Kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước, còn gọi là kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước, hay bê tông tiền áp, hoặc bê tông dự ứng lực (tên gọi HánViệt), là kết cấu bê tông cốt thép sử dụng sự kết hợp ứng lực căng rất cao của cốt thép ứng suất trước và sức chịu nén của bê tông để tạo nên trong kết cấu những biến dạng ngược với khi chịu tải, ở ngay trước khi chịu tải. Nhờ đó những kết cấu bê tông này có khả năng chịu tải trọng lớn hơn kết cấu bê tông thông thường, hoặc vượt được những nhịp hay khẩu độ lớn hơn kết cấu bê tông cốt thép thông thường.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT XÂY DỰNG - - BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÔN : KỸ THUẬT VÀ TỔ CHỨC THI CƠNG CÁC CƠNG TRÌNH ĐẶC BIỆT CHUYÊN ĐỀ : BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC CĂNG TRONG TIẾT DIỆN Sinh viên thực : Nhóm Lớp : CTE3022_1 Giảng viên : TS.Nguyễn Ngọc Thắng Hà Nội, 2023 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT XÂY DỰNG - - BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÔN : KỸ THUẬT VÀ TỔ CHỨC THI CÔNG CÁC CƠNG TRÌNH ĐẶC BIỆT CHUN ĐỀ 6: BÊ TƠNG ỨNG SUẤT TRƯỚC CĂNG TRONG TIẾT DIỆN Thành viên nhóm Họ tên Mã sinh viên Bùi Văn Trường : 19020990 Phạm Thị Huyền : 19020936 Trần Minh Anh : 19020877 Trần Duy Hưng : 19020928 Hà Nội, 2023 MỤC LỤC PHẦN TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC Khái niệm Lịch sử phát triển Nguyên lý làm việc Phân loại Phạm vi tìm hiểu .7 PHẦN BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC CĂNG TRONG TIẾT DIỆN I Sự khác biệt so với bê tông ứng suất trước căng tiết diện II Vật liệu sử dụng Bê tông cường độ cao Thép cường độ cao .9 Vữa .10 Ống gen 10 III Phương pháp căng trước (căng bệ ) 11 Định nghĩa 11 Quy trình thi cơng .13 Các thiết bị căng trước 13 Ưu nhược điểm 15 IV Phương pháp căng sau ( căng bê tông ) .16 Định nghĩa 16 Các giai đoạn căng sau .18 Các thiết bị căng sau 18 Ưu , nhược điểm phương pháp căng sau 20 V Tổng kết .21 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 PHẦN TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC Khái niệm Kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước (cịn gọi kết cấu bê tơng cốt thép ứng lực trước, hay bê tông tiền áp, bê tông dự ứng lực) kết cấu bê tông cốt thép sử dụng kết hợp ứng lực căng cốt thép cường độ cao sức chịu nén bê tông để tạo nên kết cấu biến dạng ngược với chịu tải, trước cấu kiện chịu tải Nhờ kết cấu bê tơng có khả chịu tải trọng lớn kết cấu bê tông thông thường, vượt nhịp hay độ lớn kết cấu bê tông cốt thép thông thường Lịch sử phát triển a Cơng nghệ ứng suất trước Có thể nói ý tưởng về ứng lực trước (ULT) xuất từ nhiều kỳ trước Khi người ta sử dụng đai kim loại bó quanh gỗ để chế tạo thùng rượu Khi đai kéo chặt, gỗ bị ép chặt vào tạo ứng suất nén trước chúng Ứng suất nén làm triệt tiêu ứng suất kéo vòng tác dụng lên thành thùng chứa chất lỏng Vì vậy, thành thùng rượu không bị nứt tách