Cỏc phương phỏp thiết kế như: Phõn phối trực tiếp, khung tương đương và phần tử hữu hạn đều cú thể sử dụng trong thiết kế sàn bờ tụng ứng lực trước và đều
dựa trờn quan niệm bờ tụngứng lực trước là vật liệu đàn hồi.
Phương phỏp phõn phối trực tiếp cú phạm vi ỏp dụng hẹp hơn 2 phương phỏp cũn lại và khú khăn trong việc tớnh toỏn bản sàn theo trạng thỏi giới hạn thứ 2 (kiểm
tra vừng và nứt).
Phương phỏp khung tương đương cú phạm vi ỏp dụng rộng rói hơn, cú thể xỏc định được tải trọng ở cỏc giai đoạn làm việc và cho phộp người thiết kế đỏnh
giỏ được độ vừng của sàn một cỏch trực quan thụng qua việc ỏp dụng cỏc chương
trỡnh mỏy tớnh.
Hiện nay, phương phỏp phổ biến và hiệu quả để thiết kế sàn bờ tụng ứng lực trước là phương phỏp cõn bằng tải trọng, sử dụng khung tương đương để phõn phối
mụ men doứng lực trước và do cỏc tải trọng tỏc dụng lờn sàn.
Quy trỡnh thiết kế như sau: 1- Sơ bộ chọn chiều dày sàn.
Bảng4.2.Độ dày tối thiểu của sàn bờ tụngứng lực trước
Tải trọng Tỷ lệ nhịp/chiều dày sàn
Nhẹ 40 ữ 48
Trung bỡnh 34 ữ 42
Nặng 28 ữ 36
Trong tỷ lệ nhịp/chiều dày sàn thỡ nhịp là nhịp dài của ụ sàn.
2- Xỏc định tải trọng cõn bằng w
3- Chọn hỡnh dạng cỏp và tớnh toỏn lực ứng lực trước yờu cầu.
Hỡnh dạng cỏp càng gần với biểu đồ mụ men do tải trọng ngoài gõy ra càng tốt. -Đối với sàn liờn tục chịu tải phõn bố đều, cỏp cú thể bố trớ như sau:
Lực ứng lực trước yờu cầu: (4.8) Độ vừng s trong cụng thức trờn cú thể là s 1 hoặc s 2. - Đối với bản cụng xụn:
Hỡnh 4.6.Sơ đồ cỏp đối với bản cụng xụn
Lực ứng lực trước yờu cầu:
(4.9)
4- Tớnh toỏn cỏc haoứng lực trước.
Chọn ứng suất căng ban đầu: (4.10)
Tớnh cỏc haoứng lực trước:
+ Hao do ma sỏt.
+ Hao do biến dạng neo.
+ Hao do cỏc nguyờn nhõn khỏc: do co ngút của bờ tụng, do từ biến của bờ tụng, do sự chựngứng suất trong thộp…
Sau khi tớnh toỏn cỏc haoứng lực trước f, tớnh được ứng lực trước hiệu quả: (4.11)
5- Tớnh số lượng cỏp và bố trớ cỏp.
Lực ứng lực trước của một cỏp:
(4.12)
Lực căng yờu cầu cho dầm - bản rộng l:
(4.13)
Số lượng cỏp cần thiết:
(4.14)
6- Kiểm tra cỏc giai đoạn làm việc của sà n,khả năng chịu lực, vừng, nứt.
Sử dụng khung tương đương để tớnh toỏn, kiểm tra sàn.
Kiểm tra cỏc giai đoạn làm việc của sàn:
Sàn được kiểm tra lỳc buụng neo và trong giai đoạn sử dụng. Trong cỏc giai đoạn làm việc của sàn, ứng suất trong bờ tụng khụng được vượt quỏ giỏ trị cho phộp
trong phần 2.1.1.2.
Ứng suất trong bờ tụng:
(4.15)
Trong đú:
M- mụ men do cỏc trường hợp tải ứng với từng giai đoạn làm việc của sàn
gõy ra.
W- mụ men khỏng uốn của dầm - bản.
Lực ứng lực trước P sẽ gõy ra tải trọng cõn bằng:
(4.16)
Hỡnh 4.7. Tải trọng cõn bằng
Kiểm tra khả năng chịu lực của sàn:
a). Khả năng chịu uốn:
Coi vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi, mụ men do tải trọng tớnh toỏn gõy
ra khụng được vượt quỏ mụ men giới hạn.
