Gioi thieu CN noi Ren-4-2008

Việc sử dụng phơng pháp nối buộc có một số hạn chế nh : - Tất cả các mối nối đều phải thực hiện tại công trình, do vậy thời gian thi công th-ờng kéo dài, số lợng nhân công sử dụng lớn; -

Viện khcn xây dựng

Giới thiệu

Công nghệ nối cốt thép bằng ống ren

Hà Nội, 3-2008

Công nghệ nối cốt thép bằng ống ren

1 - Lời giới thiệu

Bê tông cốt thép là vật liệu hiện đang đợc sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây

dựng Hiện nay hàng năm trên các công trình xây dựng trong cả nớc có nhu cầu sử

viện khoa học công nghệ xây dựng (IBST)

Trung tâm công nghệ xây dựng

Center of Construction Technology

Địa chỉ : 81 Phố Trần Cung-Hà Nội Tel: 84.4.8360828 Fax: 84.4.8361197

dụng hàng triệu tấn thép, trong đó khối lợng thép tròn cần đợc nối chiếm từ 55 đến

70% của tổng số cốt thép trong bê tông ở Việt nam hiện nay có hai phơng pháp

truyền thống và thông dụng để nối cốt thép tròn xây dựng là :

1.1- Nối buộc cốt thép

Đây là phơng pháp nối cốt thép truyền thống đợc sử dụng nhiều trên các công trình xây dựng Tuỳ theo vị trí, vai trò làm việc và tầm quan trọng của kết cấu, thiết kế quy

định chiều dài nối buộc cốt thép Thông thờng chiều dài nối buộc từ 3050 D (Đờng kính cốt thép) Yêu cầu về chiều dài nối buộc cốt thép cần đợc tuân thủ chặt chẽ, đặc biệt là đối với các kết cấu quan trọng Việc sử dụng phơng pháp nối buộc có một số hạn chế nh :

- Tất cả các mối nối đều phải thực hiện tại công trình, do vậy thời gian thi công th-ờng kéo dài, số lợng nhân công sử dụng lớn;

- Cốt thép làm việc không đồng tâm,khó đảm bảo chiều dài nối buộc theo quy

định;

- Với những công trình sử dụng cốt thép có đờng kính lớn, khối lợng thép tại các mối nối buộc rất lớn Do quá trình lắp dựng cốt thép thực hiện thủ công nên tại những kết cấu sử dụng cốt thép có đờng kính lớn, cốt thép dễ bị xộc xệch, xê dịch trong khi lắp dựng vào lúc đổ bê tông;

- Khi sử dụng phơng pháp nối buộc cốt thép, để đảm bảo an toàn cho kết cấu, tỷ lệ

số lợng mối nối tại một tiết diện đợc quy định giới hạn, do vậy việc buộc cố định cốt thép đối với các kết cấu ở các vị trí trên cao sẽ gặp nhiều khó khăn đặc biệt ở

vị trí có mật độ cốt thép dày đặc;

- Do chiều dài cốt thép bố trí trong kết cấu đã đợc quy định, sau khi gia công cốt thép để lắp dựng sẽ thừa lại phần cây thép không đủ chiều dài và đầu mẩu Khối lợng thép không đủ quy cách này gây ra lãng phí rất lớn, đặc biệt ở những công trình sử dụng một khối lợng lớn thép xây dựng

1.2 - Nối hàn cốt thép

Nối cốt thép bằng phơng pháp hàn cũng là một trong những phơng pháp truyền thống đợc sử dụng rộng rãi Thiết kế quy định rõ chiều cao và chiều dài đ ờng hàn khi

sử dụng phơng pháp hàn để nối cốt thép, Phơng pháp hàn nối cốt thép có một số

nh-ợc điểm nh:

- Có một số loại cốt thép không đợc sử dụng phơng pháp hàn vì ảnh hởng đến tính năng cơ lý của thép, cốt thép làm việc không đồng tâm;

