dầm dự ứng lực Phát triển độ võng dầm DUL

Khảo sát sự phát triển độ vồng và các yếu tố
ảnh hởng của dầm BTCT DƯL
PGS. TS. Nguyễn Viết Trung
KS. Bùi xuân Học
Tóm tắt
Vấn đề sự phát triển độ vồng của dầm BTCT DƯL cần phải đợc quan tâm thích đáng để đảm bảo chất lợng
chế tạo dầm. Tiếp theo bài báo trong tạp chí Cầu đờng số 9/2001 nói về việc xác lập phơng pháp tính, bài báo
này đề cập đến các kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hởng đến sự phát triển độ vồng của dầm.
1. Mở đầu
Từ trớc đến nay khi chế tạo dầm BTCT DƯL,
ngời ta thờng chỉ kiểm soát chất lợng chế tạo dầm
đến khi tạo xong DƯL. Tuy nhiên, sự quan tâm này
là cha thoả đáng bởi nếu coi dầm là một sản phẩm
thực sự thì tính đến thời điểm căng kéo xong, nó
cha phải là một sản phẩm hoàn chỉnh bởi đến thời
điểm đó bê tông dầm vẫn đang tiếp tục phát triển c-
ờng độ và nhất là có sự phát triển biến dạng của
dầm do tính chất từ biến của vật liệu bê tông.
Trong công tác kiểm định dầm BTCT DƯL giản
đơn, nhất là đối với dầm căng sau, hạng mục đo
đạc, kiểm tra độ vồng của dầm là một trong những
hạng mục chính. Nhng trên thực tế, các số liệu đo
đạc độ vồng cha giúp các nhà chuyên môn đánh giá
chính xác hiện trạng của dầm bởi ở thời điểm kiểm
tra, độ vồng đã rất khác độ vồng khi kết thúc tạo
DƯL.
Nh vậy, thực tế chế tạo dầm BTCT DƯL giản
đơn ở Việt nam cho thấy vẫn còn tồn tại một vấn đề
cha đợc giải quyết triệt để, đó là sự phát triển độ
vồng của dầm sau khi tạo dự ứng lực. Đối với công
nghệ căng trớc, vấn đề chủ động kiểm soát sự phát

triển độ vồng nhìn chung đơn giản hơn, do việc chế
tạo dầm đợc thực hiện trong công xởng với mức độ
công nghiệp cao. Trong khi đó, ở công nghệ căng
sau chất lợng chế tạo phụ thuộc nhiều vào điều kiện
công nghệ cụ thể, do đó việc kiểm soát sự phát triển
độ vồng cũng khó khăn hơn .
Trớc vấn đề đã nêu, các câu hỏi đặt ra sẽ là : cơ
chế và quy luật của sự phát triển độ vồng của dầm
diễn r a nh thế nào ? những yếu tố công nghệ nào
ảnh hởng đến sự phát triển độ vồng của dầm ?
thông qua việc đo đạc độ vồng có thể đánh giá đợc
gì về công nghệ chế tạo không ? nếu độ vồng phát
triển không bình thờng thì có những mối nguy hại
gì cho dầm ?
Có một số yếu tố nh sau ảnh hởng đến sự phát
triển độ vồng : cờng độ thực tế của bê tông dầm, độ
đồng nhất, chế độ bảo dỡng, tuổi bê tông khi tạo
DƯL, lực căng thực tế trong các bó cáp, trình tự
căng kéo, điều kiện môi trờng, vật liệu chế tạo bê
tông Vậy việc đo đạc độ vồng ở thời điểm kiểm
tra sẽ phải kết luận gì về những yếu tố công nghệ đã
thực hiện từ trớc ? Hơn nữa số liệu đo đạc độ vồng
có cho phép dự đoán đợc những h hại sẽ ảnh hởng
đến chất lợng lâu dài của dầm hay không ? Hoặc có
cần kiến nghị gì để thay đổi một số tham số thiết kế
sao cho phù hợp với điều kiện cụ thể hay không ?
Để đa ra những kết luận, phải có cơ sở khoa học,
nghĩa là phải biết đợc quy luật thực tế của sự phát
triển độ vồng của dầm chế tạo theo công nghệ cụ
thể đó nh thế nào .

