6 KẾT CẤU Bấ TễNG CỐT THẫP DỰ ỨNG LỰC
6.1.2Trạng thỏi ứng suất dầm bờtụng dự ứng lực
6.1.2.1. Lực nộn trƣớc trựng với tõm tiết diện
Hỡnh 6.1 : Phõn bố ứng suất trong dầm dự ứng lực đỳng tõm
Lực nộn trƣớc đỳng tõm gõy ra ứng suất đều trờn tiết diện :
c c A P f (6.1) Trong đú : Ac : diện tớch phần bờ tụng ; P : lực nộn trƣớc
Nếu cú tải trọng tỏc dụng lờn dầm, giỏ trị mụ men uốn lớn nhất tại tiết diện giữa dầm sẽ gõy ra ứng suất tại thớ ngoài cựng của tiết diện cỏch trọng tõm của tiết diện một đoạn là c. Khi đú ứng suất tổng cộng sẽ là : b g c b c t g c t c y I M A P f y I M A P f ; (6.2)
Trong đú : fct; fcb lần lƣợt là ứng suất tại thớ trờn và dƣới của tiết diện
b
t y
y ; : khoảng cỏch từ điểm cần tớnh ứng suất đến TTH Ig : Mụ men quỏn tớnh nguyờn của tiết diện
Nhƣ vậy, nhờ cú lực nộn trƣớc nờn ứng suất kộo giảm xuống và ứng suất nộn trong tiết diện tăng lờn dƣới tỏc dụng của tải trọng.
6.1.2.2. Lực nộn trƣớc khụng trựng với tõm tiết diện
Hỡnh 6.2 : Phõn bố ứng suất trong dầm dự ứng lực lệch tõm
Khi lực dự ứng trƣớc đặt lệch tõm so với tiết diện một đoạn là e thỡ lực nộn trƣớc gõy ra một mụ men uốn cú giỏ trị là Pe. Lỳc này ứng suất tổng cộng tại một tiết diện bất kỳ đƣợc tớnh nhƣ sau : b g b g c b c t g t g c t c y I M y I Pe A P f y I M y I Pe A P f ; (6.4) 6.2 PHÂN LOẠI Bấ TễNG CỐT THẫP DỰ ỨNG LỰC
Cú nhiều cỏch phõn loại bờ tụng cốt thộp DUWL tựy thuốc vào đặc điểm thiết kế và phƣơng phỏp thi cụng.
6.2.1 Theo vị trớ của lực căng
Theo vị trớ của cốt thộp kộo căng thỡ BTCT DƢL đƣợc chia thành + BTCT DƢL căng ngoài (hỡnh 6.3a)
Hỡnh 6.3 : Cấu kiện BTCT DƯL căng ngoài và căng trong
6.2.2 Theo thời điểm căng
Theo thời điểm căng, BTCT DƢL chia thành : + BTCT DƢL căng trƣớc (hỡnh 6.4)
+ BTCT DƢL căng sau (Hỡnh 6.5)
Hỡnh 6.4 : Cỏc bước thi cụng BTCT DƯL kộo trước
Hỡnh 6.5 : Cỏc bước thi cụng BTCT DƯL kộo sau
Cỏc bƣớc thi cụng: 1. Căng cỏp 2. Đổ bờ tụng 3. Cắt cỏp, truyền ứng suất cho bờ tụng Cỏc bƣớc thi cụng: 1. Đổ bờ tụng 2. Căng cỏp
3. Neo cỏp vào cấu kiện
Hỡnh 6.6 : Sàn bờ tụng BTCT DƯL kộo sau
6.2.3 Theo hỡnh dạng cỏp dự ứng lực
Theo hỡnh dạng của cỏp dự ứng lực chia thành : + BTCT DƢL cú cỏp DƢL thẳng
+ BTCT DƢL cú cỏp DƢL đặt theo đƣờng cong
6.2.4 Theo mức độ hạn chế ứng suất kộo trong trong bờ tụng
Theo độ lớn của lực căng, BTCT DƢL đƣợc chia thành :
+ BTCT DƢL căng toàn phần : Là cấu kiện đƣợc thiết kế sao cho khụng xuất hiện ứng suất kộo trong bờ tụng dƣới tỏc dụng của tải trọng sử dụng.
+ BTCT DƢL căng một phần : Là cấu kiện đƣợc thiết kế cú xuất hiện ứng suất kộo trong bờ tụng dƣới tỏc dụng của tải trọng sử dụng.
