Thiết kế búa rung cọc ván thép LARSEN IV dài 12m

Và việc sử dụng búa rung để đóng cọc ván thép chính là mộttrong những phương pháp thi có thể đáp ứng được các yêu cầu trong thi công móngcọc.. Chính vì vậy mà em được giao đề tài: “Thiết

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay đất nước ta ngày càng phát triền, nền kinh tế nước ta đã và đang hoànhập với nền kinh tế thế giới Trong quá trình phát triển sẽ xuất hiện nhiều trungtâm chính trị, kinh tế, xã hội như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, thành phố ĐàNẵng…Cùng với sự phát triển về dân số, tập trung dân cư do vậy việc giải quyết cơ

sở hạ tầng là hết sức bức thiết Do vậy việc áp dụng những thành tựu khoa học kĩthuật vào công tác thi công công trình xây dựng là rất quan trọng và cần thiết vì nó

có thể nâng cao năng suất và giảm nhẹ sức lao động, tăng chất lượng sản phẩm vàkhả năng làm việc ở những điều kiện phức tạp

Giải quyết bài toán cơ sở hạ tầng đó là xây dựng các công trình mới, tu bổ vànâng cấp các công trình cũ Để làm được điều đó đòi hỏi phải có sự tham gia củanhiều ngành kỹ thuật khác nhau trong đó có ngành Máy xây dựng chiếm một vai tròhết sức quan trọng

Ngày nay yêu cầu xây dựng các công trình ngày càng khắt khe Việc xây dựngkhông những phải đảm bảo đúng tiến độ mà còn đảm bảo độ an toàn cao cho côngtrình và các công trình xung quanh

Trong xây dựng các công trình, việc xây dựng gia cố nền móng chiếm tầmquan trọng chủ chốt Và việc sử dụng búa rung để đóng cọc ván thép chính là mộttrong những phương pháp thi có thể đáp ứng được các yêu cầu trong thi công móngcọc Hiện nay phương pháp này được sử dụng rất rộng rãi ở Việt Nam đã đem lạihiệu quả cao

Chính vì vậy mà em được giao đề tài: “Thiết kế búa rung cọc ván thép LARSEN IV dài 12m” Việc tìm hiểu nghiên cứu thiết kế búa rung cọc ván thép là

một công việc rất bổ ích với sinh viên chúng em,giúp chúng em biết được cấu tạonguyên lý làm việc của máy và các bước thi công móng cọc phục vụ cho công táckhi ra trường

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo T.S.Nguyễn Đức Ngọc cùng các thầy côtrong bộ môn đã nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp nàytrong 14 tuần vừa qua.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng… năm 2012 Sinh viên thực hiện

Vũ Thái Long

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TẦM QUAN TRỌNG CỦA MÓNG CỌC VAI TRÒ ỨNG DỤNG

VÀ CẤU TẠO CỌC VÁN THÉP 1.1 Tầm quan trọng của móng cọc đối với công trình xây dựng.

Tất cả các công trình xây dựng nhân tạo đều truyền tải trọng bản thân và hoạttải qua nền móng xuống đất Tùy theo tính chất công trình , tải trọng truyền xuốngđất có thể lớn hay nhỏ dưới các trạng thái lực phân bố đa dạng khác nhau Nếu nềnđất tự nhiên có thể thỏa mãn được điều kiện chịu lực của công trình xây dựng củacông trình xây dựng trên nó theo các thông số đánh giá như tính kháng nén(lún),tính kháng cắt…ứng với các điều kiện địa chất ,thủy văn biến động khác thìviệc gia cố nền móng sẽ không cần thiết nữa

Tuy nhiên như chúng ta đã biết Việt Nam là một đất nước có nền đất phức tạp

và chủ yếu là nền đất yếu vì vậy hầu hết các công trình trước khi xây dựng nên đềuphải gia cố nền Mặt khác do đòi hỏi xu thế phát triển của nền kinh tế thì các côngtrình xây dựng nên là những công trình lớn tải trọng của nó truyền xuống nền rấtlớn và ngày càng tăng

Như vậy việc gia cố nền móng trước khi xây dựng là một điều kiện tất yếu Vàchi phí cho việc gia cố nền móng trong giá thành công tình chiếm một tỷ lệ đáng kể:15% - 50%

Trong những năm gần đây đất nước ta không ngừng có những sự phát triển và xâydựng những cơ sở hạ tầng tạo nên sự chuyển biến mới về đời sống dân sinh cũng như sựphát triển kinh tế Nó tạo tiền đề cho sự phát triển của các ngành xây dựng

