Luận văn thạc sĩ xây dựng Thiết kế sàn không dầm bê tông ứng lực trước căng sau theo tiêu chuẩn eurocode 2
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (589.19 KB, 91 trang )
Bộ giáo dục và đào tạo
bộ xây dựng
Trường đại học kiến trúc hà nội
-------
Vũ mạnh linh
Thiết kế
sàn không dầm bê tông cốt thép
ứng lực trước căng sau
theo tiêu chuẩn eurocode 2
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng & công nghiệp
Hà nội 2011
Bộ giáo dục và đào tạo
bộ xây dựng
Trường đại học kiến trúc hà nội
-------
Vũ mạnh linh
Khoá: 2008 2011, lớp: CH2008x
Thiết kế
sàn không dầm bê tông cốt thép
ứng lực trước căng sau
theo tiêu chuẩn eurocode 2
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Chuyên ngành: xây dựng dân dụng và công nghiệp
Mã số: 60.58.20
người hướng dẫn khoa học:
gs. Tskh. Nguyễn trâm
Hà nội 2011
Lời cảm ơn
Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại lớp cao học xây dựng 2008X,
Khoa đào tạo trên đại học, Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội, dưới sự giảng
dạy của các thầy giáo trong khoa, sự giúp đỡ tận tình của Ban chủ nhiệm Khoa
và cán bộ công nhân viên trong Khoa, sự cố vấn và hướng dẫn nhiệt tình của
thầy giáo hướng dẫn khoa học, cộng với sự nỗ lực của bản thân, tôi đã hoàn
thành luận văn tốt nghiệp cao học với đề tài:
Thiết kế sàn không dầm bê tông
cốt thép ứng lực trước căng sau theo tiêu chuẩn Eurocode 2 .
Tôi xin chân thành cảm ơn các cấp lãnh đạo Trường Đại Học Kiến Trúc
Hà Nội, khoa đào tạo trên đại học và các thầy giáo cùng tập thể cán bộ công
nhân viên trong trường đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình
học tập, nghiên cứu tại trường.
Tôi đặc biệt cảm ơn thầy giáo GS. TSKH. Nguyễn Trâm Người đã có
công lớn trong việc hướng dẫn khoa học, tận tình chỉ bảo tôi giúp tôi hoàn
thành tốt luận văn này.
Tác giả luận văn
Vũ Mạnh Linh
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng có ai công bố trong bất
kỳ công trình khoa học nào khác.
Tác giả luận văn
Vũ Mạnh Linh
1
Lời cảm ơn
lời cam đoan
Mục lục...............................................................................................Trang 1
Bảng ký hiệu và chữ viết tắt sử dụng trong luận văn ............................................4
Mở đầu ..............................................................................................................6
* Lý do nghiên cứu ...............................................................................................6
* Mục đích nghiên cứu .........................................................................................6
* Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................6
* Phạm vi nghiên cứu ...........................................................................................6
Chương 1: tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực
trước và Các quy định chung .............................................................7
1.1 Tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực trước ...........................................7
1.2 Các quy định chung ........................................................................................11
1.2.1 Tải trọng ......................................................................................................11
1.2.2 Tổ hợp tải trọng ...........................................................................................13
1.2.3 Bê tông .........................................................................................................15
1.2.4 Cốt thép cường độ cao .................................................................................16
1.2.5 Các vật liệu khác .........................................................................................21
1.2.6 Khoảng cách, lớp bảo vệ cốt thép ................................................................22
1.2.7 Neo ..............................................................................................................23
1.2.8 Nối chồng ....................................................................................................26
1.2.9 Cơ cấu dẫn hướng ........................................................................................27
1.2.10 Cơ cấu ứng suất trước ................................................................................28
Chương 2: Quy trình thiết kế ..............................................................30
2.1 Các phương pháp xác định nội lực sàn phẳng ................................................30
2.1.1 Phương pháp trực tiếp ..................................................................................30
2.1.2 Phương pháp khung tương đương ................................................................31
2
2.1.3 Phương pháp đường chảy dẻo ......................................................................32
2.1.4 Phương pháp phần tử hữu hạn .....................................................................32
2.2 Xác định chiều dày sàn...................................................................................33
2.2.1 Xác định theo điều kiện cắt thủng ...............................................................33