6.2.5 Theo mức độ dớnh bỏm của thộp dự ứng lực và bờ tụng
Theo mức độ dớnh bỏm của thộp DƢL và bờ tụng đƣợc chia thành :
+ BTCT DƢL cú cốt thộp dớnh bỏm: Là cấu kiện cốt thộp dự ứng lực cú dớnh bỏm với bờ tụng, cú sự tƣơng thớch về biến dạng của cốt thộp dự ứng lực và bờ tụng ở cỏc thớ liền kề.
+ BTCT DƢL cú cốt thộp khụng dớnh bỏm: Là cấu kiện cốt thộp dự ứng lực khụng dớnh bỏm với bờ tụng, sự tƣơng thớch về biến dạng của cốt thộp dự ứng lực và bờ tụng ở cỏc thớ liền kề là khụng cú.
6.3 CÁC CHỈ DẪN VỀ CẤU TẠO
6.3.1 Thiết bị cho cấu kiện BTCT DƢL
6.3.1.1. Hệ thống tạo lực cho cấu kiện căng trƣớc
Hỡnh 6.7: Bệ đổ, bệ neo và khuụn đổ bờ tụng
Hỡnh 6.8: Sơ đồ bệ đỳc hàng loạt
Hỡnh 6.8: Hệ thống thiết bị cho cấu kiện căng trước
Trong cấu kiện căng trƣớc, cốt thộp dự ứng lực đƣợc neo vào một đầu cố định, đầu cũn lại sẽ đƣợc kộo với một lực P. Tiếp đú cỏc loại cốt thộp thƣờng đƣợc đặt vào và đổ bờ tụng. Đợi cho bờ tụng đụng cứng và đạt đến cƣờng độ nhất định (thƣờng là 70% giỏ trị cƣờng độ chịu nộn thiết kế của bờ tụng) rồi tiến hành cắt cốt thộp. Lỳc này lực căng trƣớc trong cốt thộp dự ứng lực đƣợc truyền sang bờ tụng thụng qua lực dớnh bỏm giữa bờ tụng và cốt thộp.
Hỡnh 6.9: Đầu neo cỏp dự ứng lực
6.3.1.2. Hệ thống tạo lực cho cấu kiện căng sau
Hỡnh 6.10: Hệ thống thiết bị cho cấu kiện căng sau
Thiết bị neo: Một số thiết bị neo thƣờng dựng
Hỡnh 6.12: Thiết bị neo
6.3.2 Vật liệu dựng trong BTCT DƢL
6.3.2.1. Bờ tụng
Bờ tụng dựng trong cấu kiện BTCT DƢL thƣờng là bờ tụng nặng và cú cỏc đặc điểm sau : - Cƣờng độ cao để cú thể chịu đƣợc ứng suất tại cỏc vựng neo ; khả năng chịu nộn, kộo và cắt tốt ; độ cứng cấu kiện lớn nhằm giảm độ vừng của kết cấu ; hạn chế vết nứt do co ngút ; hạn chế từ biến.
- Tỷ số N/X nhỏ. - Độ sụt nhỏ.
- Cú tớnh biến dạng co ngút và từ biến nhỏ.
6.3.2.2. Cốt thộp
Trong cấu kiện BTCT DƢL cần dựng thộp cú cƣờng độ cao để tạo ra lực căng lớn và thƣờng dựng loại thộp sau :
- Sợi thộp cú cƣờng độ cao cú đƣờng kớnh 2,5 ữ 8mm, bề mặt cú thể cú gờ hoặc khụng. - Sợi cỏp : Gồm nhiều sợi thộp bện xoắn vào nhau. Thƣờng cú 2 loại cỏp là cỏp 3 sợi và cỏp 7 sợi. Cỏp 7 sợi (đƣờng kớnh sợi từ 3 ữ 5mm) sử dụng phổ biến nhất, đƣợc chế tạo từ 6 sợi thộp xoắn quanh một sợi thẳng đặt ở giữa.
- Bú cỏp : gồm nhiều sợi cỏp bú chung với nhau nhằm tạo đƣợc lực căng lớn.
- Thanh thộp : cỏc sợi cỏp cú thể đƣợc thay thế bằng cỏc thanh thộp cƣờng độ cao cú đƣờng kớnh từ 10 ữ 32mm.
Hỡnh 6.13 : Cốt thộp dự ứng lực (cỏp 7 sợi)
Hỡnh 6.14: Cỏc loại cốt thộp dự ứng lực
Cỏc giới hạn ứng suất trong cốt thộp dự ứng lực theo quy trỡnh 22TCN 272 – 05 đƣợc quy định nhƣ bảng 6.4.
