Thiết kế sàn bê tông ứng lực trước, những ưu điểm của sàn BT UWLT so với BTCT thường
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.94 MB, 102 trang )
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN
“THIẾT KẾ SÀN BÊTÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC, NHỮNG ƯU ĐIỂM CỦA
SÀN BT ƯLT SO VỚI BTCT THƯỜNG”
Giảng Viên Hướng Dẫn : KS: NGUYỄN VĨNH SÁNG
Sinh Viên Thực Hiện : LÂM BÁ HOÀN - 1051012296
LÊ THỊ THÚY - 1051012642
Lớp
: S13-K52C_XD
TP.HCM 12/2014
LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại lớp S13K52C-XD, Khoa xây dựng dân
dụng và công nghiệp, Trường Đại Học Thủy Lợi Cơ Sở 2, dưới sự giảng dạy của
các thầy giáo trong khoa, sự giúp đỡ tận tình của các thầy hướng dẫn trong nhóm
nghiên cứu đề tài khoa học sinh viên, cộng với sự nỗ lực của bản thân, chúng em đã
hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học với đề tài: “Thiết kế sàn bêtông ứng lực
trước, những ưu nhược điểm của sàn ứng lực trước so với sàn bêtông cốt thép
thường”.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các cấp lãnh đạo Trường Đại Học Thủy
Lợi Cơ Sở 2 đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên
cứu tại trường.
Chúng em đặc biệt cảm ơn thầy giáo Th.s: Bùi Sĩ Mười và KS. Nguyễn Vĩnh
Sáng – Người đã có công lớn trong việc hướng dẫn khoa học, tận tình chỉ bảo chúng
em để có thể hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu khoa học này.
Trong việc tính toán và tìm hiểu vấn đề cũng không thể tránh khỏi sai sót
mong các thầy trong Bộ môn Xây dựng dân dụng và công nghiệp cho chúng em ý
kiến đóng góp để chúng em có cách nhìn tổng quan hơn, chính xác hơn vấn đề.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 1
* Lý do nghiêncứu ......................................................................................................... 1
* Mụcđíchnghiêncứu ..................................................................................................... 1
* Phƣơngphápnghiêncứu ............................................................................................... 1
* Phạmvinghiêncứu ....................................................................................................... 1
CHƢƠNG I: CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN SÀN BÊTÔNG CỐT THÉP THƢỜNG
....................................................................................................................................... 2
I.1 Kháiniệmvềsànbêtôngcốtthép (BTCT) thƣờng ........................................................ 2
I.2 Phƣơngpháptínhsàn BTCT thƣờng .......................................................................... 2
I.2.1 Phânloạibảnsàn ...................................................................................................... 2
I.2.2 Chọn sơ bộ kích thƣớc bản sàn, dầm phụ, dầm chính........................................... 2
I.2.3 Tínhnộilựcsàn ........................................................................................................ 3
CHƢƠNG II: CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TỚI SÀN BÊTÔNG ỨNG LỰC TRƢỚC
....................................................................................................................................... 8
II.1 Tìmhiểuvềlịchsửhìnhthànhcủabêtôngứnglựctrƣớc ................................................. 8
II.2Giớithiệukháiquátvềviệcsửdụngbêtôngứngsuấttrƣớc ở Việt Nam hiện nay.
Phântíchƣunhƣợcđiểmvàứngdụngthựctiễn. ................................................................... 9
II.2.1Giớithiệukháiquátvềviệcsửdụngbêtôngứngsuấttrƣớc ở Việt Nam hiện nay
....................................................................................................................................... 9
II.2.2Đánhgiávềƣuđiểm, nhƣợcđiểmcủasànbêtôngứngsuấttrƣớc .................................. 12
II.3.Tìmhiểuvềkếtcấubêtôngứngsuấttrƣớcbaogồmcáckháiniệm,
cácphƣơngphápgâyứngsuấttrƣớc,
nhữngvậtliệusửdụngtrongbêtôngứngsuấttrƣớcvàcácthiếtbịsửdụngtạoứngsuấttrƣớc ..... 13
II.3.1Kháiniệmchungvềbêtôngứngsuấttrƣớc ................................................................. 13
II.3.2Cácphƣơngphápgâyứngsuấttrƣớc ......................................................................... 13
II.3.3Nhữngvậtliệusửdụngtrongbêtôngứngsuấttrƣớc .................................................... 16
II.3.4Cácthiếtbịsửdụngtạoứngsuấttrƣớc ........................................................................ 19
II.3.4.1Phƣơngphápcăngtrƣớc ....................................................................................... 19
II.3.4.2Phƣơngphápcăngsau .......................................................................................... 19
II.4Cácphƣơngpháptínhtoánsànbêtôngứngsuấttrƣớc ..................................................... 22
II.4.1Cácquanniệmphântíchkếtcấubêtôngứnglựctrƣớc.................................................. 22
II.4.2.Cácphƣơngpháptínhtoánnộilựctrongsànphẳng. ................................................... 25
II.4.2.1Phƣơngphápphânphốitrựctiếp: ........................................................................... 25
II.4.2.2Phƣơngphápkhungtƣơngđƣơng ......................................................................... 27
II.4.2.3Phƣơngphápphầntửhữuhạn ................................................................................ 30
II.4.3Thiếtkếbêtôngứngsuấttrƣớcvớilƣớicộtđềuđặnvàlƣớicộtngẫunhiên ...................... 31
II.4.3.1Thiếtkếbêtôngứngsuấttrƣớcvớilƣớicộtđềuđặn ................................................... 31
II.4.3.2Thiếtkếbêtôngứngsuấttrƣớcvớilƣớicộtngẫunhiên .............................................. 39
CHƢƠNG III: VÍ DỤ TÍNH TOÁN SO SÁNH ........................................................... 43
III.1 Tínhtoánsànbêtôngcốtthépthƣờng ......................................................................... 43
III.1.1Chọnsơbộkíchthƣớccáccấukiện ........................................................................... 43
III.1.2Xácđịnhtĩnhtải, hoạttải. ....................................................................................... 44
III.1.3Tínhtoáncụthểcho ô bảnđiểnhình. ....................................................................... 45
Tínhtoánmômen ............................................................................................................. 45
Tínhtoáncốtthép ............................................................................................................. 46