b Công nghệ bê tông ứng suất trước Người sáng tạo công nghệ bê tông ứng lực trước là ông Eugene Freyssinet, kỹ sư người Pháp Năm 1928, ông người bắt đầu sử dụng sợi thép cường độ cao để nén bê tơng Các thử nghiệm trước việc chế tạo bê tông dự ứng lực bằng cốt thép cường độ thường không thành công Người phát minh công nghệ bê tông dự ứng lực trước Nguyên nhân là, sau nén trước, bê tông tiếp tục co ngắn lại theo thời gian từ biến co ngót Tổng hợp từ biến co ngót phát sinh biến dạng co khoảng 1‰. Cốt thép thường, có cường độ thấp nên, khơng thể kéo để tạo dự ứng lực với biến dạng giãn lớn 1,5‰.Như vậy, lần thử ban đầu để tạo dự ứng lực bê tông 2/3 dự ứng lực cốt thép bị từ biến co ngót Ngược lại, sợi thép cường độ cao kéo đến biến dạng khoảng 7‰ tạo dự ứng lực, bị 1‰ , lại 6/7 dự ứng lực.Để giảm mát từ biến co ngót để tạo dự ứng lực nén mức cao Freyssinet khuyên không nên dùng cốt thép cường độ cao mà bê tông cường độ cao Nguyên lý làm việc Trong cấu kiện bê tông ứng lực trước , người ta đặt vào lực nén trước tạo việc kéo cốt thép gắn chặt vào bê tơng thơng qua lực bám dính neo Nhờ tính đàn hồi, cốt thép có xu hướng co lại tạo nên lực nén trước gây ứng suất nén trước bê tông Ứng suất nén làm triệt tiêu hay làm giảm ứng suất kéo tải trọng gây ra, làm tăng khả chịu kéo cấu kiện bê tông làm hạn chế phát triển vết nứt Ứng lực trước việc tạo cho kết cấu cách có chủ ý ứng suất tạm thời nhằm tăng cường làm việc vật liệu điều kiện sử dụng khác Hay nói cách khác trước cấu kiện chịu tải trọng sử dụng, cốt thép bị căng trước cịn bê tông bị nén trước Dầm bê tông ứng lực trước Trong cấu kiện BTCT thường, khe nứt bê tông xuất ứng suất cốt thép chịu kéo đạt từ 200 đến 300 kg/cm Nếu dùng cốt thép cường độ cao, ứng suất cốt thép chịu kéo đạt tới trị số 10000 đến 12000 kg/m2 lớn hơn, điều làm xuất khe nứt lớn vượt giới hạn cho phép.Trong bê tông ứng lực trước, khống chế xuất khe nứt lực căng trước nên cần thiết dùng cốt thép cường độ cao.Mặt khác để giảm kích thước tiết diện từ giảm trọng lượng thân cấu kiện, đồng thời để tăng khả chịu ứng suất tập trung vùng neo cần phải sử dụng bê tông cường độ cao Bê tông ứng lực trước trở thành kết hợp lý tưởng hai loại vật liệu đại có cường độ cao Phân loại a Theo thời điểm căng thép ứng lực trước - Căng trước : - Căng sau : b Theo vị trí đặt thép ứng lực trước - Bê tông cốt thép ứng lực trước phương (dầm, sàn phương, cọc ly tâm) - Bê tông cốt thép ứng lực trước hai phương (sàn phương) c Theo đặc điểm vật liệu thép ứng lực trước - Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng - Bê tơng cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng sợi, cáp, - Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng bó cáp d Theo cách đặt thép ứng lực trước cấu kiện - Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép căng - Bê tơng cốt thép ứng lực trước có cốt thép căng ngồi Phạm vi tìm hiểu Phạm vi tìm hiểu báo cáo Bê tông cốt thép ứng lực trước căng tiết diện