Giáo trình Kỹ thuật công trình

Nội dung text: Giáo trình Kỹ thuật công trình

1.  Giỏo trỡnh Kỹ thuật cụng trỡnh Bờ tụng cốt thộp dự ứng lực
2. Btct dự ứng lực trong kt-ct 1 Đại cương về BTCT ứng lực trước. 1 Khái niệm. Trên dầm một nhịp, ta đặt vào một lực nén trước N (Hình 1a) và tải trọng sử dụng P (Hình 1b). Dưới tác dụng cuả tải trọng P, ở vùng dưới của dầm xuất hiện ứng suất kéo. Nhưng do ảnh hưởng của lực nén N, trong vùng dưới đó lại suất hiện ứng suất nén. ứng suất nén trước này sẽ triệt tiêu hoặc làm giảm ứng xuất kéo do tải trọng sử dụng P gây ra. Để cho dầm không bị nứt, ứng xuất tổng cộng trong vùng dưới không được vượt quá cường độ bị kéo Rk của bêtông. Để tạo ra lực nén trước người ta căng cốt thép rồi gắn chặt nó vào bê tông thông qua lực dính hoặc neo. Nhờ tính chất đàn hồi, cốt thép có xu hướng co lại và sẽ tạo nên lực nén trước N. Như trước khi tải trọng sử dụng P, Cốt thép đã bị căng trước còn bêtông thì đã bị nén trước. 2 Ưu – khuyết điểm của BTCT ứng lực tr•ớc. a/. Ưu điểm: 1. Cần thiết và có thể dùng đ•ợc thép c•ờng độ cao. Trong bêtông cốt thép thường, Không dùng được thép cường độ cao, vì những khe nứt đầu tiên ở bêtông sẽ xuất hiện khi ứng xuất trong cốt thép chịu kéo σa mới chỉ đạt giá trị từ 200 đến 300 KG/cm2. Khi dùng thép cường độ cao ứng xuất trong cốt thép chịu kéo có thể đạt tới trị số 10000 đến 12000 KG/cm2 hoặc lớn hơn. Điều đó làm xuất hiện các khe nứt rất lớn, vượt quá giá trị giới hạn cho phép.
3. Btct dự ứng lực trong kt-ct a) NN l p Rn p b) RHFH l Hình 1. Sự làm việc của dầm bêtông cốt thép a) Khi chịu lực nén N đặt ở đầu dầm - b)khi chịu tải trọng sử dụng P Trong bêtông cốt thép ứng lực trước, do có thể khống chế sự xuất hiện khe nứt bằng lực căng trước của cốt thép nên cần thiết và có thể dùng được thép cường độ cao. Kết quả là dùng ít thép hơn vào khoảng 10 đến 80%. Hiệu quả tiết kiệm thép thể hiện rõ nhất trong các cấu kiện có nhịp lớn, phải dụng nhiều cốt chịu kéo như dầm, giàn, thanh kéo của vòm, cột điện, tường bể chứa, Xilo v.v (tiết kiệm 50 - 80% thép). Trong các cấu kiện nhịp nhỏ, do cốt cấu tạo chiếm tỉ lệ khá lớn nên tổng số thép tiết kiệm sẽ ít hơn (khoảng 15%). Đồng thời cũng cần lưu ý rằng giá thành của thép tăng chậm hơn cường độ của nó. Do vậy dùng thép cường độ cao sẽ góp phần làm giảm giá thành công trình. 2. Có khả năng chống nứt cao hơn. (Do đó khả năng chống thấm tốt hơn).
4. Btct dự ứng lực trong kt-ct Dùng bêtông cốt thép ƯLT, người ta có thể tạo ra các cấu kiện không xuất hiện các khe nứt trong vùng bêtông chịu kéo, hoặc hạn chế sự phát triển bề rộng của khe nứt, khi chịu tải trọng sử dụng. Do đó bêtông cốt thép ƯLT tỏ ra có nhiều ưu thế trong các kết cấu đòi hỏi phải có khả năng chống thấm cao như ống dẫn có áp, bể chứa chất lỏng và chất khí v.v 3. Có độ cứng lớn hơn. (Do đó có độ võng và biến dạng bé hơn). Nhờ có độ cứng lớn, nên cấu kiện bêtông cốt thép ƯLT có kích thước tiết diện ngang thanh mảnh hơn so với cấu kiện bêtông cốt thép thường khi có cùng điều kiện chịu lực như nhau, vì vậy có thể dùng trong kết cấu nhịp lớn. Ngoài các ưu điểm cơ bản trên, kết cấu bêtông cốt thép ƯLT còn có một số ưu điểm khác như: - Nhờ có tính chống nứt và độ cứng tốt nên tính chống mỏi của kết cấu được nâng cao khi chịu tải trọng lặp đi lặp lại nhiều lần. - Nhờ có ƯLT nên phạm vi sử dụng kết cấu bêtông cốt thép lắp ghép và nửa lắp ghép được mở rộng ra rất nhiều. Người ta có thể sử dụng biện pháp ƯLT để nối các mảnh rời của một kết cấu lại với nhau. b/. Nhược điểm: ƯLT không những gây ra ứng suất nén mà còn có thể gây ra ứng suất kéo ở phía đối diện làm cho bêtông có thể bị nứt. Việc chế tạo bêtông cốt thép ƯLT cần phải có thiết bị đặc biệt, có công nhân lành nghề và có sự kiểm soát chặt chẽ về kỹ thuật, nếu không sẽ có thể làm mất ƯLT do tuột neo, do mất lực dính. Việc bảo đảm an toàn lao động cũng phải đặc biệt lưu ý.
5. Btct dự ứng lực trong kt-ct 2. Các phương pháp gây ứng lực trước. 2.1 Ph•ơng pháp căng tr•ớc (căng trên bệ). Cốt thép ƯLT được neo một đầu cố định vào bệ còn đầu kia được kéo ra với lực kéo N (Hình 2a). Dưới tác dụng của lực N, Cốt thép được kéo trong giới hạn đàn hồi và sẽ giãn dài ra một đoạn D 1 , tương ứng với các ứng suất xuất hiện trong cốt thép, điểm B của thanh được dịch chuyển sang điểm B1, khi đó, đầu còn lại của cốt thép được cố định nốt vào bệ. Tiếp đó, đặt các cốt thép thông thường khác rồi đổ bêtông. Đợi cho bêtông đông cứng và đạt được cần thiết Ro thì thả các cốt thép ƯLT rời khỏi bệ (gọi là buông cốt thép). Như một lò so bị kéo căng, các cốt thép này có su hướng co ngắn lại à thông qua lực đính giữa nó với bêtông trên suốt chiều dài của cấu kiện, cấu kiện sẽ bị nén với giá trị bằng lực N đã dùng khi kéo cốt thép (Hình 2b). a) 6 1 3 5 o 2 4 e bb1 l ?l 6 +sb o e b) N N -sb Hình 2. Sơ đồ ph•ơng pháp căng tr•ớc
6. Btct dự ứng lực trong kt-ct a) Tr•ớc khi buông cốt thép ƯLT - b) Sau khi buông cốt thép ƯLT 1- Cốt thép ứng lực tr•ớc; 2- Bệ căng; 3- Ván khuôn; 4- Thiết bị kéo thép; 5- Thiết bị cố định cốt thép ứng lực tr•ớc; 6- Trục trung tâm. Để tăng thêm lực dính giữa bêtông và cốt thép, người ta thường dùng cốt thép ƯLT là cốt thép có có gờ hoặc là cốt thép trơn được xoắn lại, hoặc là ở hai đầu có cấu tạo những mấu neo đặc biệt (Hình 3). d2 >= 5mm 2d 4d 1 >= 2d a) c) d d d Đoạn thép 4d 10mm d 2,5d 1,5d+2d1+3mm 2d - 20d Vòng đệm b) ống 6d d) 5mm 5mm d d = 35-50mm d = 3-4mm Hình 3. Neo cốt thép trong ph•ơng pháp căng tr•ớc a) Hàn đoạn thép ngắn hay vòng đệm - b) Ren các gờ xoắn ốc c) Neo loại vòng - c) Neo loại ống. Phương pháp căng trước tỏ ra ưu việt đối với những cấu kiện sản xuất hàng loạt trong nhà máy. ở đó có thể xây dựng những bệ căng cố định có chiều dài từ 75 đến 150 m để một lần căng cốt thép có thể đúc được nhiều cấu kiện (ví dụ dầm, Panen). Cũng có thể sử dụng ván khuôn thép làm bệ căng. 2.2 Ph•ơng pháp căng sau (căng trên bê tông).
