Kết cấu bê tông ứng suất trước-Bài 3: UST và tổn hao UST potx

Yo CIVsye Sy yyyyo Lay dau cong + khi có ảnh hưởng bất lợi của ứng suất trước tức là trong giai đoạn làm việc cụ thể của kết câu hoặc bộ phận đang xem Xét của kết cầu, ứng suất trước là

KET CAU BETONG UNG SUAT TRUOC

BAL3:

UNG SUAT TRUOC VA TON HAO UNG SUAT TRUOC

3.1 KHAI QUAT CHUNG

Các giai đoạn chịu lực của kết cầu bề tông ứng suât trước:

Giai đoạn từ đầu đến khi kết thúc f truyền UST Bé tông chưa đạt cường độ thiết kế Kết

§ ` See Fe Ss SS so FS Ÿề $ SINS vyi NN SR Sesh PRT Be FSR SVP PK eV Thy

¬> SAS AS 8 eho SSP SS VS ss) SLE Sk |v aQ Se LS RSASL Yess Let sis gŠ LS

a) Trường hợp căng trước:

Bước 2: Thị công và dưỡng hộ bê tông BT chưa được UST Xây ra co ngót và từ biến của

BT nhưng không ảnh hưởng đên UST (4) Chênh lệch nhiệt độ giữa BT và côt thép làm

ảnh hưởng đên US trong côt thép căng

Bước 3: Truyền ƯST lên BT Xây ra biến dạng đàn hồi và (5) từ biến nhanh của BT làm

ảnh hưởng đên US trong côt thép căng.

b)Truong hop cang sau:

Ống bơm vữa / thông hơi Cốt thép thường Ống bơm vữa 7 thông hơi

Bước I: Thi công và dưỡng hộ BT Bê tông được thi công và dưỡng hộ, chưa được gây

UST Co ngót và từ biên của bê tông không ảnh hưởng đên UST

Bước 2: Kéo căng cốt thép (1) Ma sát làm giảm ƯS trong cốt thép căng Bê tông chịu tác dụng của lực căng

Bước 3: Truyện ƯST lên BT (2)Biến dạng neo làm giảm ƯS trước trong cốt thép căng

BT được gây UST.

2)GIAI DOAN TRUNG GIAN:

Là giai đoạn kế từ sau giai đoạn đầu đến khi chịu tải sử dụng Đã xuất hiện một phân tôn hao Kết cầu chịu tải trọng do vận chuyền, cầu lắp

Không có sự khác nhau giữa căng trước và căng sau Xây ra từ biến và eo ngót của bêtông

3.2 UNG SUAT TRUOC TRONG COT THEP CANG

3.2.1 Ứng suất căng cốt thép:

6,, (G,, )—p>0,3R s,ser

Trong đó : p tính bằng MPa, được xác định như sau :

- căng bằng phương pháp cơ học : P=0.059,, ;

- căng băng phương pháp nhiệt - điện và cơ nhiệt - điện : P =30+——

/ là chiều dài thanh cốt thép căng (khoảng cách giữa các mép ngoài của bệ căng), tính bang mm

Trường hợp căng bằng thiết bị tự động thì giá trị 360 trong công thức được thay bằng 90 Trong trường hợp không có số liệu về công nghệ chế tạo kết câu, giá trị của ©,,(6,,) khong được lớn hơn 700MPa đối với cốt thép cán nóng, 550MPa đổi với cốt thép tăng cường độ bang gia nhiét Doi voi cot thép soi bi udn cong, gia tri cua o,,(0,,) khong duoc vuot qua

0,86R s,ser ®

LP D QMS ch vip ca GES SY? Yo CIVsye Sy yyyyo

Lay dau cong (+) khi có ảnh hưởng bất lợi của ứng suất trước (tức là trong giai đoạn làm

việc cụ thể của kết câu hoặc bộ phận đang xem Xét của kết cầu, ứng suất trước làm giảm khả năng chịu lực, thúc đầy sự hình thành vết nứt ) ; lây dẫu trừ (-) khi có ảnh hưởng có lợi của ứng suất trước

7

Trường hợp tạo ứng suất trước bằng phương pháp cơ học, đại lượng Ay„ lây giá trị 0,1; còn khi tạo ứng suất trước bằng phương pháp nhiệt - điện ,^7,„ được xác định bằng công thức :

1

Ay„=0,5-—|1+-— |>0,1

6 sp ^ II,

n› là số thanh cốt thép căng trên tiết diện kết câu

Tiêu chuẩn TCXDVN 356 : 2005 quy định khi tính toán tốn hao ứng suất trước trong cốt thép, cũng như khi tính theo điều kiện nứt và tính toán theo biến dang đại lượng ÂY„ lấy

gia triAy,, = 9.

3.3 UNG SUAT TRUOC TRONG BETONG

3.3.1 Phan tích đàn hôi tiết diện

SO DO UNG LUC TRONG CÓT THÉP

Mômen tĩnh của tiết diện quy đối đỗi với mép chịu kéo được xác định theo công thức:

Trong do:

h la chiéu cao thiét dién ;

aa, lan lwot là khoảng cách từ mép dầm phía dưới đến trọng tâm cốt thép căng phía dưới và cốt thép thường phía dưới ;

a9, lần lượt là khoảng cách từ mép dâm phía trên đến trọng tâm cốt thép căng phía trên và cốt thép thường phía trên ;

S la mômen tĩnh của tiết diện bêtông

Lực nén trước tại tiết điện xem xét được xác định bằng tổng hợp lực trong các cốt thép :

P=6,A,,+6,,A,, —6,A, —0,A,

còn độ lệch tâm của nó so với trọng tâm tiết diện quy đổi được xác định theo công thức:

A,:A, lần lượt là diện tích cốt thép thường trong vùng kéo và trong vùng nén;

A„›Á„ lần lượt là diện tích cốt thép căng trong vùng kéo và trong vùng nén;

6,59, lan lwot 1a ứng suất trong côt thép thường ở vùng kéo và vùng nén do co ngót

và từ biên của bêtông gay ra, Trong đó:

- Trong øial đoạn sản xuât: chỉ xét đên ảnh hưởng của từ biên nhanh của bétong;

- Trong øiai đoạn sử dụng: xét đên ảnh hưởng của cả co ngót và từ biên của bétong;

6,,59,, lan luot la wng suat trong côt thép căng trong vung kéo va trong ving nén, được xác định như sau:

-_ Trong øiai doạn sản xuât: có kê đên các tôn hao thứ nhât;

- Trong giai đoạn sử dụng: có kế đến cả các tốn hao thứ nhất và các tốn hao thứ hai

Kết quả tính theo (3.10) cho giá trị £„ dương (+) khi điểm đặt của P ở phía dưới so với

trọng tâm, cho giá trị âm (-) khi điểm đặt của P ở phía trên trọng tâm

Trường hợp tiết diện không bị nứt và các vật liệu được giả thiết làm việc trong giai đoạn đàn hồi, ứng suât pháp tuyên tại các thớ có khoảng cách đên trọng tầm tiêt diện quy đôi »

„ được tính như sau:

15

3.3.2 Ung suat nén truéc cho phép trong béténg

Ứng suất nén lớn nhất trong bêtông ngay sau khi gây ứng suất trước được xác định theo công thức:

P¡ là giá trị ứng lực trước có kế dễn các tốn hao thứ nhất

Tiéu chuan TCXDVN 356 : 2005 quy định giá trị %p1 phai thoa m4n diéu kién sao cho ty

số (c ppt Ry, ) không vượt quá giá trị cho phép, được cho trong Bảng 3.1

Bảng 3.1 : Các giá trị cho phép của tỷ số (,,,/R,, )

Trạng thái ứng suất Phương pháp (c,,,/R,, ) không lớn hơn

của tiêt diện căng côt thép Nén đúng tâm Nén lêch tâm

khi có tải trọng ngoài | Tyan bêtông 0,70 0,85

khi có tải trọng ngoài | Tyan bêtông 0,60 0,65

* áp dụng cho các cầu kiện được sản xuất theo điều kiện tăng dân lực nén, khi có

các chỉ tiết liên kết bằng thép tại øôi và cốt thép gián tiếp với hàm lượng thép theo

phép lẫy gia tri o,, /R,, =1.0

Đôi với bêtông nhẹ từ cấp B7,5 đến B12,5, giá trị (,„⁄a,„) nên lấy không lớn hơn 0,3

17

Tiéu chuan TCXDVN 356 : 2005 con đưa ra các quy định như sau:

- Cường độ bêtông tại thời điểm nén trước R„„ (được kiểm soát như đối với cấp độ bên chịu nén) không được nhỏ hơn 11 MPa, còn khi dùng thép thanh nhóm A-VI, AT-VI, AT-VIK và AT-VHH, thép sợi cường độ cao không có neo và thép xoăn thì không được nhỏ hon 15,5 MPa Ngoài ra, ›; không được nhỏ hơn 50% cấp độ bền chịu nén của bêtông

- Khi tính toán kết cau bêtông cét thep trong giai đoạn nén trước, các đặc trưng tính (toán của bêtông được lay như doi voi cap độ bên của bêtông, có trị sô bằng cường độ của

bêtông khi bắt đầu chịu ứng suất trước (theo nội suy tuyến tính)

- Trường hợp thiết kế các kết câu bao che một lớp đặc làm chức năng cách nhiệt, khi gia tri (s„„/R„)<0.3, cho phép sử dụng cốt thép căng nhóm CIV, A-IV có đường kính không lớn hơn 14 mm với bêtông nhẹ có cấp từ B7,5 đến B12,5, khi đó R„„ không được nhỏ hơn 80% cấp độ bên của bêtông

UOC

-

~

UNG SUAT TR 3.4.1 Khai quat chung

01 lra cac

ung voi p wv v

thanh phan Trong Bang 3.3 ch

Bang 3.2 : Các loại tốn hao ứng suất trước trong cốt thép căng

Thứ tự Nguyên nhân gây tốn hao Tôn hao ứng suất trước

I— Các tôn hao thứ nhất :

1 Ching tng suất của cốt thép (căng trên bệ) Ơi ¬

2 Chênh lệch nhiệt độ giữa cốt thép và bêtông Ơ; -

4 Ma sát giữa cốt thép và các bộ phận Ơ, “

II— Các tốn hao thứ hai : Chùng ứng suất của cốt thép (căng trên BT) - OC,

19

Tiéu chuan TCXDVN 356 : 2005 quy định trong mọi trường hợp tổng các tốn hao thứ nhât và các tôn hao thw hai khong it hon 100MPa

Bảng 3.3 : Các nhóm tốn hao ứng suất trước

21

Xác định một cách chính xác các nguyên nhân, quy luật và phương pháp tính toán tôn hao ứng suât trước là một vần đề khó

Trong các tiêu chuẩn người ta thường đưa ra các phương pháp đơn giản, gần đúng để tính toán tôn hao ứng suât trước

1) Các tốn hao thứ nhất

a)Ton hao do ching tng suất trong cốt thép

- Đôi với sợi thép và tao thép xoăn:

G

6, = luan h _——— of,

- Déi voi thanh thép:

6, = 0,16, — 20

Dai lwong ©; là ứng suất căng ban đầu (chưa kế đến các tốn hao), được tinh bang MPa;

R;„- là cường độ tiêu chuẩn của côt thép căng;

Nếu trường hợp tính toán cho giá trị 6, <9 thi lay gia tri 6, =9

23

b)T6n hao do chénh lệch nhiệt độ trong thi công

- Đối với cấp bêtông B15 — B40:

-_ Đối với cấp bêtông từ B45 trở lên:

AT” là chênh lệch nhiệt độ giữa cot thép cang bi nung nóng va bệ căng hoặc tường chịu

lực được tính bằng ĐC, Khi thiếu số liệu thì tiêu chuẩn TCXDVN 356 : 2005 cho phép lẫy

AT" =6SC,

Đại lượng ©, tinh theo MPa

Ton hao do chênh lệch nhiệt độ trong thi công có thể được loại trừ băng cách gia nhiệt bỗ sung

c) Tén hao do biến dang neo cia thiết bị căng:

Khi căng trên bệ :

AI

Ơ;= —È,

I (mm) là chiêu dài của cốt thép căng, tính băng khoảng cách giữa mép ngoài của các gỗi trên bệ;

AI là biến dạng của các vòng đệm bị ép và các đâu neo bị ép cục bộ lấy băng 2mm; khi có

sự trượt øiữa các thanh côt thép trong thiêt bị kẹp dùng nhiêu lân, Ai được xác định theo

công thức: ÂÏ = 1,25 + 0,15d

với d là đường kính thanh cốt thép, tính bằng mm

- Khi căng trên bêtông, giá trị tốn hao do biến dạng neo được tính theo công

thức:

AI,

5, = AN tal Be +Al,

]

AI, là biên dạng của êcu hoặc các ban dém giira cac neo va bétong, lay bang 1mm;

Al, la bién dang cua neo hinh coc, écu neo, lay bang 1mm;

l (mm) là chiêu dài của côt thép căng hoặc câu kiện

œ,ð là các hệ số ma sát, được cho trong Bảng 3.4;

x là khoảng cách từ thiết bị căng đến tiết diện tính toán, tính bằng m;

Ö là tông góc thay đôi hướng của trục cốt thép căng, tính băng radian;

e là số logarit tự nhiên ;

6, là ứng suât căng ban đầu (chưa kê đên tôn hao)

25

Cac hé so ma sat dé tinh ton hao do ma sat

- bề mặt bêtông tạo bằng khuôn lõi cứng 0 0,55 0,65

- bé mat bêtông tạo băng khuôn lõi mềm 0.0015 0,55 0,65

Căng trên bệ :

6, = 5, (1- e9)

Trong đó:

Ò là các hệ số ma sát, lấy giá trị 6 = 0,25;

Ö là tông góc thay đôi hướng của trục cốt thép căng, tính băng radian;

e là sô logarit tự nhiên ;

Øsp› là ứng suât căng ban đâu (chưa kê đên tôn hao)

27

e)T6n hao do biến dạng khuôn

n là số nhóm cốt thép được căng không đồng thời

Al la do dich lai gan nhau của các gỗi trên bệ theo phương tác dụng của lực căng, được tính toán theo biên dạng khuôn;

—_ ](mm) là chiều dài của cốt thép căng, tính băng khoảng cách giữa mép ngoài của các øôi trên bệ:

Khi thiếu các số liệu, tiêu chuẩn TCXDVN 356 : 2005 cho phép lây ø, = 30MPa,

f) Ton hao do tir bién nhanh của bêtông

- Trường hợp bêtông đóng ran tự nhiên:

ơ = 0,25 + 0,025R,,, nhưng không lớn hơn 0.8;

B = 5.25 - 0,185R,,„ nhưng không lớn hơn 2,5 và không nhỏ hơn 1,1;

ø„ được xác định tại mức trọng tâm cốt thép dọc S và S, có kế đến các tốn hao s,:o,; R›p là cường độ của bêtông khi gầy ứng suất trước;

ø,.R,,›Ø,;, được tính băng MPa

31

2)Các tốn hao thứ hai

ø) Tôn hao do ching tng suất trong cốt thép

- Đôi với sợi thép và tao thép xoăn:

Theo chỉ dẫn của tiêu chuẩn TCXDVN 356 : 2005 nếu trường hợp tính toán theo các công

thức trên cho giá trị 6, < 9 thi lay giá trị ø; =0.

h)T6n hao do co ngot bêtông

Og — E apt,

En» 1a bién dang do co ngót của bêtông

Tôn hao ứng suât trước do co ngót của bêtông

i) Ton hao do từ biến của bêtông

Øy; được xác định tại mức trọng tầm côt thép dọc S và S, có kê đên các tôn hao 6, +6;;

Œ là hệ sô, được lây:

=1 khi bêtông đóng răn tự nhiện;

u=0;8s khi có dưỡng hộ nhiệt trong áp suất khí quyền

33

j Tôn hao do biến dạng ép mặt của bêtông

Đôi với các kết cầu dạng trụ tròn có đường kính đến 3m, ép cục bộ bê mặt bêtông do cét thep dai dang xoắn hay vòng tròn làm bêtông bị biến dạng theo phương bán kính và gầy

ra ton hao ung suất trước Tiêu chuẩn TCXDVN 356 : 2005 dua ra công thức tính tốn hao

ứng suất trước do biến dạng ép mặt của bêtông như sau:

Ø;a = /0—-0,22d,„

Trong đó:

d,„ là đường kính ngoài của kết câu, tính bằng em

61) tinh bang MPa

Đối với các kết cầu có đường kính lớn hơn 3m, tiêu chuẩn TCXDVN 356 : 2005 cho phép

không phải tính tôn hao do biên dạng ép mặt của bêtông

35

k) Tôn hao do biên dang mOi noi

Truong: hop két cau được lắp ghép từ các khối và được ép lại với nhau bằng ứng suất trước, tôn hao ứng suất trước do biến dạng ép các mỗi nỗi được tính theo chỉ dẫn của tiêu

chuẩn TCXDVN 356 : 2005 như sau:

Trong đó:

n là số lượng khe nỗi giữa các khối kết cấu;

Alla bién dang ép sát của khe nỗi, được lẫy như sau:

- _ với khe được nhôi bêtông: AI = 0.3mm ;

- _ với khe ghép trực tiếp: AI= 0.5mm ;

I là độ dài cốt thép căng