Ứng dụng bêtông dự ứng lực cho công trình dân dụng theo công nghệ mới

Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHAN ĐÌNH THUẬN
ỨNG DỤNG BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC

CHO CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG
THEO CÔNG NGHỆ MỚI

Chuyên ngành:XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Mã số ngành : 23.04.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2003


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Cán án bộ hướng dẫn khoa học: TIẾN SĨ NGUYỄN VĂN HIỆP
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán án bộ chấm nhận xét 1 :..................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán án bộ chấm nhận xét 2:...................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ngày...........tháng..........năm.............


Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
________________

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
__________________

NHIIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : PHAN ĐÌNH THUẬN
Phái : Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 14/12/1974
Nơi sinh: Đức Thọ – Hà Tónh
Chuyên ngành: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Mã số : 23.04.10
I-TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC CHO CÔNG TRÌNH
DÂN DỤNG THEO CÔNG NGHỆ MỚI

II-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1/ Nghiên cứu và tính toán cấu kiện chịu uốn bê tông dự ứng lực theo tiêu chuẩn
TCVN5547-1991 và tiêu chuẩn ACI-318-2000
2/ Nghiên cứu và tính toán kết cấu dầm một nhịp và nhiều nhịp bê tông dự ứng lực
theo tiêu chuẩn ACI-code
3/ Nghiên cứu kết cấu sàn nấm bản phẳng bê tông ứng suất trước.
4/ Nghiên cứu công nghệ chế tạo tấm panel sàn đúc sẵn theo công nghệ mới
III-NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: (ngày bảo vệ đề cương): ______________________

IV-NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (ngày bảo vệ luận án): _______________
V -HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TIẾN SĨ NGUYỄN VĂN HIỆP
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM NGHÀNH

BỘ MÔN QUẢN LÝ NGHÀNH

TS. NGUYỄN VĂN HIỆP

Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua
Ngày

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

tháng

năm 2003

KHOA QUẢN LÝ NGHÀNH


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm tạ qúy thầy giáo, cô giáo
chuyên ngành Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp của
trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đã
tận tình giảng dạy cho em trong thời gian học tập và
nghiên cứu tại nhà trường.
Em vô cùng cảm ơn thầy giáo tiến só Nguyễn Văn Hiệp
người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em đễ em hoàn

thành bản luận văn này. Thông qua công tác hướng dẫn
thầy đã tạo cho em khả năng tự lập và tìm tòi nghiên cứu
khi tiếp cận với các vấn đề mới.
Em vô cùng biết ơn gia đình, bạn bè đã tạo điều kiện
động viên và giúp đỡ em trong thời gian học tập và thực
hiện luận án.
Chân thành cảm ơn !

TP.Hồ Chí Minh, ngày

tháng

PHAN ĐÌNH THUẬN

năm 2003


Luận án cao học: Ứng dụng bê tông dự ứng lực cho công trình dân dụng theo công nghệ mới

Trang

MỤC LỤC
CHƯƠNG I : SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

1

1.1/ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN & THÀNH TỰU CỦA BÊ
TÔNG DỰ ỨNG LỰC.

1

1

1.1.1/ Lịch sử phát triển
1.1.2/ Tính tất yêu của việc sử dụng các cấu kiện bê tông
ứng suất trước
1.1.3/ Mục đích và ý nghóa của việc tạo ứng suất trước:

2
3

1.2/ CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO ỨNG SUẤT TRƯỚC
TRONG BÊ TÔNG

5

1.2.1/Phương pháp căng trước:

4

1.2.2/ Phương pháp căng sau:
1.2.3/ Phương pháp căng ngoài:

4
4

1.3/ CÁC CÔNG NGHỆ MỚI TRONG BÊ TÔNG DỰ ỨNG
LỰC ĐÃ ĐƯC ỨNG DỤNG TRONG CÔNG TRÌNH
DÂN DỤNG TẠI VIỆT NAM

4

1.3.1/ Công nghê căng trước:
1.3.2/ Công nghê căng sau:

1.4/

4
6

PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

7

1.4.1/ Nghiên cứu các cơ sở tính toán cấu kiện bê tông ứng suất
trước
1.4.2/ Nghiên cứu sàn nấm bê tông ứng suất trước và panel sàn
rỗng ruột đúc sẵn căng trước theo công nghệ mới
1.4.3/ Giới hạn đề tài

7
8
8

CHƯƠNG II: TÓM TẮT LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN 9
CẤU KIỆN CHỊU UỐN BÊ TÔNG
CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC

2.1:/ TÍNH TOÁN THEO TIÊU CHUẨN TCVN 5547-1991
2.2.1/ CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN
2.2.1.1)Nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất :

2.2.1.2)Nhóm trạng thái giới hạn thứ hai:

GVHD : TS.NGUYỄN VĂN HIỆP
HVTH :
PHAN ĐÌNH THUAÄN

9
9
9
9

Trang : 1


Luận án cao học: Ứng dụng bê tông dự ứng lực cho công trình dân dụng theo công nghệ mới

2.1.2/ TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU UỐN
2.1.2.1)Tính toán theo khả năng chịu lực trên tiết diện thẳng góc:
2.1.2.2)Tính toán theo khả năng chịu lực trên tiết diện nghiêng:
2.1.2.3) Tính toán theo yêu cầu không xuất hiện vết nứt:
2.1.2.4:/ Tính toán bề rộng khe nứt
2.1.2.5:/ Tính toán kiểm tra về khép kín khe nứt
2.1.2.6:/ Tính toán độ võng:

2.2:/ TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU UỐN THEO TIÊU
CHUẨN ACI-318-2000
2.2.1/ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THEO
TIÊU CHUẨN ACI:
2.2.2) CÁCH THỨC CHUNG VỀ TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU
UỐN THEO ACI CODE

2.2.3)CÁC ỨNG SUẤT ĐÀN HỒI CÁC DẦM KHÔNG NỨT
2.2.3.1)Ứng xử của các dầm ứng suất trước trong miền đàn hồi
2.2.3.2)Các ứng suất đàn hồi trong tiết diện
2.2.3.3)Các ứng suất uốn cho phép:
2.2.3.4)Tải trọng gây nứt
2.2.3.5) Tính toán momen nứt :
2.2.3.6) Phân tích cường độ chịu uốn :
2.2.3.7) Khả năng chịu uốn theo các phường trình của ACI code :
2.2.3.8) Tạo ứng suấtt trước một phần
2.2.3.9) Phân tích các ứng suất uốn đàn hồi của dầm ứng suất trước
một phần

2.3:/ KẾT LUẬN CHUNG

9
10
12
12
14
15
16

18
18
18
19
19
21
22
23

24
24
27
31
32

33

2.3.1)ĐỐI VỚI TIÊU CHUẨN TCVN 5547-1991
2.3.2:/ ĐỐI VỚI TIÊU CHUẨN ACI 318-2000:
2.3.3:/ VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI:
2.3.4:/ VẤN ĐỀ ĐẶT RA

CHƯƠNG III:

33
33
34
34

TÍNH TOÁN CẤU KIỆN

DẦM MỘT NHỊP VÀ DẦM LIÊN TỤC NHIỀU NHỊP

3.1) CÁC QUY ĐỊNH CHUNG

3.1.1)CÁC HÌNH THỨC CHẾ TẠO DẦM
3.1.1.1:/ Dầm căng trước
GVHD : TS.NGUYỄN VĂN HIỆP
HVTH :

PHAN ĐÌNH THUẬN

35
35
35
35

Trang mục lục : 2


Luận án cao học: Ứng dụng bê tông dự ứng lực cho công trình dân dụng theo công nghệ mới

3.2.2.2)Dầm căng sau

35

3.1.2) CÁC DẠNG TIẾT DIỆN DẦM
3.1.2.1:/ Dạng tiết diện đặc
3.1.2.2) dạng tiết diện rỗng ruột

36
36
36

3.2) CƠ SỞ TÍNH TOÁN KẾT CẤU DẦM

36

3.2.1) TẢI TRỌNG VÀ CƯỜNG ĐỘ VẬT LIỆU
3.2.1.1) Các cấp tải trọng tác dụng động lên cấu kiện

3.2.1.2) Các ứng suất trong bê tông và thép

36
36
36

3.2.2) KIỂM TRA MẤT MÁT ỨNG SUẤT
3.2.3) KIỂM TRA ỨNG SUẤT VÙNG NEO
3.2.3.1) Khái niệm về ứng suất vùng neo
3.2.3.2) Đối với các dầm căng sau:
3.2.3.3) Đối với các dầm căng trước:

37
38
38
38
38

3.2.4:/ TẢI TRỌNG TƯƠNG ĐƯƠNG DO VIỆC TẠO ỨNG SUẤT
TRƯỚC
3.2.4.1) Khái niệm tải trọng tương đương
3.2.4.2)Các dạng tải trọng tương đương của phần tử dầm

39
39
39

3.2.5:/KIỂM SOÁT VẾT NỨT DO UỐN
3.2.6) TÍNH TOÁN ĐỘ VÕNG CHO DẦM

40
41

3.3:/ DẦM NHIỀU NHỊP

42

3.3.1)CÁC HÌNH THỨC BỐ TRÍ ĐƯỜNG CONG CĂNG CÁP CƠ
BẢN
3.3.1.1) Dạng đặt thẳng
3.3.1.2) Dạng uốn cong và dạng gẫy khúc
3.3.2)ỨNG SUẤT CỦA VẬT LIỆU TRONG CÁC GIAI ĐOẠN
CHẤT TẢI
3.3.2.1.) Ứng suất kéo trong thép ứng suất trước
3.3.2.2) Ứng suất trong bê tông
3.3.3)SƠ BỘ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN, ĐỘ LỆCH
TÂM CÁP ỨNG SUẤT TRƯỚC, CƯỜNG ĐỘ LỰC ỨNG
SUẤT TRƯỚC BAN ĐẦU THEO TẢI TRỌNG NGOÀI TÁC
DỤNG
3.3.3.1) Đối với dầm có độ lệch tâm thay đổi
3.3.3.2) Đối với dầm có độ lệch tâm không đổi

GVHD : TS.NGUYỄN VĂN HIỆP
HVTH :
PHAN ĐÌNH THUẬN

42
42
42
42

42
43
43

43
46

Trang mục lục : 3


Luận án cao học: Ứng dụng bê tông dự ứng lực cho công trình dân dụng theo công nghệ mới

3.3.4) XÁC LẬP MIỀN ĐƯỜNG CONG CĂNG CÁP
3.3.5)THIẾT KẾ DẦM MỘT NHỊP BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC
THEO PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG TẢI TRỌNG
3.3.5.1)Dẫn nhập phương pháp
3.3.5.2) Giới thiệu phương pháp
3.3.5.3) Thiết kế dầm một nhịp ứng suất trước một phần bằng phương
pháp cân bằng tải trọng

3.4:/ DẦM NHIỀU NHỊP

48
50
50
50
51

55

3.4.1) TỔNG QUAN VỀ DẦM NHIỀU NHỊP BTUST
3.4.2) ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC TẠO ỨNG SUẤT TRƯỚC
3.4.2.1)Dẫn nhập
3.4.2.2)Mô men thứ nhất và mô men thứ hai trong dầm nhiều nhịp
3..4.2.3)Xác định mô men M2 từ tải trọng tương đương
3.4.2.4)Khái niệm độ chùng của cáp ứng suất trước
3.4.2.5) Tạo đường cong căng cáp hợp lý

55
55
55
55
58
58
59

3.4.3) CÁC ỨNG SUẤT TRONG BÊ TÔNG TRONG DẦM
NHIỀU NHỊP
3.4.4) PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THEO CÂN BẰNG TẢI
TRỌNG
3.4.5) CÁC BƯỚC THIẾT KẾ CHO DẦM NHIỀU NHỊP THEO
PHƯƠNG PHÁP TẢI TRỌNG CÂN BẰNG

60

3.5:/ KẾT LUẬN CỦA CHƯƠNG III

61
61

63

3.5.1) CÁC VẤN ĐỀ ĐÃ ĐƯC NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH
3.5.2) CÁC VẤN ĐỀ TIẾP CẦN MỞ RỘNG NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG IV : SÀN PHẲNG ỨNG SUẤT TRƯỚC
1:/ GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÍNH TOÁN SÀN NẤM
2:/ QUY ĐỊNH CỦA ACI VỀ SÀN PHẲNG THEO CÁC YÊU CẦU
VỀ
CÁCH ĐẶT CÁC SI CÁP VÀ CÁC THANH CỐT THÉP.
3:/ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ SÀN NẤM ỨNG SUẤT TRƯỚC:
4:/ FLOW CHART CHO TINH TOÁN SÀN NẤM BÃN PHẲNG:
CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO TẤM PANEL ĐÚC SĂN
CÓ LỔ RỔNG THEO CÔNG NGHỆ MỚI
A:/TẤM PANEL SÀN MỘT NHỊP BÊ TÔNG Ứ`NG SUẤT TRƯỚC
1/ Mô tả chung:
GVHD : TS.NGUYỄN VĂN HIỆP
HVTH :
PHAN ĐÌNH THUẬN

63
64

65
109
111

112

116

116

Trang mục lục : 4


Luận án cao học: Ứng dụng bê tông dự ứng lực cho công trình dân dụng theo công nghệ mới

2/ Các dạng panel sàn trong phạm vi nghiên cứu .
2.1 Tấm sàn panel dày 150mm .
2.2 Tấm sàn panel dày 200mm .
3/ Sơ đồ tính của bản:
4/ Khả năng chịu tải của các tấm panel sàn .
B:/CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ CHẾ TẠO SẢN PHẨM TẤM PANEL
BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC ĐÚC SẴN.
1/ Đặc điểm sản xuất của cấu kiện panel có lỗ rỗng :
2/ Sơ đồ cấu trúc quy trình sản xuất :
3/ Công tác tạo khuôn cho cấu kiện:
3.1) Các yêu cầu về khuôn cho cấu kiện bê tông nói chung.
3.2) Khuôn ngoài:
3.3) Khuôn trong (tạo lỗ rỗng)
3.4) Khuôn ngăn cách các cấu kiện
3.5) Chống bám dính vào khuôn
3.6) Thứ tự lắp đặt khuôn (trong trường hợp dùng khuôn hơi)
3.7) Tháo khuôn
4) Công tác cốt thép thường và thép ứng suất trước
4.1) Các loại thép sử dụng cho cấu kiện
4.2) Gia công thép
4.3) Lắp đặt cốt thèp, cắng thép ứng suất trước, neo thép ứng suất trước.
5/ Công tác bê tông
5.1) Công tác đổ bê tông

5.2) Công tác đầm bê tông
6/ Công tác dưỡng hộ bê tông
6.1) Các phương pháp dưỡng hộ
6.2) Công tác dưỡng hộ bằng hơi ẩm có gia nhiệt
6.3) Cộng tác tạo bể hoặc túi dưỡng hộ cho cấu kiện

GVHD : TS.NGUYỄN VĂN HIỆP
HVTH :
PHAN ĐÌNH THUẬN

107
117
118
118
118

123
123
124
124
125
125
126
127
127
127
127

128
128

128
129
129
130
131

Trang mục lục : 5


L u a än a ùn ca o h oïc : Ứn g du ïn g bê tôn g dự ứn g l ực ch o côn g trìn h da ân du ïn g th eo coân g n g h ệ
m ới

