Ứng dụng các phương pháp tính toán trong thiết kế vùng chịu lực cục bộ tại vị trí neo cáp trong dầm bê tông cốt thép dự ứng lực luận văn thạc sĩ xây dựng cầu hầm

NGUYỄN VĂN NHỎ ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TRONG THIẾT KẾ VÙNG CHỊU LỰC CỤC BỘ TẠI VỊ TRÍ NEO CÁP TRONG DẦM BTCT DỰ ỨNG LỰC Chuyên ngành: Xây dựng cầu hầm Mã số: 60.58.25 LUẬ

_

NGUYỄN VĂN NHỎ

ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TRONG THIẾT KẾ VÙNG CHỊU LỰC CỤC BỘ

TẠI VỊ TRÍ NEO CÁP TRONG DẦM

BTCT DỰ ỨNG LỰC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI -2014

NGUYỄN VĂN NHỎ

ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TRONG THIẾT KẾ VÙNG CHỊU LỰC CỤC BỘ

TẠI VỊ TRÍ NEO CÁP TRONG DẦM

BTCT DỰ ỨNG LỰC

Chuyên ngành: Xây dựng cầu hầm

Mã số: 60.58.25

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Nguyễn Duy Tiến

HÀ NỘI - 2014

LỜI CẢM ƠN

Trong xây dựng công trình hiện đại ngoài việc tính toán thiết kế theo yêu cầu mỹ quan thì công tác thiết kế cấu tạo và thi công công trình phải đảm bảo yêu cầu về chịu lực và làm việc bình thường của kết cấu, nhất là các khu vực chịu lực tập trung lớn Do đó việc nghiên cứu và ứng dụng các lý thuyết tính toán ở các khu vực này là rất cần thiết, nhằm hạn chế các hư hỏng và tăng tuổi thọ của công trình

Trong quá trình học tập và làm luận án tốt nghiệp tại trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Hà Nội, Em xin chân thành cảm ơn đối với sự giúp đỡ của các đồng nghiệp, cũng như sự tận tình hướng dẫn và định hướng đề tài của Ts Nguyễn Duy Tiến, nhằm giúp cho đề tài được hoàn thành đúng tiến

độ và có lợi ích thiết thực

Mặt khác Em cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Thầy Cô khoa công trình, khoa sau đại học Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải đã tạo điều kiện cho Em có các tư liệu nghiên cứu phục vụ cho đề tài này

Do thời gian và năng lực có hạn, chắc chắn đề tài có nhiều thiếu sót, rất mong sự chỉ bảo tận tình của Thầy Cô trong bộ môn và các đồng nghiệp

Em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với các thầy cô và đồng nghiệp Em xin chúc tất cả sức khỏe, thành công

Hà Nội, ngày 10 tháng 04, năm 2014

Học viên

Nguyễn Văn Nhỏ

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC CÁC BẢNG 6

DANH MỤC CÁC HÌNH 7

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VÙNG CỤC BỘ TRONG KẾT CẤU CẦU BTCT 4

1.1.Đặc điểm của các vùng cục bộ thường gặp 4

1.1.1.Vùng B: 4

1.1.2.Vùng D: 4

1.1.3.Cách xác định vùng B và vùng D: 6

1.1.4.Tổng quan về các khu vực chịu lực cục bộ trong kết cấu cầu bêtông cốt thép: 8

1.1.5 Các phương pháp tính toán và xử lý cấu tạo các vùng D trong cầu bêtông 9

1.1.6 Bố trí cốt thép và đặc điểm thi công vùng kết cấu chịu lực cục bộ: 10

1.2.Qui định cấu tạo vùng cục bộ theo các tiêu chuẩn: 23

1.2.1.Quy định theo 22TCN-18-79: 23

1.2.2 Quy định theo 22TCN-272-05/AASHTO-LRFD: 29

1.2.3 Quy định theo Eurocode: BS EN 1992-1-1:2004: 32

1.3 Kết luận chương 1 39

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÙNG CỤC BỘ TRONG KẾT CẤU BTCT 41

2.1 Phương pháp truyền thống 41

2.1.1 Theo quy trình 22TCN-18-79: 41

2.1.2 Theo TCXDVN 356-2005: 45

2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn: 55

2.2.1 Cơ sở lý thuyết: 55

2.2.2 Hàm xấp xỉ - Phép nội suy: 56

2.2.3 Chọn bậc của đa thức xấp xỉ hay hàm xấp xỉ: 58

2.2.4 Các phương trình cơ bản của phương pháp PTHH: 60

2.2.5 Trình tự phân tích bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn: 62

2.2.6 Phương pháp áp dụng: 65

2.3 Phương pháp sơ đồ hệ thanh 75

2.3.1 Cơ sở lý thuyết 75

2.3.2 Thiết kế vùng D trong kết cấu bê tông cốt thép bằng sơ đồ hệ thanh 76

2.4 Kết luận chương 2 89

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁNTẠI VỊ TRÍ ĐẦU NEO CÁP DỰ ỨNG LỰC 91

3.1 Khu vực neo cáp Dự Ứng Lực 91

3.1.1 Đặc điểm về cấu tạo và thi công 91

3.1.2 Thiết kế theo mô hình hệ thanh 93

3.1.3 Giải pháp Thiết kế ban đầu: 107

3.1.4 Phân tích và đánh giá 109

3.2 Khu vực đầu dầm: 109

3.2.1 Đặc điểm chịu lực 109

3.2.2 Ví dụ neo cáp dự ứng lực tại đầu dầm I: 112

3.3 Kết luận chương 3 127

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 130

TÀI LIỆU THAM KHẢO 133

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Khoảng cách tĩnh tối thiểu giữa các thành phần cốt thép căng

trước 24 Bảng 1.2: Đường kính quy định nhỏ nhất của cốt thép 38Bảng 1.3: Giá trị hệ số ảnh hưởng 6 38