7. Btct dự ứng lực trong kt-ct Trước hết đặt các cốt thép thông thường vào các ống rãnh bằng tôn, kẽm hoặc bằng vật liệu khác để tạo các rãnh dọc, rồi đổ bêtông. Khi bêtông đạt đến cường độ nhất định Ro thì tiến thành luồn và căng cốt thép ƯLT tới ứng suất qui định. Sau khi căng xong, cốt ƯLT được neo chặt vào đầu cấu kiện (Hình 4). Thông qua các neo đó cấu kiện sẽ bị nén bằng lực đã dùng khi kéo căng cốt thép. Tiếp đó, người ta bơm vữa vào trong ống rãnh để bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn và tạo ra lực dính giữa bêtông với cốt thép. Để bảo đảm tốt sự tryuền lực nén lên cấu kiện, người ta chế tạo các loại neo đặc biệt như neo Freyssinet (Neo bó sợi thép khi dùng kích hai chiều - Hình 5). Neo kiểu cốc (Hình 6). a) 1 2 o 4 e n n 3 6 +sb 5 o e b) N N h -sb Hình 4. Sơ đồ ph•ơng pháp căng sau a- Trong quá trình căng ; b- Sau khi căng. 1- Cốt thép ƯLT; 2- Cấu kiện BTCT; 3- ống rãnh; 4- Thiết bị kích; 5- Neo; 6- Trục trung tâm
8. Btct dự ứng lực trong kt-ct 56 4 3 2 1 Hình 5. Neo bó sợi thép khi dùng kích hai chiều. 1- Bó sợi thép, 2- Chêm hình côn, 3- Khối neo bằng thép 4- Bản thép truyền lực, 5- Đoạn ống neo, 6- ống tạo rãnh Phương pháp căng sau được sử dùng thích hợp để chế tạo các cấu kiện mà yêu cầu phải có lực nén bêtông tương đối hoặc các cấu kiện phải đổ bêtông tại chỗ. Nó còn được dùng để ghép các mảng của kết cấu có nhịp lớn (khoảng trên 30m) như nhịp cầu, các dầm, dàn v.v
9. Btct dự ứng lực trong kt-ct 23 8 0 20 1 4 7 65 4 Hình 6. Neo kiểu cốc. 1- Bê tông, 2- Cốc bằng thép, 3- Chốt thép, 4- Vòng đệm bằng thép 5- Vòng kẹp, 6- Bó sợi thép, 7- ống tạo rãnh, 8- Cấu kiện. 3 Các chỉ dẫn cơ bản về cấu tạo. 3.1 Vật liệu. a. Bê tông và vữa. Bêtông dùng trong cấu kiện bêtông cốt thép ƯLT là bêtông nặng có mác lớn hơn hoặc bằng 200. Việc lựa chọn mác bêtông phụ thuộc vào dạng, loại và đường kính của cốt thép căng, cũng như phụ thuộc vào việc có dùng neo hay không dùng neo. Ví dụ nếu dùng sợi thép có đường kính không lớn hơn F5 thì các thiết kế của bêtông lấy không nhỏ hơn 250, còn nếu sợi thép có đường kính không nhỏ hơn F6 thì mác thiết kế của bêtông lấy không nhỏ hơn 400. Ngoài ra việc lựa chọn mác bêtông còn phụ thuộc vào cường độ mà nó cần phải có khi bắt đầu gây ƯLT, cũng như vào loại tải trọng tác dụng lên cấu kiện. Thông thường, với kết cấu nhịp lớn dầm, dàn v.v nên dùng bêtông
10. Btct dự ứng lực trong kt-ct mác 400 hoặc 500, còn đối với kết cấu có nhịp thông thường như panen, xà gỗ v.v nên dùng bêtông mác 300 hoặc 350. Vữa dùng để lấp các khe thi công, các mối nối của cấu kiện ghép, để làm lớp bảo vệ cốt thép và bảo vệ các neo, phải có mác từ 150 trở lên. Vữa dùng để bơm vào các ống rãnh phải có mác không nhỏ hơn 300 và phải dễ chảy, ít co ngót. b. Thép. Trong cấu kiện bêtông cốt thép ƯLT cần dùng thép cường độ cao, bởi vì trong quá trình chế tạo và sử dụng một phần ứng suất căng ban đầu bị mất đi. Tốt nhất là dùng sợi thép cường độ cao. Nhưng vì đường kính sợi thép quá bé(3 - 8 mm) nên số lượng thép trong cấu kiện khá nhiều, do đó gây khó khăn cho việc boó trí chúng. Để khắc phục nhược điểm này, người ta thường dùng bó bện dây thừng hoặc các bó sợi không bện (Hình 7). Loại bó bện dây thừng, thường được chế tạo từ các sợi có đường kính từ 1,5 đến 5 mm. Loại các bó sợi thép không bện, thường gồm nhiều sợi thép đặt song song với nhau theo chu vi vòng tròn và tựa các đoạn lò so đặt cách nhau khoảng một mét. Số sợi trong một bó phụ thuộc vào số chêm trên kích (mỗi chêm giữ được hai sợi). Người ta thường dùng bó có 12, 18 và 24 sợi.
11. Btct dự ứng lực trong kt-ct a) c) 1 b) 2 2 1 3 3 4 4 Hình 7. Các chế phẩm sợi thép a)Thép bện, b)Bó sợi không bện, c)Bó sợi gồm sáu dây thép bện, mỗi dây bảy sợi 1- Sợi thép φ5, 2- sợi thép φ1quấn ngoài bó sợi, 3- Thành ống rãnh, 4- cấu kiện. Ngoài ra, có thể dùng cốt thép thanh có gờ từ nhóm thép cán nóng loại A - IV và loại gia công nhiệt AT - IV trở lên. Thông thường, khi chiều dài dưới 12m, nên dùng các loại thép thanh còn khi chiều dài cấu kiện lớn hơn 12 m thì nên dùng các sợi thép cường độ cao và dây cáp. Khi cấu kiện làm việc trong các điều kiện đặc biệt như dưới áp lực của hơi, các chất lỏng, của vật liệu hạt thì nên dùng các sợi thép cường độ cao và cốt thép thanh thuộc nhóm A-V và AT-V trở lên. 3.2. Bố trí và cấu tạo cốt thép.
12. Btct dự ứng lực trong kt-ct 2 1 3 Hình 8. Gia cố khu vực neo. 1- Bó sợi thép, 2- L•ới thép gia cố, 3- Phần tăng thêm KTTD ở miền gần neo. Trong cấu kiện bêtông cốt thép ƯLT, việc bố trí cốt thép hợp lý để bảo đảm sự làm việc bình thường của cấu kiện trong quá trình chế tạo cũng như khi sử dụng là rất quan trọng. a) Neo l I Cốt thép neo b) I I - I Hình 9. Sơ đồ đặt cốt thép ƯLT.
13. Btct dự ứng lực trong kt-ct a) Đặt cốt cong, b) Đặt cốt thép phụ để gia c•ờng bêtông. Trong phương pháp căng trước, không được phép dùng sợi thép tròn không có gờ hoặc không gia công mặt ngoài để làm cốt thép ứng lực trước, vì trong nhiều trường hợp, lực dính với bêtông của sợi tròn trơn tỏ ra không đủ. Để đảm bảo sự tập trung ứng suất, người ta còn cấu tạo các tấm thép dưới các neo, hoặc là uốn cong cốt thép để có thể đưa cốt thép lên phía trên của cấu kiện (Hình 9a). Tại các chỗ uốn cong của cốt thép, cần đặt thêm các cốt thép phụ để gia cường (Hình 9b). Trong cấu kiện bêtông cốt thép ƯLT, ngoài các quy định trên người ta còn phải lưu ý đến việc bố trí khoảng cách giữa các cốt thép và lớp bêtông bảo vệ chúng. Trong phương pháp căng trước, việc cấu tạo tương tự như đối với bêtông cốt thép thường (Hình 10a). Trong phương pháp căng sau, nếu cốt thép ƯLT được đặt trong các rãnh thì chiều dài của lớp bêtông bảo vệ kể từ mặt ngoài của cấu kiện đến mặt trong rãnh lấy không nhỏ hơn 20 mm và không nhỏ hơn nửa đường kính rãnh, còn khi đường kính rãnh lớn hơn 32 mm thì lấy ít nhất bằng đường kính rãnh. Khi trong rãnh đặt một số bó, hoặc thanh cốt thép (Hình 10b) thì lớp bảo vệ lấy không nhỏ hơn 80 mm đối với các thành bên, không nhỏ hơn 60 mm và nhỏ hơn một nửa chiều rộng rãnh đối với các mặt đáy.
14. Btct dự ứng lực trong kt-ct a) b) 3 >=8cm 3 b 1 3 1 m 1 2 c 1 / 6 b = = > 2 > 2 3 2 2 Hình 10. Bố trí cốt thép trong tiết diện ngang. a- Trong ph•ơng pháp căng tr•ớc; b- Trong ph•ơng pháp căng sau; 1- cốt thép ứng lực tr•ớc; 2- cốt thép dọc th•ờng; 3- cốt đai th•ờng. Khoảng cách giữa các rãnh không được bé hơn đường kính rãnh và không nhỏ hơn 50 mm, đồng thời phải chọn sao cho việc căng cốt thép được dễ dàng và không bị phá hoại cục bộ khi buông cốt thép. 4 Các chỉ dẫn cơ bản về tính toán cấu kiện BTCT ƯLT. Giống như cấu kiện bêtông cốt thép thường, cấu kiện BTCT ƯLT cần phải được tính toán theo hai nhóm trạng thái giới hạn. Khi tính cấu kiện bêtông cốt thép ƯLT theo nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất ngoài việc tính theo cường độ, theo ổn định (nếu có khả năng mất ổn định), theo độ mỏi (nếu chịu tải trọng động), còn cần phải tính toán kiểm tra khi buông cốt thép trong giai đoạn chế tạo và cường độ chịu nén cục bộ của bêtông dưới các thiết bị neo. Tính toán theo nhóm trạng thái giới hạn thứ hai bao gồm tính toán kiểm tra khả năng chống nứt và biến dạng của cấu kiện. Việc tính toán theo hai nhóm trạng thái giới hạn để có liên quan mật thiết đến trị số ứng suất trong cốt thép và trong bêtông, cũng như các hao tổn ứng suất trong quá trình chế tạo và sử dụng cấu kiện.
