Bài giảng chuyên đề bê tông TS vũ tấn văn

5/7/2013

Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép Ứng
Suất Trước

Giới thiệu
• Cường độ của bê tông và cốt thép được phát
triển
cấu kiện thanh mảnh hơn. Điều này
cực kỳ quan trọng đối với kết cấu BTCT.
• Khả năng chịu kéo kém của bê tông giới hạn
việc sử dụng cốt thép cường độ cao.
• Kỹ thuật ứng suất trước (tạo ứng suất ngược
với ứng suất khi sử dụng) giúp việc sử dụng
cốt thép cường độ cao có hiệu quả.
Ứng suất trước giúp việc sử dụng kết cấu
BTCT có hiệu quả: giảm tải trọng, tăng nhịp.

1


5/7/2013

Hiệu ứng ứng suất trước
• Điều chỉnh ứng suất trong bê tông:

Hiệu ứng ứng suất trước
• Tạo lực cân bằng:

2

5/7/2013

Hiệu ứng ứng suất trước
• Tạo lực cân bằng:

Ví dụ nhỏ:
• Chứng minh rằng lực ngang tác dụng lên bê
tông do cáp parabola có lực căng không đổi
là lực phân bố đều.

3


5/7/2013

Hiệu ứng ứng suất trước
• Sự hiệu chỉnh của BTCT thường: Thực tế kết
cấu BTCT cũng làm việc đến TTGH như BTCT
thường. Ở TTGH1, mô men nội lực cũng được
tạo thành bởi cặp ngẫu lực C và T. Điểm khác
nhau là CT cường độ cao phải được căng trước
để giảm độ biến dạng thêm của nó khi chịu lực.

Các phương pháp gây ứng suất trước
• Căng bằng kích

4

5/7/2013

Các phương pháp gây ứng suất trước
• Căng bằng nhiệt
• Căng bằng hóa học

2 Phương pháp căng
• Căng trước

5


5/7/2013

2 Phương pháp căng
• Căng sau

2 Phương pháp căng
• Căng sau

6


5/7/2013

Cốt thép ứng suất trước
• Bắt buộc phải là thép cường độ cao
Thép thường:

ε=

Rs
250 MPa
=
= 1.25 ×10 −3
Es 200 ×103 MPa

Biến dạng do co ngót và
từ biến của bê tông ~ 8E-4

Thép cường độ cao (ASTM):

ε=

Rs
1720MPa
=
= 8.6 × 10 −3
E s 200 × 103 MPa

Cốt thép ứng suất trước

7


5/7/2013

Bê tông
• Bê tông cường độ cao:
– Module đàn hồi cao

giảm biến dạng ban đầu
– Tốt cho căng trên bê tông.
– Lực dính cao
tốt cho căng trước
– Lợi dụng được sự dưỡng hộ tốt (trong nhà máy)

Phân loại cấu kiện BTCT ƯST theo
trạng thái làm việc của bê tông:
• Cấu kiện không cho phép nứt
• Cấu kiện cho phép nứt (mở rộng khe nứt)
• Cấu kiện trung gian (khép kín khe nứt)

8


5/7/2013

Các hao tổn ứng suất
• Hao tổn ứng suất xảy ra do nhiều nguyên
nhân.
• Hao tổn ứng suất không ảnh hưởng đến
cường độ giới hạn của tiết diện, nhưng ảnh
hưởng đến nhiều đại lượng khác như độ
vồng, độ võng, nứt.
• Có thể dự đoán tổng ứng suất hao tổng, hoặc
dự đoán chi tiết từng phần.

Dự đoán tổng hao tổn ứng suất

1 ksi = 6.89 Mpa

Chú ý: Hao tổn này chưa kể đến hao tổn do ma sát. Đối với cấu kiện căng sau,
hao tổn do ma sát phải được tính riêng.

9


5/7/2013

Các hao tổn ứng suất từng phần
• Do sự trượt neo và biến dạng của các tấm
đệm.
• Do biến dạng đàn hồi của bê tông.
• Do ma sát với thành ống.
• Do từ biến của bê tông.
• Do co ngót của bê tông.
• Do chùng ứng suất của cốt thép.

Tính toán cường độ cấu kiện
chịu uốn trong miền đàn hồi
• Giả thiết vật liệu làm việc trong miền đàn hồi
• Có thể sử dụng để tính toán cấu kiện không
cho phép nứt hoặc khép kín khe nứt.
• Thường dùng để tính toán sơ bộ cấu kiện cho
phép nứt, sau đó kiểm tra lại tất cả các giai
đoạn chịu lực theo TTGH.
• Các giá trị lực quan trọng trong cốt thép ƯST:
– Pj = lực căng của kích
– Pi = lực trong cốt ƯST ngay sau khi buông kích
– Pe = lực trong cốt ƯST sau khi đã kể đến các hao
tổn ứng suất

10


5/7/2013

Ứng suất tại mép trên của cấu kiện
ngay sau khi buông kích:

Khi kể đến trọng lượng bản thân:

Ứng suất tại mép dưới của cấu kiện
ngay sau khi buông kích:

Khi kể đến trọng lượng bản thân:

11


5/7/2013

Ứng suất tại mép trên của cấu kiện sau
khi kể đến tất cả các hao tổn ứng suất:

Ứng suất tại mép dưới của cấu kiện sau
khi kể đến tất cả các hao tổn ứng suất:

Phân bố ứng suất trên tiết diện ngang khi chịu toàn bộ tải trọng

Phân bố ứng suất trên tiết diện ngang trước và sau khi chịu tải:

12


5/7/2013

Ví dụ nhỏ
• Tìm độ lệch tâm của lực, e, sao cho toàn bộ
tiết diện ngang của cấu kiện sau khi buông
kích không chịu kéo.

Tính toán cấu kiện chịu uốn theo
phương pháp cân bằng tải trọng
• Thiết kế đường cong cáp và lực căng cáp sao
cho lực ngang gây ra do cáp cân bằng với lực
ngang do sử dụng. Khi đó, cấu kiện chỉ chịu
lực nén khi sử dụng.
• Tải trọng dùng để cân bằng do người thiết kế
quyết định. Thông thường, tải trọng cân bằng
gồm tĩnh tải và một phần hoạt tải.
• Thường thường, lực ngoài khi sử dụng là lực
phân bố đều, vì vậy đường cong cáp thường
là đường parabolic.

13


5/7/2013

Ví dụ nhỏ

• Tìm giá trị lực phân bố ngang do cáp
parabolic gây ra trên bê tông.

Ví dụ nhỏ
• Tìm quỹ đạo cáp và lực căng ứng với các sơ
đồ dầm và tải trọng khác nhau:
– Dầm đơn giản có các lực tập trung.
– Dầm công xôn chịu tải phân bố đều.
– Dầm liên tục.

14


5/7/2013

Tính toán cường độ cấu kiện chịu uốn
theo TTGH
• Tính toán tương tự kết cấu bê tông cốt thép
thường, có kể thêm cốt thép ứng suất trước.

15