- Khó đảm bảo chiều dài đờng hàn và chất lợng mối hàn theo quy định; khó kiểm tra chất lợng;

- Khi sử dụng phơng pháp này nhất thiết phải có nguồn điện cung cấp để hàn, tiêu tốn nhiều điện năng, gây ô nhiễm môi trờng và ảnh hởng đến các khu vực dân c xung quanh công trình;

- Tốc độ thi công chậm, thực hiện một mối hàn mất nhiều thời gian Đặc biệt khi phải hàn nối cốt thép có đờng kính lớn; Ngoài ra đối với các vị trí trên kết cấu có mật độ cốt thép cao, việc nối cốt thép bằng phơng pháp hàn thờng gặp nhiều khó khăn

1.3 - Nối cốt thép bằng phơng pháp sử dụng ống ren

Bên cạnh các phơng pháp nối cốt thép truyền thống còn có một số các phơng pháp nối cốt thép tiên tiến khác đặc biệt là phơng pháp nối cốt thép bằng cơ khí Tuỳ theo công nghệ sử dụng, nối cốt thép bằng phơng pháp cơ khí gồm các loại nh:

- Nối cốt thép bằng phơng pháp dập ép ống nối

- Nối cốt thép bằng ống ren

- Nối cốt thép bằng ống và keo gắn epoxi, nối cốt thép bằng thiết bị nối có vít chí

- …

Trong số các phơng pháp nối cốt thép bằng cơ khí nói trên, nối cốt thép bằng ống ren hiện đang đợc ứng dụng phổ biến ở nhiều nớc trên thế giới do công nghệ đơn giản và dễ sử dụng tại hiện trờng Nguyên lý nối cốt thép bằng ống ren là sử dụng một

ống nối chuyên dụng có ren ở bên trong để nối hai thanh cốt thép đã đợc ren trớc ở

đầu Tuỳ theo công nghệ gia công đầu ren của cốt thép và ống ren, ngời ta phân loại phơng pháp nối cốt thép bằng ống ren thành 3 loại chính nh sau:

- Nối cốt thép bằng ống ren thẳng có dập tù 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 trực tiếp trên đầu cốt thép và ren trong ống bằng công nghệ lăn ren)

Trong 3 phơng pháp nối cốt thép bằng ống ren nêu trên, phơng pháp nối cốt thép bằng ống ren thẳng có dập tù đầu cốt thép có độ tin cậy cao nhất do tiết diện

cốt thép không bị suy giảm sau khi ren Vì vậy nó đang đợc đa vào sử dụng rông rãi tại mọi vị trí trên kết cấu nhất là tại các vị trí có ứng suất cao Nguyên lý của phơng pháp là sử dụng thiết bị ép (chồn) to đầu cốt thép và ren để tạo ren thẳng (ren xoắn hình trụ) ở đầu cốt thép sau đó nối hai đầu của cốt thép với nhau thông qua một ống nối có ren bên trong Phơng pháp nối cốt thép này bắt đầu đợc các nớc tiên tiến trên thế giới sử dụng vào những năm đầu của thập kỷ 90, sau đó phát triển sang Trung Quốc và các nớc Đông Nam á từ 1998 tới nay

Những u điểm nổi bật của công nghệ nối cốt thép bằng phơng pháp này là:

- Mối nối cốt thép bằng công nghệ nối ren có chất lợng, chất lợng mối nối ổn định

và độ tin cậy rất cao;

- Cốt thép làm việc đồng tâm;

- Sau khi nối, cốt thép làm việc nh một thanh liên tục và không bị ảnh hởng nhiều

đến chất lợng bám dính của bê tông Vì vậy mối nối chịu kéo tốt hơn so với

ph-ơng pháp nối chồng

- Khi sử dụng các thanh thép chờ chịu kéo, không đợc phép nối chồng

- Khi yêu cầu sự truyền lực kéo liên tục tại các vị trí nối cốt thép

- Thời gian thi công nhanh do công việc tạo ren đợc làm từ trớc;