2. Phơng pháp tính
Cơ sở lý thuyết và phơng pháp tính đã trình bày
trong [2] , bạn đọc có thể tham khảo bài báo đó trên
tạp chí Cầu đờng số 9/2001.
3. Kết quả khảo sát
Để hiểu rõ quy luật phát triển độ vồng và các yếu tố
ảnh hởng đến quy luật đó nh thế nào, đã tiến hành khảo
sát trên dầm cầu vợt Vạn Điểm trên quốc lộ 1A đoạn
Pháp Vân Cầu Ghẽ. Khi khảo sát cho các tham số
lần lợt thay đổi và giữ nguyên các tham số khác ở giá trị
chuẩn.
ảnh hởng của nhiệt độ
Trong phạm vi nhiệt độ biến thiên từ 0
o
C đến 80
o
C,
nhiệt độ trung bình trong thời kỳ chế tạo dầm thay đổi
làm cho độ trởng thành của bê tông thay đổi, làm thay
đổi cả giá trị độ vồng tức thời và độ vồng lâu dài. Tác
động này đã đợc xét đến bằng cách thay tuổi thực tế của
bê tông bằng tuổi đã đợc điều chỉnh theo nhiệt độ, ứng
với mức độ trởng thành của bê tông.
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06

0.07
0.08
0.09
0.1
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101
Thời gian (ngày)
Độ vồng (m)
Hình 1a. Sự phát triển độ vồng của dầm ứng với nhiệt độ
khác nhau
Khảo sát ảnh hởng của thay đổi nhiệt độ đến sự phát
triển độ vồng khi cho nhiệt độ trung bình của môi trờng
các giá trị là 20
o
C, 25
o
C và 30
o
C, thu đợc quan hệ nh
hình 1a .
So với nhiệt độ chuẩn là 20
o
C : ở thời điểm tạo DƯL,
độ vồng ứng với nhiệt độ trung bình là 25
o
C và 30
o
C
giảm 2.9% và 4% ; còn ở thời điểm sau khi tạo DƯL
100 ngày, độ vồng ứng với nhiệt độ trung bình là 25
o

C
và 30
o
C giảm 2.8% và 4.1% (hình 1b).
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101
Thời gian (ngày)
Chênh lệch độ vồng (% )
Hình 1b. Chênh lệch độ vồng ở nhiệt độ 25
0
C và 30
0
C so
với độ vồng ở nhiệt độ chuẩn 20
0
C
ảnh hởng của độ ẩm
Cả hai yếu tố từ biến và co ngót của bê tông đều chịu
ảnh hởng của độ ẩm môi trờng, sự thay đổi độ ẩm ảnh
hởng đến các đặc trng từ biến, co ngót và các mất mát

1

20
o
C
25
o
C
30
o
C
25
o
C
30
o
C
DƯL do từ biến, co ngót; kết quả là sự phát triển độ
vồng cũng bị thay đổi.
Khảo sát ảnh hởng của độ ẩm môi trờng với các
giá trị độ ẩm RH tơng ứng là 70%, 80% và 90%,
thu đợc kết quả nh hình 2a. Kết quả khảo sát chỉ ra
độ ẩm môi trờng tăng có tác dụng hạn chế sự phát
triển của độ vồng .
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07

0.08
0.09
0.1
0.11
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101
Thời gian (ngày)
Độ vồng (m)
Hình 2a. Sự phát triển độ vồng của dầm ứng với các
độ ẩm RH khác nhau
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101
Thời gian (ngày)
Chênh lệch độ vồng (%)
Hình 2b. Chênh lệch độ vồng khi độ ẩm RH=80% và
RH=90% so với độ vồng ở độ ẩm chuẩn RH=70%
Tại thời điểm tạo DƯL, độ vồng tức thời không
phụ thuộc vào độ ẩm ; còn ở thời điểm sau khi tạo
DƯL 100 ngày, so với độ ẩm trung bình RH=70%,
độ vồng ứng với độ ẩm RH=80% và RH=90% giảm
4.3% và 11.3% (hình 2b). Nh vậy, việc duy trì chế
độ bảo dỡng bê tông dầm thích hợp cũng là cách cải
thiện độ ẩm của môi trờng xung quanh sao cho có
lợi nhất cho sự phát triển cờng độ, giảm biến dạng

