Trang 1 BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIÊN TRÚC HÀ NỘI HOANG XUAN LOC TINH TOAN DAM LIEN TUC BE TONG UNG SUAT TRUOC CANG SAU CO TIET DIEN THAY DOI LUAN VAN THAC SI KY TH
Trang 1BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIÊN TRÚC HÀ NỘI
HOANG XUAN LOC
TINH TOAN DAM LIEN TUC BE TONG UNG SUAT TRUOC CANG SAU CO TIET DIEN THAY DOI
LUAN VAN THAC SI KY THUAT
Trang 2BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIÊN TRÚC HÀ NỘI
HOÀNG XUAN LOC
KHOA: 2009 - 2011
TÍNH TỐN DAM LIEN TUC BE TONG UNG SUAT TRUOC CANG SAU CO TIET DIEN THAY DOI
Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng và công nghiệp Ma so: 60.58.20
LUAN VAN THAC SI XAY DUNG
NGƯỜI HƯỚNG DÂN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYÊN TIỀN CHƯƠNG
Trang 3
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn này, tác giả đã được người hướng dẫn khoa học là thầy giáo PGS.TS Nguyễn Tiến Chương tận tình giúp đỡ, hướng dẫn cũng như tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn của mình Qua đây tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy
Tác giả cũng xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo, các cán bộ khoa đào tạo Sau Đại học thuộc trường đại học Kiến Trúc Hà Nội, bộ môn
Kết cấu bê tông cốt thép và gạch đá đã giúp đỡ, chỉ dẫn, tạo điều kiện trong
quá trình học tập và nghiên cứu
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình đã động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tác giả học tập và nghiên cứu
Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những người bạn
đã luôn nhiệt tình giúp đỡ tác giả hoàn thành tốt luận văn này
Với khả năng và thời gian nghiên cứu có hạn, nội dung của luận văn
không tránh khỏi còn có nhiều thiếu sót, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thây cô giáo cùng các bạn đồng nghiệp để luận văn
hoàn thiện hơn
Hà Nội ngày tháng 03 năm 2011 Tác giả luận văn
Trang 4
LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Hoàng Xuân Lộc
Sinh ngày: 22-12-1981
Quê quán: Tuân chính — Vĩnh Tường- Vĩnh Phúc
Nơi công tác: Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng- Bộ Xây dựng
Tôi xin cam đoan Luận văn tốt nghiệp cao học ngành Xây dựng công
trình dân dụng và công nghiệp với đề tài: '“Iính toán đầm liên tục bê tông ứng suất căng sau có tiết điện thay đổi” là luận văn do cá nhân tôi thực hiện Các
kết quả tính tốn của các mơ hình tuân thủ tiêu chuẩn Xây Dựng hiện hành
Kết quả tính tốn này khơng sao chép bất kỳ tài liệu nào khác
Hà Nội, ngày tháng 03 năm 2011
Tác giả luận văn
Trang 5
MỤC LỤC
67100 .Ơ.Ơ.ƠỎ 1
© Dat VIM AE oe ccccecteseeceeseseseneeneneseescscececsescescsesnenensversceessssssseceanensseaeasasseseecsenenns 1 © Muc dich nghién cttu clia dé tai eee ees eseeeseeeeeeeeeseesseesseessssneseecesseaesnecsenenens 1 e Đối tượng và phạm vi nghiên CỨ -. ¿- ¿5222 2+++2tvtttsrterttrrrieirrrrrririie 1
e Nội du nghÌÊn GỮU á-cccsng gu stonưg g3 1805108101000000TDE104108090451121/20186.081 cl0, 2
e Phương pháp nghiền CỨU -::-sx::ccccc<c1 61161 t9 12022 0121 11416614561 0611 0 1 ke rkee 2
CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG ỨNG SUẤT
TRUGC wossccccssssssnscccssssssessccncccnsnsesesessssssssssesescssssssesessscesssnasseessssssssuasesesssnseseeessnnsses 3
1.1 Bần chất bế tông ting sudt truGe sscssescscecsieessscsconsverestmsessatenesssunsereneceenmnverennennnnant 3
