Bài giảng Kết cấu bê tông dự ứng lực - Ngô Đăng Quang (chủ biên)

Ngược lại, thép cường độ cao cũng không thể được sử dụng hợp lý trong các kết cấu bê tông cốt thép thường do bê tông sẽ bị nứt rất nhiều trước khi cốt thép có thể được khai thác hết khả[r]

(1)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG GIAO THÔNG BỘ MÔN KẾT CẤU XÂY DỰNG

BÀI GIẢNG

KẾT CẤU BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC

(2)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG GIAO THÔNG BỘ MÔN KẾT CẤU XÂY DỰNG

BÀI GIẢNG

KẾT CẤU BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC

(3)

3

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC 7

1.1 KHÁINIỆMVỀBÊTÔNGDỰỨNGLỰC 7

1.2 CÁCNGUYÊNLÝCƠBẢNCỦADỰỨNGLỰC 10

1.3 CÁCKẾTCẤUBÊTƠNGDỰỨNGLỰCĐIỂNHÌNH 12

1.4 SO SÁNHBÊTÔNGDỰỨNGLỰCVỚIBÊTÔNGCỐTTHÉP 16

CHƯƠNG 2CÔNG NGHỆ DỰ ỨNG LỰC 19

2.1 THUẬTNGỮ 19

2.1.1Cơng nghệ 19

2.1.2Dính bám 19

2.1.3Vị trí cốt dự ứng lực 19

2.1.4Cấp độ dự ứng lực 20

2.2 CÁCHỆTHỐNGDỰỨNGLỰC 21

2.2.1Cốt dự ứng lực 21

2.2.2Ống gen 22

2.2.3Neo 23 2.3 DỰỨNGLỰCCĂNGTRƯỚC 24

2.3.1Các thao tác tạo dự ứng lực căng trước 24

2.3.2Các cấu kiện dự ứng lực căng trước tiêu chuẩn 25

2.4 DỰỨNGLỰCCĂNGSAU 27

2.4.1Các thao tác tạo dự ứng lực căng sau 27

2.4.2Các hệ thống tạo dự ứng lực căng sau 28

2.4.3Bơm vữa cho ống gen 35

2.4.4Quỹ đạo cốt dự ứng lực căng sau cho kết cấu dầm 36

2.5 CÁCMẤTMÁTDỰỨNGLỰC 40

2.5.1Giới thiệu chung 40

2.5.2Mất mát ma sát fpF 41

2.5.3Mất mát biến dạng neo trượt cáp dự ứng lực với thiết bị neo fpA 45

2.5.4Mất mát co ngắn đàn hồi fpES 46

2.5.5Mất mát co ngót fpSR 47

2.5.6Mất mát từ biến fpCR 48

2.5.7Mất mát chùng cốt dự ứng lực fpR 49

2.5.8Ví dụ tính toán mát dự ứng lực ma sát biến dạng neo 50

2.6 BÀITẬP 53 CHƯƠNG 3 CỐT DỰ ỨNG LỰC 55

3.1 CÁCDẠNGCỐTTHÉP 55

(4)

4

3.3 SỰCHÙNGCỦATHÉPDỰỨNGLỰC 60

3.4 CÁCĐẶCTÍNHMỎICỦACỐTTHÉP 63

3.5 CÁCĐẶCTÍNHNHIỆTCỦACỐTTHÉP 65

3.6 CÁCĐẶCTÍNHDÍNHBÁMCỦACỐTTHÉP 65

CHƯƠNG 4ỨNG XỬ CHỊU LỰC CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC 68

4.1 ỨNGXỬCHỊUUỐN 68

4.2 ỨNGXỬCHỊUCẮT 70

4.3 ỨNGXỬCHỊUXOẮN 72

4.4 ỨNGXỬCHỊUKÉO 74

CHƯƠNG 5 TÍNH TỐN NỘI LỰC TRONG BÊ TÔNG DO DỰ ỨNG LỰC 75

5.1 GIỚITHIỆUCHUNG 75

5.2 TÁCĐỘNGCỦADỰỨNGLỰCLÊNBÊTÔNG 75

5.3 NỘILỰCTRONGBÊTƠNGCỦADẦMTĨNHĐỊNHDODỰỨNGLỰC 78 5.4 NỘILỰCTRONGBÊTƠNGCỦADẦMSIÊUTĨNHDODỰỨNGLỰC 81 CHƯƠNG 6TÍNH TOÁN ỨNG XỬ CHỊU LỰC CỦA CÁC CẤU KIỆN BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC 88 6.1 CẤUKIỆNCHỊULỰCDỌC 88

