Thực hành thiết kế sàn BT ULT

Kết cấu bêtông ứng lực trước (ULT) giờ cũng không còn mới và đã phổ biến trên thị
trường. Xin chia sẻ một vài kinh nghiệm và kiến thức cá nhân thu thập được trong quá
trình làm việc để anh em Kết cấu sư có thể đẩy nhanh việc thiết kế sàn ULT một cách đơn
giản cũng như phục vụ thông tin cho người có nhu cầu tìm hiểu (chủ đầu tư và các KTS).
Phần 1: TỔNG QUAN VỀ SÀN BÊTÔNG ULT
1.1. Đặc điểm Thiết kế Kết cấu sàn bêtông cốt thép
1.1.1. Yêu cầu tổng quát
Mục tiêu cơ bản cho hoạt động của người thiết kế Kết cấu là An toàn, Sử dụng bình
thường và hợp lý nhất về kinh tế. An toàn được hiểu là khả năng chịu được tải trọng thiết
kế (tải trọng lớn nhất theo tiêu chuẩn thiết kế quy định) mà không bị hư hại vượt ngưỡng
cho phép, còn gọi là trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH1). Khả năng sử dụng đạt được
khi Kết cấu làm việc bình thường trong suốt tuổi thọ của nó, còn gọi là trạng thái giới hạn
thứ 2 (TTGH2). Tính kinh tế thể hiện tỷ lệ cao giữa giá trị đạt được khi áp dụng một
phương án thiết kế so với chi phí bỏ ra.
Ngoài ra tính pháp lý của hồ sơ thiết kế cũng là một yếu tố quan trọng. Thiết kế phải đảm
bảo các quy định do tiêu chuẩn Nhà nước đặt ra. Tuy nhiên các tiêu chuẩn hiện hành
thường lạc hậu so với Kỹ thuật xây dựng thực tế, đặc biệt với kết cấu bêtông ứng lực
trước, các quy định của tiêu chuẩn Việt Nam lỗi thời và không đủ. Do đó việc áp dụng
tiêu chuẩn nước ngoài là cần thiết, cũng phù hợp với đặc thù của vật liệu cáp ứng lực
trước hoàn toàn là nhập khẩu.
1.1.2. Đặc điểm của Bêtông so với các vật liệu khác
Thử ví dụ so sánh 3 loại vật liệu: Bêtông, thép, kính để biết được những đặc trưng của vật
liệu bêtông. Ví dụ về một ô sàn như hình 1.1.1 dưới đây
A. Kính
Khả năng sử dụng bình thường (TTGH2) yêu cầu độ võng sàn không vượt quá ngưỡng
cho phép. Tính an toàn được đo bằng tải trọng gây ra nứt cho kính: vết nứt đầu tiên xuất
hiện sẽ ngay lập tức lan rộng và phá hoại vật liệu. Nứt xảy ra ở tải trọng phát sinh ứng
suất kéo trên bề mặt đạt đến giá trị đặc trưng cho vật liệu của kính, tại một điểm nào đó.
Với kính, điều cần thiết khi thiết kế là xác định ứng suất chính xác tại các điểm trên bề
mặt tấm sàn, do sự làm việc khác biệt của kính so với vật liệu khác khi tải trọng tăng dần.
Do đó phải mô hình chính xác về hình học, gối tựa vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả

phân tích ứng suất.
B. Thép
Nếu vùng sàn thiết kế bằng vật liệu thép, TTGH2 của sàn được quyết định bởi độ võng
do tải trọng dài hạn. Tính an toàn được xác định bởi độ võng vượt quá giới hạn tại tải
trọng tức thời (có hệ số vượt tải).
Độ võng dài hạn xảy ra khi có sự chảy dẻo của vật liệu thép tại vị trí cục bộ nào đó, khi
ứng suất tại đó vượt giới hạn chảy của vật liệu. Độ tin cậy của thiết kế phụ thuộc vào tính
chính xác của ứng suất xác định tại các điểm.
Nội dung căn bản của thiết kế kết cấu thép là sau khi lựa chọn chiều dày sàn và vị trí gối
tựa, sẽ tiến hành tính toán kiểm tra xem ứng suất tính toán có nhỏ hơn giá trị giới hạn của

1


vật liệu không. Đây là khác biệt căn bản của thiết kế kết cấu thép so với kết cấu bêtông
như trình bày dưới đây.

Hình 1.1.1 - Mô hình của vùng sàn thiết kế
C. Bêtông
Thiết kế tấm sàn bêtông gồm 2 mục cơ bản: (i) Về điều kiện làm việc (TTGH2), độ võng
và chiều rộng vết nứt nằm trong giới hạn cho phép (ii) Dưới tác dụng của tải trọng tức
thời (có hệ số vượt tải), tấm sàn không bị phá hoại.
Việc xác định ứng suất cục bộ không có ý nghĩa trong việc tính toán độ võng và chiều
rộng vết nứt dưới tải trọng làm việc. Sự không đồng nhất của vật liệu bêtông và một vài
vết nứt nhỏ làm cho việc phân tích kết cấu theo mô hình đàn hồi thông thường là không
chính xác. Bên cạnh đó, sàn bêtông thông thường được mô hình và thiết kế theo các
đường truyền tải quy ước, không như với Kính và Thép đường truyền tải được xác định
rõ ràng từ phân tích tính toán.
Trong hình vẽ ví dụ, hai phương án cho đường truyền tải trọng như thể hiện trên hình vẽ.
Hình thứ 2, sàn được mô hình như một dải với nhịp từ vách A đến vách B. Kết cấu sư là

người chỉ định đường truyền tải trọng về 2 gối tựa này. Với đường truyền tải này, cốt thép

