. Ma sát thành cọc với đất giảm đi đáng kể so với cọc đóng và cọc ép do quá trình khoan tạo lỗ. Lượng xi măng khá lớn, có vấn đề đất vụn ở đáy lỗ, dùng ống lồng hay vữa bảo vệ vách sẽ có vấn đề lắng đọng cặn bã, chấn động tạo lỗ mà gặp cát hoặc sỏi cuội rất khó khăn, khoan xoắn ốc tạo lỗ nếu gặp nước ngầm hoặc ở chỗ tầng trên tích nước tạo lỗ sẽ rất khó khăn nên cần dùng biện pháp xử lý. Giá thành cao hơn so với các phương án cọc đóng và cọc ép khi xây dựng các công trình thấp tầng (theo thống kê: khi công trình dưới 12 tầng giá thành phương án cọc khoan nhồi có thể cao hơn 2 – 2.5 lần so với phương án khác – nhưng khi xây dựng nhà cao tầng hay các cầu lớn, thì phương án cọc khoan nhồi lại hợp lý hơn).
PGS Phan Quang Minh (HUCE) Thiết kế sện bê tông ứng lực trớc H nội 2007 Share-connect.blogspot.com TI LIU XY DNG ======================================================================= ================================================================ Chơng I Kết cấu bê tông ứng suất trớc I.1 Khái niệm chung bê tông ứng suất trớc: Bê tông ứng lực trớc (BT ULT) l bê tông, thông qua lực nén trớc để tạo v phân bố lợng ứng suất bên phù hợp nhằm cân với lợng mong muốn ứng suất tải trọng ngoi gây Với cấu kiện BT ULT, ứng suất thờng đợc tạo cách kéo thép cờng độ cao Bê tông thờng có cờng độ chịu kéo nhỏ so với cờng độ chịu nén Đó l nhân tố dẫn đến việc xuất loại vật liệu hỗn hợp l bê tông cốt thép (BTCT) Việc xuất sớm vết nứt BTCT biến dạng không tơng thích thép v bê tông l điểm khởi đầu cho việc xuất loại vật liệu l bê tông ứng suất trớc Việc tạo ứng suất nén cố định cho vật liệu chịu nén tốt nhng chịu kéo nh bê tông lm tăng đáng kể khả chịu kéo ứng suất kéo xảy sau ứng suất nén bị vô hiệu Sự khác BTCT v bê tông ULT l chỗ BTCT l kết hợp đơn bê tông v cốt thép để chúng lm việc cách bị động bê tông ULT l kết hợp cách tích cực, có chủ ý bê tông cờng độ cao v cốt thép cờng độ cao Trong cấu kiện bê tông ULT, ngời ta đặt vo lực nén trớc tạo việc kéo cốt thép, nhờ tính đn hồi, cốt thép có xu hớng co lại v tạo nên lực nén trớc, lực nén trớc ny gây nên ứng suất nén trớc bê tông v triệt tiêu hay lm giảm ứng suất kéo tải trọng sử dụng gây ra, lm tăng khả chịu kéo bê tông v lm hạn chế phát triển vết nứt Sự kết hợp hiệu tận dụng đợc tính chất đặc thù hai loại vật liệu, l thép có tính đn hồi v cờng độ chịu kéo cao bê tông l vật liệu dòn v có cờng độ chịu kéo nhỏ so với cờng độ chịu nén Nh ứng lực trớc l việc tạo cho kết cấu cách có chủ ý ứng suất tạm thời nhằm tăng cờng lm việc vật liệu điều kiện sử dụng khác Chính PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com TI LIU XY DNG ======================================================================= ================================================================ bê tông ULT trở thnh kết hợp lý tởng hai loại vật liệu đại có cờng độ cao So với BTCT thờng, BTCT ứng suất trớc có u điểm sau: - Cần thiết v dùng đợc thép cờng độ cao ứng suất thép thông thờng giảm từ 100 đến 240Mpa , nh vậy, để phần ứng suất bị l phần nhỏ ứng suất ban đầu ứng suất ban đầu thép phải cao, vo khoảng 1200 đến 2000Mpa Để đạt đợc điều ny việc sử dụng thép cờng độ cao l thích hợp Cần phải sử dụng bê tông cờng độ cao BTCT ULT loại vật liệu ny có khả chịu kéo, chịu cắt, chịu uốn cao v sức chịu tải cao Bê tông cờng độ cao xảy vết nứt co ngót, có mô đun đn hồi cao hơn, biến dạng từ biến hơn, ứng suất trớc thép bị Việc sử dụng bê tông cờng độ cao lm giảm kích thớc tiết diện ngang cấu kiện Việc giảm trọng lợng cấu kiện, vợt nhịp lớn lm tăng hiệu kinh tế v kỹ thuật - Có khả chống nứt cao (do khả chống thấm tốt hơn) Dùng BTCT ULT, ngời ta tạo cấu kiện không xuất khe nứt vùng bê tông chịu kéo hạn chế phát triển bề rộng khe nứt chịu tải trọng sử dụng - I.2 Có độ cứng lớn (do có độ võng v biến dạng bé hơn) Các phơng pháp gây ứng suất trớc: I.2.1 Phơng pháp căng trớc: Phơng pháp ny thờng sử dụng cho quy trình sản xuất cấu kiện đúc sẵn Cốt thép ULT đợc neo đầu cố định vo bệ đầu đợc kéo với lực kéo N Dới tác dụng lực N, cốt thép đợc kéo giới hạn đn hồi v giãn di đoạn, tơng ứng với ứng suất xuất cốt thép Khi đó, đầu lại cốt thép đợc cố định nốt vo bệ Đổ bê tông, đợi