thiet ke san be tong ung suat truoc
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (589.81 KB, 45 trang )
PGS. Phan Quang Minh (HUCE)
ThiÕt kÕ sÖn
bª t«ng øng lùc tríc
Hμ néi 2007
Share-connect.blogspot.com
1
TI LIU XY DNG
=======================================================================
================================================================
Chơng I
Kết cấu bê tông ứng suất trớc
I.1
Khái niệm chung về bê tông ứng suất trớc:
Bê tông ứng lực trớc (BT ULT) l bê tông, trong đó thông qua lực nén trớc
để tạo ra v phân bố một lợng ứng suất bên trong phù hợp nhằm cân bằng với một
lợng mong muốn ứng suất do tải trọng ngoi gây ra. Với các cấu kiện BT ULT, ứng
suất thờng đợc tạo ra bằng cách kéo thép cờng độ cao.
Bê tông thờng có cờng độ chịu kéo rất nhỏ so với cờng độ chịu nén. Đó
l nhân tố dẫn đến việc xuất hiện một loại vật liệu hỗn hợp l bê tông cốt thép
(BTCT).
Việc xuất hiện sớm của các vết nứt trong BTCT do biến dạng không tơng
thích giữa thép v bê tông l điểm khởi đầu cho việc xuất hiện một loại vật liệu mới
l bê tông ứng suất trớc. Việc tạo ra một ứng suất nén cố định cho một vật liệu
chịu nén tốt nhng chịu kéo kém nh bê tông sẽ lm tăng đáng kể khả năng chịu
kéo vì ứng suất kéo xảy ra sau khi ứng suất nén đã bị vô hiệu. Sự khác nhau cơ bản
giữa BTCT v bê tông ULT l ở chỗ trong khi BTCT chỉ l sự kết hợp đơn thuần
giữa bê tông v cốt thép để chúng cùng lm việc một cách bị động thì bê tông ULT
l sự kết hợp một cách tích cực, có chủ ý giữa bê tông cờng độ cao v cốt thép
cờng độ cao. Trong cấu kiện bê tông ULT, ngời ta đặt vo một lực nén trớc tạo
bởi việc kéo cốt thép, nhờ tính đn hồi, cốt thép có xu hớng co lại v sẽ tạo nên lực
nén trớc, lực nén trớc ny gây nên ứng suất nén trớc trong bê tông v sẽ triệt tiêu
hay lm giảm ứng suất kéo do tải trọng sử dụng gây ra, do vậy lm tăng khả năng
chịu kéo của bê tông v lm hạn chế sự phát triển của vết nứt. Sự kết hợp rất hiệu
quả đó đã tận dụng đợc các tính chất đặc thù của hai loại vật liệu, đó l trong khi
thép có tính đn hồi v cờng độ chịu kéo cao thì bê tông l vật liệu dòn v có
cờng độ chịu kéo rất nhỏ so với cờng độ chịu nén của nó. Nh vậy ứng lực trớc
chính l việc tạo ra cho kết cấu một cách có chủ ý các ứng suất tạm thời nhằm tăng
cờng sự lm việc của vật liệu trong các điều kiện sử dụng khác nhau. Chính vì vậy
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
Share-connect.blogspot.com
2
TI LIU XY DNG
=======================================================================
================================================================
bê tông ULT đã trở thnh một sự kết hợp lý tởng giữa hai loại vật liệu hiện đại có
cờng độ cao.
So với BTCT thờng, BTCT ứng suất trớc có các u điểm cơ bản sau:
-
Cần thiết v có thể dùng đợc thép cờng độ cao.
ứng suất trong thép thông thờng giảm từ 100 đến 240Mpa , nh vậy, để
phần ứng suất bị mất đi chỉ l một phần nhỏ của ứng suất ban đầu thì ứng suất ban
đầu của thép phải rất cao, vo khoảng 1200 đến 2000Mpa. Để đạt đợc điều ny thì
việc sử dụng thép cờng độ cao l thích hợp nhất.
Cần phải sử dụng bê tông cờng độ cao trong BTCT ULT vì loại vật liệu ny
có khả năng chịu kéo, chịu cắt, chịu uốn cao v sức chịu tải cao. Bê tông cờng độ
cao ít xảy ra vết nứt do co ngót, có mô đun đn hồi cao hơn, biến dạng do từ biến ít
hơn, do đó ứng suất trớc trong thép sẽ bị mất ít hơn. Việc sử dụng bê tông cờng
độ cao sẽ lm giảm kích thớc tiết diện ngang của cấu kiện. Việc giảm trọng lợng
của cấu kiện, vợt nhịp lớn hơn sẽ lm tăng hiệu quả kinh tế v kỹ thuật.
-
Có khả năng chống nứt cao hơn (do đó khả năng chống thấm tốt hơn). Dùng
BTCT ULT, ngời ta có thể tạo ra các cấu kiện không xuất hiện các khe nứt trong
vùng bê tông chịu kéo hoặc hạn chế sự phát triển bề rộng của khe nứt khi chịu tải
trọng sử dụng.
-
I.2
Có độ cứng lớn hơn (do đó có độ võng v biến dạng bé hơn).
Các phơng pháp gây ứng suất trớc:
I.2.1 Phơng pháp căng trớc:
Phơng pháp ny thờng sử dụng cho quy trình sản xuất các cấu kiện đúc
sẵn. Cốt thép ULT đợc neo một đầu cố định vo bệ còn đầu kia đợc kéo ra với lực
kéo N. Dới tác dụng của lực N, cốt thép đợc kéo trong giới hạn đn hồi v sẽ giãn
di ra một đoạn, tơng ứng với các ứng suất xuất hiện trong cốt thép. Khi đó, đầu
còn lại của cốt thép đợc cố định nốt vo bệ. Đổ bê tông, đợi cho bê tông đông cứng
v đạt cờng độ cần thiết thì buông cốt thép. Nh một lò so bị kéo căng, các cốt thép
ny có xu hớng co ngắn lại v thông qua lực dính giữa thép v bê tông, cấu kiện sẽ
bị nén với giá trị bằng lực N đã dùng khi kéo cốt thép. Ưu điểm của phơng pháp
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
Share-connect.blogspot.com
3
TI LIU XY DNG
=======================================================================
================================================================
căng trớc l có thể phân bố lực nén đều đặn trong cấu kiện. Nhợc điểm của
phơng pháp ny l phải lắp đặt bệ tỳ phức tạp.
a)
b)
Hình I.1: Sơ đồ phơng pháp căng trớc
a- Trớc khi buông cốt thép ULT; b- Sau khi buông cốt thép ULT
1- Cốt thép ULT; 2 - Bệ căng; 3 - Ván khuôn;
4 - Thiết bị kéo thép; 5 - Thiết bị cố định thép.
I.2.2 Phơng pháp căng sau:
Phơng pháp ny thờng sử dụng cho kết cấu bê tông đổ tại chỗ. Trớc hết
đặt thép ULT v cốt thép thông thờng rồi đổ bê tông. Khi bê tông đạt đến cờng độ
nhất định thì tiến hnh căng cốt thép với ứng suất quy định. Sau khi căng xong, cốt
thép ULT đợc neo chặt vo đầu cấu kiện, thông qua các neo đó, cấu kiện sẽ bị nén
bằng lực đã dùng khi kéo căng cốt thép. Trong phơng pháp căng sau, kết cấu BTCT
ULT đợc chia lm 2 loại: kết cấu bê tông ULT dùng cáp dính kết v kết cấu bê
tông ULT dùng cáp không dính kết. Loại kết cấu bê tông ULT dùng cáp dính kết,
khi thi công phải đặt sẵn ống gen để luồn cáp, sau khi kéo căng cốt thép, tiến hnh
bơm phụt vữa xi măng mác cao để chèn lấp khe hở giữa cáp thép v ống gen. Đầu
cáp thép đợc neo chặt bằng nêm vo bê tông v trở thnh các điểm tựa truyền lực
nén vo bê tông.
Ưu điểm của phơng pháp căng sau l không cần bệ tỳ riêng, có thể dễ dng
thi công kéo căng thép tại vị trí kết cấu tại công trình nh thân xi lô, ống khói, dầm,
sn
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
Share-connect.blogspot.com
4
TI LIU XY DNG
=======================================================================
================================================================
a)
b)
Hình I.2: Sơ đồ phơng pháp căng sau
a - Trong quá trình căng; b- Sau khi căng
1- Cốt thép ULT; 2 - Cấu kiện BTCT; 3 - ống rãnh;
4 - Thiết bị kích; 5 - Neo.
I.2.3 Một số công nghệ khác tạo ứng suất trớc:
Ngoi 2 phơng pháp căng trớc v căng sau, trong BTCT ứng suất trớc còn
sử dụng một số phơng pháp sau:
I.2.3.1 Sử dụng xi măng nở tạo ứng suất trớc trong bê tông:
Theo phơng pháp ny, trong quá trình ninh kết v phát triển cờng độ, xi
măng nở lm tăng thể tích, các cốt thép trong bê tông sẽ ngăn cản sự dãn nở của xi
măng, kết quả l trong bê tông có một lực nén khoảng 600-700Mpa.
Ngời ta có thể sử dụng loại xi măng đặc biệt cho sự trơng nở ny. Song,
thực tế cũng có thể biến xi măng Pooclang thông thờng thnh loại xi măng đặc biệt
ny bằng cách trộn thêm phụ gia aluminat v thạch cao. Loại xi măng trơng nở tự
tạo ứng suất trớc ny dùng để chế tạo các kết cấu nh bể chứa, cầu tu, cọc, dầm,
panen mái che cho nh công nghiệp. Phơng pháp ny còn gọi l phơng pháp hoá
học để tạo ULT.
I.2.3.2 Dùng kích ép ngoi để tạo ứng suất trớc:
Khác với 2 phơng pháp căng trớc v căng sau, kích đặt ở 2 đầu kết cấu
không dùng để kéo căng cốt thép ra m dùng để ép chặt cấu kiện bê tông lại, cáp
hoặc cốt thép đợc neo vo các gối tựa. Sau khi bỏ kích ra, tạo ra trờng ULT luôn
đợc duy trì trong kết cấu.
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
Share-connect.blogspot.com
5
TI LIU XY DNG
=======================================================================
================================================================
Hình I.3: Sơ đồ tạo ULT bằng kích ép ngoi
1 - Cấu kiện BTCT ULT; 2 - Kích; 3 - Bệ tỳ
I.3
Vật liệu sử dụng cho bê tông ứng suất trớc:
I.3.1 Bê tông cờng độ cao:
Bê tông ứng suất trớc yêu cầu sử dụng bê tông đạt cờng độ chịu nén cao
trong thời gian ngắn với cờng độ chịu kéo tơng đối cao hơn so với bê tông thông
thờng, độ co ngót thấp, tính từ biến thấp nhất v giá trị mô đun đn hồi lớn. Theo
tiêu chuẩn ấn Độ IS:1343-1980, cờng độ chịu nén của khối lập phơng tại 28 ngy
tuổi l 40Mpa đối với cấu kiện căng trớc v 30Mpa đối với cấu kiện căng sau. Theo
tiêu chuẩn ACI318, bê tông đạt cờng độ chịu nén tại 28 ngy tuổi từ 27.58 đến
68.95 Mpa.
I.3.1.1 ứng suất cho phép trong bê tông theo tiêu chuẩn ACI 318-2002:
ứng suất cho phép trong bê tông đợc quy định v khống chế tuỳ theo từng
tiêu chuẩn. Theo tiêu chuẩn ACI 318-2002 đợc quy định nh sau:
I.3.1.1.1 ứng suất trong bê tông ngay sau khi truyền lực ứng suất trớc (trớc khi
xảy ra tổn hao ứng suất) không đợc vợt quá các giá trị sau:
+ ứng suất nén lớn nhất: 0.60fci.
+ ứng suất kéo tại 2 đầu mút của cấu kiện có gối tựa đơn giản: 0.5 f ci'
+ ứng suất kéo tại các vị trí khác: 0.25 f ci'
Nếu ứng suất kéo vợt quá các giá trị trên thì cần bố trí thêm thép chịu kéo
(thép thờng hoặc thép ứng suất trớc) vo vùng chịu kéo để chịu tổng lực kéo trong
bê tông đợc tính toán với giả thiết tiết diện không bị nứt.
I.3.1.1.2 ứng suất ứng với tải trọng lm việc (sau khi đã xảy ra tổn hao ứng suất):
+ ứng suất nén lớn nhất do tải trọng di hạn: 0.45fc.
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
Share-connect.blogspot.com
TI LIU XY DNG
6
=======================================================================
================================================================
+ ứng suất nén lớn nhất do tổng tải trọng: 0.60fc.
+ ứng suất kéo lớn nhất với tiết diện không cho phép nứt: 0.5 f c'
+ ứng suất kéo lớn nhất với tiết diện cho phép nứt:
f c'
ứng suất có thể vợt quá ứng suất cho phép nếu phân tích v kiểm tra chứng
tỏ đợc kết cấu không bị h hỏng.
I.3.1.2 Mô đun đn hồi của bê tông:
Đặc trng ứng suất - biến dạng của bê tông khi chịu nén không phải l tuyến
tính nhng với tải trọng không vợt quá 30% cờng độ phá hoại thì có thể giả thiết
biến dạng l tuyến tính. Cần xác định đặc tính biến dạng của bê tông dới tác dụng
của tải trọng ngắn hạn v tải trọng di hạn để xác định cờng độ chịu uốn v mô đun
đn hồi, từ đó tính toán độ võng của cấu kiện ứng suất trớc. Mô đun đn hồi của bê
tông tăng lên cùng với cờng độ chịu nén trung bình của bê tông nhng với tốc độ
chậm hơn. Theo tiêu chuẩn ACI 318-2002, mô đun đn hồi của bê tông:
Ec=4730 f c' (Mpa).
I.3.2 Thép cờng độ cao:
Thép ứng suất trớc có thể l sợi, cáp hoặc thanh thép hợp kim.
-
Thép sợi sử dụng cho bê tông ƯLT nói chung tuân theo tiêu chuẩn ASTM A-
421. Sợi thép đợc quấn thnh cuộn v đợc cắt v lắp ở nh máy hay tại hiện
trờng. Trớc khi thi công, sợi thép cần đợc vệ sinh bề mặt để tăng lực dính kết với
bê tông.
-
Cáp ứng suất trớc phổ biến nhất l loại cáp 7 sợi, có cờng độ chịu kéo tới hạn
fpu l 1720Mpa v 1860Mpa, kết dính hoặc không kết dính.
Hiện nay, ngoi loại cáp đơn 7 sợi còn có loại cáp bao gồm nhiều cáp đơn kết
hợp với nhau . Loại cáp ny có u điểm l mỏng, nhẹ v dẻo.
-
Thép thanh sử dụng cho bê tông ƯLT tuân theo tiêu chuẩn ASTM A-322 v A-
29, với yêu cầu có ứng suất phá hoại đạt tới 90% cờng độ giới hạn. Mặc dù cờng
độ giới hạn thực tế thờng đạt tới 1100 MPa, nhng giá trị tiêu chuẩn nhỏ nhất
thờng lấy l 1000 MPa. Hầu hết các tiêu chuẩn thờng đa ra giới hạn chảy nhỏ
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
Share-connect.blogspot.com
TI LIU XY DNG
7
=======================================================================
================================================================
nhất l 896 MPa mặc dù giá trị thực tế còn cao hơn. Độ giãn di nhỏ nhất tại lúc phá
hoại ở vị trí chiều di bằng 20 lần đờng kính l 4%, với độ giảm nhỏ nhất của tiết
diện tại lúc phá hoại l 25%.
Thép cờng độ cao đợc sản xuất từ hợp kim bao gồm mangan, silic,
cacbon,bằng phơng pháp cán nguội hoặc bằng phơng pháp cán nóng v đợc
tôi, lm cho cứng.
a)
b)
c)
Hình I.4: Các loại cáp ứng suất trớc
a-Cáp 7 sợi(cáp đơn)
b-Cáp dẹt
c-Cáp nhiều sợi
ứng suất kéo cho phép trong thép theo ACI:
+ ứng suất lớn nhất do căng thép (trớc khi truyền ứng suất) không đợc vợt quá
số nhỏ hơn của: 0.80fpu v 0.94fpy
+ ứng suất kéo lớn nhất ngay sau khi truyền lực ứng suất trớc không đợc vợt quá
số nhỏ hơn của: 0.74fpu v 0.82fpy
+ ứng suất lớn nhất trong thép căng sau tại vùng neo ngay sau khi neo thép: 0.70fpu
Bảng I.1 Một số đặc tính của cáp ứng suất trớc
Loại cáp
Đờng kính danh định
Diện tích danh định
Khối lợng danh định
Cờng độ chịu cắt
Cờng độ chịu kéo
Tải trọng phá hoại nhỏ nhất
Mô đun đn hồi
Độ dãn di
mm
mm2
kg/m
Mpa
Mpa
kN
GPa
%
13mm
15mm
EN318 hoặc ASTM A416 EN318 hoặc ASTM A416
BS 5896 super Grade 270 BS 5896 super Grade 270
12.9
12.7
15.7
15.2
100
98.7
150
140
0.785
0.775
1.18
1.1
1580
1670
1500
1670
1860
1860
1770
1860
186
183.7
265
260.7
195
lớn nhất 2.5
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
Share-connect.blogspot.com
8
TI LIU XY DNG
=======================================================================
================================================================
I.3.3 Các vật liệu khác:
Ngoi 2 vật liệu chính l bê tông cờng độ cao v thép cờng độ cao còn có
một số vật liêu khác:
I.2.3.1 ống gen:
Đối với bê tông ULT căng sau dính kết thì cần đặt sẵn ống gen trong bê tông.
Có 2 loại ống gen thờng dùng:
-
Loại bằng tôn mỏng 0.2 - 0.3mm có pha chì để lm giảm ma sát cuộn mép v
cuốn theo kiểu xoắn ruột g.
-
ống gen bằng các loại ống kim loại, ống tròn trơn có bề dy 2 - 4mm.
Yêu cầu ống gen l phải chống thấm tốt để giữ cho nớc xi măng không thấm
vo ống trong quá trình đổ bê tông v bảo vệ cáp, ống phải bền không bị h hỏng
biến dạng trong quá trình thi công. Tuy nhiên, ống lại phải mềm để đặt cong theo
thiết kế v ma sát giữa ống gen với cáp không đợc quá lớn.
Hình I.5: Cấu tạo ống gen
1-ống gen; 2- bó cáp; 3- lỗ phụt vữa
I.2.3.2 Vữa phụt:
Sau khi căng cáp v neo, cần lấp đầy kẽ hở trong ống gen bằng vữa xi măng.
Vữa đợc phụt vo ống gen dới áp lực khoảng 6atm. Cờng độ của vữa sau 7 ngy
ít nhất phải đạt 2000Mpa.
I.4
Thiết bị sử dụng tạo ứng suất trớc:
I.4.1 Phơng pháp căng trớc:
Hệ thống tạo ULT bao gồm hai khối neo đặt cách nhau một khoảng cách no
đó, thép ULT đợc căng giữa hai khối neo ny trớc khi đổ bê tông, lực căng đợc
tạo bởi các kích thuỷ lực hoặc kích vít lớn.
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
Share-connect.blogspot.com
9
TI LIU XY DNG
=======================================================================
================================================================
I.4.1 Phơng pháp căng sau:
Các thiết bị cần thiết đối với phơng pháp căng sau bao gồm:
-
Bơm v kích tạo ULT
-
Neo
-
Máy luồn cáp
-
Thiết bị cắt cáp
-
Hỗn hợp vữa v bơm vữa
Máy luồn cáp v thiết bị để bơm vữa chỉ cần thiết đối với cấu kiện bê tông
ULT sử dụng cáp dính kết. Cáp có thể đợc luồn vo ống dẫn trớc khi đặt ống dẫn
vo vị trí hoặc sau khi đặt ống dẫn vo vị trí . Nếu cáp ngắn thì không cần sử dụng
máy luồn cáp.
Neo đợc thiết kế để cố định cáp ở cả hai đầu cáp. Đối với cáp không di lắm
(dới 30m), có thể bố trí một đầu neo cố định v một đầu neo công tác. Khi cáp quá
di thì bố trí neo công tác tạo ULT ở cả hai đầu để tránh tổn hao ứng suất do ma sát.
Cấu tạo neo đơn giản, cáp cần phải di quá đầu neo một đoạn v sẽ đợc cắt ngắn
sau khi truyền lực ứng suất. Hiện nay neo công tác đợc sử dụng phổ biến nhất l hệ
neo Freyssinet dùng nêm hình côn để kẹp chặt sợi cáp. Neo bao gồm bản đệm bằng
thép có lỗ để cáp luồn qua, nêm hình côn v lò xo để tránh ứng suất cục bộ trong bê
tông vùng neo. Nêm hình côn sẽ tự động dịch chuyển về phía bản đệm để khoá cáp
v có tác dụng nh một bộ phận truyền ứng suất tự động. Neo đợc chế tạo để thuận
lợi cho việc đo độ dãn di của cáp v gia tải ULT.
Có 4 dạng thiết bị căng thép
-
Căng bằng thiết bị cơ khí: thiết bị ny thờng bao gồm các khối nặng có hoặc
không có bộ truyền lực đòn bẩy, bộ truyền lực bánh răng kết hợp với khối ròng rọc
có hoặc không có bánh răng v máy cuốn sợi. Thiết bị ny đợc sử dụng chủ yếu để
sản xuất các thnh phẩm bê tông ULT trong nh máy với quy mô lớn.
-
Căng bằng thiết bị thuỷ lực: đây l thiết bị đơn giản nhất để tạo ra lực ULT lớn,
đợc sử dụng rộng rãi. Các kích thuỷ lực thông dụng có lực căng từ 5-100 tấn. Các
kích thuỷ lực lớn có lực căng từ 200-600 tấn. Khi sử dụng kích thuỷ lực, quan trọng
nhất l phải đo chính xác lực căng trong suốt quá trình căng.
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
Share-connect.blogspot.com
TI LIU XY DNG
10
=======================================================================
================================================================
-
Căng bằng nguyên lý điện học: phơng pháp ny tạo lực ULT bằng cách nung
nóng cáp bằng dòng điện, cáp đợc neo trớc khi đổ bê tông. Thép đợc nung nóng
ở nhiệt độ 300-4000C trong vòng 3-5 phút. Thép sẽ giãn di ra khoảng 0.4-0.5%. Sau
khi nguội, thép sẽ co ngắn lại nhng bị neo cản trở. Thời gian thép nguội khoảng 1215 phút. Phơng pháp ny có thể tạo ra ứng suất căng ban đầu từ 500-600 Mpa.
-
Căng bằng phơng pháp hoá học: sử dụng xi măng trơng nở để tạo ULT, độ
giãn nở đợc điều chỉnh bằng phơng pháp bảo dỡng.
a)
b)
Hình I.6: Cấu tạo neo
a- Neo công tác;
b- Neo cố định
1-Cáp ; 2- đai xoắn; 3- bản thép đệm; 4- neo;
5- vữa xi măng bịt lỗ neo; 6- cấu kiện bê tông.
I.5
Tổn hao ứng suất:
ứng suất ban đầu trong bê tông sẽ giảm theo thời gian từ khi truyền ứng suất
do nhiều nguyên nhân. Hiện tợng ny đợc gọi l tổn hao ứng suất. Việc xác
định chính xác độ lớn của tổn hao ứng suất rất cần thiết khi thiết kế. Có nhiều
nguyên nhân gây tổn hao ứng suất. Có loại hao ứng suất xảy ra ngay sau khi truyền
ứng suất, có loại hao ứng suất xảy ra theo thời gian.
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
Share-connect.blogspot.com
11
TI LIU XY DNG
=======================================================================
================================================================
Bảng I.2 l một số loại hao ứng suất trong bê tông ULT sử dụng phơng pháp
căng trớc v căng sau.
Bảng I.2 Các loại hao ứng suất
stt Căng trớc
1 Do biến dạng đn hồi
của bêtông
stt Căng sau
1 Nếu các sợi cáp đợc căng
đồng thời thì không xảy ra
hao ứng suất do biến dạng đn
hồi.Nếu các sợi cáp đợc căng
lần lợt thì sẽ xảy ra hao ứng
suất do biến dạng đn hồi của
bê tông
2 Do chùng ứng suất trong
2 Do chùng ứng suất trong
thép
thép
3 Do co ngót của bê tông
3 Do co ngót của bê tông
4 Do từ biến của bê tông
4 Do từ biến của bê tông
5 Do ma sát
6 Do biến dạng neo
Tổn hao ứng suất tổng cộng cho phép trong thiết kế:
Khi thiết kế các cấu kiện bê tông ULT, ngời ta thờng giả thiết tổng tổn hao
ứng suất bằng một tỷ lệ phần trăm của ứng suất ban đầu. Vì hao ứng suất phụ thuộc
vo nhiều yếu tố nh tính chất của bê tông v thép, phơng pháp bảo dỡng, độ lớn
của ứng suất trớc v phơng pháp ULT nên rất khó xác định chính xác tổng tổn
hao ứng suất. Có thể đa ra một tỷ lệ điển hình của tổng tổn hao ứng suất trong điều
kiện lm việc bình thờng nh sau:
Bảng I.7 Tỷ lệ hao ứng suất
Tỷ lệ hao ứng suất (%)
Căng trớc Căng sau
Co ngót đn hồi v uốn của bê tông
4
1
Từ biến của bê tông
6
5
Co ngót của bê tông
7
6
Chùng ứng suất của thép
8
8
Tổng cộng
25
20
Loại hao ứng suất
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
Share-connect.blogspot.com
12
TI LIU XY DNG
=======================================================================
================================================================
Chơng II
Các phơng pháp tính toán sện bê tông ứng lực trớc
II.1
Các quan niệm phân tích kết cấu bê tông ứng lực trớc:
Hiện nay, việc phân tích cấu kiện bê tông ULT dựa trên ba quan niệm cơ bản
sau:
II.1.1 Quan niệm thứ nhất:
Quan niệm ny coi bê tông ULT nh vật liệu đn hồi, tính toán theo ứng suất
cho phép.
Bê tông l vật liệu chịu nén tốt, chịu kéo kém. Nếu không phải chịu ứng suất
kéo do đã đợc nén trớc thông qua việc kéo trớc cốt thép, trong bê tông sẽ không
bị xuất hiện vết nứt, nh vậy có thể xem nh bê tông ULT l vật liệu đn hồi. Với
quan niệm ny, khi bê tông đặt vo trạng thái chịu lực thì ứng suất kéo gây ra do tải
trọng ngoi sẽ bị triệt tiêu bởi ứng suất nén trớc, nhờ vậy sẽ hạn chế đợc bề rộng
vết nứt v khi vết nứt cha xuất hiện thì có thể sử dụng các phơng pháp của lý
thuyết đn hồi để tính toán.
II.1.2 Quan niệm thứ hai:
Quan niệm ny coi bê tông ULT lm việc nh BTCT thờng với sự kết hợp
giữa bê tông v thép cờng độ cao, bê tông chịu nén v thép chịu kéo v gây ra một
cặp ngẫu lực kháng lại mô men do tải trọng ngoi gây ra. Nếu sử dụng thép cờng
độ cao đơn thuần nh thép thờng thì khi bê tông xuất hiện vết nứt, thép vẫn cha
đạt đến cờng độ. Nếu thép đợc kéo trớc v neo vo bê tông thì sẽ có đợc sự biến
dạng v ứng suất phù hợp với cả hai loại vật liệu.
II.1.3 Quan niệm thứ ba:
Quan niệm ny coi ULT nh một thnh phần cân bằng với một phần tải trọng
tác dụng lên cấu kiện trong quá trình sử dụng, tính toán theo phơng pháp cân bằng
tải trọng. Đây l phơng pháp khá đơn giản v dễ sử dụng để tính toán, phân tích
cấu kiện BT ULT. Cáp ULT đợc thay thế bằng các lực tơng đơng tác dụng vo
bê tông. Cáp tạo ra một tải trọng ngợc lên, nếu chọn hình dạng cáp v lực ULT phù
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
Share-connect.blogspot.com
TI LIU XY DNG
13
=======================================================================
================================================================
hợp sẽ cân bằng đợc các tải trọng tác dụng lên sn, do đó độ võng của sn tại mọi
điểm đều bằng 0.
II.1.3.1 Các hình dạng cáp v tải trọng cân bằng:
Hình dạng cáp
Tải trọng
cân bằng
Sơ đồ tải cân bằng
Độ võng
ML2
8 EI
M=Pe
W
4 Pe
L
WL3
48EI
w
8 Pe
L2
5wL4
384 EI
W
Pe
aL
a (3 4a 2 )WL3
24 EI
II.1.3.2 Quy trình tính toán theo quan niệm thứ 3:
1- Tính toán sơ bộ tiết diện cột v chiều dy sn, loại vật liệu sử dụng. Kiểm tra
chọc thủng sn do lực cắt.
2- Xác định tải trọng cân bằng (chủ yếu phụ thuộc điều kiện kinh tế). Thông
thờng, tải trọng cân bằng thờng lấy vo khoảng 0.8 - 1 lần trọng lợng bản thân
sn.
3- Xác định hình dạng cáp, tính toán lực ULT yêu cầu.
4- Phân tích sn với các tải trọng: hoạt tải, tĩnh tải, tải ULT (sau khi đã kể đến các
hao ứng suất).
5- Tính toán ứng suất, kiểm tra các giai đoạn lm việc của sn, kiểm tra độ võng
v khả năng chịu lực.
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
Share-connect.blogspot.com
14
TI LIU XY DNG
=======================================================================
================================================================
6- Tuỳ thuộc vo kết quả của bớc 5, có thể điều chỉnh chiều dy sn v lực ULT.
Có thể bổ sung cốt thép thờng để hạn chế vết nứt v tăng khả năng chịu cắt, lợng
thép ny thờng bố trí qua đầu cột hoặc nhịp biên.
II.1.4 Nhận xét:
Việc thiết kế sn bê tông ULT đều có thể sử dụng các quan niệm phân tích ở
trên. Mỗi phơng pháp đều có các u nhợc điểm riêng. Vì vậy, vấn đề đặt ra đối
với ngời thiết kế l lựa chọn quan niệm no để đơn giản hoá việc phân tích v tính
toán, phù hợp với công cụ thiết kế hiện có.
Kết cấu BTCT nói chung v kết cấu bê tông ULT nói riêng đợc tính toán
theo hai trạng thái giới hạn:
-
Trạng thái giới hạn thứ nhất: về khả năng chịu lực.
-
Trạng thái giới hạn thứ hai: về điều kiện sử dụng bình thờng (điều kiện về biến
dạng võng v nứt)
Khi tính toán kết cấu bê tông ULT, tuỳ theo từng quan niệm tính toán có thể
xuất phát từ trạng thái giới hạn thứ nhất hoặc thứ hai rồi kiểm tra kết cấu với trạng
thái còn lại.
Quan niệm thứ nhất v thứ ba dễ dng đánh giá sự l việc của cấu kiện trong
giai đoạn sử dụng nhng không tính toán đợc trực tiếp khả năng chịu lực. Với quan
niệm thứ hai thì việc kiểm tra trạng thái giới hạn thứ 2 phức tạp hơn.
Phơng pháp cân bằng tải trọng cho phép ngời thiết kế dự đoán đợc dễ
dng độ võng của cấu kiện ngay từ khi chọn tải trọng cân bằng, nhất l đối với hệ
kết cấu siêu tĩnh.
ứng với các giai đoạn lm việc của sn có các trờng hợp kiểm tra nh sau:
-
Kiểm tra lúc buông neo:
Lúc buông neo, sn chịu tác dụng của các lực: lực ULT, trọng lợng bản thân
sn.
-
Kiểm tra trong giai đoạn sử dụng:
Vói các tải trọng: lực ULT, tĩnh tải tiêu chuẩn v hoạt tải tiêu chuẩn.
-
Kiểm tra khả năng chịu lực của sn:
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
Share-connect.blogspot.com
15
TI LIU XY DNG
=======================================================================
================================================================
Khả năng chịu tải của sn bao gồm khả năng chịu cắt v chịu uốn. Lúc ny,
cấu kiện lm việc cấu kiện chịu uốn BTCT thờng. Tải trọng tính toán bao gồm tĩnh
tải tính toán v hoạt tải tính toán.
-
Kiểm tra độ võng, nứt:
Độ võng của sn bao gồm độ võng tức thời do hoạt tải v độ võng tổng cộng
do tải trọng thờng xuyên. Do lực ULT sẽ gây ra độ vồng trong cấu kiện nên một
phần độ võng do tải trọng bản thân của sn đợc kháng lại bởi độ võng do lực ULT.
Độ võng từ biến do tải trọng di hạn đợc tính gần đúng bằng cách lấy độ võng do
tải trọng di hạn nhân với hệ số từ biến.
II.2
Các phơng pháp tính toán nội lực trong sn phẳng:
Để phân tích sn, tính toán nội lực, ứng suất trong sn có thể sử dụng nhiều
cách khác nhau. Dới đây giới thiệu 3 phơng pháp thông dụng hiện nay.
II.2.1 Phơng pháp phân phối trực tiếp:
Trong tính toán bản sn theo phơng pháp phân phối trực tiếp, mômen uốn
M0 của từng ô bản đợc phân phối cho các miền mômen âm v mômen dơng dựa
trên bảng tra các hệ số đợc lập sẵn. Phơng pháp phân phối trực tiếp mang tính ứng
dụng cao, dễ sử dụng v đơn giản. Tuy nhiên phạm vi sử dụng hơi bị hạn chế.
Phơng pháp phân phối trực tiếp theo tiêu chuẩn ACI:
Để đảm bảo khả năng chịu uốn của sn ở trạng thái giới hạn đủ để chịu đợc
mô men âm v mô men dơng do tải trọng bất lợi nhất gây ra, tiêu chuẩn ACI đa ra
các điều kiện sau:
-
Phải có ít nhất 3 nhịp liên tục theo mỗi phơng.
-
Các nhịp phải đều nhau. Theo từng phơng, các nhịp kề nhau không đợc chênh
nhau quá 1/3 chiều di nhịp lớn hơn.
-
Tất cả các tải trọng đều l tải trọng đứng, hoạt tải phải l tải trọng phân bố đều
v nhỏ hơn 2 lần tĩnh tải.
-
Các ô sn phải l hình chữ nhật, tỷ lệ nhịp di v nhịp ngắn không đợc vợt
quá 2.
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
Share-connect.blogspot.com
16
TI LIU XY DNG
=======================================================================
================================================================
-
Cột không đợc lệch vị trí quá 10% khoảng cách giữa các đờng tim cột của các
cột kế tiếp nhau theo mỗi phơng.
Quy trình tính toán theo phơng pháp phân phối trực tiếp:
II.2.1.1 Xác định mô men tổng cộng:
Mô men tổng cộng do tải trọng tính toán M0:
M0
Trong đó:
wu l 2 l n2
8
(II.1)
wu: tải trọng phân bố
l2: bề rộng dầm - bản.
ln: chiều di thông thuỷ của nhịp, đợc tính l khoảng cách giữa
2 mặt trong của gối tựa (cột, mũ cột, hoặc vách) nhng không đợc nhỏ hơn 0.65l1
(l1 l khoảng cách tâm 2 gối tựa).
II.2.1.2 Phân phối mô men cho các ô bản:
Đối với các nhịp trong, mô men M0 đợc phân phối 65% cho mô men âm v
35% cho mô men dơng. Giá trị ny xấp xỉ nh dầm ngm 2 đầu chịu tải trọng
phân bố dựa trên giả thiết góc xoay của các điểm liên kết phía trong l không đáng
kể. Tiết diện tới hạn đối với mô men âm l tiết diện tại vị trí mặt gối tựa (cột, tờng,
mũ cột) của bản sn. Với cột tròn, tiết diện tới hạn đối với mô men âm nằm tại vị trí
cạnh hình vuông tơng đơng.
Đối với các cột biên, lực chỉ tác dụng lên cột ở một phía nên sẽ gây ra mô
men không cân bằng. Góc xoay sẽ lm giảm mô men âm v tăng mô men dơng ở
giữa nhịp v ở gối trong đầu tiên. Độ lớn góc xoay của cột biên phụ thuộc vo độ
cứng của cột tơng đơng. Nếu độ cứng của cột lớn so với độ cứng của dầm - bản,
cột sẽ ngăn cản góc xoay của biên ngoi của sn v đóng vai trò nh một liên kết
ngm, tỷ lệ phân phối mô men M0 sẽ tơng tự nh các nhịp trong (65% tại gối v
35% tại nhịp). Ngợc lại, nếu độ cứng của cột không đủ lớn, cột đóng vai trò nh
một gối cố định. Lúc ny, mô men tại gối ngoi sẽ bằng 0, mô men giữa nhịp l
0.63M0, mô men tại gối trong đầu tiên bằng 0.75M0. Nếu sn không có dầm biên, tỷ
lệ phân phối lần lợt cho các tiết diện trên sẽ l 0.26M0, 0.50M0, 0.70M0. Nếu sn
có dầm biên: 0.30M0, 0.50M0, 0.70M0.
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
Share-connect.blogspot.com
TI LIU XY DNG
17
=======================================================================
================================================================
II.2.1.3 Phân phối mô men cho các dải nhịp v dải cột:
Sau khi phân phối mô men cho các ô bản, cần phân phối mô men cho các dải
nhịp v dải cột của ô bản.
dải nhịp
dải nhịp
dải cột
dải cột
dải cột
dải cột
dải cột
dải nhịp
dải nhịp
dải cột
L1
L2
Hình II.1. Sơ đồ dải cột v dải nhịp
Sự phân phối mô men âm v mô men dơng cho các dải cột phụ thuộc vo tỷ
số l2/l1 v Dl2/l1, với sn không dầm D=0. Sau khi phân phối mô men cho dải cột,
lợng mô men còn lại sẽ phân phối cho dải nhịp.
-
Đối với mô men dơng, 60% sẽ phân phối cho dải cột.
-
Đối với mô men âm:
Đối với nhịp giữa, 75% mô men âm phân phối cho dải cột.
Đối với nhịp biên, sự phân phối mô men phụ thuộc l2/l1,Dl2/l1, độ cứng chống
xoắn của dầm biên E t .
Et
Trong đó:
E cb C
2 E cs I s
(II.2)
Ecb v Ecs: mô đun đn hồi của bê tông dầm v bê tông sn
Is: mô men quán tính của dầm bản
C: hằng số liên quan đến độ cứng chống xoắn của dầm biên
C
Ư
x x3 y
(1 0.63 )
y 3
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
(II.3)
Share-connect.blogspot.com
18
TI LIU XY DNG
=======================================================================
================================================================
với x l cạnh ngắn, y l cạnh di của tiết diện chữ nhật thnh
phần trong tiết diện ngang chịu xoắn trong phạm vi chiều cao tiết diện cột.
Nếu E t rất nhỏ, gần bằng 0, 100% mô men âm sẽ phân phối cho dải cột. Nếu
E t t 2.5 thì 75% mô men âm sẽ phân bố cho dải cột.
II.2.2 Phơng pháp khung tơng đơng:
Vì lực cắt v mô men uốn trong sn l do tải trọng thẳng đứng tác dụng lên
từng sn nên có thể phân tích độc lập từng sn. Phơng pháp khung tơng đơng
đợc dùng để xác định nội lực cho sn, số nhịp bất kỳ, nhịp có thể l đều hoặc
không đều nhau. Theo phơng pháp ny, tởng tợng cắt ton bộ sn dọc theo
đờng tim của sn, tạo thnh khung theo cả 2 phơng, gọi l khung tơng đơng.
Khung tơng đơng có phần tử cột bao gồm 2 cột ở tầng trên v tầng dới kế
tiếp nhau của sn v phần tử dầm có chiều rộng tính từ tâm 2 nhịp kế tiếp nhau,
chiều cao bằng chiều dy sn. Cột đợc giả thiết l ngm 2 đầu.
Hình II.2. Sơ đồ khung tơng đơng
II.2.2.1 Mô men quán tính của dầm - bản:
Mô men quán tính của dầm - bản thay đổi dọc theo trục dầm - bản do ảnh
hởng của kích thớc các bộ phận kết cấu cột, mũ cột v bản mũ cột (nếu có).
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
Share-connect.blogspot.com
19
TI LIU XY DNG
=======================================================================
================================================================
Độ cứng của bản sn tại vị trí cột hoặc trong phạm vi mũ cột có thể xem nh
cứng tuyệt đối, tại gần vị trí với mũ cột hoặc cột, độ cứng của dầm - bản nhỏ hơn.
Từ tim cột đến mặt cột hoặc mép mũ cột, mô men quán tính của dầm - bản lấy bằng
mô men quán tính tại mặt cột hoặc tại mặt mũ cột chia cho (1 - c2/l2)2, trong đó c2 l
kích thớc của cột hoặc mũ cột, l2 l kích thớc nhịp theo phơng đang xét.
II.2.2.2 Cột tơng đơng:
Trong khung tơng đơng, đối với sn không dầm, ton bộ phần mô men
trong sn giữa các cạnh cột v dầm - bản sẽ truyền thông qua lực xoắn. Để mô tả
phản ứng của kết cấu đối với sự truyền mô men giữa sn v cột do uốn v xoắn, giả
thiết rằng cột có cánh tay đòn về 2 phía của cột. Cánh tay đòn ny sẽ truyền mô men
từ sn vo cột thông qua xoắn. Cột phía trên v cột phía dới sn cùng với cánh tay
đòn ny đợc coi nh một cấu kiện, đợc gọi l cột tơng đơng.
cánh tay đòn
bề rộng dầm - bản
Hình II.3. Cột tơng đơng
Độ cứng của cột tơng đơng đợc tính nh sau:
1
K ec
Trong đó:
Kec:
ƯK
1
1
Ư Kc Kt
(II.4)
độ cứng của cột tơng đơng
c
: tổng độ cứng của cột phía trên v phía dới sn
Độ cứng của cột:
Kc=kcEI/lc
Với cột có tiết diện không đổi: kc=4
lc : chiều di của cột đợc tính từ tâm sn tầng dới đến tâm sn
tầng trên.
Kt: độ cứng chống xoắn của cánh tay đòn
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
Share-connect.blogspot.com
20
TI LIU XY DNG
=======================================================================
================================================================
Kt
Ưl
9 E cs C
3
2 (1 c 2 l 2 )
(II.5)
Ecs: mô đun đn hồi của bê tông sn
c2: bề rộng cột
l2: bề rộng của dầm - bản
C: mô men chống xoắn của cánh tay đòn.
Với tiết diện hình chữ nhật:
C
Ư
x x3 y
(1 0.63 )
y 3
(II.6)
với x l cạnh ngắn, y l cạnh di của tiết diện chữ nhật thnh
phần trong tiết diện ngang chịu xoắn trong phạm vi chiều cao tiết diện cột.
Nếu có dầm theo phơng vuông góc với phơng tính toán chạy qua cột thì Kt
nên tăng lên Isb/Is với Is l mô men quán tính của bản không kể đến thân dầm, Isb l
mô men quán tính đồng thời của bản v dầm.
Lúc đó, công thức (II.4) trở thnh:
1
K ec
1
1
Ư K c K t ( I sb I s )
(II.7)
II.2.2.3 Tính toán mô men trong khung tơng đơng:
Có thể sử dụng máy tính với các chơng trình tính toán theo phơng pháp
phần tử hữu hạn để xác định mô men trong khung tơng đơng.
II.2.3 Phơng pháp phần tử hữu hạn:
Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin v các phần mềm tính
toán theo phơng pháp phần tử hữu hạn (PTHH), việc tính toán ngy cng trở nên
thuận tiện v chính xác. Phơng pháp PTHH l một công cụ có hiệu lực để giải các
bi toán từ đơn giản đến phức tạp trong nhiều lĩnh vực. Thực chất của phơng pháp
ny l chia vật thể biến dạng thnh nhiều phần tử có kích thớc hữu hạn gọi l phần
tử hữu hạn. Các phần tử ny đợc liên kết với nhau bằng các điểm gọi l nút. Các
phần tử ny vẫn l các phần tử liên tục trong phạm vi của nó, nhng do có hình dạng
đơn giản nên cho phép nghiên cứu dễ dng hơn dựa trên cơ sở của một số quy luật
về sự phân bố chuyển vị v nội lực. Kết cấu liên tục đợc chia thnh một số hữu hạn
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
Share-connect.blogspot.com
21
TI LIU XY DNG
=======================================================================
================================================================
các miền hoặc các kết cấu con có kích thớc cng nhỏ cng tốt nhng phải hữu hạn.
Các miền hoặc các kết cấu con đợc gọi l các PTHH, chúng có thể có dạng hình
học v kích thớc khác nhau, tính chất vật liệu đợc giả thiết không thay đổi trong
mỗi phần tử nhng có thể thay đổi từ phần tử ny sang phần tử khác.
