Ảnh hưởng của tổn hao ứng suất đến độ tin cậy của sàn bê tông cốt thép ứng lực trước căng sau có bám dính

Lý thuyết thiết kế kết cấu BTCT ƯLT ra đời và được ứng dụng trong thực tế là sản phẩm kết hợp giữa việc ứng dụng vật liệu cường độ cao cốt thép cường độ cao, bê tông cường độ cao với lý

Trang 1

viện khoa học công nghệ xây dựng

Nguyễn Chí Hiếu

ảnh hưởng của tổn HAO ứng suất

đến độ tin cậy của sàn bÊ TÔNG CốT THéP ứng lực trước căng sau Có bám dính

LUậN áN TIếN Sĩ Kỹ THUậT

Hà Nội, 2014

Trang 2

viện khoa học công nghệ xây dựng

Nguyễn Chí Hiếu

ảnh hưởng của tổn HAO ứng suất

đến độ tin cậy của sàn bÊ TÔNG CốT THéP ứng lực trước căng sau Có bám dính

LUậN áN TIếN Sĩ Kỹ THUậT

Chuyên ngành: Kỹ THUậT Xây dựng CÔNG TRìNH

Trang 3

L Ờ I CAM Đ OAN

Tên tôi là: Nguy ễ n Chí Hi ế u

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳcông trình nào Các nguồn thông tin và số liệu sử dụng trong luận án được chỉ rõ nguồn gốc

Hà N i, ngày … tháng … n ă m 2014

Nghiên c ứ u sinh

Nguy ễ n Chí Hi ế u

Trang 4

L Ờ I C Ả M Ơ N

Nghiên cứu sinh xin được trân trọng cảm ơn các nhà khoa học trong và ngoài Viện đã

động viên, khuyến khích, trao đổi kiến thức chuyên môn và cung cấp thông tin khoa học trong

suốt thời gian nghiên cứu sinh thực hiện luận án

Xin trân trọng cảm ơn ban lãnh đạo, hội đồng Khoa học Viện, bộ môn Kết cấu, Viện Thông tin Đào tạo và Tiêu chuẩn hoá đã tạo mọi điều kiện và giúp đỡ nghiên cứu sinh để luận

án được hoàn thành và bảo vệđúng quy trình

Xin được gửi lời cảm ơn đến cán bộ công nhân viên Công ty Cổ phần Đầu tư và Công nghệ Xây dựng IBST, trong đó đặc biệt là các cán bộ phòng Tư vấn và phòng Công nghệ Xây

dựng, những nguời trực tiếp thực hiện các dự án về công nghệứng lực trước trong nhiều năm qua, đã cùng nghiên cứu sinh thu thập các số liệu để hoàn thành luận án này

Đặc biệt, nghiên cứu sinh xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Xuân Chính, cán bộ hướng dẫn chính, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ

và cho nhiều chỉ dẫn khoa học có giá trị giúp nghiên cứu sinh hoàn thành luận án này cũng nhưnâng cao năng lực nghiên cứu khoa học

Cuối cùng, xin bày tỏ lòng cảm ơn đối với những người thân trong gia đình, bạn bè,

đồng nghiệp đã động viên, chia sẻ những khó khăn với nghiên cứu sinh trong suốt thời gian

thực hiện luận án

Hà N i, ngày … tháng … n ă m 2014

Nghiên c ứ u sinh

Nguy ễ n Chí Hi ế u

Trang 5

M Ụ C L Ụ C

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM ƠN iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, ẢNH xii

MỞĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 4

I.1 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN ĐỘ TIN CẬY CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC 4

I.1.1 Nghiên cứu ngoài nước 4

I.1.2 Nghiên cứu trong nước 8

I.2 CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ, THI CÔNG KẾT CẤU SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC VÀ TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM 11

I.2.1 Phân loại kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước, tình hình ứng dụng tại Việt Nam 11

I.2.2 Ưu, nhược điểm của kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước 13

I.2.3 So sánh kết cấu sàn bê tông cốt thép ứng lực trước căng sau có bám dính và căng sau không bám dính 14

I.2.4 Qui trình thiết kế, thi công kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước 14

I.2.5 Một số hình ảnh mô tả giai đoạn chính thi công sàn bê tông cốt thép ứng lực trước 16

I.3 MỘT SỐ VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI TRONG THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ KHAI THÁC SỬ DỤNG SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC TẠI VIỆT NAM 17

I.3.1 Về thiết kế 17

I.3.2 Về thi công và khai thác sử dụng 18

I.4 NHIỆM VỤĐẶT RA CHO LUẬN ÁN 19

CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN TIÊU CHUẨN TÍNH TOÁN VÀ TÍNH ỨNG SUẤT TRONG BÊ TÔNG CHO TRƯỜNG HỢP THIẾT KẾ TỔNG QUÁT 21

II.1 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TỔN HAO ỨNG SUẤT THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN ĐANG ĐƯỢC ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM 21

II.1.1 Theo tiêu chuẩn AS 3600-2009 [46], [45], [44], [43] 22

II.1.2 Theo tiêu chuẩn BS EN 1992-1-1:2004 [49], [65] 25

II.1.3 Theo tiêu chuẩn ACI 318-08 [42], [71], [75], [84] 27

II.1.4 Theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2012 [2], [4] 29

II.1.5 Nhận xét 31

II.2 VÍ DỤ TÍNH TOÁN VÀ SO SÁNH TỔN HAO ỨNG SUẤT THEO CÁC TIÊU CHUẨN 31

II.2.1 Lựa chọn số liệu đầu vào 31

II.2.2 Kết quả tính toán tổn hao ứng suất theo các tiêu chuẩn 32

II.2.3 So sánh kết quả tính toán tổn hao ứng suất theo các tiêu chuẩn 32

II.2.4 Kiến nghị lựa chọn tiêu chuẩn tính toán 35

II.3 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ, KIỂM TRA KẾT CẤU SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC THEO AS 3600-2009 35

Trang 6

II.3.1 Lựa chọn cường độ bê tông fc' và chiều dày sàn Ds 35

II.3.2 Phân tích nội lực trong sàn 36

II.3.3 Lớp bê tông bảo vệ và độ võng của cáp 38

II.3.4 Chọn dạng quỹđạo cáp ở các nhịp 38

II.3.5 Lựa chọn cáp và ứng suất ban đầu 38

II.3.6 Tính toán tổn hao ứng suất 38

II.3.7 Lựa chọn sơ bộ số lượng cáp trong từng dải cột và giữa nhịp 38

II.3.8 Các bước thiết kế, kiểm tra 40

II.4 VÍ DỤ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC CĂNG SAU CÓ BÁM DÍNH VÀ KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN KIỂM SOÁT VẾT NỨT SÀN THEO TIÊU CHUẨN AS 3600-2009 41

II.4.1 Nhiệm vụ và điều kiện giới hạn của bài toán thiết kế 41

II.4.2 Chọn số liệu đầu vào 42

II.4.3 Tính toán nội lực trong sàn và tính toán tổn hao ứng suất 42

II.4.4 Tính toán số lượng cáp 42

II.4.5 Kiểm tra điều kiện kiểm soát vết nứt sàn theo ứng suất cho phép 42

II.4.6 Các thông sốảnh hưởng đến ứng suất trong bê tông 44

II.4.7 Sự thay đổi ứng suất trong bê tông dưới ảnh hưởng của các thông số biến động 45

II.5 TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT TRONG BÊ TÔNG CHO BÀI TOÁN TỔNG QUÁT THIẾT KẾ SÀN ỨNG LỰC TRƯỚC n NHỊP THEO TIÊU CHUẨN AS 3600-2009 46

II.5.1 Nhiệm vụ và điều kiện giới hạn của bài toán thiết kế 46

II.5.2 Tính toán nội lực trong sàn 46

II.5.3 Tính toán mô men treo ở các nhịp do tải trọng w=weq gây ra 47

II.5.4 Tính lực kéo còn lại của cáp sau khi trừđi các tổn hao ứng suất tức thời 47

II.5.5 Tính lực kéo còn lại của cáp sau khi trừđi toàn bộ tổn hao ứng suất 48

II.5.6 Chọn sơ bộ số lượng cáp Ni 1i− cho từng nhịp 49

II.5.7 Ứng suất trong bê tông ngay sau khi kéo căng 50

II.5.8 Ứng suất trong bê tông ở giai đoạn sử dụng dài lâu 51

KẾT QUẢĐẠT ĐƯỢC CỦA CHƯƠNG 2 51

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG HÀM CÔNG NĂNG THEO TIÊU CHÍ KIỂM SOÁT VẾT NỨT SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC VÀ NHẬN DẠNG CÁC BIẾN NGẪU NHIÊN QUA CÁC SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 53

III.1 XÂY DỰNG HÀM CÔNG NĂNG THEO TIÊU CHÍ KIỂM SOÁT VẾT NỨT SÀN TRONG THIẾT KẾ SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC 3 NHỊP SỬ DỤNG AS 3600-2009 53 III.1.1 Hàm công năng theo tiêu chí kiểm soát vết nứt sàn 53

III.1.2 Nhiệm vụ và điều kiện giới hạn của bài toán thiết kế 54

III.1.3 Tính toán nội lực trong sàn 54

Trang 7

III.1.4 Tính toán mô men treo ở các nhịp do tải trọng w=weq gây ra 55

III.1.5 Tính lực kéo còn lại của cáp sau khi trừđi các tổn hao ứng suất tức thời 55

III.1.6 Tính lực kéo còn lại của cáp sau khi trừ toàn bộ tổn hao ứng suất 56

III.1.7 Chọn sơ bộ số lượng cáp cho từng nhịp 56

III.1.8 Ứng suất trong bê tông ngay sau khi kéo căng 56

III.1.9 Ứng suất trong bê tông ở giai đoạn sử dụng dài lâu 57

III.1.10 Thu thập số liệu thống kê từ thực tế và thiết lập thông sốđặc trưng cho thi công 57

III.1.11 Nhận xét 59

III.2 MỘT SỐ BIẾN NGẪU NHIÊN THƯỜNG GẶP VÀ GIEO BIẾN GIẢ NGẪU NHIÊN 59

III.2.1 Một số biến ngẫu nhiên liên tục thường gặp 59

III.2.2 Gieo biến giả ngẫu nhiên 60

III.3 NHẬN DẠNG BIẾN NGẪU NHIÊN 61

III.3.1 Phương pháp tổ chức đồ tần suất 61

III.3.2 Phương pháp kernel ước lượng hàm mật độ 62

III.3.3 Xấp xỉ hàm mật độ xác suất thực nghiệm 65

III.3.4 Ví dụ tính toán số 65

III.4 ĐỘ TIN CẬY VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ TIN CẬY 67

III.4.1 Một số khái niệm cơ bản 67

III.4.2 Mô hình ngẫu nhiên 68

III.4.3 Phương pháp chỉ sốđộ tin cậy β 69

III.4.4 Phương pháp Hasofer-Lind 70

III.4.5 Phương pháp Monte Carlo 72

III.4.6 Ví dụ tính toán số kiểm tra độ tin cậy của phần mềm tính toán theo Monte Carlo 73

III.5 NHẬN DẠNG CÁC BIẾN NGẪU NHIÊN QUA SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM THU THẬP TẠI VIỆT NAM 75

III.5.1 Nguồn số liệu thu thập cho mô phỏng các biến ngẫu nhiên 75

III.5.2 Nhận dạng biến ngẫu nhiên tiết diện ngang của cáp Ap 78

III.5.3 Nhận dạng biến ngẫu nhiên mô đun đàn hồi của cáp Ep 79

III.5.4 Nhận dạng biến ngẫu nhiên độ tụt neo δL 80

III.5.5 Nhận dạng biến ngẫu nhiên đặc trưng thi công εL 81

CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH ĐỘ TIN CẬY VÀ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA TỔN HAO ỨNG SUẤT ĐẾN ĐỘ TIN CẬY SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC CĂNG SAU CÓ BÁM DÍNH 85

Trang 8

IV.1 SƠĐỒ KHỐI TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT TRONG SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC

TRƯỚC VÀ ỨNG DỤNG MONTE CARLO ĐỂ XÁC ĐỊNH ĐỘ TIN CẬY 85

IV.1.1 Sơđồ khối tính ứng suất , hàm công năng 85

IV.1.2 Sơđồ khối tính toán độ tin cậy của sàn bê tông cốt thép ứng lực trước 87

IV.2 XÁC ĐỊNH ĐỘ TIN CẬY CỦA SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC CĂNG SAU CÓ BÁM DÍNH 89

IV.2.1 Bài toán thiết kế với các thông số tiền định 89

IV.2.2 Xác định xác suất an toàn của thiết kế theo tiêu chí kiểm soát vết nứt sàn 95

IV.2.3 Ảnh hưởng của việc thay đổi ứng suất thiết kế đến độ tin cậy kết cấu sàn bê tông cốt thép ứng lực trước căng sau có bám dính 99

IV.2.4 Ảnh hưởng của lực kéo cáp Ppj đến độ tin cậy kết cấu sàn bê tông cốt thép ứng lực trước căng sau có bám dính 104

IV.2.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến độ tin cậy kết cấu sàn bê tông cốt thép ứng lực trước căng sau có bám dính 109

IV.2.6 Ảnh hưởng của độẩm môi trường đến độ tin cậy kết cấu sàn bê tông cốt thép ứng lực trước căng sau có bám dính 110

IV.2.7 Ảnh hưởng của chùng ứng suất cơ bản đến độ tin cậy kết cấu sàn bê tông cốt thép ứng lực trước căng sau có bám dính 111

IV.2.8 Ảnh hưởng của sai số độ võng cáp trong thi công đến độ tin cậy sàn bê tông cốt thép ứng lực trước căng sau có bám dính 112

IV.2.9 Đánh giá vềđộ tin cậy của kết quả theo chương trình đã lập 113

IV.3 PHÂN TÍCH KINH TẾ - KỸ THUẬT 113

IV.3.1 Độ tin cậy và giá thành phụ thuộc vào sự lựa chọn N và Ds khác nhau 114

IV.3.2 Bảng tra độ tin cậy và giá thành phụ thuộc vào sự lựa chọn N và Ds khác nhau 114

IV.3.3 Nhận xét 117

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 119

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 120

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 121

PHỤ LỤC 1 Error! Bookmark not defined.

