Luận văn thạc sĩ xây dựng Thiết kế sàn không dầm bê tông ứng lực trước căng sau theo tiêu chuẩn eurocode 2

Khoa đào tạo trên đại học, Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội, dưới sự giảng dạy của các thầy giáo trong khoa, sự giúp đỡ tận tình của Ban chủ nhiệm Khoa và cán bộ công nhân viên trong Khoa

Trường đại học kiến trúc hà nội

-

Vũ mạnh linh

Thiết kế sàn không dầm bê tông cốt thép

ứng lực trước căng sau theo tiêu chuẩn eurocode 2

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng & công nghiệp

Hà nội – 2011

Trường đại học kiến trúc hà nội

-

Vũ mạnh linh

Khoá: 2008 – 2011, lớp: CH2008x

Thiết kế sàn không dầm bê tông cốt thép

ứng lực trước căng sau theo tiêu chuẩn eurocode 2

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành: xây dựng dân dụng và công nghiệp

Mã số: 60.58.20

người hướng dẫn khoa học:

gs Tskh Nguyễn trâm

Hà nội – 2011

Khoa đào tạo trên đại học, Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội, dưới sự giảng

dạy của các thầy giáo trong khoa, sự giúp đỡ tận tình của Ban chủ nhiệm Khoa

và cán bộ công nhân viên trong Khoa, sự cố vấn và hướng dẫn nhiệt tình của

thầy giáo hướng dẫn khoa học, cộng với sự nỗ lực của bản thân, tôi đã hoàn

thành luận văn tốt nghiệp cao học với đề tài: Thiết kế sàn không dầm bê tông

cốt thép ứng lực trước căng sau theo tiêu chuẩn Eurocode 2

Tôi xin chân thành cảm ơn các cấp lãnh đạo Trường Đại Học Kiến Trúc

Hà Nội, khoa đào tạo trên đại học và các thầy giáo cùng tập thể cán bộ công

nhân viên trong trường đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình

học tập, nghiên cứu tại trường

Tôi đặc biệt cảm ơn thầy giáo GS TSKH Nguyễn Trâm – Người đã có

công lớn trong việc hướng dẫn khoa học, tận tình chỉ bảo tôi giúp tôi hoàn

thành tốt luận văn này

Tác giả luận văn

Vũ Mạnh Linh

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ trong luËn v¨n lµ trung thùc vµ ch­a tõng cã ai c«ng bè trong bÊt

kú c«ng tr×nh khoa häc nµo kh¸c

T¸c gi¶ luËn v¨n

Vò M¹nh Linh

Lời cảm ơn

lời cam đoan

Mục lục Trang 1

Bảng ký hiệu và chữ viết tắt sử dụng trong luận văn 4

Mở đầu 6

* Lý do nghiên cứu 6

* Mục đích nghiên cứu 6

* Phương pháp nghiên cứu 6

* Phạm vi nghiên cứu 6

Chương 1: tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực trước và Các quy định chung 7