CHƯƠNG I : SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

1.1:/ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ THÀNH TỰU CỦA BÊ TÔNG ỨNG
SUẤT TRƯỚC
1.1.1) Lịch sử phát triển.
Sự ra đời của kỹ thuật ứng suất trước là rất sớm cách đây rất nhiều thế kỷ.
Từ thời đó, người ta làm được các thùng chứa chất lỏng bằng cách ghép các thanh
gỗ cong và dùng các sợi dây thừng quấn quanh chúng để liên kết chúng lại tạo
thành một cái thùng có độ bền chắc khá cao. Thậm chí người ta cũng có thể nén
các thỏi đường lại để có thể vận chuyển nó một cách nhiều hơn. Ở thời này kỹ
thuật ứng suất trước được ứng dụng nhưng mang tính chất tự phát, chưa có một cơ
sở tính toán hay một lý thuyết có tính khoa học để áp dụng cho tính toán kết cấu.
Mãi đến năm 1886, khi P.H. Jackson – một kỹ sư ở San Francisco, California
giành được bằng sáng chế về kéo căng các thanh thép liên kết để nén các tấm đá
nhân tạo và vòm bê tông để tạo ra các sàn phẳng. Khoảng năm 1888,
C.E.W.Doehring người Đức được bằng sáng chế về bê tông được tăng cường các
sợi kim loại đã có ứng suất kéo trước trước khi bản chịu tải. Những ứng dụng này
đều dựa trên quan niệm rằng bê tông có cườøng độ chịu nén cao nhưng khả năng

chịu kéo là thấp, việc căng trước các thanh cốt thép áp vào bê tông sẽ tạo ứng suất
nén trong bê tông để làm cân bằng bất kỳ ứng suất kéo nào sản sinh ra bởi tải
trọng ngoài tác dụng lên cấu kiện. Những sáng chế và các phương pháp này trong
thời kỳ đầu hầu như không thành công trong việc ứng dụng. Trong cấu kiện các
ứng suất nén trước hầu như mau chóng bị mất mát vì sự từ biến và co ngót của bê
tông. Hơn nữa trong thời kỳ này hầu như thép cường độ cao chưa được sự dụng
một cách phổ biến, người ta chỉ tạo ra được các lực kéo có cường độ không lớn vì
thiếu thiết bị kích và neo.
Năm 1928 sự phát triển của bê tông ứng suất trước bắt đầu được công nhận cho
E.Freyssinet người Pháp, bắt đầu sử dụng các sợi cáp cừng độ cao. Mặc dù
Freyssinet cũng đã thử nghiệm với kỹ thuật căng trước với thép liên kết vào bê
tông không có đầu neo. Tuy nhiên áp dụng trong thực hành lại được thực hiện bởi
E.Hoyer người Đức. Hê thống Hoyer bao gồm kéo căng các sợi thép giữa hai trụ
cách nhau hàng trăm feet, đặt ván khuôn và đổ bê tông, cáp được cắt sau khi bê
tông đã đông cứng. Năm 1939, Freyssinet phát triển hệ thống neo dạng nêm hình
nón và hệ thống kích song động kéo cáp và đẩy côn nhằm mục đích giử chặt cáp
tại đầu neo khi căng cáp. Năm 1940, giáo sư Magnel người Bỉ phát triển hê thống
neo mà trong đó có thể kéo căng cùng một lúc hai sợi cáp và được neo bằng một
nêm kim loại đơn giản ở hai đầu. Nhờ những phát triển này mà sử dụng bê tông
ứng suất trước bắt đầu được phổ biến.
G VH D : TS .N G U YE ÃN VAÊN H I E ÄP
H VTH : PH AN ĐÌN H TH U ẬN

Trang : 1


L u a än a ùn ca o h oïc : Ứn g du ïn g bê tôn g dự ứn g l ực ch o côn g trìn h da ân du ïn g th eo coân g n g h ệ
m ới

Vào năm 1945, do nhu cầu về tái thiết lại châu u sau chiến tranh thế giới

nên tốc độ xây dựng phát triển rất mạnh mẽ. Dẫn đến thép cho xây dựng bị khan
hiếm. Do bê tông ứng suất trước lại rất tiết kiệm về thép so với kết cấu bê tông
thường, hơn nưa do khoa học kỹ thuật và công nghệ đã phát triển, các thiết bị phục
vụ cho kỹ thuật ứng suất trước được chế tạo phổ biến hơn, tinh vi hơn và rẽ hơn
nên bê tông ứng suất trước bắt đầu phát triển một cách rực rỡ, đặc biệt là trong
nghành xây dựng cầu đường. Các cơ sở lý thuyết và các thực nghiệm được tiến
hành một cách khoa học. Các tiêu chuẩn, quy phạm về bê tông ứng suất trước
được xây dựng và được cải tiến dần . Các kỹ sư và các nhà xây dựng đã bắt đầu
quen dần với kỹ thuật ứng suất trước.
Ngay nay, kỹ thuật bê tông ứng suất trước đã phát triển rất mạnh mẽ, nó đã
được ứng dụng rất phổ biến ở các nước phát triển. Các công trình lớn và quan
trọng đều sử dụng bê tông ứng suất trước làm kết cấu chịu lực chính. Các công
trình này đều đạt được chất lượng, kinh tế và thẩm mỹ cao.
1.1.2) Tính tất yếu của việc sử dụng các cấu kiện bê tông ứng suất trước:
Ở các nước phát triển do có nhiều lợi thế về vốn, công nghệ, thiết bị và
trình độ nhân lực nên hầu như các công trình đều xây dựng bằng các cấu kiện đúc
sẵn bởi vì thời gian xây dựng công trình được rút ngắn, chí phí xây dựng rất tiết
kiệm. Ơ nước ta hiện nay mức độ áp dụng các cấu kiện đúc sẵn và tiền chế trong
xây lắp còn gặp nhiều hạn chế, tập quán xây dựng ở nước ta chưa được cải thiện
nhiều, đa số các công trình xây dựng đều thực hiện bằng đúc hoàn toàn toàn khối
tại công trường nên chất lượng công trình không cao, thời gian xây dựng công trình
còn kéo dài. Những người làm công tác xây dựng còn rất ngần ngại trong việc đầu
tư trang thiết bị và nhà máy phục vụ cho sản xuất và thi công các cấu kiện bê tông
ứng suất trước, hơn nữa công nhân lao động lành nghề và có trình độ kỹ thuật còn
rất thiếu. Thị trường sản phẩm do vậy mà hầu như chưa được mở rộng. Sản phẩm
chủ yếu của các nhà máy bê tông đúc sẵn trong một thời gian dài chủ yếu các dầm
cầu, cột điện, cọc vuông và cọc ống.
Kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước nói chung thường sử dụng các loại vật
liệu chủ yếu là: cát vàng, đá dăm,nước , phụ gia, thép, cáp, neo và các phụ kiện
khác để tạo nên cấu kiện. Chi phí sản suất ra cấu kiện là kinh tế tại Việt Nam vì

có nguồn nguyên vật liệu dồi dào. Việc nghiên cứu chế tạo ra các cấu kiện bê
tông ứng suất trước đúc sẵn có chất lượng cao và có tính công nghiệp hoá trong
sản xuất là vấn đề không qúa khó khăn. Vấn đề là tập quán xây dựng cần được
cải thiện.
Sự ra đời của bê tông ứng suất trước đã khẳng định được rất nhiều tính ưu việt
của nó. Trong ngành cầu đường thì hầu hết các công trình quan trong đều sử dụng
dạng kết cấu chịu lực chính là bê tông ứng suất trước và đã khẳng định được nhiều
ưu điểm . Tuy nhiên trong ngành xây dựng dân dụng việc áp dụng vẩn còn nhiều
G VH D : TS .N G U YE ÃN VAÊN H I E ÄP
H VTH : PH AN ĐÌN H TH U ẬN

Trang : 2


L u a än a ùn ca o h oïc : Ứn g du ïn g bê tôn g dự ứn g l ực ch o côn g trìn h da ân du ïn g th eo coân g n g h ệ
m ới

hạn chế. Đa số các công trình dân dụng có sử dụng kỹ thuật ứng suất trước thì hầu
hết đều sử dụng kỹ thuật căng sau đúc toàn khối ở công trường. Chi phí xây dựng
công trình sử dụng kỹ thuật ứng suất trước căng sau thường là cao vì phải thực hiện
nhiều công đoạn trong xây dựng và sử dụng nhiều thiết bị như đầu neo, ống dẫn
cáp, phụt vữa v.v.. nên việc áp dụng chưa được phổ biến. Tuy nhiên áp dụng kỹ
thuật ứng suất trước thì khả năng vượt nhịp cho công trình là lớn, giảm chiều cao
tầng do vậy tạo được nhiều ưu điểm khác cho công trình. Trong những công trình
có nhịp lớn thì nó mang lại kinh tế rất cao khi áp dụng kỹ thuật ứng suất trước.
Hiện nay nhu cầu về nhà ở của người dân rất lớn. Nhà nước đang đề ra nhiều
chính sách nhằm đẩy nhanh tốc độ xây dựng nhằm đáp ứng các nhu cầu về nhà ở
cho người dân. Như vậy chỉ có áp dụng công nghiệp hóa trong xây dựng thì mới
thực hiện được các chính sách này. Từng bước áp dụng dần các loại sản phẩm đúc
sẵn bê tông ứng suất trước hay bê tông dự ứng lực căng sau trong xây dựng nhà ở

là cần thiết. Vì chỉ có xây dựng công trình bằng các cấu kiện đúc sẵn hoặc tiền
chế thì chất lượng công trình mới đảm bảo và tốc độ xây dựng mới được rút ngắn,
chi phí xây dựng công trình mới được tiết kiệm một cách tối đa. Hơn nữa chỉ có áp
dụng kỹ thuật bê tông ứng suất trước vào công trình thì khả năng vượt nhịp của
công trình mới được cải thiện, công năng và tiện nghi của công trình do vậy mà
được cải tiến hơn.
Với nhiều ưu điểm vượt trội nêu trên thì việc xây dựng công trình bằng kỹ
thuật bê tông ứng suất trước là tất yếu.