Trang 9

DANH M Ụ C B Ả NG BI Ể U

Bảng I.2-1: Ưu điểm của kết cấu sàn BTCT ƯLT CSBD so với căng sau không bám dính 14

Bảng II.1-1: Độ lệch góc ngẫu nhiên của cáp trên chiều dài đơn vị 22

Bảng II.1-2: Hệ số ma sát giữa cáp và ống lồng 22

Bảng II.1-3: Hệ số từ biến cơ bản ϕcc.b 24

Bảng II.1-4: Hệ số ma sát µ (1/rad) 25

Bảng II.1-5: Giá trị kh phụ thuộc h0 27

Bảng II.1-6: Hệ số dao động và đường cong của cáp 28

Bảng II.1-7: Hệ số Ksh 29

Bảng II.1-8: Giá trị của Kre và J 29

Bảng II.1-9: Giá trị C 29

Bảng II.1-10: Các hệ số ω và δ để tính toán tổn hao ứng suất do ma sát 30

Bảng II.1-11: Tổn hao ứng suất do co ngót của bê tông 30

Bảng II.2-1: Kết quả tính toán tổn hao ứng suất do ma sát và tụt neo theo các tiêu chuẩn nước ngoài khi thay đổi hệ số ma sát và hệ sốđường cong 33

Bảng II.2-2: Kết quả tính toán tổn hao ứng suất do co ngót của bê tông theo ACI 318-08 ứng với các giá trị ts khác nhau 33

Bảng II.2-3: Kết quả tính toán tổn hao ứng suất do từ biến của bê tông theo AS 3600-2009 và BS EN 1992 ứng với các giá trị t0 khác nhau 34

Bảng II.2-4: Kết quả tính toán tổn hao ứng suất do chùng ứng suất của cáp theo TCVN 5574:2012 và ACI 318-08 ứng với các giá trị σsp/ Rs,ser và f / fsi pu khác nhau 34

Bảng II.2-5: Kết quả tính toán tổn hao ứng suất do chùng ứng suất của cáp theo AS 3600-2009 ứng với các giá trị Rb, T và σpj/ fp khác nhau (lấy t0 = 180 ngày) 34

Bảng II.2-6: Kết quả tính toán tổn hao ứng suất do chùng ứng suất của cáp theo BS EN 1992 ứng với các giá trị ρ và σpi / fck khác nhau (lấy t0 = 180 ngày) 34

Bảng II.3-1: Hệ số phân phối mô men cho nhịp bên trong của dải thiết kế 37

Bảng II.3-2: Hệ số phân phối mô men cho nhịp biên của dải thiết kế 37

Bảng II.3-3: Hệ số phân phối mô men cho dải cột 37

Bảng II.3-4: Sơ bộ xác định giá trị tải trọng cân bằng 39

Bảng II.4-1: Bảng tính toán lựa chọn sơ bộ số lượng cáp 42

Bảng II.4-2: Bảng ứng suất trong bê tông khi N = 24, Ds = 230mm 43

Bảng II.4-3: Bảng ứng suất trong bê tông ứng với các giá trị khác nhau của N và Ds 44

Bảng II.4-4: Bảng ứng suất trong bê tông khi N = 24, Ds = 230mm và các thông số biến động được chọn khác với giá trị tiền định ban đầu 45

Bảng II.5-1: Bảng phân phối mô men (M0) thành mô men ở gối MN và ở nhịp MM 46

Bảng II.5-2: Bảng phân phối mô men MN và MM thành mô men của dải cột 47

Trang 10

Bảng II.5-3: Bảng tính toán ứng suất trong bê tông ngay sau khi kéo căng 50

Bảng II.5-4: Bảng tính toán ứng suất trong bê tông ở giai đoạn sử dụng dài lâu 51

Bảng III.1-1: Bảng phân phối mô men (M0) thành mô men ở gối MN, ở nhịp MM và phân phối mô men MN, MM của dải thiết kế lên dải cột 54

Bảng III.1-2: Bảng tính toán ứng suất trong bê tông ngay sau khi kéo căng 56

Bảng III.1-3: Bảng tính toán ứng suất trong bê tông ở giai đoạn sử dụng dài lâu 57

Bảng III.2-1: Một số biến ngẫu nhiên liên tục thường gặp 59

Bảng III.3-1: Phân phối tần suất của biến ngẫu nhiên X bất kỳ 62

Bảng III.3-2: Một số hàm kernel thông dụng 63

Bảng III.3-3: Một số lựa chọn chiều rộng của hàm kernel thường dùng 64

Bảng III.3-4: Tham sốước lượng của một số biến ngẫu nhiên thường gặp 66

Bảng III.4-1: Kỳ vọng và độ lệch chuẩn của các biến ngẫu nhiên 74

Bảng III.5-1: Nguồn gốc thông số biến động δL và εL 76

Bảng III.5-2: Nguồn gốc thông số biến động Ap và Ep 77

Bảng III.5-3: Bảng thống kê số liệu thông số tiết diện ngang của cáp 78

Bảng III.5-4: Bảng thống kê số liệu thông số mô đun đàn hồi của vật liệu làm cáp 79

Bảng III.5-5: Bảng thống kê số liệu thông sốđộ tụt neo 81

Bảng III.5-6: Bảng thống kê số liệu thông sốđặc trưng thi công εL 82

Bảng IV.2-1: Thông sốđầu vào tiền định cho thiết kế 06 sàn BTCT ƯLT CSBD 89

Bảng IV.2-2: Sơ bộ lựa chọn số lượng cáp sàn nhịp 7,5m x 7,5m x 7,5m - Công trình văn phòng 90

Bảng IV.2-3: Ứng suất trong bê tông sàn nhịp 7,5m, với N = 15, Ds = 200mm - Công trình văn phòng 90

Bảng IV.2-4: Sơ bộ lựa chọn số lượng cáp sàn nhịp 7,5m x 7,5m x 7,5m - Công trình chung cư 91

Bảng IV.2-5: Ứng suất trong bê tông sàn nhịp 7,5m, với N = 19, Ds = 210mm - Công trình chung cư 91

Bảng IV.2-14: Tổng hợp kết quảđánh giá xác suất an toàn cho các thiết kế cụ thể 99

Bảng IV.2-15: Tổng hợp kết quảđánh giá xác suất an toàn khi ứng suất thiết kế thay đổi 103

Bảng IV.2-16: Tổng hợp kết quả đánh giá xác suất an toàn khi lực kéo Ppj thay đổi, ứng với 95% σ = ứng suất cho phép 107

Trang 11

Bảng IV.2-17: Tổng hợp kết quả đánh giá xác suất an toàn khi lực kéo Ppj thay đổi, ứng với

Bảng IV.3-2: Độ tin cậy Ps (trên) và giá thành (dưới, *103VNĐ/m2) của công trình nhà chung

cư 3 nhịp 12,0m với các lựa chọn khác nhau của chiều dày sàn Ds và số lượng cáp N 116

Trang 12

DANH M Ụ C HÌNH V Ẽ , ĐỒ TH Ị , Ả NH

Hình I.2-1: Cấu kiện BTCT ƯLT tiền chế 12

Hình I.2-2: Thi công lắp ghép nhà cao tầng 12

Hình I.2-3: Chung cư 25 Láng Hạ 12

Hình I.2-4: Tòa tháp Keangnam 13

Hình I.2-5: Dự án The Pride 13

Hình I.2-6: Sơđồ qui trình thiết kế, thi công kết cấu BTCT ƯLT 15

Hình I.2-7: Một số hình ảnh thi công sàn BTCT ƯLT CSBD 16

Hình I.2-8: Một số hình ảnh thi công sàn BTCT ƯLT căng sau không bám dính 16

Hình II.1-1: Hệ số k3 24

Hình II.1-2: Hệ số * 5 k 25

Hình II.2-1: Sơđồ dải tính toán 31

Hình II.3-1: Mặt bằng bố trí dải thiết kế, dải cột và dải giữa nhịp 36

Hình II.3-2: Chiều dài tính toán L0 36

Hình II.3-3: Biểu đồ mô men của dải cột và dải giữa nhịp 37

Hình II.3-4: Phương trình cân bằng của đoạn cáp 38

Hình II.4-1: Mặt bằng sàn văn phòng và dải tính toán trên cột 41

Hình II.4-2: Mô men do tải trọng gây ra trên dải cột tính toán 43

Hình II.5-1: Mặt bằng kết cấu sàn ƯLT n nhịp 46

Hình III.1-1: Mặt bằng kết cấu sàn ƯLT 3 nhịp 54

Hình III.1-2: Biểu đồ mô men của dải cột tính toán 55

Hình III.2-1: Hàm mật độ xác suất của một số biến ngẫu nhiên thường gặp 60

Hình III.3-1: Tổ chức đồ tần suất của biến ngẫu nhiên 62

Hình III.3-2: Đồ thị của một số hàm kernel thông dụng 63

Hình III.3-3: Ảnh hưởng của chiều rộng hàm kernel đến ước lượng hàm mật độ xác suất 64

Hình III.3-4: Minh họa phương pháp kernel ước lượng hàm mật độ xác suất 65

Hình III.3-5: Hàm mật độ xác suất thực nghiệm bằng phương pháp kernel (bên trái) và hàm mật độ xác suất gần đúng bằng phương pháp bình phương tối thiểu (bên phải) Từ trên xuống: Normal, Exponential, Gamma 66

Hình III.4-1: Mô hình ngẫu nhiên của bài toán ĐTC 68

Hình III.4-2: Hàm công năng, miền an toàn và miền không an toàn của kết cấu 69

Hình III.4-3: Ý nghĩa của chỉ sốđộ tin cậy β 70

Hình III.4-4: Biến ngẫu nhiên trong không gian vật lý và biến ngẫu nhiên chuẩn hóa 71

Hình III.4-5: Sơđồ thuật toán của phương pháp mô phỏng Monte Carlo 73

Hình III.4-6: Sơđồ dầm consol 73

Hình III.4-7: Sơđồ Dầm liên tục 3 nhịp 74

Hình III.5-1: Hàm mật độ xác suất (trái) và hàm phân bố xác suất thực nghiệm (phải) của biến ngẫu nhiên tiết diện ngang của cáp 78

Trang 13

Hình III.5-2: Hàm mật độ xác suất thực nghiệm (nét đứt) và hàm mật độ xác suất gần đúng (nét

liền) của biến ngẫu nhiên tiết diện ngang của cáp 79

Hình III.5-3: Hàm mật độ xác suất (trái) và hàm phân bố xác suất thực nghiệm (phải) của biến ngẫu nhiên mô đun đàn hồi của vật liệu làm cáp 80

Hình III.5-4: Hàm mật độ xác suất thực nghiệm (nét đứt) và hàm mật độ xác suất gần đúng (nét liền) của biến ngẫu nhiên mô đun đàn hồi của cáp 80

Hình III.5-5: Hàm mật độ xác suất thực nghiệm của biến ngẫu nhiên độ tụt neo 81

Hình III.5-6: Hàm mật độ xác suất gần đúng (nét liền) của biến ngẫu nhiên độ tụt neo 81

Hình III.5-7: Hàm mật độ xác suất (trái) và hàm phân bố xác suất thực nghiệm (phải) của biến ngẫu nhiên đặc trưng cho thi công 83

Hình III.5-8: Hàm mật độ xác suất thực nghiệm (nét đứt) và hàm mật độ xác suất gần đúng (nét liền) của biến ngẫu nhiên đặc trưng cho thi công 83

Hình IV.1-1 : Sơđồ khối xây dựng hàm công năng đánh giá ĐTC của sàn BTCT ƯLT 85

Hình IV.1-2: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH (Hình IV.1-1): Quy trình tính toán tổn hao ứng suất, lựa chọn, bố trí cáp và kiểm tra ứng suất kéo, nén trong sàn BTCT ƯLT 86

