BaoCaoDeTaiCocUngSuatTruoc

...

ưu điểm vượt trội của nó Tuy nhiên trong thực tế chế tạo, thi công và sử dụng các cọc

bê tông cốt thép ứng suất trước đang diễn ra ở nước ta đã gặp phải một số bất ổn, có thể làm cho kết cấu công trình làm việc không như mong muốn của người thiết kế, như tình trạng cọc bị gãy, nứt dọc, vỡ đầu, lệch trên mặt bằng, liên kết không tốt với kết cấu bên trên…

Với công trình ven biển, trong trạng thái khai thác, cọc thường phải chịu đồng thời lực nén và mô men uốn Với tiết diện giữa đoạn cọc, cốt thép ứng lực trước được phát huy toàn bộ khả năng chịu lực thì khả năng chịu lực rất tốt Nhưng tại vị trí nối cọc thì cốt thép ứng lực trước chưa phát huy hết khả năng chịu lực, làm giảm đáng kể khả năng chịu lực của cọc Để khắc phục hiện tượng này, người ta bổ sung cốt thép thường tại các

vị trí đầu đoạn cọc Đề tài nghiên cứu sự làm việc của cốt thép ứng lực trước trong cọc và chỉ ra chiều dài cần thiết của cốt thép thường để đảm bảo đủ khả năng chịu lực của cọc

Từ đó có thể áp dụng được vào thực tế xây dựng các công trình có sử dụng cọc bêtông cốt thép ứng suất trước

Cọc bê tông ứng suất trước trong công trình cảng

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU KẾT CẤU

BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC

I BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC

1 Khái niệm

Kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước, còn gọi là kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước, hay bê tông tiền áp, hoặc bê tông dự ứng lực là kết cấu bê tông cốt thép sử dụng sự kết hợp ứng lực căng rất cao của cốt thép ứng suất trước và sức chịu nén của bê tông để tạo nên trong kết cấu những biến dạng ngược với khi chịu tải, ở ngay trước khi chịu tải Nhờ đó những kết cấu bê tông này có khả năng chịu tải trọng lớn hơn kết cấu bê tông thông thường, hoặc vượt được những nhịp hay khẩu độ lớn hơn kết cấu bê tông cốt thép thông thường

2 Nguyên lí làm việc

Cốt thép trong bê tông, là cốt thép cường độ cao, được kéo căng ra bằng máy kéo ứng suất trước, đạt tới một giá trị ứng suất nhất định, được thiết kế trước, nằm trong giới hạn đàn hồi của nó, trước khi các kết cấu bê tông cốt thép này chịu tải Lực căng cốt thép này làm cho kết cấu bê tông biến dạng ngược với biến dạng do tải trọng gây ra sau này khi kết cấu làm việc Nhờ đó, kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước có thể chịu tải trọng lớn gần gấp đôi so với kết cấu này, khi không căng cốt thép ứng suất trước (Khi chịu tải trọng bình thường, biến dạng do tải trọng gây ra chỉ đủ để triệt tiêu biến dạng do căng trước, kết cấu trở lại hình dạng ban đầu trước khi căng, giống như không hề chịu tải gì.)

Ở kết cấu bê tông cốt thép thông thường, thì cốt thép cùng với vật liệu bê tông chỉ thực sự làm việc (có ứng suất) khi có sự tác dụng của tải trọng Còn ở kết cấu ứng suất trước, trước khi đưa vào chịu tải thì kết cấu đã có trong nó một phần ứng suất ngược rồi Cốt lõi của việc kết cấu bê tông ứng suất trước có khả năng chịu tải rất lớn là nhờ việc tạo

ra các biến dạng ngược với khi làm việc bình thường Việc sử dụng vật liệu cơ tính cao như: cốt thép cường độ cao, bê tông mác cao, chỉ là điều kiện phụ trợ để tăng khả năng chịu tải của kết cấu bê tông ứng suất trước

3 Ứng dụng

Kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước được dùng trong các tòa nhà cao tầng, lò phản ứng hạt nhân, cầu treo dây văng hay cầu treo dây võng, các bể chứa, xilô của các nhà máy, cọc trong cầu cảng, cừ chắn đất…

II CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC

1 Ứng dụng của cọc bê tông cốt thép ứng suất trước

- Công trình cầu đường, cảng biển

- Công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp.

