3.5.1. Cỏc giai đoạn của trạng thỏi ứng suất
a. Cấu kiện căng trước
Cũng giống nhưcấu kiện chịu kộo trung tõm, giai đoạn Iđược chia làm sỏu giai
đoạn trung gian, cũn cỏc giaiđoạn khỏc tương tự nhưtrong cấu kiện chịu uốn thụng
thường(Hỡnh 3.4)
-Giai đoạn I1: Đặt cốt thộp FHvà F’Hvào khuụn.
- Giai đoạn I2: Căng cốt thộp bờn dước FH và cốt thộp bờn F’H tới ứng suất khống chếHKvà ’HK (thụng thường HK =’HK) rồi cố định cốt thộp vào bệ, tiến
- Giai đoạn I3: Trước khi bờ tụng đạt đến cường độ R0, lỳc này phỏt sinh cỏc
ứng suỏt hao ch và nh (nếu bờ tụng được đụng cứng trong điều kiện dưỡng hộ
nhiệt).
H=HK-ch-snhvà 'H =' HK-'ch-'nh
Hỡnh 3.4. Sự thay đổi ứng suất của kết cấu bờ tụngứng lực trước chịu uốn a) Trước khi đặt tải trọng sử dụng, b) Sau khi đặt tải trọng sử dụng.
- Giai đoạn I4: Khi bờ tụng đạt cường độ Ro, bắt đầu buụng cốt thộp. Do cốt thộp FH và F’Hkhụng bằng nhau (FH> F’H) nờn cấu kiện bị ộp lệch tõm và vồng lờn phớa trờn. Trong giai đoạn này phỏt sinh thờmứng suất hao stbn. Do đú ứng suất hao đạt giỏ trị hl.
- Giai đoạn I5: Theo thời gian xảy ra cỏc ứng suất hao do co ngút (co) và từ biến (tb) của bờ tụng.
- Giai đoạn I6: Tải trọng tỏc dụng, làm tăng ứng suất kộo trong cốt thộp FHvà làm giảm ứng suất kộo trong cốt thộp F’H. Khiứng suất nộn trước của thớ bờ tụng ở
ngang vị trớ trọng tõm cốt thộp FH bị triệt tiờu thỡ ứng suất trong cốt thộp FH được
tớnh toỏn lào- h.
- Giai đoạn Ia: ứng suất trong miền bờ tụng chịu kộo đạt cường độ giới hạn RK,
bờ tụng sắp sửa nứt, ứng suất trong cốt thộp FHlà o- h+ 2nHRK. Giai đoạn này là
cơ sở dựng để tớnh toỏn cấu kiện khụng cho phộp hỡnh thành khe nứt.
- Giai đoạn II: Khe nứt xuất hiện ở miền bờ tụng chịu kộo. Tất cả nội lực kộo
- Giai đoạn III: Khe nứt mở rộng, ứng suất trong cốt thộp chịu kộo và của bờ
tụng chịu nộn đều đạt tới trị số giới hạn, cấu kiện bị phỏ hoại.
Trong giai đoạn này, khiứng suất nộn của bờ tụng đạt tới trị số giới hạn thỡứng
suất trong cốt thộp F’Hlà:
'H= R'H- m1('0-'h) (22)
Trị số'Hcú thể dương (ứng suất nộn) hoặc õm (ứng suất kộo). Nờn thiết kế sao cho ’H mang dấu dương vỡ trong trường hợp ’H mang dấu õm thỡ sự cú mặt của
F’Hlàm giảm khả năng chịu lực của cấu kiện ứng lực trước.
b. Cấukiện căng sau
Ở cấu kiện căng sau, trạng thỏi ứng suất từ giai đoạn I1 chuyển ngay sang giai
đoạn I4. Sau đú cỏc giai đoạn của trạng thỏi ứng suất kế tiếp nhau xảy ra như trong cấu kiện căng trước.
3.5.2. Tớnh toỏn cấu kiện chịu uốn
a. Tớnh theo cường độ trờn tiết diện thẳng gúc
Cỏch tớnh toỏn tương tự nhưcấu kiện bờ tụng cốt thộp thường, chỉ khỏc làở cỏc
cụng thức cơ bản cú thờm thành phần cốt thộp ứng lực trước. Đối với tiết diện chữ T trục trung hoà đi qua sườn (Hỡnh 3.5),điều kiện cường độ là:
M < Rnbx(h0- 0,5x) + Rn(b'c-b)h'c(h0-0,5h'c) + R'aF'a(h0 - a') +HF'H(h0 - a'H) (23) Chiều cao vựng chịu nộn x được xỏc định từ cụng thức:
Rn[bx +(b'c-b)h'c]= mHRHFH+ RaFa-'HFH= R'aF'a (24)
Trong đú: ’H-ứng suất trong cốt thộp F’Hđược xỏc định thộo (22).
mH- hệ số kể đến điều kiện làm việc của cốt thộp cường độ cao khi
ứng suất cao hơn giới hạn chảy qui ước; mH-được xỏc định theo tiờu chuẩn thiết kế.