2.2.2 Xác định theo điều kiện hạn chế độ võng ...................................................42
2.3 Lực ứng suất trước ..........................................................................................46
2.3.1 Lực ứng suất trước .......................................................................................46
2.3.2 Lực ứng suất trước tối đa .............................................................................47
2.3.3 Giới hạn ứng suất trong bê tông ..................................................................47
2.3.4 Tải trọng cân bằng .......................................................................................48
2.4 Xác định các tổn hao ứng suất........................................................................50
2.4.1 Tổn hao ứng suất do biến dạng tức thời của bê tông ...................................50
2.4.2 Tổn hao ứng suất do co ngót của bê tông ....................................................50
2.4.3 Tổn hao ứng suất do chùng cốt thép ............................................................52
2.4.4 Tổn hao ứng suất do ma sát .........................................................................56
2.4.5 Tổn hao ứng suất tại neo..............................................................................57
2.5 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 1 và TTGH 2 ..................................................58
2.5.1 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 1...................................................................58
2.5.2 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 2...................................................................65
Chương 3: ví dụ tính toán ......................................................................69
3.1 Xây dựng sơ đồ khối về quy trình thiết kế .....................................................69
3.2 Tính toán với số liệu cụ thể ............................................................................70
3.2.1 Các thông số chính ......................................................................................70
3.2.2 Chọn chiều dày sàn và xác định tải trọng ...................................................70
3.2.3 Xác đinh nội lực sàn ....................................................................................72
3.2.4 Xác định quỹ đạo cáp và các tổn hao ứng suất............................................73
3.2.5 Xác định số lượng cáp .................................................................................77
3.2.6 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 1...................................................................78
3
3.2.7 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 2...................................................................80
3.3 Xây dựng chương trình tính tự động hóa ........................................................82
Kết luận và kiến nghị ..............................................................................84
tài liệu tham khảo ....................................................................................86
4
Bảng ký hiệu và chữ viết tắt sử dụng trong luận văn
Chữ cái Latinh viết hoa
A
Diện tích tiết diện ngang
Ac
Diện tích tiết diện ngang của bê tông
Ap
Diện tích tiết diện cáp ứng lực trước
As
Diện tích tiết diện cốt thép thường
As, min
Diện tích tiết diện tối thiểu cốt thép
Asw
Diện tích tiết diện cốt thép chịu cắt
D
Đường kính độ cong uốn cốt thép
E
Hệ quả tác động
Ec
Môđun đàn hồi tiếp tuyến của bê tông
Ecd
Môđun đàn hồi tính toán của bê tông
Ecm
Môđun đàn hồi cát tuyến của bê tông
Ep
Môđun đàn hồi tính toán của cốt thép ứng lực trước
Es
Môđun đàn hồi tính toán của cốt thép
EI
Độ cứng uốn
F
Tác động
Fd
Giá trị tính toán của tác động
Fk
Giá trị đặc trưng của tác động
Gk
Tác động thường xuyên đặc trưng
I
Mômen quán tính của tiết diện bê tông
L
Chiều dài
M
Mômen uốn
MEd
Giá trị tính toán của mômen uốn
N
Lực dọc trục
NEd
Giá trị tính toán của lực dọc trục
P
ứng lực trước
5
Po
Lực căng ban đầu tại đầu neo cáp
Qk
Tác động thay đổi đặc trưng
R
Độ bền
SLS
Trạng thái giới hạn sử dụng
ULS
Trạng thái giới hạn độ bền
ƯLT
ứng lực trước
V
Lực cắt
VEd
Giá trị tính toán của lực cắt
TTGH 1
Trạng thái giới hạn 1
TTGH 2
Trạng thái giới hạn 2
Chữ cái Latinh thường
d
Chiều dày sàn
fck
Cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông
fcd
Cường độ chịu nén tính toán của bê tông
fp
Cường độ chịu kéo của cáp ứng lực trước
fpk
Cường độ chịu kéo đặc trưng của cáp ứng lực trước
ft
Cường độ chịu kéo của cốt thép
ftk
Cường độ chịu kéo đặc trưng của cốt thép
fy
Cường độ chảy dẻo của cốt thép
fyk
Cường độ chảy dẻo đặc trưng của cốt thép
6
Mở đầu
* Lý do nghiên cứu
Trong tiến trình hội nhập và phát triển hiện nay, việc hiểu biết tiêu
chuẩn thiết kế của các nước tiên tiến đối với những người làm công tác kỹ
thuật là cần thiết. Tiêu chuẩn châu âu EN 1992
Thiết kế kết cấu bê tông
nằm trong bộ tiêu chuẩn thiết kế kết cấu nhà và công trình do tiểu ban kỹ
thuật Châu Âu soạn thảo và tiêu chuẩn hoá để áp dụng cho các nước thuộc
Liên minh Châu Âu.