- Công trình tường chắn sóng,…

2 Ưu điểm

Cọc bê tông ứng lực trước có những ưu điểm nổi bật so với các loại cọc khác như sau:

- Mác bê tông cao từ 50MPa đến 80Mpa

- Khả năng kháng uốn đều các phương, rất hữu dụng cho loại móng đài cao

- Giảm khả năng nứt của sản phẩm do sử dụng thép ứng suất trước cường độ cao

- Chiều dài cọc linh hoạt, khả năng kết nối với đài đơn giản

- Có thể được sản xuất trên dây chuyền công nghiệp nên dễ dàng kiểm soát chất lượng

- Tiết kiệm được khối lượng bê tông và thép hơn

- Vận chuyển cọc được thực hiện dễ dàng hơn

- Sử dụng được cao nhất khả năng chiụ lực của vật liệu

- Có thể hạ móng xuống rất sâu mà không cần dùng giếng chìm hơi ép là loại móng

có hại đến sức khoẻ công nhân

- Hầu như có thể áp dụng được với các trường hợp địa chất phức tạp

3 Nhược điểm

Nếu thiết kế, thi công cọc không hợp lý sẽ có thể bị các sự cố khi thi công cọc như:

- Cọc có thể bị nứt khi vận chuyển, dựng lắp nếu sơ đồ vận chuyển, dựng lắp cọc thực tế

khác với sơ đồ vận chuyển, dựng lắp cọc trong thiết kế, tính toán

- Phần đầu cọc có thể bị nứt, bể khi đóng cọc nếu thiết kế gia cố đầu cọc không đủ, khi thi công đóng cọc lại chọn búa nhẹ, có chiều cao rơi lớn gây ra lực va đập mạnh lên đầu cọc

4 Những sự cố thường gặp ở cọc bê tông ứng suất trước

a Cọc bị nứt, gãy khi cẩu vận chuyển

Trên thực tế, một số đơn vị thi công cho công nhân dùng móc cẩu móc trực tiếp tại

2 đầu cọc để cẩu chuyển mà không tính toán kiểm tra vì nghĩ rằng cọc bê tông ứng suất trước có độ cứng rất lớn, cọc không bị tổn hại Ở một số công trình đã xảy ra hiện tượng gãy cọc khi cẩu bằng cách này, vừa gây tổn thất lớn về vật tư, vừa gây nguy hiểm cho thiết bị (cần cẩu, sà lan) và những người đang ở bên dưới Nhiều trường hợp cọc bị nứt do cách cẩu chuyển này nhưng rất ít khi được quan tâm phát hiện, tổn hại này tuy không lớn nhưng ảnh hưởng đến tuổi thọ của cọc, trong khi tuổi thọ của cấu kiện này trong công trình cảng thường là nhân tố quyết định đến tuổi thọ của cả công trình

Hiện tượng này gặp khá phổ biến, sau khi cọc đã đóng sâu vào nền, mức độ vỡ

từ nhẹ (chỉ bị vỡ một phần bê tông đầu cọc) đến nặng (toàn bộ đầu cọc vỡ nát, thậm chí bung cả vòng thép tấm đầu cọc)

d Cọc bị nghiêng lệch quá mức cho phép trong quá trình đóng cọc

Trường hợp này thường xảy ra đối với các cọc được tổ hợp từ nhiều phân đoạn trong quá trình đóng, càng về giai đoạn cuối của quá trình đóng cọc càng lệch nhiều, cả

về tọa độ đầu cọc trên mặt bằng và về độ nghiêng của trục cọc

e Kết cấu bên trên bị dịch chuyển nhiều trong mặt phẳng ngang khi chịu tải trọng ngang

