Thiết kế sàn không dầm bê tông ứng lực trước căng sau theo tiêu chuẩn eurocode 2

Bộ giáo dục và đào tạo bộ xây dựng
Trờng đại học kiến trúc hà nội

Vũ mạnh linh
Thiết kế
sàn không dầm bê tông cốt thép
ứng lực trớc căng sau
theo tiêu chuẩn eurocode 2
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng & công nghiệp
Hà nội 2011
Bộ giáo dục và đào tạo bộ xây dựng
Trờng đại học kiến trúc hà nội

Vũ mạnh linh
Khoá: 2008 2011, lớp: CH2008x
Thiết kế
sàn không dầm bê tông cốt thép
ứng lực trớc căng sau
theo tiêu chuẩn eurocode 2
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Chuyên ngành: xây dựng dân dụng và công nghiệp
Mã số: 60.58.20
ngời hớng dẫn khoa học:
gs. Tskh. Nguyễn trâm
Hà nội 2011
Lời cảm ơn
Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại lớp cao học xây dựng 2008X,
Khoa đào tạo trên đại học, Trờng Đại Học Kiến Trúc Hà Nội, dới sự giảng
dạy của các thầy giáo trong khoa, sự giúp đỡ tận tình của Ban chủ nhiệm Khoa
và cán bộ công nhân viên trong Khoa, sự cố vấn và hớng dẫn nhiệt tình của

thầy giáo hớng dẫn khoa học, cộng với sự nỗ lực của bản thân, tôi đã hoàn
thành luận văn tốt nghiệp cao học với đề tài: Thiết kế sànkhông dầm bê tông
cốt thép ứng lực trớc căng sau theo tiêu chuẩn Eurocode 2.
Tôi xin chân thành cảm ơn các cấp lãnh đạo Trờng Đại Học Kiến Trúc
Hà Nội, khoa đào tạo trên đại học và các thầy giáo cùng tập thể cán bộ công
nhân viên trong trờng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình
học tập, nghiên cứu tại trờng.
Tôi đặc biệt cảm ơn thầy giáo GS. TSKH. Nguyễn Trâm Ngời đã có
công lớn trong việc hớng dẫn khoa học, tận tình chỉ bảo tôi giúp tôi hoàn
thành tốt luận văn này.
Tác giả luận văn
Vũ Mạnh Linh
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và cha từng có ai công bố trong bất
kỳ công trình khoa học nào khác.
Tác giả luận văn
Vũ Mạnh Linh
1
Lời cảm ơn
lời cam đoan
Mục lục Trang 1
Bảng ký hiệu và chữ viết tắt sử dụng trong luận văn 4
Mở đầu 6
* Lý do nghiên cứu 6
* Mục đích nghiên cứu 6
* Phơng pháp nghiên cứu 6
* Phạm vi nghiên cứu 6
Chơng 1: tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực
trớc và Các quy định chung 7

1.1 Tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực trớc 7
1.2 Các quy định chung 11
1.2.1 Tải trọng 11
1.2.2 Tổ hợp tải trọng 13
1.2.3 Bê tông 15
1.2.4 Cốt thép cờng độ cao 16
1.2.5 Các vật liệu khác 21
1.2.6 Khoảng cách, lớp bảo vệ cốt thép 22
1.2.7 Neo 23
1.2.8 Nối chồng 26
1.2.9 Cơ cấu dẫn hớng 27
1.2.10 Cơ cấu ứng suất trớc 28
Chơng 2: Quy trình thiết kế 30
2.1 Các phơng pháp xác định nội lực sàn phẳng 30
2.1.1 Phơng pháp trực tiếp 30
2.1.2 Phơng pháp khung tơng đơng 31
2
2.1.3 Phơng pháp đờng chảy dẻo 32
2.1.4 Phơng pháp phần tử hữu hạn 32
2.2 Xác định chiều dày sàn 33
2.2.1 Xác định theo điều kiện cắt thủng 33
2.2.2 Xác định theo điều kiện hạn chế độ võng 42
2.3 Lực ứng suất trớc 46
2.3.1 Lực ứng suất trớc 46
2.3.2 Lực ứng suất trớc tối đa 47
2.3.3 Giới hạn ứng suất trong bê tông 47
2.3.4 Tải trọng cân bằng 48
2.4 Xác định các tổn hao ứng suất 50
2.4.1 Tổn hao ứng suất do biến dạng tức thời của bê tông 50
2.4.2 Tổn hao ứng suất do co ngót của bê tông 50

