BTULT ch6 2016

KẾT CẤU BÊ TƠNG ỨNG LỰC TRƯỚC BỘ MÔN CÔNG TRÌNH KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG GV: Hồ Hữu Chỉnh Email: chohuu@hcmut.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PCA Notes on ACI 318-05 Building Code Requirements for Structural Concrete, Portland Cement Association, 2005 BỘ MÔN CÔNG TRÌNH KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG GV: Hồ Hữu Chỉnh Email: chohuu@hcmut.edu.vn Chương Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau theo ACI 318-2008 (Mỹ) a1 e2 a2 cáp ULT e1=0 Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_1 6.1 Sàn 1: cáp khơng dính L1 L2 L1 Tải trọng: N - Trọng lượng sàn: g1 = 4,8 kN/m2 (HS vượt tải = 1,2) L3 W E - Tĩnh tải khác: g2 = 1,2 kN/m2 (HS vượt tải = 1,2) - Hoạt tải sàn: p = 2,0 kN/m2 (HS vượt tải = 1,6) S L4 Kích thước: - Chiều dày sàn: h = 200 (chọn sơ bợ h ≈ Lmax/45) - Lớp bê tơng bảo vệ: a = 40 (tính đến tâm cáp) L4 - Bước cợt: L1 = 8,2m ; L2 = 9m ; L3 = L4 = 7,5m Vật liệu: - Bê tơng: f’c = 34 MPa ; f’ci = 20 MPa L3 - Cớt thép (As): fy = 400 MPa - Cáp ULT (khơng bám dính): Aps = 100 mm2 /cáp Các giả thút tính toán: (để tính tay) - Đợ bền cáp: fpu = 1860 MPa ; fpy = 0,9fpu - Ứng śt căng cáp: fpi = 0,7fpu (chọn fpi ≤ 0,7 fpu) Xem hoạt tải chất đầy sàn (L < 0,75D)  Chỉ mợt tở hợp tải TT: 1,2D + 1,6L - Tởn thất ứng śt: floss = 8% fpi Bỏ qua ảnh hưởng của đợ cứng cợt u cầu thiết kế:  Tính dải sàn dầm liên tục - Thiết kế dải sàn theo phương W-E (xem hình vẽ) Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_2 6.1 Sàn 1: qui trình tính toán Tính toán đặc trưng của tiết diện: u cầu sàn loại U (khơng nứt) với u cầu ứng śt cho phép của bê tơng xem ở bảng bên: - Tiết diện của dải sàn tính toán: Ag = L4 x h = 7500 x 200 = 1,5 x106 mm2 - Mơmen quán tính của dải sàn tính toán: Ig = L4 x h3/12 = 7500 x 2003/12 = 5x109 mm4 Ứng śt sàn hai phương giai đoạn nén trước (jacking) - Ứng śt nén - Ứng śt kéo [f1]c = 0,6 f’ci [f1]t = 0,25(f’ci)0,5 Ứng śt sàn hai phương giai đoạn làm việc (SLS) - Ứng śt nén - Ứng śt kéo Xác định các thơng sớ thiết kế: - ỨS nén gđ nén trước: f1c ≤ 0,6 x 20 = 12,0 MPa - ỨS kéo gđ nén trước: f1t ≤ 200,5 / = 1,1 MPa - ỨS nén gđ làm việc: f2c ≤ 0,45 x 34 = 15,3 MPa - ỨS kéo gđ làm việc: f2t ≤ 340,5 / = 2,9 MPa Ứng śt nén/kéo cho phép bê tơng Ứng śt nén/kéo cho phép bê tơng [f2]c = 0,45 f’c [f2]t = 0,5(f’c)0,5 Chú ý: - Khoảng cách cáp thiết kế < (8h, 1.5m) - Ứng śt nén trung bình: P/Ag min(P/Ag) = 0,9 MPa (§ 18.12.4) Tải trọng cân bằng: - Kinh nghiệm lấy khoảng 60-80% trọng lượng sàn, - Hay bằng 60-70% tĩnh tải sàn, 70-80% tĩnh tải dầm max(P/Ag) = 2,1 MPa (kinh nghiệm) Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_3 6.1 Sàn 1: qui trình tính toán (tiếp theo) Thiết kế hình dạng cáp - Kiểu cáp parabol, với vị trí cáp cao nhất tại cợt giữa (điểm B, C), vị trí cáp thấp nhất tại giữa nhịp (L1 , L2 , L3), vị trí đầu