bê tông ( ngun lí làm việc , quy trình thi cơng , loại vật liệu thiết bị máy, ưu nhược điểm ) PHẦN BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC CĂNG TRONG TIẾT DIỆN I Sự khác biệt so với bê tơng ứng suất trước căng ngồi tiết diện Cốt thép căng kết cấu bê tông ứng lực trước bố trí bê tơng ngồi tiết diện bê tơng kết cấu Khi cốt thép căng bố trí tiết diện bê tông người ta gọi bê tông ứng suất trước căng tiết diện ngược lại Sự khác biệt vị trí bố trí cốt thép dẫn tới khác biệt nguyên lý cấu tạo quy trình thi cơng Bản chất bê tơng ứng suất trước kéo căng cốt thép , tận dụng đàn hồi chịu kéo cốt thép truyền vào bê tông Mấu chốt khác phương pháp cách truyền lực thép căng vào bê tông - Đối với căng tiết diện , lực truyền chủ yếu qua bám dính bê tơng cốt thép - Đối với căng tiết diện , lực truyền thơng qua mấu neo đặt ngồi tiết diện bê tông Các mấu neo vừa phải đảm bảo truyền ứng lực trước từ thép căng vào bê tông vừa làm nhiệm vụ định vị cốt thép căng Ngoài cịn khác mặt thi cơng cụ thể thời điểm căng thép cường độ cao tạo ứng lực trước - Căng tiết diện trường hợp : Gia cố kết cấu bê tông cốt thép để thay đổi công sử dụng , tăng tải trọng đặt lên ,… tức nhắc đến căng ngồi tiết diện chắn thép cường độ cao phải căng sau - Căng tiết diện căng cốt thép cường độ cao trước sau tùy vào mục đích cơng nghệ thi công cho phù hợp II Vật liệu sử dụng Bê tông cường độ cao Bê tông dùng cấu kiện bê tông cốt thép ứng lực trước bê tơng nặng có mác lớn 20 Việc lựa chọn mác bê tông phụ thuộc vào dạng, loại đường kính cốt thép căng, phụ thuộc vào việc có dùng neo hay khơng dùng neo Ngồi việc lựa chọn mác bê tơng cịn phụ thuộc vào cường độ mà cần phải có bắt đầu gây ứng lực trước, vào loại tải trọng tác dụng lên cấu kiện Thông thường, với kết cấu nhịp lớn dầm, dàn nên dùng bê tông mác 40 50, cịn kết cấu có nhịp thơng thường panen, xà gỗ nên dùng bê tông mác 30 35 Hình 2.1.1.Bê tơng cường độ cao Thép cường độ cao Trong cấu kiện bê tông cốt thép ứng lực trước cần dùng thép cường độ cao, trình chế tạo sử dụng phần ứng suất căng ban đầu bị Tốt dùng sợi thép cường độ cao Nhưng đường kính sợi thép q bé(3 ÷ mm) nên số lượng thép cấu kiện nhiều, gây khó khăn cho việc bố trí chúng Để khắc phục nhược điểm này, người ta thường dùng bó bện dây thừng (Hình 2.2.1) bó sợi khơng bện - Loại bó bện dây thừng, thường chế tạo từ sợi có đường kính từ 1,5 đến mm - Loại bó sợi thép khơng bện, thường gồm nhiều sợi thép đặt song song với theo chu vi vòng tròn tựa đoạn lò so đặt cách khoảng mét Số sợi bó phụ thuộc vào số chêm kích (mỗi chêm giữ hai sợi) Người ta thường dùng bó có 12, 18 24 sợi Hình 2.2.1.Sợi cáp bện Hình 2.2.2a Hình2.2.2b Hình 2.2.2c a,Thép bện ; b, Thép bó sợi khơng bện ; c, Bó sợi gồm dây thép bện , dây sợi 1-Sợi thép Φ5 ; 2- Sợi thép Φ1 quấn ngồi bó sợi ; 3-Thành ống rãnh ; 4Cấu kiện bê tông Vữa Vữa dùng để lấp khe thi công, mối nối cấu kiện ghép, để làm lớp bảo vệ cốt thép bảo vệ neo, phải có mác từ 15 trở