(4.17)
: hệ số phụ thuộc vào loại cỏp ứng lực trước, cú cỏc giỏ trị P=0.55 nếu (f py/f pu)≥0.80 P=0.40 nếu (f py/f pu)≥0.85 P=0.28 nếu (f py/f pu)≥0.90
1 : hệ số phụ thuộc vào cường độ chịu nộn của bờ tụng:
; ;
; ;
Đối với cỏp dớnh kết:
(4.18)
Nếu kể đến thộp chịu nộn (’>0) thỡ
Hàm lượng thộp phải thoả món cỏcđiều kiện sau:
và
Nếu tiết diện thoả món điều kiện trờn thỡ cường độ chịu uốn giới hạn được xỏc định như sau:
+ Tiết diện chỉ cú thộp chịu kộo (cỏp dớnh kết):
(4.19)
+ Tiết diện hỡnh chữ nhật cú thộp chịu nộn: - Nếu
- Nếu
thỡứng suất trong thộp chịu nộn nhỏ hơn f
y, cú thể bỏ qua hiệu quả của thộp chịu nộn và cú thể xỏc định mụ men nứt theo (4.19).
Đối với cỏp khụng dớnh kết:
Nếu tỷ lệ (nhịp/chiều cao tiết diện) ≤35,ứng suất phỏ hoại trong cỏp:
(4.21)
nhưng khụng được lớn hơn f
pyvà (f
se+ 400)
Nếu tỷ lệ (nhịp/chiều cao tiết diện) > 35,ứng suất phỏ hoại trong cỏp:
(4.22)
nhưng khụng được lớn hơn f
pyvà (f
se+200)
Nếu hàm lượng thộp vượt quỏ 0.361 , mụ men giới hạn:
(4.23) b). Khả năng chịu cắt:
+ Điều kiện chịu cắt:
(4.24)
Trong đú:
V- lực cắt A
c- diện tớch tiết diện giới hạn bao quanh cột. J
c- mụ men quỏn tớnh của tiết diện giới hạn bao quanh cột M- tổng mụ men truyền vào cột
α- hệ số truyền mụ men do ứng suất cắt
(4.25) c- khoảng cỏch từ trục trung hoà tiết diện giới hạn đến điểm tớnh ứng suất
-ứng suất cắt tới hạn.
(4.26)
= 40 đối với cột giữa
=30 đối với cột biờn
=20 đối với cột gúc
b
0- chu vi của tiết diện giới hạn f
pc- ứng suất nộn do lực ứng lực trước hiệu quả gõy ra ở tõm tiết diện
V
p- thành phần thẳng đứng của ứng lực trước hiệu quả. +Đặc trưng của tiết diện chịu cắt:
Tiết diện chịu cắt được tớnh là phần tiết diện mở rộng ra một khoảng d/2 tớnh từ mộp cột.
Hỡnh 4.9.Sơ đồ xỏc định tiết diện giới hạn
Xột cột tiết diện hỡnh chữ nhật: Cột giữa: (4.27) (4.28) Cột biờn: (4.29) (4.30)
(4.31) Cột gúc: (4.32) (4.33) (4.34) c). Kiểm tra độ vừng:
Độ vừng được xỏc định từ khung tương đương và bỏ qua ảnh hưởng của gúc xoay vỡ khỏ nhỏ. Đối với sàn làm việc theo 2 phương, độ vừng tại giữa ụ sàn sẽ là
tổng độ vừng theo từng phương.
Δ
e1- làđộ vừng do tổng tải trọng theo phương l
1.
Δ
e 2- làđộ vừng do tổng tải trọng theo phương l
2. Δ e=Δ e 1+Δ e 2- là tổng độ vừng do tổng tải trọng. Δ
dh1- độ vừng do phần tĩnh tải khụng được cõn bằng bởi lực ứng lực trước theo phương l
1.
Δ
dh 2- độ vừng do phần tĩnh tải khụng được cõn bằng bởi lực ứng lực trước hoạt tải theo phương l
2.
Δ
dh =Δ
dh1+ Δ
dh2- tổng độ vừng do phần tĩnh tải khụng được cõn bằng bởi lực
ứng lực trước. Độ vừng tổng cộng: Δ=Δ e+FΔ dh (4.35) VớiF là hệ số độ vừng dài hạn