2.4.3 Tổn hao ứng suất do chùng cốt thép 52
2.4.4 Tổn hao ứng suất do ma sát 56
2.4.5 Tổn hao ứng suất tại neo 57
2.5 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 1 và TTGH 2 58
2.5.1 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 1 58
2.5.2 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 2 65
Chơng 3: ví dụ tính toán 69
3.1 Xây dựng sơ đồ khối về quy trình thiết kế 69
3.2 Tính toán với số liệu cụ thể 70
3.2.1 Các thông số chính 70
3.2.2 Chọn chiều dày sàn và xác định tải trọng 70
3.2.3 Xác đinh nội lực sàn 72
3.2.4 Xác định quỹ đạo cáp và các tổn hao ứng suất 73
3.2.5 Xác định số lợng cáp 77
3.2.6 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 1 78
3
3.2.7 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 2 80
3.3 Xây dựng chơng trình tính tự động hóa 82
Kết luận và kiến nghị 84
tài liệu tham khảo 86
4
Bảng ký hiệu và chữ viết tắt sử dụng trong luận văn
Chữ cái Latinh viết hoa
A Diện tích tiết diện ngang
A
c
Diện tích tiết diện ngang của bê tông
A
p
Diện tích tiết diện cáp ứng lực trớc

A
s
Diện tích tiết diện cốt thép thờng
A
s, min
Diện tích tiết diện tối thiểu cốt thép
A
sw
Diện tích tiết diện cốt thép chịu cắt
D Đờng kính độ cong uốn cốt thép
E Hệ quả tác động
E
c
Môđun đàn hồi tiếp tuyến của bê tông
E
cd
Môđun đàn hồi tính toán của bê tông
E
cm
Môđun đàn hồi cát tuyến của bê tông
E
p
Môđun đàn hồi tính toán của cốt thép ứng lực trớc
E
s
Môđun đàn hồi tính toán của cốt thép
EI Độ cứng uốn
F Tác động
F
d

Giá trị tính toán của tác động
F
k
Giá trị đặc trng của tác động
G
k
Tác động thờng xuyên đặc trng
I Mômen quán tính của tiết diện bê tông
L Chiều dài
M Mômen uốn
M
Ed
Giá trị tính toán của mômen uốn
N Lực dọc trục
N
Ed
Giá trị tính toán của lực dọc trục
P ứng lực trớc
5
P
o
Lực căng ban đầu tại đầu neo cáp
Q
k
Tác động thay đổi đặc trng
R Độ bền
SLS Trạng thái giới hạn sử dụng
ULS Trạng thái giới hạn độ bền
ƯLT ứng lực trớc
V Lực cắt

V
Ed
Giá trị tính toán của lực cắt
TTGH 1 Trạng thái giới hạn 1
TTGH 2 Trạng thái giới hạn 2
Chữ cái Latinh thờng
d Chiều dày sàn
f
ck
Cờng độ chịu nén đặc trng của bê tông
f
cd
Cờng độ chịu nén tính toán của bê tông
f
p
Cờng độ chịu kéo của cáp ứng lực trớc
f
pk
Cờng độ chịu kéo đặc trng của cáp ứng lực trớc
f
t
Cờng độ chịu kéo của cốt thép
f
tk
Cờng độ chịu kéo đặc trng của cốt thép
f
y
Cờng độ chảy dẻo của cốt thép
f
yk

Cờng độ chảy dẻo đặc trng của cốt thép
6
Mở đầu
* Lý do nghiên cứu
Trong tiến trình hội nhập và phát triển hiện nay, việc hiểu biết tiêu
chuẩn thiết kế của các nớc tiên tiến đối với những ngời làm công tác kỹ
thuật là cần thiết. Tiêu chuẩn châu âu EN 1992 Thiết kế kết cấu bê tông
nằm trong bộ tiêu chuẩn thiết kế kết cấu nhà và công trình do tiểu ban kỹ
thuật Châu Âu soạn thảo và tiêu chuẩn hoá để áp dụng cho các nớc thuộc
Liên minh Châu Âu.
Hiện nay, sàn bê tông ứng lực trớc căng sau đợc ứng dụng ngày càng
phổ biến trong các công trình xây dựng. Trong tiêu chuẩn TCXDVN 356 :
2005 đã ban hành chủ yếu đề cập đến thiết kế cấu kiện dầm bêtông ứng lực
trớc.
Đề tài Thiết kế sàn không dầm bêtông cốt thép ứng lực trớc căng
sau theo tiêu chuẩn Eurocode 2sẽ đề cập tổng quan về tiêu chuẩn Eurocode
và trình tự thiết kế cụ thể cho sàn không dầm bêtông cốt thép ứng lực trớc.
* Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu các quy định về vật liệu, tải trọng và nguyên lý cấu tạo đối
với kết cấu bêtông cốt thép trong tiêu chuẩn Eurocode 2.
Nghiên cứu quy trình thiết kế sàn không dầm bê tông cốt thép ứng lực
trớc theo tiêu chuẩn Eurocode 2.
* Phơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu tiêu chuẩn Eurocode 2 và các tài liệu liên quan.
* Phạm vi nghiên cứu
Sàn không dầm bê tông cốt thép ứng lực trớc căng sau trong nhà cao
tầng.
7
Chơng 1 : Tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực
trớc và Các quy định chung

