về một số mô hình mất ổn định của hệ đà giáo thi công cầu bê tông đổ tại chỗ

V MT S MÔ HÌNH MT N NH CA H  À GIÁO THI CÔNG CU BÊ TÔNG  TI CH PGS. TS. LÊ C CHNH B mô n T đng hoá thit k cu đng Khoa Công trình Trng i hc Giao thông Vn ti Tóm tt: S cu bê tông ct thép và bê tông d ng lc trên th gii b sp do h đà giáo thi công yu chim mt t l khá ln.  làm rõ nguyên nhân, bài báo đi sâu phân tích mt s mô hình mt n đnh ca h kt cu nêu trên. T đó rút ra mt s bài hc cho công tác thm đnh và nghim thu h s thit k đi vi h đà giáo chuyên dng này. Summary: A grea t number of reinforced and prestressed concrete bridges in the world have been collapsed due to weakening scaffolds. In order to clarify possible reasons, this article analyses the unstable models of the above structure, from which some experiences are drawn for assessement and design document checking regarding this truss system. I. T VN  T lâu  Vit Nam đã quen s dng các b đà giáo nh bng thép đ đ làm sàn đ bê tông nhà cao tng và các cu cng nh. Thông thng chiu dài nhp ca loi đà giáo này không vt quá 6 m, chiu cao ca tr đ luôn nh hn 5 m (hình 1). Chúng thng có đ d tr v đ bn và n đnh ln cho nên khi thit k có th không cn phi tính ni lc, ch khi nào có yêu cu c th mi kim tra ng sut và đ võng. Trong nhiu h s thit k cng ch thy có mt vài bn v đn gin. CT 2 a) b) c) Hình 1. Mt s h đà giáo c đnh bng thép dùng trong thi công cu: a. S dng dm thép hình, b. Kt cu nhp có cu to dng giàn, c. Tr đ tm Nhng khi áp dng công ngh đ ti ch trên h đà giáo c đnh đ thi công các cu bê tông có chiu dài nhp và chiu cao ln hn thì nguy c mt n đnh rt d xy ra. Nhiu v sp cu trong quá trình đ bê tông bng công ngh này đã xy ra không ch  Vit Nam mà đã thy www.cauduongonline.com.vn  mt s nc trên th gii. Theo thng kê ca J.Scheer [1], có đn 48 trong s 356 v sp cu trên th gii là do sp đ ca h đà giáo thi công. Trong s các nguyên nhân nêu ra thì có ti 35% s v sp đ ca h đà giáo là do thit k, riêng v thit k móng sai có đn 5 v. Nhm tìm hiu thêm v nguyên nhân dn đn nhng tai nn nói trên, trong bài này tác gi s đi sâu phân tích nhng ni dung sau: - L a chn h đà giáo thi công cu - Mt s mô hình mt n đnh ca h đà giáo bng thép - V công tác thm đnh và nghim thu các h đà giáo thi công cu. II. LA C HN H À GIÁO THI CÔNG CU 2.1. Gii thiu chung Phng p háp đ bê tông ti ch trên h đà giáo c đnh có nhiu u đim nh không cn tr giao thông phía di cu, d to đc hình dng cu theo ý mun, gim đc các mi ni và khe co giãn, kt cu làm vic lin khi nên công trình thng có đ bn và tui th cao. Do vy phng pháp thi công truyn thng này vn rt thích hp đi vi các cu nh đn l, các cu dm liên tc vt đn 3 nhp cho các đa phng  xa và min núi cng nh vi các cu cong, cu bn trong các đô th cht hp. Mt h đà giáo thi công cu bê tông nh vy thng có 3 phn, đó là phn móng, h