neo cáp tại trục trung hòa (điểm A, D), hình dưới đây: a1 e2 a2 cáp ULT Y e1=0 X Vị trí cáp thiết kế (CGS) - Vị trí đầu neo cáp - Vị trí cáp tại cợt giữa - Vị trí cáp tại nhịp giữa - Vị trí cáp tại nhịp biên - Khoảng cách a1 - Khoảng cách a2 tung đợ cáp (Y - mm) = h/2 = 200/2 = 100 = h - a = 200 - 40 = 160 = a = 40 = a = 40 a1 = (100+160)/2 - 40 = 90 a2 = 160 - 40 = 120 Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau Chú ý: - BT bảo vệ: a = 40 mm - Tung đợ Y tính từ đáy bản sàn đến tâm cáp ULT - Khoảng cách a1 , a2 tính từ tâm cáp ULT đến tải cân bằng (đường -) trang VI_4 6.1 Sàn 1: qui trình tính toán (tiếp theo) Tính toán lực căng cáp u cầu - Lấy tải trọng cân bằng bằng 75% trọng lượng sàn: w b1  0,75g1  0,75  4,8  3,6 kN / m2 w b1L L21 3,6  7,5  8,22   2522 kN - Lực căng cáp u cầu cho đoạn dải sàn L1: PL1  8a1  0,09 - Ứng śt hữu hiệu của cáp căng sau: f se  f pi  f loss  (1  0,08)  0,7 1860  1200 MPa PL1 2522 103 - Xác định sớ cáp u cầu cho dải sàn W-S: n yc    21 f seA ps 1200 100 - Chọn sớ cáp thiết kế: ntk = 22, có khoảng cách cáp trung bình = 340 mm < (8h, 1.5m) - Lực nén thực tế ban đầu dải sàn W-E là: Pe  n tk  f se  A ps  22 1200 100 / 103  2640 kN - Kiểm tra ứng śt nén trung bình thỏa mản điều kiện ở trang VI-3: Pe Pe 2640 103 Pe min( )  0,9 MPa    , 76 MPa  max( )  2,1 MPa Ag Ag 1,5 10 Ag Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau → OK trang VI_5 6.1 Sàn 1: qui trình tính toán (tiếp theo) Kiểm tra lực nén ở nhịp giữa w b1L L22 3,6  7,5  9,02 - Lực căng cáp u cầu cho đoạn dải sàn L2: PL    2278 kN 8a  0,12 - Do PL2 = 2278 kN < Pe = 2640 kN → Lực căng cáp u cầu nhỏ cho đoạn dải L2 - Lúc tải trọng cân bằng thực sự ở đoạn dải L2 (nhịp giữa) là: w b2   a1 8Pe a  2640  0,12   4,2 kN / m 2 L4L2 7,5  9,0 w b 4,2   0,88  → OK g1 4,8 e2 Y a2 cáp ULT e1=0 X Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_6 6.1 Sàn 1: qui trình tính toán (tiếp theo) Tính toán các thành phần mơmen ́n - Mơmen tĩnh tải tác dụng: MDL a/- Do tĩnh tải: MDL - kNm L4g1 + L4g2 = 45 kN/m - Mơmen hoạt tải tác dụng: MLL 313 313 - Mơmen tải trọng cân bằng: MWB - Chú ý: giá trị trung bình wb = 3,8 kN/m2 c/- Do cáp ULT: MWB - kNm 198 L4p = 15 kN/m 104 144 87 227 b/- Do hoạt tải: MLL - kNm L4wb = - 28,5 kN/m 144 137 227 198 Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau 76 104 46 76 trang VI_7 6.1 Sàn 1: qui trình tính toán (tiếp theo) Kiểm tra ứng śt giai đoạn nén trước Tiết diện giữa nhịp f1 _ top  Tiết diện tại cợt f1 _ top Pp Ag  M DL  M BW h 2I g M DL  M BW h Ag 2I g Pp M DL  M BW   h Ag 2I g f1 _ bottom  f1 _ bottom  Pp Pp Ag Qui ước: US gây nén có dấu + US gây kéo có dấu -   M DL  M BW h 2I g f1_top [f1c] = 12,0 MPa (nén) [f1t] = -1,1 MPa (kéo) f1_bottom * Giai đoạn chỉ có tĩnh tải lực nén trước của cáp tác dụng lên sàn Tiết diện tính toán Giữa nhịp L1 Giữa nhịp L2 Vị trí cợt B, C MDL - MBW (kNm) 227 - 144 = 83 137 - 87 = 50 313 - 198 = 115 f1_top (MPa) 3,42 (nén) 2,76 (nén) - 0,54 (kéo) Kết ḷn đ/k ứng śt OK OK f1_bottom (MPa) 0,10 (nén) 0,76 (nén) Kết ḷn đ/k ứng śt OK OK Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau OK 4,06 (nén) OK trang VI_8 Các phương án thiết kế mặt bằng cáp (tt) a/- P/T dải cợt b/- P/T dải cợt + dải giữa phương c/- P/T dải cợt + dải giữa phương Đặc điểm: - Thường bớ trí cho sàn ULT có bước cợt 7-10m, tải trọng sàn 2-8 kN/m2 - Giá thành thấp nhất, linh hoạt bớ trí mặt bằng lưới cợt, sàn cấu tạo phẳng - Chớng chọc thủng kém, kiểm soát đợ võng sàn trung bình - Bớ trí cáp kiểu a/- dể thi cơng, kiểu b/- kiểu c/- kiểm soát võng tớt Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_25B Các phương án thiết kế mặt bằng cáp (tt) a/- P/T dải cợt b/- P/T dải cợt + dải giữa phương c/- P/T dải cợt + dải giữa phương Đặc điểm: - Thường bớ trí cho sàn ULT có bước cợt 8-13m, tải trọng sàn 2-8 kN/m2 - Giá thành cao hơn, sàn có mũ cợt - Chớng chọc thủng tớt hơn, kiểm soát đợ võng sàn trung bình - Bớ trí cáp kiểu a/- dể thi cơng, kiểu b/- kiểu c/- kiểm soát võng tớt Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_25C Các phương án thiết kế mặt bằng cáp (tt) a/- P/T dải cợt b/- P/T dải cợt + dải giữa phương c/- P/T dầm thường + dải giữa phương Đặc điểm: - Thường bớ trí cho sàn ULT có bước cợt 8-16m, tải trọng sàn > 8-10 kN/m2 - Giá thành cao, có dầm nơng (band beam) hay dầm PT/RC thường (narrow beam) - Chớng chọc thủng tớt nhất, kiểm soát đợ võng sàn tớt, sàn khơng phẳng - Bớ trí cáp kiểu a/- dể thi cơng, kiểu b/- kiểu c/- kiểm soát võng tớt Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_25D Ví dụ phân chia dải thiết kế (phương ngang) Column strips: màu đỏ Middle strips: màu vàng (CSA1, CSA3, CSA5, CSA7) (MSA2, MSA4, MSA6) Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_26 Ví dụ thiết kế sớ lượng cáp (phương ngang) Tendon 1: column strips (4 strands @0,5m) Tendon 2: middle strips (3 strands @1,5m) Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_27 Xác định đặc tính của cáp căng sau Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_28 Các phương án thiết kế hình dạng cáp Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_29 Tính toán tởn hao ứng śt cáp Thơng sớ căng cáp Thơng sớ tởn hao cáp Vị trí căng: đầu J (đầu ći) Loại tởn hao: cớ định (gán trước) Ứng śt căng: 1488 N/mm2 Tởn hao ngắn hạn: 186 N/mm2 Tởn hao dài hạn: 93 N/mm2 Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_30 Tính toán tởn hao ứng śt cáp (tt) Cách 1: Cách 2: Cách 3: tính theo % giá trị gán trước tính chi tiết Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_31 Các tở hợp tải trọng bản tính theo ACI 318 Ghi chú: - Các tở hợp SLS kiểm tra ứng śt: UDCONI1, UDCONN1, UDCONN2 - Các tở hợp SLS kiểm tra võng dài hạn: UDCONL1, UDCONL2 - Các tở hợp ULS kiểm tra điều kiện đợ bền: UDCONU1, UDCONU2 Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_32 