Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin và các phần mềm tính, toán theo ph-ơng pháp phần tử hữu hạn (PTHH), việc tính toán ngày càng trở nên thuận tiện và chính xác. Ph-ơng pháp PTHH là một công cụ có hiệu lực để giải các bài toán từ đơn giản đến phức tạp trong nhiều lĩnh vực. Thực chất của ph-ơng pháp này là chia vật thể biến dạng thành nhiều phần tử có kích th-ớc hữu hạn gọi là phần tử hữu hạn. Các phần tử này đ-ợc liên kết với nhau bằng các điểm gọi là nút. Các phần tử này vẫn là các phần tử liên tục trong phạm vi của nó, nh-ng do có hình dạng đơn giản nên cho phép nghiên cứu dễ dàng hơn dựa trên cơ sở của một số quy luật về sự phân bố chuyển vị và nội lực. Kết cấu liên tục đ-ợc chia thành một số hữu hạn các miền hoặc các kết cấu con có kích th-ớc càng nhỏ càng tốt nh-ng phải hữu hạn. Các miền hoặc các kết cấu con đ-ợc gọi là các PTHH, chúng có thể có dạng hình học và kích th-ớc khác nhau, tính chất vật liệu đ-ợc giả thiết không thay đổi trong mỗi phần tử nh-ng có thể thay đổi từ phần tử này sang phần tử khác. Kích th-ớc hình học và số l-ợng các phần tử không những phụ thuộc vào hình dáng hình học và tính chất chịu lực của kết cấu (bài toán phẳng hay bài toán không gian, hệ thanh hay hệ tấm vỏ...)
~~
mà còn phụ thuộc vào yêu cầu về mức độ chính xác của bài toán đặt ra. L-ới PTHH càng mau, nghĩa là số l-ợng phần tử càng nhiều hay kích th-ớc của phần tử càng nhỏ thì mức độ chính xác của kết quả tính toán càng tăng, tỷ lệ thuận với số ph-ơng trình phải giải. Các đặc tr-ng của các PTHH đ-ợc phối hợp với nhau để đ-a đến một lời giải tổng thể cho toàn hệ. Ph-ơng trình cân bằng của toàn hệ kết cấu đ-ợc suy ra bằng cách phối hợp các ph-ơng trình cân bằng của các PTHH riêng rẽ sao cho vẫn đảm bảo đ-ợc tính liên tục của toàn bộ kết cấu. Cuối cùng, căn cứ vào điều kiện biên, giải hệ ph-ơng trình cân bằng tổng thể để xác định giá trị của các thành phần chuyển vị. Các thành phần này đ-ợc dùng để tính ứng suất và biến dạng.
2.4 Tính toán thiết kế sàn bê tông ƯLT [4]
2.4.1 Giới thiệu chung
Hệ thống sàn bê tông ứng lực tr-ớc là phù hợp lý t-ởng cho kết cấu nhà nhiều tầng cũng nh- sàn của nhà công nghiệp chịu tải trọng động lớn. Ưu điểm của hệ thống sàn bê tông ứng lực tr-ớc là tiết kiệm chi phí do giảm độ dày sàn, đảm bảo yêu cầu thẩm mỹ, cho phép sử dụng nhịp lớn hơn và giảm thời gian xây dựng do tháo dỡ ván khuôn sớm. Ngoài ra, sử dụng hệ thống sàn bê tông ứng lực tr-ớc cũng hạn chế độ võng và nứt tại tải trọng làm việc. Thi công hệ sàn bê tông ứng lực tr-ớc bằng ph-ơng pháp căng sau đ-ợc sử dụng khá phổ biến do ph-ơng pháp căng sau khá hiệu quả và đơn giản để truyền ứng lực tr-ớc. Các dạng khác nhau của sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau bao gồm: Sàn một ph-ơng trên dầm. Sàn phẳng. Sàn với dầm bẹt rộng. Sàn phẳng với mũ cột. Sàn ô cờ.
Sàn hai ph-ơng trên dầm.
Trên quan điểm tính toán thiết kế, ng-ời ta phân ra các dạng tính toán sàn một ph-ơng, sàn hai ph-ơng và sàn phẳng.
~~
Tính toán sàn phẳng ƯLT căng sau theo các tiêu chuẩn khác nhau có thể đ-a ra các b-ớc tính toán khác nhau nh-ng đều dựa trên quan điểm thiết kế đã trình bày ở trên. Tuy nhiên việc đ-a ra một qui trình tính toán hợp lý và khoa học sẽ giúp cho ng-ời thiết kế có thể thuận tiện, dễ dàng hơn trong thao tác, tránh đ-ợc những nhầm lẫn và thiếu sót trong thiết kế. D-ới đây trình bày một qui trình thiết kế chung nhất cho sàn phẳng ƯLT căng sau .