đ và ván khuôn. Phn h đ đc làm bng thép, bao gm dm dc, dm ngang và tr đ. Nhim v ca h đà giáo là to khuôn đúc bê tông và tip nhn các ti trng trong sut quá trình thi công. CT 2 Nhc đim ca h đà giáo c đnh là đc lp ghép t nhiu chi tit khác nhau, có nhiu mi ni nên khi chu tác dng ca ti trng hay các tác nhân khác s rt d b bin dng. Trong quá trình vn chuyn, tháo lp nhiu ln chúng còn b va chm và làm phát sinh thêm các khuyt tt. Mt khác do thi gian dành cho mt ln s dng rt ngn nên khi thit k nhà thu ch tính đn vic khai thác ti u các b đà giáo này mà quên đi nhng sai sót, khim khuyt hay nhng điu kin đ s dng nó.  kh c phc các nhc đim này các nc đu đa ra tiêu chun thit k kt cu thép và quy trình thi công nghiêm ngt. Trong đó đc bit đc quan tâm là vn đ tính toán và kim tra n đnh ca các kt cu thép h thanh [2], [3]. Ngoài ra còn có tiêu chun riêng đ thit k và s dng các h đà giáo bng thép [4], đa ra tiêu chí cho các nhóm đà giáo khác nhau và nhng yêu cu riêng khi thit k các h đà giáo ln. 2.2. Phân nhóm h đà giáo Theo công th c (1) v tính ti trng ti hn cho thy, nu đ mnh ca mt cu kin chu nén nào đó tng lên thì ng sut ti hn λ th σ s càng gim, c th kt cu s tin ti b phá hoi. Cn c vào (2) thì đ mnh s luôn t l thun vi chiu cao hình hc và h s chiu dài tính toán ca kt cu. λ l μ www.cauduongonline.com.vn 2 2 2 0 2 th th E. A.l EJ. A N λ π = π ==σ (1) A/J l. i l 0 μ ==λ (2) Quan h này cho thy nu h đà giáo càng cao thì nguy c mt n đnh càng ln. Ngc li, nu h đà giáo nh, tr đ thp thì ti trng ti hn và ng sut ti hn s tng, an toàn ca công trình cng s đc bo đm. Ngha là h đà giáo nh s có d tr v đ bn và n đnh ln, ngc li nguy c mt n đnh s tng lên  các kt cu ln có đ mnh cao. Vì vy đ thun tin cho vic s dng DIN 4421 ca c [3] đã chia h đà giáo thành 2 loi (loi nh và loi ln) và 3 nhóm khác nhau (bng 1). th N th σ Bng 1. Phân loi các h đà giáo thi công bê tông theo nhóm Nhóm Ni dung H s T γ Yêu cu tính toán I Lo i đà giáo nh m0,5h ≤ , , m0,6l ≤ m/kN0,15q ≤ 1,25 Ch ki m tra v cng đ và đ võng khi có yêu cu II Lo i đà giáo trung bình và ln 1,15 Ch tính t oán ni lc và kim tra cho nhng cu kin c bn III Loi đc bit 1,00 Thc hin đy đ các yêu cu tính toán ca mt h s thit k hoàn chnh CT 2 Các h đà giáo nh đc xp vào nhóm I, khi tính vi t hp ti trng chính đc phép s dng h s nhóm 25,1 T = γ làm h s an toàn chung. Nu có yêu cu kim tra v điu kin cng đ thì ch cn tính theo công thc cfépT RP. ≤ γ là đ, trong đó P là ng sut tính toán ca kt cu và là cng đ cho phép ca vt liu. Nhóm II là nhng h đà giáo còn li có kh nng chu đc ti trng ln, ch yu s dng trong xây dng cu. Trong trng hp này h s thit k h đà giáo phi có đ bn tính và bn v, đng thi phi giáo phù hp vi các tiêu chun thit k kt cu thép ca mi quc gia. Kt cu phi đt yêu cu v an toàn vi h s cfép R .15,1 T = γ Nhóm III cng chính