V MT S MÔ HÌNH MT N NH
CA H
À GIÁO THI CÔNG CU BÊ TÔNG TI CH
PGS. TS. LÊ C CHNH
B mô
n T đng hoá thit k cu đng
Khoa Công trình
Trng
i hc Giao thông Vn ti
Tóm tt: S cu bê tông ct thép và bê tông d ng lc trên th gii b sp do h đà giáo
thi công yu chim mt t l khá ln. làm rõ nguyên nhân, bài báo đi sâu phân tích mt s
mô hình mt n đnh ca h kt cu nêu trên. T đó rút ra mt s bài hc cho công tác thm
đnh và nghim thu h s thit k đi vi h đà giáo chuyên dng này.
Summary: A grea
t number of reinforced and prestressed concrete bridges in the world
have been collapsed due to weakening scaffolds. In order to clarify possible reasons, this
article analyses the unstable models of the above structure, from which some experiences are
drawn for assessement and design document checking regarding this truss system.
I. T VN
T lâu Vit Nam đã quen s dng các b đà giáo nh bng thép đ đ làm sàn đ bê tông
nhà cao tng và các cu cng nh. Thông thng chiu dài nhp ca loi đà giáo này không vt
quá 6 m, chiu cao ca tr đ luôn nh hn 5 m (hình 1). Chúng thng có đ d tr v đ bn
và n đnh ln cho nên khi thit k có th không cn phi tính ni lc, ch khi nào có yêu cu c
th mi kim tra ng sut và đ võng. Trong nhiu h s thit k cng ch thy có mt vài bn
v đn gin.
CT 2
a)
b)
c)
Hình 1. Mt s h đà giáo c đnh bng thép
dùng trong thi công cu:
a. S
dng dm thép hình, b. Kt cu nhp có cu
to dng giàn, c. Tr đ tm
Nhng khi áp dng công ngh đ ti ch trên h đà giáo c đnh đ thi công các cu bê
tông có chiu dài nhp và chiu cao ln hn thì nguy c mt n đnh rt d xy ra. Nhiu v sp
cu trong quá trình đ bê tông bng công ngh này đã xy ra không ch Vit Nam mà đã thy
www.cauduongonline.com.vn
mt s nc trên th gii. Theo thng kê ca J.Scheer [1], có đn 48 trong s 356 v sp cu
trên th gii là do sp đ ca h đà giáo thi công. Trong s các nguyên nhân nêu ra thì có ti
35% s v sp đ ca h đà giáo là do thit k, riêng v thit k móng sai có đn 5 v.
Nhm tìm hiu thêm v nguyên nhân dn đn nhng tai nn nói trên, trong bài này tác gi
s đi sâu phân tích nhng ni dung sau:
- L
a chn h đà giáo thi công cu
- Mt s mô hình mt n đnh ca h đà giáo bng thép
- V công tác thm đnh và nghim thu các h đà giáo thi công cu.
II. LA C
HN H À GIÁO THI CÔNG CU
2.1. Gii thiu chung
Phng p
háp đ bê tông ti ch trên h đà giáo c đnh có nhiu u đim nh không cn
tr giao thông phía di cu, d to đc hình dng cu theo ý mun, gim đc các mi ni và
khe co giãn, kt cu làm vic lin khi nên công trình thng có đ bn và tui th cao. Do vy
phng pháp thi công truyn thng này vn rt thích hp đi vi các cu nh đn l, các cu
dm liên tc vt đn 3 nhp cho các đa phng xa và min núi cng nh vi các cu cong,
cu bn trong các đô th cht hp.
Mt h
đà giáo thi công cu bê tông nh vy thng có 3 phn, đó là phn móng, h đ và
ván khuôn. Phn h đ đc làm bng thép, bao gm dm dc, dm ngang và tr đ. Nhim v
ca h đà giáo là to khuôn đúc bê tông và tip nhn các ti trng trong sut quá trình thi công.