6.1.1Giới thiệu 88

6.1.2Các điều kiện tương thích biến dạng 88

6.1.3Các điều kiện cân 90

6.1.4Tính tốn ứng xử cấu kiện chịu lực dọc trục 90

6.1.5Xem xét tác động dài hạn 96

6.1.6Tính tốn ứng xử dài hạn cấu kiện C 97

6.1.7So sánh ứng xử ngắn hạn dài hạn 100

6.1.8Ứng xử đàn hồi trước bê tơng nứt 101

6.1.9Ví dụ tính tốn ứng xử đàn hồi chưa nứt 103

6.2 CẤUKIỆNCHỊUUỐN 106

6.2.1Giới thiệu 106

6.2.2Các điều kiện tương thích 107

6.2.3Các điều kiện cân 108

6.2.4Tính tốn ứng xử chịu uốn 109

6.2.5Tính tốn ứng xử dài hạn 113

6.2.6Ứng xử đàn hồi trước nứt 116

6.2.7Ví dụ tính tốn ứng xử giai đoạn đàn hồi chưa nứt 120

6.2.8Tính tốn độ vồng độ võng 125

6.2.9Ví dụ tính tốn độ vồng độ võng 128

6.2.10 Xem xét đến trình thi công – Kết cấu liên hợp 132

6.2.11 Tính tốn biến dạng co ngót thay đổi nhiệt độ không 139

6.2.12 Đánh giá khả chịu mỏi 144

6.2.13 Các cấu kiện dự ứng lực khơng dính bám 146

(5)

5

6.3 BÀITẬP 153

CHƯƠNG 7 THIẾT KẾ KHÁNG UỐN 160

7.1 GIỚITHIỆU 160

7.2 CÁCCHỈDẪNTHIẾTKẾTỔNGQUÁT 160

7.3 ỨNGSUẤTCHOPHÉPTRONGCỐTDỰỨNGLỰC 161

7.4 ỨNGSUẤTCHOPHÉPTRONGBÊTƠNG 163

7.5 TÍNHTỐNỨNGSUẤTTRONGBÊTƠNG 166

7.6 VÍDỤVỀTÍNHTỐNỨNGSUẤTTRONGBÊTƠNG 171

7.7 KHỐNGCHẾNỨT 175

7.8 TÍNHTỐNĐỘVỒNGVÀĐỘVÕNG 176

7.9 MƠMENKHÁNG 176

7.9.1Xác định ứng suất cốt dự ứng lực theo Tiêu chuẩn ACI 318-05 178

7.9.2Xác định ứng suất cốt dự ứng lực chiều cao vùng bê tông chịu nén theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 181

7.9.3Mô men kháng 185

7.10 UCẦUVỀTÍNHDẺO 185

7.11 QTRÌNHTHIẾTKẾ 187

7.12 CÁCXEMXÉTBỔSUNGCHOKẾTCẤULIÊNHỢP 195

7.13 VÍDỤTHIẾTKẾDẦMSÀNCHỮTKÉP( ) 199

7.14 VÍDỤTHIẾTKẾBẢNSÀNMỘTCHIỀUDỰỨNGLỰCKÉOSAU 205

CHƯƠNG 8 THIẾT KẾ KHÁNG CẮT VÀ XOẮN 215

8.1 GIỚITHIỆUCHUNG 215

8.2 THIẾTKẾKHÁNGCẮT 215

8.2.1Sức kháng cắt bê tông cấu kiện bê tơng dự ứng lực 215

8.2.2Ví dụ tính tốn lực cắt gây nứt nghiêng 218

8.2.3Thiết kế kháng cắt theo mơ hình Tiêu chuẩn ACI 318-05 221

8.2.4Thiết kế kháng cắt theo mơ hình Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 223

8.2.5Ví dụ thiết kế kháng cắt theo mơ hình Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 228

8.3 THIẾTKẾKHÁNGXOẮN 234

8.3.1Tính tốn mơ men xoắn gây nứt 234

8.3.2Ví dụ tính tốn ứng xử chịu xoắn trước nứt 235

8.3.3Phương pháp thiết kế cấu kiện chịu xoắn, cắt uốn đồng thời 236

8.3.4Ví dụ thiết kế dầm chịu xoắn, cắt uốn đồng thời 237

CHƯƠNG 9 THIẾT KẾ CẤU TẠO 242

9.1 BỐTRÍCỐTDỰỨNGLỰCTRÊNMẶTCẮTNGANG 242

9.1.1Chiều dày lớp bê tông bảo vệ 242

9.1.2Khoảng cách cốt dự ứng lực 243

9.2 KIỀMCHẾCỐTDỰỨNGLỰC 245

9.3 CÁCXEMXÉTĐẶCBIỆTCHOVÙNGNEO 248

9.3.1Khái niệm vùng neo 248

(6)