Trong các công trình xây dựng đó việc thi công móng cọc có ý nghĩa rất quantrọng về mặt kinh tế, kĩ thuật Vì vậy muốn đảm bảo chất lượng cao cho các côngtrình xây dựng thì việc thi công móng cọc lá một yếu tố đặt lên hàng đầu trong khithiết kế và thi công

Từ trước tới nay, móng cọc là một trong những biện pháp được áp dụng nhiềutrong việc xây dựng các công trình chịu tải trọng lớn Vì vậy cần phải có các biệnpháp xử lý và thi công móng cọc hợp lý để đáp ứng được những nhược điểm này

Nhiệm vụ chủ yếu của móng cọc là nhận một phần hoặc toàn bộ tải trọng vàngoại lực truyền xuống đất chịu lực tốt nằm dưới sâu Nếu chân cọc tỳ lên nền đấtchắc ta có cọc chống, nếu tải trọng truyền vào đất chủ yếu nhờ lực ma sát giữa đất

và mặt bên của cọc ta có cọc treo

Tính ưu việt của móng cọc, chẳng những nó thể hiện ở chỗ khắc phục hoặc hạnchế biến dạng lún có trị số quá lớn và biến dạng không đều của nền đất cũng nhưđảm bảo ổn định cho công trình khi có tải trọng ngang tác dụng mà còn rút ngắnkhoảng thời gian thi công, giảm bớt được khối lượng vật liệu xây dựng móng vàkhối lượng đào đắp đất, cơ khí hóa trong việc chế tạo và thi công cọc Tuy nhiêncần chú ý rằng nếu sử dụng móng cọc không hợp lý sẽ gây lãng phí và nguy hiểmcho công trình Mặt khác quá trình thi công móng cọc còn phải đòi hỏi có một sốthiết bị thi công phức tạp và đội ngũ thi công phải có trình độ tay nghề nhất định

Ở nước ta móng cọc đã được áp dụng từ lâu trong việc xây dựng các côngtrình Các cơ quan thiết kế đã mạnh dạn áp dụng móng cọc để xây dựng các côngtrình trên nền đất cứng có chiều dày lớn có nhiều ở các tỉnh đồng bằng Dưới đâynêu một vài ví dụ điển hình về việc áp dụng móng cọc vào xây dựng các công trìnhtrên nền đất cứng: Khu chung cư Hồ Linh Đàm(Hà Nội) được thiết kế với loại cọc

bê tông 30x30x1200, khu đô thị mới Trung Hòa Nhân Chính móng được gia cốbằng cọc kích thước 30x30 dài từ 6-10m …

Ngành thủy lợi là ngành sử dụng móng cọc khá nhiều:Dùng cọc tre để đắp cừ,đắp đê quai, đê chống lụt, dùng cọc tre, gỗ, cọc bê tông cốt thép để gia cố nền móngcác công trình như: Thủy điện, đập, trạm bơm nhỏ và vừa xây dựng trên nền đấtcứng Và khi xây dựng các công trình lớn như: Hệ thống 6 trạm bơm lớn Bắc Nam

Hà đều được sử dụng cọc bê tông cốt thép để xử lý nền móng

Ngày nay với sự ra đời của lý thuyết biến dạng của Γepy và lý thuyết sóng củacenbenan và các công trình nghiên cứu khác đã cho phép khắc phục được nhữngthiếu sót của lý thuyết va đập cổ điển của Newton Trên cơ sở lý thuyết động người

ta đã tiến hành nghiên cứu một hệ thống hoàn chỉnh “búa- cọc- đất” Đây là một vấn

đề mới mẻ, các công trình nghiên cứu áp dụng lý thuyết sóng vào bài toán cọc chưa

được áp dụng nhiều trong thực tế vì còn nhiều hạn chế Nhưng trong tương lai nó sẽđóng góp quan trọng cho khoa học.

1.2 Vai trò ứng dụng và cấu tạo của cọc ván thép.

Cọc ván thép là một dạng kết cấu được gia công uốn nguội từ thép tấm theocác hình dạng được tính toán trước sao cho có lợi cho việc chịu các tải trọng ngang

và đứng Hiện nay cọc ván thép có các hình dạng tiết diện khác nhau và ngày càng

có nhiều tính năng ưu việt hơn Các ván cừ thép được liên kết với nhau thông quacác mối liên kết giữa chúng ở hai bên tạo thành một bức tường liên tục có kết cấuchắc chán để chịu các áp lực ngang và tải trọng đứng nhờ sức chống đầu cọc và masát thân cọc với đất nền