1.1 Tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực trớc
Kết cấu bê tông ứng lực trớc là một dạng kết cấu đặc biệt trong kết cấu
bê tông cốt thép đã và đang đợc sử dụng rộng rãi trong xây dựng nhà và công
trình.
Kết cấu bê tông ứng lực trớc đợc thực hiện theo 2 công nghệ khác
nhau tùy thuộc vào phơng thức sản xuất và thi công. Đó là công nghệ căng
trớc và công nghệ căng sau [2].
Từ đầu những năm 1990 trở lại đây, trớc yêu cầu xây dựng nhà nhiều
tầng, nhà nhịp lớn tăng mạnh và do công nghệ nớc ngoài đợc đa vào nhiều
theo cùng với vốn đầu t nớc ngoài, công nghệ ứng lực trớc đã bắt đầu đợc
dùng trong kết cấu nhà cửa ở Việt Nam chủ yếu là trong kết cấu sàn, và có xu
hớng trở nên phổ biến hơn [9].
Kết cấu bê tông ứng lực trớc đợc nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam
khá sớm, từ những năm 60 thế kỷ XX. So với kết cấu bê tông cốt thép thờng
u điểm nổi bật của kết cấu bê tông ứng lực trớc là [9]:
- Làm tăng độ cứng của kết cấu, do vậy cho phép giảm đợc kích thớc
tiết diện, giảm đợc trọng lợng bản thân kết cấu và vợt đợc các khẩu độ
lớn;
- Có khả năng khống chế sự hình thành vết nứt và độ võng;
- Tiết kiệm đợc vật liệu bêtông và cốt thép do việc sử dụng vật liệu
cờng độ cao.
Trong kết cấu công trình dân dụng, hệ thống sàn đợc quan tâm nhiều
nhất khi áp dụng công nghệ ứng lực trớc là do: sàn là bộ phận kết cấu có chi
phí đáng kể nhất, chiếm không dới 50% tổng chi phí kết cấu toàn công trình
trên một đơn vị diện tích sàn. Việc sử dụng bê tông cốt thép ứng lực trớc sẽ
tác động thuận lợi vào giá thành công trình theo hai hớng:
8
- Trọng lợng bản thân sàn đợc giảm nhẹ. Bề dày sàn ứng lực trớc
giảm xuống còn khoảng 50 80% bề dày của sàn bê tông cốt thép bình
thờng với cùng kích thớc nhịp và điều kiện tải trọng. Khối lợng cốt thép

cũng đợc giảm mạnh nhng bù vào đó giá thành thép cờng độ cao rất lớn
(gấp 3-4 lần thép xây dựng bình thờng) nên chi phí về cốt thép không thay
đổi bao nhiêu. Tuy vậy, việc giảm trọng lợng bản thân sàn sẽ kéo theo việc
giảm khối lợng vật t cho nhiều kết cấu khác nh cột, tờng móng, và đảm
bảo có lợi cho kết cấu nhà ở vùng chịu động đất do lực ngang quán tính giảm
cùng với khối lợng sàn.
- Tiến độ thi công sàn tăng nhanh, do sử dụng bê tông mác cao kết hợp
với phụ gia. Một số công trình đã đợc xây dựng cho thấy tiến độ thi công
trung bình 7-10 ngày/ tầng cho diện tích xây dựng 400-500m
2
/sàn. Công tác
và khuôn khá đơn giản nhất là với loại sàn không dầm, đợc sử dụng chủ yếu
trong nhà cao tầng có sàn ứng lực trớc.
- Ngoài ra việc mở rộng lới cột, giảm chiều cao tầng nhà và các thiết
bị, phụ kiện phục vụ cho việc gây ứng lực trớc ngày càng đợc hoàn thiện,
gọn nhẹ và hiệu qua, cũng đóng góp nhiều phần quan trọng vào sự thành công
của sàn bê bê tông ứng lực trớc.
Tuy nhiên sử dụng kết cấu bê tông ứng lực trớc nói chung và công
nghệ căng sau nói riêng đều đòi hỏi các nhà t vấn thiết kế, t vấn giám sát,
nhà thầu xây dựng cần có những kiến thức và kinh nghiệm nhất định mới đem
lại hiệu quả mong muốn.
Đặc biệt với thiết kế chịu động đất, hệ sàn đóng vai trò rất quan trọng
trong sự làm việc tổng thể của kết cấu chịu động đất. Chúng làm việc nh
những tấm cứng ngang, tiếp nhận các lực quán tính sang hệ kết cấu thẳng
đứng và bảo đảm cho các hệ kết cấu này cùng nhau làm việc khi chịu tác động
của động đất theo phơng ngang [5].
9
Phơng pháp tạo ứng lực trớc trong sàn:
- Các sàn bê tông ứng lực trớc ở Việt Nam hiện nay thờng dùng
phơng pháp căng sau (post tension) có hoặc không dính kết.