B-ớc 1: Tính toán sơ bộ chiều dày sàn.
B-ớc 2: Kiểm tra sơ bộ điều kiện chọc thủng. B-ớc 3: Xác định tải trọng cân bằng.
B-ớc 4: Cơ sở chọn hình dạng cáp. B-ớc 5: Xác định độ lệch tâm max. B-ớc 6: Xác định dạng cáp ƯLT.
B-ớc 7: Ước tính tổn hao ứng suất và tính toán độ dãn dài của cáp. B-ớc 8: Xác định số l-ợng và phân bố của cáp.
B-ớc 9: Xác định đặc tr-ng của khung t-ơng đ-ơng.
B-ớc 10: Phân tích khung t-ơng đ-ơng d-ới các tr-ờng hợp tải trọng. B-ớc 11: Kiểm tra ứng suất d-ới các tr-ờng hợp tải trọng.
B-ớc 12: Kiểm tra yêu cầu c-ờng độ chịu uốn. B-ớc 13: Kiểm tra yêu cầu chịu cắt.
B-ớc 14: Tính toán độ võng.
2.5 Yêu cầu kỹ thuật khi thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau có bám
dính
Thi công sàn ứng lực tr-ớc căng sau th-ờng đ-ợc tiến hành theo các b-ớc sau [13]
1. Lắp đặt cốp pha sàn
2. Lắp đặt cốp pha thành
~~
4. Lắp đặt cốt thép lớp d-ới
5. Lắp đặt cốt thép gia c-ờng
6. Lắp đặt cốt thép ứng lực tr-ớc (ống gen)
7. Lắp đặt cốt thép lớp trên
8. Đổ và bảo d-ỡng bê tông
9. Tháo cốp pha thành và hộp tạo hốc neo
10.Thí nghiệm mẫu bê tông để kiểm tra c-ờng độ bê tông yêu cầu tr-ớc khi kéo
căng
11.Luồn thép ứng lực tr-ớc (Nếu b-ớc 6 chỉ lắp đặt ống gen)
12.Kéo căng thép ứng lực tr-ớc
13.Tháo dỡ cốp pha và chống lại nếu yêu cầu.
14.Cắt bỏ đầu cáp thừa
15.Thực hiện công tác chông gỉ đầu neo, lắp đặt đầu chụp bôi mỡ
16.Bịt đầu neo
17.Bơm vữa
Trong thi công sàn ứng lực tr-ớc căng sau phải tuân thủ tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu kết cấu bê tông ứng lực tr-ớc. Ngoài ra các vấn đề sau cần đặc biệt quan tâm:
2.5.1 Bảo quản vật liệu
Tất cả vật liệu ứng lực tr-ớc phải đ-ợc vận chuyển và l-u giữ cẩn thận trong kho có mái che tránh xa những chất hóa học có thể ăn mòn cũng nh- tránh độ ẩm quá cao. Đặc biệt quan tâm bảo vệ lớp vỏ bọc trong tr-ờng hợp dùng cáp không bám dính.
Nêm neo và đế neo phải đ-ợc bảo quản tránh gỉ sét, bẩn hoặc dính dầu. Gỉ sét trên răng của nêm neo hoặc trên đế neo sẽ làm giảm độ bám của neo trên cáp.
Thép ứng lực tr-ớc phải đ-ợc bảo vệ khỏi gỉ sét, và các hóa chất nh- Clo, Nitrate, sul phát, axít và những chất sinh ra hydro. Lớp dầu mỡ trong thép ứng lực tr-ớc có vỏ bọc giúp bảo vệ khỏi các tác nhân ăn mòn, vì vậy phải cẩn thận trong quá trình vận chuyển tránh làm hỏng lớp vỏ bảo vệ. Lớp vỏ bảo vệ cũng có thể bị hỏng trong quá trình đầm bê tông. Lớp vỏ bọc ở đầu neo phải đ-ợc cắt bỏ để lắp nêm neo. Thép
~~
ứng lực tr-ớc trong vùng này không đ-ợc bảo vệ nh- những phần khác vì vậy phần đầu neo phải đ-ợc bảo vệ khỏi gỉ sét bằng đầu chụp.
Thép ứng lực tr-ớc khi gia công đ-ợc đánh dấu về chủng loại, số l-ợng, vị trí sẽ đ-ợc lắp đặt trên công tr-ờng.
Thép ứng lực tr-ớc th-ờng đ-ợc chuyển đến công tr-ờng trong các cuộn. Phải đặc biệt l-u ý trong khi tháo dỡ tránh bung ra không kiểm soát đ-ợc dễ gây tai nạn.