15. Btct dự ứng lực trong kt-ct 4.1 Trị số ứng suất trong cốt thép và trong BT. Trị số ứng suất trước cơ bản của cốt thép ƯLT là trị số giới hạn σo và σ’o trong cốt thép căng trước FH và F’H (FH và F’H tương ứng được đặt trong miền kéo và nén của cấu kiện). Trị số này được chọn theo qui định của qui phạm. Khi căng cốt thép bằng phương pháp cơ học: Đối với thép thanh: 0,35RHC Ê σo < 0,95RHC’ (1) Đối với sợi thép cường độ cao: 0,25RHC Ê σo < 0,75RHC (2) Ngoài ra, để đo kiểm tra ứng suất trong cốt thép ƯLT thời điểm kết thúc việc căng trên bệ, hoặc tại vị trí đặt lực căng khi căng cốt thép trên bêtông, người ta đưa vào khái niệm ứng suất khống chế. Khi căng cốt thép trên bệ: Trị số ứng suất khống chế lấy bằng trị số σo và σ’o sau khi đã kể đến các hao tổn ứng suất do biến dạng của neo (σneo) và của ma sát (σms). σHK = σo - σneo - σms; σ’o = σ’o - σ’neo - σ’ms’ (3) Khi căng trên bêtông: σBK = σo - nHσbH; σ’HK = σ’o - nHσ’bH (4) Trong đó σbH và σ’bH - ƯST trong bêtông ở ngang mức trọng tâm cốt thép FH và F’H (có kể đến các hao tổn ứng suất trước khi ép
16. Btct dự ứng lực trong kt-ct bêtông); nH - tỉ số giữa môđun đàn hồi của cốt thép căng EH và môđun đàn hồi của bêtông Eb . nH = EH/EB. Trong thực tế, do sai số của các dụng cụ đo, do nhiều nguyên nhân chưa được xét đến một cách chính xác trong lúc tính toán v.v Để xét đến điều đó, người ta đưa vào hệ số độ chính xác khi căng cốt thép mt. Lấy mt bằng 0,9 hoặc bằng 1,1 nếu việc giảm hoặc tăng ứng suất trong cốt thép là bất lợi đối với kết cấu. Lấy mt bằng 1 khi tính toán các hao tổn ƯST trong cốt thép và khi tính toán theo sự mở rộng khe nứt, cũng như khi tính theo biến dạng. Đối với bêtông để biến dạng từ biến và hao tổn ứng suất trong cốt thép không quá lớn, qui phạm qui định tỉ số giữa ứng suất nén trước σbH trong bêtông và cường độ khối vuông Ro của bêtông lúc buông cốt thép không được lớn hơn trị số giới hạn cho trong bảng 9.1. Cường độ khối vuông Ro của bêtông lúc buông cốt thép nên lấy không nhỏ hơn 0,8 lần cường độ khối vuông thiết kế, và không nhỏ 2 hơn 140 kG/cm , còn khi dùng cốt thép thanh loại AT - VI và dây cáp thì không được lấy nhỏ hơn 200 kG/cm2. Bảng .1. Trị số giới hạn của tỉ số σbH/Ro Tỉ số σbH/Ro khi nén Trạng thái ứng Phương pháp suất của tiết diện căng Đúng Lệch tâm tâm ứng suất nén tăng Căng trước 0,50 0,55 khi ngoại lực tác Căng sau 0,45 0,50
17. Btct dự ứng lực trong kt-ct dụng Căng trước 0,65 0,75 Căng sau ứng suất nén giảm 0,55 0,65 khi ngoại lực tác dụng 4.2 Sự hao ứng suất trong cốt thép ứng lực tr•ớc. Sau một thời gian, do rất nhiều nguyên nhân ƯST trong cốt thép bị giảm đi (thậm chí bị triệt tiêu và hiệu quả của ƯLT hoàn toàn biến mất). Do đó việc đánh giá đầy đủ chính xác các nguyên nhân gây hao tổn ứng suất trong cốt thép ƯLT là vấn đề hết sức quan trọng đối với việc thiết kế kết cấu bêtông cốt thép ƯLT. Căn cứ vào nguyên nhân gây hao tổn ứng suất, người ta chia ứng suất hao trong cốt thép ƯLT ra làm tám loại cơ bản dưới đây. 1) Do tính chùng ứng suất của cốt thép Hiện tượng chùng ứng suất là hiện tượng ứng suất ban đầu trong cốt thép ƯLT giảm bớt theo thời gian trong khi chiều dài của cốt thép vẫn giữ nguyên không đổi. Khi căng bằng phương pháp cơ học, ứng suất hao (kG/cm2) được tính theo công thức sau: σ o σ ch = (0,22 - 0,1)σ o Đối với sợi thép cường độ cao: RHC (5) Đối với cốt thép thanh: σ ch = 0,1σ o - 200 (6) 2 Trị số σo tính bằng kG/cm và không kể đến các hao tổn ứng suất. Khi tính σch’ nếu ra kết quả âm, thì xem như σch = 0.
18. Btct dự ứng lực trong kt-ct 2) Do sự chênh lệch nhiệt độ giữa cốt thép và thiết bị căng (σnh) ứng suất hao σnh xảy ra khi bêtông đông cứng trong điều kiện được dưỡng hộ nhiệt, va được tính theo (7) σnh = 12,5Dt , (7) trong đó Dt - sự chênh lệch nhiệt độ giữa cốt thép và bệ căng tính bằng độ bách phân. Khi không đủ số liệu chính xác có thể lấy Dt bằng 65oC. 3) Do sự biến dạng của neo và sự ép sát các tấm đệm (σneo) λ σ = E nao L H (8) Trong đó L - chiều dài của cốt thép căng, tính bằng mm (trong phương pháp căng trước là khoảng cách giữa hai bệ căng, trong phương pháp căng sau là chiều dài của cốt thép nằm trong cấu kiện); λ - tổng số biến dạng của bản thân neo, của khe hở tại neo, của sự ép sát các tấm đệm v.v ; lấy λ theo số liệu thực nghiệm. Khi không có số liệu thực nghiệm có thể lấy λ = 2mm cho mỗi đầu neo. 4) Do sự ma sát của cốt thép với thành ống (σms) Trong phương pháp căng sau, σms được tính theo công thức ổ1 ử σ ms =σ 0 ỗ1- ữ ốekx+àθ ứ (9) Trong đó e - cơ số lôgarit tự nhiên; k - hệ số xét đến sự chênh lệch vị trí đặt ống so với vị trí thiết kế (bảng 2); x - chiều dài đoạn ống
19. Btct dự ứng lực trong kt-ct (tính bằng m) kể từ thiết bị căng đầy gần nhất tới tiết diện tính toán; à - hệ số ma sát giữa cốt thép và thành ống (bảng 2); θ - tổng góc quay của trục cốt thép, tính bằng radian. Trong phương pháp căng trước, nếu có thiết bị gá lắp đặc biệt để tạo độ cong, thì σms tính theo công thức trên với x = 0 và à = 0,25. Bảng .2. Hệ số k và à để xác định sự hao ứng suất ma sát Trị số à khi cốt thép là Loại ống rãnh Trị số k bó sợi thép thanh có gờ ống có bề mặt kim 0,003 0,35 0,40 loại ống với bề mặt 0 0,55 0,65 bêtông 0,0015 0,55 0,65 - Tạo nên bằng lõi cứng - Tạo nên bằng lõi mềm 5) Do từ biến nhanh ban đầu của bêtông (σtbn) Trong phương pháp căng trước, ứng suất hao này xảy ra ngay sau khi buông cốt thép để ép bêtông. Đối với bêtông khô cứng tự nhiên: σ II σ BH σ tbn = 500 khi Ê a Ro Ro (10) ộσ bH ự σ bH σ tbn = 500ã1000bờ - aỳ khi >a ở R0 ỷ R0 (11)
20. Btct dự ứng lực trong kt-ct Trong đó a, b - hệ số phụ thuộc vào mác bêtông, với bêtông mác không nhỏ hơn 300 thì a = 0,6 và b = 1,5; σbH có kể đến các ứng suất hao: σch’, σneo và σms. 6) Do co ngót của bêtông (σco) Đối với bêtông nặng, đông cứng tự nhiên, trị sốσco lấy theo bảng 3. Bảng .3. Sự hao ứng suất trong cốt thép do co ngót của bêtông, kG/cm2 Phương pháp căng Mác bêtông Căng trước Căng sau ≤ M400 400 300 M500 500 350 ³ M600 600 500 Trong phương pháp căng sau, σco có trị số bé hơn là vì trước khi buông cốt thép, bêtông đã co ngót được một phần. Biến dạng co ngót này không ảnh hưởng đến sự hao ứng suất trong cốt thép. 7) Do từ biến của bêtông (σbt) Hao tổn do từ biến của bêtông xảy ra sau một qúa trình chịu nén lâu dài. Đối với bêtông nặng σ bH σ bH σ tbn = 2000k Ê 0,6; Ro khi R0 (12) ộσ bH ự σ bH σ tb = 400kờ - 0,3ỳ khi >0,6 ở R0 ỷ R0
21. Btct dự ứng lực trong kt-ct trong đó k = 1 đối với bêtông đông cứng tự nhiên, k = 0,85 đối với bêtông dưỡng hộ nhiệt; trị số σbH được lấy bằng σbH khi tính ứng suất hao do từ biến nhanh. 8) Bêtông bị cốt thép vòng, hoặc cốt thép xoắn ốc ép lõm xuống (σel) Các cốt thép ƯLT ép lõm mặt bêtông xuống, do đó đường kính vòng thép giảm đi, gây ra sự hao ứng suất. Nếu đường kính của cấu kiện 3m, ứng suất này không đáng kể, có thể bỏ qua. Ngoài các ứng suất hao cơ bản trên đây, trong một số trường hợp còn cần phải kể đến các ứng suất hao do biến dạng của khuôn thép, do độ ép sát các khối lắp ghép, do kết cấu chịu tải trọng rung động v.v Các ứng suất hao được chia thành hai nhóm: ứng suất hao xảy ra trong quá trình chế tạo cấu kiện cũng như khi ép bêtông σh1 và ứng suất hao xảy ra sau khi kết thúc ép bêtông σh2. Trong phương pháp căng trước: sh1 = sch + snh + sneo + sms+ stbn; sh2 = sco + stb Trong phương pháp căng sau: sh1 = sneo + sms; sh2 = sch + sco + stb + sel Trong tính toán, tổng các ứng suất hao σh = σh1 + σh2 phải lấy ít nhất bằng 1000 kG/cm2. 5 Cấu kiện chịu kéo trung tâm.