1.1 Tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực trước 7

1.2 Các quy định chung 11

1.2.1 Tải trọng 11

1.2.2 Tổ hợp tải trọng 13

1.2.3 Bê tông 15

1.2.4 Cốt thép cường độ cao 16

1.2.5 Các vật liệu khác 21

1.2.6 Khoảng cách, lớp bảo vệ cốt thép 22

1.2.7 Neo 23

1.2.8 Nối chồng 26

1.2.9 Cơ cấu dẫn hướng 27

1.2.10 Cơ cấu ứng suất trước 28

Chương 2: Quy trình thiết kế 30

2.1 Các phương pháp xác định nội lực sàn phẳng 30

2.1.1 Phương pháp trực tiếp 30

2.1.2 Phương pháp khung tương đương 31

2.1.3 Phương pháp đường chảy dẻo 32

2.1.4 Phương pháp phần tử hữu hạn 32

2.2 Xác định chiều dày sàn 33

2.2.1 Xác định theo điều kiện cắt thủng 33

2.2.2 Xác định theo điều kiện hạn chế độ võng 42

2.3 Lực ứng suất trước 46

2.3.1 Lực ứng suất trước 46

2.3.2 Lực ứng suất trước tối đa 47

2.3.3 Giới hạn ứng suất trong bê tông 47

2.3.4 Tải trọng cân bằng 48

2.4 Xác định các tổn hao ứng suất 50

2.4.1 Tổn hao ứng suất do biến dạng tức thời của bê tông 50

2.4.2 Tổn hao ứng suất do co ngót của bê tông 50

2.4.3 Tổn hao ứng suất do chùng cốt thép 52

2.4.4 Tổn hao ứng suất do ma sát 56

2.4.5 Tổn hao ứng suất tại neo 57

2.5 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 1 và TTGH 2 58

2.5.1 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 1 58

2.5.2 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 2 65

Chương 3: ví dụ tính toán 69

3.1 Xây dựng sơ đồ khối về quy trình thiết kế 69

3.2 Tính toán với số liệu cụ thể 70

3.2.1 Các thông số chính 70

3.2.2 Chọn chiều dày sàn và xác định tải trọng 70

3.2.3 Xác đinh nội lực sàn 72

3.2.4 Xác định quỹ đạo cáp và các tổn hao ứng suất 73

3.2.5 Xác định số lượng cáp 77

3.2.6 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 1 78

3.2.7 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 2 80

3.3 Xây dựng chương trình tính tự động hóa 82

Kết luận và kiến nghị 84

tài liệu tham khảo 86

Bảng ký hiệu và chữ viết tắt sử dụng trong luận văn

Chữ cái Latinh viết hoa

A Diện tích tiết diện ngang

Ac Diện tích tiết diện ngang của bê tông

Ap Diện tích tiết diện cáp ứng lực trước

As Diện tích tiết diện cốt thép thường

Asw Diện tích tiết diện cốt thép chịu cắt

D Đường kính độ cong uốn cốt thép

Ec Môđun đàn hồi tiếp tuyến của bê tông

Ecd Môđun đàn hồi tính toán của bê tông

Ecm Môđun đàn hồi cát tuyến của bê tông

Ep Môđun đàn hồi tính toán của cốt thép ứng lực trước

Es Môđun đàn hồi tính toán của cốt thép

Po Lực căng ban đầu tại đầu neo cáp

Qk Tác động thay đổi đặc trưng

SLS Trạng thái giới hạn sử dụng

ULS Trạng thái giới hạn độ bền

fck Cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông

fcd Cường độ chịu nén tính toán của bê tông

fp Cường độ chịu kéo của cáp ứng lực trước

fpk Cường độ chịu kéo đặc trưng của cáp ứng lực trước

ft Cường độ chịu kéo của cốt thép

ftk Cường độ chịu kéo đặc trưng của cốt thép

fy Cường độ chảy dẻo của cốt thép

fyk Cường độ chảy dẻo đặc trưng của cốt thép

Mở đầu

* Lý do nghiên cứu

Trong tiến trình hội nhập và phát triển hiện nay, việc hiểu biết tiêu chuẩn thiết kế của các nước tiên tiến đối với những người làm công tác kỹ thuật là cần thiết Tiêu chuẩn châu âu EN 1992 Thiết kế kết cấu bê tông nằm trong bộ tiêu chuẩn thiết kế kết cấu nhà và công trình do tiểu ban kỹ thuật Châu Âu soạn thảo và tiêu chuẩn hoá để áp dụng cho các nước thuộc Liên minh Châu Âu

Hiện nay, sàn bê tông ứng lực trước căng sau được ứng dụng ngày càng phổ biến trong các công trình xây dựng Trong tiêu chuẩn TCXDVN 356 :

2005 đã ban hành chủ yếu đề cập đến thiết kế cấu kiện dầm bêtông ứng lực trước

Đề tài Thiết kế sàn không dầm bê tông cốt thép ứng lực trước căng sau theo tiêu chuẩn Eurocode 2 sẽ đề cập tổng quan về tiêu chuẩn Eurocode

và trình tự thiết kế cụ thể cho sàn không dầm bêtông cốt thép ứng lực trước

* Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu các quy định về vật liệu, tải trọng và nguyên lý cấu tạo đối với kết cấu bêtông cốt thép trong tiêu chuẩn Eurocode 2

Nghiên cứu quy trình thiết kế sàn không dầm bê tông cốt thép ứng lực trước theo tiêu chuẩn Eurocode 2

Chương 1 : Tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực trước và Các quy định chung

1.1 Tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực trước

Kết cấu bê tông ứng lực trước là một dạng kết cấu đặc biệt trong kết cấu

bê tông cốt thép đã và đang được sử dụng rộng rãi trong xây dựng nhà và công trình

Kết cấu bê tông ứng lực trước được thực hiện theo 2 công nghệ khác nhau tùy thuộc vào phương thức sản xuất và thi công Đó là công nghệ căng trước và công nghệ căng sau [2]

Từ đầu những năm 1990 trở lại đây, trước yêu cầu xây dựng nhà nhiều tầng, nhà nhịp lớn tăng mạnh và do công nghệ nước ngoài được đưa vào nhiều theo cùng với vốn đầu tư nước ngoài, công nghệ ứng lực trước đã bắt đầu được dùng trong kết cấu nhà cửa ở Việt Nam chủ yếu là trong kết cấu sàn, và có xu hướng trở nên phổ biến hơn [9]

Kết cấu bê tông ứng lực trước được nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam khá sớm, từ những năm 60 thế kỷ XX So với kết cấu bê tông cốt thép thường

ưu điểm nổi bật của kết cấu bê tông ứng lực trước là [9]:

- Làm tăng độ cứng của kết cấu, do vậy cho phép giảm được kích thước tiết diện, giảm được trọng lượng bản thân kết cấu và vượt được các khẩu độ lớn;

- Trọng lượng bản thân sàn được giảm nhẹ Bề dày sàn ứng lực trước giảm xuống còn khoảng 50 – 80% bề dày của sàn bê tông cốt thép bình thường với cùng kích thước nhịp và điều kiện tải trọng Khối lượng cốt thép cũng được giảm mạnh nhưng bù vào đó giá thành thép cường độ cao rất lớn (gấp 3-4 lần thép xây dựng bình thường) nên chi phí về cốt thép không thay

đổi bao nhiêu Tuy vậy, việc giảm trọng lượng bản thân sàn sẽ kéo theo việc giảm khối lượng vật tư cho nhiều kết cấu khác như cột, tường móng, và đảm bảo có lợi cho kết cấu nhà ở vùng chịu động đất do lực ngang quán tính giảm cùng với khối lượng sàn

- Tiến độ thi công sàn tăng nhanh, do sử dụng bê tông mác cao kết hợp với phụ gia Một số công trình đã được xây dựng cho thấy tiến độ thi công trung bình 7-10 ngày/ tầng cho diện tích xây dựng 400-500m2/sàn Công tác

và khuôn khá đơn giản nhất là với loại sàn không dầm, được sử dụng chủ yếu trong nhà cao tầng có sàn ứng lực trước

- Ngoài ra việc mở rộng lưới cột, giảm chiều cao tầng nhà và các thiết

bị, phụ kiện phục vụ cho việc gây ứng lực trước ngày càng được hoàn thiện, gọn nhẹ và hiệu qua, cũng đóng góp nhiều phần quan trọng vào sự thành công của sàn bê bê tông ứng lực trước

Tuy nhiên sử dụng kết cấu bê tông ứng lực trước nói chung và công nghệ căng sau nói riêng đều đòi hỏi các nhà tư vấn thiết kế, tư vấn giám sát, nhà thầu xây dựng cần có những kiến thức và kinh nghiệm nhất định mới đem lại hiệu quả mong muốn

Đặc biệt với thiết kế chịu động đất, hệ sàn đóng vai trò rất quan trọng trong sự làm việc tổng thể của kết cấu chịu động đất Chúng làm việc như những tấm cứng ngang, tiếp nhận các lực quán tính sang hệ kết cấu thẳng