Kích thớc hình học v số lợng các phần tử không những phụ thuộc vo
hình dáng hình học v tính chất chịu lực của kết cấu (bi toán phẳng hay bi toán
không gian, hệ thanh hay hệ tấm vỏ...) m còn phụ thuộc vo yêu cầu về mức độ
chính xác của bi toán đặt ra. Lới PTHH cng mau, nghĩa l số lợng phần tử cng
nhiều hay kích thớc của phần tử cng nhỏ thì mức độ chính xác của kết quả tính
toán cng tăng, tỷ lệ thuận với số phơng trình phải giải.
Các đặc trng của các PTHH đợc phối hợp với nhau để đa đến một lời giải
tổng thể cho ton hệ. Phơng trình cân bằng của ton hệ kết cấu đợc suy ra bằng
cách phối hợp các phơng trình cân bằng của các PTHH riêng rẽ sao cho vẫn đảm
bảo đợc tính liên tục của ton bộ kết cấu. Cuối cùng, căn cứ vo điều kiện biên,
giải hệ phơng trình cân bằng tổng thể để xác định giá trị của các thnh phần
chuyển vị. Các thnh phần ny đợc dùng để tính ứng suất v biến dạng.
II.3
Thiết kế sn bê tông ứng suất trớc với lới cột đều đặn:
Các phơng pháp thiết kế: phân phối trực tiếp, khung tơng đơng v PTHH
đều có thể sử dụng trong thiết kế sn bê tông ULT v đều dựa trên quan niệm bê
tông ULT l vật liệu đn hồi. Phơng pháp phân phối trực tiếp có phạm vi áp dụng
hẹp hơn 2 phơng pháp còn lại v khó khăn trong việc tính toán bản sn theo trạng
thái giới hạn thứ 2 (kiểm tra võng v nứt). Phơng pháp khung tơng đơng có phạm
vi áp dụng rộng rãi hơn, có thể xác định đợc tải trọng ở các giai đoạn lm việc v
cho phép ngời thiết kế đánh giá đợc độ võng của sn một cách trực quan thông
qua việc áp dụng các chơng trình máy tính.
Hiện nay, phơng pháp phổ biến v hiệu quả để thiết kế sn bê tông ULT l
phơng pháp cân bằng tải trọng, sử dụng khung tơng đơng để phân phối mô men
do lực ULT v do các tải trọng tác dụng lên sn.
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
Share-connect.blogspot.com
TI LIU XY DNG
22
=======================================================================
================================================================
Quy trình thiết kế:
1- Sơ bộ chọn chiều dy sn.
Bảng II.1 Độ dy tối thiểu của sn bê tông ULT
Tải trọng
Tỷ lệ nhịp/chiều dy sn
Nhẹ
40 - 48
Trung bình
34 - 42
Nặng
28 - 36
Trong tỷ lệ nhịp/chiều dy sn thì nhịp l nhịp di của ô sn.
2- Xác định tải trọng cân bằng w.
3- Chọn hình dạng cáp v tính toán lực ULT yêu cầu.
Hình dạng cáp cng gần với biểu đồ mô men do tải trọng ngoi gây ra cng tốt.
-
Đối với sn liên tục chịu tải phân bố đều, cáp có thể bố trí nh sau:
Hình II.4. Sơ đồ cáp đối với sn liên tục
Lực ULT yêu cầu:
Pyc
wL2
8s
(II.8)
Độ võng s trong công thức trên có thể l s1 hoặc s2.
-
Đối với bản công xôn:
Hình II.5. Sơ đồ cáp đối với bản công xôn
Lực ULT yêu cầu:
Pyc
wL2
2s
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
(II.9)
Share-connect.blogspot.com
TI LIU XY DNG
23
=======================================================================
================================================================
4- Tính toán các hao ULT:
f pi d 0.8 f pu
Chọn ứng suất căng ban đầu:
(II.10)
Tính các hao ULT:
-
Hao do ma sát.
-
Hao do biến dạng neo.
-
Hao do các nguyên nhân khác: do co ngót của bêtông, do từ biến của bêtông, do
sự chùng ứng suất trong thép
Sau khi tính toán các hao ULT 'f , tính đợc ULT hiệu quả:
f se
f pi Ư 'f
(II.11)
5- Tính số lợng cáp v bố trí cáp.
Lực ULT của một cáp:
f se u A1
P1cap
(II.12)
Lực căng yêu cầu cho dầm - bản rộng l:
P
Pyc u l
(II.13)
n
P
P1cap
(II.14)
Số lợng cáp cần thiết:
Cáp ULT qua cột hoặc xung quanh mép cột góp phần lớn hơn vo khả năng
chịu tải so với thép ULT ở xa cột. Vì vậy nên bố trí khoảng 65-75% cáp cho dải cột,
còn lại bố trí cho dải giữa.
6- Kiểm tra các giai đoạn lm việc của sn,khả năng chịu lực, võng, nứt:
Sử dụng khung tơng đơng để tính toán, kiểm tra sn.
-
Kiểm tra các giai đoạn lm việc của sn:
Sn đợc kiểm tra lúc buông neo v trong giai đoạn sử dụng. Trong các giai
đoạn lm việc của sn, ứng suất trong bê tông không đợc vợt quá giá trị cho phép
trong phần I.3.1.1.
ứng suất trong bê tông:
Trong đó:
M:
f
P M
r
A W
(II.15)
mô men do các trờng hợp tải ứng với từng giai đoạn
lm việc của sn gây ra.
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
Share-connect.blogspot.com
TI LIU XY DNG
24
=======================================================================
================================================================
W:
mô men kháng uốn của dầm - bản.
Lực ULT P sẽ gây ra tải trọng cân bằng:
w
8sP
L2
(II.16)
Hình II.6. Tải trọng cân bằng
+
Kiểm tra khả năng chịu lực của sn:
Khả năng chịu uốn:
Coi vật liệu lm việc trong giai đoạn đn hồi, mô men do tải trọng tính toán
gây ra không đợc vợt quá mô men giới hạn.
M f d Mu
p
E
(II.17)
Ape
Ape f pe
As
As f y
Hình II.7. Khả năng chịu uốn của tiết diện chữ nhật
J P : hệ số phụ thuộc vo loại cáp ULT, có các giá trị
=0.55 nếu (fpy/fpu) t 0.80
=0.40 nếu (fpy/fpu) t 0.85
=0.28 nếu (fpy/fpu) t 0.90
E 1 : hệ số phụ thuộc vo cờng độ chịu nén của bê tông:
U
As
,
bd
E1
0.85 ( f ' c 30)0.008
U'
As'
,
bd
Up
A ps
bd p
PGS Phan Quang Minh(HUCE) - Thiết kế sn bê tông ứng lực trớc
