Nghiên ứu ông nghệ xử lý nhiệt khi hàn dầm hữ i kíh thướ lớn

NGUYỄN THÚC HÀ Trang 2 LỜI CAM ĐOANTôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu công nghệ ử lý nhiệ x t khi hàn d m ch I ầ ữkích thước lớn” này là công trình nghiên cứu của tôi và nó chưa hề đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS NGUYỄN THÚC HÀ

Hà Nội – 2014

LỜI CAM ĐOANTôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu công nghệ ử lý nhiệ x t khi hàn d m ch I ầ ữkích thước lớn” này là công trình nghiên cứu của tôi và nó chưa hề được công bố, hoặc

trình bày trên bất kỳ bài báo hay tạp trí khoa học nào của các tác giả trong nước

Tác giả luận văn

Đỗ Vinh Quang

L Ờ I CẢM ƠN

Để hoàn thanh luận văn này, ngoài sự ố ắ c g ng c a bản thân, tác giả ủ đã nhận được

sự giúp đỡ ủ c a nhiều tập thể, cá nhân trong và ngoài trường

Tôi xin bày t lòng kính tr ng và s biỏ ọ ự ết ơn sâu sắc tớ PGS.TS Nguyễn Thúc Hà,i người luôn tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.Tôi xin bày t lòng biỏ ết ơn tới các Ban lãnh đạo Viện Cơ Khí, Viện Đào tạo Sau đại

học và Bộ môn Hàn và Công ngh Kim loệ ại trường Đạ ọi h c Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều ki n thu n l i nh t cho tôi trong quá trình h c tập và nghiên c u ệ ậ ợ ấ ọ ứ

Trong quá trình làm đề tài, tôi nhận được sự giúp đỡ nhi t tình c a cán bộ công ệ ủnhân viên, đội ngũ kỹ sư, giám sát và tư vấn c a công ty TNHH K t Cấu Thép MitSui ủ ếThăng Long

Tôi xin bày t lòng biỏ ết ơn sâu sắc tới những người thân trong gia đình, bạn bè và

đồng nghi p, nhệ ững người luôn bên tôi, động viên tôi trong quá trình h c cao học và ọhoàn thiện luận văn

Cu i cùng, tố ôi cũng xin cám ơn các anh chị trong l p Cao H c khóa 2011B – Công ớ ọngh ệ Hàn trường Đại Học Bác Khoa Hà Nội đã hỗ ợ tr tôi nhi u trong quá trình thề ực hiện đề tài

MỤC LỤC

Trang

TRANG PHỤ BÌA……… ………1

LỜI CAM ĐOAN 1

M C L C 3Ụ Ụ Danh m c các ký hiụ ệu, các chữ ế ắ vi t t t 6

Danh mục các bảng 7

Danh m c các hình vụ ẽ, đồ ị th 8

PHẦN M Ở ĐẦU 10

CHƯƠNG I T NG QUAN V D M 12Ổ Ề Ầ 1.1 Khái ni m 12ệ 1.2 Đặc điểm và phân lo i 12ạ 1.3 Sơ lược về ầ d m hàn và ng d ng cứ ụ ủa dầm hàn trong k t c u thép 14ế ấ 1.4 C u t o cấ ạ ủa dầm ch I 18ữ 1.5 Quy trình ch t o d m hàn ch I 18ế ạ ầ ữ 1.6 Mục đích, ý nghĩa của việc gi m ả ứng suất và bi n d ng hàn 21ế ạ CHƯƠNG II KHẢO SÁT V CÔNG NGH CH T O DẦM CHÍNH NH T TÂNỀ Ề Ế Ạ Ậ 23

2.1 Gi i thi u chung v c u Nh t T 23ớ ệ ề ầ ậ ân 2.2 C u t o d m c u Nhấ ạ ầ ầ ật Tân 24

2.2.1 Thành ph n hóa hầ ọc của các loại thép trong d m GB3WS 26ầ 2.2.2 Cơ tính của các loại thép trong d m GB3WS 26ầ 2.2.3 Các mác thép tương đương 27

2.2.4 Quy trình hàn 27

2.3 V t li u hàn d m 28ậ ệ ầ 2.4 Công ngh tệchế ạo dầm chính cầu Nhật Tân 31

2.4.1 Thi t k gá hàn 32ế ế đồ

2.4.2 Thi t b hàn 33ế ị

2.4.3 Nghiên c u công ngh hàn d m chính cứ ệ ầ ầu Nhật Tân 36

2.5 K t lu n 42ế ậ CHƯƠNG III ỨNG SU T, BI N DẠNG C A D M CHÍNH C U NH T TÂN Ấ Ế Ủ Ầ Ầ Ậ VÀ CÁC BIỆN PHÁP HẠN CH 43Ế 3.1 Ứng su t và bi n dấ ế ạng của dầm chính cầu Nhật Tân 43

3.1.1 Ứng su t và bi n d ng do co ngang gây ra 43ấ ế ạ 3.1.2 Xác định ti t di n vùng ng suế ệ ứ ất tác động của bản cánh trên do cặp mối hàn góc gây ra 45

3.1.3 Xác định ti t di n vùng ng suế ệ ứ ất tác động của bản cánh dưới do 1 m i hàn ố góc gây ra 48

3.1.4 Ứng su t và bi n d ng do co d c gây ra 50ấ ế ạ ọ 3.1.5 Tính toán độ võng dư của các phương án hàn nối cánh v i b ng 52ớ ụ 3.1.6 Các bi n pháp h n ch ng su t và bi n d ng hàn cho d m chính c u Nh t ệ ạ ế ứ ấ ế ạ ầ ầ ậ Tân 65 3.1.7 Bi n pháp k t c u 65ệ ế ấ 3.1.8 Bi n pháp công ngh 68ệ ệ 3.1.9 Bi n pháp công ngh sau khi hàn 69ệ ệ 3.2 K t lu n 70ế ậ CHƯƠNG IV CÔNG NGH X Ệ ỬLÝ NHIỆT KHI HÀN D M CHÍNH CẦ ẦU NHẬT TÂN 71