Hiện nay, sàn bê tông ứng lực trước căng sau được ứng dụng ngày càng
phổ biến trong các công trình xây dựng. Trong tiêu chuẩn TCXDVN 356 :
2005 đã ban hành chủ yếu đề cập đến thiết kế cấu kiện dầm bêtông ứng lực
trước.
Đề tài
Thiết kế sàn không dầm bê tông cốt thép ứng lực trước căng
sau theo tiêu chuẩn Eurocode 2
sẽ đề cập tổng quan về tiêu chuẩn Eurocode
và trình tự thiết kế cụ thể cho sàn không dầm bêtông cốt thép ứng lực trước.
* Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu các quy định về vật liệu, tải trọng và nguyên lý cấu tạo đối
với kết cấu bêtông cốt thép trong tiêu chuẩn Eurocode 2.
Nghiên cứu quy trình thiết kế sàn không dầm bê tông cốt thép ứng lực
trước theo tiêu chuẩn Eurocode 2.
* Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu tiêu chuẩn Eurocode 2 và các tài liệu liên quan.
* Phạm vi nghiên cứu
Sàn không dầm bê tông cốt thép ứng lực trước căng sau trong nhà cao
tầng.
7
Chương 1 : Tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực
trước và Các quy định chung
1.1 Tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực trước
Kết cấu bê tông ứng lực trước là một dạng kết cấu đặc biệt trong kết cấu
bê tông cốt thép đã và đang được sử dụng rộng rãi trong xây dựng nhà và công
trình.
Kết cấu bê tông ứng lực trước được thực hiện theo 2 công nghệ khác
nhau tùy thuộc vào phương thức sản xuất và thi công. Đó là công nghệ căng
trước và công nghệ căng sau [2].
Từ đầu những năm 1990 trở lại đây, trước yêu cầu xây dựng nhà nhiều
tầng, nhà nhịp lớn tăng mạnh và do công nghệ nước ngoài được đưa vào nhiều
theo cùng với vốn đầu tư nước ngoài, công nghệ ứng lực trước đã bắt đầu được
dùng trong kết cấu nhà cửa ở Việt Nam chủ yếu là trong kết cấu sàn, và có xu
hướng trở nên phổ biến hơn [9].
Kết cấu bê tông ứng lực trước được nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam
khá sớm, từ những năm 60 thế kỷ XX. So với kết cấu bê tông cốt thép thường
ưu điểm nổi bật của kết cấu bê tông ứng lực trước là [9]:
- Làm tăng độ cứng của kết cấu, do vậy cho phép giảm được kích thước
tiết diện, giảm được trọng lượng bản thân kết cấu và vượt được các khẩu độ
lớn;
- Có khả năng khống chế sự hình thành vết nứt và độ võng;
- Tiết kiệm được vật liệu bêtông và cốt thép do việc sử dụng vật liệu
cường độ cao.
Trong kết cấu công trình dân dụng, hệ thống sàn được quan tâm nhiều
nhất khi áp dụng công nghệ ứng lực trước là do: sàn là bộ phận kết cấu có chi
phí đáng kể nhất, chiếm không dưới 50% tổng chi phí kết cấu toàn công trình
trên một đơn vị diện tích sàn. Việc sử dụng bê tông cốt thép ứng lực trước sẽ
tác động thuận lợi vào giá thành công trình theo hai hướng:
8
- Trọng lượng bản thân sàn được giảm nhẹ. Bề dày sàn ứng lực trước
giảm xuống còn khoảng 50 80% bề dày của sàn bê tông cốt thép bình
thường với cùng kích thước nhịp và điều kiện tải trọng. Khối lượng cốt thép
cũng được giảm mạnh nhưng bù vào đó giá thành thép cường độ cao rất lớn
(gấp 3-4 lần thép xây dựng bình thường) nên chi phí về cốt thép không thay
đổi bao nhiêu. Tuy vậy, việc giảm trọng lượng bản thân sàn sẽ kéo theo việc
giảm khối lượng vật tư cho nhiều kết cấu khác như cột, tường móng,
và đảm
bảo có lợi cho kết cấu nhà ở vùng chịu động đất do lực ngang quán tính giảm
cùng với khối lượng sàn.
- Tiến độ thi công sàn tăng nhanh, do sử dụng bê tông mác cao kết hợp
với phụ gia. Một số công trình đã được xây dựng cho thấy tiến độ thi công
trung bình 7-10 ngày/ tầng cho diện tích xây dựng 400-500m2/sàn. Công tác
và khuôn khá đơn giản nhất là với loại sàn không dầm, được sử dụng chủ yếu
trong nhà cao tầng có sàn ứng lực trước.