6

9.3.3Tính tốn khả chịu lực vùng cục 249

9.3.4Xem xét vùng neo trung gian 251

9.3.5Vùng neo cấu kiện dự ứng lực kéo trước 253

9.4 TRIỂNKHAICỐTDỰỨNGLỰC 254

(7)

CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC

7

CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG DỰ

ỨNG LỰC

1.1 KHÁI NIỆM VỀ BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC

Bê tơng có cường độ cao dẻo dai chịu nén lại có cường độ thấp giòn chịu kéo nên, để cải thiện làm việc nó, người ta thường sử dụng biện pháp nén trước vùng bê tông chịu kéo tác động bên ngồi Việc nén trước bê tơng tạo dạng kết cấu bê tông – kết cấu bê tông dự ứng lực Như vậy, kết cấu bê tông dự ứng lực dạng kết cấu bê tơng, đó, bê tơng nén trước để cải thiện khả chịu lực Phương pháp dự ứng lực phổ biến kéo trước cốt thép để tạo lực nén trước bê tông Tài liệu tập trung cho kết cấu bê tông dự ứng lực cách kéo căng cốt thép

Nếu cấu kiện chịu kéo làm từ bê tơng có cường độ chịu nén 35 MPa bê tông bị nứt phá hoại ứng suất kéo đạt đến giá trị cường độ chịu kéo, khoảng MPa (xem Hình 1.1a) Cường độ chịu kéo bê tơng có giá trị thấp thường khơng ổn định Ngồi ra, biến dạng ứng với bê tơng nứt nhỏ Do đó, phá hoại thường đột ngột – phá hoại giòn

Nếu cấu kiện tăng cường cốt dọc thích hợp khả chịu kéo cải thiện Ví dụ, cốt thép dọc có cường độ 400 MPa hàm lượng khoảng 1,5% (tương đương với 120 kg thép/m3

bê tơng) ứng xử chịu lực cấu kiện đạt Hình 1.1b Thay cho việc bị phá hoại vết nứt hình thành, cấu kiện tiếp tục chịu lực cốt thép qua mặt cắt ngang bị chảy Do cần phải có lượng lớn (năng lượng cơng diện tích phần nằm đường cong quan hệ ứng suất – biến dạng) để phá hoại cấu kiện nên, nói rằng, cấu kiện dai dẻo Tuy nhiên, độ cứng cấu kiện bị giảm đáng kể sau nứt

Nếu cấu kiện có chứa cốt thép thường với hàm lượng khoảng 40 kg/m3

cốt thép cường độ cao với hàm lượng khoảng 20 kg/m3

kéo trước để tạo lực nén trước bê tơng ứng xử chịu lực cấu kiện đạt Hình 1.1c Dự ứng lực nén làm tăng đáng kể khả chống nứt cho bê tơng và, qua đó, tạo cấu kiện dai cứng so với cấu kiện khơng có dự ứng lực

(8)

8

ứng lực bê tông, 2/3 dự ứng lực cốt thép bị từ biến co ngót Ngược lại, sợi thép cường độ cao kéo đến biến dạng khoảng 7‰ tạo dự ứng lực và, bị 1‰ , cịn lại 6/7 dự ứng lực

Hình 1.1 Sự làm việc cấu kiện bê tông không cốt thép, bê tông cốt thép bê tông dự ứng lực chịu kéo tâm

Để giảm mát từ biến co ngót để tạo dự ứng lực nén mức cao, Freyssinet khuyên không nên dùng cốt thép cường độ cao mà bê tông cường độ cao

Ứ ng s uất tr un g bìn h (MPa)

0,01 0,02 0,03

Biến dạng trung bình

(a) Cấu kiện bê tông không cốt thép

0,01 0,02 0,03

(b) Cấu kiện bê tông cốt thép

0,01 0,02 0,03

(c) Cấu kiện bê tông dự ứng lực

0

N N

Cốt thép chảy Bê tông

nứt

Cốt thép chảy Bê tông

(9)

