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 trước trựng với tõm tiết diện
Hỡnh 6.1 : Phõn bố ứng suất trong dầm dự ứng lực đỳng tõm
Lực nộn trước 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 trước
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)
Bài giảng kết cấu bờ tụng cốt thộp 08/2013 www.bmketcau.net
Bộ mụn Kết cấu – Khoa Cụng trỡnh – ĐH GTVT 146
b t y
y ; : khoảng cỏch từ điểm cần tớnh ứng suất đến TTH Ig : Mụ men quỏn tớnh nguyờn của tiết diện
Như vậy, nhờ cú lực nộn trước nờn ứng suất kộo giảm xuống và ứng suất nộn trong tiết diện tăng lờn dưới tỏc dụng của tải trọng.
6.1.2.2. Lực nộn trước khụng trựng với tõm tiết diện
Hỡnh 6.2 : Phõn bố ứng suất trong dầm dự ứng lực lệch tõm
Khi lực dự ứng trước đặt lệch tõm so với tiết diện một đoạn là e thỡ lực nộn trước gõy ra một mụ men uốn cú giỏ trị là Pe. Lỳc này ứng suất tổng cộng tại một tiết diện bất kỳ được tớnh như 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 phương phỏp thi cụng.
6.2.1 Theo vị trớ của lực căng
Theo vị trớ của cốt thộp kộo căng thỡ BTCT DƯL được chia thành + BTCT DƯL căng ngoài (hỡnh 6.3a)
Bài giảng kết cấu bờ tụng cốt thộp 08/2013 www.bmketcau.net
Bộ mụn Kết cấu – Khoa Cụng trỡnh – ĐH GTVT 147
Hỡnh 6.3 : Cấu kiện BTCT DƯL căng ngoài và căng trong
6.2.2 Theo thời điểm căng
Theo thời điểm căng, BTCT DƯL chia thành : + BTCT DƯL căng trước (hỡnh 6.4)
+ BTCT DƯL căng sau (Hỡnh 6.5)
Hỡnh 6.4 : Cỏc bước thi cụng BTCT DƯL kộo trước
Cỏc bước thi cụng: 1. Căng cỏp 2. Đổ bờ tụng 3. Cắt cỏp, truyền ứng suất cho bờ tụng Cỏc bước thi cụng: 1. Đổ bờ tụng 2. Căng cỏp 3. Neo cỏp vào cấu
Bài giảng kết cấu bờ tụng cốt thộp 08/2013 www.bmketcau.net
Bộ mụn Kết cấu – Khoa Cụng trỡnh – ĐH GTVT 148
Hỡnh 6.5 : Cỏc bước thi cụng BTCT DƯL kộo sau
Hỡnh 6.6 : Sàn bờ tụng BTCT DƯL kộo sau (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
6.2.3 Theo hỡnh dạng cỏp dự ứng lực
Theo hỡnh dạng của cỏp dự ứng lực chia thành : + BTCT DƯL cú cỏp DƯL thẳng
+ BTCT DƯL cú cỏp DƯL đặt theo đường cong
6.2.4 Theo mức độ hạn chế ứng suất kộo trong trong bờ tụng Theo độ lớn của lực căng, BTCT DƯL được chia thành : Theo độ lớn của lực căng, BTCT DƯL được chia thành :
+ BTCT DƯL căng toàn phần : Là cấu kiện được thiết kế sao cho khụng xuất hiện ứng suất kộo trong bờ tụng dưới tỏc dụng của tải trọng sử dụng.
+ BTCT DƯL căng một phần : Là cấu kiện được thiết kế cú xuất hiện ứng suất kộo trong bờ tụng dưới 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 DƯL và bờ tụng được chia thành : Theo mức độ dớnh bỏm của thộp DƯL và bờ tụng được chia thành :
+ BTCT DƯL cú cốt thộp dớnh bỏm: Là cấu kiện cốt thộp dự ứng lực cú dớnh bỏm với bờ tụng, cú sự tương thớch về biến dạng của cốt thộp dự ứng lực và bờ tụng ở cỏc thớ liền kề.