22. Btct dự ứng lực trong kt-ct Các cấu kiện thường gặp là thanh cánh hạ chịu kéo của dàn, thanh kéo của vòm, ống dẫn có áp và bể chứa tròn v.v 5.1 Các giai đoạn của trạng thái ứng suất. a. Cấu kiện căng tr•ớc. Đặc điểm cần chú ý của trạng thái ƯS - BD trong cấu kiện ƯLT chịu kéo trung tâm là giai đoạn I. Giai đoạn II và III như cấu kiện chịu kéo trung tâm thông thường (Hình 11a). - Giai đoạn I1: Cốt thép đặt vào khuôn nhưng chưa căng, ứng suất trong cốt thép bằng không. - Giai đoạn I2: Cốt thép được căng tới ứng suất khống chế rồi cố định vào bệ, đổ bêtông. sHK = s0 - sneo - sms - Giai đoạn I3: Trước khi bêtông đạt tới cường độ Ro, do hiện tượng chùng ứng suất trong cốt thép, do chênh lệch nhiệt độ giữa cốt thép và thiết bị căng, sẽ xảy ra các ứng suất hao làm giảm ứng suất khống chế σHK trong cốt thép ƯLT. σH = σHK - σch - σnh - Giai đoạn I4: Khi bêtông đạt cường độ RO thì buông cốt thép để ép bêtông. Lúc này phát sinh biến dạng từ biến nhanh ban đầu và xảy ra ứng xuất hao σtbn. Do đó ứng suất hao σh1 đạt giá trị lớn nhất: σh1 = σneo + σms + σch + σnh + σtbn. ở giai đoạn này, ứng suất trong cốt thép ƯLT bằng: σH = σo - σh1 - nHσb
23. Btct dự ứng lực trong kt-ct a) i1 b) i1 sb=0 sH=0 i2 Bệ sHK sb i4 sb=0 i3 g sHK-sch-snh n ọ r t i s0 -sh1-nHsb ả t t ặ đ i b 4 h i k s g n c ụ so -sh1-nHsb ớ d u r b1 5 ử s i T s sb1 i5 s0 -sh -nHsb1 so -sh -nH sb1 sb i6 6 0 0 i n so -sn n n0 n0 s0 -sh g n ọ r kc a t kc a kc r i r i r i ả t nn o n H kc nn nn nn s -s +2n r t ặ đ i g h n k ụ so -sh +2nH rkc d u a ử S s III n rH n n rH n Hình 11. Các trạng thái ứng suất của cấu kiện ƯLT chịu kéo trung tâm. a) Cấu kiện căng tr•ớc, b) Cấu kiện căng sau. ứng suất nén trước trong bêtông được tính theo công thức: N 01 σ b = Fqd (13) Trong đó: N01 = (s0 - sh1) FH - stbn Fa
24. Btct dự ứng lực trong kt-ct No1- lực nén khi bắt đầu buông cốt thép. Fqd - diện tích bêtông quy đổi. Fqd = Fb + naFa + nHFH với na = Ea/Eb; nH = EH/Eb - Giai đoạn I5: Theo thời gian, do sự co ngót và từ biến của bêtông xảy ra thêm ứng suất hao σh2’ do đó ứng suất hao tổng cộng σh = σh1 + σh2 và ứng suất trong cốt thép ƯLT bằng: σH = σo - σh - nHσb1. - Giai đoạn I6: Tải trọng tác dụng gây thêm ứng suất kéo trong cốt thép WLT. Khi ứng suất nén trước trong bêtông bị triệt tiêu thì ứng suất trong cốt thép bằng: σH = σ0 - σh. - Giai đoạn Ia: Tải trọng tăng lên cho đến khi ứng suất kéo trong bêtông đạt trị số RK’, khi cấu kiện sắp sửa bị nứt ứng suất trong cốt thép ứng lực trước sẽ là: σH = σo - σh + 2nHRK’ - Giai đoạn II: Giai đoạn xuất hiện khe nứt. Lúc này toàn bộ lực kéo do cốt thép chịu. ứng suất kéo trong cốt thép ƯLT tăng lên hoàn toàn giống như sự tăng ứng suất trong cấu kiện thông thường không có ƯST. - Giai đoạn III: Giai đoạn phá hoại. Khe nứt mở rộng. ứng suất trong cốt thép đạt tới cường độ giới hạn và xảy ra sự phá hoại. Qua phân tích các giai đoạn nói trên của trạng thái ứng suất, có thể thấy việc gây ƯLT chỉ nâng cao khả năng chống nứt của cấu kiện, mà không nâng cao khả năng chịu lực của cấu kiện, vì sau khi khe
25. Btct dự ứng lực trong kt-ct nứt xuất hiện, cấu kiện bêtông cốt thép ƯLT làm việc hoàn toàn giống như cấu kiện bêtông cốt thép thông thường. b. Cấu kiện căng sau. Trong phương pháp căng sau, các giai đoạn của trạng thái ứng suất cũng tương tự như trường hợp căng trước. Chỉ khác trạng thái ứng suất từ giai đoạn I1 chuyển ngay sang giai đoạn I4 mà không qua các giai đoạn I2 và I3 (Hình 11b). - Giai đoạn I1: Luồn cốt thép vào trong cấu kiện, nhưng chưa căng. - Giai đoạn I4: Căng cốt thép đạt tới ứng suất khống chế: sHK= s0 - nH sb (σ 0 -σ h1 )FH σ b = Fqd Sau đó cốt thép được neo lại. Lúc này, do biến dạng của neo và sự ép sát các tấm đệm, do ma sát giữa cốt thép và thành ống nên xảy ra ứng suất hao σh1 = σneo+ σms’, làm giảm ứng suất trong cốt thép ƯLT. σH = σo - σh1 - nhσb. Từ giai đoạn I5 đến lúc phá hoại, trạng thái ứng suất trong bêtông và cốt thép giống như đối với cấu kiện căng trước. 5.2 Tính toán cấu kiện chịu kéo trung tâm. a. Tính theo c•ờng độ (Giai đoạn sử dụng). Cơ sở dùng để tính toán theo cường độ là giai đoạn III. ở giai đoạn này, xem toàn bộ tải trọng đều do cốt thép chịu, nên điều kiện bền sẽ là:
26. Btct dự ứng lực trong kt-ct N < RaFa + mHRHFH' (14) trong đó mH - hệ số kể đến điều kiện làm việc của cốt thép cường độ cao khi ứng suất của nó cao hơn giới hạn chảy qui ước và lấy theo bảng 4. Bảng.4. Hệ số điều kiện làm việc của cốt thép cường độ cao mH Loại thép MH A-IV và AT-IV 1,20 A-V, AT-V và sợi thép cường độ 1,15 cao 1,10 AT-VI b. Tính không cho phép nứt. Cơ sở dùng để tính toán cấu kiện không cho phép nứt là giai đoạn Ia của trạng thái ứng suất. Điều kiện để đảm bảo cho cấu kiện không hình thành khe nứt là: N < RK(Fb + 2nHFH + 2naFa) + N02 (15) N - lực kéo dọc trục. No2 - lực kéo khi ứng suất kéo trong bêtông bị triệt tiêu. No2 = (s0 - sh) FH - sa Fa (16) Với sa = stbn + sco + stb , Fb - diện tích tiết diện bêtông.