2


bố trí đảm bảo an toàn sẽ là thép chủ lớp dưới như trong hình. Vách C không thuộc
đường truyền tải quy ước này nhưng thực tế nó tham gia chịu tải và sàn phát sinh ứng
suất kéo tại mặt trên vách C. Do đó người thiết kế phải đặt cốt thép cấu tạo lớp trên
xung quanh vùng vách C để khống chế nứt dưới tải trọng làm việc (Tải tiêu chuẩn).
Cốt thép cấu tạo không thể thiếu trong kết cấu bêtông cốt thép, được dùng với mục đích
cải thiện khả năng làm việc của kết cấu và phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm Kết cấu
sư, nhiệm vụ chính của nó là đảm bảo:
- Đường truyền tải trọng quy ước bởi Kết cấu sư trên thực tế có thể truyền được tải trọng
lớn hơn so với giá trị giới hạn bởi tiêu chuẩn thiết kế
- Chiều rộng vết nứt ở tải trọng làm việc trong giới hạn cho phép. Thường các tiêu chuẩn
thiết kế quy định hàm lượng cốt thép cấu tạo tối thiểu trong mỗi tiết diện bêtông để đảm
bảo tiết diện bêtông chỉ bị phá hoại dẻo. Đó là khả năng tiết diện có một biến dạng nhất
định trước và khi vượt quá cường độ của nó trước khi bị phá hoại. Điều này giúp phân bố
lại tải trọng trong sàn và huy động sự làm việc của dải sàn theo đường truyền tải trọng mà
người thiết kế đã chọn.
Hình 1.1.2 ví dụ các trường hợp thép cấu tạo cho việc triển khai đường truyền tải trọng.
Ảnh hưởng của tải trọng tập trung được phân bố trên chiều rộng của đường truyền tải quy
ước thông qua cốt thép phân bố cấu tạo đặt dưới tải trọng tập trung đó. Cốt thép này đảm
bảo đường truyền tải giữa 2 vách A và B có thể cụ thể hoá như Kết cấu sư đã chọn. Hình
1.1.2 (b) minh hoạ cốt thép cấu tạo chống nứt cho góc lõm của sàn.

3


Hình 1.1.2 Thép cấu tạo

Đường truyền tải quy ước là cần thiết cho sàn bêtông vì việc bố trí cốt thép sàn quyết
định phương và độ lớn của khả năng chịu tải của sàn. Thông thường có nhiều hơn 1
đường truyền tải duy nhất, và đây là xương sống của hệ kết cấu của toàn công trình.
Kết cấu bêtông không ứng xử nhạy với ứng suất cục bộ. Hình 1.1.3(a) thể hiện phân bố
moment từ kết quả phân tích đàn hồi sàn (không kể đến hệ số nở ngang Poisson). Khi
thiết kế cốt thép thường tính toán để chịu moment tương đương đơn giản như trên hình
1.1.3(b). Bố trí cốt thép trong vùng moment đó trên mặt bằng như thế nào không quan
trọng miễn là đủ số lượng. Lý do là sàn phá hoại theo các đường khớp dẻo và các đường
này sẽ huy động toàn bộ cốt thép cắt qua nó làm việc.

4


Hình 1.1.3 Moment tính toán
Đây là đặc điểm khác biệt của bêtông là thiết kế theo moment tổng. Sự phân bố và giá trị
cục bộ tại từng điểm dọc chiều rộng dải là không quan trọng. Khác với Kính và Thép
moment cần được kiểm tra theo từng điểm, kết cấu bêtông chỉ cần quan tâm tới giá trị
moment tổng trên tiết diện ngang chiều rộng dải. Do đó khi tính sàn bằng Phần tử hữu
hạn, dù chia nhỏ hơn thì kết quả quả moment tổng trên dải sàn cũng không khác gì. Các
bạn có thể kiểm chứng bằng SAFE.
Với kết cấu ứng lực trước, cũng như kính và thép, cần kiểm tra ứng suất ở tải trọng tiêu
chuẩn. Với kính việc kiểm tra ứng suất để tránh vết nứt, với thép để kiểm tra chảy dẻo
cục bộ và độ võng dài hạn. Với bêtông là khống chế (có cho phép xuất hiện) vết nứt.
Trong thực hành, ứng suất thiết kế trong bêtông là giả định vì được tính từ moment tổng
trên toàn tiết diện dải sàn. Trong thực tế ứng suất tại vùng quanh gối tựa có giá trị lớn hơn
rất nhiều và hầu hết là vượt giới hạn nứt của bêtông. Ứng suất thiết kế do vậy mang ý
nghĩa chỉ ra phạm vi vết nứt xuất hiện trong vùng đó hơn là giá trị ứng suất thực.