- Phạm vi ứng dụng rộng rãi, thích hợp dùng cho loại thép nhóm CII, CIII có đ ờng kính từ 14 đến 50 mm, có thể nối những cốt thép có đờng kính giống nhau, khác nhau trong bất kỳ phơng hớng và vị trí nào

- Sau khi nối, cốt thép làm việc nh một thanh liên tục và không bị ảnh hởng nhiều

đến chất lợng bám dính của bê tông Vì vậy mối nối chịu kéo tốt hơn so với

ph-ơng pháp nối chồng;

- Khi sử dụng nối này tại các vị trí dầy đặc cốt thép trong kết cấu sẽ góp phần làm giảm hàm lợng thép trong tiết diện, dễ dàng thi công khi tiến hành đổ bê tông;

- Bảo đảm an toàn và vệ sinh môi trờng, không gây ảnh hởng đến cuộc sống và sinh hoạt của các khu dân c quanh công trình, đảm bảo an toàn và đáng tin cậy trong khi thi công;

- Công nghệ tiên tiến, thích hợp với các công trình đòi hỏi chất lợng mối nối cao, cốt thép không đợc phép hàn;

- Tiết kiệm đợc nguồn năng lợng (công suất yêu cầu của thiết bị chỉ 3-4 kW) và một khối lợng lớn thép ngắn và đầu mẩu thờng bị lãng phí sử dụng trên công trình;

- Mang lại hiệu quả kinh tế cao đối với các công trình kết cấu có sử dụng cốt thép

đờng kính lớn đặc biệt là đối với các loại cốt thép có đờng kính  ≥ 20mm.

Giảm tiêu hao cốt thép từ 10-20% khối lợng thép sử dụng trên công trình

Công nghệ nối ren này đã đợc áp dụng và đã đợc tiêu chuẩn hoá ở các nớc phát

triển trên thế giới nh: tiêu chuẩn JG 171 (Trung Quốc), Tiêu chuẩn UBC1997, Tiêu chuẩn ACI 318 của Mỹ, BS8110 (Anh Quốc), NF35-30-1 (Pháp), DIN10-45 (Đức).

Hiện nay phơng pháp nối cốt thép bằng ống ren đang biên soạn tiêu chuẩn quốc tế ISO/WDI15835

Rất nhiều công trình nổi tiếng trên thế giới đã sử dụng phơng pháp này trong quá trình thi thi công nh :

- Sân bay quốc tế Hồng Công

- Tháp đôi Petronas Malaysia

- Sân vận động quốc gia Sydney (úc)

- Sân bay quốc tế San Francisco (Mỹ)

2- Yêu cầu kỹ thuật của mối nối cốt thép bằng ống ren thẳng có dập tù đầu cốt thép

Mối nối cốt thép bằng ống ren thẳng có dập tù đầu cốt thép đợc phân thành hai cấp (mối nối cấp I và mối nối cấp II) dựa trên tính năng chịu kéo và biến dạng của mối nối (Bảng 2.1 và 2.2) Mối nối cấp 1 đợc sử dụng tại những vị trí có ứng suất cao khi mối nối cần phát huy đợc toàn bộ khả năng chịu lực và biến dạng Mối nối cấp 2

sử dụng tại nhứng vị trí có ứng suất nhỏ hơn, không cần huy động toàn bộ khả năng chịu lực và biến dạng của cốt thép Khi sử dụng cơ quan thiết kế sẽ lựa chọn và chỉ

định cấp của mối nối tuỳ thuộc theo vị trí nối, yêu cầu về khả năng chịu lực và biến dạng của cấu kiện, kết cấu