Tínhtoánvõng. ................................................................................................................ 47
III.2.Tínhtoánvàthiếtkếsànứnglựctrƣớc ......................................................................... 53
III.2.1Các quan niệm phân tích kết cấu BT ƢLT .......................................................... 54
III.2.1.1Quanniệmthứnhất ............................................................................................. 54
III.2.1.2Quanniệmthứhai ............................................................................................... 54
III.2.1.3Quanniệmthứba ................................................................................................ 54
III.2.2Thôngsốđầuvào .................................................................................................... 56
III.2.2.1Kích thƣớc sàn .................................................................................................. 56
III.2.2.2Vật liệu ............................................................................................................. 58
III.2.3Tải trọng cân bằng ............................................................................................... 58
III.2.3.1Tải trọng tác dụng ............................................................................................. 58
III.2.4Thiết kế ô sàn ....................................................................................................... 59
III.2.4.1Tải trọng cân bằng ............................................................................................ 59
III.2.4.2Thông số về ứng lực trƣớc ................................................................................ 59
III.2.4.3Tổn hao ứng suất trƣớc ..................................................................................... 59
III.2.5Tính toán số lƣợng cáp cần bố trí ........................................................................ 61
III.2.5.1Chọn đƣờng cáp ứng lực trƣớc ......................................................................... 61
III.2.5.2Tải trọng cân bằng tính toán ............................................................................. 63
III.2.6Phânphốicápứnglựctrƣớc ..................................................................................... 65
III.2.7Xácđịnhđặctrƣngcủakhungtƣơngđƣơngtheophƣơng A’ – B – C – D’. ............... 66
III.2.7.1Cột tƣơng đƣơng ............................................................................................... 67
III.2.7.2Xác định tiết diện cấu kiện khung tƣơng đƣơng .............................................. 70
III.2.7.3Xác định nội lực khung .................................................................................... 71
III.2.8Kiểmtraứngsuấttrongbêtông ................................................................................ 71
III.2.8.1Kiểmtraứngsuấttảithờiđiểmbulông neo ............................................................ 71
III.2.8.2Kiểm tra ứng suất tải thời điểm sử dụng .......................................................... 74
III.2.8.3Kiểmtraứngđiềukiệnchịuuốn ............................................................................ 77
III.2.9Lựccắtvàcƣờngđộmômentruyềntải ở cộtngoài .................................................... 80
III.2.9.1Lựccắtvàmômentruyềntải ở cộtngoài. .............................................................. 80
III.2.9.2 Lựccắtvàmô men truyềntải ở cộtgiữa .............................................................. 82
III.2.10Tínhđộvõngcủasàn ............................................................................................. 85
III.2.10.1Tínhđộvõngcủadảisàntrênhàngcộttheophƣơngngangnhà ............................... 85
III.2.10.2Độvõngcủa ô sàn ............................................................................................ 89
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 92
MỘT SỐ KÝ HIỆU, VIẾT TẮT…………………………………………………….. 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 97
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SÀN BT ƢLT
NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA SÀN BT ƢLT SO VỚI BTCT THƢỜNG
Më ®Çu
* 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
ACI318 – 2008 của Mỹ đã được áp dụng nhiều trên thế giới về bê tông ứng lực trước.
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 TCVN 5574 : 2012 đã ban hành chủ yếu
đề cập đến thiết kế cấu kiện dầm bêtông ứng lực trước.
Đề tài “Thiết kế sàn bê tông ứng lực trước căng sau,những ưu nhược điểm của
sàn ứng lực trước so với sàn bê tông cốt thép thường” sẽ đề cập tổng quan về tiêu chuẩn
ACI318 – 2002 và trình tự thiết kế cụ thể cho sàn không dầm bêtông ứng lực trước.
* Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu các quy định về vật liệu, tải trọng và nguyên lý cấu tạo đối với sàn bê
tông ứng suất trước.
Nghiên cứu quy trình thiết kế sàn không dầm bê tông ứng lực trước theo tiêu
chuẩn ACI318 – 2002.
Trên cơ sở đó để so sánh, đánh giá một cách tổng quan về sàn bê tông ứng lực
trước và sàn bê tông cốt thép thường.
* Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu tiêu chuẩn ACI318-2002, TCVN 5574-2012 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.
SVTH: Lâm Bá Hoàn – Lê Thị Thúy – Lớp 52C_XD
1
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SÀN BT ƢLT
NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA SÀN BT ƢLT SO VỚI BTCT THƢỜNG
CHƢƠNG I:
SƠ LƢỢC VỀ TÍNH TOÁN SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP THƢỜNG.
I.1 Khái niệm về sàn bê tông cốt thép (BTCT) thƣờng:
Sàn là kết cấu chịu trực tiếp tải trọng sử dụng, hệ sàn được đỡ bởi hệ dầm, dầm truyền tải
lên cột và cột truyền xuống móng.
Sàn BTCT được sử dụng rất phổ biến vì những ưu điểm của nó như: chịu lực lớn, chống
cháy tốt, độ ổn định lớn,… nhưng sàn BTCT vẫn có những khuyết điểm như cách âm
chưa thật tốt (cần phối hợp với các vật liệu cách âm), thi công phức tạp, trọng lượng bản
thân lớn.
I.2 Phƣơng pháp tính sàn BTCT thƣờng:
I.2.1 Phân loại bản sàn:
Theo sơ đồ kết cấu ta chia thành các loại sàn như sau:
-
-
Sàn loại bản – dầm: (hay còn gọi là sàn 1 phương) là dạng sàn chịu uốn theo 1
phương hoặc 2 phương nhưng phương còn lại chịu uốn rất nhỏ. Liên kết có thể là
kê lên tường hoặc đổ liền khối với dầm, nhưng chỉ ở 1 hoặc 2 cạnh đối diện.
Sàn loại bản kê bốn cạnh (còn gọi là sàn 2 phương): là dạng sàn chịu uốn theo 2
phương, liên kết có thể là kê lên tường (gối) hoặc đổ liền khối với dầm (ngàm), các
liên kết với dầm có ở nhiều hơn 2 cạnh kề.