là nhng h đà giáo thuc nhóm II nhng có thêm mt s yêu cu đc bit đ đáp ng đc các yêu cu v an toàn nh 2 nhóm I và II. 2.3. La chn móng và kt cu tr tm 2.3.1. Móng tr tm Móng ca tr  đ tm đc thit k riêng hoc ta trc tip lên móng ca tr cu. Mc đích là làm sao móng không b lún. i vi nhng khu vc đa cht yu và không đu, cn có bin pháp hn ch lún và nht là hn ch tác hi do lún không đu gây ra. www.cauduongonline.com.vn 2.3.2. Kt cu tr tm  tng cng kh nng chu lc ca các tr tm, trong thc t thng s dng 2 loi ct rng, mi loi có th b trí 3 hoc 4 nhánh ct bng thép ng hoc thép hình (hình 2). Các nhánh ct này đc liên kt vi nhau bng các bn ging hoc thanh ging. Nu khong cách gia các nhánh trong mt ct rng ln thì dùng thanh ging s tng đc kh nng chu ct ca h. a. Ct rng 3 nhánh có liên kt cht  c hai đu b. Ct rng 4 nhánh có liên kt mt đu ngàm và mt đu cht c. Mt dng mt ct ngang ca mt ct rng Lc ti hn trong ct rng 2 td 2 2 Z 1 2 th EA. ).( EA. N λ π = λμ π = Hình 2. Dng ct rng thng dùng cho tr tm ca h đà giáo ln n đnh ca h đà giáo thi công cu ph thuc ch yu vào n đnh ca tr tm. Mt tr tm thng gm nhiu ct, các ct này đc đt sát nhau trên cùng mt b móng và liên kt vi nhau bi mt lot các thanh ging. Ngoài các thanh ging hoc bn ging, toàn b tr tm còn đc tng cng n đnh bng nhng cáp neo đúng tiêu chun k thut (hình 3). CT 2 a. B trí ging cho tr tm, (gm 14 ct rng liên kt cht  c hai đu) b. B trí ging và neo cho tr tm (gm 3 ct rng liên kt ngàm  c 2 đu) Hình 3. Cu to mt tr đ tm Khi các nhánh ct b un quanh trc o, lc ct s làm thanh ging bin dng, mô men quán tính s nh đi và lc nén ti hn cng gim. Vì vy khi tính toán đ mnh tng tng tđ λ (hình 2c) cn xét đn nh hng ca góc nghiêng các thanh ging i α và đ nghiêng ca ct www.cauduongonline.com.vn rng ψ (hình 4 a, b). 2.4. Tng cng kh nng chng ct Khi lc tác dng đún g tâm, ngoài bin dng chung nh un dc, tr tm có th còn b bin dng do lc ct (hình 4 a, b). Lc ct ca h đc tính theo công thc (3), trong đó là ngoi lc, là tng các lc dc thanh, là tng lc ti hn ca các thanh trong mt mt ct, là góc nghiêng ca tr tm, đi vi thép ly h s an toàn II Q I Q v N th N 7,1 = γ . ψ ).NQ( N N 1 1 Q v I th v II ψ+ γ− = (3) a. Mô hình kim tra n đnh chng ct tr tm b. Góc nghiêng ca tr đ c. Mô hình tng cng n đnh cho h dm dc có kt cu dng giàn CT 2 Hình 4. Tng cng n đnh cho tr tm và h dm dc [5] i vi h dm dc có kt cu dng giàn, các thanh biên trên b nén, đ tng cng n đnh ca h cn b trí các h ging ngang tng ng vi các v trí đu (A), gia (D) và cui (C, B) ca dm dc (hình 4c). www.cauduongonline.com.vn III. MT S MÔ HÌNH MT N NH CA H À GIÁO BNG THÉP Trong thc t tính toán kt cu cho thy trong nhiu trng hp tuy ti trng còn nh hn giá tr cho phép  điu kin bình thng nhng kt cu vn có th không gi đc hình dng ban đu mà chuyn sang dng cân bng khác. T đó s làm ni lc trong kt cu tng