cho bê tông đông cứng v đạt cờng độ cần thiết buông cốt thép Nh lò so bị kéo căng, cốt thép ny có xu hớng co ngắn lại v thông qua lực dính thép v bê tông, cấu kiện bị nén với giá trị lực N dùng kéo cốt thép Ưu điểm phơng pháp PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com TI LIU XY DNG ======================================================================= ================================================================ căng trớc l phân bố lực nén đặn cấu kiện Nhợc điểm phơng pháp ny l phải lắp đặt bệ tỳ phức tạp a) b) Hình I.1: Sơ đồ phơng pháp căng trớc a- Trớc buông cốt thép ULT; b- Sau buông cốt thép ULT 1- Cốt thép ULT; - Bệ căng; - Ván khuôn; - Thiết bị kéo thép; - Thiết bị cố định thép I.2.2 Phơng pháp căng sau: Phơng pháp ny thờng sử dụng cho kết cấu bê tông đổ chỗ Trớc hết đặt thép ULT v cốt thép thông thờng đổ bê tông Khi bê tông đạt đến cờng độ định tiến hnh căng cốt thép với ứng suất quy định Sau căng xong, cốt thép ULT đợc neo chặt vo đầu cấu kiện, thông qua neo đó, cấu kiện bị nén lực dùng kéo căng cốt thép Trong phơng pháp căng sau, kết cấu BTCT ULT đợc chia lm loại: kết cấu bê tông ULT dùng cáp dính kết v kết cấu bê tông ULT dùng cáp không dính kết Loại kết cấu bê tông ULT dùng cáp dính kết, thi công phải đặt sẵn ống gen để luồn cáp, sau kéo căng cốt thép, tiến hnh bơm vữa xi măng mác cao để chèn lấp khe hở cáp thép v ống gen Đầu cáp thép đợc neo chặt nêm vo bê tông v trở thnh điểm tựa truyền lực nén vo bê tông Ưu điểm phơng pháp căng sau l không cần bệ tỳ riêng, dễ dng thi công kéo căng thép vị trí kết cấu công trình nh thân xi lô, ống khói, dầm, sn PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com TI LIU XY DNG ======================================================================= ================================================================ a) b) Hình I.2: Sơ đồ phơng pháp căng sau a - Trong trình căng; b- Sau căng 1- Cốt thép ULT; - Cấu kiện BTCT; - ống rãnh; - Thiết bị kích; - Neo I.2.3 Một số công nghệ khác tạo ứng suất trớc: Ngoi phơng pháp căng trớc v căng sau, BTCT ứng suất trớc sử dụng số phơng pháp sau: I.2.3.1 Sử dụng xi măng nở tạo ứng suất trớc bê tông: Theo phơng pháp ny, trình ninh kết v phát triển cờng độ, xi măng nở lm tăng thể tích, cốt thép bê tông ngăn cản dãn nở xi măng, kết l bê tông có lực nén khoảng 600-700Mpa Ngời ta sử dụng loại xi măng đặc biệt cho trơng nở ny Song, thực tế biến xi măng Pooclang thông thờng thnh loại xi măng đặc biệt ny cách trộn thêm phụ gia aluminat v thạch cao Loại xi măng trơng nở tự tạo ứng suất trớc ny dùng để chế tạo kết cấu nh bể chứa, cầu tu, cọc, dầm, panen mái che cho nh công nghiệp Phơng pháp ny gọi l phơng pháp hoá học để tạo ULT I.2.3.2 Dùng kích ép ngoi để tạo ứng suất trớc: Khác với phơng pháp căng trớc v căng sau, kích đặt đầu kết cấu không dùng để kéo căng cốt thép m dùng để ép chặt cấu kiện bê tông lại, cáp cốt thép đợc neo vo gối tựa Sau bỏ kích ra, tạo trờng ULT đợc trì kết cấu PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com TI LIU XY DNG ======================================================================= ================================================================ Hình I.3: Sơ đồ tạo ULT kích ép ngoi - Cấu kiện BTCT ULT; - Kích; - Bệ tỳ I.3 Vật liệu sử dụng cho bê tông ứng suất trớc: I.3.1 Bê tông cờng độ cao: Bê tông ứng suất trớc yêu cầu sử dụng bê tông đạt cờng độ chịu nén cao thời gian ngắn với cờng độ chịu kéo tơng đối cao so với bê tông thông thờng, độ co ngót thấp, tính từ biến thấp v giá trị mô đun đn hồi lớn Theo tiêu chuẩn ấn Độ IS:1343-1980, cờng độ chịu nén khối lập phơng 28 ngy tuổi l 40Mpa cấu kiện căng trớc v 30Mpa cấu kiện căng sau Theo tiêu chuẩn ACI318, bê tông đạt cờng độ chịu nén 28 ngy tuổi từ 27.58 đến 68.95 Mpa I.3.1.1 ứng suất cho phép bê tông theo tiêu chuẩn ACI 318-2002: ứng suất cho phép bê tông đợc quy định v khống chế tuỳ theo tiêu chuẩn Theo tiêu chuẩn ACI 318-2002 đợc quy định nh sau: I.3.1.1.1 ứng suất bê tông sau truyền lực ứng suất trớc (trớc xảy tổn hao ứng suất) không đợc vợt giá trị sau: + ứng suất nén lớn nhất: 0.60fci + ứng suất kéo đầu mút cấu kiện có gối tựa đơn giản: 0.5 f ci' + ứng suất