Kết cấu bê tông ứng suất trước (NXB xây dựng 2010) nguyễn tiến chương, 336 trang

PG S.TS N G U YỄN TIÊN CHƯƠNG KẾT CÁU BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC NHÀ XUẤT BẢN XÀY DựNG H À NỘI - LỜI NĨI ĐẦU Sử dụng kết cấu bêtơng ứng suất trước xây dựng mạnh nước ta Nhiều kỹ sư xem ứng suất trước giái pháp thích hợp đê m rộng p h m vi sử dụng kết cấu bêtơng cốt thép cho loại cơng trình mà tricớc chủ yếu sử dụng kết cấu thép Các công trình nhà cao ráng, cơng trình vượt nhịp lớn, cơng trình cầu, hệ thống sillơ, bê chứa, cơng trình u câu chống tham cao, cơng trình chịu tải trọng lớn, tải trọng động đêu thuộc phạm vi mà kết cấu bêtông ứng suất trước cỏ iru Vật liệu cường độ cao ngày sử dụng phơ biến giới lĩhư ó’ nước ta Neu phát huy cường độ chịu lực toi đa vật liệu việc sử dụng vật liệu cường độ cao đưa lại hiệu kinh tế cao so với vật liệu cường độ thấp Ket cấu bètông ứng suất trước lờ giải pháp kết cấu hiệu đẽ sử dụng vật liệu bêtông cườ ng độ cao cốt thép cường độ cao Trước nước ta cơng trình phan lớn có quy mô nhỏ, nhịp bẻ nên nhu cầu sử dụnĩị kết cấu bêtơng ứng suất trước cịn ít; gần tình hình thị trường đơi khác, cơng trình quy mô lớn, nhịp lớn yêu cầu thâm m ỹ cao ngày p hô biến Đ ây nhu câu thực tê thuận lợi đế kết cấu bêtông ứng suất trước phát triển Công cônẹ nghiệp hoá ngành xây dựng nước ta đà phát triên Cùng với giải pháp công nghệ thi công tiến tiến trường, việc sán xuất câu kiện xâ y dựng cônẹ xư ng mạnh Nhiều dây chuyển sán xuất câu kiện đúc sẵn xây dựng miên đât nước Đ oi với việc sản xuất cấu kiện đúc sẵn giải pháp ứng suất trước tỏ có ưu Tiêu chuărt thiết kế kết cấu bêtông cốt thép TCXDVN 356 : 2005 đời góp phân p hát triên kết câu bêtơng ứng suất trước nước ta Tiêu chuân kỹ sư xây dựng tìm hiêu áp dụng Thực tế cho thấy việc thiết kế kết cấu bêtông ứng suất trước theo tiêu chuẩn TCXDVN 356 : 2005 gặp khó khăn Có ba ngun nhản dan đên khỏ khăn này: 1) Thiết kê kết cấu bêíơng ứng suất trước chưa quen thuộc đơi với kỹ sư Việt Nam; 2) Các tài liệu kỹ thuật hướng dẫn áp dụng TCXDVN 356 : 2005 cịn ít; 3) TCXDVN 356 : 2005 biên soạn sở tiêu chuẩn C H u ĩĩ 2.03.01 - 84 C ộng hoà Liên bang Nga, nguồn tời liệu từ C H LB Nga vào nước ta hạn chế Cuốn sách biên soạn nhằm mục đích làm tài liệu học tập cho sinh viên ngành xây dựng làm tài liệu tham kháo cho kỹ sư thiết kế kết cấu bêtông ứng suất trước theo TCXDVN 356 : 2005 Tác già xin bày tỏ cám ơn đoi với đồng nghiệp ý kiến nhận xét, góp ý cho nội dung sách Các góp ỷ tác giả xem xét đế hồn cho lâu xt Tuy nhiên, tài liệu biên soạn lần đầu, cịn có thiếu sót Tác giả mong nhận góp ý bạn đọc đê hồn cho lần sau M ọi góp ỷ xin gửi