Thiết bị căng sau

Phương phỏp căng sau bao gồm cỏc thiết bị sau:

 Sàn đỳc (castingbed).

 Vỏn khuụn (mould).

 Ống cỏp (duct).

 Đầu neo (anchorage device).

 Kớch căng (jack).

 Thiết bị nối cỏp (coupler).

 Thiết bị bơm vữa chốn (grouting equipment).

Chương 3 CÁC CHỈ DẪN TÍNH TOÁN CƠ BẢN 3.1. Mở đầu

Giống như cấu kiện bờ tụng cốt thộp thường, cấu kiện bờ tụng cốt thộp ứng lực trước cần phải được tớnh toỏn theo hai nhúm trạng thỏi giới hạn. Khi tớnh cấu kiện

bờ tụng cốt thộp ứng lực trước theo nhúm trạng thỏi giới hạn thứ nhất ngoài việc tớnh theo cường độ, theo ổn định (nếu cú khả năng mất ổn định), theo độ mỏi (nếu

chịu tải trọng động), cũn cần phải tớnh toỏn kiểm tra khi buụng cốt thộp trong giai đoạn chế tạo và cường độ chịu nộn cục bộ của bờ tụng dưới cỏc thiết bị neo. Tớnh

toỏn theo nhúm trạng thỏi giới hạn thứ hai bao gồm tớnh toỏn kiểm tra khả năng

chống nứt và biến dạng của cấu kiện. Việc tớnh toỏn theo hai nhúm trạng thỏi giới

hạn để cú liờn quan mật thiết đến trị số ứng suất trong cốt thộp và trong bờ tụng, cũng như cỏc hao tổn ứng suất trong quỏ trỡnh chế tạo và sử dụng cấu kiện.

 Đường cong tải trong và biến dạng (P - ) của dầm bờ tụng cốt thộp ứng lực trước

 Cỏc nội dung tớnh toỏn cơ bản

Theo tiờu chuẩn TCXDVN: 356 - 2005, cấu kiện bờ tụng cốt thộp ứng lực trước

cần được tớnh toỏn theo 2 nhúm trạng thỏi giới hạn:

 Nhúm trạng thỏi giới hạn I: Khả năng chịu lực.

 Nhúm trạng thỏi giới hạn II: Điều kiện làm việc bỡnh thường.

 Theo tiờu chuẩn ACI 318 (Mỹ), cấu kiện bờ tụng cốt thộp ứng lực trước cần được tớnh toỏn theo 3 trạng thỏi:

 Giai đoạn nộn trước (prestress transfer) tương ứng với giai đoạn vừa buụng

cỏp.

 Giai đoạn làm việc bỡnh thường (service load state - SLS), tương ứng với

phạm vi thay đổi của tải trọng gõy uốn: Po≤ P ≤ Pser

 Trạng thỏi giới hạn về độ bền (ultimate load state - ULS), tương ứng với tải

trọng gõy uốn tới hạn (tải phỏ hoại): P = Pu

3.2. Trị số ứng suất trong cốt thộp và trong bờ tụng

Trị số ứng lực trước cơ bản của cốt thộp ứng lực trước là trị số giới hạn ovà

’otrong cốt thộp căng trước FHvà F’H (FHvà F’Htương ứng được đặt trong miền

kộo và nộn của cấu kiện). Trị số này được chọn theo qui định của qui phạm. Khi căng cốt thộp bằngphương phỏp cơ học:

 Đối với thộp thanh:

(3.1)

 Đối với sợi thộp cường độ cao:

(3.2)

Ngoài ra, để đo kiểm tra ứng suất trong cốt thộp ứng lực trước thời điểm kết

thỳc việc căng trờn bệ, hoặc tại vị trớ đặt lực căng khi căng cốt thộp trờn bờ tụng,

người ta đa vào khỏi niệm ứng suất khống chế.

 Khi căng cốt thộp trờn bệ:

Trị số ứng suất khống chế lấy bằng trị số ovà ’osau khi đó kể đến cỏc hao tổn ứng suất do biến dạng của neo (neo) và của ma sỏt (ms).