CT 2
Nhc đim ca h đà giáo c đnh là đc lp ghép t nhiu chi tit khác nhau, có nhiu
mi ni nên khi chu tác dng ca ti trng hay các tác nhân khác s rt d b bin dng. Trong
quá trình vn chuyn, tháo lp nhiu ln chúng còn b va chm và làm phát sinh thêm các
khuyt tt. Mt khác do thi gian dành cho mt ln s dng rt ngn nên khi thit k nhà thu
ch tính đn vic khai thác ti u các b đà giáo này mà quên đi nhng sai sót, khim khuyt
hay nhng điu kin đ s dng nó.
kh
c phc các nhc đim này các nc đu đa ra tiêu chun thit k kt cu thép và
quy trình thi công nghiêm ngt. Trong đó đc bit đc quan tâm là vn đ tính toán và kim tra
n đnh ca các kt cu thép h thanh [2], [3]. Ngoài ra còn có tiêu chun riêng đ thit k và s
dng các h đà giáo bng thép [4], đa ra tiêu chí cho các nhóm đà giáo khác nhau và nhng
yêu cu riêng khi thit k các h đà giáo ln.
2.2. Phân nhóm h
đà giáo
Theo công th
c (1) v tính ti trng ti hn cho thy, nu đ mnh ca mt cu kin
chu nén nào đó tng lên thì ng sut ti hn
λ
th
σ
s càng gim, c th kt cu s tin ti b phá
hoi. Cn c vào (2) thì đ mnh s luôn t l thun vi chiu cao hình hc và h s chiu
dài tính toán ca kt cu.
λ l
μ
www.cauduongonline.com.vn
2
2
2
0
2
th
th
E.
A.l
EJ.
A
N
λ
π
=
π
==σ
(1)
A/J
l.
i
l
0
μ
==λ (2)
Quan h
này cho thy nu h đà giáo càng cao thì nguy c mt n đnh càng ln. Ngc
li, nu h đà giáo nh, tr đ thp thì ti trng ti hn và ng sut ti hn s tng, an
toàn ca công trình cng s đc bo đm. Ngha là h đà giáo nh s có d tr v đ bn và n
đnh ln, ngc li nguy c mt n đnh s tng lên các kt cu ln có đ mnh cao. Vì vy đ
thun tin cho vic s dng DIN 4421 ca c [3] đã chia h đà giáo thành 2 loi (loi nh và
loi ln) và 3 nhóm khác nhau (bng 1).
th
N
th
σ
Bng 1. Phân loi các h đà giáo thi công bê tông theo nhóm
Nhóm Ni dung
H
s
T
γ
Yêu cu tính toán
I
Lo
i đà giáo nh
m0,5h ≤
, ,
m0,6l ≤
m/kN0,15q ≤
1,25
Ch ki
m tra v cng đ và đ võng khi có
yêu cu
II
Lo
i đà giáo
trung bình và ln
1,15
Ch tính t
oán ni lc và kim tra cho nhng
cu kin c bn
III Loi đc bit 1,00
Thc hin đy đ các yêu cu tính toán ca
mt h s thit k hoàn chnh
CT 2
Các h đà giáo nh đc xp vào nhóm I, khi tính vi t hp ti trng chính đc phép s
dng h s nhóm
25,1
T
=
γ
làm h s an toàn chung. Nu có yêu cu kim tra v điu kin
cng đ thì ch cn tính theo công thc
cfépT
RP.
≤
γ
là đ, trong đó P là ng sut tính toán ca
kt cu và là cng đ cho phép ca vt liu. Nhóm II là nhng h đà giáo còn li có kh
nng chu đc ti trng ln, ch yu s dng trong xây dng cu. Trong trng hp này h s
thit k h đà giáo phi có đ bn tính và bn v, đng thi phi giáo phù hp vi các tiêu
chun thit k kt cu thép ca mi quc gia. Kt cu phi đt yêu cu v an toàn vi h s
cfép
R
.15,1
T
=
γ
Nhóm III cng chính là nhng h đà giáo thuc nhóm II nhng có thêm mt s yêu
cu đc bit đ đáp ng đc các yêu cu v an toàn nh 2 nhóm I và II.
