Kết cấu bê tông ứng lực trước căng sau trong nhà nhiều tầng lê thanh huấn, nguyễn hữu việt, nguyễn tất tâm

PGS TS LÊ THANH HUẤN (C hủ biên) TS NGUYỄN HỮU VIỆT - ThS NGUYỄN TẤT TÂM KẾT CÂU BÊ TÔNG UNG \mm CANG SAU TRONG N H À NHIẺV TÂNG THƯ VIỆN >ẠI HỌC NHA TRANG M L250H NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG PGS TS LÊ THANH HUẤN (Chủ biên) TS NGUYỄN HỮU VIỆT - THS NGUYỄN TẤT TÂM KẾT CÁU BÊ TÔNG UMG1Ụ€ TR SAu TRONG N H À NHIÉU TẤNG ( T Ĩ R U Ơ N G B Ậ Ỉ ^— :rr T L H íỊ C N H A Ĩ R A M r^tvỊ***T•*».* * s '1* ỉì H lí w V Ỉ Ệ F J - NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG HÀ NÔI - 2011 i b ả n ) LỜI NÓI DẤU Kết Cấu bẽ tổng ứng lực trước (BTƯ LT') dạng kết cấu đặc biệt kết cấu bê tông cốt thép vả sử dụng rộng rãi xảy dựng nhà cơng trình Trong cơng tác thiết kế, thi cơng địi hỏi p hải tn thủ: quy định kết cấu bê tơng thường cịn dẫn riêng th ể tiêu chuản hành ngồi nước Kết cấu bê tơng ứng lực trước thực theo công nghệ khác tuỳ thuộc vào phương thức sản xuất thi công công trình Đỏ cơng nghệ căng trước cơng nghệ căng sau Cuốn sách đề cập tới nội dung tính tốn, thiết kê, cấu tạo và- thi công kết càu dầm, sàn nhà nhiều tầng theo công nghệ căng sau bê tông đổ chỗ Cuốn sách biên soạn dựa theo Tiêu chuản Thiết kê Kết cấu bẽ tông bê tông cốt thép TCXDVN356: 2005 m ột s ố tiêu chuân, tài liệu khác có kết nghiên cứu, kinh nghiệm thiết kế, giám sát thi công thể loại kết cấu bê tông ứng lực trước năm qua Sách dùng làm tài liệu tham khảo cho học viên ngành xây dựng dân dụng cơng nghiệp, đong thời củng có ích kỹ sư thiết kế, giám sát thi công kết cảu bê tơng ứng lực trước cơng trình xây dựng nói chung Phân cơng biên soạn sau: PGS TS Lê Thanh Huấn, chủ biên viết chương 1, 2, Cùng VƠI TS Nguyễn Hữu Việt Th.s Nguyễn Tất Tâm viết chương chương N hản cỉây xin chân thành cảm ơn giảng viên Bộ môn Kết cảu bê tông - Gạch đá Khoa Xây dựng Trường Đại học Kiến trúc Hà nội đóng góp nhiều cơng sức q trinh hợp tác nghiên cứu biên soạn Chắc xuât lần khơng tránh khỏi thiếu sót, chúng tơi mong bạn đọc góp ý, phê bình Mọi ý kiến đỏng góp xin gửi về: Phịng biên tập sách Khoa học kỹ thuật - công nghệ N hà xuất Xây dựng, 37 Lê Đại Hành - Hà Nội Điện thoại: 043.9741954 Các Tác giả T H U Ậ T N G Ữ VÀ K Ý H IỆ U Thuật ngữ Bê tông ứnglực trước(viết tắt: BT ƯLT) dạng kết cấu b biệt gây ứng suất q trình chế tạo trước có tải trọng sử dụng Căng trước hay bệ phương pháp gây ứng suất trước cho kết cấu việc căng cốt thcp trcn trụ (bệ, mố) trước đổ bê tông Căng sauhay căng bê tông phương pháp gây úng suất trước cho