27. Btct dự ứng lực trong kt-ct Đối với cấu kiện đòi hỏi có tính chống nứt cấp I và cấp II thì N lấy là tải trọng tính toán. Đối với cấu kiện có tính chất chống nứt cấp III thì tính toán để kiểm tra xem có cần thiết phải tính toán theo sự mở rộng khe nứt hay không và N lấy là tải trọng tiêu chuẩn. c. Tính theo sự mở rộng khe nứt. Nc-No2 σa= Fa+FH (17) σa là độ tăng ứng suất trong cốt thép, kể từ lúc ứng suất nén trước trong bêtông triệt tiêu, cho đến lúc kết cấu chịu tải trọng tiêu chuẩn Nc. d. Tính theo sự khép kín khe nứt. Việc tính toán kiểm tra sự khép kín nứt được xuất phát từ đ/k: đảm bảo sao cho sau khi bị nứt và tải trọng tạm thời ngắn hạn đã qua đi thì dưới tác dụng của ứng suất trước trong cốt thép, khe nứt phải được khép kín lại. Điều kiện: Tại thớ ngoài cùng ở miền chịu kéo của cấu kiện cần phải tồn tại 2 ứng suất nén trước σb không nhỏ hơn 10 kG/cm khi cấu kiện chỉ có tải trọng tĩnh và tải trọng dài hạn tác dụng. Và: so2 + sa < kRHC (18) σo2 - ứng suất trong cốt thép ƯLT sau khi đã kể đến tất cả các ứng suất hao; σa - độ tăng ứng suất trong cốt thép, tính theo (17); k - hệ số lấy bằng 0,65 đối với sợi thép, và bằng 0,8 đối với thép thanh.
28. Btct dự ứng lực trong kt-ct e. Kiểm tra c•ờng độ cấu kiện ở giai đoạn chế tạo. Khi buông cốt thép ứng lực trước, cấu kiện có thể bị ép hỏng, cho nên cần phải kiểm tra cường độ của cấu kiện ở giai đoạn này (giai đoạn I4) theo công thức NH < RnF + R'aF'a (19) Trong đó NH - lực nén bêtông khi buông cốt thép. Đối với cấu kiện căng trước. NH = (1,1s0 - 3000)FH (20) Đối với cấu kiện căng sau: NH = 1,1 (s0 - nH sb)FH' (21) t Rn - cường độ chịu nén của bêtông ở ngày thứ t (lúc buông cốt thép) nhân với hệ số điều kiện làm việc của bêtông mb. Lấy mb = 1,1 đối với sợi thép, mb = 1,2 đối với thép thanh. 6 Cấu kiện chịu uốn. .6.1 Các giai đoạn của trạng thái ứng suất. a. Cấu kiện căng tr•ớc. Cũng giống như cấu kiện chịu kéo trung tâm, giai đoạn I được chia làm sáu giai đoạn trung gian, còn các giai đoạn khác tương tự như trong cấu kiện chịu uốn thông thương (Hình 12) - Giai đoạn I1: Đặt cốt thép FH và F’H vào khuôn. - Giai đoạn I2: Căng cốt thép bên dưới FH và cốt thép bên F’H tới ứng suất khống chế σHK và σ’HK (thông thường σHK = σ’HK) rồi cố định cốt thép vào bệ, tiến hành đổ bêtông.
29. Btct dự ứng lực trong kt-ct a) s'H=0 1 i b) i6 F'h sH=0 Fh sb=0 f Bệ s'HK i2 so -sn sHK ia s'HK -sch-snh i3 sHK -sch-snh s'0 -s'h1 -nHs'b rkc i4 so -sn +2nHrkc s0 -sh1 -nHsb iii s'0 -s'h -nHs'b1 i5 rn s0 -sh -nHsb1 Hình 12. Sự thay đổi ứng suất của cấu kiện ƯLT chịu uốn (C/k cắng tr•ớc). a) Tr•ớc khi đặt tải trọng sử dụng, b) Sau khi đặt tải trọng sử dụng. - Giai đoạn I3: Trước khi bêtông đạt đến cường độ Ro, lúc này phát sinh các ứng suát hao σch và σnh (nếu bêtông được đông cứng trong điều kiện dưỡng hộ nhiệt). sH = sHK - sch - snh. s'H = s'HK - s'ch - s'nh; - Giai đoạn I4: Khi bêtông đạt cường độ Ro, bắt đầu buông cốt thép. Do cốt thép FH và F’H không bằng nhau (FH > F’H) nên cấu kiện bị ép lệch tâm và vồng lên phía trên. Trong giai đoạn này phát sinh thêm ứng suất hao σtbn. Do đó ứng suất hao đạt giá trị σhl. - Giai đoạn I5: Theo thời gian xảy ra các ứng suất hao do co ngót (σco) và từ biến (σtb) của bêtông.
30. Btct dự ứng lực trong kt-ct - Giai đoạn I6: Tải trọng tác dụng, làm tăng ứng suất kéo trong cốt thép FH và làm giảm ứng suất kéo trong cốt thép F’H. Khi ứng suất nén trước của thớ bêtông ở ngang vị trí trọng tâm cốt thép FH bị triệt tiêu thì ứng suất trong cốt thép FH là σo - σh. - Giai đoạn Ia: ứng suất trong miền bêtông chịu kéo đạt cường độ giới hạn RK, bêtông sắp sửa nứt, ứng suất trong cốt thép FH là σo - σh + 2nHRK. Giai đoạn này là cơ sở dùng để tính toán cấu kiện không cho phép hình thành khe nứt. - Giai đoạn II: Khe nứt xuất hiện ở miền bêtông chịu kéo. Tất cả nội lực kéo đều do cốt thép chịu, nhưng ứng suất của cốt thép chịu kéo cũng như của bêtông chịu nén đều chưa đạt tới trị số giới hạn. - Giai đoạn III: Khe nứt mở rộng, ứng suất trong cốt thép chịu kéo và của bêtông chịu nén đều đạt tới trị số giới hạn, cấu kiện bị phá hoại. Trong giai đoạn này, khi ứng suất nén của bêtông đạt tới trị số giới hạn thì ứng suất trong cốt thép F’H là s'H = R'H - m1 (s'0 - s'h) (22) Trị số σ'H có thể dương (ứng suất nén) hoặc âm (ứng suất kéo). Nên thiết kế sao cho σ’H mang dấu dương vì trong trường hợp σ’H mang dấu âm thì sự có mặt của F’H làm giảm khả năng chịu lực của cấu kiện ƯLT. b. Cấu kiện căng sau.
31. Btct dự ứng lực trong kt-ct ở cấu kiện căng sau, trạng thái ứng suất từ giai đoạn I1 chuyển ngay sang giai đoạn I4. Sau đó các giai đoạn của trạng thái ứng suất kế tiếp nhau xảy ra như trong cấu kiện căng trước. 6.2 Tính toán cấu kiện chịu uốn. a. Tính theo c•ờng độ trên tiết diện thẳng góc. Cách tính toán tương tự như cấu kiện bêtông cốt thép thường, chỉ khác là ở các công thức cơ bản có thêm thành phần cốt thép ứng lực trước. Đối với tiết diện chữ T trục trung hoà đi qua sườn (Hình 13), điều kiện cường độ là: M < Rnbx (h0 - 0,5x) + Rn(b'c -b)h'c (h0 - 0,5h'c) + R'aF'a (h0 - a') + sHF'H (h0 - a'H) (23) Chiều cao vùng chịu nén x được xác định từ công thức: Rn[bx + (b'c -b)h'c] = mHRHFH + RaFa - s'HFH = R'aF'a (24) Trong đóσ’H - ứng suất trong cốt thép F’H được xác định théo (22); mH - hệ số kể đến điều kiện làm việc của cốt thép cường độ cao khi ứng suất cao hơn giới hạn chảy qui ước; mH - được xác định theo tiêu chuẩn thiết kế.
32. Btct dự ứng lực trong kt-ct F'a b'c rn R'a F'a ' C H ' ' a h s'H F'H a x F'H 0 h m h FH H RH FH a Ra Fa Fa b a Hình 13. Sơ đồ tính tiết diện chữ T, cánh nằm trong vùng nén, trục trung hoà qua s•ờn. b. Tính theo c•ờng độ trên tiết diện nghiêng. Để chịu lực trên tiết diện nghiêng trong cấu kiện ƯLT chịu uốn ngoài cốt dọc, cốt xiên và cốt đai thường còn có cốt dọc và cốt ngang ứng lực trước (Hình 14). Việc tính toán cường độ trên tíêt diện nghiêng chịu cắt được tiến hành tương tự như cấu kiện chịu uốn thông thường. Q < Qb + ồRadFd +ồRadFxsina + ồRHdFHd + ồRHdFHx sina (25) trong đó Qb - khả năng chịu cắt bêtông; Rađ, RHđ - cường độ tính toán về cắt của cốt thép thường và cốt thép ƯLT.
