Bài giảng Thiết kế bê tông cốt thép - Chương 6: Cầu dầm đơn giản bê tông cốt thép ứng suất trước

Nội dung text: Bài giảng Thiết kế bê tông cốt thép - Chương 6: Cầu dầm đơn giản bê tông cốt thép ứng suất trước

1. ChCh−−¬¬ngng 66 CCÇÇuu ddÇÇmm ®¬®¬nn gigi¶¶nn BB££ TT¤¤NGNG CCèètt ThÐpThÐp øøngng suÊtsuÊt trtr−−íícc
2. 6.1. KHÁI NiỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU BTCTƯST I. Bản chất của kết cấu BTCTƯST: -K/c BTCT thường là bị nứt khi khai thác. Theo kinh nghiệm cho thấy khi bê tông bị biến dạng tương đối ε = (0.15-0.2)mm/1m dài →Bê tông nứt. -Lúc đó ứng suất trước trong cốt thép vẫn rất nhỏ: 2 σ a = ε a .Ea = ε b.Ea = 210 ÷300(kg / cm ) -Bề rộng khe nứt được xác định theo công thức: an =ψ .σ a .ln / Ea -Khi σa↑→an↑→bề rộng khe nứt mở rộng → cốt thép bị ăn mòn → phá hoại công trình → hạn chế sử dụng vật liệu cường độ cao trong dầm BTCT thường ( để khống chế bề rộng khe nứt)
3. * Nguyên lý làm việc của BTCTƯST: NT NT M M + - T *Biểu đồ ứng suất do căng cốt thép CĐC NT MT + NT + - = - - Do tải trọng Do cốt thép CĐC Tổng cộng - + - = - +
4. II. Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng: 1. Ưu điểm: -Sử dụng vật liệu cường độ cao → giảm được kích thước và trọng lượng bả thân → vượt nhịp lớn. Lượng cốt thép giảm trung bình ≈ 30% -Khống chế được khe nứt, bảo vệ cốt thép → tăng tuổi thọ công trình -Độ cứng ↑→ độ võng ↓→ Lnhịp ↑ . -Chịu các tải trọng trùng phục, động, chịu mỏi tốt hơn so với bê tông thường. 2. Nhược điểm: -Chế tạo phức tạp do đòi hỏi phải neo,kích 3. Phạm vi áp dụng: -Sử dụng rộng rải công trình cầu và các công trình khác.
5. 6.2.CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO DẦM BTCT ƯST I. Phương pháp căng trước khi đổ bê tông: (phương pháp căng trước) Cốt thép CĐC Neo ngầm Neo tạm Bệ căng Neo vào bệ 2. Nguyên tắc chế tạo: -Luồn và mắc cốt thép ƯST vào bệ và kích neo vào bệ. - Dùng kích để căbg cốt thép đạt đến lực căng trước. -Lắp đặt các cốt thép thường. - Đổ bê tông dầm và bảo dưỡng bê tông. -Hạ kích, cắt cốt thép và lấy neo (bằng vữa bê tông )
6. 3. Nguyên lý làm việc: Sau khi đúc dầm và bê tông đã đông cứng → xã kích → lực nén truyền lên bê tông nhờ lực dính bám giữa cốt thép và bê tông và tại vị trí neo ở đầu cốt thép. 4. Các loại bệ căng cốt thép CĐC: a.Bệ cố định: Thường sử dụng trong công xưởng, nhà máy chế tạo dầm. b. Bệ di động: Được đặt trên các đường ray di chuyển đến các dây chuyền sản xuất : ván khuôn → lắp đặt cốt thép → đổ bê tông → sấy hấp Được sử dụng trong các nhà máy có năng suất cao.
7. 5. Ưu và nhược điểm: + Ưu điểm: -Lực dính bám giữa cốt thép ƯST và bê tông tốt → đảm bảo cho công trình chịu lực gần như BTCT hơn. - Căng kéo đơn giản và kéo cốt thép một lần → hạn chế tối đa sự mất mát ứng suất do nén đàn hồi. -Sản xuất hàng loạt với chất lượng được đảm bảo. + Nhược điểm: - ảnh hưởng do co ngót và từ biến lớn → giảm ứng suất căng trước trong bê tông. -Xây dựng bệ căng cốt thép rất tốn kém -Kích thước của kết cấu bị hạn chế bởi bệ căng.
8. II. Phương pháp căng sau khi đổ bê tông: (PP căng sau) 1.Sơ đồ chế tạo: Liền khối Phân khối ngang Neo ngoài Rãnh luồn cốt thép 2. Nguyên tắc chế tạo: -Lắp dựng ván khuôn, cốt thép thường. -Tạo rãnh (các ống gen) để đặt các bó cốt thép ƯST - Khi bê tông đông cứng (đủ cường độ) → luồn bó cốt thép cường độ cao → dùng kích căng cốt thép đạt lực căng trước → neo lại → xã kích → trong bê tông sẽ xuất hiện lực nén trước. -Cắt cốt thép, bơm vữa vào rãnh cốt thép để liên kết cốt thép với bê tông dầm.
