SÀN ỨNG SUẤT TRƯỚC THEO TIÊU CHUẨN BS: 8110

SÀN ỨNG SUẤT TRƯỚC THEO TIÊU CHUẨN BS: 8110

GVHD : Ths.KHỔNG TRỌNG TOÀN PHẦN II: KẾT CẤUCHƯƠNG 9 : TÍNH TOÁN SÀN BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC THEO TIÊU CHUẨN BS8110

A SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH

9.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ BTCT ỨNG LỰC TRƯỚC (ƯLT).

9.1.1 Khái niệm.

Trên dầm một nhịp, ta đặt vào một lực nén trước N (Hình 9.1a) và tải trọng sử dụng P (Hình 9.1b) Dưới tác dụng cuả tải trọng P, ở vùng dưới của dầm xuất hiện ứng suất kéo Nhưng do ảnh hưởng của lực nén N, trong vùng dưới đó lại suất hiện ứng suất nén Ứng suất nén trước này sẽ triệt tiêu hoặc làm giảm ứng xuất kéo do tải trọng sử dụng P gây ra.

Để cho dầm không bị nứt, ứng suất tổng cộng trong vùng dưới không được vượt quá cườngđộ chịu kéo Rk của bêtông Để tạo ra lực nén trước người ta căng cốt thép rồi gắn chặt nóvào bê tông thông qua lực dính hoặc neo Nhờ tính chất đàn hồi, cốt thép có xu hướng co

lại và sẽ tạo nên lực nén trước N.

Hình 9.1: Sự làm việc của dầm bê tông ƯLT

9.1.2 Ưu – khuyết điểm của BTCT ứng lực trớc.

a/ Ưu điểm:

1 Cần thiết và có thể dùng được thép cường độ cao.

Trong bêtông cốt thép thường, không dùng được thép cường độ cao, vì những khe nứt đầu

lớn, vượt quá giá trị giới hạn cho phép

Trong bêtông cốt thép ứng lực trớc, do có thể khống chế sự xuất hiện khe nứt bằng lựccăng trước của cốt thép nên có thể dùng được thép cường độ cao Kết quả là dùng ít théphơn vào khoảng 10 đến 80% Hiệu quả tiết kiệm thép thể hiện rõ nhất trong các cấu kiệncó nhịp lớn, phải dụng nhiều cốt chịu kéo như dầm, giàn, thanh kéo của vòm, cột điện,tường bể chứa, Xilo v.v (tiết kiệm 50 - 80% thép) Trong các cấu kiện nhịp nhỏ, do cốtcấu tạo chiếm tỉ lệ khá lớn nên tổng số thép tiết kiệm sẽ ít hơn (khoảng 15%)

Đồng thời cũng cần lưu ý rằng giá thàng của thép tăng chậm hơn cường độ của nó Do vậydùng thép cường độ cao sẽ góp phần làm giảm giá thành công trình.

2 Có khả năng chống nứt cao hơn (Do đó khả năng chống thấm tốt hơn).

Dùng bêtông cốt thép ƯLT, người ta có thể tạo ra các cấu kiện không xuất hiện các khenứt trong vùng bêtông chịu kéo, hoặc hạn chế sự phát triển bề rộng của khe nứt, khi chịutải trọng sử dụng Do đó bêtông cốt thép ƯLT tỏ ra có nhiều ưu thế trong các kết cấu đòihỏi phải có khả năng chống thấm cao như ống dẫn có áp, bể chứa chất lỏng và chất khí v.v

3 Có độ cứng lớn hơn (Do đó có độ võng và biến dạng bé hơn).

Nhờ có độ cứng lớn, nên cấu kiện bêtông cốt thép ƯLT có kích thước tiết diện ngang thanhmảnh hơn so với cấu kiện bêtông cốt thép thường khi có cùng điều kiện chịu lực như nhau,

vì vậy có thể dùng trong kết cấu nhịp lớn

Ngoài các ưu điểm trên, kết cấu bêtông cốt thép ƯLT còn có một số ưu điểm khác như:

- Nhờ có tính chống nứt và độ cứng tốt nên tính chống mỏi của kết cấu được nâng cao khichịu tải trọng lặp đi lặp lại nhiều lần

- Nhờ có ƯLT nên phạm vi sử dụng kết cấu bêtông cốt thép lắp ghép và nửa lắp ghép đượcmở rộng ra rất nhiều Người ta có thể sử dụng biện pháp ƯLT để nối các mảnh rời của mộtkết cấu lại với nhau

9.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GÂY ỨNG LỰC TRƯỚC.

9.2.1 Phương pháp căng trước (căng trên bệ).

Cốt thép ƯLT được neo một đầu cố định vào bệ còn đầu kia được kéo ra với lực kéo N (Hình 9.2a) Dưới tác dụng của lực N, cốt thép được kéo trong giới hạn đàn hồi và sẽ giãn

được dịch chuyển sang điểm B1, khi đó, đầu còn lại của cốt thép được cố định nốt vào bệ.Tiếp đó, đặt các cốt thép thông thờng khác rồi đổ bêtông Đợi cho bêtông đông cứng và đạtđược cường độ cần thiết Ro thì thả các cốt thép ƯLT rời khỏi bệ (gọi là buông cốt thép).Như một lò so bị kéo căng, các cốt thép này có su hướng co ngắn lại và thông qua lực dínhgiữa nó với bêtông trên suốt chiều dài của cấu kiện, cấu kiện sẽ bị nén với giá trị bằng lực

N đã dùng khi kéo cốt thép (Hình 9.2b).

GVHD : Ths.KHỔNG TRỌNG TOÀN PHẦN II: KẾT CẤU

Hình 9.2: Phương pháp căng trước

a) Trước khi buông cốt thép ƯLT - b) Sau khi buông cốt thép ƯLT

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 trớc; 6- Trục trung tâm.

Để tăng thêm lực dính giữa bêtông và cốt thép, người ta thường dùng cốt thép ƯLT là cốtthép có gờ hoặc là cốt thép trơn được xoắn lại, hoặc là ở hai đầu có cấu tạo những mấu neođặc biệt (Hình 9.3)

Hình 9.3: Neo cốt thép trong phương pháp căng trước

a) Hàn đoạn thép ngắn hay vòng đệm - b) Ren các gờ xoắn ốc

c) Neo loại vòng - d) Neo loại ống.

Phương pháp căng trước tỏ ra ưu việt đối với những cấu kiện sản xuất hàng loạt trong nhàmáy Ở đó có thể xây dựng những bệ căng cố định có chiều dài từ 75 đến 150 m để một lầncăng cốt thép có thể đúc được nhiều cấu kiện (ví dụ dầm, Panen) Cũng có thể sử dụng vánkhuôn thép làm bệ căng

9.2.2 Phương pháp căng sau (căng trên bê tông).

Trước hết đặt các cốt thép thông thường vào các ống rãnh bằng tôn, kẽm hoặc bằng vậtliệu khác để tạo các rãnh dọc, rồi đổ bêtông

Khi bêtông đạt đến cường độ nhất định Ro thì tiến hành luồn và căng cốt thép ƯLT tới ứngsuất qui định Sau khi căng xong, cốt ƯLT được neo chặt vào đầu cấu kiện (Hình 9.4)

Hình 9.4 Phương pháp căng sau

a- Trong quá trình căng ; b- Sau khi căng.

1- Cốt thép ƯLT; 2- Cấu kiện BTCT; 3- ống rãnh;

4- Thiết bị kích; 5- Neo; 6- Trục trung tâm

Thông qua các neo đó cấu kiện sẽ bị nén bằng lực đã dùng khi kéo căng cốt thép Tiếp đó,người ta bơm vữa vào trong ống rãnh để bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn và tạo ra lực dínhgiữa bêtông với cốt thép Để bảo đảm tốt sự truyền lực nén lên cấu kiện, người ta chế tạocác loại neo đặc biệt như neo Freyssinet (Neo bó sợi thép khi dùng kích hai chiều - Hình9.5) Neo kiểu cốc (Hình 9.6)

Hình 9.5: Neo bó sợi thép khi dùng kích hai chiều.

1- Bó sợi thép, 2- Chêm hình côn, 3- Khối neo bằng thép

4- Bản thép truyền lực, 5- Đoạn ống neo, 6- ống tạo rãnh

GVHD : Ths.KHỔNG TRỌNG TOÀN PHẦN II: KẾT CẤU

Hình 9.6: Neo kiểu cốc.

1- Bê tông, 2- Cốc bằng thép, 3- Chốt thép, 4- Vòng đệm bằng thép

5- Vòng kẹp, 6- Bó sợi thép, 7- ống tạo rãnh, 8- Cấu kiện.