9

Hình 1.2 Eugene Freyssinet, người phát minh bê tơng dự ứng lực ứng dụng

Sau cơng trình Freyssinet, bê tông dự ứng lực sử dụng ngày rộng rãi khắp nơi giới Ở nước ta, hầu hết cơng trình cầu lớn xây dựng thời gian vừa qua sử dụng bê tông dự ứng lực

Hai phương pháp tạo dự ứng lực khác phát triển phương pháp dự ứng lực kéo sau phương pháp dự ứng lực kéo trước Hình 1.3 minh hoạ phương pháp tạo dự ứng lực kéo sau, đó, cốt thép kéo căng neo vào bê tông sau bê tông đúc đạt đến cường độ định Đây phương pháp Freyssinet sử dụng

Hình 1.3 Dự ứng lực kéo sau

Hình 1.4 minh hoạ phương pháp dự ứng lực kéo trước, theo đó, cốt thép căng bệ trước đổ bê tông Sau bê tông đạt đến cường độ mong muốn, cốt thép cắt khỏi bệ và, thơng qua lực dính bám, tạo lực nén bê tông Một kỹ sư người Đức E Hoyer phát triển phương pháp dự ứng lực kéo trước thành kỹ thuật ứng dụng vào năm 1938

Bước 1: Đúc cấu kiện bê tơng

Kích Sự co ngắn

Neo Bước 2: Căng kéo cốt dự ứng lực kích tỳ lên bê tơng

Bước 3: Neo cốt dự ứng lực

(10)

10

Hình 1.4 Dự ứng lực kéo trước

Từ nghiên cứu này, bê tông dự ứng lực phát triển thành ngành cơng nghiệp có doanh thu lớn Hiện nay, hàng năm có 600.000 bê tơng dự ứng lực sử dụng toàn giới Theo thống kê, trung bình tồn giới có khoảng 66% thép dự ứng lực dùng xây dựng cầu số cịn lại sử dụng cho cơng trình xây dựng dân dụng mục đích khác Tuy nhiên, nước phát triển Bắc Mỹ, châu Âu, quan hệ lại ngược lại, khoảng 59% thép dự ứng lực kéo sau dùng xây dựng dân dụng khoảng 26% dùng xây dựng cầu

1.2 CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA DỰ ỨNG LỰC

Nguyên lý bê tông cốt thép, cho bê tông dự ứng lực bê tông không dự ứng lực, cốt thép đặt vào vị trí kết cấu nơi ứng suất kéo phát sinh Trong bê tông dự ứng lực, cốt thép cường độ cao sử dụng kéo căng trước ngoại lực tác dụng Lực kéo ban đầu cốt thép gây lực nén bê tông xung quanh tạo khả chống nứt lớn cho bê tơng

Hình 1.5 so sánh ứng xử dầm bê tông cốt thép thường (không dự ứng lực) với dầm bê tông dự ứng lực Ở dầm bê tông cốt thép thường, bê tông cốt thép khơng có biến dạng ứng suất trước ngoại lực tác dụng Do bê tơng có cường độ chịu kéo nhỏ nên, trước bê tông nứt, mơ men uốn và, đó, ứng suất kéo cốt thép ứng suất nén bê tơng nhỏ Sau vết nứt hình thành, ứng suất kéo cốt thép tăng lên đáng kể tiếp tục tăng tải trọng tăng Tại thời điểm phá hoại, mô men uốn chịu ứng suất kéo lớn cốt thép ứng suất nén lớn bê tông

Cốt dự ứng lực căng trước Bệ

Bước 1: Kéo căng cốt dự ứng lực bệ

Bước 2: Đổ bê tông xung quanh cốt dự ứng lực kéo căng

(11)

11

Hình 1.5 Ứng xử dầm bê tơng dự ứng lực không dự ứng lực

Trong đó, dự ứng lực tạo hệ thống ứng suất tự cân kết cấu bê tông Các ứng suất tự cân bao gồm ứng suất kéo cốt dự ứng lực, sinh lực kéo P, ứng suất nén cân với bê tơng, sinh lực nén có độ lớn P Có thể thấy rằng, hai lực triệt tiêu nên, kết cấu tĩnh định, dự ứng lực không gây lực dọc hay mơmen uốn Mặc dù khơng có lực dọc mô men uốn cấu kiện bị co ngắn uốn cong dự ứng lực Do bê tơng có ứng suất nén trước chịu lực nên cấu kiện chịu tải trọng lớn trước ứng suất thớ bê tông đạt đến cường độ chịu kéo, nghĩa khả chống nứt cấu kiện tăng lên Cũng kết cấu bê tông khác, thời điểm phá hoại, mô men chịu ứng suất kéo lớn cốt thép ứng suất nén lớn bê tông