kết cấu việc căng cốt thép sau đổ bê tông Cốt Cốt sợilà cốt thép có đường kính nhỏ 6mm lthanìà cốt thép có đường kính lớn 5mm Bó thép bao gồm nhiều sợi thép bó lại Bệnhay tao thép bao gồm sợi thép bện xoắn vào Cáp dùng dể loại cốt thép sợi dạng bó bện Cốtcăng loại cốt thép (cáp) cường độ cao dùng để tạo ứng suất trước chịu lực với côt thép thường kết cấu BTƯLT Neo thiết bị chi tiết dùng đế giữ, hãm cốt thép kéo căng sau tạo ứng suất trước kết cấu Bộ nốilà chi tiết dùng để nối cốt thép kéo cãng kết cấu Ký hiệu A diện tích tồn phần mặt cắt ngang cấu kiện kết cấu, cm2 Ah diện tích phần bê tơng trừ di tồn diện tích cốt thép chốn chỗ, cm2 Arcd diện tích tiết diện quy đổi bao gồm diện tích tiết diện bê tơng Ah phần diện tích tiết diện cốt thép quy đổi diện tích bê tơng tương dương Asp diện tích tiết diện cốt căng đặt vùng kéo, cm2 A' diện tích tiết diện cốt căng đặt vùng nén, cnr AS,A ' tươne úng diện tích tiết diện cốt thép thường đặt vùng kéo vùng nén tiết diện Eb mỏđun đàn hổi ban đẩu bê tông nén, MPa ES[1, Es tương ứng inôđun đàn hồi cốt căng cốt thép thường, MPa J mơmen qn tính tiết diện, cm4 s mơinen tĩnh tiết diện, em' b chiều rộng tiết diện chữ nhật, chiều rộng sườn tiết diện chữ T chữ I br, b' chiều rộng cánh tiết diện chữ T chữ tương ứng vùng chịu kéo nén h chiều cao tiết diện chữ nhật, chữ T chữ ỉ,cm h|, h'j phần chiều cao cánh tiết diện chữ T chữ I tương ứng vùng chịu kéo nén a, a' khoảng cách từ hợp lực cốt thép dặt vùng kéo nén đến biên gần tiết diện; h„, h[, chiều cao làm việc tiết diện tương ứng h-a h-a'; X chiều cao vùng bê tông chịu nén; chiều cao tương đối vùng bê tông chịu nén, x/h„; s khoảng cách cốt thép dai theo chiều dài câu kiện; M mơmen uốn tính tốn tải trọng tính tốn tác dụng Mlc mơmen uốn tiêu chuẩn tải trọng tiêu chuẩn tác dụng Mu mơmen kháng uốn tiết diện Mcr mịmen kháng nứt tiết diện Q lực cắt Rb,Rbscr cường độ chịu nén tính tốn dọc trục bè tơng ứng với trạng thái giới hạn thứ thứ (cường độ lãng trụ) Rbn cường độ chịu nén tiêu chuẩn dọc trục bê tông ứng với trạng thái giới hạn thứ (cường độ lãng trụ) Rht Rhl.se r cường độ chịu kéo tính tốn dọc trục bê tông ứng với trạng thái giới hạn thứ thứ Rhin ke cường độ chịu kéo tiêu chuẩn bê tỏng ứng với trạng thái giới hạn thứ Rhp cường độ chịu nén cùa bẽ tông thời điểm gây ứng lực trước R.