Mô hình cầu thép lắp ghép mô đun thi công nhanh áp dụng cho chiều rộng kênh rạch dưới 10 mét

ĐỒN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH BAN CHẤP HÀNH TP HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH DỰ THI GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA LẦN THỨ XX NĂM 2018 TÊN CƠNG TRÌNH: MƠ HÌNH CẦU THÉP LẮP GHÉP MƠ-ĐUN THI CƠNG NHANH, ÁP DỤNG CHO CHIỀU RỘNG KÊNH RẠCH DƯỚI 10 MÉT LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: QUY HOẠCH, KIẾN TRÚC VÀ XÂY DỰNG CHUN NGÀNH: XÂY DỰNG Mã số cơng trình: …………………………… (Phần BTC Giải thưởng ghi) MỤC LỤC GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA i LẦN THỨ XX NĂM 2018 i TÓM TẮT ĐẶT VẤN ĐỀ Lý chọn đề tài 2 Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn, quy mô phạm vi áp dụng .2 PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU PHẦN 2: MỤC TIÊU - PHƯƠNG PHÁP 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 2.2 Phương pháp nghiên cứu PHẦN 3: NỘI DUNG - KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 3.1 Thiết kế mô đun 3.1.1 Giả thiết đề 3.1.2 Cấu tạo liên kết mô đun 3.1.3 Tải trọng tính tốn 3.1.4 Kích thước, tiết diện, khối lượng mơ đun 3.2 Quy trình thi cơng .8 3.2.1 Chuẩn bị 3.2.2 Thi công lắp đặt 3.3 Đánh giá ưu nhược điểm 10 3.3.1 Chi phí dự kiến 10 3.3.2 Ưu điểm hạn chế 10 PHẦN 4: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 PHỤ LỤC TÍNH TỐN 11 Xác định kiểm tra tiết diện thép chịu lực V50x50x5 11 Xác định kiểm tra tiết diện thép cấu tạo 11 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Các phương pháp nghiên cứu …… ………………………………… Bảng 3.1: Tổng hợp khối lượng mô đun …… …………………………… Bảng 3.2: So sánh loại cầu ………….…………………………………10 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Các cầu phương tiện qua sơng tạm bợ ……………………… Hình 1.2: Các em nhỏ phải cầu khỉ đến trường ………………………………3 Hình 3.1: Cấu tạo mô đun cầu trang ……………………………………… Hình 3.2: Mơ hình cầu thép phần mềm Etabs ……………………………7 Hình 3.3: Kết nội lực sau phần mềm tính tốn ………………… Hình 3.4: Tập kết vật tư, thiết bị nơi thi công ……………………………… Hình 3.5: Lắp đặt mơ đun ……………………………………………….8 Hình 3.6: Lắp đặt mơ đun thứ ………………………………………………… Hình 3.7: Lắp đặt mơ đun thứ ………………………………………………… Hình 3.8: Thơng xe qua cầu ……………………………………………………….9 TĨM TẮT Hiện nay, đất nước ta đà hội nhập quốc tế phát triển nhanh chóng, điều yêu cầu sở hạ tầng phải phát triển đồng Tuy nhiên, số tỉnh thành đáp ứng yêu cầu này, lại nhiều nơi chưa trọng đầu tư Bên cạnh đó, tình trạng cầu khỉ tạm bợ tồn tại, đặc biệt tỉnh miền tây Đây vấn đề cần phải giải cấp bách để không ảnh hưởng đến chất lượng sống người dân Hiện nay, lĩnh vực xây dựng có nhiều loại cầu: cầu dầm, cầu dây văng, cầu treo, cầu vòm, cầu giàn… Cầu giàn thép mục tiêu sinh viên hướng đến việc nghiên cứu áp dụng Đề tài nhằm