1.1.3)Mục đích và ý nghóa của việc tạo ứng suất trước:
Theo Preyssinet “ Tạo ứng suất trước cho một kết cấu là trước khi đặt tải trọng
ngoài lên nó, bắt nó phải chịu những lực phụ thêm mà những lực này gây ra một
trạng thái ứng suất trong kết cấu sao cho tổng hợp ứng suất này với ứng suất do tải
trọng ngoài gây ra thì tại mọi điểm của kết cấu ứng suất tổng hợp nhỏ hơn ứng suất
giới hạn mà vất liệu có thể chịu được một cách lâu bền và không bị phá hoại”
(Trang 01-[11])
Mục đích của việc tạo ứng suất trước trong bê tông: Bằng cách cách thức nào
đó (thông thường là tạo ra một lực nén trước) tác động lên lên cấu kiện bê tông để
khống chế các ứng suất trong bê tông (bao gốm cả ứng suất kéo và ứng suất nén)
đều nằm trong các giới hạn cho phép trong suốt tất cả các giai đoạn chịu tải của
cấu kiện.
1.2/ CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO ỨNG SUẤT TRƯỚC TRONG BÊ TÔNG:
Có ba phương pháp chủ yếu để tạo ứng suất trước trong bê tông đó là:Phương
pháp căng trước; phương pháp căng sau và phương pháp căng ngoài
1.2.1)Phương pháp căng trước: Người ta thực hiện bằng cách kéo căng các sợi
cáp hoặc các thanh thép cường độ cao bằng các biện pháp cơ học. Sau khi các sợi
G VH D : TS .N G U YE ÃN VAÊN H I E ÄP
H VTH : PH AN ĐÌN H TH U ẬN

Trang : 3

L u a än a ùn ca o h oïc : Ứn g du ïn g bê tôn g dự ứn g l ực ch o côn g trìn h da ân du ïn g th eo coân g n g h ệ
m ới

cáp hoặc các thanh thép được kéo căng, nó được liên kết chặt chẽ vào hệ thống bệ
hoặc gối neo nhờ các mấu neo tạm thời. Tiếp theo tiến hành lắp đặt thêm các
thanh cốt thép thường hoặc các thứ cần thiết khác cho cấu kiện, tiến hành ghép cốt
pha và đổ bê tông cho cấu kiện. Sau khi bê tông đã đóng rắn và đạt đến một
cường độ nhất định thì người ta tiến hành tháo bỏ các mấu neo tạm thời ra ngoài,
khi này các sợi cáp hoặc các thanh thép cường độ cao được phóng thích, chúng có
xu hướng co ngắn lại như ban đầu. Nhờ sự bám dính giữa bê tông và thép nên sự
co ngắn này bị cản trở, tạo ra ứng suất trước trong bê tông.
1.2.2) Phương pháp căng sau: Trước khi tiến hành đổ bê tông cho cấu kiện, người
ta tiến hành đặt sẵn các sợi cáp vào trong các ống dẫn cáp và đặt sẵn trong lòng
cấu kiện trước lúc đổ bê tông, các ống này được đặt theo hiønh dáng nhất định theo
thiết kế. Sau đó người ta tiến hành đổ bê tông cho cấu kiện và chờ đến khi bê tông
đóng rắn và đạt đến cường độ nhất định thì tiến hành kéo căng các sợi cáp bằng
các kích thủy lực. Khi kích đã kéo căng các sợi cáp đến một cường độ nhất định thì
tiến hành cố định các sợi cáp này vào các đầu neo ở hai đầu cuối của sợi cáp, các
đầu neo này tì trực tiếp lên bê tông và tạo ra lực nén lên bê tông. Các đầu neo này
được giữ cố định vónh viễn trong cấu kiện. Tiến hành bơm vữa lấp kín khe hở giữa
ống dẫn và cáp, các đầu neo bên ngoài cũng được chèn vữa lấp kính lại để chống
rỉ sét.
1.2.3) Phương pháp căng ngoài: Cấu kiện bê tông ứng suất trước căng ngoài
người ta bố trí các sợi cáp phía bên ngoài tiết diện của bê tông, các sợi cáp ứng
suất trước tác dụng vào khối bê tông thông qua các ụ neo được gắn chặt vào bê
tông. Để có thể tạo các điểm gẩy khúc cho các sợi cáp người ta thường dùng các ụ
chuyển hướng. Kỹ thuật ứng suất trước căng ngoài được áp dụng chủ yếu cho công
tác gia cố, sữa chữa và nâng cấp công trình. Các công trình đã áp dụng kỹ thuật

này là cầu chử Y, cầu Sài Gòn.

1.3:/ CÁC CÔNG NGHỆ TRONG BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC ĐÃ ĐƯC
ỨNG DỤNG TRONG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG TẠI VIỆT NAM
Thực hiện khảo sát và thực tập thực tế tại các công trình có sử dụng kỹ thuật
UST, các nhà máy chế tạo các cấu kiện bê tông đúc sẳn. Rút ra một số nhận định
cụ thể như sau.
G VH D : TS .N G U YE ÃN VAÊN H I E ÄP
H VTH : PH AN ĐÌN H TH U ẬN

Trang : 4


L u a än a ùn ca o h oïc : Ứn g du ïn g bê tôn g dự ứn g l ực ch o côn g trìn h da ân du ïn g th eo coân g n g h ệ
m ới

1.3.1) Công nghệ căng sau
Công nghệ căng sau đã được sử dụng chủ yếu ở thành phố HCM. Các tòa nhà
sử dụng kết cấu căng sau chủ yếu là nhà cao tầng có nhịp cột khá lớn. Cấu kiện
được áp dụng kỹ thuật này chủ yếu là cấu kiện sàn, thông thường là sàn nấm dạng
bản phẳng. Các công trình như Etown, Bitexco, Ocean Place, giảng đường của đại
học sư phạm TP.HCM… Công tác thi công phần kết cấu chịu lực sử dụng kỹ thuật
ứng suất trước căng sau được thực hiện bởi công ty VSL Việt Nam và nhiều đơn vị
khác. Các kết cấu sàn phẳng ứng suất trước căng sau của các tòa nhà này thông
thường là các dạng sàn đặc, chiều dày của các tấm sàn là khá lớn khoảng
20÷25cm. Hoạt tải thiết kế 30kN/m2. Thép ứng suất trước có dạng cáp sợi đường
kính 12,7mm loại 7sợi grade 250 hoặc grade 270. Đường cong căng cáp chủ yếu là
dạng parabolic. Neo cáp thông thường là dạng neo dẹt, mỗi một neo neo được
khoảng từ 3 đến 5 sợi cáp.
Ưu điểm:

-Khả năng vượt nhịp của sàn là lớn, lên đến 15 m nên giá trị thẩm mỹ của công
trình là rất cao, mang lại nhiều sự tiên nghi cho công năng của công trình.
-Sàn dạng bản phẳng không có dầm nên thi công coffa là đơn giản, tiết kiệm được
chiệu cao của nhà do chiều cao thông thủy của tầng nhà là lớn.
-Có thể bố trí đa năng trên mặt bằng sàn với các dạng kết cấu vách nhẹ, dễ dàng
bố trí các hệ thống kỹ thuật bên trên trần do không vướng đà
-Độ võng của tòa nhà theo các phương là đồng đều, tính chống thấm rất cao do
cáp được căng theo 2 phương.
Khuyết điểm:
-Chi phí xây dựng là khá tốn kém do chiều dày sàn lớn và đặc. Thi công thực hiện
nhiều công đoạn gồm đặt luồn cáp vào ống dẫn, đặt cáp và ống dẫn, đặt cáp vào
neo, đổ bêtông, căng cáp, phụt vữa, thả kích. Do vậy tốn nhiều kinh phí về thiết
bị, vật tư và nhân công.
-Việc xây dựng cần đòi hỏi sử dụng nhiều coffa và dàn giáo, tuy thời gian tháo có
nhanh hơn so với sàn bê tông bình thường.
-Việc giải quyết các lỗ trống của các ô sàn nhà là phức tạp.
-Giải quyết vấn đề về thay đổi bước cột giữa các tầng nhà là rất khó khăn. Khối
lượng các sàn nhà là lớn nên các cấu kiện như cột và móng của tòa nhà là lớn.
-Bố trí các hệ thống kỹ thuật âm trong sàn cho công trình gặp khá nhiều khó khăn,
đối với các đường ống công nghệ lớn đi ngang qua thì phải đóng trần nên phát sinh
kinh phí. Khi thi công phải né tránh các vị trí đặt cáp UST để tránh làm đứt cáp
hoặc tuột cáp nên phải đánh dấu các vị trí đặt cáp.

G VH D : TS .N G U YE ÃN VAÊN H I E ÄP
H VTH : PH AN ĐÌN H TH U ẬN

Trang : 5


L u a än a ùn ca o h oïc : Ứn g du ïn g bê tôn g dự ứn g l ực ch o côn g trìn h da ân du ïn g th eo coân g n g h ệ

m ới

-Các thiết bị, vật tư phục vụ cho thi công là hoàn toàn ngoại nhập, ngoại trừ
bêtông, nên giá thành đắt, trong một số trường hợp chịu sự độc quyền của công ty
nước ngoài về cung cấp thiết bị và ứng dụng kỹ thuật.
1.3.1) Công nghê căng trước:
Giống như những nước có nền công nghệ tiên tiến, cấu kiện bê tông ứng suất
trước sử dụng công nghệ căng trước chủ yếu sản suất ở nhà máy, kích thước của
cấu kiện là không qúa lớn. Ở Việt Nam chủ yếu là các cấu kiện được sản xuất ở
các nhà máy bêtông đúc sẵn. Trong một thời gian dài, các nhà máy như Châu
Thới, Biên Hòa, Xuân Mai chủ yếu sản xuất các sản phẩm như trụ điện, cọc đặc
hoặc cọc rỗng, dầm cầu và panel ứng suất trước với cách gây ứng lực theo lối cổ
điển. Ở nhà máy bêtông Châu Thới, Biên Hoà đã có các dây chuyền sản xuất các
cấu kiện bêtông dự ứng lực căng trước để sản xuất các loại dầm cầu, cọc ống. Ở
nhà máy bêtông Xuân Mai đã triển khai sản xuất dầm bêtông cốt thép dự ứng lực
dạng dầm PPB và viên blốc để làm các kết cấu, sàn gạch bộng dạng sườn, các
viên blốc bằng cốt liệu bêtông cốt thép với các cách thức tiết diện cho ở bảng

Hình 1A.1: Các dầm ứng lực trước PPB và viên blốc do nhà máy sản xuất
Kí hiệu
Kích thước (mm)
Khối
lượng
Chiều cao
Chiều rộng
Chiều dài
BL 80
80
200
530

10
G VH D : TS .N G U YE ÃN VĂN H I E ÄP
H VTH : PH AN ĐÌN H TH U AÄN

Trang : 6


L u a än a ùn ca o h oïc : Ứn g du ïn g bê tôn g dự ứn g l ực ch o côn g trìn h da ân du ïn g th eo coân g n g h ệ
m ới

BL 120
BL 160

120
160

200
200

530
530

11
14

40

40

10200

25

1271
1231

25

Đặc điểm của loại sàn này:
Nhược điểm:
-Khả năng chịu tải của sàn là không lớn lắm , khả năng vưọt nhịp là hạn chế .
-Việc lắp đặt các viên blốc và dầm ứng suất trước nói chung còn phức tạp, chưa
đơn giản hóa và tốn nhiều nhân công.
-Công tác chế tạo sản phẩm dầm và viên blốc còn phức tạp, dễ bị hỏng
-Khả năng chống thấm cho sàn còn nhiều hạn chế.
Ưu điểm :
-Với kết cấu sàn dạng này thì khả năng cách âm và cách nhiệt cho sàn rất tốt do
các viện blốc có các lỗ rỗng.
-Lượng cốt thép bố trí cho sàn là tiết kiệm
-Có giảm thiểu một lượng nhất định cốt pha và dàn giáo.
-Giảm được trọng lượng công trình nên các cấu kiện như móng, cột sẽ nhỏ.
-Có thể tận dụng các lỗ trống trong các viên blôc để đặt các hê tông kỹ thuật cho
công trình như ống dẫn khí, ống dẫn nước, dây dẫn điện, dây truyền tín hiệu …
Sàn panel hộp dự ứng lực cổ điển:

10280

25

25

62

174

60

174

60

174

60

174

1284

60

621

50 50

300

50

1234

62

Đối với dạng panel này kích thước nhịp là khá lớn theo góc độ tính toán, tuy nhiên
công nghệ sản xuất còn cổ điển và phức tạp trong việc sản xuất công nghiệp hoá
do cáp đặt nhiều lớp nên khó khăn trong việc lắp đặt, khuôn đúc chủ yếu làm bằng
vật liệu cứng nên khó tạo được lỗ rỗng dài do dính kết giữa bê tông với khuôn
hoặc phải chấp nhận để luôn khuôn trong cấu kiện.

1.4/ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Trong thời gian hạn chế, đề tại được thực hiện chủ yêu theo hai phần chính:
phần đầu là các cơ sở tính toán các cấu kiện bê tông ứng suất trước, phần thứ
hai nghiên cứu cấu kiện sàn nấm ứng suất trước căng sau, panel có lỗ rỗng ứng
G VH D : TS .N G U YE ÃN VAÊN H I E ÄP
H VTH : PH AN ĐÌN H TH U AÄN

Trang : 7


L u a än a ùn ca o h oïc : Ứn g du ïn g bê tôn g dự ứn g l ực ch o côn g trìn h da ân du ïn g th eo coân g n g h ệ
m ới

suất trước căng trước vì các tính năng ưu việt và tính thực tiển của dạng cấu kiện
này.
1.4.1/ Nghiên cứu các cơ sở tính toán cấu kiện bê tông ứng suất trước
• Tính toán cấu kiện chịu uốn theo tiên chuần TCVN 5547
• Phân tích và khảo sát cấu kiên chịu uốn theo tiêu chuẩn ACI
• Tính toán dầm một nhịp BTUST theo tiêu chuẩn ACI
• Tính toán dầm nhiều nhịp BTUST theo tiêu chuẩn ACI
• Giới thiệu và cách thức tínhh toán sàn một phương, sàn hai phương BTUST.

1.4.2/ Nghiên cứu sàn nấm bê tông ứng suất trước căng sau
Nghiên cứu và tính toán sàn nấm bê tông ứng suất trước: Lập trình tính toán
theo phương pháp khung tương đương, đường cong căng cáp, cách thức bố trí
cáp, khảo sát về tương quan giửa nhịp và chiều dày sàn đối với các cấp tải
trọng khác nhau.
1.4.3/Nghiên cứu panel sàn rỗng ruột đúc sẵn căng trước theo công nghệ mới
Nghiên cứu các dạng tấm panel sàn căng trước : Lập trình tính toán tấm panel.
Khảo sát các thông số kỹ thuật về tải trọng, thép ứng suất trước, nhịp của tấm
panel. Công nghệ chế tạo tấm panel: cách thức tạo lổ rỗng, căng một lần cho
nhiều cấu kiện cùng một lúc. Các tấm panel này cho phép cắt dọc và cắt ngang
để phù hợp với các điều kiện xây dựng cụ thể.
1.4.3 Giới hạn của đề tài:
• Không xem xét các cấu kiện căng ngoài(căng gia cố công trình)
• Không nghiên cứu các cấu kiện đơn lẽ
• Không nghiên cứu những ứng dụng của bê tông dự ứng lực trong ngành cầu
đường.
• Cấu kiện cọc rỗng dự ứng lực được xem như cấu kiện chịu uốn vì chỉ kiểm
tra khả năng chịu tải của cọc khi vận chuyển và cẩu lắp là thỏa mãn.

G VH D : TS .N G U YE ÃN VAÊN H I E ÄP
H VTH : PH AN ĐÌN H TH U ẬN

Trang : 8


L u a än a ùn ca o h oïc : Ứn g du ïn g bê tôn g dự ứn g l ực ch o côn g trìn h da ân du ïn g th eo coân g n g h ệ
m ới

CHƯƠNG II: TÓM TẮT LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN
CẤU KIỆN CHỊU UỐN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT

TRƯỚC.
Giới thiệu chung: Ngày nay kết cấu BTCT bình thường và kết cấu
BTUST đã được sử dụng rất phổ biến, các cấu kiện sử dụng chủ yếu là các cấu
kiện chịu uốn, cấu kiện chịu kéo và cấu kiện chịu nén. Tuy nhiên cấu kiện chịu
uốn là cấu kiện được sử dụng phổ biện nhất. Trong thực tế xây dựng, các cấu kiện
chịu chịu lực chủ yếu như: các cấu kiện dầm, sàn …. Cấu kiện cọc ống cũng là cấu
kiện chịu uốn vì điều kiện chịu lực chủ yếu của cọc ống là chịu uốn, khi vận
chuyển và cẩu lắp là điệu kiện cần kiểm tra, mặc dù mục tiêu chịu lực là chịu nén
nhưng khả năng này luôn luôn đảm bảo. Trong phần này đề cập chủ yếu phần
tính toán cấu kiện chịu uốn theo hai tiêu chuẩn thông dụng đó là tiêu chuẩn TCVN
5547-1991 và tiêu chuẩn ACI-183-2000.

2.1:/ TÍNH TOÁN THEO TIÊU CHUẨN TCVN 5547-1991

2.1.1/ CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN:
Kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước cần phải thỏa mãn các yêu cầu về tính
toán theo cả hai nhóm trạng thái giới hạn. (xem thêm flow chart)
2.1.1.1)Nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất : Nhằm đảm bảo cho kết cấu thỏa mãn
các điều kiện về chịu lực trong mọi giai đoạn chịu lức. Cụ thể như sau
• Không bị phá hoại do tac dụng của tải trọng và tác động
• Không bị mất ổn định về hình dáng và vị trí
• Không bị phá hoại vì mỏi
• Không bị phá hoại do tác dụng đồng thời của các nhân tố về lực và những
ảnh hưởng bất lợi của môi trường.
2.1.1.2)Nhóm trạng thái giới hạn thứ hai: Nhằm đảm bảo sự làm việc bình
thường của kết cấu. Cụ thể cần hạn chế:
• Khe nứt không mở rộng qúa giới hạn cho phép hoặc không được xuất hiện
• Không có những biến dạng vượt qúa giới hạn cho phép (Độ võng, góc xoay,
góc trượt, dao động)
2.1.2/ TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU UỐN

Tính toán theo khả năng chịu lực của cấu kiện được tiến hành trên các tiết diện
thẳng góc, tiết diện nghiêng tùy theo nội lực tác dụng.
Đối với tiết diện chữ nhật hoặc tiết diện chữ T (các dạng tiết diện khác được
đưa về dạngtiết diện tương đương) chịu mô men uốn tác dụng trong mặt phẳng đối
xứng phải thỏa mãn điều kiện sau:
M ≤ Mgh
(2.1.1)
G VH D : TS .N G U YE ÃN VAÊN H I E ÄP
H VTH : PH AN ĐÌN H TH U AÄN

Trang : 9


L u a än a ùn ca o h oïc : Ứn g du ïn g bê tôn g dự ứn g l ực ch o côn g trìn h da ân du ïn g th eo coân g n g h ệ
m ới

2.1.2.1)Tính toán theo khả năng chịu uốn trên tiết diện thẳng góc:
a) Đối với tiết diện chữ nhật :

F'a
Rn

RaF'a

x

'sd F'ust

Fust

Zo

Z

ho

h

F'ust
M

sd Fust
RaFa

Fa
b

Hình 2.1.1: Ứng suất trên tiết diện chữ nhật
M ≤ R n b x (h o -

x
'
) + R 'a Fa' Z + σ sd Fust
Zo
2

(2.1.2)

M : Momen uốn lớn nhất mà cấu kiện phải chịu do tải trọng tính toán
Rn : Cường độ chịu nén của bê tông

R a , R 'a : Cường độ chịu kéo và chịu nén của cốt thép thường
Fa , Fa' : Diện tích cốt thép thường trong vùng chịu kéo và chịu nén

x: Chiều cao vùng nén được xác định bởi điều kiện:
'
(2.1.3)
R n bx = R a Fa + R ust Fust − R a' Fa' − σ sd Fust
'
: Diện tích của thép ứng suất trước tương ứng trong vùng kéo; vùng
Fust ; Fust

'
nén của tiết diện. Nếu thép ứng suất trước trong vùng nén Fust
không được liên

kết chặc chắn với bê tông mà thép này chịu ứng suất nén thì khi tính toán lấy nó
bằng không ( Xem như lúc này thép căng trước không có khả năng chịu nén)
σ sd : Ứng suất sử dụng của cốt thép căng trước nằm trong vùng nén. Giá trị
của σ sd có thẻ dương (chịu nén) hoặc âm ( chịu kéo), khi đưa vào công thức tính
toán thì đưa vào cùng với dấu đại số của nó .Trong thiết kế người ta thường cho
giá trị của σ sd là dương vì nếu σ sd mang dấu âm thì sự có mặt của thép ứng suất
trước trong vùng nén làm giảm khả năng chịu lực. Ứng suất sử dụng của cốt thép
'
căng nằm trong vùng nén được xác định theo công thức: σ sd = Fust
− m cx (σ o − σ h )

G VH D : TS .N G U YE ÃN VAÊN H I E ÄP
H VTH : PH AN ĐÌN H TH U ẬN

Trang : 10

L u a än a ùn ca o h oïc : Ứn g du ïn g bê tôn g dự ứn g l ực ch o côn g trìn h da ân du ïn g th eo coân g n g h ệ
m ới

(Với m cx : Hệ số chính xác khi căng, giá trị m cx = 0.85 -> 0.9 trong trường hợp nếu
giảm ứng suất trước sẽ làm bất lợi cho kết cấu, m cx = 1.05 -> 1.1 trong trường hợp
ngược lại. Trong tính toán các hao tổn về ứng suất cũng như trong tính toán kiểm
tra bề rộng khe nứt và kiểm tra về độ võng thì cho phép không kể đến hệ số chính
xác khi căng này. σ o : Trị số giới hạn của ứng suất trước trong cốt thép căng. σ h :
Tổng ứng suất hao trong cốt thép căng
b) Đối với tiết diện chữ I :
b'c

F'a
x

'sdF'ust

Fust

Zo

F'ust
Z

ho

h

h'c

Rn RaF'a

M
sd Fust
RaFa

Fa
b

Hình 2.1.2: Ứng suất trên tiết diện chữ I
b.1)Trường hợp tiết diện chữ I có trục trung hoà đi qua sườn
Tương tự như tiết diện chữ nhật. Tiết diện chữ I có trục trung hòa đi qua sưòn được
tính toán như sau.
M ≤ R n b x (h o -

h'
x
'
) + R n (b c' - b)h c' (h o − c ) + R 'a Fa' (h o − a ' ) + σ sd Fust
(h o − a 'ust )
2
2

(2.1.4)

Trong đó :
b: Bề rộng sườn, h : Chiều cao của tiết diện, b'c : Bề rộng cánh
x: Chiều cao vùng nén được xác định bởi điều kiện:

'
R n [bx+(b 'c -b)h 'c ] = R a Fa + R ust Fust − R a' Fa' − σ sd Fust

(2.1.5)

Các giá trị khác : Xem ở phần tiết diện chữ nhật
b2) Đối với tiết diện chữ I có trục trung hoà đi qua cánh
Tiết diện chữ I có trục trung hòa đi qua cánh được tính toán như tiết diện chữ nhật
với sự thay đổi như sau
M ≤ R n b c' x (h o -

x
'
) + R 'a Fa' (h o − a ' ) + σ sd Fust
(h o − a 'ust )
2

x: Chiều cao vùng nén được xác định bởi điều kieän:
'
R n x b'c = R a Fa + R ust Fust − R a' Fa' − σ sd Fust
G VH D : TS .N G U YE ÃN VAÊN H I E ÄP
H VTH : PH AN ĐÌN H TH U AÄN

(2.1.5)
(2.1.6)
Trang : 11


L u a än a ùn ca o h oïc : Ứn g du ïn g bê tôn g dự ứn g l ực ch o côn g trìn h da ân du ïn g th eo coân g n g h ệ
m ới

2.1.2.2)Tính toán theo khả năng chịu lực trên tiết diện nghiêng:
Để tính toán khả năng chịu lực trên tiết diện nghiêng trong kết cấu bê tông
ứng suất trước chịu uốn ngoài cốt dọc, cốt xiên và cốt đai không ứng suất trước còn
có cốt dọc, cốt xiên và cốt đai ứng lực trước. Tính toán khả năng chịu lực trên tiết
diện nghiêng chịu cắt được tiến hành tương tự như đối với cấu kiện bê tông cốt
thép thường chỉ khác ở chổ là xét thêm anh hưởng của các cốt thép ứng suất trước.
Cách tính được tiến hành như sau:
(2.1.7)
Q ≤ Q b + ∑ R ad Fd + ∑ R ad Fx sin α + ∑ R ustd Fustd + ∑ R ustd Fxust sin α ust
Trong đó :
R ad ; R ustd : Cường độ tính toán về cắt của cốt thép thường ; cốt thép ứng suất
trước.
Fx ; Fxust : Diện tích của cốt thép đai thường và cốt thép đai ứng suất trước
Q b : Khả năng chịu cắt của bê tông

2.1.2.3)Tính toán theo yêu cầu không xuất hiện vết nứt:
Khả năng chống nứt theo TCVN 5547-1991 được phân thành 3 cấp phụ thuộc
vào điều kiện làm việc của chúng và loại cốt htép được dùng. Bảng 1 điều 17
TCVN 5547-1991 quy định về cấp chống nứt và giá trị bề rộng khe nứt. Đối với
kết cấu cấp I về khả năng khống nứt yêu cầu không xuất hiện vết nứt. Tính toán
được tiến hành trên tiết diện nghiêng và tiết diện thẳng góc.
a) Các giả thiết tính toán cho khả năng chống nứt
1) Tiết diện phải phẳng
2) Biến dạng tỉ đối lớn nhất ở mép bê tông chịu kéo đạt đến trị số : ε e =

2R kc
Eb

3) Ứng suất trong vùng bê tông chịu kéo phân bố đều và bằng R kc

4) Ứng suất trước trong cốt thép căng được xác định bằng cách nhân với hệ số
m cx = 0.9 và có kể đến mọi hao tổn về ứng suất.
b) Khả năng chống nưt trên tiết diện thẳng góc : Đối với cấu kiện chịu uốn, chịu
nén lệch tâm, chịu kéo lệch tâm xác định theo công thức :
(2.1.8)
=
M n R kc Wn + M1
- R kc :Cường độ chịu kéo của bê tông.
- Wn :Mômen kháng nứt của tiết diện tương đương đối với mép chịu kéo
- M1 :Mômen do lực ứng suất trước N o gây nên lấy đối với trục đi qua đỉnh
lỏi nằm xa nhất so với vùng bê tông chịu kéo cần kiểm tra chống nứt. Giá
trị của M 1 tính theo công thức : M 1 = N o ( e o1 ± r 1 ), trong đó r 1 : khoảng
cách từ đỉnh lỏi tới trọng tâm tiết diện tương đương, e o1 : độ lệch tâm của
lực ứng lực trước N o lấy đối với trọng tâm tiết diện tương đương. Lấy daáu +
G VH D : TS .N G U YE ÃN VAÊN H I E ÄP
H VTH : PH AN ĐÌN H TH U ẬN

Trang : 12


L u a än a ùn ca o h oïc : Ứn g du ïn g bê tôn g dự ứn g l ực ch o côn g trìn h da ân du ïn g th eo coân g n g h ệ
m ới

khi tính toán kiểm tra vùng kéo do tải trọng ngoài gây ra, lấy dấu – khi tính
toán kiểm tra vùng kéo do lực ứng lực trước gây ra
c) Khả năng chống nưt trên tiết diện thẳng nghiêng : p dụng cho các loại cấu
kiện
(2.1.9)
σ ch ≤ R kc
σ ch : Ứng suất kéo chính do ngoại lực và do lực ứng lực trước gây ra.

σx +σy
σ −σ y 2 2
σ ch =
± ( x
) + τ xy
2

2

σ x : Ứng suất pháp trong bê tông theo phương song song với trục cấu kiện do

ngoại lực gây ra.
σ y : Ứng suất pháp trong bê tông theo phương vuông góc với trục cấu kiện do
tác dụng cục bộ của phản lực gối tựa, của lực tập trung và phân bố, do lực ứng lức
trước trong các cốt đai và cốt xiên.
τ xy : Ứng suất tiếp trong bê tông do ngoại lực và do ứng lực trước trong cốt xiên
Các giá trị σ x ; σ y ; τ xy được xác định theo quy tắc vật liệu đàn hồi, Các giá trị
σ x ; σ y được mang dấu dương nếu nó là kéo.

21.2.4:/ Tính toán bề rộng khe nứt
a:/ Tính toán bề rộng khe nứt trên tiết diện thẳng góc:
Tính toán bề rộng khe nứt theo phương thăng góc với trục dọc của cấu kiện là
σ
(2.1.10)
a n = K C η a (70-20P) 3 d
Ea

(Các hệ số tính toán tham khảo tiêu chuẩn TCVN 5547-1991 ở phần theo công
thức (4_1) )
b) Tính toán bề rộng khe nứt trên tiết diện nghiêng:

a n = C η (h o + 30d max )

Vng t 2

µ ng E a2

2.1.2.5:/ Tính toán kiểm tra về khép kín khe nứt
Kết cấu cấp 2 về khả năng chống nứt cần được kiểm tra về việc khép kín khe nứt
khi kết cấu chịu tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn. Điều này
được bảo đảm khi:
-Dưới tác dụng của lực ứng lực trước và của các tải trọng thường xuyên và tạm
thời dài hạn, tại mép của cấu kiện vẫn tồn tại ứng suất nén trong bê tông không
dưới 10 Kg/cm2
-Trong cốt thép căng trước không xuất hiện biến dạng phục hồi khi kết cấu chịu
toàn bộ tải trọng tiêu chuẩn

G VH D : TS .N G U YE ÃN VAÊN H I E ÄP
H VTH : PH AN ĐÌN H TH U ẬN

Trang : 13


L u a än a ùn ca o h oïc : Ứn g du ïn g bê tôn g dự ứn g l ực ch o côn g trìn h da ân du ïn g th eo coân g n g h ệ
m ới

2.1.2.6:/ Tính toán độ võng:
Việc tính toán kiểm tra độ võng được tiến hành phụ thuộc vào tính chất chống
nứt của cấu kiện. Đối với cấu kiện không cho phép nứt thì tính toán độ võng như
vật liệu đàn hồi, sử dụng các phương pháp của cơ học kết cấu để tính toán. Đối với
cấu kiện có khe nứt ở vùng kéo thì tính như cấu kiện bê tông chịu uốn bình thường

có kể đến ảnh hưởng tác dụng của cốt thép ứng lực trước.
a)Cấu kiện không cho phép nứt:
Tính toán biến dạng (độ võng, góc xoay) của các cấu kiện tính theo phương
pháp của cơ học kết cấu sau khi đã xác định được độ cứng chống uốn B và độ cong
1/ρ của cấu kiện theo các công thức sau:
(2.1.12)
Độ cứng chống uốn của cấu kiện:B o = K đ E b J td
Trong đó: K đ : Hệ số xét đến biến dạng dẻo của bê tông, với bê tông nặng K đ =
0.85, với bê tông nhẹ K đ = 0.9; J td : Momen quán tính của tiết diện tương đương
bao gồm toàn bộ tiết diện bê tông và tiết diện các loại cốt thép. Thông thường
người ta hay quy đổi về vật liệu bê tông để tính toán, nếu sử dụng nhiều loại cốt
thép thì hệ số tính đổi ; E b : Module đàn hồi của bê tông
Độ cong của cấu kiện:
1

;

1

ρ ng ρ dh
1

ρv
1

ρ tv

1

ρ

=

1

ρ ng

+

1

ρ dh

−

1

ρv

−

1

ρ tv

(2.1.13)

: Độ cong do tác dụng của tải trọng ngăn hạn và tải trọng dài hạn..