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Các vùng B và D 8

Hình 1.2: Quy cách nối thép buộc 11

Hình 1.3: Quy cách nối thép hàn đối đầu 12

Hình 1.4: Quy cách nối thép hàn ghép 12

Hình 1.5: Các trường hợp định nghĩa dầm cao 13

Hình 1.6: Các vết nứt trước khi dầm bị phá hoại 14

Hình 1.7: Bố trí thép cho dầm cao 15

Hình 1.8: Vị trí cắt khấc đầu dầm 15

Hình 1.9: Cấu tạo khung cốt thép cho mô hình 16

Hình 1.10: Các vết nứt xung quanh khu vực cắt khấc 16

Hình 1.11: Thay đổi cấu tạo cho cấu kiện mẫu 17

Hình 1.12 : Thay đổi cấu tạo cho cấu kiện mẫu 17

Hình 1.13: Xử lý cấu tạo cho các dạng vết nứt 18

Hình 1.14: Hình ảnh kết cấu vai đỡ 18

Hình 1.15: Mô hình làm việc và vết nứt kết cấu vai đỡ 19

Hình 1.16: Mô hình bố trí thép cho kết cấu vai đỡ 19

Hình 1.17: Bố trí cốt thép cho vùng cục bộ vai kê 20

Hình 1.18: Vị trí liên kết khung dầm – cột 20

Hình 1.19: Trạng thái ứng suất và các vết nứt tại nút 21

Hình 1.20: Bố trí cốt thép cho khu vực nút 21

Hình 1.21: Các ứng suất ở vị trí ụ neo 22

Hình 1.22: Vết nứt tại vị trí ụ neo 22

Hình 1.23: Vết nứt tại vị trí đầu neo 22

Hình 1.24: Bố trí cốt thép trong vùng neo 23

Hình 1.25: Phương pháp neo từ thanh thép thẳng 34

Hình 1.26: Neo liên kết 36

Hình 1.27: Nối chồng kế cận 38

Hình 1.28: Chiều dài nối chồng 39

Hình 2.1: Sơ đồ tính toán cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén cục bộ 49

Hình 2.2: Sơ đồ tính toán nén thủng cấu kiện bê tông cốt thép 51

Hình 2.3:Sơ đồ tính toán giất đứt cấu kiện bê tông cốt thép 52

Hình 2.4: Diện tích ép mặt và diện tích tính toán 54

Hình 2.5: Dạng nội suy các hàm xấp xỉ theo phương pháp Lagrange 57

Hình 2.6: a- tam giác Pascal b- tháp Pascal 59

Hình 2.7: Mô hình các phần tử đơn giản 63

Hình 2.8: Thuật toán mô hình hóa và phân tích vùng tập trung ứng suất 65

Hình 2.9: Phân chia kết cấu có đầu dầm khấc thành các vùng B và D 76

Hình 2.10: Ví dụ mô hình hóa vùng D bằng phương pháp đường truyền lực 78

Hình 2.11: Định hướng mô hình sơ đồ hệ thanh theo lý thuyết đàn hồi 79

Hình 2.12: Định hướng mô hình sơ đồ hệ thanh theo lý thuyết đàn hồi 81

Hình 3.1: Trắc dọc cầu dẫn Thuận Phước (phía Bắc) 91

Hình 3.2: Mặt cắt ngang cầu dẫn Thuận Phước 91

Hình 3.3: Mặt cắt ngang bố trí cốt thép dự ứng lực 92

Hình 3.4: Sơ đồ bố trí nhịp của Liên 1 93

Hình 3.5: Chi tiết vị trí mối nối 93

Hình 3.6: Dòng lực và dạng sơ đồ hệ thanh trong tấm chịu lực tập trung ở giữa 94

Hình 3.7: Dòng lực và dạng sơ đồ hệ thanh trong tấm chịu lực tập trung ở biên 95

Hình 3.8: Dòng lực và dạng sơ đồ hệ thanh của khu vực đầu dầm có một neo cáp DƯL 95

Hình 3.9: Dòng lực và dạng sơ đồ hệ thanh trong khu vực chịu 2 lực tập trung 97

Hình 3.10: Sự phân bố ứng suất theo phương dọc cầu trong đoạn dầm mút thừa 98

Hình 3.12: Sơ đồ phân bố lực từ sườn dầm vào bản đáy và bản cánh 99

Hình 3.13: Bức tranh ứng suất trên sườn dầm 100

Hình 3.14: Sơ đồ hệ thanh của sườn dầm 101

Hình 3.15: Phân bố ứng suất trong bản cánh 103

Hình 3.16: Sơ đồ hệ thanh của bản cánh dầm hộp 104

Hình 3.17: Phân bố ứng suất trong bản đáy 106

Hình 3.18: Dạng sơ đồ hệ thanh của bản đáy dầm hộp 106

Hình 3.19: Mặt cắt ngang dầm bố trí cốt thép thường 108

Hình 3.20: Vết nứt bản đáy dầm tại vị trí mối nối 109

Hình 3.21: Sơ đồ cấu tạo nút đầu dầm 110

Hình 3.22: Bức tranh ứng suất và sơ đồ hệ thanh cho một khu vực đầu dầm 111

Hình 3.23: Sơ đồ ứng suất và sơ đồ hệ thanh của đầu dầm có khấc 111

Hình 3.24: Cấu tạo khu vực đầu dầm 113

Hình 3.25: Cấu tạo cốt thép bố trí theo cấu tạo đã thiết kế 115

Hình 3.26: Sơ đồ dòng ứng suất của khu vực đầu dầm 116

Hình 3.27: Sơ đồ vùng neo có 1 lực tác dụng 118

Hình 3.28: Sơ đồ vùng neo có 3 lực tác dụng 118

Hình 3.29: Sơ đồ cho vùng đầu đầm có 5 lực neo tác dụng 118

Hình 3.30: Chi tiết sơ đồ hệ thanh cho vùng đầu dầm 119

Hình 3.31: Mặt cắt ngang dầm, ứng suất nơi tiếp giáp vùng B 119

Hình 3.32: Tải trọng tác dụng lên giàn 120

Hình 3.33: Kết quả nội lực trong sơ đồ hệ thanh 120

Hình 3.34: Bố trí cốt thép tại nút 2 122

Hình 3.35: Cấu tạo cốt thép đai bố trí theo phương pháp tính toán sơ đồ hệ thanh 125

Hình 3.36: Sơ đồ hệ thanh khi căng lực DƯL trong 2 neo kề nhau 126

Hình 3.37: Dòng ứng suất và sơ đồ hệ thanh gợi ý khi cẩu dầm 127

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của nền kinh tế đất nước

và của thế giới thì hệ thống giao thông đường bộ nước ta nói chung và ngành cầu nói riêng phát triển rất mạnh, đã góp phần rất lớn cho việc đi lại cũng như việc vận chuyển hàng hóa bằng đường bộ giữa các vùng trong cả nước

Sự phát triển của các ngành công nghệ vật liệu mới dần dần được ứng dụng vào thực tế, trong đó tiêu biểu là ứng dụng công nghệ căng cáp dự ứng lực vào kết cấu bêtông cốt thép, có thể nói đây là một bước phát triển mạnh thay đổi một cách toàn diện về mặt kết cấu và công nghệ trong lĩnh vực xây dựng nói chung và ngành cầu nói riêng, nó đáp ứng rất tốt về các phương diện như yêu cầu về kiến trúc, khả năng chịu lực, khả năng vượt nhịp lớn, tính chống thấm của kết cấu, v.v

Bên cạnh những ưu điểm như đã nói, kết cấu bêtông cốt thép dự ứng lực cũng tồn tại một số khó khăn riêng chẳng hạn yêu cầu cao về cường độ của cáp, cường độ của bêtông đủ lớn, tồn tại nhiều vị trí phức tạp cả về phương diện thiết kế cũng như khi thi công chẳng hạn vị trí của đầu neo cáp, vị trí ụ neo cáp dự dứng lực, mà thông thường ở những vị trí chịu lực cục bộ như thế thường xảy ra các vết nứt có nhiều khả năng làm suy giảm khả năng chịu tải và tuổi thọ của kết cấu