- Sau khi ván khuôn sàn đợc lắp dựng và kiểm tra theo đúng vị trí thiết
kế, tiến hành đặt cốt thép thờng và cốt thép ứng lực trớc cũng nh các thiết
bị neo. Để đảm bảo cho các cáp ứng lực trớc phát huy tốt khả năng chịu lực,
chúng đợc bố trí theo các đờng dải cáp định trớc trên mặt bằng và trên mặt
cắt sàn.
- Cáp ứng lực trớc đợc luồn trong các ống ghen polyetilen sau khi đã
đợc bọc mỡ chống ăn mòn hoặc luồn trong các ống ghen dẹt bằng kim loại
mỏng, một đầu đợc neo cố định đầu kia nối với neo tạo ứng lực. Vị trí chính
xác của cáp ứng lực trớc đợc đánh dấu trên ván khuôn. Sau đó tiến hành đổ
tông đã đạt đợc cờng độ cần thiết theo yêu cầu của thiết kế. Việc căng cáp
đợc tiến hành theo hai bớc : bớc một tạo lực căng xấp xỉ bằng 50% lực
căng quy định, bớc hai tạo đủ lực căng. Bớc hai chỉ đợc tiến hành sau khi
đã kết thúc bớc một cho toàn sàn.
- Công nghệ căng sau đợc thực hiện việc căng cốt thép gây ứng lực
trớc trong kết cấu chỉ sau khi bê tông đổ tại chỗ đạt cờng độ ít nhất 80%
cấp độ bền thiết kế. Điểm tỳ của thiết bị căng nằm ngay trên cạnh hay trên
mặt kết cấu nên còn đợc gọi là căng trên bê tông. Để đảm bảo cho việc căng
cốt thép đợc thuận lợi, cốt căng phải đợc luồn trong rãnh hoặc các loại ống
chuyên dụng.
Cho đến nay nhiều công trình cao tầng, các công trình công nghiệp,
công trình công cộng đã và đang đợc các đơn vị thiết kế, xây dựng trong
nớc dùng công nghệ bê tông ứng lực trớc ngày càng có hiệu quả.
10
H×nh 1.1 Tßa nhµ Keangnam –Hµ Néi (T¸c gi¶ su tÇm)
H×nh 1.2 Tßa nhµ 165 §éi CÊn –Hµ Néi (T¸c gi¶ su tÇm)
11
Hình 1.3 Đầu neo cố định (Tác giả su tầm)
Hình 1.4 Đầu neo động (Tác giả su tầm)
1.2 Các quy định chung
1.2.1 Tải trọng [4]

Tải trọng đặc trng: tải trọng tác động lên kết cấu có thể có những giá
trị lớn bé khác nhau, có thể tìm đợc giá trị trung bình của chúng. Tải trọng
đặc trng là giá trị tải trọng xuất hiện trên kết cấu với xác suất đảm bảo 95%.
Tính toán trong lý thuyết trạng thái giới hạn phải kể đến những sai lệch
có thể xảy ra trong thiết kế bằng cách đa vào hệ số an toàn riêng đối với tải
trọng
f
. Giá trị tải trọng dùng để thiết kế sẽ là:
Tải trọng thiết kế = Tải trọng đặc trng

hệ số riêng
f
(1-1)
12
Bảng 1.1 Hệ số riêng đối với tải trọng khi tính theo TTGH thứ nhất [4]
Dùng khi
Tải trọng
thờng xuyên
G
k
Tải trọng
tạm thời chính
Q
k,1
Tải trọng
tạm thời chính
Q
k,i
Bất lợi
Có lợi

Bất lợi
Có lợi
Bất lợi
Có lợi
a) Kiểm tra ổn
định tĩnh học
của kết cấu
1,10
0,90
1,50
0
1,50
0
b) Thiết kế
các cấu kiện
của kết cấu
(không kể tác
động của đất)
1,35
1,00
1,50
0
1,50
0
c) Tính toán
cùng một lúc
cả hai trờng
hợp a và b
1,35
1,15

1,5
0
1,5
0
Bảng 1.2 Hệ số riêng đối với tải trọng khi tính theo TTGH thứ hai [4]
Dùng cho
Tải trọng thờng
xuyên
Tải trọng tạm thời
Tất cả các trờng hợp tính toán
1,0
1,0
Tác động bất lợi để chỉ trờng hợp tải trọng gây bất lợi cho kết cấu, tức
là làm cho nội lực của kết cấu tăng lên.
Tác động có lợi để chỉ trờng hợp tải trọng không gây bất lợi cho kết
cấu, tức là làm cho nội lực của kết cấu giảm đi.
13
1.2.2 Tổ hợp tải trọng [4]
Tải trọng thờng xuyên cùng với các tải trọng tạm thời phải đợc tổ hợp
với nhau để tìm đợc nội lực lớn nhất dùng để thiết kế. Khi tổ hợp tải trọng,
ngoài hệ số riêng đối với tải trọng còn cần có thêm hệ số tổ hợp
- Các tổ hợp tải trọng khi tính theo trạng thái giới hạn về cờng độ:
Tổ hợp cơ bản dùng cho trờng hợp thiết kế ngắn hạn hoặc dài hạn
Trong tổ hợp cơ bản này, hệ số tổ hợp đợc lấy nh sau:
Đối với tải trọng thờng xuyên hệ số tổ hợp
Khi chỉ có một loại tải trọng tạm thời
Khi có nhiều hơn một loại tải trọng tạm thời thì đối với tải trọng tạm
thời chính lấy còn các tải trọng tạm thời kèm theo đợc nhân với hệ số

Có thể biểu thị giá trị tổ hợp của nội lực nh sau :



1
,,,1,1,
1
,,
i
ikioiQkQ
j
jkjGd
QQGE

(1-2)
Dấu "+" trong biểu thức có nghĩa là tổ hợp với. Dấu

là chỉ các tải
trọng tơng tự cùng tác động.
Bảng 1.3 Các giá trị của hệ số

trong các tổ hợp tải trọng [4]
Tải trọng

Tải trọng trong nhà, theo loại
Loại A : Nhà ở, biệt thự
0,7
0,5
0,3
Loại B : Văn phòng
0,7
0,5
0,3
Loại C : Phòng họp
0,7
0,7
0,7
Loại D : Cửa hàng
0,7
0,7
0,6
Loại E : Kho tàng
1,0
0,9
0,8
Loại F : Diện tích giao thông, trọng lợng
0,7
0,7
0,6
14
phơng tiện < 30kN
Loại G : Diện tích giao thông, 30kN < trọng
lợng phơng tiện < 160kN
0,7

0,5
0,3
Loại H : Mái
0,7
0
0
Tải trọng gió tác động lên nhà cửa
0,5
0,2
0
Bảng 1.4 Hệ số

f

trong các tổ hợp tải trọng tính theo TTGH 1 [4]
Trờng hợp tính toán
Tải trọng
thờng xuyên
G
k
Tải trọng
tạm thời
Q
k
Tải trọng
gió
Bất lợi
Có lợi
Bất lợi
Có lợi

a) Tải trọng thờng
xuyên + một tải trọng
tạm thời
1,35
1,00
1,5
0
-
b) Tải trọng thờng
xuyên + gió
1,35
1,00
-
-
1,5
c) Tải trọng thờng
xuyên + một tải trọng
tạm thời (chính) + gió
1,35
1,00
1,5
0





Với

d) Tải trọng thờng
xuyên + một tải trọng
tạm thời + gió (chính)
1,35
1,00





0
1,5
Tổ hợp bất thờng, dùng cho trờng hợp thiết kế bất thờng:



1
21.21.1
1
.
)(
i
ikid
j
jkd
AGE QQhoặc
k.i

(1-3)

Tổ hợp động đất, tơng ứng với trờng hợp thiết kế chống động đất:



1
21.21.1
1
.
)(
i
ikid
j
jkd
AGE QQhoặc
k.i

(1-4)
15
- Các tổ hợp khi tính theo trạng thái giới hạn sử dụng:
Tổ hợp đặc trng, sử dụng cho các trạng thái giới hạn không phục hồi:



1
2
1
.
i
iki
j

jkd
GE QQ
k.1

(1-5)
Tổ hợp ngắn hạn, sử dụng cho các trạng thái giới hạn có phục hồi:



1
21.1
1
.
i
iki
j
jkd
GE QQ
k.1

(1-6)
Tổ hợp dài hạn, sử dụng để tính hiệu ứng dài hạn và biểu hiện bề ngoài
của kết cấu nh nứt, võng


ikijkd
GE
2.
Q

(1-7)
TCVN 2737 1995 quy định tổ hợp tải trọng gồm có tổ hợp cơ bản và
tổ hợp đặc biệt [11]:
- Tổ hợp cơ bản gồm các tải trọng thờng xuyên, tải trọng tạm thời dài
hạn và tạm thời ngắn hạn;
- Tổ hợp tải trọng đặc biệt gồm các tải trọng thờng xuyên, tải trọng
tạm thời dài hạn, tải trọng tạm thời ngắn hạn có thể xảy ra và một trong các tải
trọng đặc biệt.
1.2.3 Bê tông [4]
Cờng độ chịu nén của bê tông đựơc xác định với mẫu tiêu chuẩn hình
trụ: D = 150mm, h = 300mm.
Cờng độ của mẫu bê tông là ứng suất ứng với lực nén N làm mẫu bị
phá hoại:
c
c
A
N
f
(N/mm
2
) (1-8)
trong đó:
A
c
Diện tích ngang của mẫu;
N Lực nén phá hoại.
16
Tiêu chuẩn EC-2 quy định cấp bền của bê tông không nhỏ hơn C30/37.
Với cờng độ nh vậy, bê tông sẽ có biến dạng co ngót nhỏ, đặc trng từ biến
nhỏ và mô đun đàn hồi cao, làm giảm hao tổn ứng suất trong cốt thép.

Bảng 1.5 Giá trị E
c
và f
ck
của bê tông dùng cho kết cấu ƯLT [16]
Cấp
C30/37
C35/45
C40/50
C50/60
f
ck
(N/mm
2
)
30
35
40
50
E
c
(kN/mm
2
)
32
33,5
35
37
Các giá trị trung bình của mẫu nén hình trụ theo EC 2 có thể chuyển
đổi thành mẫu lăng trụ theo TCXDVN 356 : 2005 nh sau: ví dụ với mác

C30/37, 30 là cờng độ chịu nén đặc trng f
ck
của mẫu hình trụ tuổi 28 ngày,
37 là của mẫu lập phơng, gần đúng ta có hệ số chuyển đổi giữa hai loại mẫu
là 37 : 30 = 1,23 [7].
1.2.4 Cốt thép cờng độ cao [1]
Thanh căng ứng suất trớc phải có mức độ nhạy thấp và có thể chấp
nhận đợc đối với ăn mòn ứng suất.
Mức độ nhạy đối với ăn mòn ứng suất đợc xem nh là thấp và có thể
chấp nhận đợc nếu thanh căng ứng suất trớc phù hợp với tiêu chí đã quy
định trong tiêu chuẩn EN 10080 hoặc trong tài liệu của tổ chức phê chuẩn kỹ
thuật Châu Âu.
Đối với thép phù hợp với tiêu chuẩn này, cờng độ chịu kéo, ứng suất
tại biến dạng d 0,1% và độ giãn dài tơng ứng với tải trọng lớn nhất đợc
quy định trong các điều khoản về giá trị đặc trng; các giá trị này có ký hiệu
tơng ứng là f
pk
, f
p0,1k
và
uk
.
Thanh căng ứng suất trớc phải đợc phân loại về chùng cốt thép
- Không đợc có mối hàn trong sợi thép và thanh thép. Các sợi thép
riêng biệt trong bó cáp có thể thực hiện các mối hàn so le chỉ trớc khi kéo
nguội.
17
- Đối với cuộn cáp ứng suất trớc, sau khi tháo cuộn sợi cáp hay bó cáp,
độ cong lớn nhất của cáp phải phù hợp với EN 10138, trừ những quy định đã
nếu trong tài liệu của tổ chức phê chuẩn kỹ thuật Châu Âu.