Hay ta có bảng so sánh như sau để phân biệt rõ hơn về sàn 1 phương và sàn 2 phương:
Bảng I.1 Phân biệt sàn 1 phƣơng và sàn 2 phƣơng
Sàn 1 phƣơng
Sàn 2 phƣơng
(Đúng một trong hai ý sau)
(Đúng cả 2 ý sau)
Tỷ lệ cạnh dài trên cạnh ngắn > 2
Tỷ lệ cạnh dài trên cạnh ngắn ≤
Liên kết có ở 1 hoặc 2 cạnh đối diện
2
nhau
Liên kết có ở 1 hoặc 2cạnh kề
nhau.
I.2.2 Chọn sơ bộ kích thƣớc bản sàn, dầm phụ, dầm chính:
- Xác định sơ bộ chiều dày của bản sàn:
hb = D L1(I-1)
m
Với : D = 0,8 1,4 ;
Với ô bản chịu uốn một phương có 2 cạnh liên kết song song lấy m = 30 35
SVTH: Lâm Bá Hoàn – Lê Thị Thúy – Lớp 52C_XD
2
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SÀN BT ƢLT
NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA SÀN BT ƢLT SO VỚI BTCT THƢỜNG
Với ô bản liên kết 4 cạnh, chịu uốn hai phương m = 40 50
Với ô bản một phương dạng bản công xôn m = 10 15
L1 là nhịp theo phương cạnh ngắn
-
1 1
Xác định sơ bộ kích thước dầm phụ: hdp = nhịp.
20 12
-
1 1
Xác định sơ bộ kích thước dầm chính: hdc = nhịp.
15 8
-
Bề rộng dầm bd = (0,25 – 0,5)hd
I.2.3 Tính nội lực sàn:
Tính nội lực sàn theo sơ đồ đàn hồi.
I.2.3.1 Nội lực của bản một phƣơng:
I.2.3.1.1 Tính mômen
a. Sơ đồ tính toán
Với bản một phương, để tính toán nội lực người ta thường lấy một dải bản rộng là b làm
đại diện, tính nội lực của dải bản như đối với dầm. Thông thường b = 1m.
Tải trọng toàn phần trên dải bản là q phân bố đều:
q = (g+p).b(kN/m)(I-2)
Với ô bản tĩnh định chỉ dùng một sơ đồ để xác định nội lực, có thể tham khảo ở phụ lục 1
trang 151 sách “Sàn Sườn Bê Tông Toàn Khối” của GS.TS Nguyễn Đình Cống.
Tải trọng: Tĩnh tải g (trọng lượng bản thân bản BTCT và các lớp cấu tạo...)
Hoạt tải p (tải trọng sử dụng trên sàn) phân bố đều trên mặt sàn được quy
vềphân bố đều trên dải bản.
Với bản siêu tĩnh, liên tục, có thể dùng sơ đồ đàn hồi hoặc sơ đồ dẻo.Ở đây ta sẽ tính với
sơ đồ đàn hồi.
SVTH: Lâm Bá Hoàn – Lê Thị Thúy – Lớp 52C_XD
3
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SÀN BT ƢLT
NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA SÀN BT ƢLT SO VỚI BTCT THƢỜNG
b. Tính bản theo sơ đồ đàn hồiTính dải bản một phương, liên tục theo sơ đồ đàn hồi có
thể dùng các phương pháp của cơ học kết cấu về tính toán dầm liên tục. Trong trường
hợp các nhịp lt bằng nhau, có thể dùng công thức sau:M = (αa.g + αb.p)𝑙𝑡2 (I-3)
Với các hệ số αa, αb được tính sẵn như bảng I.2 bên dưới.
Bảng I.2 Hệ số để tính toán mô men dải bản nhiều nhịp bằng nhau, chịu tải trọng phân bố
đều, theo sơ đồ đàn hồi
I.2.3.1 Nội lực của bản hai phƣơng:
a. Sơ đồ tính toán:
Xét ô bản có liên kết 4 cạnh với nhịp tính toán lt1 và lt2 trong đó lt2 là cạnh dài hơn. Tính
toán ô bản chịu uốn hai phương khi
lt 2
2 . Cũng có thể tính toán ô bản hai phương khi
lt1
lt 2
2 với l1 và l2 là nhịp nguyên theo hai phương (nhịp nguyên là khoảng cách các trục
lt1
giữa gối tựa)
SVTH: Lâm Bá Hoàn – Lê Thị Thúy – Lớp 52C_XD
4
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SÀN BT ƢLT
NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA SÀN BT ƢLT SO VỚI BTCT THƢỜNG
Hình 1-1 Sơ đồ tính toán ô bản hai phƣơng
Khi tính toán ô bản theo phương pháp phần tử hữu hạn người ta chia bản thành các phần
tử tấm, tính toán mô men theo hai phương của mỗi phần tử.
Khi tính toán bằng các công thức người ta lấy hai bản giao nhau ở giữa ô bản, tính toán
mô men cho hai dải đại diện đó. Có thể tính toán theo sơ đồ dẻo hoặc sơ đồ đàn hồi.
Ở đây ta cũng tính theo sơ đồ đàn hồi.
b. Tính bản theo sơ đồ đàn hồi.
Ô bản đơn có liên kết ngàm:
Hình 1-2 Mômen trong ô bản có cạnh ngàm.
SVTH: Lâm Bá Hoàn – Lê Thị Thúy – Lớp 52C_XD
5
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SÀN BT ƢLT
NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA SÀN BT ƢLT SO VỚI BTCT THƢỜNG
Công thức tính toán của các mômen là:
M1 = α1.q.lt1.lt2 ; M2 = α2.q.lt1.lt2,(I-4, I-5)
Trong đó hệ số α1, α2 tra bảng phụ lục 6, loại ô bản số 0 (α01 ; α02) trang 160 sách “Sàn
Sườn Bê Tông Toàn Khối” của GS.TS Nguyễn Đình Cống.
MA1 và MB1 tính theo công thức:
MA1 = β1.q.lt1.lt2 ; MB1 = β2.q.lt1.lt2
(I-6, I-7)
MA2 và MB2 tính theo công thức:
MA2 = β1.q.lt1.lt2 ; MB2 = β2.q.lt1.lt2
(I-8, I-9)
Tính toán bản liên tục theo sơ đồ đàn hồi:
Khi nhịp tính toán lt1, lt2 (hoặc nhịp nguyên l1, l2) gần bằng nhau theo mỗi phương cũng
có thể tách thành các ô bản đơn để tính toán. Lúc này kể đến vị trí bất lợi của hoạt tải p
người ta xem xét các trường hợp hoạt tải cách ô và hoạt tải đặt trên toàn bản.