4.1 Công ngh x lý nhi t ệ ử ệ trước khi hàn 71

4.1.1 Mục đích 71

4.1.2 Phương pháp 71

4.1.3 Xác định nhiệt độ nung nóng sơ bộ 72

4.1.4 Công ngh x lý nhiệ ử ệt trước khi hàn 73

4.2 Công ngh x lý nhi t trong khi hàn 77ệ ử ệ 4.2.1 Xác định nhiệt độ ớ l n nh t giấ ữa các lớp hàn (maximum interpass Temperature) 77

4.2.2 Ki m soát nhiể ệt độ ữ gi a các lớp hàn 78

4.3 X lý nhi t sau khi hàn 78ử ệ 4.3.1 Mục đích 78 4.3.2 Nghiên c u công ngh n n nhi t 79ứ ệ ắ ệ 4.3.3 X lý bi n dử ế ạng dư giữa bụng và b n cánh sau khi hàn 86ả 4.4 Quy trình x lý nhi t cho d m chính cử ệ ầ ầu Nhật Tân 89 4.4.1 Ki n thế ức cơ bản v h a công 89ề ỏ 4.4.2 Chu n b 91ẩ ị 4.4.3 K thu t n n dỹ ậ ắ ầm GB3WS 92 4.4.4 Kiểm tra kích thước sau h a công d m GB3WS 94ỏ ầ CHƯƠNG V.K T LUẬN VÀ KI N NGH 98Ế Ế Ị TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 Phụ ụ l c 1: Bản vẽ ầ d m GB3WS 100 Phụ ụ l c 2: B n v ả ẽ đồgá hàn 102 Phụ ụ l c 3: Quy trình ch t o 103ế ạ Phụ ụ l c 4: Quy trình hàn 105 Phụ ụ l c 5: M h a công HD310C 113ỏ ỏ

Danh mục các ký hiệ u, các ch viết tắt ữ

Danh mục các bảng

B ng 1.1: ả Bán kính cong và độ võng yêu c u khi n n và u n các chi ti t thép 26 ầ ắ ố ế

B ng 2.1: Thành ph n hóa hả ầ ọc của thép 26

Bảng 2.2: Cơ tính của thép 26

Bảng 2.3: Các mác thép tương đương 27

B ng 2.4: ả Sơ bộ quy trình hàn áp d ng cho hàn d m chính c u Nhụ ầ ầ ật Tân 28

B ng 2.5ả : Vậ ệu hàn theo khuyến cáo ủt li c a nhà th u chính 28ầ B ng 2.6ả : Vậ ệu hàn thực tết li 29

B ng 2.7ả : Bảng thông s c a máy hàn OTC XD500 34ố ủ B ng 2.8ả : Bảng thông s cố ủa đầu hàn Handy Carriage I-D 35

B ng 3.1 ả : Bảng so sánh độ võng trường h p hàn lợ ần lượ ừt t ng m i hàn 63ố B ng 3.2 ả : Bảng so sánh độ võng trường hợp hàn đồng th i t ng cờ ừ ặp mối hàn 64

B ng 4.1: Nhiả ệt độ nung nóng sơ bộvà nhiệt độ ố t i thiểu giữa các lớp hàn 73

Bảng 4.2: Thông số ủa súng đo nhiệt độ c IR-HI 76

B ng 4.3ả : Bảng so sánh n n bắ ằng ngọ ửa vớn l i Inductor 84

B ng 4.4ả : Nhiệt độ ối đa cho nắn dạ t ng d m chính c u Nh t Tân 87ầ ầ ậ B ng 4.5ả : Bảng các kích c bép h a công c a Victor Professional 88ỡ ỏ ủ B ng 4.6: Chuyả ển vị mép b n cánh trên sau khi h a công ( o t i 03 i m) 95 ả ỏ đ ạ đ ể B ng 4.7: Chuyả ển vị mép b n cáả nh dưới sau khi h a công ( o tỏ đ ại 03 iđ ểm) 95

B ng 4.8: Dung sai cho phép trong ch tả ế ạo dầm chính c u Nh t Tân [6] 96ầ ậ

Danh m c các hình vụ ẽ ồ, đ thị

Hình 1 1 : Các lo i d m hình 12ạ ầHình 1.2: Các loại dầm tổ ợ h p (d m hàn – dầ ầm đinh tán) 13Hình 1.3: D m h p 14 ầ ộHình 1.4: Dầm cầu thép 14Hình 1.5: Dầm I kích thước lớn 17Hình 1.6: Dầm hàn cho k t c u c u thép 17ế ấ ầHình 1.7: Sơ đồ quy trình ch t o k t c u dế ạ ế ấ ầm chữ I 19 Hình 1.8: Cán ph ng phôi 20 ẳHình 1.9: Máy c t giàn song song 21ắHình 2.1: Mô hình cầu Nhật Tân kiểu dây văng, dẻ qu t 24ạHình 2.2: K t c u d m chính c u Nh t Tân 25ế ấ ầ ầ ậHình 2.3: K t c u d m ngang cế ấ ầ ầu Nhật Tân 25Hình 2.4: V t liậ ệu hàn sử ụ d ng cho d m chính (phía bên trong) 30ầHình 2.5: V t liậ ệu hàn sử ụ d ng cho d m chính (phía bên ngoài) 30ầHình 2.6: Đồ gá gá l p 32ắHình 2.7: Đồ gá hàn 33Hình 2.8: Máy hàn OTC XD500 34Hình 2.9: Đầu hàn Handy Carriage I-D 36Hình 2.10: Th t ứ ựhàn dầm chính Nh t Tân 37ậHình 2.11: Hàn d m chính s d ng d u hàn Handy Carriage I-D 38ầ ử ụ ầHình 2.12 Dạng liên k t hàn cế ủa mối hàn giữa bả ụn b ng v i b n cánh trên 38ớ ảHình 2.13 Dạng liên k t hàn cế ủa mối hàn giữa bả ụng vớ ản cánh dướn b i b i 42Hình 3.1: Góc biến dạng của tấm cánh khi hàn liên k t ch T 43ế ữHình 3.2: Sơ đồ vùng ng suứ ất tác động do c p mối hàn gây ra 45ặ