Hỡnh 3.5. Sơ đồ tớnh tiết diện chữ T, cỏnh nằm trong vựng nộn,
b. Tớnh theo cường độ trờn tiết diện nghiờng
Để chịu lực trờn tiết diện nghiờng trong cấu kiện ứng lực trước chịu uốn ngoài cốt dọc, cốt xiờn và cốt đai thường cũn cú cốt dọc và cốt ngang ứng lực trước (Hỡnh
3.6). Việc tớnh toỏn cường độ trờn tiết diện nghiờng chịu cắt được tiến hành tương
tự nhưcấu kiện chịu uốn thụng thường.
(25) Trong đú:
Qb- khả năng chịu cắt bờ tụng.
Rađ, RHđ- cường độ tớnh toỏn về cắt của cốt thộp thường và cốt thộp ứng lực trước
Hỡnh 3.6.Sơ đồ tớnh toỏn nội lực trờn tiết diện nghiờng
c. Tớnh cường độ cấu kiện ở giai đoạn chế tạo
Tớnh toỏn cấu kiện ở giai đoạn chế tạo bao gồm:
- Kiểm tra theo điều kiện về ứng suất nộn giới hạn của bờ tụng (bảng 3.1) lỳc bắt đầu buụng cốt thộp.
- Kiểm tra sự làm việc tổng thể của cấu kiện ở ngoài giai đoạn chế tạo. Việc kiểm tra được tiến hành nhưcấu kiện chịu nộn lệch tõm thường mà ngoại lực là lực nộn do cốt thộp ứng lực trướcgõy ra.
- Kiểm tra về việc chịu lực cục bộ của bờ tụng ở khu vực neo. Nếu khả năng
chịu lực của miền bờ tụng neo khụng đủ thỡ phải gia cường bằng cỏc l ưới cốt thộp hoặc đệm thộp.
d. Tớnh toỏn khụng cho phộp nứt
VớiM là mụmen uốn do ngoại lực gõy ra. Đối với cấu kiện cú tớnh chất chống nứt cấp I và II thỡ M là mụmen tớnh toỏn; đối với cấu kiện cú tớnh chất chống nứt cấp III thỡ M là mụmen tiờu chuẩn.
Mn - mụmen mà cấu kiện chịu được ngay trước khi hỡnh thanh khe nứt. Cơ sở
dựng để tớnh Mnlà giai đoạn Iacủa trạng thỏi ứng suất biến dạng. Mn=RkWn + ML (27)
Trong đú: RkWn là mụmen chống nứt của cấu kiện bờ tụng cốt thộp thường. Mụmen chống nứt của cấu kiện ứng lực trước được tăng lờn nhờ ML, do đú cú thể điều chỉnh lực căng để cấu kiện khụng bị nứt.
e. Tớnh toỏn theo sự mở rộng và khộp kớn khe nứt
Việc tớnh toỏn theo sự mở rộng và khộp kớn khe nứt được tiến hành tương tự
nhưcấu kiện chịu uốn thụng thường và cấu kiện ứng lực trước chịu kộo trung tõm.
Chỉ khỏc độ tăng ứng suất trong cốt thộp sa được tớnh theo cụng thức:
(28)
Trong đú:
Z1- khoảng cỏch giữa hợp lực vựng chịu nộn và hợp lực vựng chịu kộo; No2-lực nộn trước bờ tụngở giai đoạn sử dụng;
eH- khoảng cỏch từ điểm đặt của lực No2đến trục đi qua trọng tõm diện tớch cốt
thộp chịu kộo.
Hỡnh 3.7. Sơ đồ lực để xỏc định Mn
f. Tớnh toỏn kiểm tra độ vừng
Việc tớnh toỏn kiểm tra độ vừngđược tiến hành phụ thuộc vào tớnh chất chống
nứt của cấu kiện.
Đối với cấu kiện khụng cho phộp nứt, khi tớnh độ vừng người ta xem cấu
kiện như vật thể đàn hồi và dựng cỏc cụng thức đó nờu trong mụn cơ học kết cấu để tớnh toỏn.
Đối với cấu kiện cú khe nứt ở vựng kộo, cỏch tớnh độ vừng tương tự nhưcỏch
tớnh đối với cấu kiện chịu uốn thụng thường, chỉ khỏc là trong cỏc cụng thức cú thờm một vài số hạng để kể đến tỏc dụng của cốt thộp ứng lực trước.
Chương 4 CÁC PHƯƠNG PHÁPTÍNH TỐN SÀN Bấ
TễNGỨNG LỰC TRƯỚC