Sau khi thi công xong kết cấu bên trên của nền cọc, khi công trình chịu lực ngang (chẳng hạn lực neo tàu, lực va tàu,…) thì kết cấu bên trên bị dịch chuyển trong mặt phẳng ngang lớn hơn nhiều so với tính toán trong hồ sơ thiết kế, trường hợp tải trọng ngang tác động tuần hoàn (chẳng hạn tác động của sóng) còn gây ra hiện tượng rung lắc kết cấu bên trên

f Cọc bị phá hoại do quá khả năng chịu tải

Cọc chịu mômen quá lớn gây nên hiện tượng gẫy cọc hoặc chịu lực dọc lớn gây nên lún công trình trong giai đoạn sử dụng

Sập cầu cảng Tổng kho dầu khí Đà Nẵng

5 Phân loại cọc bê tông ứng suất trước

a Cọc bê tông li tâm ứng lực trước

Quy trình chế tạo

b Cọc vuông bê tông ứng suất trước

CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA

CỌC ỨNG LỰC TRƯỚC TRONG CÔNG TRÌNH VEN BIỂN

Công trình cảng biển

I NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA CẤU KIỆN BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC KHI CHỊU TẢI TRỌNG

Trong cấu kiện bê tông ứng suất trước, người ta đặt vào một lực nén trước tạo bởi

việc kéo cốt thép rồi gắn chặt nó vào bê tông thông qua lực dính hoặc neo Nhờ tính đàn

hồi, cốt thép có xu hướng co lại tạo nên lực nén trước và gây ra ứng suất nén trước trong

bê tông Ứng suất nén này sẽ triệt tiêu hay làm giảm ứng suất kéo do tải trọng sử dụng

gây ra, do vậy làm tăng khả năng chịu kéo của cấu kiện bê tông và làm hạn chế sự phát triển của vết nứt Ứng suất trước chính là việc tạo ra cho kết cấu một cách có chủ ý các ứng suất tạm thời nhằm tăng cường sự làm việc của vật liệu trong các điều kiện sử dụng khác nhau

Dầm bê tông ứng lực trước

II LỰC DÍNH BÁM GIỮA BÊ TÔNG VÀ CỐT THÉP

( Kết cấu bê tông cốt thép – Phần cấu kiện cơ bản )

Lực dính bám giữa cốt thép và bê tông là yếu tố cơ bản đảm bảo sự làm việc chung

giữa hai loại vật liệu, làm cho cốt thép và bê tông cùng biến dạng với nhau và có sự

truyền lực qua lại giữa chúng

1 Xác định lực dính

Chế tạo mẫu bằng cách đổ bê tông ôm lấy đoạn cốt thép Thí nghiệm bằng cách kéo hoặc nén cho cốt thép tụt khỏi bê tông (h2) Cường độ trung bình của lực dính τ được xác định theo biểu thức:

.

P l

τ

π φ

= Trong đó:

P: lực kéo (hoặc nén) làm cho cốt thép tụt khỏi bê tông

Để thí nghiệm làm cốt thép tụt khỏi bê tông thì chiều dài đoạn l phải được hạn chế trong một phạm vi nào đó Nếu l quá lớn thì khi làm thí nghiệm cốt thép có thể bị kéo hoặc nén quá giới hạn chảy (thậm chí có thể bị kéo đứt) mà không bị tụt Kết quả cho thấy sự phân

bố lực dính dọc theo đoạn cốt thép là không đều, nó bằng không ở hai đầu mút và đạt giá trị τmax ở nơi cách tiết diện đầu tiên một khoảng C

τ

ω π φ

=

Trong đó: ω hệ số hoàn chỉnh biểu đồ lực dính, ω < 1

2 Các nhân tố tạo nên lực dính bám

c Lực dán

Keo xi măng có tác dụng như một thứ hồ dán cốt thép vào bê tông

Với cốt thép tròn trơn nhân tố lực ma sát là chủ yếu Với cốt thép có gờ nhân tố bám

là quan trọng Lực dán chỉ chiếm một phần nhỏ trong giá trị củaτ .