- Rs.se, cường độ chịu kéo tính tốn cốt thép ứng với trạng thái giới hạn thứ thứ cường độ tính tốn cốt thép thường đặt vùng nén r; Rsp Ksp cường độ chịu kéo tính toán cốt căng đặt vùng kéo vùng nén R s cường độ chịu kéo tính tốn cốt thép ngang (dai), ơh ứng suất nén trước bê tông ^h|>’ *-^hp ứng suất nén trước bê tông ngang mức trọng tâm cốt thép căng vùng kéo vùng nén hợp lực ứng lực cốt cốt thép thường tiết diện ơ„ ứng suất giới hạn cốt căng MPa ơ, ứng suất hao chùng cốt thép, MPa ơ2 ứng suất hao chênh lệch nhiệt độ cốt thép thiết bị căng trường hợp bê tông chung hấp nhiệt MPa ơ, ứng suất hao biến dạng neo MPa °4 úng suất hao cốt thép bị uốn cong ống luồn cáp MPa ơ5 ứng suất hao biến dạng khuôn đúc cấu kiện MPa ơfi ứng suất hao từ biến nhanh bé lòng sau dược truyền ứng lực, MPa ơ7 ứng suất hao co ngót ơv ứng suất hao từ biến theo thời gian chất tải MPa ơe.m2-ơ éon2 lương ứng ứng suất khống chế cốt cáng s S' theo công nghệ căng sau eb biến dạng tỷ đối bê tơng, % f độ võng tồn phần, cm fngh độ võng tải trọng tác độngngắn hạn tảitrọng, cm fdb độ võng tải trọng tác động dài hạncủa tải trọng, cm fv độ vồng lực nén trước, cm fvlb độ vồng từ biến, cm Bị độ cứng uốn cấu kiện ứng với trường hợp xác định độ võng độ vồng có xét tới biến dạng ngồi đàn hồi có nứt, kg.cm2 Chương TÌNH HÌNH ÚNG DỤNG KẾT CÂU BÊ TÔNG ÚNG L ự c TRƯỚC TRONG CƠNG TRÌNH XÂY DỤNG 1.1 S LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN KẾT CÂU BÊ TÔNG ÚNG LỰC TRƯỚC Nguyên lý gây ứng lực trước (ƯLT) đả ứng dụng thực tế đời sống từ hàng trăm năm trước Khi chế tạo thùng chứa chất lỏng nước, rượu hay làm trống (hình 1.1), gỗ phẳng cong ghép lại thật khít nhờ đai dây thừng hay kim loại Khi xiết chặt vành đai thành thùng xuất ứng lực nén vòng ngược chiều tác dụng với ứng suất kéo gây áp lực thuỷ tĩnh hay áp lực Nhò' thành thùng lại ứng suất nén kéo vòng với giá trị nhỏ so với khả chịu nén, kéo vật liệu đồng thời tạo nên khít chặt mảnh ghép thành thùng Kết thùng chịu áp lực lớn chất lỏng bên mà khơng bị thấm hay rị rỉ H ình 1.Phương phápgáy ứngtrước đơn chế tạocác tltìtng chứa lỏng Nguyên lý p G lackson (Mỹ) đưa vào áp dụng thành cơng cho vịm gạch, đá, bê tông từ năm 1886 Tiếp theo K.During (Đức) gây ứng suất nén bê tông việc căng trước cốt thép thường Tuy phương pháp khơng đem lại hiệu mong muốn thời gian ngắn sau căng bê tống đơng cứng bê tơng khơng cịn ứng suất nén Hiện tượng eọi tổn hao ứng suất Thực dùng cốt thép thơng thường có cường độ thấp không vượt 1225 kg/cnr biến dạng (độ dãn dài tỷ đối) đạt tới giá trị bằng: ( 1 ) Với trị biến dạng vừa đủ cân biến dạng theo hướng ngược chiều sảy q trình chùng cốt thép, bẽ tơng co ngót từ biến kết cấu chịu tải nguyên nhân khác Trong năm 1928-1929 kỹ sư tiếng người Pháp E Preyssinct lần chứng minh cần sử dụng loại thép có