Nghiên cứu các thông số kết cấu và làm việc của thiết bị san và đầm trong tổ hợp thi công bê tông mái dốc

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
U U

NGUYỄN VŨ ANH DUY

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU VÀ LÀM
VIỆC CỦA THIẾT BỊ SAN VÀ ĐẦM TRONG TỔ
HỢP THI CÔNG BÊTÔNG
MÁI DỐC

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng, nâng
chuyển

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2009


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:.....................................

Cán bộ chấm nhận xét 1: ...........................................

Cán bộ chấm nhận xét 2: ...........................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN

VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, Ngày…….tháng…..năm 2009


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
ĐỘC LẬP-TỰ DO-HẠNH PHÚC
………………………
……………………………

Tp. HCM, ngày….tháng….năm 2009
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:
Ngày, tháng, năm sinh:
Chuyên ngành:

NGUYỄN VŨ ANH DUY
Phái: Nam MSHV: 03007251
27/02/1984
Nơi sinh: Bình Dương
Kỹ thuật máy và thiết bị xây dựng nâng chuyển

I – TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU VÀ LÀM VIỆC CỦA
THIẾT BỊ SAN VÀ ĐẦM TRONG TỔ HỢP THI CÔNG BÊTÔNG MÁI DỐC

II – NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
III – NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

05/02/2009

IV – NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

03/07/2009

V – CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

TS. Nguyễn Hồng Ngân
CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ được Hội đồng chuyên ngành thơng qua

TRƯỞNG PHỊNG ĐT-SĐH

Ngày ….,tháng …..năm 2009
TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH


i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Nguời thực hiện luận văn

Nguyễn Vũ Anh Duy

Lời cam đoan


ii

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các Thầy Cơ thuộc bộ mơn Cơ giới
hóa Xí nghiệp và Xây dựng, các Thầy Cô thuộc Khoa cơ khí và các Thầy Cơ
Trường ĐẠI HỌC BÁCH KHOA nói chung, đã nhiệt tình truyền đạt cho em những
kiến hữu ích trong những năm qua.
Đặc biệt, em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến T.S Nguyễn Hồng
Ngân. Người Cơ đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình
thực hiện luận văn tốt nghiệp này.
Kế đến, em xin cảm ơn Bố Mẹ, gia đình người đã ln ủng hộ em về cả tinh
thần và vật chất
Cuối cùng, xin gửi lời cám ớn đến các bạn bè đã nhiệt tình đóng góp ý kiến
xây dựng, động viên và luôn tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt bao năm học
tập.
Em luôn cố gắng nỗ lực hết mình để hồn thành tốt luận văn này, vì thời
gian và kiến thức có hạn nên trong q trình thực hiện cũng khơng tránh khỏi
những thiếu sót. Rất mong được sự chỉ dẫn thêm của các Thầy Cơ và các bạn, để
em có thêm kiến thức và kinh nghiệm cho quá trình làm việc và học tập sau này .
Em xin chân thành cám ơn.
Tp. HỒ CHÍ MINH
Ngày 06/07/2009
Nguyễn Vũ Anh Duy

Lời cảm ơn


iii

ABSTRACT
Slope and canal finishing is very popular in the world, used to execute the concrete
slope, but Vietnam have not it. This equipment will replace the human power and
increate the quality of the works. This research is about the concrete finishing
machine with vibration finishing rollers, which is a part of a slope and canal
finishing. To improve its effect needs to define its structure parameter and work
parameter, which depend on the concrete’s characteristics. The investigation
proposes a two degree of freedom system, simulates it by computer, and compares
the results with experiments. As the result, this finds out the parameters for this
equipment. All the results can be used for manufacture or database for next
research.

TÓM TẮT
Tổ hợp thiết bị thi công bêtông mái dốc (mái kênh) được sử dụng rộng rãi trên thế
giới, tổ hợp này được dùng để thi công các bờ kênh, nhưng Việt Nam vẫn chưa có.
Thiết bị này dùng để thay thế sức lao động của công nhân và tăng chất lượng cơng
trình. Luận văn này nghiên cứu về thiết bị san và đầm trong tổ hợp trên. Để đạt
được hiệu quả đầm lèn, cần phải xác định các thông số kết cấu và làm việc, các
thơng số đó phụ thuộc vào đặc tính của bêtơng đầm lèn. Nghiên cứu này đưa ra mơ
hình tính tốn (hệ dao động hai bậc tự do), mơ phỏng qúa trình làm việc bằng máy
tính, và các kết quả được kiểm nghiệm bằng thí nghiệm. Các thơng số tìm được có
thể được dùng vào chế tạo và cũng có thể được dùng làm nền tảng cho các nghiên
cứu tiếp theo.

