THIẾT KẾ SÀN BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC, PGS. PHAN QUANG MINH

PGS Phan Quang Minh (HUCE) Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc Hà nội 2007 Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 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) bê tông, thông qua lực nén trớc để tạo phân bố lợng ứng suất bên phù hợp nhằm cân với lợng mong muốn ứng suất tải trọng 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 nhân tố dẫn đến việc xuất loại vật liệu hỗn hợp bê tông cốt thép (BTCT) Việc xuất sớm vết nứt BTCT biến dạng không tơng thích thép bê tông điểm khởi đầu cho việc xuất loại vật liệu bê tông ứng suất trớc Việc tạo ứng suất nén cố định cho vật liệu chịu nén tốt nhng chịu kéo nh bê tông làm tăng đáng kể khả chịu kéo ứng suất kéo xảy sau ứng suất nén bị vô hiệu Sự khác BTCT bê tông ULT chỗ BTCT kết hợp đơn bê tông cốt thép để chúng làm việc cách bị động bê tông ULT kết hợp cách tích cực, có chủ ý bê tông cờng độ cao cốt thép cờng độ cao Trong cấu kiện bê tông ULT, ngời ta đặt vào lực nén trớc tạo việc kéo cốt thép, nhờ tính đàn hồi, cốt thép có xu hớng co lại tạo nên lực nén trớc, lực nén trớc gây nên ứng suất nén trớc bê tông triệt tiêu hay làm giảm ứng suất kéo tải trọng sử dụng gây ra, làm tăng khả chịu kéo bê tông làm hạn chế phát triển vết nứt Sự kết hợp hiệu tận dụng đợc tính chất đặc thù hai loại vật liệu, thép có tính đàn hồi cờng độ chịu kéo cao bê tông vật liệu dòn có cờng độ chịu kéo nhỏ so với cờng độ chịu nén Nh ứng lực trớc việc tạo cho kết cấu cách có chủ ý ứng suất tạm thời nhằm tăng cờng làm việc vật liệu điều kiện sử dụng khác Chính PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ bê tông ULT trở thành 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 dùng đợc thép cờng độ cao ứng suất thép thông thờng giảm từ 100 đến 240Mpa , nh vậy, để phần ứng suất bị phần nhỏ ứng suất ban đầu ứng suất ban đầu thép phải cao, vào khoảng 1200 đến 2000Mpa Để đạt đợc điều việc sử dụng thép cờng độ cao thích hợp Cần phải sử dụng bê tông cờng độ cao BTCT ULT loại vật liệu có khả chịu kéo, chịu cắt, chịu uốn cao sức chịu tải cao Bê tông cờng độ cao xảy vết nứt co ngót, có mô đun đàn hồi cao hơn, biến dạng từ biến hơn, ứng suất trớc thép bị Việc sử dụng bê tông cờng độ cao làm giảm kích thớc tiết diện ngang cấu kiện Việc giảm trọng lợng cấu kiện, vợt nhịp lớn làm tăng hiệu kinh tế 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 biến dạng bé hơn) Các phơng pháp gây ứng suất trớc: I.2.1 Phơng pháp căng trớc: Phơng pháp thờng sử dụng cho quy trình sản xuất cấu kiện đúc sẵn Cốt thép ULT đợc neo đầu cố định vào bệ đầu đợc kéo với lực kéo N Dới tác dụng lực N, cốt thép đợc kéo giới hạn đàn hồi giãn dài đoạn, tơng ứng với ứng suất xuất cốt thép Khi đó, đầu lại cốt thép đợc cố định nốt vào bệ Đổ bê tông, đợi cho bê tông đông cứng đạt cờng độ cần thiết buông cốt thép Nh lò so bị kéo căng, cốt thép có xu hớng co ngắn lại thông qua lực dính thép 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 sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ căng trớc phân bố lực nén đặn cấu kiện Nhợc điểm phơng pháp 