lên Vữa dùng để bơm vào ống rãnh phải có mác khơng nhỏ 30 phải dễ chảy, co ngót Hình 2.3.1 Vị trí đổ vữa Hình 2.3.2 Vữa cường độ cao Ống gen Đối với bê tông ứng lực trước căng sau có dính kết cần đặt sẵn ống gen kết cấu bê tơng Có loại ống gen thường dùng: 10 - Loại tôn mỏng mạ kẽm 0,2 – 0,3mm có pha chì để làm giảm ma sát cuộn mép theo kiểu xoắn ruột gà - Ống gen loại ống kim loại, ống trịn trơn có bề dày - 4mm u cầu kĩ thuật : ống gen phải chống thấm tốt để giữ cho nước xi măng không thấm vào ống q trình đổ bê tơng bảo vệ cáp, ống phải bền không bị hư hỏng biến dạng q trình thi cơng Tuy nhiên, ống lại phải mềm để đặt cong theo thiết kế ma sát ống gen với cáp khơng q lớn Hình 2.4.1 Ống gen tôn mỏng mạ kẽm 1- Ống gen ; 2- Bó cáp ; 3- Lỗ vữa Hình 2.4.2 Cấu tạo ống gen III Phương pháp căng trước (căng bệ ) Định nghĩa Cốt thép ứng lực trước neo đầu cố định vào bệ đầu kéo với lực kéo N (Hình 3.2.1.a) Dước tác dụng lực kéo N, cốt thép kéo giới hạn đàn hồi giãn dài đoạn D1, tương ứng với ứng suất xuất cốt thép, điểm B dịch chuyển sang điểm B1, đó,đầu cịn lại cốt thép cố định nốt vào bệ 11 Tiếp đó, đặt cốt thép thơng thường khác đổ bê tông Đợi cho bê tông đông cứng đạt cần thiết Rn thả cốt thép ứng lực trước rời khỏi bệ ta cấu kiện bê tơng cốt thép ứng lực trước Như lị xo bị kéo căng, cốt thép có xu hướng co ngắn lại vfà thơng qua lực đính với bê tơng suốt chiều dài cấu kiện , cấu kiện bị nén với giá trị lực N dùng kéo cốt thép (Hình 3.2.1b) a- Trong trình căng; b- Sau căng 1- Cốt thép ứng lực trước; 2-Bệ căng; 3- Ván khuôn; 4- Thiết bị kéo thép; 5- Thiết bị cố định cốt thép ứng lực trước; 6- Trục trung tâm Hình 3.1.1 Sơ đồ phương pháp căng trước Để tăng thêm lực dính bê tơng cốt thép, người ta thường dùng cốt thép ứng lực trước cốt thép có có gờ cốt thép trơn xoắn lại, hai đầu có cấu tạo mấu neo đặc biệt (Hình 3.1.2) 12 a- Hàn đoạn thép ngắn hay vòng đệm; b- Ren gờ xoắn ốc; c- Neo loại vòng; d- Neo loại ống Hình 3.1.2 Neo cốt thép phương pháp căng trước Quy trình thi cơng Gồm giai đoạn sau: Đặt thép ứng lực trước neo vào bệ căng Gắn thiết bị căng thép ứng lực trước Căng thép ứng lực trước Đổ bê tông Cắt bỏ thép ứng lực trước hai đầu a,Applying tension to tendons 13 b,Casting of concrete c,Transfering of prestress Hình 3.2.1.Các giai đoạn căng trước Các thiết bị căng trước Thiết bị căng trước bao gồm: Sàn căng (prestressing bed) Bệ neo (end abutment) Ván khn (mould) Kích căng thép (jack) Đầu neo (anchorage device) Thiết bị “uốn cong” cáp (harping device) Mould End abutment Jack Anchoring device Prestressing bed Hình 3.3.1 Các thiết bị căng trước 14 Hình 3.3.2 Hệ thống căng trước Hoyer Hệ thống căng trước Hoyer có khả căng trước số cấu kiện bê tông ứng lực trước lúc, ưu việt sản xuất kết cấu hàng loạt a Kích thủy lực căng thép ứng lực trước Kích thủy lực đơn Kích thủy lực tác động kép với cảm biến lực Kích thủy lực kép Hình 3.3.3.Kích thủy lực căng thép ứng lực trước b Thiết bị đầu neo căng