Bảng 2.1 Cờng độ chịu kéo của mối nối

Cờng độ chịu kéo

mn

R  tt

a

R hoặc Rmn  1.10 b

a

Bảng 2.2: Tính năng biến dạng của mối nối

Kéo tĩnh

Biến dạng không đàn hồi

0

  0.15 (D 32) Tổng dãn dài khi chịu lực

gia tải lớn nhất (%)  4.0 Kéo nén lặp ứng suất cao Biến dạng d (mm) du

20

  0.3 Kéo nén lặp biến dạng

du

4

  0.3

du

8

  0.6 Trong đó:

Rmn: Cờng độ chịu kéo thực tế của mối nối

tt

a

R : Cờng độ chịu kéo thực tế của cốt thép sử dụng trong mối nối

R b : Giới hạn bền tiêu chuẩn tối thiểu của cốt thép CII hoặc CIII

Giá trị b

a

R - Cờng độ bền tối thiểu (min) của cốt thép đợc lấy nh sau:

a- Cốt thép sản xuất tại Việt nam:

Thép CII: R b = 500 N/ mm2 Thép CIII: b

a

R =600 N/mm2 b- Cốt thép sản suất tại các nớc khác lấy theo tiêu chuẩn tơng ứng

o : Biến dạng không đàn hồi của mối nối (mm);

du

20

 : Biến dạng d sau 20 lần kéo nén lặp lại ứng suất cao của mối nối

du

4

 : Biến dạng d sau 4 lần kéo nén lặp lại biến dạng lớn của mối nối

8du : Biến dạng d sau 8 lần kéo nén lặp lại biến dạng lớn của mối nối

ch

 : Biến dạng khi ứng suất của cốt thép đạt đến trị tiêu chuẩn của cờng độ chảy

 : Độ dãn dài tơng đốicủa mối nối dới tác dụng của lực gia tải lớn nhất

P : Khoảng cách giữa các ren (mm)

3 - Thiết bị và công nghệ của mối nối bằng ống ren có chồn đầu cốt thép

Để nối cốt thép, ngời ta có thể dùng máy chuyên dụng để chồn một đầu thanh cốt thép phình to ra sau đó sẽ sử dụng máy ren để tạo ren ở đầu thanh cốt thép Mối nối đợc tạo nên bởi liên kết giữa hai thanh cốt thép đã đợc ren thông qua một ống nối

có ren trong (đợc thiết kế và sản xuất sẵn từ nhà máy)

Hình 1: các thành phần của mối nối ren

Các bớc cơ bản của công nghệ đợc thực hiện nh sau:

Bớc 1: Dùng máy ép chuyên dụng để chồn đầu cốt thép đạt đờng kính theo quy định

Hình 2: nguyên lý dập tù đầu cốt thép Bớc 2: Dùng máy ren hai đầu cốt thép

Bớc 3: Nôi hai thanh cốt thép bằng ống nối có ren phù hợp

Hình 3: Lắp ráp mối nối ren

3.1- ống nối ren

ống nối ren sử dụng để nối cốt thép là ống tròn đớc sản xuất sẵn dới dạng sản phẩm ở nhà máy ống xuất xởng phải đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật nêu trên và có chứng chỉ hợp chuẩn

Hình 4: Các loại ống nối ren ống nối ren gồm hai loại để sử dụng cho cốt thép nhóm CII hoặc CIII Các thông số cơ bản của ống ren nh s

Bảng 1: Kích thớc và trọng lợng ống ren

Đờng kính

cốt thép ngoài (mm) Đờng kính Chiều dài ống (mm) Cỡ ren Trọng lợng ống (kg)

Bảng 2: Tính năng cơ lý của ống ren

Đờng kính

cốt thép Cờng độ chịu kéo (Mpa)

Cờng độ chịu kéo lớn nhất (Mpa)

Giới hạn đàn hồi (%) Độ dãn dài (mm)

3.2 Thiết bị sử dụng

3.2.1 Máy ép để chồn đầu cốt thép :

Máy chạy bằng động cơ điện để tạo áp lực khoảng 40 - 50 Mpa cho kích ép, phía trên có gắn đồng hồ đo áp lực Có nhiều loại model dùng cho các đờng kính cốt thép khác nhau:

Đờng kính cốt thép 12 mm ữ 40 mm

Kích thớc (mm) 500x240x240

Hình 5: Máy dập tù đầu cốt thép

3.2.2 Máy tạo ren

Máy tạo ren cốt thép chạy bằng động cơ điện để tạo ra các loại ren khác nhau phù hợp với các loại cốt thép từ 14-40mm

Ưu điểm của công nghệ:

 Thao tác đơn giản, không yêu cầu tay nghề quá cao, có thể nối ghép nhanh trên công trình

 Năng suất cao, có thể tạo từ 300 đến 500 đầu ren trong một ca.