Hình IV.1-3: Sơđồ khối của mô hình ngẫu nhiên và mô phỏng Monte Carlo 88

Hình IV.2-1: Sự hội tụ của xác suất an toàn, sàn nhịp 7,5m - Công trình văn phòng 96

Hình IV.2-2: Sự hội tụ của xác suất an toàn, sàn nhịp 7,5m - Công trình chung cư 96

Hình IV.2-7: Mối liên hệ giữa ứng suất và xác suất an toàn, sàn nhịp 7,5m - Công trình văn phòng 100

Hình IV.2-8: Mối liên hệ giữa ứng suất và xác suất an toàn, sàn nhịp 7,5m - Công trình chung cư 100

Hình IV.2-13: Mối liên hệ giữa lực kéo cáp và xác suất an toàn, sàn nhịp 7,5m - Công trình văn phòng 104

Hình IV.2-14: Mối liên hệ giữa lực kéo cáp và xác suất an toàn, sàn nhịp 7,5m - Công trình chung cư 105

Hình IV.2-19: Mối liên hệ giữa nhiệt độ môi trường và xác suất an toàn, sàn nhịp 7,5m - Công trình văn phòng 109

Hình IV.2-20: Mối liên hệ giữa độ ẩm môi trường và xác suất an toàn, sàn nhịp 7,5m - Công trình văn phòng 110

Hình IV.2-21: Mối liên hệ giữa chùng ứng suất cơ bản và xác suất an toàn, sàn nhịp 7,5m - Công trình văn phòng 111

Hình IV.2-22: Mối liên hệ giữa độ võng cáp và xác suất an toàn, sàn nhịp 7,5m - Công trình văn phòng 112

Trang 14

Hình IV.3-1: Độ tin cậy (trái) và giá thành một m2 (phải) sàn của nhà văn phòng 3 nhịp 12,0m với các lựa chọn khác nhau của chiều dày sàn Ds và số lượng cáp N 114Hình IV.3-2: Độ tin cậy (trái) và giá thành một m2 (phải) sàn của nhà chung cư 3 nhịp 12,0m với các lựa chọn khác nhau của chiều dày sàn Ds và số lượng cáp N 114

Trang 15

thường sẽ lớn hơn giới hạn cho phép và kết cấu sẽ xuất hiện các vết nứt

Ứng lực trước (ƯLT) cho bê tông tại các khu vực chịu kéo là cách tạo ra một áp lực nén trước thông qua các sợi cáp cường độ cao bố trí trong bê tông được kéo căng, do đó lực kéo nguy hiểm trong bê tông do tải trọng gây ra sẽ chỉ tạo ra một sự giảm lực nén trong bê tông

đã được ƯLT Như vậy, không còn nguy cơ nứt với điều kiện ứng suất nén do ƯLT tạo ra không thấp hơn ứng suất kéo trong bê tông

Lý thuyết thiết kế kết cấu BTCT ƯLT ra đời và được ứng dụng trong thực tế là sản

phẩm kết hợp giữa việc ứng dụng vật liệu cường độ cao (cốt thép cường độ cao, bê tông

cường độ cao) với lý thuyết thiết kế hiện đại và công nghệ thi công tiên tiến để tạo ra một kết

cấu có khả năng vượt nhịp và chịu lực lớn hơn so với kết cấu BTCT thông thường Mục đích

của việc ƯLT là tạo ra một ứng suất bên trong phù hợp nhằm cân bằng với một giá trịứng suất

dự kiến do tải trọng ngoài gây ra

Ngày nay, trên thế giới, việc ứng dụng công nghệ ƯLT cho thiết kế, thi công các công trình đã trở lên phổ biến và có phạm vi rộng trong cả ngành xây dựng dân dụng cũng như xây

dựng công nghiệp hay cầu đường, như: nhà cao tầng, cầu, silô, bể chứa, v.v Trong lĩnh vực nhà cao tầng, ƯLT được áp dụng rộng rãi cho các kết cấu dầm sàn BTCT vượt khẩu độ lớn,

Hiện tại dự thảo tiêu chuẩn "Kết cấu BTCT ƯLT trong xây dựng dân dụng và công nghiệp Tiêu chuẩn thiết kế" (mã sốđề tài TC 04), dự thảo tiêu chuẩn "Kết cấu BTCT ƯLT trong xây dựng dân dụng và công nghiệp Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu" (mã sốđề tài TC 03),

dự thảo Chỉ dẫn kỹ thuật "Kết cấu bê tông ƯLT Chỉ dẫn thiết kế" (mã hiệu đề tài TC 51-05) đã được nghiệm thu hội đồng cấp Bộ Xây dựng nhưng chưa được ban hành Tiêu chuẩn "TCVN 5574:2012 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép Tiêu chuẩn thiết kế" có đề cập đến thiết kế kết

Trang 16

cấu ƯLT và đã ban hành kèm theo tài liệu hướng dẫn thiết kế kết cấu BTCT ƯLT, tuy nhiên

việc áp dụng chưa được phổ biến Các kỹ sư khi thiết kế kết cấu BTCT ƯLT cho các công trình xây dựng dân dụng tại Việt Nam, ngoài việc sử dụng TCVN 5574:2012, vẫn thường tham khảo

và áp dụng các tiêu chuẩn của nước ngoài như ACI 318 của Mỹ, BS EN 1992 của Anh hay AS

3600 của Úc

Các tiêu chuẩn thiết kế đều chỉ ra trình tự thiết kế và kiểm tra một cách rõ ràng đối với

kết cấu sàn BTCT ƯLT Kỹ sư am hiểu tiêu chuẩn sẽ làm chủ việc thiết kế Tuy nhiên, am hiểu tiêu chuẩn và áp dụng phù hợp với thực tế là vấn đề không dễ dàng

Ở nước ta, nhiều công trình cao tầng được xây dựng có áp dụng công nghệƯLT Có

một số công trình, sau một thời gian đưa vào sử dụng (5-6 năm) đã xuất hiện những vết nứt

Vết nứt xuất hiện ở các công trình này có thể do nhiều nguyên nhân, trong đó có những nguyên nhân không phải do ƯLT gây ra Tuy nhiên việc hiểu tiêu chuẩn thiết kếƯLT và áp dụng không phù hợp với điều kiện thực tế có thể làm cho công trình xuất hiện hư hỏng trong quá trình khai thác và sử dụng Thực tế cho thấy một số công trình trong quá trình thi công, đã xuất hiện vết

nứt ngay sau khi tạo ƯLT Nguyên nhân có thể do hiện tượng co ngót bê tông xảy ra tại các vùng bố trí quá ít hoặc không bố trí cốt thép cấu tạo Tuy nhiên, việc không kiểm soát được ứng

suất thực tế trong bê tông do ƯLT tác động có thể làm ứng suất trong bê tông vượt quá ứng

suất cho phép cũng sẽ gây ra vết nứt

Xác định được nguyên nhân gây nứt trong sàn BTCT ƯLT sẽ góp phần hạn chế hư

hỏng ngay từ khâu thiết kế, trong quá trình thi công hay giúp đề ra các nguyên tắc khai thác sử

dụng, bảo trì công trình đúng thiết kế ban đầu Để thực hiện điều này, cần rà soát các khâu trong quy trình thiết kế và thi công sàn BTCT ƯLT, từđó giúp đánh giá khâu nào có tác động

chủ yếu đến nguyên nhân gây nứt sàn BTCT ƯLT Quy trình thiết kế sàn BTCT ƯLT ở các tiêu chuẩn thiết kếđều bắt buộc phải tính tổn hao ứng suất của các tao cáp sau khi được kéo căng Trên cơ sởứng suất còn lại trong tao cáp sau khi đã trừđi các tổn hao ứng suất (ứng suất hữu

hiệu), kết cấu sẽđược thiết kế và kiểm tra theo quy trình

Tính toán sai tổn hao ứng suất trong các tao cáp từ khâu thiết kế cũng như các sai sốtrong thi công lắp đặt quỹ đạo cáp, sai số trong việc tạo lực kéo cáp hay sử dụng vật liệu có tính chất cơ lý khác với số liệu thiết kế tiền định, có tác động trực tiếp đến nguyên nhân gây ra

vết nứt sàn Nghĩa là, các sai sót này thường do những số liệu được lấy tiền định trong thiết kế

có những sai khác với số liệu thực tế trong thi công, bao gồm: hệ số ma sát giữa cáp và ống

lồng; hệ số biến đổi đường cong của cáp; độ tụt neo; cường độ, mô đun đàn hồi thực tế của vật

liệu; thông số về điều kiện khí hậu; nhiệt độ môi trường; chùng ứng suất cơ bản của cáp; lực kéo cáp, v.v Hệ quả của các sai sót này là đánh giá sai ứng suất còn lại trong các tao cáp Khi đó lượng cáp được thiết kế lựa chọn cho kết cấu sẽ không phù hợp (thừa hoặc thiếu) dẫn

đến ứng suất nén và kéo trong bê tông do căng các tao cáp tạo ra không được như dự kiến đểcân bằng với tải trọng bên ngoài, kết cấu sẽ xuất hiện vết nứt

Trang 17

Vì những lý do nêu trên, cần có các nghiên cứu nhằm đánh giá ảnh hưởng của tổn hao

ứng suất đến vết nứt sàn BTCT ƯLT

Ảnh hưởng của tổn hao ứng suất xảy ra trong quá trình thi công và sử dụng diễn ra khá phức tạp Đểđánh giá được sựảnh hưởng của các loại tổn hao đến khả năng chịu nứt của sàn BTCT ƯLT thì việc sử dụng lý thuyết độ tin cậy (ĐTC) là một trong những phương pháp

hiệu quả và tiên tiến hiện nay nhằm giải quyết bài toán nêu trên

Khái niệm ĐTC của kết cấu công trình xây dựng đã được nhiều tài liệu về ĐTC và các nhà khoa học trên thế giới đề cập, cụ thể:

+ Theo giáo sư Palle Thoft - Christensen và Yoshisada Murotsu, độ tin c ậ y c ủ a k ế t c ấ u

là kh ả n ă ng hoàn thành tiêu chí thi ế t k ế trong kho ả ng th ờ i gian quy ướ c c ụ th ể [96]

+ Theo tiêu chuẩn Eurocode 0 - cơ sở thiết kế kết cấu xây dựng, độ tin c ậ y là kh ả n ă ng

c ủ a m ộ t k ế t c ấ u ho ặ c b ộ ph ậ n k ế t c ấ u đ áp ứ ng đượ c các yêu c ầ u đ ã quy đị nh trong su ố t tu ổ i

th ọ thi ế t k ế Độ tin c ậ y th ườ ng đượ c bi ể u th ị theo các thu ậ t ng ữ xác su ấ t [50]

+ Theo tiêu chuẩn Quốc tế ISO 2394 - những nguyên tắc cơ bản về độ tin cậy của kết

cấu xây dựng, độ tin c ậ y là kh ả n ă ng c ủ a m ộ t k ế t c ấ u hay c ấ u ki ệ n có th ể th ỏ a mãn các yêu

c ầ u quy đị nh trong su ố t tu ổ i th ọ thi ế t k ế [51]

+ Theo tiêu chuẩn “Độ tin cậy của kết cấu xây dựng và nền - những nguyên tắc và yêu cầu

cơ bản” biên soạn theo tiêu chuẩn của Nga đã được thông qua Hội đồng Khoa học của Bộ Xây

dựng để ban hành, được định nghĩa như sau: độ tin c ậ y c ủ a công trình xây d ự ng là kh ả n ă ng hoàn thành ch ứ c n ă ng yêu c ầ u c ủ a công trình xây d ự ng trong su ố t th ờ i gian s ử d ụ ng tính toán [52]

Chức năng yêu cầu của công trình xây dựng hay nói cách khác là một hoặc nhóm các tiêu chí thiết kếđược đề ra từ thiết kế ban đầu theo một tiêu chuẩn áp dụng

Nếu thiết kế không đáp ứng tiêu chí được đề ra thì thiết kếđó không an toàn và ngược

lại, khi thiết kếđáp ứng tiêu chí được đề ra thì thiết kếđó an toàn với tiêu chí xem xét

Có thể hiểu, đánh giá ĐTC của sàn BTCT ƯLT theo tiêu chí thiết kế nào đó là đánh giá

khả năng hoàn thành, nói cách khác là đánh giá mức độ an toàn hay đánh giá xác suất an toàn

của thiết kế sàn BTCT ƯLT theo tiêu chí đó

Hiện tại, đã có những công trình khoa học trên thế giới được công bố, có nội dung liên quan đến việc đánh giá ĐTC của công trình BTCT ƯLT theo các tiêu chí khác nhau, như sự

xuất hiện của vết nứt, biến dạng trong quá trình sử dụng, hay bài toán bền đối với trạng thái

giới hạn cực hạn, v.v khi xem xét sự biến động thực tế của các thông số có gây ảnh hưởng