Hình 3.3: Sơ đồ vùng ng suứ ất tác động do cặp mối hàn gây ra 48Hình 3.4 : Biểu đồ ứ ng su t khi hàn liên k t ch I 51ấ ế ữHình 3.5 : Các phương án hàn dầm chữ I 52

Hình 3.6 : Phương án hàn dầm theo trường h p a,b 53ợ Hình 3.7 : Kho ng cách yả o 54 Hình 3.8 : Trình t hàn 58ự Hình 3.9 : Tư thếhàn sấp ( hàn lòng máng) c a liên k t ch T 59ủ ế ữ Hình 3.10: Trình t ựhàn 60 Hình 3.11 : Trình t hàn 61ự Hình 3 12: M i hàn g n tr c trung hòa 66 ố ầ ụ Hình 3 13: Trình tự hàn cho mối hàn vát mép hai phía 66 Hình 3 14: Cân bằng mối hàn quanh tr c trung hòa 67ụ Hình 3 15: T o góc nghiêng khi gá 67ạ Hình 3.16: Mối hàn không liên t c 68ụ Hình 3.17: Sử ụng số ớ d l p hàn ít nh t có th 68ấ ể Hình 3.18: Kỹ thu t hàn ậ phân đoạn ngh 69ịch Hình 4.1: Phân lo i vùng c a thép 72ạ ủ Hình 4.2: Kích thước khu v c cần nung nóng sơ bộ 73ự Hình 4.3: Phấn đo nhiệt 75 Hình 4.4: Súng đo nhiệ ủt c a hãng Chino 75 Hình 4.5: Nắn th ng b ng nhi t 80ẳ ằ ệ Hình4.6: Mô hình nắn nhiệt và các phương lực 81 Hình 4.7: Biện pháp s d ng thanh th ng 82ử ụ ẳ Hình 4.8: Quá trình h nhi t khi dùng Inductor 83ạ ệ Hình 4.9: Thiế ịt b Terac Inducutor 85 Hình 4.10 Chi u r ng vùng nung nóng 87ề ộ Hình 4.11: Đặc tính c a ng n lủ ọ ửa hỏa công 91 Hình 4.12: Mỏ ỏa công h 91 Hình 4.13: Vị trí đường h a công 92ỏ Hình 4.14: N n hắ ỏa công d m chính GB3WS 92 ầ Hình 4.15: N n hắ ỏa công m i hàn giố ữa bản cánh trên và b n b ng d m GB3WS 92ả ụ ầ Hình 4.16: N n h a công m i hàn giắ ỏ ố ữa bả ụn b ng và bản cánh dướ ầi d m GB3WS 92

PHẦN MỞ ĐẦU

 Lý do chọn đề tài:

Công nghiệp hóa, hiện đại hóa là chiến lược dài hạn của Việt Nam với mục tiêu là đến năm 2020 sẽ trở thành một nước công nghiệp hiện đại Song song với sự phát triển của nền công nghiệp, xây dựng cơ sở hạ tầng cũng được chú trọng

Ngày 07-03-2009, Hà Nội đã khởi công xây dựng Cầu Nhật Tân và đường hai đầu cầu Dự án cầu Nhật Tân được xác định là một trong những công trình giao thông trọng điểm của thủ đô không chỉ có ý nghĩa lớn về kinh tế mà còn có ý nghĩa chính trị, xã hội quan trọng Công trình hoàn thành sẽ kết nối trung tâm thành phố với các khu công nghiệp ở phía Bắc như Bắc Thăng Long Vân Trì, Đông Anh Cổ Loa, Gia Lâm - - - Sài Đồng Yên Viên, đồng thời hoàn thiện tuyến đường vành đai 2 và rút ngắn tuyến đường -

từ trung tâm đến sân bay Quốc tế Nội Bài Với quy mô lớn, công nghệ thi công tiên tiến, hiện đại, kết cấu đặc biệt cầu dây văng 2 mặt phẳng dây, cầu Nhật Tân khi hoàn - thành sẽ trở thành một điểm nhấn kiến trúc, một biểu tượng mới của thủ đô Hà Nội.Phần chính của cầu Nhật Tân là tổ hợp các dầm hàn chữ I có kích thước lớn, bao gồm dầm chính, dầm ngang và các thanh giằng liên kết Dầm chính có chiều cao 3m, chiều dài 12m Chất lượng của các dầm hàn lớn như vậy phụ thuộc rất nhiều vào quá trình thực hiện công việc hàn Quy trình sản xuất hiện đại dù có rất nhiều thiết bị, đồ gá hiện đại nhưng vẫn tồn tại ứng suất dư và biến dạng hàn, đặc biệt là khi hàn các dầm chính và dầm ngang Kết cấu dầm chính, dầm ngang cầu Nhật Tân là dầm chữ I kích

thước lớn Nhận thức được điều đ tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu công nghệ ó,

xử lý nhiệt khi hàn dầm chữ I kích thước lớn ” để làm đề tài nghiên cứu của Luận văn

Nghiên c u, tính toán và xây dứ ựng quy trình hàn và đồ gá hàn khi hàn dầm chữ I kích thước lớn

Nghiên c u và tính toán ng suứ ứ ất dư và biến d ng khi hàn d m ch ạ ầ ữ I kích thước lớn Xây d ng các quy trình x lý nhiự ử ệt trước, trong và sau khi hàn d m ch I kích ầ ữthước lớn nh m gi m ng suằ ả ứ ất dư và biến d ng khi hàn d m ch ạ ầ ữ I kích thước l n ớ

- Đối tượng nghiên cứu: Các dầm hàn chữ I kích thước lớn trong hệ ống kế th t

cấu cầu dầm, cầu dây văng, cầu tạ đang được chế ạo và thi công t i Vim t ạ ệt Nam

- Phạm vi nghiên c u:ứ Công nghệ ử lý nhi t khi hàn d m chính, d m ngang c x ệ ầ ầ ầu Nhật Tân

 Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả

Áp d ng vào thụ ực tế chế ạ ầ t o d m chính và d m ngang c u Nh t Tân, làm giầ ầ ậ ảm biến

d ng khi hàn dạ ầm, đạt yêu c u v ầ ềchất lượng của chủ đầu tư đề ra.Hi n t i, toàn b k t ệ ạ ộ ế

c u thép cấ ủa một nhịp cầu Nhật Tân được sản xu t tấ ại Mitsui Thăng Long đã được chủđầu tư, nhà thầu chính Nh t B n – ậ ả IHI và đơn vị tư vấn nghi m thu và giao nh n hàng ệ ậViệc nghiên c u quy trình x lý nhi t khi hàn d m ch ứ ử ệ ầ ữ I kích thước lớn có ý nghĩa quan trọng đố ới các cơ quan, công ty chuyên về ải v s n xu t, ch t o k t c u thép nói ấ ế ạ ế ấchung và trong vi c xây d ng, thi công các cây c u hiệ ự ầ ện đạ ởi Vi t Nam sau này ệ

 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên c u lý thuy t và th c nghi m ứ ế ự ệ

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ Ầ D M 1.1 Khái ni m ệ

Dầm là loại kết cấu rất phổ biến trong nhiều thiết bị, máy móc, đặc biệt là trong lĩnh vực xây dựng, giao thông Ví dụ dầm cầu trục, cầu thép, toa xe, sàn công tác, khung nhà thép, vỏ tàu thủy, khung máy, bệ máy,

Về chức năng dầm làm việc chống uốn ngang là chủ yếu Thông thường nó nhận tải từ các phần tử khác và chuyển xuống các gối tựa ( tức là phần đỡ dầm)

1.2 Đặc điểm và phân loạ i

Theo cấu tạo tiết diện ngang dầm có thể chia làm hai loại: dầm hình và dầm tổ hợp

Dầm hình là dầm từ một loại thép hình phổ thông như thép I, thép U, thép góc hoặc các loại thép hình thành mỏng chuyên dụng khác Dầm từ thép chữ I có tiết diện đối xứng, mômen chống uốn (Wx ) rất lớn, dùng hợp lý đối với các trường hợp chịu uốn phẳng như dầm cầu, dầm sàn công tác, dầm cầu trục, v v

Hình 1 : 1. Các lo i d m hình ạ ầDầm từ thép chữ U có tiết diện không đối xứng nên khi chịu uốn phẳng dễ bị xoắn Tuy nhiên dầm chữ U ( đặc biệt loại cánh rộng) có khả năng chịu uốn xiên tốt và rất dễ liên kết với các bộ phận khác của kết cấu nên thường được dùng làm khung vỏ tàu, xà gồ, sườn máy bay, toa tàu, hoặc dầm công tác với nhịp và tải trọng bé

Dầm từ thép chữ U có tiết diện không đối xứng nên khi chịu uốn phẳng dễ bị xoắn Tuy nhiên dầm chữ U ( đặc biệt loại cánh rộng) có khả năng chịu uốn xiên tốt và rất dễ liên kết với các bộ phận khác của kết cấu nên thường được dùng làm khung vỏ tàu, xà gồ, sườn máy bay, toa tàu, hoặc dầm công tác với nhịp và tải trọng bé.

Do hạn chế về công nghệ cán, các thép hình cán nóng thường có bề dày bản bụng khá lớn và tốn thêm kim loại tại chỗ lượn chuyển tiếp từ bụng sang cánh Vì vậy việc dùng thép hình cán nóng tuy tiết kiệm được công nghệ chế tạo nhưng vẫn còn nặng nề, chưa tiết kiệm được kim loại, đặc biệt là với các dầm vượt nhịp lớn, chịu tải trọng bé Khắc phục nhược điểm này, áp dụng sự tiến bộ của công nghệ cán, hiện nay kết cấu dầm đã ứng dụng nhiều loại tiết diện mới là thép hình cán nóng hình chữ I cánh rộng, I cao thành hoặc tiết diện cán nguội, dập nguội từ thép bản mỏng tạo thành tiết diện dạng chữ [, chữ Z

Dầm tổ hợp: Dầm tổ hợp được chế tạo từ các loại thép hình, thép tấm hoặc thép định hình Nếu dụng phương pháp hàn để chế tạo thì quy ước gọi là dầm hàn, còn nếu dung liên kết đinh tán hoặc bulong thì tương ứng gọi là dầm đinh tán hoặc dầm bulong

Ở đây chỉ đề cập tới dầm hàn

Hình 1.2: Các lo i d m t hạ ầ ổ ợp (dầm hàn – d m dinh tán ầ

Hình 1.3: D m h p ầ ộDầm hàn chữ I gồm ba phần tử cơ bản: Hai bản cánh (còn gọi là cánh hoặc đế dầm) và bụng (còn gọi là thành hay bụng dầm) Ngoài ra, trong dầm hàn còn có các phần tử kết cấu khác như gân cứng vững, vách ngăn, bản nối,vv…

So với dầm đinh tán hoặc dầm bulong thì dầm hàn nhẹ hơn, chi phí chế tạo thấp hơn nên được sử dụng phổ biến trong những thập kỷ gần đây

Điều cần chú ý là dầm tổ hợp cho phép tạo ta các giải pháp kết cấu linh động hơnnhư: Có thể giảm chiều dày bụng dầm xuống mức tối thiểu hoặc thay đổi tiết diện dầm tùy thuộc vài giá trị nội lực cụ thể Điều này đặc biệt có hiệu quả kinh tế đối với các dầm có khẩu độ và tải trọng lớn

Tuy nhiên, sử dụng dầm hình sẽ giảm được số lượng chi tiết cấu tành, chi phí chế tạo giảm và thời gian đưa công trình vào sử dụng sẽ ngắn hơn Do vậy, trong mọi trường hợp cần phải cân nhắc kỹ các yếu tố kinh tế kỹ thuật để chọ loại dầm hinh hay - dầm tổ hợp nhằm đạt hiệu quả tối ưu nhất

1.3 Sơ lược về ầm hàn và ng d ng c d ứ ụ ủa dầ m hàn trong k t cế ấu thép

1.3.1 Dầm hàn

Loại cầu thép phổ biến nhất cho các nhịp nhỏ và vừa trên đường ôtô là cầu dầm thép Với các nhịp nhỏ và vừa (< 30 m) thông thường dầm chủ được làm bằng thép hình I cán đặt cách đều đều và song song với nhau Đối với các nhịp lớn hơn thường dùng dầm thép, các dầm này thường có chiều cao lớn hơn chiều cao nhất của dầm thép

cán Bên trên dầm thép thường là bản bê tông cốt thép vừa làm bản mặt cầu cho xe chạy vừa tạo độ cứng ngang cho các dầm dọc.