cường độ cao đổ nâng cao lực gây ứng suất trước bê tòng lên tới 4000 kg/cnr triệt tiêu tồn tổn hao ứng suất nguvên nhân xẩy q trình thi cơn« sử dụng kết cấu Ơng căng sợi thép có giới hạn bền (trước thời điểm bị kéo đứt) fu = 17 000 kg2và để gây ứng lực trước bê tông, úng suất cốt căng đạt đến giá trị fp= 10000 kg/cm2 70%-80% giới hạn bền (fu) Trong trường hợp biến dạng thép căng sau bị trừ tổng giá trị biến dạng tổn hao xáy trình căng chịu lực lên tới 0,0008 (0.089c), biến dạng cịn lại cốt thép căng có giá trị: 0,0050 - 0.0008 = 0,0042 tương ứng với ứng suất tồn cốt thép đê gây ứng lực trước bê tông là: = E.Ơ =2100000 X 0,0042 = 8600 kG/cm2(860 MPa) Kết thí nghiệm cho thấy ứng suất nén trước bê tơng cịn tồn với giá trị đủ để cân phần hay toàn ứng suất kéo kết cấu chịu tải (hình 1.2) Tải trọng q p; f, ' ' Tải trọng tương đương lực nén trước p 10 cấu Hình kiệnhê tỏng 1.2 Sơ đồ gâsuất chịu néncường Thành công việc gây ứng lực trước việc sử dụng cốt thép cường độ cao nhanh chóng đưa kết cấu bẻ tơng ứng lực trước vào cơng trình xây dựng Đến năm 1939 E Freyssinet sáng chế cơng cụ căng thép loại kích rỗng neo hình có độ tin cậy cao việc giữ hai đầu cốt thép căng không bị tuột đảm bảo cho truyền lực căng vào kết cấu q trình thi cơng sử dụng Song song với việc hoàn thiện công nghệ gây ứng lực trước - căng trước (căng bệ) hay cãng sau (căng bê tông) cơng trình nghiên cứu lý thuyết lính tốn tiến hành nhiều nước Các Viện nghiên cứu kết cấu bê tỏng, thuộc Viện hàn lâm khoa học Xây dựng Liên Xô trước đạt nhiều thành công lĩnh vực lý thuyết, thực nghiệm triển khai công nghệ sản xuất, ứng dụng dạng kết cấu bê tơng ứng lực trước cơng trình xây dựng Các nhà khoa học Xỏ Viết A.A Gvodiep B.B.Mikhailôp, P.L.Pastcrnăc từ năm 1930 công bô cơne trình đấu tiên giới kết cấu bé tông ứng lực trước B.B.Mikhailôp thành côna trona hàng loạt cơng trình nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm kết cấu bê tông ứng lực trước đúc sẩn theo phương pháp ly tâm cho cột, trụ, ống cao áp đến năm 1940 đưa vào ứng dụng máy cãng thép liên tục gây ứng lực trước cho thành bể, tháp chứa cỡ lớn, (hình 1.3) Đặc biệt, sau chiến thứ hai, loại kết cấu có hiệu cao kinh tế, kỹ thuật góp phần quan trọng việc xây dựng khôi phục thành phố, nhà máy bị tàn phá Liên Xô nước Đông Âu trước Tại châu Âu kết cấu BTƯLT phát trien nhanh chóng Pháp, Bi, đến Anh, Đức Thuỵ Sỹ, Hà Lan Trong gần 500 cầu xây dựng Đức từ 1949 đến 1953 có 350 cầu bê tông ứng lực trước Ở Liên Xô trước CH Liên bang Nga cấu kiện bê tông đúc sẵn sàn từ 6m, dầm, dàn độ từ 