hình 6:

Hình 6: Mặt bằng móng công trình

Chi tiết móng công trình như hình 7:


Hình 7: Chi tiết móng

4.3.1. Sức chịu tải theo vật liệu làm cọc

Theo công bố của nhà sản xuất cọc, sức chịu tải dọc trục lớn nhất của cọc bê tông

ly tâm ứng suất trước đường kính D300 loại A là 90 tấn.

4.3.2. Sức chịu tải theo đất nền


Theo TCXD 205-1998, với cọc dài 12m, đường kính D = 300mm đóng vào các

lớp đất như sau:

Sức chịu tải cực hạn của cọc Qu gồm tổng sức chống cắt cực hạn giữa đất và cọc ở

mặt bên của cọc Qs cùng với sức gánh đỡ cực hạn của đất ở mũi cọc Qp:

Qu = Qs + Qp = As.fs + Ap.qp

+ Thành phần Qs= As.fs

- Xét đoạn cọc thứ nhất:

fs1 = (1-sinφ1)*σv1*tanφ1+c1 = (1-sin14°09’)*1.4*1.85*tan14°09’+3.2 = 3.69T/m2

- Xét đoạn cọc thứ 2:

fs2 = (1-sinφ2)*σv2*tan φ2+c2

= (1-sin09°15’)*(1.85*2.75+1.96*1.48)*tan 09°15+1.4 = 2.49T/m2


fs3 = (1-sinφ3)*σv3*tanφ3+c3

= (1-sin24°56’)*(1.85*2.75+1.96*2.95+1.94*1.45)*tan24°56+0.8 = 4.48T/m2



= (1-sin10°02)*(1.85*2.75+1.96*2.95+1.94*2.9+1.86*1.15)*tan 10°02+1.4

= 4.12T/m2



= (1-sin16°18)*(1.85*2.75+1.96*2.95+1.94*2.9+1.86*2.3+1.84*0.5)*tan16°18+3.5

= 8.06T/m2

Qs = 0.942*(3.69*2.75+2.49*2.95+4.48*2.9+4.12*2.3+8.06*1.1) = 46T


+ Thành phần Qp= qp*Ap

=16°18Nc=13.7, Nq=5, N=3

qp= c*Nc+ σ’v*Nq+ γ’*R*Nγ

= 3.5*13.7+(1.85*2.75+1.96*2.95+1.94*2.9+1.86*2.3+1.82*1.1)*5+1.82*0.15*3

=162.65T/m2

Ap=3.14*0.32/4 =0.07m

2

Qp=qp*Ap=162.65*0.07 = 11.39T

+ Sức chịu tải cực hạn Qu = Qs+Qp = 46+11.39 =57.39T

+ Sức chịu tải cho phép Qa=Qu/2= 28.69T

4.3.3. Sức chịu tải theo kết quả thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục

Trước khi thi công cọc đại trà, đơn vị thi công đã tiến hành thí nghiệm hiện trường

bằng phương pháp nén tĩnh dọc trục tại 2 vị trí cọc thử cọc số 3 và số 4 với tải trọng thí

nghiệm lớn nhất Pmax = 100T. Chủ trì thí nghiệm là KS. Nguyễn Đức Khải Linh của

Công ty CP vận tải xây dựng Nam Việt.

Hình 8 : Mặt bằng định vị cọc thí nghiệm

- Số lượng và tên cọc thí nghiệm:

TT PP thí nghiệm Tên

cọc Loại cọc

Đường

kính

(mm)

Chiều dài

(m)

Tải trọng thử

(tấn)

1 Thí nghiệm nén

dọc trục

03 BTLTƯST

300 300 12 100

04 BTLTƯST

300 300 12 100

- Ngày thí nghiệm cọc:

TT PP thí nghiệm Tên cọc Ngày bắt đầu Ngày kết thúc

1 Thí nghiệm nén dọc trục

03 07h40 ngày

11/4/2014

03h30 ngày

13/4/2014

04 14h10 ngày

13/4/2014

09h00 ngày

15/4/2014


- Thiết bị thí nghiệm (do trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất clượng 3

chứng nhận hiệu chuẩn):

TT Tên thiết bị Số hiệu Tem hiệu

chuẩn Ngày kiểm định

01 Kích thủy lực 0405 196/KĐXD 07/5/2014

02 Đồng hồ đo áp suất BH 113 283

03 Đồng hồ đo lún số 1 MZJ 106 KT3-

0505DD4/1 17/3/2014


0505DD4/2 17/3/2014


0505DD4/3 17/3/2014


0505DD4/4 17/3/2014

- Hình ảnh thí nghiệm:


Hình 9: Một số hình ảnh thí nghiệm

- Kết quả thí nghiệm:

Bảng 3: Tổng hợp số liệu thí nghiệm cọc số 03

Tải trọng Thời gian giữ tải thực tế

(phút) Độ lún (mm)

% thiết kế Thí nghiệm

(T)

25 10 60 0.39

50 20 60 0.68

75 30 60 1.07

100 40 60 1.62

50 20 30 1.05

0 0 60 0.73


50 20 30 1.26

100 40 30 2.05

125 50 60 2.71

150 60 60 3.62

175 70 60 4.55

200 80 60 5.51

225 90 60 7.39

250 100 1440 10.61

200 80 30 10.00

150 60 30 9.08

100 40 30 8.03

50 20 30 5.80

0 0 60 2.55

Bảng 4: Tổng hợp số liệu thí nghiệm cọc số 04

Tải trọng Thời gian giữ tải thực tế

(phút) Độ lún (mm)

% thiết kế Thí nghiệm

(T)

25 10 60 0.29

50 20 60 0.65

75 30 60 1.06

100 40 60 1.52

50 20 30 0.99

0 0 60 0.48

50 20 30 1.14

100 40 30 1.18

125 50 60 1.81

150 60 60 2.58

175 70 60 3.59

200 80 60 4.66

225 90 60 5.91

250 100 1440 7.66

200 80 30 7.08

150 60 30 6.27

100 40 30 5.27

50 20 30 4.10

0 0 60 2.12


Hình10: Biểu đồ quan hệ độ lún – thời gian cọc số 3

Hình 11: Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún cọc số 3


Hình 12: Biểu đồ quan hệ tải trọng – thời gian cọc số 3

Hình 13: Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún – thời gian cọc số 3


Hình 14: Biểu đồ quan hệ độ lún – thời gian cọc số 4

Hình 15: Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ lún cọc số 4


Hình 16: Biểu đồ quan hệ tải trọng – thời gian cọc số 4

Hình 17: Biểu đồ quan hệ tải trong – độ lún – thời gian cọc số 4

* Cọc số 03:

+ Tại cấp tải 40T (100% Ptk), chuyển vị của cọc đạt được S = 1.62mm;

+ Tại cấp tải 100T (250% Ptk), chuyển vị của cọc đạt được S = 10.61mm < 30mm;

+ Chuyển vị của cọc sau khi dỡ tải về 0 tấn Sdư = 2.55mm

Cọc đạt trị số ổn định qui ước ở cấp tải lớn nhất Pmax = 100 tấn sau 24 giờ giữ tải.

* Cọc số 04:


+ Tại cấp tải 40T (100% Ptk), chuyển vị của cọc đạt được S = 1.52mm;

+ Tại cấp tải 100T (250% Ptk), chuyển vị của cọc đạt được S = 7.66mm<30mm;

+ Chuyển vị của cọc sau khi dỡ tải về 0 tấn Sdư = 2.12mm

Cọc đạt trị số ổn định qui ước ở cấp tải lớn nhất Pmax = 100 tấn sau 24 giờ giữ tải.

4.4. Phƣơng án cọc bê tông cốt thép thƣờng

Chọn cọc bê tông cốt thép kích thước tiết diện ngang cọc 300x300, cốt thép trong

cọc là 418, bê tông mác 300, chiều dài cọc 12m.

4.4.1. Sức chịu tải theo vật liệu làm cọc

Dùng công thức tính toán như cấu kiện bê tông chịu nén đúng tâm của TCVN

5574:2012

v = 0.7 và lo= v.l = 0.7*12 = 8.4m

= lo/r = 8.4/0.15 = 56 φ=0.84

Qvl = φ(Rn*Ap+Ra*Aat) = 0.84(130*625+2700*10.18) = 91,34T

4.4.2. Sức chịu tải theo đất nền

Theo TCXD 205-1998, với cọc dài 12m, cạnh cọc d = 300mm đóng vào các lớp

đất như sau:

+ Thành phần Qs= As.fs

- Xét đoạn cọc thứ nhất:

fs1 = (1-sinφ1)*σv1*tanφ1+c1 = (1-sin14°09’)*1.4*1.85*tan14°09’+3.2 = 3.69T/m2


fs2 = (1-sinφ2)*σv2*tan φ2+c2

= (1-sin09°15’)*(1.85*2.75+1.96*1.48)*tan 09°15+1.4 = 2.49T/m2




= (1-sin24°56’)*(1.85*2.75+1.96*2.95+1.94*1.45)*tan24°56+0.8 = 4.48T/m2



= (1-sin10°02)*(1.85*2.75+1.96*2.95+1.94*2.9+1.86*1.15)*tan 10°02+1.4

= 4.12T/m2



= (1-sin16°18)*(1.85*2.75+1.96*2.95+1.94*2.9+1.86*2.3+1.84*0.5)*tan16°18+3.5

= 8.06T/m2

Qs = 1*(3.69*2.75+2.49*2.95+4.48*2.9+4.12*2.3+8.06*1.1) = 48.83T

+ Thành phần Qp= qp*Ap

=16°18Nc=13.7, Nq=5, N=3

qp= c*Nc+ σ’v*Nq+ γ’*d*Nγ

= 3.5*13.7+(1.85*2.75+1.96*2.95+1.94*2.9+1.86*2.3+1.82*1.1)*5+1.82*0.25*3

=163.19T/m2

Ap=0.3*0,3=0.09m2

Qp=qp*Ap=163.19*0.09 = 14,7T

+ Sức chịu tải cực hạn Qu = Qs+Qp = 48.83+14,7=63,53T

+ Sức chịu tải cho phép Qa=Qu/2=31,8T

5. TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH CỌC

5.1. Tính toán giá thành cọc bê tông cốt thép thƣờng

Tại thời điểm thi công cọc tại công trường, dựa vào công bố giá vật liệu xây dựng

tháng 7/2015 của liên sở Xây dựng – Tài chính tỉnh Đồng Nai. Ta có bảng dự toán cho 1

cọc bê tông cốt thép thường cạnh 300x300mm, chiều dài 12m như sau:

STT Vật liệu Chiều

dài (m)

Khối

lượng

(m3, kg)

Đơn giá

(đồng)

Thành tiền

(đồng)

1 Bê tông mác 300 1.08 1,359,000 1,467,720

2 Thép (thép chủ) 48 95.88 14,200 1,361,555

3 Thép (thép đai) 121.20 26.90 14,200 381,992

4 Thép (lưới thép đầu cọc) 2.40 3.79 14,200 53,790

5 Thép bản 270x140x6 (mối nối) 2.16 14.24 14,800 210,797

6 Thép góc L100x100x20x280 (mối

nối) 2.24 28.13 14,800 416,389

Tổng 3,892,243


Ghi chú: Bảng dự toán trên chỉ bao gồm chi phí vật liệu chính chế tạo cọc, chưa bao gồm

chi phí nhân công và các chi phí khác.

Vậy chi phí vật liệu chính cho 1m dài cọc bê tông cốt thép thường là: 3,892,243

324,35412

đồng.

5.2. Giá thành cọc bê tông ứng suất trƣớc

Theo báo giá của nhà cung cấp, tại thời điểm thi công ép cọc tháng vào 7/2015

bảng giá cọc bê tông ly tâm ứng suất trước như sau:

Như vậy với cọc ống bê tông D300 loại A thi công tại công trường, giá xuất xưởng

là 216,300 đồng/m. Nếu tính chi phí vận chuyển đến công trường và các loại chi phí khác

là 10% giá thành cọc xuất xưởng, chi phí cho 1m cọc bê tông ly tâm ứng suất trước D300

là 237,930 đồng.