đến tổn hao ứng suất Trong nước, các nghiên cứu về tổn hao ứng suất và ĐTC công trình BTCT ƯLT còn hạn chế Mục I.1 của chương 1 sẽ trình bày một số nghiên cứu trong và ngoài

nước liên quan đến tổn hao ứng suất và ĐTC của công trình xây dựng nói chung và một số

dạng công trình BTCT ƯLT

Trang 18

CH ƯƠ NG I: T Ổ NG QUAN

I.1 M Ộ T S Ố NGHIÊN C Ứ U TRONG VÀ NGOÀI N ƯỚ C LIÊN QUAN ĐẾ N ĐỘ TIN C Ậ Y CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG C Ố T THÉP Ứ NG L Ự C TR ƯỚ C

I.1.1 Nghiên c ứ u ngoài n ướ c

Các nghiên cứu vềĐTC của kết cấu BTCT ƯLT ở nước ngoài chủ yếu tập trung nhiều trong lĩnh vực giao thông (cầu), ngoài ra một số nghiên cứu cho lò phản ứng hạt nhân, các bể

chứa, silo, v.v Đối với với kết cấu sàn BTCT ƯLT, cũng đã có những nghiên cứu về ĐTC, trong đó có một số công trình nghiên cứu vềĐTC liên quan đến giá thành và tối ưu thiết kế

Vấn đề tổn hao ứng suất trong kết cấu BTCT ƯLT là vấn đề quan trọng và có nhiều nghiên cứu trong những năm gần đây Hầu hết trong các nghiên cứu về tổn hao ứng suất thì thông số được thu thập từ thực tế hoặc giảđịnh được đưa về một dạng phân bố ngẫu nhiên

Năm 2000, P Mwanza và A Scanlon đã công bố kết quả nghiên cứu: D ự đ oán t ổ n hao ứ ng

su ấ t trong d ầ m c ầ u BTCT Ư LT, được đăng tải trên Tuyển tập Báo cáo Hội nghị chuyên ngành

về Cơ học xác suất và ĐTC của kết cấu lần thứ 8 [95] Nghiên cứu chỉ ra rằng, tổn hao ứng

suất là một vấn đề quan trọng trong thiết kế dầm cầu BTCT ƯLT Việc tính toán ứng suất trong

bê tông dưới tác dụng của tải trọng phải dựa trên ứng suất hiệu quả (sau khi đã trừ đi tổn hao

ứng suất) Phương pháp thực nghiệm được quy định trong tiêu chuẩn thiết kế cho thấy tổn hao

ứng suất phụ thuộc vào mô đun đàn hồi, từ biến và co ngót của bê tông cũng như chùng ứng

suất của cáp và các thuộc tính khác của vật liệu, v.v Tuy nhiên có ít thông tin về sự thay đổi

của các yếu tố này và các thông số khác tác động đến tổn hao ứng suất Vì vậy, nghiên cứu đã xem xét ảnh hưởng của các yếu tố ngẫu nhiên như cường độ, khối lượng riêng của bê tông;

mô đun đàn hồi, tiết diện, khoảng cách lắp đặt của thép và cáp ƯLT; tác dụng của tải trọng và các điều kiện về môi trường cũng như một số yếu tố tác động đến co ngót và từ biến của bê tông; v.v đến tổn hao ứng suất dài hạn của cáp trong dầm cầu BTCT ƯLT Kết luận của nghiên cứu chỉ ra sự không chắc chắn liên quan đến dựđoán của tổn hao ứng suất dài hạn có

thể được giảm thiểu bằng cách đo tổn hao ứng suất sớm trong dầm ƯLT trong các tao cáp bị

ảnh hưởng bởi những thay đổi nhiệt độ trong bê tông, vì vậy đo nhiệt độ là cần thiết trong quá trình

bê tông hydrat hóa đểđảm bảo nhiệt độđó được dùng đúng trong tính toán tổn hao ứng suất

Việc nghiên cứu tổn hao ứng suất thực tế của ƯLT thông qua các phép đo trực tiếp trên kết cấu cũng được quan tâm và có nhiều công bố trong những năm gần đây Năm 2011 và

2012, Chunguang Lan, Zhi Zhou, Jinping Ou đã nghiên cứu và công bố kết quả nghiên cứu của mình trên tạp chí Sensor và Pacific Science Review về: Ph ươ ng pháp đ o ứ ng su ấ t trong cáp

Ư LT c ủ a d ầ m BTCT b ằ ng c ả m bi ế n thông minh Brillouin quang h ọ c [87], [88]

Đánh giá tác động ăn mòn cốt thép ƯLT đến ĐTC của kết cấu được nhiều tác giảnghiên cứu Đối với cáp loại không bám dính có ít nghiên cứu do việc điều tra số liệu là khó

Trang 19

khăn vì cáp được bao bọc bởi lớp vỏ nhựa Năm 1996, M.D Pandey và M.A Nessim công bố

kết quả nghiên cứu trên tạp chí Can J Civ Eng được xuất bản tại Canada về: Đ TC c ủ a các

t ấ m bê tông Ư LT s ử d ụ ng cáp không bám dính d ướ i tác độ ng c ủ a ă n mòn b ở i độ ẩ m [97]

Đối với cáp loại bám dính, năm 2006, M Sigit Darmawan và Mark G Stewart công bố

kết quả nghiên cứu trên tạp chí Structural Safety do Elsevier Science xuất bản về: Phân tích

Đ TC c ủ a d ầ m c ầ u BTCT Ư LT do ă n mòn c ố t thép và Ư LT b ở i clorua ĐTC được xem xét trên

cơ sở đánh giá khả năng bền chịu uốn và khả năng sử dụng của dầm [103] Các biến ngẫu nhiên ảnh hưởng đến ĐTC của kết cấu bao gồm tốc độ ăn mòn cốt thép và cáp ƯLT; kích

thước hình học của cấu kiện; cường độ, mô đun đàn hồi của bê tông, cốt thép và cáp ƯLT;

tổng tổn hao ứng suất; v.v…

Năm 2010, R.G Pillai và các cộng sự đã nghiên cứu và công bố kết quả trên tạp chí Engineering Structures do Elsevier Science xuất bản về: Ả nh h ưở ng c ủ a ă n mòn cáp đế n Đ TC

c ủ a c ầ u BTCT Ư LT, khi cáp trong ống lồng bị ăn mòn bởi clorua và độ ẩm môi trường xâm

nhập do vữa bơm không lấp kín khoảng trống [100] ĐTC được xem xét ởđây là xác suất đảm

bảo định lượng về mức độ an toàn (trạng thái giới hạn cực hạn) và mức độ sử dụng (trạng thái

giới hạn sử dụng) không vượt quá giới hạn cho phép, nghĩa là chỉ số ĐTC β tương ứng với

mỗi trạng thái giới hạn phải lớn hơn giá trị mục tiêu Mô phỏng Monte Carlo được sử dụng để

đánh giá ĐTC Các biến ngẫu nhiên ảnh hưởng đến ĐTC bao gồm các thông số về hoạt tải tác

dụng, cường độ chịu nén và trọng lượng riêng của bê tông, khoảng trống và sự hư hại của cáp,

khả năng chịu kéo, tổn hao ứng suất của cáp

Tác động hỏa hoạn có ảnh hưởng lớn đến tổn hao ứng suất nên ảnh hưởng đến ĐTC

của kết cấu ƯLT Năm 2012, trên tạp chí Engineering Structures do Elsevier Science xuất bản, Christopher D Eamon và Elin Jensen đã công bố kết quả nghiên cứu về: Đ TC c ủ a d ầ m BTCT

Ư LT ch ị u tác độ ng h ỏ a ho ạ n [86] Nghiên cứu chỉ ra rằng, ĐTC của kết cấu nhanh chóng giảm

như một hàm của thời gian ngay sau khi tiếp xúc với hỏa hoạn Các thông số ngẫu nhiên quan

trọng ảnh hưởng đến ĐTC bao gồm lớp bê tông bảo vệ cốt thép, dạng hỏa hoạn hay tỷ số giữa

tải trọng bản thân và hoạt tải tác dụng, v.v…

Năm 2004, Fabio Biondini cùng Franco Bontempi, Dan M Frangopol và Pier Giorgio Malerba công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí Computers and Structures do Elsevier Science xuất bản về: Đ TC c ủ a k ế t c ấ u c ầ u BTCT Ư LT đ úc h ẫ ng Các biến ngẫu nhiên bao gồm

đặc trưng vật liệu như cường độ bê tông, cường độ, diện tích ngang của thép và cáp ƯLT; kích

thước hình học và tải trọng [90] Mô phỏng Monte Carlo được sử dụng đểđánh giá ĐTC của

kết cấu khi xem xét bài toán vết nứt ở trạng thái giới hạn sử dụng và bài toán biến dạng của bê tông, thép, ƯLT ở trạng thái giới hạn vềđộ bền

Trang 20

Năm 2010, Jin Cheng cũng công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí KSCE Journal of Civil Engineering của Hàn Quốc về: Đ TC c ủ a d ầ m c ầ u BTCT Ư LT khi xem xét bài toán biến

dạng (độ võng), không bao gồm vấn đề nứt ở trạng thái giới hạn sử dụng [94] Các thông số

ngẫu nhiên được sử dụng trong nghiên cứu này bao gồm trọng lượng riêng của bê tông, hoạt

tải tác dụng, tiết diện của cáp ƯLT và đặc biệt là lực kéo cáp Nghiên cứu chỉ ra rằng, ĐTC của

kết cấu giảm với sự gia tăng của hoạt tải tác dụng trong khi ĐTC sẽ tăng với sự gia tăng của

lực kéo cáp

Các nghiên cứu đánh giá ĐTC của cấu kiện đúc sẵn cũng được quan tâm nghiên cứu

Năm 1994, trên tạp chí Structural Engineering do ASCE xuất bản, Ali S AI-Harthy cùng Dan M Frangopol và Fellow đã công bố kết quả nghiên cứu về: Đ TC c ủ a d ầ m c ầ u BTCT Ư LT trên cơ

sở thu thập số liệu của 73 dầm đơn sản xuất trong nhà máy cho xây dựng các công trình công nghiệp và văn phòng [85] Nghiên cứu được giới hạn, chỉ xem xét ảnh hưởng của tải trọng Một

số trạng thái giới hạn được xem xét nhưứng suất nén và kéo cho phép ở cả hai giai đoạn ban

đầu và cuối cùng, nứt uốn và trạng thái giới hạn cực hạn Các thông số ngẫu nhiên bao gồm tải

trọng, vật liệu, kích thước hình học, lực kéo cáp, v.v…

Đối với các công trình điện hạt nhân, năm 1997, M.D Pandey công bố kết quả nghiên

cứu trên tạp chí Nuclear Engineering and Design do Elsevier Science xuất bản về: Ả nh h ưở ng c ủ a

t ổ n hao ứ ng su ấ t đố i v ớ i cáp bám dính đế n Đ TC c ủ a các lò ph ả n ứ ng h ạ t nhân [98] Biến ngẫu nhiên được xem xét bao gồm cường độ chịu nén, kéo, mô đun đàn hồi của bê tông, ƯLT trong kết

cấu mới xây dựng trong vòng 5 năm và hơn 30 năm, tải trọng và áp lực khi có sự cố trong lò

Trên tạp chí Structural Safety do Elsevier Science xuất bản năm 2008, Patrick Anderson cùng Martin Hansson và Sven Thelandersson công bố kết quả nghiên cứu về: Đ TC lò

ph ả n ứ ng h ạ t nhân c ủ a Th ụ y Đ i ể n khi xem xét đến ứng suất trong bê tông với cáp không bám dính [99] Nghiên cứu chủ yếu đánh giá ảnh hưởng của tổn hao ứng suất theo thời gian do co ngót, từ biến của bê tông, chùng ứng suất của cáp và cảăn mòn cáp tới ứng suất trong bê tông

để tránh xuất hiện các vết nứt khi xảy ra sự cố bên trong lò phản ứng

Thiết kế tối ưu thường được gắn với bài toán ĐTC đểđảm bảo thiết kế vừa đạt mức độ

an toàn cho phép, vừa có giá thành hợp lý nhất Năm 1997, A S Al-Harthy và D M Frangopolt nghiên cứu: K ế t h ợ p gi ữ a t ố i ư u hoá thi ế t k ế và Đ TC đố i v ớ i k ế t c ấ u d ầ m bê tông Ư LT [92]

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Computers & Structures do Civil-Comp Lfd và Elsevier Science xuất bản Các thông số tải trọng, cường độ chịu kéo, chịu nén của bê tông ở các giai

đoạn kiểm tra, khối lượng riêng của bê tông, mức độƯLT ở các giai đoạn thi công và sử dụng

cũng như các mô hình được sử dụng để dựđoán ứng suất do uốn của dầm đều được xem xét

như các biến ngẫu nhiên Phương pháp ĐTC được sử dụng để tính toán xác suất không an toàn của dầm ở các trạng thái giới hạn