6.3.2.3. Cỏc loại vật liệu khỏc
Ngoài cỏc loại vật liệu chớnh là bờ tụng và cốt thộp dự ứng lực cũn cú một số vật liệu phụ khỏc dựng cho BTCT DƢL căng sau.
Với thộp dự ứng lực dớnh bỏm, cần phải cú ống gen tạo lỗ đặt cỏp. Ống gen cú thể đƣợc chế tạo bằng tụn mạ kẽm hoặc bằng chất dẻo, ống đƣợc đặt sẵn trong cấu kiện trƣớc khi đổ bờ tụng, ống phải đảm bảo độ bền, khụng bị hƣ hại trong khi thi cụng, đảm bảo kớn và khụng cú phản ứng với thộp và bờ tụng. Sau khi hoàn thành việc căng cỏp, vữa xi măng với một cấp phối quy định đƣợc bơm vào từ đầu neo thụng qua cỏc ống đặt sẵn với ỏp lực 0,3 ữ 0,5 MPa. Vữa bơm cú tỏc dụng tạo sự dớnh kết và chống ăn mũn cho cỏp. Vữa phải dễ chảy, ớt co ngút. Thành phần của vữa bơm bao gồm xi măng Portland thƣờng hoặc xi măng đụng kết nhanh, trộn với nƣớc với tỷ lệ trọng lƣợng là 0,33 và một số phụ gia nhƣ flowcable, pozzolith…trong một số trƣờng hợp cỏ biệt cú thể dựng thờm cỏt mịn cho vữa bơm.
Với cỏp dự ứng lực khụng dớnh bỏm, cỏp đƣợc bọc bởi vỏ bọc chất dẻo tổng hợp hoặc lớp giấy đặc biệt. Lớp vỏ bọc phải đảm bảo tớnh năng cơ học trong khoảng nhiệt độ từ -20 đến 700
C, phải cú đủ độ bền cần thiết để khụng bị hƣ hại trong khi chuyờn chở, lắp dựng và kộo căng, cú khả năng chống thấm tốt và khụng gõy ăn mũn cho bờ tụng, thộp và cỏc vật liệu chốn khỏc. Việc lồng cỏp vào vỏ bọc, việc xử lý tại cỏc vị trớ nối phải đƣợc tiến hành cẩn thận, trỏnh cho cỏp tiếp xỳc với vữa bờ tụng, gõy ăn mũn cỏp.
6.3.3 Bố trớ cốt thộp
Trong cấu kiện BTCT DƢL, việc bố trớ cốt thộp DƢL đúng một vai trũ rất quan trọng. Với cấu kiện chịu kộo đỳng tõm, thộp DƢL nờn bố trớ đối xứng với trọng tõm của tiết diện để cú thể tạo ra ứng suất nộn đều cho bờ tụng.
Với cấu kiện chịu uốn, hiệu quả của việc bố trớ cốt thộp DƢL phụ thuộc khỏ nhiều vào quỹ đạo của thộp theo trục dầm. Nếu bố trớ cốt thộp tƣơng tự nhƣ cấu kiện chịu kộo đỳng tõm, để
hạn chế đƣợc ứng suất kộo ở thớ dƣới của tiết diện, cần tạo ra lực nộn trƣớc lớn, nhƣng gõy ra ở thớ trờn tại cỏc tiết diện cú mụ men lớn ứng suất nộn cú thể làm cho bờ tụng bị nộn vỡ hoặc phải sử dụng bờ tụng cú cƣờng độ cao hơn. Việc bố trớ thộp nhƣ vậy là khụng kinh tế. Nếu bố trớ cốt thộp DƢL với độ lệch tõm so với trục cấu kiện cú thể tạo ra ứng suất trƣớc phự hợp hơn so với sự làm việc của cấu kiện.
Để tạo ra hiệu quả tốt nhất, cần tỡm ra mối quan hệ giữa việc bố trớ cốt thộp DƢL khụng chỉ với ứng suất phỏp mà cũn với cả ứng suất kộo chớnh do tải trọng gõy ra, đặc biệt là cấu kiện cú nhịp lớn. Điều đú cú thể thực hiện đƣợc bằng cỏch bố trớ thộp DƢL theo nguyờn lý của phƣơng phỏp cõn bằng tải trọng. Nhƣ vậy vơi cấu kiện chịu uốn, nờn bố trớ cốt thộp DƢL theo dạng của biểu đồ mụ men do tải trọng gõy ra.