về: Phòng Biên tập sách khoa học kỹ thuật Nỉtà xu ất Xây dựng L ê Đ ại Hành, Hà N ội ĐT: 043.9741954 T ác giả THƯẶT NGỮ, ĐƠN VỊ VẢ KÝ HIỆU A T h u ậ t ng ữ Cấp độ bền nén bêtông: ký hiệu bàng chừ B, giá trị trung bỉnh thống kê cua cường độ chịu nén tức thời, tính đơn vị MPa, với xác suấl đảm bao không 95% xác định mẫu lập phương kích thước tiêu chuân (150 mm X 150 mm X 150 mm) chế tạo, dưỡng hộ điều kiện tiêu chuẩn thí nghiệm nén tuôi 28 ngày Cấp độ bền kéo bỗtông: ký hiệu bàng chừ Bt, giá trị trung bình thống kê cứa cườna độ chịu kéo tức thời, tính đơn vị MPa với xác suất đảm bảo khôna, 95% xác định mầu kéo tiêu chuẩn chế tạo, dưỡng hộ điều kiện tiêu chuân thí nghiệm kéo tuối 28 ngày Ket cấu bêtơng: ià kết cấu làm từ bêtông không đặt cốt thép đặt cốt thép tlico ycu cầu cấu tạo mà khơng kê đến tính tốn Các nội lực tính toán tất tác động kết cấu bêtông chịu Kết cấu bêtông cốt thép: kết cấu làm từ bêtơng có đặt cốt thép chịu lực cốt thép càu tạo Các nội lực tính toán tất tác động kết cấu bêtông cốt thép chịu bêtông cốt thép chịu lực Ket cấu bêtông ứng suất trước: kết cấu làm từ bêtơng cổt thép, phần toàn cốt thép kéo căng gây ứng suất trước làm cho tồn phần bêtơng nén trước đưa vào chịu lực với mục đích triệt tiêu ứng suất kẻo tải trọng ngồi sau gây Cốt thép căng: cốt thép kéo căng gây ứng suất trước trình chế tạo kết cấu trước có tải trọng sử dụng tác dụng Cốt thép thường: cốt thép không kéo căng gây ứng suất trước trình chế tạo kết cấu trước có tải trọng sử dụnR tác dụng Cốt thép chịu lực: cốt thép đặt theo tính tốn Cốt thép cấu tạo: cốt thép đặt theo u cầu cấu tạo mà khơng tính toán Chiêu cao làm việc tiết diện: khoáng cách từ mép chịu nén cua cấu kiện dến trọng tâm tiết diện cốt thép dọc chịu kéo Lớp bêtơng báo vệ: lớp bêtơng có chiều dày tính từ mép cấu kiện đến bề mặt gần cốt thép Nội lực giới hạn: nội lực lớn mà cấu kiện, tiết diện (với đặc trưng vật liệu lựa chọn) chịu dược Trạng thái giới hạn: trạng thái mà vượt q kết cấu khơng cịn thỏa mãn yêu cầu sử dụng đề thiết kế Điều kiện sử dụng bình thường: điều kiện sử dụng tuân theo yêu cầu tỉnh đến trước theo tiêu chuẩn thiết kế, thỏa mãn yêu cầu công nghệ sứ d ụ n g B Đ on vị Trong tài liệu sử dụng hệ đơn vị đo SI Đơn vị chiều dài: m; đon vị ứng suất: MPa; đơn vị lực: N c Ký hiệu Các đặc tru n g h ình học b b r , b'f chiều rộng tiết diện chữ nhật; chiều rộng sườn tiết diện chừ T chừ I; chiều rộng cánh tiết diện chữ T chữ I tương ứng trone vùng chịu kéo nén; h chiều cao tiết diện chữ nhật, chữ T chừ I; h r , h'f phần chiều cao cánh tiết diện chữ T chữ I tương ứng nằm irong vùng chịu kéo nén; a , a' h , hỏ khoảng cách từ hợp lực cốt thép