Với mô men âm MA, MB trên các gối tựa lấy hoạt tải trên toàn bản, tính MA, MB theo
công thức sau: ( 1-6 đến 1-9 )
MA1 = β1.q.lt1.lt2 ; MB1 = β2.q.lt1.lt2
MA2 = β1.q.lt1.lt2 ; MB2 = β2.q.lt1.lt2
Với mômen dương giữa nhịp lấy hoạt tải đặt cách ô:
Tính:
q1 = g + 0,5.p và q2 = 0,5.p(I-10, I-11)
M1 = (α1.q1 + α01.q2) lt1.lt2
(I-12)
M2 = (α2.q1 + α02.q2) lt1.lt2(I-13)
Trong đó:
α01 , α02
Giá trị α1, α2 ứng với bản có bốn cạnh kê tự do.
α1, α2
Giá trị ứng với bản có các gối giữa ngàm.
I.2.3.1.2 Tính lực cắt.
SVTH: Lâm Bá Hoàn – Lê Thị Thúy – Lớp 52C_XD
6
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SÀN BT ƢLT
NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA SÀN BT ƢLT SO VỚI BTCT THƢỜNG
Trong bản của sàn sườn thường không đặt cốt thép ngang chịu lực cắt do đó chiều dày
bản phải được chọn để cho riên bê tông đủ khả năng chống cắt. Thông thường lực cắt
trong bản của sàn sườn là khá bé, điều kiện vừa nêu thường được thỏa mãn nên có thể bỏ
qua việc tính toán và kiểm tra theo lực cắt.
Trường hợp bản chịu tải trọng khá lớn, nếu cần kiểm tra về lực cắt thì có thể tính theo
công thức sau đối với bản liên tục một phương theo sơ đồ đàn hồi.
Q = (βa.g + βb.p).lt(I-14)
Hệ số βa và βb cho ở bảng I.3 dưới đây:
Bảng I.3 Hệ số lực cắt dải bản nhiều nhịp bằng nhau, tải trọng phân bố đều,
theo sơ đồ đàn hồi
SVTH: Lâm Bá Hoàn – Lê Thị Thúy – Lớp 52C_XD
7
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SÀN BT ƢLT
NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA SÀN BT ƢLT SO VỚI BTCT THƢỜNG
CHƢƠNG II
CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN SÀN BÊTÔNG ỨNG LỰC TRƢỚC
II.1 Tìm hiểu về lịch sử hình thành của bê tông ứng lực trƣớc:
Một trong những phát minh lớn trong kỹ thuật xây dựng ở thế kỷ 20 chính là bê tông
ứng lực trước. Nó được ứng dụng rộng rãi tại hầu hết các nước tiến tiến trên thế giới từ
hơn 50 năm nay.
Trong những năm 1928-1929 kỹ sư nổi tiếng người Pháp E.Freyssinet đã lần đầu tiên
chứng minh có thể và cần sử dụng loại thép có cường độ cao để nâng lực gây ứng suất
trước trong bê tông lên tới trên 4000 kg/cm2 mới có thể triệt tiêu được tòan bộ các tổn
hao ứng suất do các nguyên nhân xảy ra trong quá trình thi công và sủ dụng kết cấu. Đến
năm 1933 ông đã phát minh ra công nghệ dự ứng lực trước.
Thành công trong việc gây ứng lực trước bằng việc sử dụng cốt thép cường độ cao đã
nhanh chóng đưa kết cấu bê tông ứng lực trước vào các công trình xây dựng. Đến năm
1939 E.Freyssinet đã sáng chế ra công cụ căng thép bằng loại kích rỗng 2 thì và bộ neo
hình côn có độ tin cậy cao trong việc giữ 2 hoặc 1 đầu cốt thép được căng không bị tuột
bảo đảm cho sự truyền lực căng vào kết cấu trong quá trình đang thi công và sử dụng.
Ở châu Âu kết cấu bê tông ULT phát triển nhanh chóng ở Pháp, Bỉ, rồi đến Anh, Đức,
Thụy Sỹ, Hà Lan. Trong gần 500 cầu được xây dựng ở Đức từ năm 1949 đến 1953 đã có
350 cầu bê tông ứng lực trước. Ở Liên Xô trước đây và CH Liên bang Nga hiện nay các
cấu kiện bê tông đúc sẵn như tấm sàn từ 6m, dầm, dàn khẩu độ từ 18m trở lên đều quy
định dùng bê tông ULT. Trong các nhà máy bê tông đúc sẵn thường sử dụng các bệ đúc
có chiều dài từ 30m đến 180m rất tiện lợi cho chế tạo hàng loạt các cấu kiện bê tông ULT
theo công nghệ căng trước.
Những cấu kiện có khẩu độ lớn tới 100m tỏ ra rất có hiệu quả khi dùng bê tông ULT.
Tại Mỹ chú trọng ứng dụng bê tông ULT vào xây dựng các bể chứa nhiên liệu có dung
tích từ 10 000 m3 trở lên.
Trong lĩnh vực xây dựng nhà cao tầng, sử dụng bê tông ULT cho phép tăng kích thước
lưới cột, hoặc giảm chiều dày sàn, khối lượng thép cũng được giảm đáng kể. Các ô sàn
phẳng không dầm khẩu độ lớn tới 15,6 m mà chiều dày bê tông ULT không quá 15cm
dầm đã sớm được ứng dụng ở Mỹ. Trong các phương pháp thi công bằng hệ kích nâng
sàn bê tông ULT đúc sẵn, mỗi tấm sàn phẳng có trọng lượng từ 300 tấn đến 800 tấn cũng
được áp dụng phổ biến ở châu Âu.