18m trờ lên quy định dùng bê tòng ƯLT Trong nhà máy bê tơng đúc sẵn thường sử dụng bệ đúc có chiều dài từ 30m đến 180m tiện lợi cho chế tạo hàng loạt cấu kiện bê tông ƯLT theo cơng nghệ căng trước Những kết cấu có độ lớn tới 100m tỏ có hiệu dùng bê tông ƯLT Tại Mỹ trọng ứng dụng bê tông ƯLT vào xây dựng bể chứa nhiên liệu có dung tích từ 10 OOOmTrở lên 11 PHU LUC P h u lu c C Á C t j l A T R l V kx + pO fl l 1 ekx+M° J kx + |i0 e kx+uO - i f j _ L _ l ekxn'ü J kx + }.i0 flV e ‘ kx+pO ) 0 0,632 0,865 0,05 0,049 1,05 0,65 2,05 0,871 0,1 0,095 1,1 0,667 2,1 0,877 0,15 0,139 1,15 0,683 2,15 0,883 0,2 0,161 1,2 0,699 2,2 0,889 0,25 0,221 1,25 0,713 2,25 0,895 0,259 1,3 0,727 2,3 0,9 0,35 0,295 1,35 0,741 2.35 0,905 0.4 0,33 1,4 0,754 2,4 0,509 0,45 0,362 1,45 0,766 2,45 0,914 0,5 0,393 1,5 0,777 2,5 0,918 0,55 0,423 1.55 0,788 2,55 0,922 0,6 0,451 1,6 0,798 ?,6_ 0,92r 0.65 0,478 1,65 0,808 2,65 0,921 0,7 0,503 1,7 0,817 2,7 0,933 0,75 0,528 1,75 0,826 2,75 0,936 0,8 0,551 1,8 0,835 2,8 0,939 0,85 0,573 1,85 0,843 2,85 0,942 0,9 0,593 1,9 0,85 2,9 0,945 0,95 0,613 1,95 0,858 2,95 0,948 0,3 | 151 Phu lue H Ệ S Ố s Đ Ể T ÍN H Đ Ộ V Õ N G C Ủ A D Ầ M 152 đ n g iả n Phụ lục C Á C L O Ạ I N E O BỘ N ố i C O N K Ê T H U Ồ N G D Ù N G T R O N G S À N BÊ T Ô N G ULT to a) L — o ỉ J ^ Nối cáp / - o y~\ r Û71 i ¿ b ) c) X=45+n.B d) ■ ^ểr^Ệ ặ Ê Ê ^ e) lii É B M i— f) i) /u Ilình pl03 dám,tường cong; g) Bộ đáu neo a)Sơđồ liênkết i)Chi nối cáp e)Bộ nôicáp; vớiống tiếtchốt manh bsàn;) giá vào dầu neo kéo 153 Phụ lục S ĐỒ QUỸ ĐẠO CÁP TRONG SẠN VÀ DẠM / Bẽ tông sàn Cáp cỏ vỏ bọc _ r / ^ \ W ” ' 4.Í • *y D12 l ì CN co XÁC ĐỊNH CHIẾU DÀY LỚP BẢO VỆ CÁP TRONG SÀN BẢNG TOẠ Độ CÁC ĐiỂM KỂ TƯƠNG ỨNG CÁC CAO ĐÔ ĐẶT CÁP TRONG SÀN X1 (mm) X2 (mm) X3 (mm) X4 (mm) X5 (lĩirn) X6 (mm) P hư ng án X (mm) 1.440 2.880 5.040 7.200 9.000 10.800 Hs=200 mm Y (mm) 100 50 100 150 100 50 2.7 3.96 12.000 11x12=7200x7200 q(P/180Rad) 3.5 6.2 * P hư ng án X (mm) 1.600 3.200 5.600 8.000 1.98 10.000 Hs=200 mm Y (mm) 100 50 100 150 100 50 3.66 6.25 3.66 12.600 11x12=8000x8000 q(P/180Rad) P hư ng án X (mm) 1.680 3.360 5.880 8.400 1.83 10.500 Hs=220 mm Y (mm) 110 50 110 170 110 50 2.17 2.4 4.79 11x12=8400x8400 P hư ng án Hs=230 mm 11x12=9000x9000 q(P/180Rad) * 3.59 5.76 X (mm) 1.800 3.600 6.300 9.000 11.250 13.500 Y (mm) 115 50 115 180 115 50 4.09 6.31 2.22 2.11 4.21 q(P/180Rad) * P hư ng án X (mm) 1.800 3.600 6.300 9.000 11.250 13.500 Hs=250 mm Y (mm) 125 50 125 200 125 50 4.24 6.76 2.52 2.35 4.69 11x12=9000x9000 154 q(P/180Rad) * tlieo) P h ụ Ịục