- Ngoài ra việc mở rộng lưới cột, giảm chiều cao tầng nhà và các thiết
bị, phụ kiện phục vụ cho việc gây ứng lực trước ngày càng được hoàn thiện,
gọn nhẹ và hiệu qua, cũng đóng góp nhiều phần quan trọng vào sự thành công
của sàn bê bê tông ứng lực trước.
Tuy nhiên sử dụng kết cấu bê tông ứng lực trước nói chung và công
nghệ căng sau nói riêng đều đòi hỏi các nhà tư vấn thiết kế, tư vấn giám sát,
nhà thầu xây dựng cần có những kiến thức và kinh nghiệm nhất định mới đem
lại hiệu quả mong muốn.
Đặc biệt với thiết kế chịu động đất, hệ sàn đóng vai trò rất quan trọng
trong sự làm việc tổng thể của kết cấu chịu động đất. Chúng làm việc như
những tấm cứng ngang, tiếp nhận các lực quán tính sang hệ kết cấu thẳng
đứng và bảo đảm cho các hệ kết cấu này cùng nhau làm việc khi chịu tác động
của động đất theo phương ngang [5].
9
Phương pháp tạo ứng lực trước trong sàn:
- Các sàn bê tông ứng lực trước ở Việt Nam hiện nay thường dùng
phương pháp căng sau (post tension) có hoặc không dính kết.
- Sau khi ván khuôn sàn được lắp dựng và kiểm tra theo đúng vị trí thiết
kế, tiến hành đặt cốt thép thường và cốt thép ứng lực trước cũng như các thiết
bị neo. Để đảm bảo cho các cáp ứng lực trước phát huy tốt khả năng chịu lực,
chúng được bố trí theo các đường dải cáp định trước trên mặt bằng và trên mặt
cắt sàn.
- Cáp ứng lực trước được luồn trong các ống ghen polyetilen sau khi đã
được bọc mỡ chống ăn mòn hoặc luồn trong các ống ghen dẹt bằng kim loại
mỏng, một đầu được neo cố định đầu kia nối với neo tạo ứng lực. Vị trí chính
xác của cáp ứng lực trước được đánh dấu trên ván khuôn. Sau đó tiến hành đổ
tông đã đạt được cường độ cần thiết theo yêu cầu của thiết kế. Việc căng cáp
được tiến hành theo hai bước : bước một tạo lực căng xấp xỉ bằng 50% lực
căng quy định, bước hai tạo đủ lực căng. Bước hai chỉ được tiến hành sau khi
đã kết thúc bước một cho toàn sàn.
- Công nghệ căng sau được thực hiện việc căng cốt thép gây ứng lực
trước trong kết cấu chỉ sau khi bê tông đổ tại chỗ đạt cường độ ít nhất 80%
cấp độ bền thiết kế. Điểm tỳ của thiết bị căng nằm ngay trên cạnh hay trên
mặt kết cấu nên còn được gọi là căng trên bê tông. Để đảm bảo cho việc căng
cốt thép được thuận lợi, cốt căng phải được luồn trong rãnh hoặc các loại ống
chuyên dụng.
Cho đến nay nhiều công trình cao tầng, các công trình công nghiệp,
công trình công cộng đã và đang được các đơn vị thiết kế, xây dựng trong
nước dùng công nghệ bê tông ứng lực trước ngày càng có hiệu quả.
10
H×nh 1.1 Tßa nhµ Keangnam
H×nh 1.2 Tßa nhµ 165 §éi CÊn
Hµ Néi (T¸c gi¶ su tÇm)
Hµ Néi (T¸c gi¶ su tÇm)
11
Hình 1.3 Đầu neo cố định (Tác giả sưu tầm)
Hình 1.4 Đầu neo động (Tác giả sưu tầm)
1.2 Các quy định chung
1.2.1 Tải trọng [4]
Tải trọng đặc trưng: tải trọng tác động lên kết cấu có thể có những giá
trị lớn bé khác nhau, có thể tìm được giá trị trung bình của chúng. Tải trọng
đặc trưng là giá trị tải trọng xuất hiện trên kết cấu với xác suất đảm bảo 95%.