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 thờng sử dụng cho kết cấu bê tông đổ chỗ Trớc hết đặt thép ULT cốt thép thông thờng đổ bê tông Khi bê tông đạt đến cờng độ định tiến hành căng cốt thép với ứng suất quy định Sau căng xong, cốt thép ULT đợc neo chặt vào 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 làm loại: kết cấu bê tông ULT dùng cáp dính kết 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 hành bơm vữa xi măng mác cao để chèn lấp khe hở cáp thép ống gen Đầu cáp thép đợc neo chặt nêm vào bê tông trở thành điểm tựa truyền lực nén vào bê tông Ưu điểm phơng pháp căng sau không cần bệ tỳ riêng, dễ dàng thi công kéo căng thép vị trí kết cấu công trình nh thân xi lô, ống khói, dầm, sàn PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 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: Ngoài phơng pháp căng trớc 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 này, trình ninh kết phát triển cờng độ, xi măng nở làm tăng thể tích, cốt thép bê tông ngăn cản dãn nở xi măng, kết bê tông có lực nén khoảng 600-700Mpa Ngời ta sử dụng loại xi măng đặc biệt cho trơng nở Song, thực tế biến xi măng Pooclang thông thờng thành loại xi măng đặc biệt cách trộn thêm phụ gia aluminat thạch cao Loại xi măng trơng nở tự tạo ứng suất trớc dùng để chế tạo kết cấu nh bể chứa, cầu tàu, cọc, dầm, panen mái che cho nhà công nghiệp Phơng pháp gọi phơng pháp hoá học để tạo ULT I.2.3.2 Dùng kích ép để tạo ứng suất trớc: Khác với phơng pháp căng trớc căng sau, kích đặt đầu kết cấu không dùng để kéo căng cốt thép mà dùng để ép chặt cấu kiện bê tông lại, cáp cốt thép đợc neo vào gối tựa Sau bỏ kích ra, tạo trờng ULT đợc trì kết cấu PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ Hình I.3: Sơ đồ tạo ULT kích ép - 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 giá trị mô đun đàn hồi lớn Theo tiêu chuẩn ấn Độ IS:1343-1980, cờng độ chịu nén khối lập phơng 28 ngày tuổi 40Mpa cấu kiện căng trớc 30Mpa cấu kiện căng sau Theo tiêu chuẩn ACI318, bê tông đạt cờng độ chịu nén 28 ngày 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 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) vào 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 làm việc (sau xảy tổn hao ứng suất): + ứng suất nén lớn tải trọng dài hạn: 0.45fc PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ + 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 kiểm tra chứng tỏ đợc kết cấu không bị h hỏng I.3.1.2 Mô đun đàn hồi bê tông: Đặc trng ứng suất - biến dạng bê tông chịu nén tuyến tính nhng với tải trọng không vợt 30% cờng độ phá hoại giả thiết biến dạng tuyến tính Cần xác định đặc tính biến dạng bê tông dới tác dụng tải trọng ngắn hạn tải trọng dài hạn để xác định cờng độ chịu uốn mô đun đàn hồi, từ tính toán độ võng cấu kiện ứng suất trớc Mô đun đàn 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 đàn hồi bê tông: Ec=4730 f c' (Mpa) I.3.2 Thép cờng độ cao: Thép ứng suất trớc 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 thành cuộn đợc cắt lắp nhà 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 loại cáp sợi, có cờng độ chịu kéo tới hạn fpu 1720Mpa 1860Mpa, kết dính không kết dính Hiện nay, loại cáp đơn