1.2.1 Vai trò.

Trong thực tế có rất nhiều loại cọc được sử dụng trong các công trình xâydựng Cùng với sự phát triển của loài người là sự phát triển của xây dựng dân dụngcon người đã sử dụng cọc bằng tre, gỗ, cọc bê tông, thép, bê tông cốt thép… để xử

lý nền móng Ngày nay, trong lĩnh vực xây dựng, cọc ván thép (cừ thép, cừ Larssen,cọc bản) được sử dụng ngày càng phổ biến Từ các công trình thủy công như cảng,

bờ kè, cầu tàu, đê chắn sóng, công trình cải tạo dòng chảy, công trình cầu, đườnghầm đến các công trình dân dụng như bãi đậu xe ngầm, tầng hầm nhà nhiều tầng,nhà công nghiệp…đều sử dụng cọc ván thép Vì sử dụng cọc ván thép có một số ưuđiểm sau:

- Khả năng chịu ứng suất động khá cao (cả trong quá trình thi công lẫn trong quá trình sử dụng)

- Khả năng chịu lực lớn trong khi trọng lượng khá bé

- Cọc ván thép có thể nối dễ dàng bằng mối nối hàn hoặc bulông nhằm gia tăng chiều dài

- Cọc ván thép có thể sử dụng nhiều lần, do đó có hiệu quả về mặt kinh tế

- Cọc ván thép có thể sử dụng nhiều lần, do đó có hiệu quả về mặt kinh tế Mặc dù vậy cọc ván thép có nhược điểm là bị ăn mòn trong môi trường làm

việc (khi sử dụng cọc ván thép trong các công trình vĩnh cửu) Tuy nhiên nhượcđiểm này hiện nay hoàn toàn có thể khắc phục bằng các phương pháp bảo vệ nhưsơn phủ chống ăn mòn, mạ kẽm, chống ăn mòn điện hóa hoặc có thể sử dụng loạicọc ván thép được chế tạo từ loại thép đặc biệt có tính chống ăn mòn cao.

Ngoài ra, mức độ ăn mòn của cọc ván thép theo thời gian trong các môitrường khác nhau cũng đã được nghiên cứu và ghi nhận lại Theo đó, tùy thuộc vàothời gian phục vụ của công trình được quy định trước, người thiết kế có thể chọnđược loại cọc ván thép với độ dày phù hợp đã xét đến sự ăn mòn này

1.2.2 Ứng dụng.

Với khả năng chịu tải trọng động cao, dễ thấy cọc ván thép rất phù hợp chocác công trình cảng, cầu tàu, đê đập, ngoài áp lực đất còn chịu lực tác dụng củasóng biển cũng như lực va đập của tàu thuyền khi cặp mạn

Trên thế giới đã có rất nhiều công trình cảng được thiết kế trong đó cọc vánthép (thường kết hợp với hệ tường neo và thanh neo) đóng vai trò làm tường chắn,đất được lấp đầy bên trong và bên trên là kết cấu nền cảng bê tông cốt thép vớimóng cọc ống thép hoặc cọc bê tông cốt thép ứng suất trước bên dưới Tường cọcthép này cũng được ngàm vào bê tông giống như cọc ống Hệ tường neo thôngthường cũng sử dụng cọc ván thép nhưng có kích thước và chiều dài nhỏ hơn so vớitường chính Thanh neo là các thanh thép đường kính từ 40mm đến 120mm có thểđiều chỉnh chiều dài theo yêu cầu Việc thiết kế công trình cảng sử dụng cọc vánthép có thể tiết kiệm về mặt chi phí hơn vì nếu không dùng cọc ván thép thì sốlượng cọc ống bên dưới kết cấu nền cảng sẽ phải tăng lên nhiều và phải thiết kếthêm cọc xiên để tiếp thu hoàn toàn các tải trọng ngang tác dụng vào kết cấu nềncảng (hình 1.1)

Hình 1.1Bên cạnh công trình cảng, nhiều công trình bờ kè, kênh mương, cải tạo dòngchảy cũng sử dụng cọc ván thép do tính tiện dụng, thời gian thi công nhanh, độ bềnchịu lực tốt(hình 1.2)

Hình 1.2

Với các công trình đường bộ, hầm giao thông đi qua một số địa hình đồi dốcphức tạp hay men theo bờ sông thì việc sử dụng cọc ván thép để ổn định mái dốchay làm bờ bao cũng tỏ ra khá hiệu quả(hình 1.3)

Hình 1.3Trong các công trình dân dụng, cọc ván thép cũng có thể được sử dụng đểlàm tường tầng hầm trong nhà nhiều tầng hoặc trong các bãi đỗ xe ngầm thay chotường bê tông cốt thép Khi đó, tương tự như phương pháp thi công topdown, chínhcọc ván thép sẽ được hạ xuống trước hết để làm tường vây chắn đất phục vụ thicông hố đào Bản thân cọc ván thép sẽ được hàn thép chờ ở mặt trong để có thể bámdính chắc chắn với bê tông của các dầm biên được đổ sau này Trên các rãnh khóagiữa các cọc ván thép sẽ được chèn bitum để ngăn nước chảy vào tầng hầm hoặc cóthể dùng đường hàn liên tục để ngăn nước (trong trường hợp này nên dùng cọc bảnrộng để hạn chế số lượng các rãnh khóa)(hình 1.4)