Tính toán trong lý thuyết trạng thái giới hạn phải kể đến những sai lệch
có thể xảy ra trong thiết kế bằng cách đưa vào hệ số an toàn riêng đối với tải
trọng f. Giá trị tải trọng dùng để thiết kế sẽ là:
Tải trọng thiết kế = Tải trọng đặc trưng ì hệ số riêng f
(1-1)
12
Bảng 1.1 Hệ số riêng đối với tải trọng khi tính theo TTGH thứ nhất [4]
Dùng khi
Tải trọng
Tải trọng
Tải trọng
thường xuyên
tạm thời chính
tạm thời chính
Gk
Qk,1
Qk,i
Bất lợi
Có lợi
Bất lợi
Có lợi
Bất lợi
Có lợi
a) Kiểm tra ổn
định tĩnh học
1,10
0,90
1,50
0
1,50
0
1,35
1,00
1,50
0
1,50
0
1,35
1,15
1,5
0
1,5
0
của kết cấu
b) Thiết kế
các cấu kiện
của kết cấu
(không kể tác
động của đất)
c) Tính toán
cùng một lúc
cả hai trường
hợp a và b
Bảng 1.2 Hệ số riêng đối với tải trọng khi tính theo TTGH thứ hai [4]
Dùng cho
Tải trọng thường
Tất cả các trường hợp tính toán
xuyên
1,0
Tải trọng tạm thời
1,0
Tác động bất lợi để chỉ trường hợp tải trọng gây bất lợi cho kết cấu, tức
là làm cho nội lực của kết cấu tăng lên.
Tác động có lợi để chỉ trường hợp tải trọng không gây bất lợi cho kết
cấu, tức là làm cho nội lực của kết cấu giảm đi.
13
1.2.2 Tổ hợp tải trọng [4]
Tải trọng thường xuyên cùng với các tải trọng tạm thời phải được tổ hợp
với nhau để tìm được nội lực lớn nhất dùng để thiết kế. Khi tổ hợp tải trọng,
ngoài hệ số riêng đối với tải trọng còn cần có thêm hệ số tổ hợp .
- Các tổ hợp tải trọng khi tính theo trạng thái giới hạn về cường độ:
Tổ hợp cơ bản dùng cho trường hợp thiết kế ngắn hạn hoặc dài hạn
Trong tổ hợp cơ bản này, hệ số tổ hợp được lấy như sau:
Đối với tải trọng thường xuyên hệ số tổ hợp = 1,0.
Khi chỉ có một loại tải trọng tạm thời = 1,0.
Khi có nhiều hơn một loại tải trọng tạm thời thì đối với tải trọng tạm
thời chính lấy = 1,0 còn các tải trọng tạm thời kèm theo được nhân với hệ số
.
Có thể biểu thị giá trị tổ hợp của nội lực như sau :
Ed =
j 1
G, j
Gk , j + Q ,1Qk ,1 +
i 1
(1-2)
o ,i Qk ,i
Q ,i
Dấu "+" trong biểu thức có nghĩa là tổ hợp với. Dấu
là chỉ các tải
trọng tương tự cùng tác động.
Bảng 1.3 Các giá trị của hệ số trong các tổ hợp tải trọng [4]
1
2
Loại A : Nhà ở, biệt thự
0,7
0,5
0,3
Loại B : Văn phòng
0,7
0,5
0,3
Loại C : Phòng họp
0,7
0,7
0,7
Loại D : Cửa hàng
0,7
0,7
0,6
Loại E : Kho tàng
1,0
0,9
0,8
Loại F : Diện tích giao thông, trọng lượng
0,7
0,7
0,6
Tải trọng
Tải trọng trong nhà, theo loại
14
phương tiện < 30kN
Loại G : Diện tích giao thông, 30kN < trọng
0,7
0,5
0,3
Loại H : Mái
0,7
0
0
Tải trọng gió tác động lên nhà cửa
0,5
0,2
0
lượng phương tiện < 160kN
Bảng 1.4 Hệ số f trong các tổ hợp tải trọng tính theo TTGH 1 [4]
Trường hợp tính toán
Tải trọng
Tải trọng
thường xuyên
tạm thời
Tải trọng
Gk
Qk
gió
Bất lợi
Có lợi
Bất lợi
Có lợi
a) Tải trọng thường
xuyên + một tải trọng
1,35
1,00
1,5
0
-
1,35
1,00
-
-
1,5
tạm thời
b) Tải trọng thường
xuyên + gió
0 ì 1,5
c) Tải trọng thường
xuyên + một tải trọng
1,35
1,00
1,5
0
Với
0 = 0,5
tạm thời (chính) + gió
d) Tải trọng thường
xuyên + một tải trọng
1,35
1,00
0 ì 1,5
0
1,5
tạm thời + gió (chính)
Tổ hợp bất thường, dùng cho trường hợp thiết kế bất thường:
Ed = Gk . j + Ad + ( 1.1hoặc 2.1 )Q k.i + 2.i Q k .i