Cốt thép không dự ứng lực biến dạng bê tông xung quanh biến dạng nên cốt thép có biến dạng lớn bê tơng xung quanh bị nứt Cốt thép không dự ứng lực coi chịu biến dạng cách thụ động Ngược lại, biến dạng cốt thép

Khi khơng có có ngoại lực

Ngay trước nứt 0,0001 2 MPa MPa

Ngay trước phá hoại

-0,003

400 MPa

2

M w

Khi khơng có có ngoại lực

Ngay trước nứt

Ngay trước phá hoại

1200 MPa

1240 MPa

2 MPa

P P

-0,003

1800 MPa

2

M w M M  B ê tô ng cố t thép kh ông dự ứng lực B ê tô ng dự ứng lực

Biến dạng Ứng suất Hợp lực

(12)

12

dự ứng lực lớn nhiều so với biến dạng bê tông xung quanh, đó, cốt thép dự ứng lực có ứng suất kéo lớn trước bê tông bị nứt Bằng việc tạo dự ứng lực cốt thép, người thiết kế điều chỉnh cách chủ động ứng suất cốt thép biến dạng kết cấu

Hiện nay, bê tông cường độ cao nghiên cứu chế tạo thành công nhiều nơi giới Việt Nam Cũng bê tông thường, bê tông cường độ cao có cường độ chịu kéo nhỏ nhiều so với cường độ chịu nén Việc sử dụng bê tông cường độ cao kết cấu bê tông cốt thép thường không mang lại lợi đặc biệt Ngược lại, thép cường độ cao sử dụng hợp lý kết cấu bê tông cốt thép thường bê tông bị nứt nhiều trước cốt thép khai thác hết khả chịu lực Dự ứng lực, đó, giải pháp có hiệu để khai thác lợi bê tông cường độ cao thép cường độ cao

1.3 CÁC KẾT CẤU BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC ĐIỂN HÌNH

Do dự ứng lực sử dụng để giảm thiểu triệt tiêu nứt tải trọng khai thác, nên tạo cấu kiện mảnh Ví dụ, sàn chiều có tỷ lệ nhịp/chiều cao 45/1 lớn 60% so với tỷ lệ sàn khơng dự ứng lực (Hình 1.6) Với chiều dài nhịp cho trước, lượng bê tông dự ứng lực khoảng 2/3 lượng bê tông không dự ứng lực Sau số ví dụ kết cấu bê tơng dự ứng lực điển hình

Hơn 50% cầu xây dựng bê tông dự ứng lực Cầu bê tơng dự ứng lực từ dạng cầu đơn giản xây dựng từ dầm I đúc sẵn dự ứng lực kéo trước (Hình 1.7) đến cầu dầm hộp dự ứng lực kéo sau đổ chỗ với nhịp đến 150 m (Hình 1.9), hay cầu dây văng có nhịp đến 500 m (Hình 1.10)

Các nhà đỗ xe có mơi trường ăn mịn cao, đó, nên sử dụng bê tơng chất lượng cao dự ứng lực để khống chế nứt cho cơng trình Hình 1.11 minh hoạ kết cấu nhà đỗ xe điển hình xây dựng từ cấu kiện bê tông dự ứng lực đúc sẵn Hơn 35% nhà đỗ xe nước phát triển xây dựng bê tơng dự ứng lực đúc sẵn có khoảng 40% xây dựng từ bê tông dự ứng lực kéo sau, đổ chỗ

Cũng nước phát triển, hàng năm có đến hàng chục triệu m2

(13)

CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ BÊ TƠNG DỰ ỨNG LỰC

13

Hình 1.6 Các tỷ số nhịp/chiều cao điển hình chiều dự ứng lực khơng dự ứng lực

Hình 1.7 Dầm I dự ứng lực đúc sẵn

Hình 1.8 Dạng điển hình cầu đường tơ

Lan can Tim cầu

Dầm ngang L Dầm chữ I Nhịp 25 m

Bản mặt cầu 190 mm

Lớp bê tông asphalt 75 mm

2,5 m 2,5 m Gối

Không dự ứng lực 28:1

(14)

14

Hình 1.9 Cầu Vĩnh Tuy với kết cấu dầm hộp bê tơng dự ứng lực

Hình 1.10 Cầu Bãi cháy – Cầu dây văng có dầm bê tơng dự ứng lực

Hình 1.11 Kết cấu nhà đỗ xe bê tông dự ứng lực

Trong kết cấu không dự ứng lực bị biến dạng nhiều trước chúng đạt đến giới hạn chịu lực kết cấu dự ứng lực có khả chịu lực tác dụng cách chủ động mà biến dạng lớn Dự ứng lực cho phép kỹ sư điều chỉnh cách chủ động phân bố tải trọng biến dạng nên sử dụng rộng rãi để giải vấn đề phức tạp

(15)

15

Các kết cấu cung cấp vịng bảo vệ ngồi tình tai nạn xảy (Hình 1.12)

Hình 1.12 Kết cấu chứa bê tông dự ứng lực cho nhà máy điện hạt nhân

Hình 1.13 Tháp CN cao 553 m sân vận động SkyDome Toronto

Các tháp cao mảnh cho truyền hình, vi ba hay truyền dạng kết cấu thường xây dựng bê tơng dự ứng lực Hình 1.13 minh hoạ tháp CN Toronto, làm bê tơng dự ứng lực với cáp có chiều dài đến 450 m Kết cấu cần 1000 thép dự ứng lực

Hình 1.13 minh hoạ SkyDome, sân vận động có nhịp mái lên đến 205 m Các khung dự ứng lực kéo sau đỡ mái chứa đến 700 thép dự ứng lực Các chỗ ngồi đỡ 20 000 m2 bê tông dự ứng lực đúc sẵn mái bao gồm 84 000 m2 dầm I dự ứng lực

(16)

16

chiều cao mực nước đến 330 m (Hình 1.15) Do các phận kết cấu phải chở đến địa điểm lắp đặt nên trọng lượng vấn đề quan trọng và, đó, người ta sử dụng cấu kiện bê tơng cường độ cao có mặt cắt nhỏ

Hình 1.14 Giàn khoan dầu

Hình 1.15 Giàn khoan dầu bê tông dự ứng lực cho chiều sâu nước 330 m

1.4 SO SÁNH BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC VỚI BÊ TÔNG CỐT THÉP

Sự khác biệt quan trọng hai loại kết cấu việc sử dụng vật liệu cường độ cao cho bê tông dự ứng lực Để khai thác thép cường độ cao buộc phải sử dụng dự ứng lực Việc kéo căng cốt thép neo chúng vào bê tông tạo trạng thái ứng suất biến dạng mong muốn để qua đó, giảm thiểu triệt tiêu vết nứt bê tơng Nhờ đó, tồn mặt cắt kết cấu bê tông dự ứng lực trở thành mặt cắt có hiệu Trong đó, kết cấu bê tông cốt thép thường phần mặt cắt có hiệu

(17)

17

Bê tông cường độ cao vốn coi không kinh tế sử dụng kết cấu bê tông cốt thép thường lại mong muốn và, chí, bắt buộc kết cấu bê tơng dự ứng lực Các cấu kiện có mặt cắt mảnh bê tơng cường độ cao khơng dự ứng lực địi hỏi nhiều cốt thép thường dù không tránh nứt có độ cứng nhỏ Trong đó, việc sử dụng bê tông cường độ cao kết cấu dự ứng lực cho phép tạo lực dự ứng lực lớn, qua đó, làm tăng khả chống nứt độ cứng từ đó, làm giảm kích thước mặt cắt

Tuy nhiên, dạng kết cấu có điểm mạnh điểm yếu khác Phần sau so sánh bê tông dự ứng lực bê tông cốt thép thường phương diện tính khai thác, độ an tồn tính kinh tế

Tính khai thác Kết cấu bê tơng dự ứng lực thích hợp với kết cấu nhịp lớn, chịu tải trọng

lớn Kết cấu bê tông dự ứng lực mảnh nên dễ phù hợp với yêu cầu mỹ quan cho phép tạo khoảng tịnh khơng lớn Bê tơng dự ứng lực bị nứt có khả phục hồi đóng vết nứt tải trọng qua Độ võng tĩnh tải nhỏ nhờ độ vồng tạo dự ứng lực Độ võng hoạt tải nhỏ mặt cắt có hiệu khơng nứt có độ cứng lớn hai đến ba lần mặt cắt nứt Kết cấu bê tơng dự ứng lực thích hợp với kết cấu lắp ghép có trọng lượng nhỏ