Ở châu Á, nhất là các nước trong khu vực, các kết cấu bê tông ứng lực trước được áp
dụng phổ biến một phần nhờ đã sản xuất được các loại thép cường độ cao, các loại cáp
SVTH: Lâm Bá Hoàn – Lê Thị Thúy – Lớp 52C_XD
8
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SÀN BT ƢLT
NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA SÀN BT ƢLT SO VỚI BTCT THƢỜNG
ứng lực trước, các loại neo và phụ kiện kèm theo phù hợp với các tiêu chuẩn tiên tiến có
giá thành hợp lý như Trung Quốc, Singapore, Inđôneia, Thái Lan… Chẳng hạn ở
Inđônexia có tới 80% khối lượng kết cấu các ngôi nhà cao tầng được sử dụng bê tông ứng
lực trước. Nhiều ngôi nhà cao 30-40 tầng xây dựng ở Thái Lan được sử dụng hệ sàn
phẳng không dầm bê tông ứng lực trước.
Tại Singapore ngoài các chung cư, khách sạn, trụ sở cao tầng còn dùng sàn bê tông ứng
lực trước trong công trình bệnh viện, trường học với lưới cột thông dụng 8m x 8m.
Năm 2003 công ty Pryssinet đã được thành lập tại Việt Nam
Ta thấy cho đến nay tại Việt Nam vẫn chưa có một tiêu chuẩn , quy phạm chính
thức nào được biên soạn để đảm bảo thống nhất trong việc thiết kế, thi công, nghiệm thu
kết cấu bê tông ứng lực trước. Trong xây dựng dân dụng do gặp nhiều khó khăn trong
thiết kế , thi công kết cấu bê tông ứng lực trước nên nhiều công trình lớn chỉ dùng giải
pháp truyền thống là bê tông cốt thép thông thường đặc biệt đối với sàn phẳng nên không
đem lại hiệu quả cao về thẩm mỹ và kinh tế. Sàn phẳng bê tông ứng lực trước được
nghiên cứu để thiết kế cho những ô sàn khẩu độ lớn dùng nhiều trong nhà cao tầng và các
công trình văn hoá thể thao hiện đại như nhà hát lớn , các khu hội chợ triển lãm, siêu thị,
bảo tàng, sân vân động …
II. 2 Giới thiệu khái quát về việc sử dụng bê tông ứng suất trƣớc ở Việt Nam hiện
nay. Phân tích ƣu nhƣợc điểm và ứng dụng thực tiễn.
II.2.1 Giới thiệu khái quát về việc sử dụng bê tông ứng suất trƣớc ở Việt Nam hiện
nay.
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.
Tại Hà Nội, TP.HCM và các TP khác của nước ta trong những năm qua đã có
những bước đột phá trong việc xây dựng các khu chung cư cao tầng, nhà làm việc, văn
phòng cho thuê hay các khu tổ hợp đa chức năng. Trong những năm vừa qua (tính đến
thời điểm Tổng điều tra dân số và nhà ở năm 2009) tổng diện tích nhà ở tăng thêm 706
triệu m2, tăng gần gấp đôi so với năm 1999. Chất lượng nhà ở ngày được nâng cao, tỷ lệ
nhà ở kiên cố tăng từ 12,8% (năm 1999) lên 46,77% (năm 2009).
Ở Việt Nam việc ứng dụng công nghệ bê tông ứng lực trƣớc đã được thực hiện từ
những năm 70, 80. Tuy nhiên phạm vi áp dụng còn hạn hẹp. Chỉ trong những năm gần
đây, với chủ trương công nghiệp hoá, hiện đại hoá các doanh nghiệp trong
ngành bê tông đã mạnh dạn ứng dụng công nghệ dự ứng lực trong việc sản xuất các cấu
kiện bê tông dự ứng
lực như: Dầm cầu
của Bê tông Châu
Thới,
cột
điện
của Bê tông Thịnh Liệt, cọc dự ứng lựccủa cty Phan Vũ, ống cấp nước của Bê tông Tân
SVTH: Lâm Bá Hoàn – Lê Thị Thúy – Lớp 52C_XD
9
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SÀN BT ƢLT
NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA SÀN BT ƢLT SO VỚI BTCT THƢỜNG
Bình, Bê tông Chèm, dầm cầu, dầm sàn nhà dân dựng và công nghiệp của công ty cổ
phần BT & XD Vinaconex Xuân Mai.
Năm 1991 Preyssinet Group đã mở văn phòng đại diện tại Việt Nam.
Năm 1997, Tổng công ty VINACONEX đã nhập công nghệ bê tông ứng lực trƣớc tiền
chế của nước Cộng Hoà Pháp để sản xuất dầm sàn nhẹ cho xây dựng nhà ở (hệ PPB) tại
công ty cổ phần BT & XD Vinaconex Xuân mai. Sản phẩm này hiện nay đã được áp
dụng rộng rãi cho các công trình nhà công nghiệp và nhà ở dân dụng tại Hà Nội và đặc
biệt đã phát triển để xây dựng trên 10.000 căn nhà sàn vượt lũ tại các tỉnh ĐBSCL
và dự án nhà ở tái định cư công trình Thuỷ điện Sơn La.
Năm 1999, Liên doanh VINAROSE (hợp tác giữa VINACONEX và Hãng RONVEAUX
- Vương quốc Bỉ) đã hợp tác triển khai công nghệ bê tông ứng lực trƣớc tại công ty cổ
phần bê tông và xây dựng Xuân Mai để sản xuất các cấu kiện vượt khẩu độ lớn bằng
phương pháp căng kéo trước phục vụ cho xây dựng nhà ở dân dụng, nhà công nghiệp, sân
vận động và đặc biệt sản xuất dầm cầu phục vụ cho giao thông.... Phạm vi áp dụng rất
rộng rãi, giải quyết hầu hết các phương án xây dựng hiện đại mang tính công nghiệp cao.
Năm 2003 công ty Pryssinet đã được thành lập tại Việt Nam
Công nghệ này được áp dụng xây dựng các nhà chung cư cao tầng tại khu đô thị mới
Trung Hoà - Nhân Chính, khu chung cư cao cấp Mỹ Đình - Sông Đà (Hà Nội) đã đem lại
hiệu quả to lớn về: Giá thành hạ, thời gian thi công nhanh và chất lượng công trình đảm
bảo.