tương ứng với s S'đến biên gần tiết diện; chiều cao làm việc tiết diện, tương ứng h - a h —a1; X chiều cao vùng bêtông chịu nén; ị chiều cao tương đối cùa vùng bêtông chịu nén, x / h ; s khoảng cách cốt thép đai theo chiều dài cấu kiện; e0 độ lệch tâm lực dọc N đổi với trọng tâm tiết diện quy đối; e0p độ lệch tâm lực nén trước p trọng tâm tiết diện quy đối; e()tot độ lệch tâm hợp lực lực dọc N lực nén trước p trọng tâm tiết diện quy đổi; e , e' tương ứng khoáng cách từ điềm đặt lực dọc N đến hợp lực cốt thép s S '; es , esp tương ứng khoảng cách từ đ iể m đặt lực dọc N lực nén trước p đến trọng tâm tiết diện cổt thép s ; / nhịp cấu kiện; /o chiều dài tính tốn cấu kiện chịu tác dụng lực nén dọc; bán kính quán tính tiết diện ngang cấu kiện trọng tâm tiết diện; đường kính danh nghĩa cua cốt thép; diện tích tiết diện phần cốt thép thường (khơng căng, tương ứng vớiS S ' ; diện tích tiết diện phần cốt thép căng tương ứng với s S ' ; diện tích tiết diện cốt thép đai đặt mặt phẳng vuông góc với trục dọc cấu kiện cắt qua tiết diện nghiêng; diện tích tiết diện cốt thép xiên đặt mặt phăng nghiêng góc với trục dọc cấu kiện cắt qua tiết diện nghiêng; hàm lượng cốt thép xác định ti số diện tích tiết diện cốt thép s diện tích tiết diện ngang cúa cấu kiện b h 0, không kể đến phần cánh chịu nén kéo; diện tích tồn tiết diện nsang cấu kiện; diện tích tiết diện vùng bê tơng chịu nén; diện tích tiết diện vùng bê tơng chịu kéo; diện tích tiết diện quy đơi cua cấu kiện; diện tích bê tơng chịu nén cục bộ; mơmen tĩnh diện tích tiết diện tương ứng vùng bê tông chịu nén chịu kéo trục trung hịa; mơmen tĩnh diện tích tiết diện cốt thép tương ứng Svà S' trục trung hịa; mơ men qn tính tiết diện bê tông trọng tâm tiết diện cấu kiện; mơ men qn tính tiết diện quv đổi dổi với trọng tâm nó; mơmen qn tính tiết diện cốt thép trọng tâm tiết diện cấu kiện; mơmen qn tính tiết diện vùng bê tơng chịu nén trục trung hịa; m ơmen qn tính tiết diện cốt thép tương ứng s S'đối với trục trung hịa; mơmen kháng uốn tiết diện quy đổi cấu kiện thớ chịu kéo biên, xác đinh vât liêu đàn hồi Các đặc trung cốt thép tiết diện ngang cấu kiện s ký hiệu cốt thép dọc: - tồn hai vùng tiết diện bê tông chịu kéo chịu nén tác dụng ngoại lực: s biểu thị cốt thép đặt vùng chịu kéo; - tồn vùng bê tơng chịu nén: s biểu thị cốt thép dặt biên chịu nén hơn; - tồn vùng bê tơng chịu kéo: + cấu kiện chịu kéo lệch tâm: biếu thị cốt thép đặt biên chịu kéo nhiều hơn; + cấu kiện chịu kéo tâm: biểu thị cốt thép đặt toàn tiết diện ngang cấu kiện; S' ký hiệu cốt thép dọc: - tồn hai vùng tiết diện bê tông chịu kéo chịu nén tác dụng ngoại lực: S' biểu thị cốt thép đặt