Tuy nhiên các phương pháp tính toán trong thiết kế vùng chịu lực cục bộ hiện nay chủ yếu sử dụng là phương pháp mô hình mặt cắt truyền thống, phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp mô hình hệ thanh Phương pháp mô hình mặt cắt truyền thống đã tồn tại những khó khăn trong việc phân tích và không mô tả được bản chất làm việc, truyền lực của vùng cục bộ do không xét đến tương tác về mặt cơ học giữa các nội lực, do các giả thiết về lực cắt và biến dạng không còn đúng Phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp mô hình hệ thanh là hai phương pháp chính dùng để diễn tả

trạng thái chịu lực tổng thể và phân bố nội lực liên tục của kết cấu và cho phép mô hình hóa tốt hơn dòng lực trong kết cấu, do đó cần phải nghiên cứu

và nắm vững cơ sở lý thuyết để việc áp dụng rộng rãi hai phương pháp này Bên cạnh đó việc xây dựng các chương trình máy tính để tiến hành tính toán, phân tích thì chủ yếu phụ thuộc vào các công ty nước ngoài

Xuất phát từ những vấn đề trên nên việc nghiên cứu để tiếp cận một cách

rõ ràng hơn bản chất làm việc của kết cấu cầu bêtông cốt thép trong vùng chịu lực cục bộ tại vị trí đầu neo cáp dự ứng lực nhằm mang lại kết quả tối ưu nhất trong việc bố trí cốt thép, biện pháp thi công cũng như nhận biết và khắc phục một số nguyên nhân xuất hiện vết nứt ở các khu vực này và chủ động được nguồn lực trí thức trong nước là một vấn đề lớn và cần được quan tâm đối với ngành xây dựng nói chung và của ngành cầu nói riêng

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Dùng các phương pháp tính toán để phân tích và đánh giá vùng chịu lực cục bộ trong kết cấu cầu bêtông cốt thép với mục tiêu giúp người thiết kế hiểu

rõ hơn bản chất làm việc của kết cấu tại khu vực đầu neo cáp dự ứng lực, qua

đó thiết kế một cách nhanh chóng và hợp lý việc bố trí cốt thép cũng như những vấn đề cần quan tâm khi thi công kết cấu tại các vị trí này

Đối tượng nghiên cứu

Các phương pháp tính toán thiết kế vùng chịu lực cục bộ tại vị trí đầu neo cáp trong kết cấu cầu bê tông cốt thép dự ứng lực

Phạm vi nghiên cứu

Vùng chịu lực cục bộ tại vị trí đầu neo cáp trong kết cấu cầu bê tông cốt thép dự ứng lực

Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp tính toán lý thuyết và phương pháp áp dụng phần mềm phân tích trên máy tính

Kết cấu đề tài

Ngoài lời cảm ơn, phần mục lục, danh mục các hình, danh mục bảng biểu và tài liệu tham khảo thì đề tài được viết thành 3 chương

Chương 1: Tổng quan về các vùng cục bộ trong kết cấu cầu bêtông cốt thép

Chương 2: Các phương pháp thiết kế vùng cục bộ trong kế cấu bêtông cốt thép

Chương 3: Ứng dụng tính toán tại vị trí đầu neo cáp dự ứng lực

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VÙNG CỤC BỘ TRONG KẾT CẤU CẦU BTCT 1.1.Đặc điểm của các vùng cục bộ thường gặp

Cấu kiện bê tông cốt thép khi xét ở giới hạn cực hạn sẽ có sự thay đổi lớn trong trạng thái làm việc của các bộ phận cấu kiện Trạng thái làm việc của các bộ phận cấu kiện được phân chia thành:

- Vùng chịu lực theo kiểu dầm: được gọi là vùng B (là chữ cái viết tắt từ tiếng Anh "Beam" hoặc “Becnuli”)

- Vùng chịu lực có đặc tính không liên tục về hình học hoặc về tĩnh học: được gọi là vùng D (là chữ cái viết tắt từ tiếng Anh "Discontinuity" hay

"Disturbed")

1.1.1.Vùng B:

Các vùng B được thấy trong các dầm và bản có chiều cao hay bề dày không đổi (hoặc ít thay đổi) trên toàn kết cấu và tải trọng là phân bố đều Trạng thái ứng suất tại một mặt cắt bất kỳ dễ dàng tính toán từ các tác động tại mặt cắt (mômen uốn, mômen xoắn, lực cắt, lực dọc trục) bằng các phương pháp thông thường

Trong vùng B, đinh luật mặt cắt phẳng của Becnuli vẫn được áp dụng,

do đó các bước tính toán thông thường vẫn được xem là thích hợp để thiết kế

và kiểm toán mặt cắt ngang cấu kiện Với các điều kiện là vùng này không

bị nứt và thoả mãn định luật Húc, các ứng suất sẽ được tính toán theo lý thuyết uốn sử dụng các đặc trưng mặt cắt như là diện tích mặt cắt, mô men quán tính

Khi ứng suất kéo vượt quá cường độ chịu kéo của bêtông, mô hình dàn hoặc một trong những phương pháp tính toán thiết kế kết cấu bê tông cốt thép được xây dựng cho vùng B sẽ được áp dụng thay cho lý thuyết uốn

1.1.2.Vùng D:

Vùng D là vùng không liên tục về mặt hình học hoặc tĩnh học Trong vùng D xảy ra sự phân bố biến dạng phi tuyến Các phương pháp tính toán thông thường không thể áp dụng cho các vùng D mà phân bố biến dạng phi tuyến, đó là các miền có sự thay đổi đột ngột về hình học (gián đoạn hình học) hoặc có các lực tập trung (gián đoạn tĩnh học) Gián đoạn hình học gặp ở các dạng hốc (chỗ lõm, lồi) các góc khung, những đoạn cong và những khe hoặc lỗ

Gián đoạn tĩnh học phát sinh từ các lực tập trung hoặc các phản lực gối

và các lực tì mấu neo cốt thép dự ứng lực Các kết cấu có phân bố biến dạng phi tuyến trên toàn bộ các mặt cắt của kết cấu như trường hợp các dầm cao, được xem là toàn bộ vùng D

Đối với các vùng D không nứt thì có thể tính toán theo phương pháp ứng suất đàn hồi, thí dụ như phương pháp phần tử hữu hạn đàn hồi