Hình 1.4

Ứng dụng cọc ván thép trong thi công công trình thủy lợi

1 Thi công công trình trên bãi sông

2 Xây dựng công trình ngay trên lòng sông dẫn qua kênh dẫn dòng được đào vòng qua khu vực thi công

3 Xây dựng từng phần ngay trên lòng sông, dẫn dòng qua phân sông còn lại.Đối với các công trình xây dựng trên lòng sông, giữ khô hố móng là đê quaysang bằng đất đắp vây xung quanh hạng mục cần thi công Công nghệ này thích hợpđối với các công trình xây dựng trên sông vừa và nhỏ, những nơi thuận tiện cho việclấy đất và đắp đê quai Trong điều kiện sông rộng và sâu, những nơi dân cư đôngđúc, điều kiện thi công chật hẹp thi công thép công nghệ truyền thống rất phức tạp

và tốn kém, do vậy sử dụng cọc ván thép làm đê quai là một giải pháp tối ưu.Cọcván thép được sử dụng làm khung vây để thi công các hạng mục công trình đã khẳngđịnh được tính ưu việt, giải quyết được các vấn đề về kỹ thuật mà phương pháp thicông truyền thống không khắc phục được

Trong những năm gần đây, Viện Khoa học Thủy lợi đã ứng dụng cọc ván théptrong thi công cho một số công trình ngăn sông như đập Sông Cui - Long An, đậpThảo Long - Thừa Thiên Huế, cống Đò Điểm - Hà Tĩnh Cọc ván thép được đóng liềnnhau tạo thành vách đứng ngăn nước, giữ cho hố móng công trình được khô ráo trongsuốt quá trình thi công Trong lĩnh vực xây dựng công trình ngăn sông, cọc ván thépcũng được sử dụng với vai trò như đê quai trong công nghệ truyền thống Khung vâycọc ván thép giữ cho hố móng luôn khô ráo, tạo điều kiện cho việc thi công các hạngmục công trình dưới lòng sông Khung vây cọc ván thép phù hợp cho thi công cáccông trình trên lòng sông sâu mực nước thường lớn hơn 3m, nền công trình có hệ sốthấm cao hoặc nơi có hiện tượng cát chảy

1.2.3 Cấu tạo.

Cho đến nay cọc ván thép được sản xuất với nhiều hình dạng, kích thướckhác nhau với các đặc tính về khả năng chịu lực ngày càng được cải thiện Ngoàicọc ván thép có mặt cắt ngang dạng chữ U, Z thông thường còn có loại mặt cắt

ngang Omega (W), dạng tấm phẳng (straight web) cho các kết cấu tường chắn trònkhép kín, dạng hộp (box pile) được cấu thành bởi 2 cọc U hoặc 4 cọc Z hàn vớinhau.

Tùy theo mức độ tải trọng tác dụng mà tường chắn có thể chỉ dùng cọc vánthép hoặc kết hợp sử dụng cọc ván thép với cọc ống thép (steel pipe pile) hoặc cọcthép hình H (King pile) nhằm tăng khả năng chịu mômen uốn

Về kích thước, cọc ván thép có bề rộng bản thay đổi từ 400mm đến 750mm

Sử dụng cọc có bề rộng bản lớn thường đem lại hiệu quả kinh tế hơn so với cọc có

bề rộng bản nhỏ vì cần ít số lượng cọc hơn nếu tính trên cùng một độ dài tườngchắn Hơn nữa, việc giảm số cọc sử dụng cũng có nghĩa là tiết kiệm thời gian và chiphí cho khâu hạ cọc, đồng thời làm giảm lượng nước ngầm chảy qua các rãnh khóacủa cọc

Chiều dài cọc ván thép có thể được chế tạo lên đến 30m tại xưởng, tuy nhiênchiều dài thực tế của cọc thường được quyết định bởi điều kiện vận chuyển (thôngthường từ 9 đến 15m), riêng cọc dạng hộp gia công ngay tại công trường có thể lênđến 72m

CHƯƠNG II: ĐÁNH GIÁ - PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 2.1 Đánh Giá - Phân Tích.