trone vùng chịu nén; - tồn vùng bê tơng chịu nén: biểu thị cốt thép đặt biên chịu nén nhiều hơn; - tồn vùng bê tơng chịu kéo đối VỚI cấu kiện chịu kéo lệch tâm: biểu thị cốt thép đặt biên chịu kéo cấu kiện chịu kéo lệch tâm N goại lực nội lực F ngoại lực tập trung; M mômen uốn; Mt mômen xoắn; Q lực cắt Các đặc trưng vật liệu ’ Rb.ser cường độ chịu nén tính tốn dọc trục bê tơng ứng với trạng thái giới hạn thứ thứ hai; R-bn cường độ chịu nén tiêu chuẩn dọc trục bê tông ứng với trạng thái giới hạn thứ (cường độ lăng trụ); R-bt> ^bt.scr cường độ chịu kéo tính tốn dọc trục bê tơng ứng với trạng thái giới hạn thứ thứ hai; R-btn cường độ chịu kéo tiêu chuẩn dọc trục bê tông ứng với trạng thái giới hạn thứ nhất; ‘ Rb cường độ bê tông bất đầu chịu ứng suất trước; R s , R sscr cường độ chịu kéo tính tốn cốt thép ứng với trạng thái eiới hạn thứ thứ hai; R cường độ chịu kéo tính tốn cốt thép kéo căng ứng với trạng thái giới hạn thứ nhất; R sw cường độ chịu kéo tính tốn cua cốt thép ngang R cường độ chịu nén tính toán cốt thép ứng với trạng thái giới hạn thứ nhất; Eb mô đun dàn hồi ban đầu bê tông nén kéo; Es mô đun đàn hồi cốt thép Các đặc trung ứng suất trước p lực nén trước, có kể đến hao tôn ứng suất cốt thép ứng với giai đoạn làm việc cấu kiện; a sp, ơgp tương ứng ứng suất trước cốt thép s S' trước nén bê tông kéo căng cốt thép bệ (căng trước) tạithời diểm giá trị ứng suất trước bc tông bị giảm đến không bàng cách tác động lên cấu kiện ngoại lực thực tế ngoại lực quy ước Ngoại lực thực tế quy ước xác dịnh có kể dến hao tổn ứng suất cốt thép ứng với giai đoạn làm việc cấu kiện; ơb ứng suất nén trone bê tơng q trình nén trước, xác định có kể đến tơn hao ứng suất cốt thép ứng với giai đoạn làm việc cấu kiện; Ysp hệ số độ xác ứng suất trước Phụ lục 20 (tiếp theo) A-V A-VI Sei K - (4)9, 1,0 - 0,84 0,82 0,80 0,78 0,8 - 0,75 0,72 ,7 0,68 0,6 - ,6 ,6 ,6 ,6 0,4 - ,6 ,5 0,56 ,5 1,0 - 0,86 0,84 0,82 0,80 0,8 - 0,75 0,72 0,70 0,68 0,6 - 0,66 0,63 0,61 0,59 0,4 - 0,60 0,56 0,54 0,52 1,0 - ,9 0,89 ,8 ,8 ,7 0,72 ,7 0 ,6 0,8 Ộ12, 4>15); B-II (Ộ5, 6); ,6 - ,6 ,6 ,5 ,5 ,4 - ,5 ,5 ,5 0 ,4 0,690 0,670 0,650 0,634 ,6 1341 1279 1220 1179 1131 1,0 ,7 0,73 0,72 0,71 0,69 0,8 0,69 0,67 0,66 ,6 ,6 0,6 ,6 0,62 ,6 0,60 0,58 0,4 0,60 0,58 0,56 0,54 0,52 1,0 0,77 0,75 0,74 0,73 0,72 0,8 0,69 0,67 0,66 0,65 0,63 0,6 0,63 0,61 0,60 0,58 0,57 0,4 0,57 ,5 ,5 ,5 ,5 1,0 ,7 ,7 0,76 0,75 0,74 ,8 ,6 0,67 ,6 ,6 ,6 ,6 ,6 ,5 ,5 ,5 ,5 ,4 ,5 ,5 ,5 ,5 0 ,4 K -7 1,0 ,8 ,8 ,8 0 ,7 ,7 (Ộ , ộ ); ,8 ,6 ,6 ,6 0 ,6 ,6 B-II (Ộ5, Ộ6); B p - I I (5) CO ,9 Bất kỳ B ất kỳ r A -IV A-V A -V I T Se> 321 Phụ lục 20 (tiếp theo) 0,658 0,630 0,606 0,586 0,558 