ảnh hưởng của tổn hao ứng suất đến độ tin cậy của sàn bê tông cốt thép

bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO

bộ xây dựng

viện khoa học công nghệ xây dựng

Nguyễn Chí Hiếu

ảnh hởng của tổn HAO ứng suất
đến độ tin cậy của sàn bÊ TÔNG CốT THéP
ứng lực trớc căng sau Có bám dính

LUậN áN TIếN Sĩ Kỹ THUậT

Hà Nội, 2014


bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO

bộ xây dựng

viện khoa học công nghệ xây dựng

Nguyễn Chí Hiếu

ảnh hởng của tổn HAO ứng suất
đến độ tin cậy của sàn bÊ TÔNG CốT THéP
ứng lực trớc căng sau Có bám dính

LUậN áN TIếN Sĩ Kỹ THUậT
Chuyên ngành: Kỹ THUậT Xây dựng CÔNG TRìNH

Dân dụng và Công nghiệp
Mã số: 62.58.02.08

Cán bộ hớng dẫn KHOA HọC
1. PGS.TS. Nguyễn Xuân Chính
2. TS. Lê Minh Long


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Nguyễn Chí Hiếu
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào. Các nguồn thông tin và số liệu sử dụng trong luận án được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà N i, ngày … tháng … năm 2014
Nghiên cứu sinh

Nguyễn Chí Hiếu

NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

iii


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

LỜI CẢM ƠN

Nghiên cứu sinh xin được trân trọng cảm ơn các nhà khoa học trong và ngoài Viện đã
động viên, khuyến khích, trao đổi kiến thức chuyên môn và cung cấp thông tin khoa học trong
suốt thời gian nghiên cứu sinh thực hiện luận án
Xin trân trọng cảm ơn ban lãnh đạo, hội đồng Khoa học Viện, bộ môn Kết cấu, Viện
Thông tin Đào tạo và Tiêu chuẩn hoá đã tạo mọi điều kiện và giúp đỡ nghiên cứu sinh để luận
án được hoàn thành và bảo vệ đúng quy trình.
Xin được gửi lời cảm ơn đến cán bộ công nhân viên Công ty Cổ phần Đầu tư và Công
nghệ Xây dựng IBST, trong đó đặc biệt là các cán bộ phòng Tư vấn và phòng Công nghệ Xây
dựng, những nguời trực tiếp thực hiện các dự án về công nghệ ứng lực trước trong nhiều năm
qua, đã cùng nghiên cứu sinh thu thập các số liệu để hoàn thành luận án này.
Đặc biệt, nghiên cứu sinh xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới
PGS.TS Nguyễn Xuân Chính, cán bộ hướng dẫn chính, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ
và cho nhiều chỉ dẫn khoa học có giá trị giúp nghiên cứu sinh hoàn thành luận án này cũng như
nâng cao năng lực nghiên cứu khoa học.
Cuối cùng, xin bày tỏ lòng cảm ơn đối với những người thân trong gia đình, bạn bè,
đồng nghiệp đã động viên, chia sẻ những khó khăn với nghiên cứu sinh trong suốt thời gian
thực hiện luận án.

Hà N i, ngày … tháng … năm 2014
Nghiên cứu sinh

Nguyễn Chí Hiếu

NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

iv


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .........................................................................................................................iii
LỜI CẢM ƠN..............................................................................................................................iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU............................................................................................................ix
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, ẢNH ........................................................................................xii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................................... 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ......................................................................................................... 4
I.1.
MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN ĐỘ TIN CẬY
CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC ......................................................... 4
I.1.1.

Nghiên cứu ngoài nước................................................................................................. 4

I.1.2.

Nghiên cứu trong nước ................................................................................................. 8

I.2.
CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ, THI CÔNG KẾT CẤU SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC
TRƯỚC VÀ TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM .............................................................. 11
I.2.1.

Phân loại kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước, tình hình ứng dụng tại Việt Nam.... 11

I.2.2.

Ưu, nhược điểm của kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước...................................... 13

I.2.3. So sánh kết cấu sàn bê tông cốt thép ứng lực trước căng sau có bám dính và căng sau
không bám dính........................................................................................................................ 14
I.2.4.

Qui trình thiết kế, thi công kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước .............................. 14

I.2.5.

Một số hình ảnh mô tả giai đoạn chính thi công sàn bê tông cốt thép ứng lực trước... 16

I.3.
MỘT SỐ VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI TRONG THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ KHAI THÁC SỬ
DỤNG SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC TẠI VIỆT NAM .................................. 17
I.3.1.

Về thiết kế ................................................................................................................... 17

I.3.2.

Về thi công và khai thác sử dụng ................................................................................ 18

I.4.

NHIỆM VỤ ĐẶT RA CHO LUẬN ÁN............................................................................ 19

CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN TIÊU CHUẨN TÍNH TOÁN VÀ TÍNH ỨNG SUẤT

TRONG BÊ TÔNG CHO TRƯỜNG HỢP THIẾT KẾ TỔNG QUÁT.......................................... 21
II.1.
LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TỔN HAO ỨNG SUẤT THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN ĐANG
ĐƯỢC ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM ......................................................................................... 21
II.1.1.

Theo tiêu chuẩn AS 3600-2009 [46], [45], [44], [43]..................................................... 22

II.1.2.

Theo tiêu chuẩn BS EN 1992-1-1:2004 [49], [65] ........................................................ 25

II.1.3.

Theo tiêu chuẩn ACI 318-08 [42], [71], [75], [84] ......................................................... 27

II.1.4.

Theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2012 [2], [4].................................................................... 29

II.1.5.

Nhận xét...................................................................................................................... 31

II.2.

VÍ DỤ TÍNH TOÁN VÀ SO SÁNH TỔN HAO ỨNG SUẤT THEO CÁC TIÊU CHUẨN.. 31

II.2.1.

Lựa chọn số liệu đầu vào ............................................................................................ 31

II.2.2.

Kết quả tính toán tổn hao ứng suất theo các tiêu chuẩn.............................................. 32

II.2.3.

So sánh kết quả tính toán tổn hao ứng suất theo các tiêu chuẩn ................................ 32

II.2.4.

Kiến nghị lựa chọn tiêu chuẩn tính toán ...................................................................... 35

II.3.
TRÌNH TỰ THIẾT KẾ, KIỂM TRA KẾT CẤU SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC
TRƯỚC THEO AS 3600-2009 ................................................................................................. 35

NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

v


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

II.3.1.

Lựa chọn cường độ bê tông f c' và chiều dày sàn Ds ................................................... 35

II.3.2.

Phân tích nội lực trong sàn.......................................................................................... 36

II.3.3.

Lớp bê tông bảo vệ và độ võng của cáp...................................................................... 38

II.3.4.

Chọn dạng quỹ đạo cáp ở các nhịp ............................................................................. 38

II.3.5.

Lựa chọn cáp và ứng suất ban đầu............................................................................. 38

II.3.6.

Tính toán tổn hao ứng suất ......................................................................................... 38

II.3.7.

Lựa chọn sơ bộ số lượng cáp trong từng dải cột và giữa nhịp .................................... 38

II.3.8.

Các bước thiết kế, kiểm tra ......................................................................................... 40

II.3.9.

Nhận xét...................................................................................................................... 41

II.4.
VÍ DỤ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC CĂNG
SAU CÓ BÁM DÍNH VÀ KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN KIỂM SOÁT VẾT NỨT SÀN THEO TIÊU
CHUẨN AS 3600-2009............................................................................................................. 41
II.4.1.

Nhiệm vụ và điều kiện giới hạn của bài toán thiết kế ................................................... 41

II.4.2.

Chọn số liệu đầu vào................................................................................................... 42

II.4.3.

Tính toán nội lực trong sàn và tính toán tổn hao ứng suất........................................... 42

II.4.4.

Tính toán số lượng cáp ............................................................................................... 42

II.4.5.

Kiểm tra điều kiện kiểm soát vết nứt sàn theo ứng suất cho phép............................... 42

II.4.6.

Các thông số ảnh hưởng đến ứng suất trong bê tông ................................................. 44

II.4.7.

Sự thay đổi ứng suất trong bê tông dưới ảnh hưởng của các thông số biến động ...... 45

II.4.8.

Nhận xét...................................................................................................................... 45

II.5.
TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT TRONG BÊ TÔNG CHO BÀI TOÁN TỔNG QUÁT THIẾT KẾ
SÀN ỨNG LỰC TRƯỚC n NHỊP THEO TIÊU CHUẨN AS 3600-2009 .................................... 46
II.5.1.

Nhiệm vụ và điều kiện giới hạn của bài toán thiết kế ................................................... 46

II.5.2.

Tính toán nội lực trong sàn.......................................................................................... 46

II.5.3.

Tính toán mô men treo ở các nhịp do tải trọng w = w eq gây ra ................................... 47

II.5.4.

Tính lực kéo còn lại của cáp sau khi trừ đi các tổn hao ứng suất tức thời ................... 47

II.5.5.

Tính lực kéo còn lại của cáp sau khi trừ đi toàn bộ tổn hao ứng suất .......................... 48

II.5.6.

Chọn sơ bộ số lượng cáp N i −1i cho từng nhịp ............................................................ 49

II.5.7.

Ứng suất trong bê tông ngay sau khi kéo căng ........................................................... 50

II.5.8.

