Bê tông ứng lực trước

1 Bản chất bê tơng ứng lực trước Có thể nói ý tưởng bê tơng ứng lực trước (ULT) xuất từ nhiều kỳ trước, người ta sử dụng đai kim loại bó quanh gỗ để chế tạo thùng rượu  Khi đai đươc kéo chặt, gỗ bị ép chặt vào tạo ứng suất nén trước chúng  Ứng suất nén làm triệt tiêu ứng suất kéo vòng tác dụng lên thành thùng chứa chất lỏng, thành thùng rượu khơng bị nứt tách Trước đưa vào sử dụng, đai kim loại gỗ đươc ULT  Trong cấu kiện bê tông ULT, ta đặt vào lực nén trước tạo việc kéo cốt thép gắn chặt vào bê tơng thơng qua lực dính neo  Nhờ tính đàn hồi, cốt thép có xu hướng co lại tạo nên lực nén trước gây ứng suất nén trước bê tông Ứng suất nén làm triệt tiêu hay làm giảm ứng suất kéo tải trọng gây ra, làm tăng khả chịu kéo cấu kiện bê tông làm hạn chế phát triển vết nứt  ULT việc tạo cho kết cấu cách có chủ ý ứng suất tạm thời nhằm tăng cường làm việc vật liệu điều kiện sử dụng khác Hay nói cách khác trước cấu kiện chịu tải trọng sử dụng, cốt thép bị căng trước bê tơng bị nén trước  Trong cấu kiện BTCT thường, khe nứt bê tông xuất ứng suất cốt thép chịu kéo đạt từ 200 đến 300 kG/cm2 Nếu dùng cốt thép cường độ cao, ứng suất cốt thép chịu kéo đạt tới trị số 10000 đến 12000 kG?m2 lớn hơn, điều làm xuất khe nứt lớn vượt giới hạn cho phép  Trong bê tơng ULT, khống chế xuất khe nứt lực căng trước nên cần thiết dùng cốt thép cường độ cao  Mặt khác để giảm kích thước tiết diện từ giảm trọng lượng thân cấu kiện, đồng thời để tăng khả chịu ứng suất tập trung vùng neo cần phải sử dụng bê tông cường độ cao  Bê tông ULT trở thành kết hợp lý tưởng hai loại vật liệu đại có cường độ cao 2 So sánh bê tông ULT bê tông cốt thép Sự khác biệt lớn hai loại vật liệu việc sử dụng vật liệu cường độ cao bê tông ULT Sự xuất bê tơng ULT với tính hơp lý, kinh tế va khả thích ứng cho cơng trình đặc biệt, khơng có nghĩa phủ nhận BTCT TẶNG MIỄN PHÍ BỘ VIDEO DỰNG NHÀ MÁI THÁI Bằng phần mềm Revit Chi Tiết - Đơn Giản - Dễ Làm Download Ngay Vì loại vật liệu có ưu, khuyết điểm pham vi áp dụng riêng nó, với thể ba khía cạnh  Độ an tồn  Tính kinh tế  Phạm vi áp dụng  A - Đơ an tồn  Khi thiết kế theo tiêu chuẩn hành, kết cấu bê tơng ULT có khả chịu tải giới hạn tương đương Thậm chí cao chút so với BTCT  Các thí nghiệm cho thấy dầm BTCT có độ võng đáng kể trước bị phá hoại, cho người sử dụng cảnh báo rõ rệt trước kết cấu bị phá hoại  Khả chịu tải trọng động, tải trọng lặp hai loại vật liệu tương đương  Do hạn chế vết nứt sử dụng bê tông chất lượng cao nên khả chống ăn mòn bê tơng ULT cao BTCT, xuất vết nứt q trình ăn mòn cốt thép bê tông ULT diễn biến nhanh  Thép cường độ cao nhạy cảm với nhiệt độ lớn so với cốt thép thường nên bê tông ULT có khả chịu lửa hạn chế hơn, nhiên cáp ULT thường bố trí theo dạng cong nên số vị trí cấu kiện, bê tơng ULT có ưu lớp bê tơng bảo vệ  Do có cường độ vật liệu cao hơn, tiết diện mảnh Kết cấu bê tông ULT đòi hỏi phải ý nhiều khâu thiết kế, thi công lắp dựng  Tuổi thọ kết cấu bê tông ULT không thua so với BTCT  B - Tính kinh tế  Để chịu tải trọng, bê tông ULT sử dụng khối lượng bê tông thép sử dụng cấu kiện mảnh, giảm trọng lượng thân nên bê tông ULT tiết kiệm vật liệu cho phận kết cấu khác móng, cột, với cấu kiện đúc sẵn điều làm giảm chi phí vận chuyển lắp dựng  Tuy nhiên vật liệu cường độ cao có giá thành đơn vị cao hơn, mặt khác bê tông ULT lại sử dụng nhiều thiết bị chuyên dụng neo, cáp, vữa, việc gia công, chế tạo cốp pha phức tạp  Chi phí thiết kế, giám sát thi cơng, chi phí nhân cơng cho đơn vị khối lượng công việc cao Tùy thuộc vào kinh nghiệm, trình độ nhà thầu mà khối lượng cơng việc phát sinh nhiều  Nói chung bê tơng ULT tỏ có hiệu kinh tế cho kết cấu nhịp lớn, chịu tải trọng nặng, cấu kiện điển hình thi cơng hàng loạt cấu kiện đúc sẵn kết cấu liên hợp  C - Phạm vi áp dụng  Nhờ việc sử dụng vật liệu cường độ cao, bê tơng ULT thích hợp với kết cấu nhịp lớn, chịu tải trọng nặng Do sử dụng tiết diện mảnh nên kết cấu bê tông ULT đáp ứng yêu cầu mỹ quan  Bê tông ULT phù hợp với cấu kiện đúc sẵn có trọng lượng nhỏ Phân loại bê tơng ULT Có nhiều cách phân loại bê tơng ULT tùy thuộc vào đặc điểm thiết kế phương pháp thi công  A - Phân loại theo thời điểm căng cốt thép tạo ULT  Theo thời điểm căng cốt thép tạo ULT người ta phân thành  Phương pháp căng trước  Phương pháp căng sau  Với phương pháp căng trước, hệ thống tạo ULT bao gồm hai khối neo đặt cách khoảng Thép ULT căng hai khối neo trước đổ bê tơng, lực căng tạo kích thủy lực Sau bê tông đủ cường độ, áp lực kích thả ra, truyền ULT cho bê tông  Với phương pháp căng sau, thép ULT đặt sẵn cấu kiện bê tông đạt đủ cường độ thép ULT căng neo vào đầu cuối cấu kiện  B - Phân loại theo vị trí bố trí cáp ULT  Theo vị trí bố trí cáp ULT người ta phân thành:  Phương pháp căng  Phương pháp căng  Phương pháp căng cách căng trước thép ULT nằm bê tông đề cập  Khi thép ULT nằm bên ngồi cấu kiện, ta có phương pháp căng ngồi  Ngồi tạo ULT tác nhân khác bên cấu kiện, ví kết cấu siêu tĩnh dầm liên tục, khung, vòm, cách chuyển vị cưỡng gối tựa tạo nên ứng suất trước nhằm điều chỉnh hợp lý phân bố nội lực kết cấu  C - Phân loại theo mức độ hạn chế ứng suất kéo cấu kiện  Theo mức độ hạn chế ứng suất kéo cấu kiện giai đoạn sử dụng, ngưởi ta phân thành:  Ứng lực toàn phần  Ứng lực phần  Ứng lực toàn phần nghĩa cấu kiện thiết kế cho không xuất lực kéo chịu tải trọng sử dụng  Nếu tác dụng tải trọng sử dụng, sau ULT có ứng suất kéo khống chế cấu kiện, người ta gọi ứng lực phần  D - Phân loại theo lực dính bê tơng cáp ULT  Theo lực dính bê tơng cáp ULT người ta phân thành:  Cáp ULT dính kết ( bonded )  Cáp ULT khơng dính kết ( unbonded )  Cáp ULT dính kết loại cáp có bám dính với bê tơng xung quanh dọc theo chiều dài  Cáp khơng dính kết phải bảo vệ khỏi ăn mòn lớp mạ lớp bôi trơn chống dính, thường bọc ống chất dẻo để tránh bám dính với bê tơng xunh quanh  E - Phân loại theo việc đặt cáp ULT cấu kiện  Theo việc đặt cáp ULT cấu kiện người ta phân thành:  ULT thẳng  ULT vòng  Đối với cấu kiện có dạng thẳng dầm, sàn, sợi cáp đặt theo hình parapol chúng khơng bị uốn cong mặt bằng, gọi ứng lực thẳng  Đối với kết cấu có tiết diện dạng tròn silo, bể chứa, cáp ULT đặt theo chu vi cấu kiện gọi ứng lực vòng Các dẫn cấu tạo với kết cấu bê tông ULT  Vật liệu cho bê tông ULT  Bê tông  Bê tông dùng cấu kiện bê tông ULT thường bê tông nặng  Việc lựa chọn cấp độ bền bê tông phụ thuộc vào dạng, loại đường kính cốt thép căng phụ thuộc vào việc néo cốt thép căng  Ví dụ dùng sợi thép có đường kính khơng lớn Ø5 cấp độ bền bê tông lấy nhỏ B20, sợi thép có đường kính khơng nhỏ Ø6 cấp độ bền bê tông lấy không nhỏ B30  Ngoài việc lựa chọn cấp độ bền bê tơng phụ thuộc vào cường độ mà cần phải có bắt đầu gây ULT, vào loại tải trọng tác dụng lên cấu kiện  Thông thường với kết cấu nhịp lớn dầm, dàn, nên dùng bê tơng có cấp độ bền không nhỏ B30  Quy định sử dụng cấp độ bền bê tông kết cấu bê tông ULT lấy theo bảng  Thép  Trong cấu kiện bê tông ULT cần dùng thép cường độ cao để tạo lực căng trước lớn trình chế tạo sử dụng, phần ứng suất căng ban đầu bị Tốt dùng sợi thép cường độ cao với đường kính Ø3-Ø8  Khi số lượng sợi thép nhiều nên sử dụng cáp Cáp bảy sợi sử dụng phổ biến, chế tạo từ sáu sơi thép xoắn quanh sợi thẳng Cáp bảy sợi thường chế tạo từ sơi thép Ø5 Ø6 Khi cần thiết ghép cáp bảy sợi vào ông rãnh để tạo lực căng lớn  Các vật liệu khác  Ngồi vật liệu bê tơng thép cường độ cao, có vật liệu phụ khác sử dụng cho bê tông ULT căng sau  Với loại cáp ULT dính kết, cần phải có ống gen tạo lỗ đặt cáp Ống gen chế tạo tơn mạ kẽm chất dẻo, ống sẵn cấu kiện trước đổ bê tông Ống phải đảm bảo độ bền, không bị hư hại thi công, đảm bảo kín khơng có phản ứng với thép bê tơng  Sau hồn thành việc căng cáp, vữa xi măng với cấp phối quy định bơm vào từ đầu neo thông qua ống đặt sẵn với áp lực 0,3-0,5 MPa Vữa bơm có tác dụng tạo kết dính chống ăn mòn cho cáp Vừa phải chảy dẻo, co ngót Thành phần vữa bơm gồm xi măng pooclang thường xi măng đông kết nhanh, trộn với nước với tỷ lệ theo trọng lượng 0,33 số phụ gia Flowcable, Pozzolith, số trường hợp cá biệt dùng thêm cát mịn cho vữa bơm  Với loại cáp ULT khơng kết dính, cáp bọc vỏ bọc chất dẻo tổng hợp lớp giấy đặc biệt Lớp vỏ bọc phải đảm bảo tính học khoảng nhiệt độ từ -20 tới 70 độ C, phải có đủ độ bền cần thiết để không bị hư hại chuyên chở, lắp dựng kéo căng, có khả chống thấm tốt khơng gây ăn mòn cho bê tơng, thép vật liệu chén khác Việc lồng cáp vào vỏ bọc , việc xử lý vị trí nối phải tiến hành cẩn thận, tránh cho cáp tiếp xúc với vữa bê tơng, gây ăn mòn cáp  Vữa dùng để lấp khe thi công, mối nối cấu kiện lắp ghép để làm lớp bào vệ cốt thép bảo vệ neo, phải có mác từ 15Mpa trở lên  Bố trí cốt thép  Trong cấu kiện bê tơng ULT, việc bố trí cốt thép ULT đóng vai trò quan trọng  Với cấu kiện chịu kéo trung tâm, thép ULT nên bố trí đối xứng với trọng tâm tiết diện để tạo ứng suất nén cho bê tông  Với cấu kiện chịu uốn, hiệu việc bố trí thép ULT phụ thuộc nhiều vào quỹ đạo thép theo trục dầm Nên bố trí quỹ đạo thép ULT tuân theo dạng biểu đồ momen tải trọng sử dụng gây  Tại chỗ uốn cong cốt thép ULT, cần đặt thêm cốt thép phụ để gia cường  Trong tiết diện ngang, cần lưu ý đến việc bố trí khoảng cách cốt thép lớp bê tông bảo vệ Trong phương pháp căng trước, việc cấu tạo tương ự bê tông cốt thép thường  Trong phương pháp căng sau, cốt thép ULT đặt rãnh chiều dày lớp bê tơng bảo vệ kể từ mặt ngồi cấu kiện đến mặt rãnh lấy không nhỏ 20mm khơng nhỏ đường kính rãnh, đường kính rãnh lớn 32mm lấy đường kính rãnh  Khi rãnh đặt số bó cốt thép lớp bảo vệ lấy khơng nhỏ 80mm thành bên, không nhỏ 60mm nhỏ nửa chiều rộng rãnh mặt đáy ( xem hình bên )  Khoảng cách rãnh không nhỏ đường kính rãnh khơng nhỏ 50mm, đồng thời phải chọn cho việc căng cốt thép dễ dàng, tránh phá hoại cục buông cốt thép ... tăng khả chịu ứng suất tập trung vùng neo cần phải sử dụng bê tông cường độ cao  Bê tông ULT trở thành kết hợp lý tưởng hai loại vật liệu đại có cường độ cao 2 So sánh bê tông ULT bê tông cốt thép... gọi ứng lực thẳng  Đối với kết cấu có tiết diện dạng tròn silo, bể chứa, cáp ULT đặt theo chu vi cấu kiện gọi ứng lực vòng Các dẫn cấu tạo với kết cấu bê tông ULT  Vật liệu cho bê tông ULT  Bê. .. kết cấu bê tông ULT  Vật liệu cho bê tông ULT  Bê tông  Bê tông dùng cấu kiện bê tông ULT thường bê tông nặng  Việc lựa chọn cấp độ bền bê tông phụ thuộc vào dạng, loại đường kính cốt thép