kéo vị trí khác: 0.25 f ci' Nếu ứng suất kéo vợt giá trị cần bố trí thêm thép chịu kéo (thép thờng thép ứng suất trớc) vo vùng chịu kéo để chịu tổng lực kéo bê tông đợc tính toán với giả thiết tiết diện không bị nứt I.3.1.1.2 ứng suất ứng với tải trọng lm việc (sau xảy tổn hao ứng suất): + ứng suất nén lớn tải trọng di hạn: 0.45fc PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com TI LIU XY DNG ======================================================================= ================================================================ + ứng suất nén lớn tổng tải trọng: 0.60fc + ứng suất kéo lớn với tiết diện không cho phép nứt: 0.5 f c' + ứng suất kéo lớn với tiết diện cho phép nứt: f c' ứng suất vợt ứng suất cho phép phân tích v kiểm tra chứng tỏ đợc kết cấu không bị h hỏng I.3.1.2 Mô đun đn hồi bê tông: Đặc trng ứng suất - biến dạng bê tông chịu nén l tuyến tính nhng với tải trọng không vợt 30% cờng độ phá hoại giả thiết biến dạng l tuyến tính Cần xác định đặc tính biến dạng bê tông dới tác dụng tải trọng ngắn hạn v tải trọng di hạn để xác định cờng độ chịu uốn v mô đun đn hồi, từ tính toán độ võng cấu kiện ứng suất trớc Mô đun đn hồi bê tông tăng lên với cờng độ chịu nén trung bình bê tông nhng với tốc độ chậm Theo tiêu chuẩn ACI 318-2002, mô đun đn hồi bê tông: Ec=4730 f c' (Mpa) I.3.2 Thép cờng độ cao: Thép ứng suất trớc l sợi, cáp thép hợp kim - Thép sợi sử dụng cho bê tông ƯLT nói chung tuân theo tiêu chuẩn ASTM A- 421 Sợi thép đợc quấn thnh cuộn v đợc cắt v lắp nh máy hay trờng Trớc thi công, sợi thép cần đợc vệ sinh bề mặt để tăng lực dính kết với bê tông - Cáp ứng suất trớc phổ biến l loại cáp sợi, có cờng độ chịu kéo tới hạn fpu l 1720Mpa v 1860Mpa, kết dính không kết dính Hiện nay, ngoi loại cáp đơn sợi có loại cáp bao gồm nhiều cáp đơn kết hợp với Loại cáp ny có u điểm l mỏng, nhẹ v dẻo - Thép sử dụng cho bê tông ƯLT tuân theo tiêu chuẩn ASTM A-322 v A- 29, với yêu cầu có ứng suất phá hoại đạt tới 90% cờng độ giới hạn Mặc dù cờng độ giới hạn thực tế thờng đạt tới 1100 MPa, nhng giá trị tiêu chuẩn nhỏ thờng lấy l 1000 MPa Hầu hết tiêu chuẩn thờng đa giới hạn chảy nhỏ PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com TI LIU XY DNG ======================================================================= ================================================================ l 896 MPa giá trị thực tế cao Độ giãn di nhỏ lúc phá hoại vị trí chiều di 20 lần đờng kính l 4%, với độ giảm nhỏ tiết diện lúc phá hoại l 25% Thép cờng độ cao đợc sản xuất từ hợp kim bao gồm mangan, silic, cacbon,bằng phơng pháp cán nguội phơng pháp cán nóng v đợc tôi, lm cho cứng a) b) c) Hình I.4: Các loại cáp ứng suất trớc a-Cáp sợi(cáp đơn) b-Cáp dẹt c-Cáp nhiều sợi ứng suất kéo cho phép thép theo ACI: + ứng suất lớn căng thép (trớc truyền ứng suất) không đợc vợt số nhỏ của: 0.80fpu v 0.94fpy + ứng suất kéo lớn sau truyền lực ứng suất trớc không đợc vợt số nhỏ của: 0.74fpu v 0.82fpy + ứng suất lớn thép căng sau vùng neo sau neo thép: 0.70fpu Bảng I.1 Một số đặc tính cáp ứng suất trớc Loại cáp Đờng kính danh định Diện tích danh định Khối lợng danh định Cờng độ chịu cắt Cờng độ chịu kéo Tải trọng phá hoại nhỏ Mô đun đn hồi Độ dãn di mm mm2 kg/m Mpa Mpa kN GPa % 13mm 15mm EN318 ASTM A416 EN318 ASTM A416 BS 5896 super Grade 270 BS 5896 super Grade 270 12.9 12.7 15.7 15.2 100 98.7 150 140 0.785 0.775 1.18 1.1 1580 1670 1500 1670 1860 1860 1770 1860 186 183.7 265 260.7 195 lớn 2.5 PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com TI LIU XY DNG ======================================================================= ================================================================ I.3.3 Các vật liệu khác: Ngoi vật liệu l bê tông cờng độ cao v thép cờng độ cao có số vật liêu khác: I.2.3.1 ống gen: Đối với bê tông ULT căng sau dính kết cần đặt sẵn ống gen bê tông Có loại ống gen thờng dùng: - Loại tôn mỏng 0.2 - 0.3mm có pha chì để lm giảm ma sát cuộn mép v theo kiểu xoắn ruột g - ống gen loại ống kim loại, ống tròn trơn có bề dy - 4mm Yêu cầu ống gen l phải chống thấm tốt để giữ cho nớc xi măng không thấm vo ống trình đổ bê tông v bảo vệ cáp, ống phải bền không bị h hỏng