BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC CĂNG TRONG TIẾT DIỆN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT XÂY DỰNG
----------

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÔN :
KỸ THUẬT VÀ TỔ CHỨC THI CƠNG CÁC CƠNG TRÌNH ĐẶC BIỆT

CHUYÊN ĐỀ 6 : BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC
CĂNG TRONG TIẾT DIỆN

Sinh viên thực hiện

:

Nhóm 6

Lớp

:

CTE3022_1

Giảng viên

:

TS.Nguyễn Ngọc Thắng

Hà Nội, 2023

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT XÂY DỰNG
----------

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MÔN :
KỸ THUẬT VÀ TỔ CHỨC THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH ĐẶC BIỆT

CHUN ĐỀ 6: BÊ TƠNG ỨNG SUẤT TRƯỚC
CĂNG TRONG TIẾT DIỆN

Thành viên nhóm 6
Họ và tên

Mã sinh viên

Bùi Văn Trường

:

19020990

Phạm Thị Huyền

:

19020936

Trần Minh Anh

:

19020877

Trần Duy Hưng

:

19020928

Hà Nội, 2023
2


MỤC LỤC
PHẦN 1 . TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC ...................................4
1.

Khái niệm...........................................................................................................4

2.

Lịch sử phát triển ..............................................................................................4

3.

Nguyên lý làm việc............................................................................................6

4.

Phân loại............................................................................................................7

5.

Phạm vi tìm hiểu ...............................................................................................7

PHẦN 2. BÊ TƠNG ỨNG SUẤT TRƯỚC CĂNG TRONG TIẾT DIỆN....................8
I. Sự khác biệt so với bê tơng ứng suất trước căng ngồi tiết diện ............................8
II. Vật liệu sử dụng......................................................................................................8
1.

Bê tông cường độ cao ....................................................................................8

2.

Thép cường độ cao.........................................................................................9

3.

Vữa...............................................................................................................10

4.

Ống gen........................................................................................................10

III. Phương pháp căng trước (căng trên bệ )..............................................................11
1. Định nghĩa........................................................................................................11
2.

Quy trình thi cơng.........................................................................................13

3.

Các thiết bị căng trước..................................................................................13

4.

Ưu và nhược điểm........................................................................................15

IV. Phương pháp căng sau ( căng trên bê tông ).......................................................16
1.

Định nghĩa....................................................................................................16

2.

Các giai đoạn căng sau.................................................................................18

3.

Các thiết bị căng sau.....................................................................................18

4.

Ưu , nhược điểm của phương pháp căng sau ..............................................20

V. Tổng kết...............................................................................................................21
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................22

3


PHẦN 1 . TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC .
1. Khái niệm.
Kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước (cịn gọi là kết cấu bê tơng cốt thép ứng
lực trước, hay bê tông tiền áp, hoặc bê tông dự ứng lực) là kết cấu bê tông cốt thép sử
dụng sự kết hợp ứng lực căng của cốt thép cường độ cao và sức chịu nén của bê tông
để tạo nên trong kết cấu những biến dạng ngược với khi chịu tải, trước khi cấu kiện
chịu tải. Nhờ đó những kết cấu bê tơng này có khả năng chịu tải trọng lớn hơn kết cấu
bê tông thông thường, hoặc vượt được những nhịp hay khẩu độ lớn hơn kết cấu bê
tông cốt thép thông thường.

2. Lịch sử phát triển .
a. Công nghệ ứng suất trước .
4


Có thể nói ý tưởng về  ứng lực trước (ULT) xuất hiện từ nhiều thế kỳ trước. Khi
người ta sử dụng các đai kim loại bó quanh các thanh gỗ để chế tạo thùng rượu.