+ BTCT DƯL cú cốt thộp khụng dớnh bỏm: Là cấu kiện cốt thộp dự ứng lực khụng dớnh bỏm với bờ tụng, sự tương 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 DƯL 6.3.1.1. Hệ thống tạo lực cho cấu kiện căng trước 6.3.1.1. Hệ thống tạo lực cho cấu kiện căng trước
Bài giảng kết cấu bờ tụng cốt thộp 08/2013 www.bmketcau.net
Bộ mụn Kết cấu – Khoa Cụng trỡnh – ĐH GTVT 149
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 trước, cốt thộp dự ứng lực được neo vào một đầu cố định, đầu cũn lại sẽ được kộo với một lực P. Tiếp đú cỏc loại cốt thộp thường được đặt vào và đổ bờ tụng. Đợi cho bờ tụng đụng cứng và đạt đến cường độ nhất định (thường là 70% giỏ trị cường độ chịu nộn thiết kế của bờ tụng) rồi tiến hành cắt cốt thộp. Lỳc này lực căng trước trong cốt thộp dự ứng lực được truyền sang bờ tụng thụng qua lực dớnh bỏm giữa bờ tụng và cốt thộp.
Bài giảng kết cấu bờ tụng cốt thộp 08/2013 www.bmketcau.net
Bộ mụn Kết cấu – Khoa Cụng trỡnh – ĐH GTVT 150
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 thường dựng
Bài giảng kết cấu bờ tụng cốt thộp 08/2013 www.bmketcau.net
Bộ mụn Kết cấu – Khoa Cụng trỡnh – ĐH GTVT 151
Hỡnh 6.12: Thiết bị neo
6.3.2 Vật liệu dựng trong BTCT DƯL 6.3.2.1. Bờ tụng 6.3.2.1. Bờ tụng
Bờ tụng dựng trong cấu kiện BTCT DƯL thường là bờ tụng nặng và cú cỏc đặc điểm sau : - Cường độ cao để cú thể chịu được 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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong cấu kiện BTCT DƯL cần dựng thộp cú cường độ cao để tạo ra lực căng lớn và thường dựng loại thộp sau :
- Sợi thộp cú cường độ cao cú đường kớnh 2,5 ữ 8mm, bề mặt cú thể cú gờ hoặc khụng. - Sợi cỏp : Gồm nhiều sợi thộp bện xoắn vào nhau. Thường cú 2 loại cỏp là cỏp 3 sợi và cỏp 7 sợi. Cỏp 7 sợi (đường kớnh sợi từ 3 ữ 5mm) sử dụng phổ biến nhất, được 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 được lực căng lớn.
- Thanh thộp : cỏc sợi cỏp cú thể được thay thế bằng cỏc thanh thộp cường độ cao cú đường kớnh từ 10 ữ 32mm.
Bài giảng kết cấu bờ tụng cốt thộp 08/2013 www.bmketcau.net
Bộ mụn Kết cấu – Khoa Cụng trỡnh – ĐH GTVT 152
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 được quy định như 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 DƯL căng sau.
Với thộp dự ứng lực dớnh bỏm, cần phải cú ống gen tạo lỗ đặt cỏp. Ống gen cú thể được chế tạo bằng tụn mạ kẽm hoặc bằng chất dẻo, ống được đặt sẵn trong cấu kiện trước khi đổ bờ tụng, ống phải đảm bảo độ bền, khụng bị hư 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 được 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 thường hoặc xi măng đụng kết nhanh, trộn với nước với tỷ lệ trọng lượng là 0,33 và một số phụ gia như flowcable, pozzolith…trong một số trường hợp cỏ biệt cú thể dựng thờm cỏt mịn cho vữa bơm.