- Các đặc trng cơ lý của thép ứng suất trớc đợc nêu trong tiêu chuẩn
EN 10138 hoặc các tài liệu của tổ chức phê chuẩn kỹ thuật Châu Âu.
- Các thanh căng ứng suất trớc (sợi, bó cáp và thanh thép) phải đợc
phân loại theo:
Độ bền, biểu thị ứng suất (f
p0,1k
) tại biến dạng d 0,1% và giá trị tỷ số
của cờng độ chịu kéo và cờng độ tại biến dạng d 0,1%, (f
p
/ f
p0,1k
), và độ
giãn dài tải trọng lớn nhất (
uk
).
- Khối lợng thực tế của các thanh căng ứng suất trớc so với khối
lợng danh nghĩa không đợc sai khác nhiều hơn giới hạn đợc quy định
trong EN 10138 hoặc trong tài liệu của tổ chức phê chuẩn kỹ thuật Châu
Âu.
Trong tiêu chuẩn này xác định ba loại chùng cốt thép:
Loại 1: sợi hoặc bó cáp - độ chùng thông thờng;
Loại 2: sợi hoặc bó cáp - độ chùng thấp;
Loại 3: các thanh thép cán nóng và thanh thép đã qua xử lý.
Độ bền
ứng suất tại biến dạng d 0,1% (f
p0,1k
) và giá trị cờng độ chịu kéo quy
định (f
pk
) đợc xác định nh là giá trị đặc trng của lực tại biến dạng còn d

0,1% và lực kéo dọc trục đặc trng lớn nhất chia cho diện tích danh nghĩa tiết
diện ngang.
Các đặc trng dẻo
Thanh căng ứng suất trớc phải có đủ tính dẻo nh đã quy định trong
EN 10138.
18
Có thể giả thiết thanh căng ứng suất trớc có đủ tính dẻo thông qua độ
giãn dài nếu nó đạt đợc giá trị độ giãn dài tại lực lớn nhất theo quy định đã
nếu trong EN 10138.
Các biểu đồ ứng suất biến dạng đối với các thanh căng ứng suất
trớc dựa trên các số liệu của sản phẩm phải đợc nhà sản xuất chuẩn bị và vẽ
trong phụ lục của chứng chỉ kèm theo.
Có thể giả thiết thanh căng ứng suất trớc có đủ tính dẻo thông qua kéo
thanh căng nếu f
p
/ f
p0,1k

k. Giá trị k kiến nghị lấy bằng 1.
Bảng 1.6 Các thông số chính của cáp ƯLT [16]
Loại cáp
D
(mm)
f
pk
(N/mm
2
)
f
p0,1k

(N/mm
2
)
P
o
kN
P
max
kN
Thông thờng
(STD)
15,2
12,5
1670
1770
1420
1500
177
125
167
118
Đặc biệt
(SUP)
15,7
12,9
1770
2860
1500
1580
202

142
191
134
Cờng độ cao
(DYF)
18,0
15,2
12,7
1700
1820
1860
1450
1545
1580
291
229
159
275
217
150
trong đó:
f
pk
cờng độ chịu kéo đặc trng của cáp;
f
p0,1k
cờng độ chịu kéo đặc trng của cáp tại biến dạng d 0,1%;
P
o
lực căng trớc tại neo;

P
max
lực căng trớc tối đa.
Các giả thiết tính toán
Phân tích kết cấu đợc thực hiện trên cơ sở diện tích danh nghĩa của tiết
diện ngang thanh căng ứng suất trớc và các giá trị đặc trng f
p0,1k
, f
pk
và
uk
.
Giá trị tính toán của môđun đàn hồi E
p
có thể giả thiết bằng 205 GPa
đối với sợi thép và thanh thép. Phụ thuộc vào quy trình chế tạo, giá trị thực tế
19
có thể nằm trong phạm vi 195 đến 210GPa. Các chứng chỉ kèm theo sản phẩm
hàng hóa có thể đa ra giá trị thích hợp.
Giá trị tính toán của môđun đàn hồi E
p
có thể giả thiết bằng 195GPa đối
với cáp. Phụ thuộc vào quy trình chế tạo, giá trị thực tế có thể nằm trong phạm
vi 185 đến 205GPa. Các chứng chỉ kèm theo có thể đa ra giá trị thích hợp.
Khối lợng thể tích trung bình của thanh căng ứng suất trớc, dùng cho
mục đích thiết kế có thể lấy bằng 7580kg/m
3
.
Các giá trị nêu trên có thể giả thiết là đúng trong phạm vi nhiệt độ giữa
-40