5

1.1.3. Đặc điểm thiết kế Ứng lực trước
Như trên thì đặc trưng thiết kế kết cấu bêtông cốt thép là phải chỉ ra đường truyền tải
trọng hay dải sàn. Kết cấu bêtông ứng lực trước phức tạp hơn vì thêm thông số đầu vào
và căn chỉnh trong tính toán.
Thiết kế ứng lực trước theo TTGH1 và TTGH2 bao gồm khống chế các tham số: (i) Số
lượng cáp dự ứng lực, và (ii) quỹ đạo cao độ cáp. Cốt thép thường bổ sung cho sàn sẽ
được quyết định bởi 2 tham số này.
Trong sàn thường, với mỗi dải sàn được chỉ ra sẽ chỉ có một kết quả cốt thép tính toán.
Trong sàn ứng lực trước, mỗi kết cấu sư sẽ cho một thiết kế khác nhau vì 2 thông số là số
lượng và quỹ đạo cáp được lựa chọn đầu tiên thường khác nhau.
1.2. Các bước thiết kế
Nói chung sàn bêtông cốt thép thiết kế theo quy trình sau

Hình 1.2.1 Quy trình thiết kế sàn BTCT

6


1.2.1. Mô hình tính toán
Chọn phương pháp tính
Có 3 phương pháp tính sàn: “Khung đơn giản”, “Khung tương đương” và “Phần tử hữu
hạn” (PTHH). Trong phương pháp Khung đơn giản (SFM), khung tính toán đến độ cứng
cột và phần sàn liên quan tính từ kích thước hình học chính xác của các cấu kiện. Trong
tính toán không kể đến ảnh hưởng uốn 2 phương của bản sàn.
Phương pháp Khung tương đương (EFM) là cải tiến của SFM trong đó độ cứng tương đối
của cột và sàn được điều chỉnh để kể đến hiệu ứng uống 2 phương. Phương pháp này do
đó chính xác hơn so với SFM và được dùng phổ biến nhất để tính sàn cho đến nay.
Thông tin yêu cầu đầu vào cho cả 2 pp EFM và SFM về kích thước hình học, tải trọng,
điều kiện biên của dải sàn thiết kế là như nhau. 2 pp này là gần đúng và cho kết quả thiên

về an toàn. Độ chính xác của 2 pp này giảm dần khi sàn có bể dày thay đổi (có dầm, mũ
cột..) và lưới cột theo 2 phương không thẳng hàng, vuông góc nhau.
Phương pháp PTHH hiện tại được anh em sử dụng nhiều nhất qua các phần mềm như
SAFE, ADAPT Floor Pro, RAM Concept… Đây là phương pháp cho độ chính xác cao
hơn do chia nhỏ sàn thành các phần tử nhỏ, mỗi phần tử ứng xử theo thuộc tính vật liệu,
hình học, vị trí trong sàn, liên kết với các phần tử xung quanh và do đó kể đến sự làm
việc uốn theo 2 một cách chính xác.
1.2.2. Chọn dải sàn - Đường truyền tải trọng
Đây là bước cơ bản nhất trong quá trình mô hình tính sàn. Hệ kết cấu nhà làm việc khi
trọng lượng bản thân và các tải trọng khác lên sàn tại mọi điểm được truyền về các gối
tựa (cột, vách) theo các đường truyền tải trọng. Ví dụ cho một sàn với lưới cột khùng
khoằm như sau:

Hình 1.2.2. Mặt bằng kết cấu sàn

7


Đường truyền tải trọng được vẽ đi qua các gối tựa cột, vách theo 2 phương X, Y. Đây là
đường giả thiết sự truyền tải sàn về các gối tựa do người thiết kế lựa chọn ban đầu. Có
thể lựa chọn như trong các hình sau:

Hình 1.2.3. Đường tải trọng theo phương X

8


Hình 1.2.4. Đường tải trọng theo phương Y
Sau đó mỗi đường tải trọng sẽ có một vùng truyền tải sàn về như các hình vẽ sau, vùng
này sẽ tạo nên dải sàn, cái này đã quen thuộc trong SAFE. Ranh giới của 2 dải sàn chính

là các đường trung bình giữa các đường tải trọng liền kề trên cùng 1 phương X hoặc Y.
Yêu cầu là tất cả các dải trên một phương phải phủ kín diện tích sàn. Một số phần mềm
như ADAPT Floor Pro tự động chia ranh giới các dải sau khi vẽ các đường tải trọng.

9


Hình 1.2.5. Dải sàn theo phương X

10


Hình 1.2.6. Dải sàn theo phương Y
Giờ mỗi dải sàn sẽ coi như một dầm khung của phương pháp khung tương đương và các
tiết diện dầm đó (vuông góc với đường tải trọng) chính là tiết diện tính toán dùng cho
bước thiết kế sàn sau này. Thông thường chọn các tiết diện nguy hiểm: ở giữa nhịp và 2
mặt bên gối tựa như hình 1.2.7.

Hình 1.2.7. Tiết diện tính toán của dải sàn theo phương X
1.2.3. Tính toán phân tích
Sau khi chia sàn thành các dải, tiến hành phân tích theo một trong 3 phương pháp trên.
A. Phương pháp Khung tương đương
Phương pháp này quy bài toán không gian về bài toán khung phẳng.
Tách riêng từng dải sàn, cùng với các điều kiện biên về gối tựa (cột, vách), tải trọng sàn
tác dụng trên diện truyền tải thành một khung tương đương và tiến hành tính toán độc lập
khung đó. Hình 1.2.8 thể hiện ví dụ tách dải sàn B theo phương X, trong đó đã có các
bước đơn giản hoá mô hình để đưa về dầm tương đương với các tiết diện đơn giản: các
tiết diện thẳng và giật cấp. Một số phần mềm như ADAPT-PT cho phép tự động đơn giản
hoá khung từ mặt bằng sàn phức tạp với độ chính xác cao.