Với cỏp dự ứng lực khụng dớnh bỏm, cỏp được 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 700C,
Bài giảng kết cấu bờ tụng cốt thộp 08/2013 www.bmketcau.net
Bộ mụn Kết cấu – Khoa Cụng trỡnh – ĐH GTVT 153
phải cú đủ độ bền cần thiết để khụng bị hư 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 được 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 DƯL, việc bố trớ cốt thộp DƯL đúng một vai trũ rất quan trọng. Với cấu kiện chịu kộo đỳng tõm, thộp DƯL 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 DƯL phụ thuộc khỏ nhiều vào quỹ đạo của thộp theo trục dầm. Nếu bố trớ cốt thộp tương tự như cấu kiện chịu kộo đỳng tõm, để hạn chế được ứng suất kộo ở thớ dưới của tiết diện, cần tạo ra lực nộn trước lớn, nhưng 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 cường độ cao hơn. Việc bố trớ thộp như vậy là khụng kinh tế. Nếu bố trớ cốt thộp DƯL với độ lệch tõm so với trục cấu kiện cú thể tạo ra ứng suất trước 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 DƯL 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 được bằng cỏch bố trớ thộp DƯL theo nguyờn lý của phương phỏp cõn bằng tải trọng. Như vậy vơi cấu kiện chịu uốn, nờn bố trớ cốt thộp DƯL theo dạng của biểu đồ mụ men do tải trọng gõy ra.
Trong mặt cắt ngang, cần lưu ý đến việc bố trớ khoảng cỏch giữa cỏc cốt thộp và lớp bờ tụng bảo vệ. Trong phương phỏp căng trước, cấu tạo tương tự như với bờ tụng cụt thộp thường. Trong phương phỏp căng sau, nếu cốt thộp DƯL được 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 đường kớnh rónh, cũn khi đường kớnh rónh lớn hơn 32mm thỡ lấy ớt nhất bằng đường 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 được nhỏ hơn đường kớnh rónh và khụng nhỏ hơn 50mm, đồng thời phải chọn sao cho việc căng cốt thộp được dễ dàng, trỏnh phỏ hoại cục bộ khi buụng cốt thộp.
6.4 CÁC CHỈ DẪN VỀ TÍNH TOÁN
Bờ tụng cốt thộp DƯL được tớnh theo 4 nhúm trạng thỏi giới hạn như trong chương 3 và nú được 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 DƯL trong thời gian sử dụng khụng những phụ thuộc vào trị số và tớnh chất của tải trọng ngoài, đặc trưng 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 trước trong cốt thộp và bờ tụng cần phải tớnh đến cỏc mất mỏt ứng suất do nhiều nguyờn nhõn gõy ra.
Bài giảng kết cấu bờ tụng cốt thộp 08/2013 www.bmketcau.net
Bộ mụn Kết cấu – Khoa Cụng trỡnh – ĐH GTVT 154
6.4.1 Trị số ứng suất trước trong cốt thộp và bờ tụng
Trị số ứng suất trước trong cốt thộp dự ứng lực sẽ gõy ra ứng suất nộn trước trong bờ tụng và cốt thộp thường. Cỏc trị số ứng suất trước này cần xỏc định một cỏch hợp lý để hiệu quả của việc tạo dự ứng lực được phỏt huy đầy đủ. Cỏc trị số này xem trong mục 6.4.3.
6.4.2 Mất mỏt ứng suất trước trong cốt thộp 6.4.2.1 Tổng mất mỏt ứng suất trước 6.4.2.1 Tổng mất mỏt ứng suất trước (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thay vỡ phõn tớch chi tiết hơn, cỏc mất mỏt dự ứng suất trong cỏc cấu kiện được xõy dựng và được tạo dự ứng lực trong một giai đoạn duy nhất cú thể lấy bằng :
Trong cỏc cấu kiện kộo trước
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 trước; 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 trước 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 được 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 được truyền vào cấu kiện vỡ cỏc bú cỏp bị trượt 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 được 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
Bài giảng kết cấu bờ tụng cốt thộp 08/2013 www.bmketcau.net
Bộ mụn Kết cấu – Khoa Cụng trỡnh – ĐH GTVT 155
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 thường được lấy bằng 6 mm. Đối với cỏc bú cỏp dài, mất mỏt ứng suất do thiết bị neo là tương đối nhỏ, nhưng 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 được 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
bọc cú thể được tớnh như sau: 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) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});