BaoCaoDeTaiCocUngSuatTruoc

...

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN MỞ ĐẦU Ở nước ta nói riêng và và những vùng với đặc điểm địa tầng có lớp đất yếu trên mặt khá dày, cọc bêtông cốt thép được ứng dụng rất rộng rãi trong kết cấu móng của đa số các công trình xây dựng, trong đó có các công trình xây dựng vùng ven biển . Trong ngành công trình ven biển nói riêng ở nước ta hiện nay cọc bêtông cốt thép ứng suất trước đang dần thay thế cho loại cọc bê ông cốt thép thường truyền thống vì những 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 Page 1 VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN 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. Page 2 VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH 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. b. Cọc bị nứt dọc theo thân Trong quá trình đóng cọc , thấy có hiện tượng cọc bị nứt dọc theo thân cọc, các khe nứt này rộng ra mỗi khi búa nện vào đầu cọc. c. Cọc bị vỡ đầu trong quá trình đóng cọc Page 3 VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN 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 Page 4 VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN Quy trình chế tạo Page 5 VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN Page 6 VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN 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 CÓ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT YẾU Page 7 VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH 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 Page 8 VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN 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. l N N P P R b R ps A ps l 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 Page 9 VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN 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. φ : đường kính cốt thép. l: chiều dài đoạn cốt thép chôn trong bê tông. c P c P 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 axm τ ở nơi cách tiết diện đầu tiên một khoảng C 1 1 : . 4 3 C l   =  ÷   max . τ ωτ = hoặc ax . . . m P l τ ωπ φ = Trong đó: ω hệ số hoàn chỉnh biểu đồ lực dính, ω < 1 2. Các nhân tố tạo nên lực dính bám a. Lực ma sát Khi bê tông khô cứng, do ảnh hưởng của co ngót mà bê tông ôm chặt lấy cốt thép, tạo nên lực ma sát giữa chúng. b. Sự bám Với cốt thép có gờ, phần bê tông nằm dưới các gờ chống lại sự trượt của cốt thép. Page 10 123doc.vn