9. 3. Ưu - nhược điểm: + Ưu điểm: -Không cần bệ căng đắt tiền → sử dụng hiệu quả với mọi kết cấu nhịp: lớn và nhỏ; toàn khối và lắp ghép. -Đặc biệt cho phép sử dụng những kết cấu tiến bộ như lắp hoặc đúc từng đốt gắn lại với nhau (công nghệ thi công hẫng). + Nhược điểm: - Công tác căng kéo và neo phức tạp hơn. -Lực dính bám giữa cốt thép và bê tông kém hơn so với phương pháp căng trước.
10. 6.3: CẤU TẠO NEO – KÍCH - CỐT THÉP CĐC I. Cốt thép: 1. Đối với phương pháp căng trước: -Có các hình thức như sau: +Cốt thép thanh +Cốt thép sợi dạng rời hoặc tao -Các loại này dùng cho kết cấu cầu bản, dầm đặc, bản rỗng (loại có cốt thép dây đàn); Lnhịp ≤ 20m, lực căng trước nhỏ. -khoảng cách tỉnh không lấy như sau: ≥1cm,Ø : sợi ≥3cm,1.5Ø : thanh, tao
11. 2. Đối với phương pháp căng sau: Chủ yếu thường dùng loại bó cốt thép Bó 1 lớp Bó nhiều lớp Lổ bơm vữa Dây thép buộc Lò xo Ø2-3 Ø3-5 Dây thép buộc Lò xo Ø2-3 Lổ bơm vữa Bó gồm Tao 7 nhiều tao sợi Ø5 Lổ bơm vữa
12. II. Neo, kích: 1. Loại căng trước: - Dùng các loại neo ngầm trong bê tông, có các loại hình thức sau: 2d 4d Thép CĐC Neo cái d D=2,5d Neo hình khuyên 4d 1cm Bản Thép d'>=2d Thép hình khuyên Neo chỉ dùng với Thép CĐC lực căng nhỏ→ dầm có cốt thép d dây đàn.
13. + Neo quả trám: L I II D II I I-I II-II Kích thước neo Loại bó (sợi 24 32 48 56 Φ5) D(mm) 80 100 120 160 L(mm) 200 257 300 350
14. 2. Loại căng sau: 1 Vỏ neo 73 3 1:1 0 1:15 Ø59 Ø55 Ø65 Ø59 Ø120 2 1 Bê tông Neo hình côn 60 20 30 30 2 Lỏi neo 1:1 0 1:15 12 Ø46 Ø59 Ø50 43 30 73
15. Kích Fresinet: BT lấp đầu neo 1 6 2 3 6 4 5 1 : Xi lanh di động 4 : Khe bơm dầu 2 : Xi lanh cố định 5: Neo, đệm neo hình côn 3 : Pit-tông đóng lõi neo6: Cốt thép cường độ cao
16. Khi lực căng của bó tăng đến 100 tấn → Neo cốc Cốt thép CĐC Có đầu uốn 8 cong ngàm vào bê tông 2 9 1 BÊ TÔNG 5 DẦM 4 6 7 1: Bê tông Mac 500-700 5: Vỏ neo 8: Thân kích 2: Đai thép tròn 6: Khung kéo 9: Pit-tông kéo 4: Vòng thép đệm 7: Chân chống
17. 6.4: CẤU TẠO DẦM BTCT ƯST TRÊN ĐƯỜNG ÔTÔ I.Phân loại: Chủ yếu là kết cấu lắp ghép và bán lắp ghép. II. Nguyên lý cấu tạo: 1.Mặt cắt ngang: Dầm T lắp ghép Dầm I bán lắp ghép d d/2 d d/2
18. Tiết diện giữa nhịp Tiết diện đầu dầm bb bb b h b1=b+2(8÷10)cm h b =36÷40cm b =(60-62)cm 1 b1 (1÷1,5)h 1 b b +Tiết diện dầm có nhiều loại: chữ nhật, chữ I, chữ T yêu cầu chung sao cho tiết kiệm vật liệu (kinh tế ). +Thông thường ta chọn các kích thước tối thiểu nhưng phải đủ để bố trí cốt thép và các yêu cầu cấu tạo.