Tóm tắt


MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC KÝ HIỆU ………………………………………………………1
DANH MỤC BẢNG

…………………………………………………………2

DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ ………………………………………………..3
LỜI NĨI ĐẦU

……………………………………………………………….6

CHƯƠNG I ……………………………………………………………….…..7
1.1 Tình hình thi cơng bêtơng mái dốc trong nước……………………….. 7
1.2 Tình hình thi công bêtông mái dốc trên thế giới………………………11
1.3 Nhu cầu và tính cấp thiết của đề tài………………………………….. 13
1.4 Mục tiêu của đề tài luận văn………………………………………… .15
CHƯƠNG II …………………………………………………………………16
2.1 Lý thuyết dao động cơ hệ hai và nhiều bậc tự do……………………..16
2.2 Lý thuyết về đầm lèn bêtông………………………………………….21
CHƯƠNG III ………………………………………………….………………32
3.1. Patent 4993869……………………………………………………….32
3.2. Patent 4717282……………………………………………………… 33
3.3 Máy SL 450 hãng Gomaco……………………………………………34
CHƯƠNG IV …………………………………………………………………41
4.1. Giới thiệu về tổ hợp………………………………………… ……….41
4.2. Mơ hình tốn học………………………………………………… … 46

4.3. Mơ hình thí nghiệm………………………………………………… 56
4.4. Mơ phỏng mơ hình thực tế…………………………………………...58
4.5. Tính tốn kiểm nghiệm bền cho khung chính………………………. 66


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ …………………………………………..….68
Tài liệu tham khảo ………………………………………………………….70
Phụ lục … …………………………………………………………………….72
Phụ lục 1 …………………………………………………………………72
Phụ lục 2 ………………………………………………………………..102
Phụ lục 3 ………………………………………………………………..105
Lý lịch trích ngang…………………………………………… ……………108


1

DANH MỤC KÝ HIỆU
Ký hiệu

Mô tả

m1, m2

Khối lương của các vật dao động

k1, k2

Độ cứng của các lò xo

c1, c2

Hệ số giảm chấn

ω
ϕ

Tần số góc
Góc pha ban đầu

T

Thời gian

X1, X2

Biên độ dao đông

Zrc

Trở kháng

A1, A2

biên độ dao động của hỗn hợp bêtông

Ghi chú

kể từ trục của máy đầm với khoảng
cách r1, r2.
r1, r2

Các khoản cách

γ

Hệ số dập tắt lan truyền dao động bảng
2.1

F

Ngoại lực tuần hoàn

ν

Độ giảm chấn

mdd

Khối lương dao động

DANH MỤC KÝ HIỆU


2

DANH MỤC BẢNG

Bảng
2.1

Mô tả
Các hệ số dập tắt sự lan truyền dao động

Trang

Ghi chú

27

của các hỗn hợp bêtông [2]
2.2

Chuyển dịch nhỏ nhất cần thiết đối với đầm

28

bêtông và các giá trị số của biên độ gia
tốc.[2]
4.1

Đặc tính cao su Neoprene [16]

52

4.2

Thông số đầm lèn của một số loại đầm [13]

56

4.3

Kết quả mơ phỏng mơ hình của cụm tang

59

rung

DANH MỤC BẢNG


3

DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ
Hình

Mơ tả

Trang

1.1

Trạm trộn bê tơng

7

1.2

Cấp bêtơng

9

1.3

Trạm trộn bê tông di động

9

1.4

Trạm bơm bêtông di động

10

1.5

Đầm bêtông

10

1.6

Lu rung

11

1.7

Đầm bàn

11

1.8

Tổ hợp thi công mái dốc SL 450 Của hãng

12

Ghi chú

GOMACO
1.9

Tổ hợp thi công SL 101807 của hãng

12

GOMACO
1.10

Tổ hợp SL 110707 Của hãng GOMACO

12

1.11

Kênh Phước Hòa

14

2.1

Hệ dao động hai bậc tự do [14]

16

2.2

Hệ dao động cưỡng bức 2 bậc tự do [14]

19

2.3

Mơ hình phân tích lực [14]

20

2.4

Q trình đầm lèn thay đổi theo thời gian

24

đầm lèn [2]
3.1

Patent 4993869

32

3.2

Patent 4993869

33

3.3

Patent 4717282

34

3.4

Thiết bị san và đầm (báo giá của hãng

36

Gomaco)
3.5

Bộ phay đất

38

Bảng danh mục các hình, đồ thị


4

3.6

Bộ phận san và đầm

38

3.7

Thiết bị cấp và rải bêtông

39

4.1

Tổ hợp thi công bêtông mái kênh

42

4.2

Thiết bị cấp và rải bêtông

43

4.3

Thiết bị san và đầm bêtông

44

4.4

Cụm san & đầm, kiểu 1

45

4.5

Cụm san & đầm, kiểu 2

46

4.6

Mơ hình tính tốn

47

4.7

Sơ đồ phân tích lực cơ hệ

47

4.8

Vật có khối lượng m2

48

4.9

Khối lượng vật m2

49

4.10

Vật khối lượng m1

49

4.11

Khối lượng vật m1

50

4.12

Kích thước của phần trống đầm

50

4.13

Đặc tính cao su Neoprene [16]

52

4.14

Mơ hình thí nghiệm

54

4.15

Khối lương m1

56

4.16

Vật khối lượng m2

57

4.17

Biên độ đo được

58

4.18

Biên độ dao động mơ hình thí nghiệm

58

4.19

Sơ đồ mơ phỏng cơ hệ

59

4.20

Đồ thị biểu thị quan hệ giữa biên độ và tần

61

số lực kích
4.21

Đồ thị x1(t)

63

4.22

Quan hệ biên độ vật khối lượng m1 - tần số

64

4.23

Quan hệ biên độ và tần số của vật khối

65

lượng m2
4.24

Quan hệ gia tốc và tần số, mơmen tĩnh

65

Bảng danh mục các hình, đồ thị


5

4.25

Đặc tính của thép kết cấu [16]

66

4.26

Ứng suất sinh ra trong khung

66

4.27

Tổng chuyển vị của khung

67

Bảng danh mục các hình, đồ thị


6

LỜI NÓI ĐẦU
Nước ta đang trên đà phát triển,nên nhu cầu về xây dựng ngày càng lớn. Do đó,
nhu cầu cơ giới hóa cho ngành xây dựng cũng là một vấn đề cần thiết hiện nay. Vì
chính việc cơ giới hóa sẽ làm tăng năng suất lao động, tăng chất lượng cơng trình, giảm
nhẹ lao động chân tay cho cơng nhân…
Trước nhu cầu thực tế đó, được sự hướng dẫn của Cô Nguyễn Hồng Ngân, tôi đã
chọn để tài “Nghiên cứu các thông số kết cấu và làm việc của thiết bị san và đầm trong
tổ hợp thiết bị thi công bêtông mái dốc”. Đây là một đề tài thực tế xuất phát từ yêu cầu
đặt hàng của công ty Thủy lợi Lâm Đồng cho bộ mơn Cơ giới hóa Xí nghiệp và Xây
dựng, khoa Cơ khí, đại học Bách khoa tp HCM. Tổ hợp là thiết bị thi công bêtông mái
dốc đầu tiên ở Việt Nam, tuy rằng tổ hợp này đã được sản xuất ở nhiều nước phát triển
trên thế giới như Mỹ, Ý…, nhưng giá thành của nó q đắt và khơng phù hợp với điều
kiện thi công ở Viêt Nam. Tổ hợp sẽ phục vụ cho cơng trình xây dựng kênh Phước
Hịa, đây là kênh dùng để dẫn nước từ hồ Phước Hòa về hồ Dầu Tiếng…
Tơi đã làm việc hết sức mình cùng với sự hướng dẫn tận tình của q thầy cơ
thuộc bộ mơn Cơ giới hóa Xí nghiệp và Xây dựng đặc biệt là cô Nguyễn Hồng Ngân,
nhưng luận văn này cũng không thể tránh khỏi những thiếu xót và nó sẽ được hồn
thành ở những luận văn tiếp theo.

Lời nói đầu


7

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN
1.1 Tình hình thi cơng bêtơng mái dốc trong nước
1.2 Tình hình thi cơng bêtơng mái dốc trên thế giới
1.3 Nhu cầu và tính cấp thiết của đề tài
1.4 Mục tiêu của đề tài luận văn.

1.1 Tình hình thi công bêtông trong nước
Trong nước, những vấn đề ứng dụng kỹ thuật rung trong các thiết bị thi công
cũng đã được một số cơ quan tổ chức nghiên cứu, ví dụ như rung, va trong tạo hình cấu
kiện; đầm lu rung để đầm lèn đất; thiết bị rung toàn khối để chế tạo bê tông nhẹ; rung
và rung va để đóng cọc; rung và rung va để tạo ống bê tông dự ứng lực…..Tuy nhiên,
theo chúng tôi được biết việc nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm, ứng dụng thực tế
tổ hợp thiết bị cấp, rải, san, đầm lèn và hồn thiện bề mặt bê tơng mái kênh ở trong
nước chưa có đơn vị nào thực hiện.
Những phương tiện cấp rải không đồng bộ

Chương I Tổng quan


8

Hình 1.1 Trạm trộn bê tơng.

Hình 1.2 Cấp bêtơng.

Chương I Tổng quan

9

Hình 1.3 Trạm trộn bê tơng di động.

Hình 1.4 Trạm bơm bêtông di động.

Chương I Tổng quan


10

Những thiết bị san đầm khơng đồng bộ

Hình 1.5 Đầm bêtơng.

Hình 1.6 Lu rung.

Chương I Tổng quan


11

Hình 1.7 Đầm bàn.

1.2. Tình hình thi cơng bêtơng mái dốc ở nước ngồi

Hình 1.8 Tổ hợp thi cơng mái dốc SL 450 Của hãng GOMACO.

Chương I Tổng quan

12

Hình 1.9 Tổ hợp thi cơng SL 101807 của hãng GOMACO.

Hình 1.10 Tổ hợp SL 110707 Của hãng GOMACO.

Chương I Tổng quan


13

Thiết bị làm bê tông mái kênh được nghiên cứu và áp dụng vào thực tiễn năm
1965 tại Mỹ. Công ty GOMACO là một công ty lớn được sát nhập từ hai công ty
Harold và công ty Gary Godbersen đã nghiên cứu công nghệ làm bê tông cốt thép mái
kênh trên 40 năm nay. Hiện nay công ty GOMACO đã phát triển mạnh trên mạng lưới
tồn cầu, có trên 100 nhà phân phối với hơn 200 văn phòng làm việc trên tồn thế giới.
Họ đã có trên nữa triệu feed vng diện tích ở bang Ida Grove và Iowa Mỹ dành cho
việc nghiên cứu công nghệ lát bê tông cốt thép. Hãng GOMACO đã có những mẫu
máy làm bê tơng mái kênh như SL-450; SL-650; SL-750. Các máy này được thiết kế
hoàn thiện máy kênh cả với độ dốc 1:1 với sự tối thiểu hóa cơng tác hồn thiện bằng
tay. Các máy hoàn thiện mái dốc của GOMACO với dãy chiều rộng từ 2,44m đến
23,16m, khung bằng thép hàn và các đoạn khung được nối với nhau bằng chốt; các
đoạn khung nối có thể là 0,61; 1,22; 2,44; 3,66 và 4,88m. Tốc độ di chuyển thiết bị dọc
kênh tới 9,45m/ph.
Loại máy GOMACO SL-450 dùng để thi cơng kênh hình thang có chiều rộng đáy
kênh 13m; chiều rộng đỉnh kênh 23m; chiều sâu 5m và mái dốc 1:1. Độ dày lớp bê
tơng rải là 300mm.

I. 3. Nhu cầu và tính cấp thiết của đề tài

Chương I Tổng quan


14

Hình 1.11 Kênh Phước Hịa.
Ở nước ngồi, các cơng việc thi công bê tông mái kênh được thực hiện bằng
cơ giới, đi đầu là cơng ty GOMACO của Mỹ, có kinh nghiệm trên 40 năm. Công ty này
cũng đã chào hàng cho một vài công ty xây dựng thủy lợi, xây dựng sân bay ở Việt
Nam.
Ưu điểm của thiết bị nước ngoài (GOMACO – Mỹ):
- Thiết bị làm việc năng suất cao.
- Điều kiện làm việc thuận lợi, giảm nhẹ sức lao động của công nhân.
- Thiết bị không gây ô nhiễm môi trường do bộ phận động lực là hệ thống thủy
lực, động cơ diezen.
- Chất lượng thi công đạt được yêu cầu cao đối với những kênh mương thủy lợi
như chịu được lưu lượng vận tốc dòng chảy lớn; bề mặt bê tông phẳng; số nhân công
phục vụ cho thiết bị ít; thời gian thi cơng rút ngắn.

Chương I Tổng quan


15

Tuy nhiên, các thiết bị này có giá thành cao, chưa thực sự có tính kinh tế với
những qui mơ cơng trình ở Việt Nam.
Hiện nay ở nước ta trong công tác thi công bê tông mái dốc các khâu cấp, rải,
san, đầm lèn và hoàn thiện bề mặt bê tông ở các mái dốc kênh, rạch, đê, đập, taluy

đường giao thông được thực hiện chủ yếu nhờ vào sức lao động thủ cơng và cơ giới
hóa một phần, vì thế năng suất lao động thấp và chất lượng công trình khơng cao. Đặc
biệt lần đầu tiên ở nước ta có cơng trình thủy lợi địi hỏi chất lượng thi cơng cao như
kênh Phước Hịa, kênh được thi cơng với mục đích dẫn nước từ Sơng Bé cho hồ Dầu
Tiếng với chiều dài 36 km. Nếu sử dụng các biện pháp thi cơng trước đây thì cơng việc
thực hiện chủ yếu bằng thủ công, nên chất lượng thấp, năng suất không cao, điều kiện
làm việc của công nhân nặng nhọc, thời gian thi cơng kéo dài và kết quả khó mà đạt
được chất lượng thi công theo yêu cầu mặc dù giá thành chi phí cho nhân cơng có thể
là rẻ.
Để khắc phục những nhược điểm trên, chúng tôi đã dành nhiều thời gian nghiên
cứu, tìm hiểu cơng nghệ thiết bị của nước ngoài (GOMACO – Mỹ) để đưa ra 01 tổ hợp
thiết bị phù hợp với yêu cầu thi công tại nước ta với giá thành bằng 2/3 so với thiết bị
ngoại nhập; mà năng suất, chất lượng thi công, điều kiện làm việc của công nhân sẽ
tương đương máy ngoại nhập.

I. 4. Mục tiêu của luận văn
Tính tốn mơ phỏng, thiết kế cụm đầm lèn và hồn thiện bề mặt bê tơng mái
kênh có tiết diện hình thang, năng suất 15 m3/h.

Chương I Tổng quan


16

CHƯƠNG II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Lý thuyết dao động cơ hệ hai và nhiều bậc tự do
2.2 Lý thuyết về đầm lèn bêtông

2.1 Lý thuyết dao đông
2.1.1 Hệ hai bậc tự do
Một hệ cần hai tọa độ độc lập để mô tả chuyển động của hệ được gọi là hệ hai
bậc tự do.
2.1.1.1 Dao động tự do không cản:
Xét một cơ hệ như sau:

Hình 2.1 Hệ dao động hai bậc tự do [13].
Phương trình chuyển động:
Dựa vào định luật II Newton:

m1&
x&1 ( t ) = −(k1 + k 2 ) × x1 ( t ) + k 2 × x 2 ( t )
m 2&
x&2 ( t ) = −(k 2 + k 3 ) × x 2 ( t ) + k 2 × x1 ( t )

(2.1)

Chương II Cơ sở lý thuyết


17

Giả sử m1 và m2 dao động cùng tần số góc và góc pha ban đầu nhưng khác nhau
về biên độ:

x1 ( t ) = X1 cos(ωt + ϕ)

(2.2)

x 2 ( t ) = X 2 cos(ωt + ϕ)
Thế (2.2) vào (2.1) được:

[{− m ω + (k + k )}X − k X ]cos(ωt + ϕ) = 0
[− k X + {− m ω + (k + k )}X ]cos(ωt + ϕ) = 0
2

1

2

1

1

2

2

2

1

2

2

2

3

(2.3)

2

Hệ trên thỏa mãn với tất cả các giá trị của thời gian (t) nên có:

{− m ω
1

2

}

+ (k1 + k 2 ) X1 − k 2 X 2 = 0

{

(2.4)

}

− k 2 X1 + − m 2 ω + (k 2 + k 3 ) X 2 = 0
2

Để hệ trên cơ nghiệm khác nghiệm tầm thường thì:

⎡− m1ω2 + (k1 + k 2 )
⎤
− k2

det ⎢
⎥=0
2
(
)
−
k
−
m
ω
+
k
+
k
2
2
2
3 ⎦
⎣

(2.5)

Giải phương trình (2.5) được 2 nghiệm đó là tần số riêng của hệ.

ω12 , ω22 =

1 (k1 + k 2 )m 2 + (k 2 + k 3 )m1
×
2
m1m 2

(k +
1 ⎡⎛ (k 1 + k 2 )m 2 + (k 2 + k 3 )m1 ⎞
⎟⎟ − 4 ì 1
à
2
m1 m 2


2

1
k 2 )(k 2 + k 3 ) − k 22 ⎤ 2

m1 m 2

⎥ (2.6)
⎥⎦

Bây giờ xác đinh X1, X2:
Vì X1, X2 cịn phụ thuộc ω1 ,ω2 nên đặt như sau:
X1(1) và X2(1) tương ứug ω1
X1(2) và X2(2) tương ứug ω2
Từ (2.4) có:

Chương II Cơ sở lý thuyết