9.3 LƯU ĐỒ TÍNH TOÁN SÀN BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC PHƯƠNG PHÁP CĂNG SAU

Đặc trưng vật liệu

- Chọn chiều dày sàn sơ bộ

- Trọng lượng bản thân

Kiểm tra sơ bộ điều kiện chọc thủng Chọn lại chiều dày sàn

Hình dạng cáp

- Thiết lập hình dạng đặc trưng của cáp

- Lực trên mỗi cáp

- Số lượng cáp

- Mặt bằng đặt cáp

- Tính toán tải trọng tương đương

Thỏa mãn

Phân tích tìm nội lực trong kết cấu

Kiểm tra ứng suất lúc kích cáp

Kiểm tra ứng suất lúc sử dụng

Không thỏa mãn

Tính toán mất ứng suất

Thỏa mãn Thỏa mãn

Không thỏa mãn

Kiểm tra độ võng Không thỏa mãn

Kiểm tra cường độ chống uốn

Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu

Thiết kế thép vùng neo

Thiết kế chi tiết kết cấu

Trạng thái giới hạn về điều kiện sử dụng

Trạng thái giới hạn cực hạn

GVHD : Ths.KHỔNG TRỌNG TOÀN PHẦN II: KẾT CẤU

9.4 THIẾT KẾ SÀN BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC

số cuộn và số mẻ

• Chứng chỉ cáp cho mỗi lô hàng

9.4.2 Tải trọng

Tải trọng thiết kế:

L=10000 => h= 294mm Tuy nhiên để giảm số lượng cốt thép chịu cắt => chọn chiềudày bản sàn là 300mm

Kiểm tra tải trọng trong quá trình thi công

Chia tải trọng này cho 2 sàn bên dưới

9.4.3 Kiểm tra sơ bộ điều kiện chọc thủng

Đối với cột giữa ta chọn lại kích thước cột 1000 x1000, vì đối với sàn không dầm khảnăng chịu lực theo phương ngang rất yếu nên phải tăng kích thước cột để tăng khả năngchịu lực ngang của công trình và cũng để thõa mãn điều kiện chống chọc thủng

Tải trọng từ sàn truyền lên cột giữa lớn hơn 1/2 nhịp do sự phân phối đàn hồi Vì vậytrong đồ án này ta tăng diện tích lên 1.2

Đối với cột biên ta cũng xhonj kích thước 1000x1000

Vì sơ đồ 18 dùng cho cột giữa nên diện tích cột biên x2

GVHD : Ths.KHỔNG TRỌNG TOÀN PHẦN II: KẾT CẤU

9.4.4 Hình dạng cáp theo phương ngang

9.4.4.1 Các yêu cầu về cấu tạo cáp

Lớp bảo vệ tối thiểu để chống ăn mòn cốp thép là = 25 mm

lấy lớp bảo vệ là 25 mm

Sử dụng bó cáp gồm 4 sợi cáp 12.7 mm trong vỏ bọc cáp là các ống với gờ xoắn hình ốcđược làm từ các tấm thép mạ kẽm rộng 36mm, dày 0.30mm Kích thước vỏ bọc là 75x19,chiều cao làm việc tính từ trọng tâm của cáp đến mặt trên là:

9.4.4.2 Sơ đồ cáp đặt cáp

Hình 9.8: Sơ đồ đặt cáp

9.4.4.3 Số lượng cáp

Ứng suất ban đầu

Theo BS8110, Part 1, Cl 4.7 ứng suất ban đầu lấy 70% độ bền đặc trưng của cáp

8

ws a

=> chọn 60 cáp cho nhịp AB và nhịp BC.

9.4.4.4 Tính toán tải trọng tương đương

Hình 9.9 : Biểu đồ moment do trọng lượng bản thân kết cấu

Hình 9.10: Biểu đồ moment do lực ứng suất trước tại thời điểm kích

Hình 9.11: Biểu đồ moment do tĩnh tải và hoạt tải tại thời điểm sử dụng

GVHD : Ths.KHỔNG TRỌNG TOÀN PHẦN II: KẾT CẤU

Hình 9.12: Biểu đồ moment do lực ứng suất trước gây ra tại thời điểm sử dụng

Moment do lực ứngsuất trước lúc kích cáp

(kNm)

Moment do TLBT(kNm)

M z

M z

Pe A

P







b b A b

M z

M z

Pe A

Ứng suấtgây rabởi trọng lượngbản thân

Tổng ứngsuất

Ứng suấtcho phép

Bảng 5: Ứng suất tại thời điểm kích cáp

Ứng suất trị thời điểm sử dụng

Vùng

Ứng suấtgây rabởi ứng suấttrước

Ứng suấtgây rabởi trọng lượngbản thân

Tổng ứngsuất

Ứng suấtcho phép

GVHD : Ths.KHỔNG TRỌNG TOÀN PHẦN II: KẾT CẤU

Tính toán cốt thép chịu kéo

nhịp này

Tại gối A, B, xuất hiện ứng suất kéo vì vậy phải tính toán cốt thép thường

2

)(h x b

9.4.6 Tính toán mất mát ứng suất

9.4.6.1 Mất mát ứng suất ngắn hạn

a Mất mát do ma sát.