Trang 21

Năm 2004, Samer Barakat cùng Khaldoon Bani-Hani và Mohammed Q Taha nêu vấn

đề về tối ưu hoá trong thị trường cạnh tranh toàn cầu đã đẩy các mẫu thiết kếđến ranh giới giới

hạn không cho phép các sai số trong mô hình vật liệu, tải trọng và những đặc tính không chắc

chắn [102] Vì vậy các tính toán thiết kế tối ưu có được mà không xem xét sự không chắc chắn

sẽ dẫn đến thiết kế không đáng tin cậy Công trình được đăng trên tạp chí Structural Safety với

vấn đề: T ố i ư u hoá k ế t c ấ u BTCT Ư LT d ự a trên Đ TC đ a m ụ c tiêu Các tác giả đã nghiên cứu

việc thiết kế tối ưu dầm BTCT ƯLT dựa trên ĐTC đa mục tiêu, nghĩa là giảm thiểu chi phí tổng

thể của dầm BTCT ƯLT, tối đa hoá hệ thống chỉ số ĐTC, tối đa hoá chỉ số ĐTC độ bền uốn và

tối đa hoá chỉ số ĐTC cường độ chịu kéo ở giai đoạn sử dụng Các thông số thiết kế bao gồm

tải trọng, lực kéo cáp, kích thước hình học, số lượng ƯLT, các mô hình dự đoán hiệu quả của

kết cấu ở các giai đoạn khác nhau, v.v đều được coi là các biến ngẫu nhiên

Đối với kết cấu sàn BTCT ƯLT, trong vài năm trở lại đây đã có một số nghiên cứu liên quan đến ĐTC Năm 2008, Thomas J Vincent đã trình bày luận án với nội dung: D ự đ oán bi ế n

d ạ ng c ủ a sàn BTCT Ư LT trong các công trình cao t ầ ng, tại trường Đại học Adeliade Australia [106] Tác giả sử dụng mô phỏng Monte Carlo để giải quyết bài toán Trong mô phỏng Monte Carlo, cường độ chịu nén, chịu kéo và mô đun đàn hồi của bê tông được xem là các biến ngẫu nhiên và được thu thập thông qua các thí nghiệm vật liệu

Năm 2011, Luận án tiến sĩ của Thamarie Jayasinghe thực hiện tại trường Đại học RMIT Australia có nội dung: D ự báo bi ế n d ạ ng theo th ờ i gian c ủ a d ầ m và sàn Ư LT c ă ng sau

c ủ a nhà cao t ầ ng theo tiêu chu ẩ n AS 3600-2009, đã chỉ ra rằng, có nhiều yếu tố ảnh hưởng

đến độ võng tức thời và dài hạn [104], bao gồm: cường độ chịu kéo của bê tông; các tác động theo thời gian của bê tông như từ biến, co ngót; tổn hao ứng suất theo thời gian; lượng thép

chịu nén Luận án có trích dẫn kết quả nghiên cứu của Washa và Fluck (1952) và Stevens (1972) chỉ ra rằng, lượng thép chịu nén có hiệu quả trong việc giảm độ võng do từ biến của kết

cấu Kết quả nghiên cứu của luận án chủ yếu tập trung vào việc xây dựng các mô hình tính toán và dự báo độ võng của kết cấu sau đó so sánh với các kết quả thu được từ dự án thông qua số liệu giám sát, đồng thời cũng đánh giá độ võng của kết cấu khi các yếu tốảnh hưởng đã được chỉ ra có sự biến động cho trước theo tiểu chuẩn AS 3600-2009 chứ chưa xem xét đến

sự ngẫu nhiên của các yếu tốđó trong thực tế

Xem xét vấn đề kinh tế khi thiết kế sàn BTCT ƯLT cũng được đề cập bởi một số tác

giả nhưng chủ yếu là bài toán kỹ thuật chứ chưa thấy kết hợp với ĐTC trong các nghiên cứu này Giám đốc kỹ thuật Công ty Austress Freyssinet Ed Cross cùng các cộng sự BE, Grad.Dip(Tech.Mgt), MIEAust và CPEng chỉ ra rằng việc lựa chọn giảm chiều dày sàn sẽ làm

tăng lượng cáp, tuy nhiên sẽ làm gia tăng ảnh hưởng rung của sàn Tăng chiều dày sàn sẽ làm

giảm cáp ƯLT nhưng tăng khối lượng bê tông sàn Vì vậy, cần xem xét khi lựa chọn chiều dày sàn so với nhịp đểđảm bảo vấn đề kỹ thuật và kinh tế [89]

Trang 22

I.1.2 Nghiên c ứ u trong n ướ c

Hiện nay, trong nước đã có nhiều nghiên cứu được công bố liên quan đến vấn đềĐTC

của công trình nói chung như công trình xây dựng, công trình giao thông (cầu, đường), công trình thuỷ, công trình biển, v.v hay các nghiên cứu về tối ưu hoá thiết kế kết hợp ĐTC Tuy nhiên, đối với các công trình ƯLT, các nghiên cứu vềĐTC và tối ưu hoá thiết kế lại rất hạn chế

Một số nghiên cứu vềĐTC công trình xây dựng đã được công bố như:

- Năm 2003, Tuyển tập báo cáo - Hội nghị Khoa học toàn quốc lần thứ hai về sự cố và

hư hỏng công trình xây dựng, tháng 12/2003 đã công bố nghiên cứu của tác giả Nguyễn Xuân Chính về: Xác đị nh xác su ấ t h ư h ỏ ng và ch ỉ s ố tin c ậ y m ộ t s ố công trình xây d ự ng [14] Bài báo

đã trình bày phương pháp đánh giá độ tin cậy của công trình xây dựng theo chỉ sốđộ tin cậy β,

từđó xác suất không an toàn Pf được xác định thông qua chỉ số này Đồng thời bài báo nêu ba

(03) ví dụ xác định xác suất không an toàn Pf thông qua chỉ sốđộ tin cậy β đối với khung bê tông cốt thép ba tầng hai nhịp của một trường học, khung bê tông cốt thép của một khán đài

12000 chỗ ngồi và dầm consol bằng bê tông cốt thép Thông số ngẫu nhiên được xem xét là

cường độ bê tông được thu thập thông qua thí nghiệm tính chất cơ lý của vật liệu với số lượng giá trị mẫu đủđể đại diện cho việc đánh giá chất lượng công trình Thông qua kết quả nghiên

cứu, bài báo chỉ ra rằng, thiết kế kết cấu công trình xây dựng là xu hướng mà nhiều nước đang

và sẽ áp dụng trong đó có Việt Nam

Cũng trong năm 2003, nghiên cứu của tác giả Nghiêm Quang Hà, Nguyễn Quang Huy

về: M ộ t s ố v ấ n đề an toàn c ủ a k ế t c ấ u dàn l ướ i không gian [18]; và nghiên cứu của tác giảNguyễn Đình Xân, Nguyễn Thạc Vũ về: Nghiên c ứ u độ tin c ậ y k ế t c ấ u d ạ ng h ỗ n h ợ p - cung th ể

thao [41] cũng được công bố trên Tuyển tập báo cáo - Hội nghị Khoa học toàn quốc lần thứ hai

về sự cố và hư hỏng công trình xây dựng, tháng 12/2003

- Năm 2005, Tạp chí Xây dựng số 2/2005 công bố nghiên cứu của tác giả Lê Kiều về:

B ả o đả m tu ổ i th ọ c ủ a công trình ngay t ừ khâu thi ế t k ế [26]

- Năm 2006, Tuyển tập công trình Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ học vật rắn biến dạng

lần thứ 8 công bố kết quả nghiên cứu của tác giả Nguyễn Tuấn Anh về: Đ ánh giá tu ổ i th ọ còn l ạ i

c ủ a k ế t c ấ u thép do ă n mòn theo ch ỉ tiêu độ tin c ậ y [11], và nghiên cứu của tác giả Nguyễn Văn Phó, Nguyễn Xuân Chính, Tạ Thanh Vân về: M ộ t ph ươ ng pháp đ ánh giá độ tin c ậ y c ủ a công trình

[34] Cũng trong năm 2006, tác giả Lê Xuân Huỳnh và Lê Công Duy công bố nghiên cứu về

Ph ươ ng pháp đ ánh giá độ tin c ậ y m ờ c ủ a k ế t c ấ u khung, trên Tạp chí Xây dựng số 11/2006 [22]

- Năm 2007, tác giả Phạm Đức Cương công bố nghiên cứu trên Tạp chí Xây dựng số4/2007 về: Tính toán m ộ t s ố c ấ u ki ệ n bê tông c ố t thép c ơ b ả n theo ch ỉ s ố độ tin c ậ y [15]

Trang 23

- Năm 2009, tác giả Nguyễn Hùng Tuấn và Lê Xuân Huỳnh cũng đã công bố nghiên

cứu về: Quy trình đ ánh giá độ tin c ậ y c ủ a k ế t c ấ u theo mô hình m ờ cho nhà chung c ư trên Tạp chí Xây dựng số 12/2009 [36]

- Năm 2010, tác giả Bùi Đức Năng đã công bố luận án tiến sĩ với nội dung: Tính xác

su ấ t không h ỏ ng c ủ a k ế t c ấ u h ệ thanh có k ể đế n các y ế u t ố ng ẫ u nhiên v ề v ậ t li ệ u, hình h ọ c

c ủ a k ế t c ấ u và v ậ t li ệ u Tác giả đã sử dụng phương pháp mô phỏng Monte Carlo để tính toán phân phối của chuyển vị và nội lực một số cấu kiện chính trên cơ sở phân phối các biến ngẫu nhiên đầu vào và xác định xác suất không hỏng của hệ thanh từ kết quả thu được [29]

Các nghiên cứu về ĐTC cũng đã có nhiều đóng góp trong một số lĩnh vực như công trình giao thông, công trình thuỷ, công trình biển, v.v…:

- Năm 2003, tác giả Nguyễn Văn Huân và Phùng Vĩnh An công bố nghiên cứu với nội dung: Ứ ng d ụ ng lý thuy ế t độ tin c ậ y để đ ánh giá m ứ c độ an toàn và d ự báo tu ổ i th ọ c ố ng d ướ i

đ ê, đăng trên Tuyển tập báo cáo - Hội nghị Khoa học toàn quốc lần thứ hai về sự cố và hư

hỏng công trình xây dựng tháng 12/2003 [20]

- Năm 2006, Tuyển tập công trình Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ học vật rắn biến

dạng lần thứ 8 công bố nghiên cứu của tác giả Mai Châu Anh, Lê Ngọc Thạch về: Đ ánh giá kh ả

n ă ng ổ n đị nh đ àn h ồ i c ủ a k ế t c ấ u v ỏ tho ả i có m ặ t b ằ ng hình ch ữ nh ậ t theo độ tin c ậ y [10] và

nghiên cứu của tác giảĐỗ Ngọc Tú về Tính độ tin c ậ y c ủ a c ộ t đ i ệ n ch ị u gió bão [35]

- Năm 2007, tác giả Đỗ Văn Đệ công bố nghiên cứu về: Xác đị nh độ tin c ậ y c ủ a t ả i

tr ọ ng sóng tác d ụ ng lên công trình thu ỷ kích th ướ c l ớ n d ạ ng kh ố i tròn xoay b ằ ng ph ươ ng pháp

ph ầ n t ử biên, đăng trên Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng số 1-09/2007 [16]

- Năm 2008, tác giả Nguyễn Hoàng Long và Phạm Cao Thăng với nghiên cứu về: Ứ ng

d ụ ng mô ph ỏ ng Monte Carlo trong tính toán độ tin c ậ y c ủ a k ế t c ấ u m ặ t đườ ng c ứ ng đườ ng ô tô,

công bố trên Tạp chí GTVT số 8/2008 [27] Nghiên cứu đã dùng mô phỏng Monte Carlo để

đánh giá độ tin cậy của kết cấu Xác suất không an toàn được tính bằng tích phân nhiều lớp

của hàm mật độ xác suất nhiều biến Tuy nhiên, các đại lượng ngẫu nhiên xem xét bao gồm chiều dày, cường độ, mô đun đàn hồi của vật liệu kết cấu mặt đường và lớp móng; mô đun đàn

hồi của đất nền; lưu lượng xe, tải trọng xe và gradien nhiệt độđược giả thiết có phân bố chuẩn

với kỳ vọng và độ lệch chuẩn cho trước

- Năm 2009, tác giả Nguyễn Vi với nghiên cứu về: Mô ph ỏ ng phân b ố độ b ề n và n ộ i l ự c trong các c ấ u ki ệ n ch ị u t ả i để xác đị nh độ tin c ậ y c ủ a các công trình c ả ng, công bố trên Tạp chí GTVT số 1+2/2009 [37]

- Năm 2010, tạp chí Khoa học và Công nghệ biển 3/2010 công bố nghiên cứu của tác

giả Phạm Khắc Hùng về: Xây d ự ng đ i ề u ki ệ n b ề n m ở r ộ ng để xác đị nh độ tin c ậ y t ổ ng th ể đ ánh

Trang 24

giá an toàn c ủ a k ế t c ấ u công trình bi ể n c ố đị nh b ằ ng thép, áp d ụ ng cho đ i ề u ki ệ n bi ể n n ướ c sâu

Vi ệ t Nam [21]

- Cũng trong năm 2010, tạp chí GTVT số 9/2010, công bố nghiên cứu của tác giả Bùi