HK=o-neo-ms; ’o=’o-’neo-’ms’ (3.3)

Khi căng trờnbờ tụng:

(3.4)

+bHvà’bH- Ứng suất trước trong bờ tụngở ngang mức trọng tõm cốt thộp FH

vàF’H(cú kể đến cỏc hao tổn ứng lực trước khi ộp bờ tụng); + nH-Tỉ số giữa mụđun đàn hồi của cốt thộp căng E

Hvà mụđun đàn hồi của bờ tụng Eb. nH= EH/EB.

Trong thực tế, do sai số của cỏc dụng cụ đo, do nhiều nguyờn nhõn ch a được xột đến một cỏch chớnh xỏc trong lỳc tớnh toỏn... Để xột đến điều đú, người ta đa vào hệ số độ chớnh xỏc khi căng cốt thộp m

t.

Lấy mtbằng 0,9hoặc bằng 1,1 nếu việc giảm hoặc tăng ứng suất trong cốt thộp

là bất lợi đối với kết cấu. Lấy mtbằng 1 khi tớnh toỏn cỏc hao tổn ứng lực trước

trong cốt thộp và khi tớnh toỏn theo sự mở rộng khe nứt, cũng nhưkhi tớnh theo biến

dạng.

Đối với bờ tụngđể biến dạng từ biến và hao tổn ứng suất trong cốt thộp khụng

quỏ lớn, qui phạm qui định tỉ số giữa ứng suất nộn trước s

bHtrong bờ tụng vàcường độ khối vuụng R

ocủabờ tụng lỳc buụng cốt thộp khụng được lớn hơn trị số giới hạn

cho trong bảng3.1.

Cường độ khối vuụng R

ocủa bờ tụng lỳc buụng cốt thộp nờn lấy khụng nh ỏ hơn

0,8 lần cường độ khối vuụng thiết kế, và khụng nhỏ hơn 140 kG/cm2, cũn khi dựng cốt thộp thanh loại AT-VI và dõy cỏp thỡ khụngđược lấy nhỏ hơn 200 kG/cm2.

Bảng 3.1. Trị số giới hạn của tỉ số bH/Ro

3.3. Sự hao ứng suất trongkết cấu bờ tụng cốt thộp ứng lực trước

3.3.1. Định nghĩa

Sau một thời gian, do rất nhiều nguyờn nhõn khỏc nhau,ứng lực trước trong cốt

thộp bị giảm đi (thậm chớ bị triệt tiờu và hiệu quả của ứng lực trước hoàn toàn biến

mất).Hiện tượng này được gọi là “tổn hao ứng suất ”.

Do đú việc đỏnh giỏ đầy đủ chớnh xỏc cỏc nguyờn nhõn gõy hao tổn ứng suất

Trạng thỏi ứng suất của

tiết diện Phươngphỏp căng

Tỉ sốbH/Ro khi nộn Đỳng tõm Lệch tõm Ứng suất nộn tăng khi ngoại lực tỏcdụng Căng trước Căng sau 0,50 0,45 0,55 0,50

Ứng suất nộn giảm khi

ngoại lực tỏc dụng Căng trước Căng sau 0,65 0,55 0,75 0,65

Hỡnh 3.2. Tổn hao ứng suất trong kết cấu bờ tụng cốt thộp ứng lực trước

3.3.2. Phõn loại

Căn cứ vào nguyờn nhõn gõy hao tổn ứng suất, ngườita chiaứng suất hao trong

cốt thộp ứng lực trước ra thành cỏc loại cơ bản dước đõy.

Bảng 3.2. Phõn loại cỏc tổn hao ứng suất

Stt Phương phỏp căng trước Phương phỏp căng sau

1 Do biến dạng đàn hồi của bờ tụng

Nếu cỏc sợi cỏp được căng của bờ

tụng đồng thời thỡ khụng xảy ra hao ứng suất do biến dạng đàn hồi. Nếu

cỏc sợi cỏp được căng lần lượt thỡ sẽ

xảy ra hao ứng suất do biến dạng đàn hồi của bờ tụng

2 Do chựngứng suất trong thộp Do chựngứng suất trong thộp

3 Do co ngút của bờ tụng Do co ngút của bờ tụng

4 Do từ biến nhanh ban đầu của bờ tụng Do từ biến nhanh ban đầu của bờ tụng 5 Khụng tồn tại Do ma sỏt của cốt thộp với thànhống

6 Khụng tồn tại Do biến dạng của neo và sự ộp sỏt cỏc

tấm đệm 7 Do chờnh lệch nhiệt độ giữa cốt thộp và thiết bị căng Do chờnh lệch nhiệt độ giữa cốt thộp và thiết bị căng 8 Bờ tụng bị cốt thộp vũng, hoặc cốt thộp xoắn ốc ộp lừm xuống Bờ tụng bị cốt thộp vũng, hoặc cốt thộp xoắn ốc ộp lừm xuống

1) Do tớnh chựngứng suất của cốt thộp

Hiện tượng chựngứng suất là hiện t ợng ứng suất ban đầu trong cốt thộp ứng lực trướcgiảm bớt theo thời gian trong khi chiều dài của cốt thộp vẫn giữ nguyờn khụng

đổi.

Khi căng bằng phương phỏp cơ học, ứng suất hao (kG/cm2) được tớnh theo cụng thức sau:

Đối với sợi thộp cường độ cao:

(3.5)

Đối với cốt thộp thanh:

(3.6)

Trị số otớnh bằng kG/cm2và khụng kể đến cỏc hao tổn ứng suất. Khi tớnh ch’

nếu ra kết quả õm, thỡ xem như ch= 0.

2) Do sự chờnh lệch nhiệt độ giữa cốt thộp và thiết bị căng (nh)

Ứng suất hao nhxảy ra khi bờ tụngđụng cứng trong điều kiệnđược dưỡng hộ

nhiệtvà đượctớnh theo (3.7): nh= 12,5t (3.7)

Trong đút - sự chờnh lệch nhiệt độ giữa cốt thộp và bệ căng tớnh bằng độ bỏch phõn. Khi khụng đủ số liệu chớnh xỏc cú thể lấyt bằng 65oC.

3) Do sự biến dạng của neo và sự ộp sỏt cỏc tấm đệm (neo)

(3.8)

Trong đú: + L - chiều dài của cốt thộp căng, tớnh bằng mm (trong phươngphỏp

căng trước là khoảng cỏch giữa hai bệ căng, trong phương phỏp căng sau là chiều

dài của cốt thộp nằm trong cấu kiện);

+- tổng số biến dạng của bản thõn neo, của khe hở tại neo, của sự ộp

sỏt cỏc tấm đệm… lấy  theo số liệu thực nghiệm. Khi khụng cú số liệu thực

nghiệm cú thể lấy= 2mm cho mỗi đầu neo.

4) Do sự ma sỏt của cốt thộp với thànhống (ms)

Trong đú:

 e làcơ số lụgarit tự nhiờn;

 k -hệ số xột đến sự chờnh lệch vị trớ đặt ống so với vị trớ thiết kế (bảng 3.3);

 x -chiều dài đoạn ống (tớnh bằng m) kể từ thiết bị căng đầy gần nhất tới tiết

diện tớnh toỏn;

 -hệ số ma sỏt giữa cốt thộp và thànhống (bảng3.3);

 -tổng gúc quay của trục cốt thộp, tớnh bằng radian.

Trongphương phỏp căng trước, nếu cú thiết bị gỏ lắp đặc biệt để tạo độ cong,

thỡmstớnh theo cụng thức trờn với x =0 và = 0,25. Bảng 3.3. Hệ số k vàđể xỏc định sự hao ứng suất ma sỏt Loại ống rónh Trị số k Trị số khi cốt thộp là Bú sợi thộp Thanh cú gờ Ống cú bề mặt kim loại 0,003 0,35 0,40 Ống với bề mặt bờ tụng -Tạo nờn bằng lừi cứng -Tạo nờn bằng lừi mềm 0 0,0015 0,55 0,55 0,65 0,65

5) Do từ biến nhanh ban đầu củabờ tụng (tbn)

Trongphương phỏp căng trước,ứng suất hao này xảy ra ngay sau khi buụng cốt thộp để ộpbờ tụng. Đối với bờ tụng khụ cứng tự nhiờn:

(3.10)

(3.11)

Vớia và b là hệ số phụ thuộc vào mỏc bờ tụng, vớibờ tụng mỏc khụng nhỏ hơn

30 thỡ a =0,6 và b =1,5;bHcú kể đến cỏc ứng suất hao:ch’; neovàms.

6) Do co ngút của bờ tụng (co)

Đối vớibờ tụng nặng, đụng cứng tự nhiờn, trị sốcolấy theo bảng 3.4.

Bảng 3.4. Sự hao ứng suất cotrong cốt thộp do co ngút củabờ tụng, kG/cm2

Mỏc bờ tụng

Phương phỏp căng

Căng trước Căng sau

≥M40 400 300

M50 500 350

Trong phương phỏp căng sau, co cú trị số bộ hơn là vỡ trước khi buụng cốt

thộp, bờ tụng đó co ngút được một phần. Biến dạng co ngút này khụng ảnh hưởng đến sự hao ứng suất trong cốt thộp.

7) Do từ biến củabờ tụng (bt)

Hao tổn do từ biến của bờ tụng xảy ra sau một qỳa trỡnh chịu nộn lõu dài. Đối

với bờ tụng nặng

(3.12)

(3.13) Trong đúk=1 đối với bờ tụngđụng cứng tự nhiờn, k=0,85 đối với bờ tụng dưỡng hộ nhiệt;trị số bHđược lấy bằngbHkhi tớnhứng suất hao do từ biến nhanh.

8) Bờ tụng bị cốt thộp vũng, hoặc cốt thộp xoắn ốc ộp lừm xuống (el)

Cỏc cốt thộp ứng lực trước ộp lừm mặt bờ tụng xuống, do đú đường kớnh vũng thộp giảm đi, gõy ra sự hao ứng suất.

Nếu đường kớnh của cấu kiện <3 m, ứng suất hao lấy bằngel= 300 kG/cm2. Nếu đường kớnh của cấu kiện>3m,ứng suất này khụng đỏng kể, cú thể bỏ qua.

Ngoài cỏcứng suất hao cơ bản trờn đõy, trong một số trường hợp cũn cần phải

kể đến cỏc ứng suất hao do biến dạng của khuụn thộp. Do độ ộp sỏt cỏc khối lắp

ghộp, do kết cấu chịu tải trọng rung động …

Cỏc ứng suất hao được chia thành hai nhúm: Ứng suất hao xảy ra trong quỏ

trỡnh chế tạo cấu kiện cũng như khi ộp bờ tụng h1và ứng suất hao xảy ra sau khi

kết thỳc ộp bờ tụngh2.

 Trongphương phỏp căng trước:

h1=ch+nh+neo+ ms+tbn; (3.14)

h2=co+tb  Trongphương phỏp căng sau:

h1 neo  ms; (3.15)

h2chcotbel

 Trong khi tớnh toỏn, tổng cỏc ứng suất hao tổn: h= h1+ h2phải lấy ớt nhất

Khi thiết kế cỏc cấu kiện bờ tụngứng lực trước, người ta t hường giả thiết tổng

tổn hao ứng suất bằng một tỷ lệ phần trăm của ứng suất ban đầu. Vỡ haoứng suất

phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tớnh chất của bờ tụng và thộp, phương phỏp bảo dưỡng, độ lớn của ứng lực trước và phương phỏp ứng lực trước nờn rất khú xỏc định

chớnh xỏc tổng tổn hao ứng suất. Cú thể đưa ra một tỷ lệ điển hỡnh của tổng tổn hao ứng suất trong điều kiện làm việc bỡnh thường như sau:

Bảng 3.5. Tỷ lệ hao ứng suất

Loại hao ứng suất

Tỷ lệ hao ứng suất Phương phỏp căng trước Phương phỏp căng sau Do co ngút đàn hồi và uốn của bờ tụng 4 1 Do từ biến của bờ tụng 6 5 Do co ngút của bờ tụng 7 6 Do chựng ứng suất trong thộp 8 8 Tổng cộng 25 20

3.4. Tớnh toỏn chịu kộo trung tõm

3.4.1. Cỏc giai đoạn của trạng thỏi ứng suất

a. Cấu kiện căng trước

Đặc điểm cần chỳ ýcủa trạng thỏi ứng suất-biến dạng trong cấu kiện ứng lực trước chịu kộo trung tõm là giai đoạn I. Giai đoạn II và III như cấu kiện chịu kộo trung tõm thụng thường (Hỡnh 3.3.a).

-Giai đoạn I1:

Cốt thộp đặt vào khuụn nhưng chưa căng, ứng suất trong cốt thộp bằng khụng.

-Giai đoạn I2:

Cốt thộp được căng tới ứng suất khống chế rồi cố định vào bệ, đổ bờ tụng.

HK=0 -neo-ms

-Giai đoạn I3: Trước khi bờ tụng đạt tới cường độ Ro, do hiện tượng chựngứng

suất trong cốt thộp, do chờnh lệch nhiệt độ giữa cốt thộp và thiết bị căng, sẽ xảy ra

cỏcứng suất hao làm giảm ứng suất khống chế HKtrong cốt thộp ứng lực trước.

H=HK-ch-nh

- Giai đoạn I4: Khi bờ tụng đạt cường độ RO thỡ buụng cốt thộp để ộp bờ tụng. Lỳc này phỏt sinh biến dạng từ biến nhanh ban đầu và xảy ra ứng xuất hao tbn. Do

đú ứng suất haoh1đạt giỏ trị lớn nhất:

Ở giaiđoạn này,ứng suất trong cốt thộp ứng lực trước bằng:

H=o-h1- nHb

a) Cấu kiện căng trước, b) Cấu kiện căng sau.

Hỡnh 3.3. Cỏc trạng thỏi ứng suất của cấu kiện ứng lực trước chịu kộo trung tõm Ứng suất nộn trước trong bờ tụng được tớnh theo cụng thức:

(13)

Trong đú:N01-lực nộn khi bắt đầu buụng cốt thộp.

Fqd-diện tớch bờ tụng quy đổi.

Với: N01= (0-h1) FH-tbnFa

Fqd=Fb + naFa+ nHFHvà na=Ea/Eb; nH=EH/Eb

Do đú ứng suất hao tổng cộng h=h1+h2vàứng suất trong cốt thộp ứng lực trướcbằng:

H=o-h - nHb1

-Giai đoạn I6: Tải trọng tỏc dụng gõy thờmứng suất kộo trong cốt thộp ứng lực trước. Khi ứng suất nộn trước trong bờ tụng bị triệt tiờu thỡ ứng suất trong cốt thộp

bằng:

H=0 -h

- Giai đoạn Ia: Tải trọng tăng lờn cho đến khi ứng suất kộo trong bờ tụng đạt trị

số RK’, khi cấu kiện sắp sửa bị nứt ứng suất trong cốt thộp ứng lực trước sẽ là:

H=o-h+ 2nHRK’

-Giai đoạn II: Giai đoạn xuất hiện khe nứt. Lỳc này toàn bộ lực kộo do cốt thộp

chịu. ứng suất kộo trong cốt thộp ứng lực trước tăng lờn hoàn toàn giống như sự tăng ứng suất trong cấu kiện thụng thường khụng cú ứng lực trước.

- Giai đoạn III: Giai đoạn phỏ hoại. Khe nứt mở rộng. Ứng suất trong cốt thộp đạt tới cường độ giới hạn và xảy ra sự phỏ hoại.

Qua phõn tớch cỏc giai đoạn núi trờn của trạng thỏi ứng suất, cú thể thấy việc