11


Hình 1.2.8. Quy dải sàn về khung tương đương

Hình 1.2.9. Khung tương đương sau khi tách ra tính toán
B. Phương pháp Phần tử hữu hạn
PP này chỉ cần mô hình không gian một lần duy nhất, khác với pp Khung tương đương để
tính hết mặt bằng sàn phải tính tất cả các khung tương ứng với mỗi dải sàn. Khi dùng các
phần mềm tính theo PTHH, người thiết kế vẫn vẽ các đường tải trọng giả thiết giống như
trình bày ở trên để lấy các giá trị moment tổng trên các tiết diện tính toán.
Điểm lợi hại là có thể dùng pp PTHH để lựa chọn đường truyền tải trọng và dải sàn như
thế nào cho chính xác nhất. Hãy nhìn lại sơ đồ trên hình 1.2.1 về bước thiết kế tuỳ chọn.
Hình 1.2.10 là kết quả từ phần mềm thể hiện các luồng truyền tải trọng về gối tựa. Các
mũi tên vuông góc với mặt phẳng có lực cắt lớn nhất trong sàn, độ dài của mũi tên thể
hiện độ lớn của lực cắt này.

12


Hình 1.2.10. Luồng truyền tải trọng về gối tựa

13


Hình 1.2.11. Biểu đồ thể hiện các đường truyền lực cắt bằng 0 (lực cắt theo phương Y).
(Các biểu đồ trên là kết quả của phân tích đàn hồi)
Các đường zero này chính là ranh giới thực tế của các dải sàn và đường truyền tải trọng
theo phương X, chia dải sàn theo đường này thì là lý tưởng nhất về mặt kinh tế và sử
dụng vật liệu với mặt bằng khùng khoằm thế này. Nếu so sánh với hình 1.2.5 thì thấy

đường truyền tải chọn như ban đầu là sát với thực tế và do đó tương đối hợp lý.
1.2.4. Thiết kế
Lợi ích của việc chia dải sàn là chỉ cần quan tâm đến giá trị moment tổng tại mỗi tiết diện
tính toán của dải đó để tính toán cốt thép cho cả chiều rộng tiết diện đó. Lưu ý là trong
chiều rộng này cốt thép bố trí thế nào không quan trọng miễn là tổng diện tích cốt thép đủ
chịu moment tổng như đã trình bày ở phần đầu. Hình 1.2.12 là ví dụ về biểu đồ moment
cho dải sàn B, tại các tiết diện tính toán ở gối tựa và giữa nhịp 1-2. Trong hình thấy
moment phân bố biến đổi dọc theo chiều rộng của tiết diện tính toán. Giá trị moment thiết
kế lấy là tổng của các moment phân bố trên 1 tiết diện (diện tích của biểu đồ moment). Ví
dụ ở gối tựa trục 2 giá trị moment tổng để tính thép sẽ là 281kNm.

14


Hình 1.2.12. Biểu đồ moment phân bố trên tiết diện tính toán
1.2.5. Bố trí bản vẽ thiết kế (Structural Detailing)
Sau khi tính toán cốt thép cho các dải sàn, cần bố trí cốt thép một cách hợp lý để đảm bảo
sự làm việc của sàn như giả định thiết kế đã chọn.
A. Sàn thường
Nhiều tiêu chuẩn thiết kế như ACI, AS vẫn có những quy định về bố trí cốt thép theo dải
giữa cột và dải đầu nhịp. Với mặt bằng sàn có hình dáng và lưới cột phức tạp thì cách này
tỏ ra không ổn. Sau đây là một vài gợi ý bố trí để hợp lý nhất:
- Cố gắng bố trí cốt thép theo chiều rộng dải như biểu đồ moment phân bố trong hình
1.2.12. Ví dụ cốt thép âm tại gối cột trục 2 sẽ bố trí phần lớn tập trung quanh vùng cột là
vùng có biểu đồ đạt giá trị đỉnh. Trong khi đó ở giữa nhịp, cốt thép lớp dưới bố trí đều.
- Bố trí toàn bộ cốt thép tính toán trong vùng sàn quanh cột với cột biên. Với các cột giữa
đặt phần lớn lượng cốt thép yêu cầu trong vùng sàn quanh cột. Chiều rộng vùng sàn
quanh cột tuỳ thuộc vào lựa chọn của Kết cấu sư theo như trên, có thể chấp nhận chiều
rộng này bằng 1/2 chiều rộng của dải sàn.
- Tại các điểm khác phải bố trí lượng cốt thép tối thiểu cấu tạo, thường được các tiêu

chuẩn quy định về đường kính và khoảng cách. Điều này để hạn chế nứt do co ngót và do
thay đổi nhiệt độ.
B. Sàn ULT
Bố trí cốt thép thường và cáp ULT trong mặt cắt tính toán của sàn ULT tương đối tự do
hơn sàn thường. Một số gợi ý bố trí ban đầu có thể tham khảo như sau:

15


- Bố trí cốt thép lớp trên cả 2 phương tập trung theo dải đầu cột. Chiều rộng dải này đối
với sàn ULT nhỏ hơn đối với sàn thường như quy định ở trên.
- Bố trí tự do cốt thép lớp dưới sao cho thuận tiện nhất cho thi công.
- Bố trí tự do cáp ULT thuận tiện nhất cho thi công và đảm bảo tối thiểu có 2 tao cáp đi
qua cột theo 2 phương. Khoảng cách tối đa của tao cáp là 8 lần chiều dày sàn.
- Tại các vùng sàn có ứng suất nén trung bình nhỏ hơn 0.7MPa theo tính toán cần bổ sung
cốt thép thường cấu tạo để hạn chế nứt do co ngót và nhiệt độ.
C. Cốt thép cấu tạo
Ngoài vai trò hạn chế nứt còn có vai trò đảm bảo sự làm việc thực tế giống như đã lựa
chọn của các đường truyền tải trọng (như đã nói trong phần 1.1.2). Một số cốt cấu tạo
như quanh lỗ mở có thể trình bày dưới dạng chi tiết điển hình. Tuy nhiên phần lớn cốt cấu
tạo là do KCS chỉ định, do đó kinh nghiệm và trình độ của KCS được yêu cầu cao ở đây
để phản ánh đúng ứng xử của kết cấu sàn dưới tác dụng của tải trọng.
Thông thường bố trí cốt thép cấu tạo trên các gối tựa không kể đến trong các đường
truyền tải giả thiết, như là cốt thép dưới tải tập trung trong ví dụ nêu ở phần đầu. Trong
sàn ULT, cốt cấu tạo cần phải bố trí ở vùng do hình học hoặc do điều kiện thi công không
bố trí đủ cáp đảm bảo lực nén tối thiểu.
Phần 2: TÍNH TOÁN VÀ CẤU TẠO SÀN ULT
2.1.Vật liệu cáp ULT
Đơn vị nhỏ nhất gọi là Tao cáp (Strand), được dùng phổ biến là loại gồm 7 sợi thép bện
với nhau, đường kính 12.7mm, có cường độ cao 1860MPa. Loại này cũng sẵn có bán trên

thị trường hiện nay, kể cả Made in Tàu rẻ tiền lẫn hàng Tây xịn của Freyssinet hay VSL.
Lí do loại đường kính này được dùng phổ biến vì theo tiêu chuẩn được dùng nhiều nhất,
ACI, quy định khoảng cách tối đa của cáp (8 lần chiều dày sàn) và ứng suất nén trung
bình trong sàn tối thiểu là 0.85MPa. Dùng cáp sợi 12.7mm cho phép thoả mãn cả 2 tiêu
chí trên để tiết kiệm nhất số lượng cáp. Một lý do nữa là Kích căng cho cáp đơn 12.7mm
là loại cầm tay, nhẹ và dễ thi công. Cáp đường kính lớn hơn, 15.3mm, thường dùng cho
kết cấu lắp ghép căng trước hay cho cầu, gần đây là cho dầm ULT và sàn chuyển.
Có hai loại cáp dùng cho kết cấu ULT căng sau là loại không bám dính và có bám dính.

Hình 2.1.1. Cáp không bám dính: Sợi đơn gồm 1 tao cáp

16


Sợi cáp (Tendon) không bám dính là sợi đơn gồm 1 tao cáp trong vỏ bọc nhựa. Mỗi sợi
đơn có đầu neo riêng và được căng riêng từng sợi. Đặc điểm về thiết kế là không có lực
dính bám giữa tao cáp và bêtông dọc chiều dài cáp. Lực căng cáp truyền vào sàn chỉ qua
2 đầu neo thành lực nén trước vào bêtông ở đó. Chức năng của vỏ bọc nhựa là (i) ngăn
lực dính bám với bêtông, (ii) bảo vệ tao cáp trong quá trình thi công, (iii) bảo vệ ăn mòn
bởi hơi ẩm và hoá chất từ ngoài. Lớp chống ăn mòn thường là mỡ có tác dụng (i) giảm
ma sát giữa tao cáp và vỏ bọc, (ii) tăng thêm tác dụng chống ăn mòn.

Hình 2.1.2. Cáp bám dính
Loại có bám dính được dùng phổ biến hơn ở Việt Nam. Các ống ghen (Duct) dẹt thường
dùng cho sàn còn ống ghen tròn thường dùng cho dầm và cầu. Các tao cáp trong 1 bó
chung 1 đầu neo ở mỗi đầu nhưng thường được căng bằng kích và cắt neo theo từng cao
riêng biệt giống với cáp không bám dính. Vỏ ống ghen thông thường làm từ tôn mỏng.
Ý tưởng thiết kế cho cáp bám dính là tạo ra lực dính bám với bêtông dọc theo chiều dài
sợi cáp bằng cách bơm vữa lấp đầy ống ghen sau khi căng và cắt neo các tao cáp. Khi vữa
ninh kết, nó khoá chuyển dịch của tao cáp trong ống ghen, do đó lực căng trước trong cáp

trở thành hàm số của biến dạng của bêtông xung quanh nó.
Vai trò của vữa bơm là: (i) tạo ra lực bám dính liên tục giữa tao cáp và ống ghen, (ii)
chống ăn mòn, (iii) môi trường kiềm của vữa cách điện, chống ăn mòn điện hoá cho tao
cáp. Vai trò của ống ghen: (i) tạo khoảng trống cho tao cáp trong bêtông trước và trong
khi căng, (ii) truyền lực bám dính giữa vữa với bêtông xung quanh, (iii) tăng thêm tác
17