Các dầm ngang ở các đầu dầm và tại các điểm trung gian tạo độ cứng ngang và phân bố tải trọng tập trung lên các dầm dọc

Hình 1.4: Dầm cầu thépCầu dầm thép có ưu điểm đặc biệt là cấu tạo đơn giản, trọng lượng bản thân nhẹ, thi công nhanh chóng, không cần giàn dáo nên rất thích hợp cho các công trình cầu cần xây dựng nhanh và các cầu địa phương

1.3.2 Ưu nhược điểm của cầu dầm thép:

Ưu điểm:

- Cầu d m thép có thầ ể thi công nhanh chóng hơn cầu bêtông c t thép hoố ặc cầu bêtông cốt thép ứng suất trước

- Cầu d m thép có thầ ể ắp đặ ễ l t d dàng qua sông suối, qua chướng ngại vậ ở ất t b

kỳ hoàn c nh thả ờ ết nào, do đó giảm đượi ti c giá thành xây d ng.ự

- Kết c u nh p cấ ị ầu thép thường nhẹ hơn cầu bê tông c t thép làm gi m giá thành ố ảchung, đặc biệt có ý nghĩa khi địa chất lòng sông y u Kế ết cấu nh p c u thép ị ầthường có chi u cao ki n trúc nhề ế ỏ hơn cầu bê tông cốt thép do đó thích hợp khi làm các cầu vượt, khi cần đảm bảo tĩnh không dướ ầi c u mà không c n nâng ầcao quá mức cao độ m tr ố ụ

- C u thép d sầ ễ ữa ch a và s a chữ ử ữa nhanh hơn cầu bê tông c t thép.ố

Nhược điểm:

- G c a thép là vỉ ủ ấn đề ầ c n quan tâm, ph i sả ửa chữa thường xuyên, t n kém và là ốnguyên nhân chủ yếu gây ra hư hỏng c u thép Ngay c thép ch ng gầ ả ố ỉ cũng không hoàn toàn đảm b o v hi u qu kinh t ả ề ệ ả ế như các nhà chế ạ t o công b ố

- H u qu ậ ảcuối cùng của gỉ là làm suy y u công trình ế

- Giá thành sơn cầu trong su t th i gian số ờ ử ụ d ng r t cao Viấ ệc cạ ỉ, sơn lạ ảnh o g i hưởng b t l i t i sấ ợ ớ ức khỏe con người và môi trường Khi dùng sơn trên nên

d u, sầ ự bay hơi của các thành ph n hầ ữu cơ ảnh hưởng nghiêm tr ng tọ ới sức khỏe Việc cạ ỏ các lớp sơn cũ và tiêu hủy phế ảo b th i trong su t th i gian phố ờ ục

vụ cầu r t t n kém Trong m t sấ ố ộ ố trường h p giá thành c a viợ ủ ệc cạ ỉ và tiêu o ghủy ph th i bế ả ằng vớ ệc hủ ỏ ầu cũ, xây dựi vi y b c ng c u m i ầ ớ

- Khoảng 20 năm gần đây, thép chống g ỉ được dùng nhi u trong cề ầu như một

yếu tố ảm giá thành do không ph gi ải sơn Nhưng theo thời gian, gỉ ẫ v n hình thành, thép trở thành nâu, theo quan điểm mỹ quan là m t trong nh ng màu ộ ữxấu nh t Rấ ỉ kết c u nhấ ịp và các bộ phận bằng thép thường chảy xuống tường

mố tr làm m t v m quan ụ ấ ẻ ỹ

- M t s hình nh d m hànộ ố ả ầ

Hình 1.5: D m I kích ầ thướ ớc l n

Hình 1.6: D m ầ hàn cho ế ấ ầ k t c u c u thép

1.4 C ấu tạ ủ ầm chữ o c a d I

Dầm I hay còn gọi là dầm H là dầm có mặt cắt ngang hình chữ I hoặc chữ H Hai phần nằm ngang gọi là bản cánh, phần thẳng đứng là bản bụng Bản bụng chịu lực kéo, trong khi bản cánh chịu phần lớn momen uốn của dầm

Như vậy, lý thuyết về dầm chỉ ra rằng dầm có mặt cắt ngang hình chữ I rất hiệu quả trong việc chịu cả tải trọng kéo và momen uốn trong mặt phẳng chứa bản bụng Mặt khác, mặt cắt ngang có thể giảm theo chiều ngang Nhưng dầm lại không hiệu I quả trong việc chịu xoắn

Có hai dạng dầm I theo tiêu chuẩn:

• Dầm I cán: được tạo hình bởi cán nóng, cán nguội hoặc đúc ép (tùy thuộc vào vật liệu)

• Dầm I hàn (đôi khi dầm I có thể được tạo bằng gắn kết bulong hoặc đinh tán).Dầm I thường được chế tạobởi vật liệu thép kết cấu nhưng đôi khi cũng có thể được chế tạo từ hợp kim nhôm và một số loại vật liệu khác

Dầm I được sử dụng rộng rãi trong các kết cấu công nghiệp với kích thước đa dạng và được tiêu chuẩn hóa Việc này cho phép dễ dàng lựa chọn kích thước và tải trọng phù hợp của dầm I Dầm I được sử dụng với cả hai công năng: dầm và cột

Dướitác dụng của lực uốn, ứng suất pháp lớn nhất sẽ tập trung tại thớ kim loại

xa nhất từ trục trung hòa Và cũng do nguyên nhân này nên phần lớn vật liệu của dầm

sẽ tập trung tại vùng này, vùng gần trục trung hòa sẽ tập trung ít vật liệu hơn Chính điều này là cơ sở của mặt cắt ngang của dầm I; trục trung hòa nằm tại trung tâm của bản bụng, và bản bụng sẽ mỏng hơn bản cánh