biến dạng trình thi công Tuy nhiên, ống lại phải mềm để đặt cong theo thiết kế v ma sát ống gen với cáp không đợc lớn Hình I.5: Cấu tạo ống gen 1-ống gen; 2- bó cáp; 3- lỗ vữa I.2.3.2 Vữa phụt: Sau căng cáp v neo, cần lấp đầy kẽ hở ống gen vữa xi măng Vữa đợc vo ống gen dới áp lực khoảng 6atm Cờng độ vữa sau ngy phải đạt 2000Mpa I.4 Thiết bị sử dụng tạo ứng suất trớc: I.4.1 Phơng pháp căng trớc: Hệ thống tạo ULT bao gồm hai khối neo đặt cách khoảng cách no đó, thép ULT đợc căng hai khối neo ny trớc đổ bê tông, lực căng đợc tạo kích thuỷ lực kích vít lớn PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com TI LIU XY DNG ======================================================================= ================================================================ I.4.1 Phơng pháp căng sau: Các thiết bị cần thiết phơng pháp căng sau bao gồm: - Bơm v kích tạo ULT - Neo - Máy luồn cáp - Thiết bị cắt cáp - Hỗn hợp vữa v bơm vữa Máy luồn cáp v thiết bị để bơm vữa cần thiết cấu kiện bê tông ULT sử dụng cáp dính kết Cáp đợc luồn vo ống dẫn trớc đặt ống dẫn vo vị trí sau đặt ống dẫn vo vị trí Nếu cáp ngắn không cần sử dụng máy luồn cáp Neo đợc thiết kế để cố định cáp hai đầu cáp Đối với cáp không di (dới 30m), bố trí đầu neo cố định v đầu neo công tác Khi cáp di bố trí neo công tác tạo ULT hai đầu để tránh tổn hao ứng suất ma sát Cấu tạo neo đơn giản, cáp cần phải di đầu neo đoạn v đợc cắt ngắn sau truyền lực ứng suất Hiện neo công tác đợc sử dụng phổ biến l hệ neo Freyssinet dùng nêm hình côn để kẹp chặt sợi cáp Neo bao gồm đệm thép có lỗ để cáp luồn qua, nêm hình côn v lò xo để tránh ứng suất cục bê tông vùng neo Nêm hình côn tự động dịch chuyển phía đệm để khoá cáp v có tác dụng nh phận truyền ứng suất tự động Neo đợc chế tạo để thuận lợi cho việc đo độ dãn di cáp v gia tải ULT Có dạng thiết bị căng thép - Căng thiết bị khí: thiết bị ny thờng bao gồm khối nặng có truyền lực đòn bẩy, truyền lực bánh kết hợp với khối ròng rọc có bánh v máy sợi Thiết bị ny đợc sử dụng chủ yếu để sản xuất thnh phẩm bê tông ULT nh máy với quy mô lớn - Căng thiết bị thuỷ lực: l thiết bị đơn giản để tạo lực ULT lớn, đợc sử dụng rộng rãi Các kích thuỷ lực thông dụng có lực căng từ 5-100 Các kích thuỷ lực lớn có lực căng từ 200-600 Khi sử dụng kích thuỷ lực, quan trọng l phải đo xác lực căng suốt trình căng PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com TI LIU XY DNG 30 ======================================================================= ================================================================ Hình II.10 Mô hình cáp thực tế Phơng pháp PTHH dễ dng mô hình đợc tải trọng cân tơng ứng theo quỹ đạo cáp II.5 Thiết kế sn bê tông ứng suất trớc với lới cột ngẫu nhiên: Đối với mặt sn có lới cột ngẫu nhiên áp dụng phơng pháp phân phối trực tiếp v phơng pháp khung tơng đơng Trong trờng hợp ny, cần xét đến lm việc tổng thể ton sn v áp dụng phơng pháp PTHH với hỗ trợ phần mềm thiết kế để tính toán Do việc mô hình hoá cáp phơng pháp PTHH l khó khăn, l việc tính toán, phân tích phải trải qua giai đoạn lm việc khác kết cấu nên luận văn sử dụng phơng pháp cân tải trọng nh trình by II.4 Các tải trọng cân đợc quy tải phân bố 1m2 sn Sn đợc chia thnh dải có bề rộng tuỳ thuộc vo quy định ngời thiết kế Tuỳ thuộc vo hình dạng cáp, lực ULT gây tải trọng cân tác dụng lên sn hớng xuống hớng lên, tải cân có giá trị: Tại nhịp, lực hớng lên: w 8u P u s (kG / m ) l u bd (II.36) Tại đầu cột, lực hớng xuống: w u P u e2 (kG / m ) l u bd (II.37) P: lực ULT s: độ lệch tâm cáp nhịp e2: độ vồng cáp đầu cột bd: bề rộng dải l: khoảng cách điểm uốn cáp PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com TI LIU XY DNG 31 ======================================================================= ================================================================ Hình II.12 Tải trọng cân sn lực ULT gây Quy trình thiết kế: Quy trình thiết kế theo bớc phơng pháp cân tải trọng v đợc bổ sung thêm số bớc để phù hợp với việc tính toán theo phơng pháp PTHH 1- Tính toán sơ chiều dy sn, loại vật liệu sử dụng, tham khảo theo bảng II.1 2- Xác định tải trọng cân Tải trọng cân thờng chọn vo khoảng 0.8-1 lần trọng lợng thân