33. Btct dự ứng lực trong kt-ct Zhđ Qb Zđ nb a H a Z RađFđ X Z z aH RH FH RađFx Ra Fa RHđFHx RHđFHđ A Hình 14. Sơ đồ tính toán nội lực trên tiết diện nghiêng. c. Tính c•ờng độ cấu kiện ở giai đoạn chế tạo. Tính toán cấu kiện ở giai đoạn chế tạo bao gồm: - Kiểm tra theo điều kiện về ứng suất nén giới hạn của bêtông (bảng 1) lúc bắt đầu buông cốt thép. - Kiểm tra sự làm việc tổng thể của cấu kiện ở ngoài giai đoạn chế tạo. Việc kiểm tra được tiến hành như cấu kiện chịu nén lệch tâm thường mà ngoại lực là lực nén do cốt thép ƯLT gây ra. - Kiểm tra về việc chịu lực cục bộ của bêtông ở khu vực neo. Nếu khả năng chịu lực của miền bêtông dưới neo không đủ thì phải gia cường bằng các lưới cốt thép hoặc đệm thép. d. Tính toán không cho phép nứt. Để đảm bảo cho cấu kiện không hình thành khe nứt trên tiết diện thẳng góc thì phải thoả mãn điều kiện
34. Btct dự ứng lực trong kt-ct M < Mn (26) M - mômen uốn do ngoại lực gây ra. Đối với cấu kiện có tính chất chống nứt cấp I và II thì M là mômen tính toán; đối với cấu kiện có tính chất chống nứt cấp III thì M là mômen tiêu chuẩn; Mn - mômen mà cấu kiện chịu được ngay trước khi hình thanh khe nứt. Cơ sở dùng để tính Mn là giai đoạn Ia của trạng thái ứng suất biến dạng. Mn = RkWn + ML (27) RkWn là mômen chống nứt của cấu kiện bêtông cốt thép thường. Mômen chống nứt của cấu kiện ƯLT được tăng lên nhờ ML, do đó có thể diều chỉnh lực căng để cấu kiện không bị nứt. e. Tính toán theo sự mở rộng và khép kín khe nứt Việc tính toán theo sự mở rộng và khép kín khe nứt được tiến hành tương tự như cấu kiện chịu uốn thông thường và cấu kiện ƯLT chịu kéo trung tâm. Chỉ khác độ tăng ứng suất trong cốt thép σa được tính theo công thức: c M - N 02 (Z1- eH ) σ a = (Fa + FH )Z1 (28) Z1 - khoảng cách giữa hợp lực vùng chịu nén và hợp lực vùng chịu kéo; No2 - lực nén trước bêtông ở giai đoạn sử dụng; eH - khoảng cách từ điểm đặt của lực No2 đến trục đi qua trọng tâm diện tích cốt thép chịu kéo.
35. Btct dự ứng lực trong kt-ct m m N02 l r = + + o e ml = N02 N02 (e o + r l ) Hình 15. Sơ đồ lực để xác định Mn f. Tính toán kiểm tra 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, khi tính độ võng người ta xem cấu kiện như vật thể đàn hồi và dùng các công thức đã nêu trong môn cơ học kết cấu để tính toán. Đối với cấu kiện có khe nứt ở vùng kéo, cách tính độ võng tương tự như cách tính đối với cấu kiện chịu uốn thông thường, chỉ khác là trong các công thức có thêm một vài số hạng để kể đến tác dụng của cốt thép ƯLT. Theo tiêu chuẩn mới nhất mà bộ xây dung mới ban hành TCXDVN 356 : 2005 "Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế" TCXDVN 356 : 2005 thay thế cho TCVN 5574 : 1991 Formatted: Bullets and Numbering -Những yêu cầu bổ sung khi thiết kế kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước 1/ Giá trị của ứng suất trước σ sp và σ sp tương ứng trong cốt thép căng S và S cần được chọn với độ sai lệch p sao cho thoả mãn các điều kiện sau đây:
36. Btct dự ứng lực trong kt-ct σ sp (σ'sp )+p ÊRs,ser ùỹ ý (1) σ sp ()σ'sp -p ³0,3Rs,ser ỵù trong đó: p tính bằng MPa, được xác định như sau: - trong trường hợp căng bằng phương pháp cơ học: p = 0,05σ sp ; - trong trường hợp căng bằng phương pháp nhiệt điện và cơ nhiệt điện: 360 p = 30 + (2) l với l – chiều dài thanh cốt thép căng (khoảng cách giữa các mép ngoài của bệ), mm. Trong trường hợp căng bằng thiết bị được tự động hóa, giá trị tử số 360 trong công thức (2) được thay bằng 90. Formatted: Bullets and 2/ Giá trị ứng suất σ con1 và σ con 1 tương ứng trong cốt thép căng S và Numbering S được kiểm soát sau khi căng trên bệ lấy tương ứng bằng σ sp và σ sp (xem điều 4.3.1) trừ đi hao tổn do biến dạng neo và ma sát của cốt thép (xem điều 4.3.3). Giá trị ứng suất trong cốt thép căng S và S được khống chế tại vị trí đặt lực kéo khi căng cốt thép trên bê tông đã rắn chắc được lấy tương ứng bằng σ con 2 và σ con 2 , trong đó các giá trị σ con 2 và σ con 2 được xác định từ điều kiện đảm bảo ứng suất σ sp và σ sp trong tiết diện tính toán. Khi đó σ con 2 và σ con 2 được tính theo công thức: σ con 2 = ộ p P e0p ysp ự σ con2 = σ sp - α ờ + ỳ (3) ở Ared I red ỷ Trong các công thức (3) và (4):
37. Btct dự ứng lực trong kt-ct σ sp , σ sp – xác định không kể đến hao tổn ứng suất; P , e0p – xác định theo công thức (8) và (9), trong đó các giá trị σ sp và σ sp có kể đến những hao tổn ứng suất thứ nhất; ysp , yÂsp – xem điều 4.3.6; α = Es E b . ứng suất trong cốt thép của kết cấu tự ứng lực được tính toán từ điều kiện cân bằng với ứng suất (tự gây ra) trong bê tông. ứng suất tự gây của bê tông trong kết cấu được xác định từ mác bê tông theo khả năng tự gây ứng suất S p có kể đến hàm lượng cốt thép, sự phân bố cốt thép trong bê tông (theo một trục, hai trục, ba trục), cũng như trong các trường hợp cần thiết cần kể đến hao tổn ứng suất do co ngót, từ biến của bê tông khi kết cấu chịu tải trọng. chú thích: Trong các kết cấu làm từ bê tông nhẹ có cấp từ B7,5 đến B12,5, các giá trị σ con2 và σ con 2 không được vượt quá các giá trị tương ứng là 400 MPa và 550 MPa. Formatted: Bullets and 3/ Khi tính toán cấu kiện ứng lực trước, cần kể đến hao tổn ứng suất Numbering trước trong cốt thép khi căng: - Khi căng trên bệ cần kể đến: + những hao tổn thứ nhất: do biến dạng neo, do ma sát cốt thép với thiết bị nắn hướng, do chùng ứng suất trong cốt thép, do thay đổi nhiệt độ, do biến dạng khuôn (khi căng cốt thép trên khuôn), do từ biến nhanh của bê tông. + những hao tổn thứ hai: do co ngót và từ biến của bê tông: - Khi căng trên bê tông cần kể đến:
38. Btct dự ứng lực trong kt-ct + những hao tổn thứ nhất: do biến dạng neo, do ma sát cốt thép với thành ống đặt thép (cáp) hoặc với bề mặt bê tông của kết cấu. + những hao tổn thứ hai: do chùng ứng suất trong cốt thép, do co ngót và từ biến của bê tông, do nén cục bộ của các vòng cốt thép lên bề mặt bê tông, do biến dạng mối nối giữa các khối bê tông (đối với các kết cấu lắp ghép từ các khối). Hao tổn ứng suất trong cốt thép được xác định theo bảng 6 nhưng tổng giá trị các hao tổn ứng suất không được lấy nhỏ hơn 100 MPa. Khi tính toán cấu kiện tự ứng lực chỉ kể đến hao tổn ứng suất do co ngót và từ biến của bê tông tùy theo mác bê tông tự ứng lực trước và độ ẩm của môi trường. Đối với các kết cấu tự ứng lực làm việc trong điều kiện bão hòa nước, không cần kể đến hao tổn ứng suất do co ngót. Bảng 6 – Hao tổn ứng suất Các yếu tố gây Giá trị hao tổn ứng suất, MPa hao tổn khi căng trên bệ khi căng trên bê ứng suất trước tông trong cốt thép A. Những hao tổn thứ nhất 1. Chùng ứng suất trong cốt thép ã khi căng bằng phương pháp cơ học
39. Btct dự ứng lực trong kt-ct a) đối với thép ổ σ ử ỗ0 22 sp - 0 1ữσ ỗ , , ữ sp sợi ố Rs,ser ứ – b) đối với thép 0,1σ sp -20 – thanh ã khi căng bằng phương pháp nhiệt điện hay cơ nhiệt điện a) đối với thép 0,05σ sp – sợi b) đối với thép 0,03σ sp – thanh ở đây: σ sp , MPa, được lấy không kể đến hao tổn ứng suất. Nếu giá trị hao tổn tính được mang dấu “trừ” thì lấy giá trị bằng 0.