1.5 Quy trình ch t o dế ạ ầm hàn chữ I

Quy trình ch t o d n hàn ch ế ạ ầ ữ I trong điều ki n nhà máy k t cệ ế ấu thép thường

gồm các công đoạn chủ ế y u sau:

Ghi chú:A,B: Chuẩn bị phôi, nắ ắn c t phôi; C: Hàn đính ếk t cấu; D: Hàn kế ấu; E,F: Uốn t c

Hình 1.7: Sơ quy trình t o k t c u d m đồ chế ạ ế ấ ầ chữ I

a A,B: Chu n b phôi, n n c t phôiẩ ị ắ ắ

- N n c n tránh t o vắ ầ ạ ết xước, v t lõm và các khuy t t t khác trên b m t ế ế ấ ề ặ

- N n cắ ần đảm bảo bán kính cong và độ võng c a chi ti t theo yêu c u ng 1) ủ ế ầ (bả

b C, D: Hàn đính và hàn dầm

- Ch ế độ hàn đính và chế độ hàn ph i tuân th ả ủ theo quy trình hàn đề ra

- Trình tự hàn cũng phải được chỉ ẫn rõ nh m gi d ằ ả ứm ng su t và bi n d ng sau ấ ế ạ

B ng 1.1: ả Bán kính cong và độ võng yêu c u khi n n và u n các chi ti t thép ầ ắ ố ế

- Nắn phôi được th c hi n bự ệ ằng phương pháp cán phẳng (leveler process)

Hình 1.8: Cán ph ng phôi ẳ

d G: Phay hai phần đầu dầm I:

- Hai phần đầu dầm thường có nhi u khuy t t t, l ch mép giề ế ậ ệ ữa bản cánh trên, bản cánh dưới và b n b ng ả ụ

- Kích thước sau khi phay cần đảm bảo theo đúng kích thước của bản vẽ

- Với các dầm có kích thướ ớc l n, khó sử ụng máy phay để phay, có thể ử ụ d s d ng

đá mài giấy để mài Tuy nhiên, s n ph m sau khi mài v n phả ẩ ẫ ải đạt được các yêu

cầu đề ra

e H,I: Phun bi, phun cát làm s ch kạ ết cấu và sơn

- Trước khi phun bi, phun cát c n chú ý mài các c nh s c, góc…ầ ạ ắ

- Mài láng các m i hàn g gh , khuy t t t s t thép, các ba via…ố ồ ề ế ậ ắ

- Trước khi sơn cần chú ý làm sạ nước, hơi ẩm, d u m , v t phch ầ ỡ ế ấn cũng như các chất b n không thích h p.ẩ ợ

- Do v t li u chậ ệ ế ạ t o k t cế ấu cầu thường thuộc nhóm thép cacbon, xu t phát tấ ừyêu cầu cao về chất lượng cắt, năng suất và các đường cắt u đề là đường th ng ta ẳlựa chọn phương pháp cắt b ng máy c t giàn song song ằ ắ

Hình 1.9: Máy c t giàn song song ắ

Bi n dế ạng hoặc cong vênh có th x y ra trong khi hàn do s ể ả ự co ngót không đều

của mối hàn và kim loại cơ bản trong chu k nung nóng và làm ngu i trong khi hàn và ỳ ộsau khi hàn ng su t hình thành m i hàn là k t qu cỨ ấ ở ố ế ả ủa những thay đổ ề ểi v th tích,

đặc bi t là n u m i hàn b h n ch b i các kết cấu k p ho c các vật li u khác xung ệ ế ố ị ạ ế ở ẹ ặ ệquanh N u nh ng hế ữ ạn chế ị ại bỏ ần nào, ứ b lo ph ng su t có th gây bi n d ng vấ ể ế ạ ật liệu

và th m chí có th gây xé rách hoậ ể ặc đứt gãy T t nhiên, bi n d ng hàn có th ấ ế ạ ểlàm phát sinh chi phí để ử s a chữa, do đó ngăn ngừa bi n d ng là vế ạ ấn đề quan tr ng trong quá ọtrình hàn

Có nhi u lo i biề ạ ến dạng và thay đổi kích thước bao gồm: biế ạn d ng d c, ngang, ọgóc, xo n và u n cong Có th xắ ố ể ảy ra đồng th i hai ho c nhi u dờ ặ ề ạng biế ạn d ng

Các bi n dế ạng hàn gây nhiều khó khăn trong công tác chế t o, l p ráp phân ạ ắđoạn, tổng đoạn c a kết củ ấu và đồng th i còn làm gi m s c bền, tu i thọ c a kết c u ờ ả ứ ổ ủ ấ

1.7 K t lu n ế ậ

Tác giả đã tiến hành nghiên cứu các tài liệu chuyên nghành để tìm hiểu về dầm, cách phân loại, đặc điểm và điều kiện làm việc của dầm cầu Tìm hiểu về quy trình chế tạo chủ yếu

Trong phạm vi của đồ án này, từ cơ sở tham gia giám sát chế tạo tại công tý TNHH Kết Cấu Thép MitSui Thăng Long tác giả sẽ đề xuất biện pháp công nghệ chế , tạo cũng như xử lý nhiệt cho dầm chính GB3WS của Cầu Nhật Tân

CHƯƠNG II: KHẢ O SÁT VỀ CÔNG NGHỀ CH TẠO DẦM CHÍNH Ế

NHẬT TÂN 2.1 Gi i thiớ ệu chung về ầ c u Nhật Tân

Cầu Nhật Tân là mộtcây cầu đang được xây dựng nằm trong tổng số 7 cầu bắc qua sông Hồ đoạn Hà Nộ , kết cấu nhịp của cầu chính theo dạngng i cầu dây văng nhiều nhịp với 5 trụ tháp hình thoi và 6 nhịp dây văng, bắt đầu tại phường Phú Thượng, quậnTây Hồ đến điểm cuối giao với quốc lộ 3 km tại 7+100, xã Vĩnh Ngọc huyện Đông Anh, mục đích rút ngắn đường từsân bay N i Bàiộ về trung tâm thành phố

