CHƯƠNG IV CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ SÀN DỰ ỨNG LỰC
4.1.5. Trình tự tính toán
Trong đồ án này, toàn bộ nội dung thiết kế sàn ứng lực trước được thực hiện dựa vào tiêu chuẩn BS8110-1997.
Đối với kết cấu ứng suất trước, thiết kế theo trạng thái giới hạn về sử dụng SLS (Serviceability limit state), sau đó kiểm tra lại theo trạng thái giới hạn cường độ ULS (Ultimate limit state).
Giới hạn về sử dụng (SLS) bao gồm: Giới hạn về độ vừng (deflection), giới hạn nứt (crack), giới hạn độ bền (durability), giới hạn về rung động (vibration).
Giới hạn về cường độ (ULS) bao gồm: giới hạn về cường độ, giới hạn ổn định, giới hạn chống cháy, giới hạn chống mỏi.
Nguyên tắc thiết kế dựa trên phương pháp cân bằng tải trọng.
Bước 1: Chọn kết cấu sàn và chiều dày sàn Một số kết cấu sàn ƯLT điển hình như sau:
Sàn phẳng có tấm mủ cột Sàn dầm băng (dầm bẹp)
……..
Chiều dày sàn thường lấy theo kinh nghiệm thiết kế như sau:
2
1 1
35 45 hs
L = −
L2(m): chiều dài nhịp dài của ô bản
Bước 2: Xác định hình dạng và các thông số kỹ thuật của cáp Chọn loại cáp sẽ sử dụng với các thông số kỹ thuật kèm theo.
Hỡnh dỏng của cỏp sẽ được đặc trưng bởi độ vừng của cỏp đặt trong sàn và dang đường cong sẽ bố trí (parapol, linear, reverse parapol, …)
Bước 3: Xác định tải trọng tác dụng lên sàn
Bao gồm tĩnh tải (tải trọng bản thân + hoàn thiện), hoạt tải (tải trọng sử dụng).
Bước 4: Lựa chọn sơ đồ bố trí layout:
Bước 5: Xác định tổng tổn hao ứng suất trong cáp Đối với cấu kiện căng sau có các tổn hao sau:
a. Tại thời điểm truyền ứng lực trước (Tổn thất ngắn hạn)
• Do ma sát
• Do biến dạng neo
• Do biến dạng đàn hồi của bê tông
b. Sau khi truyền ứng lực trước (Tổn thất dài hạn)
• Do co ngót của bê tông;
• Do từ biến của bê tông;
• Do chùng ứng suất của cốt thép.
Bước 6: Xác định số lượng cáp và bố trí cáp trong sàn
Xác định số lượng cáp dựa vào phương trình cân bằng tải trọng:
Số sợi cáp: x
n P
= P
Với: P – lực căng để tạo ra moment cân bằng
W 2
8
td nhipL P = h
h : độ treo cáp tại giữa nhịp
Wtd : tải trọng tương đương hướng lên để cân bằng với ngoại lực
2
Wtd 8 giua
nhip
M
= L
Lnhip: chiều dài nhịp tính toán
Px là lực còn lại trong một sợi cáp sau khi các tổn thất xảy ra Bước 7: Tính toán nội lực bằng phương pháp phần tử hữu hạn
Xây dựng mô hình sàn bằng phần mềm SAFE Khai báo các trường hợp tải
Bố trí tendon lên mặt bằng.
Điều chỉnh hình dạng các đường cáp.
Bước 8: Các bước kiểm tra
a. Kiểm tra theo điều kiện sử dụng (độ vừng)
Độ vừng: kiểm tra với toàn bộ tải trọng tỏc dụng lờn sàn.
Độ vồng: kiểm tra ngay sau khi căng (chỉ có tải trọng bản thân và lực căng cáp)
b. Kiểm tra điều kiện về ứng suất (khe nứt)
Theo tiêu chuẩn BS8110-1997, sàn dự ứng lực được chia ra làm 3 cấp độ (xem mục 4.3.4.3 BS8110-1-1997)
Loại 1: Không xuất hiện ứng suất kéo.
Loại 2: Cho phép xuất hiện ứng suất kéo nhưng không vượt quá giá trị giới hạn.
