Nghiên cứu công nghệ chế tạo vòm trong xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông (3)

-40-

CHƯƠNG III

THIẾT KẾ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ UỐN NGUỘI
Ở trong chương 2, chúng ta đã tìm hiểu cơ sở cơ học khi gia công áp lực
( gia công biến dạng dẻo) của vật liệu thép, để mà thiết kế và chọn quy trình cơng
nghệ cho phù hợp thì chúng ta cần các số liệu đầu vào của thiết bị chính. Tức là
các thơng số của máy chính như năng lượng và cơng suất của động cơ chính ... Ở
trong chương này chúng ta không đi sâu vào cơ sở thiết kế chi tiết của máy uốn
(động cơ), mà chỉ tìm hiểu các thông số cơ bản nhằm phục vụ trong q trình chế
tạo vịm ống thép.
3.1 Khái qt cơng nghệ uốn [15]
Để thực hiện thao tác uốn, ở các nhà máy người ta thường trang bị những
thiết bị uốn đa dạng. Cần phải xếp những máy uốn mép, những máy uốn tấm vào
dạng các thiết bị cơ bản. Thép tấm, uốn trên những máy uốn tấm theo bề mặt hình
trụ và hình cơn, cịn uốn trên máy uốn mép theo góc bất kỳ.
Những dạng khác nhau của cơng tác uốn được thực hiện trên những máy
uốn trục, máy uốn cam, máy uốn cơ thơng thường, máy uốn dùng khí ép. Cũng có
thể thực hiện cơng tác uốn trên máy uốn xoay, có mâm xoay đường kính lớn.
Thơng thường, các chi tiết được uốn ở trạng thái nguội, tuy nhiên trong
trường hợp muốn có biến dạng lớn thì phải đốt nóng trước khi uốn.
Ở trạng thái nguội, có thể uốn hợp kim nhơm và thép xây dựng có mác bất
kỳ, trong trường hợp đó biến dạng tương đối lớn nhất của những thớ ở mép không
vượt quá 2%.

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT

-41-

Thép ít carbon và thép hợp kim thấp được đốt nóng đến nhiệt độ

900 

1100oC ( thép nung đỏ có màu vàng cam ). Để tránh hiện tượng giòn cần kết thúc
ở nhiệt độ không nhỏ hơn 700oC.
Không nên uốn các sản phẩm từ thép tăng bền bằng nhiệt với việc đun
nóng trước, vì khi đó kim loại bị khử bền. Việc đốt nóng các sản phẩm từ hợp kim
nhơm được tiến hành ở nhiệt độ 400  450oC. Không cho phép đốt nóng những
sản phẩm từ những hợp kim qua tăng bền bằng nhiệt.
Việc uốn kim loại mỏng trên máy uốn không nằm trong nguyên tắc chung.
Khi uốn thép từ 8 mm  10 mm và hợp kim nhôm dày 4 mm  5 mm cho phép
biến dạng lớn đáng kể, do xét đến tính dẻo của kim loại mỏng.
Bán kính trong tối thiểu của đoạn lượn trịn khi uốn thép carbon thấp có thể
đạt đến 1,2 chiều dày của thép tấm. Khi uốn thép có cấp C30 – C50 thì trị số bán
kính trong tối thiểu được tăng 50%.
Xét đến trị số thấp của độ dãn dài tương đối của thép C60 và C50, khi
soạn thảo công nghệ uốn cần tuân theo đặc trưng của biểu đồ kéo.
Khi uốn tấm mỏng bằng hợp kim nhơm thì bán kính uốn tương đối bên
trong tối thiểu lấy bằng 2,5  5 chiều dày tấm. Lấy bán kính nhỏ hơn đối với chiều
dày nhỏ hơn của tấm và đối với hợp kim dẻo hơn.
Để tránh xuất hiện vết nứt ở những mép uốn, thì ở mép này cần phải tẩy
hoặc mài các khuyết tật bề mặt kim loại, và ở những vùng biến cứng nguội sau khi
cắt bằng dao, hoặc ở vùng chịu ảnh hưởng nhiệt sau khi cắt bằng oxy, hay cắt
bằng ngọn lửa xuyên phải gia công bằng máy mài đến độ sâu 1mm., tạo thành
mép vát có bán kính 1  2 mm. Phần mép tấm rộng 150mm ở mỗi cạnh kể từ
đường uốn thích hợp với gia cơng bằng máy mài.

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


-42-

Lïùc ïégè (ârèâ 3.2), tÛgm tâéê đư ợc đư Û vÛø
é gãư õÛ trïïc dư ớã vÛøtrïïc trêè.
Trïïc trêè tÛùc dïïèg ỉêè tÛgm tâéê méät Ûùê ỉư ïc cÛàè tâãegt đekïégè, vÛøtrïïc dư ớã xéÛy
dã câïyekè tÛgm tâéê ỉÛø
m câé ëïÛù trrèâ ïégè đư ợc tâư ïc âãệè ỉãêè tïïc. Tréèg ëïÛù
trrèâ ïégè, târ tÛgm kãm ỉéÛïã ở trÛïèg tâÛùã câÛûy dẻé. Kâã gãÛûm bÛùè ksèâ ïégè tư ơèg
đégã, târ câãềï cÛé cïûÛ ỉéõã đÛø
è âéàã gãÛûm. Kâã bÛùè ksèâ ïégè tư ơèg đégã < 200 târ
Ûûèâ âư ởèg cïûÛ ỉéõã đÛø
è âéàã đegè ëïÛù trrèâ ïégè sẽèâéû, vÛøtéÛø
è béä èâư õèg tsèâ
téÛùè tréèg trư ờ
èg âợê èÛø
y đư ợc tãegè âÛø
èâ vớã gãÛû tâãegt rÛèèg tãegt dãệè tsèâ téÛùè
cïûÛ tâéê tÛgm âéÛø
è téÛø
è ở trÛïèg tâÛùã câÛûy dẻé.
Û)

b)

Hình 3.1. Uốn thép tấm trên máy uốn.
Trêè ârèâ 3.1.b câỉ réõgãớã âÛïè cïûÛ ïégè dẻé vÛøïégè đÛø
è – dẻé đégã vớã
tâéê tÛgm dÛø
y 4- 25mm. Pâïïtâïéäc vÛø
é bÛùè ksèâ ïégè ROB, vÛøgãớã âÛïè cïûÛ đéÛïè
tréèg êâÛïm vã tâớ méê cïûÛ èéù, èâÛäè đư ợc bãegè dÛïèg tư ơèg đégã  ỉớè âơè 2%,
dé đéù ïégè ở trÛïèg tâÛùã ègïéäã trở tâÛø
èâ kâéâèg céù kâÛû èÛêèg. Kâã ïégè vớã bÛùè

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


-43-

ksèâ tư ơèg đégã ỉớè âơè 200 târ Ûûèâ âư ởèg tÛêèg bềè cïûÛ kãm ỉéÛïã bx gãÛûm vÛø
tréèg trư ờ
èg âợê đéù èéù kâéâèg đư ợc tsèâ.
3.2 Cấu tạo máy uốn thép tấm [15]
MÛùy ïégè tâéê tÛgm bÛé géàm cÛùc béä êâÛäè câsèâ đư ợc tâekâãệè trêè ârèâ
3.2Û, ârèâ 3.2b.

Hình 3.2.a. Cấu tạo máy uốn.

1. trục dưới, 2. trục trên, 3. khung máy, 4. bộ truyền động, 5. động cơ điện, 6.
cơ cấu nâng hạ trục trên, 7. cơ cấu xoay trục trên, 8. ổ trục bên trái

Hình 3.2.b. Máy uốn thép tấm.
Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


-44-

3.3 Cấu tạo máy uốn ống thép
3.3.1 Máy uốn đốt nóng cục bộ [15]
Hãệè èÛy, vãệc ïégè céù đégt èéùèg bÛèèg déø
èg đãệè tÛàè ségcÛé đư ợc Ûùê dïïèg
êâékbãegè. Sơ đéàègïyêè tÛéc cïûÛ êâư ơèg êâÛùê èÛø
y ở trêè ârèâ 4.3. Câã tãegt ïégè
đư ợc đư Û vÛø
é bÛèèg trïïc 1 tớã béä cÛûm tÛàè ségcÛé (mÛùy êâÛùt đãệè ëïÛy tÛy) 2, èéù
đégt èéùèg êâÛàè âẹê cïûÛ égèg đegè èâãệt đéä 800 – 1200éC. Trïïc 3 éê ỉêè bềmÛët
égèg tâéê vÛøïégè èéù đÛït đegè đư ờ
èg ksèâ ègéÛø
ã. Bêè cÛïèâ béäêâÛäè tư ïcÛûm, ègư ờ
ã
tÛ đÛët cơ cÛgï 4 đekỉÛø
m ègïéäã câã tãegt ïégè bÛèèg èư ớc.

Hình 3.3. Uốn nóng bằng dòng điện cao tần.
3.3.2 Máy uốn nguội [12]
Géàm cÛùc béäêâÛäè câsèâ xem trên ârèâ ârèâ 3.4, ârèâ 3.5, ârèâ 3.6

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


-45-

Hình 3.4. Cấu tạo máy uốn ống.

Hình 3.5. Mặt cắt ngang của máy uốn
1. Céè lăn uốn trên trục cégñxèâ số 1.
2. Céè lăn ïégè dã ñéäèg, céè lăn èÛø
y céù tâekdã đéäèg tâ êâư ơèg
đư ùèg èâờâệ tâégèg kscâ tâïûy ỉư ïc ( âÛy cịn gọi là trục cán, trục
uốn).
3. Céè lăn ïégè trên trục cégđxèâ số 2.
4. Hệtâégèg kscâ tâïûy ỉư ïc để tạo lực P theo phương thẳng đứng.
5. HệgãÛù đỡ(kâïèg đỡ) máy uốn.
Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


-46-

6. Méâtơ đãệè 3 êâÛ đektạo mơm ëïÛy céè lăn ség2.
2

3
1

6

5

4

Hình 3.6. Máy uốn 3 trục.
3.4 Các thơng số chính của q trình uốn [12]

Hình 3.7. Biến dạng sau khi uốn.
Các thông số trong q trình uốn được xác định nhö sau:
- y=
- C=

( RB  h  R1 ) 2  a 2  RB  R2 (m).
( RB  h  R1 ) 2  a 2 (m).

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

( 3.1 )
( 3.2 )

BÁO CÁO TỔNG KẾT


-47-

- RB ỉÛøbÛùè ksèâ kâã cịn tải tác dụng
RB =

( y  Ro ) 2  (h  R1 ) 2  a 2
(m).
2(h  R1  R2  y )

( 3.3 )

- ROB æÛøbÛùè ksèâ sÛï kâã dở tải


 h
 ( y  R) 2  (h  R1 ) 2  a 2 h 
1

  1 
ROB = 
(m). ( 3.4 )

2 
2

 2(h  R1  R2  y )
1 

 


-

Xác định khoảng cách giữa hai con lăn ( L ) xem hình 3.4:

Khoảng cách L được xác định từ đều kiện cân bằng nội ngọai lực, theo đề
nghị của V. S. Smirnop đối với phơi thép có tiết diện ngang hình chữ nhật và chều
rộng b = 1 đơn vị:
E.S 2 . sin

L 



2  2r  r  cos 
1
2
10 S .rc
2

( 3.5 )

Trong đó: E là mơđun đàn hồi của vật liệu, cịn các kí hiệu khác
trong cơng thức trên có thể xem mục 3.7 của chương 2.
-

Áp lực cần thiết của máy uốn :

Tréèg ëïÛù trrèâ ïégè , ö ùèg sïÛgt ở èâư õèg tâớ méê cïûÛ tÛgm tâư ờ
èg vư ợt xÛ
gãớã âÛïè câÛûy cïûÛ vÛät ỉãệï, vr tâegèâư õèg tsèâ téÛùè céâèg ègâệ đư ợc tãegè âÛø

èâ
tâ gãớã âÛïè cư ờ
èg đéä. ê ỉư ïc cÛàè tâãegt (P) cïûÛ mÛùy ïégè đư ợc xÛùc đxèâ tâ
céâèg tâư ùc èâư sÛï:
Pï =

1,2 B h 2 b
(KG).
C

( 3.6 )

Tréèg ñéù:

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


-48-

-

â ỉÛøcâãềï dÛø
y tÛgm tâéê(mm); B – giới hạn bền.

-

b ỉÛøbềréäèg tÛgm tâéê(mm).

Hệ ség1,2 ỉÛøxét đegè mÛ sÛùt cïûÛ tÛgm ở méê kâïéâè,sư ïâéÛù mềm cïûÛ vÛät
ỉãệï vÛøméät ségyegï tégkâÛùc.
C ỉÛøkâéÛûèg cÛùcâ gãư õÛ 2 đãekm tư ïÛ đÛët tâéê tÛgm.

-

Ngồi cơng thức trên, chúng ta có thể xác định Pu theo công thức ( 3.7 ),
(3.10 ).
Thông thường khi kết thúc giai đoạn uốn, phải có q trình nắn mà q
trình này cần có lực Pnắn lớn hơn Pu . Nhiều tài liệu đã đưa ra cơng thức tính, tuy
nhiên theo tính tốn này đã dẫn đến sai lệch lớn bởi vì khơng dựa theo một tài liệu
thống nhất.
Theo đề nghị của B. V. Rabinhin thì lực nắn phụ thuộc vào độ chínhh xác
của góc uốn. Theo quan điểm này lực nắn sẽ đạt giá trị tới hạn, khi tiếp tục tăng
lực thì độ lớn của góc uốn khơng tăng lên nữa, tức là độ biến dạng đàn hồi giảm
đi. Những thí nghiệm với những phơi thép khác nhau đã chỉ ra như sau:
Chẳng hạn: - khi tỷ số r/S < 1, lực nắn lớn hơn từ 50  60 lần lực uốn,
khi r/S = 5  10, lực nắn lớn hơn 30  40 lần lực uốn.

-

Như vậy công thức xác định Pnắn như sau:
Pnắn = k.Pu

( 3.7 )

Với k – số lần nắn lơn hơn lực uốn .
3.5 Xác định cơng suất của động cơ chính [8]
3.5.1 Trường hợp tốc độ uốn không thay đổi

Công suất của động cơ chính được xác định như sau:

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


-49-

Nmax =

n
30

( 3.8 )

M t max

Trong đó:
n là số vịng quay trong 1 phút của động cơ ( vòng/phút)
Mt max : mômen tĩnh lớn nhất, được xác định như sau:
Mt =

M c  M ms
'
 M ms
 M ck
i mc

( 3.9 )

Mc là mômen uốn (cách xác định xem trong chương 3)
Mms : mômen ma sát do tổng áp lực sinh ra tác dụng lên ổ trục máy
uốn
Mms = Pfod

( 3.10 )

P: tổng áp lực tác dụng lên ổ trục máy uốn
fo : hệ số ma sát ổ trục cán, đối với ổ ma sát lăn lấy bằng 0,003.
d: đường kính ổ trục máy uốn
i: tỷ số chuyền lực từ động cơ chính lên trục máy uốn
mc = hiệu suất truyền động của máy uốn
 1

M’ms = 

  mc

 M  M ms
1 c
i


( 3.11 )

(là mômen ma sát do tổng áp lực sinh ra trên các chi tiết truyền động)
Mck là mômen động cơ cần khắc phục ma sát trên các ổ trục khi chảy
không tải, được xác định như sau:

Mck =



mi f i d i
g
2ii

mi : khối lượng chi tiết truyền động thứ i
di : đường kính ổ trục chi tiết thứ i
fi : hệ số ma sát
ii : tỷ số tuyến tính từ chi tiết thứ i đến động cơ
g : gia tốc trọng trường
Hoặc xác định Mck theo công thức kinh nghiệm như sau:
Mck = ( 0,02  0,05)Mđm
Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

( 3.12 )
BÁO CÁO TỔNG KẾT


-50-

( Mđm – mômen định mức của động cơ)
3.5.2 Trường hợp tốc độ uốn thay đổi (đảo chiều)

b)
Hình 3.8. Đồ thị tốc độ vịng – thời gian Hình 3.9. Biểu đồ mômen tĩnh - thời

gian
Động cơ từ vận tốc ban đầu đến một vận tốc nào đó thì hết thời gian là t1,
tương tự t2 , t3 , t4 ... Xem hình 3.8, hình 3.9 mối quan hệ giữa t và M, ta có cơng
thức xác định như sau:

Mđc =

M

2
i i

t

( 3.13)

tck

3.6 Chọn động cơ chính cho máy uốn [8]
3.6.1 Thiết bị tạo lực theo phương đứng
Chọn thiết bị như sau:
Pđm  [p]

( 3.14 )

Trong đó:
Pđm – lực định mức của thiết bị
P – được xác định theo công thức ( 3.6 ) , ( 3.7 ), (3.10 ).
3.6.2 Động cơ tạo ra mômen tĩnh
-

Truờng hợp tốc độ uốn không thay đổi

Công suất danh nghĩa của động cơ phải thoả mãn như sau:
Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


-51-

kNđm 

N max

( 3.15 )



Trong đó:
k – hệ số xét tới điện áp không ổn định của mạng lưới điện, thường
lấy k = 0,85.
 - hệ số quá tải của động cơ, thông thường lấy  = 1,5  3.
-

Truờng hợp tốc độ uốn thay đổi ( đảo chiều )
kMđm 

M đc max

( 3.16 )



k thường lấy bằng 0,85.
 - hệ số quá tải của động cơ lấy bằng 2,5  2,7.
3.7. Thiết kế quy trình cơng nghệ uốn
3.7.1 Ngun tắc chung
Kâã séÛïè tâÛûé ëïy trrèâ céâèg ègâệ ïégè tâéê bất kỳ, cần phải đảm bảo
tính sao cho kinh tế, sản phẩm tạo ra như mong muốn, chi phí thấp nhất, nhanh
nhất. Muốn vậy, đòi hỏi người thiết kế âÛy soạn thảo quy trình cơng nghệ phải
nắm rõ cơ sở lý thuyết gia công biến dạng dẻo kim loại, quá trình biến dạng dẻo
trong q trình uốn sẽ có hiện tượng thay đổi về tính chất cơ lý của vật thể đem đi
gia cơng và chế tạo, do đó phải nắm rõ và dự kiến được sản phẩm tạo ra sẽ bị
những khuyết tật gì, những khuyết tật đó có ảnh hưởng đến khả năng chịu lực
chung hay không, từ đó sẽ có những biện pháp khắc phục cũng như chọn ra quy
trình cơng nghệ cho phù hợp.
Ngồi ra, cần phải biết rõ về cơng nghệ, ví dụ như cơng nghệ uốn nóng hay
cơng nghệ uốn nguội. Uốn nguội sẽ cho ra sản phẩm là kim loại sẽ bị biến cứng,
hay bị giòn và sẽ làm giảm đi khả năng chịu lực như chịu mômen uốn, đối với cấu
kiện hay sản phẩm tạo ra là dầm chịu mômen uốn thuần túy thì vấn đề này cần
xem xét và tính tốn một cách cẩn thận. Tuy nhiên đối sản phẩm tạo ra mà chỉ
ứng dụng trong xây dựng cầu vịm thì vấn đề này có thể bỏ qua, vì bản chất của
Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT

-52-

cầu vịm theo như sơ đồ kết cấu thì hồn tồn chịu nén là chính. Trong khi đó nếu
là cơng nghệ uốn nóng cục bộ sẽ khắc phục được hiện tượng kim loại bị nứt ở thớ
mép chịu kéo và ống thép sẽ không bị nhăn bề mặt kim loại.... Nhưng nếu đầu tư
cho một dây chuyền công nghệ này khơng phải là đơn giản, cần phải có mặt bằng
đủ lớn và một khoảng tiền rất tốn kém cho việc tiếp nhận và chuyển giao cơng
nghệ.
Trong thực nghiệm sẽ có khác đi một chút so với kết quả tính tốn theo
như lý thuyết thuần túy, hiện nay rất nhiều tài liệu đã công bố nhưng kết quả
không giống nhau, không dựa theo một quy định thống nhất nên cho ra kết quả
khác nhau. Ví dụ như sau khi kết thúc một giai đoạn uốn, thường phải có một q
trình nắn và lực nắn này sẽ lớn hơn lực uốn (Pu) là một hệ số k, giá trị của hệ số k
này phụ thuộc vào kinh nghiệm và phải uốn thử nghiệm mới xác định được. Do
đó cần phải am hỉểu và phải có một chút kiến thức về thực nghiệm cũng như kinh
nghiệm về lĩnh vực có liên quan, để có thể kết hợp chúng lại tạo ra sản phẩm đúng
theo ý tưởng của mình đặt ra.
Thiết kế quy trình cơng nghệ uốn, với các kiến thức như đã nói ở trên thì
vẫn chưa đủ. Sau khi tính tốn cho ra các thơng số chính cần thiết, một điều kiện
quan trọng nữa là chọn máy chính phải phù hợp với thực tế đã có, nếu các thiết bị
theo như đã tính nhưng trên thị trường khơng có, như vậy lại phải mất thời gian
tìm kiếm, do đó giá thành để đầu tư sẽ cao lên. Ví dụ như ta đã chọn môtơ điện và
một máy để tạo lực theo phương đứng. Nhưng trên thị trường khơng có loại máy
này, lúc đó ta phải mất thời gian ngồi tính tốn lại, hoặc phải làm một hợp đồng
thuê một đơn vị gia cơng cho cấu kiện này, lúc đó giá thành sẽ cao hơn. Đương
nhiên giá thành của cả quy trình cơng nghệ cũng phải cao. Kết quả đầu tư cho
công nghệ lại q đắt, khơng hiệu quả kinh tế.
3.7.2 Công nghệ uốn nguội ống thép bằng máy uốn 3 trục
3.7.2.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật của vòm ống thép D508
- VÛät ỉãệï tâéê ỉÛø

m véø
m ỉÛøCT3 âéặc tương đương.
Ths.Đặng Đức Độ
BÁO CÁO TỔNG KẾT
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ


-53-

-

Gãớã âÛïè câÛûy cïûÛ tâéê 240 N/mm2

-

Gãớã âÛïè bềè cïûÛ tâéê 420 N/mm2

-

ĐéägãÛõè dÛø
ã tư ơèg đégã 22%.

-

Đư ờ
èg ksèâ ègéÛø
ã égèg tâéê 508mm, câãềï dÛø
y égèg tâéê
15.09mm.

-

BÛùè ksèâ cïûÛ véø
m R=34630mm, câãềï dÛø
ã cïèg véø
m: 28262
mm.

-

Đư ờ
èg têè ỉớè èâÛgt ỉÛø3073 mm.

Tâéê égèg đư ờ
èg ksèâ 508mm céù câãềï dÛø
ã ỉÛø12m đư ợc đïùc sÛüè tréèg
èâÛømÛùy câegtÛïé égèg, sÛï kâã kãekm trÛ cÛùc câỉ tãêï kỹtâïÛät đư ợc đÛûm bÛûé,
bÛét đÛàï tãegè âÛø
èâ ïégè tâư û ègâãệm trêè mÛùy ïégè 3 trïïc.
3.7.2.2. Cấu tạo máy uốn 3 trục: xem Hrèâ 3.5
3.7.2.3. Trình tự gia công uốn ống
CâïÛkè bx cÛùc tâÛé tÛùc mÛùy ïégè , égèg tâéê đư ờ
èg ksèâ 508mm 
cÛkï ỉÛéê égèg tâéê vÛø
é mÛùy ïégè  ïégè égèg tâéê  cÛkï ỉÛéê vÛø
é béä gÛù đek
kãekm trÛ bÛùè ksèâ véø
m  âÛø
è tékâợê véø
m  kãekm trÛ câÛgt ỉư ợèg đư ờ

èg
âÛø
è  Sơè âéÛø
è tâãệè véø
m.
Ơ Û đÛây câãềï dÛø
ã cïèg véø
m ỉÛø 28262mm, đư ợc ték âợê èâư
ârèâ3.10.

Hình 3.10. Chiều dài cung vòm

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


-54-

gè tư ø
èg đéÛïè sÛï đéù tékâợê 3 đéÛïè ỉÛïã tâÛø
èâ 28262mm, méãã
đéÛïè trêè đư ợc âÛø
è èégã tâêm câãềï dÛø
ã, câãềï dÛø
ã đéÛïè èégã èÛø
y tâư ờ
èg
ỉớè âơè kâéÛûèg cÛùcâ gãö õÛ 2 bÛùèâ ség1 vÛøség2 (ârèâ 3.5), (âéÛëc bÛùèâ ség

3), đéÛïè èÛø
y géïã ỉÛøđéÛïè méàã, mïïc đscâ đektréèg sïégt ëïÛù trrèâ ïégè tÛgt
cÛû câãeàï dÛø
ã cÛàè tâãegt êâÛûã đã ëïÛ bÛùèâ ïégè ség2, céù èâư vÛäy mớã đÛûm
bÛûé đư ợc đư ờ
èg têè èâư méèg mïégè.
Tréèg ëïÛù trrèâ ïégè tégc cÛàè kâégèg câeg400mm/êâïùt, tégc ïégè vÛø
cÛgê ỉư ïc ñekdã câïyekè bÛùèâ ïégè ség2 æÛørÛgt ëïÛèg tréïèg, èegï kâéâèg ëïÛè
tÛâm vÛgè đềèÛø
y rÛgt dễ bx bãegè dÛïèg đư ờ
èg ksèâ égèg tâéê vÛøđư ờ
èg têè
véø
m sẽkâéâèg đÛûm bÛûé. SÛï ñÛây câæ mãèâ âéïÛ ñéÛïè égèg 12000mm, céø
è
ñéÛïè 4262mm cïõèg tâÛé tÛùc tư ơèg tư ïèâư đéÛïè 12000mm.
Bảng 3.1. Cấp áp lực uốn ống
Áp lực uốn

5Mpa

Độ võng

~ 6cm

7Mpa

10Mpa

12Mpa

>14Mpa

~ 9cm

~ 12cm

~ 15cm

Đạt R thiết kế

BÛûèg cÛgê áp ỉư ïc ở bÛûèg 3.1 ỉÛøtư ơèg ư ùèg vớã đéävéõèg đÛït đư ợc tréèg ëïÛù
trrèâ ïégè égèg, ègư ờ
ã vÛäè âÛø
èâ mÛùy ïégè cÛêè cư ù vÛø
é đéù mÛøtâÛé tÛùc vÛøkâégèg
câegđư ờ
èg têè. Tïy èâãêè mïégè đÛït đư ợc đư ờ
èg têè èâư ở ârèâ 3.11 ègư ờ
ã vÛäè
âÛø
èâ mÛùy cÛàè êâÛûã ỉÛø
m èâư sÛï:
-

Tư øđãekm ség1 đegè đãekm ség2 êâÛûã cÛêèg méät sợã dÛây èâợvÛøsÛï
đéù đé đÛïc tư ø
èg vxtrs èâư ârèâ 4.

-

Negï ở vx trs èÛø
é đéù mÛøkâéâèg đÛït đư ợc đư ờ
èg têè târ câỉ cÛàè
dã câïyekè êâÛïm vã đéù đegè ègÛy bÛùèâ ïégè ség2(Hrèâ 3.5) vÛø
dïø
èg bÛûèg cÛgê ỉư ïc ở bÛûèg 3.1 đektâÛé tÛùc ïégè égèg.

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


-55-

Đãekm 2
Đãekm 1

Hình 3.11. Đường tên vòm ống thép có chiều dài L=12 sau khi uốn

Hình 3.12. Bộ gá để kiểm tra bán kính vòm

Hình 3.13. Kiểm tra bán kính vòm

3.7.2.4. Kiểm tra chất lượng trong quá trình chế tạo vòm
Tréèg sïégt ëïÛù trrèâ câegtÛïé véø
m cÛàè tâư ïc âãệè ègâãêm câỉèâ vãệc
kãekm trÛ câÛgt ỉư ợèg tâ trrèâ tư ïèâư sÛï:
-

Kãekm trÛ cÛùc câỉ tãêï kỹtâïÛät égèg tâéê trư ôùc kâã ïégè.

-

Kãekm trÛ tãm trïïc mÛùy ïégè trö ôùc kâã ïégè.

-

Kâégèg câegđư ờ
èg têè tâ tư ø
èg cÛgê ỉư ïc vÛøcâé tư ø
èg đéÛïè égèg.

-

Kãekm trÛ đéägãÛõè dÛø
ã tư ơèg đégã sÛï kâã ïégè.

-

Kãekm trÛ kscâ tâư ớc đư ôø
èg ksèâ égèg tâeùê 508mm sÛï kâã ïégè.

-

Kãekm trÛ câÛgt ỉư ợèg đư ờ
èg âÛø
è tréèg ëïÛù trrèâ tékâợê 3 đéÛïè
ỉÛïã vớã èâÛï.

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


-56-

-

Kãekm trÛ tékèg tâekvéø
m tâéê sÛï kâã èégã 3 đéÛïè trêè béä gÛù đÛõ
kãễm trÛ đÛït yêï cÛàï.

3.7.2.5. Cơng nghệ hàn chịu lực
Việc tổ hợp các các đoạn ngắn thành một cung vịm phải dùng các cơng nghệ
hàn khác nhau như: hàn tự động bằng tay, tự động bằng robot, hàn hồ quang, hàn
đốt nóng,...Tuy nhiên việc hàn này ảnh hưởng rất lớn đến khả năng chịu lực, cũng
như tính thẩm mỹ chung của kết cấu dạng vòm. Trọng tâm của mục này là giới
thiệu các công nghệ hàn chịu lực ứng dụng vào q trình gia cơng chế tạo vịm
ống thép nhồi bê tơng, đặc biệt là các phương pháp hàn để tổ hợp nối cung vịm
hồn chỉnh tại cơng trường xây dựng.
Hàn là q trình cơng nghệ nối hai hoặc nhiều phần tử (chi tiết, bộ phận) lại
với nhau thành một khối bền vững không tháo rời bằng cách dùng nguồn điện để
nung nóng vị trí cần nối đến trạng thái hàn (trạng thái lỏng hoặc dẻo), sau đó kim
loại lỏng tự kết tinh (trạng thái lỏng) hoặc dùng thêm ngoại lực ép chúng dính lại
với nhau (trạng thái dẻo) để tạo thành mối hàn. Có nhiều cách phân loại phương
pháp hàn. Tuy nhiên thơng dụng nhất có hai cách phân loại đó là: Phân loại theo
dạng năng lượng sử dụng và theo trạng thái kim loại mối hàn ở thời điểm hàn.

Phương pháp hàn được phân loại theo dạng như sau:
- Phương pháp hàn điện: bao gồm các phương pháp dùng điện năng biến thành
nhiệt năng để cung cấp cho quá trình hàn (hàn điện hồ quang, hàn điện tiếp xúc,
hàn TIC, MIC, MAG,..).
- Phương pháp hàn cơ học: bao gồm dùng cơ năng để làm biến dạng kim loại
tại khu vực cần hàn tạo ra liên kết hàn (hàn nguội, hàn ma sát, hàn siêu âm,...).
- Phương pháp hàn hoá học: bao gồm các phương pháp sử dụng năng lượng do
các phản ứng hoá học tạo ra để nung nóng kim loại như (hàn khí, hàn hoá
nhiệt,...).
Hàn trong xưởng chế tạo bị hạn chế chiều dài tối đa là 12m. Do đó tổ hợp
cung vịm lớn hơn ta có thể dùng phương pháp hồ quang điện để gia cơng và tổ
Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


-57-

hợp vịm tại cơng trường. Trong điều kiện khơng cho phép ở ngoài hiện trường,
phương pháp này rất hiệu quả, mang lại giá trị kinh tế rất cao. Ngoài ra, chúng ta
có nhiều biện pháp khác nhau để kiễm sốt chất chất lượng đường hàn. Trọng tâm
của mục này là giới thiệu phương pháp hàn hồ quang bằng tay thực hiện tại cơng
trường xây dựng (hình 3.14).

Hình 3.14. Hàn tổ hợp cung vịm tại cơng trình Cầu Cần Giuộc.
Khi hàn hồ quang bằng tay, góc nghiêng que hàn so với mặt vật hàn thường từ
78o – 85o, que hàn được dịch chuyển dọc trục để duy trì chiều dài cột hồ quang,
đồng thời chuyển động ngang mối hàn để tạo bề rộng mối hàn và chuyển động
dọc đường hàn theo tốc độ hàn cần thiết.

Khi hàn sấp, nếu mối hàn có bề rộng bé, que hàn được dịch chuyển dọc đường
hàn, khơng có chuyển động ngang. Khi mối hàn có bề rộng lớn, chuyển dịch que
hàn có thể thực hiện theo nhiều cách để đảm bảo chiều rộng mối hàn B=(2÷5).dq.
Thơng thường di chuyển que hàn theo đường dích dắc (1,2,3) (hình 3.15). Khi hàn
Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


-58-

các mối góc, chữ T nếu cần nung nóng phần giữa nhiều thì dịch chuyển que hàn
theo sơ đồ (4) và khi cần nung nóng nhiều hai bên mép hàn như theo sơ đồ (5).

Hình 3.15. Sơ đồ di chuyển đường hàn.

Hình 3.16. Trình tự hàn theo chu vi ống thép.

Hàn tổ hợp nối vịm ống thép tại cơng trường thông thường là hàn ở tư thế
không xoay lật được (tư thế 5G và 2G). Phương pháp hàn ta có thể chia chu vi
ống thép thành những đoạn từ 15-30 cm và trình tự hàn theo hình 3.16.
 Phương pháp kiễm tra chất lượng đường hàn
Hiện nay có hai loại phương pháp kiễm tra chất lượng đường hàn như sau:
- Kiễm tra không phá hoại: phương pháp thanh tra kỹ thuật, phát quang và chỉ
thị màu, kiễm tra độ kín, phương pháp phóng xạ, phương pháp siêu âm và
kiễm tra bằng phương pháp bột từ.
- Phương pháp kiễm tra phá huỷ: Thông qua độ cứng tế vi thường dùng để xác
định cơ tính của mối hàn và kết cấu hàn như thử kéo – nén, thử uốn, thử dai
va đập. Ngồi ra cịn có phương pháp thử kim tương và cấu trúc để kiễm tra

tổ chức kim loại, xác định chiều sâu ngấu, kích thước chiều rộng vùng ảnh
hưởng nhiệt và khuyết tật bên trong mối hàn. Mẫu thử được cắt ra từ kết cấu
hàn.
 Kết luận
Công nghệ hàn chịu lực là một yếu tố rất quan trọng trong việc hàn tổ hợp các
đoạn ống thép ngắn thành cung vòm hoàn chỉnh. Do vậy, tuỳ yêu cầu kỹ thuật của

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


-59-

từng dự án mà chúng ta có thể chọn những người thợ hàn có tay nghề cao và được
đào tạo chuyên môn cao về công nghệ hàn chịu lực.
Qua các tài liệu nghiên cứu của các nước trong khu vực và trên thế giới, kinh
nghiệm thực tế của tác giả trong các dự án thi cơng cầu vịm ống thép nhồi bê
tông và để đảm bảo chất lượng của đường hàn, tác giả đề xuất nên chọn thiết bị
hàn hồ quang bằng tay có dịng điện đầu ra là dịng điện một chiều, đặc biệt que
hàn chịu lực phải sấy khô ở nhiệt độ từ 350oC – 400oC suốt trong thời gian bốn
tiếng và sau đó hạ nhiệt độ xuống cịn 100oC. Khi đem que hàn ra vị trí cần hàn ở
ngồi cơng trường, cần bỏ que hàn trong bình giữ nhiệt độ khoảng 100oC trong
suốt quá trình hàn.
3.8 Biện pháp khống chế biến dạng đàn hồi sau khi uốn [12]
Nâư đã trình bày trong chương 2, quá trình chế tạo vịm là một q trình
biến dạng dẻo, bao gồm cả biến dạng đàn hồi. Sở dĩ có đàn hồi như vậy là khi có
tải trọng, hay lực uốn theo phương thẳng đứng tác dụng lên vật thể uốn, sẽ làm
thay đổi kích thước , hình dạng thẳng ban đầu và tạo thành vịm cong như mong

muốn.

Hình 3.17. Biện pháp làm giảm biến dạng đàn hồi.
Do vậy khi chế tạo hồn chỉnh một cung vịm, tất cả chúng đều phải căng
kéo bằng sợi cáp và tăng đơ hay một kích để tạo ra lực căng ( hình 3.17 ), trị số
Ths.Đặng Đức Độ
BÁO CÁO TỔNG KẾT
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ


-60-

lực này phải được tính tốn cẩn thận, khơng được kéo q căng vì như vậy sẽ có
hiện tượng bán kính cung vịm bị thay đổi. Thơng thường trị số này được tính theo
nội lực do trọng lượng bản thân vòm, tức là tải trọng phân bố đều tác dụng lên
từng modul và giá trị đó có thể lớn hơn để dự phịng trong lúc vận chuyển và cẩu
lắp.

Hình 3.18. Sơ đồ tính lực H
Giá trị lực căng này, chúng ta có thể dùng sơ đồ tính theo cơ học kết cấu, đặt
tải trọng rải đều lên vòm và tuân theo sơ đồ như sau: [22]
Theo sơ đồ trên lực căng H như sau:
ql 2
H = 0,125 k 1  5c 2  5c 4  2c 5
f





( 3.17 )

Trong đó:
k=

c=

1
15
1
8f 2

I
EI
 
 F E Z FZ





a
l

( 3.18 )

( 3.19 )

E – là môđun đàn hồi của vật liệu làm vịm
EZ – là mơđun đàn hồi của vật liệu thanh căng

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT


-61-

F – là diện tích tính đổi của tiết diện thanh vịm
Fz – là diện tích tiết diện thanh căng
I – mơmen qn tính tính đổi của tiết diện thanh vòm ( cung vòm )
f- là đường tên lớn nhất của vịm.
Q trình tạo ra lực căng như vậy, là khống chế sự chuyển vị hai chân vòm.
Sự chuyển vị có thể xảy ra trong lúc chúng ta hàn tổ hợp, hàn liên kết hệ giằng
ngang, hay hàn thanh đứng tạo liên kết với mặt cầu ( hình 3.17 ). Trong quá trình
hàn sẽ tạo ra nhiệt độ, tức là gia nhiệt lên bản thân vịm ống thép, nó sẽ tạo ra một
ứng suất có khuynh hướng làm vật thể đem uốn bị trả về trạng thái ban đầu ( tức
là trạng thái thẳng ). Vì vậy khi tiến hành hàn tổ hợp đồng loạt, cần phải tính tốn
làm sao sau khi kết thúc việc hàn mà sản phẩm vừa tạo ra sẽ không bị thay đổi.
Muốn làm được điều này, có thể tiến hành hàn so le tại các vị trí, hoặc phải có
thời gian ngừng để cho bản thân vịm nguội đi và sau đó tiến hành hàn tiếp tục.

Hình 3.19. Vịm lắp vào vị trí trụ cầu.

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT

-62-

Dây cáp căng
ngang

Hình 3.13. Căng cáp ngang cầu Cơng Lý.
Tạo ra lực H như trên, không chỉ khống chế chuyển vị chân vòm, mà
còn là biện pháp điều chỉnh nội lực trước khi cố định nó vào vị trí mố trụ
cầu, tức là lắp vào vị trí tại cơng trình (hình 3.12). Đây là một biện pháp rất
hữu ích, nhằm tạo ra một ứng lực có lợi, đồng thời làm tăng khả năng chịu
lực của kết cấu vòm. Sau khi cẩu lắp vịm vào vị trí đúng như thiết kế, thì
thanh căng ngang ở trên 3.13 sẽ tháo bỏ và lúc này trong vịm sẽ có một
ứng suất ngược chiều với ứng suất do tải trọng ngồi gây ra (hình 3.12), lúc
đó nó sẽ làm triệt tiêu một phần ứng suất do tải trọng khai thác, nghĩa là nó
sẽ làm tăng khả năng chịu lực chung của kết cấu. Trường hợp này chúng ta
phải cần có thời gian nghiên cứu kỹ và nó là một chun đề tính tốn riêng.
Trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu này tác giả chỉ giới thiệu và khơng tính
tốn cụ thể.

Ths.Đặng Đức Độ
PGS.TS. Lê Thị Bích Thuỷ

BÁO CÁO TỔNG KẾT