Hà Nội Cầu được khởi công ngay sau khi hoàn thành cầu Thanh Trì Theo dự án, cầu được kết cấu kiểu dây văng liên tục bê tông cốt thép dự ứng lực với 5 trụ tháp, thi công bằng phương án đúng hẫng cân bằng[1]

Mặt cầu rộng 33,2m chia thành 4 làn xe cơ giới, 2 làn xe buýt, 2 dải xe hỗn hợp, phân cách giữa, đường dành cho người đi bộ Cầu dài 3,9 kmvà có đường dẫn 4,5 km, trong đó phần chính của cầu qua sông dài 1,5 km Tổng mức đầu tư dự định cho cầu từ

7500 tỷ đến 8000 tỷ đồ ng tùy theo số lượng cột phải thi công

Hình 2.1: Mô hình c u Nh t Tân u dây ầ ậ kiể văng, ẻ d qu t ạCầu Nhật Tân được cấu tạo bởi hệ thống các dầm chính, dầm ngang, phần đỡ và các trụ tháp

2.2 C ấu tạo dầm cầu Nhậ t Tân

Dầm chính cầu Nhật Tân là các dầm chữ I với hệ thống các gân tăng cứng và ống neo cáp… (Phụ lục 1)

D m GB3WS có: ầ

• Bản cánh trên có kích thước 570x12000x24mm, vật liệu là JIS G3016 SM570

• Bản cánh dưới có kích thước 910x12000x55mm, vật liệu là JIS G3106 SM570

• Bản bụng có kích thước: 2921x12000x19mm Vật liệu là JIS G3106 SM570

• Vật liệu của các gân tăng cứng là JIS G3106: SM490YA; SM490YB và SM400A

Hình 2.2: K t c u d m chính c u Nh t Tân ế ấ ầ ầ ậDầm ngang cầu Nhật Tân là dầm I với hệ thống các gân tăng cứng

Hình 2.3: K t c u d m ngang c u Nh t Tân ế ấ ầ ầ ậ

2.2.1 Thành phần hóa học của các loại thép trong dầm GB3WS.

Bảng 2.1: Thành phần hóa học của thép [1]

SM400A 0.23 max - 2,5x%C min 0.035 max 0.035 max SM490YA 0.20 max 0.55max 1.6 max 0.035 max 0.035 max SM490YB 0.20 max 0.55max 1.6 max 0.035 max 0.035 max SM570 0.18 max 0.55max 1.6 max 0.035 max 0.035 max

2.2.2 Cơ tính của các loại thép trong dầm GB3WS

Bảng 2.2: Cơ tính của thép [1]

Vật liệ u

Giới hạn chảy (N/mm 2 ) Giới hạn b n (N/mm 2 ) ề Độ giãn dài tương đố(%) i

V t liậ ệu cơ bản của các dầm chính c u Nh t Tân là thép JIS G3101 SM570, ầ ậ

d ng m i hàn ch y u là m i hàn góc nên quy trình hàn áp d ng cho các m i hàn d m ạ ố ủ ế ố ụ ố ầchính như bảng sau:

(SM570) FCAW-

FA2

1F, 2F, 3F (Semi)

B ng 2.4:ả Sơ bộ quy trình hàn áp d ng cho hàn d m chính c u Nh t Tân ụ ầ ầ ậChi ti t quy trình hàn áp d ng cho hàn d m chính c u Nhế ụ ầ ầ ật Tân được thể ệ hi n trong (phụ ụ l c 4)

T

0-2mm

2.3 V t li ậ ệu hàn dầ m

Theo khuyến cáo của nhà thầu chính, vật liệu hàn cho theo bảng sau:

Bảng 2 : Vật liệu hàn theo khuyến cáo của nhà thầu chính5

A5.23 F8A4- EA3

Với đặc điểm công nghệ chế tạo của Công ty Mitsui Thăng Long, sản xuất hàn chủ yếu sử dụng phương pháp hàn FCAW và SAW, riêng phương pháp hàn SMAW sẽ được khuyến cáo nhưng chỉ sử dụng cho hàn sửa chữa.

Việc lựa chọn vật liệu hàn thực tế do tác giả lựa chọn dựa trên điều kiện thực tế của công ty và khuyến cáo của nhà thầu chính Vật liệu hàn sử dụng thực tế theo bảng sau:

Chi tiết các vật liệu hàn được sử dụng trong dầm chính GB3WS như hình sau:

Hình 2.4: V t li u hàn s d ng cho d m chính (phía bên trong) ậ ệ ử ụ ầ

Hình 2.5: V t li u hàn s d ng cho d m chính (phía bên ngoài) ậ ệ ử ụ ầ

Bước 2: Lấy dấu, cắt các chi tiết theo bản vẽ của phòng thiết kế phát hành ra.Bước 3: Hàn nối tấm (nếu có), chụp phim để xác nhận mối hàn nối tấm không

có khuyết tật Nắn dạng

Bước 4: Khoan lỗ bắt bulông hai đầu dầm chính

Bước 5:Gá lắp, hàn đính

Bước 6:Hàn, hỏa công nắn dạng sau hàn

Bước 7:Gá lắp và hàn các gân tăng cứng, phần tăng cứng cho ống neo cáp.Bước 8:Gá lắp và hàn ống neo cáp ở mặt sau

Bước 9:Hàn đinh, nắn biến dạng cục bộ, sửa chữa các khuyết tật…

Bước 10:Kiểm tra sản phẩm trước khi đưa ra lắp thử

2.4.1 Thiết kế đồ gá hàn

Phần này tác giả sẽ thiết kế đồ gá dùng để gá lắp và đồ gá hàn

a Đồ gá gá l p ắ

Hình 2.6: gá gá l p và gá hàn Đồ ắ đồChi tiết đồ gá gá lắp được thể hiện (Phụ lục 2) bao gồm: Hệ thống đỡ bản bụng được làm từ các dầm I300x300 Hệ thống đỡ bản cánh trên và bản cánh dưới bằng các dầm I200 được gắn vào hệ thống trụ cột I300 Hệ thống các kích thủy lực dùng để ép chặt bản cánh trên, bản cánh dưới vào bản bụng

b Đồ gá hàn

Đồ gá hàn bao gồm đồ gá để chi tiết lên hàn và đồ gá xoay lật Chi tiết đồ gá hàn được thể hiện trong (phụ lục 2) Đồ gá hàn gồm hệ thống các dầm I300x300 đỡ bản bụng.