đứng và bảo đảm cho các hệ kết cấu này cùng nhau làm việc khi chịu tác động của động đất theo phương ngang [5]

Phương pháp tạo ứng lực trước trong sàn:

- Các sàn bê tông ứng lực trước ở Việt Nam hiện nay thường dùng phương pháp căng sau (post – tension) có hoặc không dính kết

- Sau khi ván khuôn sàn được lắp dựng và kiểm tra theo đúng vị trí thiết

kế, tiến hành đặt cốt thép thường và cốt thép ứng lực trước cũng như các thiết

bị neo Để đảm bảo cho các cáp ứng lực trước phát huy tốt khả năng chịu lực, chúng được bố trí theo các đường dải cáp định trước trên mặt bằng và trên mặt cắt sàn

- Cáp ứng lực trước được luồn trong các ống ghen polyetilen sau khi đã

được bọc mỡ chống ăn mòn hoặc luồn trong các ống ghen dẹt bằng kim loại mỏng, một đầu được neo cố định đầu kia nối với neo tạo ứng lực Vị trí chính xác của cáp ứng lực trước được đánh dấu trên ván khuôn Sau đó tiến hành đổ tông đã đạt được cường độ cần thiết theo yêu cầu của thiết kế Việc căng cáp

được tiến hành theo hai bước : bước một tạo lực căng xấp xỉ bằng 50% lực căng quy định, bước hai tạo đủ lực căng Bước hai chỉ được tiến hành sau khi

đã kết thúc bước một cho toàn sàn

- Công nghệ căng sau được thực hiện việc căng cốt thép gây ứng lực trước trong kết cấu chỉ sau khi bê tông đổ tại chỗ đạt cường độ ít nhất 80% cấp độ bền thiết kế Điểm tỳ của thiết bị căng nằm ngay trên cạnh hay trên mặt kết cấu nên còn được gọi là căng trên bê tông Để đảm bảo cho việc căng cốt thép được thuận lợi, cốt căng phải được luồn trong rãnh hoặc các loại ống chuyên dụng

Cho đến nay nhiều công trình cao tầng, các công trình công nghiệp, công trình công cộng đã và đang được các đơn vị thiết kế, xây dựng trong nước dùng công nghệ bê tông ứng lực trước ngày càng có hiệu quả

H×nh 1.1 Tßa nhµ Keangnam Hµ Néi (T¸c gi¶ s­u tÇm)

H×nh 1.2 Tßa nhµ 165 §éi CÊn Hµ Néi (T¸c gi¶ s­u tÇm)

Hình 1.3 Đầu neo cố định (Tác giả sưu tầm)

Hình 1.4 Đầu neo động (Tác giả sưu tầm)

1.2 Các quy định chung

1.2.1 Tải trọng [4]

Tải trọng đặc trưng: tải trọng tác động lên kết cấu có thể có những giá trị lớn bé khác nhau, có thể tìm được giá trị trung bình của chúng Tải trọng

đặc trưng là giá trị tải trọng xuất hiện trên kết cấu với xác suất đảm bảo 95%

Tính toán trong lý thuyết trạng thái giới hạn phải kể đến những sai lệch

có thể xảy ra trong thiết kế bằng cách đưa vào hệ số an toàn riêng đối với tải trọng γf Giá trị tải trọng dùng để thiết kế sẽ là:

Tải trọng thiết kế = Tải trọng đặc trưng ì hệ số riêng γf (1-1)

Bảng 1.1 Hệ số riêng đối với tải trọng khi tính theo TTGH thứ nhất [4]

Dùng khi

Tải trọng thường xuyên

Gk

Tải trọng tạm thời chính

Qk,1

Tải trọng tạm thời chính

Bảng 1.2 Hệ số riêng đối với tải trọng khi tính theo TTGH thứ hai [4]

xuyên Tải trọng tạm thời

Tác động bất lợi để chỉ trường hợp tải trọng gây bất lợi cho kết cấu, tức

là làm cho nội lực của kết cấu tăng lên

Tác động có lợi để chỉ trường hợp tải trọng không gây bất lợi cho kết cấu, tức là làm cho nội lực của kết cấu giảm đi

1.2.2 Tổ hợp tải trọng [4]

Tải trọng thường xuyên cùng với các tải trọng tạm thời phải được tổ hợp với nhau để tìm được nội lực lớn nhất dùng để thiết kế Khi tổ hợp tải trọng, ngoài hệ số riêng đối với tải trọng còn cần có thêm hệ số tổ hợp ψ

- Các tổ hợp tải trọng khi tính theo trạng thái giới hạn về cường độ:

Tổ hợp cơ bản dùng cho trường hợp thiết kế ngắn hạn hoặc dài hạn

Trong tổ hợp cơ bản này, hệ số tổ hợp được lấy như sau:

Đối với tải trọng thường xuyên hệ số tổ hợp ψ = 1,0

Khi chỉ có một loại tải trọng tạm thời ψ = 1,0

Khi có nhiều hơn một loại tải trọng tạm thời thì đối với tải trọng tạm thời chính lấy ψ = 1,0 còn các tải trọng tạm thời kèm theo được nhân với hệ số

=

1

, , , 1

, 1 , 1

, ,

i

i k i o i Q k

Q j

j k j G

phương tiện < 30kN

Loại G : Diện tích giao thông, 30kN < trọng

Bảng 1.4 Hệ số γ f trong các tổ hợp tải trọng tính theo TTGH 1 [4]

Trường hợp tính toán

Tải trọng thường xuyên

Gk

Tải trọng tạm thời

Qk

Tải trọng gió Bất lợi Có lợi Bất lợi Có lợi

+

=

1

2 1

2 1

1 1

i

i k i d

j j k

+

=

1

2 1

2 1

1 1

i

i k i d

j j k

E ψ hoặcψ Qk.i ψ Q (1-4)

- Các tổ hợp khi tính theo trạng thái giới hạn sử dụng:

Tổ hợp đặc trưng, sử dụng cho các trạng thái giới hạn không phục hồi: ∑ ∑

≥

≥

+ +

=

1

2 1

.

i

i k i j

j k

=

1

2 1

1 1

.

i

i k i j

j k

A

N

f = (N/mm2) (1-8) trong đó:

Ac – Diện tích ngang của mẫu;

N – Lực nén phá hoại

Tiêu chuẩn EC-2 quy định cấp bền của bê tông không nhỏ hơn C30/37 Với cường độ như vậy, bê tông sẽ có biến dạng co ngót nhỏ, đặc trưng từ biến nhỏ và mô đun đàn hồi cao, làm giảm hao tổn ứng suất trong cốt thép

Bảng 1.5 Giá trị E c và f ck của bê tông dùng cho kết cấu ƯLT [16]

Các giá trị trung bình của mẫu nén hình trụ theo EC – 2 có thể chuyển

đổi thành mẫu lăng trụ theo TCXDVN 356 : 2005 như sau: ví dụ với mác C30/37, 30 là cường độ chịu nén đặc trưng fck của mẫu hình trụ tuổi 28 ngày,

37 là của mẫu lập phương, gần đúng ta có hệ số chuyển đổi giữa hai loại mẫu

Thanh căng ứng suất trước phải được phân loại về chùng cốt thép

- Không được có mối hàn trong sợi thép và thanh thép Các sợi thép riêng biệt trong bó cáp có thể thực hiện các mối hàn so le chỉ trước khi kéo nguội

- Đối với cuộn cáp ứng suất trước, sau khi tháo cuộn sợi cáp hay bó cáp,

độ cong lớn nhất của cáp phải phù hợp với EN 10138, trừ những quy định đã nếu trong tài liệu của tổ chức phê chuẩn kỹ thuật Châu Âu

- Các đặc trưng cơ lý của thép ứng suất trước được nêu trong tiêu chuẩn

EN 10138 hoặc các tài liệu của tổ chức phê chuẩn kỹ thuật Châu Âu

- Các thanh căng ứng suất trước (sợi, bó cáp và thanh thép) phải được phân loại theo:

Độ bền, biểu thị ứng suất (fp0,1k) tại biến dạng dư 0,1% và giá trị tỷ số của cường độ chịu kéo và cường độ tại biến dạng dư 0,1%, (fp / fp0,1k), và độ giãn dài tải trọng lớn nhất (εuk)

- Khối lượng thực tế của các thanh căng ứng suất trước so với khối lượng danh nghĩa không được sai khác nhiều hơn giới hạn được quy định trong EN 10138 hoặc trong tài liệu của tổ chức phê chuẩn kỹ thuật Châu

Âu

Trong tiêu chuẩn này xác định ba loại chùng cốt thép:

Loại 1: sợi hoặc bó cáp - độ chùng thông thường;

Loại 2: sợi hoặc bó cáp - độ chùng thấp;

Loại 3: các thanh thép cán nóng và thanh thép đã qua xử lý

Độ bền

ứng suất tại biến dạng dư 0,1% (fp0,1k) và giá trị cường độ chịu kéo quy

định (fpk) được xác định như là giá trị đặc trưng của lực tại biến dạng còn dư 0,1% và lực kéo dọc trục đặc trưng lớn nhất chia cho diện tích danh nghĩa tiết diện ngang

Các đặc trưng dẻo

Thanh căng ứng suất trước phải có đủ tính dẻo như đã quy định trong

EN 10138

Có thể giả thiết thanh căng ứng suất trước có đủ tính dẻo thông qua độ giãn dài nếu nó đạt được giá trị độ giãn dài tại lực lớn nhất theo quy định đã nếu trong EN 10138

Các biểu đồ ứng suất – biến dạng đối với các thanh căng ứng suất trước dựa trên các số liệu của sản phẩm phải được nhà sản xuất chuẩn bị và vẽ trong phụ lục của chứng chỉ kèm theo

Có thể giả thiết thanh căng ứng suất trước có đủ tính dẻo thông qua kéo thanh căng nếu fp / fp0,1k ≥k Giá trị k kiến nghị lấy bằng 1

Bảng 1.6 Các thông số chính của cáp ƯLT [16]

(mm)

fpk (N/mm2)

(STD)

15,2 12,5

(DYF)

18,0 15,2 12,7

fpk – cường độ chịu kéo đặc trưng của cáp;

Po – lực căng trước tại neo;

Pmax – lực căng trước tối đa

Các giả thiết tính toán

Phân tích kết cấu được thực hiện trên cơ sở diện tích danh nghĩa của tiết diện ngang thanh căng ứng suất trước và các giá trị đặc trưng fp0,1k, fpk và εuk

Giá trị tính toán của môđun đàn hồi Ep có thể giả thiết bằng 205 GPa

đối với sợi thép và thanh thép Phụ thuộc vào quy trình chế tạo, giá trị thực tế

có thể nằm trong phạm vi 195 đến 210GPa Các chứng chỉ kèm theo sản phẩm hàng hóa có thể đưa ra giá trị thích hợp

Giá trị tính toán của môđun đàn hồi Ep có thể giả thiết bằng 195GPa đối với cáp Phụ thuộc vào quy trình chế tạo, giá trị thực tế có thể nằm trong phạm

vi 185 đến 205GPa Các chứng chỉ kèm theo có thể đưa ra giá trị thích hợp

Khối lượng thể tích trung bình của thanh căng ứng suất trước, dùng cho mục đích thiết kế có thể lấy bằng 7580kg/m3

Các giá trị nêu trên có thể giả thiết là đúng trong phạm vi nhiệt độ giữa -400C và +1000C đối với thanh căng ứng suất trước nằm trong kết cấu đã hoàn chỉnh

Giá trị tính toán đối với ứng suất trong thép fpd được lấy bằng fp0,1k/γs

Để thiết kế tiết diện ngang, có thể áp dụng các giả thiết sau đây

Thiết kế dựa trên quan hệ ứng suất - biến dạng nằm trong giới hạn đàn hồi

Giá trị biến dạng giới hạn kiến nghị là:

εud = 0,02, fp0,1k/ fpk = 0,9 (1-9)