phát triển ý tưởng xây dựng cầu thép dạng lắp ghép mơ đun, có khả chế tạo, thi cơng nhanh, khơng dùng máy móc giới, giá thành rẻ, quy mô nhỏ áp dụng cho chiều rộng kênh rạch 10m Đồng thời thiết lập quy cách kích thước chuẩn cho mơ đun, quy trình lắp dựng thi công cầu phương tiện đơn giản, phân tích ưu nhược điểm sản phẩm áp dụng thực tế nhiều nơi, nhiều dạng địa hình khác để cạnh tranh so với loại cầu khác, đặc biệt cầu bê tông cốt thép 2 ĐẶT VẤN ĐỀ Lý chọn đề tài Cầu khỉ điểm xấu q trình thị hóa diễn nhiều nơi nước ta Hệ đáng buồn làm cho hệ thống giao thơng khơng thơng suốt, liền mạch, mà làm ảnh hưởng đến đời sống văn hóa – tình thần người dân khơng nâng cao bị ngăn cách, kềm hãm phát triển Do giải tình trạng vấn đề cấp bách cần nhà nước trọng giai đoạn Bên cạnh nguyên nhân do: đặc tính địa điểm xây dựng, thiếu hụt máy móc, nhân cơng lành nghề q trình xây dựng,… mơ hình loại cầu chất lượng chi phí phù hợp cần quan tâm Nhận thấy thực trạng đáng buồn qua lần du lịch tỉnh miền Tây sông nước, sinh viên mong muốn chung tay góp sức việc xóa cầu khỉ để làm thay đổi chất lượng sống người dân vùng nông thôn Đồng thời giải tốn chất lượng, chi phí cơng trình cho hiệu Đối tượng nghiên cứu Cầu thép dạng modul lắp ghép Phạm vi nghiên cứu Các kênh rạch nhỏ có bề rộng 10m tỉnh miền Tây Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn, quy mô phạm vi áp dụng Tính cộng đồng: phục vụ cho nhu cầu lại người dân, kết nối giao thương đời sống văn hóa vùng Sẽ khơng cịn hình ảnh người dân phải cầu khỉ cheo leo, khơng cịn cảnh em học sinh phải lội qua kênh rạch để đến trường mà thay vào cầu thép khang trang, hiên đại an toàn Việc lại, giao thương người dân khơng cịn bị gián đoạn mà thơng suốt Cuộc sống từ ổn định bước phát triển tương lai gần Tính bền vững: Cầu sử dụng lâu dài, áp dụng nhiều nơi Vật liệu dùng chế tạo cầy dễ tìm mua nhà cung cấp, việc thi cơng đơn giản với chi phí rẻ Tính kỹ thuật: Sử dụng hệ khung, kết cấu thép với liên kết bulong hàn giúp mô hình linh động hơn, dễ dàng dựng tháo lắp cách nhanh chóng Mơ hình tính tốn phần mềm etab công thức kiểm tra khả chịu lực độ võng tải trọng gây Yếu tố kỹ thuật thi công đặt lên hang đầu để đảm bảo khả sử dụng Tính khả thi: Có thể nhân rộng nhiều nơ khác phù hợp với điều kiện kênh rạch rộng 10m Tính kinh tế: Giúp giảm phần chi phí chế tạo, lắp đặt, tu, bảo dưỡng so với việc sử dụng loại mơ hình cầu khác 3 PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU Vùng nông thôn miền tây đời sống người dân nhìn chung cịn khó khăn, giao thơng hạn chế sơng ngịi chằng chịt Người dân chủ yếu sinh sống nghề trồng lúa, ăn trái đánh bắt hải sản Nguy an tồn cho người dân lưu thơng, đặc biệt mùa mưa bão, lũ lụt cao Thương trẻ em ngày phải băng đồng lội ruộng, cầu khỉ qua sông xuồng để đến trường, chí có nơi khơng có cầu em