sợi có loại cáp bao gồm nhiều cáp đơn kết hợp với Loại cáp có u điểm mỏng, nhẹ dẻo - Thép sử dụng cho bê tông ƯLT tuân theo tiêu chuẩn ASTM A-322 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 1000 MPa Hầu hết tiêu chuẩn thờng đa giới hạn chảy nhỏ PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 896 MPa giá trị thực tế cao Độ giãn dài nhỏ lúc phá hoại vị trí chiều dài 20 lần đờng kính 4%, với độ giảm nhỏ tiết diện lúc phá hoại 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 đợc tôi, làm 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 0.94fpy + ứng suất kéo lớn sau truyền lực ứng suất trớc không đợc vợt số nhỏ của: 0.74fpu 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 đàn hồi Độ dãn dài 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 sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ I.3.3 Các vật liệu khác: Ngoài vật liệu bê tông cờng độ cao 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 làm giảm ma sát cuộn mép theo kiểu xoắn ruột gà - ống gen loại ống kim loại, ống tròn trơn có bề dày - 4mm Yêu cầu ống gen phải chống thấm tốt để giữ cho nớc xi măng không thấm vào ống trình đổ bê tông 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 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 neo, cần lấp đầy kẽ hở ống gen vữa xi măng Vữa đợc vào ống gen dới áp lực khoảng 6atm Cờng độ vữa sau ngày 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 đó, thép ULT đợc căng hai khối neo trớc đổ bê tông, lực căng đợc tạo kích thuỷ lực kích vít lớn PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ I.4.1 Phơng pháp căng sau: Các thiết bị cần thiết phơng pháp căng sau bao gồm: - Bơm kích tạo ULT - Neo - Máy luồn cáp - Thiết bị cắt cáp - Hỗn hợp vữa bơm vữa Máy luồn cáp thiết bị để bơm vữa cần thiết cấu kiện bê tông ULT sử dụng cáp dính kết Cáp đợc luồn vào ống dẫn trớc đặt ống dẫn vào vị trí sau đặt ống dẫn vào 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 dài (dới 30m), bố trí đầu neo cố định đầu neo công tác Khi cáp dài 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 dài đầu neo đoạn đợc cắt ngắn sau truyền lực ứng suất Hiện neo công tác đợc sử dụng phổ biến 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 lò xo để tránh ứng suất cục bê tông vùng neo Nêm hình côn tự động dịch chuyển phía đệm để khoá cáp có tác dụng nh phận truyền ứng suất tự động Neo đợc chế tạo để thuận lợi cho việc đo độ dãn dài cáp gia tải ULT Có dạng thiết bị căng thép - Căng thiết bị khí: thiết bị thờng bao gồm khối nặng có truyền lực đòn bẩy, truyền lực bánh kết hợp với khối ròng rọc có bánh máy sợi Thiết bị đợc sử dụng chủ yếu để sản xuất thành phẩm bê tông ULT nhà máy với quy mô lớn - Căng thiết bị thuỷ lực: 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 phải đo xác lực căng suốt trình căng PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 30 Hình II.10 Mô hình cáp thực tế Phơng pháp PTHH dễ dàng mô hình đợc tải trọng cân tơng ứng theo quỹ đạo cáp II.5 Thiết kế sàn bê tông ứng suất trớc với lới cột ngẫu nhiên: Đối với mặt sàn có lới cột ngẫu nhiên áp dụng phơng pháp phân phối trực tiếp phơng pháp khung tơng đơng Trong trờng hợp này, cần