40. Btct dự ứng lực trong kt-ct Bảng 6 – Hao tổn ứng suất (tiếp theo) Các yếu tố gây Giá trị hao tổn ứng suất, MPa hao tổn khi căng trên bệ ứng suất trước khi căng trên bê trong cốt thép tông 2. Chênh lệch Đối với bê tông cấp từ nhiệt độ giữa cốt B15 đến B40: – thép căng trong 1,25 Dt vùng bị nung Đối với bê tông cấp B45 – nóng và thiết bị và lớn hơn: nhận lực căng 1,0 Dt khi bê tông bị trong đó: Dt – chênh lệch nóng nhiệt độ giữa cốt thép được nung nóng và bệ căng cố định (ngoài vùng nung nóng) nhận lực căng, oC. Khi thiếu số liệu chính xác lấy Dt = 65oC. Khi căng cốt thép trong quá trình gia nhiệt tới trị số đủ để bù cho hao tổn ứng suất do chênh lệch nhiệt độ, thì hao tổn ứng suất do chênh lệch nhiệt độ lấy bằng 0. 3. Biến dạng Dl Dl1 + Dl2 Es Es của neo đặt ở l l thiết bị căng
41. Btct dự ứng lực trong kt-ct trong đó: Dl – biến dạng trong đó: Dl1– của các vòng đệm bị ép, biến dạng của các đầu neo bị ép cục bộ, êcu hay các bản lấy bằng 2 mm; khi có sự đệm giữa các neo trượt giữa các thanh cốt và bê tông, lấy thép trong thiết bị kẹp bằng 1 mm; dùng nhiều lần, Dl xác Dl2 – biến dạng định theo công thức: của neo hình cốc, Dl = 1,25 + 0,15 d êcu neo, lấy bằng với d – đường kính thanh 1 mm. cốt thép, mm; l – chiều dài cốt l – chiều dài cốt thép thép căng (một căng (khoảng cách giữa sợi), hoặc cấu mép ngoài của các gối kiện, mm. trên bệ của khuôn hoặc thiết bị), mm. Khi căng bằng nhiệt điện, hao tổn do biến dạng neo không kể đến trong tính toán vì chúng đã được kể đến khi xác định độ giãn dài toàn phần của cốt thép
42. Btct dự ứng lực trong kt-ct Bảng 6 – Hao tổn ứng suất (tiếp theo) Các yếu tố gây Giá trị hao tổn ứng suất, MPa hao tổn khi căng trên bệ khi căng trên bê ứng suất trong tông cốt thép 4. Ma sát của cốt thép a) với thành ổ 1 ử σ sp ỗ1- ữ ống rãnh hay ố eωχ+δθ ứ bề mặt bê tông trong đó: e – cơ số lôgarit tự nhiên; δ , ω – hệ số, xác định theo bảng 7; χ – chiều dài tính từ thiết bị căng đến tiết diện tính toán, m; θ – tổng góc chuyển hướng của trục cốt thép, radian; σ sp – được lấy không kể đến hao tổn ứng suất. b) với thiết bị ổ 1 ử σ sp ỗ1 - ữ nắn hướng ố eδθ ứ trong đó: e – cơ số lôgarit tự nhiên; δ – hệ số, lấy bằng
43. Btct dự ứng lực trong kt-ct 0,25; θ – tổng góc chuyển hướng của trục cốt thép, radian; σ sp – được lấy không kể đến hao tổn ứng suất. 5. Biến dạng ∆l η Es của khuôn thép l khi chế tạo kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước trong đó: η – hệ số, lấy – bằng: n -1 + η = , khi căng cốt 2n thép bằng kích; n -1 + η = , khi căng cốt 4n thép bằng phương pháp cơ nhiệt điện sử dụng máy tời (50% lực do tải trọng của vật nặng).
44. Btct dự ứng lực trong kt-ct Bảng 6 – Hao tổn ứng suất (tiếp theo) Các yếu tố gây Giá trị hao tổn ứng suất, MPa hao tổn khi căng trên bệ khi căng trên ứng suất trong bê tông cốt thép n – số nhóm cốt thép được căng không đồng thời. Dl – độ dịch lại gần nhau của các gối trên bệ theo phương tác dụng của lực P , được xác định từ tính toán biến dạng khuôn. l – khoảng cách giữa các mép ngoài của các gối trên bệ căng. Khi thiếu các số liệu về công nghệ chế tạo và kết cấu khuôn, hao tổn do biến dạng khuôn lấy bằng 30 MPa. Khi căng bằng nhiệt điện, hao tổn do biến dạng khuôn trong tính toán không kể đến vì chúng đã được kể đến khi xác định độ giãn dài toàn phần của cốt thép. 6. Từ biến nhanh của bê tông
45. Btct dự ứng lực trong kt-ct a) Đối với bê σ σ 40 bp khi bp Ê α tông đóng rắn Rbp Rbp tự nhiên ổσ ử σ 40α + 85βỗ bp -α ữ khi bp > α ỗ ữ ố Rbp ứ Rbp trong đó α và β – hệ số, lấy như sau: α = 0,25 + 0,025 Rbp , nhưng không lớn hơn 0,8; β = 5,25 – 0,185 Rbp , nhưng không lớn hơn 2,5 và không nhỏ hơn 1,1; σ bp – được xác định tại mức trọng tâm cốt thép dọc S và SÂ , có kể đến hao tổn theo mục 1 đến 5 trong bảng này. Đối với bê tông nhẹ, khi cường độ tại thời điểm bắt đầu gây ứng lực trước bằng 11 MPa hay nhỏ hơn thì thay hệ số 40 thành 60. b) Đối với bê Hao tổn tính theo công thức ở tông được mục 6a của bảng này, sau dưỡng hộ nhiệt đó nhân với hệ số 0,85.
46. Btct dự ứng lực trong kt-ct Bảng 6 – Hao tổn ứng suất (tiếp theo) Các yếu tố gây hao Giá trị hao tổn ứng suất, MPa tổn khi căng trên bệ khi căng trên bê ứng suất trong cốt tông thép B. Những hao tổn thứ hai 7. Chùng ứng suất trong cốt thép a) Đối với thép sợi – ổ σ ử ỗ sp ữ ỗ0,22 - 0,1ữσ sp ố Rs,ser ứ b) Đối với thép – 0,1σ sp - 20 thanh (xem chú giải cho mục 1 trong bảng này) 8. Co ngót của bê Bê tông Bê tông được dưỡng Không phụ thuộc tông (xem điều đóng rắn hộ nhiệt trong điều điều kiện đóng rắn 4.3.4) tự nhiên kiện áp suất của khí quyển bê tông Bê a) B35 và 40 35 30 tông thấp hơn nặng b) B40 50 40 35 c) B45 và lớn 60 50 40 hơn Bê d) nhóm A Hao tổn được xác định theo 40 tông mục 8a, b hạt trong bảng này và nhân với hệ nhỏ số1,3
47. Btct dự ứng lực trong kt-ct e) nhóm B Hao tổn được xác định theo 50 mục 8a trong bảng này và nhân với hệ số1,5 f) nhóm C Hao tổn được xác định theo 40 mục 8a trong bảng này như đối với bê tông nặng đóng rắn tự nhiên Bê g) loại đặc 50 45 40 tông chắc nhẹ h) loại có lỗ 70 60 50 có rỗng cốt liệu nhỏ 9. Từ biến của bê tông (xem điều 4.3.4) a) Đối với bê tông nặng và bê tông nhẹ 150α σbp Rbp khi σbp Rbp Ê0,75 ; có cốt liệu nhỏ đặc 300α (σ bp Rbp - 0,375) khi σ bp Rbp > 0,75 , chắc. trong đó: σ bp – lấy như ở mục 6 trong bảng này; α – hệ số, lấy như sau: + với bê tông đóng rắn tự nhiên, lấy α = 1; + với bê tông được dưỡng hộ nhiệt trong điều kiện áp suất khí quyển, lấy α = 0,85.
48. Btct dự ứng lực trong kt-ct Bảng 6 – Hao tổn ứng suất (kết thúc) Các yếu tố gây hao Giá trị hao tổn ứng suất, MPa tổn khi căng trên bệ khi căng trên bê tông ứng suất trong cốt thép b) Bê tông nhóm A Hao tổn được tính theo công thức ở mục 9a hạt nhỏ trong bảng này, sau đó nhân kết quả với hệ số 1,3 nhóm B Hao tổn được tính theo công thức ở mục 9a trong bảng này, sau đó nhân kết quả với hệ số 1,5 nhóm C Hao tổn được tính theo công thức ở mục 9a trong bảng này khi α = 0,85 c) Bê tông nhẹ dùng Hao tổn được tính theo công thức ở mục 9a cốt liệu nhỏ rỗng trong bảng này, sau đó nhân kết quả với hệ số 1,2 10. ép cục bộ bề mặt – 70 – 0,22 dext bê tông do cốt thép có trong đó: dext – đường dạng đai xoắn hay kính ngoài của kết cấu, dạng đai tròn (khi kết cm cấu có đường kính nhỏ hơn 3 m) 11. Biến dạng nén do – Dl n Es khe nối giữa các blốc l (đối với kết cấu lắp trong đó: n – số lượng ghép từ các blốc). khe nối giữa kết cấu và thiết bị khác theo chiều dài của cốt thép căng;
49. Btct dự ứng lực trong kt-ct ∆l – biến dạng ép sát tại mỗi khe: + với khe được nhồi bê tông, lấy ∆l = 0,3 mm; + với khe ghép trực tiếp, lấy ∆l = 0,5 mm; l – chiều dài cốt thép căng, mm. Ghi chú: 1. Hao tổn ứng suất trong cốt thép căng SÂ được xác định giống như trong cốt thép S ; 2. Đối với kết cấu bê tông cốt thép tự ứng lực, hao tổn do co ngót và từ biến của bê tông được xác định theo số liệu thực nghiệm. 3. Ký hiệu cấp độ bền của bê tông xem điều 5.1.1. Formatted: Bullets and Numbering 4/ Khi xác định hao tổn ứng suất do co ngót và từ biến của bê tông theo mục 8 và 9 trong bảng 6 cần lưu ý: a) Khi biết trước thời hạn chất tải lên kết cấu, hao tổn ứng suất cần được nhân thêm với hệ số ϕl , xác định theo công thức sau: 4t ϕ = (5) l 100 + 3t trong đó: t – thời gian tính bằng ngày, xác định như sau: - khi xác định hao tổn ứng suất do từ biến: tính từ ngày nén ép bê tông; - khi xác định hao tổn ứng suất do co ngót: tính từ ngày kết thúc đổ bê tông.