Trong mặt cắt ngang, cần lƣu ý đến việc bố trớ khoảng cỏch giữa cỏc cốt thộp và lớp bờ tụng bảo vệ. Trong phƣơng phỏp căng trƣớc, cấu tạo tƣơng tự nhƣ với bờ tụng cụt thộp thƣờng. Trong phƣơng phỏp căng sau, nếu cốt thộp DƢL đƣợc đặt trong rónh thỡ chiều dày lớp bờ tụng bảo vệ kể từ mặt ngoài của cấu kiện đến mặt trong rónh lấy khụng nhỏ hơn 20mm và khụng nhỏ hơn đƣờng kớnh rónh, cũn khi đƣờng kớnh rónh lớn hơn 32mm thỡ lấy ớt nhất bằng đƣờng kớnh rónh. Khi trong rónh đặt một số bú hoặc thanh cốt thộp thỡ lớp bảo vệ lấy khụng nhỏ hơn 80mm đối với thành bờn, khụng nhỏ hơn 60mm và nhỏ hơn một nửa chiều rộng rónh đối với cỏc mặt đỏy. Khoảng cỏch giữa cỏc rónh khụng đƣợc nhỏ hơn đƣờng kớnh rónh và khụng nhỏ hơn 50mm, đồng thời phải chọn sao cho việc căng cốt thộp đƣợc dễ dàng, trỏnh phỏ hoại cục bộ khi buụng cốt thộp.
6.4 CÁC CHỈ DẪN VỀ TÍNH TOÁN
Bờ tụng cốt thộp DƢL đƣợc tớnh theo 4 nhúm trạng thỏi giới hạn nhƣ trong chƣơng 3 và nú đƣợc tớnh trong cỏc giai đoạn khỏc nhau: Tớnh trong giai đoạn chế tạo, tớnh trong giai đoạn sử dụng.
Ứng suất trong bờ tụng và cốt thộp của cấu kiện DƢL trong thời gian sử dụng khụng những phụ thuộc vào trị số và tớnh chất của tải trọng ngoài, đặc trƣng hỡnh học của tiết diện, tớnh chất cơ học của vật liệu, mà cũn phụ thuộc vào lực căng cốt thộp và sự nộn bờ tụng.
Khi xỏc định trị số ứng suất trƣớc trong cốt thộp và bờ tụng cần phải tớnh đến cỏc mất mỏt ứng suất do nhiều nguyờn nhõn gõy ra.
6.4.1 Trị số ứng suất trƣớc trong cốt thộp và bờ tụng
Trị số ứng suất trƣớc trong cốt thộp dự ứng lực sẽ gõy ra ứng suất nộn trƣớc trong bờ tụng và cốt thộp thƣờng. Cỏc trị số ứng suất trƣớc này cần xỏc định một cỏch hợp lý để hiệu quả của việc tạo dự ứng lực đƣợc phỏt huy đầy đủ. Cỏc trị số này xem trong mục 6.4.3.
6.4.2 Mất mỏt ứng suất trƣớc trong cốt thộp 6.4.2.1 Tổng mất mỏt ứng suất trƣớc
Thay vỡ phõn tớch chi tiết hơn, cỏc mất mỏt dự ứng suất trong cỏc cấu kiện đƣợc xõy dựng và đƣợc tạo dự ứng lực trong một giai đoạn duy nhất cú thể lấy bằng :
fpT = fpES + fpSR + fpCR + fpR (6.5) Trong cỏc cấu kiện kộo sau :
fpT = fpF + fpA + fpES + fpSR + fpCR + fpR (6.6)
ở đõy :
fpT = tổng mất mỏt (MPa)
fpF = mất mỏt do ma sỏt (MPa)
fpA = mất mỏt do thiết bị neo (MPa)
fpES = mất mỏt do co ngắn đàn hồi (MPa)
fpSR = mất mỏt do co ngút (MPa)
fpCR = mất mỏt do từ biến của bờ tụng (MPa)
fpR = mất mỏt do tự chựng (dóo) của cốt thộp dự ứng lực (MPa)
Đối với cỏc cấu kiện kộo trƣớc; khi dựng Điều 5.9.5.3 để dự tớnh toàn bộ cỏc mất mỏt cần khấu trừ phần mất mỏt do tự chựng thộp xảy ra trƣớc khi truyền lực, fpR1, ra khỏi toàn bộ phần tự chựng thộp.
