Xem mẫu
- Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học
ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CỐP PHA TRONG DỰ ÁN XÂY DỰNG THEO TIÊU
CHUẨN MỸ
Nguyễn Công Thưởng*
Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh
Tác giả liên hệ: nguyencongthuongou@gmail.com
TÓM TẮT
Bài báo này nghiên cứu phương pháp tính toán nội lực và biến dạng cho cốp pha theo tiêu
chuẩn Mỹ, ứng dụng của tính toán cốp pha trong dự án xây dựng. Sử dụng phương pháp so
sánh và tính toán giữa hai tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn Mỹ, kết quả cho thấy tính toán
theo tiêu chuẩn Mỹ mang lại nhiều lợi ích cho dự án xây dựng hơn, các giá trị nội lực và biến
dạng thích hợp an toàn hơn so với các tính toán của tiêu chuẩn Việt Nam. Các bài toán tính
toán cốp pha theo tiêu chuẩn Mỹ đa dạng, đầy đủ và dễ hiểu hơn. Tính toán theo tiêu chuẩn
Việt Nam vẫn đảm bảo chất lượng cho dự án nhưng không mang lại hiểu quả kinh tế cao.
Từ khóa: Tính toán cốp pha theo tiêu chuẩn Mỹ, tài liệu tham khảo cốp pha theo tiêu chuẩn
Mỹ.
APPLICATION OF CACULATING FORMWORK IN CONSTRUCTION PROJECT
WITH AMERICAN STANDARD
Nguyen Cong Thuong*
HCM City Open University
*Corresponding author: nguyencongthuongou@gmail.com
ABSTRACT
This article studies the method of calculating internal forces and deformation of formwork
with American standards, application of calculating formwork in construction projects. Using
the comparison and calculation method between Vietnamese and American standards, the
results shows that calculation of American one is more benificial than calculation of
Vietnamese one in the construction projects, the internal force and deformation values that
safer than the calculation standards of Vietnam. The formwork calculations in American
standards are more diverse, particular and easier to understand. Calculation in accordance
with Vietnam standards still ensures quality for the project, but not bring high economic
efficiency.
Keywords: Application of caculating formwork in construction project with american
standard.
TỔNG QUAN toán cốp pha sao cho phù hợp là cực kì thiết
Khuôn đúc bê tông hay cốp pha còn được gọi yếu.
bằng cái tên chuyên môn hơn là hệ ván Có nhiều loại cốp pha phục vụ cho những dự
khuôn. Do bắt nguồn từ tiếng Pháp nên được án khác nhau cũng như những cấu kiện khác
đa số người Việt Nam gọi là cốp pha. Trong nhau. Mỗi cấu kiện cốp pha khác nhau được
quá trính hình thành và phát triển đã có rất tính toán và thi công khác nhau cho nên sẽ
nhiều loại cốp pha được nghiên cứu và ứng đem lại những ưu nhược điểm khác nhau, từ
dụng, kèm theo đó là những tiêu chuẩn đi đó phục vụ cho những dự án khác nhau.
kèm để đảm bảo kỹ thuật, độ bền, an toàn. Trong vài chục năm qua trong việc tính toán
Để giúp kỹ sư Việt Nam hội nhập với các cốp pha vẫn được áp dụng theo tiêu chuẩn
nước trên thế giới, việc tìm hiểu các cách Việt Nam, thực sự là được dịch tiêu chuẩn
tính toán hay thiết kế cốp pha theo các tiêu của Nga đã cũ không còn thích hợp với
chuẩn nước ngoài là tất yếu. những dự án hiện nay.
Trong một dự án xây dựng, phí tổn về cốp Việt Nam đang trong thời kì hội nhập với các
pha chiếm đến 15-30% giá thành công trình, nước, yêu cầu đội ngũ kỹ sư không ngừng
vì vậy việc đưa ra phướng án lựa chọn tính cập nhật những tiêu chuẩn của nước khác để
510
- Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học
có tiếng nói chung khi các nước lớn vào đầu tải trọng, phải xác định đặc trưng tiết diện
tư. của kết cấu. Còn trong thiết kế khuôn đúc lại
Trong quá trính hình thành và phát triển đã thường: biết trước điều kiện tải trọng, chọn
có rất nhiều loại cốp pha được nghiên cứu và trước tiết diện, nhiệm vụ phải tính toán nhịp
ứng dụng, kèm theo đó là những tiêu chuẩn của bộ phận khuôn đúc (khoảng cách giữa
đi kèm để đảm bảo kỹ thuật, độ bền, an toàn. các gối đỡ). Đặc biệt là các kết cấu khuôn
Để giúp kỹ sư Việt Nam hội nhập với các đúc dạng dầm liên tục nhiều nhịp. Tuy nhiên,
nước trên thế giới, việc tìm hiểu các cách khi tính toán với các kết cấu khuôn đúc dạng
tính toán hay thiết kế cốp pha theo các tiêu dầm liên tục này, thường số lượng nhịp và
chuẩn nước ngoài là tất yếu. Là tài liệu tham khoảng cách nhịp là chưa biết. Mà biểu đồ
khảo cho các kỹ sư khi tính toán cốp pha. Đề nội lực và sơ đồ biến dạng của các dầm siêu
tài dựa trên những công thức tiêu chuẩn tính tĩnh nhiều nhịp là rất khác nhau, (giá trị cực
toán có sẵn của Mỹ điển hình như ACI 347, trị của chúng cũng rất khác nhau). Dầm N
tuy dựa trên những thứ có sẵn và không có nhịp rất khác với dầm N+1 nhịp. Hiện tại, khi
những công thức cải tiến hơn nhưng đây là tính toán kết cấu khuôn đúc dạng dầm liên
một vấn đề còn khá mới ở Việt Nam. Đối với tục nhiều nhịp tạm thời đang lấy các kết quả
sinh viên đang còn học ở giảng đường hoặc có được từ dầm 3 nhịp. Cụ thể:
mới ra trường, thậm chí những kỹ sư đã đi • |Mmax| = q1l²/10, (xem sách Kỹ thuật thi
làm lâu năm qua một khảo sát của trường cho công-Tập 1, Đỗ Đình Đức-Lê Kiều, trang
kết quả, vấn đề cập nhật và hiểu biết về tiêu 149-151), có được do việc giải sơ đồ dầm
chuẩn nước ngoài còn khá hạn chế. Do sự liên tục 3 nhịp chịu tổ hợp tải trọng phân bố
khác biệt giữa hai tiêu chuẩn về địa lý và các đều tác dụng lên toàn bộ kế cấu.
biện pháp thi công nên đề tài đã đưa ra các so • |fmax| = q2l4/(128EJ), có được do việc giải
sánh khách quan để thể hiện được tính ứng sơ đồ dầm liên tục 3 nhịp chịu tải trọng phân
dụng giữa hai tiêu chuẩn của Việt Nam và bố đều, gồm: 50% tổ hợp tải trọng tác dụng
Mỹ. Sản phẩm cuối cũng của đề tài là tài liệu lên toàn bộ kết cấu + 50% tổ hợp tải trọng
tham khảo bảng tính toán tự động hỗ trợ cho chất theo từng nhịp lan dần.
việc tính toán cốp pha theo tiêu chuẩn Mỹ. • Các biểu đồ mô men và độ võng của họ
dầm nhiều nhịp, chất tải phân bố trên toàn
PHƯƠNG PHÁP bộ.
So sánh về tính toán giữa hai tiêu chuẩn Mỹ Kết quả này chưa thực sự chính xác, vì dầm
và Việt Nam 3 nhịp chưa thực sự đại diện cho họ dầm
Tính toán nội lực và biến dạng cho cốp nhiều nhịp.
pha theo thiêu chuẩn Việt Nam Giải các sơ đồ dầm nhiều nhịp bằng các
Do cốp pha (khuôn đúc) phải tính toán theo phương pháp sức bền và cơ kết cấu (phương
cả hai trạng thái giới hạn về cường độ (được pháp lực, chuyển vị hay phương pháp hpt 3
xét tới trong giai đoạn vữa bê tông còn tươi, mô mem), với nhịp dầm chiều dài đơn vị, tải
có khả năng thi công) và về biến dạng (đặc trọng phân bố đều đơn vị phân bố đều trên
biệt là ở giai đoạn bê tông ninh kết và đóng toàn bộ kết cấu, độ cứng tiết diện đơn vị, ta
rắn trong khuôn), nên khuôn đúc được thiết thấy rằng giá trị cực trị của Mô mem uốn (đạt
kế làm việc hoàn toàn trong giới hạn đàn hồi, tại gối thứ 2), và giá trị cực trị của độ võng
đặc biệt không tính toán kết cấu khuôn đúc (đạt được tại giữa nhịp biên) đều có xu
với sơ đồ khớp dẻo (tức là tĩnh định hoá hệ hướng hội tụ, tiệm cận dần tới giá trị hội tụ
siêu tĩnh bằng khớp dẻo, vật liệu tại khớp dẻo khi số nhịp tăng lên. Các sơ đồ dầm liên tục
làm việc ngoài giới hạn đàn hồi). Các kết cấu từ 3 nhịp trở lên, giá trị mô men cực trị đạt
khuôn siêu tĩnh được tính toán nội lực theo được tại sơ đồ dầm 4 nhịp là lớn nhất, còn
phương pháp tính toán kết cấu siêu tĩnh giá trị độ võng cực trị đạt được tại sơ đồ dầm
thông thường trong Cơ học kết cấu. 3 nhịp là lớn nhất. (giải bằng các phần mềm
Nguyên lý thiết kế khuôn đúc thường là tính toán kết cấu như SAP2000 cũng cho kết
ngược với nguyên lý thiết kế kết cấu công quả tương tự). Các biểu đồ mô men và độ
trình. Trong khi thiết kế kết cấu công trình võng của họ dầm nhiều nhịp, chất tải phân bố
thường là: biết trước nhịp kết cấu, điều kiện trên toàn bộ như sau:
511
- Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học
Hình 1. Tổ hợp mô men và biến dạng
Luật phân bố giá trị mô mem uốn và độ võng đồ dầm 4 nhịp, còn khi tính biến dạng lấy các
nguy hiểm của họ dầm nhiều nhịp. giá trị độ võng cực đại tại giữa nhịp biên của
Dùng SAP2000 để giải ra tổ hợp bao của các sơ đồ dầm 3 nhịp. Trong thực tế thi công, các
trường hợp chất tải theo lần lượt từng nhịp kết cấu khuôn vừa chịu các tải trọng phân bố
lan dần và chất tải ngẫu nhiên trên từng nhịp, thường xuyên sẵn có tác dụng lên toàn bộ kết
cũng đều cho kết quả định tính tương tự như cấu khuôn (như trọng lượng bản thân khuôn
chất tải trên toàn bộ kết cấu: Giá trị cực trị đúc, trọng lượng cốt thép,…), nhưng đồng
của Mô mem uốn (đạt tại gối thứ 2), và giá thời chúng cũng chịu các tải trọng phân bố
trị cực trị của độ võng (đạt được tại giữa nhịp trên từng nhịp lan dần từ nhịp đầu tiên đến
biên) đều có xu hướng hội tụ, tiệm cận dần nhịp cuối cùng theo hướng thi công (như
tới giá trị hội tụ khi số nhịp tăng lên. Các sơ trọng lượng bê tông, các hoạt tải thi
đồ dầm liên tục từ 3 nhịp trở lên, giá trị mô công,…).
men cực trị đạt được tại sơ đồ dầm 4 nhịp là Do đó, nên lấy kết quả từ tổ hợp tải trọng
lớn nhất, còn giá trị độ võng cực trị đạt được trung bình: 50% tổng tải trọng chất lên toàn
tại sơ đồ dầm 3 nhịp là lớn nhất. Luật phân bộ + tổ hợp bao của 50% tổng tải trọng chất
bố giá trị mô mem uốn và độ võng nguy lên lần lượt từng nhịp của kết cấu lan dần
hiểm của họ dầm nhiều nhịp như hình sau: theo hướng đổ. Việc tổ hợp này với tải trọng
Như vậy, trong mọi sơ đồ dầm nhiều nhịp,số đơn vị đã cho kết quả trong bảng kết quả
nhịp từ 3 trở lên, khi tính cường độ lấy các chạy SAP2000 dưới đây.
giá trị mô men cực trị tại gối tựa thứ 2 của sơ
Bảng 1. Công thức nội lực và biến dạng của cốp pha theo tiêu chuẩn Việt Nam
Kết quả trị số
Dầm 3 nhịp Dầm 4 nhịp
nghịch đảo
Kiểu Cực Cực
Tổ hợp chất Cực trị trị Cực trị trị Cực trị Cực trị
tải Vị Vị
bao bao bao bao bao bao Độ
trí trí
Mômen Độ Mômen Độ Mômen võng
võng võng
50%(Toàn -9,0 = -
Toàn Gối -0,1 = - Gối -0,107
bộ)+50%(Lan - - 0,5*(9,3 -
bộ 2 1/10 2 = -1/9,3
dần) + 8,6)
0,45 0,45
50%(Toàn chiều 0,007 chiều 0,006 128 =
Toàn
bộ)+50%(Lan dài - = dài - = - 0,5*(145
bộ
dần) Nhịp 1/145 Nhịp 1/155 + 112)
biên biên
512
- Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học
50%(Toàn -9,0 = -
Lan Gối -0,117 Gối -0,116
bộ)+50%(Lan - - 0,5*(9,3 -
dần 2 = -1/8,6 2 = -1/8,6
dần) + 8,6)
0,45 0,45
50%(Toàn chiều 0,009 chiều 0,009 128 =
Lan
bộ)+50%(Lan dài - = dài - = - 0,5*(145
dần
dần) Nhịp 1/112 Nhịp 1/113 + 112)
biên biên
Khi thiết kế kết cấu khuôn nằm, do một số fmax = fNhịp biên = q2l4/(185EJ).
các tải trọng thường xuyên trong thiết kế Kết quả này cùng nhóm được với dầm đơn
khuôn đúc, (như: trọng lượng cốt thép, trọng giản, do đó các sơ đồ dầm từ 2 nhịp trở
lượng khuôn đúc, ..v.v.), thường chất lên xuống tính như dầm đơn giản:
toàn bộ các nhịp của sơ đồ kết cấu khuôn, Mmax = q1l²/8,
còn các tải trọng khác khi thi công lại thường fmax = 5q2l4/(384EJ).
được chất dần lên và lan rộng ra gần như
theo từng nhịp của bộ phận khuôn đúc, nên ta PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN NỘI LỰC
có thể lấy giá trị cực trị của Nội lực và VÀ BIẾN DẠNG CHO CỐP PHA THEO
Chuyển vị theo tổ hợp tải trọng bình quân, TIÊU CHUẨN MỸ
tức là: 50% (Tải trọng chất lên toàn bộ kết Các biểu đồ mô men và độ võng của họ dầm
cấu) + 50% (Tải trọng chất lan dần ra theo nhiều nhịp, chất tải phân bố trên toàn bộ.
từng nhịp). Từ đó ta có thể lấy giá trị cực trị Trong cuốn Construction Methods and
của Mômen uốn và Chuyển vị trong các sơ Management, của S. W. Nunnally, bảng 12-2,
đồ dầm siêu tĩnh có 3 nhịp trở lên như sau: trang 324, cho biết về giá trị cực trị của các
Mmax = MGối 2 = q1l²/9, nội lực và biến dạng để tính toán thiết kế kết
fmax = fNhịp biên = q2l4/(128EJ). cấu cốp pha dạng dầm nhiều nhịp đều chịu
Riêng đối với dầm 2 nhịp, mọi trường hợp tổ tải trọng phân bố đều, được áp dụng tại Hoa
hợp tải trọng đều cho kết quả như sau: Kỳ như sau:
Mmax = MGối 2 = q1l²/8,
Bảng 1. Công thức nội lực và biến dạng của cốp pha theo tiêu chuẩn Mỹ
Số lượng nhịp của kết cấu cốp pha dạng dầm
Loại Nội lực và biến
Thứ nguyên
dạng 01 nhịp 02 nhịp 03 nhip
Mô men uốn cực trị (kG.m) M = +(ql2/8) M = -(ql2/8) M = -(ql2/10)
Lực cắt cực trị (kG) Q = (ql/2) Q = (5ql/8) Q = (3ql/5)
Độ võng cực trị (m) f = (5ql4/384EJ) f = (ql4/185EJ) f = (ql4/145EJ)
Các giá trị Mô men cực trị và độ võng cực trị Lý thuyết của Hoa Kỳ cũng chỉ xem xét tới
theo lý thuyết của Hoa Kỳ, chính là các giá dầm 3 nhịp, mà không xem xét tới các trường
trị Mô men cực trị và độ võng cực tính toán hợp dầm nhiều hơn 3 nhịp với những giá trị
cho kiểu tổ hợp chỉ chất tải toàn bộ lên kết nội lực nguy hiểm lớn hơn (ở đây, với dầm
cấu cốp pha dạng dầm tính theo lý thuyết của nhiều hơn 3 nhịp được lấy kết quả theo dầm
Việt Nam và Liên Xô cũ (cho dầm từ 1-3 3 nhịp).
nhịp). Tuy có xem xét tới lực cắt cực trị,
nhưng tính toán theo lý thuyết của Hoa Kỳ MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA BÀI TOÁN
(nội lực và biến dạng nguy hiểm là nhỏ hơn) TÍNH TOÁN NỘI LỰC VÀ BIẾN DẠNG
thì kém an toàn về mặt cường độ hơn so với THEO TIÊU CHUẨN MỸ
tính theo lý thuyết của Việt Nam. Bảng quy đổi đơn vị
513
- Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học
Bảng 3. Quy đổi giữa hai đơn vị Mỹ và Việt Nam
Ví dụ
Hình 2. Ván khuôn vách
Một bức tường cao 12 ft được lấp đầy với Từ bảng 5-1, giá trị của Cw là 1,0 và từ bảng
150 lb cho mỗi bê tông tại một nhiệt độ 70°F. 5-2 giá trị của Cc là 1,0. Tỷ lệ bố trí nhỏ hơn
Bê tông loại I mà không có chất làm chậm. 7 ft/h và vị trí chiều cao không vượt quá 14
Bê tông sẽ được đặt với độ rung bên trong ft, do đó phương trình (5-2) có thể được sử
bình thường tới độ sâu dưới 4 ft dụng để tính áp lực bên như sau:
Tỷ lệ bố trí là 5 ft/h. Pm = Cw Cc [150 + 9,000R/T]
514
- Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học
= (1.0) (1,0) [150 + 9,000 (5/70)] Giới hạn tới dưới Pm = wh = 150 (12) =
= 793 lb/sq ft 1.800 lb/sq ft
Retarders Các chất làm chậm bao gồm bất Giá trị được tính từ phương trình (5-2) là
kỳ chất phụ gia nào, như chất làm chậm, chất 793, cao hơn mức tối thiểu
làm giảm nước, giảm chất phụ gia giảm 600 và dưới mức tối đa 1.800. Do đó, sử
lượng nước tầm trung, hoặc giảm nước ở dụng 793 /sq ft áp lực bên trên ván khuôn.
mức cao phụ gia (superplasticizers), làm trì 793 lb/sq ft chắc chắn sẽ xảy ra ở độ sâu
hoãn việc thiết lập bê tông. 793/150 = 5,3 ft phía dưới đỉnh của ván
Kiểm tra các giới hạn về áp suất tính theo khuôn.
phương trình (5-2):
Giới hạn tới lớn hơn 600Cw = 600 (1.0) = KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
600 lb/sq ft Bảng so sánh kết quả
Bảng 4. Bảng so sanh kết quả nội lực và độ võng
Mỹ Việt Nam
Mô men uốn Độ võng cực trị Mô men uốn Độ võng cực trị
cực trị (kG.m) (m) cực trị (kG.m) (m)
2 4 2
01 nhịp M = +(ql /8) = f = (5ql /384EJ) M = (ql /8) = f = (5ql4/384EJ)
(L=2m ; q=1,5 0,75 = 0,3125 0,75 = 0,3125
T/m)
02 nhịp M = -(ql2/8) = - f = (5ql4/185EJ) M = (ql2/8) = f = (ql4/185EJ)
(L=2m ; q=1,5 0,75 = 0,649 0,75 = 0,13
T/m)
03 nhịp M = -(ql2/10) = f = (5ql4/145EJ) M = (ql2/9) = f = (ql4/128EJ)
(L=2m ; q=1,5 -0,6 = 0,828 0,667 = 0,1875
T/m)
04 nhịp (L=2m M = -(ql2/10) = f = (5ql4/145EJ) M = (ql2/9) = f = (ql4/128EJ)
; q=1,5 T/m) -0,6 = 0,828 0,667 = 0,1875
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ quả sẽ hỗ trợ nhiều hơn trong việc tính toán
Tiêu chuẩn Mỹ ACI hiện nay đã được sử cốp pha theo tiêu chuẩn nước ngoài.
dụng khá phổ biến tại các công ty lớn ở Việt Tùy vào các loại cốp pha khác nhau mà được
Nam. sử dụng và tính toán khác nhau. Tiêu chuẩn
TCVN (dịch từ tiêu chuẩn Nga) hiện tại đã của Mỹ cho ta các tiếp cận đơn giản và dễ
không còn thích hợp. hiểu nhất kèm theo đó là độ an toàn. Tính
Tiêu chuẩn Mỹ cũng cấp công thức đơn giản toán theo tiêu chuẩn Mỹ sẽ hỗ trợ nhiều hơn
và cách tính toán dễ dàng, kết quả chính xác. trong các dự án, cần được ứng dụng rộng vì
Nghiên cứu trên lấy bài toán ví dụ về tính hiện nay các công ty lớn và các nhà đầu tư đã
toán mô men và biến dạng của cốp pha gỗ và đang yêu cầu sử dụng những tiêu chuẩn
cho sàn. Có thể phát triển nghiên cứu thêm mới đảm bảo chất lượng và tiến độ cho dự án
bằng việc tính toán các cấu kiện, vật liệu cốp đầu tư.
pha khác để có những kết quả chính xác và Là tài liệu tham khảo và bước đầu hội nhập
rõ ràng hơn giữa hai tiêu chuẩn Mỹ và Việt cũng đất nước.
Nam hiện nay. Nghiên cứu cần được phát triển thêm, bổ
Còn rất nhiều ví dụ về tính toán cốp pha tùy sung đầy đủ hơn các bàn toàn về từng cấu
vào những trường hợp khác nhau cho nên kiện cũng như vật liệu cốp pha khác nhau.
nghiên cứu sẽ còn được mở rộng hơn. Kết
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Construction Methods and Management, S.W.Nunnally.
Kỹ thuật thi công xây dựng, Ngô Quang Tường.
Formwork for Concrete Structures, R. L. Peurifov, McGraw-Hill.
515
nguon tai.lieu . vn