j 1
(1-3)
i 1
Tổ hợp động đất, tương ứng với trường hợp thiết kế chống động đất:
Ed = Gk . j + Ad + ( 1.1hoặc 2.1 )Q k.i + 2.i Q k .i
j 1
i 1
(1-4)
15
- Các tổ hợp khi tính theo trạng thái giới hạn sử dụng:
Tổ hợp đặc trưng, sử dụng cho các trạng thái giới hạn không phục hồi:
Ed = Gk . j + Q k.1 + 2.i Q k .i
j 1
(1-5)
i 1
Tổ hợp ngắn hạn, sử dụng cho các trạng thái giới hạn có phục hồi:
Ed = Gk . j + 1.1Q k.1 + 2.i Q k .i
j 1
(1-6)
i 1
Tổ hợp dài hạn, sử dụng để tính hiệu ứng dài hạn và biểu hiện bề ngoài
của kết cấu như nứt, võng
Ed = Gk . j + 2.i Q k .i
(1-7)
TCVN 2737 1995 quy định tổ hợp tải trọng gồm có tổ hợp cơ bản và
tổ hợp đặc biệt [11]:
- Tổ hợp cơ bản gồm các tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài
hạn và tạm thời ngắn hạn;
- Tổ hợp tải trọng đặc biệt gồm các tải trọng thường xuyên, tải trọng
tạm thời dài hạn, tải trọng tạm thời ngắn hạn có thể xảy ra và một trong các tải
trọng đặc biệt.
1.2.3 Bê tông [4]
Cường độ chịu nén của bê tông đựơc xác định với mẫu tiêu chuẩn hình
trụ: D = 150mm, h = 300mm.
Cường độ của mẫu bê tông là ứng suất ứng với lực nén N làm mẫu bị
phá hoại:
fc =
N
(N/mm2)
Ac
trong đó:
Ac Diện tích ngang của mẫu;
N Lực nén phá hoại.
(1-8)
16
Tiêu chuẩn EC-2 quy định cấp bền của bê tông không nhỏ hơn C30/37.
Với cường độ như vậy, bê tông sẽ có biến dạng co ngót nhỏ, đặc trưng từ biến
nhỏ và mô đun đàn hồi cao, làm giảm hao tổn ứng suất trong cốt thép.
Bảng 1.5 Giá trị Ec và fck của bê tông dùng cho kết cấu ƯLT [16]
Cấp
C30/37
C35/45
C40/50
C50/60
fck (N/mm2)
30
35
40
50
Ec (kN/mm2)
32
33,5
35
37
Các giá trị trung bình của mẫu nén hình trụ theo EC 2 có thể chuyển
đổi thành mẫu lăng trụ theo TCXDVN 356 : 2005 như sau: ví dụ với mác
C30/37, 30 là cường độ chịu nén đặc trưng fck của mẫu hình trụ tuổi 28 ngày,
37 là của mẫu lập phương, gần đúng ta có hệ số chuyển đổi giữa hai loại mẫu
là 37 : 30 = 1,23 [7].
1.2.4 Cốt thép cường độ cao [1]
Thanh căng ứng suất trước phải có mức độ nhạy thấp và có thể chấp
nhận được đối với ăn mòn ứng suất.
Mức độ nhạy đối với ăn mòn ứng suất được xem như là thấp và có thể
chấp nhận được nếu thanh căng ứng suất trước phù hợp với tiêu chí đã quy
định trong tiêu chuẩn EN 10080 hoặc trong tài liệu của tổ chức phê chuẩn kỹ
thuật Châu Âu.
Đối với thép phù hợp với tiêu chuẩn này, cường độ chịu kéo, ứng suất
tại biến dạng dư 0,1% và độ giãn dài tương ứng với tải trọng lớn nhất được
quy định trong các điều khoản về giá trị đặc trưng; các giá trị này có ký hiệu
tương ứng là fpk, fp0,1k và uk.
Thanh căng ứng suất trước phải được phân loại về chùng cốt thép
- Không được có mối hàn trong sợi thép và thanh thép. Các sợi thép
riêng biệt trong bó cáp có thể thực hiện các mối hàn so le chỉ trước khi kéo
nguội.
17
- Đối với cuộn cáp ứng suất trước, sau khi tháo cuộn sợi cáp hay bó cáp,
độ cong lớn nhất của cáp phải phù hợp với EN 10138, trừ những quy định đã
nếu trong tài liệu của tổ chức phê chuẩn kỹ thuật Châu Âu.
- Các đặc trưng cơ lý của thép ứng suất trước được nêu trong tiêu chuẩn
EN 10138 hoặc các tài liệu của tổ chức phê chuẩn kỹ thuật Châu Âu.