học sinh phải bọc quần áo tập túi nylon lội qua bờ bên để đến trường (hình 1.1) Hình 1.1: Các cầu phương tiện qua sơng tạm bợ Hình 1.2: Các em nhỏ phải cầu khỉ đến trường Giao thông không kết nối ấp, xã, huyện khiến đời sống người dân quẩn quanh ốc đảo riêng Giao thơng huyết mạch tắc nghẽn, hàng hóa khơng lưu thơng, giá trị nơng thủy sản thấp, văn hóa giáo dục khơng phát triển Đời sống đại đa số bà nơi ngày thụt lùi so với vùng miền khác Như phần tất yếu, mà cầu, đường sá xây dựng khang trang, đời sống người dân trở nên nhộn nhịp, sôi động Việc lại khơng cịn lệ thuộc xuồng ghe, học sinh đến trường dễ dàng PHẦN 2: MỤC TIÊU - PHƯƠNG PHÁP 2.1 Mục tiêu nghiên cứu Từ yêu cầu thực tiễn nêu trên, đề tài thực nhằm phát triển ý tưởng chế tạo loại cầu thép gồm nhiều mô đun lắp ghép, với ưu điểm sau: - Nghiên cứu mơ hình cầu modul lắp ghép tối ưu nhất, có kích thước chuẩn - Mỗi mơ đun khiên vác sức người - Dễ thi công lắp đặt - tháo lắp, tiện lợi, nhanh chóng - Có thể áp dụng cho địa điểm, kể nơi xa xơi, máy móc khơng vận chuyển vào - Đề biện pháp thi công cho đơn giản hóa, sử dụng sức người mà khơng cần dung máy móc - Giá thành rẻ - Mơ hình nghiên cứu trở nên phổ biến áp dụng thực tế nhiều nơi - Phân tích lợi ích xã hội mà mơ hình cầu mang lại Ngoài ra, sinh viên mong muốn học hỏi, trau dồi kiến thức nhiều áp dụng chúng trình nghiên cứu đề tài 2.2 Phương pháp nghiên cứu Để thực đề tài, sinh viên áp dụng phương pháp nghiên cứu sau: Bảng 2.1: Các phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Nội dung Phương pháp thu thập liệu Thu thập tài liệu liên quan đến phạm vi nghiên cứu cách tìm kiếm Internet, sách vở,… 5 Phương pháp nghiên cứu tài liệu Đọc, nghiên cứu tài liệu thu thập Phương pháp chuyên gi Tham khảo ý kiến thầy hướng dẫn cách xây dựng mơ hình cầu thép lắp ghép hiệu quả, giải pháp thi công điều kiện khơng có máy móc, thiết bị phục vụ So sánh giải pháp kỹ thuật, lợi ích kinh tế, từ đưa phương án tối ưu Phương pháp so sánh, đối chiếu Phương pháp phân tích, tổng hợp Phân tích số liệu thu thập được, kiến thức sau nghiên cứu, từ đưa giải pháp khả thi PHẦN 3: NỘI DUNG - KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 3.1 Thiết kế mô đun 3.1.1 Giả thiết đề Thi công cầu tuyến kênh Chưng Đùn thuộc xã An Thạnh Trung, huyện cù lao Chợ Mới tỉnh An Giang Đường giao thơng có xe cộ Cầu có bề rộng m, chiều dài 10 m, bắc trực tiếp bờ kênh, khơng có trụ cầu, dạng vịm Việc thi cơng khơng sử dụng thiết bị giới, mà dùng sức người 3.1.2 Cấu tạo liên kết mô đun Thân cầu chia thành mô đun lắp ghép, mô đun có kích thước 2x2x1 m, nối với bulong (hình 2) Cầu sử dụng thép góc L cạnh liên kết hàn cho mô đun 6 a Mặt đứng b Mặt c Chi tiết liên kết Hình 3.1: Cấu tạo mô đun cầu 3.1.3 Tải trọng tính tốn Trọng lượng thân cầu thép Trọng lượng thép mặt cầu (2000x600x4/tấm * tấm): 0.8256 T/m Phương tiện lưu thông: cho phép 01 xe chỗ lưu thơng qua cầu (có trọng lượng khơng tải toàn tải 1.865 T 2.5 T, theo thông số catalogue hãng Toyota) Hoạt tải: ptt = n x ptc = 0.3 x 1.2 = 0.36 T/m 3.1.4 Kích thước, tiết diện, khối lượng mơ đun Hình 3.2: Mơ hình cầu thép phần mềm Etabs Hình 3.3: Kết nội lực sau phần mềm tính tốn Dựa vào kết tính tốn nội lực từ phần mềm ETABS, kích thước thép L cấu tạo nên mô đun cho Bảng 3.1 Bảng 3.1: Tổng hợp khối lượng mô đun Tiết Số Chiều Khối Khối Diện Lượng Dài lượng/m Lượng STT Thanh mm Thanh m Kg/m Kg Cánh 50x50x5 2 3.77 15.08 Cánh 50x50x5 2 3.77 15.08 Xiên 45x45x5 1.41 3.38 19.12 Bụng 45x45x5 3.38 20.28 Giằng ngang 45x45x5 3.38 20.28 Giằng xiên 45x45x5 1.41 3.38 19.12 Giằng dọc 45x45x5 3.38 6.76 Giằng ngang 20x20x3 2 0.382 1.53 phía TỔNG 117.25 Tổng khối lượng mô đun  m  msàn  1.15mkhung 318.6  1.15 115.72  m  241(kg)  m  3.2 Quy trình thi cơng 3.2.1 Chuẩn bị Chuẩn bị vật tư, thiết bị phục vụ cho việc thi công lên sà lan Huy động nhân lực Tiến hành chế tạo mô đun phân xưởng Thi công mố cầu chờ sẵn mặt đường dẫn vào đầu cầu (hình 3) Các mơ đun, vật tư thiết bị chuyển đến nơi sà lan cỡ nhỏ chờ nước gần cạn để vào Hình 3.4: Tập kết vật tư, thiết bị nơi thi công 3.2.2 Thi công lắp đặt Bước 1: Cho công nhân vác mô đun gối đầu vào mố cầu, đầu cịn lại cơng nhân giữ (hình 4) Sau đó, cơng nhân tiến hành lắp đặt chống tạm Cùng lúc, bên đầu cầu lại tiến hành tương tự quy trình Hình 3.5: Lắp đặt mô đun Bước 2: Tiến hành lắp đặt mô đun thứ Tiếp tục cơng nhân vác mơ đun gối đầu vào chống, đầu cịn lại cơng nhân giữ (hình 5) Sau đó, tiến hành liên kết mơ đun 1, bulong Hình 3.6: Lắp đặt mơ đun thứ Bước 3: Tương tự bước 2, ta tiến hành lắp đặt mơ đun thứ (hình 6) Hình 3.7: Lắp đặt mơ đun thứ Bước 4: Hồn tất q trình hợp long cầu Kiểm tra lại liên kiết bulong mô đun chi tiết khác (hình 7) Thử tải tiến hành thơng xe Hình 3.8: Thơng xe qua cầu 10 3.3 Đánh giá ưu nhược điểm 3.3.1 Chi phí dự kiến Tổng chi phí chế tạo mơ đun  CP  n  Modul Giá  CP   241  20.000  CP  28.920 000 (VNĐ) Nhận xét so sánh với cầu BTCT: - Chi phí lắp đặt sửa chữa thấp - Thời gian thi công nhanh - Thời gian chế tạo, vận chuyển lắp đặt nhanh chóng - Khơng cần cơng nhân tay nghề cao - Có thể nâng cấp, sửa chữa Bảng 3.2: So sánh loại cầu CẦU THÉP LẮP GHÉP CẦU BTCT Chi phí phần thơ: 30.000.000 VNĐ 110.000.000 VNĐ Thời gian thi công Nhanh: buổi Lâu: tháng Thơng thủy Thuận lợi khơng có trụ cầu Cịn hạn chế có trụ cầu Lắp đặt Dễ dàng, nhanh chóng Phức tạp Tái sử dụng Có thể tháo lắp dễ dàng Khơng thể Vượt nhịp Lớn Nhỏ 3.3.2 Ưu điểm hạn chế Ưu điểm: - Khơng dùng cầu máy móc nâng hạ - Dùng sức người để nâng, chống đỡ khối mô đun - Liên kết bulong mô đun - Tổng thời gian lắp dựng cầu buổi để tiết kiệm chi phí nhân cơng - Thích hợp cho chiều rộng kênh rạch