sn 3- Tính toán hao ứng suất 4- Xác định hình dạng cáp, tính toán lực ULT yêu cầu, tính số lợng cáp cần thiết Coi tải trọng cân l tải trọng hớng lên, phân bố 1m2 sn Tải trọng ny gây mô men M dải sn Việc xác định mô men ny đợc thực cách sử dụng phần mềm tính toán sn Căn vo biểu đồ mô men để bố trí cáp Với lới cột ngẫu nhiên, việc bố trí cáp phải tiến hnh nhiều lần để tìm cách bố trí thích hợp Lực ULT yêu cầu cho dải: Pyc M s PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc (II.38) Share-connect.blogspot.com TI LIU XY DNG 32 ======================================================================= ================================================================ Khi có trốn cột lới cột đặn, tồn dải cột v dải nhịp M l mô men tải cân gây dải sn Số lợng cáp cần thiết: n= Pyc P1cap (II.39) 5- Vo sơ đồ tính toán với tải trọng: hoạt tải, tĩnh tải, tải ULT (sau kể đến hao ứng suất) Các tải trọng đợc quy tải phân bố m2.Tải trọng cân lực ULT gây đợc tính theo công thức (II.36) v (II.37) 6- Phân tích sn với tải trọng (sử dụng phần mềm tính toán sn) 7- Kiểm tra sn ứng với giai đoạn lm việc, kiểm tra khả chịu lực v độ võng Sử dụng công thức tính toán từ (II.15) đến (II.35) - Tại giai đoạn lm việc sn: ứng suất bê tông: f P M r A W Trong đó: M: mô men trờng hợp tải ứng với giai đoạn lm việc sn gây Mô men ny đợc tính vị trí mép cột ứng với giai đoạn buông neo M l mô men lực ULT sau hao ma sát v buông neo v trọng lợng thân sn gây ứng với giai đoạn sử dụng M l mô men lực ULT hiệu sau hao ứng suất v tải trọng tĩnh tải, hoạt tải gây P: - lực ULT ứng với giai đoạn lm việc sn Kiểm tra khả chịu lực: + Khả chịu uốn: M f d Mu Mf: mô men mép cột mô men nhịp Mu: mô men giới hạn đợc tính theo công thức từ (II.18) đến (II.23) + Khả chịu cắt: vc d IQ u vc : ứng suất cắt mép cột vu : ứng suất cắt tới hạn PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com 33 TI LIU XY DNG ======================================================================= ================================================================ vc v vu đợc tính toán theo công thức từ (II.24) đến (II.34) - Kiểm tra độ võng: ' 'e+F'dh 'e: độ võng tức thời tổng tải trọng gây 'dh: độ võng tức thời tải trọng di hạn gây l độ võng phần tĩnh tải không đợc cân lực ULT gây F: hệ số độ võng di hạn Với kết cấu BT ULT, lực nén trớc ảnh hởng đến nội lực tính toán, quy trình thiết kế thờng phải thực theo quy trình lặp PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com 34 TI LIU XY DNG ======================================================================= ================================================================ Chơng III Thí dụ tính toán III.1 Thí dụ: Sn phẳng bê tông ULT căng sau với mặt nh hình III.1, thiết kế theo tiêu chuẩn ACI 318-2002 Hình III.1: Mặt sn III.1.1 Tính theo phơng pháp PTHH: Vật liệu: -Bêtông M350 o fc=22.75MPa -Cáp ULT không kết dính loại T15, đờng kính d=15.24mm, đặt ống nhựa I20 Ap=140mm2 Eps=2.105 Mpa fpu=1860Mpa -Thép thờng AIII: fy=400MPa Tiết diện cấu kiện: Chiều dy sn Gs 330mm Kích thớc cột 1.2x1.2 (m) PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com TI LIU XY DNG 35 ======================================================================= ================================================================ Kích thớc mũ cột 1.4x1.4x0.15 (m) Kích thớc dầm biên 30x70 (cm) Tải trọng tác dụng lên sn: Chiều dy g TT tiêu chuẩn (mm) (kG/m3) (kG/m2) Gạch CERAMIC 300x300 loại 10 1800 18 Lớp vữa lót XM 50# 40 1800 72 Sn BTCT 330 2500 825 Lớp vữa trát trần XM 50# 15 1800 27 Các lớp sn Tổng tĩnh tải 942 Hoạt tải 200 Tải ULT cân bằng: w=0.9TLBT sn=0.9 u 825=743kG/m2 Tính hao ứng suất: Chọn ứng suất căng ban đầu: f pi d 0.8 f pu f pi d 0.94 f py Lấy f pi 0.75 u f pu = 0.75 u 1860 0.8 u 1860 1488( Mpa ) 0.94 u 1670 1570( Mpa ) 1395( MPa ) -Hao US ma sát: ứng suất trung bình sau hao ma sát: fp 1333.97( MPa ) -Hao US biến dạng neo: Sau thả neo, cho phép neo biến dạng 6mm: 'f 34.35( MPa ) ứng suất trung bình sau hao ma sát v biến dạng neo: f2 f p 'f 1333.97 34.35 1299.62( MPa ) Hao ứng suất nguyên nhân khác lấy :18%f2=18% u 1299.62=234(MPa) PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com 36 