 Vì năng suất tạo mối nối cốt thép nhanh nên không ảnh hởng tới thời gian thi công công trình



Hình 5: Máy tiện ren đầu cốt thép

3.3 Thi công mối nối trên công trình

Các bớc thực hiện thi công trên công trình đợc tiến hành nh sau:

a- Tiến hành gia công dập tù đầu (chồn) cốt thép bằng máy chuyên dụng

b- Gia công tạo ren đầu cốt thép bằng máy tiện ren

c- Lắp dựng mối nối cốt thép trên kết cấu công trình bằng ống ren:

- Dùng clê hoặc kìm chuyên dụng để vặn chặt mối nối Nên vặn sao cho hai đầu ren đợc chạm kịch vào nhau ở vị trí chính giữa của ống ren

- Sau khi đã xiết chặt mối nối, phải dùng clê lực để kiểm tra độ chặt của mối nối Trị số môment lực vặn chặt phù hợp với quy định ghi trong bảng 3

Bảng 3- Trị số môment vặn (xiết)nhỏ nhất khi lắp mối nối bằng ống ren

Đờng kính cốt thép

Moment vặn min

(N.m)

Ghi chú: Khi đờng kính cốt thép khác nhau thì lấy môment xiết tơng ứng với đờng kính cốt thép nhỏ hơn

Tỷ lệ % của tổng diện tích cốt thép chịu lực đợc nối trên một mặt cắt phù hợp theo những quy định sau:

- Mối nối cốt thép nên bố trí ở những vị trí có ứng suất chịu kéo nhỏ trong cấu kiện, kết cấu Khi cần thiết phải bố trí mối nối ở những vị trí có ứng suất cao thì trong một mặt cắt không đợc sử dụng quá 50% mối nối cấp II và không hạn chế tỷ lệ % với mối nối cấp I;

- Mối nối nên tránh bố trí ở những vùng dầy cốt đai, ở đầu dầm, đầu cột của khung có yêu cầu chống động đất Trong trờng hợp đặc biệt thì tỷ lệ mối nối sử dụng không đợc vợt quá 50%;

- ở những vị trí ứng suất chịu kéo của cốt thép tơng đối nhỏ hoặc cốt thép chịu nén theo chiều dọc thì không hạn chế tỷ lệ % mối nối sử dụng trong cùng một mặt cắt;

- Trong cấu kiện, kết cấu trực tiếp chịu tải trọng động, tỷ lệ % của mối nối sử dụng không đợc vợt quá 50%

Các mối nối chịu lực theo chiều dọc trong cấu kiện, kết cấu đợc bố trí so le nhau, khoảng cách giữa các mối nối không nhỏ hơn 35D trong đó D là đờng kính của loại cốt thép lớn nhất trong mối nối

3.4 Kiểm soát chất lợng nối

Mối nối đợc kiểm soát chất lợng theo các trình tự sau:

- Kiểm tra chất lợng ống nối khi xuất xởng: ống nối phải có chứng chỉ xuất xởng và chứng chỉ đã đợc kiểm định chất lợng sản phẩm do nhà sản xuất cung cấp;

- Kiểm tra chất lợng các đầu ren cốt thép trên công trình bằng các dụng cụ đo chuyên dùng;

- Kiểm tra chất lợng mối nối sau khi lắp ống ren bằng dụng cụ chuyên dùng ( clê lực)

và lấy ≥03 mẫu mối nối đem đi thực hiện thí nghiệm kéo tĩnh cho từng loại cốt thép