α

Trong đó:

m: hệ số phụ thuộc bề mặt cốt thép Với cốt thép tròn trơn m = 5 – 6; thép có gờ m = 3 –5

α: hệ số phụ thuộc vào trạng thái khi chịu lực Khi cốt thép chịu kéo α= 1; cốt thép chịu nén α= 1,5

• Trường phái Pháp biểu diễn giá trị lực dính trung bình τ theo cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bê tông R tn

Với phương pháp chế tạo chế tạo cọc vuông ứng lực trước tiết diện không có bản thép bịt đầu cọc (bản thép vuông góc với trục cọc), như vậy sự làm việc của cọc phụ thuộc vào lực dính bám của bê tông và cốt thép ứng suất trước

Ta có biểu đồ biểu diễn lực dính bám giữa bê tông và cốt thép ứng suất trước trong cọc:

α

Tại hai đầu cọc vì khả năng bám dính của cốt thép và bê tông chưa phát triển hết nên khả năng chịu lực của cốt thép ứng lực trước trong cọc bị giảm yếu -> khả năng chịu lực của cọc bị giảm yếu -> tại vị trí này phải gia cường thêm cốt thép thường chịu lực cùng cốt thép ứng lực trước

Các trường hợp cọc chịu tải có thể gây gẫy đầu cọc do không gia cường hoặc gia cường thiếu cốt thép thường

1 Cọc dùng trong công trình có địa chất yếu

Trong các công trình cảng, các công trình trên nền địa chất yếu dễ sinh ra trượt cung tròn làm trượt mái đất Nếu mặt trượt nguy hiểm đi qua vị trí đầu cọc tại các mối nối cọc,

áp lực đất tác dụng lên cọc sẽ sinh ra mômen có nguy cơ làm gẫy cọc sụp đổ công trình

2 Cọc nằm trên hệ thống đường ray cần trục

Hệ thống ray cần trục khi vận hành sẽ sinh ra lực ngang rất lớn tác dụng lên đầu cọc

3 Cọc xiên trong cảng biển và các trường hợp cọc chịu mômen lớn

Cọc xiên trong cảng

Cọc trong trạng thái cẩu lắp

Cọc trong móng cọc đài cao

IV ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN

Gia cường thêm vào mỗi đầu cọc một đoạn thép thường nhằm bổ sung thêm khả năng chịu lực đã bị giảm yếu của cọc trong đoạn này

Khoảng cách c phụ thuộc vào chiều dài mỗi cọc, mác bê tông, loại thép ứng suất trước

và trạng thái chịu lực của cọc trong các điều kiện sử dụng cụ thể.

Nếu gia cường cốt thép thường trong khoảng cốt thép ứng suất trước bị giảm khả năng chịu lực do chưa phát huy được hết khả năng dính bám 1 1

4 3

  thì sẽ lãng phí do cốt thép thường sẽ phát huy thừa khả năng chịu lực tại các tiết diện được gia cường

Trong các trạng thái chịu lực cụ thể của cọc ta sẽ có: lực dọc, lực cắt, mômen mà cọc phải chịu từ đó thiết kế bê tông, thép ứng suất trước và thép đai; mômen tại các tiết diện đầu cọc để gia cường thêm cốt thép thường

CHƯƠNG III : VÍ DỤ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG CỌC ĐƯỜNG CỔNG TRỤC

I NHIỆM VỤ THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC XÂY DỰNG

1 Nhiệm vụ thiết kế

Nhiệm vụ thiết kế được đặt ra là:

- Móng đường cổng trục phải đảm bảo độ bền, ổn định, điều kiện mở rộng vết nứt để cổng trục hoạt động bình thường

- Khi thi công không làm ảnh hưởng các hoạt động bình thường của nhà máy, không gây ra các chấn động lớn làm ảnh hưởng đến hoạt động và an toàn của các công trình lân cận, các thiết bị đang hoạt động như cống thoát nước ngay sát vị trí móng cổng trục, ống khói, lò nung

- Khi thiết kế tuân thủ đúng theo các quy định, quy phạm, tiêu chuẩn hiện hành của nhà nước

2.1 Yêu cầu kỹ thuật cổng trục

- Hành trình chạy dọc : 172m- Số lượng cổng trục : 02 cái (lắp song song)