Tuy nhiên với các vùng đã nứt có xét tới sự truyền lực kéo từ bê tông vào cốt thép Việc tính toán theo phương pháp ứng suất đàn hồi trở nên không hiệu quả, quan trọng hơn là không đúng với các chi tiết Việc xử lý thông thường và bố trí cốt thép trong vùng D chỉ tuỳ thuộc vào kinh nghiệm hoặc thực tế Thông thường cơ sở của các điều kiện biên là cơ bản khác so với thực

tế Đây chính là một trong các lý do chính gây ra một số sai lầm khi tính toán các kết cấu bêtông cốt thép

Vì các lý do trên nên việc thay thế bằng phương pháp mô hình giàn ảo sẽ giải thích những vấn đề này một cách cặn kẽ hơn, xác định được ứng suất của toàn bộ vùng D do tải trọng đặt tại đó hay từ nội lực phân bố ở khu vực tiếp giáp với vùng B

Khác với vùng B, trạng thái ứng suất của vùng D không thể xác định được từ nội lực của mặt cắt bởi vì không biết được sự phân bố của biến dạng Các nội lực mặt cắt của vùng B và các phản lực gối của kết cấu là cơ sở cho việc thiết kế các vùng B và D Do đó bước đầu tiên sẽ là phân tích một sơ

đồ hệ thống tĩnh học thích hợp theo như cách làm thông thường Đương nhiên điều này chỉ áp dụng với các kết cấu gồm các vùng B Với các kết cấu chỉ có toàn vùng D như các dầm cao việc phân tích nội lực mặt cắt có thể bỏ qua nhưng phân tích phản lực gối tựa là cần thiết

Cho đến thời điểm này, phần lớn các Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép ở Việt nam (sao chép từ Tiêu chuẩn của nước Nga) đã chỉ quan tâm nhiều đến các vùng B, việc tính toán thiết kế vùng D thường dựa theo qui tắc kinh nghiệm hoặc quan sát thực nghiệm Nhưng gần đây, việc nghiên cứu vùng D đã được các tổ chức như: Uỷ ban Bê tông Châu Âu (Committé Euro International du Béton - CEB); Hiệp hội Bê tông DƯL Quốc tế (Fédération Internationale de la Precontrainte - FIP) và Viện Bê tông Hoa-Kỳ (ACI) nghiên cứu, đưa ra những quy định, tiêu chuẩn thiết kế đối với vùng D khá chi tiết Theo các tổ chức này, trạng thái làm việc của các dầm trong giai đoạn giới hạn cực hạn phải được tính theo mô hình toán cơ và mô hình tốt nhất đối với dầm BTCT có bố trí cốt thép sườn dầm là mô hình "chống và giằng" (strut-and-tie model) hay còn gọi là mô hình giàn ảo

Việc tính toán, thiết kế dầm bê tông theo trạng thái ứng suất tới hạn bằng

mô hình giàn ảo là việc xem xét các điều kiện làm việc của hai vùng B và D trong kết cấu Phương pháp mô hình giàn ảo sử dụng một số nguyên tắc của cơ học kết cấu hệ thanh, nó sẽ không có ảnh hưởng gì hoặc làm tác động nào đến việc phân tích các ảnh hưởng của mặt cắt bằng các hệ thống tĩnh học cổ truyền

1.1.3.Cách xác định vùng B và vùng D:

* Các nguyên tắc chung để xác định vùng D:

Nguyên lý Saint Venant đề xuất sự gián đoạn cục bộ sẽ làm cho tải trọng tập trung hoặc phản lực phân tán trong phạm vi một khoảng dài dọc dầm và

có độ dài bằng chiều cao của dầm của vùng lân cận điểm tác động của lực đó

Do vậy, thông thường người ta giả định vùng D kéo dài khoảng một lần chiều cao cấu kiện về mỗi phía từ điểm đặt các tải trọng tập trung, các phản lực gối

hoặc các vùng thay đổi đột ngột mặt cắt hay hướng Các vùng nằm giữa các vùng D có thể được coi như là vùng B

Một trong các vùng D thuộc kết cấu phần dưới có thể kể đến là bệ cọc, nơi lực từ chân mố trụ được truyền qua xuống các cọc theo một cơ cấu khó có thể chuẩn đoán bằng phương pháp mặt cắt thông thường (như đối với dầm thường hoặc bản mỏng) Bản thân bộ phận mố trụ, ở khu vực dưới các gối cầu cũng là những vùng D tiếp nhận các lực gối cầu tác dụng tập trung và truyền xuống phần thân mố trụ phía dưới Khu vực thân các trụ, nơi có bước nhảy về kích thước mặt cắt hay chuyển từ mặt cắt đặc sang mặt cắt rỗng cũng là một loại vùng D phổ biến

Tại kết cấu phần trên, loại vùng D hay gặp nhất là khu vực trên gối cầu (ở đầu dầm hay giữa dầm) Đối với dầm bêtông cốt thép dự ứng lực thì tại các khu vực đó, có thể có thêm các neo cáp dự ứng lực làm cho tình hình làm việc

của kết cấu càng phức tạp hơn Có thể nói, tất cả các khu vực quanh neo cốt thép dự ứng lực đều là những vùng D nhạy cảm, phát sinh ứng suất nén và kéo cục bộ lớn, gây nứt bêtông Tương tự, khu vực neo của dây cáp trong cầu treo dây văng hay dây vừng vào kết cấu nhịp, trụ tháp, mố neo cũng là những vùng D nhạy cảm

Do vùng D tại khu vực gối cấu làm việc hết sức bất lợi, người ta có xu hướng xây dựng kết cấu không gối (bearingless) Trong trường hợp đó, khu vực liên kết của kết cấu nhịp và mố trụ (khung cứng) cũng là một vùng D cần phải được nghiên cứu thỏa đáng

1.1.5 Các phương pháp tính toán và xử lý cấu tạo các vùng D trong cầu bêtông

Một cách khái quát có thể tóm tắt một số phương pháp tính toán và xử lý cấu tạo đối với các vùng D nêu trên như sau:

- Thông thường, người ta áp dụng phương pháp mặt cắt và coi vùng D như các vùng B để tính toán và xử lý cấu tạo Biểu hiện rõ nhất là việc tính toán lượng cốt thép từ bài toán mặt cắt thẳng góc và bố trí phân bố đều mà không xem xét một cách kỹ lưỡng đến sự phân bố rất không đều của ứng suất trên mặt cắt

- Đối với những vùng D chưa được nghiên cứu, người ta có thể tính toán phân bố ứng suất bằng phương pháp phần tử hữu hạn Dựa trên hướng và hợp lực của các ứng suất kéo, người ta bố trí cốt thép để tiếp nhận các ứng suất này Tuy nhiên bài toán như vậy mới chỉ được giải quyết một cách cục bộ Sự liên hệ giữa các bộ phận của vùng D thường không được xem xét một cách triệt để (ví dụ không chỉ ra được là cốt thép cần phải được kéo dài tới đâu và neo ở đâu)