6. KẾT LUẬN

a) Cọc bê tông ly tâm ứng suất trước đường kính D300 và cọc bê tông cốt thép thường

cạnh d = 300mm có sức chịu tải là tương đương nhau về khả năng chịu tải theo vật

liệu và theo đất nền.

b) Tính toán lý thuyết theo tiêu chuẩn xây dựng Viêt Nam cho thấy, trong điều kiện địa

chất khu vực Trường Cao đẳng Công nghệ và Quản trị Sonadezi và khu vực có điều

kiện địa chất tương tự, cọc bê tông ly tâm ứng suất trước và cọc bê tông cốt thép

thường có sức chịu tải theo vật liệu Pvl lớn hơn khoảng 3 lần sức chịu tải theo đất nền

Pđn (Pvl 3Pđn).

c) Theo công bố của nhà sản xuất cọc, sức chịu tải dọc trục lớn nhất của cọc bê tông ly

tâm ứng suất trước sử dụng là 90 tấn. Trong quá trình theo dõi thi công ép cọc, nhiều

vị trí cọc ép đến độ sâu nhỏ hơn độ sâu thiết kế thì tải trọng ép đã tăng lên đến Pmax =

100 tấn và cọc vẫn còn làm việc bình thường. Cho thấy cọc bê tông ly tâm ứng suất

trước sử dụng đạt chất lượng cao.

d) Móng cọc sử dụng tại Công trình Trường Cao đẳng Sonadezi có độ sâu cọc thiết kế là

12m với tải trọng thiết kế Ptk = 40 tấn. Kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc đạt trị số ổn

định qui ước ở cấp tải lớn nhất Pmax = 100 tấn. Cho thấy phương án móng cọc sử dụng

cọc bê tông ly tâm ứng suất trước đạt độ an toàn cao về mặt kỹ thuật.

e) Cọc bê tông ly tâm ứng suất trước có diện tích mặt cắt ngang cọc nhỏ và thép trong

cọc ít nên tiết kiệm được khối lượng bê tông và cốt thép trong cọc, dẫn đến chi phí

sản xuất cọc là thấp. Tính toán giá thành cọc cho thấy, cọc bê tông ly tâm ứng suất

trước đường kính D300 có giá 237,930 đồng/mét cọc và cọc bê tông cốt thép thường

cạnh d = 300mm có giá 324,354 đồng/mét cọc. So sánh cho thấy giá thành cọc bê

tông ly tâm ứng suất trước đường kính D300 thấp hơn giá thành sản xuất cọc bê tông

cốt thép thường cạnh d = 300mm khoảng 25%. Cùng khả năng chịu tải thì chi phí cọc

bê tông ly tâm ứng suất trước D300 do các công ty sản xuất cọc cung cấp thấp hơn chi

phí sản xuất cọc bê tông cốt thép thường cạnh d = 300mm. Cho thấy phương án móng

cọc sử dụng cọc bê tông ly tâm ứng suất trước Công trình Khối phòng học 5 tầng –

Khu B thuộc Dự án Trường Cao đẳng Công nghệ và Quản trị Sonadezi mang lại hiệu

quả cao về mặt kinh tế.

f) Cọc bê tông ly tâm ứng suất trước được áp dụng rất phổ biến ở Việt Nam trong những

năm gần đây, hoàn toàn có thể thay thế cho cọc bê tông cốt thép thường.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Châu Ngọc Ẩn. Nền và móng công trình. Nhà xuất bản xây dựng. 2008.

[2] Ngô Phi Minh. Bài giảng môn học Nền móng. Tài liệu lưu hành nội bộ Trường Cao

đẳng Công nghệ và Quản trị Sonadezi.

[3] Lê Văn Sắc, Phạm Văn Hiệp. Nghiên cứu cọc bê tông ly tâm ứng lực trước.

[4] Lâm Văn Phong, Trần Khanh Hùng. Một số vấn đề về cọc ống bê tông cốt thép ứng

suất trước trong thực tế áp dụng tại Việt Nam. Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học

Bách Khoa TP.HCM.


[5] Công ty Cổ phần Xây lắp Sonacons. Thuyết minh báo cáo kinh tế kỹ thuật, Công trình

khối phòng học 5 tầng – Khu B thuộc Dự án Trường Cao đẳng Công nghệ và Quản trị

Sonadezi. 2014.

[6] Công ty Cổ phần Vận tải Xây dựng Nam Việt. Báo cáo thí nghiệm, Cọc – Phương

pháp thử nghiệm hiện trường bằng phương pháp nén dọc trục, Công trình Khối phòng

học 5 tầng – Trường Cao đẳng Công nghệ và Quản trị Sonadezi. 2014.

[7] Công ty Cổ phần Xây dựng Đồng Nai. Hồ sơ Bản vẽ hoàn công, Công trình Khối

phòng học 5 tầng – Trường Cao đẳng Công nghệ và Quản trị Sonadezi. 2015.

[8] Tiêu chuẩn Việt Nam. TCVN 5574:2012, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu

chuẩn thiết kế. Bộ Khoa học và Công nghệ. 2012.

[9] Tiêu chuẩn xây dựng. TCXD 205:1998 – Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế. VN. 1998.

[10] Tiêu chuẩn Việt Nam. TCVN 7888:2014, Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước. Bộ

Khoa học và Công nghệ. 2014.

[11] Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam. TCXDVN 269:2002, Cọc - Phương pháp thí

nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục. Nhà xuất bản xây dựng. 2002.

[12] Tiêu chuẩn Việt Nam. TCVN 9393:2012, Cọc - Phương pháp thí nghiệm hiện

trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục. Bộ Khoa học và Công nghệ. 2012.

[13] Công bố giá vật liệu xây dựng tháng 7/2015. Liên Sở Xây dựng – Tài chính tỉnh

Đồng Nai. 2015.

[14] Báo giá cọc bê tông ly tâm dự ứng lực tháng 7/2015. Công ty TNHH Xây dựng công

trình Hùng Vương. 2015.

http://amc.edu.vn/co-so-du-lieu/tieu-chuan-quy-chuan/651-coc-va-nen-mong-cong-trinh/4813-tcvn-7888-2014-coc-be-tong-ly-tam-ung-luc-truoc.html

http://amc.edu.vn/co-so-du-lieu/tieu-chuan-quy-chuan/651-coc-va-nen-mong-cong-trinh/4813-tcvn-7888-2014-coc-be-tong-ly-tam-ung-luc-truoc.html


CÁC PHƢƠNG PHÁP THI CÔNG BÊ TÔNG ĐẶC BIỆT

GVHD: Hoàng Trọng Quang

SVTH: Trần Viết Lưu


TÓM TẮT

Bài báo trình bày một số phương pháp thi công bê tông đặc biệt như phương pháp

thi công bê tông trong điều kiện khí hậu nóng, phương pháp bơm hút nước trong bê tông

nhằm làm tăng chất lượng bê tông, phương pháp thi công bê tông phun (Shotcrete),

phương pháp thi công bê tông đầm lăn nhằm cung cấp một cái nhìn phong phú hơn về

các phương pháp thi công bê tông ngoài các phương pháp thi công truyền thống mà sinh

viên đã được tiếp cận trong chương trình học.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ:

Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nóng ẩm, mưa nhiều, nhiệt độ trong năm có lúc

lên đến gần 400C. Ở nhiệt độ này vữa bê tông bị mất nước rất nhanh. Vì vậy, các phương

pháp nhào trộn, vận chuyển, đổ khuôn bê tông thông thường không được áp dụng chính

xác trong trường hợp này mà cần phải có một số điều chỉnh phù hợp.

Ở khía cạnh ngược lại, chính lượng nước dư thừa trong vữa bê tông sẽ làm giảm

cường độ của bê tông (lượng nước dư thừa tức là lượng nước phục vụ cho tính công tác,

tính dẻo của bê tông). Vì vậy, để làm tăng chất lượng bê tông, chúng ta cần loại bỏ lượng

nước dư thừa này, chỉ để lại vừa đủ lượng nước để bê tông ninh kết.

Trong thi công bê tông cho đường hầm ngầm hoặc mái dốc thì phương pháp phun

bê tông tỏ ra rất hữu hiệu vì phương pháp này không đòi hỏi phải làm ván khuôn. Tuy

nhiên phương pháp này lại đòi hỏi tay nghề công nhân cao và vữa bê tông phải sử dụng

phụ gia cuốn khí.

2. THI CÔNG BÊ TÔNG TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU NÓNG:

Để thuận tiện, có thể coi rằng bê tông được thi công tại nhiệt độ không khí trên

350C được coi là khí hậu nóng. Tại nhiệt độ này, nhiều vấn đề đặc biệt thường xảy ra

như: tốc độ thuỷ hoá xi măng nhanh, thời gian ninh kết ngắn; nước nhào trộn bay hơi

nhanh; co ngót dẻo lớn hơn; có ít thời gian hoàn thiện; giảm độ ẩm tương đối; hút nước

khỏi bê tông do nền hoặc ván khuôn; khó khăn khi bảo dưỡng liên tục và bảo dưỡng từng

phần; khó khăn khi sử dụng phụ gia cuốn khí. Những vấn đề này cần xem xét cẩn thận

khi muốn chế tạo bê tông trong điều kiện khí hậu nóng.

a) Tốc độ thuỷ hoá nhanh: Tốc độ thuỷ hoá phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ để

thuỷ hoá xi măng nằm trong khoảng 27 ± 20C. Ở nhiệt độ cao hơn thời gian ninh kết sẽ

giảm, bê tông sẽ sớm đông cứng và tính công tác giảm nhanh. Điều này cũng chỉ ra rằng

chất lượng của gel và cấu trúc gel hình thành tại nhiệt độ cao trong thời gian đầu của quá

trình thuỷ hoá có chất lượng thấp. Bê tông được thi công trong thời tiết nóng sẽ phát triển

cường độ sớm nhưng nó sẽ mất cường độ ở giai đoạn sau.


b) Nước nhào trộn bị bốc hơi nhanh: điều kiện thời tiết nóng thường gắn liền với

độ ẩm tương đối thấp. Vì vậy lượng nước nhào trộn nhằm tạo ra tính công tác cho hỗn

hợp bê tông sẽ bị mất. Bê tông sẽ trở nên không thể thi công được hay không thể đầm

nén hỗn hợp bê tông chặt hoàn toàn được. Do vậy sẽ tồn tại nhiều lỗ rỗng trong bê tông

và bê tông sẽ giảm cường độ.

c) Co ngót dẻo lớn: Tốc độ bay hơi nước khỏi bề mặt của bê tông nhanh hơn so

với tốc độ nước chuyển từ bên trong ra mặt ngoài bê tông. Do vậy sẽ hình thành gradient

độ ẩm gây ra các vết nứt trên bề mặt, điều này được biết như là vết nứt do co ngót dẻo.

Co ngót dẻo lớn hơn trong trường hợp sàn, lớp phủ mặt đường, nơi bề mặt tiếp xúc lớn so

với chiều dầy.

d) Thời gian hoàn thiện: Trong thời tiết nóng, hoàn thiện cần thực hiện càng sớm

càng tốt, ngay sau khi đổ bê tông. Trong nhiều trường hợp nếu không thể hoàn thiện sớm

do đông cứng nhanh và bay hơi nước nhanh, chất lượng của công tác hoàn thiện sẽ kém.

Thường thì phải bổ xung thêm vữa dẻo và do vậy chất lượng sẽ giảm.

e) Hút nước do cốt liệu: Trong vùng khí hậu nóng cốt liệu sẽ hút nước, cốt liệu

hay bề mặt cần làm ướt trước khi thi công bê tông, điều này cần thực hiện cẩn thận, nước

trong bê tông có thể bị bề mặt tiếp xúc hút đi do vậy vùng bê tông tiếp xúc sẽ có chất

lượng kém.

f) Bảo dưỡng: Trong thời tiết nóng bảo dưỡng sớm là rất cần thiết. Thời tiết nóng

đòi hỏi cần bảo dưỡng liên tục. Nếu có sai sót, bề mặt bê tông sẽ khô nhanh và quá trình

thuỷ hoá sẽ ngắt quãng. Khi bị ngắt quãng, sau đó bổ xung thêm nước thì bê tông cũng

không thể phát triển cường độ một cánh đầy đủ. Tuy nhiên bảo dưỡng liên tục trong thời

tiết nóng đòi hỏi thêm chi phí về nước và nhân công.

g) Cuốn khí: Bê tông cuốn khí ít được sử dụng trong điều kiện khí hậu nóng. Tuy

nhiên có thể sử dụng nếu xem xét kỹ hơn tính công tác, tăng tỷ lệ tác nhân cuốn khí để

giảm bớt ảnh hưởng của nhiệt độ cao. Không có tiêu chuẩn cụ thể ứng với nhiệt độ khi

tính toán hàm lượng cuốn khí.