Để đóng cọc có nhiều phương pháp nhưng hiện nay người ta hay sử dụngphương pháp dùng lực xung kích của vật nặng rơi xuống để đóng cọc như búa rơi,búa hơi, búa Điezel, búa thủy lực; dùng phương pháp rung động như búa rung, búarung thủy lực hoặc kết hợp giữa rung động và va đập (va rung) Nhưng trong thicông cọc ván thép người ta hay dùng búa thủy lực, búa rung và búa rung thủy lực Búa rung để hạ cọc ván thép hay cọc cừ đã đạt được những hiệu quả kỹthuật và kinh tế bởi vì rung động làm giảm đáng kể lực cản sườn là lực cản chínhtác dụng lên cọc ván thép

Thi công cọc ván thép larsen hiện nay phổ biến nhất là dùng búa rung (ngoài

ra còn có phương pháp thi công bằng máy đóng, hay robốt ép cừ larsen…)

Có 2 loại búa rung: Búa rung thuỷ lực gắn trên máy đào, và búa rung điện thicông trên xe cẩu Sau đây xét các loại búa sau:

2.1.1 Búa thủy lực.

Búa thủy lực làm việc dưới tác dụng của dòng chất lỏng công tác(gọi chung làdầu), nâng bộ phận xung kích bằng chất lỏng có áp và để rơi tự do trên cọc Có 2loại búa đơn động và búa song động:

- Búa đơn động: Dùng chất lỏng có áp lực đưa búa lên cao, sau đó búa rơixuống nhờ trọng lượng bản thân Trọng lượng búa từ 1,5 đến 8 tấn Số nhát đóngđược trong một phút khoảng 25 đến 30 nhát Cấu tạo búa đơn giản dễ sử dụng

- Búa song động: Dùng chất lỏng đưa búa lên rồi sau đó lại dùng chất lỏng có

áp lực hạ búa xuống Ưu điểm năng suất cao, mỗi phút đóng được từ 200 đến 300nhát, làm việc tự động Nhược điểm chính của búa này là trọng lượng chết lớnchiếm 80% trọng lượng búa

Hình 2.1 :Búa đóng cọc thuỷ lực.

1 Đế búa 7 Van một chiều

2 Thân búa 8 Không gian trên pittông

3 Đầu búa 9 Van phân phối

thêm, giảm bớt trọng lượng đóng, nâng cao năng suất và giảm thời gian thi công,hoặc không phải cắt bớt cọc như khi dùng các loại búa khác như búa đơn, búađiêzen vv Ngoài ra, búa thuỷ lực còn có khả năng điều chỉnh năng lượng và sốlượng nhát búa trong một phút, rất cần khi đóng cọc dài và thanh mảnh (thao tácbằng các van điều chỉnh, nên có thể dùng thủ công hoặc theo chế độ điều khiển tựđộng )

Nhược điểm: chi phí đầu tư máy cao, việc sửa chữa máy khó khăn

2.1.2 Búa rung điện.

Đầu búa rung treo trên đầu cọc, nhờ động cơ điện truyền chuyển động quaycho các khối lệch tâm trên trục truyền động tạo ra lực rung động theeo phươngthẳng đứng và truyền xuống cọc cùng khối đất bám theo cọc, nhờ đó làm giảm lực

ma sát của nền tác dụng lên cọc Dưới tác dụng của trọng lượng cọc và đầu búarung, cùng với lực dao động thẳng đứng thắng lực cản quanh cọc và lực cản đầu cọclàm cọc chìm sâu vào nền, nhờ đó mà năng suất đóng cọc cao hơn 4-6 lần so vớibúa Diezel Có 3 loại phổ biến là:

a.Búa rung nối cứng:

Loại búa này có cấu tạo đơn giản: Bộ gây rung thường dùng các đĩa lệch tâmlắp trên trục quay để gây ra lực rung động Có thể điều chỉnh lực gây rung bằngcách điều chỉnh lực gây rung bằng cách điều chỉnh vị trí của đĩa lệch tâm loại búanày có nhược điểm là bộ gây rung làm ảnh hưởng tuổi thọ của động cơ Loại búanày làm việc có tần số thấp: 300- 500 (lần/phút), đóng được cọc lớn: Cọc bê tôngcốt thép, cọc ống BTCT khối lượng đến 10t vào nền đất yếu Khác với loại nốimềm, ở đây động cơ điện được liên kết cứng bằng bu lông với vỏ hộp bộ gây rung

Bộ này có bốn trục gây rung, vỏ hộp có kết cấu hàn Các khối lệch tâm làm bằngthép tấm và liên kết với trục bằng then và bu lông Truyền động từ động cơ đến cáctrục gây rung qua các bộ truyền Phần đáy quả búa kết cấu mặt bích có thể lắp vớinhiều loại mũ cọc khác nhau

b.Búa rung nối mềm:

Sự khác giữa búa rung nối cứng và nối mềm là:Ở loại nối mềm động cơ đượcnối với bộ gây rung qua lò xo Vì thế trong quá trình làm việc động cơ ít bị ảnhhưởng do bộ gây rung gây ra, tuổi thọ của động cơ được nâng cao, ở đây động cơđiện được lắp trên bệ gia trọng, bệ này đặt trên hệ lò xo gắn với bộ gây rung đượccấu tạo là hộp truyền động, độ cứng của hệ lò xo được tính toán sao cho tần số daođộng riêng của bệ nhỏ hơn nhiều so với tốc độ quay của trục gây rung, điều này tạocho động cơ điện làm việc tốt hơn (do tần số dao động riêng nhỏ hơn so với điềukiện gắn trực tiếp với bộ gây rung) Truyền động từ động cơ điện xuống hộp truyềnthông qua bộ truyền Để có thể điều chỉnh được các đặc tính dao động của quả búa,người ta thay đổi khối lượng của bệ và cấu tạo khối lệch tâm thành hai phần : Tĩnh

và động để thay đổi khối lệch tâm Khởi động quả búa từ bảng điều khiển có cấu tạogiống như bảng điều khiển động cơ thông thường Kiểu này có tần số rung độngcao n= 700- 1500 (lần/ ph).

Hình vẽ 2.3: Búa rung nối mềm

1 Đĩa lệch tâm 3 Bệ gia trọng 5 Bộ truyền đai

2 Lò xo 4 Động cơ

c.Búa va rung:

Quả búa làm việc theo nguyên lý hỗn hợp: vừa rung vừa va đập Khác với quả

búa thông thường, khi làm việc bộ dẫn động ngoài chức năng tạo dao động của bộchuyển động của bộ gây rung còn gây xung lực va đập xuống đầu cọc trong trườnghợp khe hở giữa đầu búa và đe nhỏ hơn biên độ dao động riêng của bộ gây rung

Tần số va đập có thể bằng tần số quay của trục gây rung hoặc nhỏ hơn 2- 4 lần, ởcác trường hợp này người ta gọi quả búa làm việc ở chế độ i=1, i=2, i=3, i= 4 điềunày có ý nghĩa quan trọng trong việc chế tạo quả búa và cho phép sử dụng động, bởi

vì nếu cùng công suất như nhau, năng lượng va đập của quả búa có tần số thấp hơn

sẽ lớn hơn ở quả búa có tần số cao Ưu điểm cơ bản của búa va rung là khả năng tựđiều chỉnh, năng lượng va đập sẽ tự thay đổi tuỳ thuộc vào lực cản của nền khi đóngcọc và điều này chứng tỏ tính hiệu quả khi sử dụng chúng

Hình 2.4:Sơ đồ cấu tạo búa va rung

1 Động cơ

2 Khối lệch tâm3,4 Bệ búa5,6 Lò xo 7.Nấc điều chỉnh

Phạm vi sử dụng: Dùng để đóng các loại cọc, ván cừ với khối lượng lớn, hiệu quả cao ở đất rời, cát, pha cát và bão hòa nước

Ưu điểm: Năng suất cao hơn các loại búa khác 3-4 lần Giá thành hạ 2-2,5 lần.Không làm vỡ đầu cọc.Loại búa va rung còn có ưu điểm là khả năng tự điều chỉnh,

năng lượng va đập sẽ tự thay đổi tùy thuộc vào lực cản của nền khi đóng cọc vàđiều này chứng tỏ tính hiệu quả khi sử dụng chúng.

Nhược điểm: Cần phải có nguồn điện Trong quá trình làm việc lực gây rung ảnhhưởng đến các công trình bên cạnh

2.2 Lựa chọn phương án:

Hiện nay hầu hết các công trình xây dựng thường xây dựng trên các nền đất yếuđặc biệt các công trình thủy lợi, giao thông, công trình xây dựng dân dụng tại cácthành phố lớn Do đó cần phải gia cố nền móng, tạo khung hố móng để thi công, cáccông trình thủy lợi xây dựng trên vùng chứa nước nên đòi hỏi phải ép cọc ván thép

để bảo vệ hố móng, ngăn nước từ ngoài vào khi thi công Vì vậy phải lựa chọnphương pháp thi công móng cọc hợp, đạt hiệu quả kinh tế cao, thi công nhanh Lựa chọn búa phải dựa trên cơ sơ sau:

