Bài viết này nghiên cứu phương pháp tính toán nội lực và biến dạng cho cốp pha theo tiêu chuẩn Mỹ, ứng dụng của tính toán cốp pha trong dự án xây dựng. Sử dụng phương pháp so sánh và tính toán giữa hai tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn Mỹ, kết quả cho thấy tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ mang lại nhiều lợi ích cho dự án xây dựng hơn, các giá trị nội lực và biến dạng thích hợp an toàn hơn so với các tính toán của tiêu chuẩn Việt Nam.
Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học ỨNG DỤNG TÍNH TỐN CỐP PHA TRONG DỰ ÁN XÂY DỰNG THEO TIÊU CHUẨN MỸ Nguyễn Công Thưởng* Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh Tác giả liên hệ: nguyencongthuongou@gmail.com TĨM TẮT Bài báo nghiên cứu phương pháp tính toán nội lực biến dạng cho cốp pha theo tiêu chuẩn Mỹ, ứng dụng tính tốn cốp pha dự án xây dựng Sử dụng phương pháp so sánh tính tốn hai tiêu chuẩn Việt Nam tiêu chuẩn Mỹ, kết cho thấy tính tốn theo tiêu chuẩn Mỹ mang lại nhiều lợi ích cho dự án xây dựng hơn, giá trị nội lực biến dạng thích hợp an tồn so với tính tốn tiêu chuẩn Việt Nam Các tốn tính tốn cốp pha theo tiêu chuẩn Mỹ đa dạng, đầy đủ dễ hiểu Tính tốn theo tiêu chuẩn Việt Nam đảm bảo chất lượng cho dự án không mang lại hiểu kinh tế cao Từ khóa: Tính tốn cốp pha theo tiêu chuẩn Mỹ, tài liệu tham khảo cốp pha theo tiêu chuẩn Mỹ APPLICATION OF CACULATING FORMWORK IN CONSTRUCTION PROJECT WITH AMERICAN STANDARD Nguyen Cong Thuong* HCM City Open University *Corresponding author: nguyencongthuongou@gmail.com ABSTRACT This article studies the method of calculating internal forces and deformation of formwork with American standards, application of calculating formwork in construction projects Using the comparison and calculation method between Vietnamese and American standards, the results shows that calculation of American one is more benificial than calculation of Vietnamese one in the construction projects, the internal force and deformation values that safer than the calculation standards of Vietnam The formwork calculations in American standards are more diverse, particular and easier to understand Calculation in accordance with Vietnam standards still ensures quality for the project, but not bring high economic efficiency Keywords: Application of caculating formwork in construction project with american standard TỔNG QUAN Khuôn đúc bê tông hay cốp pha cịn gọi tên chun mơn hệ ván khuôn Do bắt nguồn từ tiếng Pháp nên đa số người Việt Nam gọi cốp pha Trong q trính hình thành phát triển có nhiều loại cốp pha nghiên cứu ứng dụng, kèm theo tiêu chuẩn kèm để đảm bảo kỹ thuật, độ bền, an toàn Để giúp kỹ sư Việt Nam hội nhập với nước giới, việc tìm hiểu cách tính tốn hay thiết kế cốp pha theo tiêu chuẩn nước tất yếu Trong dự án xây dựng, phí tổn cốp pha chiếm đến 15-30% giá thành cơng trình, việc đưa phướng án lựa chọn tính tốn cốp pha cho phù hợp thiết yếu Có nhiều loại cốp pha phục vụ cho dự án khác cấu kiện khác Mỗi cấu