Ống gen dùng trong thép ứng lực tr-ớc có bám dính th-ờng không đ-ợc cứng và
dễ bị h- hại do tác động cơ học. Ống gen bị thủng hoặc rách phải đ-ợc bịt kín khi
lắp đặt, nếu để cho vữa xi măng chảy vào ống gen trong quá trình đổ bê tông sẽ gây
trở ngại cho việc kéo căng. Ống gen di chuyển nhiều dễ gây ra h- hỏng. Đầu hở của
ống gen phải đ-ợc che đậy tránh việc n-ớc m-a hay những chất khác chảy vào ống gen. N-ớc trong ống gen và các chất khác làm giảm hiệu quả của vữa bơm làm ảnh h-ởng đến thép ứng lực tr-ớc.
Đầu neo, neo, thép ứng lực tr-ớc và ống gen nên đ-ợc cất giữ theo thứ tự sử dụng tránh việc phải di chuyển nhiều các vật liệu này dễ gây ra h- hỏng .
Tất cả thiết bị kéo căng phải đ-ợc vệ sinh sạch sẽ và để ở nơi khô giáo khi vận hành. Độ chính xác của thiết bị có thể ảnh h-ởng nếu bảo d-ỡng và sửa chữa trên công tr-ờng.
2.5.2 Lắp đặt cáp ứng lực tr-ớc
Để tránh việc phân bổ trách nhiệm và chậm tiến độ, chỉ một đội thi công chịu trách nhiệm lắp đặt thép ứng lực tr-ớc và neo. Những công việc lắp đặt, kéo căng, cắt đầu thừa thép ứng lực tr-ớc và bơm vữa phải đ-ợc giám sát chặt chẽ.
Đội lắp đặt thép ứng lực tr-ớc phải đọc bản vẽ và các tài liệu liên quan tr-ớc khi tiến hành công việc trên công tr-ờng. Cần chuẩn bị quy trình thi công và tổ chức phối hợp với các đơn vị thi công khác.
Lỗ chờ trên ván khuôn thành phải chính xác để cho đầu neo kéo đ-ợc lắp đặt đúng vị trí cần đặt. Đầu neo kéo nên để thành hình vuông trừ phi có yêu cầu khác. Đầu neo kéo phải đ-ợc lắp đặt chắc chắn tránh chuyển dịch trong quá trình đổ bê tông. Không đ-ợc để bê tông chảy vào trong đầu neo trong quá trình đổ. Đầu neo
~~
chết phải đ-ợc buộc chặt trên con kê đảm bảo chiều dày bảo vệ và không đ-ợc nối vào cốp pha thành.
Cốp pha tạo lỗ phải chắc chắn, không tạo lỗ hở và không bị xê dịch trong quá trình đổ bê tông. Cốp pha nhựa giãn nở th-ờng khó khi tháo dỡ sau đổ bê tông. Đốt hoặc dùng hóa chất để vệ sinh sẽ tạo ra vết bẩn ở bê tông và gây khó khăn cho việc bịt đầu neo.
Lắp giàn giáo phải tránh đầu neo kéo căng sao cho có thể tiến hành các b-ớc kế
tiếp (lắp nêm neo, kéo căng…) một cách dễ dàng.
Đối với cáp bám dính, cáp có thể đ-ợc luồn vào ống gen tr-ớc hoặc sau khi đổ bê tông, tuy nhiên phải đảm bảo là trong ống gen không bị tắc nghẽn và chuyển vị trong quá trình đổ bê tông.
Điều quan trong là chỗ nối giữa các ống gen phải kín khít. Nếu để n-ớc lọt vào ống gen sẽ gây gỉ sét cáp và còn nghiêm trọng hơn nếu vữa xi măng chảy vào trong quá trình đổ bê tông sẽ gây ra tắc ống và không kéo căng đ-ợc. Việc sửa chữa trong tr-ờng hợp này chỉ có thể là đục phá bê tông ở vị trí này và đổ lại bê tông rất mất thời gian và tốn kém.
Đầu cáp kéo căng phải đủ dài và phù hợp với thiết bị để kéo căng.
Sau khi lắp đặt cáp có vỏ bọc vào vị trí, lớp vỏ nhựa ở cuối phải đ-ợc tháo bỏ và luồn qua đầu neo. Phần cáp không vỏ bọc sau đầu neo không đ-ợc lớn hơn 25mm. ống cách n-ớc phải đ-ợc bọc ở vị trí này để đảm bảo không có phần cáp đã bị tháo bỏ vỏ bọc phía sau đầu neo. Việc này tránh bám dính của cáp vào bê tông sau khi đổ.
Các bó cáp đ-ợc đỡ bằng những con kê hoặc thanh thép và đ-ợc cố định chặt theo cao độ của thiết kế tránh di chuyển trong khi đổ bê tông. Khoảng cách trung bình của các con kê là 1mét. L-u ý các con kê phải vững vàng và tránh làm lớp vỏ bọc bị h- hại trong quá trình lắp đặt.