rt nhanh và công trình b phá hoi.  tìm hiu nguyên nhân dn đn làm sp h đà giáo thi công cu,  đây ch đ cp đn 2 mô hình c bn v n đnh ca ct chu nén đúng tâm và mô hình mt n đnh ca h ct phc tp. 3.1. n đnh ca ct chu nén đúng tâm Trong tính toán n đnh ca k t cu thì bài toán n đnh ca ct chu nén có v trí đc bit. Hình 5 gii thiu 4 s đ ct chu nén đúng tâm, trong đó ng sut ti hn có quan h trc tip vi đ mnh ca kt cu, kh nng chu nén ca ct còn phù thuc rt ln vào liên kt 2 đu ct.  thit k tr tm trong thi công cu nên chn các s đ hình 5d, 5c hoc 5b, là nhng s đ có tính n đnh tt hn. λ Phng trình đng cong: 0)x(y.N)x(y.EJ " =+ Công thc tính lc ti hn: 2 0 2 th l EJ. N π = ; l.l 0 μ = ; A/J l i l 00 ==λ (a) (b) (c) (d) H s chiu dài tính toán μ 2 = μ 1 = μ 7,0 ≈ μ 5,0=μ CT 2 Hình 5. Các mô hình c bn ca ct chu nén đúng tâm 3.2. Mô hình mt n đnh ca h ct phc tp Trong h đà giáo thi công cu, tr tm đc kt ni vi dm ngang và tip theo là dm dc. Theo phng ngang cu, tr tm làm vic nh ct chu nén đúng tâm và đc ni thêm lên phía trên to thành s đ ct phc tp. S đ truyn lc ca h này đc mô t nh trên hình 6a. im đt ca lc N đc tính t mép di ca h dm dc, khong cách t B đn đnh tr đ (cht C) là a. Khi lc N tng lên s làm cho đon ct b un cong, dù đó là rt nh. T đó đim C s chuyn dch ngang và làm tng chuyn v f, lc N b phân b li làm tng lc nén trong thanh a và phát sinh lc đy ngang H (hình 6b). i vi đon ct , ngoài N đc chuyn đi t trng thái tác dng đúng tâm thành lch tâm còn có thêm lc đy ngang H, chúng cùng tác dng và làm cho mô men un tng lên gp bi. l l Ct l b cong đáng k, làm cht C và đim B tip tc chuyn dch xung, đon f đc tính theo quan h N H a f = . Khi f = a kt cu s bin hình (hình 6d) và công trình nhanh chóng sp đ. www.cauduongonline.com.vn Hình 6. Mô hình bin dng ca h ct ghép khi chu nén T a) đn d): Các trng thái bin dng ca ct ghép t chu nén đúng tâm đn lch tâm [7] e. Mô hình bin d ng ca tr tm thi công mt cu bê tông  nc ta Hình 7. Mô hình sp tr đ tm ca h đà giáo thi công cu do chuyn v dc b cn t r gây ra Trên hình 7 là kch bn sp mt tr tm ca h đà giáo đang thi công mt cây cu liên tc 15 nhp bng bê tông d ng lc  c. Trình t đ bê tông đc thc hin t gi c đnh G gia cu và thi công ngc v phía hai m theo phng pháp đúc phân đon tng nhp mt. im dng đ bê tông đc b trí  đim mô men bng không trên mi nhp cu. Các tr đ tm đc ging vi nhau c theo phng dc cu bng các thanh ging D (hình 7) dng thép ng. Trc khi đ bê tông  đon cui cùng, sát vi m A thì cu b sp. Nguyên nhân là do đêm hôm trc tri rt lnh, bui sáng khi đ bê tông tri nng m làm bê tông kéo dãn theo phng dc cu mt đon là v. Chuyn v này b các thanh ging cn tr và làm phát sinh lc cng bc ti liên kt gia tr đ và dm ngang. Thanh ging không đc tháo kp thi nên đã kéo theo làm các tr đ sp xung. Kt qu kim tra cho thy nhit đ đã tng . Dm