xét đến làm việc tổng thể toàn sàn áp dụng phơng pháp PTHH với hỗ trợ phần mềm thiết kế để tính toán Do việc mô hình hoá cáp phơng pháp PTHH khó khăn, việc tính toán, phân tích phải trải qua giai đoạn làm việc khác kết cấu nên luận văn sử dụng phơng pháp cân tải trọng nh trình bày II.4 Các tải trọng cân đợc quy tải phân bố 1m2 sàn Sàn đợc chia thành dải có bề rộng tuỳ thuộc vào quy định ngời thiết kế Tuỳ thuộc vào hình dạng cáp, lực ULT gây tải trọng cân tác dụng lên sàn hớng xuống hớng lên, tải cân có giá trị: Tại nhịp, lực hớng lên: w= 8ì P ì s (kG / m ) l ì bd (II.36) Tại đầu cột, lực hớng xuống: w= ì P ì e2 (kG / m ) l ì 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 sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 31 Hình II.12 Tải trọng cân sàn lực ULT gây Quy trình thiết kế: Quy trình thiết kế theo bớc phơng pháp cân tải trọng đợc bổ sung thêm số bớc để phù hợp với việc tính toán theo phơng pháp PTHH 1- Tính toán sơ chiều dày sàn, loại vật liệu sử dụng, tham khảo theo bảng II.1 2- Xác định tải trọng cân Tải trọng cân thờng chọn vào khoảng 0.8-1 lần trọng lợng thân sàn 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 tải trọng hớng lên, phân bố 1m2 sàn Tải trọng gây mô men M dải sàn Việc xác định mô men đợc thực cách sử dụng phần mềm tính toán sàn Căn vào biểu đồ mô men để bố trí cáp Với lới cột ngẫu nhiên, việc bố trí cáp phải tiến hành 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 sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ (II.38) 32 Khi có trốn cột lới cột đặn, tồn dải cột dải nhịp M mô men tải cân gây dải sàn Số lợng cáp cần thiết: n= Pyc P1cap (II.39) 5- Vào 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) (II.37) 6- Phân tích sàn với tải trọng (sử dụng phần mềm tính toán sàn) 7- Kiểm tra sàn ứng với giai đoạn làm việc, kiểm tra khả chịu lực độ võng Sử dụng công thức tính toán từ (II.15) đến (II.35) - Tại giai đoạn làm việc sàn: ứng suất bê tông: f = P M A W Trong đó: M: mô men trờng hợp tải ứng với giai đoạn làm việc sàn gây Mô men đợc tính vị trí mép cột ứng với giai đoạn buông neo M mô men lực ULT sau hao ma sát buông neo trọng lợng thân sàn gây ứng với giai đoạn sử dụng M mô men lực ULT hiệu sau hao ứng suất tải trọng tĩnh tải, hoạt tải gây P: - lực ULT ứng với giai đoạn làm việc sàn Kiểm tra khả chịu lực: + Khả chịu uốn: M f 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 u vc : ứng suất cắt mép cột vu : ứng suất cắt tới hạn PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 33 vc vu đợc tính toán theo công thức từ (II.24) đến (II.34) - Kiểm tra độ võng: =e+Fdh e: độ võng tức thời tổng tải trọng gây dh: độ võng tức thời tải trọng dài hạn gây độ võng phần tĩnh tải không đợc cân lực ULT gây F: hệ số độ võng dài 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 sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 34 Chơng III Thí dụ tính toán III.1 Thí dụ: Sàn phẳng bê tông ULT căng sau với mặt nh hình III.1, thiết kế theo tiêu chuẩn ACI 318-2002 Hình III.1: Mặt sàn III.1.1 Tính theo phơng pháp PTHH: Vật liệu: -Bêtông M350 fc=22.75MPa -Cáp ULT không kết dính loại T15, đờng kính d=15.24mm, đặt ống nhựa 20 Ap=140mm2 Eps=2.105 Mpa fpu=1860Mpa -Thép thờng AIII: fy=400MPa Tiết diện cấu kiện: Chiều dày sàn s = 330mm Kích thớc cột 1.2x1.2 (m) PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 35 Kích thớc mũ cột 1.4x1.4x0.15 (m) Kích thớc dầm biên 30x70 (cm) Tải trọng tác dụng lên sàn: Chiều dày g TT tiêu chuẩn (mm) (kG/m3) (kG/m2) Gạch CERAMIC 300x300 loại 10 1800 18 Lớp vữa lót XM 50# 40 1800 72 Sàn BTCT 330 2500 825 Lớp vữa trát trần XM 50# 15 1800 27 Các lớp sàn Tổng tĩnh tải 942 Hoạt tải 200 Tải ULT cân bằng: w=0.9TLBT sàn=0.9 ì 825=743kG/m2 Tính hao ứng suất: Chọn ứng suất căng ban đầu: f pi 0.8 f pu = 0.8 ì 1860 = 1488( Mpa ) f pi 0.94 f py = 0.94 ì 1670 = 1570( Mpa ) Lấy f pi = 0.75 ì f pu = 0.75 ì 1860 = 1395( MPa ) -Hao US ma sát: ứng suất trung bình sau hao ma sát: f p = 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 biến dạng neo: f = f p f = 1333.97 34.35 = 1299.62( MPa ) Hao ứng suất nguyên nhân khác lấy :18%f2=18% ì 1299.62=234(MPa) PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 36 - ứng suất hiệu quả: fse=f2-18%f2=1299.62-234=1065.62(MPa) Hình dạng cáp: Căn vào biểu đồ mô men tải trọng cân gây để bố trí cáp Việc xác định mô men 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 sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 37 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 ì 9=0.9 (m) Đối với nhịp 8.5m: 0.1 ì 8.5=0.85 (m) Đối với nhịp 17.5m: 0.1 ì 17.5=1.75 (m) Đối với nhịp 17m: 0.1 ì 17=1.7 (m) -Cáp lệch tâm lớn nhịp Theo phơng X: PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 38 -Độ lệch tâm cáp nhịp: e1 = 330 20 30 20 = 105(mm) 2 -Độ lệch tâm cáp đầu cột: e2 = 330 20 30 = 125(mm) 2 -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 = 125(mm) 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: Pyc = M s M: Mô men tải cân gây Lực ULT cáp: P1cap = f se ì 140 140 = 1065.62 ì = 149.2(kN ) 1000 1000 Số lợng cáp cần thiết: n= Pyc P1cap Kết lập thành bảng PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 39 Bảng III.1 Tính toán số lợng cáp cần thiết Tên dải CSX2 CSX4 CSX3 CSX1 CSX5 MSX2 MSX3 MSX1 MSX4 CSY1 CSY5 MSY1 MSY4 CSY2 CSY4 CSY3 MSY2 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 sàn: 6.1 Lúc buông neo: Lúc buông neo, sàn chịu tác dụng lực: lực ULT, trọng lợng thân sàn -Lực ULT: P=nAcapf2 n Số cáp Acap=140mm2 Diện tích cáp f2=1299.62MPa ứng suất sau hao ma sát buông neo Tuỳ thuộc vào hình dạng cáp, lực ULT gây tải trọng cân tác dụng lên sàn hớng xuống hớng lên, tải cân có giá trị: Tại nhịp, lực hớng lên: w= 8ì P ì s (kG / m ) l ì bd Tại đầu cột, lực hớng xuống: w= ì P ì e2 (kG / m ) l ì bd bd: bề rộng dải l: khoảng cách điểm uốn cáp Giá trị tải cân đợc lập thành bảng PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 40 Bảng III.2 Tải trọng cân lực ULT sau buông neo gây Tên dải Số cáp CSX2 CSX4 38 F (kN) 6913.98 bd (m) 4.375 CSX3 42 7641.77 4.5 CSX1 CSX5 909.73 2.125 MSX2 MSX3 545.84 4.5 MSX1 MSX4 1455.57 4.25 CSY1 CSY5 909.73 2.25 MSY1 MSY4 1455.57 4.5 CSY2 CSY4 38 6913.98 4.375 CSY3 42 7641.77 4.25 MSY2 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 ì 22.75=18.2(MPa) 0.6fci=0.6 ì 18.2=10.92 (MPa) + ứng suất kéo: đầu cột: 0.5 