KẾT CẤU BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC

KẾT CẤU BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC Bài 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN KẾT CẤU BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC? 1> Kết cấu bêtông ứng suất trước thuật ngữ dùng để kết cấu, cấu kiện hay sản phẩm bêtông cốt thép mà trình chế tạo người ta tạo theo tính toán ứng suất kéo trước toàn phần cốt thép ứng suất nén toàn phần bêtông 2> Kết cấu bêtông ứng suất trước kết cấu bêtông mà trước đưa kết cấu vào sử dụng người ta gây ứng suất nén trước cho bêtông cho triệt tiêu toàn hay phần ứng suất kéo tải trọng sau gây nhằm mục đích loại trừ khả xuất vết nứt kết cấu 3> ỨNG SUẤT TRƯỚC, ỨNG LỰC TRƯỚC HAY DỰ ỨNG LỰC? ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA KẾT CẤU BTƯST SO VỚI KẾT CẤU BTCT A ƯU ĐIỂM: 1) Khả chịu uốn cao 2) Khả chịu cắt cao 3) Độ cứng lớn 4) Nhẹ, mảnh mai 5) Khả chống thấm, chống ăn mòn cao 6) Độ bền mỏi cao 7) Độ bền chịu lửa cao 8) Sử dụng vật liệu thép BT B NHƯỢC ĐIỂM: 1) Thiết kế phức tạp 2) Sử dụng vật liệu cường độ cao 3) Sử dụng thiết bị riêng 4) Yêu cấu quản lý chất lượng cao LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 1) Thế giới: - 1886: Jackson P.H (Mỹ): Nguyên lý ƯST - 1896 : Mandl (Áo) : Khái niệm triệt tiêu ƯS kéo BT - 1906 : Koenen M (Đức): Thí nghiêm dầm phát tổn hao - 1908 : Steiner C.R (Mỹ): Giảm tổn hao kéo lại - 1923 : Emperger F (Áo): Quấn dây căng làm ống BT - 1925 : Dill R.H (Mỹ): Đề xuất BTƯST không bám dính - 1928 : Freyssnet F (Pháp): Sử dụng vật liệu cường độ cao - 1938: CN căng trước nhờ vào bám dính BT & CThép - 1939: Freyssnet F (Pháp): nghiên cứu thành công neo côn - 1940:Magnel G : Nghiên cứu thành công neo khối - 1950: Thành lập FIP 2) Việt Nam: A) XÂY DỰNG CẦU: - TRƯỚC 1990: DẦM BTƯST (CẦU PHÙ LỖ, CẦU THĂNG LONG) - SAU 1990 : DẦM BTƯST, ĐÚC HẪNG, (CẦU PHÚ LƯƠNG,CẦU GIANH…), ĐÚC ĐẨY (CẦU MẸT…) B) XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - Trước 1996: Nghiên cứu công nghệ thích hợp cho cấu kiện nhỏ - Từ 1996 đến nay: + Căng sau: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đại: Bám dính không bám dính : Dự án P01-96: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ BTƯST cho sàn nhà sillô” + Căng trước: BT Xuân Mai, Phan Vũ, Sơn Trường… + Căng ngoài: Sửa chữa công trình Hệ th hống silô BTƯST Nhà máy Xim măng Bút Sơn Nhà điềều hành Đại Đ học Quốc Q gia Hà Nội PHÂN N LOẠI KẾT K CẤU U BÊTÔN NG ỨNG G SUẤT T TRƯỚC 1) BT TƯST CĂ ĂNG TRƯ ƯỚC VÀ À BTƯST CĂNG S SAU PHƯƠNG PHÁP P CĂ ĂNG TRƯ ƯỚC PHƯƠNG P G PHÁP CĂNG C SA AU 2) BT TƯST CÓ Ó BÁM DÍNH D VÀ À BTƯST T KHÔNG G BÁM D DÍNH Cốt thép căng có ó vỏ bọc (không ( b ám dính)) 3) BT TƯST TR RONG TIIẾT DIỆN N VÀ BT TƯST NG GOÀI TIẾ ẾT DIỆN N Ứng su uất trước tiết diện bêttông 4) BT TƯST TO OÀN PHẦ ẦN VÀ BTƯST B K KHÔNG T TOÀN PH HẦN Toàn phần: p Triiệt tiêu ho oàn toàn ứng suấtt kéo tron ng bê tông Không g toàn phầ ần: Khôn ng triệt tiêu hoàn toàn t ứngg suất kéoo bêêtông 5) BT TƯST VÀ À LIÊN HỢP H BTƯ ƯST-BTC CT Kết cấ ấu liên hợp BT TƯST – BTCT = Kết cấấu bán lắp ghéép CÁC PHƯƠNG P G PHÁP CĂNG CỐT C THÉ ÉP 1) PH HƯƠNG PHÁP CƠ HỌC Kích K kéo căng c bó cố ốt thép Kícch kéo că ăng tao th hép đơn 6.3.4 Trường hợp cốt ngang Khi cấu kiện cốt thép đai đồng thời không cố cốt thép xiên, gọi trường hợp cốt thép ngang Khả chịu cắt cấu kiện trường hợp phải tiến hành kiểm tra cường độ chịu lực lực cắt tiết diện thảng góc cường độ theo tiết diện nghiêng Kết nghiên cứu thực nghiệm cho thấy cấu kiện chịu cắt tuý, thoả mãn điều kiện Q τ =σ = ≤ 2,5R không hình thành vết nứt xiên Tiêu chuẩn TCXDVN 356 : 2005 đưa bh max mt bt công thức xác định khả chịu cắt tiết diện bêtông trường hợp cốt ngang: Qb = 2,5 Rbt b h0 (6.26) Như vậy, điều kiện để kiểm tra khả chịu cắt cấu kiện cốt ngang có dạng kiện sau: Qmax ≤ 2,5 Rbt b h0 (6.27) Trong : Qmax lực cắt lớn mép gối Tính toán kiểm tra khả chịu lực cắt cấu kiện cốt thép ngang theo tiết diện nghiêng thực theo điều kiện : Q ≤ Qb1 (6.28) Q lực cắt đầu tiết diện nghiêng, gối tựa có chiều dài hình chiếu c; Qb1 lực cắt giới hạn lấy Mb1/с; : Мb1 = ϕb4 (1 + ϕn) Rbt b h02 , không nhỏ Qb,min : Qb,min= ϕb3 (1 + ϕn) Rbt b h0 ứng với trường hợp c = (ϕb4 / ϕb3) h0 ≈ 2,5 h0; ϕb3, ϕb4 lấy theo Bảng 6.1; ϕn tính theo công thức (6.9) (6.29) Nếu khoảng chiều dài с không hình thành vết nứt thẳng góc (tức M ≤ M ; M mô men nứt trình bày Chương 9), khả chịu lực cắt cấu kiện lớn so với giá trị tính toán có vết nứt thẳng góc Trong trường hợp giá trị Qb1 lấy không nhỏ Qcrc : crc Qcrc =b I red τ xy,crc Sred crc (6.30) Trong : Sred mô men tĩnh phần tiết diện qui đổi nằm phía trục qua trọng tâm tiết diện trục này; τxy,crc ứng suất tiếp trọng tâm tiết diện qui đổi ứng với thời điểm hình thành vết nứt xiên; cho phép lấy giá trị τxy,crc = τ Rbt xác định không kể đến ứng suất σy, nhờ biểu đồ hình 6.6 Khi cấu kiện chịu tác dụng lực tập trung tải trọng gián đoạn, giá trị c (6.28) lấy khoảng cách từ gối tựa đến điểm đầu diện tích đặt tải trọng (hình 6.3) Khi tính toán cấu kiện chịu tác dụng tải trọng phân bố đều, giá trị c lấy Мb1 /Qcrc (Trong Qb1 = Qcrc), chiều dài đoạn gần gối l1, mà không hình thành vết nứt thẳng góc (đồng thời l1 > 2,5 h0, Qb1 = Qb,min) Trong hai trường hợp lấy Q = Qmax − q1 c ( q1 phần Chương này) Hình 6.6: Biểu đồ quan hệ τ = f (σ) ⎯⎯ bêtông nặng; - bêtông cốt liệu nhỏ bêtông nhẹ 6.4 TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN NGHIÊNG CHỊU MÔMEN UỐN Tính toán cấu kiện theo tiết diện nghiêng chịu mômen uốn (hình 6.7) tiến hành theo điều kiện.: М ≤ (Rs Asp + Rs As) zs + Σ Rsw Asw zsw + Σ Rsw As,inc zs,inc (6.31) М mômen ngoại lực đặt phía tiết diện xét trục vuông góc với mặt phẳng tác dụng mômen qua điểm đặt hợp lực vùng nén (hình 6.7); Σ Rsw Asw zsw, Σ Rsw As,inc zs,inc tổng mômen trục nội lực cốt thép đai cốt thép xiên cắt qua vùng chịu kéo tiết diện nghiêng; zs, zsw, zs,inc – khoảng cách từ mặt phẳng cốt dọc, cốt thép đai cốt thép xiên đến trục nói Hình 6.7: Sơ đồ nội lực tiết diện nghiêng tính theo mômen uốn Hình 6.8: Xác định giá trị mô men tính theo tiết diện nghiêng а – cho dầm tựa tự do; b – cho côngxon Chiều cao vùng nén tiết diện nghiêng tính thẳng góc với trục dọc cấu kiện xác định từ điều kiện cân hình chiếu nội lực bêtông vùng nén cốt thép cắt qua vùng kéo tiết diện nghiêng lên trục cấu kiện (Chương 5), Trong lấy γs6 = 1,0 Trường hợp cấu kiện có cốt thép xiên, biểu thức tính toán giá trị х cần bổ sung thêm biểu thức ΣRsAs,inccosθ (ở θ góc nghiêng xiên trục dọc cấu kiện) Đại lượng zs cho phép lấy h0 - 0,5х, không lớn h0−а′, giá trị х tính toán có xét đến cốt thép chịu nén Đại lượng Σ Rsw Asw zsw cốt thép đai có bước không đổi xác định theo công thức: Σ Rsw Asw zsw = 0,5 qsw c2 (6.32) qsw khả chịu lực cắt cốt thép đai (hay gọi nội lực cốt thép đai) đơn vị chiều dài cấu kiện khoảng tiết diện nghiêng (xem phần trên); с chiều dài hình chiếu tiết diện nghiêng lên trục dọc cấu kiện, khoảng điểm đặt hợp lực cân cốt thép vùng kéo vùng nén; Đại lượng zs,inc cho mặt phẳng xiên xác định theo công thức zs,inc = zs cos θ + (с − a) sin θ (6.33) а khoảng cách từ điểm đầu tiết diện nghiêng đến chỗ bắt đầu uốn vùng kéo (hình 6.7) Tính toán tiết diện nghiêng chịu mômen uốn phải thực đầu gối tựa tự đầu tự côngxon cốt dọc không neo, vị trí cắt uốn cốt dọc nhịp Ngoài ra, tính toán tiết diện nghiêng chịu mômen thực vị trí thay đổi đột ngột hình dạng cấu kiện (chỗ cắt giảm tiết diện, góc cấu kiện ) Nếu tiết diện nghiêng cắt vào vùng kéo có cốt thép căng thiết bị neo chiều dài vùng truyền ứng suất cốt thép thường neo chiều dài đoạn neo, giá trị cường độ tính toán Rs cốt thép giảm cách nhân với hệ số điều kiện làm việc γs5 Tính toán tiết diện nghiêng chịu mômen uốn không cần thực đảm bảo điều kiện cấu kiện cốt ngang - Dầm tựa tự do: Đối với dầm tựa tự do, tiết diện nghiêng bất lợi mép gối có chiều dài hình chiếu c bằng: c= Q − Fi − ΣR s A s,inc sinθ (6.34) q sw + q không lớn l1 — chiều dài phần gần gối có Q ≥ Qcrc đoạn có hình thành vết nứt thẳng góc có Q ≥ Qb1 Trong công thức (6.34): Q lực cắt tiết diện gối; Fi, q tải trọng tập trung tải phân bố khoảng tiết diện nghiêng; qsw khả chịu lực cắt cốt thép đai đơn vị chiều dài cấu kiện khoảng tiết diện nghiêng (xem phần trên); θ góc nghiêng cốt thép xiên trục dọc cấu kiện Nếu giá trị с xác định lực Fi nhỏ khoảng cách từ gối đến lực Fi, xác định không xét đến lực Fi lại lớn khoảng cách giá trị с cần lấy khoảng cách đến lực Fi Nếu khoảng chiều dài с mật độ cốt thép đai thay đổi, chuyển từ qsw1 đầu tiết diện nghiêng thành qsw2 giá trị с xác định theo công thức (6.34) với qsw = qsw2 tử số giảm lượng (qsw2 − qsw1)l1, l1 chiều dài đoạn c có mật độ cốt thép đai qsw1 Đối với dầm chịu tải phân bố q, có mật độ cốt thép đai không đổi cốt thép xiên điều kiện (6.31) thay điều kiện Q ≤ 2(R s A sp + R s A s )Z s − M (q sw + q ) М0 mômen tiết diện gối; Q lực cắt tiết diện gối (6.35) - Dầm côngxon: Đối với dầm côngxon có tiết diện không đổi chịu lực tập trung, tiết diện nghiêng bất lợi vị trí đặt lực tập trung gần đầu tự có chiều dài hình chiếu с lấy bằng: c= Q1 − ΣR sw A s,inc sinθ (6.36) q sw không lớn khoảng cách từ điểm đầu tiết diện nghiêng đến gối; Q1 lực cắt vị trí bắt đầu tiết diện nghiêng Đối với dầm côngxon chịu lực phân bố q, tiết diện nghiêng bất lợi kết thúc tiết diện gối có chiều dài hình chiếu с lấy bằng: c= (R A s sp /l p + R s A s /l an )z s (6.37) q sw + q Ở đây, с < (l − lan) с < (l − lp) công thức (6.37) lấy tương ứng RsAs = RsAsp = Trong công thức (6.37): Аsp , А diện tích tiết diện cốt thép kéo dài đến đầu tự do; lp , lan chiều dài đoạn truyền ứng suất đoạn neo; zs xác định tiết diện gối Để đảm bảo tiết diện nghiêng chịu tác dụng mômen uốn điểm uốn cốt thép xiên vùng kéo cần phải cách tiết diện thắng góc mà bị uốn sử dụng chịu mômen không nhỏ h0/2, điểm cuối cốt thép xiên cần đặt gần tiết diện thẳng góc mà cốt thép xiên không yêu cầu theo tính toán 6.5 KHOẢNG CÁCH LỚN NHẤT CỦA CỐT NGANG Hình 6.9: Khoảng cách cốt thép đai cốt thép xiên s max = ϕ b4 (1 + ϕ n )R bt bh 02 (6.38) Q Trong : ϕn hệ số xét đến ảnh hưởng cốt ứng suất trước vùng kéo, xác định theo công thức (6.6); ϕb4 lấy theo bảng 6.1 6.6 VÍ DỤ TÍNH TOÁN (xem sách) ... Đình Cống : Kết cấu bê tông cốt thép Nhà XB KHKT, Hà Nội, 2006 [4] TCXDVN 356 : 2005 : Kết cấu bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế NXB Xây dựng, Hà Nội, 2005 KẾT CẤU BÊTÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC... BÀI VẬT LIỆU VÀ CẤU TẠO BÊTÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC 2.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ SỬ DỤNG VẬT LIỆU Các loại vật liệu: - Căng trước: B tông, cốt thép thường, cốt thép căng - Căng sau: B tông, cốt thép thường,... TÀI LIỆU HỌC TẬP [1] Nguyễn Tiến Chương : Kết cấu b tông ứng suất trước Nhà XB Xây dựng, Hà Nội, 2010 [2] Nguyễn Tiến Chương (chủ biên): Kết cấu b tông ứng suất trước – Chỉ dẫn thiết kế theo TCXDVN