Hình 2.1 Tòa nhà Keangnam ở Hà Nội
SVTH: Lâm Bá Hoàn – Lê Thị Thúy – Lớp 52C_XD
10
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SÀN BT ƢLT
NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA SÀN BT ƢLT SO VỚI BTCT THƢỜNG
Hình 2.2 Tòa nhà 165 Đội Cấn ở Hà Nội
Hình 2.3 Công trình khách sạn Senla Boutique số 64 Lê Thánh Tôn, phƣờng Bến Nghé,
Quận 1, Tp.HCM
(nhà thầu ECI Saigon đã tiến hành đổ bê tông sàn lửng áp dụng công nghệ “Bê tông ứng
suất trƣớc căng sau dạng liên kết”)
SVTH: Lâm Bá Hoàn – Lê Thị Thúy – Lớp 52C_XD
11
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SÀN BT ƢLT
NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA SÀN BT ƢLT SO VỚI BTCT THƢỜNG
II.2.2 Đánh giá về ƣu điểm, nhƣợc điểm của sàn bê tông ứng suất trƣớc:
Ưu điểm:
- 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 phần lớn khối lượng BTCT so với các cấu kiện khác.
-
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 tuy
nhiên 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
quả, 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.
SVTH: Lâm Bá Hoàn – Lê Thị Thúy – Lớp 52C_XD
12
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SÀN BT ƢLT
NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA SÀN BT ƢLT SO VỚI BTCT THƢỜNG
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.
Nhược điểm:
- Việc gây ứng suất nén trong bê tông tại một số vùng có thể gây ứng suất kéo tại
một số vùng khác của kết cấu ( cần tính toán để loại trừ khả năng nứt bê tông do
các ứng suất kéo này gây ra)
- Kết cấu bê tông ứng suất trước sử dụng bê tông cường độ cao và cốt thép cường độ
cao, do đó giá thành sẽ cao.
- Kết cấu bê tông ứng suất trước căng sau, ngoài các vật liệu bê tông và cốt thép, còn
phải có các vật liệu khác như neo, ống gen, vữa bơm…
- Thi công kết cấu bê tông ứng suất trước phải sử dụng các thiết bị chuyên dụng như
kích, neo công cụ, bệ căng (trường hợp căng trước)…
- So với kết cấu bê tông cốt thép thì thi công kết cấu bê tông ứng suất trước đòi hỏi
nhiều chi phí nhân công hơn, yêu cầu tay nghề thi công cao.
- Công tác kiểm soát chất lượng đối với các kết cấu bê tông ứng suất trước đòi hỏi
cao hơn so với kết cấu bê tông cốt thép.
II.3 Tìm hiểu về kết cấu bê tông ứng suất trƣớc bao gồm các khái niệm, các phƣơng
pháp gây ứng suất trƣớc, những vật liệu sử dụng trong bê tông ứng suất trƣớc và
các thiết bị sử dụng tạo ứng suất trƣớc.
II.3.1 Khái niệm chung về bê tông ứng suất trƣớc:
Bê tông ứng lực trước(BT ƯLT) là bê tông, trong đó thông qua lực nén trước để tạo ra và
phân bố một lượng ứng suất bên trong phù hợp nhằm cân bằng với một lượng mong
muốn ứng suất do tải trọng ngoài gây ra. Với các cấu kiện BT ƯLT, ứng suất thường
được tạo ra bằng cách kéo thép cường độ cao.
II.3.2 Các phƣơng pháp gây ứng suất trƣớc:
Phƣơng pháp căng trƣớc:
Phương pháp này thường được sử dụng cho quy trình sản xuất các cấu kiện đúc
sẵn. Cốt thép ƯLT được neo một đầu cố địnhvào bệ còn đầu kia được kéo ra với
SVTH: Lâm Bá Hoàn – Lê Thị Thúy – Lớp 52C_XD
13
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SÀN BT ƢLT
NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA SÀN BT ƢLT SO VỚI BTCT THƢỜNG
lực kéo N. Dưới tác dụng của lực N, cốt thép được kéo trong giới hạn đàn hồi và
sẽ giãn ra một đoạn, tương ứng với các ứng suất xuất hiện trong cốt thép. Khi đó,
đầu còn lại của cốt thép được cố định nốt vào bệ. Đổ bê tông, đợi cho bê tông
đông cứng và đạt cường độ cần thiết thì buông cốt thép. Như một lò xo bị kéo
căng, các cốt thép này có xu hướng co ngắn lại và thông qua lực dính giữa thép và
bê tông, cấu kiện sẽ bị nén với giá trị bằng lực N đã dùng khi kéo cốt thép. Ưu
điểm của phương pháp căng trước là có thể phân bố lực nén đều đặn trong cấu
kiện. Nhược điểm của phương pháp này là phải lắp đặt bệ tỳ phức tạp.
Hình 2.4 Sơ đồ phƣơng pháp căng trƣớc
a. Trước khi buông cốt thép ƯLT
b. Sau khi buông cốt thép ƯLT
1_ Cốt thép ULT;2_Bệ căng;3_Ván khuôn;4_Thiết bị kéo thép;5_Thiết bị cố định thép
Phƣơng pháp căng sau:
Phương pháp này thường được sử dụng cho kết cấu bê tông đổ tại chỗ. Trước hết đặt thép
ƯLT và cốt thép thường và đổ bê tông. Khi bê tông đạt đến cường độ nhất định thì tiến
hành căng cốt thép với ứng suất quy định. Sau khi căng xong, cốt thép ƯLT được neo
chặt vào đầu cấu kiện, thông qua các neo đó, cấu kiện sẽ bị nén bằng lực đã dùng khi kéo
căng cốt thép. Trong phương pháp căng sau, kết cấu BTCT ƯLT được chia làm 2 loại:
kết cấu bê tông ƯLT dùng cáp dính kết và kết cấu bê tông ƯLT dùng cáp không dính kết.
Loại kết cấu bê tông ƯLT dùng cáp dính kết khi thi công phải đặt sẵn ống gen để luồn
cáp, sau khi kéo căng cốt thép, tiến hành bơm phụt vữa xi măng mác cao để chèn lấp khe
hở giữa cáp thép và ống gen. Đầu cáp thép được neo chặt bằng nêm vào bê tông và trở
thành các điểm tựa truyền lực nén vào bê tông.