- Các thanh căng ứng suất trước (sợi, bó cáp và thanh thép) phải được
phân loại theo:
Độ bền, biểu thị ứng suất (fp0,1k) tại biến dạng dư 0,1% và giá trị tỷ số
của cường độ chịu kéo và cường độ tại biến dạng dư 0,1%, (fp / fp0,1k), và độ
giãn dài tải trọng lớn nhất (uk).
- Khối lượng thực tế của các thanh căng ứng suất trước so với khối
lượng danh nghĩa không được sai khác nhiều hơn giới hạn được quy định
trong
EN 10138 hoặc trong tài liệu của tổ chức phê chuẩn kỹ thuật Châu
Âu.
Trong tiêu chuẩn này xác định ba loại chùng cốt thép:
Loại 1: sợi hoặc bó cáp - độ chùng thông thường;
Loại 2: sợi hoặc bó cáp - độ chùng thấp;
Loại 3: các thanh thép cán nóng và thanh thép đã qua xử lý.
Độ bền
ứng suất tại biến dạng dư 0,1% (fp0,1k) và giá trị cường độ chịu kéo quy
định (fpk) được xác định như là giá trị đặc trưng của lực tại biến dạng còn dư
0,1% và lực kéo dọc trục đặc trưng lớn nhất chia cho diện tích danh nghĩa tiết
diện ngang.
Các đặc trưng dẻo
Thanh căng ứng suất trước phải có đủ tính dẻo như đã quy định trong
EN 10138.
18
Có thể giả thiết thanh căng ứng suất trước có đủ tính dẻo thông qua độ
giãn dài nếu nó đạt được giá trị độ giãn dài tại lực lớn nhất theo quy định đã
nếu trong EN 10138.
Các biểu đồ ứng suất biến dạng đối với các thanh căng ứng suất
trước dựa trên các số liệu của sản phẩm phải được nhà sản xuất chuẩn bị và vẽ
trong phụ lục của chứng chỉ kèm theo.
Có thể giả thiết thanh căng ứng suất trước có đủ tính dẻo thông qua kéo
thanh căng nếu fp / fp0,1k k. Giá trị k kiến nghị lấy bằng 1.
Bảng 1.6 Các thông số chính của cáp ƯLT [16]
Loại cáp
D
fpk
fp0,1k
Po
Pmax
(mm)
(N/mm2)
(N/mm2)
kN
kN
Thông thường
15,2
1670
1420
177
167
(STD)
12,5
1770
1500
125
118
Đặc biệt
15,7
1770
1500
202
191
(SUP)
12,9
2860
1580
142
134
Cường độ cao
18,0
1700
1450
291
275
(DYF)
15,2
1820
1545
229
217
12,7
1860
1580
159
150
trong đó:
fpk cường độ chịu kéo đặc trưng của cáp;
fp0,1k cường độ chịu kéo đặc trưng của cáp tại biến dạng dư 0,1%;
Po lực căng trước tại neo;
Pmax lực căng trước tối đa.
Các giả thiết tính toán
Phân tích kết cấu được thực hiện trên cơ sở diện tích danh nghĩa của tiết
diện ngang thanh căng ứng suất trước và các giá trị đặc trưng fp0,1k, fpk và uk.
Giá trị tính toán của môđun đàn hồi Ep có thể giả thiết bằng 205 GPa
đối với sợi thép và thanh thép. Phụ thuộc vào quy trình chế tạo, giá trị thực tế
19
có thể nằm trong phạm vi 195 đến 210GPa. Các chứng chỉ kèm theo sản phẩm
hàng hóa có thể đưa ra giá trị thích hợp.
Giá trị tính toán của môđun đàn hồi Ep có thể giả thiết bằng 195GPa đối
với cáp. Phụ thuộc vào quy trình chế tạo, giá trị thực tế có thể nằm trong phạm
vi 185 đến 205GPa. Các chứng chỉ kèm theo có thể đưa ra giá trị thích hợp.
Khối lượng thể tích trung bình của thanh căng ứng suất trước, dùng cho
mục đích thiết kế có thể lấy bằng 7580kg/m3.
Các giá trị nêu trên có thể giả thiết là đúng trong phạm vi nhiệt độ giữa
-400C và +1000C đối với thanh căng ứng suất trước nằm trong kết cấu đã hoàn
chỉnh.
Giá trị tính toán đối với ứng suất trong thép fpd được lấy bằng fp0,1k/s.
Để thiết kế tiết diện ngang, có thể áp dụng các giả thiết sau đây
Thiết kế dựa trên quan hệ ứng suất - biến dạng nằm trong giới hạn đàn
hồi.