Cần chú ý: Để cải thiện chất lượng bê tông, cần giữ nhiệt độ càng thấp càng tốt.

Để đạt được điều này trong điều kiện khí hậu nóng, cần giữ nhiệt độ của các thành phần

vật liệu của bê tông càng thấp càng tốt. Cụ thể là cần chú ý các điều sau:

- Cốt liệu: Cốt liệu cần giữ nơi thoáng mát, có mái che. Phun nước lên cốt liệu,

nước bay hơi sẽ làm giảm nhiệt độ của cốt liệu. Nếu có thể phun nước lạnh lên cốt liệu

trước khi thi công thỡ càng tốt.

- Nước: Nhiệt độ của nước ảnh hưởng rất lớn đến nhiệt độ bêtông. Trong thực tế

nhiệt độ của nước dễ điều chỉnh hơn nhiệt độ của các thành phần khác. Mặt dù hàm

lượng nước ít hơn so với các thành phần khác nhưng sử dụng nước lạnh có tác dụng tốt

đến việc làm giảm nhiệt độ bê tông. Nếu nhiệt độ môi trường rất cao, sử dụng nước lạnh

không đạt hiệu quả. Lúc này cần sử dụng nước đóng băng. Các viên đá lạnh được nghiền

nhỏ và trộn trực tiếp vào hỗn hợp. Cần chắc chắn rằng các viên đá phải tan hoàn toàn khi

kết thúc nhào trộn. Khả năng giảm nhiệt độ của bê tông khi dùng nước đá dạng viên từ 12

-200C tuỳ theo nhiệt độ của bê tông và liều lượng nước đá từ 60 -100 kg.


- Nhào trộn và vận chuyển: Nhiệt độ của cốt liệu, nước và xi măng sẽ được giữ ở

nhiệt độ thấp nhất có thể để nhiệt độ của bê tông dưới 350C. Bê tông được nhào trộn

trong thời gian tối thiểu. Khi sử dụng nước đá dạng viên cần phải nhào trộn thêm đủ để

các viên đá tan hết. Hỗn hợp bê tông cần được nhào trộn ở gần nơi đổ để thời gian vận

chuyển là tối thiểu.

- Cốt thép, ván khuôn, cốt liệu cần được phun nước lạnh ngay trước khi đổ bê

tông.

- Cốt thép ở ngoài bê tông có thể được giữ lạnh bằng bất kỳ cách nào. Cần bổ

sung thêm nhiều nhân công để hoàn thành sớm việc thi công bê tông.

- Bê tông nên được đổ thành từng lớp mỏng để thời gian giữa các lần đổ là ngắn,

nhưng không nên quá mỏng để không bị khô quá nhanh. Bê tông ở lớp hoàn thiện cần

được che phủ cẩn thận tránh mất nước bề mặt. Phủ bề mặt bê tông bằng các bao tải, vỏ

bao xi măng ướt… và tránh để nước từ các bao này nhỏ vào bê tông tươi. Che phủ bề mặt

sàn bằng bao tải ướt là không thích hợp lắm vì hoàn thiện bề mặt đóng vai trò quan trọng

nhất. Bảo dưỡng ẩm nên tiến hành càng sớm càng tốt. Nếu bê tông được bảo dưỡng ẩm

tốt, các mối liên kết có thể xuất hiện sau 24 giờ trong kết cấu sàn, mái.

- Cần nhớ rằng bê tông không được để khô đồng thời, không nên bảo dưỡng bổ

sung thêm nước trước khi xi măng ninh kết. Sự xuất hiện một vài phần tử khô trên bề

mặt bê tông không có nghĩa là thời gian ổn định kết thúc.

- Khi nhiệt độ môi trường rất cao, cần đổ bê tông vào buổi tối và bê tông sẽ bắt

đầu thuỷ hoá trong điều kiện khí hậu mát mẻ.

3. BƠM HÚT NƢỚC TRONG BÊ TÔNG:

Tỷ lệ nước/xi măng cao làm ảnh hưởng đến chất lượng bê tông, tỷ lệ nước/xi

măng thấp lại không đủ tạo ra tính công tác cho bê tông để đạt được hiệu quả đầm nén

100%. Tính công tác cao và chất lượng cao hay tính công tác rất thấp và chất lượng cao

không cùng xuất hiện đồng thời. Tuy nhiên trong qúa trình bơm bê tông, ta sẽ gặp đồng

thời cả 2 điều này. Quá trình này cần bê tông có tính công tác cao và tạo ra bê tông có

chất lượng cao.

Trong quá trình này, nước dư thừa để tạo ra tính công tác chứ không dùng để thuỷ

hoá xi măng, và nó ảnh hưởng đến quá trình bêtông rắn chắc. Nó sẽ bị thoát ra trong quá

trình thi công bê tông, và quá trình này được thực hiện tốt sẽ tạo ra bê tông có chất lượng.

Quá trình này có thể cho phép dỡ ván khuôn sớm. Các thiết bị bao gồm một máy hơm

hơi, thùng đựng nước và một màng ngăn. Màng ngăn có thêm một nút bằng cao su nút ở

đầu ống, một tấm phẳng bằng kim loại và hệ thống ống dẫn. Trên đỉnh của màng được

gắn với máy bơm. Máy bơm hoạt động tạo ra lực hút, hút nước ra khỏi bê tông qua các

ống nhỏ hay qua lớp vải thấm. Tối thiểu một mặt của bê tông phải tiếp xúc với môi

trường không khí để tạo ra sự chênh áp lực. Quá trình thoát nước, cần tiến hành cùng với

đầm rung bê tông.


Có thể hút nước ra khỏi bề mặt trên cùng của bê tông hay từ mặt bên của bê tông.

Hiệu quả của việc hút chỉ khác nhau nhỏ. Kích thước của màng ngăn (tấm hút) không nên

nhỏ hơn 90cm x 60cm nếu không việc hút sẽ không đạt hiệu quả.

Tốc độ hút nước phụ thuộc vào tính công tác của hỗn hợp, kích thước lớn nhất của

cốt liệu, tỷ lệ các hạt mịn và hạt lớn, hàm lượng xi măng.

Nói chung cần lưu ý :

- Lượng nước được hút ra phụ thuộc vào tính công tác ban đầu hay hàm lượng

nước tự do. Tỷ lệ nước/xi măng giảm nhiều khi mà tỷ lệ nước/xi măng ban đầu lớn.

- Nếu tỷ lệ nước/xi măng ban đầu không đổi, lượng nước hút được tăng khi tăng

đường kính lớn nhất của cốt liệu hay giảm hàm lượng các hạt mịn.

- Tỷ lệ nước/xi măng giảm rất ít với hỗn hợp có tỷ lệ nhỏ hơn 6:1 nhưng vẫn thu

được những kết quả tốt.

- Chiều dầy lớp bê tông càng lớn tỷ lệ nước/xi măng giảm càng nhỏ. Khả năng bê

tông đạt được cường độ ngay sau khi dừng quá trình được cải thiện, nhất là có sử dụng

một lượng cốt liệu nhỏ hợp lý, cốt liệu lớn có đường kính tối đa là 19mm và sử dụng cấp

phối liên tục.

- Chất lượng còn tăng thêm nếu kéo dài thời gian xử lý, khoảng từ 15 –20 phút và

tối đa là 30 phút.

- Sử dụng tỷ lệ nước/xi măng thấp để cải thiện chất lượng bê tông nhưng lại ảnh

hưởng đến tính công tác. Khi đó có giải pháp là sử dụng phụ gia siêu dẻo và một cách

khác là hút nước ra khỏi bê tông…

- Người ta thấy rằng khi thi công hỗn hợp bê tông, ximăng có xu hướng tập trung

trên bề mặt. điều này là do khi hút nước, xi măng bị cuốn theo và bị hút lên bề mặt. Do

vậy tỷ lệ nước/xi măng ở bề mặt sẽ thấp hơn phần bên trong, thường nằm trong khoảng

0.16 - 0.30. Bởi vì vậy khi hút nước, bê tông sẽ có cường độ không đồng nhất.

- Khi hút nước đồng thời kết hợp với đầm rung sẽ làm giảm hiện tượng này và làm

tăng cường độ bê tông. Nếu không rung động, sẽ hình thành các lỗ rỗng mao quản do

nước và sẽ không thể cải thiện cường độ bê tông mặc dù tỷ lệ nước/xi măng giảm. quan

hệ giữa cường độ của mẫu thử có đầm rung và không đầm rung.

- Cường độ của mẫu thử có đầm rung và sau khi hút nước tăng từ 30-90% so với

mẫu thử ban đầu.

Bơm, hút nước ra khỏi bê tông:

Ta biết rằng tỷ lệ nước/xi măng thấp sẽ cải thiện chất lượng bê tông, nhưng vẫn

phải thoả mãn tính công tác để thi công bê tông. Phương pháp giải quyết là sử dụng phụ

gia siêu dẻo hoặc bơm hút nước ra khỏi bê tông. Trong 10 năm trở lại đây, bơm hút nước

ra khỏi bê tông là một công nghệ được sử dụng rất rộng rãi trong xây dựng sàn. Quá trình

được thực hiện với các dụng cụ như: ván khuôn có dạng ống, máy đầm rung trong, hai

bàn rung, máy bơm, màng lọc, đĩa thép…


Đầu tiên, bê tông với tỷ lệ nước/xi măng cao để dễ dàng đầm chặt bằng đầm dùi

và bê tông này có thể rót. Sau đó bê tông được đầm bằng đầm bàn và tạo cho bề mặt bê

tông phẳng. Màng ngăn được lắp đặt tại 4 góc. Trong vòng 30 phút máy bơm sẽ hoạt

động và hút nước ra ngoài, “nước phục vụ tính công tác” Máy bơm sẽ hoạt động trong

thời gian từ 20 – 30 phút phụ thuộc vào bề dầy tấm bê tông sàn. Sau khi hút nước, bề mặt

bê tông rất cứng và lượng nước mất đi khoảng 20%. Sau đó bê tông được xử lý bề mặt và

hoàn thiện.

4. VỮA PHUN VÀ BÊ TÔNG PHUN:

Vữa phun là vữa xi măng + nước được phun qua ống bằng áp lực hơi, phun ra với

tốc độ nhanh lên bề mặt. Gần đây phương pháp này được phát triển, người ta đã cho thêm

vào cốt liệu thô có đường kính nhỏ. Vì thế làm tăng chiều dầy lớp vữa phun, quá trình thi

công kinh tế hơn, giảm được hàm lượng xi măng. Nói chung có thể sử dụng hỗn hợp bê

tông có độ sụt bằng không. Lực phun sẽ đầm nén vật liệu.

Có thể sử dụng thêm bộ phận tăng tốc gắn ở đầu vòi phun để phun bê tông. Không

có sự khác biệt lớn giữa vữa phun và bê tông phun. Vữa phun được sử dụng đầu tiên vào

đầu năm 1900. Quá trình được tiến hành bằng áp lực hơi và phun vữa với chiều dày nhỏ.

Còn bê tông phun mới được sử dụng gần đây dựa trên nguyên tắc tương tự vữa phun

nhưng có thể thi công với chiều dày lớn hơn do sử dụng cốt liệu thô đường kính nhỏ.

Có hai phương pháp thi công bê tông phun, đó là phương pháp khô và phương

pháp ướt. Phương pháp khô có nhiều ưu điểm và thường được sử dụng.

Phương pháp khô được tiến hành như sau:

- Xi măng và cát được nhào trộn kỹ.

- Hỗn hợp xi măng cát được cho vào một thùng khí nén đặc biệt được gọi là “súng

bơm”.

- Hỗn hợp được vận chuyển trong ống dẫn ruột ngựa bằng bánh xe hay bằng súng.

- Vật liệu được vận chuyển ra đầu vòi (đặc biệt). Trong vòi nước được phun vào

với áp lực và nhào trộn ngay lập tức với xi măng/cát.

- Vữa ướt được phun ra khỏi vòi với vận tốc lớn lên bề mặt cần thi công.