50. Btct dự ứng lực trong kt-ct b) Đối với kết cấu làm việc trong điều kiện có độ ẩm không khí thấp hơn 40%, hao tổn ứng suất cần được tăng lên 25%. Trường hợp các kết cấu làm từ bê tông nặng, bê tông hạt nhỏ, làm việc trong vùng khí hậu nóng và không được bảo vệ tránh bức xạ mặt trời hao tổn ứng suất cần tính tăng lên 50%. c) Nếu biết rõ loại xi măng, thành phần bê tông, điều kiện chế tạo và sử dụng kết cấu, cho phép sử dụng các phương pháp chính xác hơn để xác định hao tổn ứng suất khi phương pháp đó được chứng minh là có cơ sở theo qui định hiện hành. Bảng 7 – Các hệ số để xác định hao tổn ứng suất do ma sát cốt thép Các hệ số để xác định hao tổn do ma sát cốt thép (xem mục 4, Bảng 6) ống rãnh hay bề δ khi cốt thép là mặt tiếp xúc ω bó thép hay sợi thanh có gờ thép 1. Loại ống rãnh – có bề mặt kim 0,0030 0,35 0,40 loại – có bề mặt bê tông tạo bởi khuôn bằng lõi cứng 0 0,55 0,65 – có bề mặt bê tông tạo bởi khuôn bằng lõi mềm 0,0015 0,55 0,65 2. Bề mặt bê tông 0 0,55 0,65
51. Btct dự ứng lực trong kt-ct 5/ Trị số ứng suất trước trong cốt thép đưa vào tính toán cần nhân Formatted: Bullets and Numbering với hệ số độ chính xác khi căng cốt thép γ sp : γ sp = 1 ± Dγ sp (6) Trong công thức (6), lấy dấu "cộng" khi có ảnh hưởng bất lợi của ứng suất trước (tức là trong giai đoạn làm việc cụ thể của kết cấu hoặc một bộ phận đang xét của cấu kiện, ứng suất trước làm giảm khả năng chịu lực thúc đẩy sự hình thành vết nứt, v.v ); lấy dấu "trừ" khi có ảnh hưởng có lợi. Trong trường hợp tạo ứng suất trước bằng phương pháp cơ học, giá trị Dγ sp lấy bằng 0,1; khi căng bằng phương pháp nhiệt điện và cơ nhiệt điện Dγ sp được xác định bằng công thức: P ổ 1 ử ∆γ = 0,5 ỗ1+ ữ (7) sp σ ỗ ữ sp ố np ứ nhưng lấy không nhỏ hơn 0,1; trong công thức (7): p , σ sp – xem điều 4.3.1; n p – số lượng thanh cốt thép căng trong tiết diện cấu kiện. Khi xác định hao tổn ứng suất trong cốt thép, cũng như khi tính toán theo điều kiện mở rộng vết nứt và tính toán theo biến dạng cho phép lấy giá trị ∆γ sp bằng không. Formatted: Bullets and 6/ ứng suất trong bê tông và cốt thép, cũng như lực nén trước trong Numbering bê tông dùng để tính toán kết cấu bê tông ứng lực trước được xác định theo chỉ dẫn sau: ứng suất trong tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện được xác định theo các nguyên tắc tính toán vật liệu đàn hồi. Trong đó, tiết diện tính toán là tiết diện tương đương bao gồm tiết diện bê tông có kể đến sự giảm yếu do các ống, rãnh và diện
52. Btct dự ứng lực trong kt-ct tích tiết diện các cốt thép dọc (căng và không căng) nhân với hệ số a là tỉ số giữa mô đun đàn hồi của cốt thép Es và bê tông Eb . Khi trên tiết diện có bê tông với nhiều loại và cấp độ bền khác nhau, thì phải quy đổi về một loại hoặc một cấp dựa trên tỉ lệ mô đun đàn hồi của chúng. ứng lực nén trước P và độ lệch tâm của nó e0 p so với trọng tâm của tiết diện quy đổi được xác định theo các công thức: P = σ sp Asp +σ sp Asp -σ s As -σ s As (8) σ A y +σ  A y -σ  A y -σ A y e = sp sp sp s s s sp sp sp s s s (9) 0 p P trong đó: σ s và σ s – tương ứng là ứng suất trong cốt thép không căng S và S gây nên do co ngót và từ biến trong bê tông; ysp , yÂsp , ys , yÂs – tương ứng là các khoảng cách từ trọng tâm tiết diện quy đổi đến các điểm đặt hợp lực của nội lực trong cốt thép căng S và không căng S (Hình 1). σ's A's σ' A' sp sp s s ' ' p s y y ' y đường đi qua trọng tâm tiết diện quy đổi p 0 e p s s y y P σsp Asp σ A s s Hình 1 – Sơ đồ lực nén trước trong cốt thép trên tiết diện ngang của cấu kiện bê tông cốt thép Trong trường hợp cốt thép căng có dạng cong, các giá trị σ sp và σ sp cần nhân với cosθ và cosθ  , với θ và θ  tương ứng là
53. Btct dự ứng lực trong kt-ct góc nghiêng của trục cốt thép với trục dọc cấu kiện (tại tiết diện đang xét). Các ứng suất σ sp và σ sp được lấy như sau: a) Trong giai đoạn nén trước bê tông: có kể đến các hao tổn thứ nhất. b) Trong đoạn sử dụng: có kể đến các hao tổn thứ nhất và thứ hai Giá trị các ứng suất σ s và σ s lấy như sau: c) Trong giai đoạn nén trước bê tông: lấy bằng hao tổn ứng suất do từ biến nhanh theo mục 6 bảng 6. d) Trong giai đoạn sử dụng: lấy bằng tổng các hao tổn ứng suất do co ngót và từ biến của bê tông theo mục 6, 8 và 9 bảng 6. Formatted: Bullets and 7 / ứng suất nén trong bê tông σ bp trong giai đoạn nén trước bê tông Numbering phải thỏa mãn điều kiện: tỷ số σ bp Rbp không được vượt quá giá trị cho trong Bảng 8. ứng suất σ bp xác định tại mức thớ chịu nén ngoài cùng của bê tông có kể đến hao tổn theo mục 1 đến 6 bảng 6 và với hệ số độ chính xác khi căng cốt thép γ sp = 1. Bảng 8 – Tỷ số giữa ứng suất nén trong bê tông σ bp ở giai đoạn nén trước và cường độ của bê tông Rbp khi bắt đầu chịu ứng lực trước (σ bp Rbp ) Tỉ số σ R không lớn Trạng thái ứng suất Phương pháp bp bp hơn của tiết diện căng cốt thép khi nén khi nén
54. Btct dự ứng lực trong kt-ct đúng tâm lệch tâm 1. ứng suất bị giảm Trên bệ (căng trước) 0,85 0,95* hay không đổi khi kết Trên bê tông (căng cấu chịu tác dụng 0,70 0,85 của ngoại lực sau) 2. ứng suất bị tăng Trên bệ (căng trước) 0,65 0,70 khi kết cấu chịu tác Trên bê tông (căng 0,60 0,65 dụng của ngoại lực sau) * áp dụng cho các cấu kiện được sản xuất theo điều kiện tăng dần lực nén, khi có các chi tiết liên kết bằng thép tại gối và cốt thép gián tiếp với hàm lượng thép theo thể tích àv ³ 0,5% (xem điều 8.5.3) trên đoạn không nhỏ hơn chiều dài đoạn truyền ứng suất l p (xem điều 5.2.2.5), cho phép lấy giá trị σ bp Rbp =1,0 . Ghi chú: Đối với bê tông nhẹ từ cấp B7,5 đến B12,5, giá trị σ bp Rbp nên lấy không lớn hơn 0,3. Formatted: Bullets and Numbering 8 Đối với kết cấu ứng lực trước mà có dự kiến trước đến việc điều chỉnh ứng suất nén trong bê tông trong quá trình sử dụng (ví dụ: trong các lò phản ứng, bể chứa, tháp truyền hình), cần sử dụng cốt thép căng không bám dính, thì cần có các biện pháp có hiệu quả để bảo vệ cốt thép không bị ăn mòn. Đối với các kết cấu ứng suất trước không bám dính, cần tính toán theo các yêu cầu khả năng chống nứt cấp 1.