Thanh căng ứng suất trước trong ống lồng

Các thanh căng ứng suất trước trong ống lồng (ví dụ như thanh căng bám dính trong ống lồng, thanh căng không bám dính ) phải được bảo vệ chống ăn mòn một cách đầy đủ và thường xuyên

Các thanh căng ứng suất trước trong ống lồng phải được bảo vệ đầy đủ

để chống lại ảnh hưởng của cháy

Trong cấu kiện bê tông ƯLT cần dùng thép cường độ cao để tạo ra lực căng trước lớn vì trong quá trình chế tạo và sử dụng, một phần ứng suất căng ban đầu bị mất đi Trong cấu kiện đơn giản, chiu lực nhỏ nên dùng sợi thép cường độ cao với đường kính Φ3-8 Khi số lượng sợi thép nhiều nên sử dụng

bó cáp Trong thực tế thường dùng cáp 7 sợi, được chế tạo từ 6 sợi thép xoắn quanh một sợi thẳng ở chính giữa Cáp 7 sợi thường được chế tạo từ sợi thép

Φ5 hoặc Φ6 Trong những cấu kiện chịu lực lớn có thể ghép các cáp 7 sợi vào một ống rãnh để tạo lực lớn hơn

Hiện nay ở Việt Nam thường sử dụng cáp 7 sợi sản xuất theo tiêu chuẩn ASTM A-416 (Mỹ) với hai loại cáp có cường độ giới hạn nhỏ nhất là 1720 MPa và 1860 MPa

Bố trí các thanh căng ứng suất trước và ống lồng:

Khoảng cách các ống lồng hoặc các thanh căng theo phương pháp căng trước phải đảm bảo đáp ứng được yêu cầu đổ, đầm bê tông và phải đảm bảo phát huy đầy đủ khả năng bám dính giữa bê tông và các thanh căng

Khoảng cách thông thủy theo chiều ngang và chiều đứng của các thanh căng đơn theo phương pháp căng trước phải đảm bảo tuân theo các khoảng cách trên hình 1.2 Có thể sử dụng các cách bố trí khác, miễn là các kết quả thí nghiệm chứng minh được sự làm việc ở trạng thái giới hạn thỏa mãn về:

- Bê tông chịu nén tại neo;

Hình 1.5 Khoảng cách thông thủy tối thiểu trong thanh căng trước [13]

(φ là đường kính thanh căng và d kích cỡ lớn nhất của cốt liệu)

Bó các thanh căng không được xuất hiện trong vùng neo, ngoại trừ khi

có thể thực hiện được việc đổ bê tông và phát huy đầy đủ khả năng bám dính giữa bê tông và các thanh căng

Các yêu cầu đối với ống lồng theo phương pháp căng sau:

- Có thể đổ bê tông một cách an toàn, không gây hư hỏng ống lồng;

- Bê tông có thể chịu được các lực do các phần cong của ống lồng gây

ra trong quá trình căng và sau khi căng;

- Vữa nhồi không rò rỉ vào trong ống lồng khác trong quá trình bơm vữa;

- Không bó các ống lồng cho các cấu kiện căng sau, ngoại trừ trường hợp một cặp ống lồng được đặt theo chiều đứng, ống nọ trên ống kia;

- Khoảng cách thông thủy tối thiểu giữa các ống lồng phải phù hợp với quy định (hình 1.5)

Hình 1.6 Khoảng cách thông thủy tối thiểu trong các ống lồng [13]

ăn mòn cho cáp Thành phần của vữa bơm gồm xi măng pooclăng thường hoặc xi măng đông kết nhanh, trộn với nước theo một tỷ lệ nhất định

Với loại cáp ƯLT không dính kết (unbonded), cáp được bọc bởi vỏ bọc chất dẻo tổng hợp hoặc lớp giấy đặc biệt Lớp vỏ bọc phải đảm bảo tính năng cơ học trong khoảng nhiệt độ -200C đến 700C

Vữa dùng để lấp các khe thi công, các mối nối của cấu kiện lắp ghép,

để làm lớp bảo vệ cốt thép và bảo vệ các đầu neo

1.2.6 Khoảng cách, lớp bảo vệ cốt thép [4]

Cốt thép đặt trong bê tông để tạo thành kết cấu bê tông cốt thép phải

được liên kết với nhau thành khung cốt thép hoặc lưới cốt thép

Khoảng cách thông thủy giữa hai thanh cốt thép song song đặt liền kề nhau phải được bảo đảm lớn hơn đường kính thanh cốt thép và lớn hơn kích thước lớn nhất của cốt liệu cộng thêm 5mm Quy định đó nhằm đạt đủ lực dính giữa bê tông và cốt thép đồng thời vữa bê tông có thể chảy qua

Nếu cốt thép có nhiều lớp trong cùng tiết diện thì các thanh thép phải

được bố trí thẳng hàng theo phương chảy của vữa bê tông, không được bố trí xen kẽ

Lớp bê tông bảo vệ là lớp bê tông phủ ra bên ngoài cốt thép, là khoảng cách giữa bề mặt cốt thép lớp ngoài cùng (kể cả cốt đai) và bề mặt bê tông gần nhất

Lớp bê tông bảo vệ có tác dụng bảo đảm đủ lực dính giữa cốt thép và bê tông, bảo vệ cốt thép khỏi sự ăn mòn của môi trường xung quanh, đủ khả năng chịu lửa theo yêu cầu

Theo yêu cầu lực dính, chiều dày lớp bê tông bảo vệ cmin.b không được nhỏ hơn đường kính của cốt thép Nếu kích thước danh nghĩa của cốt thép lớn hơn 32mm thì phải tăng cmin.b thêm 5mm

Theo yêu cầu chống ăn mòn, chiều dày lớp bê tông bảo vệ cmin.dur có giá trị từ 10 đến 65mm

Khi sử dụng cốt thép không gỉ hoặc có những biện pháp bảo vệ bổ sung như sơn phủ thì chiều dày lớp bê tông bảo vệ có thể được giảm bớt

Như vậy chiều dày tối thiểu của lớp bê tông bảo vệ được lấy theo giá trị lớn nhất trong số các giá trị sau: cmin = [cmin.b; cmin.dur; 10mm]

Chiều dày danh nghĩa của lớp bê tông bảo vệ ký hiệu là cnom, được ghi trên các bản vẽ thiết kế, tính theo:

cnom = cmin+∆cdev (1-10) trong đó:

∆cdev - dung sai cho phép, xét đến những ảnh hưởng có lợi và bất lợi trong thi công;

Trong điều kiện sản xuất nhà máy, có chế độ kiểm soát chặt chẽ có thể lấy ∆cdev = 10ữ5mm, có điều kiện đảm bảo có thể lấy: ∆cdev = 0mm;

Thông thường lấy ∆cdev = 10mm

Đường kính uốn nhỏ nhất đối với thanh thép rời, phía bên trong của chỗ uốn φm.min lấy như sau :

Neo của các thanh thép thường

Neo cốt thép, để cốt thép dạng thẳng không bị tuột khỏi bê tông thì chiều dài neo cơ bản được xác định như sau:

σ φ

bd

sd rqd b

f

l

4 , = (1-11)trong đó:

σsd - là ứng suất trong thanh thép tại vị trí bắt đầu đo chiều dài neo

fbd - giá trị cường độ bám dính tính toán được tính theo cường độ chịu kéo của bê tông có xét đến ảnh hưởng của đường kính cốt thép và điều kiện neo tốt hay xấu, được tính theo công thức sau:

Khi:

15 , 1

ck s sd

b

f

f l

6 , 4 , = (1-13)Chiều dài neo tính toán lbd được tính theo chiều dài neo cơ bản lb.rqd với việc đưa vào các hệ số xét đến biến dạng của thanh neo, chiều dày lớp bê tông bảo vệ, áp lực nén ngang hạn chế biến dạng ngang của bê tông vùng neo, ảnh hưởng kiềm chế biến dạng ngang của bê tông do cốt thép ngang đặt thẳng góc với thanh neo

Chiều dài neo thiết kế lbd còn phải tuân theo các yêu cầu sau:

lbd ≥ lb.min (1-14) trong đó:

lb.min = max[0,6 lb,rqd; 10φ; 100mm] đối với thanh chịu nén;

lb.min = max[0,3 lb,rqd; 10φ; 100mm] đối với thanh chịu kéo

Các yêu cầu đối với vùng neo của cấu kiện căng sau:

Khi xem xét ảnh hưởng của ứng suất trước như lực tập trung tác dụng lên vùng neo, giá trị tính toán của các thanh căng ứng suất trước phải tuân

theo các quy đinh trong quy định phần hệ số tổ hợp và trọng và phải sử dụng cường độ chịu kéo đặc trưng thấp hơn

ứng suất ép cục bộ nằm sau các bản neo phải được kiểm tra theo các quy định thích hợp của tổ chức phê chuẩn kỹ thuật Châu Âu

Lực kéo do các lực tập trung gây ra phải được tính toán bằng mô hình giàn ảo hoặc bằng mô hình thích hợp khác

Có thể giả thiết lực ứng suất trước phân tán theo góc 2β xem hình sau, bắt đầu tại cơ cấu neo, trong đó có thể giả thiết β bằng arc tan 2/3

Hình 1.7 Sự phân tán ứng suất trước [13]

Neo bộ nối dùng cho thanh căng ứng suất trước

Các cơ cấu neo sử dụng cho các thanh căng theo phương pháp căng sau phải phù hợp với các cơ cấu được chỉ định cho hệ ứng suất trước, và chiều dài neo trong trường hợp thanh căng theo phương pháp căng trước phải đảm bảo sao cho cókhả năng phát triển đầy đủ cường độ tính toán của thanh căng, có tính đến các tác động lặp bất kỳ, các tác động thay đổi nhanh chóng

Khi sử dụng bộ nối, chúng phải phù hợp với bộ nối được chỉ định cho

hệ ứng suất trước và phải đặt sao cho tính đến những trở ngại do cơ cấu này gây ra, chúng không ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của cấu kiên và neo tạm cần đến trong quá trình thi công có thế áp dụng ở mức độ thích hợp

Phải tiến hành các tính toán đối với ảnh hưởng cục bộ trong bê tông và

đối với cốt thép ngang

Các bộ nối phải có vị trí cách xa các gối tựa trung gian

Phải tránh đặt bộ nối ở bằng và lớn hơn 50% thanh căng tại một tiết diện ngang, ngoại trừ khi có thể chứng minh được rằng tỷ lệ phần trăm cao hơn sẽ không gây nguy hiểm cho sự an toàn của kết cấu

1.2.8 Nối chồng [1]

Đối với cốt thép thường

Có thể nối cốt thép bằng cách hàn hồ quang điện, nối qua bộ nối cơ khí hoặc nối chồng ở mối nối chồng, lực từ thanh thép này truyền qua thanh thép khác thông qua bê tông bao bọc khu vực mối nối, do đó phải đề phòng bê tông

bị phá hoại trong khu vực này

Không được nối chồng ở khu vực mà cốt thép phải chịu lực lớn như khu vực mômen lớn, lực dọc lớn, khu vực có xuất hiện khớp dẻo

Các thanh chịu nén và cốt thép phân bố có thể đựơc nối chồng trên một

đoạn chiều dài ; thông thường chúng được nối chồng so le

Khoảng cách thông thủy giữa các thanh cốt thép được nối chồng không

được lớn hơn 4φ hoặc 50mm, nếu không thì chiều dài nối chồng phải được tăng thêm một đoạn bằng khoảng cách thông thủy đó

Khoảng cách theo chiều dọc giữa hai mối nối chồng liền kề nhau không

được nhỏ hơn 2φ hoặc 20mm

Khi các yêu cầu trên được thỏa mãn có thể cho phép nối chồng 100% các thanh thép của cùng một lớp Khi có nhiều lớp cốt thép, tỷ lệ nối chồng giảm xuống còn 50%