Đức Chính về: Đ ánh giá độ tin c ậ y c ủ a c ầ u bê tông c ố t thép đ ang khai thác [12], nghiên cứu

của tác giả Nguyễn Vi về Độ tin c ậ y v ề ổ n đị nh chung c ủ a mái d ố c [38]; và Tạp chí Hàng hải

Việt Nam số 7/2010 công bố nghiên cứu của tác giả Nguyễn Vi, Trần Tuấn Anh về Xác đị nh độ

tin c ậ y c ủ a t ườ ng ch ắ n c ứ ng [39]

- Đến năm 2012, tác giả Nguyễn Vi và Vũ Lê Minh cũng đã công bố nghiên cứu với nội

dung: Tính toán ổ n đị nh tr ượ t sâu c ủ a t ườ ng c ừ có m ộ t neo theo quan đ i ể m xác su ấ t, đăng trên

Diễn đàn Khoa học Công nghệ số tết 1-2 năm 2012 [40]

Trong lĩnh vực tối ưu hoá thiết kế và ĐTC cũng đã có một sốđóng góp như sau:

- Năm 2002, tác giả Lê Xuân Huỳnh và Hoàng Xuân Long đã công bố nghiên cứu về:

Xác đị nh quan h ệ gi ữ a chi phí và độ tin c ậ y c ủ a k ế t c ấ u, đăng trên Tạp chí Xây dựng số11/2002 [23]

- Năm 2009, tác giả Nguyễn Trọng Hà với nghiên cứu: Độ nh ạ y c ủ a độ tin c ậ y và ứ ng

d ụ ng vào vi ệ c ch ọ n ph ươ ng án thi ế t k ế h ợ p lý, công bố trên Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây

dựng số 1/2009 [19]

- Cũng trong năm 2009, tác giả Nguyễn Hữu Lộc và Đinh Lê Cao Kỳ với nghiên cứu:

Thi ế t k ế t ố i ư u k ế t c ấ u d ự a trên độ tin c ậ y b ằ ng gi ả i thu ậ t di truy ề n, công bố trên Tạp chí Cơ khí

Việt Nam số 09/2009 [28]

- Đến năm 2010, tác giả Đỗ Văn Đệđã công bố nghiên cứu với nội dung: T ự độ ng hoá tính toán t ố i ư u k ế t c ấ u dàn ch ị u tác độ ng c ủ a t ả i tr ọ ng sóng ng ẫ u nhiên theo tiêu chu ẩ n độ tin

c ậ y, đăng trên Diễn đàn Khoa học Biển & bờ số 3/2010 [17]

Vấn đề tổn hao ứng suất do từ biến và co ngót đã được tác giả Hoàng Quang Nhu nghiên cứu và công bố trong năm 2007 và 2008 [30], [31], [32] trên Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng số 1/2007, 3/2007 và 4/2008

Tác giả Nguyễn Xuân Khang và Nguyễn Văn Thuyên với nghiên cứu: Hi ệ n đạ i hoá thi ế t

b ị kéo c ă ng, nâng cao ch ấ t l ượ ng thi công k ế t c ấ u ứ ng su ấ t tr ướ c công bố trên Tạp chí GTVT

số 10/2007 [25] đã nêu tầm quan trọng của lực kéo cáp và kiểm soát độ dãn dài để đảm bảo công trình ƯLT an toàn theo thiết kế

Cho đến thời điểm hiện nay, vẫn có sự hạn chế đối với các nghiên cứu về ĐTC công trình ƯLT Tác giả Nguyễn Thanh Hưng đã công bố nghiên cứu về: Ứ ng d ụ ng lý thuy ế t độ tin

Trang 25

c ậ y vào vi ệ c kh ả o sát và đ ánh giá độ tin c ậ y c ủ a sàn ph ẳ ng bê tông d ự ứ ng l ự c, đăng trên Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng số 2/2009 [24] Trong nghiên cứu, ĐTC được đánh giá trên

cơ sở xem xét bài toán ứng suất ngay sau khi kéo căng và trong giai đoạn sử dụng Các số liệu

ngẫu nhiên bao gồm kích thước hình học của sàn, số lượng cáp, tiết diện ngang của cáp, trọng

lượng sàn, toạ độ cáp và tải trọng tác động được nhận giá trị giả định về độ lệch Ngoài ra, nghiên cứu chưa tiến hành bước xây dựng hàm công năng tổng quát nên thành phần tổn hao

ứng suất chưa được đưa vào xem xét khi tính toán ứng suất trong bê tông

I.2 CÔNG NGH Ệ THI Ế T K Ế , THI CÔNG K Ế T C Ấ U SÀN BÊ TÔNG C Ố T THÉP Ứ NG L Ự C

TR ƯỚ C VÀ TÌNH HÌNH Ứ NG D Ụ NG T Ạ I VI Ệ T NAM

I.2.1 Phân lo ạ i k ế t c ấ u bê tông c ố t thép ứ ng l ự c tr ướ c, tình hình ứ ng d ụ ng t ạ i Vi ệ t Nam

Có nhiều cách phân loại kết cấu BTCT ƯLT tuỳ vào đặc điểm thiết kế, công nghệ tạo

lực hay phương pháp thi công, v.v [5]

- Theo hình dạng cáp ƯLT trong cấu kiện, phân loại thành ƯLT thẳng (ƯLT trong sàn,

dầm) hay ƯLT vòng (ƯLT trong thành các bể chứa tròn)

- Theo độ lớn của ƯLT, phân loại thành ƯLT toàn phần, hay một phần

- Theo vị trí đặt ƯLT, phân loại thành ƯLT căng trong và ƯLT căng ngoài cấu kiện

- Theo nguồn gốc gây lực ƯLT, phân loại thành ƯLT do cơ học, do thủy lực, do điện hay do hóa học Phương pháp hoá học là sử dụng xi măng nở tạo ƯLT trong bê tông Theo

phương pháp này, trong quá trình ninh kết và phát triển cường độ, xi măng nở làm tăng thểtích, cốt thép trong bê tông sẽ ngăn cản sự dãn nở của xi măng và do đó tạo ra một lực nén

trước trong bê tông Phương pháp hoá học thường được áp dụng để chế tạo các kết cấu như

bể chứa, cầu tàu, cọc, dầm, panel mái che cho nhà công nghiệp [5]

Theo phương pháp thi công, kết cấu BTCT ƯLT được phân làm 02 loại: BTCT ƯLT

căng trước và BTCT ƯLT căng sau

I.2.1.1 Bê tông cốt thép ứng lực trước căng trước

Cốt thép cường độ cao được lắp đặt, kéo căng trước khi đổ bê tông Phương pháp này

thường được áp dụng đối với cấu kiện đúc sẵn (sản phẩm tiền chế), được sản xuất trong nhà máy phục vụ phương pháp thi công lắp ghép Công ty Cổ phần Bê tông và Xây dựng Vinaconex Xuân Mai đã nhận chuyển giao thành công công nghệ này để sản xuất dầm sàn nhẹ(dầm sàn PPB), các cấu kiện dầm, cột, tấm sàn vượt nhịp lớn, cọc, cừ, v.v Hiện nay, công ty

Cổ phần Đầu tư Sông Đà - Việt Đức cũng đã xây dựng nhà máy sản xuất tại Phủ Lý - Hà Nam

và bắt đầu thực hiện chuyển giao công nghệ này

Trang 26

Sản phẩm tiền chế ƯLT được ứng dụng rộng rãi tại các dự án lớn như: Dự án xây

dựng nhà sàn vượt lũ tại các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long, Chung cư cao tầng tại Khu đô thịTrung Hòa Nhân Chính, v.v , do đẩy nhanh được tiến độ thi công và tiết kiệm chi phí

Hình I.2-1: C ấ u ki ệ n BTCT Ư LT ti ề n ch ế Hình I.2-2: Thi công l ắ p ghép nhà cao t ầ ng

I.2.1.2 Bê tông cốt thép ứng lực trước căng sau

Cốt thép cường độ cao được lắp đặt trước khi đổ bê tông, kéo căng sau khi bê tông đạt

cường độ yêu cầu Phương pháp này được ứng dụng phổ biến với kết cấu BTCT toàn khối đổ

tại chỗ, được thực hiện trên công trường, thiết bị kéo căng đơn giản Kết cấu BTCT ƯLT căng sau được phân làm hai loại: căng sau có bám dính (CSBD) và căng sau không bám dính

- Kết cấu BTCT ƯLT căng

sau không bám dính: Cốt thép cường

độ cao được bọc trong lớp vỏ nhựa

có chứa mỡ trung tính bảo quản

chống gỉ, và được lắp đặt vào trong

kết cấu BTCT Khi bê tông đủ cường

độ yêu cầu thì tiến hành căng cốt

thép đến lực căng thiết kế Sau khi

hoàn thành quá trình kéo căng tiến

- Kết cấu BTCT ƯLT CSBD: Cốt thép cường độ cao được đặt trong ống lồng bằng tôn

mạ kẽm hoặc nhựa, được đặt trong kết cấu BTCT Sau khi bê tông đạt cường độ yêu cầu thì

tiến hành căng cốt thép đến lực căng thiết kế Sau khi kéo căng, tiến hành bơm vữa xi măng

với áp lực cao vào trong các ống lồng để tạo lớp vữa bám dính và bảo vệ cốt thép

Trang 27

Một số công trình sử dụng loại kết cấu BTCT ƯLT CSBD như: tòa tháp BIDV, tòa tháp Keangnam, tổ hợp chung cư cao tầng Usilk city, tổ hợp công trình cao tầng trong dự án The Pride, Siêu thị Mê Linh Plaza, v.v

Hình I.2-4: Tòa tháp Keangnam Hình I.2-5: D ự án The Pride

So với kết cấu BTCT ƯLT căng sau không bám dính, kết cấu BTCT ƯLT CSBD có nhiều ưu điểm nổi trội, được trình bày chi tiết trong mục I.2.3, nên được ưu tiên áp dụng nhiều trong thời gian gần đây

I.2.2 Ư u, nh ượ c đ i ể m c ủ a k ế t c ấ u bê tông c ố t thép ứ ng l ự c tr ướ c

- Giảm kích thước tiết diện dẫn đến giảm tải trọng bản thân công trình Kết cấu sàn BTCT ƯLT thường phát huy hiệu quả kinh tế cao khi nhịp lớn hơn 7m, có thể tiết kiệm khoảng 15-30% khối lượng bê tông dầm sàn, khoảng 30-80% khối lượng cốt thép sàn so với kết cấu sàn BTCT thông thường; đồng thời giảm chi phí cốp pha dầm do lượng dầm giảm đáng kể

- Giảm thời gian thi công sàn (do sàn không có các hệ dầm phức tạp nên giảm đáng kể

thời gian cho công tác cốp pha, cốt thép dầm) Thông thường mỗi sàn giảm từ 3-5 ngày

- Thi công lắp đặt đường ống kỹ thuật đơn giản do sàn phẳng, không vướng dầm;

- Giảm chiều cao tầng (thông thường giảm được 30-70cm/1 tầng) do sàn thường không cần bố trí hệ thống dầm

I.2.2.2 Nhược điểm

Lý thuyết tính toán kết cấu BTCT ƯLT phức tạp hơn so với kết cấu BTCT thông

thường, đòi hỏi người thiết kế có trình độ chuyên môn cao và am hiểu quy trình thi công;

Thi công phức tạp, cần đơn vị có kinh nghiệm, công nhân có tay nghề cao

Trang 28

I.2.3 So sánh k ế t c ấ u sàn bê tông c ố t thép ứ ng l ự c tr ướ c c ă ng sau có bám dính và c ă ng sau không bám dính

Tao cáp dãn tự do giữa hai đầu neo dưới tác dụng nhiệt, do đó ƯLT trong cáp

giảm nhanh chóng khi có hoả hoạn, gây nguy cơ sự cố kết cấu

Đầu neo được bảo vệ bằng mỡ trung tính nên dễ bị ảnh hưởng bởi các tác

động bên ngoài Nếu đầu neo gặp sự cố, cáp sẽ không làm việc do mất ứng suất

vì cáp không được bám dính với bê tông trên dọc chiều dài làm việc

Trong quá trình kéo căng, nếu có sự cố

dễ thi công, dễ tạo đường cong profile cáp, thời gian thi công ngắn

Cáp được bố trí đơn lẻ nên khoảng cách

giữa các tao cáp dày, khó tránh lỗ mở kỹthuật Việc thi công lắp đặt cáp gặp khó

khăn, khó kiểm soát dung sai của cáp

Thời gian thi công kéo dài

B ả ng I.2-1: Ư u đ i ể m c ủ a k ế t c ấ u sàn BTCT Ư LT CSBD so v ớ i c ă ng sau không bám dính

Với những ưu điểm vượt trội đã nêu, trong thực tế kết cấu sàn BTCT ƯLT CSBD được

sử dụng rộng rãi hơn kết cấu sàn căng sau không bám dính mặc dù có giá thành cao hơn Tuy nhiên, một số công trình có tầm quan trọng đặc biệt cần được theo dõi ứng suất của cáp trong quá trình sử dụng như nhà máy điện hạt nhân, cáp không bám dính lại được sử dụng rộng rãi