- Năm sản xuất : 2011

- Điều kiện làm việc của cổng trục : ngoài trời, chế độ làm việc nặng, 2 ca/ngày

- Tần suất hoạt động : 300 lần/giờ

2.2 Cổng trục cẩu và dốc container chứa liệu

- Số lượng cổng trục : 01 cái

- Khẩu độ : 45 m- Kiểu cổng trục : dầm đôi, kết cấu thép tổ hợp, FEM M7

- Móc chính : 30 tấn, FEM A7

- Số lượng móc chính : 02 cái

- Số lượng xe con : 02 cái

- Chiều cao nâng : 20 m

- Hệ số Ed của động cơ: + Nâng : 60%

+ Chạy ngang : 60%

+ Chạy dọc : 60% - Tốc độ nâng : 3 ~ 30 m/phút

- Tốc độ chạy ngang : 4 ~ 35 m/phút

- Tốc độ chạy dọc : 6 ~ 40 m/phút

- Hệ thống nguồn cung cấp điện : 3 pha, 380V, 50 Hz

- Điện điều khiển : 220V

- Hệ thống khởi động các động cơ : dùng biến tần

- Gàu ngoạm thủy lực 6 ngón 3,2m3 : 01 cái (gồm tang cuốn, ống mềm, hệ thống thủy lực và tủ điện điều khiển

- Mâm từ hút liệu đường kính 2,2m (32KW): 01 cái (gồm tang cuốn, cáp điện và tủ điện điều khiển)

- Accu cho mâm từ: : hút liệu được 10 phút

- Hệ thống cân bằng cho chuyển động chạy dọc của cổng trục

- Thắng và công tắc cực hạn cho các chuyển động

- Hệ thống cấp điện cho các chuyển động

- Cabin điều khiển dạng kín, có gắn máy lạnh; ghế điều khiển dạng xoay, nâng; sử dụng loại cần điều khiển Joystick cho các chuyển động

- Ray cho các chuyển động, ray có đệm cho chuyển động chạy dọc của cổng trục

- Cữ chặn cho chuyển động ngang của xe con chuyển động chạy dọc của cổng trục

- Sàn và lan can bảo trì cổng trục, thang leo

- Không bị lật, đổ khi có lốc xoáy đột ngột

- Có cơ cấu khóa kẹp chống bão, hệ thống chống sét

- Gàu ngoạm 6 ngón 3,2m3 : 01 cái (gồm tang cuốn, ống mềm, hệ thống điều khiển

- Chiều cao nâng : 20 m

- Accu cho mâm từ: : hút liệu được 10 phút

- Chiều cao nâng : 20 m

+ Chạy ngang : 60% Chạy dọc : 60%

- Hệ thống nguồn cung cấp điện : 3 pha, 380V, 50 Hz

- Điện điều khiển : 220V

- Hệ thống khởi động các động cơ : dùng biến tần

- Hệ thống cân bằng cho chuyển động chạy dọc của cổng trục

- Thắng và công tắc cực hạn cho các chuyển động

- Hệ thống cấp điện cho các chuyển động

- Cabin điều khiển dạng kín, có gắn máy lạnh; ghế điều khiển dạng xoay, nâng; sử dụng loại cần điều khiển Joystick cho các chuyển động

- Ray cho các chuyển động, ray có đệm cho chuyển động chạy dọc của cổng trục

- Cử chặn cho chuyển động ngang của xe con chuyển động chạy dọc của cổng trục

- Không bị lật, đổ khi có lốc xoáy đột ngột

- Có cơ cấu khóa kẹp chống bão, hệ thống chống sét

3 Địa hình

Đường cổng trục được sử dụng cho bãi nhập liệu của nhà máy Địa hình khu vực đã được san lấp bằng phẳng, không có các ao hồ, hố lõm

4 Điều kiện địa chất

Địa chất tại khu vực xây dựng công trình được cấu tạo bởi 5 lớp chính như sau:

Lớp đất 1: Bùn sét hữu cơ màu xám đen đến xám xanh, trạng thái nhão Lớp có chiều

dày từ 3 đến 23,3m Sức khánh xuyên động chuỳ tiêu chuẩn từ N=0 đến 2 Các đặc trưng

cơ lý chủ yếu của các lớp như sau: