Bài viết trình bày tóm tắt phương pháp tính toán thực hành để kiểm tra các liên kết đảm bảo sự làm việc toàn khối giữa tấm lắp ghép (dùng làm cốt pha bê tông) với phần bê tông đổ tại chỗ khi ứng dụng phương pháp bán lắp ghép cho những cấu kiện tấm trong kết cấu xây dựng bằng bê tông cốt thép.
một số toán ứng dụng phơng pháp bán lắp ghép cho cấu kiện tấm, tấm, kết cấu xây dựng PGS.TS Đinh Quang Cờng Viện Xây dựng Công trình biển Trờng Đại học Xây dựng Tóm tắt: Bài báo giới thiệu tóm tắt phơng pháp tính toán thực hành để kiểm tra liên kết đảm bảo làm việc toàn khối lắp ghép (dùng làm cốp pha bê tông) với phần bê tông đổ chỗ ứng dụng phơng pháp bán lắp ghép cho cấu kiện kết cấu xây dựng bê tông cốt thép Summary: This paper deals breafly with the practical solution of some problems for checking joints between the precast concrete formwork and cast-insitu concrete structures with plate shap Some problems in applying the semi assembling technology used for plate element of concrete structures Đặt vấn đề Các kết cấu bê tông nhịp lớn có độ dày lớn thi công đợc chia thành hai phần Một phần đợc chế tạo nhà máy, đem lắp ghép sử dụng làm cốp pha để thi công (gọi bê tông lắp ghép) Phần lại đợc đổ bê tông công trờng Việc làm nh đợc gọi phơng pháp bán lắp ghép [7] Đối với phơng pháp bán lắp ghép, việc cấu tạo kết cấu tính toán kiểm tra để đảm bảo làm việc toàn khối phần bê tông lắp ghép phần bê tông đổ chỗ nh tiết diện liên hợp quan trọng Những yêu cầu bê tông lắp ghép dùng làm cốp pha dùng phơng pháp bán lắp ghép Tấm bê tông lắp ghép phải đợc cấu tạo đáp ứng yêu cầu sau: Yêu cầu 1: Kích thớc lắp ghép phải phù hợp với sức nâng cần cẩu Yêu cầu 2: Đảm bảo độ bền lắp ghép trình thi công Yêu cầu 3: Đảm bảo làm việc lắp ghép với phần bê tông đổ sau nh khối liên hợp Để đạt đợc yêu cầu đây, cần giải vấn đề sau: Vấn đề 1: Tấm lắp ghép không bị gẫy cẩu cẩu lắp vào vị trí lắp ghép Vấn đề 2: Tấm lắp ghép không bị gẫy chịu tải trình thi công (làm cốp pha) Vấn đề 3: Mặt tiếp giáp mặt lắp ghép phần bê tông đổ chỗ không bị trợt qua Vấn đề 4: Mối nối ớt lắp ghép phần bê tông đổ chỗ không bị phá hoại 3 Nguyên lý tính toán kết cấu cốp pha bê tông sàn Việc đảm bảo yêu cầu không khó khăn biết loại cẩu sử dụng để lắp ghép sơ đồ kết cấu chung hệ dầm sàn, mục trình bày phơng pháp tính toán để đảm bảo yêu cầu tức nghiên cứu giải bốn vấn đề nh nêu mục báo Bốn vấn đề cần giải đợc thực dới dạng toán từ toán đến toán dới 3.1 Bài toán 1: Tấm lắp ghép không bị gẫy cẩu vào vị trí lắp ghép (hình 1) Sơ đồ kết cấu: Tấm lắp ghép đợc tính nh mỏng treo điểm móc cẩu Nếu độ dốc dây móc cẩu so với phơng ngang lớn 60 độ, coi điểm treo thẳng đứng bỏ qua thành phần lực nén ngang dây cẩu tác dụng Sơ đồ tải trọng: Tải trọng phân bố tác dụng lên lắp ghép trọng lợng thân tấm, cã kĨ tíi hƯ sè ®éng k = 1,5 g = γ h.k (kG / m ) (1) Trong đó: : Trọng lợng riêng vật liệu bê tông cốt thép = 2500 kG/m3 h: Bề dày lắp ghép (m) Từ sơ đồ kết cấu sơ đồ tải trọng, việc xác định nội lực lắp ghép đợc tiến hành theo phơng pháp thông thờng - dùng chơng trình tính kết cấu tra bảng để xác định nội lực Từ biểu đồ mô men (M) biểu đồ lực cắt (Q) xác định nội lực tính toán Mmax, Mmin , Qmax (theo hai phơng) dùng kiểm tra độ bền lắp ghép theo cấu kiện chịu uốn Cờng độ chịu nén cờng độ chịu kéo bê tông lúc phải xác định theo tuổi bê tông (t) ngày: R( t ) = R28 lg(t ) = 0,7R28 lg(t ) lg(28) (2) Trong ®ã: R(t): Cờng độ bê tông tuổi t ngày (là cờng độ tiêu chuẩn); R(28): Cờng độ tiêu chuẩn bê tông tuổi 28 ngày; t: Tuổi bê tông (ngày) Từ R(t) suy cờng độ tính toán theo quy định quy phạm [6] - Thông thờng lớp bê tông bảo vệ lới thép 20mm, cần ý tới chiều cao làm viƯc cđa tiÕt diƯn ho tÝnh cÊu kiƯn chÞu uốn theo mô men âm hay dơng Có thể xác định gần ho nh sau: Với mô men âm: h0 = (2 + d ) (cm ) (3) Víi mô men dơng: h0 = h (2 + d ) (cm ) (4) Trong đó: h: Bề dày tÊm; ho: ChiỊu cao lµm viƯc cđa tiÕt diƯn; d: §−êng kÝnh cèt thÐp cđa l−íi - KiĨm tra ®iỊu kiện chịu cắt bê tông: Qmax < K t Rk ( t ) bh0 (5) Trong ®ã: Kt=0,8 (tính theo đặc); b: Bề rộng dải tính, b=100cm; R k(t): Cờng độ chịu kéo tính toán bê tông tuổi (t) ngày; hO: Xác định theo giá trị hO theo công thức (3), (4) Hình Sơ đồ tính toán 3.2 Bài toán 2: Tấm lắp ghép không bị gẫy chịu tải trọng trình thi công thay cho cốp pha sàn (hình 2) Sơ đồ kết cấu: Tấm lắp ghép đợc tính nh dầm liên tục (cắt dải mét) với gối tựa vị trí gối đỡ (xà gồ đỡ cột chống) Sơ đồ tải trọng: Tải trọng phân bố lắp ghép bao gồm: - Trọng lợng thân lắp ghÐp g1 = γ h.n (kG / m ) (6) Trong đó: : Trọng lợng riêng bê tông cèt thÐp = 2500 kG/m ; h: BỊ dµy cđa lắp ghép (m); n: Hệ số vợt tải, n = 1,1 - Trọng lợng bê tông ớt cốt thép phân bố lắp ghép: g = γ h2 n (kG / m ) (7) Trong đó: h2: Bề dày phần sàn lại, h2 = hs- h (m); hs: BỊ dµy tỉng céng tiết diện liên hợp (m); n: Hệ số vợt tải, n = 1,3 - Hoạt tải ngời: phân bố theo hai trờng hợp: xen kẽ cách nhịp bỏ nhịp phân bố lắp ghép, lựa chọn tính toán với tổ hợp nguy hiểm g = pc n (kG / m ) (8) Trong đó: pC: Hoạt tải tiêu chuẩn, PC = 75 kG/m2; n: Hệ số vợt tải, n = 1,3 Việc xác định nội lực lắp ghép; xác định nội lực tính toán Mmax, M min, Qmax; xác định cờng độ chịu nén, chịu kéo bê tông; xác ®Þnh chiỊu cao ho tÝnh cÊu kiƯn chÞu n theo mô men âm hay dơng, để kiểm tra ®iỊu kiƯn bỊn cđa tÊm l¾p ghÐp theo cÊu kiƯn chịu uốn chịu cắt đợc tiến hành giống nh trình bầy toán báo Hình Sơ đồ tính toán 3.3 Bài toán 3: Mặt tiếp giáp mặt lắp ghép phần bê tông đổ chỗ không bị trợt qua (hình 3) Từ biểu đồ bao lực cắt Q giải theo sơ đồ kết cấu ban đầu, xác định đợc lực cắt lớn tÊm l¾p ghÐp Qmax øng suÊt tiÕp τ Qmax gây mặt tiếp xúc lắp ghép phần bê tông đổ chỗ theo công thøc: τ= Qmax S (kG / cm ) Jb (9) Trong đó: Qmax: Giá trị lực cắt max lắp ghép (kG); S: Mô men tĩnh tiết diện lắp ghép lấy trục trung hoà tiết diện liên hợp Với tiết diện chữ nhật cã: S = 0.5bh(hs − h ), (cm ) (10) Trong đó: h - Bề dày lắp ghép (cm); hS - Bề dầy tổng cộng sàn tiết diện liên hợp (cm); b - Bề rộng tiết diện (cm); J: Mô men quán tính tiết diện liên hợp (cm4) bhs3 J = (cm ) (11) 12 Công thức xác định biến ®ỉi rót gän thµnh: τ = 6Qmax h(hs − h ) bhss (kG / cm ) (12) NÕu bè trÝ thÐp chê víi l−íi bè trÝ trªn diƯn tích a1a2 (hình 3), để thiên an toàn coi ứng suất tiếp phân bố diện tích mặt a1a2 lực trợt T - hợp lực diện tích xét - đợc tÝnh nh− sau: T = τ a1a2 (kG ) (13) Chống lực trợt T có ba thành phần: - Lực ma sát mặt lắp ghép phần sàn đổ chỗ: T1 - Khả chịu cắt gờ bê tông tạo trớc lắp ghép: T2 - Khả chịu cắt cốt thÐp chê - thÐp sè 3: T3 T3 = nc fc R c (kg ) (14) Trong ®ã: nC: Số nhánh thép chờ, (đối với thép chờ cấu tạo nh hình có nC = 2); fC: Diện tÝch tiÕt diƯn ngang cđa mét nh¸nh thÐp chê, (cm2); RC: Cờng độ chịu cắt tính toán thép chờ, (kG/cm2) Điều kiện toán là: T T1 + T2 + T3 (15) Thiên an toàn, coi thành phần T3 chịu toàn T rút điều kiện đảm bảo toán là: T ≤ T3 ⇒ τ a1a2 ≤ nc fc Rc Hình Sơ đồ tính toán (16) Hình Sơ đồ tính toán 3.4 Bài toán 4: Mối nối ớt lắp ghép phần bê tông đổ chỗ không bị phá hoại (hình 4) Mối nối hai lắp ghép phần sàn đổ chỗ - có hai dạng: Dạng 1: Tại vị trí mà biểu đồ bao mô men không xuất mô men dơng (mô men căng thớ dới) Hai lắp ghép kề đợc ghép cách khoảng hở ~ 10mm khoảng hở dung sai lắp ghép Ngoài cốt thép có lắp ghép thép lớp sàn, khoảng hở đợc bổ sung thêm lới thép theo cấu tạo đặt mặt lắp ghÐp; th−êng dïng l−íi thÐp nhãm AI hc AII, d = - 10mm, l−íi « vu«ng a x a ~ 200x200mm, bề rộng lới ~ 600mm đặt đối xứng qua khoảng hở hai lắp ghép Dạng 2: Tại vị trí mà biểu đồ bao mô men có xuất mô men dơng (mô men căng thớ dới), nhng giá trị mô men dơng không lớn Hai lắp ghép kề đợc ghép cách khoảng hở ~ 300 - 500mm khoảng hở để đảm bảo chứa đợc neo thép chờ hai Thép chờ hai đợc neo vµo vïng hë ∆ víi chiỊu dµi neo ln ≥ 40d (d đờng kính thép cần neo), thép chờ phải đợc tính toán để chịu đợc mô men dơng vị trí đặt thép Ngoài cốt thép có lắp ghép thép lớp sàn, cần phải bổ sung thêm cốt thép dọc theo mạch ghép hai lắp ghép, thép dùng để liên kết với thép chờ từ lắp ghép thành lới thép Thép dọc bổ sung cần có mác thép với thép chờ đợc tính toán theo mô men dơng theo phơng mạch ghÐp hai tÊm l¾p ghÐp Nh− vËy cèt thÐp chê lắp ghép phải đợc tính toán để chịu đợc thành phần mô men dơng Mmax xuất vùng (dạng 2), chiều cao tiết diện kết cấu bề dày sàn liên hợp Bài toán đặt vấn đề tính mối nối mà xuất thành phần mô men dơng vùng mối nối ớt Gọi MO mô men dơng lớn vùng mối nối ớt, việc phân chia lắp ghép hệ sàn thờng chọn để đảm bảo yêu cầu 1, ta có: Mo < max ( M max1, Mmax2 ) Trong ®ã M max1 (17) , Mmax2 mô men dơng lớn xuất hai lắp ghép đợc nối, việc giải toán kiểm tra thép theo điều kiện chịu uốn với MO thép chờ từ hai lắp ghép nối, đồng thời kiểm tra bỉ sung viƯc neo thÐp t¹i vïng cã mèi nối Kết luận Việc đặt nêu phơng pháp giải bốn vấn đề thông qua việc giải bốn toán nh cách tính gần mà kỹ s thiết kế áp dụng để kiểm tra cấu kiện bán lắp ghép Việc xác định nội lực cấu kiện thực theo cách thông thờng sử dụng nội lực từ kết tính chơng trình tính kết cấu thông dụng - Các kết tính toán toán nêu báo đợc nhóm tác giả [7] ứng dụng để thiết kế thi công cho nhà văn phòng 13 tầng Thanh Đa, Thành phố Hồ Chí Minh phơng pháp bán lắp ghép Công trình đợc thi công bàn giao đa vào sử dụng - Để chủ động tính toán thiết kế ứng dụng rộng rãi cách đặt vấn đề nh toán nêu đây, cần thiết phải tiếp tục nghiên cứu thực nghiệm để khẳng định độ bền mối nối Tài liệu tham khảo Australia Standard - AS - 2327.1-1980; Brististh Standard - BS449; C DALE BUCKNER and IVAN M VIEST - Composite Construction in Steel and Concrete Engineering Foundation Conference held on Campus of New England College in Henniker, June 7-12/1987; LLOYD C P YAM - Design of Composite Steel-Concrete Structures - Head of Structural Design Division Building Research Station Garston - UK-1981; P.R.KNOWLES - Lecture in Civil Engineering University of Sersey - Composite Steel and Concrete Construction - London -1973; Tiªu chuÈn thiết kế 5574-91 - Kết cấu bê tông cốt thép; Hoàng Thiện Toàn (chủ trì), Đinh Quang Cờng, Hán Đình út, Dơng Thanh Quỳnh - Nghiên cứu ứng dụng cốp pha bê tông cho cấu kiện kết cấu xây dựng Đề tài Nghiên cøu khoa häc cÊp Bé - M· sè B2001-34-14, 2001; §inh Quang C−êng - øng dơng tÊm cèp pha bê tông phớng pháp bán lắp ghép cho cấu kiện kết cấu xây dựng, Tạp chí Xây dựng số năm 2005 ... cứu ứng dụng cốp pha bê tông cho cấu kiện kết cấu xây dựng Đề tài Nghiên cứu khoa học cấp Bộ - Mã sè B2001-34-14, 2001; §inh Quang C−êng - øng dơng cốp pha bê tông phớng pháp bán lắp ghép cho cấu. .. vấn đề cần giải đợc thực dới dạng toán từ toán đến toán dới 3.1 Bài toán 1: Tấm lắp ghép không bị gẫy cẩu vào vị trí lắp ghép (hình 1) Sơ đồ kết cấu: Tấm lắp ghép đợc tính nh mỏng treo ®iĨm mãc... theo cách thông thờng sử dụng nội lực từ kết tính chơng trình tính kết cấu thông dụng - Các kết tính toán toán nêu báo đợc nhóm tác giả [7] ứng dụng để thiết kế thi công cho nhà văn phòng 13 tầng