Sự sai lệch của bó cáp theo ph-ơng ngang phải nhỏ nhất vì sai lệch theo ph-ơng ngang sẽ gây ra mất lực kéo do tăng ma sát giữa ống gen và cáp. Việc này sẽ tạo ra phá hoại cục bộ nếu thép gia c-ờng đầu neo không đ-ợc đặt đúng .
~~
Để đảm bảo cáp có lực kéo và làm việc theo nh- ý định của thiết kế, cao độ cao nhất và thấp nhất phải đ-ợc đặt chính xác. Sự sai lệch giữa cao độ max và min của tuyến cáp phải nằm trong giới hạn cho phép. Nếu không có quy định nào khác trong thiết kế thì sai lệch cho phép theo ph-ơng thẳng đứng của tuyến cáp kéo căng so với vị trí thiết kế có thể tham khảo bảng 1.
Bảng 2.1 Giới hạn sai số theo ph-ơng thẳng đứng của tuyến cáp [13]
Chiều dày sàn Sai số cho phép
Đến 200 mm ± 6mm
200mm- 600mm ± 10mm
2.5.3 Đổ bê tông
Quá trình đổ bê tông ứng lực tr-ớc đ-ợc tiến hành nh- việc đổ bê tông th-ờng tuy nhiên phải l-u ý các điều sau:
Ống gen hoặc lớp vỏ bọc cáp có thể bị h- hại trong quá trình đổ bê tông sẽ tạo ra
vấn đề trong kéo căng và bơm vữa.
Cáp và đầu neo không đ-ợc xê dịch trong lúc đổ bê tông. Đầm bê tông và ống
bơm bê tông không đ-ợc tiếp xúc với bó cáp.
Bê tông vùng sau và quanh đầu neo phải đ-ợc đầm ngay sau khi bê tông đ-ợc đổ
ra.
Ván khuôn thành phải đ-ợc tháo dỡ sớm sau khi bê tông đã đông cứng. Việc này
giúp cho việc tháo cốp pha tạo lỗ dễ dàng.
Bê tông phải đ-ợc bảo d-ỡng và bảo vệ tránh bị h- hỏng do môi tr-ờng và các
thiết bị thi công trên công tr-ờng, đặc biệt quan tâm tránh các vết nứt do co ngót bê tông.
Trong sàn ứng lực tr-ớc kéo căng sau, mẫu bê tông th-ờng đ-ợc nén sau 3 ngày khi kéo căng 1 phần hoặc toàn phần. Mẫu bê tông phải lấy và bảo d-ỡng theo tiêu chuẩn. Thông th-ờng bê tông phải đạt tối thiểu 15N/mm2 và 25N/mm2 cho việc kéo căng 50% và 100% lực kéo tối đa.
~~
Kéo căng là việc chính và quan trọng nhất trong thi công sàn ứng lực tr-ớc. Nó chứa đựng một số rủi ro và có thể xuất hiện nguy hiểm khi thi công sai. Vì lý do đó, mục này đ-ợc đề cập chi tiết hơn.
Trong điều kiện khí hậu quá lạnh, lớp mỡ bên trong cáp có vỏ bọc có thể trở nên cứng lại và làm cho độ giãn dài không đạt. Trong điều kiện này, nên đợi đến thời tiết ấm hơn. Nếu điều kiện khí hậu quá lạnh có thể dự đoán đ-ợc, thì nên yêu cầu đơn vị cung cấp cáp có độ nhớt cao hơn.
Trong điều kiện khí hậu nóng, lớp mỡ bên trong cáp có vỏ bọc làm giảm bớt độ nhớt dẫn đến lực kéo lớn và độ giãn dài nhiều hơn.
2.5.4.1 An toàn khi kéo cáp
Tất cả các thiết bị phải đ-ợc kiểm tra bảo đảm hoạt động bình th-ờng và hiệu chỉnh chính xác. Dây thủy lực và các mối nối phải đ-ợc kiểm tra th-ờng xuyên để tránh rò rỉ.
Kéo cáp là quá trình căng với lực cao, quá trình này có thể gây ra tai nạn. Vì vậy một vài biện pháp bảo hộ nh- tấm bảng hoặc bao cát nên đ-ợc đặt thẳng hàng với kích để che chắn các vật bị bay ra trong tr-ờng hợp có sự cố. Chỉ những ng-ời đ-ợc đào tạo mới có thể ở trong khu vực kéo căng.
Khi kéo căng trên cao, kích đ-ợc buộc lại tránh rơi xuống d-ới trong tr-ờng hợp cáp bị đứt.
Tr-ớc khi kéo căng, phải tiến hành kiểm tra bê tông trong hốc neo và gần với đế neo có kém chất l-ợng hoặc nứt, rỗ không. Nếu bê tông bị khuyết tật hoặc có hiện