Các tở hợp bản ở giai đoạn SLS Kiểm tra US nén trước: 1.0 DBT + 1.0 PT-TRANSFER (dùng tở hợp UDCONI1) Kiểm tra US khai thác: (dùng các tở hợp UDCONN1 và UDCONN2) Kiểm tra võng dài hạn: (dùng các tở hợp UDCONL1 và UDCONL2) Ghi chú: (ACI 18.4.1) 1.15 1.0 DBT + 1.0 DHT + 1.0 PT-FINAL (ACI 18.4.2b) 1.0 DBT + 1.0 DHT + 1.0 L + 1.0 PT-FINAL 1.0 D2 + 1.0 PT-FINAL (ACI 18.4.2a) 1.0 D2 + 0.5 L2 + 1.0 PT-FINAL DBT – tĩnh tải bản thân ; DHT – tĩnh tải hoàn thiện D2 – tĩnh tải (with creep) ; D2 = DBT + DHT L – hoạt tải tức thời ; L2 – hoạt tải (with creep) PT-TRANSFER – lực nén hữu hiệu xét tởn thất ngắn hạn PT-FINAL – lực nén hữu hiệu xét tởn thất ngắn hạn + dài hạn Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_33 Các tở hợp bản ở giai đoạn ULS Kiểm tra mơmen ́n: (dùng các tở hợp UDCONU1 và UDCONU2) 1.4 DBT + 1.4 DHT + 1.0 HP-FINAL (ACI 9.2.1) 1.2 DBT + 1.2 DHT + 1.6 L + 1.0 HP-FINAL Kiểm tra lực cắt hay chọc thủng: (dùng các tở hợp UDCONU1 và UDCONU2) 1.4 DBT + 1.4 DHT + 1.0 PT-FINAL (ACI 9.2.1) 1.2 DBT + 1.2 DHT + 1.6 L + 1.0 PT-FINAL Ghi chú: DBT – tĩnh tải bản thân ; DHT – tĩnh tải hoàn thiện ; L – hoạt tải HP-FINAL – lực nén hữu hiệu siêu tỉnh (do hyperstatic moments gây ra) PT-FINAL – lực nén hữu hiệu xét tởn thất ngắn hạn + dài hạn Trong chương trình SAFE tự dợng tính lần thứ mới có HP-FINAL Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_34 Các tở hợp bản ở giai đoạn ULS (tt) Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_35 Kiểm soát đợ võng ở giai đoạn SLS dmax = 15 mm Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_36 Kiểm soát đợ võng ở giai đoạn SLS (tt) Tở hợp tính toán: - dùng tở hợp UDCONN1: (1.0 DBT + 1.0 DHT + 1.0 PT-FINAL) dmax1 - dùng tở hợp UDCONN2: (1.0 DBT + 1.0 DHT + 1.0 L + 1.0 PT-FINAL) dmax2 - dùng tở hợp UDCONL2: (1.0 D2 + 0.5 L2 + 1.0 PT-FINAL) dmax3 Kiểm tra đợ võng: - Kiểm tra đợ võng tức thời hoạt tải: dmax2 – d max1 ≤ L/360 - Kiểm tra đợ võng dài hạn tởng tải: dmax2 – dmax1 + dmax3 ≤ L/240 Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_37 [...]... - lực nén trước hiệu quả (sau khi trừ tổn hao ứng suất): Pse  fseA ps Ac , Sc - diện tích và mômen tĩnh chống uốn của tiết diện BTULT (không nứt) e - khoảng cách từ lực Pse đến trọng tâm của tiết diện BTULT Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_22 6.2 Sàn 2: qui trình tính toán (tiếp theo) 13 Kiểm tra phá hoại đột ngôt do đứt cáp b)- Kết quả... kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_10c Phương pháp tải tương đương tính mômen siêu tỉnh (tt) Ví dụ : xét dầm 2 nhịp với độ lệch tâm cáp không đổi dọc theo chiều dài Mômen uốn do tải tương đương gây ra Mômen tổng do ULT = mômen sơ cấp + mômen thứ cấp Mômen uốn sơ cấp (chính) do cáp gây ra Mômen uốn thứ cấp (phụ) do lực siêu tỉnh Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai... sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_15 