dụng chống ăn mòn vào mặt trong ống ghen. Vai trò chính của các bộ đầu neo ở 2 đầu
ống ghen là giữ lực căng cho đến khi vữa bơm ninh kết và làm việc.
Lưu ý là cả 2 phương án sàn có bám dính và không bám dính đều có những ưu, nhược
điểm bù trừ nhau và đều có thể làm việc tốt cho kết cấu sàn ở mọi mục đích sử dụng. Cáp
không bám dính được dùng cho hầu hết các công trình dân dụng ở Bắc Mỹ, ở Việt Nam
có lẽ do đặc điểm kỹ thuật của các nhà thầu và yếu tố thị trường làm cho việc sử dụng có
bám dính trở nên phổ biến hơn.
2.2. Cáp bám dính vs Không bám dính
Về mặt tính toán thiết kế không có sự khác biệt trong quy trình tính giữa 2 loại cáp này.
Tuy nhiên hao ứng suất cho loại có bám dính nhiều hơn do ma sát lớn hơn giữa tao cáp
và ống ghen.
Yêu cầu lớp bảo vệ cáp
Không có sự khác nhau về lớp bảo vệ đối với 2 loại cáp, cả cho yêu cầu chống ăn mòn và
yêu cầu chống cháy (thời gian 2h).
Ứng suất giới hạn
Cả 2 loại cáp đều có cùng giới hạn theo tiêu chuẩn về ứng suất ban đầu khi căng và khi
làm việc, cũng như mức độ căng trước tối thiểu và tối đa.
Ứng suất trong cáp ở TTGH 1
Ở cùng ứng suất căng ban đầu và quỹ đạo cáp, loại có bám dính cho ứng suất cao hơn
trong cáp.
Hàm lượng cốt thép thường tối thiểu
Hiện chưa có tiêu chuẩn yêu cầu khống chế hàm lượng cốt thép thường tối thiểu để

khống chế nứt cho cáp có bám dính, loại không bám dính có yêu cầu trong ACI.
Phân phối lại moment do tính đến khớp dẻo
Tiêu chuẩn ACI cho phép tính đến khớp dẻo và yêu cầu hàm lượng cốt thép thường tối
thiểu tại các tiết diện khớp dẻo. Tuy nhiên mới chỉ cho cáp không bám dính.
Khả năng chị cắt của sàn 1 phương và dầm, chống chọc thủng của sàn 2 phương
Không có khác biệt giữa 2 loại cáp.
Sàn chịu tải trọng gió
Không có khác biệt.
Tải trọng động đất
ACI và UBC đều không yêu cầu tính sàn ULT với tải trọng động đất do tác dụng của
động đất là ngắn hạn trong khi tác dụng ứng lực trước là dài hạn.
Khoảng cách tối thiểu giữa các cáp
Theo ACI là 8 lần chiều dày sàn hoặc 1.5m. Do đó cáp bám dính với kích thước lớn hơn
tỏ ra kém hiệu quả hơn loại không bám dính.

18


Ví dụ sàn dày 140mm, thiết kế với ứng suất nén trước 0.86MPa, dùng tao cáp 12.7mm
với lực căng hữu hiệu (sau khi trừ tổn hao) là 116kN. Khoảng cách của mỗi tao cáp sẽ là:
116/(0.86*140)=960mm
Khoảng cách tối đa cho cáp là 8*140=1120mm. Như vậy dùng cáp không bám dính đơn
1 tao cáp thì có thể đặt ở khoảng cách 960mm như tính toán. Nếu dùng cáp bám dính ống
ghen dẹt, ở khoảng cách 960mm chỉ cần một tao cáp trong ống ghen. Hoặc dùng 2 tao
cáp trong 1 ống thì khoảng cách là 1120mm. Như vậy là trên phương diện này, cáp có
bám dính không hiệu quả bằng, vì 1 ống ghen cùng với các bộ neo thường chứa được 4
đến 5 tao cáp.
Thi công
Cáp không bám dính thi công dễ và nhanh chóng rải đúng quỹ đạo, hay bẻ trên mặt bằng
để tránh lỗ mở hơn. Dùng cáp bám dính thì phải thêm công và thời gian bơm vữa cũng