f ' ci = 0.5 ì 18.2 = 2.13( MPa) nhịp: 0.25 f ' ci = 0.25 ì 18.2 = 1.01( MPa) PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 41 ứng suất bê tông: f = P M A W 6.2 Trong giai đoạn sử dụng: Trong giai đoạn sử dụng, sàn chịu tác dụng lực: lực ULT, tĩnh tải, hoạt tải P=nAcapfse -Lực ULT: n Số cáp Acap=140mm2 Diện tích cáp fse=1065.62 MPa ứng suất hiệu sau hao ứng suất Tuỳ thuộc vào hình dạng cáp, lực ULT gây tải trọng cân tác dụng lên sàn hớng xuống hớng lên, tải cân có giá trị: Tại nhịp, lực hớng lên: w= 8ì P ì s (kG / m ) l ì bd Tại đầu cột, lực hớng xuống: w= ì P ì e2 (kG / m ) l ì bd bd: bề rộng dải l: khoảng cách điểm uốn cáp Giá trị tải cân đợc lập thành bảng ứng suất cho phép: + ứng suất nén lớn nhất: 0.6fc=0.6 ì 22.75=13.65 (Mpa) + ứng suất kéo: đầu cột: 0.5 f ' c = 0.5 ì 22.75 = 2.38( MPa) nhịp: f ' c = 22.75 = 4.77( MPa) PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 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 CSX4 38 F (kN) 5669.10 CSX3 42 6265.85 CSX1 CSX5 745.93 MSX2 MSX3 447.56 4.5 MSX1 MSX4 1193.49 4.25 CSY1 CSY5 745.93 2.25 MSY1 MSY4 1193.49 4.5 CSY2 CSY4 38 5669.10 CSY3 42 6265.85 MSY2 MSY3 447.56 nhịp 13,35 trục PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 43 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 = s : tiết diện nhịp = s + mc : tiết diện cột mc : chiều dày mũ cột ì ft ì y Lực kéo: T= Diện tích thép yêu cầu: As = T fy /2 6.4 Kiểm tra khả chịu lực: Tải trọng tác dụng: tĩnh tải hoạt tải tính toán Theo ACI 318 2002, hệ số vợt tải tĩnh tải 1.2, hoạt tải 1.6 - Kiểm tra khả chịu uốn: Đối với nhịp có tỷ lệ (nhịp/chiều cao tiết diện) 35, ứng suất phá hoại cáp: f pe = f se + 70 + f 'c 100 p nhng không đợc lớn fpy=1670Mpa (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 p nhng không đợc lớn fpy=1670MPa (fse+200)=1065.62+200=1265.62(MPa) p = Điều kiện chịu uốn: A pe bd d p M f Mu Mf: mô men mép cột mô men nhịp PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 44 Mô men giới hạn: a a M u = 0.9[ A pe f pe (d p ) + As f y (d )] 2 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 Mc 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 thành bảng (xem phụ lục) 6.5 Kiểm tra độ võng: Độ võng dài hạn: =e+Fdh với F=2 = 4.5(cm) < [] Thoả mãn PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ [...]... uốn của bê tông 4 1 Từ biến của bê tông 6 5 Co ngót của bê tông 7 6 Chùng ứng suất của thép 8 8 Tổng cộng 25 20 Loại hao ứng suất PGS Phan Quang Minh( HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 12 Chơng II Các phơng pháp tính toán sn bê tông ứng lực trớc II.1 Các quan niệm phân tích kết cấu bê tông ứng lực trớc: Hiện nay, việc phân tích cấu kiện bê tông ULT... lợt thì sẽ xảy ra hao ứng suất do biến dạng đàn hồi của bê tông 2 Do chùng ứng suất trong 2 Do chùng ứng suất trong thép thép 3 Do co ngót của bê tông 3 Do co ngót của bê tông 4 Do từ biến của bê tông 4 Do từ biến của bê tông 5 Do ma sát 6 Do biến dạng neo Tổn hao ứng suất tổng cộng cho phép trong thiết kế: Khi thiết kế các cấu kiện bê tông ULT, ngời ta thờng giả thiết tổng tổn hao ứng suất bằng một tỷ... bởi lực ULT gây ra F: hệ số độ võng dài hạn Với kết cấu BT