Px = P0x e-  x(  ’+ 

b Mất mát do tuột neo

trong đó

Như vậy l’ lớn hơn chiều dài của cáp

được tính toán tại một điểm đại diện và sẽ tính cho toàn bộ cáp

3 4.57.1010

7.21

984.15

x x

GVHD : Ths.KHỔNG TRỌNG TOÀN PHẦN II: KẾT CẤU

9.4.6.2 Mất ứng suất dài hạn

a Do tính tự chùng của cáp

Giá trị lực kích ban đầu có thể lấy 70% cường độ đặc trưng của thép

Mất ứng suất bởi độ tự chùng = 2.5%

Ứng suất trước còn lại sau khi trừ tất cả tổn thất sau khi trừ tất cả tổn thất

9.4.7 Kiểm tra cường độ chống uốn

Tính toán khung tương đương theo trạng thái giới hạn cực hạn ta có thể sử dụng mục 3.7 củaBS8110, phần 1, có thể dùng sơ đồ xếp tải đơn giản Từ BS8110, phần 1, đối với cáp bám

Bảng 7: Tính toán moment kháng uốn cực hạn

Tính toán tác động của moment thứ cấp, moment gây ra ở gối tựa do lực ứng suất trước

Ở vị trí gối A: Pe = 0;

Ở vị trí gối B: Pe = 102.87 x 60 x 0.073 = 450.57 kNm;

Ở vị trí gối C: Pe = 102.87 x 60 x 0.073 = 450.57 kNm

Moment do lực ứngsuất trước lúc sử dụng

(kNm)

Moment do Pe(kNm)

Bảng 9: So sánh moment do tải trọng ngoài tác dụng và moment kháng uốn cực hạn

Như vậy không cần phải tính toán cốt thép thường

GVHD : Ths.KHỔNG TRỌNG TOÀN PHẦN II: KẾT CẤU

9.4.8 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu

B SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH ADAPT – PT

Các thông số đầu vào lấy giống như phương pháp giải tích

1.1 Mô hình kết cấu.

a Nhập thông tin của dự án

Bước 1: Tạo dự án mới.

Hình 9.9: Tạo bài toán mới

General tile: tên bài toán

Specific tile: tên đặc biệt

Structural system: loại kết cấu

Two-way slab: sàn 2 phương

One- way slab: sàn 1 phương

Beam : dầm

Geometry input : cách nhập kích thước hình học

Conventional : thông thường

Drop Panel / Drop Cap / Transverse beam

Include drops and transverse beam: có mũ cột hoặc dầm thì chọn Yes

Các giá trị được chọn như hình

Nhấp vào Next để tiếp tục bước tiếp theo

Bước 2: Chọn tiêu chuẩn thiết kế

Hình 9.10: Chọn tiêu chuẩn thiết kế

Chọn tiêu chuẩn British – BS8110 (1997)

Bước 3: Chọn phương pháp thiết kế.

Hình 9.11: Chọn phương pháp thiết kế

Execution mode : cách thức phân tích

này sẽ được giải thích rõ hơn ở các bước sau này

Reduce moments to face-of-support: giảm moment ở gối tựa

Redistribute Moments (post-elastic reserve): phân phối lại moment

Use Equivalent Frame modeling: sử dụng phương pháp khung tương đương

Các giá trị được chọn như hình

Nhấp vào Next để tiếp tục bước tiếp theo

b Nhập các đặc trưng hình học của kết cấu

GVHD : Ths.KHỔNG TRỌNG TOÀN PHẦN II: KẾT CẤU

Bước 1: Nhập kích thước tiết diện của khung tương đương

Hình 9.12: Nhập kích thước tiết diện khung tương đương

Number of spans : hiệu chỉnh số nhịp của khung tương đương

Label : kí hiệu

PR : có 2 lựa chọn

PR : nhập tiết diện đơn giản

NP : nhập tiết diện thay đổi

Sec : chọn hình dạng mặt cắt

Seg : số phân đoạn thay đổi tiết diện

L: chiều dài nhịp

b: chiều rộng dải đơn vị (b = 1 m)

h: chiều dày sàn

Rh: chiều cao tham chiếu, Rh được định nghĩa là vị trí của đường thẳng tham chiếu sử dụng

để chỉ rõ vị trí của cáp, trong trường hợp này thì Rh lấy bằng với chiều dày sàn

<-M: hệ số nhân với chiều rộng dãy đơn vị bên trái

M->: hệ số nhân với chiều rộng dãy đơn vị bên phải.