: Độ cong do sự vồng lên của cấu kiện do ảnh hưởng của lực ứng suất trước.

: Độ cong do hiện tượng từ biến và co ngót của bê tông khi cấu kiện vồng lên

vì tác dụng của ứng lực trước.
b)Cấu kiện cho phép hình thành khe nứt:
♦
Tính toán độ võng cho cấu kiện có hình thành khe nứt thẳng góc mà dưới
tác dụng của tải trọng thì khe nứt được khép kín lại thì tính toán độ cong theo công
thức tính toán độ cong của cấu kiện không cho phép nứt. Các giá trị độ cong do tác
dụng của tải trong ngắn hạn, dài hạn và của lực ứng lực trước được tăng lên 20%
Đối với cấu kiện có những đoạn có khe nứt trong giới hạn cho phép
được tính toán các giá trị độ cứng chống uốn của cấu kiện:
B=

ψa
E a Fa

h o Z1

+

ψb
(γ + ξ )ν E a b ho
'

(Trình tự tính toán và các công thức chi tiết tính theo TCVN 5547-1991 xem trên
Flowchart ở trang dài phía sau)

G VH D : TS .N G U YE ÃN VAÊN H I E ÄP
H VTH : PH AN ĐÌN H TH U ẬN

Trang : 14


L u a än a ùn ca o h oïc : Ứn g du ïn g bê tôn g dự ứn g l ực ch o côn g trìn h da ân du ïn g th eo coân g n g h ệ
m ới

2.2:/ TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU UỐN
THEOTIÊU CHUẨN ACI-318-2000
2.2.1/ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THEO TIÊU CHUẨN ACI:
Tiêu chuẩn ACI –318-2000 nêu ra đồng thời các phương pháp thiết kế theo các
trạng thái giới hạn để tính toán kết cấu, các chủ công trình tùy theo tính chất quan
trọng của kết cấu công trình mà tự do lực chọn các phương pháp thiết kế khác
nhau.
Phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn tới hạn : Trạng thái giới hạn chủ yếu
khảo sát sự phá hoại của công trình cho từng phần bộ phận cấu kiện đến toàn bộ
kết cấu tổng thể của công trình. Người ta khảo sát khả năng chịu lực của cấu kiện
theo khả năng chịu mômen uốn, khả năng chịu cắt, khả năng chịu kéo (nén), khảo
sát sự mất ổn định từng cấu kiện, sự ảnh hưởng của mất ổn định liên quan giửa các
cấu kiện khác và mất ổn định của toàn bộ công trình, khảo sát sự hình thành khớp
dẻo trên cấu kiện. Trạng thái giới hạn này giống như trạng thái giới hạn thứ I của
TCVN.
Phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn khai thác : Trạng thái giới hạn này
nhằm khảo sát kết cấu trong tình trạng kết cấu không bị sụp đổ ngay nhưng không
thể khai thác hay sử dụng công trình đúng như mục đ1ch thiết kế, Người ta khảo
sát sự biến dạng qúa mức của kết cấu so với mức độ cho phép bình thường, sự mở
rộng khe nứt qúa mức, các dạng dao động bất lới . Trạng thái này giống như trạng
thái giứi hạn II của tiêu chuẩn TCVN.
Phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn đặc biệt: Khảo sát liên quan đến sự
sụp đổ hay không đủ khả năng chịu lực dưới các tác nhân đặc biệt như động đất
mạnh, cháy, nổ, thảm họa, va chạm của các vật thể khác, ảnh hưởng của sự ăn

mòn và tác động của môi trường.
2.2.2) CÁCH THỨC CHUNG VỀ TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU UỐN
THEO ACI CODE
Tính toán cấu kiện chịu uốn bế tông ứng suất trước là không đơn giản, nó là vấn
đề phức tạp bởi bài toán chứa đựng nhiều biến số độc lập. Việc thay đổi một biến
số sẽ ảnh hưởng đến nhiều biến số khác.
Bài toán thuận : Kích thước tiết diện, cường độ của vật liệu, cách thức bố trí thép
thường và thép ứng suất trước, các thông số gây ứng suất trước đã biết rõ. Với các
giá trị cụ thể của ngoại lực tác dụng lên cấu kiện ta xác định các giá trị ứng suất
trong bê tông và thép, so sánh các giá trị ứng suất này với các giá trị cường độ cho
phép của vật liệu để các giá trị tìm được không vït qúa giá trị cho phép. Cũng có
thể thay thế là với các giá trị ứng suất cho phép, các thông số gây ứng suất trước
được biết ta xác định khả năng chịu lực của cấu kiện

G VH D : TS .N G U YE ÃN VAÊN H I E ÄP
H VTH : PH AN ĐÌN H TH U ẬN

Trang : 15


L u a än a ùn ca o h oïc : Ứn g du ïn g bê tôn g dự ứn g l ực ch o côn g trìn h da ân du ïn g th eo coân g n g h ệ
m ới

Bài toán nghịch : là trong trường hợp ngược lại với chiều hướng thứ nhất. Ứng suất
cho phép và cường độ của vật liệu đã được biết, các tải trọng ngoài cụ thể đã được
biết trước. Từ đó ta có thể xác định được kích thước tiết diện của bê tông và kích
thước tiết diện của cốt thép cũng như cường độ và đường tác dụng của lực ứng suất
trước.
Các giai đoạn chịu tải của kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước Kết cấu việc
với nhiều giai đoạn chịu lực khác nhau nên tính toán kết cấu phải được thực hiện

theo nhiều cấp tải trọng khác nhau, đó là:
1) Ban đầu lúc tạo ứng suất trước, lực ứng suất trước truyền một mình vào cấu
kiện ngay sau khi tác dụng lực ứng suất trước lên bê tông một lực là P I
2) Lực ứng lực trước ban đầu cùng với tải trọng bản thân cấu kiện
3) Lực ứng lực trước ban đầu cùng với toàn bộ tónh tải tác dụng lên cấu kiện.
4) Lực ứng suất trước hữu hiệu P e , (sau khi đã trừ đi các mất mát ứng suất )
cùng với toàn bộ tải trọng sử dụng bình thường bao gồm hoạt tải và tónh tải.
5) Cấp tới hạn: khi tải ngoài được gia tăng cho đến lúc cấu kiện bị phá hoại.
2.2.3) CÁC ỨNG SUẤT UỐN ĐÀN HỒI CÁC DẦM KHÔNG NỨT
2.2.3.1)Ứng xử của các dầm ứng suất trước trong miền đàn hồi
Khảo sát dầm bê tông cốt thép ứng suất trước 1 nhịp có đường cong căng cáp dạng
đối xứng như hình vẽ.

Trọng tâm cáp UST

(a)
ft

N

P
(b)

(c)

P
T=(F+N)

P
fb

w

N

F

ft

P
T

Z

F

cb ct

trục trung hòa

(d)

fb

a) Đường cong căng cáp
b) Các lực từ cáp tác dụng lên bê tông
c) Khi không có tải trọng ngoài tác dụng
d) Khi có tải trọng ngoài tác dụng.
Hình 2.2.1: Tải trọng tác dụng lên dầm ứng suất trước
G VH D : TS .N G U YE ÃN VAÊN H I E ÄP

H VTH : PH AN ĐÌN H TH U ẬN

Trang : 16