ULT, lực nén trớc ảnh hởng đến cả nội lực tính toán, do vậy quy trình thiết kế thờng phải thực hiện theo một quy trình lặp PGS Phan Quang Minh( HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 34 Chơng III Thí dụ tính toán III.1 Thí dụ: Sàn phẳng bê tông ULT căng sau với mặt bằng nh trên hình III.1, thiết kế. .. hệ kết cấu siêu tĩnh ứng với các giai đoạn làm việc của sàn có các trờng hợp kiểm tra nh sau: - Kiểm tra lúc buông neo: Lúc buông neo, sàn chịu tác dụng của các lực: lực ULT, trọng lợng bản thân sàn - Kiểm tra trong giai đoạn sử dụng: Vói các tải trọng: lực ULT, tĩnh tải tiêu chuẩn và hoạt tải tiêu chuẩn - Kiểm tra khả năng chịu lực của sàn: PGS Phan Quang Minh( HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực. .. làm việc và cho phép ngời thiết kế đánh giá đợc độ võng của sàn một cách trực quan thông qua việc áp dụng các chơng trình máy tính Hiện nay, phơng pháp phổ biến và hiệu quả để thiết kế sàn bê tông ULT là phơng pháp cân bằng tải trọng, sử dụng khung tơng đơng để phân phối mô men do lực ULT và do các tải trọng tác dụng lên sàn PGS Phan Quang Minh( HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu... của sàn, kiểm tra độ võng và khả năng chịu lực PGS Phan Quang Minh( HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 14 6- Tuỳ thuộc vào kết quả của bớc 5, có thể điều chỉnh chiều dày sàn và lực ULT Có thể bổ sung cốt thép thờng để hạn chế vết nứt và tăng khả năng chịu cắt, lợng thép này thờng bố trí qua đầu cột hoặc nhịp biên II.1.4 Nhận xét: Việc thiết kế sàn bê tông. .. 8e2 P (0.1L + 0.1L' ) 2 wb 2 = 8s 2 P L' 2 PGS Phan Quang Minh( HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 30 Hình II.10 Mô hình cáp trong thực tế Phơng pháp PTHH có thể dễ dàng mô hình đợc tải trọng cân bằng tơng ứng theo quỹ đạo cáp II.5 Thiết kế sàn bê tông ứng suất trớc với lới cột ngẫu nhiên: Đối với mặt bằng sàn có lới cột ngẫu nhiên thì không thể áp dụng... Độ cứng của cột tơng đơng đợc tính nh sau: 1 = K ec Trong đó: Kec: K 1 1 + Kc Kt (II.4) độ cứng của cột tơng đơng c : tổng độ cứng của cột phía trên và phía dới sàn Độ cứng của cột: Kc=kcEI/lc Với cột có tiết diện không đổi: kc=4 lc : chiều dài của cột đợc tính từ tâm sàn tầng dới đến tâm sàn tầng trên Kt: độ cứng chống xoắn của cánh tay đòn PGS Phan Quang Minh( HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực. .. uốn của cáp PGS Phan Quang Minh( HUCE) - Thiết kế sàn bê tông ứng lực trớc Ti liu ny c lu tr ti http://tailieuxd.com/ 31 Hình II.12 Tải trọng cân bằng trong sàn do lực ULT gây ra Quy trình thiết kế: Quy trình thiết kế về cơ bản vẫn theo các bớc của phơng pháp cân bằng tải trọng và đợc bổ sung thêm một số bớc để phù hợp với việc tính toán theo phơng pháp PTHH 1- Tính toán sơ bộ chiều dày sàn, loại vật... kiện bê tông I.5 Tổn hao ứng suất: ứng suất ban đầu trong bê tông sẽ giảm theo thời gian từ khi truyền ứng suất do nhiều nguyên nhân Hiện tợng này đợc gọi là tổn hao ứng suất Việc xác định chính xác độ lớn của tổn hao ứng suất rất cần thiết khi thiết kế Có nhiều nguyên nhân gây tổn hao ứng suất Có loại hao ứng suất xảy ra ngay sau khi truyền ứng suất, có loại hao ứng suất xảy ra theo thời gian PGS Phan