TI LIU XY DNG ======================================================================= ================================================================ - ứng suất hiệu quả: fse=f2-18%f2=1299.62-234=1065.62(MPa) Hình dạng cáp: Căn vo biểu đồ mô men tải trọng cân gây để bố trí cáp Việc xác định mô men ny đợc thực chơng trình SAFE 8.08 Hình III.2: Hình dạng cáp dải CSX1, CSX5 Hình III.3: Hình dạng cáp dải CSX2, CSX4, MSX1, MSX4, MSX2, MSX3 Hình III.4: Hình dạng cáp dải CSX3 PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com 37 TI LIU XY DNG ======================================================================= ================================================================ Hình III.5: Hình dạng cáp dải CSY1, CSY5 Hình III.6: Hình dạng cáp dải CSY2, CSY4, MSY1, MSY4, MSY2, MSY3 Hình III.7: Hình dạng cáp dải CSY3 -Lớp bảo vệ: 30mm -Cáp uốn cách tâm cột 0.1L Đối với nhịp 9m: 0.1 u 9=0.9 (m) Đối với nhịp 8.5m: 0.1 u 8.5=0.85 (m) Đối với nhịp 17.5m: 0.1 u 17.5=1.75 (m) Đối với nhịp 17m: 0.1 u 17=1.7 (m) -Cáp lệch tâm lớn nhịp Theo phơng X: PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com TI LIU XY DNG 38 ======================================================================= ================================================================ -Độ lệch tâm cáp nhịp: e1 330 20 30 20 105(mm) 2 -Độ lệch tâm cáp đầu cột: e2 330 20 30 2 125(mm) 125(mm) -Độ lệch tâm tơng đơng cáp: s1 167.5(mm) s2 230(mm) Theo phơng Y: -Độ lệch tâm cáp nhịp: e1 330 20 30 2 -Độ lệch tâm cáp đầu cột: e2 330 20 30 20 105(mm) 2 -Độ lệch tâm tơng đơng cáp: s1 177.5(mm) s2 230(mm) Lực ULT yêu cầu cho dải: M s Pyc M: Mô men tải cân gây Lực ULT cáp: P1cap f se u 140 1000 1065.62 u 140 1000 149.2(kN ) Số lợng cáp cần thiết: n= Pyc P1cap Kết lập thnh bảng PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com TI LIU XY DNG 39 ======================================================================= ================================================================ Bảng III.1 Tính toán số lợng cáp cần thiết Tên dải CSX2 v CSX4 CSX3 CSX1 v CSX5 MSX2 v MSX3 MSX1 v MSX4 CSY1 v CSY5 MSY1 v MSY4 CSY2 v CSY4 CSY3 MSY2 v MSY3 Độ lệch tâm M tải Bề rộng dải cáp cân (mm) (kGm) (m) 167.5 64956.25 4.375 167.5 55218.15 4.5 230 16207 2.125 167.5 5636 4.5 167.5 20505 4.25 177.5 13741 2.25 177.5 23066 4.5 177.5 68688.5 4.375 177.5 33795.5 4.25 177.5 5325 4.25 Pyc (kN) 3877.99 3296.61 704.65 336.48 1224.18 774.14 1299.49 3869.77 1903.97 300.00 P1cáp Số cáp (kN) 149.2 149.2 149.2 149.2 149.2 149.2 149.2 149.2 149.2 149.2 38 42 8 38 42 Kiểm tra ứng suất sn: 6.1 Lúc buông neo: Lúc buông neo, sn chịu tác dụng lực: lực ULT, trọng lợng thân sn -Lực ULT: P=nAcapf2 n Số cáp Acap=140mm2 Diện tích cáp f2=1299.62MPa ứng suất sau hao ma sát v buông neo Tuỳ thuộc vo hình dạng cáp, lực ULT gây tải trọng cân tác dụng lên sn hớng xuống hớng lên, tải cân có giá trị: Tại nhịp, lực hớng lên: w 8u P u s (kG / m ) l u bd Tại đầu cột, lực hớng xuống: w u P u e2 (kG / m ) l u bd bd: bề rộng dải l: khoảng cách điểm uốn cáp Giá trị tải cân đợc lập thnh bảng PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com TI LIU XY DNG 40 ======================================================================= ================================================================ Bảng III.2 Tải trọng cân lực ULT sau buông neo gây Tên dải Số cáp CSX2 v CSX4 38 F (kN) 6913.98 bd (m) 4.375 CSX3 42 7641.77 4.5 CSX1 v CSX5 909.73 2.125 MSX2 v MSX3 545.84 4.5 MSX1 v MSX4 1455.57 4.25 CSY1 v CSY5 909.73 2.25 MSY1 v MSY4 1455.57 4.5 CSY2 v CSY4 38 6913.98 4.375 CSY3 42 7641.77 4.25 MSY2 v MSY3 545.84 4.25 Vị trí nhịp AC, CE trục C nhịp AB, DE nhịp BD trục B, D nhịp AB, DE nhịp BC, CD trục B, D trục C nhịp AC,CE trục C nhịp AC, CE trục C nhịp 12, 45 nhịp 23, 34 trục 2, trục nhịp 13, 35 trục nhịp 13, 35 trục nhịp 12, 45 nhịp 24 trục 2, nhịp 13,35 trục l (m) 17.5 3.5 17 2.6 8.5 1.75 1.7 17.5 3.5 17.5 3.5 8.5 1.75 1.8 17.5 3.5 17.5 3.5 8.5 18 2.65 17.5 3.5 w (kG/m2) 691.48 12209.24 2809.32 1081.19 24039.67 708.23 1090.27 13270.87 13723.23 53.07 937.11 149.86 2645.97 794.66 918.47 10295.43 9564.06 149.98 2068.04 949.49 9887.11 3533.91 1021.12 20486.50 