Phương pháp ướt:

Hỗn hợp được nhào trộn với nước giống như bê tông thường trước khi vận chuyển

qua các ống dẫn để đến đầu vòi. Tại đầu vòi bê tông được phun ra bằng không khí nén

cũng giống như phương pháp khô.

Gần đây phương pháp ướt không được thường xuyên sử dụng. Phương pháp khô

hay được sử dụng vì nhiều ưu điểm và có thể phun mạnh hoặc phun yếu. Hệ thống phun

mạnh sử dụng đầu vòi có đường kính nhỏ, áp lực hơi nén cao, khoảng 90 – 120 m/s, tạo

ra hiệu qủa đầm nén rất tốt. Còn hệ thống phun yếu sử dụng đầu vòi có đường kính lớn

và phun rộng hơn, hiệu quả đầm nén cũng không lớn.

Ưu điểm của phương pháp trộn ướt và phương pháp trộn khô


Một vài ưu ñiểm của phương pháp trộn ướt và phương pháp trộn khô được trình

bày dưới đây. Mặc dù phương pháp trộn ướt có thể điều chỉnh tỷ lệ N/X dễ dàng hơn

nhưng với tỷ lệ N/X nhỏ phương pháp khô vẫn được sử dụng rộng rói. Bởi vì việc bơm

cốt liệu nhẹ rất khó vì thế sử dụng cốtliệu có đường kính lớn hơn theo phương pháp khô

là hợp lý. Phương pháp khô rất nhạycảm với độ ẩm của cát, độ ẩm của cát quá cao có thể

làm tắc ống. Phương pháp khô có tỷ lệ N/X nhỏ nên co ngót nhỏ và độ bền lớn hơn so

với phương pháp ướt nhưng phương pháp ướt có thể sử dụng phụ gia cuốn khí để cải

thiện độ bền của bê tông. Phụ gia được sử dụng dễ dàng hơn với phương pháp ướt còn

phương pháp khô có thể tạo ra hiện tượng tập trung phụ gia tại một vùng. Phương pháp

ướt có thể thực hiện khi bề mặt phun có bụi, công nhân vẫn thi công được khi có gió

mạnh hơn so với phương pháp khô. Do có áp lực bơm lớn cho nên phương pháp ướt có

năng suất thi công lớn hơn phương pháp khô.

Các lưu ý khi sử dụng bê tông phun:

Với giá thành cao nên bê tông phun không được sử dụng rộng rãi. Nó chỉ được sử

dụng ở những nơi đặc biệt thích hợp với phương pháp này. Ván khuôn chỉ cần đặt ở một

bên để phun bê tông vào, hơn nữa ván khuôn không cần khoẻ như trong trường hợp đổ bê

tông thông thường. Bê tông phun thích hợp với kết cấu có chiều dày nhỏ mặc dù không

có lý do về mặt kỹ thuật giới hạn chiều dày thi công cả theo chiều ngang và chiều đứng.

Tuy nhiên thường giới hạn ở chiều dày là 200mm.

Rất khó tạo ra bề mặt bê tông phẳng nhẵn khi sử dụng bê tông phun đặc biệt khi

dùng phương pháp khô. Thường thì phải sử dụng thêm lớp vữa trát dày khoảng 2cm bao

ngoài lớp vữa phun.

Phương pháp khô có tốc độ phun tối đa khoảng 15 m3/giờ, với phương pháp ướt

có thể cao hơn.

Các yêu cầu kỹ thuật đối với xi măng, cốt liệu và nước đối với bê tông thường có

thể áp dụng cho bê tông phun nhưng cốt liệu cần cứng hơn, xi măng không ninh kết quá

sớm.

Phụ gia có thể sử dụng cho bê tông phun giống như bê tông thường. Phụ gia nên

trộn thêm với nước. Do rất khó điều chỉnh, những phụ gia rất nhạy cảm, mức độ ảnh

hưởng lớn không nên sử dụng.

Không có nhiều thông tin về co ngót khô và từ biến của bê tông phun. Co ngót khô

phụ thuộc và hàm lượng nước do vậy có thể nhỏ khi sử dụng phương pháp khô.

Từ biến của bê tông phun theo phương pháp khô tương tự như với bê tông thường

chất lượng cao. Nhưng từ biến và co ngót của bê tông phun theo phương pháp ướt cao

hơn.

5. BÊ TÔNG ĐẦM LĂN:

Bê tông đầm lăn (RCC) được phát triển gần đây, đặc biệt là trong xây dựng đập

nước. Bê tông được đầm lăn có độ sụt gần như bằng không và rất khô. Hỗn hợp cốt liệu,

xi măng và nước được nhào trộn như đối với bê tông thường bằng các máy trộn thích

hợp. Có thể bổ sung thêm tro bay. Trong nhiều trường hợp, có thể bổ sung thêm 60% tro

bay so với khối lượng xi măng. Hàm lượng ximăng có thể thay ñổi từ 60 – 360 kg/m3.


Bê tông đầm lăn được thi công thành từng lớp đủ mỏng để đầm chặt. Chiều dày tối

ưu là từ 20 – 30 cm. Để đảm bảo lực dính kết giữa lớp bê tông cũ và lớp mới hay tại mối

nối phải đảm bảo không bị phân tầng, là trải một lớp vữa mỏng dẻo ở dưới đáy trước khi

đổ. Cường độ chịu nén có thể đạt từ 7– 30 MPa. Để đạt hiệu quả, bê tông đầm lăn phải đủ

khô để đầm lăn nhưng cũng phải đủ ướt để rắn chắc.

Đầu tiên bê tông đầm lăn được sử dụng năm 1978 và 1980 tại Nhật Bản. Sau đó

rất nhiều đập nước sử dụng loại bê tông này. Trong 7 năm tiếp theo (1992) 96 đập nước

sử dụng loại bê tông này ở 17 nước khác nhau chủ yếu ở Mỹ, Nhật, Tây Ban Nha. Ở

Pháp phương pháp này áp dụng để thi công lớp móng đường ô tô và sân bay.

Phương pháp bê tông đầm lăn đã được nghiên cứu ứng dụng tại Việt Nam có kết

quả tốt.

6. KẾT LUẬN:

Kết cấu bê tông cốt thép chính là bộ phận chịu lực của công trình, nó quyết định

tuổi thọ của công trình, trong đó chất lượng bê tông đóng vai trò rất lớn. Vì vậy, chúng ta

cần phải lưu ý lựa chọn các phương pháp thi công thích hợp nhằm làm tăng chất lượng

của bê tông.

* Khi thi công trong điều kiện khí hậu nóng, chúng ta cần lưu ý những điểm sau

đây:

- Cốt thép, ván khuôn, cốt liệu cần được phun nước lạnh ngay trước khi đổ bê

tông.

- Nhiệt độ của nước ảnh hưởng rất lớn đến nhiệt độ bêtông. Trong thực tế nhiệt độ

của nước dễ điều chỉnh hơn nhiệt độ của các thành phần khác.

- Khi nhiệt độ môi trường rất cao, cần đổ bê tông vào buổi tối và bê tông sẽ bắt

đầu thuỷ hoá trong điều kiện khí hậu mát mẻ.

* Khi bơm hút nước trong bê tông, cần chú ý:

- Lượng nước được hút ra phụ thuộc vào tính công tác ban đầu hay hàm lượng

nước tự do

- Người ta thấy rằng khi thi công hỗn hợp bê tông, ximăng có xu hướng tập trung

trên bề mặt. điều này là do khi hút nước, xi măng bị cuốn theo và bị hút lên bề mặt. Do

vậy tỷ lệ nước/xi măng ở bề mặt sẽ thấp hơn phần bên trong, thường nằm trong khoảng

0.16 - 0.30. Bởi vì vậy khi hút nước, bê tông sẽ có cường độ không đồng nhất.

* Những điều cần lưu ý khi sử dụng bê tông phun:

- Có nhiều nghiên cứu sử dụng bê tông phun ở Châu Âu và ở Mỹ trong vòng 15

năm gần đây bởi vì đặc tính sử dụng của bê tông phun rất tốt (cụ thể là sử dụng vữa

phun): cứng, đầm nén tốt, bê tông phun có cấu trúc tốt.

- Cường độ và tính chất của bê tông phun cũng giống như vữa và bê tông thường

có cùng tỷ lệ và hàm lượng nước. Bê tông phun là hỗn hợp có hàm lượng xi măng cao và

tỷ lệ nước/xi măng rất thấp.Bê tông phun có cường độ trung bình khoảng 35MPa. Một


điểm mạnh của bê tông phun là dính kết rất tốt với lớp bê tông cũ, bề mặt đá hay thậm

chí với bề mặt kim loại.

- Những nghiên cứu gần đây sử dụng cốt sợi tăng cường đối với bê tông phun. Cốt

sợi thép dài khoảng 20mm được nhào trộn với bê tông phun và được bơm bình thường.

Các cốt sợi làm tăng đáng kể cường độ chịu kéo của bê tông.


[1] PGS.TS Phạm Duy Hữu, “Công nghệ bê tông và bê tông đặc biệt”, NXB Xây Dựng,

Hà Nội, 2005.

[2] Elwyn H. King, “Bêtông phun - Shortcrete”, Tạp chí Cầu Đường Việt Nam tháng 12

năm 2002.

[3] PGS.TS. VũThanh Te, “Bê tông đầm lăn”, Hội Đập lớn và Phát triển nguồn nước

Việt Nam, 2014.

[4] TCVN 5574: 2012, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế.

http://vptv.com.vn/tintuc/60-tcvn-55742012-ket-cau-be-tong-va-be-tong-cot-thep-tieu-chuan-thiet-ke.html


TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN HỢP LÝ KHUNG NHÀ CÔNG

NGHIỆP MỘT TẦNG BẰNG KẾT CẤU THÉP

GVHD: Võ Xuân Thạnh

SVTH: Phạm Thành Tôn, Võ Xuân Công


TÓM TẮT

Bài viết này đưa ra hai phương án khung thanh kèo thép và khung dàn vì kèo thép,

đồng thời chọn lựa sơ đồ kết cấu có nội lực ở phần móng như nhau, phân tích khả năng

chịu lực phần kết cấu bên trên và sự hao phí vật liệu của hai phương án để người thiết kế

chọn lựa phù hợp theo nhu cầu kết cấu, kiến trúc của chủ đầu tư.


Ở nước ta nhà công nghiệp sử dụng kết cấu thép đã phát triển mạnh theo con

đường thương mại từ những năm 2002. Nói đến thiết kế nhà xưởng công nghiệp là nói

đến thiết kế nhà thép tiền chế với các khung kèo thép vượt nhịp. Ngoài chức năng vượt

nhịp, bền vững còn đòi hỏi yêu cầu về kiến trúc thanh mảnh nhẹ nhàng, như vậy cần phải

nghiên cứu tính toán và lựa chọn kết cấu khung nhà công nghiệp hợp lý.

2. DẦM THÉP TỔ HỢP

2.1. Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn:

a) Theo điều kiện bền chịu mô men uốn Mmax

c

x

xf

M

W

max,

max

b) Theo điều kiện bền chịu cắt Vmax

cv

wx

x ftI

SV max

max

c) Kiểm tra độ võng của dầm

ll

max

d) Theo điều kiện bền chịu đồng thời M và V

ctdf 15,13 2

1

2

1

h

h

W

Mw

x

x 1

wx

xc

tI

SV

1

2/fkffxc

htbS

Sxc: là mô men tĩnh của 1 cánh dầm đối với trục x-x


e) Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm

c

xb

x fW

M

hệ số φb phụ thuộc vào

f

E

l

h

I

I

ox

y

2

1

tra bảng phụ thuộc vào α

Đối với dầm chữ I tổ hợp

2

054,1

h

l

I

I

y

t

33 22433,0wffft

tthtbI

85,01 lấy 1

b

85,01 lấy 121,068,0

1

b

f) Điều kiện kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh nén

f

E

t

b

t

b

f

f

f

f5,0

00

g) Điều kiện kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng chịu ứng suất tiếp

Dầm chịu tải trọng tĩnh f

E

t

h

w

w 2,3

Không thỏa thì đặt sườn đứng

h) Điều kiện kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng chịu ứng suất pháp

f

E

t

h

w

w 5,5

Không thỏa thì đặt sườn dọc

2.2. Chọn tiết diện

a) Xác định chiều cao

- Xác định chiều cao hkt

w

x

ktt

Wkh

Dầm tổ hợp hàn thì k = 1,2~1,15 ;

- Để xác định được hkt ta cần phải chọn trước tw

(tw = 8~12 mm khi nhịp l = 9~15 m)

- Xác định chiều cao hmin

lE

lfh

tb24

5min


p

c

g

c

cc

tb pg

pg

1

b) Chọn bề dầy của bản bụng dầm tw

-Theo điều kiện bản bụng dầm chịu được lực cắt lớn nhất, Vmax

cv

ww

w

ww

ww

wx

x fth

V

tht

htV

tI

SV

max

3

2

maxmax

max2

3

12

8

cvw

wfh

Vt

max

2

3

-Theo điều kiện ổn định cục bộ

f

E

t

h

w

w 2,3E

fht w

w2,3

c) Chọn các kích thƣớc bản cánh của dầm bf, tf

- chọn tiết diện bản cánh

42

12

22

2.