SVTH: Lâm Bá Hoàn – Lê Thị Thúy – Lớp 52C_XD
14
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SÀN BT ƢLT
NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA SÀN BT ƢLT SO VỚI BTCT THƢỜNG
Ưu điểm của phương pháp căng sau là không cần bệ tỳ riêng, có thể dễ dàng thi công kéo
căng thép tại vị trí kết cấu tại công trình như thân xi lô, ống khói, dầm sàn…
Hình 2.5 Sơ đồ phƣơng pháp căng sau
a_Trong quá trình căng; b_Sau khi căng
1_Cốt thép ULT; 2_Cấu kiện BTCT; 3_Ống rãnh; 4_Thiết bị kích; 5_Neo
Một số công nghệ khác tạo ứng suất trƣớc:
Ngoài 2 phương pháp căng trước và căng sau, trong BTCT ứng suất trước còn sử
dụng một số phương pháp sau:
+ Sử dụng xi măng nở tạo ứng suất trước trong bê tông:
Theo phương pháp này, trong quá trình ninh kết và phát triển cường độ, xi măng
nở làm tăng thể tích, các cốt thép trong bê tôngsẽ ngăn cản sự giãn nở của xi
măng, kết quả là trong bê tông có một lực nén khoảng 600-700 Mpa.
Người ta có thể sử dụng loại xi măng đặc biệt cho sự nở trương này. Song,
thực tế cũng có thể biến xi măng Pooclang thông thường thành loại xi măng đặc
biệt này bằng cách trộn thêm phụ gia aluminat và thạnh cao. Loại xi măng trương
nở tự tạo ứng suất trước này có thể chế tạo các kết cấu như bể chứa, cầu tàu, cọc,
dầm, panel mái che nhà công nghiệp. Phương pháp này còn gọi là phương pháp
hóa học để tạo ƯLT.
+ Dùng kích ép ngoài để tạo ứng suất trước:
Khác với 2 phương pháp căng trước và căng sau, kích đặt ở 2 đầu kết cấu
không dùng để kéo căng cốt thép ra mà dùng để ép chặt cấu kiện bê tông lại, cáp
hoặc cốt thép được neo vào các gối tựa. Sau đó bỏ kích ra, tạo ra trường ƯLT luôn
được duy trì trong kết cấu.
SVTH: Lâm Bá Hoàn – Lê Thị Thúy – Lớp 52C_XD
15
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SÀN BT ƢLT
NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA SÀN BT ƢLT SO VỚI BTCT THƢỜNG
Hình 2.6 Sơ đồ cấu tạo ULT bằng kích ép ngoài
1_ Cấu kiện BTCT ULT; 2_ Kích; 3_Bệ tỳ
II.3.3 Những vật liệu sử dụng trong bê tông ứng suất trƣớc:
Bê tông cƣờng độ cao:
Bê tông ứng suất trước yêu cầu sử dụng bê tông đạt cường độ chịu nén cao trong
thời gian ngắn với cường độ chịu kéo tương đối cao hơn so với bê tông thông thường, độ
co ngót thấp, tính từ biến thấp nhất và giá trị mô đun đàn hồi lớn. Theo tiêu chuẩn ấn Độ
IS:1343-1980, cường độ chịu nén của khối lập phương tại 28 ngày tuổi là 40Mpa đối với
cấu kiện căng trước và 30Mpa đối với cấu kiện căng sau. Theo tiêu chuẩn ACI318, bê
tông đạt cường độ chịu nén tại 28 ngày tuổi từ 27.58 đến 68.95 Mpa.
Ứng suất cho phép trong bê tông theo tiêu chuẩn ACI 318-2002: ứng suất cho phép
trong bê tông được quy định và khống chế tuỳ theo từng tiêu chuẩn. Theo tiêu
chuẩn ACI 318-2002 được quy định như sau:Ứng suất trong bê tông ngay sau khi
truyền lực ứng suất trước (trước khi xảy ra tổn hao ứng suất) không được vượt quá
các giá trị sau:
-
+ Ứng suất nén lớn nhất: 0,60𝑓𝑐𝑖′
+ Ứng suất kéo tại 2 đầu mút của cấu kiện có gối tựa đơn giản: 0,5 𝑓𝑐𝑖′
+ Ứng suất kéo tại các vị trí khác: : 0,25 𝑓𝑐𝑖′
Nếu ứng suất kéo vượt quá các giá trị trên thì cần bố trí thêm thép chịu kéo (thép thường
hoặc thép ứng suất trước) vào vùng chịu kéo để chịu tổng lực kéo trong bê tông được tính
toán với giả thiết tiết diện không bị nứt.
-
Ứng suất ứng với tải trọng làm việc (sau khi đã xảy ra tổn hao ứng suất):
+ Ứng suất nén lớn nhất do tải trọng dài hạn: 0,45𝑓𝑐′
+ Ứng suất nén lớn nhất do tổng tải trọng: 0,60𝑓𝑐′
+ Ứng suất kéo lớn nhất với tiết diện không cho phép nứt: 0,5 𝑓𝑐′
+ Ứng suất kéo lớn nhất với tiết diện cho phép nứt: 𝑓𝑐′
SVTH: Lâm Bá Hoàn – Lê Thị Thúy – Lớp 52C_XD
16
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SÀN BT ƢLT
NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA SÀN BT ƢLT SO VỚI BTCT THƢỜNG
Ứng suất có thể vượt quá ứng suất cho phép nếu phân tích và kiểm tra chứng tỏ được kết
cấu không bị hư hỏng.
-
Mô đun đàn hồi của bê tông:
Đặc trưng ứng suất - biến dạng của bê tông khi chịu nén không phải là tuyếntính nhưng
với tải trọng không vượt quá 30% cường độ phá hoại thì có thể giả thiếtbiến dạng là
tuyến tính. Cần xác định đặc tính biến dạng của bê tông dưới tác dụngcủa tải trọng ngắn
hạn và tải trọng dài hạn để xác định cường độ chịu uốn và mô đunđàn hồi, từ đó tính toán
độ võng của cấu kiện ứng suất trước.
Mô đun đàn hồi của bêtông tăng lên cùng với cường độ chịu nén trung bình của bê tông
nhưng với tốc độchậm hơn. Theo tiêu chuẩn ACI 318-2002, mô đun đàn hồi của bê
tông:Ec=4730 𝑓𝑐′ (Mpa).