59.55 821.13 ứng suất cho phép: + ứng suất nén: 0.6fci lúc buông neo, cờng độ bêtông: fci=0.8fc=0.8 u 22.75=18.2(MPa) o 0.6fci=0.6 u 18.2=10.92 (MPa) + ứng suất kéo: đầu cột: 0.5 f ' ci nhịp: 0.25 f ' ci 0.5 u 18.2 0.25 u 18.2 2.13( MPa) 1.01( MPa) PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com TI LIU XY DNG 41 ======================================================================= ================================================================ ứng suất bê tông: f P M r A W 6.2 Trong giai đoạn sử dụng: Trong giai đoạn sử dụng, sn chịu tác dụng lực: lực ULT, tĩnh tải, hoạt tải -Lực ULT: P=nAcapfse n Số cáp Acap=140mm2 Diện tích cáp fse=1065.62 MPa ứng suất hiệu sau hao ứng suất Tuỳ thuộc vo hình dạng cáp, lực ULT gây tải trọng cân tác dụng lên sn hớng xuống hớng lên, tải cân có giá trị: Tại nhịp, lực hớng lên: w 8u P u s (kG / m ) l u bd Tại đầu cột, lực hớng xuống: w u P u e2 (kG / m ) l u bd bd: bề rộng dải l: khoảng cách điểm uốn cáp Giá trị tải cân đợc lập thnh bảng ứng suất cho phép: + ứng suất nén lớn nhất: 0.6fc=0.6 u 22.75=13.65 (Mpa) + ứng suất kéo: đầu cột: 0.5 f ' c nhịp: f 'c 0.5 u 22.75 22.75 2.38( MPa) 4.77( MPa) PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com TI LIU XY DNG 42 ======================================================================= ================================================================ Bảng III.3 Tải trọng cân lực ULT gây Vị trí bd (m) 4.375 nhịp AC, CE trục C 4.5 nhịp AB, DE nhịp BD trục B, D 2.125 nhịp AB, DE nhịp BC, CD trục B, D trục C l (m) 17.5 3.5 17 2.6 8.5 1.75 1.7 w (kG/m2) 566.98 10010.93 2303.49 886.52 19711.27 580.71 893.97 10881.42 11252.32 nhịp AC,CE trục C 17.5 3.5 43.52 768.38 nhịp AC, CE trục C nhịp 12, 45 nhịp 23, 34 trục 2, trục 17.5 3.5 8.5 1.75 1.8 122.87 2169.55 651.58 753.10 8441.71 7842.03 nhịp 13, 35 trục 4.375 nhịp 13, 35 trục 4.25 nhịp 12, 45 nhịp 24 trục 2, 17.5 3.5 17.5 3.5 8.5 18 2.65 122.98 1695.68 778.53 8106.91 2897.62 837.27 16797.85 4.25 17.5 3.5 48.83 673.29 Tên dải Số cáp CSX2 v CSX4 38 F (kN) 5669.10 CSX3 42 6265.85 CSX1 v CSX5 745.93 MSX2 v MSX3 447.56 4.5 MSX1 v MSX4 1193.49 4.25 CSY1 v CSY5 745.93 2.25 MSY1 v MSY4 1193.49 4.5 CSY2 v CSY4 38 5669.10 CSY3 42 6265.85 MSY2 v MSY3 447.56 nhịp 13,35 trục PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com 43 TI LIU XY DNG ======================================================================= ================================================================ 6.3 Đặt cốt thép thờng: Với vị trí có ứng suất vợt ứng suất cho phép cần đặt thêm thép thờng: fc: ứng suất nén ft: ứng suất kéo G G s : tiết diện nhịp G G s G mc : tiết diện cột G mc : chiều dy mũ cột Lực kéo: T u ft u y Diện tích thép yêu cầu: As T fy /2 6.4 Kiểm tra khả chịu lực: Tải trọng tác dụng: tĩnh tải v hoạt tải tính toán Theo ACI 318 2002, hệ số vợt tải tĩnh tải l 1.2, hoạt tải l 1.6 - Kiểm tra khả chịu uốn: Đối với nhịp có tỷ lệ (nhịp/chiều cao tiết diện) d 35, ứng suất phá hoại cáp: f pe f se 70 f 'c 100 U p nhng không đợc lớn fpy=1670Mpa v (fse+400)=1065.62+400=1465.62 (MPa) Đối với nhịp có tỷ lệ (nhịp/chiều cao tiết diện)>35, ứng suất phá hoại cáp: f pe f se 70 f 'c 300 U p nhng không đợc lớn fpy=1670MPa v (fse+200)=1065.62+200=1265.62(MPa) Up Điều kiện chịu uốn: A pe bd d p M f d Mu Mf: mô men mép cột mô men nhịp PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Share-connect.blogspot.com 44 TI LIU XY DNG ======================================================================= ================================================================ Mô men giới hạn: a a 0.9[ A pe f pe (d p ) As f y (d )] 2 Mu với - a A pe f pe A p f y 0.85 f ' c bd Kiểm tra khả chịu cắt: Điều kiện chịu cắt: vc V DMc r d IQ u Ac Jc Các đặc trng tiết diện chịu cắt đợc tính theo công thức từ (II.29) đến (II.36) + Cột góc: c=0.4467m; Ac=0.7896 m2; Jc=0.1522 m4 + Cột biên: c=0.4316m; Ac=1.1648 m2; Jc=0.2262 m4 + Cột giữa: c=0.74 m; Ac=1.6576 m2; Jc=0.6105 m4 + Cột biên: c=0.74 m; Ac=1.1648 m2; Jc=0.4915 m4 Kết đợc lập thnh bảng (xem phụ lục) 6.5 Kiểm tra độ võng: Độ võng di hạn: ' 'e+F'dh ' với F=2 4.5(cm) >'@ Thoả mãn PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc [...]... Phơng pháp khung tơng đơng: Vì lực cắt v mô men uốn trong sn l do tải trọng thẳng đứng tác dụng lên từng sn nên có thể phân tích độc lập từng sn Phơng pháp khung tơng đơng đợc dùng để xác định nội lực cho sn, số nhịp bất kỳ, nhịp có thể l đều hoặc không đều nhau Theo phơng pháp ny, tởng tợng cắt ton bộ sn dọc theo đờng tim của sn, tạo thnh khung theo cả 2 phơng, gọi l khung tơng đơng Khung tơng đơng... ======================================================================= ================================================================ - Căng bằng nguyên lý điện học: phơng pháp ny tạo lực ULT bằng cách nung nóng cáp bằng dòng điện, cáp đợc neo trớc khi đổ bê tông Thép đợc nung nóng ở nhiệt độ 300-4000C trong vòng 3-5 phút Thép sẽ giãn di ra khoảng 0.4-0.5% Sau khi nguội, thép sẽ co ngắn lại nhng bị neo cản trở Thời gian thép nguội khoảng... đồng thời của bản v dầm Lúc đó, công thức (II.4) trở thnh: 1 K ec 1 1 Ư K c K t ( I sb I s ) (II.7) II.2.2.3 Tính toán mô men trong khung tơng đơng: Có thể sử dụng máy tính với các chơng trình tính toán theo phơng pháp phần tử hữu hạn để xác định mô men trong khung tơng đơng II.2.3 Phơng pháp phần tử hữu hạn: Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin v các phần mềm tính toán theo phơng... Các phơng pháp thiết kế: phân phối trực tiếp, khung tơng đơng v PTHH đều có thể sử dụng trong thiết kế sn bê tông ULT v đều dựa trên quan niệm bê tông ULT l vật liệu đn hồi Phơng pháp phân phối trực tiếp có phạm vi áp dụng hẹp hơn 2 phơng pháp còn lại v khó khăn trong việc tính toán bản sn theo trạng thái giới hạn thứ 2 (kiểm tra võng v nứt) Phơng pháp khung tơng đơng có phạm vi áp dụng rộng rãi hơn,... P Pyc u l (II.13) n P P1cap (II.14) Số lợng cáp cần thiết: Cáp ULT qua cột hoặc xung quanh mép cột góp phần lớn hơn vo khả năng chịu tải so với thép ULT ở xa cột Vì vậy nên bố trí khoảng 65-75% cáp cho dải cột, còn lại bố trí cho dải giữa 6- Kiểm tra các giai đoạn lm việc của sn,khả năng chịu lực, võng, nứt: Sử dụng khung tơng đơng để tính toán, kiểm tra sn - Kiểm tra các giai đoạn lm việc của sn:... f py Lấy f pi 0.75 u f pu = 0.75 u 1860 0.8 u 1860 1488( Mpa ) 0.94 u 1670 1570( Mpa ) 1395( MPa ) -Hao US do ma sát: ứng suất trung bình sau khi hao ma sát: fp 1333.97( MPa ) -Hao US do biến dạng neo: Sau khi thả neo, cho phép neo biến dạng 6mm: 'f 34.35( MPa ) ứng suất trung bình sau khi hao ma sát v biến dạng neo: f2 f p 'f 1333.97 34.35 1299.62( MPa ) Hao ứng suất do các nguyên nhân khác lấy... phía dới sn cùng với cánh tay đòn ny đợc coi nh một cấu kiện, đợc gọi l cột tơng đơng cánh tay đòn bề rộng dầm - bản Hình II.3 Cột tơng đơng Độ cứng của cột tơng đơng đợc tính nh sau: 1 K ec Trong đó: Kec: ƯK 1 1 Ư Kc Kt (II.4) độ cứng của cột tơng đơng c : tổng độ cứng của cột phía trên v phía dới sn Độ cứng của cột: Kc=kcEI/lc Với cột có tiết diện không đổi: kc=4 lc : chiều di của cột đợc tính từ... pháp đều có các u nhợc điểm riêng Vì vậy, vấn đề đặt ra đối với ngời thiết kế l lựa chọn quan niệm no để đơn giản hoá việc phân tích v tính toán, phù hợp với công cụ thiết kế hiện có Kết cấu BTCT nói chung v kết cấu bê tông ULT nói riêng đợc tính toán theo hai trạng thái giới hạn: - Trạng thái giới hạn thứ nhất: về khả năng chịu lực - Trạng thái giới hạn thứ hai: về điều kiện sử dụng bình thờng (điều... miền hoặc các kết cấu con đợc gọi l các PTHH, chúng có thể có dạng hình học v kích thớc khác nhau, tính chất vật liệu đợc giả thiết không thay đổi trong mỗi phần tử nhng có thể thay đổi từ phần tử ny sang phần tử khác Kích thớc hình học v số lợng các phần tử không những phụ thuộc vo hình dáng hình học v tính chất chịu lực của kết cấu (bi toán phẳng hay bi toán không gian, hệ thanh hay hệ tấm vỏ ) m... ======================================================================= ================================================================ 6- Tuỳ thuộc vo kết quả của bớc 5, có thể điều chỉnh chiều dy sn v lực ULT Có thể bổ sung cốt thép thờng để hạn chế vết nứt v tăng khả năng chịu cắt, lợng thép ny thờng bố trí qua đầu cột hoặc nhịp biên II.1.4 Nhận xét: Việc thiết kế sn bê tông ULT đều có thể sử dụng các quan niệm phân