23

max fk

ff

ww

fxwx

x

x

c

htb

ht

hII

hh

IW

f

M

122

2 3

max

2

ww

cfk

ff

hth

f

M

htb

Lấy gần đúng hw = hfk = h.

6

max ht

hf

Mtb w

c

ff

- Theo điều kiện ổn định cục bộ

f

E

t

b

f

f

3. CỘT TIẾT DIỆN ĐẶC CHỊU NÉN LỆCH TÂM

- Độ lệch tâm tương đối

W

A

N

Mem

- Độ lệch tâm tính đổi:me=ηm trong đó η tra bảng 4-3 phụ thuộc m và độ mãnh (bài

giảng ThS.Võ Xuân Thạnh)

3.1. Kiểm tra cột tiết diện đặc chịu nén lệch tâm

a) Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng


w

w

w

w

t

h

t

h với

w

w

t

h tra bảng 4.4 (bài giảng ThS.Võ Xuân Thạnh)

b) Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh

f

f

f

f

t

b

t

b00

với

f

f

t

b0

tra bảng 4.2 (bài giảng ThS.Võ Xuân Thạnh)

c) Kiểm tra theo phƣơng mặt phẳng uốn

x c

e

Nf

A

φe tra bảng phụ lục D.6 (bài giảng ThS.Võ Xuân Thạnh)

d) Kiểm tra theo phƣơng ngoài mặt phẳng uốn

c

y

fAc

N

φy-hệ số uốn dọc đối với trục y, tra bảng như cột nén đúng tâm

c-hệ số được xác định như sau

x

xm

cm.1

,5

α và β xác định theo bảng 4.9 phụ thuộc mx và λy

b

yx

x mcm

1

1,10

12,02,02

105

105

xx

x

mcmcc

m

c5 xác định ứng với mx=5

c10xác định ứng với mx=10

Độ lệch tâm tương đối mx được tính ứng với Mx là mô men lớn nhất trong đoạn 1/3 của

chiều cao cột, nhưng không nhỏ hơn ½ mô men lơn nhất trên cột

x

x

xW

A

N

Mem

e). Kiểm tra bền

khi me>20 ta phải kiểm tra bền

c

y

y

x

x fxI

My

I

M

A

N.

3.2. Xác định tiết diện cột tiết diện đặc chịu nén lệch tâm

a) chọn tiết diện


c

x

x fW

M

A

N

N

M

f

N

NW

AM

f

NA

x

x

cx

x

c

ct

11

Lấy ρx=(0,35-0,45)h và φ=0,8

b) chọn bề cao và bề rộng tiết diện

c

c

lb

lh

30

1

20

1

15

1

10

1

và b=(0,3-0,5)h

c) chọn các bề dày bản cánh và bản bụng

bf

tf

2135

1

28

1

, trong đó đơn vị của f là kN/cm2 , ht

w

120

1

60

1

tf>tw, tf<60mm , tw>8mm

4. DÀN THÉP

4.1. Chiều dài tính toán của thanh dàn

a) Chiều dài tính toán trong mặt phẳng dàn

Thanh cánh trên, thanh cánh dưới, thanh xiên đầu dàn lx=l

Các thanh bụng còn lại lx=0,8l

Nếu dàn có thanh bụng phân nhỏ, chiều dài tính toán trong mặt phẳng dàn của các thanh

bụng có nút dàn phân nhỏ đựợc lấy bằng khoản cách nút dàn ở thanh khảo sát đó

b) Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng dàn

- Thanh bản bụng: ly=l

Đối với thanh bụng phân nhỏ, các thanh bụng nén có hai trị số nội lực N1 và N2 (N1> N2)

lN

Nl

y)25,075,0(

1

2

- Thanh cánh: bằng khoản cách giữa 2 điểm cố kết ly=l1

Thanh nằm giữa phạm vị hai điểm cố kết, có hai trị số nội lực N1 và N2 (N1 > N2)

c) Độ mảnh giới hạn của thanh dàn

yx

;max

Tiết diện hợp lý của thanh dàn khi λx ~ λy

4.2. Chọn tiết diện thanh dàn

1

1

2 )25,075,0( lN

Nl

y


Các tiết diện thanh dàn hai thép góc

c

ctf

NA

Để xác định φ ta giả thiết λ=60-80 với thanh cánh, λ=100-120 với thanh bụng

Có Act dựa vào bản tra thép góc, xác định số hiệu thép góc cần dùng, sau đó kiển tra lại

cf

A

N

min

Đối với thanh chịu kéo φ=1

5. TÍNH TOÁN

Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp, với các số liệu sau:

Bảng 5.1

L

(m)

B

(m)

i

(%)

Số lượng

khung

Vùng gió -

dạng địa hình

21 6 10 21 I-A

- Nhịp khung: L (m)

- Chiều dài nhà: 120( m)

- Bước cột: B (m)

- Mái lợp bông chống nóng bằng bông thuỷ tinh

- Độ dốc mái (lợp tôn): i (%)

- Vật liệu thép CT34s có: f = 21 kN/cm2;

fv = 12kN/cm2;

fc = 32kN/cm2

- Mô đun đàn hồi

- Tải trọng, hệ số vượt tải lấy theo TCVN 2737:1995

5.1. Tải trọng tác dụng lên khung ngang

a) Tải trọng thƣờng xuyên (tĩnh tải)

- Tải trọng thường xuyên tác dụng lên khung ngang bao gồm trọng lượng các lớp mái,

trọng lượng bản thân xà gồ, trọng lượng bản thân khung ngang.

- Trọng lượng bản thân các tấm lợp, lớp cách nhiệt và xà gồ mái lấy bằng 0,15(kN/m2)

- Trọng lượng bản thân xà ngang: sơ bộ chọn gxtc=1kN/m

Tổng tĩnh tải phân bố tác dụng lên xà ngang:

gtt=1,1x0,15x6+1x1,1=2,09kN/m

b) Hoạt tải mái


+ Theo TCVN 2737-1995 , trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái( mái

lợp tôn) là ptc = 0,3kN/m

2, hệ số vượt tải là n = 1,3

Tổng hoạt tải phân bố tác dụng lên xà ngang:

Ptt=1,3x0,3x6=2,34kN/m

c) Tải trọng gió tác dụng lên khung

+ Tải trọng gió gồm hai thành phần: phần tĩnh và phần động. Với nhà công nghiệp 1 tầng,

1 nhịp có chiều cao < 36 m và tỉ số

nên bỏ qua thành phần động của tải

trọng gió.

+ Tải trọng gió tác dụng vào khung ngang gồm: gió tác dụng vào cột và gió tác dụng trên

mái. Theo TCVN 2737: 1995 phân vùng gió I-A có áp lực gió tiêu chuẩn là

W0 = 0,65 (kN/m2), hệ số vượt tải là 1,2

+ Giá trị tính toán của thành phần tĩnh của tải trọng gió ở độ cao z so với mốc tiêu chuẩn

tác dụng lên 1m2 bề mặt thẳng đứng xác định theo công thức

q=Wo×k×c

Trong đó

W0= 0,65 (kN/m2)

– Giá trị tiêu chuẩn của áp lực gió

c - là hệ số khí động: c = +0,8 với phía gió đẩy

k: Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, phụ thuộc vào dạng địa hình. Với

dạng địa hình B, hệ số k được xác định:

+ Mức đỉnh cột, cao trình 6,5 m

+ Mức đỉnh mái, cao trình 7,55 m

Phần tải trọng gió tác dụng từ đỉnh cột trở lên đỉnh mái hệ số k lấy:

Tải trọng gió tác dụng lên khung ngang được tính như sau:

Với: B = 6 m - Bước cột

c - Hệ số khí động , được tra bảng theo sơ đồ sau đây:

có

;

∑

; α=5,71

0

Nội suy tuyến tính được ce1 = -0,31

ce2 = - 0,4 ce3 = - 0.5


Hình 5.1 Hệ số khí động Hệ số khí động

Tải trọng gió tác dụng lên cột

+ Phía đón gió:

+ Phía khuất gió:

Tải trọng tác dụng trên mái

+ Phía đón gió:

+ Phía khuất gió:

5.2. Phƣơng án khng thanh kèo

Giả thiết tiết diện:

- Cột: H=6500mm; h=390mm; b=180mm; tw=7mmm; tf=10mm

- Xà ngang có kích thước:

Đầu xà: h=390mm; b=180mm; tw=7mmm; tf=10mm

Giữa xà: h=180mm; b=180mm, tw=7mmm; tf=10mm

Hình 5.2: Sơ đồ khung


a) Các phƣơng án chất tải

- Phương án 1: Tĩnh tải (TT)

Hình 5.3: Tĩnh tải

- Phương án 2: Hoạt tải cả mái (HTM)

Hình 5.4: Hoạt tải cả mái

- Phương án 3: Hoạt tải nửa mái trái (HT1/2T)

Hình 5.5: Hoạt tải nửa mái trái

- Phương án 4: Hoạt tải nửa mái phải (HT1/2P)


Hình 5.6: Hoạt tải nửa mái phải

- Phương án 5: Hoạt tải do gió trái (GT)

Hình 5.7: Hoạt tải do gió trái

- Phương án 6: Hoạt tải do gió phải (GP)

Hình 5.8: Hoạt tải do gió phải

b) Biểu đồ nội lực

Tổ hợp nội lực:

TH1: TT+HTM

TH2: TT+HT1/2T

TH3: TT+HT1/2P

TH4: TT+GT

TH5: TT+GP

TH6: TT+0,9(HTM+GT)

TH7: TT+0,9(HTM+GP)

TH8: TT+0,9(HT1/2T+GT)

TH9: TT+0,9(HT1/2T+GP)

TH10: TT+0,9(HT1/2P+GT)

TH11: TT+0,9(HT1/2P+GP)

Biểu đồ bao

+ Lực dọc


Hình 5.9: Lực dọc

+ Lực cắt

Hình 5.10: Lực cắt

+ Mô men

Hình 5.11: Mô men

c) Thiết kế tiết diện cột

* Xác định chiều dài tính toán:


+ Chiều dài tính toán theo phương trong mặt phẳng khung của cột xác định theo công

thức

lx=μH=1×6,5=6,5m

+ Chiều dài tính toán theo phương ngoài mặt phẳng khung (ly) lấy bằng cao trình giằng, ly

= 4 (m)

*Chọn và kiểm tra tiết diện: Từ biểu đồ bao nội lực chọn ra cặp nội lực tính toán (TH1)

tại đỉnh cột:

(Đỉnh cột){

+ Chiều cao tiết diện cột được chọn theo điều kiện độ cứng:

(

) (

)

Chọn h = 39(cm)

+ Bề rộng tiết diện cột chọn theo yêu cầu độ cứng, ổn định cục bộ và cấu tạo:

b = (0,3 ÷ 0,5)h = (0,3 ÷ 0,5)39 = (11,7 ÷ 19,5) cm

bf= (

)ly= (

)4 = (20 ÷ 13,3) cm

Chọn bf = 18(cm)

+ Diện tích tiết diện cần thiết của cột xác định sơ bộ theo công thức của Iasinxki :

[

]

*

+

+ Chọn chiều dày bản bụng cột theo điều kiện ổn định cục bộ sơ bộ của bản bụng cột :

{ (

) (

)

Chọn tw = 0,7(cm)

+ Chiều rộng tf chọn thoả mãn :

Chọn tf = 1(cm)

