II. Tính toán cấu kiện chịu kéo lệch tâm bé 1 Định nghĩa
hiểu rõ thế nào là bê tông cốt thép ứng lực trước, ta hãy nghiên cứu một trường hợp sau đây: trên dầm đơn giản tĩnh định một nhịp ta đặt lực nén N lệch
tâm so với trục dầm một khoảng e0 và tải trọng sử dụng P(H1a,b -9). Với chú ý N có mặt trước khi có P. e0 N N P P Rn Fk Rk
Hình 9-1. Dầm đơn giản chịu tác dụng của lực nén N và tải trọng P.
Dưới tác dụng của tải trọng P, vùng dưới của dầm xuất hiện ứng suất kéo, còn do tác dụng của lực nén lệch tâm N ở vùng này sẽ xuất hiện ứng suất nén. ứng suất nén này sẽ triệt tiêu hoặc làm giảm ứng suất kéo do P gây ra.
Để cho dầm không bị nứt thì ứng suất tổng cộng trong vùng dưới không được vượt quá cường độ chịu kéo RK của bê tông. Để tạo ra lực nén trước N (có mặt trước khi có P) người ta căng cốt thép rồi gắn chặt nó vào bê tông thông qua lực dính hoặc neo. Nhờ tính chất đàn hồi, cốt thép có xu hướng co lại sẽ tạo nên lực nén trước N. Như vậy trước khi chịu tải trọng sử dụng P, cốt thép đã bị căng trước, còn bê tông thì đã bị nén trước.
Bê tông cốt thép ứng lực trước là loại cấu kiện mà trong quá trình chế tạo cốt thép được căng trước và neo lại, do đó, phản ứng lực phục hồi của cốt thép đã gây ra lực nén trước trong bê tông .
Có thể nói, trong qúa trình chế tạo, ta đã ứng trước cho bê tông một lực nén.
II. Ưu nhược điểm của BTCT ƯLT
1. Ưu điểm:
So với bê tông cốt thép thường, bê tông cốt thép ứng lực trước có các ưu điểm cơ bản sau:
- Cần thiết và có thể dùng được thép cường độ cao
Trong bê tông cốt thép thường không dùng được thép cường độ cao. Vì những khe nứt đầu trên ở vùng bê tông chịu kéo sẽ xuất hiện khi ứng suất trong cốt thép chịu kéo a
mới chỉ đạt trị số từ 200daN/cm2 đến 300daN/cm2. Khi dùng thép cường độ cao, ứng suất trong cốt thép chịu kéo có thể đạt tới 10000 đến 12000daN/cm2 hoặc lớn hơn. Điều đó làm xuất hiện các khe nứt có bề rộng rất lớn vượt quá trị số giới hạn cho phép.
Giáo viên: Phan Chí Hiếu – Bộ môn XD Nhà & CTCT – Khoa CTQS Trong bê tông cốt thép ứng lực trước, do có thể khống chế sự xuất hiện khe nứt bằng lực căng trước của cốt thép nên cần thiết và có thể dùng thép cường độ cao. Nhờ đó mà lượng thép dùng ít hơn vào khoảng 10%80%.
Hiệu quả tiết kiệm thép thể hiên rõ nhất trong các cấu kiện có nhịp lớn phải dùng nhiều cốt chịu kéo như dầm, dàn, thanh kéo của vòm, cột điện, tường bể chứa, xi lô vv... (tiết kiệm 50% 80% thép).
Trong cấu kiện có nhịp nhỏ, do cốt cấu tạo chiếm tỷ lệ khá lớn nên tổng số thép tiết kiệm sẽ ít hơn (khoảng 15%).
Đồng thời cũng cần lưu ý rằng giá thành của thép tăng chậm hơn cường độ của nó. Do vậy dùng thép cường độ cao sẽ góp phần làm giảm giá thành.
- Khả năng chống nứt cao hơn (do có khả năng chống thấm tốt hơn). Dùng bê tông cốt thép ứng lực trước người ta có thể tạo ra các cấu kiện không xuất hiện các khe nứt trong vùng bê tông chịu kéo, hoặc hạn chế sự phát triển bề rộng của khe nứt khi chịu tải trọng sử dụng. Do đó bê tông cốt thép ứng lực trước tỏ ra có nhiều ưu việt trong kết cấu đòi hỏi phải có yêu cầu chống thấm cao như ống dẫn có áp, bể chứa chất lỏng và khí vv…
- Có độ cứng lớn hơn (do có độ võng và biến dạng bé hơn). Nhờ có độ cứng lớn, nên cấu kiện bê tông cốt thép ứng lực trước có kích thước tiết diện ngang thanh mảnh hơn so với cấu kiện bê tông cốt thép thường khi có cùng điều kiện chịu lực như nhau, do vậy có thể dùng trong kết cấu nhịp lớn.
Ngoài ra kết cấu bằng bê tông cốt thép ứng lực trước còn có một số ưu điểm khác như:
- Mở rộng phạm vi ứng dụng của kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép và nửa lắp ghép.
2. Nhược điểm:
Bên cạnh những ưu điểm, bê tông cốt thép ứng lực trước cũng còn một số nhược điểm cần được lưu ý trong quá trình chế tạo và sử dụng như:
- ứng lực trước không những gây ra ứng suất nén mà còn có thể gây ra ứng suất kéo ở phía đối diện làm cho bê tông có thể bị nứt.
- Chế tạo bê tông ứng lực trước cần phải có thiết bị đặc biệt có công nhân lành nghề và có sự kiểm soát chặt chẽ về kỹ thuật đề phòng mất mát ứng lực trước do tuột neo, do mất lực dính.