co ngót gây nứt dầm, và cải thiện các đặc trng từ
biến .
ảnh hởng của tuổi chịu tải
Việc thay đổi thời điểm tạo DƯL, tức là bắt bê
tông lúc chịu tải ở các tuổi khác nhau, làm cho các
đặc trng từ biến của bê tông thay đổi và độ trởng
thành của bê tông khi chịu tải thay đổi, dẫn đến quy
luật phát triển độ vồng cũng thay đổi theo. Kết quả
khảo sát khi thay đổi tuổi chịu tải của bê tông là 3
ngày, 7 ngày và 14 ngày đợc chỉ ra trên hình 3a .
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
0.11
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101
Thời gian (ngày)
Độ vồng (m)
Hình 3a. Sự phát triển độ vồng của dầm ứng với các tuổi
chất tải khác nhau
-30
-25
-20

-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101
Thời gian (ngày)
Chênh lệch độ vồng (%)
Hình 3b. Chênh lệch độ vồng khi tạo DƯL lúc 3 ngày và
14 ngày so với độ vồng đợc tạo DƯL lúc 7 ngày
Trong quy trình công nghệ chế tạo dầm BTCT DƯL
giản đơn, công đoạn căng kéo DƯL thờng đợc thực hiện
khi cờng độ nén mẫu bê tông lớn hơn 90% cờng độ thiết
kế, nghĩa là ứng với tuổi nhất định của bê tông (thờng là
từ 5 đến 7 ngày). Nếu căng kéo dầm khi bê tông còn
non sẽ làm cho độ vồng tức thời lớn và độ vồng lâu dài
phát triển mạnh, điều đó có thể gây ra những ảnh hởng
bất lợi đến dầm chẳng hạn nh nứt dầm hay ứng suất
trong dầm vợt quá trị số cho phép khi tạo DƯL. Ngợc
lại, sự chậm trễ trong việc căng kéo cáp DƯL có thể
dẫn đến không đạt đợc độ vồng theo thiết kế. Trong tr-
ờng hợp đó, khi căng kéo, một số đơn vị thi công thờng

tăng quá lực căng trong các bó cáp để đạt độ vồng thiết
kế, gây ra sự giảm độ dự trữ lực DƯL, tăng mất mát
DƯL theo thời gian do chùng dão cốt thép, và có thể
xuất hiện ứng suất kéo trong bê tông ở thớ trên mặt cắt
giữa nhịp
ảnh hởng của cốt liệu
Cùng một cờng độ thiết kế nh nhau nhng modul đàn
hồi của bê tông phụ thuộc vào loại cốt liệu sử dụng, đặc
biệt là cốt liệu thô. Khảo sát với các loại cốt liệu khác
nhau ta có quan hệ biểu diễn ở hình 4a, trên hình vẽ các
đờng biểu diễn ứng với các loại đá : đá sa thạch, đá vôi,
đá thạch anh, đá bazan.
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
0.11
0.12
0.13
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101
Thời gian (ngày)
Độ vồng (m)
Hình 4a. Sự phát triển độ vồng của dầm ứng với các

loại đá

2
RH = 70%
RH=80%
RH = 90%
RH = 90%
RH = 80%
3 ngày
7 ngày
14 ngày
3 ngày
14 ngày
Đá sa thạch
Đá vôi
Đá thạch anh
Đá bazan
Đá sa thạch
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35

40
45
50
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101
Thời gian (ngày)
Chênh lệch độ vồng (%)
Hình 4b. Chênh lệch độ vồng của dầm khi dùng các
loại đá khác nhau so với độ vồng của dầm dùng đá thạch
anh
Nếu so với dầm sử dụng đá thông thờng là thạch
anh thì : ở thời điểm tạo DƯL độ vồng tức thời của
dầm sử dụng đá sa thạch và đá vôi tăng 42.8% và
11.1%, còn của dầm sử dụng đá bazan giảm
16.7% ; đến thời điểm 100 ngày, độ vồng của dầm
sử dụng đá sa thạch và đá vôi tăng 32.1% và 8.8%,
còn của dầm sử dụng đá bazan giảm 13.8% (hình
4b) .
ảnh hởng của loại xi măng
Loại xi măng sử dụng chế tạo bê tông khác nhau
vừa ảnh hởng đến độ trởng thành của bê tông, vừa
ảnh hởng đến sự phát triển cờng độ và modul biến
dạng, đồng thời nó còn ảnh hởng đến đặc trng từ
biến của bê tông. Kết quả là sự phát triển độ vồng
bị ảnh hởng bởi loại xi măng và đợc biểu diễn bằng
quan hệ nh hình 5a .
0
0.01
0.02
0.03
0.04

0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101
Thời gian (ngày)
Độ vồng (m)
Hình 5a. Sự phát triển độ vồng của dầm ứng với các
loại xi măng
Nếu so sánh với dầm sử dụng xi măng thông th-
ờng là N và R thì : ở thời điểm tạo DƯL độ vồng
tức thời của dầm sử dụng xi măng đông cứng chậm
SL tăng 4.1% và của dầm sử dụng xi măng cờng độ
cao đông cứng nhanh RS giảm 2.5% ; ở thời điểm
100 ngày, độ vồng của dầm sử dụng xi măng đông
cứng chậm SL tăng 1.3% và của dầm sử dụng xi
măng cờng độ cao đông cứng nhanh RS giảm 1.6%
(hình 5b) .
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101

Thời gian (ngày)
Chênh lệch độ vồng (%)
Hình 5b. Chênh lệch độ vồng của dầm khi dùng các loại
xi măng khác nhau so với độ vồng của dầm dùng xi măng
thông thờng N và R
ảnh hởng của cáp DƯL
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101
Thời gian (ngày)
Độ vồng (m)
Hình 6a. Sự phát triển độ vồng của dầm ứng với các loại
thép cờng độ cao
Các loại thép cờng độ cao khác nhau có độ tự chùng
khác nhau, dẫn đến mất mát DƯL theo thời gian do tự
chùng của thép cũng khác nhau và kết quả là sự phát
triển độ vồng cũng thay đổi khi sử dụng các loại thép
khác nhau nh hình 6a. Qua quan hệ nh trình bày ở trên,
tuy độ vồng của dầm sử dụng thép có độ tự chùng thấp
lớn hơn so với loại thép khử ứng suất thông thờng, nhng
nó có độ dự trữ lực DƯL cao hơn và quá trình mất mát

DƯL do tự chùng của thép cũng chậm hơn .
Khi tạo DƯL, độ vồng tức thời không phụ thuộc vào
loại thép sử dụng ; còn ở thời điểm sau khi tạo DƯL
100 ngày, so với loại thép khử ứng suất thông thờng độ
vồng ứng với thép có độ tự trùng thấp tăng 4.6% (hình
6b).
-5
-4
-3
-2
-1
0
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101
Thời gian (ngày)
Chênh lệch độ vồng (%)
Hình 6b. Chênh lệch độ vồng của dầm khi dùng thép khử
ứng suất thông thờng so với độ vồng của dầm dùng thép tự
chùng thấp
quy luật của sự phát triển độ vồng
Khi khảo sát các yếu tố ảnh hởng tới quá trình phát
triển độ vồng, đã tính độ vồng đến thời điểm 100 ngày
(khoảng 3 tháng). Tiếp tục kéo dài thời điểm tính vồng
đến khoảng 1 năm rỡi trong điều kiện nhiệt độ là 20
o
C

3
Loại SL
Đá vôi
Đá bazan

Loại SL
Loại N và R
Loại RS
Loại SL
Loại RS
Thép tự chùng thấp
Thép khử ứng suất
và độ ẩm là 80%, thu đợc đồ thị về tỉ lệ phần trăm
giữa độ vồng lâu dài với độ vồng tức thời nh ở hình
7 .
Tỉ lệ giữa độ vồng lâu dài với độ vồng tức thời
100
135
143
147
149
150
150
150
0
20
40
60
80
100
120
140
160
6 30 90 180 270 360 450 540
Thời gian (ngày)