6.1 Sàn 1: bố trí cốt thép sàn L1 L3 L4 L2 L1 Thép ở nhịp biên L1 f16@280 N W S E S Thép ở nhịp giữa L2 f12@280 Cáp không dính (xem thêm § 18.12) 22Aps@340 L4 Thép vùng cột giữa 2x10f16 (2 phương) L3 Thép vùng cột biên 2x6f16 (2 phương) Mặt bằng bố trí cáp không dính và cốt thép cho dải sàn W-E Chương 6: Thiết kế sàn BTULT. .. OK OK OK Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_21 6.2 Sàn 2: qui trình tính toán (tiếp theo) 13 Kiểm tra phá hoại đột ngôt do đứt cáp (Điều § 18.8.2) a)- Công thức tính toán a TH1: Nếu M u  fM n  2M u → yêu cầu fM n  1,2Mcr b TH2: Nếu fM n  2M u → không cần kiểm tra Mcr Trong đó: Mcr - mômen kháng nứt của tiết diện BTULT: M cr  (f r  Pse )Sc  Psee... 104  1,0  40  502 kNm Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_10 Mômen thứ cấp (siêu tĩnh) gây ra do cáp a)- Dầm căng sau hai nhịp d)- Phản lực siêu tĩnh Ri trong dầm đơn b)- Lực căng làm dầm có độ vồng D e)- Mômen thứ cấp do Ri gây ra c)- Phản lực siêu tĩnh Ri ngăn cản độ vồng D Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_10b Phương pháp... 1,2Mcr OK - - OK Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_23 6.2 Sàn 2: bố trí cốt thép sàn L1 L3 L4 L2 L1 N Thép mặt dưới (toàn sàn) E S W S f12@280 Cáp dính bám (xem thêm § 18.12) 22Aps@340 Thép mặt trên (toàn sàn) L4 f12@280 L3 Mặt bằng bố trí cáp dính bám và cốt thép cho dải sàn W-E Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_24 MÔ... kiểu a/- dể thi công, kiểu b/- và kiểu c/- kiểm soát võng tốt hơn Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_25D Ví dụ phân chia dải thiết kế (phương ngang) Column strips: màu đỏ Middle strips: màu vàng (CSA1, CSA3, CSA5, CSA7) (MSA2, MSA4, MSA6) Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_26 ... (Với f’c = 34 MPa ta có 1 = 0,8) Độ bền chịu uốn danh định tính bằng công thức: M n  (A psf ps  As f y )(d p  0,5a ) Kiểm tra điều kiện về độ bền: fM n  M u Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau Xem chương 5 trang VI_14 6.1 Sàn 1: qui trình tính toán (tiếp theo) 12 Kiểm tra độ bền giới hạn (ULS) cho sàn ULT dùng cáp không dính bám b)- Kết quả tính toán... f2_top (MPa) 4,94 (nén) 3,68 (nén) - 2,62 (kéo) Kết luận đ/k ứng suất OK OK f2_bottom (MPa) - 1,42 (kéo) Kết luận đ/k ứng suất OK MLL + MDL - MBW (kNm) - 0,16 (kéo) Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau OK OK 6,14 (nén) OK trang VI_9 6.1 Sàn 1: qui trình tính toán (tiếp theo) 10 Xác định các mômen tính toán ở giai đoạn ULS:  Mômen căng ban đầu, M1 , thay đổi dọc... suất: floss = 8% fpi 2 Bỏ qua ảnh hưởng của độ cứng cột 4 Yêu cầu thiết kế:  Tính dải sàn như dầm liên tục - Thiết kế dải sàn theo phương W-E (xem hình vẽ) Chương 6: Thiết kế sàn BTULT hai phương căng sau trang VI_17 6.2 Sàn 2: qui trình tính toán 1 Tính toán đặc trưng của tiết diện: tương tự như trang VI_3 2 Xác định các thông số thiết kế: tương tự như trang