Khi đai được kéo chặt, các thanh gỗ bị ép chặt vào nhau và tạo ra ứng suất nén
trước giữa chúng. Ứng suất nén này sẽ làm triệt tiêu ứng suất kéo vòng tác dụng lên
thành khi thùng chứa chất lỏng. Vì vậy, thành thùng rượu sẽ không bị nứt tách.
b. Công nghệ bê tông ứng suất trước .
Người sáng tạo ra công nghệ bê tông
ứng lực trước là ông Eugene Freyssinet,
một kỹ sư người Pháp .Năm 1928, ông là
người đã bắt đầu sử dụng các sợi thép
cường độ cao để nén bê tơng. Các thử

nghiệm trước đó về việc chế tạo bê tông
dự ứng lực bằng cốt thép cường độ thường
đã không thành công.

Người phát minh công nghệ bê tông
dự ứng lực trước

Nguyên nhân là, sau khi được nén trước, bê tông tiếp tục co ngắn lại theo thời gian do
từ biến và co ngót. Tổng hợp từ biến và co ngót có thể phát sinh một biến dạng co
khoảng 1‰. Cốt thép thường, do có cường độ thấp nên, khơng thể được kéo để tạo dự
ứng lực với biến dạng giãn lớn hơn 1,5‰.Như vậy, trong các lần thử ban đầu để tạo dự
ứng lực trong bê tông. 2/3 dự ứng lực trong cốt thép đã bị mất do từ biến và co ngót.
Ngược lại, các sợi thép cường độ cao có thể được kéo đến biến dạng bằng khoảng 7‰
5


khi tạo dự ứng lực, ngay cả khi bị mất đi 1‰ , vẫn còn lại 6/7 dự ứng lực.Để giảm mất
mát do từ biến và co ngót và để có thể tạo ra dự ứng lực nén ở mức cao. Freyssinet
khuyên không chỉ nên dùng cốt thép cường độ cao mà cả bê tông cường độ cao.

3. Nguyên lý làm việc.
Trong cấu kiện bê tông ứng lực trước , người ta đặt vào một lực nén trước tạo bởi
việc kéo cốt thép rồi gắn chặt nó vào bê tơng thơng qua lực bám dính hoặc neo.
Nhờ tính đàn hồi, cốt thép có xu hướng co lại tạo nên lực nén trước và gây ra ứng
suất nén trước trong bê tông. Ứng suất nén này sẽ làm triệt tiêu hay làm giảm ứng suất
kéo do tải trọng gây ra, do vậy làm tăng khả năng chịu kéo của cấu kiện bê tông và
làm hạn chế sự phát triển của vết nứt.
Ứng lực trước chính là việc tạo ra cho kết cấu một cách có chủ ý các ứng suất
tạm thời nhằm tăng cường sự làm việc của vật liệu trong các điều kiện sử dụng khác
nhau. Hay nói cách khác trước khi cấu kiện chịu tải trọng sử dụng, thì cốt thép đã bị

căng trước cịn bê tơng bị nén trước.

Dầm bê tông ứng lực trước
Trong cấu kiện BTCT thường, những khe nứt đầu tiên ở bê tông xuất hiện khi
ứng suất trong cốt thép chịu kéo mới chỉ đạt từ 200 đến 300 kg/cm 2. Nếu dùng cốt thép
cường độ cao, ứng suất trong cốt thép chịu kéo có thể đạt tới trị số 10000 đến 12000
6


kg/m2 hoặc lớn hơn, điều đó làm xuất hiện các khe nứt lớn vượt quá giới hạn cho
phép.Trong bê tông ứng lực trước, do có thể khống chế sự xuất hiện khe nứt bằng lực
căng trước nên cần thiết và có thể dùng cốt thép cường độ cao.Mặt khác để giảm được
kích thước tiết diện và từ đó giảm trọng lượng bản thân của cấu kiện, đồng thời để
tăng khả năng chịu ứng suất tập trung ở vùng neo cần phải sử dụng bê tông cường độ
cao.


Bê tông ứng lực trước đã trở thành 1 sự kết hợp lý tưởng giữa hai loại vật liệu

hiện đại có cường độ cao.