kiện cốp pha khác tính tốn thi cơng khác đem lại ưu nhược điểm khác nhau, từ phục vụ cho dự án khác Trong vài chục năm qua việc tính toán cốp pha áp dụng theo tiêu chuẩn Việt Nam, thực dịch tiêu chuẩn Nga cũ khơng cịn thích hợp với dự án Việt Nam thời kì hội nhập với nước, yêu cầu đội ngũ kỹ sư không ngừng cập nhật tiêu chuẩn nước khác để 510 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 có tiếng nói chung nước lớn vào đầu tư Trong trính hình thành phát triển có nhiều loại cốp pha nghiên cứu ứng dụng, kèm theo tiêu chuẩn kèm để đảm bảo kỹ thuật, độ bền, an toàn Để giúp kỹ sư Việt Nam hội nhập với nước giới, việc tìm hiểu cách tính tốn hay thiết kế cốp pha theo tiêu chuẩn nước tất yếu Là tài liệu tham khảo cho kỹ sư tính tốn cốp pha Đề tài dựa cơng thức tiêu chuẩn tính tốn có sẵn Mỹ điển ACI 347, dựa thứ có sẵn khơng có cơng thức cải tiến vấn đề Việt Nam Đối với sinh viên học giảng đường trường, chí kỹ sư làm lâu năm qua khảo sát trường cho kết quả, vấn đề cập nhật hiểu biết tiêu chuẩn nước ngồi cịn hạn chế Do khác biệt hai tiêu chuẩn địa lý biện pháp thi công nên đề tài đưa so sánh khách quan để thể tính ứng dụng hai tiêu chuẩn Việt Nam Mỹ Sản phẩm cuối đề tài tài liệu tham khảo bảng tính tốn tự động hỗ trợ cho việc tính tốn cốp pha theo tiêu chuẩn Mỹ PHƯƠNG PHÁP So sánh tính tốn hai tiêu chuẩn Mỹ Việt Nam Tính tốn nội lực biến dạng cho cốp pha theo thiêu chuẩn Việt Nam Do cốp pha (khuôn đúc) phải tính tốn theo hai trạng thái giới hạn cường độ (được xét tới giai đoạn vữa bê tơng cịn tươi, có khả thi cơng) biến dạng (đặc biệt giai đoạn bê tơng ninh kết đóng rắn khn), nên khn đúc thiết kế làm việc hoàn toàn giới hạn đàn hồi, đặc biệt khơng tính tốn kết cấu khuôn đúc với sơ đồ khớp dẻo (tức tĩnh định hoá hệ siêu tĩnh khớp dẻo, vật liệu khớp dẻo làm việc giới hạn đàn hồi) Các kết cấu khn siêu tĩnh tính tốn nội lực theo phương pháp tính tốn kết cấu siêu tĩnh thông thường Cơ học kết cấu Nguyên lý thiết kế khuôn đúc thường ngược với nguyên lý thiết kế kết cấu cơng trình Trong thiết kế kết cấu cơng trình thường là: biết trước nhịp kết cấu, điều kiện Kỷ yếu khoa học tải trọng, phải xác định đặc trưng tiết diện kết cấu Còn thiết kế khuôn đúc lại thường: biết trước điều kiện tải trọng, chọn trước tiết diện, nhiệm vụ phải tính tốn nhịp phận khn đúc (khoảng cách gối đỡ) Đặc biệt kết cấu khuôn đúc dạng dầm liên tục nhiều nhịp Tuy nhiên, tính tốn với kết cấu khn đúc dạng dầm liên tục này, thường số lượng nhịp khoảng cách nhịp chưa biết Mà biểu đồ nội lực sơ đồ biến dạng dầm siêu tĩnh nhiều nhịp khác nhau, (giá trị cực trị chúng khác nhau) Dầm N nhịp khác với dầm N+1 nhịp Hiện tại, tính tốn kết cấu khuôn đúc dạng dầm liên tục nhiều nhịp tạm thời lấy kết có từ dầm nhịp Cụ thể: • |Mmax| = q1l²/10, (xem sách Kỹ thuật thi cơng-Tập 1, Đỗ Đình Đức-Lê Kiều, trang 149-151), có việc giải sơ đồ dầm liên tục nhịp chịu tổ hợp tải trọng phân bố tác dụng lên tồn kế cấu • |fmax| = q2l4/(128EJ), có việc giải sơ đồ dầm liên tục nhịp chịu tải trọng phân