đề bài, nhiên chưa áp dụng cho chiều rộng lớn hơn, cần nghiên cứu thêm thời gian tới - Dễ dàng chỉnh sửa kể sau lắp dựng hoàn chỉnh Khuyết điểm: - Thường xuyên thực công tác tu, bảo dưỡng - Chưa áp dụng cho kênh rạch rộng 10m 11 PHẦN 4: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ Bắt nguồn từ thực tiễn diễn khắp nước lợi ích mà đề tài nghiên cứu mang lại triển khai thực tế, thông qua việc nghiên cứu thiết kế “MƠ HÌNH CẦU THÉP LẮP GHÉP MƠ-ĐUN THI CƠNG NHANH, ÁP DỤNG CHO CHIỀU RỘNG KÊNH RẠCH DƯỚI 10 MÉT”, ta thấy mơ đun thỏa mãn điều kiện đề độ võng, chịu tải trọng mong muốn Ngồi ra, đề tài cịn phân tích ưu nhược điểm, giá so với cầu bê tơng cốt thép Từ chọn lựa phương án phù hợp Trong thời gian tới, có nguồn kinh phí tài trợ cho phép quyền địa phương, đề tài thực thí điểm sản phẩm thực tế, qua kiểm nghiệm hiệu quả, nhằm nhân rộng mơ hình khu vực quy mô chiều dài cầu khác Việc xây dựng cầu có ý nghĩa quan trọng sống người dân, tăng khả giao thương, nâng cao đời sống văn hóa – tinh thần mang đến mặt cho vùng nông thôn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Phan Văn Hội (2013) Kết cấu thép, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật [2].Nguyễn Viết Trung (2013) Cầu thép, Nhà xuất Xây Dựng [3].Lê Đình Tâm (2011) Cầu thép, Nhà xuất Giao Thông Vận Tải [4].Nguyễn Văn Mỹ - Nguyễn Văn Bảo Nguyên (2014) Thiết kế cầu dầm dàn thép, Nhà xuất Xây Dựng PHỤ LỤC TÍNH TOÁN Xác định kiểm tra tiết diện thép chịu lực V50x50x5 lo    l  1100  100(cm) Chọn thép V50x50x5 có I = 11 (cm^4) A = 4.8 (cm^2) I 11   1.51(cm ) A l 100   o   66.06 i 1.51 Thép CT38 có f  23Kn / cm2 i  f 200 230 240 12 0.8270 0.7997 0.7820 60 66.06 70 0.7805 0.8050 0.7741 0.7540    0.7805 Kiểm tra độ ổn định N   c  f A 59.1   0.7805  1 23 4.8  13.94  18(kN / cm2 )  Thỏa điều kiện kiểm tra Xác định kiểm tra tiết diện thép cấu tạo V45x45x5 lo    l   142  142(cm) Chọn thép V45x45x5 có I = 7.84 (cm^4) A = 4.3 (cm^2) I  A 7.84  1.35(cm ) 4.3 l 142   o   104.8 i 1.35 Thép CT38 có f  23Kn / cm2 i f  100 104.8 110    0.526 Kiểm tra độ ổn định N    c  f A 31.1   0.52577   23 4.3  7.23  12.1(k N / cm )  Thỏa điều kiện kiểm tra 200 0.599 0.569 0.537 230 240 0.526 0.542 0.511 0.478 ... khai thực tế, thông qua việc nghiên cứu thi? ??t kế “MƠ HÌNH CẦU THÉP LẮP GHÉP MÔ -ĐUN THI CÔNG NHANH, ÁP DỤNG CHO CHIỀU RỘNG KÊNH RẠCH DƯỚI 10 MÉT”, ta thấy mô đun thỏa mãn điều kiện đề độ võng, chịu... tạo, thi cơng nhanh, khơng dùng máy móc giới, giá thành rẻ, quy mô nhỏ áp dụng cho chiều rộng kênh rạch 10m Đồng thời thi? ??t lập quy cách kích thước chuẩn cho mơ đun, quy trình lắp dựng thi cơng cầu. .. đỡ khối mô đun - Liên kết bulong mô đun - Tổng thời gian lắp dựng cầu buổi để tiết kiệm chi phí nhân cơng - Thích hợp cho chiều rộng kênh rạch đề bài, nhiên chưa áp dụng cho chiều rộng lớn hơn,