Loại 3: Cho phép xuất hiện vết nứt nhưng có giới hạn vết nứt (song vẫn thừa nhận giả thiết tiết diện không nứt).
Với sàn nhà dân dụng như đồ án đang thực hiện, ta lựa chọn thiết kế sàn loại 3.
+ Giai đoạn truyền ứng suất:
Ứng suất kéo lớn nhất trong sàn không vượt quá
0.36 fci'
Ứng suất nén trong sàn không vượt quá
0.5 fci'
+ Giai đoạn phục vụ:
Ứng suất kéo lớn nhất trong sàn (loại 3) không vượt quá giá trị ft được cho trong bảng sau: (trích dẫn từ Bảng 4.2 Tiêu chuẩn BS8110-1-1997)
Ứng suất nén trong sàn không vượt quá:
0.4 fc'
Lưu ý: Các giá trị giới hạn về ứng suất kéo ở trên có thể được tăng lên khi ta bố trí cốt thép và được quy định như sau (c, 4.3.4.3, BS8110-1- 1997):
Với 1% cốt thép bổ sung, ứng suất kéo có thể tăng lên 4% đối với sàn loại 1, loại 2 và tăng lên 3% đối với sàn loại 3. Tuy nhiên không tăng vượt quá giá trị 0.25fcu.
• Kiểm tra điều kiện ứng suất của sàn ngay sau khi căng: lúc này sàn chỉ chịu tải trọng bản thân.
• Kiểm tra điều kiện ứng suất của sàn khi đưa vào sử dụng: kiểm tra với toàn bộ tải trọng tác dụng lên sàn.
c. Kiểm tra điều kiện về cường độ
Kiểm tra khả năng chịu lực của bê tông đối với lượng moment chênh lệch:
• Nếu bê tông không đủ chịu thì bố trí thép thường cùng tham gia chịu lực.
• Nếu bê tông đã đủ chịu thì thép thường bố trí cấu tạo (φ10s200-300) để giảm ảnh hưởng của co ngót và cố định ống gen cáp.
d. Kiểm tra khả năng chịu cắt của sàn Kiểm tra khả năng chịu lực cắt của bêtông
Nếu bê tông đủ khả năng chịu lực cắt thì bố trí cốt đai theo cấu tạo Nếu không đạt thì tiến hành tính toán cốt đai
e. Kiểm tra ứng suất cục bộ tại neo
Tại vị trí neo ứng suất cục bộ rất lớn, có khả năng suất hiện 2 loại vết nứt sau:
Vết nứt theo phương ngang sau đầu neo;
Vết nứt theo phương đứng sau đầu neo;
Chọn loại neo, kích thước neo ( hs x hd ):
• Kiểm tra vết nứt ngang: kiểm tra tại thời điểm ngay sau khi căng
Ứng suất phân bố đều sau neo:
0 0
S
P σ = SD
Với: P0 : áp lực còn lại tại đầu neo S: khoảng cách giữa các neo Ds: chiều dày sàn
Ứng suất kéo lớn nhất thẳng đứng gây ra vết nứt ngang:
(max) 0(1 d )
y
s
h σ = σ − D
Lực kéo lớn nhất thẳng đứng gây ra vết nứt ngang:
0.25 (10 d )
s
T P h
= − D
Diện tích cốt thép đai:
s an
A T
= R
• Kiểm tra vết nứt đứng:
Ứng suất kéo lớn nhất theo phương ngang gây ra vết nứt đứng:
(max) 0(1 d )
y
s
h σ = σ − D
Ứng suất nén do cáp tác dụng lên bê tông :
0 nen
sg
P σ = A
Ứng suất tổng cộng là: σtot = σnen − σ y m( ax)
Nếu σ >tot 0: ứng suất cuối cùng là ứng suất nén nên sẽ không gây ra vết nứt theo phương thẳng đứng nên chỉ cần bố trí đai gia cường theo cấu tạo.
Nếu σ <tot 0: ứng suất cuối cùng là ứng suất kéo nên tính cốt đai giống như đối với vết nứt ngang.
4.2. Thiết kế sàn dự ứng lực cho tầng điển hình