Bài giảng môn học Chuyên đề bê tông cốt thép người soạn : vương lê thắng Nội dung giảng Phần 1: Thiết kế sàn bê tông ứng lực trc Chng 1: Kết cấu bê tông ứng suất trc Chng 2: Các phương pháp tính tốn sàn bê tơng ứng lực trước Phần 2: Tính tốn cốt thép cột có tiết diện chữ nhật, hình vng theo nén lệch tâm xiên Phần 3: Tính tốn vách bê tơng cốt thép Chương i: kết cấu bê tông ứng suất trước I.1 Khái niệm chung bê tông ứng suất trước: Bê tông ứng lực trước (BT ULT) bê tông, thông qua lực nén trước để tạo phân bố lượng ứng suất bên phù hợp nhằm cân với lượng mong muốn ứng suất tải trọng gây So với BTCT thường, BTCT ứng suất trước có ưu điểm sau: - Cần thiết dùng thép cng độ cao - Có khả chống nứt cao (do khả chống thấm tốt hơn) - Có độ cứng lớn (do có độ võng biến dạng bé hơn) Chương i: kết cấu bê tông ứng suất trước I.2 Các phương pháp gây ứng suất trước: I.2.1 Phương pháp căng trước: Chương i: kết cấu bê tông ứng suất trước I.2.2 Phương pháp căng sau: Chương i: kết cấu bê tông ứng suất trước I.3 Vật liệu sử dụng cho bê tông ứng suất trước: I.3.1 Bê tông cường độ cao: Theo tiêu chuẩn ACI318, bê tông đạt cường 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 3182002: I.3.1.1.1 ứng suất bê tông sau truyền lùc øng st tríc (tríc x¶y tỉn hao ứng suất) không vượt giá trị sau: + øng suÊt nÐn lín nhÊt: 0.60fc’ + øng suÊt kéo đầu mút cấu kiện có gối tựa đơn giản: 0.5 f c' + ứng suất kéo vị trí khác: 0.25 f c' Chương i: kết cấu bê tông ứng suất trước I.3.1.1.2 ứng suất ứng với tải trọng làm việc (sau xảy tỉn hao øng st): + øng st nÐn lín tải trọng dài hạn: 0.45fc + ứng suất nÐn lín nhÊt tỉng t¶i träng: 0.60fc’ + øng st kÐo lín nhÊt víi tiÕt diƯn kh«ng cho phÐp nøt: 0.5 f c' + øng suÊt kÐo lín nhÊt víi tiÕt diƯn cho phÐp nøt: f c' I.3.1.2 M« đun đàn hồi bê tông: Theo tiêu chuẩn ACI 318-2002, mô đun đàn hồi bê tông: Ec=4730 f c'(Mpa) Chương i: kết cấu bê tông ứng suất trước I.3.2 Thép cường độ cao: Hình I.4: Các loại cáp ứng suất trước a-Cáp sợi(cáp đơn) b-Cáp dẹt c-Cáp nhiỊu sỵi øng st kÐo cho phÐp thÐp theo ACI: + ứng suất lớn căng thép (trước truyền ứng suất) không vượt số nhỏ của: 0.80fpu 0.94fpy + ứng suất kéo lớn nhÊt sau trun lùc øng st tríc kh«ng vượt số nhỏ của: 0.74fpu 0.82fpy + ứng suất lớn thép căng sau vïng neo sau neo thÐp: 0.70fpu Ch¬ng i: kết cấu bê tông ứng suất trước Chương i: kết cấu bê tông ứng suất trước I.3.3 Các vật liệu khác: I.2.3.1 ống gen: I.2.3.2 Vữa phụt: Chương i: kết cấu bê tông ứng suất trước I.4 Thiết bị sử dụng tạo ứng suất trước I.4.1 Phương pháp căng trước: I.4.2 Phương pháp căng sau: - Bơm kích tạo ULT - Neo - Máy luồn cáp - Thiết bị cắt cáp - Hỗn hợp vữa bơm vữa Chương i: kết cấu bê tông ứng suất trước Chương i: kết cấu bê tông ứng suất trước I.5 Tổn hao ứng suất: Các loại hao ứng suất Chương i: kết cấu bê tông ứng suất trước Tỷ lệ hao ứng suất: Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước II.1 Các quan niệm phân tích kết cấu bê tông ứng lực trước: II.1.1 Quan niệm thứ nhất: Quan niệm coi bê tông ULT vật liệu đàn hồi, tính toán theo ứng suất cho phÐp II.1.2 Quan niƯm thø hai: Quan niƯm nµy coi bê tông ULT làm việc BTCT thường với kết hợp bê tông thép cường độ cao, bê tông chịu nén thép chịu kéo gây cặp ngẫu lực kháng lại mô men tải trọng gây II.1.3 Quan niệm thứ ba: Quan niệm coi ULT thành phần cân với phần tải trọng tác dụng lên cấu kiện trình sử dụng, tính toán theo phương pháp cân tải trọng Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước II.1.3.2 Quy trình tính toán theo quan niệm thứ 3: 1- Tính toán sơ tiết diện cột chiều dày sàn, loại vật liệu sử dụng Kiểm tra chọc thủng sàn lực cắt 2- Xác định tải trọng cân (chủ yếu phụ thuộc điều kiện kinh tế) 3- Xác định hình dạng cáp, tính toán lực ULT yêu cầu 4- Phân tích sàn với tải trọng: hoạt tải, tĩnh tải, tải ULT (sau kể đến hao ứng suất) 5- Tính toán ứng suất, kiểm tra giai đoạn làm việc sàn, kiểm tra độ võng khả chịu lực 6- Tuỳ thuộc vào kết bước 5, ®iỊu chØnh chiỊu dµy sµn vµ lùc ULT Cã thĨ bổ sung cốt thép thường để hạn chế vết nứt tăng khả chịu cắt Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước II.2 Các phương pháp tính toán nội lực sàn phẳng: II.2.1 Phương pháp phân phối trực tiếp: Tiêu chuẩn ACI đưa điều kiện sau: - Phải có nhịp liên tục theo phương - Các nhịp phải Theo phương, nhịp kề không chênh 1/3 chiều dài nhịp lớn - Tất tải trọng tải trọng đứng, hoạt tải phải tải trọng phân bố nhỏ lần tĩnh tải - Các ô sàn phải hình chữ nhật, tỷ lệ nhịp dài nhịp ngắn không vượt - Cột không lệch vị trí 10% khoảng cách đường tim cột cột theo phương Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước Quy trình tính toán theo phương pháp phân phối trực tiếp: Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước II.2.2.1 Mô men quán tính dầm - bản: II.2.2.2 Cột tương đương: Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước Nếu có dầm theo phương vuông góc với phương tính toán chạy qua cột Kt nên tăng lên Isb/Is với Is mô men quán tính không kể đến thân dầm, Isb mô men quán tính đồng thời dầm II.2.2.3 Tính toán mô men khung tương đương: Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước II.2.3 Phương pháp phần tử hữu hạn: Thực chất phương pháp chia vật thể biến dạng thành nhiều phần tử có kích thước hữu hạn gọi phần tử hữu hạn Các phần tử liên kết với điểm gọi nút II.3 Thiết kế sàn bê tông ứng suất trước với lưới cột đặn: Quy trình thiết kế: 1- Sơ chọn chiều dày sàn 2- Xác định tải trọng cân w Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước 3- Chọn hình dạng cáp tính toán lực ULT yêu cầu Đối với sàn liên tục chịu tải phân bố đều, cáp bố trí sau: Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước 6- Kiểm tra giai đoạn làm việc sàn,khả chịu lực, võng: - Kiểm tra giai đoạn làm việc: Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước - Kiểm tra khả chịu lực: + Khả chÞu uèn: b A's.fy d dp A's a=b1.c d' 0,85f'c Ape As Ape.fpe As.fy Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước c: khoảng cách từ trục trung hoà tiết diện giới hạn đến điểm tính ứng suất Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước - Kiểm tra độ võng: Đối với sàn làm việc theo phương, độ võng ô sàn tổng độ võng theo phương e1: độ võng tổng tải trọng theo phương l1 e 2: độ võng tổng tải trọng theo phương l2 e= e 1+ e : tổng độ võng tổng tải trọng dh1: độ võng phần tĩnh tải không cân lực ULT theo phương l1 dh 2: độ võng phần tĩnh tải không cân lùc ULT theo ph¬ng l2 Δ dh =Δ dh 1+Δ dh : tổng độ võng phần tĩnh tải không cân lực ULT Độ võng tổng cộng: =e+Fdh (II.35) F: hệ số độ võng dài hạn Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước II.4 Mô hình cáp phương pháp cân tải trọng: Với trường hợp cân tải trọng cho dầm liên tục Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước Tuy nhiên, thực tế: Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước II.5 Thiết kế sàn bê tông ứng suất trước với lưới cột ngẫu nhiên: Đối với mặt sàn có lưới cột ngẫu nhiên áp dụng phương pháp phân phối trực tiếp phương pháp khung tương đương Trong trường hợp này, cần xét đến làm việc tổng thể toàn sàn áp dụng phương pháp PTHH với hỗ trợ phần mềm thiết kế để tính toán Do việc mô hình hoá cáp phương pháp PTHH khó khăn, việc tính toán, phân tích phải trải qua giai đoạn làm việc khác kết cấu nên sử dụng phương pháp cân tải trọng trình bày II.4 Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước Quy trình thiết kế: Quy trình thiết kế theo bước phương pháp cân tải trọng bổ sung thêm số bước để phù hợp với việc tính toán theo phương 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 thường chọn vào khoảng 0.8-1 lần trọng lượng thân sàn 3- Tính toán hao ứng suất 4- Xác định hình dạng cáp, tính toán lực ULT yêu cầu, tính số lượng cáp cần thiết Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước 5- Vào sơ đồ tính toán với tải trọng: hoạt tải, tĩnh tải, tải ULT (sau kể đến hao ứng suất) Các tải trọng quy tải phân bố m2 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 - Tại giai đoạn làm việc sàn: ứng suất bê tông: M: mô men trường hợp tải ứng với giai đoạn làm việc sàn gây P: lực ULT ứng với giai đoạn làm việc sàn Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước - Kiểm tra khả chịu lực: Chương ii: phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước - Kiểm tra ®é vâng: Δ=Δe+FΔdh Δe: ®é tøc thêi tổng tải trọng gây dh: độ võng tức thời tải trọng di hạn gây độ võng phần tĩnh tải không cân lực ULT gây F: hệ số độ võng dài hạn Phần ii: tính toán cốt thép cột tiết diện chữ nhật theo nén lệch tâm xiên Đại cương nén lệch tâm xiên: Phần ii: tính toán cốt thép cột tiết diện chữ nhật theo nén lệch tâm xiên Phương pháp gần tính toán cốt thép: Dựng phương pháp gần dựa việc biến đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương để tính cốt thép PhÇn ii: tÝnh toán cốt thép cột tiết diện chữ nhật theo nén lệch tâm xiên - Tit din chu nộn N, momen uốn Mx, My, độ lệch tâm ngẫu nhiên eax, eay Sau xét uốn dọc thép hai phương, tính hệ số hx, hy Momen gia tăng Mx1, My1: - Tùy theo tương quan Mx1, My1 với kích thước cạnh mà đưa hai mô hình tính tốn ( theo phương x theo phương y) Điều kiện kí hiệu bảng sau: PhÇn ii: tính toán cốt thép cột tiết diện chữ nhật theo nén lệch tâm xiên Phần ii: tính toán cốt thép cột tiết diện chữ nhật theo nén lệch tâm xiên Phần ii: tính toán cốt thép cột tiết diện chữ nhật theo nén lệch tâm xiên tính toán giống cấu kiện nén lệch tâm bé k=0,4 Phần ii: tính toán cốt thép cột tiết diện chữ nhật theo nén lệch tâm xiên tính toán giống cấu kiện nén lệch t©m lín