Đối với cỏc cấu kiện kộo sau, cần xột đến mất mỏt của lực bú thộp đƣợc chỉ rừ bằng cỏc số đọc ỏp lực trờn thiết bị căng kộo.
6.4.2.2 Cỏc mất mỏt ứng suất tức thời
1/ Mất mỏt ứng suất do thiết bị neo
Trong kết cấu kộo sau, khụng phải toàn bộ ứng suất sinh ra bởi lực kớch đều đƣợc truyền vào cấu kiện vỡ cỏc bú cỏp bị trƣợt nhẹ do sự xờ dịch vị trớ của nờm hoặc cỏc chi tiết cơ học khỏc ở trong neo. Tổng biến dạng A của cỏc neo đƣợc giả thiết là gõy ra biến dạng đều trờn chiều dài của một bú cỏp L, gõy ra trong thiết bị neo một mất mỏt ứng suất:
A
pA p
f E
L (6.7)
Trong đú Ep là mụ đun đàn hồi của thộp dự ứng lực. Giỏ trị A dao động trong khoảng từ 3
đến 10 mm và thƣờng đƣợc lấy bằng 6 mm. Đối với cỏc bú cỏp dài, mất mỏt ứng suất do thiết bị neo là tƣơng đối nhỏ, nhƣng đối với cỏc bú cỏp ngắn, giỏ trị này cú thể trở nờn rất cú ý nghĩa.
Theo 22TCN272-05 quy định
Độ lớn của mất mỏt do thiết bị neo phải là trị số lớn hơn số yờu cầu để khống chế ứng suất trong thộp dự ứng lực khi truyền, hoặc số kiến nghị bởi nhà sản xuất neo. Độ lớn của mất mỏt do thiết bị neo giả thiết để thiết kế và dựng để tớnh mất mỏt của thiết bị phải đƣợc chỉ ra trong hồ sơ hợp đồng và kiểm chứng trong khi thi cụng.
2/ Mất mỏt ứng suất do ma sỏt
Khi thi cụng bằng phương phỏp kộo trước, đối với cỏc bú thộp dự ứng lực dẹt, phải xột tới
những mất mỏt cú thể xảy ra ở cỏc thiết bị kẹp.
Khi thi cụng bằng phương phỏp kộo sau, mất mỏt do ma sỏt giữa bú thộp dự ứng lực và ống
1 Kx pF pj f f e (6.8) Trong đú:
fpj = Ứng suất trong thộp dự ứng lực khi kớch (MPa)
x = Chiều dài bú thộp dự ứng lực đo từ đầu kớch đến điểm bất kỳ đang xột (mm)
K = Hệ số ma sỏt lắc (trờn mm của bú thộp)
= Hệ số ma sỏt
= Tổng giỏ trị tuyệt đối của thay đổi gúc của đƣờng cỏp thộp dự ứng lực từ đầu kớch đến điểm đang xột (rad)
e = Cơ số logarit tự nhiờn
Cỏc giỏ trị K và cần đƣợc dựa trờn số liệu thớ nghiệm thực tế. Khi thiếu cỏc số liệu này, cú thể dựng cỏc giỏ trị cho trong bảng 6.1
Bảng 6.1 Trị số K và
Loại thộp Loại ống bọc K
Sợi hay tao
Ống thộp mạ cứng hay nửa cứng 6,6 x 10-7 0,15- 0,25 Vật liệu polyethylene 6,6 x 10-7 0,23 Cỏc ống chuyển hƣớng bằng thộp cứng 6,6 x 10-7 0,25 Thanh cƣờng độ cao Ống thộp mạ 6,6 x 10-7 0,30 3/Mất mỏt ứng suất do co ngắn đàn hồi
Trong cấu kiện kộo trước
Khi cỏc bú cỏp tại đầu cấu kiện dự ứng lực bị cắt, dự ứng lực sẽ đƣợc truyền sang và gõy nộn đối với bờ tụng. Lực nộn đối với bờ tụng làm cấu kiện biến dạng co ngắn. Sự tƣơng thớch biến dạng trong bờ tụng và trong cốt thộp làm giảm độ căng của cốt thộp và do đú gõy ra một mất mỏt ứng suất. Cõn bằng biến dạng trong cốt thộp do số gia ứng suất fpES và biến dạng trong bờ tụng do ứng suất của bờ tụng tại trọng tõm cốt thộp fcgp đƣợc viết nhƣ sau: