TIỂU LUẬN kết THÚC học PHẦN học PHẦN CHUYÊN đề kết cấu bê TÔNG cốt THÉP

Hiện nay, bê tông cốt thép ứng suất trước đã được ứng dụng trong hầu hết các công trình cầuđường và ngày càng phát huy ưu thế khi giải pháp này đang dần được sử dụng nhiều hơn trongcác c

1

LỜI MỞ ĐẦU 4

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH 5

1.1 ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG 5

1.2 GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC 6

1.2.1 Mặt bằng và phân khu chức năng 6

1.2.2 Mặt đứng 6

1.2.3 Hệ thống giao thông 6

PHẦN 2: PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU CHIU LỰC CỦA CÔNG TRÌNH 10

PHẦN 3: GIỚI THIỆU VỀ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VỀ KẾT CẤU ỨNG SUẤT TRƯỚC 11

CHƯƠNG I: ĐẠI CƯƠNG VỀ BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC… 11

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC 15

CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG LÝ THUYẾT ĐỂ TÍNH TOÁN SÀN ỨNG LỰC TRƯỚC CHO CÔNG TRÌNH REETOWER 44

3.1 TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG CHO CÔNG TRÌNH REETOWER 44

3.1.1 Tải trọng thường xuyên do các lớp cấu tạo sàn 44

3.1.3 Tải trọng gió 46

3.2 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN 49

3.2.1 Tiêu chuẩn thiết kế 49

3.2.2 Lựa chọn vật liệu 49

3.2.3 Kích thước sơ bộ 51

3.3 LỰA CHỌN THÔNG SỐ CÁP 53

3.3.1 Lựa chọn tải trọng cân bằng của ứng lực trước trong sàn 53

3.3.2 Xác định khoảng cách từ tâm cáp đến mép ngoài của sàn 53

3.3.3 Xác định cao độ cáp và hình dạng cáp trong sàn 55

3.4 TÍNH ỨNG SUẤT HỮU HIỆU TRONG CÁP 57

3.4.1 Chọn ứng suất trước ban đầu 57

3.4.2 Tính tổn hao ứng suất 57

3.4.3 Tính ứng suất hữu hiệu trong cáp 60

3.5 XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG VÀ BỐ TRÍ CÁP ỨNG LỰC TRƯỚC TRONG SÀN 60

3.5.1 Tính số lượng cáp cần thiết trong dải sàn khung tương đương trục 60

5.3.2 Các tổ hợp tải trọng theo tiêu chuẩn ACI 318M-08 64

3.5.2 Kết quả nội lực 65

3.6 KIỂM TRA ỨNG SUẤT CỦA BÊ TÔNG 67

3.6.1 Tại giai đoạn truyền ứng lực trước (lúc buông neo) 67

3

3.6.2 Giai đoạn sử dụng 68

3.7 TÍNH TOÁN CỐT THÉP THƯỜNG GIA CƯỜNG 73

3.8 KIỂM TRA NỨT 74

3.9 KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU LỰC 75

3.10 KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA SÀN 78

3.11 KIỂM TRA ĐỘ VÕNG CHO SÀN 84

PHẦN 4: NHẬN XÉT VÀ CẢM NGHĨ VỀ MÔN HỌC CHUYÊN ĐỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 90

LỜI MỞ ĐẦU

Với xu thế toàn cầu hóa đang phát triển mạnh mẽ cuốn theo các lĩnh vực kinh tế, xã hội, chính trịdiễn ra với tốc độ chóng mặt trong môi trường cạnh tranh khốc liệt Để thích ứng với xu hướngnày, mọi cá thể liên quan đến các lĩnh vực này đều phải tìm cách đổi mới, bắt kịp với các xuhướng mới nhất, hiện đại hóa mọi mặt để tìm được chỗ đứng

Ngành xây dựng cũng không ngoại lệ Nhu cầu về nhà ở, văn phòng, trung tâm thương mại,…ngày càng gia tăng cũng như các yêu cầu về kiến trúc, thẩm mỹ ngày càng cao, yêu cầu về mộtkhông gian rộng lớn của khách hàng khiến các thiết kế thông thường với các bước cột 4-5m trởnên lạc hậu Chính vì vậy, các công ty xây dựng, các chủ thầu không thể cứ mãi áp dụng nhữngcông nghệ xây dựng truyền thống đã tồn tại hàng thập kỉ ở nước ta được nữa Sự cạnh tranh vềphương án thiết kế, thời gian thi công, giá thành của công trình,… và với sự hình thành và pháttriển hàng loạt của các công ty thiết kế, thi công, học hỏi công nghệ mới, thay đổi và phát triển làđiều bắt buộc nếu muốn tồn tại trong cuộc chiến này

Các công nghệ xây dựng mới thể hiện những ưu điểm vượt trội so với các phương pháp truyềnthống về mọi mặt Kết cấu chịu lực tốt hơn với tiết diện kết cấu chịu lực nhỏ hơn khiến cho khốilượng vật liệu phải dùng cho công trình giảm, trọng lượng công trình truyền xuống kết cấu móngcũng từ đó được giảm bớt Công nghệ xây dựng mới cũng cho phép con người xây dựng các công

5

trình trong thời gian ngắn hơn Tất cả những ưu điểm này giúp giảm bớt chi phí xây dựng mộtcách đáng kể.

Chính vì những lý do trên, em chọn tìm hiểu về các giải pháp kết cấu vượt nhịp lớn bằng kết cấuBTCT với chút kiến thức ít ỏi mà em đã được học cũng như tự tìm hiểu Cụ thể, em chọn vànghiên cứu về giải pháp kết cấu bê tông dự ứng lực (ứng suất trước) với công trình em sưu tầmđược là công trình Ree Tower

Hiện nay, bê tông cốt thép ứng suất trước đã được ứng dụng trong hầu hết các công trình cầuđường và ngày càng phát huy ưu thế khi giải pháp này đang dần được sử dụng nhiều hơn trongcác công trình nhà dân dụng, đặc biệt đối với nhà cao tầng, Ưu điểm nổi bật của của bê tông cốtthép ứng suất trước là khả năng vượt nhịp lớn, giảm chi phí xây dựng do giảm chiều cao kết cấucông trình và tận dụng được khả năng chịu lực của thép cường độ cao, có khả năng chống nứt vàchống ăn mòn tốt,… Bài tiểu luận phần lý thuyết này sẽ bao gồm 2 phần chính: đại cương về bêtông cốt thép ứng suất trước và thiết kế kết cấu bê tông ứng suất trước, được viết dựa trên các giáotrình và tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam cũng như các nước phát triển trên thế giới như tiêuchuẩn Hoa Kỳ ACI 318, Eurocode

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC

CÔNG TRÌNH

1.1 ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG

Nằm tại quận 4, công trình ở vị trí thoáng và đẹp sẽ tạo điểm nhấn đồng thời tạo nên sự hài hoà, hợp lý và hiện đại cho tổng thể qui hoạch khu dân cư

Công trình nằm trên trục đường giao thông chính nên rất thuận lợi cho việc cung cấp vật tư và giao thông ngoài công trình Đồng thời, hệ thống cấp điện, cấp nước trong khu vực đã hoàn thiệnđáp ứng tốt các yêu cầu cho công tác xây dựng

Khu đất xây dựng công trình bằng phẳng, hiện trạng không có công trình cũ, không có công trình ngầm bên dưới đất nên rất thuận lợi cho công việc thi công và bố trí tổng bình đồ

1.2 GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC

1.2.1 Mặt bằng và phân khu chức năng

Mặt bằng công trình hình chữ nhật, chiều dài 60 m, chiều rộng 30 m chiếm diện tích đất xây dựng 1800 m2

Công trình gồm 10 tầng và 1 tầng hầm Cốt ±0,00 m được chọn đặt tại mặt sàn tầng trệt Mặt đất tự nhiên tại cốt -0,80 m, mặt sàn tầng hầm tại cốt -4,30 m chiều cao công trình 34,50 m tính

từ cốt mặt đất tự nhiên

Tầng hầm: Thang máy bố trí ở giữa, chỗ đậu xe ôtô xung quanh Các hệ thống kỹ thuật như bểchứa nước sinh hoạt, trạm bơm, trạm xử lý nước thải được bố trí hợp lý giảm tối thiểu chiều dàiống dẫn Ngoài ra, tầng ngầm còn có bố trí thêm các bộ phận kỹ thuật về điện như trạm cao thế,

hạ thế, phòng quạt gió

Tầng trệt và lững: Gồm các sảnh đón, các văn phòng ban quản lý

Tầng 1 – 8: Bố trí các khu vực văn phòng cho thuê

1.2.2 Mặt đứng

Các công trình thương mại cao tầng là một trong những công trình ảnh hưởng lớn đến cảnh quan của

đô thị Do đó khi thiết kế công trình tính thẩm mỹ là một trong những yêu cầu đáng chú ý

Sử dụng, khai thác triệt để nét hiện đại với cửa kính lớn, tường ngoài được hoàn thiện bởi các lớp

đá Granit đen ở các mặt bên, mặt đứng hình thành với sự xen kẽ các lam và đá Granit đen tạonên sự chắc chắn, ấn tượng và hiện đại cho tòa nhà

1.2.3 Hệ thống giao thông

Giao thông ngang trong mỗi đơn nguyên là hệ thống hành lang

Hệ thống giao thông đứng là thang bộ và thang máy, bao gồm 2 thang bộ, 4 thang máy Thang máy tập trung ở giữa nhà, văn phòng bố trí xung quanh nên khoảng đi lại là ngắn nhất, rất tiện lợi, hợp lý và đảm bảo thông thoáng

7

MẶT BẰNG TẦNG ĐIỂN HÌNH CỦA CÔNG TRÌNH REE TOWER

9

PHẦN 2: PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU CHIU LỰC

CỦA CÔNG TRÌNH

Hệ kết cấu của công trình Ree Tower là hệ kết cấu cơ bản bao gồm: Kết cấu bên trên làkhung chịu lực bao gồm hệ cột dầm sàn và kết cấu móng

1 Kết cấu bên trên:

- Là hệ khung chịu lực chính của công trình, bao gồm hệ cột – dầm - sàn bê tông cốt thép đổtại chỗ, bước cột 10m, tiết diện cột lớn nhất là 80x80 (cm), đặc biệt kết cấu sàn được sử dụng làsàn ứng lực trước căng sau với bề dày sàn h = 24 (cm)

2 Kết cấu bên dưới:

- Chịu tải trọng do phần khung truyền xuống Với địa chất của quận 4 chủ yếu là những lớpđất yếu ở bên trên, cộng với tải trọng của công trình là lớn nên kết cấu móng của công trình ReeTower là hệ cọc khoan nhồi đường kính D = 80 (cm)

11

PHẦN 3: GIỚI THIỆU VỀ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VỀ KẾT CẤU ỨNG SUẤT

TRƯỚC

CHƯƠNG I: ĐẠI CƯƠNG VỀ BÊ TÔNG CỐT THÉP

ỨNG SUẤT TRƯỚC

1 Khái niệm và lịch sử phát triển:

Bê tông có cường độ cao và dẻo dai khi chịu nén nhưng lại có cường độ thấp và giòn khi chịu kéonên, để cải thiện sự làm việc của nó, người ta thường sử dụng biện pháp nén trước những vùng bêtông sẽ chịu kéo dưới các tác động bên ngoài Việc nén trước bê tông như vậy đã tạo ra một dạngkết cấu bê tông mới – kết cấu bê tông dự ứng lực Như vậy, kết cấu bê tông dự ứng lực là mộtdạng kết cấu bê tông, trong đó, bê tông đã được nén trước để cải thiện khả năng chịu lực Cụ thểhơn, trước khi chịu tải trọng, miền bê tông chịu kéo của kết cấu bê tông ứng suất trước đã đượctạo ứng suất nén trước nhằm cân bằng phần lớn hoặc thậm chí toàn bộ ứng suất kéo do tải trọnggây ra

Việc tạo ứng suất nén trước trong bê tông thường được thực hiện bằng cách kéo cốt thép cường

độ cao đặt tại vùng chịu kéo do tải trọng gây ra Do tính chất đàn hồi, cốt thép bị co lại và gây ralực nén lên bê tông thông qua lực bám dính giữa bê tông và cốt thép hoặc thông qua các neo cốtthép tại hai đầu cầu kiện Như vậy, trước khi chịu tải trọng, cốt thép đã chịu ứng suất kéo và bêtông đã chịu ứng suất nén Ứng suất nén trước trong bê tông sẽ triệt tiêu phần lớn hoặc toàn bộứng suất kéo do tải trọng gây ra, nhờ đó mà kết cấu có thể chịu được tải trọng hoặc vượt nhịp lớnhơn nhiều so với kết cấu bê tông cốt thép thường có cùng kích thước tiết diện

kéo do tải trọng gây ra, nhờ đó mà kết cấu có thể chịu được tải trọng hoặc vượt nhịp lớn hơnnhiều so với kết cấu bê tông cốt thép thường có cùng kích thước tiết diện.

2 Phân loại bê tông cốt thép ứng suất trước:

Bê tông cốt thép ứng suất trước có thể được phân loại theo thời điểm kéo căng cốt thép ứng suấttrước thành hai loại: bê tông cốt thép ứng suất trước căng trước và bê tông cốt thép ứng suất trướccăng sau

- Bê tông cốt thép ứng suất trước căng trước được thi công theo trình tự căng cốt thép trước khi đổ

bê tông Sau khi bê tông đông cứng và đạt tới một cường độ nhất định, người ta buông cốt thép dãcăng Do tính chất đàn hồi, cốt thép bị co lại và gây ra lực nén lên bê tông nhờ lực bám dính giữa

bê tông và cốt thép

- Bê tông ứng suất trước căng sau được thi công theo trình tự căng cốt thép sau khi đổ bê tông.Khi bê tông đã đông cứng và đạt tới một cường độ nhất định, người ta tiến hành căng và neo chặtcốt thép tại đầu cấu kiện Cốt thép bị căng có xu hướng co lại và gây ra lực nén lên bê tông thôngqua các neo tại hai đầu cấu kiện và thông qua lực bám dính giữa bê tông và cốt thép

Bê tông cốt thép ứng suất trước cũng có thể được phân loại theo vị trí của cốt thép ứng suất trướcthành hai loại: bê tông cốt thép ứng suất trước căng trong và bê tông cốt thép ứng suất trước căngngoài

Bê tông cốt thép ứng suất trước cũng có thể được phân loại theo vị trí của cốt thép ứng suất trướcthành hai loại: bê tông cốt thép ứng suất trước căng trong và bê tông cốt thép ứng suất trước căngngoài

-Bê tông cốt thép ứng suất trước căng ngoài là loại cấu kiện mà cốt thép ứng suất trước được đặt ởngoài cấu kiện, truyền lực nén lên cấu kiện chỉ nhờ các neo cốt thép tại hai đầu cấu kiện

3 Ưu và nhược điểm của bê tông cốt thép ứng suất trước:

- Có hiệu quả kinh tế cao: việc sử dụng cốt thép cường độ cao đồng thời cho phép giảm chiều caokết cấu một cách có hiệu quả mang lại hiệu quả kinh tế cao, đặc biệt đối với những kết cấu chịu tảitrọng và vượt nhịp lớn: + Sử dụng cốt thép cường độ cao một cách có hiệu quả: Nếu dùng cốt thépthường, hàm lượng cốt thép lớn làm tăng chi phí vật liệu và chi phí thi công Việc dùng cốt thépcường độ cao cho phép giảm hàm lượng cốt thép, giảm chi phí vật liệu

+ Giảm chiều cao kết cấu công trình: Do sử dụng bê tông và cốt thép cường độ cao, đồng thời do

bê tông đã được tạo ứng suất nén trước có thể cân bằng ứng suất kéo do tải trọng gây ra nên kíchthước tiết diện các cấu kiện bê tông cốt thép ứng suất trước nhỏ hơn nhiều so với bê tông cốt thépthường có cùng điều kiện chịu lực, Việc giảm kích thước tiết diện cũng cho phép chiều cao kếtcấu công trình, giảm chi phí vật liệu và chi phí thi công công trình

- Có khả năng chịu tải trọng và vượt nhịp lớn:

Như đã nói ở trên, việc sử dụng vật liệu cường độ cao và bê tông đã được tạo ứng suất nén trước

có thể cân bằng ứng suất do tải trọng gây ra nên kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước có khảnăng chịu tải trọng và vượt được nhịp lớn hơn nhiều so với kết cấu bê tông cốt thép thường cócùng kích thước tiết diện, tăng không gian kiến trúc và mỹ quan cho công trình

- Có khả năng chống nứt và chống ăn mòn cao:

Với việc bố trí cốt thép ứng suất trước một cách hợp lý, ta có thể tạo ra các cấu kiện bê tông cốtthép ứng suất trước không xuất hiện hoặc chỉ xuất hiện ứng suất kéo rất nhỏ trong bê tông, đảmbảo cho bê tông không bị nứt và nhờ đó đảm bảo khả năng chống thấm cũng như chống ăn mòncốt thép do tác động xâm thực của môi trường Chính nhờ ưu điểm này mà bê tông cốt thép ứngsuất trước thường được sử dụng trong các công trình đòi hỏi tính chống thấm cao như bể chứachất lỏng hoặc chất khí, ống dẫn có áp,…

4 Các kết cấu bê tông ứng suất trước điển hình:

Do bê tông ứng suất trước có thể được sử dụng để giảm thiểu hoặc triệt tiêu vết nứt do tải trọnggây ra, nên nó có thể tạo ra các cấu kiện mảnh hơn Ví dụ, các bản sàn một phương có thể có tỷ lệnhịp/chiều cao bằng 45/1, lớn hơn 60% so với tỷ lệ của bản sàn không dự ứng lực Với một chiềudài nhịp cho trước, lượng bê tông trong bản dự ứng lực sẽ bằng khoảng 2/3 lượng bê tông trongbản không dự ứng lực Sau đây là một số ví dụ về các kết cấu bê tông dự ứng lực điển hình

tỉ số nhịp/chiều cao của bản sàn 1 phương không ứng suất trước và ứng suất trước

Cũng ở các nước phát triển, hàng năm có đến hàng chục triệu m2 sàn được xây dựng bằng bê tông

dự ứng lực kéo sau Dự ứng lực kéo sau cho phép sử dụng các bản mỏng hơn và do đó, làm giảmchiều cao xây dựng, trọng lượng bản thân, chi phí che phủ, chi phí làm nóng cũng như điều hoànhiệt độ

Tại châu Âu kết cấu bê tông ứng lực phát triển nhanh chóng ở Pháp, Bỉ rồi đến Anh, Đức, Thụy

Sỹ Trong gần 500 cầu được xây dựng ở Đức từ năm 1949 đến 1954, có 350 cây cầu bê tông ứngsuất trước Ở Liên Xô trước đây và Cộng hòa Liên bang Nga hiện nay có các cấu kiện bê tông đúc

14

sẵn như tấm sàn từ 6m, dầm, dàn khẩu độ lớn từ 18m trở lên đều quy định chung dùng bê tông ứng suất trước.

Ở Châu Á, nhất là các nước phát triển, các kết cấu bê tông ứng suất trước được ứng dụng phổ biếnmột phần nhờ sản xuất được loại thép cường độ cao, các loại cáp ứng lực trước, các loại neo vàphụ kiện kèm theo phù hợp với tiêu chuẩn tiên tiến có giá thành hợp lý như Trung Quốc,Singapore, Thái Lan… Chẳng hạn như ở Indonesia có tới 80% khối lượng kết cấu nhà cao tầngđược sử dụng bê tông ứng suất trước Nhiều công trình 30-40 tầng xây dựng ở Thái Lan sử dụng

bê tông ứng suất trước

Kết cấu bê tông ứng suất trước được nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam khá sớm, từ những năm 60thể kỷ XX Cầu Phủ Lỗ và các cấu kiện chịu lực nhà máy đóng tàu Bạch Đằng là những côngtrình ứng dụng công nghệ bê tông ứng suất trước đầu tiên do các nhà thiết kế và xây dựng ViệtNam thực hiện từ những năm đó Tuy nhiên do hoàn cảnh chiến tranh nên không có điều kiện tiếptục nghiên cứu và phát triển công nghệ này Từ những năm 80 thế kỷ trước đến nay, công nghệ bêtông ứng suất trước đã lại du nhập vào Việt Nam và phát triển nhanh chóng với trình độ tiên tiếnthế giới Một số công trình có sử dụng hệ kết cấu bê tông ứng lực trước như: Trung tâm thươngmại chợ Mơ, trụ sở Vinaconex 9, các cầu bắc qua sông lớn như cầu Cổ Chiên ở Trà Vinh, cầu BãiCháy, Sông Hậu, Sông Gianh, Sông Tiền Trừ nhịp giữa dùng kết cấu giây văng, các nhịp còn lạiđều dùng bê tông ứng lực trước căng sau Chung cư cao tầng cũng như nhiều tòa nhà cao ốc đượcxây dựng tại thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Vinh, Vũng Tàu,

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC

1 Trình tự thiết kế kết cấu bê tông ứng suất trước:

Việc thiết kế kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước về mặt tổng quan cũng tương tự như đối với kết cấu bê tông cốt thép thường và có thể xắp sếp theo trình tự sau:

- Lựa chọn phương án kết cấu, vật liệu và thiết bị sử dụng

- Lực chọn sơ bộ kích thước tiết diện các cấu kiện

- Xác định các tải trọng tác dụng lên kết cấu và tổ hợp tải trọng

- Xác định các thành phần nội lực phát sinh trong kết cấu gây ra bởi các tổ hợp tải trọng

- Tính toán và bố trí cốt thép ứng suất trước trong cấu kiện (theo phương pháp cân bằng ứngsuất thoặc phương pháp cân bằng tải trọng)

- Xác định tải trọng tương đương và nội lực phát sinh trong kết cấu do cốt thép ứng suất trước gây ra

- Kiểm tra kết cấu theo trạng thái giới hạn sử dụng dưới tác dụng của các nội lực danh định

do các tổ hợp tải trọng gây ra (không xét tới hệ số tải trọng) trong giai đoạn truyền lực và giaiđoạn khai thác:

Kiểm tra ứng suất trong bê tông và cốt thép sung suất trước, đảm bảo các giá trị ứng suất nằm trong giới hạn cho phép

Kiểm tra bề rộng khe nứt của các cấu kiện, đảm bảo cấu kiên không bị nứt hoặc bị nứt với bề rộng không vượt quá giá trị tối đa cho phép

Kiểm tra biến dạng của kết cấu không được vượt quá giá trị tối đa cho phép

- Kiểm tra kết cấu theo trạng thái giới hạn cường độ nhằm đảm bảo cho kết cấu không bịphá hoại dưới tác dụng của các nội lực tính toán do các tổ hợp tải trọng gây ra (có xét đến hệ sốtải trọng)

- Tính toán và kiểm tra khả năng chống uốn của cấu kiện

- Tính toán và kiểm tra khả năng chống cắt (cắt theo một phương) và khả năng chống chọc thủng (cắt theo hai phương) của cấu kiện

- Kiểm tra khả năng chịu nén cục bộ của bê tông ngay trước đế neo tại thời điểm truyền lực

- Thể hiện chi tiết bản vẽ việc bố trí cốt thép ứng suất trước và cốt thép thường trong cấu kiện

2 Các yêu cầu khi thiết kế kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước:

2.1 Các yêu cầu về mặt cấu tạo:

2.1.1 Lớp bê tông bảo vệ:

Trong tiêu chuẩn TCVN 5574-2018 có các quy định về lớp bê tông bảo vệ của kết cấu bê tông cốtthép ứng suất trước như sau:

- Chiều dày lớp bê tông bảo vệ ở phần đầu các cấu kiện ứng suất trước trên khoảng chiềudài vùng truyền ứng suất cần lấy không nhỏ hơn 3d và không nhỏ hơn 40 mm đối với cốt thépthanh và không nhỏ hơn 20 mm đối với cáp

16

- Cho phép lấy chiều dày lớp bê tông bảo vệ của tiết diện ở gối tựa đối với cốt thép ứng suấttrước có hoặc không có neo tương tự như của tiết diện trong nhịp đối với các cấu kiện ứng suấttrước với nội lực gối tựa truyền tập trung khi có chi tiết thép ở gối tựa và cốt thép hạn chế biếndạng ngang (lưới thép hàn nằm ngang hoặc cốt thép đai ôm cốt thép dọc)

- Trong các cấu kiện có cốt thép dọc ứng suất trước căng trên bê tông và nằm trong các ốnglồng thì khoảng cách từ bề mặt cấu kiện đến bề mặt ống lồng cần lấy không nhỏ hơn 40 mm vàkhông nhỏ hơn chiều rộng (đường kính) ống lồng, còn đến mặt bên – không nhỏ hơn một nửachiều cao (đường kính) ống lồng Khi cốt thép ứng suất trước nằm trong các rãnh hoặc nằm ngoàitiết diện cấu kiện thì chiều dày lớp bê tông bảo vệ được tạo bởi phương pháp phun sau đó hoặcphương pháp khác được lấy không nhỏ hơn 20 mm

mm đối với các cấu kiện với cốt thép không có neo, còn khi có các chi tiết neo – trên một đoạnbằng hai lần chiều dài các chi tiết neo này Việc bố trí neo ở các đầu của cốt thép là bắt buộc đốivới cốt thép ứng suất trước căng trên bê tông, cũng như đối với cốt thép ứng suất trước căng trên

bệ khi không đủ bám dính với bê tông (dây thép trơn, cáp nhiều sợi), khi đó, các chi tiết neo cầnphải đảm bảo ngàm được chắc chắn cốt thép trong bê tông trong tất cả giai đoạn làm việc của nó.Khi sử dụng dây thép cường độ cao có gân, cáp xoắn một lớp, cốt thép thanh cán nóng có gân vàcốt thép thanh gia công nhiệt có gân, được căng trên bệ để làm cốt thép ứng suất trước chịu lực thìthông thường không cần phải đặt neo ở các đầu các thanh ứng suất trước

3 Những tổn hao ứng suất trong cốt thép ứng suất trước:

Sau một thời gian, do nhiều nguyên nhân mà ứng suất kéo trong cốt thép ứng suất trước bịgiảm đi, làm giảm hiệu quả hoặc thậm chí làm mất tác dụng của việc tạo ứng suất nén trướclên bê tông Độ giảm của ứng suất kéo trong cốt thép ứng suất trước so với ứng suất căng thiết

kế tại vị trí kích được gọi là tổn hao ứng suất và cần phải được tính đến trong quá trình thiết

kế nhằm đảm bảo rằng ứng suất kéo còn lại trong cốt thép ứng suất trước sau khi đã trừ đi cáctổn hao ứng suất vẫn có thể tạo được lực nén trước đủ lớn lên bê tông và đảm bảo khả năngchịu lực cho cấu kiện

Tính toán mất mát dự ứng lực là một quá trình rất phức tạp, có liên quan đến rất nhiều yếu tố

trường như nhiệt độ, độ ẩm và điều kiện sử dụng kết cấu, v.v Mặc dù là một công việc khókhăn nhưng việc xác định một cách tương đối chính xác các mất mát dự ứng lực là rất quantrọng Nếu mất mát dự ứng lực được xác định nhỏ hơn thực tế, độ lớn của dự ứng lực còn lại

có thể không đủ để đảm bảo cho kết cấu có những tính năng mong muốn Ngược lại, nếu mấtmát dự ứng lực được xác định quá lớn so với thực tế, người ta phải tìm cách tăng độ lớn của

dự ứng lực ban đầu đến mức không cần thiết

Theo TCVN 5574-2018 mục 9.1 quy định khi tính toán kết cấu ứng suất trước, phải kể đến sựsuy giảm ứng suất trong cốt thép do hao tổn ứng suất trước trước khi truyền lực căng cho bêtông (các tổn hao thứ nhất) và sau khi truyền lực căng cho bê tông (các tổn hao thứ hai):

- Các tổn hao thứ nhất bao gồm: do sự chùng ứng suất trước trong cốt thép, do chênh lệchnhiệt độ khi gia công kết cấu bằng nhiệt, do biến dạng neo và biến dạng khuôn (hoặc bệ căng)

- Các tổn hao thứ hai bao gồm: do co ngót và từ biến của bê tông Các tổn hao được xác

định cụ thể với các công thức sau: (trích từ TCVN 5574-2018)

Sau đây là một số hình ảnh trích dẫn về kết cấu ứng suất trước được quy định trong TCVN 2018:

5574-18

20

Theo tiêu chuẩn ACI 318-14 của Hoa Kỳ, tổn hao ứng suất trong cốt thép ứng suất trước cóthể được phân theo giai đoạn thành hai loại, tổn hao ứng suất trước tức thời và tổn hao ứngsuất theo thời gian.

- Tổn hao ứng suất tức thời là những tổn hao xảy ra ngay lập tức kể từ khi căng cốt thép ứngsuất trước cho tới thời điểm ngay sau khi truyền lực, bao gồm các loại tổn hao do tự chùng của cốtthép ứng suất trước, tổn hao do ma sát giữa cốt thép ứng suất trước và thành ống gen hoặc vỏ bọc,tổn hao do tụt nêm neo và tổn hao do co ngắn đàn hồi của bê tông

- Tổn hao ứng suất theo thời gian là những tổn hao xảy ra kể từ thời điểm ngay sau khitruyền lực cho tới khi dừng hẳn, bao gồm các loại tổn hao do co ngót của bê tông, tổn hao do từbiến của bê tông và tổn hao do tự chùng của cốt thép ứng suất trước kể từ thời điểm ngay sau khitruyền lực

Nhìn chung, sự khác biệt về các tổn hao ứng suất của hai tiêu chuẩn Việt Nam và Hoa Kỳ làtương đối ít Sự khác biệt rõ rệt nhất là về các công thức xác định các tổn hao, khi các côngthức xác định tổn hao theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ có xét đến nhiều yếu tố như độ ẩm môi trường,các hệ số chuyển đối, tỉ số,… làm cho các công thức trở nên phức tạp hơn

3.1 Biện pháp giảm thiểu tổn hao ứng suất:

Tổn hao ứng suất quá lớn dẫn đến việc phải sử dụng nhiều cốt thép ứng suất trước hơn để cóthể tạo ứng suất nén trước lên bê tông cân bằng với ứng suất kéo do tải trọng gây ra Để giảmthiểu tổn hao ứng suất, có thể áp dụng và kết hợp các biện pháp sau đây:

- Bố trí cốt thép ứng suất trước theo quỹ đạo có độ cong nhỏ nhất có thể Biện pháp này tuycho phép giảm tổn hao ứng suất do ma sát giữa cốt thép ứng suất trước và ống gen (hoặc vỏ bọc)nhưng do độ lệch tâm và độ chùng của cốt thép ứng suất trước nhỏ nên thường làm tăng số lượngcốt thép ứng suất trước

- Kéo cốt thép ứng suất trước vượt quá ứng suất căng thiết kế tới giá trị lớn nhất có thể vàsau đó giảm ứng suất về giá trị thiết kế trước khi neo cốt thép Biện pháp này cho phép giảm tổnhao ứng suất do ma sát giữa cốt thép ứng suất trước và ống gen (hoặc vỏ bọc) so với ứng suấtcăng thiết kế, tuy nhiên chỉ có thể áp dụng trong trường hợp ứng suất căng thiết kế tại kích nhỏhơn giá trị giới hạn

- Giảm chiều dài cốt thép ứng suất trước Biện pháp này cho phép giảm tổn hao ứng suất do

ma sát giữa cốt thép ứng suất trước và ống gen (hoặc vỏ bọc), tuy nhiên đòi hỏi phải sử dụng thêmthiết bị neo

- Kéo cốt thép ứng suất trước ở cả hai đầu Biện pháp này cho phép giảm tổn hao ứng suất

do ma sát giữa cốt thép ứng suất trước và ống gen (hoặc vỏ bọc), thường được áp dụng đối

22

với cốt thép ứng suất trước có chiều dài lớn, tuy nhiên đòi hỏi phải sử dụng thiết bị neo chủ động ở cả hai đầu cốt thép ứng suất trước.

- Kéo cốt thép ứng suất trước ở cả hai đầu Biện pháp này cho phép giảm tổn hao ứng suất

do ma sát giữa cốt thép ứng suất trước và ống gen (hoặc vỏ bọc), thường được áp dụng đối với cốtthép ứng suất trước có chiều dài lớn, tuy nhiên đòi hỏi phải sử dụng thiết bị neo chủ động ở cả haiđầu cốt thép ứng suất trước

- Kéo cốt thép ứng suất trước ở cả hai đầu Biện pháp này cho phép giảm tổn hao ứng suất

do ma sát giữa cốt thép ứng suất trước và ống gen (hoặc vỏ bọc), thường được áp dụng đối với cốtthép ứng suất trước có chiều dài lớn, tuy nhiên đòi hỏi phải sử dụng thiết bị neo chủ động ở cả haiđầu cốt thép ứng suất trước

4 Ứng xử của kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước:

4.1 Ứng xử chịu uốn:

Ứng xử chịu uốn của các cấu kiện bê tông ứng suất trước kéo trước (có dính bám tức thời) rấtgần với ứng xử của các cấu kiện bê tông cốt thép thường Ở các cấu kiện này, lực dính bám đủlớn để đảm bảo cho sự thay đổi biến dạng của bê tông và cốt thép là như nhau trong quá trìnhchịu lực Việc tính toán các cấu kiện này, do đó, vẫn được thực hiện dựa trên giả thiết mặt cắtphẳng Ở các cấu kiện dự ứng lực kéo sau, lực dính bám giữa bê tông và cốt dự ứng lực đượcthực hiện thông qua vữa được bơm vào các ống gen sau khi đã căng kéo xong Cường độ củavữa này, nói chung, là không cao như cường độ của bê tông Bên cạnh đó, với việc sử dụngvật liệu cường độ cao, ứng suất trong bê tông và trong cốt dự ứng lực ở trạng thái giới hạncường độ thường là rất cao nên cường độ của vữa có thể là không đủ để đảm bảo cho sự dínhbám tuyệt đối giữa thép dự ứng lực và bê tông xung quanh

Một xu hướng đang được phát triển mạnh hiện nay là sử dụng dự ứng lực ngoài cũng như dựứng lực không dính bám Ở các cấu kiện dạng này, việc truyền lực giữa cốt dự ứng lực và bêtông chỉ được thực hiện ở các neo

Lực dính bám đóng vai trò rất quan trọng đến độ mở rộng và khoảng cách giữa các vết nứt trongsuốt quá trình chịu lực cũng như ở trạng thái giới hạn về cường độ của kết cấu bê tông cốt thép

Để đánh giá ảnh hưởng của lực dính bám đến sự phát triển vết nứt trong kết cấu bê tông dự ứnglực, rất nhiều thí nghiệm đã được thực hiện trên các cấu kiện bê tông dự ứng lực có và không códính bám Hình 4.1 minh hoạ cấu tạo của hai dầm bê tông dự ứng lực, một dầm có dính bám vàmột dầm không có dính bám, được sử dụng trong một thí nghiệm Như có thể thấy ở trên Hình4.2, ở trạng thái giới hạn về cường độ, cấu kiện dự ứng lực có dính bám có cấu trúc vết nứt vớikhoảng cách gần nhau và, do đó, có bề rộng vết nứt nhỏ hơn Ngược lại, ở cấu kiện dự ứng lựckhông có dính bám, các vết nứt mở rộng ngay sau khi hình thành nếu cốt thép thường có dính bám

cũng như các cấu kiện dự ứng lực ngoài đòi hỏi nhiều cốt thép thường hơn để hạn chế độ mở rộng vết nứt

Hình 4.1: Cấu tạo dầm được sử dụng trong phòng thí nghiệm

Hình 4.2: Cấu trúc vết nứt ở trạng thái phá hoại

4.2 Ứng xử chịu cắt:

Dự ứng lực theo phương dọc của dầm có tác dụng làm giảm ứng suất kéo chủ tác dụng theo phương nghiêng thông qua việc giảm thành phần ứng suất dọc trục và làm tăng độ dốc của

24

phương ứng suất kéo chính đối với trục dầm Vì lý do này, vết nứt nghiêng do cắt trong cácdầm dự ứng lực thoải hơn so với vết nứt do cắt trong các dầm bê tông cốt thép thường Thôngthường, góc nghiêng của các thanh nén trong các dầm bê tông dự ứng lực nằm trong khoảng từ

25 đến 35 (so với khoảng 45 trong các dầm bê tông cốt thép thường) – xem Hình 4.5 Tuynhiên, ở các khu vực gần điểm đặt của các lực tập trung cũng như ở các gối trung gian trongcác dầm liên tục, góc nghiêng của thanh nén vẫn là khoảng 45 Các thí nghiệm cũng cho thấyrằng, do dự ứng lực có tác dụng làm giảm độ lớn của ứng suất kéo chính trong các sườn dầmnên các dầm bê tông dự ứng lực thường yêu cầu ít cốt thép đai hơn so với các dầm bê tông cốtthép thường Hình 4.4 thể hiện ứng suất trong cốt thép đai ở các dầm có cấp độ dự ứng lựckhác nhau Có thể thấy rằng, ở một mức tải trọng, cấp độ dự ứng lực càng cao thì ứng suấttrong cốt thép đai càng nhỏ và tương ứng, diện tích cốt thép đai cần thiết cũng càng ít

Độ nghiêng của cốt thép dự ứng lực có quỹ đạo dạng pa-ra-bôn hay gãy khúc có vai trò khôngđáng kể trong việc chịu lực cắt của cấu kiện nếu cốt thép dọc chịu kéo không có đủ độ cứngcần thiết để neo các thanh nén Trong trường hợp cốt thép ở biên chịu kéo của dầm có độ cứngnhỏ, các thanh nén sẽ phải được phát triển đến các neo của cốt thép dự ứng lực Khi cốt dựứng lực có quỹ đạo được uốn cong, neo của chúng gần về biên chịu nén và làm cho các thanhnén thoải hơn và có khả năng chịu cắt kém hơn (Hình 4.6) minh hoạ kết quả thí nghiệm vềkhả năng chịu cắt của hai dầm có cách bố trí cốt thép ở thớ chịu kéo khác nhau Khi có ít cốtthép dọc thường chịu kéo, ứng suất trong cốt thép đai của dầm có cốt dự ứng lực có quỹ đạogấp khúc lớn hơn giá trị tương ứng trong dầm có cốt dự ứng lực có quỹ đạo thẳng Ngược lại,khi có đủ cốt thép dọc chịu kéo, ứng suất trong cốt thép đai sẽ nhỏ hơn ở dầm có cốt dự ứnglực với quỹ đạo gấp khúc

Vì lý do này, ở các dầm có cốt dự ứng lực được uốn khỏi biên chịu kéo, người ta phải bố trímột lượng cốt thép dọc thường đủ lớn để đảm bảo khả năng chịu cắt và để vết nứt không pháttriển quá lớn Lượng cốt thép thường ở gần gối nên được thiết kế đủ để chịu lực kéo có độ lớnbằng phản lực gối Một biện pháp cũng rất có hiệu quả là sử dụng một phần các cốt dự ứnglực có quỹ đạo thẳng ở biên chịu kéo đến gối hoặc qua điểm có mô men bằng không

Hình 4.3: Sự ảnh hưởng của mức độ ứng suất trước đến ứng suất của cốt đai

Hình 4.4: Cấu trúc vết nứt của một dầm bê tông ứng suất trước chịu một lực tập trung ở trạng thái

gần phá hoại

26

Hình 4.5: Ảnh hưởng của độ nghiêng của cáp dự ứng lực đến hợp lực nén trong bê tông ở khu vực

gần gối tựa

Hình 4.6: Ảnh hưởng của cốt thép dọc chịu kéo đến ứng suất trong cốt thép đai ở dầm có cốt thép dự

ứng lực xiên và dầm có cốt thép dự ứng lực thẳng

4.3 Ứng xử chịu xoắn:

Tương tự như đối với trường hợp chịu cắt, dự ứng lực dọc làm giảm đáng kể ứng suất kéo chủ vàlàm thay đổi góc nghiêng của ứng suất này do làm giảm ứng suất kéo dọc trong bê tông Dự ứnglực dọc, do đó, làm tăng độ lớn của mô men xoắn gây nứt trong cấu kiện Tương tự như ở cáctrạng thái chịu lực khác, giai đoạn làm việc không nứt ở cấu kiện bê tông dự ứng lực chịu xoắnđược duy trì ở cấp tải trọng lớn hơn so với ở cấu kiện bê tông cốt thép thường Hình 4.8 minh hoạquan hệ mô men xoắn – góc xoắn trong dầm bê tông dự ứng lực và dầm bê tông cốt thép thường.Người ta nhận thấy rằng, ở dầm có cấp độ dự ứng lực lớn, trạng thái làm việc không nứt được duytrì đến khoảng 0,6 lần tải trọng phá hoại

Hình 4.7: So sánh mối quan hệ momen xoắn – góc xoắn của dầm bê tông dự ứng lực và bê tông thường

Các thí nghiệm cũng cho thấy rằng, trong khi dự ứng lực dọc có ảnh hưởng đáng kể đến sự chịuxoắn của cấu kiện thì dự ứng lực ngang hầu như không có ảnh hưởng gì lớn Do đó, cốt thép dọc

có thể được thay thế bằng cốt dự ứng lực và điều này không áp dụng được cho cốt thép đai chịuxoắn đặt vuông góc với cốt dọc

28

Ở gần trạng thái giới hạn chịu lực, vết nứt do xoắn sẽ chồng lên các vết nứt do uốn trong các cấukiện bê tông dự ứng lực chịu uốn và xoắn đồng thời (Hình 4.9) Sự phát triển của vết nứt do xoắnhầu như không bị ảnh hưởng bởi các vết nứt do uốn đang có, nếu các vết nứt do uốn có bề rộngnhỏ để hiệu ứng cài cốt liệu vẫn còn phát huy tác dụng Ở các cấu kiện chịu xoắn đổi chiều nhưcác dầm cầu hình hộp, các vết nứt do xoắn được hình thành theo hai phương vuông góc với nhau.Kết hợp với các vết nứt do uốn, chúng làm cho bê tông ở mặt chịu kéo do uốn bị xé vụn ra Do đó,

ở các cấu kiện chịu xoắn đổi chiều, cấp độ dự ứng lực phải được lựa chọn sao cho, vết nứt doxoắn không được hình thành dưới tác dụng của các tải trọng thường xuyên Tuy nhiên, các thínghiệm cũng cho thấy rằng, ngay ở các cấu kiện đã có các vết nứt đan ô với nhau, khả năng chịuxoắn do các thanh nén sinh ra cũng không thay đổi đáng kể

Hình 4.8: Các vết nứt đan nhau ở bản đáy của dầm hộp chịu uốn xoắn đồng thời

4.4 Ứng xử chịu kéo:

Các cấu kiện bê tông dự ứng lực có thể được sử dụng để chịu kéo và chúng có thể được thiết

kế sao cho, dưới tác dụng của tải trọng khai thác, bê tông vẫn được duy trì ở trạng thái ứngsuất nén Có thể nhận thấy rằng, sau khi ứng suất trong bê tông đạt đến cường độ chịu kéo dọctrục, các vết nứt sẽ hình thành và phát triển qua toàn bộ mặt cắt Toàn bộ lực kéo, lúc này, sẽ

do cốt thép chịu Sự tăng ứng suất trong cốt thép là:

Với Ac là diện tích mặt cắt ngang, fcr là cường độ chịu kéo dọc trục của bê tông và As là diệntích cốt thép (bao gồm cả diện tích cốt thép thường và cốt dự ứng lực) ∆fs có thể là rất lớn vàgây phá hoại dính bám giữa bê tông và cốt thép Vì lý do này, ở các cấu kiện có dự ứng lựcvới dính bám sau, biến dạng sau khi nứt là rất lớn Để đảm bảo hạn chế độ mở rộng vết nứt và

sự chuyển tiếp êm thuận từ trạng thái chưa nứt sang trạng thái nứt, trong các cấu kiện dự ứnglực chịu kéo người ta phải bố trí một hàm lượng đủ lớn cốt thép thường và cốt thép đai

5 Tác động của dự ứng lực lên bê tông:

Sau khi được kéo căng và neo vào bê tông cốt dự ứng lực sẽ tác động lực nén lên bê tông tạicác vị trí neo, chúng được gọi là lực neo Ngoài ra, tại các điểm chuyển hướng (điểm uốn), cốt

dự ứng lực cũng sinh ra các lực ép lên bê tông theo phương vuông góc với cốt dự ứng lực tạicác điểm đó Các lực này được gọi là lực chuyển hướng Nếu cốt dự ứng lực và bê tông cóchuyển vị tương đối với nhau thì tại các điểm chuyển hướng này còn phát sinh lực ma sát(Hình 5.1) Như vậy, dự ứng lực tác động lên bê tông thông qua các lực neo, lực chuyểnhướng và lực ma sát Đối với các kết cấu bê tông dự ứng lực căng trước, thay cho lực neo làlực dính bám giữa bê tông và cốt dự ứng lực

Lực ma sát tác động lên cốt dự ứng lực ngược với chiều kéo của nó và tác động lên bê tôngtheo chiều ngược lại Người ta thường chỉ quan tâm đến lực ma sát khi tính toán lực căngtrong cốt dự ứng lực trong quá trình tạo dự ứng lực mà bỏ qua chúng khi tính toán lực tácđộng lên bê tông

Hình 5.1: Cáp dự ứng lực, lực chuyển hướng và lực ma sát cũng như các tác động của chúng lên bê

tông

Lực neo P có phương trùng với phương của cốt dự ứng lực tại neo Đối với bê tông, lực này làlực nén còn với cốt dự ứng lực, nó là lực kéo Để tính toán nội lực trong dầm, tại mặt cắt neocũng như ở các mặt cắt bất kỳ, người ta thường phân tích lực P thành các thành phần ứng vớilực cắt, lực dọc và mô men uốn (Hình 5.2):

30

Hình 5.2: Các thành phần lực tại vị trí neo

P x = Pcosφ là thành phần tác dụng theo phương dọc trục N

P y = Psinφ là thành phần tác dụng theo phương lực cắt Q

M = Pcosφ × e là momen uốn đối với trục trọng tâm của mặt cắt đi qua neo

Ở các kết cấu mảnh, góc nghiêng của cốt dự ứng lực thường là rất nhỏ nên, một cách gần đúng, cosφ =

1 Do đó, P x = P, P y = Psinφ và M = P×e

Lực chuyển hướng có phương tác dụng trùng với phân giác góc bù của góc chuyển hướng hay vuông góc tiếp tuyến của cốt dự ứng lực nếu cốt có quỹ đạo cong đều Độ lớn của lực chuyển hướng tại vị trí gấp khúc là:

Do góc chuyển hướng là nhỏ nên:

Hình 5.3: Lực chuyển hướng và các lực thành phần tại điểm uốn

Nếu cốt dự ứng lực có quỹ đạo cong đều tại điểm chuyển hướng với bán kính cong là r thì độ lớn của lực chuyển hướng trên một đơn vị chiều dài là:

Hình 5.4: Lực chuyển hướng thực tế và gần đúng

Phương trình độ cong cho thấy rằng, độ cong của cốt dự ứng lực là hằng số dọc theo chiều dàicủa đoạn pa-ra-bôn Độ cong p là sự thay đổi của góc tiếp tuyến trên một đơn vị chiều dài Theo công thức (5.4), lực chuyển hướng do dự ứng lực sinh ra trong trường hợp này là lực phân bố đều và có giá trị là wP = p × ϕp Như vậy, đối với quỹ đạo cáp có dạng pa-ra-bôn bậc hai, lực chuyển hướng trên một đơn vị chiều dài là:

l2

Nội lực trong bê tông của dầm tĩnh định do dự ứng lực:

Như đã nêu ở trên, trong các kết cấu tĩnh định, dự ứng lực tạo ra trạng thái ứng suất tự cân bằng

và, do đó, không làm phát sinh phản lực Điều đó có nghĩa là, tại mọi mặt cắt, nội lực trong bê tông cân bằng với nội lực trong cáp dự ứng lực Vì vậy, nội lực trong bê tông do dự ứng lực gây

ra trong các dầm tĩnh định có thể được xác định theo các thành phần lực neo và lực chuyển hướng

đã trình bày ở trên hoặc theo điều kiện cân bằng giữa nội lực trong bê tông và nội lực trong cốt dựứng lực

33

Sau khi đã xác định được nội lực trong bê tông, người ta có thể dựa vào giả thiết mặt cắt phẳng đểxác định một cách dễ dàng sự phân bố ứng suất trong nó Tuy nhiên, tại điểm đặt neo và điểm chuyển hướng tập trung của cốt dự ứng lực, bê tông chịu các lực tập trung lớn Các khu vực xung quanh các điểm này là các khu vực không liên tục với sự nhiễu loạn lớn của ứng suất và biến dạng Các khu vực này, do đó, cần phải được tính toán và thiết kế theo các phương pháp thích hợp.

Các thành phần nội lực trong một mặt cắt bê tông bất kỳ được xác định từ các quan hệ cân bằng(Hình 6.1) bao gồm:

Lực dọc NP = Px = Pcosφ

Lực cắt Qp = Py = Psinφ là các thành phần tác dụng theo phương lực cắt Q

Momen uốn Mp = Pcosφ×e là momen đối với trục trọng tâm của mặt cắt

Hình 6.1: Các thành phần nội lực trong mặt cắt bê tông

Các Hình 6.2 đến Hình 6.4 minh hoạ các biểu đồ nội lực của dầm giản đơn ứng với các cách bốtrí cốt dự ứng lực khác nhau Mô men uốn MP sẽ xuất hiện khi cốt dự ứng lực bố trí lệch tâm khỏi

vị trí trọng tâm của mặt cắt Mô men xoắn cũng sẽ tồn tại ở những mặt cắt mà, ở đó, hợp lực của

dự ứng lực nằm lệch khỏi tâm cắt của mặt cắt

Hình 6.2: Dầm đơn giản, quỹ đạo cốt dự ứng lực phẳng

Hình 6.3: Dầm đơn giản, quỹ đạo cốt dự ứng lực parabol

35

Hình 6.4: Dầm đơn giản, quỹ đạo cốt dự ứng lực parabol, neo ở nhịp

6 Nội lực trong bê tông của dầm siêu tĩnh do dự ứng lực:

Dự ứng lực gây ra các biến dạng dọc, biến dạng trượt và biến dạng uốn trong kết cấu Ở các kết cấu tĩnh định, các biến dạng này không gây ra các phản lực Ngược lại, trong các kết cấu siêu tĩnh, các biến dạng này làm phát sinh các phản lực cưỡng bức Độ lớn của phản lực cưỡng bức phụ thuộc vào biến dạng do dự ứng lực và, do đó, phụ thuộc vào độ lớn và cách bố trí cốt dự ứng lực trong kết cấu Ví dụ trên Hình 7.1 minh hoạ cơ chế phát sinh phản lực cưỡng bức này:

Hình 7.1: Cơ chế xuất hiện phản lực cưỡng bức do ứng lực trong kết cấu siêu tĩnh

Do dự ứng lực lệch tâm nên trong dầm phát sinh biến dạng uốn, làm cho dầm có xu hướng cong lên và tách khỏi gối B Để giữ cho dầm không có chuyển vị thẳng đứng ở đó, tại gối B phải phát sinh một phản lực VB có độ lớn nhất định, được gọi là phản lực cưỡng bức Việc tính toán các phản lực cưỡng bức này cũng như nội lực trong kết cấu siêu tĩnh có thể được thực hiện theo các phương pháp của cơ học như phương pháp lực, phương pháp chuyển vị hayphương pháp phân phối mô men

37