như nghiệm thu công tác này.
Sàn ULT bám dính thường dùng cáp dẹt với bộ neo 4-5 tao cáp, nhưng mỗi tao cáp vẫn
được căng riêng lẻ. Với dầm lại hay dùng ống ghen tròn 5-12 tao cáp và dùng kích thuỷ
lực căng nhiều tao cáp 1 lúc. Nhược điểm là kích này to, nặng cần nhiều hơn 1 công nhân
thao tác và phải có cẩu tháp cẩu vào vị trí.
Ưu điểm rõ ràng của cáp bám dính là thời gian thi công do các tao cáp được cắt từ cuộn
cáp và chế neo luôn trên công trường. Với cáp không bám dính tất cả công đoạn này phải
gia công trong nhà máy nên không chủ động và mất thời gian hơn đáng kể.
Độ bền kết cấu
Cả 2 loại cáp đều cho độ tin cậy kết cấu cao. Với cáp không bám dính, kinh nghiệm nhà
thầu và vật liệu kém chất lượng gây ra hư hại với số lượng công trình nhiều hơn. Với các
công trình ngoài trời như bãi đỗ xe, móng bè, ở khu vực có khí hậu dễ ăn mòn hơn hay
ẩm ướt như ở Việt Nam thường dùng cáp có bám dính hơn. Cáp không bám dính cho
những môi trường này đòi hỏi chất lượng cao của vật liệu chống ăn mòn cáp, vỏ cáp và
thi công kỹ thuật cao. Dùng có bám dính thì độ bền phụ thuộc nhiều hơn vào chất lượng
và kỹ thuật thi công bơm vữa.
Chất lượng cáp không bám dính phải kể đến suốt chiều dài đường cáp và 2 đầu neo. Chỉ
1 điểm bị mất ứng suất là cả đường cáp không làm việc. Cáp bị hỏng càng dài thì ảnh
hưởng lên kết cấu càng nhiều.
Cáp bám dính có khả năng truyền và phát triển lực căng từ 1 điểm đi xa khoảng 50 lần
đường kính tao cáp. 1 điểm nào bị hỏng trên cáp sẽ chỉ là cục bộ. Cách đoạn 50d này ứng
suất trong cáp vẫn giữ nguyên, cáp vẫn làm việc. Do đó độ tin cậy của cáp có bám dính
cao hơn.
Thay đổi, sửa chữa
Cáp không bám dính linh hoạt hơn cho sửa chữa. Một đường cáp bị hỏng có thể dễ dàng
rút tao cáp ra, thay thế và căng lại. Việc thay thế cũng lợi hơn về ứng suất, do tổn hao nhỏ
hơn so với cáp thi công từ đầu. Ngược lại, cáp có bám dính không thể thay thế do vữa
bơm dính chặt trong ống ghen.

19

Trong trường hợp muốn thay đổi công năng, ví dụ đập thêm lỗ mở lớn. Truyền thống vẫn
quan niệm không thể đục cắt qua cáp, nhưng với kỹ thuật thi công hiện tại thì điều này là
có thể và thậm chí còn dễ hơn cho cáp có bám dính.
Với cáp không bám dính, khi cắt lỗ mở sẽ cắt cáp, căng lại và neo tại mép lỗ mở mới
dùng kỹ thuật thi công đặc biệt. Cáp có bám dính thì không cần căng và neo lại vì vữa
bơm trong vùng không bị cắt sẽ giữ vị trí tao cáp.
2.3. Các thông số đầu tiên
Khi thiết kế sàn ULT, có 3 thông số cần quyết định ngay từ đầu và sẽ đưa đến những kết
quả khác nhau về bố trí thép, không như với sàn thường chỉ có 1 đáp án duy nhất cho bài
toán. Đó là:
- Ứng suất nén trước (thông qua lực căng cáp)
- Phần trăm tải trọng cân bằng
- Quỹ đạo cáp: Hình dạng và cao độ
Do có nhiều đáp án cho bài toán nên KCS nhiều kinh nghiệm sẽ nhanh chóng chọn được
phương án đảm bảo về kỹ thuật và tiết kiệm nhất. Tiết kiệm ở đây là cân đối giữa số
lượng cáp sàn (thông qua lực căng) và cốt thép thường ở mức nhỏ nhất, nhớ là giá cáp
bao giờ cũng đắt hơn nhiều so với cốt thép thường.
Ứng suất nén trước (Average precompression)
Thông số rất quan trọng này được định nghĩa bằng tổng lực căng chia cho diện tích tiết
diện vuông góc với phương lực căng. ACI 318-02 yêu cầu ứng suất nén trước hữu hiệu
tối thiểu 0.85MPa (sau khi trừ tổn hao ưs).
Trong đa số trường hợp nhà dân dụng, giá trị 0.85MPa được chọn để xuất phát cho bài
toán chọn cáp. Với sàn mái hay gara thường bằng 1.0-1.4MPa do yêu cầu cao về khống
chế nứt chống thấm. Nhưng nhớ là việc tăng ứng suất nén trước không có nghĩa đảm bảo
không xuất hiện vết nứt. Trong sàn 1 phương hoặc dầm, ứng suất nén trước được tính trên
toàn bộ diện tích mặt cắt ngang.
Giá trị ứng suất nén trước lớn nhất nên là 2.0MPa cho sàn và 2.5MPa cho dầm. Dù ACI
quy định giá trị lớn hơn nhưng khi đó không còn kinh tế nữa.

Phần trăm tải trọng cân bằng
Vỡ lòng về kết cấu ứng suất trước là tạo ra một tác dụng ngược lại với phương của tải
trọng tác dụng mà phần lớn là trọng lượng, thông qua tỉ lệ phần trăm của tĩnh tải được
cân bằng.
Với sàn, con số hợp lý trong khoảng 60-80% tĩnh tải. Với dầm là 80-110%, lý do độ võng
của dầm ảnh hưởng nhiều hơn đến làm việc của hệ sàn.
Chọn quỹ đạo cáp
Có vài chú ý về chọn quỹ đạo cáp cho hợp lý nhưng trước hết hãy nói về Phương pháp
Cân bằng tải trọng để hiểu cho rõ vì quỹ đạo cáp quyết định % Tải trọng cân bằng.
2.4. Phương pháp Cân bằng tải trọng
Nói đến ULT là nói đến pp này. Đôi chút về lịch sử thì nó được T.Y. Lin giới thiệu từ năm
1961 và đến năm 1963 được đăng trên tạp chí ACI. PP này là 1 công cụ quá mạnh và làm
đơn giản hoá lý thuyết ULT để anh em Kỹ sư không cần phải học lên cao quá

20


Hãy bắt đầu từ hình 2.4.1 ví dụ một dầm liên tục được ứng lực trước với lực căng P
không đổi. Cáp sàn có quỹ đạo parabol quen thuộc với 2 điểm uốn ở nhịp giữa và 1 điểm
uốn cho nhịp biên, điểm thấp nhất ở giữa nhịp. Các làm của ppCBTT như sau: tách cáp ra
khỏi kết cấu và thay thế bởi các tải trọng như trên hình 2.4.2 gọi là “Tải trọng cân bằng”.
Tải trọng cân bằng gồm các phần hướng lên và hướng xuống sinh ra từ các phần parabol
của quỹ đạo cáp (như hình 2.4.3) và lực nén trước P. Tải trọng trên hình 2.4.2 và 2.4.3 là
cân bằng ngược chiều nhau.