trước 15 Hình 3.3.4 Thiết bị neo căng trước c Sơ đồ “uốn cong” cáp (harping) a,Trước đúc bê tông cấu kiện b, Sau đúc bê tơng cấu kiện Hình 3.3.5 Sơ đồ “uốn cong” cáp (harping) Ưu nhược điểm a Ưu điểm - Căng trước thuận lợi chế tạo cấu kiện bê tông ứng lực trước đúc sẵn kiện sản xuất hàng loạt, có khối lượng lớn nhà máy (dầm, panen, cột điện, cột bê tông, cọc bê tông ly tâm ) - Thiết bị đầu neo nhỏ, không lớn b Nhược điểm: 16 - Cần có sàn căng (prestressing bed) q trình căng thép - Bê tơng cần có thời gian chờ ván khn trước đạt cường độ yêu cầu - Phải đảm bảo lực dính tốt bê tơng thép ứng lực trước IV Phương pháp căng sau ( căng bê tông ) Định nghĩa Trước hết đặt cốt thép thông thường vào ống rãnh tôn, kẽm vật liệu khác để tạo rãnh dọc, đổ bê tông Khi bê tông đạt đến cường độ định Rn tiến thành luồn căng cốt thép ứng lực trước tới ứng suất qui định Sau căng xong, cốt ứng lực trước neo chặt vào đầu cấu kiện (Hình 4.1.1b) Thơng qua neo cấu kiện bị nén lực dùng kéo căng cốt thép Tiếp đó, người ta bơm vữa vào ống rãnh để bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mịn tạo lực dính bê tông với cốt thép thành khối chỉnh thể Để bảo đảm tốt truyền lực nén lên cấu kiện, người ta chế tạo loại neo đặc biệt neo Freyssinet (Neo bó sợi thép dùng kích hai chiều - Hình 4.1.2) a-Trong q trình căng; b- Sau căng 1-Cốt thép ứng lực trước; 2-Cấu kiện bê tông cốt thép; 3- Ống rãnh; 4- Thiết bị kích;5- Neo; 6- Trục trung tâm Hình 4.1.1 Sơ đồ phương pháp căng sau 17 Các loại neo thép : Neo Freyssinet (neo bó sợi thép) : 1-Bó sợi thép ; 2- Chêm hình ; – Khối neo thép 4- Bản thép truyền lực ; 5- Đoạn ống neo ; - Ống tạo rãnh Hình 4.1.2 Neo bó sợi thép dùng kích chiều Neo kiểu ốc : 1-Bê tông ; 2-Cốc thép ; 3-Chốt thép ; 4-Vòng đệm thép 5-Vòng kẹp ; 6-Bó sợi thép ; 7-Ống tạo rãnh ; 8-Cấu kiện Hình 4.1.3.Neo kiểu ốc 18 Các giai đoạn căng sau Các giai đoạn căng sau bao gồm: Đặt thép ứng lực trước Đổ bê tông Gắn thiết bị neo kích căng thép ứng lực trước Căng thép ứng lực trước Gắn nêm giữ thép ứng lực trước Cắt bỏ thép ứng lực trước hai đầu a, Casting of concrete b, Tensioning of tendons c, Anchoring the tendons at the stretching end Hình 4.2.1.Các giai đoạn căng sau Các thiết bị căng sau Phương pháp căng sau bao gồm thiết bị sau: Sàn đúc (casting bed) Ván khuôn (mould) Ống cáp (duct) Đầu neo (anchorage device) Kích căng (jack) Thiết bị nối cáp (coupler) 19 Thiết bị bơm vữa chèn (grouting equipment) Mould Duct Casting bed Hình 4.3.1.Sàn đúc , ván khn , ống cáp Hình 4.3.2 Thiết bị nối cáp (coupler) Van bơm vữa nhựa (Van lá) Van bơm vữa nhựa đặt điểm cao dọc theo đường cáp cho phép nước khí qua Hình 4.3.3 Van Ống bơm vữa loại ống nhựa dẻo mật độ cao để chịu áp lực bơm vữa 5kg/cm2.Ống bơm vữa thường gắn vào lỗ bơm vữa neo, ống nối nhựa đầu neo chết lắp vị trí gần so với mép biên thành Đầu lại ống bơm vữa sau lắp xong bịt kín lại để ngăn bụi bẩn Thơng thường với đường cáp dài 30m đặt thêm ống bơm vữa trung gian 20