4- Tình hình nghiên cứu công nghệ và biên soạn tiêu chuẩn ở Việt Nam

Hiện nay ở nớc ta cha có tiêu chuẩn để hớng dẫn thi công và nghiệm thi công tác nối cốt thép bằng ống ren Tuy nhiên trong quá trình hội nhập quốc tế, nhiều nhà thầu thi công nớc ngoài đã vào Việt Nam để thi công các công trình có vốn đầu t nớc ngoài

Từ năm 2006 Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng đã bắt đầu nghiên cứu công nghệ nối cốt thép bằng ống ren Kết quả nghiên cứu cho thấy chất lợng mối nối rất cao, việc thi công trên công trình nhanh và thuận tiện, đem lại hiệu quả kinh tế rất lớn

do tiết kiệm đợc cốt thép đặc biệt là đối với cốt thép có đờng kính lớn (2232) Để đa vào ứng dụng tại Việt Nam công nghệ nối cốt thép bằng ống ren, trong năm

2007 dựa trên tiêu chuẩn JG 171 của Trung Quốc, Trung tâm Công nghệ xây dựng-Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng đã tiến hành biên soạn tiêu chuẩn hớng dẫn kỹ thuật và nghiệm thu công tác nối cốt thép bằng ống ren với tên là Tiêu chuẩn : “ Nối cốt thép bằng ống ren- Hớng dẫn thi công và nghiệm thu” Tiêu chuẩn đã đợc thông qua tại Hội đồng khoa học Bộ xây dựng tháng 9 năm 2007, dự kiến sẽ đợc ban hành vào quý 2 năm 2008

Trung tâm Công nghệ xây dựng-Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng sẽ tổ chức

đào tạo và hớng dẫn sử dụng, cung ứng thiết bị, vật t, thi công và chuyển giao công nghệ công nghệ nối cốt thép bằng ống ren cho tất cả các tổ chức, đơn vị thiết kế, thi công có nhu cầu bắt đầu từ tháng 1 năm 2008

5 - Kết luận

- Công nghệ nối cốt thép bằng phơng pháp nối ren là công nghệ tiên tiến, thích hợp cho việc thi công các mối nối cốt thép đòi hỏi chất lợng mối nối cao, cốt thép không đợc phép hàn, thời gian thi công nhanh, đảm bảo an toàn và vệ sinh môi tr-ờng

- Công nghệ này mang lại kết quả kinh tế cao đối với các công trình yêu cầu tốc độ thi công nhanh, kết cấu nhịp lớn, kết cấu có cốt thép đờng kính lớn đặc biệt là

đối với các loại cốt thép có đờng kính  ≥22 mm Luợng thép tiết kiệm đợc khi ứng

dụng công nghệ là 5 ữ 15%

- Phát triển công nghệ nối cốt thép bằng phơng pháp nối ren là hoàn toàn phù hợp với quá trình công nghệ hoá ngành xây dựng trong giai đoạn hiện nay và trong t

-ơng lai

6- Địa chỉ liên hệ:

Trung tâm Công nghệ xây dựng - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

81 Phố Trần Cung - Nghĩa tân - Cầu Giấy- Hà Nội

Điện thoại: 0903405974, 4-2670365, 4-7561356, Fax: 04 8361197

Email: lequanglan511@yahoo.com hoặc ttcn_ibst@viettel.com.vn

Trung tâm Công nghệ xây dựng

Mét sè h×nh ¶nh vÒ c«ng t¸c nèi cèt thÐp b»ng èng ren

H×nh 1: Bé thiÕt bÞ dËp tï ®Çu cèt thÐp H×nh 2: M¸y tiÖn ®Çu ren cèt thÐp

Hình 3- Thao tác tiện ren cốt thép Hình 4- Tiện đầu ren cốt thép

Hình 5- Đầu ren và ống nối Hình 6- Nối cốt thép bằng ống ren tầng hầm

Hình 7 Hình 8

Kiểm tra độ siết chặt của ống ren Nối cốt thép bằng ống ren cho cọc khoan nhồi