Hình 5.12: Tiết diện cột

+ Tiết diện cột chọn như sau:

Bản cánh: (10 x 18)cm


Bản bụng: (0,7 x 37) cm

+ Tính các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn:

+ Mômen quán tính của tiết diện:

*

+

*

+

+ Mô duyn chống uốn

+ Bán kính quán tính:

√ √

√

√

+ Độ mảnh và độ mảnh quy ước của tiết diện:

[ ]

√

√

[ ]

√

√

+ Độ lệch tâm tương đối và độ lệch tâm quy đổi:

Độ lệch tâm quy đổi:

<

Kiểm tra ổn định tổng thể của cột:

+ Theo phương trong mặt phẳng khung:


Kiểm tra theo công thức:

Với tra bảng ta được

σ

φ

γ

+ Theo phương ngoài mặt phẳng khung:

Trị số mômen tại 1/3 chiều cao cột dưới, kể từ tiết diện chân cột:

Do đó:

(

)

Tính độ lệch tâm tương đối theo M’:

Do

b

yxmc

1

1

φy = 0,584

tính φb

44,121

21000

400

39

76,15953

06,97348,2

22

1

f

E

l

h

I

I

ox

y


48,234,307,025,207,025,2


34,339

400

06,973

08,2154,154,1

22

0

h

l

I

I

y

t

33333 08,217,012391182433,022433,0 cmtthtbIwffft

85,01 lấy 198,044,121,068,021,068,0

1

b

Tính được

12,0

98,0

584,018,121

1

1

1

b

yxmc

+ Điều kiện ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng được kiểm tra theo

công thức

x c

e

Nf

A


Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bụng cột

+Với bản cánh: Do nên

[ ] ( )√

√

[

]

+ Với bản bụng của cột

Do {

nên ta có:

*

+ (

)√

√

*

+ Bản bụng cột bị mất ổn định cục bộ, coi như chỉ có phần

bản bụng cột tiếp giáp với 2 bản cánh còn làm việc.

+ Bề rộng của phần bụng cột này là

*

+

+ Diện tích tiết diện cột, không kể đến phần bản bụng bị mất ổn định cục bộ:

Không cần kiểm tra lại các điều kiện ổn định tổng thể.

+ Ta có:

√

nên không cần gia cường sườn ngang

+ Chọn

d) Thiết kế xà ngang tiết diện xà ngang

* Đoạn xà 3.5m

+ Từ bảng tổ hợp chọn cặp nội lực tính toán:

{

(đầu xà)

+ Đây là cặp nội lực tại tiết diện đầu xà, trong tổ hợp TH1

+ Mômen chống uốn cần thiết của tiết diện xà

+ Chọn sơ bộ bề bản bụng xà là:


+ Chiều cao của tiết diện xà xác định từ điều kiện tối ưu về chi phí vật liệu theo công

thức

√

√

+ Chọn h = 39 (cm)

{ (

) (

)

* Kiểm tra lại bề dày bản bụng từ điều kiện chịu cắt

+ Diện tích tiết diện cần thiết của bản cánh xà ngang

(

)

(

)

+ Theo các yêu cầu cấu tạo và ổn định cục bộ, chọn kích thước tiết diện của bản cánh là

{

Hình 5.13: Tiết diện xà đoạn đầu

+ Đặc trưng hình học của tiết diện

+ Mômen quán tính của tiết diện

*

+

*

+

+ Mômen chống uốn

+ Độ lệch tâm tương đối



<

+ Tại tiết diện đầu xà I có M và V nên cần kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc

giữa bản cánh và bản bụng

√

Trong đó:

Mô men tĩnh của một cánh dầm đối với trục trung hoà x-x

=>

=> √

* Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng

√

√

√

√

Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất tiếp (không phải

đặt sườn cứng ngang).

+ Vậy tiết diện đã chọn là đạt yêu cầu.Tỷ số độ cứng của tiết diện xà (ở chỗ tiếp giáp với

cột) và cột đã phù hợp với giả thiết ban đầu.

* Đoạn xà giữa:

+ Từ bảng tổ hợp chọn cặp nội lực tính toán

(Đỉnh mái) {

+ Đây là cặp nội lực tại đỉnh kèo trong tổ hợp nội lực TH1

+ chọn sơ bộ tiết diện

Hình 5.14: Tiết diện xà đoạn giữa

+ Đặc trưng hình học của tiết diện



*

+

+ Mômen chống uốn

+ Kiểm tra ứng suất

2/218,976,631

1030,56

2,47

42,42 2

cmkNW

M

A

N

x

Do tiết diện xà đã chọn có kích thước nhỏ hơn đoạn 3.5 m nên không cần kiểm tra ổn

định cục bộ của bản cánh và bản bụng

+ Vậy tiết diện đã chọn là đạt yêu cầu.Tỷ số độ cứng của tiết diện xà (ở chỗ tiếp giáp với

cột) và cột đã phù hợp với giả thiết ban đầu

e) Trọng lƣợng thép cho một khung

Cột: (18×1×2+37×0,7)×650×2=80470cm3

Kèo: (18×1×2+((37+16)/2)×0,7)×350×2+(18×1×2+16×0,7)×700×2=104265cm3

Trọng lƣợng: P=(80470+104265)×7,8×10-3

=1441kg

5.3. Phƣơng án khung vì kèo

Giả thiết tiết diện:

- Cột: H=6500mm; h=360mm; bf=180mm; tw=6mm; tf=8mm

- Vì kèo có chiều cao 3m

Thanh cánh trên, cánh dưới 2L40×5

Thanh xiên 2L60×40×5

Thanh đứng 2L60×60×5

Hình 5.15

a) Các phƣơng án chất tải

Tải trọng được qui về nút dàn

P=q×ld

q: Lực phân bố

Ld: Chiều dài thanh cánh trên


- Phương án 1: Tĩnh tải

Lực tập trung P1=2,09*2,1105=4,41kN

Hình 5.16

- Phương án 2: Hoạt tải nửa mái trái

P2= 2,34*2,1105=4,94kN

Hình 5.17

- Phương án 3: Hoạt tải nửa mái phải

Hình 5.18


- Phương án 4: Hoạt tải cả mái

Hình 5.20

- Phương án 5: Hoạt tải do gió trái

q (trái) =3,74kN/m

q(phải)=2,34kN/m

P5(trái)=1,62*2,1105=3,42kN

P5(phải)=2,09*2,1105=4,41kN

Hình 5.21

- Phương án 6: Hoạt tải do gió phải


Hình 5.22

b) Biểu đồ bao nội lực

Tổ hợp nội lực:

TH1: TT+HTM

TH2: TT+HT1/2T

TH3: TT+HT1/2P

TH4: TT+GT

TH5: TT+GP

TH6: TT+0,9(HTM+GT)

TH7: TT+0,9(HTM+GP)

TH8: TT+0,9(HT1/2T+GT)

TH9: TT+0,9(HT1/2T+GP)

TH10: TT+0,9(HT1/2P+GT)

TH11: TT+0,9(HT1/2P+GP)

+ Biểu đồ bao lực dọc

Hình 5.23

+ Biểu đồ bao lực cắt


Hình 5.24

+ Biểu đồ bao mô men

Hình 5.25

c) Thiết kế tiết diện cột

*Xác định chiều dài tính toán

+ Chiều dài tính toán theo phương trong mặt phẳng khung của cột xác định theo công

thức

lx=μH=1×6,5=6,5m

+ Chiều dài tính toán theo phương ngoài mặt phẳng khung (ly) lấy bằng cao trình giằng, ly

= 4 (m)

*Chọn và kiểm tra tiết diện: Từ biểu đồ bao nội lực chọn ra cặp nội lực tính toán (TH4)

tại đỉnh cột:

(Chân cột){

+ Chiều cao tiết diện cột được chọn theo điều kiện độ cứng

(

) (

)

Chọn h = 36(cm)

+ Bề rộng tiết diện cột chọn theo yêu cầu độ cứng, ổn định cục bộ và cấu tạo


b = (0,3 ÷ 0,5)h = (0,3 ÷ 0,5)39 = (11,7 ÷ 19,5) cm

bf= (

)ly= (

)4 = (20 ÷ 13,3) cm

Chọn bf = 18(cm)

+ Diện tích tiết diện cần thiết của cột xác định sơ bộ theo công thức của Iasinxki

[

]

*

+

+ Chọn chiều dày bản bụng cột theo điều kiện ổn định cục bộ sơ bộ của bản bụng cột

{ (

) (

)

Chọn tw = 0,6(cm)

+ Chiều rộng tf chọn thoả mãn :

Chọn tf = 0,8(cm)

Hình 5.26

+ Tiết diện cột chọn như sau

Bản cánh: (0,8 x 18)cm

Bản bụng: (0,6 x 34,6) cm

+ Tính các đặc trưng hình học của tiết diện đã chọn


*

+

+ Mô duyn chống uốn

+ Bán kính quán tính:

√ √


√

√

+ Độ mảnh và độ mảnh quy ước của tiết diện:

[ ]

√

√

[ ]

√

√

+ Độ lệch tâm tương đối và độ lệch tâm quy đổi


<

Kiểm tra ổn định tổng thể của cột

+ Theo phương trong mặt phẳng khung:

Kiểm tra theo công thức:

Với tra bảng ta được

σ

φ

γ

+ Theo phương ngoài mặt phẳng khung:

Trị số mômen tại 1/3 chiều cao cột dưới, kể từ tiết diện chân cột:

Do đó

(

)

Tính độ lệch tâm tương đối theo M’

Do

x c

e

Nf

A


b

yxm

c

1

1

φy=0,584 ; tính φb

40,121

21000

400

36

10958

22,77844,2

22

1

f

E

l

h

I

I

ox

y


44,274,207,025,207,025,2


74,236

400

22,778

20,1154,154,1

22

0

h

l

I

I

y

t

33333 20,116,08,02368,0182433,022433,0 cmtthtbIwffft

85,01 lấy 198,040,121,068,021,068,0

1

b

Tính được

07,0

98,0

584,0241

1

1

1

b

yxm

c

+ Điều kiện ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng được kiểm tra theo

công thức

Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bụng cột

+Với bản cánh: Do nên

[ ] ( )√

√

[

]

+ Với bản bụng của cột

Do {

nên ta có:

*

+ (

)√

√

*

+ Bản bụng cột bị mất ổn định cục bộ, coi như chỉ có phần

bản bụng cột tiếp giáp với 2 bản cánh còn làm việc.


+ Bề rộng của phần bụng cột này là

*

+

+ Diện tích tiết diện cột, không kể đến phần bản bụng bị mất ổn định cục bộ

Không cần kiểm tra lại các điều kiện ổn định tổng thể.

+ Ta có:

√

nên không cần gia cường sườn ngang

+ Chọn

d) Thiết kế vì kèo

Dựa vào biểu đồ bao ta chọn lực dọc max như sau

Ncánh trên =-78.35 kN, L=2,11m

Ncánhdưới =+79,42 kN, L=2,11m

Nxiên=-53,54kN, L=1,91×2=3,8m

Nđứng =-9,53 kN, L=3m

Chọn bản mã dày 6mm

- Tính thanh cánh trên: Ncánh trên =-78,35 kN, L=2,11m

Giả thiết ,tra bảng ta được hệ số uốn dọc

-Từ đó ta xác định được tiết diện cần thiết.

Có tiết diện cần thiết, tra bảng ta có thép góc cần dung là 2L60x5 , có tiết diện

A=4,57x2=9,14 cm2.

- Kiểm tra ổn định

+ Trong mặt phẳng dàn

Tra bảng ix=1,82m

Độ mảnh giới hạn 13082,06018060180

Với 82,02114,95,0

35,78

Af

N

11582,1

211

x

x

xi

l

+ Ngoài mặt phẳng dàn

7581,2

211

2y

y

xi

l

- Tính thanh cánh dƣới N=79,42m, L=2,11m


Có tiết diện cần thiết, tra bảng ta có thép góc cần dung là 2L40x5 , có tiết diện

A=3,79x2=7,58 cm2.

- Kiểm tra ổn định đối với thanh chịu kéo

4001662,1

211

x

x

xi

l

- Thanh xiên đầu dàn, Nxiên=-53,54kN, L=1,91×2=3,8m


- Từ đó ta xác định được tiết diện cần thiết.