Ứng suất trong bê tông ở giai đoạn sử dụng dài lâu.................................................... 51

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA CHƯƠNG 2 ................................................................................ 51
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG HÀM CÔNG NĂNG THEO TIÊU CHÍ KIỂM SOÁT VẾT NỨT SÀN
BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC VÀ NHẬN DẠNG CÁC BIẾN NGẪU NHIÊN QUA
CÁC SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM ................................................................................................ 53
III.1.
XÂY DỰNG HÀM CÔNG NĂNG THEO TIÊU CHÍ KIỂM SOÁT VẾT NỨT SÀN TRONG
THIẾT KẾ SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC 3 NHỊP SỬ DỤNG AS 3600-2009 53
III.1.1. Hàm công năng theo tiêu chí kiểm soát vết nứt sàn .................................................... 53
III.1.2. Nhiệm vụ và điều kiện giới hạn của bài toán thiết kế ................................................... 54
III.1.3. Tính toán nội lực trong sàn.......................................................................................... 54

NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

vi

Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

III.1.4. Tính toán mô men treo ở các nhịp do tải trọng w = w eq gây ra ................................... 55
III.1.5. Tính lực kéo còn lại của cáp sau khi trừ đi các tổn hao ứng suất tức thời ................... 55
III.1.6. Tính lực kéo còn lại của cáp sau khi trừ toàn bộ tổn hao ứng suất.............................. 56
III.1.7. Chọn sơ bộ số lượng cáp cho từng nhịp ..................................................................... 56
III.1.8. Ứng suất trong bê tông ngay sau khi kéo căng ........................................................... 56
III.1.9. Ứng suất trong bê tông ở giai đoạn sử dụng dài lâu.................................................... 57
III.1.10. Thu thập số liệu thống kê từ thực tế và thiết lập thông số đặc trưng cho thi công ....... 57
III.1.11. Nhận xét...................................................................................................................... 59
III.2.

MỘT SỐ BIẾN NGẪU NHIÊN THƯỜNG GẶP VÀ GIEO BIẾN GIẢ NGẪU NHIÊN ..... 59

III.2.1. Một số biến ngẫu nhiên liên tục thường gặp................................................................ 59
III.2.2. Gieo biến giả ngẫu nhiên............................................................................................. 60
III.3.

NHẬN DẠNG BIẾN NGẪU NHIÊN .............................................................................. 61

III.3.1. Phương pháp tổ chức đồ tần suất............................................................................... 61
III.3.2. Phương pháp kernel ước lượng hàm mật độ .............................................................. 62
III.3.3. Xấp xỉ hàm mật độ xác suất thực nghiệm.................................................................... 65
III.3.4. Ví dụ tính toán số ........................................................................................................ 65
III.3.5. Nhận xét...................................................................................................................... 67
III.4.

ĐỘ TIN CẬY VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ TIN CẬY ....................................... 67

III.4.1. Một số khái niệm cơ bản ............................................................................................. 67
III.4.2. Mô hình ngẫu nhiên..................................................................................................... 68
III.4.3. Phương pháp chỉ số độ tin cậy β ................................................................................ 69
III.4.4. Phương pháp Hasofer-Lind......................................................................................... 70
III.4.5. Phương pháp Monte Carlo.......................................................................................... 72
III.4.6. Ví dụ tính toán số kiểm tra độ tin cậy của phần mềm tính toán theo Monte Carlo........ 73
III.4.7. Nhận xét...................................................................................................................... 75
III.5.
NHẬN DẠNG CÁC BIẾN NGẪU NHIÊN QUA SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM THU THẬP TẠI
VIỆT NAM ................................................................................................................................ 75
III.5.1. Nguồn số liệu thu thập cho mô phỏng các biến ngẫu nhiên......................................... 75
III.5.2. Nhận dạng biến ngẫu nhiên tiết diện ngang của cáp A p ............................................. 78
III.5.3. Nhận dạng biến ngẫu nhiên mô đun đàn hồi của cáp E p ............................................ 79
III.5.4. Nhận dạng biến ngẫu nhiên độ tụt neo δL .................................................................. 80
III.5.5. Nhận dạng biến ngẫu nhiên đặc trưng thi công εL ...................................................... 81
III.5.6. Nhận xét...................................................................................................................... 83
KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA CHƯƠNG 3 ................................................................................ 84
CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH ĐỘ TIN CẬY VÀ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG
CỦA TỔN HAO ỨNG SUẤT ĐẾN ĐỘ TIN CẬY SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC
CĂNG SAU CÓ BÁM DÍNH ...................................................................................................... 85

NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

vii


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

IV.1.
SƠ ĐỒ KHỐI TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT TRONG SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC
TRƯỚC VÀ ỨNG DỤNG MONTE CARLO ĐỂ XÁC ĐỊNH ĐỘ TIN CẬY.................................. 85
IV.1.1. Sơ đồ khối tính ứng suất , hàm công năng.................................................................. 85
IV.1.2. Sơ đồ khối tính toán độ tin cậy của sàn bê tông cốt thép ứng lực trước...................... 87
IV.2.
XÁC ĐỊNH ĐỘ TIN CẬY CỦA SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC CĂNG
SAU CÓ BÁM DÍNH ................................................................................................................. 89
IV.2.1. Bài toán thiết kế với các thông số tiền định ................................................................. 89
IV.2.2. Xác định xác suất an toàn của thiết kế theo tiêu chí kiểm soát vết nứt sàn ................. 95
IV.2.3. Ảnh hưởng của việc thay đổi ứng suất thiết kế đến độ tin cậy kết cấu sàn bê tông cốt
thép ứng lực trước căng sau có bám dính................................................................................ 99
IV.2.4. Ảnh hưởng của lực kéo cáp Ppj đến độ tin cậy kết cấu sàn bê tông cốt thép ứng lực
trước căng sau có bám dính................................................................................................... 104
IV.2.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến độ tin cậy kết cấu sàn bê tông cốt thép ứng
lực trước căng sau có bám dính............................................................................................. 109
IV.2.6. Ảnh hưởng của độ ẩm môi trường đến độ tin cậy kết cấu sàn bê tông cốt thép ứng lực
trước căng sau có bám dính................................................................................................... 110
IV.2.7. Ảnh hưởng của chùng ứng suất cơ bản đến độ tin cậy kết cấu sàn bê tông cốt thép
ứng lực trước căng sau có bám dính ..................................................................................... 111
IV.2.8. Ảnh hưởng của sai số độ võng cáp trong thi công đến độ tin cậy sàn bê tông cốt thép
ứng lực trước căng sau có bám dính ..................................................................................... 112
IV.2.9. Đánh giá về độ tin cậy của kết quả theo chương trình đã lập .................................... 113
IV.3.

PHÂN TÍCH KINH TẾ - KỸ THUẬT ........................................................................... 113

IV.3.1. Độ tin cậy và giá thành phụ thuộc vào sự lựa chọn N và Ds khác nhau.................. 114
IV.3.2. Bảng tra độ tin cậy và giá thành phụ thuộc vào sự lựa chọn N và Ds khác nhau .... 114

IV.3.3. Nhận xét.................................................................................................................... 117
KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA CHƯƠNG 4 .............................................................................. 117
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................................................... 119
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ................................................. 120
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 121
PHỤ LỤC 1 ................................................................................. Error! Bookmark not defined.
PHỤ LỤC 2 ................................................................................. Error! Bookmark not defined.
PHỤ LỤC 3 ................................................................................. Error! Bookmark not defined.
PHỤ LỤC 4 ................................................................................. Error! Bookmark not defined.
PHỤ LỤC 5 ................................................................................. Error! Bookmark not defined.
PHỤ LỤC 6 ................................................................................. Error! Bookmark not defined.
PHỤ LỤC 7 ................................................................................. Error! Bookmark not defined.

NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

viii


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng I.2-1: Ưu điểm của kết cấu sàn BTCT ƯLT CSBD so với căng sau không bám dính ...... 14
Bảng II.1-1: Độ lệch góc ngẫu nhiên của cáp trên chiều dài đơn vị .......................................... 22
Bảng II.1-2: Hệ số ma sát giữa cáp và ống lồng ....................................................................... 22
Bảng II.1-3: Hệ số từ biến cơ bản ϕcc.b .................................................................................... 24
Bảng II.1-4: Hệ số ma sát µ (1/rad) ......................................................................................... 25
Bảng II.1-5: Giá trị k h phụ thuộc h 0 ......................................................................................... 27
Bảng II.1-6: Hệ số dao động và đường cong của cáp............................................................... 28

Bảng II.1-7: Hệ số K sh ............................................................................................................. 29
Bảng II.1-8: Giá trị của K re và J .............................................................................................. 29
Bảng II.1-9: Giá trị C ............................................................................................................... 29
Bảng II.1-10: Các hệ số ω và δ để tính toán tổn hao ứng suất do ma sát............................... 30
Bảng II.1-11: Tổn hao ứng suất do co ngót của bê tông ........................................................... 30
Bảng II.2-1: Kết quả tính toán tổn hao ứng suất do ma sát và tụt neo theo các tiêu chuẩn nước
ngoài khi thay đổi hệ số ma sát và hệ số đường cong.............................................................. 33
Bảng II.2-2: Kết quả tính toán tổn hao ứng suất do co ngót của bê tông theo ACI 318-08 ứng
với các giá trị t s khác nhau ...................................................................................................... 33
Bảng II.2-3: Kết quả tính toán tổn hao ứng suất do từ biến của bê tông theo AS 3600-2009 và
BS EN 1992 ứng với các giá trị t 0 khác nhau .......................................................................... 34
Bảng II.2-4: Kết quả tính toán tổn hao ứng suất do chùng ứng suất của cáp theo TCVN
5574:2012 và ACI 318-08 ứng với các giá trị σsp / R s,ser và f si / f pu khác nhau ......................... 34
Bảng II.2-5: Kết quả tính toán tổn hao ứng suất do chùng ứng suất của cáp theo AS 3600-2009
ứng với các giá trị R b , T và σ pj / f p khác nhau (lấy t 0 = 180 ngày)........................................ 34
Bảng II.2-6: Kết quả tính toán tổn hao ứng suất do chùng ứng suất của cáp theo BS EN 1992
ứng với các giá trị ρ và σpi / f ck khác nhau (lấy t 0 = 180 ngày)............................................... 34
Bảng II.3-1: Hệ số phân phối mô men cho nhịp bên trong của dải thiết kế ............................... 37
Bảng II.3-2: Hệ số phân phối mô men cho nhịp biên của dải thiết kế........................................ 37
Bảng II.3-3: Hệ số phân phối mô men cho dải cột .................................................................... 37
Bảng II.3-4: Sơ bộ xác định giá trị tải trọng cân bằng ............................................................... 39
Bảng II.4-1: Bảng tính toán lựa chọn sơ bộ số lượng cáp ........................................................ 42
Bảng II.4-2: Bảng ứng suất trong bê tông khi N = 24, Ds = 230mm ....................................... 43
Bảng II.4-3: Bảng ứng suất trong bê tông ứng với các giá trị khác nhau của N và Ds ............ 44
Bảng II.4-4: Bảng ứng suất trong bê tông khi N = 24, Ds = 230mm và các thông số biến động
được chọn khác với giá trị tiền định ban đầu............................................................................ 45
Bảng II.5-1: Bảng phân phối mô men ( M 0 ) thành mô men ở gối M N và ở nhịp M M .............. 46
Bảng II.5-2: Bảng phân phối mô men M N và M M thành mô men của dải cột ......................... 47
NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

ix


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

Bảng II.5-3: Bảng tính toán ứng suất trong bê tông ngay sau khi kéo căng .............................. 50
Bảng II.5-4: Bảng tính toán ứng suất trong bê tông ở giai đoạn sử dụng dài lâu ...................... 51
Bảng III.1-1: Bảng phân phối mô men ( M 0 ) thành mô men ở gối M N , ở nhịp M M và phân phối
mô men M N , M M của dải thiết kế lên dải cột.......................................................................... 54
Bảng III.1-2: Bảng tính toán ứng suất trong bê tông ngay sau khi kéo căng ............................. 56
Bảng III.1-3: Bảng tính toán ứng suất trong bê tông ở giai đoạn sử dụng dài lâu ..................... 57
Bảng III.2-1: Một số biến ngẫu nhiên liên tục thường gặp......................................................... 59
Bảng III.3-1: Phân phối tần suất của biến ngẫu nhiên X bất kỳ ............................................... 62
Bảng III.3-2: Một số hàm kernel thông dụng ............................................................................. 63
Bảng III.3-3: Một số lựa chọn chiều rộng của hàm kernel thường dùng.................................... 64
Bảng III.3-4: Tham số ước lượng của một số biến ngẫu nhiên thường gặp ............................. 66
Bảng III.4-1: Kỳ vọng và độ lệch chuẩn của các biến ngẫu nhiên ............................................. 74
Bảng III.5-1: Nguồn gốc thông số biến động δL và εL ............................................................. 76
Bảng III.5-2: Nguồn gốc thông số biến động A p và E p ........................................................... 77
Bảng III.5-3: Bảng thống kê số liệu thông số tiết diện ngang của cáp....................................... 78
Bảng III.5-4: Bảng thống kê số liệu thông số mô đun đàn hồi của vật liệu làm cáp................... 79
Bảng III.5-5: Bảng thống kê số liệu thông số độ tụt neo............................................................ 81
Bảng III.5-6: Bảng thống kê số liệu thông số đặc trưng thi công εL ......................................... 82
Bảng IV.2-1: Thông số đầu vào tiền định cho thiết kế 06 sàn BTCT ƯLT CSBD ...................... 89
Bảng IV.2-2: Sơ bộ lựa chọn số lượng cáp sàn nhịp 7,5m x 7,5m x 7,5m - Công trình văn phòng ..... 90
Bảng IV.2-3: Ứng suất trong bê tông sàn nhịp 7,5m, với N = 15, Ds = 200mm - Công trình văn phòng...... 90
Bảng IV.2-4: Sơ bộ lựa chọn số lượng cáp sàn nhịp 7,5m x 7,5m x 7,5m - Công trình chung cư ..... 91
Bảng IV.2-5: Ứng suất trong bê tông sàn nhịp 7,5m, với N = 19, Ds = 210mm - Công trình chung cư .... 91

Bảng IV.2-6: Sơ bộ lựa chọn số lượng cáp sàn nhịp 9,0m x 9,0m x 9,0m - Công trình văn phòng.......... 92
Bảng IV.2-7: Ứng suất trong bê tông sàn nhịp 9,0m, với N = 24, Ds = 230mm - Công trình văn phòng...... 92
Bảng IV.2-8: Sơ bộ lựa chọn số lượng cáp sàn nhịp 9,0m x 9,0m x 9,0m - Công trình chung cư ........... 93
Bảng IV.2-9: Ứng suất trong bê tông sàn nhịp 9,0m, với N = 30, Ds = 240mm - Công trình chung cư ....... 93
Bảng IV.2-10: Sơ bộ lựa chọn số lượng cáp sàn nhịp 12,0m x 12,0m x 12,0m - Công trình văn phòng ..... 94
Bảng IV.2-11: Ứng suất trong bê tông sàn nhịp 12,0m, với N = 50, Ds = 330mm - Công trình văn phòng ..... 94
Bảng IV.2-12: Sơ bộ lựa chọn số lượng cáp sàn nhịp 12,0m x 12,0m x 12,0m - Công trình chung cư....... 95
Bảng IV.2-13: Ứng suất trong bê tông sàn nhịp 12,0m, với N = 60, Ds = 340mm - Công trình chung cư.... 95
Bảng IV.2-14: Tổng hợp kết quả đánh giá xác suất an toàn cho các thiết kế cụ thể ................. 99
Bảng IV.2-15: Tổng hợp kết quả đánh giá xác suất an toàn khi ứng suất thiết kế thay đổi ..... 103
Bảng IV.2-16: Tổng hợp kết quả đánh giá xác suất an toàn khi lực kéo Ppj thay đổi, ứng với

σ = 95% ứng suất cho phép....................................................................................................... 107
NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

x


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

Bảng IV.2-17: Tổng hợp kết quả đánh giá xác suất an toàn khi lực kéo Ppj thay đổi, ứng với

σ = 100% ứng suất cho phép..................................................................................................... 108
Bảng IV.2-18: Tổng hợp kết quả đánh giá xác suất an toàn khi lực kéo Ppj thay đổi, ứng với

σ = 105% ứng suất cho phép..................................................................................................... 108
Bảng IV.2-19: Tổng hợp kết quả đánh giá xác suất an toàn và không an toàn khi nhiệt độ môi
trường thay đổi, sàn văn phòng BTCT ƯLT 3 nhịp 7,5m ........................................................ 110

Bảng IV.2-20: Tổng hợp kết quả đánh giá xác suất an toàn và không an toàn khi độ ẩm môi
trường thay đổi, sàn văn phòng BTCT ƯLT 3 nhịp 7,5m ........................................................ 111
Bảng IV.2-21: Tổng hợp kết quả đánh giá xác suất an toàn và không an toàn khi chùng ứng
suất thay đổi, sàn văn phòng BTCT ƯLT 3 nhịp 7,5m ............................................................ 112
Bảng IV.2-22: Tổng hợp kết quả đánh giá xác suất an toàn và không an toàn khi độ võng cáp
thay đổi, sàn văn phòng BTCT ƯLT 3 nhịp 7,5m.................................................................... 113
Bảng IV.3-1: Độ tin cậy Ps (trên) và giá thành (dưới, *103 VNĐ/m2) của công trình nhà văn
phòng 3 nhịp 12,0m với các lựa chọn khác nhau của chiều dày sàn Ds và số lượng cáp N . 115
Bảng IV.3-2: Độ tin cậy Ps (trên) và giá thành (dưới, *103 VNĐ/m2) của công trình nhà chung
cư 3 nhịp 12,0m với các lựa chọn khác nhau của chiều dày sàn Ds và số lượng cáp N ...... 116

NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

xi


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, ẢNH
Hình I.2-1: Cấu kiện BTCT ƯLT tiền chế.................................................................................. 12
Hình I.2-2: Thi công lắp ghép nhà cao tầng .............................................................................. 12
Hình I.2-3: Chung cư 25 Láng Hạ............................................................................................. 12
Hình I.2-4: Tòa tháp Keangnam ............................................................................................... 13
Hình I.2-5: Dự án The Pride ..................................................................................................... 13
Hình I.2-6: Sơ đồ qui trình thiết kế, thi công kết cấu BTCT ƯLT............................................... 15
Hình I.2-7: Một số hình ảnh thi công sàn BTCT ƯLT CSBD ..................................................... 16
Hình I.2-8: Một số hình ảnh thi công sàn BTCT ƯLT căng sau không bám dính ...................... 16
Hình II.1-1: Hệ số k 3 ................................................................................................................ 24

Hình II.1-2: Hệ số k*5 ................................................................................................................ 25
Hình II.2-1: Sơ đồ dải tính toán ................................................................................................ 31
Hình II.3-1: Mặt bằng bố trí dải thiết kế, dải cột và dải giữa nhịp .............................................. 36
Hình II.3-2: Chiều dài tính toán L 0 ........................................................................................... 36
Hình II.3-3: Biểu đồ mô men của dải cột và dải giữa nhịp......................................................... 37
Hình II.3-4: Phương trình cân bằng của đoạn cáp.................................................................... 38
Hình II.4-1: Mặt bằng sàn văn phòng và dải tính toán trên cột.................................................. 41
Hình II.4-2: Mô men do tải trọng gây ra trên dải cột tính toán ................................................... 43
Hình II.5-1: Mặt bằng kết cấu sàn ƯLT n nhịp .......................................................................... 46
Hình III.1-1: Mặt bằng kết cấu sàn ƯLT 3 nhịp ......................................................................... 54
Hình III.1-2: Biểu đồ mô men của dải cột tính toán ................................................................... 55
Hình III.2-1: Hàm mật độ xác suất của một số biến ngẫu nhiên thường gặp............................. 60
Hình III.3-1: Tổ chức đồ tần suất của biến ngẫu nhiên ............................................................. 62
Hình III.3-2: Đồ thị của một số hàm kernel thông dụng ............................................................. 63
Hình III.3-3: Ảnh hưởng của chiều rộng hàm kernel đến ước lượng hàm mật độ xác suất....... 64
Hình III.3-4: Minh họa phương pháp kernel ước lượng hàm mật độ xác suất........................... 65
Hình III.3-5: Hàm mật độ xác suất thực nghiệm bằng phương pháp kernel (bên trái) và hàm mật
độ xác suất gần đúng bằng phương pháp bình phương tối thiểu (bên phải). Từ trên xuống:
Normal, Exponential, Gamma................................................................................................... 66
Hình III.4-1: Mô hình ngẫu nhiên của bài toán ĐTC.................................................................. 68
Hình III.4-2: Hàm công năng, miền an toàn và miền không an toàn của kết cấu....................... 69
Hình III.4-3: Ý nghĩa của chỉ số độ tin cậy β ............................................................................ 70
Hình III.4-4: Biến ngẫu nhiên trong không gian vật lý và biến ngẫu nhiên chuẩn hóa ............... 71
Hình III.4-5: Sơ đồ thuật toán của phương pháp mô phỏng Monte Carlo ................................. 73
Hình III.4-6: Sơ đồ dầm consol................................................................................................. 73
Hình III.4-7: Sơ đồ Dầm liên tục 3 nhịp..................................................................................... 74
Hình III.5-1: Hàm mật độ xác suất (trái) và hàm phân bố xác suất thực nghiệm (phải) của biến
ngẫu nhiên tiết diện ngang của cáp .......................................................................................... 78
NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

xii


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

Hình III.5-2: Hàm mật độ xác suất thực nghiệm (nét đứt) và hàm mật độ xác suất gần đúng (nét
liền) của biến ngẫu nhiên tiết diện ngang của cáp...................................................................... 79
Hình III.5-3: Hàm mật độ xác suất (trái) và hàm phân bố xác suất thực nghiệm (phải) của biến
ngẫu nhiên mô đun đàn hồi của vật liệu làm cáp. ..................................................................... 80
Hình III.5-4: Hàm mật độ xác suất thực nghiệm (nét đứt) và hàm mật độ xác suất gần đúng (nét
liền) của biến ngẫu nhiên mô đun đàn hồi của cáp................................................................... 80
Hình III.5-5: Hàm mật độ xác suất thực nghiệm của biến ngẫu nhiên độ tụt neo ...................... 81
Hình III.5-6: Hàm mật độ xác suất gần đúng (nét liền) của biến ngẫu nhiên độ tụt neo ............ 81
Hình III.5-7: Hàm mật độ xác suất (trái) và hàm phân bố xác suất thực nghiệm (phải) của biến
ngẫu nhiên đặc trưng cho thi công ........................................................................................... 83
Hình III.5-8: Hàm mật độ xác suất thực nghiệm (nét đứt) và hàm mật độ xác suất gần đúng (nét
liền) của biến ngẫu nhiên đặc trưng cho thi công ..................................................................... 83
Hình IV.1-1 : Sơ đồ khối xây dựng hàm công năng đánh giá ĐTC của sàn BTCT ƯLT............ 85
Hình IV.1-2: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH (Hình IV.1-1): Quy trình tính toán tổn hao ứng suất, lựa
chọn, bố trí cáp và kiểm tra ứng suất kéo, nén trong sàn BTCT ƯLT ....................................... 86
Hình IV.1-3: Sơ đồ khối của mô hình ngẫu nhiên và mô phỏng Monte Carlo............................ 88
Hình IV.2-1: Sự hội tụ của xác suất an toàn, sàn nhịp 7,5m - Công trình văn phòng ................ 96
Hình IV.2-2: Sự hội tụ của xác suất an toàn, sàn nhịp 7,5m - Công trình chung cư.................. 96
Hình IV.2-3: Sự hội tụ của xác suất an toàn, sàn nhịp 9,0m - Công trình văn phòng ................ 97
Hình IV.2-4: Sự hội tụ của xác suất an toàn, sàn nhịp 9,0m - Công trình chung cư.................. 97
Hình IV.2-5: Sự hội tụ của xác suất an toàn, sàn nhịp 12,0m - Công trình văn phòng................. 98
Hình IV.2-6: Sự hội tụ của xác suất an toàn, sàn nhịp 12,0m - Công trình chung cư................ 98
Hình IV.2-7: Mối liên hệ giữa ứng suất và xác suất an toàn, sàn nhịp 7,5m - Công trình văn phòng .... 100

Hình IV.2-8: Mối liên hệ giữa ứng suất và xác suất an toàn, sàn nhịp 7,5m - Công trình chung cư .... 100
Hình IV.2-9: Mối liên hệ giữa ứng suất và xác suất an toàn, sàn nhịp 9,0m - Công trình văn phòng .... 101
Hình IV.2-10: Mối liên hệ giữa ứng suất và xác suất an toàn, sàn nhịp 9,0m - Công trình chung cư.... 101
Hình IV.2-11: Mối liên hệ giữa ứng suất và xác suất an toàn, sàn nhịp 12,0m - Công trình văn phòng.... 102
Hình IV.2-12: Mối liên hệ giữa ứng suất và xác suất an toàn, sàn nhịp 12,0m - Công trình chung cư ..... 102
Hình IV.2-13: Mối liên hệ giữa lực kéo cáp và xác suất an toàn, sàn nhịp 7,5m - Công trình văn phòng..... 104
Hình IV.2-14: Mối liên hệ giữa lực kéo cáp và xác suất an toàn, sàn nhịp 7,5m - Công trình chung cư ... 105
Hình IV.2-15: Mối liên hệ giữa lực kéo cáp và xác suất an toàn, sàn nhịp 9,0m - Công trình văn phòng ... 105
Hình IV.2-16: Mối liên hệ giữa lực kéo cáp và xác suất an toàn, sàn nhịp 9,0m - Công trình chung cư ... 106
Hình IV.2-17: Mối liên hệ giữa lực kéo cáp và xác suất an toàn, sàn nhịp 12,0m - Công trình văn phòng... 106
Hình IV.2-18: Mối liên hệ giữa lực kéo cáp và xác suất an toàn, sàn nhịp 12,0m - Công trình chung cư ... 107
Hình IV.2-19: Mối liên hệ giữa nhiệt độ môi trường và xác suất an toàn, sàn nhịp 7,5m - Công
trình văn phòng ...................................................................................................................... 109
Hình IV.2-20: Mối liên hệ giữa độ ẩm môi trường và xác suất an toàn, sàn nhịp 7,5m - Công
trình văn phòng ...................................................................................................................... 110
Hình IV.2-21: Mối liên hệ giữa chùng ứng suất cơ bản và xác suất an toàn, sàn nhịp 7,5m Công trình văn phòng............................................................................................................. 111
Hình IV.2-22: Mối liên hệ giữa độ võng cáp và xác suất an toàn, sàn nhịp 7,5m - Công trình văn
phòng ..................................................................................................................................... 112
NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

xiii


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

Hình IV.3-1: Độ tin cậy (trái) và giá thành một m2 (phải) sàn của nhà văn phòng 3 nhịp 12,0m với
các lựa chọn khác nhau của chiều dày sàn Ds và số lượng cáp N ......................................... 114
Hình IV.3-2: Độ tin cậy (trái) và giá thành một m2 (phải) sàn của nhà chung cư 3 nhịp 12,0m với

các lựa chọn khác nhau của chiều dày sàn Ds và số lượng cáp N ......................................... 114

NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

xiv


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

MỞ ĐẦU
Bê tông là một loại vật liệu phổ biến cho các kết cấu xây dựng hiện nay. Bê tông có khả
năng chịu nén tốt, nhưng khả năng chịu kéo thì khá thấp.
Với kết cấu cấu bê tông cốt thép thường (BTCT) thì khả năng chịu kéo của bê tông
không cho phép thiết kế các kết cấu (dầm, sàn) vượt nhịp quá lớn hoặc các kết cấu chịu áp lực
ngang lớn như các silô, bể chứa. Vì với các kết cấu này, ứng suất chịu kéo trong bê tông
thường sẽ lớn hơn giới hạn cho phép và kết cấu sẽ xuất hiện các vết nứt.
Ứng lực trước (ƯLT) cho bê tông tại các khu vực chịu kéo là cách tạo ra một áp lực
nén trước thông qua các sợi cáp cường độ cao bố trí trong bê tông được kéo căng, do đó lực
kéo nguy hiểm trong bê tông do tải trọng gây ra sẽ chỉ tạo ra một sự giảm lực nén trong bê tông
đã được ƯLT. Như vậy, không còn nguy cơ nứt với điều kiện ứng suất nén do ƯLT tạo ra
không thấp hơn ứng suất kéo trong bê tông.
Lý thuyết thiết kế kết cấu BTCT ƯLT ra đời và được ứng dụng trong thực tế là sản
phẩm kết hợp giữa việc ứng dụng vật liệu cường độ cao (cốt thép cường độ cao, bê tông
cường độ cao) với lý thuyết thiết kế hiện đại và công nghệ thi công tiên tiến để tạo ra một kết
cấu có khả năng vượt nhịp và chịu lực lớn hơn so với kết cấu BTCT thông thường. Mục đích
của việc ƯLT là tạo ra một ứng suất bên trong phù hợp nhằm cân bằng với một giá trị ứng suất
dự kiến do tải trọng ngoài gây ra.
Ngày nay, trên thế giới, việc ứng dụng công nghệ ƯLT cho thiết kế, thi công các công

trình đã trở lên phổ biến và có phạm vi rộng trong cả ngành xây dựng dân dụng cũng như xây
dựng công nghiệp hay cầu đường, như: nhà cao tầng, cầu, silô, bể chứa, v.v... Trong lĩnh vực
nhà cao tầng, ƯLT được áp dụng rộng rãi cho các kết cấu dầm sàn BTCT vượt khẩu độ lớn,
với dầm có nhịp từ 10m đến 30m và sàn nhịp từ 7m đến 15m. Các ứng dụng về công nghệ
ƯLT cho nhà cao tầng thường đem lại hiệu quả kinh tế, mỹ thuật cao cho dự án như: giảm thời
gian thi công công trình, giảm chiều cao tầng, vượt khẩu độ lớn tạo không gian thông thoáng,
tiết kiệm chi phí đầu tư, v.v.. .
Tại Việt Nam, trong những năm gần đây, nhà cao tầng đã trở nên phổ biến ở hầu khắp
các thành phố lớn. Rất nhiều nhà cao tầng được sử dụng làm văn phòng, chung cư hoặc không
gian đa chức năng đã được ứng dụng công nghệ ƯLT cho kết cấu sàn hoặc dầm.
Hiện tại dự thảo tiêu chuẩn "Kết cấu BTCT ƯLT trong xây dựng dân dụng và công
nghiệp. Tiêu chuẩn thiết kế" (mã số đề tài TC 04), dự thảo tiêu chuẩn "Kết cấu BTCT ƯLT trong
xây dựng dân dụng và công nghiệp. Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu" (mã số đề tài TC 03),
dự thảo Chỉ dẫn kỹ thuật "Kết cấu bê tông ƯLT. Chỉ dẫn thiết kế" (mã hiệu đề tài TC 51-05) đã
được nghiệm thu hội đồng cấp Bộ Xây dựng nhưng chưa được ban hành. Tiêu chuẩn "TCVN
5574:2012. Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Tiêu chuẩn thiết kế" có đề cập đến thiết kế kết
NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

1


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

cấu ƯLT và đã ban hành kèm theo tài liệu hướng dẫn thiết kế kết cấu BTCT ƯLT, tuy nhiên
việc áp dụng chưa được phổ biến. Các kỹ sư khi thiết kế kết cấu BTCT ƯLT cho các công trình
xây dựng dân dụng tại Việt Nam, ngoài việc sử dụng TCVN 5574:2012, vẫn thường tham khảo
và áp dụng các tiêu chuẩn của nước ngoài như ACI 318 của Mỹ, BS EN 1992 của Anh hay AS
3600 của Úc.

Các tiêu chuẩn thiết kế đều chỉ ra trình tự thiết kế và kiểm tra một cách rõ ràng đối với
kết cấu sàn BTCT ƯLT. Kỹ sư am hiểu tiêu chuẩn sẽ làm chủ việc thiết kế. Tuy nhiên, am hiểu
tiêu chuẩn và áp dụng phù hợp với thực tế là vấn đề không dễ dàng.
Ở nước ta, nhiều công trình cao tầng được xây dựng có áp dụng công nghệ ƯLT. Có
một số công trình, sau một thời gian đưa vào sử dụng (5-6 năm) đã xuất hiện những vết nứt.
Vết nứt xuất hiện ở các công trình này có thể do nhiều nguyên nhân, trong đó có những nguyên
nhân không phải do ƯLT gây ra. Tuy nhiên việc hiểu tiêu chuẩn thiết kế ƯLT và áp dụng không
phù hợp với điều kiện thực tế có thể làm cho công trình xuất hiện hư hỏng trong quá trình khai
thác và sử dụng. Thực tế cho thấy một số công trình trong quá trình thi công, đã xuất hiện vết
nứt ngay sau khi tạo ƯLT. Nguyên nhân có thể do hiện tượng co ngót bê tông xảy ra tại các
vùng bố trí quá ít hoặc không bố trí cốt thép cấu tạo. Tuy nhiên, việc không kiểm soát được ứng
suất thực tế trong bê tông do ƯLT tác động có thể làm ứng suất trong bê tông vượt quá ứng
suất cho phép cũng sẽ gây ra vết nứt.
Xác định được nguyên nhân gây nứt trong sàn BTCT ƯLT sẽ góp phần hạn chế hư
hỏng ngay từ khâu thiết kế, trong quá trình thi công hay giúp đề ra các nguyên tắc khai thác sử
dụng, bảo trì công trình đúng thiết kế ban đầu. Để thực hiện điều này, cần rà soát các khâu
trong quy trình thiết kế và thi công sàn BTCT ƯLT, từ đó giúp đánh giá khâu nào có tác động
chủ yếu đến nguyên nhân gây nứt sàn BTCT ƯLT. Quy trình thiết kế sàn BTCT ƯLT ở các tiêu
chuẩn thiết kế đều bắt buộc phải tính tổn hao ứng suất của các tao cáp sau khi được kéo căng.
Trên cơ sở ứng suất còn lại trong tao cáp sau khi đã trừ đi các tổn hao ứng suất (ứng suất hữu
hiệu), kết cấu sẽ được thiết kế và kiểm tra theo quy trình.
Tính toán sai tổn hao ứng suất trong các tao cáp từ khâu thiết kế cũng như các sai số
trong thi công lắp đặt quỹ đạo cáp, sai số trong việc tạo lực kéo cáp hay sử dụng vật liệu có
tính chất cơ lý khác với số liệu thiết kế tiền định, có tác động trực tiếp đến nguyên nhân gây ra
vết nứt sàn. Nghĩa là, các sai sót này thường do những số liệu được lấy tiền định trong thiết kế
có những sai khác với số liệu thực tế trong thi công, bao gồm: hệ số ma sát giữa cáp và ống
lồng; hệ số biến đổi đường cong của cáp; độ tụt neo; cường độ, mô đun đàn hồi thực tế của vật
liệu; thông số về điều kiện khí hậu; nhiệt độ môi trường; chùng ứng suất cơ bản của cáp; lực
kéo cáp, v.v... Hệ quả của các sai sót này là đánh giá sai ứng suất còn lại trong các tao cáp.
Khi đó lượng cáp được thiết kế lựa chọn cho kết cấu sẽ không phù hợp (thừa hoặc thiếu) dẫn

đến ứng suất nén và kéo trong bê tông do căng các tao cáp tạo ra không được như dự kiến để
cân bằng với tải trọng bên ngoài, kết cấu sẽ xuất hiện vết nứt.
NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

2


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

Vì những lý do nêu trên, cần có các nghiên cứu nhằm đánh giá ảnh hưởng của tổn hao
ứng suất đến vết nứt sàn BTCT ƯLT.
Ảnh hưởng của tổn hao ứng suất xảy ra trong quá trình thi công và sử dụng diễn ra
khá phức tạp. Để đánh giá được sự ảnh hưởng của các loại tổn hao đến khả năng chịu nứt của
sàn BTCT ƯLT thì việc sử dụng lý thuyết độ tin cậy (ĐTC) là một trong những phương pháp
hiệu quả và tiên tiến hiện nay nhằm giải quyết bài toán nêu trên.
Khái niệm ĐTC của kết cấu công trình xây dựng đã được nhiều tài liệu về ĐTC và các
nhà khoa học trên thế giới đề cập, cụ thể:
+ Theo giáo sư Palle Thoft - Christensen và Yoshisada Murotsu, độ tin cậy của kết cấu
là khả năng hoàn thành tiêu chí thiết kế trong khoảng thời gian quy ước cụ thể [96].
+ Theo tiêu chuẩn Eurocode 0 - cơ sở thiết kế kết cấu xây dựng, độ tin cậy là khả năng
của một kết cấu hoặc bộ phận kết cấu đáp ứng được các yêu cầu đã quy định trong suốt tuổi
thọ thiết kế. Độ tin cậy thường được biểu thị theo các thuật ngữ xác suất [50].
+ Theo tiêu chuẩn Quốc tế ISO 2394 - những nguyên tắc cơ bản về độ tin cậy của kết
cấu xây dựng, độ tin cậy là khả năng của một kết cấu hay cấu kiện có thể thỏa mãn các yêu
cầu quy định trong suốt tuổi thọ thiết kế [51].
+ Theo tiêu chuẩn “Độ tin cậy của kết cấu xây dựng và nền - những nguyên tắc và yêu cầu
cơ bản” biên soạn theo tiêu chuẩn của Nga đã được thông qua Hội đồng Khoa học của Bộ Xây
dựng để ban hành, được định nghĩa như sau: độ tin cậy của công trình xây dựng là khả năng hoàn

thành chức năng yêu cầu của công trình xây dựng trong suốt thời gian sử dụng tính toán [52].
Chức năng yêu cầu của công trình xây dựng hay nói cách khác là một hoặc nhóm các
tiêu chí thiết kế được đề ra từ thiết kế ban đầu theo một tiêu chuẩn áp dụng.
Nếu thiết kế không đáp ứng tiêu chí được đề ra thì thiết kế đó không an toàn và ngược
lại, khi thiết kế đáp ứng tiêu chí được đề ra thì thiết kế đó an toàn với tiêu chí xem xét.
Có thể hiểu, đánh giá ĐTC của sàn BTCT ƯLT theo tiêu chí thiết kế nào đó là đánh giá
khả năng hoàn thành, nói cách khác là đánh giá mức độ an toàn hay đánh giá xác suất an toàn
của thiết kế sàn BTCT ƯLT theo tiêu chí đó.
Hiện tại, đã có những công trình khoa học trên thế giới được công bố, có nội dung liên
quan đến việc đánh giá ĐTC của công trình BTCT ƯLT theo các tiêu chí khác nhau, như sự
xuất hiện của vết nứt, biến dạng trong quá trình sử dụng, hay bài toán bền đối với trạng thái
giới hạn cực hạn, v.v.. khi xem xét sự biến động thực tế của các thông số có gây ảnh hưởng
đến tổn hao ứng suất. Trong nước, các nghiên cứu về tổn hao ứng suất và ĐTC công trình
BTCT ƯLT còn hạn chế. Mục I.1 của chương 1 sẽ trình bày một số nghiên cứu trong và ngoài
nước liên quan đến tổn hao ứng suất và ĐTC của công trình xây dựng nói chung và một số
dạng công trình BTCT ƯLT.
NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

3


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
I.1.
MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN ĐỘ TIN CẬY
CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC
I.1.1.

Nghiên cứu ngoài nước
Các nghiên cứu về ĐTC của kết cấu BTCT ƯLT ở nước ngoài chủ yếu tập trung nhiều

trong lĩnh vực giao thông (cầu), ngoài ra một số nghiên cứu cho lò phản ứng hạt nhân, các bể
chứa, silo, v.v... Đối với với kết cấu sàn BTCT ƯLT, cũng đã có những nghiên cứu về ĐTC,
trong đó có một số công trình nghiên cứu về ĐTC liên quan đến giá thành và tối ưu thiết kế.
Vấn đề tổn hao ứng suất trong kết cấu BTCT ƯLT là vấn đề quan trọng và có nhiều
nghiên cứu trong những năm gần đây. Hầu hết trong các nghiên cứu về tổn hao ứng suất thì
thông số được thu thập từ thực tế hoặc giả định được đưa về một dạng phân bố ngẫu nhiên.
Năm 2000, P. Mwanza và A. Scanlon đã công bố kết quả nghiên cứu: Dự đoán tổn hao ứng
suất trong dầm cầu BTCT ƯLT, được đăng tải trên Tuyển tập Báo cáo Hội nghị chuyên ngành
về Cơ học xác suất và ĐTC của kết cấu lần thứ 8 [95]. Nghiên cứu chỉ ra rằng, tổn hao ứng
suất là một vấn đề quan trọng trong thiết kế dầm cầu BTCT ƯLT. Việc tính toán ứng suất trong
bê tông dưới tác dụng của tải trọng phải dựa trên ứng suất hiệu quả (sau khi đã trừ đi tổn hao
ứng suất). Phương pháp thực nghiệm được quy định trong tiêu chuẩn thiết kế cho thấy tổn hao
ứng suất phụ thuộc vào mô đun đàn hồi, từ biến và co ngót của bê tông cũng như chùng ứng
suất của cáp và các thuộc tính khác của vật liệu, v.v... Tuy nhiên có ít thông tin về sự thay đổi
của các yếu tố này và các thông số khác tác động đến tổn hao ứng suất. Vì vậy, nghiên cứu đã
xem xét ảnh hưởng của các yếu tố ngẫu nhiên như cường độ, khối lượng riêng của bê tông;
mô đun đàn hồi, tiết diện, khoảng cách lắp đặt của thép và cáp ƯLT; tác dụng của tải trọng và
các điều kiện về môi trường cũng như một số yếu tố tác động đến co ngót và từ biến của bê
tông; v.v.. đến tổn hao ứng suất dài hạn của cáp trong dầm cầu BTCT ƯLT. Kết luận của
nghiên cứu chỉ ra sự không chắc chắn liên quan đến dự đoán của tổn hao ứng suất dài hạn có
thể được giảm thiểu bằng cách đo tổn hao ứng suất sớm trong dầm. ƯLT trong các tao cáp bị
ảnh hưởng bởi những thay đổi nhiệt độ trong bê tông, vì vậy đo nhiệt độ là cần thiết trong quá trình
bê tông hydrat hóa để đảm bảo nhiệt độ đó được dùng đúng trong tính toán tổn hao ứng suất.
Việc nghiên cứu tổn hao ứng suất thực tế của ƯLT thông qua các phép đo trực tiếp
trên kết cấu cũng được quan tâm và có nhiều công bố trong những năm gần đây. Năm 2011 và
2012, Chunguang Lan, Zhi Zhou, Jinping Ou đã nghiên cứu và công bố kết quả nghiên cứu của

mình trên tạp chí Sensor và Pacific Science Review về: Phương pháp đo ứng suất trong cáp
ƯLT của dầm BTCT bằng cảm biến thông minh Brillouin quang học [87], [88].
Đánh giá tác động ăn mòn cốt thép ƯLT đến ĐTC của kết cấu được nhiều tác giả
nghiên cứu. Đối với cáp loại không bám dính có ít nghiên cứu do việc điều tra số liệu là khó
NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

4


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

khăn vì cáp được bao bọc bởi lớp vỏ nhựa. Năm 1996, M.D. Pandey và M.A. Nessim công bố
kết quả nghiên cứu trên tạp chí Can. J. Civ. Eng được xuất bản tại Canada về: ĐTC của các
tấm bê tông ƯLT sử dụng cáp không bám dính dưới tác động của ăn mòn bởi độ ẩm [97].
Đối với cáp loại bám dính, năm 2006, M. Sigit Darmawan và Mark G. Stewart công bố
kết quả nghiên cứu trên tạp chí Structural Safety do Elsevier Science xuất bản về: Phân tích
ĐTC của dầm cầu BTCT ƯLT do ăn mòn cốt thép và ƯLT bởi clorua. ĐTC được xem xét trên
cơ sở đánh giá khả năng bền chịu uốn và khả năng sử dụng của dầm [103]. Các biến ngẫu
nhiên ảnh hưởng đến ĐTC của kết cấu bao gồm tốc độ ăn mòn cốt thép và cáp ƯLT; kích
thước hình học của cấu kiện; cường độ, mô đun đàn hồi của bê tông, cốt thép và cáp ƯLT;
tổng tổn hao ứng suất; v.v…
Năm 2010, R.G. Pillai và các cộng sự đã nghiên cứu và công bố kết quả trên tạp chí
Engineering Structures do Elsevier Science xuất bản về: Ảnh hưởng của ăn mòn cáp đến ĐTC
của cầu BTCT ƯLT, khi cáp trong ống lồng bị ăn mòn bởi clorua và độ ẩm môi trường xâm
nhập do vữa bơm không lấp kín khoảng trống [100]. ĐTC được xem xét ở đây là xác suất đảm
bảo định lượng về mức độ an toàn (trạng thái giới hạn cực hạn) và mức độ sử dụng (trạng thái
giới hạn sử dụng) không vượt quá giới hạn cho phép, nghĩa là chỉ số ĐTC β tương ứng với
mỗi trạng thái giới hạn phải lớn hơn giá trị mục tiêu. Mô phỏng Monte Carlo được sử dụng để

đánh giá ĐTC. Các biến ngẫu nhiên ảnh hưởng đến ĐTC bao gồm các thông số về hoạt tải tác
dụng, cường độ chịu nén và trọng lượng riêng của bê tông, khoảng trống và sự hư hại của cáp,
khả năng chịu kéo, tổn hao ứng suất của cáp.
Tác động hỏa hoạn có ảnh hưởng lớn đến tổn hao ứng suất nên ảnh hưởng đến ĐTC
của kết cấu ƯLT. Năm 2012, trên tạp chí Engineering Structures do Elsevier Science xuất bản,
Christopher D. Eamon và Elin Jensen đã công bố kết quả nghiên cứu về: ĐTC của dầm BTCT
ƯLT chịu tác động hỏa hoạn [86]. Nghiên cứu chỉ ra rằng, ĐTC của kết cấu nhanh chóng giảm
như một hàm của thời gian ngay sau khi tiếp xúc với hỏa hoạn. Các thông số ngẫu nhiên quan
trọng ảnh hưởng đến ĐTC bao gồm lớp bê tông bảo vệ cốt thép, dạng hỏa hoạn hay tỷ số giữa
tải trọng bản thân và hoạt tải tác dụng, v.v…
Năm 2004, Fabio Biondini cùng Franco Bontempi, Dan M. Frangopol và Pier Giorgio
Malerba công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí Computers and Structures do Elsevier
Science xuất bản về: ĐTC của kết cấu cầu BTCT ƯLT đúc hẫng. Các biến ngẫu nhiên bao gồm
đặc trưng vật liệu như cường độ bê tông, cường độ, diện tích ngang của thép và cáp ƯLT; kích
thước hình học và tải trọng [90]. Mô phỏng Monte Carlo được sử dụng để đánh giá ĐTC của
kết cấu khi xem xét bài toán vết nứt ở trạng thái giới hạn sử dụng và bài toán biến dạng của bê
tông, thép, ƯLT ở trạng thái giới hạn về độ bền.

NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

5


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

Năm 2010, Jin Cheng cũng công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí KSCE Journal of
Civil Engineering của Hàn Quốc về: ĐTC của dầm cầu BTCT ƯLT khi xem xét bài toán biến
dạng (độ võng), không bao gồm vấn đề nứt ở trạng thái giới hạn sử dụng [94]. Các thông số

ngẫu nhiên được sử dụng trong nghiên cứu này bao gồm trọng lượng riêng của bê tông, hoạt
tải tác dụng, tiết diện của cáp ƯLT và đặc biệt là lực kéo cáp. Nghiên cứu chỉ ra rằng, ĐTC của
kết cấu giảm với sự gia tăng của hoạt tải tác dụng trong khi ĐTC sẽ tăng với sự gia tăng của
lực kéo cáp.
Các nghiên cứu đánh giá ĐTC của cấu kiện đúc sẵn cũng được quan tâm nghiên cứu.
Năm 1994, trên tạp chí Structural Engineering do ASCE xuất bản, Ali S. AI-Harthy cùng Dan M.
Frangopol và Fellow đã công bố kết quả nghiên cứu về: ĐTC của dầm cầu BTCT ƯLT trên cơ
sở thu thập số liệu của 73 dầm đơn sản xuất trong nhà máy cho xây dựng các công trình công
nghiệp và văn phòng [85]. Nghiên cứu được giới hạn, chỉ xem xét ảnh hưởng của tải trọng. Một
số trạng thái giới hạn được xem xét như ứng suất nén và kéo cho phép ở cả hai giai đoạn ban
đầu và cuối cùng, nứt uốn và trạng thái giới hạn cực hạn. Các thông số ngẫu nhiên bao gồm tải
trọng, vật liệu, kích thước hình học, lực kéo cáp, v.v…
Đối với các công trình điện hạt nhân, năm 1997, M.D. Pandey công bố kết quả nghiên
cứu trên tạp chí Nuclear Engineering and Design do Elsevier Science xuất bản về: Ảnh hưởng của
tổn hao ứng suất đối với cáp bám dính đến ĐTC của các lò phản ứng hạt nhân [98]. Biến ngẫu
nhiên được xem xét bao gồm cường độ chịu nén, kéo, mô đun đàn hồi của bê tông, ƯLT trong kết
cấu mới xây dựng trong vòng 5 năm và hơn 30 năm, tải trọng và áp lực khi có sự cố trong lò.
Trên tạp chí Structural Safety do Elsevier Science xuất bản năm 2008, Patrick
Anderson cùng Martin Hansson và Sven Thelandersson công bố kết quả nghiên cứu về: ĐTC lò
phản ứng hạt nhân của Thụy Điển khi xem xét đến ứng suất trong bê tông với cáp không bám
dính [99]. Nghiên cứu chủ yếu đánh giá ảnh hưởng của tổn hao ứng suất theo thời gian do co
ngót, từ biến của bê tông, chùng ứng suất của cáp và cả ăn mòn cáp tới ứng suất trong bê tông
để tránh xuất hiện các vết nứt khi xảy ra sự cố bên trong lò phản ứng.
Thiết kế tối ưu thường được gắn với bài toán ĐTC để đảm bảo thiết kế vừa đạt mức độ
an toàn cho phép, vừa có giá thành hợp lý nhất. Năm 1997, A. S. Al-Harthy và D. M. Frangopolt
nghiên cứu: Kết hợp giữa tối ưu hoá thiết kế và ĐTC đối với kết cấu dầm bê tông ƯLT [92].
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Computers & Structures do Civil-Comp Lfd và Elsevier
Science xuất bản. Các thông số tải trọng, cường độ chịu kéo, chịu nén của bê tông ở các giai
đoạn kiểm tra, khối lượng riêng của bê tông, mức độ ƯLT ở các giai đoạn thi công và sử dụng
cũng như các mô hình được sử dụng để dự đoán ứng suất do uốn của dầm đều được xem xét

như các biến ngẫu nhiên. Phương pháp ĐTC được sử dụng để tính toán xác suất không an
toàn của dầm ở các trạng thái giới hạn.
NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

6


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

Năm 2004, Samer Barakat cùng Khaldoon Bani-Hani và Mohammed Q. Taha nêu vấn
đề về tối ưu hoá trong thị trường cạnh tranh toàn cầu đã đẩy các mẫu thiết kế đến ranh giới giới
hạn không cho phép các sai số trong mô hình vật liệu, tải trọng và những đặc tính không chắc
chắn [102]. Vì vậy các tính toán thiết kế tối ưu có được mà không xem xét sự không chắc chắn
sẽ dẫn đến thiết kế không đáng tin cậy. Công trình được đăng trên tạp chí Structural Safety với
vấn đề: Tối ưu hoá kết cấu BTCT ƯLT dựa trên ĐTC đa mục tiêu. Các tác giả đã nghiên cứu
việc thiết kế tối ưu dầm BTCT ƯLT dựa trên ĐTC đa mục tiêu, nghĩa là giảm thiểu chi phí tổng
thể của dầm BTCT ƯLT, tối đa hoá hệ thống chỉ số ĐTC, tối đa hoá chỉ số ĐTC độ bền uốn và
tối đa hoá chỉ số ĐTC cường độ chịu kéo ở giai đoạn sử dụng. Các thông số thiết kế bao gồm
tải trọng, lực kéo cáp, kích thước hình học, số lượng ƯLT, các mô hình dự đoán hiệu quả của
kết cấu ở các giai đoạn khác nhau, v.v.. đều được coi là các biến ngẫu nhiên.
Đối với kết cấu sàn BTCT ƯLT, trong vài năm trở lại đây đã có một số nghiên cứu liên
quan đến ĐTC. Năm 2008, Thomas J. Vincent đã trình bày luận án với nội dung: Dự đoán biến
dạng của sàn BTCT ƯLT trong các công trình cao tầng, tại trường Đại học Adeliade Australia
[106]. Tác giả sử dụng mô phỏng Monte Carlo để giải quyết bài toán. Trong mô phỏng Monte
Carlo, cường độ chịu nén, chịu kéo và mô đun đàn hồi của bê tông được xem là các biến ngẫu
nhiên và được thu thập thông qua các thí nghiệm vật liệu.
Năm 2011, Luận án tiến sĩ của Thamarie Jayasinghe thực hiện tại trường Đại học
RMIT Australia có nội dung: Dự báo biến dạng theo thời gian của dầm và sàn ƯLT căng sau

của nhà cao tầng theo tiêu chuẩn AS 3600-2009, đã chỉ ra rằng, có nhiều yếu tố ảnh hưởng
đến độ võng tức thời và dài hạn [104], bao gồm: cường độ chịu kéo của bê tông; các tác động
theo thời gian của bê tông như từ biến, co ngót; tổn hao ứng suất theo thời gian; lượng thép
chịu nén. Luận án có trích dẫn kết quả nghiên cứu của Washa và Fluck (1952) và Stevens
(1972) chỉ ra rằng, lượng thép chịu nén có hiệu quả trong việc giảm độ võng do từ biến của kết
cấu. Kết quả nghiên cứu của luận án chủ yếu tập trung vào việc xây dựng các mô hình tính
toán và dự báo độ võng của kết cấu sau đó so sánh với các kết quả thu được từ dự án thông
qua số liệu giám sát, đồng thời cũng đánh giá độ võng của kết cấu khi các yếu tố ảnh hưởng đã
được chỉ ra có sự biến động cho trước theo tiểu chuẩn AS 3600-2009 chứ chưa xem xét đến
sự ngẫu nhiên của các yếu tố đó trong thực tế.
Xem xét vấn đề kinh tế khi thiết kế sàn BTCT ƯLT cũng được đề cập bởi một số tác
giả nhưng chủ yếu là bài toán kỹ thuật chứ chưa thấy kết hợp với ĐTC trong các nghiên cứu
này. Giám đốc kỹ thuật Công ty Austress Freyssinet Ed Cross cùng các cộng sự BE,
Grad.Dip(Tech.Mgt), MIEAust và CPEng chỉ ra rằng việc lựa chọn giảm chiều dày sàn sẽ làm
tăng lượng cáp, tuy nhiên sẽ làm gia tăng ảnh hưởng rung của sàn. Tăng chiều dày sàn sẽ làm
giảm cáp ƯLT nhưng tăng khối lượng bê tông sàn. Vì vậy, cần xem xét khi lựa chọn chiều dày
sàn so với nhịp để đảm bảo vấn đề kỹ thuật và kinh tế [89].
NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

7


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

I.1.2.

Nghiên cứu trong nước
Hiện nay, trong nước đã có nhiều nghiên cứu được công bố liên quan đến vấn đề ĐTC

của công trình nói chung như công trình xây dựng, công trình giao thông (cầu, đường), công
trình thuỷ, công trình biển, v.v.. hay các nghiên cứu về tối ưu hoá thiết kế kết hợp ĐTC. Tuy
nhiên, đối với các công trình ƯLT, các nghiên cứu về ĐTC và tối ưu hoá thiết kế lại rất hạn chế.
Một số nghiên cứu về ĐTC công trình xây dựng đã được công bố như:
- Năm 2003, Tuyển tập báo cáo - Hội nghị Khoa học toàn quốc lần thứ hai về sự cố và
hư hỏng công trình xây dựng, tháng 12/2003 đã công bố nghiên cứu của tác giả Nguyễn Xuân
Chính về: Xác định xác suất hư hỏng và chỉ số tin cậy một số công trình xây dựng [14]. Bài báo
đã trình bày phương pháp đánh giá độ tin cậy của công trình xây dựng theo chỉ số độ tin cậy β ,
từ đó xác suất không an toàn Pf được xác định thông qua chỉ số này. Đồng thời bài báo nêu ba
(03) ví dụ xác định xác suất không an toàn Pf thông qua chỉ số độ tin cậy β đối với khung bê
tông cốt thép ba tầng hai nhịp của một trường học, khung bê tông cốt thép của một khán đài
12000 chỗ ngồi và dầm consol bằng bê tông cốt thép. Thông số ngẫu nhiên được xem xét là
cường độ bê tông được thu thập thông qua thí nghiệm tính chất cơ lý của vật liệu với số lượng
giá trị mẫu đủ để đại diện cho việc đánh giá chất lượng công trình. Thông qua kết quả nghiên
cứu, bài báo chỉ ra rằng, thiết kế kết cấu công trình xây dựng là xu hướng mà nhiều nước đang
và sẽ áp dụng trong đó có Việt Nam.
Cũng trong năm 2003, nghiên cứu của tác giả Nghiêm Quang Hà, Nguyễn Quang Huy
về: Một số vấn đề an toàn của kết cấu dàn lưới không gian [18]; và nghiên cứu của tác giả
Nguyễn Đình Xân, Nguyễn Thạc Vũ về: Nghiên cứu độ tin cậy kết cấu dạng hỗn hợp - cung thể
thao [41] cũng được công bố trên Tuyển tập báo cáo - Hội nghị Khoa học toàn quốc lần thứ hai
về sự cố và hư hỏng công trình xây dựng, tháng 12/2003.
- Năm 2005, Tạp chí Xây dựng số 2/2005 công bố nghiên cứu của tác giả Lê Kiều về:
Bảo đảm tuổi thọ của công trình ngay từ khâu thiết kế [26].
- Năm 2006, Tuyển tập công trình Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ học vật rắn biến dạng
lần thứ 8 công bố kết quả nghiên cứu của tác giả Nguyễn Tuấn Anh về: Đánh giá tuổi thọ còn lại
của kết cấu thép do ăn mòn theo chỉ tiêu độ tin cậy [11], và nghiên cứu của tác giả Nguyễn Văn
Phó, Nguyễn Xuân Chính, Tạ Thanh Vân về: Một phương pháp đánh giá độ tin cậy của công trình
[34]. Cũng trong năm 2006, tác giả Lê Xuân Huỳnh và Lê Công Duy công bố nghiên cứu về
Phương pháp đánh giá độ tin cậy mờ của kết cấu khung, trên Tạp chí Xây dựng số 11/2006 [22].