0
C và +100
0
C đối với thanh căng ứng suất trớc nằm trong kết cấu đã hoàn
chỉnh.
Giá trị tính toán đối với ứng suất trong thép f
pd
đợc lấy bằng f
p0,1k
/
s
.
Để thiết kế tiết diện ngang, có thể áp dụng các giả thiết sau đây
Thiết kế dựa trên quan hệ ứng suất - biến dạng nằm trong giới hạn đàn
hồi.
Giá trị biến dạng giới hạn kiến nghị là:

ud
= 0,02, f
p0,1k
/ f
pk
= 0,9 (1-9)
Thanh căng ứng suất trớc trong ống lồng
Các thanh căng ứng suất trớc trong ống lồng (ví dụ nh thanh căng
bám dính trong ống lồng, thanh căng không bám dính ) phải đợc bảo vệ
chống ăn mòn một cách đầy đủ và thờng xuyên.
Các thanh căng ứng suất trớc trong ống lồng phải đợc bảo vệ đầy đủ
để chống lại ảnh hởng của cháy.
Trong cấu kiện bê tông ƯLT cần dùng thép cờng độ cao để tạo ra lực

căng trớc lớn vì trong quá trình chế tạo và sử dụng, một phần ứng suất căng
ban đầu bị mất đi. Trong cấu kiện đơn giản, chiu lực nhỏ nên dùng sợi thép
cờng độ cao với đờng kính 3-8. Khi số lợng sợi thép nhiều nên sử dụng
bó cáp. Trong thực tế thờng dùng cáp 7 sợi, đợc chế tạo từ 6 sợi thép xoắn
quanh một sợi thẳng ở chính giữa. Cáp 7 sợi thờng đợc chế tạo từ sợi thép
20
5 hoặc 6. Trong những cấu kiện chịu lực lớn có thể ghép các cáp 7 sợi vào
một ống rãnh để tạo lực lớn hơn.
Hiện nay ở Việt Nam thờng sử dụng cáp 7 sợi sản xuất theo tiêu chuẩn
ASTM A-416 (Mỹ) với hai loại cáp có cờng độ giới hạn nhỏ nhất là 1720
MPa và 1860 MPa.
Bố trí các thanh căng ứng suất trớc và ống lồng:
Khoảng cách các ống lồng hoặc các thanh căng theo phơng pháp căng
trớc phải đảm bảo đáp ứng đợc yêu cầu đổ, đầm bê tông và phải đảm bảo
phát huy đầy đủ khả năng bám dính giữa bê tông và các thanh căng.
Khoảng cách thông thủy theo chiều ngang và chiều đứng của các thanh
căng đơn theo phơng pháp căng trớc phải đảm bảo tuân theo các khoảng
cách trên hình 1.2. Có thể sử dụng các cách bố trí khác, miễn là các kết quả
thí nghiệm chứng minh đợc sự làm việc ở trạng thái giới hạn thỏa mãn về:
- Bê tông chịu nén tại neo;
- Sự phá vỡ bê tông;
- Neo của các thanh căng theo phơng pháp căng trớc;
- Đổ bê tông giữa các thanh căng.
Vấn đề độ bền lâu và nguy cơ ăn mòn của thanh căng tại đầu các cấu
kiện cũng cần phải đợc xem xét.
Hình 1.5 Khoảng cách thông thủy tối thiểu trong thanh căng trớc [13]
(

là đờng kính thanh căng và d kích cỡ lớn nhất của cốt liệu)
21

Bó các thanh căng không đợc xuất hiện trong vùng neo, ngoại trừ khi
có thể thực hiện đợc việc đổ bê tông và phát huy đầy đủ khả năng bám dính
giữa bê tông và các thanh căng.
Các yêu cầu đối với ống lồng theo phơng pháp căng sau:
- Có thể đổ bê tông một cách an toàn, không gây h hỏng ống lồng;
- Bê tông có thể chịu đợc các lực do các phần cong của ống lồng gây
ra trong quá trình căng và sau khi căng;
- Vữa nhồi không rò rỉ vào trong ống lồng khác trong quá trình bơm
vữa;
- Không bó các ống lồng cho các cấu kiện căng sau, ngoại trừ trờng
hợp một cặp ống lồng đợc đặt theo chiều đứng, ống nọ trên ống kia;
- Khoảng cách thông thủy tối thiểu giữa các ống lồng phải phù hợp với
quy định (hình 1.5).
Hình 1.6 Khoảng cách thông thủy tối thiểu trong các ống lồng [13]
(

là đờng kính ống lồng và d
g
kích cỡ lớn nhất của cốt liệu)
1.2.5 Các vật liệu khác
Ngoài các vật liệu chính là bê tông và thép cờng độ cao, còn có những
vật liệu phụ khác đợc sử dụng cho bê tông ƯLT căng sau.
Với loại cáp ƯLT dính kết (bonded), cần phải có ống gen tạo lỗ đặt cáp.
ống gen có thể đợc chế tạo bằng tôn mạ kẽm hoặc bằng chất dẻo, ống đợc
đặt sẵn trong cấu kiện trớc khi đổ bê tông. Vữa bơm tạo sự dính kết và chống