1.2 Những ưu điểm và ứng dụng của bê tông ứng suất trước -. -‹:-: 3 1.3 Lich sử hình thành và phát triển bê tông ứng lực trước trên thế giới 4
1.4 Tình hình sử dụng bê tông ứng lực trước ở Việt Nam -«-‹ -c+cscscs++ 8 1.5 Phân loại bê tông ứng suất tTưỚC -. 5-52 St*t 9122213121832 2 2e rrrrrirree 9 1.6 Vật liệu sử dụng cho bê tông ứng suất tTưỚcC -. +++7+ssstsersrrersrerereee 11
1.6.1 Bê tÔhnE CUGNE Ô CAO ‹scccci 66010010110 12 n0 Hát k8 11 0110 15 S90 1019351503408 kH4E04c4 ll
1.6.2 Thép cường độ CaO cc s22 S111 7.7 111.11 12 1:7 Cae’ hé thong tao tnersudl HG ov scccccscnscsnevevsveunessersenenenenenwneneaniennansnanemaenacennnnn te 13 1.7.1 THiS BI CAS xcs scccsscansscernssecesenunaes ca ceesesesrmannmncacarnaoreeessanvevenrverseevsnenorensouenes 13 1.7.2 Các phương pháp căng - - - + 2 2tr trơn 13 1.8 Các giai đoạn chịu tải của bê tông Ứng suất tước . . -c +c+e++ 14 1.8.3 Giai đoan: ban/ỨẨU ; anggngen toa xbant105100015801396G58GG851930801)0010012400135.80 08000080146 15 1.8.2 Giai đoạn trung Ø14H + + S< + SE ve tr nh tr n01121121111 1111111711 kg 16 1:8,3:Giai đoan cuối CŨ cose wecccorssevesess nsenncavseonmcntennessscnnininenmnenvnndenenensnemnnneamnenenant 16
1,8 'Tổn lao lứng tcuẤt HUỐ bonnaen nh 00A 0 pH HAHhcg DA EnEEEEH 18800 g.kun HH2 g15001 500 0.104.022 em 17 1.9.1 Bản chất của sự tổn hao ứng suất tTưỚC ¿- 55-52 5+ct2c+ttrtsrererrrrrrrrree 17 1.9.2 Tổn hao do chùng ứng suất trong cốt thép .18
Trang 6
1.9.5 Tén‘hao ting sudt:do ma Siticsssisesssessaversscvesacesssacseessnereceanssresat ean ecenweupvereaeseaves 22 1.9.6 Tổn hao ứng suất do dịch chuyỂn neO - «+65 2+2 t2ttzreErkekxererxrrxrk 23 1.9.7 Các ước tính tổng quát cho tổn hao ứng suất trưỚc . - 2+ s+cccez 24
1.10 So sánh bê tông ứng suất trước và bê tông cốt thép thường -. 25 1.11 Phương pháp tính bê tơng ứng suất tTƯỚC + -+©-+>++*+tztxtxererrrsrersr+ 27 CHUONG 2 — TÍNH TOÁN DẦM LIÊN TỤC BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC CĂNG SAU CÓ TIẾT DIỆN THAY ĐỔI . 28 2.1 Trạng thái ứng suất của cấu kiện bê tông ứng suất trước -:-:-‹-+- 28
2.1.1 Các giả thiết cơ bản
2.1.2 Ứng suất trong bê tông + ct E2 2121120121 reg 28 2.1.3 Ứng suất trong thép ứng suất tTƯỚC - +- 2c+c2xzerzEEEE.EteE.trrrrree 32 2.1.4 Ảnh hưởng của tải trọng đến ứng suất kéo trong thép ứng suất trước 32 2.1.5 Sự thay đổi ứng suất trong thép dính kết và không dính kết 33 3.1 /ổ Mồ HI6H HÚỨC execesses-ssseS80558GỎ63368108558118054G5EE1811014844G38840Đ480/458000/G:81488003 35 2.1.7 Mô men giới hạn 55+ + ++t$tEterreterrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrerrrrrreree 36 2.2 Tính toán và bố trí cáp trong đầm liên tục có tiết diện thay đổi 39 2.2.1 Giới thiệu chung về đầm liên tục Ứng suất trước .-. ‹ ‹-+ -s+++<++ 39 2.2.2 Phân tích sự làm việc của dầm liên tục ứng suất trước theo lý thyết đàn hồi 42 2.3 Chuyển dịch đồng dạng và tuyến cáp thích dụng . . -c+cccs> 50
2;3.1 Chuyển địch đồng đang sáng gác 2118160 121010 0 0v 0003100310114814042800108 50 2.3.2 Tuyến cáp thích dụng -++c+serrteterrrierHH 121 rrrrrrrirr 51
2.4 Bố trí cáp ứng suất trước sử dụng đường hợp lực C-line - - 53 2.4.1 Bố trí cáp ứng suất trước trong dâm đơn giản -:+++c-~crceret 53 2.4.2 Bố trí cáp ứng suất trước trong dầm liên tục - ‹ -+-+r+-+rsrc-xe+ 55 2.4.3 Vết nứt và cường độ giới hạn ¿5522 +SeS2tteHH tre 57 2.5 Phương pháp cân bằng tải trọng ‹¿:+©:+ 222tr 59 2.5.1 Khái niệm chung + 5+ 2s 2 22 HH n0212101121777111111.11 1 11 59