I.2.4 Qui trình thi ế t k ế , thi công k ế t c ấ u bê tông c ố t thép ứ ng l ự c tr ướ c

Quy trình thiết kế bằng phần mềm chuyên dụng và quy trình thi công kết cấu BTCT

ƯLT được thể hiện qua sơđồ dưới đây (Hình I.2-6):

Trang 29

Hình I.2-6: S ơ đồ qui trình thi ế t k ế , thi công k ế t c ấ u BTCT Ư LT

I.2.4.1 Quy trình thiết kế bằng phần mềm chuyên dụng

Quy trình thiết kế bằng phần mềm chuyên dụng hiện nay được các kỹ sư thiết kế ứng

dụng nhiều do tính chính xác, khả năng linh hoạt trong phân tích và lựa chọn giải pháp kết cấu Ngoài ra, còn phương pháp khung tương đương hay phương pháp phân phối mô men được trình bày chi tiết trong mục II.3 của chương II

I.2.4.2 Quy trình thi công kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước

Quy trình thi công kết cấu BTCT ƯLT như trên Hình I.2-6, trong đó quy định điều kiện

để nghiệm thu kết quả kéo căng là độ giãn dài thực tế của cáp thu được tại hiện trường không được sai khác quá phạm vi cho phép so với độ giãn dài lý thuyết của cáp tính từ khâu thiết kế

Trang 30

I.2.5 M ộ t s ố hình ả nh mô t ả giai đ o ạ n chính thi công sàn bê tông c ố t thép ứ ng l ự c tr ướ c

Lắp đặt thép thường lớp dưới Gia công cáp ƯLT & ống ghen Lắp đặt đế neo, hộc neo

Luồn cáp dựứng lực Cuốn băng dính tại vị trí nối ống gen Tạo Profile & lắp đặt ống thông hơi

Kiểm tra Profile Nghiệm thu trước khi đổ bê tông Kéo căng cáp dựứng lực

Đo độ giãn dài thực tế của cáp Kết thúc quá trình kéo căng cáp ƯLT Cắt cáp, bịt đầu neo, bơm vữa

Hình I.2-7: M ộ t s ố hình ả nh thi công sàn BTCT Ư LT CSBD

Gia công cắt cáp Kiểm tra bộđầu neo Nâng hạ cáp ƯLT

Lắp đặt cáp ƯLT Tạo profile cho các tao cáp Lắp đặt thép gia cường đầu neo

Tháo ván khuôn thành Lắp đặt đầu neo kéo Kéo căng cáp theo quy trình

Hình I.2-8: M ộ t s ố hình ả nh thi công sàn BTCT Ư LT c ă ng sau không bám dính

Trang 31

I.3 M Ộ T S Ố V Ấ N ĐỀ CÒN T Ồ N T Ạ I TRONG THI Ế T K Ế , THI CÔNG VÀ KHAI THÁC S Ử

D Ụ NG SÀN BÊ TÔNG C Ố T THÉP Ứ NG L Ự C TR ƯỚ C T Ạ I VI Ệ T NAM

Trong xây dựng dân dụng và công nghiệp, công nghệ BTCT ƯLT là công nghệ tương

đối mới được chuyển giao vào Việt Nam và phát triển rộng rãi khoảng hơn một thập kỷ trở lại

đây Tuy là công nghệ mới, đòi hỏi cần có những kiến thức chuyên sâu về thiết kế và trình độcao về thi công, nhưng hiện nay vẫn chưa có nhiều các tài liệu hướng dẫn, quy định, chỉ dẫn kỹthuật liên quan được ban hành Vì vậy, việc áp dụng công nghệ này còn nhiều vướng mắc,

chưa đồng bộ trong cả khâu thiết kế và thi công Ngoài ra, nhiều đơn vị thiết kế và thi công

cũng chưa làm chủđược công nghệ nên việc áp dụng công nghệ BTCT ƯLT tại Việt Nam trong

cả khâu thiết kế và thi công còn gặp một số tồn tại cần được khắc phục

I.3.1 V ề thi ế t k ế

Quy trình thiết kế sàn BTCT ƯLT trong các tiêu chuẩn đều chỉ ra các bước thực hiện

cụ thể, trong đó việc tính toán tổn hao ứng suất của cáp là bước thực hiện quan trọng Các thiết kế sàn BTCT ƯLT hiện nay chủ yếu được thực hiện trên các phần mềm chuyên dụng nhưSAFE, Adapt floor Pro, v.v do đem lại hiệu quả cao trong phân tích kết cấu Tuy nhiên các

phần mềm này thường chỉ cho phép khai báo thông sốđầu vào để tính toán tổn hao ứng suất

tức thời như tổn hao do ma sát, tụt neo, co ngắn đàn hồi của bê tông mà không cho phép khai báo các thông số đầu vào để tính tổn hao ứng suất dài hạn Các kỹ sư thiết kế thường bằng kinh nghiệm của mình, ước tính phần trăm tổn hao ứng suất dài hạn so với lực kéo cáp và khai báo trực tiếp vào phần mềm Việc thực hiện bằng kinh nghiệm này sẽ không xem xét được hết các tác động vềđộẩm, nhiệt độ môi trường xung quanh công trình, chùng ứng suất cơ bản của cáp, v.v nên thường gây ra các sai số lớn về tổn hao ứng suất dài hạn và gây ảnh hưởng đến

ứng suất trong bê tông trong quá trình sử dụng Việc khai báo vào phần mềm thiết kế hệ số ma sát giữa cáp và ống lồng, hệ số đường cong của cáp không đúng chỉ dẫn trong tiêu chuẩn có

thể dẫn đến sự sai khác lớn về tổn hao ứng suất tức thời do ma sát Khi đó thiết kế sẽđề ra độgiãn dài thiết kế yêu cầu của cáp trong thi công không hợp lý và quá trình thi công sẽ không

thực hiện được yêu cầu này

Các thông số đầu vào khác trong thiết kế như tính chất cơ lý của vật liệu, lực kéo cáp, v.v thường được người thiết kế lựa chọn tiền định mà không xem xét đến sự ngẫu nhiên của chúng dẫn đến các sai khác về tổn hao ứng suất, khi trong thực tế thi công, các thông số này mang tính biến động khác giá trị tiền định

Quá trình thiết kế kết cấu sàn BTCT ƯLT là quá trình tính lặp nhằm tìm ra cách bố trí

và xác định lực căng cáp thích hợp để có thể đảm bảo các yêu cầu đặt ra ban đầu Ứng với

mỗi một lựa chọn số lượng cáp, sẽ cho một đáp án về chiều dày sàn khác nhau và ngược lại

Người thiết kế thường ít quan tâm đến việc lựa chọn một đáp án tối ưu về số lượng cáp và chiều dày sàn nhằm đảm bảo yếu tố kỹ thuật tốt nhất và giá thành hợp lý nhất

Trang 32

Vì những lý do còn tồn tại trên, nghiên cứu nhằm đánh giá tác động của một số thông

số ngẫu nhiên tác động đến tổn hao ứng suất gây ảnh hưởng đến ĐTC của thiết kế sàn BTCT

ƯLT là cần thiết Ngoài ra, việc nghiên cứu thiết kế sàn BTCT ƯLT nhằm đảm bảo yếu tố kỹthuật và kinh tế hợp lý cũng là vấn đề cần được quan tâm giải quyết

I.3.2 V ề thi công và khai thác s ử d ụ ng

Quá trình thi công và khai thác sử dụng phải tuân thủ chỉ dẫn kỹ thuật và các yêu cầu thiết kếđã đề ra Tuy nhiên, việc thi công và khai thác sử dụng kết cấu BTCT ƯLT hiện nay còn

một số vấn đề tồn tại cụ thể như sau:

- Quá trình tạo quỹđạo cáp bằng các con kê có thể có nhiều sai sót kỹ thuật như con

kê không đảm bảo độ cao, hai lớp thép thường trên và dưới không đảm bảo cao độ dẫn đến độvõng lớn nhất của cáp bị khống chế và sai khác với thiết kế qui định Các sai sót này không

những gây ảnh hưởng đến tổn hao ứng suất do ma sát mà còn gây ảnh hưởng trực tiếp đến

ứng suất trong bê tông do mô men lệch tâm của cáp gây ra

- Lực kéo cáp được lựa chọn là một giá trị cố định Tuy nhiên lực kéo cáp này được

thực hiện ở công trường phụ thuộc vào thiết bị thi công, tay nghề công nhân vận hành thiết bịkéo căng Khi thiết bị kéo căng không được kiểm định chính xác hay tay nghề công nhân còn

hạn chế thì lực kéo cáp tại công trường sẽ có sự sai khác với thiết kế đã đề ra, gây ảnh hưởng

lớn đến lực kéo còn lại của cáp sau tổn hao ứng suất và ứng suất trong bê tông sẽ sai khác so

với thiết kế ban đầu

- Hiện tượng cáp bị gỉ không được làm sạch trước khi thi công hay ống lồng có tiết diện quá nhỏ so với yêu cầu cũng gây ảnh hưởng đến hệ số ma sát giữa cáp và ống lồng, quá trình kéo căng có thể sẽ không thực hiện được để đảm bảo độ giãn dài thực tế đáp ứng yêu cầu thiết kếđã đề ra

- Khai thác sử dụng không đúng mục đích ban đầu của thiết kế có thể gây ra các sự cố Trong thực tế có rất nhiều công trình chuyển đổi công năng trong quá trình sử dụng như từchung cư sang văn phòng và ngược lại, v.v làm thay đổi tải trọng tác động so với thiết kế ban

đầu, gây nguy hiểm đến công trình Khi một công trình ban đầu được thiết kế với yếu tố môi

trường địa phương (ví dụ nhiệt độ 250C, độẩm 70%), trường hợp thay đổi công năng dẫn đến công trình luôn chịu tác động của nhiệt độ cao hơn hay công trình luôn sử dụng điều hoà liên

tục trong ngày và trong nhiều năm thì độẩm trong phòng sẽ rất thấp Tác động nhiệt hay sự sai khác về độ ẩm xung quanh sàn BTCT ƯLT sẽ làm thay đổi tổn hao ứng suất dài hạn của cáp

và do đó, ứng suất thực tế trong bê tông sẽ thay đổi lớn so với thiết kế ban đầu

Vì những lý do tồn tại trên, nghiên cứu nhằm đánh giá tác động của một số thông số

ngẫu nhiên trong quá trình thi công, khai thác và sử dụng tác động đến tổn hao ứng suất gây

ảnh hưởng đến ĐTC của thiết kế sàn BTCT ƯLT là cần thiết

Trang 33

I.4 NHI Ệ M V Ụ ĐẶ T RA CHO LU Ậ N ÁN

Qua trình bày tóm tắt một số kết quả nghiên cứu đã được công bố trong và ngoài nước

ở mục I.1 cho thấy, các nghiên cứu ngoài nước về ĐTC kết cấu ƯLT chủ yếu tập trung trong

lĩnh vực dầm cầu, lò phản ứng hạt nhân Các nghiên cứu vềĐTC kết cấu sàn ƯLT còn ít công

bố hơn so với lĩnh vực cầu Các nghiên cứu, cơ bản đều đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố

ngẫu nhiên như tính chất vật liệu, kích thước hình học, tải trọng, hay lực kéo cáp (trình độ thi công) đến ĐTC của công trình khi xem xét bài toán bền ở trạng thái giới hạn cực hạn hay bài toán nứt, võng ở trạng thái giới hạn sử dụng Một số nghiên cứu cũng đề cập đến ĐTC và tối

ưu hoá thiết kếđểđảm bảo chi phí hợp lý với một mức độ an toàn cho trước

Về các nghiên cứu trong nước, đã có nhiều công bố liên quan đến ĐTC của công trình trong các lĩnh vực giao thông, thuỷ lợi, công trình biển và công trình xây dựng nói chung nhưng

hầu như chưa thấy một nghiên cứu hoàn chỉnh nào vềĐTC của công trình kết cấu BTCT ƯLT

Về thiết kế, thi công và khai thác sử dụng sàn BTCT ƯLT tại Việt Nam còn một số vấn

đề tồn tại như trình bày trong I.3 Do đó, nghiên cứu nhằm đánh giá tác động của một số thông

số ngẫu nhiên tác động đến tổn hao ứng suất gây ảnh hưởng đến ĐTC của thiết kế sàn BTCT

ƯLT là cần thiết Đồng thời, việc nghiên cứu thiết kế sàn BTCT ƯLT nhằm đảm bảo yếu tố kỹthuật và kinh tế hợp lý cũng là vấn đề cần được quan tâm giải quyết

Vì vậy, vấn đề đặt ra cho luận án là nghiên cứu sự ảnh hưởng của tổn hao ứng suất