-Phạm vi sử dụng của búa, ưu nhược điểm và điều kiện trang thiết bị

-Đặc điểm địa hình thi công, khối lượng và loại cọc

-Đặc điểm địa chất của nền

Như vậy búa rung ra đời sau các loại búa( búa treo, búa hơi,búa diezel…) vàđang được sử dụng rộng dãi để đóng cọc trên nền đất yếu Với nguyên lý tác độngnhư trên, búa rung có thể đòng được gần như các loại nền với các loại ván cọc: vánthép, cọc ống thép, cọc ống bê tông cốt thép và ống rỗng để tạo cọc cát( trên nền đấtyếu) mà búa diezel không làm được Ngoài việc đóng dìm cọc, búa rung có thểdùng để nhổ cọc ván thép, cọc ống thép Búa rung nối mềm có tần số rung độngcao, động cơ đặt trên đế tách rời hộp gây rung, đế và hộp liên kết với nhau qua hệ lò

xo, truyền động từ động cơ đến trục gây rung qua bộ truyền mềm là xích hoạc đai.Nhờ đó mà khi làm việc động cơ ít bị ảnh hưởng của bộ gây rung nên tuổi thọ củađộng cơ được đảm bảo tốt hơn Vì vậy sử dụng búa rung kiểu mềm để thi công cọcván thép sẽ đạt được hiệu quả kĩ thuật và kinh tế

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BÚA RUNG

3.1 Tính toán lực cản của đất tác dụng lên cọc.

Ở đây búa cần đóng cọc ván thép Lasrsen IV chiều dài 12m có thông số nhưsau:

Diệntíchmặtcắt(cm2

)

Mômenquántính(cm4

)

Mômenkhánguốnmặtcắt(cm3)

Khốilượngđơnvị(kg/m)

Diệntíchmặtcắt(cm2

)

Mômenquántính(cm4

)

Mômenkhánguốnmặtcắt(cm3

)

Khốilượngđơnvị(kg/m)

Hình 3.1 Sơ đồ các lực tác dụng lên hệ búa ép cọc.

Trọng lượng G của búa và cọc; lực gây rung P(t) = P c0 osωt; lực cản của nền

c

R = +R T

uur ur ur

3.1.1 Lực cản sườn cọc.

Lực cản sườn cọc được tính theo công thức : T =∑τi'.h i

Trong đó: hi là chiều dày mỗi lớp đất khác nhau, cm;

Lực cản đầu cọc được tính theo công thức:R= p F0 c

Trong đó: p0 là áp lực cần thiết của nền tác dụng lên đầu cọc ván thép, tra(bảng- 2)[ ]1 ta được p0 = 2 kg/cm2 đối với cọc ván thép;

Fc là tiết diện ngang của cọc với Fc = 96,99cm2

Khi đó ta tính được lực cản đầu cọc: R = 2.96,99 = 193,98 kg.

Tổng lực cản tác dụng lên cọc là: R c = + =R T 20400 193,98 20593,98+ = kg

3.2 Tính toán và xác định các thông số cơ bản của búa rung.

3.2.1 Xác định lực rung động do búa tạo ra.

Để cọc có thể chìm vào nền một cách hiệu quả thì tổng các lực sinh ra trongquá trình đóng cọc phải lớn hơn hoặc bằng tổng các lực cản trở quá trình đóng cọc:

P dc≥K R n c (3.1)Với: Kn là hệ số cản của nền, xét đến ảnh hưởng đàn hồi của nền đối với từngloại cọc, Kn = 1 đối với cọc ván thép;

y c

S = R

3 1

2

2

r R

F =π −π − bh

Trong đó: R :bán kính quả lệch tâm chọn R=230mm

r1:bán kính trục cộng với bề dày tấm ghép quả lệch tâm;

b : bề dày tấm ghép quả lệch tâm ;

(230 68 ) 2.8.1622

3.2.3 Xác định khối lượng quả lệch tâm.

Hình 3.3: lực gây rungLực gây rung của búa: P t( ) = + =P P1 2 2 sinP0 ωt

Trong đó: P0 là biên độ lực gây rung thành phần: 2

0 mr

P = ω .Với: m: khối lượng các quả lệch tâm mỗi bên (kg)

Giả sử búa bắt đầu đóng cọc khi quả lệch tâm quay 1 góc 26o so với phươngngang tương ứng với thời gian t= 0,0045s

Khi đó m≥185,7kg.