Trong số trường hợp, kết cấu có yêu cầu trọng lượng khối lượng lớn bê tông dự ứng lực khơng có lợi thế, kết cấu bê tơng bê tơng cốt thép thích hợp

Độ an tồn Khó nói rằng, dạng kết cấu an toàn dạng kết cấu khác Độ an toàn kết cấu phụ thuộc nhiều vào việc thiết kế xây dựng dạng Tuy nhiên, đặc tính an tồn có tính kế thừa bê tơng dự ứng lực cần nêu lên Trong trình tạo dự ứng lực, bê tông cốt dự ứng lực thử nghiệm Ở nhiều kết cấu, q trình tạo dự ứng lực, bê tơng cốt dự ứng lực phải chịu ứng suất lớn đời chúng Do đó, vật liệu vượt qua trình tạo dự ứng lực, chúng có đủ khả để chịu tác động trình khai thác

Nếu thiết kế phù hợp phương pháp thiết kế nay, kết cấu dự ứng lực có khả chịu vượt tải cao kết cấu bê tông cốt thép thường Với thiết kế thơng thường, chúng có độ võng lớn trước bị phá hoại Kết cấu bê tông dự ứng lực có khả chịu tác động va chạm, tác động lặp tương tự kết cấu bê tông cốt thép thường Khả chống rỉ bê tông dự ứng lực cao bê tông cốt thép thường chúng bị nứt chất lượng bê tông dùng kết cấu dự ứng lực cao Tuy nhiên, xuất vết nứt, tác động rỉ lên kết cấu bê tông dự ứng lực nghiêm trọng so với kết cấu bê tông cốt thép thường Thép chịu ứng suất cao kết cấu bê tông dự ứng lực nhạy với tác động hoả hoạn cốt thép thường

So với kết cấu bê tông cốt thép thường, kết cấu bê tơng dự ứng lực địi hỏi phải cẩn thận thiết kế xây dựng vật liệu có cường độ cao hơn, mặt cắt nhỏ hơn, kết cấu mảnh hơn, v.v

(18)

18

do sức kháng cắt bê tông cao cốt dự ứng lực xiên góp phần chịu lực cắt Việc làm giảm kích thước mặt cắt dẫn đến làm giảm tĩnh tải chiều cao kiến trúc dẫn đến việc tiết kiệm vật liệu phận khác kết cấu Ở kết cấu lắp ghép, dự ứng lực làm giảm khối lượng vận chuyển

Mặc dù có lợi kinh tế trên, kết cấu bê tông dự ứng lực sử dụng hợp lý cho trường hợp Trước hết, vật liệu cường độ cao có đơn giá cao Kết cấu dự ứng lực đòi hỏi nhiều thiết bị vật liệu phụ trợ neo, ống gen, vữa bơm, v.v Hệ thống ván khuôn tốn mặt cắt cấu kiện dự ứng lực thường phức tạp Trong thiết kế thi công kết cấu bê tơng dự ứng lực, trình độ nhân cơng địi hỏi cao hơn, công tác giám sát thi công dự ứng lực cần thực chu đáo, tỉ mỉ Các chi phí bổ sung cịn phát sinh phụ thuộc vào kinh nghiệm kỹ sư công nhân

Từ vấn đề nêu rút kết luận kết cấu bê tông dự ứng lực kinh tế áp dụng cho kết cấu nhịp lớn, chịu tải trọng lớn công tác thiết kế thi công thực kỹ sư công nhân có kinh nghiệm Kết cấu coi kinh tế chế tạo dạng lắp ghép hay bán lắp ghép

(19)

CHƯƠNG - CÔNG NGHỆ DỰ ỨNG LỰC

19

CHƯƠNG CÔNG NGHỆ DỰ ỨNG LỰC

Người kỹ sư thiết kế kết cấu bê tông dự ứng lực cần phải nắm kỹ thuật cơng nghệ có liên quan đến dự ứng lực phải quen thuộc với thuật ngữ Chương giới thiệu số thuật ngữ dự ứng lực, cung cấp tóm tắt kỹ thuật sở dự ứng lực chi tiết số hệ thống dự ứng lực sử dụng phổ biến

2.1 THUẬT NGỮ

2.1.1 Công nghệ

Hiện nay, có hai cơng nghệ dự ứng lực sử dụng rộng rãi để chế tạo kết cấu bê tông dự ứng lực