bố đều, gồm: 50% tổ hợp tải trọng tác dụng lên toàn kết cấu + 50% tổ hợp tải trọng chất theo nhịp lan dần • Các biểu đồ mơ men độ võng họ dầm nhiều nhịp, chất tải phân bố toàn Kết chưa thực xác, dầm nhịp chưa thực đại diện cho họ dầm nhiều nhịp Giải sơ đồ dầm nhiều nhịp phương pháp sức bền kết cấu (phương pháp lực, chuyển vị hay phương pháp hpt mô mem), với nhịp dầm chiều dài đơn vị, tải trọng phân bố đơn vị phân bố toàn kết cấu, độ cứng tiết diện đơn vị, ta thấy giá trị cực trị Mô mem uốn (đạt gối thứ 2), giá trị cực trị độ võng (đạt nhịp biên) có xu hướng hội tụ, tiệm cận dần tới giá trị hội tụ số nhịp tăng lên Các sơ đồ dầm liên tục từ nhịp trở lên, giá trị mô men cực trị đạt sơ đồ dầm nhịp lớn nhất, giá trị độ võng cực trị đạt sơ đồ dầm nhịp lớn (giải phần mềm tính tốn kết cấu SAP2000 cho kết tương tự) Các biểu đồ mô men độ võng họ dầm nhiều nhịp, chất tải phân bố toàn sau: 511 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học Hình Tổ hợp mô men biến dạng Luật phân bố giá trị mô mem uốn độ võng đồ dầm nhịp, cịn tính biến dạng lấy nguy hiểm họ dầm nhiều nhịp giá trị độ võng cực đại nhịp biên Dùng SAP2000 để giải tổ hợp bao sơ đồ dầm nhịp Trong thực tế thi công, trường hợp chất tải theo nhịp kết cấu khuôn vừa chịu tải trọng phân bố lan dần chất tải ngẫu nhiên nhịp, thường xuyên sẵn có tác dụng lên tồn kết cho kết định tính tương tự cấu khn (như trọng lượng thân khn chất tải tồn kết cấu: Giá trị cực trị đúc, trọng lượng cốt thép,…), đồng Mô mem uốn (đạt gối thứ 2), giá thời chúng chịu tải trọng phân bố trị cực trị độ võng (đạt nhịp nhịp lan dần từ nhịp đến biên) có xu hướng hội tụ, tiệm cận dần nhịp cuối theo hướng thi công (như tới giá trị hội tụ số nhịp tăng lên Các sơ trọng lượng bê tông, hoạt tải thi đồ dầm liên tục từ nhịp trở lên, giá trị mô công,…) men cực trị đạt sơ đồ dầm nhịp Do đó, nên lấy kết từ tổ hợp tải trọng lớn nhất, giá trị độ võng cực trị đạt trung bình: 50% tổng tải trọng chất lên tồn sơ đồ dầm nhịp lớn Luật phân + tổ hợp bao 50% tổng tải trọng chất bố giá trị mô mem uốn độ võng nguy lên nhịp kết cấu lan dần hiểm họ dầm nhiều nhịp hình sau: theo hướng đổ Việc tổ hợp với tải trọng Như vậy, sơ đồ dầm nhiều nhịp,số đơn vị cho kết bảng kết nhịp từ trở lên, tính cường độ lấy chạy SAP2000 giá trị mô men cực trị gối tựa thứ sơ Bảng Công thức nội lực biến dạng cốp pha theo tiêu chuẩn Việt Nam Kết trị số Dầm nhịp Dầm nhịp nghịch đảo Kiểu Cực Cực Tổ hợp chất Cực trị trị Cực trị trị Cực trị Cực trị Vị Vị tải bao bao bao bao bao bao Độ trí trí Mơmen Độ Mơmen Độ Mơmen võng võng võng 50%(Toàn Toàn Gối bộ)+50%(Lan dần) -0,1 = 1/10 0,45 50%(Toàn chiều Toàn bộ)+50%(Lan dài dần) Nhịp biên Gối -0,107 = -1/9,3 0,45 0,007 chiều dài = 1/145 Nhịp biên 512 -9,0 = 0,5*(9,3 + 8,6) 0,006 = 1/155 128 = 0,5*(145 + 112) Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 50%(Toàn Lan bộ)+50%(Lan dần dần) Gối -0,117 = -1/8,6 Gối -0,116 = -1/8,6 Kỷ yếu khoa học -9,0 = 0,5*(9,3 + 8,6) 0,45 0,45 chiều 0,009 128 = 0,009 chiều dài dài = 0,5*(145 = Nhịp 1/113 + 112) 1/112 Nhịp biên biên Khi thiết kế kết cấu khuôn nằm, số fmax = fNhịp biên = q2l4/(185EJ) tải trọng thường xuyên thiết kế Kết nhóm với dầm đơn khuôn đúc, (như: trọng lượng cốt thép, trọng giản, sơ đồ dầm từ nhịp trở lượng khn đúc, v.v.), thường chất lên xuống tính dầm đơn giản: toàn nhịp sơ đồ kết cấu khn, Mmax = q1l²/8, cịn tải trọng khác thi công lại thường fmax = 5q2l4/(384EJ) chất dần lên lan rộng gần theo nhịp phận khuôn đúc, nên ta PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN NỘI LỰC lấy giá trị cực trị Nội lực VÀ BIẾN DẠNG CHO CỐP PHA THEO Chuyển vị theo tổ hợp tải trọng bình quân, TIÊU CHUẨN MỸ tức là: 50% (Tải trọng chất lên tồn kết Các biểu đồ mơ men độ võng họ dầm cấu) + 50% (Tải trọng chất lan dần theo nhiều nhịp, chất tải phân bố tồn nhịp) Từ ta lấy giá trị cực trị Trong Construction Methods and Mômen uốn Chuyển vị sơ Management, S W Nunnally, bảng 12-2, đồ dầm siêu tĩnh có nhịp trở lên sau: trang 324, cho biết giá trị cực trị Mmax = MGối = q1l²/9, nội lực biến dạng để tính tốn thiết kế kết fmax = fNhịp biên = q2l4/(128EJ) cấu cốp pha dạng dầm nhiều nhịp chịu Riêng dầm nhịp, trường hợp tổ tải trọng phân bố đều, áp dụng Hoa hợp tải trọng cho kết sau: Kỳ sau: Mmax = MGối = q1l²/8, Bảng Công thức nội lực biến dạng cốp pha theo tiêu chuẩn Mỹ 50%(Toàn Lan bộ)+50%(Lan dần dần) Loại Nội lực biến Thứ nguyên dạng Số lượng nhịp kết cấu cốp pha dạng dầm 01 nhịp 02 nhịp 03 nhip Mô men uốn cực trị (kG.m) M = +(ql2/8) M = -(ql2/8) M = -(ql2/10) Lực cắt cực trị (kG) Q = (ql/2) Q = (5ql/8) Q = (3ql/5) Độ võng cực trị (m) f = (5ql4/384EJ) f = (ql4/185EJ) f = (ql4/145EJ) Các giá trị Mô men cực trị độ võng cực trị theo lý thuyết Hoa Kỳ, giá trị Mơ men cực trị độ võng cực tính tốn cho kiểu tổ hợp chất tải toàn lên kết cấu cốp pha dạng dầm tính theo lý thuyết Việt Nam Liên Xô cũ (cho dầm từ 1-3 nhịp) Tuy có xem xét tới lực cắt cực trị, tính tốn theo lý thuyết Hoa Kỳ (nội lực biến dạng nguy hiểm nhỏ hơn) an tồn mặt cường độ so với tính theo lý thuyết Việt Nam Lý thuyết Hoa Kỳ xem xét tới dầm nhịp, mà không xem xét tới trường hợp dầm nhiều nhịp với giá trị nội lực nguy hiểm lớn (ở đây, với dầm nhiều nhịp lấy kết theo dầm nhịp) MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA BÀI TỐN TÍNH TỐN NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG THEO TIÊU CHUẨN MỸ Bảng quy đổi đơn vị 513 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học Bảng Quy đổi hai đơn vị Mỹ Việt Nam Ví dụ Hình Ván khuôn vách Một tường cao 12 ft lấp đầy với Từ bảng 5-1, giá trị Cw 1,0 từ bảng 150 lb cho bê tông nhiệt độ 70°F 5-2 giá trị Cc 1,0 Tỷ lệ bố trí nhỏ Bê tơng loại I mà khơng có chất làm chậm ft/h vị trí chiều cao khơng vượt q 14 Bê tông đặt với độ rung bên ft, phương trình (5-2) sử bình thường tới độ sâu ft dụng để tính áp lực bên sau: Tỷ lệ bố trí ft/h Pm = Cw Cc [150 + 9,000R/T] 514 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học = (1.0) (1,0) [150 + 9,000 (5/70)] Giới hạn tới Pm = wh = 150 (12) = = 793 lb/sq ft 1.800 lb/sq ft Retarders Các chất làm chậm bao gồm bất Giá trị tính từ phương trình (5-2) kỳ chất phụ gia nào, chất làm chậm, chất 793, cao mức tối thiểu làm giảm nước, giảm chất phụ gia giảm 600 mức tối đa 1.800 Do đó, sử lượng nước tầm trung, giảm nước dụng 793 /sq ft áp lực bên ván khn mức cao phụ gia (superplasticizers), làm trì 793 lb/sq ft chắn xảy độ sâu hỗn việc thiết lập bê tơng 793/150 = 5,3 ft phía đỉnh ván Kiểm tra giới hạn áp suất tính theo khn phương trình (5-2): Giới hạn tới lớn 600Cw = 600 (1.0) = KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 600 lb/sq ft Bảng so sánh kết Bảng Bảng so sanh kết nội lực độ võng Mỹ Việt Nam Mô men uốn Độ võng cực trị Mô men uốn Độ võng cực trị cực trị (kG.m) (m) cực trị (kG.m) (m) M = +(ql /8) = f = (5ql /384EJ) M = (ql /8) = f = (5ql4/384EJ) 01 nhịp = 0,3125 0,75 = 0,3125 (L=2m ; q=1,5 0,75 T/m) M = -(ql2/8) = - f = (5ql4/185EJ) M = (ql2/8) = f = (ql4/185EJ) 02 nhịp = 0,649 0,75 = 0,13 (L=2m ; q=1,5 0,75 T/m) M = -(ql2/10) = f = (5ql4/145EJ) M = (ql2/9) = f = (ql4/128EJ) 03 nhịp = 0,828 0,667 = 0,1875 (L=2m ; q=1,5 -0,6 T/m) f = (ql4/128EJ) 04 nhịp (L=2m M = -(ql2/10) = f = (5ql4/145EJ) M = (ql2/9) = -0,6 = 0,828 0,667 = 0,1875 ; q=1,5 T/m) KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Tiêu chuẩn Mỹ ACI sử dụng phổ biến công ty lớn Việt Nam TCVN (dịch từ tiêu chuẩn Nga) khơng cịn thích hợp Tiêu chuẩn Mỹ cấp công thức đơn giản cách tính tốn dễ dàng, kết xác Nghiên cứu lấy tốn ví dụ tính tốn mơ men biến dạng cốp pha gỗ cho sàn Có thể phát triển nghiên cứu thêm việc tính toán cấu kiện, vật liệu cốp pha khác để có kết xác rõ ràng hai tiêu chuẩn Mỹ Việt Nam Cịn nhiều ví dụ tính tốn cốp pha tùy vào trường hợp khác nghiên cứu mở rộng Kết hỗ trợ nhiều việc tính tốn cốp pha theo tiêu chuẩn nước Tùy vào loại cốp pha khác mà sử dụng tính tốn khác Tiêu chuẩn Mỹ cho ta tiếp cận đơn giản dễ hiểu kèm theo độ an tồn Tính tốn theo tiêu chuẩn Mỹ hỗ trợ nhiều dự án, cần ứng dụng rộng cơng ty lớn nhà đầu tư yêu cầu sử dụng tiêu chuẩn đảm bảo chất lượng tiến độ cho dự án đầu tư Là tài liệu tham khảo bước đầu hội nhập đất nước Nghiên cứu cần phát triển thêm, bổ sung đầy đủ bàn toàn cấu kiện vật liệu cốp pha khác TÀI LIỆU THAM KHẢO Construction Methods and Management, S.W.Nunnally Kỹ thuật thi công xây dựng, Ngô Quang Tường Formwork for Concrete Structures, R L Peurifov, McGraw-Hill 515 ... khảo bảng tính tốn tự động hỗ trợ cho việc tính tốn cốp pha theo tiêu chuẩn Mỹ PHƯƠNG PHÁP So sánh tính tốn hai tiêu chuẩn Mỹ Việt Nam Tính tốn nội lực biến dạng cho cốp pha theo thiêu chuẩn Việt... hiểu cách tính tốn hay thiết kế cốp pha theo tiêu chuẩn nước tất yếu Là tài liệu tham khảo cho kỹ sư tính tốn cốp pha Đề tài dựa cơng thức tiêu chuẩn tính tốn có sẵn Mỹ điển ACI 347, dựa thứ có... tính tốn cốp pha tùy vào trường hợp khác nghiên cứu mở rộng Kết hỗ trợ nhiều việc tính tốn cốp pha theo tiêu chuẩn nước Tùy vào loại cốp pha khác mà sử dụng tính tốn khác Tiêu chuẩn Mỹ cho ta