Các giá trị được chọn như hình

Nhấp vào Next để tiếp tục bước tiếp theo

Bước 2: Nhập kích thước tiết diện của gối tựa

Hình 9.13: Nhập kích thước tiết diện gối tựa

H1: chiều cao cột dưới

H2: chiều cao cột trên

B: kích thước cột theo phương vuông góc khung tương đương

D: kích thước cột theo phương song song khung tương đương

Các giá trị được chọn như hình

Nhấp vào Next để tiếp tục bước tiếp theo

Bước 3: Khai báo điều kiện biên

Hình 9.14: Khai báo điều kiện biên

Bước này dùng để nhập kích thước bềâ rộng gối tựa và điều kiện biên của cột

GVHD : Ths.KHỔNG TRỌNG TOÀN PHẦN II: KẾT CẤU

Để có thể nhập bề rộng gối tựa (SW) cần phải trả lời “Yes” trong câu hỏi “Reduce

Moments to face-of support” của bước chọn phương pháp thiết kế Giá trị này sẽ được sử

dụng để tính toán giảm moment

Để lấy giá trị mặc định (D) như đã khai báo ở bước nhập kích thước tiết diện cột ta đánh dấu

tích vào ô SW= Column Dimension và không thể hiệu chỉnh được Nếu muốn nhập giá trị thì không tích vào ô SW= Column Dimension.

Chọn điều kiện biên cho cột trên và cột dưới giá trị là 1 (Ngàm)

Để giá trị mặc định là “No” trong phần End Support Fixity cho cả gối trái và gối phải Chỉ

sử dụng trong trường hợp sàn ngàm cứng vào vách

Các giá trị được chọn như hình

Nhấp vào Next để tiếp tục bước tiếp theo

1.2 Nhập dữ liệu tính toán

a Nhập dữ liệu về tải trọng

Hình 9.15: Nhập tải trọng

Span : tên của nhịp, nếu tải trọng là như nhau trên tất cả các nhịp thì có thể đánh chữ “all”

trong cột Span Máy sẽ tự động copy giá trị này cho tất cả các nhịp.

Class : loại tải trọng

DL : dead load : tĩnh tải

LL : Live load : hoạt tải

L-?: lựa chọn hình dạng tải trọng

L-U : tải phân bố đều trên một đơn vị diện tích

L-P : tải phân bố đều từng phần

L-C : tải tập trung

L-M : moment tập trung

L- L : tải phân bố trên đoạn thẳng

Để máy tự động tính toán trọng lượng bản thân kết cấu cần phải trả lời “Yes” trong câu hỏi

Include Self-Weight và nhập vào trọng lượng riêng của bê tông trong ô Unit Weight.

Các giá trị được chọn như hình

Nhấp vào Next để tiếp tục bước tiếp theo

b Nhập các đặc trưng về vật liệu

Bước 1: Các đặc trưng của bê tông

Hình 9.16: Đặc trưng vật liệu của bê tông

Weight: loại bê tông

Semi Lightweight : bê tông nửa nặng

Strength Option: lựa chọn loại cường độ

Cylinder Strength : cường độ khối lăng trụ tròn

toán mô đun đàn hồi

Modulus of Elasticity at 28 Days: mô đun đàn hồi ở 28 ngày

Khi nhập giá trị cường độ thì mô đun đàn hồi sẽ được tính toán tự động dựa vào cường độcủa bê tông và công thức cho trong tiêu chuẩn

Ultimate Creep Coefficient: hệ số từ biến của bê tông được sử dụng để tính toán độ võng

dài hạn

Các giá trị được chọn như hình

Nhấp vào Next để tiếp tục bước tiếp theo

GVHD : Ths.KHỔNG TRỌNG TOÀN PHẦN II: KẾT CẤU

Bước 2: Các đặc trưng của cốt thép

Hình 9.17: Đặc trưng vật liệu của cốt thép

Yield strength of shear Reinforcement : cường độ chịu cắt của thép

Modulus of Elasticity : mođun đàn hồi

Preferred bar size for top bar: kích cỡ thép trên gối

Preferred bar size for bottom bar: kích cỡ thép ở nhịp

Các giá trị được chọn như hình

Nhấp vào Next để tiếp tục bước tiếp theo

Bước 3: Các đặc trưng của cáp

Hình 9.18: Đặc trưng vật liệu của cáp Pos-tensioning settings : lựa chọn loại cáp thiết kế

Bonded: cáp bám dính