2.3. La chn móng và kt cu tr tm
2.3.1. Móng tr tm
Móng ca tr
đ tm đc thit k riêng hoc ta trc tip lên móng ca tr cu. Mc đích
là làm sao móng không b lún. i vi nhng khu vc đa cht yu và không đu, cn có bin
pháp hn ch lún và nht là hn ch tác hi do lún không đu gây ra.
www.cauduongonline.com.vn
2.3.2. Kt cu tr tm
tng cng
kh nng chu lc ca các tr tm, trong thc t thng s dng 2 loi ct
rng, mi loi có th b trí 3 hoc 4 nhánh ct bng thép ng hoc thép hình (hình 2). Các nhánh
ct này đc liên kt vi nhau bng các bn ging hoc thanh ging. Nu khong cách gia các
nhánh trong mt ct rng ln thì dùng thanh ging s tng đc kh nng chu ct ca h.
a. Ct rng 3 nhánh
có liên kt cht c hai đu
b. Ct rng 4 nhánh có liên kt
mt đu ngàm và mt đu cht
c. Mt dng mt ct ngang
ca mt ct rng
Lc ti hn trong ct rng
2
td
2
2
Z
1
2
th
EA.
).(
EA.
N
λ
π
=
λμ
π
=
Hình 2. Dng ct rng thng dùng cho tr tm ca h đà giáo ln
n đnh ca h đà giáo thi công cu ph thuc ch yu vào n đnh ca tr tm. Mt tr
tm thng gm nhiu ct, các ct này đc đt sát nhau trên cùng mt b móng và liên kt vi
nhau bi mt lot các thanh ging. Ngoài các thanh ging hoc bn ging, toàn b tr tm còn
đc tng cng n đnh bng nhng cáp neo đúng tiêu chun k thut (hình 3).
CT 2
a. B trí ging cho tr tm,
(gm 14 ct rng liên kt cht c hai đu)
b. B trí ging và neo cho tr tm
(gm 3 ct rng liên kt ngàm c 2 đu)
Hình 3. Cu to mt tr đ tm
Khi các nhánh ct b un quanh trc o, lc ct s làm thanh ging bin dng, mô men
quán tính s nh đi và lc nén ti hn cng gim. Vì vy khi tính toán đ mnh tng tng
tđ
λ
(hình 2c) cn xét đn nh hng ca góc nghiêng các thanh ging
i
α
và đ nghiêng ca ct
www.cauduongonline.com.vn
rng ψ (hình 4 a, b).
2.4. Tng
cng kh nng chng ct
Khi lc tác dng đún
g tâm, ngoài bin dng chung nh un dc, tr tm có th còn b bin
dng do lc ct (hình 4 a, b). Lc ct ca h đc tính theo công thc (3), trong đó là
ngoi lc, là tng các lc dc thanh, là tng lc ti hn ca các thanh trong mt mt
ct, là góc nghiêng ca tr tm, đi vi thép ly h s an toàn
II
Q
I
Q
v
N
th
N
7,1
=
γ
. ψ
).NQ(
N
N
1
1
Q
v
I
th
v
II
ψ+
γ−
=
(3)
a. Mô hình kim tra n đnh chng ct tr tm b. Góc nghiêng ca tr đ
c. Mô hình tng cng n đnh cho h dm dc có kt cu dng giàn
CT 2
Hình 4. Tng cng n đnh cho tr tm và h dm dc [5]
i vi h dm dc có kt cu dng giàn, các thanh biên trên b nén, đ tng cng n đnh
ca h cn b trí các h ging ngang tng ng vi các v trí đu (A), gia (D) và cui (C, B)
ca dm dc (hình 4c).