Thép cƣờng độ cao:
Thép ứng suất trước có thể là sợi, cáp hoặc thanh thép hợp kim.Thép sợi sử dụng cho
bêtông ƯLT nói chung tuân theo tiêu chuẩn ASTM A-421. Sợi thép được quấn thành
cuộn và được cắt và lắp ở nhà máy hay tại hiện trường. Trước khi thi công, sợi thép cần
được vệ sinh bề mặt để tăng lực dính kết với bê tông.
Cáp ứng suất trước phổ biến nhất là loại cáp 7 sợi, có cường độ chịu kéo tới hạn
fpu là 1720Mpa và 1860Mpa, kết dính hoặc không kết dính.
Hiện nay, ngoài loại cáp đơn 7 sợi còn có loại cáp bao gồm nhiều cáp đơn kết
hợp với nhau . Loại cáp này có ưu điểm là mỏng, nhẹ và dẻo.
Thép thanh sử dụngcho bê tông ƯLT tuân theotiêu chuẩn ASTM A-322 và A-29, với yêu
cầu có ứng suất phá hoại đạt tới 90% cường độ giới hạn. Mặc dù cường độ giới hạn thực
tế thường đạt tới 1100 MPa, nhưng giá trị tiêu chuẩn nhỏ nhất thường lấy là 1000 MPa.
Hầu hết các tiêu chuẩn thường đưa ra giới hạn chảy nhỏ nhất là 896 MPa mặc dù giá trị
thực tế còn cao hơn. Độ giãn dài nhỏ nhất tại lúc phá hoại ở vị trí chiều dài bằng 20 lần
đường kính là 4%, với độ giảm nhỏ nhất của tiết diện tại lúc phá hoại là 25%.
Thép cường độ cao được sản xuất từ hợp kim bao gồm mangan, silic, cacbon,…bằng
phương pháp cán nguội hoặc bằng phương pháp cán nóng và được tôi, làm cho cứng.
SVTH: Lâm Bá Hoàn – Lê Thị Thúy – Lớp 52C_XD
17
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SÀN BT ƢLT
NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA SÀN BT ƢLT SO VỚI BTCT THƢỜNG
Hình 2.7 Các loại cáp ứng suất trƣớc
a_Cáp 7 sợi (cáp đơn) b_Cáp dẹp c_ Cáp nhiều sợi
Ứng suất kéo cho phép trong thép theo ACI:
+ Ứng suất lớn nhất do căng thép (trước khi truyền ứng suất) không được vượt quá số
nhỏ hơn của: 0.80fpu và 0.94fpy
+ Ứng suất kéo lớn nhất ngay sau khi truyền lực ứng suất trước không được vượt quá số
nhỏ hơn của: 0.74fpu và 0.82fpy
+ Ứng suất lớn nhất trong thép căng sau tại vùng neo ngay sau khi neo thép: 0.70fpu
Bảng II.1 Một số đặc tính của cáp ứng suất trước:
Loại cáp
13 mm
EN318 hoặc
BS
5896
super
định 12.9
Đƣờng
kính
danh
mm
100
Diện tích danh định mm2
Khối
lƣợng
danh
định 0.785
kg/m
Cƣờng
độ
chịu
cắt 1580
Mpa
Tải trọng phá hoại nhỏ nhất 186
kN
Mô
đun
đàn
hồi 195
GPa
Độ
dãn
dài Lớn nhất 2.5
%
ASTM
A416
Grade 270
12.7
15 mm
EN318 hoặc
BS
5896
super
15.7
ASTM
A416
Grade 270
15.2
98.7
0.775
150
1.18
140
1.1
1670
1500
1670
183.7
265
260.7
Các loại vật liệu khác:
Ngoài 2 vật liệu chính là bê tông cường độ cao và thép cường độ cao còn có một số vật
liêu khác:
SVTH: Lâm Bá Hoàn – Lê Thị Thúy – Lớp 52C_XD
18
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SÀN BT ƢLT
NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA SÀN BT ƢLT SO VỚI BTCT THƢỜNG
o Ống gen:
Đối với bê tông ULT căng sau dính kết thì cần đặt sẵn ống gen trong bê tông. Có 2 loại
ống gen thường dùng:
- Loại bằng tôn mỏng 0.2 - 0.3mm có pha chì để làm giảm masát cuộn mép và
cuốn theo kiểu xoắn ruột gà.
- Ống gen bằng các loại ống kim loại, ống tròn trơn có bề dày 2 - 4mm. Yêu cầu ống gen
là phải chống thấm tốt để giữ cho nước xi măng không thấm vào ống trong quá trình đổ
bê tông vàbảo vệ cáp, ống phải bền không bị hư hỏng biến dạng trong quá trình thi công.
Tuy nhiên, ống lại phải mềm để đặt cong theo thiết kế và ma sát giữa ống gen với cáp
không được quá lớn.
Hình 2.8 Cấu tạo ống gen
1_Ống gen; 2_Bó cáp; 3_Lỗ phụt vữa.
o Vữa phụt
Sau khi căng cáp và neo, cần lấp đầy kẽ hở trong ống gen bằng vữa xi măng. Vữa được
phụt vào ống gen dưới áp lực khoảng 6atm. Cường độ của vữa sau 7 ngày ít nhất phải đạt
2000Mpa.
II.3.4 Các thiết bị sử dụng tạo ứng suất trƣớc:
II.3.4 .1 Phƣơng pháp căng trƣớc:
Hệ thống tạo ƯLT bao gồm hai khối neo đặt cách nhau một khoảng cách nào đó, thép
ƯLT được căng giữa hai khối neo này trước khi đổ bê tông, lực căng được tạo bởi các
kích thuỷ lực hoặc kích vít lớn..
II.3.4 .2 Phƣơng pháp căng sau:
Các thiết bị cần thiết đối với phương pháp căng sau bao gồm:
- Bơm và kích tạo ƯLT
- Neo
- Máy luồn cáp
SVTH: Lâm Bá Hoàn – Lê Thị Thúy – Lớp 52C_XD
19
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SÀN BT ƢLT
NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA SÀN BT ƢLT SO VỚI BTCT THƢỜNG
- Thiết bị cắt cáp
- Hỗn hợp vữa và bơm vữa
Hình 2.9Đầu neo cố định
Hình 2.10Đầu neo động
Hình 2.11 Cấu tạo cụm đầu neo và cáp ứng suất trƣớc
SVTH: Lâm Bá Hoàn – Lê Thị Thúy – Lớp 52C_XD
20