Chọn m= 186 kg

Thiết kế búa rung gồm 7 quả lệch tâm có khối lượng là:

Trục I lắp 3 quả lệch tâm khối lượng mỗi quả là:

1

18662

m=π R −r − b hδ γ

2 2 1( ) 2 .2

Chiều dày quả lệch tâm lắp trên trục I là: δ =1 0,105m

Chiều dày quả lệch tâm lắp trên trục II là: δ =2 0,078m

105 78

460 460

Hình 3.4: kết cấu quả lệch tâm trục I và trục II

3.3 Tính toán thiết kế các chi lắp trên búa rung.

3.3.1 Thiết kế bộ truyền đai.

Chọn động cơ điện loại DK 73- 4 có các thông số sau:

Tốc độ quay n dc =1460 /v p

Công suất P dc =28kw=38,08Hp

Khối lượng động cơ m dc =310kg

Suy ra tỷ số truyền của bộ truyền đai: 1460 1,52

960

dc b

n u n

Tính công suất thiết kế: P tk =k P dc =1,3.38,08 49,5= Hp

Trong đó k= 1,3 là hệ số chế độ làm việc theo bảng (7-1)[ ] 2

Chọn mặt cắt đai: từ hình (7-9)[ ]2 ứng với P tk =49,5Hp, tốc độ đầu vào bộ

truyền là n=1460 (v/p), ta chọn được loại đai cỡ 5v

Tính kích thước bánh đai

Chọn tốc độ đai V b =2000 6500 /÷ ft p nên ta chọn V b =3000 /ft p

Xác định công suất định mức thực tế: dựa vào hình (7-11)[ ]2 tìm được

16

dm

P = Hp

Công suất đã được hiệu chỉnh: P C C P= θ .L dm =0,95.0,86.16 13,072=

Số dãy đai cần thiết : 49,5 3,79

13,072

tk

P n P

3.3.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

Công suất của bộ truyền bánh răng trụ là:P P= dc.ηdai =38, 08.0,95 36, 2= Hp

Góc ăn khớp β =20o, hiệu suất η =0,98

Chiều cao đầu răng: 1 2,541 0,394 10

=

Với . . .12, 2.960 2998, 4

p p t

k0 =1,5: Hệ số quá tải tra bảng (9-5)[ ] 2

k R =1: hệ số độ tin cậy với độ tin cậy 99%.

Dựa vào hình (9-11)[ ] 2 ứng với ứng suất tiếp xúc cho phép S ac >87,99ksi ta

chọn độ cứng cho vật liệu làm bánh răng là thép mức I có độ cứng là 180 HB Dựa vào phụ lục thép các bon và thép hợp kim ta chọn vật liệu làm bánh răng

là loại thép AISI 1040 OQT 1300 có độ cứng là 183 HB,S y =61ksi=421MPa,

88 607

u

S = ksi= MPa, độ giãn dài tỷ đối 33%.

a Xác định chiều dài các đoạn trục:

Tốc độ quay của trục: n= 960 (vòng/ ph)

Công suất trục I là: P P= dc.η ηdai ôl =38,08.0,95.0,99 35,8= Hp

Mô men xoắn của trục: T =∑T qlt

Trong đó T qlt =m r1 =62.9,81.105, 2 63984,7( = N mm) 566,3( )= lb in là mô men

xoắn của một quả lệch tâm

Dựa vào bảng (10-2)[ ]3 chọn d=35 mm, b= 21mm.

Chiều dài may ơ bánh đai: l m1 =1, 2.d =1, 2.35 42= mm

Chiều dài may ơ bánh răng trụ: l m2 =1, 2.d =1, 2.35 42= mm

Lực bánh đai tác dụng lên tục: (FB)

2349, 41,5 1,5 590, 7( )

11,93222

Lực bánh răng tác dụng lên trục:

Wt =403lb

W W tan 403.tan 20o 146,7

Lực trên quả lệch tâm tác dụng lên trục:(F) F= F lt+G

Trong đó:F lt lực ly tâm do một quả lệch tâm tác dụng lên trục:

c.Vẽ biểu đồ mô men.

Suy ra giới hạn mỏi thực tế '

. 89.1.1.0,98.0.833 72,65

S

=

Và công thức (12-24)[2] cho đoạn trục chịu xoắn và uốn:

1/3 2 2

0,53 13, 464

0,94 23,94

1 3 2 2

4,36 110,74

4,9 124,54

4,6 117,54

2,73 69, 234

k N V

S

Chi tiết Đường kính Đường kính nhỏ

nhất (mm)

Đường kính đượcchọn (mm)

Công suất trục I là: P P= dc.η η η ηdai .ôl ôl br =38,08.0,95.0,99.0,99.0,98 34,75= Hp

Mô men xoắn của trục: T2 =T1.ηbr =1699.0,98 1665= (lb.in)

Suy ra : T= 1665(lb.in) = 1665 4,448 25,4= 188110,4(N.mm)

Ta chọn vật liệu làm trục có [ ]τ =30MPa

Wt =403lb

W W tan 403.tan 20o 146,7

Lực trên quả lệch tâm tác dụng lên trục:(F) F= F lt+G

Trong đó: F lt lực ly tâm do một quả lệch tâm tác dụng lên trục:

t x