995 935 889 855 811 1,0 0,73 ,7 ,7 0,68 ,6 0,8 ,6 ,6 0,62 ,6 0 ,6 0,6 0,60 0,57 0,56 0,54 0,52 0,4 0,55 0,52 0,49 0,47 0,45 1,0 0,76 0,74 0,73 0,71 0,70 0,8 0,66 0,63 0,62 0,60 0,59 ,6 0,58 0,55 0,54 0,52 0,51 ,4 0,52 0,49 ,4 ,4 ,4 1,0 ,7 ,7 ,7 ,7 ,7 ,8 ,6 ,6 ,6 ,6 0 ,5 ,6 ,5 ,5 ,5 ,5 ,4 ,4 ,5 0 ,4 ,4 ,4 ,4 K - (4»9, 1,0 0,84 0,82 0,82 0,80 0,79 (ị)12, KeHHbix >KeJie30ỐeT0HHbIX KOHCTpyKUHH H3 TH)KeJIt.IX H JierKHX Ố6TOHOB (k CHhĨI 2.03.01 - ) U H T n , MốCKBa, 1988 [8] BoH/ỉapeHKO B M., K O H c m p y K i ị u u M '30 Ị9] MnxaHHOB B K O H c m p y K iịu u B CyBopKHH /Ị r.: } K e j i e o e m o H H b i e u K O M ẽ H H b i e “ B b ic m a a iHKcuia” , M ocK Ba, : n p e d e a p u m e n b ito ~ H a n p H D ic e H H b ie ic e n e o e m o H H b ie C xp0H 3aaT , M ocKBa, 1978 [10] MaHOHJiOB JI : CTOMaHoốeTOH [11] BS 8110 - 1997: Stru ctu l use o f concrete - P a rt 1: Cocỉe o f p c tic e f o r I Ỉ J X “ T E X H H K A ” , Co ỘH5ỉ , 7 design and construction B ntish Standard, British Standards Institution [12] ACI 318 - 2002M : B u ild in g Code R equirem ents f o r S tru c tu l C on crete American Concrete Institute, Farmington Hills, M ich., 002 [13] EC02: D esign o f C on crete Structures - P a rt 1: G e n e l R u les and R u le s f o r B u ild in g s E N V , 2002 [14] CEB - FIP: Model Code - 1990 Thomas Telford, 1993 331 [ 15] A A S H T O L R FD - 1998: B rid g e D esign Sp cificatio n s [16] PCI Handbook - 2002 PCI, 2002 [17] Lin T.Y , B u m N.H.: D esign o f P re stre sse d C oncrete Stru ctu res John W iley & Sons, 1981 [18] Macgregor J G.: R e in fo rce d C oncrete M ech a n ics and D esign (3 rd ed.ỳ Prentice Hall, 1997 [19] N a w y E G : P re stre sse d C oncrete - A Fundam ental A pproa ch (4 lh ed.) Prentice Hall, 2002 [20] Kong F.K., Evans R.H.: C oncrete and P re stre sse d Stru ctu res (3 ,d ed.) Chapman & Hall, 1995 [21] Martin L.H., Jurkiss J.A.: Concrete design to E N 1992 (2nct ed.) ELSEVIER], 2006 332 MỤC LỤC Trang L i n ói đầu Thuật ngữ, đơn vị ký hiệu Mở' đầu 11 C h n g K h i niệm c 1.1 Khái niệm kết cấu bêtông ứng suất trước 19 1.2 Phân loại bêtông ứng suất trước 24 1.3 Các phương pháp căng cốt thép 28 1.4 N e o cốt thép căng 30 Chương Vật liệu cấu tạo bêtơng ứng suất trưóc 2.1 Khái quát chung sử dụng vật liệu 38 2.2 B êtông 40 2.3 Cốt thép 55 2.4 Cấu tạo bêtông ứng suất trước 65 Chương ứ n g suất trước tổn hao úng suất trước 3.1 Khái quát chung 75 3.2 ứ n g suất trước cốt thép căng 76 3.3 n g suất trước bêtông 77 3.4 T ổn hao ứng suất trước 81 3.5 V í dụ tính tốn 91 C hưong Phương pháp tính tốn kết cấu bêtơng ứng suất trước theo trạng thái giói hạn 4.1 Trạng thái ứng suất cấu kiện chịu uốn 103 4.2 Phương pháp tính tốn theo trạng thái giới hạn 107 4.3 Tính toán theo trạng thái giới hạn thứ 115 4.4 Tính tốn theo trạng thái giới hạn thứ hai 121 Chưong Cấu kiện chịu uốn - tính tốn cưịng độ theo tiết diện thẳng góc 5.1 M đầu 125 333 5.2 Cấu kiện có tiết diện đối xứng chịu uốn phẳng 126 5.3 C ấu kiện c ó tiết diện chữ nhật 129 5.4 Cấu k iện c ể tiết diện chữ T chữ I 138 5.5 T rường hợp tổ n g quát 146 Chương c ấ u kiện chịu uốn - tính toán cường độ theo tiết diện nghiêng 6.1 Khái quát ch u n g 153 6.2 T ính tốn c n g độ th eo dải nén x iê n 155 6.3 T ính tốn tiết diện n gh iấng th eo lực cắt 156 6.4 Tính toán tiết diện n g h iấn g chịu m ô m e n uốn 165 6.5 K h o ả n g cách lớn cốt n gan g 169 6.6 V í dụ tính tốn 170 Chương c ấ u kiện chịu nén - tính tốn theo cường độ 7.1 Khái quát c h u n g 182 7.2 Ả n h h n g uốn dọc 183 7.3 C ấu kiện c ó tiết diện chữ nhật tiết diện chữ I cốt thép đối x ứ n g 185 7.4 Cấu kiện c ể tiết diện vành khuyên 192 7.5 Cấu kiện chịu lực nén trước 196 Chương c ấ u kiện chịu kéo - tính tốn theo cường độ 8.1 C ấu kiện chịu k éo tâm 203 8.2 C ấu kiện tiết diện chừ nhật lực dọc đặt mặt ph ang đối x ứ n g 203 8.3 T rường h ọ p tổ n g qt tính tốn tiết diện thẳng g ó c cấu kiện chịu k é o lệch tâm 206 8.4 T ính tốn theo tiết diện n g h iên g đối v i trường h ọ p cấu k iệ n chịu k é o 8.5 V í dụ tính toán 207 208 Chương Tính toán cấu kiện bêtơng ứng suất trước theo hình thành, mở rộng khép kín vết nút 9.1 Khái quát ch u n g 214 T ính tốn th eo hình thành vết nứt 15 9.3 T ính tốn th eo m rộng vết nứt 237 9.4 T ính tốn th eo khép kín vết nứt 262 334 C h ơn g 10 T ính tốn cấu kiện bêtơng ứng suất trước theo biến dạng 10.1 Khái quát c h u n g 266 10.2 Tính tốn đ ộ c o n g cấu kiện đoạn k h ôn g nứt 266 10.3 T ính tốn đ ộ c o n g cấu kiện đoạn c ó v ết nứt vùng kéo 10.4 Tính tốn đ ộ v õ n g cấu kiện 269 278 10.5 P h n g pháp gần tính biến dạng cấu kiện bêtơ n g ứ n g suất trước 282 10.6 V í dụ tính tốn 286 Phu• luc • 294 Tài liêu th a m k h ả o 331 335 ... gợi kết cấu b? ?tông ứng suất trước kết cấu b? ?tông cốt thép ứng suất trước háy kết cấu bctông cốt thép ứng lực trước Khái niệm ngụ ý đến việc xem xét kết cấu b? ?tông ứng suất trước phái xem xét ứng. .. cua kết cấu b? ?tông ứng suất trước 1.2 PHÂN LOẠI BÊTỒNG ỨNG SUẤT TRƯỚC 1.2.1 B? ?tông ứng suất trước căng trưóc bêtơng ứng suất truức căng sau Bêtơng ứng suất trước căng trước bêtơng mà ứne suất trước. .. phần Bêtơng ứng suất trước tồn phần b? ?tông ứng suất trước không Kêt cấu b? ?tông ứng suất trước thiết kế cho giai đoạn chịu lực không xuất ứng suất kéo b? ?tông gọi kết cấu b? ?tông ứng suất trước