Trang 7
CHƯƠNG 3 - VÍ DỤ TÍNH TỐN . -5-5<cssccxssckxerreerrerkserrserrsssre 65
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ, -.-°-V22vv2veetttztEE2EEEArxerssrrrrrrre 79
Trang 8
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Phân loại bê tông ứng suất tƯỚC - - + 5-55 tt strrrrrrrrerrree 10 Bang 1.2 Đề xuất ứng suất cho phép theo tiêu chuẩn ACI 318-2002 11
Bảng 1.3 Độ lớn tổng tổn hao ứng suất trước cho hệ căng trước và căng sau tính
bang Z% Tực ứng suất: ƯỚC toa nhugnggtHADAEDGIGEGEEISSSEL.SLESHEIASCSGIRSASSEKSEG98013691 808 25
Bảng 1.4 Giới hạn tổn hao ứng suất lớn nhất (ACI- ASCE)
Bảng 1.5 So sánh bê tông ứng suất trước và bê tông cốt thép
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỔ THỊ
Hinh 2.1 Cap nga sen 29 Hình 2.2 Phân bố ứng suất tại các tiết diện khác nhau trên dầm 30 Hình 2.3 Sự làm việc của dầm bê tông ứng suất trưỚc - + <c+xcc+<sxseee 31
Hình 2.4 Phân bố ứng suất theo lý thuyết đần hồi - 5552 <+s+csc+eesree 31
Hình 2.5 Ảnh hưởng của ứng suất trước và tải trọng đến góc xoay của đầm 33
Hình 2.6 Biểu đồ ứng suất do mô men nứt gây ra trên tiết diện . 36
Hình 2-7 Mô ren giới ĐẠI súcsscsdtsetstitit84s6S4650S00S5 G3480 mms 37 Hình 2.8 So sánh khả năng chịu tải của dầm đơn giản và dầm liên tục 39 Hình 2.9 Bố trí cáp trong dầm liên tục ứng suất trước toàn phần - 40 Hình 2.10 Dầm liên tục ứng suất trước từng phần .- - + 5< +++cscvssezxsee 41 Hình 2.11 Dâm đơn giản ứng suất trước
Hình 2.12 Mô men trong dầm liên tục
Trang 9
Hình 2.21 Các vùng giới hạn không hợp lý . - 55+ scc+cstererereseses 5S
Hình 2.22 Vùng giới hạn của đường hợp lực ¿ - 5252 <2+s++exexssrseesecee 56 Hình 2.23 Các giai đoạn làm việc của dầm bê tông cốt thép chịu uốn 60
Hình 2.24 Cân bằng tải trọng cho dầm đơn giản . + 2-5 5+s+s++s+secessexes 62 Hinh 2.25 Can bang cho dém Ong -SON .secseessesssseseesseseesesesesssteseseeaeseeesneseereeerees 63
Hinh 3.1 Mat bang két cau 1n
Hình 3.2 Sơ đồ tính toán dam B2
Hình 3.3 Biểu đồ mô men gay boi tinh tai .essceceeesssessessesssessseeseseeneassnesneceennass 68 Hình 3.4 Biểu đồ bao mô men trong dầm .- ¿- + +2 +5+£++z+£+++rvzxererxrxrxee 68
Hinh 3.5 Tinh tải tác dụng lên dầm oe eeeeeceessescssessseeeesesceesessesesesenacseseassensenes 68 Hình 3.6 Hình dạng cáp theo lý thuyết ¿5+5 ++x 22tr 69
Hình 3.7 Bố trí cáp theo thực tẾ, - -+ 5+ ++st+terertrtrerrrtrtrieetrrirrrrrriie 69
Hình 3.8 Xác định tải trọng tương đương . - + ++s+s++vs*stscsvrseerrrerrrererre 70
Hình 3.9 Biểu đồ mô men gây bởi ứng suất trưỚc -+- +++++++eez++rere+ 71
Hình 3.10 Biểu đồ mô men gây bởi ứng suất trước sau khi tăng cáp nhịp BC 72 Hình 3.11 Biểu đồ mô men thứ cấp -+ -5-2c5<+s<+<s+s+
Hình 3.12 Biểu đồ mô men do tải trọng tính toán
Hình 3.13 Bố trí cốt thép trơng Ẩm s:s::«ssccieccnesiskiisciexsDidSuEE0010046143681380461480544
Trang 10
MỞ ĐẦU:
e Dat van dé
Sự phát triển của công nghệ ứng lực trước với độ tin cậy cao là yếu tố kỹ thuật quan trọng nhất làm cho kết cấu bê tông cạnh tranh thắng lợi trong các lĩnh
vực xây dựng mà trước đó kết cấu thép chiếm ưu thế như công trình cầu vượt khẩu
độ lớn, công trình nhà có lưới cột thưa, không gian rộng, các công trình có tải trọng
lớn
Trên thế giới công nghệ bê tông ứng lực trước đang được phát triển mạnh và
ngày càng được hoàn thiện Nó trở thành một công cụ hữu hiệu để tạo được những giải pháp kết cấu thoả mãn được yêu cầu thẩm mỹ và kỹ thuật cao, hiệu quả về mặt
kinh tế và áp dụng trong phạm vi rộng rãi
Vì vậy, tác giả chọn đề tài luận văn “Tính toán dâm liên tục bê tông ứng suất
trước căng sau có tiết diện thay đối” làm nội dung nghiên cứu Hướng nghiên cứu
này nhằm làm sáng tỏ về vấn đề tính toán và bố trí cáp ứng suất trước trong dầm
liên tục có tiết điện thay đổi
se _ Mục đích nghiên cứu của đề tài
Tìm hiểu sự làm việc của kết cấu bêtông ứng suất trước Nghiên cứu chuyên
sâu về đầm liên tục ứng suất trước căng sau có tiết diện thay đổi trong việc tính toán
và bố trí cáp để đạt được hiệu quả cao nhất khi chịu tải trọng bên ngoài
Nghiên cứu chuyên sâu về ảnh hưởng của số lượng cáp, cách bố trí cáp trong
trường hợp dầm có tiết diên thay đổi đến nội lực trong dầm
se Đối tượng và phạm vỉ nghiên cứu
Trang 11
Hồ sơ thiết kế các nhà cao tầng có hệ thống dầm bê tông cốt thép ứng suất
trước nghiên cứu các công trình đã xây dựng và đang trong giai đoạn thiết kế
Đối tượng nghiên cứu là cấu kiện dầm liên tục bê tông ứng suất trước căng sau có tiết diện thay đổi
se Nội dung nghiên cứu
Tìm hiểu về ứng dụng của dầm liên tục bêtông ứng suất trước trong kết cấu
công trình tại Việt Nam và trên thế giới
Phân tích sự làm việc của kết cấu, từ đó đưa ra phương pháp tính toán thiết kế
đầm liên tục bêtông ứng suất trước căng sau có tiết diện thay đổi
Ví dụ tính toán áp dụng cho kết cấu thực tế se Phương pháp nghiên cứu
Tính toán dâm liên tục bê tông ứng suất trước căng sau có tiết diện thay đổi theo các tiêu chuẩn hiện hành Xây dựng các quy trình tính toán cụ thể cho từng
Trang 12THONG BAO
Đê xem được phân chính văn của tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện — Trường Đại học Kiên trúc Hà Nội
Địa chỉ: T.13 — Nhà H — Truong Dai hoc Kiến trúc Hà Nội
Đc: Km 10 — Nguyên Trai — Thanh Xuân Hà Nội Email: digilib.hau(2)emaIl.com
Trang 13
79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
1 Kết cấu bê tông ứng suất trước là một loại kết cấu đặc biệt trong kết cấu bê tông cốt thép đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng Trong công tác thiết kế thi công đồi hỏi phải tuân thủ: ngoài những quy định cơ bản đối với
kết cấu bê tông cốt thép thường còn những chỉ dẫn riêng đã được thể hiện trong các tiêu chuẩn hiện hành trong và ngoài nước
Luận văn đề cập tới vấn đề tính toán, bố trí cáp ứng suất trước cho một dạng kết
cấu siêu tĩnh là kết cấu đầm liên tục có tiết diện thay đổi
- Sự khác biệt cơ bản trong quá trình làm việc khi chịu tác dụng của ứng suất trước (không kể tới trọng lượng bản thân và tải trọng ngoài) giữa dầm đơn giản và đầm liên tục là do mô men gây bởi phản lực của gối tựa trong đầm liên tục được gọi là mô
men thứ cấp Tuy rằng mang tên gọi như vậy là bởi một sản phẩm phụ của ứng suất
trước, nhưng mô men thứ cấp có một trị số đáng kể và đóng vai trò quan trọng trong sự làm việc của dầm liên tục
- Việc phân tích ứng suất trong dầm liên tục với tiết diện bê tông, cáp ứng suất trước và vị trí của cáp đã được giả thiết hoặc biết trước, việc tính toán ứng suất với một ngoại lực đã xác định là hoàn toàn đơn giản Tuy nhiên, vấn đề trở nên phức tạp khi để đạt được sự tối ưu về tiết diện cũng như về vị trí cáp ứng suất trước, người kỹ sư phải trải qua quá trình tính toán với nhiều vòng lặp
2 Trong tính toán dầm liên tục có tiết diện thay đổi theo nhịp bằng phương
pháp cân bằng tải trọng trên từng nhịp với mỗi tải cân bằng lựa chọn một lượng cáp
ứng suất trước tương ứng, chọn lượng cáp ứng suất trước nhỏ nhất bố trí liên tục trên suốt chiều dài cấu kiện, phần còn được tính toán bổ sung cho từng nhịp Sau khi giả thiết cách bố trí cáp, việc xác định nội lực do ứng suất trước xác định bằng phần mềm phân tích kết cấu thông thường Mô men thứ cấp được xác định bởi phản lực của các gối tựa trung gian hoặc do chuyển vị cưỡng bức của gối tựa
3 Khi tính toán nội lực gây bởi ứng suất trước tại vị trí thay đổi của đầm liên tục có bước nhảy của mô men trong khi mô men của ngoại lực không có bước nhảy có nhiều cách tính toán và bố trí cáp mang lại sự cân bằng đối với mô men ngoại lực Tác
Trang 14
80
Kiến nghị
Trong khuôn khổ luận văn cao học, tác giả mới chỉ dừng lại ở vấn đề tính toán và bố trí cáp ứng suất trước cho một dạng kết cấu siêu nh điển hình là kết cấu dầm liên tục có tiết diện thay đổi Hướng nghiên cứu tiếp theo là áp dụng các phương pháp tính toán ứng suất trước cho các hệ kết cấu siêu tĩnh khác như kết cấu khung, kết cấu sàn có
Trang 1581
TAI LIEU THAM KHẢO Tiếng Việt
1 Báo cáo tổng kết dé tài nghiên cứu khoa học “ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước trong các kết cấu sàn nhịp lớn” - Trường ĐHXD Hà Nội
2 Lê Hồng Ngọc (2002), «Sức bền vật liệu”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 3 Lê Thanh Huấn , (2010) “ Kết cấu bê tông ứng lực trước căng sau trong
nha
nhiều tầng ”
4 Nguyễn Tiến Chương, (2005) “Dâm bê tông ứng lực trước căng sau không bám
dính”, Đề tài khoa học — Viện KHCN XD,
5 Nguyễn Trung Hoà (2003), Kết cấu bê tông cốt thép theo quy phạm Hoa Kỳ, Nhà xuất bản xây dựng
6 Nguyễn Viết Trung (2001), Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép hiện đại theo tiêu chuẩn ACI, Nhà xuất bản giao thông
1 Phan Quang Minh, Thiết kế sàn phẳng bê tông ứng lực trước, Bộ môn công trình
bê tông cốt thép- Trường ĐHXD Hà Nội
8 TCXDVN 356 : 2005 "Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế" Tiếng Anh
9 Arthur H Nilson, Design of prestressed concrete, Second edition, John Wiley &
Sons, Inc
10 Ben C Gerwick, JR (1989), Construction of prestressed concrete structures,
John Wiley & Sons, Inc
11 Edward G Nawy & Members, Control of Deflecrion in Concrete Structures
(ACI 435R - 95), ACI Committee Report
12 Hoang Huu Phe & DAOUST Jean (2003), _Precast/Prestressed
concrete, @
sollution of choice for high-rise buildings in Viet Nam_, International Scientific Workshop on Cement and Concrete Technology
Trang 16
82
14 Kim Seeber & Members, PCI Designer’s Handbook — Precast and prestressed
concrete, Sixth edition, Precast/prestressed concrete institute (2004)
15 Nawy, E G., “Prestressed Concrete: A Fundamental Approach”, 4" edition,
Prentice Hall, Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, N.J.,2003
16 M K Hurst, Prestressed concrete Design, Second edition, E & FN Spon 17 P Dayaratnam, Prestressed concrete structures, fifth Edition, kanpur (1991)
18 P W Abeles and B K Bardhan — Roy, Prestressed concrete Designer’s
Handbook, Third edition, A Viewpoint Publication
19 RF Warner and KA Faulkes Prestressed concrete, Australia, basic concepts
2nd edition
20 RF Warner and KA Faulkes Prestressed concrete, Australia, design Standar
prestresing Beams 2nd edition
21 VSL Corporation, “VSL Post-Tensioning Systems”, Website of VSL Structural Group, 2007