 Dự ứng lực căng trước, đó, cốt dự ứng lực căng kéo bệ trước đổ bê

tông

 Dự ứng lực căng sau, đó, cốt dự ứng lực căng kéo cấu kiện bê tông sau

khi bê tông đạt đến cường độ cần thiết chịu dự ứng lực

2.1.2 Dính bám

Phụ thuộc vào dính bám cốt dự ứng lực bê tông, người ta phân biệt dạng dự ứng lực:

 Dự ứng lực có dính bám tức thời Theo dạng này, cốt dự ứng lực có dính bám với bê

tơng truyền dự ứng lực Thông thường, dạng dự ứng lực ứng với công nghệ căng trước

 Dự ứng lực có dính bám sau. Đây dạng dự ứng lực ứng với cơng nghệ căng sau Lực

dính bám cốt dự ứng lực bê tông tạo sau cốt dự ứng lực neo q trình bơm vữa vào ống gen hồn tất

 Dự ứng lực khơng có dính bám. Đây dạng dự ứng lực ứng với công nghệ căng

sau, cốt dự ứng lực khơng có dính bám với bê tơng xung quanh Kết cấu dự ứng lực có dính bám sau làm việc kết cấu dự ứng lực khơng dính bám giai đoạn chưa bơm vữa

2.1.3 Vị trí cốt dự ứng lực

Để vị trí cốt dự ứng lực so với mặt cắt bê tông, người ta phân biệt

 Dự ứng lực trong, theo đó, cốt dự ứng lực nằm mặt cắt bê tơng có

khơng có dính bám với bê tơng xung quanh

 Dự ứng lực ngoài với cốt dự ứng lực nằm mặt cắt bê tơng khơng có dính bám

(20)

CHƯƠNG - CÔNG NGHỆ DỰ ỨNG LỰC

20

2.1.4 Cấp độ dự ứng lực

Phụ thuộc vào độ lớn ứng suất dự ứng lực tạo (còn gọi cấp độ dự ứng lực), người ta phân biệt – theo truyền thống:

 Dự ứng lực toàn phần (full prestressing) dự ứng lực mà, đó, ứng suất dự

ứng lực tạo đảm bảo cho bê tông không xuất ứng suất kéo trạng thái giới hạn sử dụng Ứng suất kéo nói ứng suất kéo tải trọng gây theo phương chịu lực Ở số dạng cấu kiện, ứng suất kéo cắt, xoắn, ứng suất kéo vùng neo ứng suất kéo thay đổi nhiệt độ gây khơng thể tránh khỏi Do đó, vết nứt quan sát thấy cấu kiện dự ứng lực toàn phần

 Dự ứng lực hạn chế (limited prestressing) với việc cho phép bê tông, tác

dụng tải trọng trạng thái giới hạn cường độ, có xuất ứng suất kéo theo phương chịu lực ứng suất giới hạn giá trị xác định, thường cường độ chịu kéo (bê tông không bị nứt)

 Dự ứng lực phần (partial prestressing) Ở đây, ứng suất kéo vết nứt theo phương

chịu lực tác dụng tải trọng phép xuất bê tông

Bảng 2.1 Trạng thái ứng suất vai trò cốt thép thường dạng bê tông dự ứng lực

Cấp độ dự ứng lực Biểu đồ ứng suất Vai trò cốt thép thường

Dự ứng lực tồn phần

(tính tốn giai đoạn I cho trạng thái giới hạn sử dụng)

Đóng vai trị cốt thép cấu tạo tối thiểu để chịu lực kéo khơng dự đốn Theo tính tốn lý thuyết, cốt thép thường khơng cần thiết để chịu lực

Dự ứng lực hạn chế

(tính tốn giai đoạn I cho trạng thái giới hạn sử dụng)

Cùng làm việc với cốt dự ứng lực để chịu lực kéo xuất bê tơng q trình chịu lực chịu lực kéo khơng dự đốn

Dự ứng lực phần

(tính tốn giai đoạn II cho trạng thái giới hạn sử dụng)

Cùng làm việc với cốt dự ứng lực để chịu lực kéo xuất bê tông trình chịu lực chịu lực kéo khơng dự đốn

Ngồi ra, người ta cịn sử dụng khái niệm dự ứng lực cấu tạo hay gọi dự ứng lực yếu để dự ứng lực khơng nhằm mục đích cải thiện điều kiện chịu lực mà có tác dụng hạn chế độ mở rộng khe co giãn vết nứt tách phận kết cấu

c cr

f f

c c

f  f

Định dạng
Số trang	20
Dung lượng	1,05 MB