Hình 2.7: gá hàn Đồ

2.4.2 Thiết bị hàn

Sử dụng máy hàn OTC XD500 của hãng DAIHEN với các thông số được thể hiện trong bản sau:

Hình 2.8: Máy hàn OTC XD500

Bảng 2 : Bảng thông số của máy hàn OTC XD5007

Dải điện áp đầu vào 415V ±10%

D i công suả ất đầu vào 31,5kVA, 28kW

Dải dòng điện đầu vào 43,9A

Sử dụng máy hàn OTC XD500 cho việc hàn đính và hàn sửa , hàn khóa đầu dầu.Đầu hàn tự động sử dụng đầu hàn HANDY CARRIAGE I D của hãng -MATSUMOTO KIKAI CO.,LTD

Thông số của đầu hàn Handy Cariage I D được thể hiện ở bảng 2.6

-Bảng 2 : -Bảng thông số của đầu hàn Handy Carriage I8 -D

Điều chỉnh góc mỏ 45º +10º / -5º (So với mỏ ở vị trí thẳng đứng)Chức năng tự động dừng Cung cấp (Cả hai hướng)

Thiết bị chuyển mạch 1)Nguồn 2)Hướng dich chuyển 3)Điều chỉnh tốc đô4)Ra dây(Hồ quang)/Chạy/Hàn 5)Bắt đầu 6)Dừng

Khoảng cách không hàn Bắt đầu: 105mm, Kết thúc:140mm

Nguồn cung cấp AC100V., 50/60Hz., 1-Phase

(110V and 220V are available)

Hình 2.9: u hàn Handy Carriage I-D Đầ

2.4.3 Nghiên cứu công nghệ hàn dầm chính cầu Nhật Tân

2.4.3.1 Chế độ hàn đính cho dầm chính cầu Nhật Tân

Mối hàn dầm chính cầu Nhật Tân là mối hàn góc, kích thước mối hàn góc không quá 4 mm, chiều dài mối hàn đính 50 – 80 mm

Chế độ hàn đính : Ta dùng phương pháp hàn FCAW với chế độ hàn theo chế độ lớp số 1 trong bản thông số quy trình hàn FCAW-FA1 và FCAW- 2 FA [Phụ lục 4].

1 Th hợ àn đính phải được phòng Quản lý Chất lượng công tysát h ch và ạ

có chứng ch phù h p vỉ ợ ới tiêu chu n AWS D1.5 ẩ

2 Chiều dài mối hàn đính tối thiểu là 80mm, kích thước tối thi u là 4mm, ểkhoảng cách giữa các mối hàn đính tối đa là 400mm

3 X ỉtrên mối hàn đính phải được loại bỏ ề ặt mối hàn đính phải được , b mkiểm tra c n thẩ ận trước khi hàn chính

Với các yêu cầu ở trên, chế độ hàn đính như sau:

• Ta dùng phương pháp hàn FCAW với chế độ hàn như sau :

o Kích thước mối hàn đính = 5mm

o Diện tích tiết diện đắp : FH= 1/4xπR2=0.25x3.14x52=20 (mm2)

o Chọn loại dây hàn E81T1 Ni1C tương ứng với mác sản phẩm của hãng Kobelco là DW-60 và đường kính dây d=1,2(mm)

-• Các thông số chế độ hàn đính giống như chế độ hàn trong các quy trình

FCAW-FA1 FCAW-FA2 và [phụ lục ] 4

2.4.3.2 Tính toán chế độ hàn

Bản thông số hàn dầm chính cầu Nhật Tân WPS được thể hiện trong (- phụ lục

4) Các thông số hàn được ghi chép và kiểm nghiệm qua các phép thử cơ tính

Để tăng năng suất và giảm biến dạng hàn tới mức tối thiểu, trong quy trình hàn giữa bản bụng và bản cánh, tác giả sử dụng 02 xe hàn cùng thực hiện một lúc

Thứ tự hàn như sau

Hình 2 : 10 Th t hàn d m chính Nh t Tân ứ ự ầ ậSau khi hàn hoàn thành một phía của dầm I, dầm I sẽ được xoay lật để hàn tiếp phía bên kia Cơ sở để lựa chọn phương án trên sẽ được trình bày cụ thể tại múc 3.15

Hình 2 : 11 Hàn d m chính s d ng d u hàn Handy Carriage I-D ầ ử ụ ầ

a Ch hàn FCAW cho m i hàn gi a bế độ ố ữ ản cánh trên và bản b ngụ

Hình 2.12 D ng liên k t hàn c a m i hàn gi a b n b ng v i b n ạ ế ủ ố ữ ả ụ ớ ả cánh trên Với dạng liên kết hàn như trên hình vẽ, ta tính được diện tích tiết diện ngang của kim loại chảy mối hàn FH = 100 (mm2) Ở đây ta hàn hai phía , mỗi phía có diện tích tiết diện ngang của kim loại chảy mối hàn FH khoảng 50 (mm2) Với diện tích FH như vậy ta không thể hàn một lớp ngấu hết mối hàn được Sơ bộ ta sẽ chọn hàn 2 lớp mỗi phía

Tính chế độ hàn cho lớp thứ nhất của mỗi phía: FH1 = 30(mm 2 ):

• Theo thực tế kiểm nghiệm [6] ta có chế độ dòng diện, điện áp, tốc độ hàn đo được trên thực tế bằng:

- k’: Hệ số được xác định như sau:

- k’ = 1 khi hàn bằng dòng xoay chiều

- Khi hàn bằng dòng một chiều cực thuận:

- Do ta dùng dòng hàn một chiều cực nghịch, đường kính dây Φ 1.2 có:

- Mật độ dòng điện j (Chọn dòng điện là 270A):

• Tính nhiệt lượng đường theo [8]: