Luận án nghiên cứu chế độ hàn điện xỉ áp lực tối ưu cho cốt thép

Luận án nghiên cứu xác định chế độ hàn điện xỉ áp lực tối ưu cho hàn nối cốt thép, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả công trình.

• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hàn
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Độ Hàn Điện Xỉ Áp Lực Tối Ưu Cho Cốt Thép
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NỐI CỐT THÉP
• 1.1. Khái quát về các công nghệ nối cốt thép trong xây dựng
• 1.2. Nối cốt thép bằng phương pháp buộc chồng
• 1.3. Nối cốt thép bằng ống nối dập ép
• 1.4. Nối cốt thép bằng ống ren
• 1.5. Nối cốt thép bằng kẹp cóc
• 1.6. Một số phương pháp hàn nối cốt thép
• 1.6.1. Nối cốt thép bằng hàn hồ quang tay
• 1.6.1.1. Hàn chồng
• 1.6.1.2. Hàn ốp táp
• 1.6.1.3. Hàn đối đầu có máng đỡ (hàn máng)
• 1.6.2. Phương pháp nối cốt thép bằng hàn điện trở đối đầu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÀN ĐIỆN XỈ VÀ HÀN ĐIỆN XỈ - ÁP LỰC
• 3. CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN ĐẶC TÍNH MỐI HÀN ĐIỆN XỈ - ÁP LỰC
• 5. CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG HÀN THỰC NGHIỆM TẠI CÔNG TRƯỜNG, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG, HIỆU QUẢ KINH TẾ VÀ KỸ THUẬT CỦA CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỆN XỈ - ÁP LỰC
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• KẾT LUẬN CHUNG LUẬN ÁN

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu

Ngành xây dựng tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, đặc biệt trong lĩnh vực xây dựng nhà cao tầng và cầu cống. Việc nối cốt thép tại công trường là một công đoạn quan trọng, ảnh hưởng lớn đến chất lượng và hiệu quả kinh tế của công trình. Hiện nay, phương pháp nối truyền thống như bẻ mỏ và buộc dây hoặc hàn chồng lên nhau gây lãng phí nguyên vật liệu và tiêu tốn thời gian thi công. Các mối hàn không đồng tâm dẫn đến khả năng chịu lực của kết cấu giảm. Một số doanh nghiệp đã thử nghiệm công nghệ hàn đối đầu bằng phương pháp hàn điện tiếp xúc, nhưng thiết bị nặng và tiêu tốn nhiều điện năng, không thuận lợi cho thi công. Hàn hồ quang tay cũng đã được áp dụng nhưng chất lượng mối hàn kém do nhiều khuyết tật. Phương pháp hàn điện xỉ - áp lực mới đã được triển khai và cho kết quả khả quan, nhưng cần nghiên cứu sâu hơn về các thông số hàn như cường độ dòng điện, áp lực hàn và thời gian hàn. Việc tìm ra miền giá trị tối ưu cho các thông số này là rất cần thiết để nâng cao chất lượng và hiệu quả kinh tế của mối hàn nối cốt thép.

II. Mục đích phương pháp và giới hạn phạm vi nghiên cứu

Mục đích của nghiên cứu là xác định bộ thông số công nghệ hàn tối ưu cho từng loại đường kính cốt thép hàn, nhằm làm chủ quy trình công nghệ hàn nối đối đầu với thiết bị tự chế tạo tại Việt Nam. Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết và thực nghiệm, giới hạn phạm vi nghiên cứu bao gồm: tổng quan về các phương pháp nối cốt thép, phân tích cơ sở lý thuyết của hàn điện xỉ và hàn điện xỉ - áp lực, nghiên cứu thiết bị và vật liệu hàn, xây dựng mô hình toán học mô tả sự phụ thuộc của chất lượng mối hàn vào các thông số công nghệ. Nghiên cứu sẽ áp dụng chế độ công nghệ hàn điện xỉ - áp lực tối ưu vào thực tiễn tại một số công trình xây dựng ở Việt Nam, kiểm tra chất lượng mối hàn và đánh giá hiệu quả kinh tế.

III. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án

Nghiên cứu này có ý nghĩa khoa học quan trọng, hệ thống hóa cơ sở lý thuyết và xác định các thông số chế độ hàn chính ảnh hưởng đến hình dáng và chất lượng mối hàn. Ứng dụng lý thuyết quy hoạch thực nghiệm để xây dựng mô hình toán học mô tả quan hệ giữa các yếu tố đầu vào và chất lượng mối hàn. Về mặt thực tiễn, kết quả nghiên cứu đã hoàn thiện công nghệ và thiết bị hàn điện xỉ - áp lực, góp phần nâng cao chất lượng mối hàn và giảm giá thành công trình. Công nghệ này đã được áp dụng thành công tại một số công trình xây dựng, cho thấy tiềm năng phát triển lớn trong tương lai.

IV. Cấu trúc của luận án

Luận án được trình bày trong 129 trang, bao gồm 5 chương: Mở đầu, Tổng quan về công nghệ nối cốt thép, Cơ sở lý thuyết hàn điện xỉ và hàn điện xỉ - áp lực, Vật liệu, trang thiết bị thí nghiệm và phương pháp nghiên cứu, Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn đến đặc tính mối hàn điện xỉ - áp lực, và Ứng dụng hàn thực nghiệm tại công trường. Mỗi chương sẽ đi sâu vào các khía cạnh khác nhau của nghiên cứu, từ lý thuyết đến thực tiễn, nhằm cung cấp cái nhìn toàn diện về công nghệ hàn điện xỉ - áp lực.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NỐI CỐT THÉP 1. Khái quát về các công nghệ nối cốt thép trong xây dựng Bê tông cốt thép là vật liệu được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng. Nhu cầu sử dụng cốt thép cho các công trình trên cả nước lên đến hàng triệu tấn, trong đó khối lượng thép tròn cần được nối chiếm từ 55% đến 70% của tổng số cốt thép trong bê tông. Ở Việt Nam hiện nay, các phương pháp nối cốt thép thông dụng vẫn tập trung vào nối buộc chồng, nối cơ khí và nối hàn.

Trong các biện pháp trên, hàn nối là phương pháp có độ tin cậy và chất lượng cao nhất. Hiện tại, các công trình xây dựng đang sử dụng các biện pháp hàn nối phổ biến như sau: 1. Nối cốt thép bằng phương pháp buộc chồng. Đây là phương pháp cổ điển nhất, đơn giản nhất nhưng cũng có nhiều nhược điểm nhất.

Hai thanh thép cốt được đặt chồng lên nhau với chiều dài chồng theo qui định (thường là bằng 40  50 lần đường kính danh nghĩa cốt thép) rồi buộc cố định bằng dây thép buộc (đôi khi có thể hàn đính). Khả năng truyền lực sẽ được thực hiện thông qua sự bám dính với bê tông 7. Sơ đồ nguyên lý tạo mối nối buộc chồng cốt thép xây dựng * Ưu điểm của phương pháp nối buộc chồng: Kết cấu mối nối đơn giản, dễ thực hiện và không yêu cầu bất cứ thiết bị, máy móc nào. * Nhược điểm của phương pháp nối buộc chồng: Cốt thép làm việc không đồng tâm, khó đảm bảo chiều dài nối buộc theo quy định; khối lượng thép tại các mối nối buộc rất lớn; Tỷ lệ số lượng mối nối tại một tiết diện bị giới hạn để đảm bảo an toàn cho kết cấu; Mối nối buộc chồng không được phép sử dụng tại một số vị trí trong kết cấu; Việc truyền lực trong cốt thép bị gián đoạn và truyền gián tiếp qua bê tông; Hiện tượng gỉ làm tăng kích thước cốt thép, là nguyên nhân của việc nứt vỡ lớp vỏ bê tông và việc nối chồng làm tăng gấp đôi diện tích cốt thép tại vị trí nối, dễ gây nghẽn cốt liệu khi đổ bê tông 7.

Nối cốt thép bằng ống nối dập ép Đây là phương pháp nối cơ khí sử dụng một đoạn ống nối lồng ra ngoài hai đầu thanh thép cốt sau đó dùng một đầu ép thủy lực để ép ống nối thành các vệt ép trên hai đầu ống nối. Ống nối sau khi đã bị ép sẽ biến dạng và bám vào các gai của thanh thép nối 7. Nguyên lý thi công mối nối cốt thép xây dựng bằng phương pháp dập ép. * Ưu điểm của phương pháp nối ống dập ép: Cốt thép làm việc đồng tâm và sau khi nối, cốt thép làm việc như một thanh liên tục và không bị ảnh hưởng nhiều bởi chất lượng bám dính giữa cốt thép với bê tông, nên mối nối chịu kéo tốt hơn so với phương pháp nối buộc chồng, đồng thời khả năng chịu lực vẫn đảm bảo ngay cả khi lớp bê tông đã bị phá hủy; Được phép sử dụng trong khi không được phép nối chồng đối với kết cấu các thanh thép chờ chịu kéo.

* Nhược điểm của phương pháp nối ống dập ép: Chỉ áp dụng được với thép gai; Chất lượng của mối nối phụ thuộc vào hình dạng hình học của gai thép, phụ thuộc vào độ bền của thép nối, độ bền của ống nối; Với thép có gai dạng gân xoắn với tiết diện hình thang, đôi khi quá trình biến dạng của ống nối không được tốt dẫn tới khả năng chịu lực của mối nối giảm xuống; Không hiệu quả đối với thép đường kính nhỏ (từ dd.n = 14 mm trở xuống). Nối cốt thép bằng ống ren Phương pháp nối cốt thép này bắt đầu được các nước tiên tiến trên thế giới sử dụng vào những năm đầu của thập kỷ 90 thế kỷ 20, sau đó phát triển sang Trung Quốc và các nước Đông Nam Á từ năm 1998 tới nay. Nguyên lý của nó là sử dụng một ống nối chuyên dụng có ren ở bên trong để nối hai thanh cốt thép đã được ren sẵn ở đầu [7]. Người ta phân loại phương pháp nối cốt thép bằng ống ren thành 3 loại chính như sau: 7 - Nối cốt thép bằng ống ren thẳng có chồn đầu cốt thép; - Nối cốt thép bằng ống ren có ren hình côn (đầu ren cốt thép và ren bên trong ống ren có dạng hình côn); - Nối cốt thép bằng ống ren sử dụng ren lăn (ren trên đầu cốt thép và ren trong ống ren được chế tạo bằng phương pháp biến dạng dẻo).

* Ưu điểm của phương pháp nối ống ren: Mối nối cốt thép bằng ống ren có chất lượng ổn định và độ tin cậy rất cao; Cốt thép làm việc đồng tâm; Sau khi nối, cốt thép làm việc như một thanh liên tục và không bị ảnh hưởng nhiều bởi chất lượng bám dính giữa cốt thép và bê tông, nên mối nối chịu kéo tốt hơn so với phương pháp nối buộc chồng; Khả năng chịu lực vẫn đảm bảo ngay cả khi lớp bê tông đã bị phá hủy. * Nhược điểm của phương pháp nối ống ren: Khả năng chịu tải trọng động của mối nối ren chưa cao, đặc biệt là trong những trường hợp lực tác dụng thay đổi liên tục giữa kéo và nén; Không tạo được mối nối trực tiếp trên kết cấu, các thanh nối phải được tạo ren sẵn trên máy cắt ren hoặc máy lăn ren; Thời gian tiêu tốn cho một mối nối lâu hơn so với phương pháp nối ống dập ép; Ống nối cần vật liệu đặc biệt với kỹ thuật chế tạo tương đối phức tạp; Không hiệu quả đối với thép đường kính nhỏ (dd. Hình ảnh kết cấu cột với các mối nối ống ren trên công trường thi công xây dựng ở ngoài nước 7 8 1.4 Nối cốt thép bằng kẹp cóc Cóc nối thép là các buloong hình chữ U được ren 2 đầu và được khóa bằng một tấm bích và êcu. Tùy loại cốt thép sẽ dùng các loại cóc phù hợp về kích thước và đảm bảo độ bền của mối nối.

Cốt thép đặt chồng lên nhau với chiều dài theo quy định, sau đó dùng cóc nối kẹp chặt 2 cây thép lại với nhau. Nối cốt thép bằng kẹp cóc * Ưu điểm của phương pháp kẹp cóc: Kết cấu mối nối đơn giản, dễ thực hiện. Khả năng liên kết tốt hơn nhiều so với buộc chồng. Việc truyền lực giữa các cây thép được liên tục thông qua các kẹp cóc.

* Nhược điểm của phương pháp kẹp cóc: Cốt thép làm việc không đồng tâm, khối lượng thép tại các mối nối rất lớn, tiêu tốn nhiều cốt thép và có thể dẫn đến tắc ngẽn bê tông. Giá thành mối nối cao.5 Một số phương pháp hàn nối cốt thép 1. Nối cốt thép bằng hàn hồ quang tay Nối cốt thép bằng hàn hồ quang tay cũng đã được sử dụng từ rất lâu và có thể được xem như một trong các phương pháp nối truyền thống. Đặc điểm chung của các mối nối loại này là đơn giản, dễ thực hiện, không đòi hỏi thiết bị đặc biệt.

Tuy nhiên, chúng lại có chung nhiều nhược điểm so với các phương pháp nối khác, đặc biệt là so với nối cơ khí. Có các dạng mối nối như sau: a) Hàn chồng: Trong loại mối hàn theo phương pháp hàn chồng (hình 1.5), hai thanh cốt thép khi nối với nhau sẽ được đặt chồng lên nhau một khoảng rồi được hàn lại với nhau [4]. 9 Chiều dài hàn Chiều dài chồng Hình 1. Sơ đồ nguyên lý tạo mối nối hàn chồng cốt thép xây dựng [4].

Chiều dài đường hàn được coi là chiều dài hiệu dụng của liên kết. Chiều dài này nếu hàn 1 mặt thì lấy bằng 10dd.n, nếu hàn cả 2 mặt thì lấy bằng 5d (ở đây: d là đường kính danh nghĩa của thanh thép nối). * Ưu điểm của phương pháp nối bằng hàn chồng: Kết cấu mối nối đơn giản, dễ thực hiện; Độ bền của mối nối không phụ thuộc vào chất lượng của bê tông; Thiết bị sử dụng đơn giản; Có thể thực hiện mối nối ở vị trí bất kỳ trên kết cấu. * Nhược điểm của phương pháp nối bằng hàn chồng: Cốt thép làm việc không đồng tâm; Tốc độ thi công chậm và nhiều khó khăn nếu vị trí trên kết cấu có mật độ cốt thép caodễ gây nghẽn cốt liệu khi đổ bê tông; Chất lượng mối nối phụ thuộc nhiều vào tay nghề của thợ; Thời gian thực hiện lâu, tiêu hao năng lượng lớn.

b) Hàn ốp táp: Trong loại mối hàn ốp táp (hình 1.5), hai thanh cốt thép khi nối với nhau sẽ được đặt đối đầu nhau, trục của chúng nằm trên một đường thẳng, mối nối được hình thành thông qua chi tiết ốp. Chi tiết ốp có thể làm bằng thép tấm, thép góc, thép ống hoặc thép cốt. Hai thanh thép nối sẽ không được hàn trực tiếp vào nhau. Chiều dài đường hàn được coi là chiều dài hiệu dụng (đoạn ốp táp mỗi bên) của liên kết.

Chiều dài này nếu hàn một mặt thì lấy bằng 10dd.n, nếu hàn cả hai mặt thì lấy bằng 5dd.n, với d là đường kính danh nghĩa của thanh thép nối 4. * Ưu điểm của phương pháp nối bằng hàn ốp táp: Cốt thép làm việc đồng tâm, chịu lực như một thanh liên tục; Kết cấu mối nối đơn giản, dễ thực hiện; Độ bền của mối nối không phụ thuộc vào chất lượng của bê tông; Thiết bị sử dụng đơn giản; Có thể thực hiện mối nối ở bất kỳ vị trí vào, kể cả trực tiếp trên kết cấu. Sơ đồ nguyên lý tạo mối nối hàn dạng ốp táp [4]. * Nhược điểm của phương pháp nối bằng hàn ốp táp: Chất lượng mối nối phụ thuộc nhiều vào tay nghề của thợ; Thời gian thực hiện lâu, tiêu hao năng lượng lớn; Khối lượng thép tiêu tốn cho một mối nối tương đối lớn; Tốc độ thi công chậm; Mối nối làm tăng rất nhiều diện tích cốt thép tại vị trí nối, dễ gây nghẽn cốt liệu khi đổ bê tông.

c) Hàn đối đầu có máng đỡ (hàn máng) Trong loại mối hàn dạng này (hình 1.7), hai thanh cốt thép khi nối với nhau sẽ được đặt đối đầu nhau, trục của chúng nằm trên một đường thẳng, vùng nối giữa chúng được hàn hoàn toàn. Mối hàn được lót một lớp đệm bằng thép hoặc đồng bên ngoài với mục đích tạo thành khuôn cho mối hàn [4].