Hình 2.4.1. Dầm liên tục 3 nhịp ULT

Hình 2.4.2. Tải trọng cân bằng lên dầm (không thể hiện gối tựa ở đây)

Hình 2.4.3. Tải trọng cân bằng trên cáp

Hình 2.4.4. 1 phần cáp giữa điểm thấp nhất (A) và điểm uốn của parabol (B)
Cáp tách ra bản thân cũng là một hệ tĩnh định và chỉ chịu kéo. Dầm thì vẫn là hệ siêu tĩnh
với bậc siêu tĩnh tuỳ thuộc vào số gối tựa (ôn lại Cơ học KC một tý).

21


2.4.1. Moment sơ cấp
Hình 2.4.5 xét cân bằng của phần dầm cắt ở một đoạn bằng a cách gối tựa trái. Tại mặt
cắt này có tác dụng là lực nén đúng tâm P, moment Mp và lực cắt Vx sinh ra bởi tải trọng
cân bằng như trên hình 2.4.2. Mp được định nghĩa là Moment sơ cấp, có vai trò duy trì
cân bằng cho hệ tải trọng cân bằng ở đây.
Thành phần đứng của lực lên cáp VA được tính từ đoạn cáp đầu tiên giữa neo trái và điểm
thấp nhất của quỹ đạo như trên hình 2.4.4

Hình 2.4.5. Cân bằng của phần dầm cắt ra

Hình 2.4.6. Cân bằng của cáp trong đoạn này
Nhìn từ hình 2.4.5 và 2.4.6 suy ra Mp=Pe. Ghi nhớ rằng moment sơ cấp này không phụ
thuộc vào điều kiện biên về gối tựa hay các tải trọng tác dụng lên dầm.
2.4.2. Moment thứ cấp (Hyperstatic)
Còn gọi là moment siêu tĩnh - Hyperstatic. Đây là hiệu ứng đặc trưng trong kết cấu ULT
do kết quả tác dụng của các gối tựa. Hãy xem xét ví dụ trên hình 2.4.7 về một dầm ULT
căng trước. Lực căng trước gây ra độ vồng cho dầm như trên hình 2.4.7 (b) và đó là do
tác dụng uốn của moment sơ cấp Mp. Cần phải có tác nén xuống thắng độ vồng này trước
22


khi chốt chặt dầm vào các gối tựa theo đường thẳng định trước. Do đó tại gối tựa phát

sinh các phản lực như trên hình 2.4.8 (a) để giữ độ vồng này và được gọi là tác dụng thứ
cấp (Hyperstatic). Phản lực thứ cấp này gây ra moment trên dầm như biểu đồ trên hình
2.4.8 (b) gọi là moment thứ cấp.

Hình 2.4.7. Dầm chịu lực căng trước

23


Hình 2.4.8. Phản lực và moment thứ cấp lên dầm
Ở kết cấu ULT căng sau, quy trình là ngược lại: dầm được cố định trên các gối tựa khi đổ
bêtông. Việc căng cáp sau khi đổ bêtông gây ra các phản lực phụ thêm lên gối tựa do tác
dụng ngăn lại chuyển vị tự do gây ra bởi lực nén trước của các gối tựa lên kết cấu bêtông.
Các phản lực này cũng chính là phản lực thứ cấp.
Các phản lực thứ cấp này phải tự cân bằng nhau: ΣRsec = 0.
Hãy quay lại với ví dụ trước, xét mặt cắt bất kỳ trên dầm như trên hình 2.4.9. Tại đó có
moment Msec=ΣRiXi và lực cắt thứ cấp Vsec=ΣRi.
Các lực này được chịu bởi nội lực trong bêtông và cáp như hình 2.4.9(b)

24


Hình 2.4.9. Lực tác dụng trên mặt cắt bất kỳ
Xét thêm tĩnh tải (Md) và hoạt tải (Ml) thì tổ hợp tính cho TTGH 1 theo ACI sẽ như sau:
1.4Md + 1.7Ml + Msec
Kết luận quan trọng rút ra: tính với TTGH1 (về cường độ) chỉ có hiệu ứng thứ cấp ảnh
hưởng chứ không xét đến ảnh hưởng sơ cấp và tải trọng cân bằng. Moment thứ cấp trong
tổ hợp không nhân với hệ số vượt tải vì: giá trị của nó đã rõ ràng, không phải xác suất
thống kê như Tĩnh tải và hoạt tải, và tác dụng của nó là ngược lại tĩnh và hoạt tải nên việc
không thêm hệ số vượt tải là thiên về an toàn.

Câu hỏi đặt ra là TTGH2 tính theo tổ hợp nào? Xin xem phần tiếp theo

25