Chiều dài nối chồng lo được tính toán theo chiều dài neo cơ bản lb.rqd, trong đó phải đưa vào các hệ số để xét đến dạng của thanh thép cần nối, chiều dày lớp bê tông bảo vệ, ảnh hưởng kiềm chế biến dạng ngang của cốt ngang

đặt thẳng góc với cốt được nối, ảnh hưởng của áp lực ngang kiềm chế biến

dạng ngang của bê tông vùng nối và ảnh hưởng của tỷ lệ phần trăm cốt thép

được nối chồng trong phạm vi 0,65lo

Giá trị lo tính được phải thỏa mãn:

lo ≥ lo min (1-15) trong đó:

Hình 1.8 Nối chồng liền kề nhau [13]

Cốt thép ngang trên vùng nối chồng: trong vùng nối chồng phải có cốt thép ngang nằm giữa cốt thép được nối và bề mặt bê tông để gia cường bê tông, tránh phá hoại cục bộ

1.2.9 Cơ cấu dẫn hướng [1]

Các yêu cầu đối với cơ cấu dẫn hướng:

- Chịu được cả lực theo chiều ngang lẫn lực theo chiều dọc do thanh căng tác dụng lên nó và truyền các lực này lên kết cấu;

- Đảm bảo rằng bán kính cong của thanh căng ứng suất trước không gây

ra sự vượt cường độ hoặc hư hỏng bất kỳ cho nó;

- Trong các vùng lệch, các ống hình thành lớp vỏ bọc phải có khả năng chịu được áp lực hướng tâm và sự dịch chuyển của thanh căng ứng suất trước, không bị hư hỏng và không làm suy giảm chức năng của chúng;

- Bán kính cong của thanh căng trong vùng lệch phải tuân theo EN

10138 và quy định của tổ chức phê chuẩn kỹ thuật Châu Âu;

- Có thể cho phép độ lệch tính toán của thanh căng đến giá trị góc bằng 0,01 rad mà không cần sử dụng cơ cấu dẫn hướng

1.2.10 Cơ cấu ứng suất trước [1]

Các đầu neo và bộ nối

Neo được dùng để truyền ƯLT lên bê tông trong vùng neo

Bộ nối được dùng nối các đoạn thanh căng riêng rẽ thành liên tục

Neo và bộ nối của hệ thống ứng suất trước phải tuân theo các tài liệu có liên quan của tổ chức phê chuẩn kỹ thuật Châu Âu

Neo thanh căng

Các bộ neo thanh căng ứng suất trước và các bộ nối thanh căng ứng suất trước phải có đủ độ bền, các đặc trưng độ giãn dài và mỏi nhằm đáp ứng các yêu cầu của thiết kế

Đặc trưng hình học và vật liệu của các thành phần neo và bộ nối phù hợp với các tài liệu tương ứng của tổ chức phê chuẩn kỹ thuật châu âu và ngăn ngừa được sự phá hoại sớm của chúng

Mối nối với neo hoặc bộ nối không gây ra sự phá hoại thanh căng

Độ giãn dài khi phá hoại bộ nối hoặc neo ≥2%

Bộ neo thanh căng không nằm ở trong vùng có ứng suất cao khác

Các đặc trưng mỏi của thành phần neo và bộ nối phù hợp với các đặc trưng trong tài liệu của tổ chức phê chuẩn kỹ thuật Châu Âu

Cơ cấu neo và vùng neo

- Độ bền của cơ cấu neo và vùng neo phải đủ để truyền lực căng lên bê tông và sự hình thành vết nứt trong vùng neo không được làm suy giảm chức năng của neo

- Thanh căng ngoài không bám dính là thanh căng đặt ở bên ngoài tiết diện bê tông nguyên thủy và nó được liên kết với kết cấu chỉ bằng neo và chi tiết dẫn hướng thanh căng

- Hệ thống thanh căng sau sử dụng cho các thanh căng ngoài phải phù hợp với hệ thống được nêu trong tài liệu của tổ chức phê chuẩn kỹ thuật Châu

Âu

- Bán kính cong tối thiểu của thanh căng trong vùng neo đối với thanh căng không bám dính được nêu trong các tài liệu của tổ chức phê chuẩn kỹ thuật Châu Âu

Phương pháp trực tiếp được áp dụng với những điều kiện sau [14], [15]:

- Diện tích mỗi dải sàn không vượt quá 30m2;

- Tải trọng thay đổi Qk ≤1,25 Gk và Qk ≤5 kN/m2;

- Kích thước hai nhịp liền kế sai khác nhau không quá 15%;

- Có tối thiểu 3 nhịp liên tục

Các mômen uốn phải được phân chia theo bảng sau:

Bảng 2.1 Phân chia mômen uốn cho sàn phẳng [15]

Dạng liên kết ở gối cuối cùng

M=0 M=0.086Fl

cột

tường gạch

M=-0.04Fl M=0.075Fl

cột

dầm

M=-0.086Fl cột

M=0.063Fl M=-0.063Fl

Hình 2.1 Hệ số phân momen trong dải sàn [Nguồn tác giả]

Hình 2.2 Chia dải trong bản sàn phẳng [1]

Tổng mômen uốn từ phân tích phải được phân bố qua chiều rộng của bản sàn Trong phân tích đàn hồi, các mômen âm có xu hướng tập trung về phía trục các cột

Các ô sàn phải được giả thiết chia thành các dải trên cột và dải giữa nhịp và các mômen uốn phải được phân chia như bảng 2.2

Bảng 2.2 Phân chia đơn giản mômen uốn cho sàn phẳng [1]

Dải cột 60-80% 50-70%

Trong đó tổng mômen âm và mômen dương cùng chịu bởi cột và dải giữa nhịp cộng lại phải luôn bằng 100%

Khi chiều rộng của dải cột chênh lệch với 0,5lx và bằng chiều rộng của

mũ cột, chiều rộng của dải nhịp phải được điều chỉnh cho phù hợp

Trừ khi có dầm theo chu vi, trong đó các dầm được thiết kế để có đủ khả năng chịu xoắn, mômen truyền lên các cột biên và cột góc phải được giới hạn đến khả năng chịu mômen của tiết diện chữ nhật bằng 0,17bed2fck Mômen dương tại nhịp biên phải được điều chỉnh cho phù hợp

2.1.3 Phương pháp đường chảy dẻo [1]

Đối với mặt bằng có sơ đồ cột không đều, khi bản sàn không thể phân tích một cách hợp lý bằng khung tương đương, có thể sử dụng phương pháp

đường chảy dẻo Trong trường hợp này, thông thường sử dụng cách phân tích như sau:

- Phân tích bản sàn với toàn bộ tải trọng: γqQk + γGGk trên tất cả các gian

- Các mômen giữa nhịp và mômen cột phải tăng lên nhằm tính đến ảnh hưởng của dạng tải trọng Điều đó có thể được đảm bảo bằng việc chất tải những gian tới hạn với tải trọng γqQk + γGGk và phần còn lại của bản sàn với

γGGk Khi có thể có sự thay đổi đáng kể về tải trọng thường xuyên giữa các gian, γG phải lấy bằng 1 đối với các gian không chất tải

ảnh hưởng của sự chất tải đặc biệt này có thể áp dụng cho các gian tới hạn và các gối tựa khác theo cách tương tự

Sự hạn chế liên quan đến việc truyền mômen lên các cột biên phải được xét đến

2.1.4 Phương pháp phần tử hữu hạn [14]

Phương pháp này sử dụng các phần mềm chuyên dụng để phân tích và thiết kế như: safe, rapt

2.2 Xác định chiều dày sàn

2.2.1 Xác định chiều dày sàn theo khả năng cắt thủng [1]

Các quy định của EC – 2 về kiểm tra cắt thủng của bản sàn phẳng: Cắt thủng phát sinh do tải trọng tập trung trong vùng chất tải Aload của bản sàn Trong trường hợp này chiều dày bản sàn được lựa chọn để đủ khả năng chịu cắt tại mặt cột và tại chu vi kiểm tra cơ bản u1 Nếu có cốt thép chịu cắt kiểm tra tại chu vi uout,ef tại vị trí không có yêu cầu thêm cốt thép chịu cắt

Chu vi kiểm tra cơ bản được xác định theo sơ đồ sau:

Hình 2.3 Mặt cắt chu vi kiểm tra cơ bản A [13]

Hình 2.4 Mặt bằng chu vi kiểm tra cơ bản với các tiết diện cột khác nhau [13]

Chu vi kiểm tra cơ bản u1 thường lấy bằng 2,0d tính từ vùng chất tải và phải dựng chu vi này sao cho chiều dài của nó là nhỏ nhất

Chiều cao tính toán của bản sàn được giả thiết là không đổi và thông thường lấy bằng:

deff =

2

) (d y +d z

(2-1) trong đó:

dy và dz là các chiều cao tính toán của bản theo hai phương vuông góc với nhau

Các chu tuyến kiểm tra tại khoảng cách nhỏ hơn 2d phải được xem xét khi lực tập trung ngược chiều với áp lực cao, hoặc tác dụng của tải trọng hay phản lực trong phạm vi 2d của chu tuyến vùng chất tải có đặt lực

Đối với các vùng chất tải gần lỗ mở, nếu khoảng cách ngắn nhất giữa chu vi của vùng chất tải và mép lỗ mở lớn hơn 6d, một phần của chu tuyến kiểm tra nằm giữa hai đường tiếp tuyến vẽ tới mép ngoài của lỗ mở tính từ tâm của vùng chất tải phải xem như không có tác dụng

Đối với vùng chất tải gần mép hay góc, chu tuyến kiểm tra phải lấy như trên hình sau, nếu chúng cho chu tuyến nhỏ hơn (ngoại trừ mép không có gối tựa) chu vi tính toán nêu trên

Hình 2.5 Chu tuyến kiểm tra gần lỗ mở, A lỗ mở [13]

Đối với vùng chất tải gần mép hoặc góc, tại khoảng cách nhỏ hơn d, luôn phải bố trí cốt thép đặc biệt ở mép

Tiết diện kiểm tra là tiết diện theo các chu tuyến kiểm tra và mở rộng qua chiều cao tính toán d

Hình 2.6 Các chu tuyến kiểm tra cơ bản đối với vùng chất tải gần biên [13]

Các chu tuyến tiếp thep ui ở bên trong và bên ngoài vùng kiểm tra cơ bản phải có hình dạng giống như chu vi kiểm tra cơ bản

Đối với sàn có mũ cột hình tròn với lH < 2hH, việc kiểm tra ứng suất cắt thủng chỉ yêu cầu với tiết diện kiểm tra nằm ngoài mũ cột Khoảng cách rcont

của tiết diện này tính từ tâm cột:

chu vi tiếp theo uout, ef tại vị trí không có yêu cầu thêm cốt thép chịu cắt ứng

suất cắt tính toán sau đây dọc theo tiết diện kiểm tra được định nghĩa như sau:

- VRd,c là giá trị tính toán khả năng chịu cắt thủng của bàn sàn không có

cốt thép chịu cắt thủng dọc theo tiết diện kiểm tra đang xét

thép chịu cắt thủng dọc theo tiết diện kiểm tra đang xét

sàn dọc theo tiết diện kiểm tra đang xét

Việc kiểm tra thực hiện như sau

Tại chu tuyến cột hoặc chu vi vùng chất tải, ứng suất cắt lớn nhất không

được lớn hơn:

VEd < VRd, max (2-4) Cốt thép chịu cắt thủng không cần bố trí nếu:

VRd < VRd, c (2-5) Khi VEd lớn hơn giá trị VRd, c đối với tiết diện kiểm tra đang xét, phải bố

V

i

Ed

β (2-6) trong đó:

d - là chiều cao tính toán trung bình của bản sàn, có thể lấy bằng (dy + dz)/2 trong đó dy và dz là chiều cao tính toán theo hướng y và z của

tiết diện kiểm tra đang xét;

ui - là chiều dài của chu vi kiểm tra đang xét;

β - được xác định bởi:

1

1 1

W

u V

M k

Ed Ed

+

=

β (2-7)