đến ĐTC công trình BTCT ƯLT, cụ thể là sàn BTCT ƯLT CSBD là cần thiết Các thông số ngẫu nhiên có ảnh hưởng đến ĐTC của kết cấu sàn BTCT ƯLT CSBD được thu thập trong điều kiện thiết kế, thi công của Việt Nam Đặc biệt yếu tố thi công có tính chất đặc thù trong điều kiện nhân lực địa phương và máy móc thiết bịđược kiểm định tại các phòng thí nghiệm trên lãnh thổ

Việt Nam

Đố i t ượ ng và ph ạ m vi nghiên c ứ u

Nghiên cứu một số thông số tác động đến tổn hao ứng suất trong các tao cáp như hệ

số ma sát giữa cáp và ống lồng, hệ số biến đổi đường cong của cáp, độ tụt neo, cường độ và

mô đun đàn hồi thực tế của vật liệu, thông số về điều kiện khí hậu và nhiệt độ môi trường, chùng ứng suất cơ bản của cáp, yếu tố thi công, v.v gây ảnh hưởng đến ĐTC của sàn BTCT

ƯLT CSBD được thiết kế, thi công tại Việt Nam theo tiêu chí kiểm soát vết nứt

Trang 34

2 Khảo sát, đánh giá các thông số ngẫu nhiên tác động đến tổn hao ứng suất gây ảnh

hưởng đến ĐTC của sàn BTCT ƯLT CSBD thông qua các số liệu thu thập thực tế từ các phòng thí nghiệm và trên công trường thi công do nghiên cứu sinh và đồng nghiệp trực tiếp thực hiện

M ụ c đ ích c ủ a nghiên c ứ u

1 Đánh giá ảnh hưởng của một số tổn hao ứng suất đến ĐTC của sàn BTCT ƯLT CSBD

2 Đánh giá các yếu tố tác động đến tổn hao ứng suất gây ảnh hưởng đến ĐTC của sàn BTCT ƯLT CSBD, gắn với bài toán kinh tế

3 Kiến nghị việc lựa chọn thiết kế hiệu quả gắn với bài toán vềĐTC cho trước

Nhi ệ m v ụ c ầ n th ự c hi ệ n

1 Trên cơ sở các tiêu chuẩn đang được áp dụng tại Việt Nam, tiến hành phân tích

đánh giá để lựa chọn tiêu chuẩn phục vụ cho nghiên cứu

2 Cần phải xây dựng được hàm công năng bao gồm các thông số về vật liệu, điều

kiện thi công và môi trường đểđánh giá được ảnh hưởng của các tổn hao ứng suất đến sàn BTCT ƯLT CSBD theo tiêu chí yêu cầu của tiêu chuẩn

3 Nghiên cứu lựa chọn phương pháp xử lý số liệu thống kê thu thập từ thực tế phục vụcho việc tính toán ĐTC

4 Xây dựng thuật toán và chương trình để tính toán và khảo sát đánh giá ảnh hưởng

CH ƯƠ NG II: NGHIÊN C Ứ U L Ự A CH Ọ N TIÊU CHU Ẩ N TÍNH TOÁN VÀ TÍNH Ứ NG

SU Ấ T TRONG BÊ TÔNG CHO TR ƯỜ NG H Ợ P THI Ế T K Ế T Ổ NG QUÁT

CH ƯƠ NG III: XÂY D Ự NG HÀM CÔNG N Ă NG THEO TIÊU CHÍ KI Ể M SOÁT V Ế T

N Ứ T SÀN BÊ TÔNG C Ố T THÉP Ứ NG L Ự C TR ƯỚ C VÀ NH Ậ N

D Ạ NG CÁC BI Ế N NG Ẫ U NHIÊN QUA CÁC S Ố LI Ệ U TH Ự C NGHI Ệ M

CH ƯƠ NG IV: XÂY D Ự NG CH ƯƠ NG TRÌNH TÍNH ĐỘ TIN C Ậ Y VÀ KH Ả O SÁT

Ả NH H ƯỞ NG C Ủ A T Ổ N HAO Ứ NG SU Ấ T ĐẾ N ĐỘ TIN C Ậ Y SÀN

BÊ TÔNG C Ố T THÉP Ứ NG L Ự C TR ƯỚ C C Ă NG SAU CÓ BÁM DÍNH

K Ế T LU Ậ N VÀ KI Ế N NGH Ị

Trang 35

CH ƯƠ NG II: NGHIÊN C Ứ U L Ự A CH Ọ N TIÊU CHU Ẩ N TÍNH TOÁN VÀ

Để lựa chọn tiêu chuẩn tính toán, mục II.1 trình bày lý thuyết tính toán tổn hao ứng suất theo một số tiêu chuẩn đang được ứng dụng tại Việt Nam Trên cơ sở phần lý thuyết đã trình bày, mục II.2 luận án tiến hành tính toán tổn hao ứng suất theo các tiêu chuẩn và so sánh thông qua ví dụ cụ thểđểđưa ra quan điểm lựa chọn tiêu chuẩn tính toán

II.1 LÝ THUY Ế T TÍNH TOÁN T Ổ N HAO Ứ NG SU Ấ T THEO M Ộ T S Ố TIÊU CHU Ẩ N Đ ANG ĐƯỢ C Ứ NG D Ụ NG T Ạ I VI Ệ T NAM

Trong phần này, trình bày lý thuyết tính toán tổn hao ứng suất theo một số tiêu chuẩn

đang được ứng dụng tại Việt Nam, gồm:

Tiêu chu ẩ n AS 3600-2009 c ủ a Úc;

Tiêu chu ẩ n BS EN 1992-1-1:2004 c ủ a Anh;

Tiêu chu ẩ n ACI 318-08 c ủ a M ỹ ;

Tiêu chu ẩ n TCVN 5574:2012 c ủ a Vi ệ t Nam

Các tiêu chuẩn đều chỉ ra phương pháp tính toán một số tổn hao ứng suất bao gồm tổn hao ứng suất tức thời, xuất hiện ngay sau khi kéo căng tao cáp và tổn hao ứng suất theo thời gian, xuất hiện theo thời gian, trong quá trình làm việc của cáp

T ổ n hao ứ ng su ấ t t ứ c th ờ i, bao g ồ m 3 lo ạ i chính sau:

- Tổn hao ứng suất do ma sát dọc theo tao cáp: sinh ra do ma sát giữa tao cáp và ống

Độ tụt neo phải được kiểm tra tại hiện trường khi kéo căng cáp và đòi hỏi phải có sự

điều chỉnh thiết bị kéo căng khi cần thiết (khi độ tụt neo vượt quá giới hạn cho phép)

- Tổn hao ứng suất do co ngắn đàn hồi của bê tông: sinh ra khi các tao cáp trong một

ống lồng không được kéo căng đồng thời Khi kéo căng tao cáp đầu tiên, lực kéo căng tác dụng làm bê tông co ngắn, tuy nhiên lực kéo căng được giữ tại áp lực tính toán, do đó sẽ không xuất

hiện tổn hao ứng suất Khi tiến hành kéo căng các tao cáp tiếp theo, bê tông tiếp tục bị co

ngắn Do tao cáp trước đã được kéo căng và đóng neo nên sẽ bị chùng khi bê tông bị co ngắn

và xuất hiện tổn hao ứng suất trong tao cáp này

T ổ n hao ứ ng su ấ t theo th ờ i gian, bao g ồ m 3 lo ạ i chính sau:

- Tổn hao ứng suất do co ngót của bê tông: sinh ra do hiện tượng co ngót của bê tông theo thời gian Đó là hiện tượng tự sinh xảy ra trong quá trình ninh kết và do co khô, trong khi cáp đã được kéo căng ở thời điểm bê tông đạt cường độ cần thiết Do đó, tổn hao ứng suất do

co ngót của bê tông theo thời gian là phần mất mát ứng suất do cáp bị co ngắn lại một khoảng

đúng bằng phần co ngót của bê tông tính từ thời điểm sau khi tiến hành kéo căng cáp

Trang 36

- Tổn hao ứng suất do từ biến của bê tông: sinh ra do hiện tượng từ biến của bê tông theo thời gian Đó là hiện tượng tăng biến dạng của bê tông theo thời gian dưới tác dụng của

ứng suất dài hạn Cũng giống như hiện tượng co ngót, cáp sẽ chịu cùng biến dạng co ngắn lại

của bê tông, nên làm giảm ứng suất kéo căng

- Tổn hao ứng suất do chùng ứng suất của cáp: sinh ra do hiện tượng chùng ứng suất

của cáp theo thời gian Đó là hiện tượng ứng suất trong cáp bị giảm khi biến dạng không đổi

II.1.1 Theo tiêu chu ẩ n AS 3600-2009 [46], [45], [44], [43]

II.1.1.1 Tổn hao ứng suất do ma sát dọc theo tao cáp

( tot p L pa) ( tot p L pa) ( tot p L pa)

pa pj(1 e−µ α +β ); Ppa P (1 epj −µ α +β ); Ppa P epj −µ α +β

Trong đó:

pj, Ppj

σ : ứng suất và lực kéo cáp tại đầu neo kéo; ∆σ ∆pa, Ppa: tổn hao ứng suất, lực kéo

do ma sát tại tiết diện tính toán; Ppa: lực kéo còn lại của tao cáp tại tiết diện tính toán;

L : khoảng cách từđầu kéo đến tiết diện tính toán tổn hao ứng suất của cáp (m)

B ả ng II.1-1: Độ l ệ ch góc ng ẫ u nhiên c ủ a cáp trên chi ề u dài đơ n v ị

Đặ c đ i ể m c ủ a ố ng l ồ ng

p

β (rad/m)

Vỏ bọc chứa cáp, có đường kính trong lên đến 50mm 0,024 ÷ 0,016

Vỏ bọc chứa cáp, có đường kính trong trên 50mm và không vượt quá 90mm 0,016 ÷ 0,012

Vỏ bọc chứa cáp, có đường kính trong trên 90mm và không vượt quá 140mm 0,012 ÷ 0,008

Vỏ bọc chứa thanh thép, có đường kính trong lên đến 50mm 0,016 ÷ 0,008

Vỏ bọc chứa thanh thép được phủ lớp dầu mỡ, với mọi đường kính 0,008

Trang 37

E : mô đun đàn hồi của bê tông tại thời điểm kéo căng

II.1.1.4 Tổn hao ứng suất do co ngót bê tông

ε : biến dạng co ngót tự sinh cuối cùng: ε =*cse 50(0, 06fc'−1)10−6;

' c

f : cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông ở tuổi 28 ngày (mẫu trụ)

csd k k1 4 csd.b

ε = ε : là biến dạng co ngót do phơi khô, với:

0,8 1

1 0,8

h

tk

= (mm): chiều dày lý thuyết;

e

u : chu vi mặt cắt ngang dải bê tông quanh tao cáp, phần tiếp xúc với không khí;

Trang 38

' * csd.b (1, 0 0, 008f )c csd.b

hậu ôn hoà và 0,5 với vùng khí hậu ven biển, nhiệt đới;

Hệ số biến dạng co ngót cuối cùng ε*cs sau 30 năm có thể được tra bảng phụ thuộc

điều kiện khí hậu, chiều dày lý thuyết và cường độ chịu nén fc' của bê tông

II.1.1.5 Tổn hao ứng suất do từ biến của bê tông

cc Ep cc

∆σ = ε ; ∆Pcc =A Ep p ccε (II.1.5a,b) Trong đó:

σ

ε = ϕ ; ϕ =cc k k k k2 3 4 5ϕcc.b: hệ số từ biến;

0,8 2

2 0,8

h

t k

2 1, 0 1,12e−

3

k : hệ số phụ thuộc thời điểm

chất tải t0 (ngày) kể từ sau khi

cáp được kéo căng, tra theo

Trang 39

II.1.2 Theo tiêu chu ẩ n BS EN 1992-1-1:2004 [49], [65]

II.1.2.1 Tổn hao ứng suất do ma sát

( kx ) max

P (x)µ P (1 e−µ θ+ )

Trong đó:

max

P : lực kéo cáp tại đầu neo; ∆P (x)µ : tổn hao lực kéo do ma sát tại tiết diện tính toán;

µ: hệ số ma sát giữa cáp và ống lồng (1/rad) - Bảng II.1-4; k: độ lệch góc ngẫu nhiên

của cáp trên đơn vị chiều dài, k = 0,005 - 0,01rad/m khi không có số liệu cụ thể;

θ: tổng góc chuyển hướng theo phướng đứng và ngang của cáp (giá trị tuyệt đối) giữa

điểm đầu và mặt cắt tính toán (rad)

x: khoảng cách từđầu kéo đến tiết diện tính toán tổn hao ứng suất của cáp (m)

B ả ng II.1-4: H ệ s ố ma sát µ (1/rad) Không bám dính, c ă ng ngoài, v ớ i đặ c tính c ủ a ố ng l ồ ng

C ă ng trong 1) Ố ng thép/

Trang 40

= , với n là số tao cáp trong ống lồng;

2Ahu

= ; ( ) ds 2 cm

cmo ds1

xi măng sử dụng;

RH: độẩm môi trường xung quanh công trình (%); RH0 = 100%;

Định dạng
Số trang	140
Dung lượng	3,65 MB