ngang I 55 b nghiêng, đnh tr đ chuyn dch ngày càng ln, đn khi liên kt thanh ging bng thép ng b phá hoi. Thiu sót  đây chính là nhà thu khi thi công h đà giáo đã không xét đn nh hng ca nhit đ. Trc khi đ bê tông đã không kim tra k s sai lch ca dm ngang nh b nghiêng hay các liên kt b cong vênh. Khi thit k h đã quá tit kim, ch s dng dm thép ch I mà không chú ý đn vic gia công ch sa đ gim chiu cao và tng đ n đnh cho dm ngang. CT 2 K15 0 www.cauduongonline.com.vn 3.3. Mô hình mt n đnh ca tr tm trong thi công mt cu  Vit Nam  thi công các nhp cu có chiu dài ln hn 20 m, mt s nhà thu đã b trí thêm các tr tm  gia cng bng thép. H tr tm ln nht đc s dng thi công cu bê tông  nc ta có cu to và s đ truyn lc nhìn theo phng ngang cu nh trên hình 2b và 6e. Mi tr tm đc b trí 2 ct rng đt cách nhau 15,5 m, chúng đc liên kt vi nhau bng các thanh ging và h dm ngang. Mi ct rng có 4 ct nhánh bng thép hình đt cách nhau 3,6 m, các ct nhánh cng đc liên kt vi nhau bng các thanh ging và liên kt thng đng vi b móng cc bng các mt bích. Mi ct rng ta trên mt b móng riêng r, b cc bng bê tông có kích thc 5,0 x 5,0 x 1,2 m. Chiu cao ca thân tr tm khong 14 m. Dm ngang có kt cu dng giàn có chiu cao 6,3l 1 ≈ m, ta trc tip lên 2 ct rng ca h tr tm. Trong điu kin bình thng, lc tng hp N s tác dng thng đng lên tr tm (hình 6e). Mt khi có bin dng, đim C s chuyn v sang ngang, đim B chuyn dch xung theo phng thng đng. c bit là khi có lún lch  mt đài cc, kt qu đo là 11 mm thì vi tng chiu cao 17,6 m, đim C s chuyn v sang ngang khong 50 mm. Vi chuyn v ban đu này s làm v trí gi kê ca dm dc thay đi, phân b lc trong dm ngang và các nhánh ca ct rng cng nhanh chóng thay đi theo. Ngoài ra các lc ngang khác có th do nhiu nguyên nhân khác sinh ra, nm  cao đ mt cu cách đnh dm ngang (đim C) khong 1,0 m, s truyn lên tr tm và làm tng thêm lc đy ngang H. Kt qu là ni lc trong mt s thanh đã tng lên rt nhanh, nht là các thanh ging, kéo theo các nhánh ct b cong ri b on, dn đn làm sp đ toàn b kt cu. IV. VN  THM NH H S THIT K VÀ NGHIM THU H À GIÁO CT 2  không lp li các s c sp cu bê tông trong quá trình thi công đ ti ch trên h đà giáo c đnh, ngành giao thông và các đn v chuyên môn cn tng cng công tác qun lý k thut. c bit là đi vi vic s dng các b đà giáo ln khi thi công các cu có chiu dài nhp ln hn 20 m, đòi hi đn v thit k cng nh xây lp phi có trình đ chuyên môn, nm vng kin thc và kh nng t chc thi công. Hình 8. S đ và thành phn tham gia thm đnh, nghim thu h s thit k h đà giáo thi công cu www.cauduongonline.com.vn Trc tiên nhà thu phi lp đc h s thit k t chc thi công sát vi thc t (hình 8).  tránh nhng s c có th xy ra, công tác thm đnh h s thit k và nghim thu h đà giáo phi đc coi trng. i ng cán b k thut phi làm ch đc các công vic nh xác đnh các kích thc hình hc, phân chia các công đon thi công, trình t đ bê tông, các bc cng kéo cáp cng nh quyt đnh thi đim tháo d ván khuôn và toàn b h đà giáo. Các k s tham gia phi có kinh nghim trong tính toán thit k, bit thm tra t nn móng, kt cu tr tm đn các liên kt và đim kê gi. Vi c phi hp thng xuyên vi t vn giám sát không đc phép b qua hay thc hin mt cách hình thc. Ch nhim đ án phi có trách nhim chuyn giao cho k s t vn giám sát đc duyt toàn b h s thit k thi công. Riêng phn thit k h đà giáo phi đc k s phía đn v giám sát phn bin và theo dõi nghiêm ngt, lp báo cáo nghim thu ngay ti hin trng. i vi nhng h đà giáo đc ng dng ln đu, nht thit phi có bc th ti [7]. V. NHN X ÉT VÀ KIN NGH Nhim v xây dng cu  Vit Nam còn rt nng n, trong đó phng pháp thi công cu bê tông bng phng pháp đ ti ch trên h đà giáo c đnh va quen thuc, d làm, phù hp vi kh nng ca các đa phng nên nht đnh s đc các đn v thi công quan tâm tip tc nghiên cu và áp dng. Bài báo đã đi sâu phân tích thc cht chu lc và bin dng ca h kt cu này, qua đó làm rõ thêm mt s nguyên nhân dn đn làm sp mt s cu ngay trong quá trình đ bê tông. Trên c s các tiêu chun thit k kt cu h đà giáo thép và các kinh nghim thc t  trong và ngoài nc, tác gi đã làm rõ s cn thit phi la chn h đà giáo theo nhóm và tm quan trng ca công tác nghim thu kt cu này trong xây dng cu. CT 2 Ngoài ra cn tng cng kh nng giám sát đ ngay t đu đã loi b đc nhng phng án thit k sai lm, không phù hp vi điu kin thc t. Mc đích là làm sao không đ lp li nhng sai sót nh đt móng tr tm trên nn đt quá yu, chn nhng s đ kt cu cho tr tm d mt n đnh ( ), v.v… 2≥μ Tài liu tham kho [1]. Joachim Scheer: Versagen von Bauwerken - Ursachen, Lehren (Các s c công trình - nguyên nhân và bài hc), Tp 1: Cu; NXB Ernst&Sohn, Berlin 2000. [2]. TCXDVN 338, Thi t k Kt cu thép, BXD – Hà ni 5/2005. [3]. Tiêu chu n thit k kt cu thép c, DIN 18800, Berlin 1990, NXB Beuth GmbH [4]. Tiêu chu n thit k h đà giáo c, DIN 4421, Berlin 8/1982. [5]. U .Schmiedel, Prüfung und Abnahme von Traggerüsten (Thm đnh và nghim thu h đ đà giáo). Tiefbau 3/2001. [6]. C hristian Petersen: Statik und Stabilität der Baukonstruktionen, NXB Vieweg, Braunschweig 1982 [7]. G oebel, Chinh - L.D, H s kt qu th ti h đà giáo thi công cu Grodeuben, loi R II, L = 21,25m, ABK - Dresden, CHDC c 1972 ♦ www.cauduongonline.com.vn . chn h đà giáo thi công cu - Mt s mô hình mt n đnh ca h đà giáo bng thép - V công tác thm đnh và nghim thu các h đà giáo thi công cu. II. LA C HN H À GIÁO THI CÔNG CU. [7] e. Mô hình bin d ng ca tr tm thi công mt cu bê tông  nc ta Hình 7. Mô hình sp tr đ tm ca h đà giáo thi công cu do chuyn v dc b cn t r gây ra Trên hình 7 là. đ thi t k và s dng các h đà giáo bng thép [4], đa ra tiêu chí cho các nhóm đà giáo khác nhau và nhng yêu cu riêng khi thi t k các h đà giáo ln. 2.2. Phân nhóm h đà giáo Theo công