4. Phân loại.
a. Theo thời điểm căng thép ứng lực trước.
-

Căng trước :

-

Căng sau :

b. Theo vị trí đặt thép ứng lực trước.
-

Bê tông cốt thép ứng lực trước một phương (dầm, sàn 1 phương, cọc ly tâm)

-

Bê tông cốt thép ứng lực trước hai phương (sàn 2 phương).
c. Theo đặc điểm vật liệu thép ứng lực trước.

-

Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng thanh.

-

Bê tơng cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng sợi, cáp,

-

Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng bó cáp.

d. Theo cách đặt thép ứng lực trước trong cấu kiện.
-

Bê tơng cốt thép ứng lực trước có cốt thép căng trong

-

Bê tơng cốt thép ứng lực trước có cốt thép căng ngồi.

5. Phạm vi tìm hiểu .
Phạm vi tìm hiểu của bài báo cáo này là Bê tông cốt thép ứng lực trước căng
trong tiết diện bê tông ( ngun lí làm việc , quy trình thi cơng , các loại vật liệu và
thiết bị máy, ưu và nhược điểm )

7


PHẦN 2. BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC CĂNG
TRONG TIẾT DIỆN
I. Sự khác biệt so với bê tông ứng suất trước căng ngoài tiết diện .
Cốt thép căng của kết cấu bê tơng ứng lực trước có thể bố trí ở trong bê tơng
hoặc ngồi tiết diện bê tơng của kết cấu . Khi cốt thép căng được bố trí trong tiết diện
bê tông người ta gọi là bê tông ứng suất trước căng trong tiết diện và ngược lại . Sự
khác biệt về vị trí bố trí cốt thép dẫn tới sự khác biệt về nguyên lý cấu tạo và quy trình
thi cơng.
Bản chất của bê tơng ứng suất trước là kéo căng cốt thép , tận dụng sự đàn hồi
khi chịu kéo của cốt thép truyền vào bê tông. Mấu chốt của sự khác nhau giữa 2
phương pháp này là cách truyền lực của thép căng vào bê tông.
-

Đối với căng trong tiết diện , lực được truyền chủ yếu là qua sự bám dính giữa
bê tơng và cốt thép .

-

Đối với căng ngoài tiết diện , lực truyền thơng qua các mấu neo đặt ngồi tiết
diện bê tơng . Các mấu neo này vừa phải đảm bảo truyền ứng lực trước từ thép
căng vào bê tông vừa làm nhiệm vụ định vị cốt thép căng.

Ngồi ra cịn sự khác nhau về mặt thi công cụ thể là thời điểm căng thép cường

độ cao tạo ứng lực trước .
-

Căng ngoài tiết diện trong những trường hợp : Gia cố kết cấu bê tông cốt thép
để thay đổi công năng sử dụng , tăng tải trọng đặt lên ,… tức là nhắc đến căng
ngồi tiết diện thì chắc chắn là thép cường độ cao phải căng sau .

-

Căng trong tiết diện thì có thể căng cốt thép cường độ cao trước hoặc sau tùy
vào mục đích cũng như cơng nghệ thi công sao cho phù hợp.

II. Vật liệu sử dụng.
1. Bê tông cường độ cao .
Bê tông dùng trong cấu kiện bê tông cốt thép ứng lực trước là bê tơng nặng có
mác lớn hơn hoặc bằng 20. Việc lựa chọn mác bê tông phụ thuộc vào dạng, loại và
8


đường kính của cốt thép căng, cũng như phụ thuộc vào việc có dùng neo hay khơng
dùng neo.

Ngồi ra việc lựa chọn mác bê
tơng cịn phụ thuộc vào cường độ mà
nó cần phải có khi bắt đầu gây ứng lực
trước, cũng như vào loại tải trọng tác
dụng lên cấu kiện. Thông thường, với
kết cấu nhịp lớn dầm, dàn... nên dùng

bê tơng mác 40 hoặc 50, cịn đối với
kết cấu có nhịp thông thường như
panen, xà gỗ... nên dùng bê tông mác
30 hoặc 35.

Hình 2.1.1.Bê tơng cường độ
cao.

2. Thép cường độ cao.
Trong cấu kiện bê tông cốt thép ứng lực trước cần dùng thép cường độ cao, bởi vì
trong quá trình chế tạo và sử dụng một phần ứng suất căng ban đầu bị mất đi. Tốt nhất
là dùng sợi thép cường độ cao. Nhưng vì đường kính sợi thép q bé(3 ÷ 8 mm) nên số
lượng thép trong cấu kiện khá nhiều, do đó gây khó khăn cho việc bố trí chúng. Để
khắc phục nhược điểm này, người ta thường dùng bó bện dây thừng (Hình 2.2.1) hoặc
các bó sợi khơng bện.
-

Loại bó bện dây thừng, thường được chế tạo từ các sợi có đường kính từ
1,5 đến 5 mm.

-

Loại các bó sợi thép khơng bện, thường gồm nhiều sợi thép đặt song song
với nhau theo chu vi vòng tròn và tựa các đoạn lò so đặt cách nhau khoảng
một mét. Số sợi trong một bó phụ thuộc vào số chêm trên kích (mỗi chêm
giữ được hai sợi). Người ta thường dùng bó có 12, 18 và 24 sợi.

9

Hình 2.2.1.Sợi cáp bện.

Hình 2.2.2a

Hình2.2.2b

Hình 2.2.2c

a,Thép bện ; b, Thép bó sợi khơng bện ; c, Bó sợi gồm 6 dây thép bện , mỗi dây 7 sợi
1-Sợi thép Φ5 ; 2- Sợi thép Φ1 quấn ngồi bó sợi ; 3-Thành ống rãnh ; 4Cấu kiện bê tông
3. Vữa
Vữa dùng để lấp các khe thi công, các mối nối của cấu kiện ghép, để làm lớp bảo
vệ cốt thép và bảo vệ các neo, phải có mác từ 15 trở lên. Vữa dùng để bơm vào các
ống rãnh phải có mác khơng nhỏ hơn 30 và phải dễ chảy, ít co ngót.

Hình 2.3.1. Vị trí các đổ vữa

Hình 2.3.2. Vữa cường độ cao

4. Ống gen.
Đối với bê tông ứng lực trước căng sau có dính kết thì cần đặt sẵn ống gen trong
kết cấu bê tơng. Có 2 loại ống gen thường dùng:

10


-

Loại bằng tơn mỏng mạ kẽm 0,2 – 0,3mm có pha chì để làm giảm ma sát
cuộn mép và cuốn theo kiểu xoắn ruột gà.

-

Ống gen bằng các loại ống kim loại, ống trịn trơn có bề dày 2 - 4mm.

Yêu cầu kĩ thuật : ống gen phải chống thấm tốt để giữ cho nước xi măng không
thấm vào ống trong q trình đổ bê tơng và bảo vệ cáp, ống phải bền không bị hư hỏng
biến dạng trong quá trình thi cơng. Tuy nhiên, ống lại phải mềm để đặt cong theo thiết
kế và ma sát giữa ống gen với cáp khơng được q lớn.

Hình 2.4.1. Ống gen tơn mỏng mạ kẽm

1- Ống gen ; 2- Bó cáp ; 3- Lỗ phụt vữa.
Hình 2.4.2. Cấu tạo ống gen.
III. Phương pháp căng trước (căng trên bệ ).
1. Định nghĩa.
Cốt thép ứng lực trước được neo một đầu cố định vào bệ còn đầu kia được kéo ra
với lực kéo N (Hình 3.2.1.a). Dước tác dụng của lực kéo N, cốt thép được kéo trong
giới hạn đàn hồi và sẽ giãn dài ra một đoạn D1, tương ứng với các ứng suất xuất hiện
trong cốt thép, điểm B của thanh được dịch chuyển sang điểm B1, khi đó,đầu cịn lại
của cốt thép được cố định nốt vào bệ.

11


Tiếp đó, đặt các cốt thép thơng thường khác rồi đổ bê tông. Đợi cho bê tông đông
cứng và đạt được cần thiết Rn thì thả các cốt thép ứng lực trước rời khỏi bệ ta được
cấu kiện bê tông cốt thép ứng lực trước. Như một lò xo bị kéo căng, các cốt thép này
có xu hướng co ngắn lại vfà thơng qua lực đính giữa nó với bê tông trên suốt chiều dài
của cấu kiện , cấu kiện sẽ bị nén với giá trị bằng lực N đã dùng khi kéo cốt thép (Hình

3.2.1b).

a- Trong quá trình căng; b- Sau khi căng.
1- Cốt thép ứng lực trước; 2-Bệ căng; 3- Ván khuôn; 4- Thiết bị kéo thép;
5- Thiết bị cố định cốt thép ứng lực trước; 6- Trục trung tâm.
Hình 3.1.1. Sơ đồ phương pháp căng trước
Để tăng thêm lực dính giữa bê tơng và cốt thép, người ta thường dùng cốt thép ứng lực
trước là cốt thép có có gờ hoặc là cốt thép trơn được xoắn lại, hoặc là ở hai đầu có cấu
tạo những mấu neo đặc biệt (Hình 3.1.2).

12


a- Hàn đoạn thép ngắn hay vòng đệm; b- Ren các gờ xoắn ốc;
c- Neo loại vòng; d- Neo loại ống.
Hình 3.1.2. Neo cốt thép trong phương pháp căng trước.
2. Quy trình thi cơng.
Gồm các giai đoạn chính như sau:
1. Đặt thép ứng lực trước và neo vào các bệ căng.
2. Gắn các thiết bị căng thép ứng lực trước
3. Căng thép ứng lực trước.
4. Đổ bê tông.
5. Cắt bỏ thép ứng lực trước ở hai đầu.

a,Applying tension to tendons.

13


b,Casting of concrete.

c,Transfering of prestress.
Hình 3.2.1.Các giai đoạn căng trước.

3. Các thiết bị căng trước.
Thiết bị căng trước bao gồm:
 Sàn căng (prestressing bed).
 Bệ neo (end abutment).
 Ván khuôn (mould).
 Kích căng thép (jack).
 Đầu neo (anchorage device).
 Thiết bị “uốn cong” cáp (harping device)
Mould
End abutment
Jack

Anchoring device

Prestressing bed
Hình 3.3.1. Các thiết bị căng trước.

14


Hình 3.3.2. Hệ thống căng trước Hoyer.
Hệ thống căng trước Hoyer này có khả năng căng trước một số cấu kiện bê tông ứng
lực trước cùng một lúc, rất ưu việt khi sản xuất kết cấu hàng loạt.
a. Kích thủy lực căng thép ứng lực trước.

Kích thủy lực đơn

Kích thủy lực tác động kép với cảm biến lực

Kích thủy lực kép

Hình 3.3.3.Kích thủy lực căng thép ứng lực trước.
b. Thiết bị đầu neo căng trước.

15


Hình 3.3.4. Thiết bị neo căng trước.
c. Sơ đồ “uốn cong” cáp (harping)

a,Trước khi đúc bê tông cấu kiện.

b, Sau khi đúc bê tơng cấu kiện.
Hình 3.3.5. Sơ đồ “uốn cong” cáp (harping)
4. Ưu và nhược điểm.
a. Ưu điểm.
- Căng trước thuận lợi trong chế tạo cấu kiện bê tông ứng lực trước đúc sẵn kiện
sản xuất hàng loạt, có khối lượng lớn ở trong nhà máy (dầm, panen, cột điện,
cột bê tông, cọc bê tông ly tâm ).
-

Thiết bị đầu neo nhỏ, không lớn.

b. Nhược điểm:
16

-

Cần có sàn căng (prestressing bed) trong q trình căng thép.

-

Bê tơng cần có thời gian chờ ở trong ván khuôn trước khi đạt cường độ yêu cầu.

-

Phải đảm bảo lực dính tốt giữa bê tơng và thép ứng lực trước.

IV. Phương pháp căng sau ( căng trên bê tông ).
1. Định nghĩa.
Trước hết đặt các cốt thép thông thường vào các ống rãnh bằng tôn, kẽm hoặc bằng vật
liệu khác để tạo các rãnh dọc, rồi đổ bê tông. Khi bê tơng đạt đến cường độ nhất định
Rn thì tiến thành luồn và căng cốt thép ứng lực trước tới ứng suất qui định.
Sau khi căng xong, cốt ứng lực trước được neo chặt vào đầu cấu kiện (Hình 4.1.1b).
Thơng qua các neo đó cấu kiện sẽ bị nén bằng lực đã dùng khi kéo căng cốt thép. Tiếp
đó, người ta bơm vữa vào trong ống rãnh để bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn và tạo ra
lực dính giữa bê tơng với cốt thép thành một khối chỉnh thể. Để bảo đảm tốt sự truyền
lực nén lên cấu kiện, người ta chế tạo các loại neo đặc biệt như neo Freyssinet (Neo bó
sợi thép khi dùng kích hai chiều - Hình 4.1.2).

a-Trong quá trình căng; b- Sau khi căng.
1-Cốt thép ứng lực trước; 2-Cấu kiện bê tông cốt thép;
3- Ống rãnh; 4- Thiết bị kích;5- Neo; 6- Trục trung tâm.
Hình 4.1.1. Sơ đồ phương pháp căng sau.

17

Các loại neo thép :
Neo Freyssinet (neo bó sợi thép) :

1-Bó sợi thép ; 2- Chêm hình cơn ; 3 – Khối neo bằng thép
4- Bản thép truyền lực ; 5- Đoạn ống neo ; 6 - Ống tạo rãnh
Hình 4.1.2. Neo bó sợi thép khi dùng kích 2 chiều.
Neo kiểu ốc :

1-Bê tông ; 2-Cốc bằng thép ; 3-Chốt thép ; 4-Vịng đệm bằng thép
5-Vịng kẹp ; 6-Bó sợi thép ; 7-Ống tạo rãnh ; 8-Cấu kiện
Hình 4.1.3.Neo kiểu ốc.

18


2. Các giai đoạn căng sau.
Các giai đoạn căng sau bao gồm:
1. Đặt thép ứng lực trước .
2. Đổ bê tơng.
3. Gắn thiết bị neo và kích căng thép ứng lực trước.
4. Căng thép ứng lực trước.
5. Gắn nêm giữ thép ứng lực trước.
6. Cắt bỏ thép ứng lực trước ở hai đầu.

a, Casting of concrete.

b, Tensioning of tendons.

c, Anchoring the tendons at the stretching end.
Hình 4.2.1.Các giai đoạn căng sau.
3. Các thiết bị căng sau.
Phương pháp căng sau bao gồm các thiết bị sau:
 Sàn đúc (casting bed).
 Ván khn (mould).
 Ống cáp (duct).
 Đầu neo (anchorage device).
 Kích căng (jack).
 Thiết bị nối cáp (coupler).
19


 Thiết bị bơm vữa chèn (grouting equipment).
Mould
Duct

Casting bed
Hình 4.3.1.Sàn đúc , ván khn , ống cáp.

Hình 4.3.2. Thiết bị nối cáp (coupler).
Van bơm vữa bằng nhựa (Van lá)
Van bơm vữa bằng nhựa được đặt ở
các điểm cao nhất dọc theo đường
cáp cho phép nước và khí có thể
thốt qua.
Hình 4.3.3. Van lá.

Ống bơm vữa là loại ống nhựa dẻo mật độ cao để chịu được áp lực bơm vữa
5kg/cm2.Ống bơm vữa thường được gắn vào lỗ bơm vữa của neo, ống nối nhựa đầu

neo chết và được lắp ở vị trí gần nhất so với mép biên thành. Đầu còn lại của ống bơm
vữa sau khi lắp xong sẽ được bịt kín lại để ngăn bụi bẩn. Thơng thường với các đường
cáp dài <=30m thì ống bơm vữa chỉ được bố trí ở đầu kéo và đầu chết. Ngồi ra với
các đường cáp > 30m sẽ đặt thêm các ống bơm vữa trung gian.
20