- Năm 2007, tác giả Phạm Đức Cương công bố nghiên cứu trên Tạp chí Xây dựng số
4/2007 về: Tính toán một số cấu kiện bê tông cốt thép cơ bản theo chỉ số độ tin cậy [15].
NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

8


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

- Năm 2009, tác giả Nguyễn Hùng Tuấn và Lê Xuân Huỳnh cũng đã công bố nghiên
cứu về: Quy trình đánh giá độ tin cậy của kết cấu theo mô hình mờ cho nhà chung cư trên Tạp
chí Xây dựng số 12/2009 [36].
- Năm 2010, tác giả Bùi Đức Năng đã công bố luận án tiến sĩ với nội dung: Tính xác
suất không hỏng của kết cấu hệ thanh có kể đến các yếu tố ngẫu nhiên về vật liệu, hình học
của kết cấu và vật liệu. Tác giả đã sử dụng phương pháp mô phỏng Monte Carlo để tính toán
phân phối của chuyển vị và nội lực một số cấu kiện chính trên cơ sở phân phối các biến ngẫu
nhiên đầu vào và xác định xác suất không hỏng của hệ thanh từ kết quả thu được [29].
Các nghiên cứu về ĐTC cũng đã có nhiều đóng góp trong một số lĩnh vực như công
trình giao thông, công trình thuỷ, công trình biển, v.v…:
- Năm 2003, tác giả Nguyễn Văn Huân và Phùng Vĩnh An công bố nghiên cứu với nội
dung: Ứng dụng lý thuyết độ tin cậy để đánh giá mức độ an toàn và dự báo tuổi thọ cống dưới
đê, đăng trên Tuyển tập báo cáo - Hội nghị Khoa học toàn quốc lần thứ hai về sự cố và hư
hỏng công trình xây dựng tháng 12/2003 [20].
- Năm 2006, Tuyển tập công trình Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ học vật rắn biến
dạng lần thứ 8 công bố nghiên cứu của tác giả Mai Châu Anh, Lê Ngọc Thạch về: Đánh giá khả
năng ổn định đàn hồi của kết cấu vỏ thoải có mặt bằng hình chữ nhật theo độ tin cậy [10] và
nghiên cứu của tác giả Đỗ Ngọc Tú về Tính độ tin cậy của cột điện chịu gió bão [35].
- Năm 2007, tác giả Đỗ Văn Đệ công bố nghiên cứu về: Xác định độ tin cậy của tải

trọng sóng tác dụng lên công trình thuỷ kích thước lớn dạng khối tròn xoay bằng phương pháp
phần tử biên, đăng trên Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng số 1-09/2007 [16].
- Năm 2008, tác giả Nguyễn Hoàng Long và Phạm Cao Thăng với nghiên cứu về: Ứng
dụng mô phỏng Monte Carlo trong tính toán độ tin cậy của kết cấu mặt đường cứng đường ô tô,
công bố trên Tạp chí GTVT số 8/2008 [27]. Nghiên cứu đã dùng mô phỏng Monte Carlo để
đánh giá độ tin cậy của kết cấu. Xác suất không an toàn được tính bằng tích phân nhiều lớp
của hàm mật độ xác suất nhiều biến. Tuy nhiên, các đại lượng ngẫu nhiên xem xét bao gồm
chiều dày, cường độ, mô đun đàn hồi của vật liệu kết cấu mặt đường và lớp móng; mô đun đàn
hồi của đất nền; lưu lượng xe, tải trọng xe và gradien nhiệt độ được giả thiết có phân bố chuẩn
với kỳ vọng và độ lệch chuẩn cho trước.
- Năm 2009, tác giả Nguyễn Vi với nghiên cứu về: Mô phỏng phân bố độ bền và nội lực
trong các cấu kiện chịu tải để xác định độ tin cậy của các công trình cảng, công bố trên Tạp chí
GTVT số 1+2/2009 [37].
- Năm 2010, tạp chí Khoa học và Công nghệ biển 3/2010 công bố nghiên cứu của tác
giả Phạm Khắc Hùng về: Xây dựng điều kiện bền mở rộng để xác định độ tin cậy tổng thể đánh
NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

9


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

giá an toàn của kết cấu công trình biển cố định bằng thép, áp dụng cho điều kiện biển nước sâu
Việt Nam [21].
- Cũng trong năm 2010, tạp chí GTVT số 9/2010, công bố nghiên cứu của tác giả Bùi
Đức Chính về: Đánh giá độ tin cậy của cầu bê tông cốt thép đang khai thác [12], nghiên cứu
của tác giả Nguyễn Vi về Độ tin cậy về ổn định chung của mái dốc [38]; và Tạp chí Hàng hải
Việt Nam số 7/2010 công bố nghiên cứu của tác giả Nguyễn Vi, Trần Tuấn Anh về Xác định độ

tin cậy của tường chắn cứng [39].
- Đến năm 2012, tác giả Nguyễn Vi và Vũ Lê Minh cũng đã công bố nghiên cứu với nội
dung: Tính toán ổn định trượt sâu của tường cừ có một neo theo quan điểm xác suất, đăng trên
Diễn đàn Khoa học Công nghệ số tết 1-2 năm 2012 [40].
Trong lĩnh vực tối ưu hoá thiết kế và ĐTC cũng đã có một số đóng góp như sau:
- Năm 2002, tác giả Lê Xuân Huỳnh và Hoàng Xuân Long đã công bố nghiên cứu về:
Xác định quan hệ giữa chi phí và độ tin cậy của kết cấu, đăng trên Tạp chí Xây dựng số
11/2002 [23].
- Năm 2009, tác giả Nguyễn Trọng Hà với nghiên cứu: Độ nhạy của độ tin cậy và ứng
dụng vào việc chọn phương án thiết kế hợp lý, công bố trên Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây
dựng số 1/2009 [19].
- Cũng trong năm 2009, tác giả Nguyễn Hữu Lộc và Đinh Lê Cao Kỳ với nghiên cứu:
Thiết kế tối ưu kết cấu dựa trên độ tin cậy bằng giải thuật di truyền, công bố trên Tạp chí Cơ khí
Việt Nam số 09/2009 [28].
- Đến năm 2010, tác giả Đỗ Văn Đệ đã công bố nghiên cứu với nội dung: Tự động hoá
tính toán tối ưu kết cấu dàn chịu tác động của tải trọng sóng ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn độ tin
cậy, đăng trên Diễn đàn Khoa học Biển & bờ số 3/2010 [17].
Vấn đề tổn hao ứng suất do từ biến và co ngót đã được tác giả Hoàng Quang Nhu
nghiên cứu và công bố trong năm 2007 và 2008 [30], [31], [32] trên Tạp chí Khoa học Công
nghệ Xây dựng số 1/2007, 3/2007 và 4/2008.
Tác giả Nguyễn Xuân Khang và Nguyễn Văn Thuyên với nghiên cứu: Hiện đại hoá thiết
bị kéo căng, nâng cao chất lượng thi công kết cấu ứng suất trước công bố trên Tạp chí GTVT
số 10/2007 [25] đã nêu tầm quan trọng của lực kéo cáp và kiểm soát độ dãn dài để đảm bảo
công trình ƯLT an toàn theo thiết kế.
Cho đến thời điểm hiện nay, vẫn có sự hạn chế đối với các nghiên cứu về ĐTC công
trình ƯLT. Tác giả Nguyễn Thanh Hưng đã công bố nghiên cứu về: Ứng dụng lý thuyết độ tin
NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

10


Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

cậy vào việc khảo sát và đánh giá độ tin cậy của sàn phẳng bê tông dự ứng lực, đăng trên Tạp
chí Khoa học Công nghệ Xây dựng số 2/2009 [24]. Trong nghiên cứu, ĐTC được đánh giá trên
cơ sở xem xét bài toán ứng suất ngay sau khi kéo căng và trong giai đoạn sử dụng. Các số liệu
ngẫu nhiên bao gồm kích thước hình học của sàn, số lượng cáp, tiết diện ngang của cáp, trọng
lượng sàn, toạ độ cáp và tải trọng tác động được nhận giá trị giả định về độ lệch. Ngoài ra,
nghiên cứu chưa tiến hành bước xây dựng hàm công năng tổng quát nên thành phần tổn hao
ứng suất chưa được đưa vào xem xét khi tính toán ứng suất trong bê tông.
I.2.
CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ, THI CÔNG KẾT CẤU SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC
TRƯỚC VÀ TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM
I.2.1.

Phân loại kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước, tình hình ứng dụng tại Việt Nam
Có nhiều cách phân loại kết cấu BTCT ƯLT tuỳ vào đặc điểm thiết kế, công nghệ tạo

lực hay phương pháp thi công, v.v.. [5].
- Theo hình dạng cáp ƯLT trong cấu kiện, phân loại thành ƯLT thẳng (ƯLT trong sàn,
dầm) hay ƯLT vòng (ƯLT trong thành các bể chứa tròn).
- Theo độ lớn của ƯLT, phân loại thành ƯLT toàn phần, hay một phần.
- Theo vị trí đặt ƯLT, phân loại thành ƯLT căng trong và ƯLT căng ngoài cấu kiện.
- Theo nguồn gốc gây lực ƯLT, phân loại thành ƯLT do cơ học, do thủy lực, do điện
hay do hóa học. Phương pháp hoá học là sử dụng xi măng nở tạo ƯLT trong bê tông. Theo
phương pháp này, trong quá trình ninh kết và phát triển cường độ, xi măng nở làm tăng thể
tích, cốt thép trong bê tông sẽ ngăn cản sự dãn nở của xi măng và do đó tạo ra một lực nén
trước trong bê tông. Phương pháp hoá học thường được áp dụng để chế tạo các kết cấu như

bể chứa, cầu tàu, cọc, dầm, panel mái che cho nhà công nghiệp [5].
Theo phương pháp thi công, kết cấu BTCT ƯLT được phân làm 02 loại: BTCT ƯLT
căng trước và BTCT ƯLT căng sau.
I.2.1.1. Bê tông cốt thép ứng lực trước căng trước
Cốt thép cường độ cao được lắp đặt, kéo căng trước khi đổ bê tông. Phương pháp này
thường được áp dụng đối với cấu kiện đúc sẵn (sản phẩm tiền chế), được sản xuất trong nhà
máy phục vụ phương pháp thi công lắp ghép. Công ty Cổ phần Bê tông và Xây dựng
Vinaconex Xuân Mai đã nhận chuyển giao thành công công nghệ này để sản xuất dầm sàn nhẹ
(dầm sàn PPB), các cấu kiện dầm, cột, tấm sàn vượt nhịp lớn, cọc, cừ, v.v... Hiện nay, công ty
Cổ phần Đầu tư Sông Đà - Việt Đức cũng đã xây dựng nhà máy sản xuất tại Phủ Lý - Hà Nam
và bắt đầu thực hiện chuyển giao công nghệ này.

NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang

11