Giá trị biến dạng giới hạn kiến nghị là:
ud = 0,02, fp0,1k/ fpk = 0,9
(1-9)
Thanh căng ứng suất trước trong ống lồng
Các thanh căng ứng suất trước trong ống lồng (ví dụ như thanh căng
bám dính trong ống lồng, thanh căng không bám dính ...) phải được bảo vệ
chống ăn mòn một cách đầy đủ và thường xuyên.
Các thanh căng ứng suất trước trong ống lồng phải được bảo vệ đầy đủ
để chống lại ảnh hưởng của cháy.
Trong cấu kiện bê tông ƯLT cần dùng thép cường độ cao để tạo ra lực
căng trước lớn vì trong quá trình chế tạo và sử dụng, một phần ứng suất căng
ban đầu bị mất đi. Trong cấu kiện đơn giản, chiu lực nhỏ nên dùng sợi thép
cường độ cao với đường kính 3-8. Khi số lượng sợi thép nhiều nên sử dụng
bó cáp. Trong thực tế thường dùng cáp 7 sợi, được chế tạo từ 6 sợi thép xoắn
quanh một sợi thẳng ở chính giữa. Cáp 7 sợi thường được chế tạo từ sợi thép
20
5 hoặc 6. Trong những cấu kiện chịu lực lớn có thể ghép các cáp 7 sợi vào
một ống rãnh để tạo lực lớn hơn.
Hiện nay ở Việt Nam thường sử dụng cáp 7 sợi sản xuất theo tiêu chuẩn
ASTM A-416 (Mỹ) với hai loại cáp có cường độ giới hạn nhỏ nhất là 1720
MPa và 1860 MPa.
Bố trí các thanh căng ứng suất trước và ống lồng:
Khoảng cách các ống lồng hoặc các thanh căng theo phương pháp căng
trước phải đảm bảo đáp ứng được yêu cầu đổ, đầm bê tông và phải đảm bảo
phát huy đầy đủ khả năng bám dính giữa bê tông và các thanh căng.
Khoảng cách thông thủy theo chiều ngang và chiều đứng của các thanh
căng đơn theo phương pháp căng trước phải đảm bảo tuân theo các khoảng
cách trên hình 1.2. Có thể sử dụng các cách bố trí khác, miễn là các kết quả
thí nghiệm chứng minh được sự làm việc ở trạng thái giới hạn thỏa mãn về:
- Bê tông chịu nén tại neo;
- Sự phá vỡ bê tông;
- Neo của các thanh căng theo phương pháp căng trước;
- Đổ bê tông giữa các thanh căng.
Vấn đề độ bền lâu và nguy cơ ăn mòn của thanh căng tại đầu các cấu
kiện cũng cần phải được xem xét.
Hình 1.5 Khoảng cách thông thủy tối thiểu trong thanh căng trước [13]
( là đường kính thanh căng và d kích cỡ lớn nhất của cốt liệu)
21
Bó các thanh căng không được xuất hiện trong vùng neo, ngoại trừ khi
có thể thực hiện được việc đổ bê tông và phát huy đầy đủ khả năng bám dính
giữa bê tông và các thanh căng.
Các yêu cầu đối với ống lồng theo phương pháp căng sau:
- Có thể đổ bê tông một cách an toàn, không gây hư hỏng ống lồng;
- Bê tông có thể chịu được các lực do các phần cong của ống lồng gây
ra trong quá trình căng và sau khi căng;
- Vữa nhồi không rò rỉ vào trong ống lồng khác trong quá trình bơm
vữa;
- Không bó các ống lồng cho các cấu kiện căng sau, ngoại trừ trường
hợp một cặp ống lồng được đặt theo chiều đứng, ống nọ trên ống kia;
- Khoảng cách thông thủy tối thiểu giữa các ống lồng phải phù hợp với
quy định (hình 1.5).
Hình 1.6 Khoảng cách thông thủy tối thiểu trong các ống lồng [13]
( là đường kính ống lồng và dg kích cỡ lớn nhất của cốt liệu)
1.2.5 Các vật liệu khác
Ngoài các vật liệu chính là bê tông và thép cường độ cao, còn có những
vật liệu phụ khác được sử dụng cho bê tông ƯLT căng sau.
Với loại cáp ƯLT dính kết (bonded), cần phải có ống gen tạo lỗ đặt cáp.
ống gen có thể được chế tạo bằng tôn mạ kẽm hoặc bằng chất dẻo, ống được
đặt sẵn trong cấu kiện trước khi đổ bê tông. Vữa bơm tạo sự dính kết và chống