19. 2. Các kích thước cơ bản: a. Bản mặt cầu: giống như bê tông thường b. Dầm chủ: + Sườn dầm: b ≥ 12cm: đối với kết cấu đổ tại chỗ. b ≥ 8cm: đối với kết cấu lắp ghép. Đối với dầm T thường lấy b = 14 ÷ 16cm (20cm) + Chiều cao dầm chủ: h = (1/15 ÷ 1/20)L + K/cách giữa các dầm chủ d phụ thuộc vào khổ cầu, loại dầm. Chọn trên cơ sở so sánh tính tóan điều kiện kinh tế giữa dầm và bản +Theo kinh nghiệm với loại dầm chữ T lắp ghép d= 1.6 đến 2.5m
20. *Một số kích thước định hình cầu dầm ChiÒu dμi k/c tim h h(cm b(cm b P/1dÇ toμn bé l (m) trô h/l (c tt ) ) m (m) (m) m) 12 11.4 12.05 90 1/12.7 16 15 16.8 15 14.4 15.05 90 1/16 16 15 20.9 18 17.4 18.05 120 1/14.5 16 15 28.4 24 23.4 24.05 120 1/19.5 16 15 37.6 33 32.2 33.05 150 1/21.4 16 15 57.5
21. 3. Bố trí cốt thép ứng suất trước: a. Đối với dầm căng trước: 15÷20cm 20÷25 20÷25 0,3l 0,4l + Đối với loại nhịp nhỏ: L ≤ 20m . Số bó uốn xiên chiếm (1/4÷1/5) tổng số bó. . Uốn tại vị trí cách đầu dầm (0.3 ÷ 0.4)L + Nhịp lớn hơn: . Số bó uốn xiên chiếm 1/3 tổng số bó. . Uốn tại 2 ví trí cách đầu dầm 0.3l hoặc 0,4l Nên bố trí các bó đối xứng qua mặt phẳng dầm.
22. b. Đối với dầm căng sau: 15÷20cm 30÷40 R1=4 30÷40 R2=4+(1÷2)m R3=4+(2÷4)m (0,15÷0,4)l - Các bó cốt thép được uốn cong và chiếm 30÷40 % tổng số bó. Các điểm uốn nên bố trí so le từ (0.3÷0.4)L - Các bó được uốn lên trên nên có cùng mặt phẳng đối xứng với trục của tiết diện dầm. - Vị trí neo phải tạo mặt vuông góc với bó cốt thép . - Bán kính uốn cong ≥ 4m; các bó kề hau lấy sai khác nhau từ 1 đến 2m và lấy tăng dần từ dưới lên.
23. c. Các quy định về cách bố trí cốt thép ứng suất trước: Cốt thép bố trí dạng Cốt thép bố trí dạng sợi rời (dây đàn) tao, cụm m c 4 ÷ 5 , 3 =1,5cm > 3cm 5cm >=1cm và Ø 2cm >=5cm và Ø =5cm 4÷5cm >
24. d.Cốt thép thường trong dầm BTCT ƯST -Dầm BTCT dây đàn: Øđai= 6÷10 ađai≤0.75h,đoạn đầu dầm ađai ≤ 20÷ 30cm. -Dầm dùng bó, tao cốt thép: Ø≥8; ađai≤20cm: khi b≤20cm, ađai≤1.5b: khi b>20cm -Trong đọan đầu dầm (<1/2h): ađai≤10cm và Ø≥10. -Cốt dọc ở sườn dầm là cốt gờ Ø8÷10, a=15 ÷ 20cm -Cốt đai và cốt dọc ở sườn dầm liên kết → lưới. -Cốt thép ở bầu dầm liên kết thành khung. Ngoài ra còn phải bố trí các lưới thép chịu ứng suất cục bộởvị trí neo cốt thép cường độ cao và vị trí kê gối cầu.
25. Cốt thép chịu lực của BMC Cốt thép cấu tạo của BMC Cốt đai Cốt dọc sườn dầm
26. III. Các hệ thống bốt trí ƯST trong dầm đơn giản: 1.Bố trí cốt thép thẳng: M T MT NT N e T NT NT Căng cốt thép → lực nén NT và MT = NT*e Tại thớ dưới và trên xuất hiện các ứng suất: N M * y σ d = T + T d T F I N M * y σ t = T − T t T F I
27. ứng suất tại thớ trên & dưới do tải trọng và căng kéo cốt thép cường độ cao: M N M σ d = − max y + ( T + T y ) I d F I d M N M σ t = min y + ( T − T y ) I t F I t * Nhận xét: -Cốt thép CĐC bố trí thẳng → tại gối sẽ không tránh khỏi việc xuất hiện các ứng suất kéo → bố trí cốt thép căng trước ở bên trên từ 15÷20 % cốt thép ở biên dưới. →Phương pháp này không có lợi: tốn vật liệu, không tăng được khả năng chịu cắt của tiết diện. Nhưng căng kéo cốt thép đơn giản→áp dụng cho nhịp nhỏ, cầu bản (cốt thép dây đàn)
28. 2. Bố trí cốt thép uốn cong N T NT ax ex x - Khi kéo cong cốt thép CĐC→ nội lực trong dầm: . Lực dọc: N = NT. cosαx . Lực cắt : Q = NT. sinαx . Momen : M = NT.ex Tạo ex và αx hợp lý → MT có thể triệt tiêu Mtải trọng gây ra - Trị số của lực cắt truyền lên bê tông: Q = Qtải trọng -NT* Sinαx → Q giảm Phương pháp này hợp lý hơn phương pháp bố trí cốt thép thẳng. Nhưng công tác căng kéo cốt thép và bố trí neo, kích phức tạp hơn.
29. Kết hợp cả hai phương pháp trên → bố trí cốt thép dạng gãy khúc (áp dụng cho kết cấu căng trước) Neo chuyển hướng cốt thép