Có tiết diện cần thiết, tra bảng ta có thép góc cần dung là 2L60x40x5 , có tiết diện

A=4,79x2=9,58 cm2.

- Kiểm tra ổn định:

+Trong mặt phẳng dàn

Tra bảng ix=1,89m

Độ mảnh giới hạn 14853,06018060180

Với 53,02158,95,0

54,53

Af

N

10189,1

191

x

x

xi

l

+ ngoài mặt phẳng dàn

12211,3

380

2y

y

xi

l

- Thanh đứng Nđứng =-9,53 kN, L=3m


- Từ đó ta xác định được tiết diện cần thiết.

Có tiết diện cần thiết, tra bảng ta có thép góc cần dung là 2L60x60x5 , có tiết diện

A=5,82x2=11,64 cm2.

- Kiểm tra ổn định

+ Trong mặt phẳng dàn

Tra bảng ix=1,82m


Độ mảnh giới hạn 17607,06018060180

Với 07,02164,115,0

53,9

Af

N

16482,1

300

x

x

xi

l

+ Ngoài mặt phẳng dàn

10681,2

300

2y

y

xi

l

e) Thống kê thép cho một khung

- Bảng thống kê

Bảng 5.1

TÊN CK HD-KT CD

1THANH

SL TỔNG

(M)

1CK TB

CỘT(2CK) CHỮ I 6,5 2 2 13

KÈO

(1CK)

CÁNH TRÊN 2L60X5 21 1 1 21

CÁNH DƯỚI 2L40X5 21 1 1 21

THANH XIÊN

2L60X40X5

3,8 10 10 38

THANH ĐỨNG 2L60X5 3 11 11 33

THANH BỤNG 2L40X5 1,75 10 10 17,5

- Bảng phân loại

Bảng 5.2

TT TÊN CHIỀU DÀI TRỌNG LƯỢNG (KG)

1 2L60X5 54 493,56

2 2L40X5 38,5 194,3

3 2L60X40X5 38 285,76

4 I360 13 501,31

5 BẢN MẢ 89,85

TỔNG 1564,78


6. KẾT LUẬN

a) Phương án khung thanh kèo, tại chân cột có M = 113,98kN.m; N = 53,65kN;

V = 42,65kN (TH1= TT+HTM).

Phương án khung vì kèo, tại chân cột có M = 121,51kN.m; N = 30,85kN; V = 20,51kN

(TH4=TT+HTM+GT).

Giá trị nội lực của 2 phương án tại chân cột gần tương đương nên giải pháp nền móng

cho công trình là gần như nhau, vấn đề là so sánh phần kết cấu bên trên.

b) Trọng lượng thép cho khung thanh kèo là 1441kg, trọng lượng thép cho khung vì kèo

là 1564,78kg, sai số

.

c) Với trọng lượng thép của 2 phương án gần như nhau thì phương án khung thanh kèo

dễ chế tạo hơn, dễ lắp ráp hơn phương án khung vì kèo, đồng thời khung thanh kèo có

kiến trúc thanh mảnh dễ dàng bố trí nội thất bên trong thoả mãn yêu cầu về mỹ quan.


[1] Quy phạm Việt Nam, TCVN 338 – 2005, “Kết cấu thép” – tiêu chuẩn thiết kế.

[2] Đoàn Định Kiến; Phạm Văn Hội, Kết cấu thép, NXB Khoa học kỹ thuật, 2001.

[3] Nguyễn Văn Đạt, Kết cấu công trình, NXB Khoa học kỹ thuật, 1996.

[4] Giáo trình kết cấu thép gỗ, Bộ xây dựng, 2001.

[5] Võ Xuân Thạnh, Bài giảng Kết Cấu Thép 1, Trường Cao Đẳng CN&QT SONADEZI.


S DỤNG THÉP POL MER COMPOSITE TRONG XÂ DỰNG

GVHD: Phạm Thị Hương

SVTH: Huỳnh Tấn Anh, Nguyễn Chí Cường, Trần Mạnh Hùng,

Đàm Nguyên Tuấn, Nguyễn Thanh Tùng


TÓM TẮT

Với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật và nhu cầu con người ngày càng

cao trong thời gian qua, nhiều sản phẩm vật liệu xây dựng có tính sáng tạo đã ra đời

không những đáp ứng nhu cầu chung mà còn góp phần bảo vệ và cải thiện môi trường

sinh thái. Trong đó, ngành công nghiệp vật liệu composite đã đạt nhiều thành quả trong

sản xuất, sản phẩm vật liệu xây dựng ứng dụng thực ti n, nâng cao chất lượng công trình

và góp phần không nh vào quá trình phát triển bền vững.


Những vật liệu composite đơn giản đã có từ rất xa xưa. Khoảng 5000 năm trước

công nguyên con người đã biết trộn những viên đá nhỏ vào đất trước khi làm gạch để

tránh bị cong vênh khi phơi nắng. Và điền hình về composite chính là hợp chất được

dùng để ướp xác của người Ai Cập.

Chính thiên nhiên đã tạo ra cấu trúc composite trước tiên, đó là thân cây gỗ, có cấu

trúc composite, gồm nhiều sợi xenlulo dài được kết nối với nhau bằng licnin. Kết quả của

sự liên kết hài hoà ấy là thân cây vừa bền và dẻo - một cấu trúc composite lý tưởng.

Người Hy Lạp cổ cũng đã biết lấy mật ong trộn với đất, đá, cát sỏi làm vật liệu

xây dựng. Và ở Việt Nam, ngày xưa truyền lại cách làm nhà bằng bùn trộn với rơm băm

nhỏ để trát vách nhà, khi khô tạo ra lớp vật liệu cứng, mát về mùa hè và ấm vào mùa

đông…

Mặc dù composite là vật liệu đã có từ lâu, nhưng ngành khoa học về vật liệu

composite chỉ mới hình thành gắn với sự xuất hiện trong công nghệ chế tạo tên lửa ở Mỹ

từ những năm 1950. Từ đó đến nay, khoa học công nghệ vật liệu composite đã phát triển

trên toàn thế giới và có khi thuật ngữ “vật liệu mới” đồng nghĩa với “vật liệu composite”.

Vật liệu composite đã được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng khá mạnh trên thế

giới và ở Việt Nam. Với ưu thế ngày càng được thừa nhận, vật liệu composite được sử

dụng ngày càng rộng rãi trong mọi lĩnh vực, đặc biệt trong ngành xây dựng.

Vật liệu composite có tiềm năng và ứng dụng vô cùng lớn, đó là nguồn vật liệu

của tiên tiến, nguồn vật liệu chủ đạo của hiện tại và tương lai.

2. VẬT LIỆU COMPOSITE

Vật liệu composite

Compsite là vật liệu được tổng hợp từ hai hay nhiều loại vật liệu khác nhau, nhằm

mục đích tạo nên một vật liệu mới, ưu việt và bền hơn so với các vật liệu ban đầu. Vật

liệu composite bao gồm có vật liệu nền và cốt. Vật liệu nền đảm bảo việc liên kết các cốt

http://irgamme.uet.vnu.edu.vn/vat-lieu-composite-tiem-nang-va-ung-dung/


lại với nhau, tạo cho vật liệu gồm nhiều thành phần có tính nguyên khối, liên tục, đảm

bảo cho composite độ bền nhiệt, bền hoá và khả năng chịu đựng khi vật liệu có khuyết

tật.

Đặc tính vƣợt trội của vật liệu composite

Ưu điểm lớn nhất của composite là có thể thay đổi cấu trúc hình học, sự phân bố

và các vật liêu thành phần để tạo ra một vật liệu mới có độ bền cao theo mong muốn. Vật

liệu composite giữ vai trò then chốt trong cuộc cách mạng vật liệu mới.

Vật liệu composite có các chỉ tiêu cơ lý cao hơn kim loại và hợp kim, bền hơn,

nhẹ hơn, chịu được ăn mòn, chịu được ảnh hưởng khắc nghiệt của thời tiết.

Về mặt công nghệ, người ta phân loại composite như sau:

- Composite polymer

- Composite nền gốm

- Composite nền kim loại và hợp kim

- Composite cacbon – cacbon

3. S DỤNG POL MER COMPOSITE TRONG XÂ DỰNG

Các thanh cốt composite phi kim dùng cho bê tông được chế tạo từ các vật liệu

composite, có sử dụng công nghệ nano, với các loại sợi thủy tinh (fiberglass), nhựa bazan

(plastic basalt), sợi polymer (polymer)... được dính kết với nhau bằng các loại chất kết

dính. Cốt composite phi kim có hình dáng bên ngoài không khác gì cốt thép thông

thường mà còn có nhiều ưu điểm vượt trội như độ bền vững của composite phi kim cao

hơn độ bền vững của thép đến 2,5 lần; Có thể sử dụng lâu bền trong môi trường nước

biển, ngập mặn; Nhẹ hơn cốt thép có kích thước tương đương đến 4 lần; Cốt composite

có thời gian khai thác sử dụng lâu dài và ổn định với các thông số kỹ thuật ban đầu đến

80 năm.

Cốt composite phi kim đã bắt đầu được ứng dụng cho phần bản mặt của các công

trình cầu ô tô ở Bắc Mỹ để thay thế cho cốt thép từ những năm 1970. Đến nay càng ngày

càng nhiều ứng dụng của cốt composite phi kim được nghiên cứu và phát triển tại Nga và

nhiều nước khác.

TE Al

TS Ti


Vật liệu cốt composite có đặc tính bền vững trong môi trường muối, axit và các

chất ăn mòn khác, lại có tính năng chịu lực cao hơn thép, dễ tạo hình nên đã được dùng

làm cốt chịu lực trong kết cấu xây dựng mới được đưa vào Việt Nam trong thời gian gần

đây.

Viện Khoa học công nghệ xây dựng (Bộ Xây dựng) đã nghiên cứu thành công

công nghệ sản xuất thanh cốt composite phi kim với các đường kính (có thể đạt 20mm),

các loại gờ khác nhau. Hiện nay, Viện được Bộ Xây dựng giao thực hiện công tác chuyển

dịch các tiêu chuẩn về sản phẩm cũng như tiêu chuẩn hướng dẫn sử dụng cốt composite

phi kim trong kết cấu bê tông cốt thép và địa kỹ thuật.

3.1. Thép polymer là sản phẩm của công nghệ composite

Thành phần chủ yếu của thép polymer là sợi thuỷ tinh chiếm 75% trọng lượng, sợi

thuỷ tinh là bộ phận chịu lực của thép polymer. Các bó sợi thuỷ tinh được bao bọc và gắn

kết với nhau bởi chất kết dính là hỗn hợp epoxy, chất đông cứng và thành phần biến tính.

Hình 1: Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất thép polymer composite

Bó sợi thuỷ tinh sau khi được tẩm chất kết dính sẽ chạy qua lò gia nhiệt tại đây

quá trình đóng rắn hay phản ứng khâu mạch của chất kết kính sẽ sảy ra tạo thành polyme.

Sản phẩm được làm nguội và cắt thành cây có chiều dài 11.7m hoặc thành những cuộn

tròn có chiều dài 100m tuỳ theo yêu cầu.

3.2. Thông số kỹ thuật:

Ưu điểm:

- Chống ăn mòn trong các môi trường nước biển và môi trường axit, kiềm.

- Có độ bền kéo gấp 3 lần thép AIII.

- Độ dẫn nhiệt và dẫn điện thấp.


- Không có từ tính.

- Có thể sử dụng với thép thường trong cùng một cấu kiện, trong đó thanh GFRP

là thành phần chịu lực chính của kết cấu, chi tiết đai và cấu tạo có thể dung

thép thường.

- Thép polymer có hiệu quả kinh tế cao khi dùng cho các công trình ngầm: các

loại cọc đóng, cọc ép, cọc khoan nhồi và barret - tường vây cho tầng hầm nhà

cao tầng, sàn tầng hầm và sàn nhà. Các công trình giao thông và cầu cảng như

sàn mặt cầu, mặt đường bê tong, trong xây dựng kết cấu hạ tầng vv….

Nhược điểm:

- Không thể uốn thanh GFRP tại công trường.

- Thanh GFRP có độ chịu nhiệt thấp.

3.3. Tình hình sử dụng thép polymer tại Việt Nam:

Trọng lượng riêng của thép polymer bằng 1/5 thép thường nên việc thi công các

cấu kiện trở nên đơn giản thuận lợi với các công trình xây dựng, đặc biệt là các công trình

ngầm, công trình giao thông, thuận tiện với công trình vùng sâu vùng xa khi dùng

phương tiện thi công và vận chuyển thủ công. Những kết cấu như dầm cột định hình có

thể dễ dàng vận chuyển lắp đặt bởi một hoặc hai công nhân.

Thép polymer có thể chịu được môi trường nước mặn và chịu được môi trường PH

thấp phù hợp với công trình vùng biển đảo, các vùng sông nước và làm bể chứa hoặc

đường cống của các khu công nghiệp. (Công trình công viên Phù Đổng tại Trần phú, Nha

Trang sử dụng thanh GFRP làm bản đáy tầng hầm, Công trình đê biển Cà Mau được đề

xuất sử dụng thanh GFRP làm hệ thống rọ đã cho kè chữ T).

Thép polymer có hiệu quả kinh tế cao khi dùng cho các công trình ngầm: các loại

cọc đóng, cọc ép, cọc khoan nhồi và Barret - tường vây cho tầng hầm nhà cao tầng, sàn

tầng hầm và sàn nhà. Các công trình giao thông và cầu cảng như sàn mặt cầu, mặt đường

bê tông.

Thép polymer không dẫn điện và dẫn nhiệt kém phù hợp với những công trình yêu

cầu cho sóng điện từ xuyên qua, phù hợp với các công trình nhà bệnh viện, các công trình

quân sự hoặc các công trình kỹ thuật có yêu cầu trên.

Thép polymer có thể sử dụng kết hợp với thép thường trong cùng một cấu kiện,

trong đó thép polymer đóng vai trò là thành phần chịu lực chính, cốt đai và các loại thanh

cấu tạo có thể sử dụng thép thường.

Một trong những công trình có ý nghĩa đặc biệt đã sử dụng thép polymer là hạng

mục nhà chiến sỹ cảnh vệ thuộc khu tưởng niệm Đại Tướng Võ Nguyên Giáp tại Vũng

Chùa, Quảng Bình.


Hình 2: Thép polyme được sử dụng tại một hạng mục thuộc khu tưởng niệm Đại tướng

Võ Nguyên Giáp, Vũng Chùa – Quảng Bình.

Thép polyme không thể uốn tại công trường vì sản xuất theo công nghệ thuộc loại

Nhựa nhiệt rắn. Các chi tiết như đai cột hoặc đai dầm sẽ được chế tạo định hình tại nhà

máy. Đai cột hoặc đai dầm được gia công dạng lò xo theo kích thước của đơn hàng. Việc

sử dụng đai gia công sẵn dạng lò xo làm cho công việc lắp đặt cấu kiện tại công trường

trở nên đơn giản hơn và đẩy nhanh được tiến độ thi công.

Hình 3: Đai dầm và đai cột được sản xuất định hình tại nhà máy

3.4. Các tiêu chuẩn nƣớc ngoài sử dụng cho thanh GFRP: Hệ tiêu chuẩn của ACI 440 ( Americal Concrete Institute)

- Chỉ dẫn thiết kế & thi công kết cấu bê tông có cốt là thanh FRP (ACI 440.1R-

06), tham khảo ACI 440.1R-03.

- Chỉ dẫn kỹ thuật thi công với thanh cốt FRP (ACI 440.5-08)

- Chỉ dẫn cho kết cấu bêtông có cốt là các thanh GFRP và CFRP (ACI 440.6-08)

- Chỉ dẫn các phương pháp thí nghiệm Polyme cốt sợi cho bê tông có cốt và gia

cường kết cấu bê tông và kết cấu xây (ACI 440.3R-12), tham khảo ACI

440.3R-04.

Hệ tiêu chuẩn Nga

- CTO HOCTPOЙ 2.6.9-2103 «Áp dụng trong xây dựng kết cấu bê tông và kết

cấu địa kỹ thuật cốt sợi phi kim loại» Moskva 2014.


- GOST 31938-2012 “Cốt composite polymer để làm kết cấu bê tông” Moskva

2014.

- “Kết cấu bê tông với cốt composite phi kim loại. Quy trình thiết kế”. Moskva

2013.

Tiêu chuẩn Canada (Cannadian Codes)

- Hiệp hội tiêu chuẩn Canada (CSA) Thiết kế và thi công công trình sử dụng

FRP (S806-02)

- Tiêu chuẩn thiết kế Cannada đường cao tốc và cầu (CHBDC): Kết cấu gia

cường sợi mục 16.

3.5. Tiêu chuẩn Việt Nam đối với thanh GFRP: - Để phục vụ cho công tác thi công, nghiệm thu và thiết kế kết cấu bê tông sử

dụng thép polymer (GFRP) công ty đã biên soạn TCCS là “Chỉ dẫn thiết kế và

thi công kết cấu bê tông có cốt là thanh polymer cốt sợi”.

- GS TS Đoàn Định Kiến - chủ biên, Th.S GV Đỗ Đức Thắng và nhóm chuyên

gia ĐHXD.

- TCCS này đã được bảo vệ trước hội đồng khoa học kỹ thuật chuyên nghành do

Bộ xây dựng thành lập ngày 24/2/2013 theo quyết định 877/QĐ-BXD ngày

17/9/2013.

3.6. Phạm vi sử dụng:

Phạm vi ứng dụng trong kết cấu bê tông: Xây dựng dân dụng và công nghiệp:

- Kết cấu dầm sàn tầng hầm

- Kết cấu tường vây, cọc nhồi, cọc bê tông cốt GFRP.

- Kết cấu móng nông (móng đơn, móng băng, móng bè), móng sâu (cọc, đài cọc)

- Kết cấu bao che như tường bê tông, lanh tô trong tường gạch.

- Hệ thống thoát nước thải và các bể xử lý nước thải.

- Kết cấu bê tông công trình cầu cảng và đê sông biển.

Phạm vi áp dụng trong kết cấu địa kỹ thuật: Công trình bảo vệ bờ:

- Đê biển và đê sông.

- Kè chữ T.

- Tường chắn giữ.

- Rọ đá. Đắp đất:

- Gia cố nền.

- Gia cố lớp bề mặt.

- Đắp đất có cốt. Gia cố mái dốc:

- Bảo vệ bề mặt mái dốc.

- Đinh cốt để neo đất. Tường chắn:

- Thành mỏng.

- Tường chắn mềm.

- Đất có cốt trọng lực. Móng:

- Móng nông.

- Móng sâu.


4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

4.1. Kết luận

Với những tính năng kỹ thuật như vậy, việc đưa cốt composite phi kim vào thay

thế thép cho các công trình xây dựng ở ven biển, hải đảo, ở nơi ngập mặn, nơi đất phèn...

hoặc sử dụng cốt composite phi kim cho các bộ phận ngầm dưới lòng đất của công trình

nhà cửa, cầu cống là rất hợp lý, đảm bảo giá thành xây dựng, độ bền, tính tiết kiệm tài

nguyên khoáng sản cũng như bảo vệ môi trường.

Nghiên cứu phát triển các loại vật liệu thay thế có ý nghĩa vô cùng lớn, làm giảm

tác động đến tài nguyên và môi trường sống, giảm giá thành của sản phẩm một cách tối

đa đồng thời có tính năng, chất lượng sử dụng tương đương, thậm chí nhiều sản phẩm

còn mang nhiều tính ưu việt hơn sản phẩm tự nhiên truyền thống.

Tuy nhiên, để vật liệu này được ứng dụng rộng rãi, cần thiết phải vừa nghiên cứu

kinh nghiệm các nước vừa đúc rút kinh nghiệm thực tiễn tại Việt Nam để phục vụ xây

dựng các công trình biển đảo, công trình có môi trường nhiễm mặn, công trình dân dụng,

công trình hạ tầng kỹ thuật đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội, phục vụ quốc

phòng an ninh.

Cần phải chỉ rõ được phạm vi áp dụng đối với cốt composite phi kim trong các

công trình dân dụng, công trình hạ tầng kỹ thuật, công trình có môi trường đặc thù mà ở

đó việc sử dụng thép thông thường không hiệu quả để từ đó tiến hành xây dựng các công

trình dân dụng, hạ tầng kỹ thuật tại môi trường biển đảo, vùng đất nhiễm phèn mặn phù

hợp với điều kiện Việt Nam, đáp ứng yêu cầu ứng phó biến đổi khí hậu và nước biển

dâng.

4.2. Kiến nghị

Góp phần vào quá trình mở rộng và phát triển loại vật liệu này, có vai trò to lớn

của các nhà khoa học, các chuyên gia công nghệ và các doanh nghiệp. Những kết quả

nghiên cứu về khoa học vật liệu, về kết cấu, và đặc biệt là về công nghệ, đã giúp người sử

dụng tin tưởng và quen thuộc với loại vật liệu thông minh này, giúp phát huy ưu điểm nổi

bật của vật liệu composite.

Để vật liệu composite - vật liệu xây dựng thân thiện môi trường được quan tâm và

sử dụng nhiều thì vấn đề nâng cao nhận thức cộng đồng, đặc biệt nâng cao nhận thức của

người dân và doanh nghiệp xây dựng, ứng dụng những giải pháp này vào sản xuất, tiêu

dùng là vô cùng cấp thiết.

Ngành vật liệu mới composite nên được quan tâm, đầu tư đúng mức sẽ phát triển

mạnh mẽ, góp phần đắc lực và hiệu quả vào sự nghiệp hiện đại hóa, công nghiệp hóa đất

nước.

Phát triển vật liệu xây dựng có các tính năng kỹ thuật cao, thân thiện và bền vững

với môi trường rất thiết thực cho các cơ quan quản lý cũng như các doanh nghiệp sản

xuất vật liệu xây dựng của Việt Nam, góp phần phát triển ngành công nghiệp vật liệu xây

dựng đáp ứng yêu cầu xây dựng đất nước thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa, phù hợp

với chiến lược phát triển khoa học công nghệ tới năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030

của Chính phủ.



[1] Quy hoạch tổng thể phát triển vật liệu xây dựng đến năm 2030 của Thủ tướng Chính

phủ ban hành ngày 22 tháng 8 năm 2014 Số: 1469/2014/QĐ-TTg.

[2] Quyết định số 153/2004/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về Định hướng Chiến

lược phát triển bền vững ở Việt Nam, ngày 17 tháng 8 năm 2004.

[3] Nghị định 124/2007/ND-CP của Thủ tướng Chính phủ về Quản lý vật liệu xây dựng

ban hành ngày 31 tháng 7 năm 2007.

[4] Nghị định 121/2013/ND-CP của Thủ tướng Chính phủ về Quy định xử phạt vi phạm

hành chính trong hoạt động xây dựng, kinh doanh bất động sản; khai thác, sản xuất,

kinhh doanh vật liệu xây dựng; quản lý công trình hạ tầng kỹ thuật; quản lý phát triển nhà

và công sở ban hành ngày 10 tháng 10 năm 2013.

[5] Nguyễn Hoa Thịnh, Nguyễn Đình Đức. Vật liệu Composite, Cơ học và công nghệ,

Nhà xuất bản KHKT Hà Nội, 2002.

[6] Bộ Xây dựng – Dự án “Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm ngành sản xuất vật liệu

Xây dựng ở Việt Nam”, 2003.

[7] Bộ Xây dựng – Báo cáo tình hình thực hiện kế hoạch 5 năm 2011-2015 và xây dựng

kế hoạh 05 năm 2016-2020 của ngành Xây dựng.

[8] Đào Văn Đông. Vật liệu xanh và bền vững – Xu hướng để phát triển xây dựng. 2009.

[9] Pham D Huu, Dao Van Dong. Research in high performance concrete using system

analysis theory and development, 2008.

[10] Hoàng Xuân Lượng (chủ biên). Cơ học vật liệu composite/ Nhà xuất bản Học viện

Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội, 2003.

[11] Trần Ích Thịnh, Vật liệu composite cơ học và tính toán kết cấu, Nhà xuất bản Giáo

dục, 1994

[12] Website: moitruong.xaydung.gov.vn

[13] Website: vatlieuxaydung.org

[14] Website: khoahoc.tv


THẢO LUẬN

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................


...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

hỘi thẢo khoa hỌc sinh viÊn ngÀnh xÂy dỰng nĂm xay dung... · công trình. hiện nay...

Documents