www.cauduongonline.com.vn
III. MT S MÔ HÌNH MT N NH CA H À GIÁO BNG THÉP
Trong thc t
tính toán kt cu cho thy trong nhiu trng hp tuy ti trng còn nh hn
giá tr cho phép điu kin bình thng nhng kt cu vn có th không gi đc hình dng
ban đu mà chuyn sang dng cân bng khác. T đó s làm ni lc trong kt cu tng rt nhanh
và công trình b phá hoi. tìm hiu nguyên nhân dn đn làm sp h đà giáo thi công cu,
đây ch đ cp đn 2 mô hình c bn v n đnh ca ct chu nén đúng tâm và mô hình mt n
đnh ca h ct phc tp.
3.1. n
đnh ca ct chu nén đúng tâm
Trong tính toán n đnh ca k
t cu thì bài toán n đnh ca ct chu nén có v trí đc bit.
Hình 5 gii thiu 4 s đ ct chu nén đúng tâm, trong đó ng sut ti hn có quan h trc tip
vi đ mnh ca kt cu, kh nng chu nén ca ct còn phù thuc rt ln vào liên kt 2 đu
ct. thit k tr tm trong thi công cu nên chn các s đ hình 5d, 5c hoc 5b, là nhng s
đ có tính n đnh tt hn.
λ
Phng trình đng cong:
0)x(y.N)x(y.EJ
"
=+
Công thc tính lc ti hn:
2
0
2
th
l
EJ.
N
π
= ; l.l
0
μ
=
;
A/J
l
i
l
00
==λ
(a)
(b)
(c)
(d)
H s chiu dài tính toán
μ
2
=
μ
1
=
μ
7,0
≈
μ
5,0=μ
CT 2
Hình 5. Các mô hình c bn ca ct chu nén đúng tâm
3.2. Mô hình mt n đnh ca h ct phc tp
Trong h đà
giáo thi công cu, tr tm đc kt ni vi dm ngang và tip theo là dm dc.
Theo phng ngang cu, tr tm làm vic nh ct chu nén đúng tâm và đc ni thêm lên phía
trên to thành s đ ct phc tp. S đ truyn lc ca h này đc mô t nh trên hình 6a.
im đt ca lc N đc tính t mép di ca h dm dc, khong cách t B đn đnh tr đ
(cht C) là a. Khi lc N tng lên s làm cho đon ct b un cong, dù đó là rt nh. T đó
đim C s chuyn dch ngang và làm tng chuyn v f, lc N b phân b li làm tng lc nén
trong thanh a và phát sinh lc đy ngang H (hình 6b). i vi đon ct , ngoài N đc chuyn
đi t trng thái tác dng đúng tâm thành lch tâm còn có thêm lc đy ngang H, chúng cùng
tác dng và làm cho mô men un tng lên gp bi.
l
l
Ct
l
b cong đáng k, làm cht C và đim B tip tc chuyn dch xung, đon f đc tính theo
quan h
N
H
a
f =
. Khi f = a kt cu s bin hình (hình 6d) và công trình nhanh chóng sp đ.
www.cauduongonline.com.vn
Hình 6. Mô hình bin dng ca h ct ghép khi chu nén
T
a) đn d): Các trng thái bin dng ca ct ghép t chu nén đúng tâm đn lch tâm [7]
e. Mô hình bin d
ng ca tr tm thi công mt cu bê tông nc ta
Hình 7. Mô hình sp tr đ tm ca h đà giáo thi công cu
do chuyn v dc b cn t
r gây ra
Trên hình 7 là kch bn sp mt tr tm ca h đà giáo đang thi công mt cây cu liên tc
15 nhp bng bê tông d ng lc c. Trình t đ bê tông đc thc hin t gi c đnh G
gia cu và thi công ngc v phía hai m theo phng pháp đúc phân đon tng nhp mt.
im dng đ bê tông đc b trí đim mô men bng không trên mi nhp cu. Các tr đ
tm đc ging vi nhau c theo phng dc cu bng các thanh ging D (hình 7) dng thép
ng. Trc khi đ bê tông đon
cui cùng, sát vi m A thì cu b
sp. Nguyên nhân là do đêm hôm
trc tri rt lnh, bui sáng khi
đ bê tông tri nng m làm bê
tông kéo dãn theo phng dc cu
mt đon là v. Chuyn v này b
các thanh ging cn tr và làm
phát sinh lc cng bc ti liên
kt gia tr đ và dm ngang.
Thanh ging không đc tháo kp
thi nên đã kéo theo làm các tr
đ sp xung. Kt qu kim tra
cho thy nhit đ đã tng .
Dm ngang I 55 b nghiêng, đnh
tr đ chuyn dch ngày càng ln,
đn khi liên kt thanh ging bng thép ng b phá hoi. Thiu sót đây chính là nhà thu khi thi
công h đà giáo đã không xét đn nh hng ca nhit đ. Trc khi đ bê tông đã không kim
tra k s sai lch ca dm ngang nh b nghiêng hay các liên kt b cong vênh. Khi thit k h
đã quá tit kim, ch s dng dm thép ch I mà không chú ý đn vic gia công ch sa đ gim
chiu cao và tng đ n đnh cho dm ngang.
CT 2
K15
0
www.cauduongonline.com.vn
3.3. Mô hình mt n đnh ca tr tm trong thi công mt cu Vit Nam
thi công
các nhp cu có chiu dài ln hn 20 m, mt s nhà thu đã b trí thêm các tr
tm gia cng bng thép. H tr tm ln nht đc s dng thi công cu bê tông nc ta có
cu to và s đ truyn lc nhìn theo phng ngang cu nh trên hình 2b và 6e. Mi tr tm
đc b trí 2 ct rng đt cách nhau 15,5 m, chúng đc liên kt vi nhau bng các thanh ging
và h dm ngang. Mi ct rng có 4 ct nhánh bng thép hình đt cách nhau 3,6 m, các ct
nhánh cng đc liên kt vi nhau bng các thanh ging và liên kt thng đng vi b móng
cc bng các mt bích. Mi ct rng ta trên mt b móng riêng r, b cc bng bê tông có kích
thc 5,0 x 5,0 x 1,2 m. Chiu cao ca thân tr tm khong 14 m. Dm ngang có kt cu dng
giàn có chiu cao
6,3l
1
≈
m, ta trc tip lên 2 ct rng ca h tr tm.
Trong điu kin bình thng, lc tng hp N s tác dng thng đng lên tr tm (hình 6e).
Mt khi có bin dng, đim C s chuyn v sang ngang, đim B chuyn dch xung theo phng
thng đng. c bit là khi có lún lch mt đài cc, kt qu đo là 11 mm thì vi tng chiu
cao 17,6 m, đim C s chuyn v sang ngang khong 50 mm. Vi chuyn v ban đu này s làm
v trí gi kê ca dm dc thay đi, phân b lc trong dm ngang và các nhánh ca ct rng cng
nhanh chóng thay đi theo. Ngoài ra các lc ngang khác có th do nhiu nguyên nhân khác sinh
ra, nm cao đ mt cu cách đnh dm ngang (đim C) khong 1,0 m, s truyn lên tr tm và
làm tng thêm lc đy ngang H. Kt qu là ni lc trong mt s thanh đã tng lên rt nhanh,
nht là các thanh ging, kéo theo các nhánh ct b cong ri b on, dn đn làm sp đ toàn b
kt cu.
IV. VN THM
NH H S THIT K VÀ NGHIM THU H À GIÁO
CT 2
không lp li các s c sp cu bê tông trong quá trình thi công đ ti ch trên h đà
giáo c đnh, ngành giao thông và các đn v chuyên môn cn tng cng công tác qun lý k
thut. c bit là đi vi vic s dng các b đà giáo ln khi thi công các cu có chiu dài nhp
ln hn 20 m, đòi hi đn v thit k cng nh xây lp phi có trình đ chuyên môn, nm vng
kin thc và kh nng t chc thi công.
Hình 8. S đ và thành phn tham gia thm đnh, nghim thu h s thit k h đà giáo thi công cu
www.cauduongonline.com.vn
Trc tiên nhà thu phi lp đc h s thit k t chc thi công sát vi thc t (hình 8).
tránh nhng s c có th xy ra, công tác thm đnh h s thit k và nghim thu h đà giáo
phi đc coi trng. i ng cán b k thut phi làm ch đc các công vic nh xác đnh các
kích thc hình hc, phân chia các công đon thi công, trình t đ bê tông, các bc cng kéo
cáp cng nh quyt đnh thi đim tháo d ván khuôn và toàn b h đà giáo. Các k s tham gia
phi có kinh nghim trong tính toán thit k, bit thm tra t nn móng, kt cu tr tm đn các
liên kt và đim kê gi.
Vi
c phi hp thng xuyên vi t vn giám sát không đc phép b qua hay thc hin
mt cách hình thc. Ch nhim đ án phi có trách nhim chuyn giao cho k s t vn giám
sát đc duyt toàn b h s thit k thi công. Riêng phn thit k h đà giáo phi đc k s
phía đn v giám sát phn bin và theo dõi nghiêm ngt, lp báo cáo nghim thu ngay ti hin
trng. i vi nhng h đà giáo đc ng dng ln đu, nht thit phi có bc th ti [7].
V. NHN X
ÉT VÀ KIN NGH
Nhim v xây dng cu Vit Nam còn rt nng n, trong đó phng pháp thi công cu bê
tông bng phng pháp đ ti ch trên h đà giáo c đnh va quen thuc, d làm, phù hp vi
kh nng ca các đa phng nên nht đnh s đc các đn v thi công quan tâm tip tc
nghiên cu và áp dng. Bài báo đã đi sâu phân tích thc cht chu lc và bin dng ca h kt
cu này, qua đó làm rõ thêm mt s nguyên nhân dn đn làm sp mt s cu ngay trong quá
trình đ bê tông.
Trên c s
các tiêu chun thit k kt cu h đà giáo thép và các kinh nghim thc t
trong và ngoài nc, tác gi đã làm rõ s cn thit phi la chn h đà giáo theo nhóm và tm
quan trng ca công tác nghim thu kt cu này trong xây dng cu.
CT 2
Ngoài ra cn tng cng kh nng giám sát đ ngay t đu đã loi b đc nhng phng
án thit k sai lm, không phù hp vi điu kin thc t. Mc đích là làm sao không đ lp li
nhng sai sót nh đt móng tr tm trên nn đt quá yu, chn nhng s đ kt cu cho tr tm
d mt n đnh ( ), v.v…
2≥μ
Tài liu tham kho
[1]. Joachim Scheer: Versagen von Bauwerken - Ursachen, Lehren (Các s c công trình - nguyên nhân
và bài hc), Tp 1: Cu; NXB Ernst&Sohn, Berlin 2000.
[2]. TCXDVN 338, Thi
t k Kt cu thép, BXD – Hà ni 5/2005.
[3]. Tiêu chu
n thit k kt cu thép c, DIN 18800, Berlin 1990, NXB Beuth GmbH
[4]. Tiêu chu
n thit k h đà giáo c, DIN 4421, Berlin 8/1982.
[5]. U
.Schmiedel, Prüfung und Abnahme von Traggerüsten (Thm đnh và nghim thu h đ đà giáo).
Tiefbau 3/2001.
[6]. C
hristian Petersen: Statik und Stabilität der Baukonstruktionen, NXB Vieweg, Braunschweig 1982
[7]. G
oebel, Chinh - L.D, H s kt qu th ti h đà giáo thi công cu Grodeuben, loi R II,
L = 21,25m, ABK - Dresden, CHDC c 1972
♦
www.cauduongonline.com.vn