Độ vồ ng lâu dài / Độ vồng tức thời (% )
Hình 7
Qua số liệu phân tích có thể rút ra nhận xét : độ
vồng của dầm tăng nhanh trong khoảng thời gian
đầu, nhất là tháng đầu tiên, sau đó có xu hớng
chậm lại dần. Từ tháng thứ bảy trở đi sự phát triển
độ vồng giảm đi rõ rệt và sau khoảng 1 năm độ
vồng tăng không đáng kể .
4. Kết luận
Qui luật chung của sự phát triển độ vồng của
dầm BTCT DƯL có thể đợc nêu ra nh sau : khi tạo
xong DƯL, dầm bị vồng lên. Sau đó độ vồng của
dầm dần tăng lên do tính từ biến của vật liệu bê
tông. Khoảng thời gian đầu nhất là tháng đầu tiên,
độ vồng của dầm tăng lên nhiều, sau đó chậm dần.
Từ tháng thứ bảy trở đi sự phát triển độ vồng giảm
đi rõ rệt và sau khoảng một năm độ vồng tăng
không đáng kể. Điều này có thể lý giải đợc là do
giai đoạn đầu tốc độ từ biến xảy ra nhanh chóng,
sau đó tốc độ từ biến bị chậm lại kèm theo các mất
mát DƯL và sự tăng modul biến dạng theo thời
gian, làm giảm dần sự phát triển độ vồng .
Tác động của nhiệt độ trung bình của môi trờng
xung quanh đến sự phát triển của độ vồng của dầm
không nhiều (sai lệch thờng là nhỏ hơn 5%). Nhiệt
độ trung bình tăng làm hạn chế sự phát triển độ
vồng.
Độ ẩm môi trờng tăng có tác dụng hạn chế sự
phát triển độ vồng. Nếu so với nhiệt độ, ảnh hởng
của độ ẩm đến độ vồng đáng kể hơn nhiều. Vì vậy

độ ẩm là yếu tố cần đợc quan tâm thích đáng để
đảm bảo chất lợng tốt cho dầm .
Nếu căng kéo dầm khi bê tông quá non sẽ làm
cho độ vồng tức thời và lâu dài phát triển mạnh,
điều đó có thể gây ra những ảnh hởng rất bất lợi
cho dầm, thậm chí có thể gây nứt dầm .
Cốt liệu thô dùng để chế tạo bê tông dầm có ảnh
hởng đáng kể đến độ vồng và sự phát triển của nó.
Đá bazan có tác dụng hạn chế độ vồng, ngợc lại đá
sa phiến và đá vôi thì làm cho độ vồng tăng khá
nhiều. Khi chế tạo dầm nên sử dụng loại đá thạch
anh, bởi độ vồng của dầm ở mức trung bình.
ảnh hởng của việc sử dụng các loại xi măng
khác nhau đến độ vồng không nhiều và nó chỉ đáng
kể trong giai đoạn đầu mà thôi.
Nên sử dụng loại thép cờng độ cao có độ tự
chùng thấp bởi nó có độ dự trữ lực DƯL cao và quá
trình mất mát DƯL do tự chùng của thép thấp hơn
loại thép khử ứng suất thông thờng.
Tài liệu tham khảo
[1] Nguyễn Viết Trung. Thiết kế cầu bê tông
cốt thép hiện đại theo tiêu chuẩn ACI. Nhà xuất
bản Giao thông vận tải, Hà nội 2000 .
[2] Nguyễn Viết Trung, Bùi xuân Học. Nghiên cứu
diễn biến độ vồng theo thời gian của dầm BTCT DƯL
giản đơn. Tạp chí Cầu đờng số 9 / 2001 .
[3] Comite Euro - International du Beton. CEB -
FIP Model Code 1990 (Design Code). Thomas Telford .
[4] ACI Commitee Report. Control of Deflection in
Concrete Structures (ACI 435R-95), 1999

[5] Josef Eibl , Karlsruhe. Concrete Structures Euro
- Design Handbook. Ernst & Sohn , 1995.
[6] AASHTO. Standard Specifications for Highway
Bridges. Sixteeth Edition, 1996 .
[7] A.H.Bryant. Creep and Shrinkage of a Bridge -
Building Concrete. ACI Journal, March 1979 .

4