- Gần đây, sơ đồ hệ thanh cũng đó bước đầu được nghiên cứu ứng dụng

để tính toán và xử lý cấu tạo một số vùng D Tuy nhiên những khó khăn như

sự không sẵn sàng chấp nhận của các nhà quản lý, sự thiếu cụ thể của quy

trình quy phạm, thiếu các hướng dẫn, đặc biệt là ví dụ mẫu nó làm cho phương pháp sơ đồ hệ thanh mới chỉ được áp dụng rất hạn chế trong thực tiễn Các ví dụ tính toán và xử lý cấu tạo cho 4 loại vùng D điển hình dưới đây nhằm góp phần đẩy mạnh việc áp dụng sơ đồ hệ thanh cho kết cấu cầu bêtông

1.1.6 Bố trí cốt thép và đặc điểm thi công vùng kết cấu chịu lực cục bộ:

Cấu tạo cho các vùng cục bộ về cơ bản vẫn tuân theo các quy định về cấu tạo kết cấu Bê tông cốt thép thông thường Đó là đảm bảo lượng cốt thép cho vùng chịu kéo, bêtông cho vùng chịu nén và bố trí cốt thép cấu tạo để dễ dàng thi công cũng như thỏa mãn yêu cầu về cường độ

Kích thước tối thiểu của tiết diện cấu kiện bêtông và bêtông cốt thép được xác định từ các tính toán theo nội lực tác dụng và theo các nhóm trạng thái giới hạn tương ứng Các kích thước này cần được lựa cho một cách hợp lý nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho công tác thi công ván khuôn và cốt thép Ngoài ra kích thước tối thiểu của tiết diện đủ để bố trí lượng cốt thép cần thiết

1.1.6.1 Khung và lưới cốt thép:

Cốt thép trong bê tông được đặt liên kết với nhau tạo thành khung chắc chắn để giữ và định vị cốt thép khi thi công, để cùng nhau và cùng với Bê tông chịu lực tập trung, để chịu các ứng suất phức tạp mà trong tính toán và thiết kế không lường trước được

Liên kết cốt thép có 2 loại:

- Liên kết bằng cách buộc

- Liên kết bằng cách hàn

1.1.6.2 Cốt chịu lực và cốt cấu tạo:

Cốt thép chịu lực có chức năng chịu các lực do tải trọng gây ra và nó được xác định do tính toán

Cốt thép cấu tạo có chức năng liên kết các cốt thép chịu lực lại thanh khung hoặc lưới, dùng để chống sự co ngót không đều của bêtông, chịu ứng

suất co ngót, sự thay đổi nhiệt độ để tránh hiện tượng nứt

Thông thường ở khu vực đầu cấu kiện neo dự ứng lực cần bố trí các cốt thép đai bổ sung hoặc cốt thép gián tiếp (lưới thép hàn đặt bao tất cả các thanh cốt thép dọc, cốt thép đai, có bước từ 5- 10 cm Trường hợp vùng neo không đủ lớn thì cũng nên cố gắng bổ sung lưới thép để gia cố cho vị trí của đầu neo

1.1.6.3.Neo cốt thép:

Neo cốt thép nhằm đảm bảo phát huy hết khả năng chịu lực của cốt thép, tránh hiện tương phá hoại cục bộ do tuột cốt thép Đoạn neo của cốt thép được tính từ đầu mút cốt thép đến tiết diện mà nó được tính toán chịu lực Được xác định theo khả năng truyền lực của Bêtông và cốt thép

Đoạn neo cốt thép được xác định theo công thức sau:

1.1.6.5 Nối cốt thép:

Cốt thép có thể nối với nhau bằng hàn hay buộc

Nối buộc: cho phép buộc khi cốt thép có d32 và mối nối không được đặt tại tiết diện được tận dụng hết khả năng chịu lực

Không được buộc khi d >32 và khi kết cấu chịu kéo hoàn toàn Đoạn lneo phải theo quy định của đoạn neo Khi kéo lneo ≥ 250, khi nén lneo200 Tùy thuộc vào mác bê tông và loại cốt thép

Hình 1.2: Quy cách nối thép buộc

Nối hàn

Hàn đối đầu và đối đầu có nẹp cho loại thép AI - AIV

Hình 1.3: Quy cách nối thép hàn đối đầu

Hàn ghép cho loại thép AI - AIII

Hình 1.4: Quy cách nối thép hàn ghép

1.1.6.6 Bố trí khoảng cách giữa các cốt thép:

Khoảng cách giữa các thanh cốt thép theo chiều cao và chiều rộng tiết diện cần đảm bảo sự làm việc đồng thời giữa cốt thép với bê tông và được lựa chọn có kể đến sự thuận tiện khi đổ và đầm vữa bê tông Đối với khu vực dự ứng lực cũng cần tính đến mức độ nén cục bộ của bê tông, kích thước của các thiết bị kéo (kích, kẹp) Trong các cấu kiện sử dụng đầm bàn hoặc đầm dùi khi chế tạo cần đảm bảo khoảng cách giữa các thanh cốt thép cho phép đầm đi qua để làm chặt vữa bêtông

Cốt thép quá dày cũng sẽ ảnh hưởng đến lực dính, khó đổ bêtông Khoảng hở giữa các cốt thép trong mọi trường hợp phải lớn hơn hoặc bằng đường kính cốt thép(t0d) Ngoài ra còn phụ thuộc vào:

Nếu cốt thép nằm ngang hoặc nghiêng khi đổ bê tông(t0d hoặc 30) Nếu cốt thép đặt đứng khi đổ bê tông (t0 ≥50)

Ngoài ra khoảng cách giữa các cốt thép cũng không được quá lớn nhằm tránh các vết nứt do co ngót, thay đổi nhiệt độ, tránh sự phá hoại cục bộ và ổn định của khung, lưới khi thi công Trong mọi trường hợp t0 ≤ 500

1.1.6.7 Đặc điểm thi công tại vùng cục bộ:

Còn một đặc điểm nữa của các vùng cục bộ là kích thước nhỏ, cốt thép dày đặc, do đó công tác thi công ván khuôn, cốt thép và bêtông rất khó khăn Mặt khác việc kiểm tra chất lượng thi công tại khu vực này cũng là một vấn

đề không dễ dàng

Để tạo điều kiện thuận lợi để thi công đạt chất lượng tốt ở ta nên chọn cấp phối Bêtông có độ sụt cao, kiểm soát chặt công tác đầm nén, chọn thời tiết lúc đổ bêtông,

1.1.6.8 Vùng cục bộ cho một số cấu kiện điển hình:

Như đã đề cập trong phần 1.1, kết cấu cầu bêtông cốt thép dự ứng lực có rất nhiều vùng cục bộ Mỗi vùng cục bộ có cấu tạo riêng, tuỳ thuộc vào đặc điểm chịu lực của kết cấu Sau đây ta sẽ phân tích cụ thể một số vùng cục bộ điển hình như sau:

1.1.6.8.1 Vùng cục bộ trong kết cấu dầm cao:

Dầm được gọi là dầm cao (Deep Beam) khi có một trong các đặc điểm sau đây:

- Tỉ số giữa nhịp thông thủy và chiều cao dầm bé hơn hoặc bằng 4

- Trên dầm xuất hiện tải trọng tập trung trong khoảng bé hơn 2 lần chiều cao dầm tính từ mép gối đỡ

Hình 1.5: Các trường hợp định nghĩa dầm cao

Dưới tác dụng của tải trọng, trong dầm hình thành các thanh chống chịu nén nối giữa vị trí đặt tải trọng và gối đỡ Đối với các cấu kiện thông thường,

chúng ta thường sử dụng giả thiết biến dạng phẳng để lập sơ đồ ứng suất cho tiết diện và giải bài toán tính toán cốt thép dựa trên các sơ đồ ứng suất tại trạng thái phá hoại Tuy nhiên, đối với dầm cao giả thiết về biến dạng phẳng trong lý thuyết uốn không còn đúng nữa

Để tìm hiểu được bản chất của sự phá hoại vùng cục bộ, người ta tiến hành thí nghiệm trên nhiều cấu kiện dầm cao đúc sẵn, trên bề mặt được gắn các thiết bị đo biến dạng Thực nghiệm cho thấy được sự xuất hiện các vết nứt trước khi kết cấu bị phá hoại khá đa dạng, chủ yếu là nứt xiên Điều này cho thấy giả thiết mặt cắt phẳng khi bị dầm bị phá hoại là không còn hợp lý nữa

Hình 1.6: Các vết nứt trước khi dầm bị phá hoại

Qua thí nghiệm, bằng mắt thường chúng ta sẽ nhận thấy được bản chất của sự phá hoại Biên dưới dầm nằm giữa hai gối xẽ xuất hiện nhiều vết nứt, tuy nhiên chiều dài vết nứt không kéo dài Trên đường nối giữa điểm đặt lực

và gối kê, xuất hiện các vết nứt lớn, và sẽ mở rộng rất nhanh khi tiếp tục tăng tải Điểm này khác với khi nghiên cứu dầm thấp, nghĩa là trong dầm thấp vết nứt lớn thường xuyên xuất hiện ở giữa nhịp

Xét về nguyên lý truyền lực thì vùng giữa điểm đặt lực và gối sẽ là vùng

có ứng suất nén chính theo phương giữa hai điểm tác động của ngoại lực, phương vuông góc với phương này là chịu ứng suất kéo Để bố trí cốt thép cho đoạn dầm này, chúng ta chỉ cần tính toán cốt đai chịu kéo và kiểm tra khả năng chịu nén của bê tông Cốt đai bố trí phía trái điểm đặt lực sẽ dày hơn bên phải (hình 1.7), do bên phải không gây ra hiệu ứng thanh chống và thanh giằng Cốt thép bố trí khu vực này cũng cho ta một nhận định khác với ở dầm thấp Thông thường ở dầm thấp, tại khu vực đặt lực tập trung, chúng ta

thường cấu tạo cốt treo như nhau ở hai bên điểm đặt lực

Hình 1.7: Bố trí thép cho dầm cao

Để tính toán dầm cao, hoặc sử dụng phương pháp phân tích với phân bố biến dạng phi tuyến, hoặc sử dụng mô hình giàn ảo được nêu trong tiêu chuẩn ACI hay Eurocode 2

1.1.6.8.2 Vùng cục bộ trong dầm cắt khấc:

Trong thực tế có rất nhiều kết cấu dầm có cấu tạo cắt khấc, từ các kết cấu nhỏ đến các kết cấu lớn Ưu điểm của việc cắt khấc là giảm được chiều cao kiến trúc của kết cấu, nhưng để đảm bảo được cả yêu cầu về độ bền kết cấu thì cần phải có những cấu tạo hợp lý

Tương quá trình nghiên cứu dầm cắt khấc, người ta cũng tiến hành các bước tương tự như nghiên cứu dầm cao Quá trình chế tạo các mẫu dầm, lồng cốt thép dựa trên các nghiên cứu sơ bộ, được bố trí theo mô hình sau:

Hình 1.9: Cấu tạo khung cốt thép cho mô hình

Hình 1.10: Các vết nứt xung quanh khu vực cắt khấc

Kết quả thu được cũng cho thấy dầm cắt khấc có nhiều dạng phá hoại hơn Qua đó cũng nhận thấy một điều là với việc bố trí cốt thép như hình 1.9 cho vùng cục bộ vẫn còn nhiều điểm chưa hợp lý Đó là vấn đề xuất hiện nhiều vết nứt như trên hình 1.11 Cũng từ kết quả này, kết hợp với phân tích

lý thuyết, nhiều phương án cấu tạo được đưa ra cho khu vực cắt khấc này để hạn chế sự phát triển các dạng vết nứt như sau:

Hình 1.11: Thay đổi cấu tạo cho cấu kiện mẫu

Hình 1.12: Thay đổi cấu tạo cho cấu kiện mẫu

Với bố trí như trên Hình 1.12 thì cơ bản là đảm bảo về khả năng chịu lực

cục bộ, tuy nhiên cần tăng cường thêm cốt thép xiên để hạn chế tối đa khả năng chống nứt cũng như làm vát chỗ gãy khúc đột ngột

Hình 1.13:Xử lý cấu tạo cho các dạng vết nứt

1.1.6.8.3 Vùng cục bộ kết cấu vai đỡ:

Kết cấu vai đỡ trong kết cấu cầu chủ yếu cấu tạo cho phần mũ mố trụ Với kết cấu vai đỡ, sự phá hoại chủ yếu là ảnh hưởng của lực cắt lớn, phần vai kê có chiều dài bé nên ảnh hưởng của mô men là rất ít Chính vì thế, dạng phá hoại chính của kết cấu khu vực này là nứt, và vết nứt theo các dạng dễ kiểm soát và định hướng được Các vết nứt xuất hiện thường sát ở phần tiếp giáp giữa vai kê và thân trụ như hình bên

Hình1.14: Hình ảnh kết cấu vai đỡ

Hình 1.15: Mô hình làm việc và vết nứt kết cấu vai đỡ

Với dạng phá hoại như vậy, mục tiêu cấu tạo cho vùng này sẽ là thiết kế kết cấu chịu lực cắt tại vị trí tiếp giáp này Có thể kết hợp hệ khung thép vừa vuông góc với vết nứt đồng thời bố trí thép xiên để chống lại lực nén dọc trục

từ gối cầu xuống

Hình 1.16: Mô hình bố trí thép cho kết cấu vai đỡ

Như vậy, vùng cục bộ của vùng vai đỡ có các cấu tạo sơ bộ đạt được các yêu cầu về chịu lực và cấu tạo Với mỗi kết cấu vai đỡ khác nhau, chịu các lực tác dụng khác nhau, khi đó cần có các tính toán cụ thể để định lượng được

số lương các thanh cốt thép chịu lực chính và bố trí như hình sau:

Hình 1.17: Bố trí cốt thép cho vùng cục bộ vai kê

1.1.6.8.4 Vùng cục bộ liên kết nút khung:

Cấu tạo nút khung của kết cấu bê tông cốt thép nói chung, đã được trình bày cụ thể trong nhiều tài liệu chuyên ngành Riêng trong kết cấu cầu, các nút thường có kích thước lớn, nên cấu tạo của nó cũng phải có nhiều khác biệt so với các nút bé Cụ thể nút liên kết giữa dầm dọc và dầm ngang, nút liên kết giữa thân trụ và mũ trụ trong kết cấu trụ khung Liên kết giữa dầm dọc và dầm ngang thường cấu tạo đơn giản, do khu vực này không chịu nhiều tác động của những tải trọng lớn Với dạng liên kết này, chúng ta đi tìm hiểu cấu tạo cho kết cấu khung dầm như hình sau:

Hình 1.18: Vị trí liên kết khung dầm – cột

Tại nút liên kết, ứng suất phân bố và dạng vết nứt như hình sau:

Hình 1.19: Trạng thái ứng suất và các vết nứt tại nút

Tương tự như những phân tích từ các thí nghiệm trên, người ta thường

bố trí cốt thép chống ứng suất cục bộ tại nút như sau:

Hình 1.20: Bố trí cốt thép cho khu vực nút

1.1.6.8.5 Vùng cục bộ tại vị trí ụ neo trong cầu BTCTDUL:

Đối với bê tông gần vùng neo có các ứng suất theo hướng mũi tên như trên hĩnh vẽ Nói chung lực kéo T3 ở các góc chỉ do dự ứng lực có thể lấy bằng 10% lực dự ứng lực, khả năng sinh ra vết nứt ở vị trí góc do dự ứng lực

là rất ít Tuy nhiên khi có phần neo ở phía dưới bản cách, dưới tác dụng của tải trọng do ảnh hưởng của lực cắt và mômen việc xuất hiện vết nứt theo

Hình 1.21: Các ứng suất ở vị trí ụ neo

Hình 1.22: Vết nứt tại vị trí ụ neo

Hình 1.23: Vết nứt tại vị trí đầu neo

Hình 1.24: Bố trí cốt thép trong vùng neo 1.2.Qui định cấu tạo vùng cục bộ theo các tiêu chuẩn:

Chú thích: Khi thiết kế các cấu kiện có cốt thép không dính bám với

bêtông của kết cấu thì phải tuân thủ theo yêu cầu của tiêu chuẩn riêng

Khoảng cách tối thiểu (tính từ mép đến mép) giữa các thành phần cốt thép ứng suất trước ghi ở bảng 1.1 Cho phép đặt thành từng cụm các bó bện

và bó thẳng trong rãnh hở

Bảng 1.1: Khoảng cách tĩnh tối thiểu giữa các thành phần cốt thép căng

trước

Loại cốt thép dưới đây có quy định

khoảng cách tối thiểu giữa

Khoảng cách tĩnh tối thiểu giữa các cấu kiện cốt thép tính bằng cm khi căng

bêtông Các cấu kiện cốt thép khỏe (bó cốt thép

- Trong các kết cấu căng cốt thép lên bêtông, bán kính đường cong phải

lấy không nhỏ hơn 4m

- Khi bố trí cốt thép trong rãnh hở cũng như trong các kết cấu có cốt là

thanh, phải dự kiến biện pháp đảm bảo dính bám và cùng chịu lực giữa

bêtông hoặc giữa mới đổ sau với bêtông đã đông cứng trước

Liên kết giữa bêtông đông cứng trước và bêtông hoặc vữa đổ thêm sau

được bảo đảm bằng cốt thép thường và cốt thép căng trước bằng cách bố trí các loại mộng, chốt, làm nhám bề mặt bêtông, …

- Tại các chổ đặt neo và thiết bị căng (kích) trên bề mặt bêtông, trong quá trình căng cốt thép phải bố trí các tấm thép đệm mặt Những tấm thép phải neo chặt trong bêtông và bề dày của chúng được xác định theo tính toán

- Không cho phép hàn hoặc đính vòng đệm của neo hình chóp vào các tấm thép đệm Nên chôn sẵn vòng đệm neo hình chóp vào bêtông của khối khi đúc 1.2.1.1.2 Bố trí cốt thép:

Trong kết cấu ứng suất trước cho phép dùng các loại cốt thép căng trước bằng thép cường độ cao sau đây: bó sợi thẳng, bó bện xoắn 7 sợi, bó bằng những bện xoắn, từng sợi rời có gờ, cốt thép liên tục bằng sợi hoặc bó bện, dây cáp thép và cốt thép thanh uốn cong cấp A- IV

Nên dùng cốt thép thanh cường độ cao trong vùng ngập nước thường xuyên hoặc có mực nước thay đổi của kết cấu mố trụ căng trước

Cho phép đặt bó bện xoắn thành cụm với điều kiện là bề mặt mỗi bó phải được dính bám với bêtông Nếu không dung neo thì đầu các bó phải đặt tủa ra phù hợp với bảng 1.1 trong quy trình trong phạm vi ít nhất bằng chiều dài ngàm trong bêtông

Thanh cường độ cao cấp A- IV dung làm cốt thép ứng suất trước thường phải kết hợp theo kiểu mạng Cấu tạo mạng cốt thép thanh cường độ cao sẽ tùy thuộc phương pháp tạo ứng suất đã chọn, kiểu neo kẹp, mấu neo,

Mạng cốt thép cấu thành bởi các thanh thẳng đơn hoặc ghép đôi Thông thường nên căng chúng trên bệ, tốt nhất là bằng phương pháp nhiệt điện Khi

ấy, trong đồ án thiết kế cần chỉ dẫn trình tự đốt nóng và đặt các thanh trên bệ Cho phép căng cốt thép thanh trên bêtông bằng phương pháp cơ khí hoặc nhiệt điện để liên kết ngang các dầm kết cấu nhịp và các cấu kiện rời của mố trụ (đối với phương pháp nhiệt điện cần theo tài liệu tiêu chuẩn riêng)

Trong bụng dầm dùng cốt thép đai và dọc không căng trước có đường kính không nhỏ hơn 8mm

Trong bụng dầm mỏng (không dày hơn 20cm) bước của các thanh đai không căng trước không quá 20cm, trong cầu ô tô và cầu thành phố, nếu tính tác dụng đồng thời uốn và xoắn không quá 30cm, khi có thanh đai ứng suất trước bước của thanh đai không căng trước không vượt quá 30cm Khi bụng dầm dày quá 20cm, bước của các thanh đai không căng trước lấy bằng chiều dày trung bình (theo chiều cao) của bụng dầm của cầu đường sắt và một lần rưỡi bề dày bụng dầm (nhưng không quá 50cm) của cầu ô tô và cầu thành phố Đồng thời thể tích thép đai không được ít hơn 0,3% thể tích bụng dầm cầu đường sắt và không nhỏ hơn 0,2% trong cầu ô tô và cầu thành phố

Nếu mạ chịu kéo của dầm được bố trí cốt thép căng trước (trừ trường hợp cơ bản trong vùng chịu kéo) thì cần đặt quanh mặt cắt các thép đai khép kín hoặc đai lò xo (có đường kính tối thiểu là 8mm đối với cầu đường sắt và 6mm đối với cầu ô tô và cầu thành phố) hoặc lưới thép

Bước lớn nhất của cốt thép đai hoặc của thanh ngang trong lưới thép hàn lấy bằng 15cm trong cầu đường sắt và 20 cm đối với cầu ô tô và cầu thành phố Nếu ứng suất trong bê tong của mạ bị ép, khi tạo ứng suất trước, bảo quản, chuyên chở và lắp ráp không vượt quá 0,9RT, thì bước lớn nhất của các thép đai cho phép lấy bằng 20cm đối với cầu đường sắt và 30cm đối với cầu ô

tô và cầu thành phố Đồng thời thể tích các thanh thép đai không được nhỏ hơn 0,3% thể tích mạ của cấu kiện cầu đường sắt và 0,2% đối với cầu ô tô và cầu thành phố

Đối với mạ chịu ép trước nên dùng cốt thép ngang có gờ, thép đai lò xo

và khung hàn Cốt thép dọc đặt trong phần mở rộng của mạ chịu kéo phải có đường kính không nhỏ hơn 6mm

Tại phần cuối của dầm khẩu độ dưới 42m trên một chiều dài ít nhất bằng nữa chiều cao cấu kiện, thép đai phải có đường kính ít nhất 10mm và cách xa nhau nhất là 10cm

Khi căng bằng phương pháp nhiệt điện, khung cốt thép được cấu thành

từ 2 phần trên và dưới Hai phần này được ghép lại với nhau, sau khi căng cốt thép xong, bằng cách nối chắc cốt đai của phần dưới với các thanh đứng của phần trên

Khi căng cốt thép bằng phương pháp cơ khí, khung cốt thép được thiết

kế nguyên cho cả cấu kiện

Trong các cấu kiện căng cốt thép trên bệ khi neo cốt thép trong phạm vi chiều dài cấu kiện (khẩu độ) thì nên bố trí neo ngoài và neo nằm trong lòng bêtông (neo hoặc neo cố định) tại vùng chịu nén của mặt cắt Trong trường hợp đặt neo ngầm ở vùng chịu kéo do ngoại lực thì tổng số diện tích của chúng trong phạm vi một mặt cắt cấu kiện không được vượt quá 1/3 diện tích mạ chịu kéo Đồng thời mỗi thanh chịu cắt trong phạm vi khẩu độ phải được đưa quá khỏi mặt tựa tính toán một khoảng dài ít nhất bằng 15 lần đường kính thanh Nên bố trí đều trên mặt dầm những neo của cốt thép căng lên bê tông và chạy suốt chiều dài cấu kiện Nên đưa các neo của cốt thép, cắt trong phạm vi chiều dài cấu kiện ra mặt chịu nén do hoạt tải và tĩnh tải, đảm bảo tổng gốc uốn cong không quá 3000 Trong những trường hợp cá biệt, cho phép đặt neo trong mạ chịu kéo

Trong các kết cấu loại căng cốt thép trên bê tông, cho phép dùng neo

ngàm (cố định) khi cốt thép để thẳng hoặc cong, ngăn với góc uốn tổng cộng không quá 700 và khi đặt neo cố định sau bản ngăn (dầm ngang), tại chổ mặt cắt tăng cường và chắc chắn khác, bêtông trong phạm vi bố trí neo cố định không được làm yếu bởi các lỗ trống Neo cố định phải được đổ bêtông cùng lúc với kết cấu

Đối với cốt thép thanh ngắn (thanh đai, thanh nối kết cấu lắp ghép,…) nên dùng neo là loại đai ốc vặn vào thanh cốt thép Lực từ đai ốc truyền sang bêtông phải qua vòng đệm thép đặt thẳng góc với thanh căng trước

Đối với thanh có đường kính dưới 14mm căng trên bê tông, thì neo tạm cho phép có dạng đầu tán hoặc vòng đệm hình vành khăn ép chặt lên đầu thanh

Để neo đầu tạm các mạng thép đơn nên dung cặp đoạn thép ngắn, còn đối với mạng kép dùng đoạn thép ngắn đơn nằm giữa hai thanh tạo thành mạng hoặc là cặp đoạn thép ngắn hàn vào hai phía của các thanh ấy Trong trường hợp này, các thanh thép được nối lại bằng mối hàn dọc trong giới hạn của đoạn thép ngắn Các đoạn thép ngắn nên lấy từ thép thừa cấp AI, AII Đầu của đoạn thép ngắn áp vào điểm tựa, khi căng cốt thép phải được gọt bằng

1.2.1.1.4 Rãnh đặt cốt thép căng trên bê tông:

Rãnh kín đặt cốt thép căng trước trong lòng bê tông thông thường, không dùng ống chôn sẵn trong bêtông Nên dùng thiết bị tạo ống để tạo rãnh Vị trí thiết kế của thiết bị tạo ống phải được cố định bằng các thanh đai và lưới định

vị đặt cách nhau 1 đến 1,5m theo chiều dài cấu kiện

Tại những đoạn ngắn ở chổ cốt thép uốn gấp, khi đổ bêtông hẫng và trong một số phương pháp thi công đặc biệt khác, cho phép dùng ống thép (thí

dụ đoạn ống mềm hoặc ống xếp nếp bằng thép) để bao quanh cốt thép Các ống này phải không cho vữa ximăng lọt qua, lúc uốn không bị rạn nứt và khi

đổ bêtông không bị bẹp

Rãnh kín và các ống bao cốt thép phải có hình mặt cắt dọc và ngang thế

nào để đảm bảo cho cốt thép xê dịch dễ dàng và vữa có thể phun vào với chất lượng cao Đường kính trong của rãnh kín hoặc của ống bao cốt thép phải lớn hơn đường kính cốt thép như quy định ở mỗi neo ngàm và neo ngoài đều phải chừa lỗ để phun bêtông (vữa) vào và để nước, không khí thoát ra Các lỗ bên sườn dùng phun vữa bêtông vào rãnh phải có đường kính trong ít nhất 25mm, tùy thuộc vào số sợi trong bó cốt thép mà dự kiến đường kính lỗ ở nút hình nón của neo nhưng không nhỏ hơn 14mm- 16mm

Khi đặt cốt thép vào rãnh hở cần xét đến khả năng để bêtông đổ phủ cốt thép đạt chất lượng cao và thực hiện các biện pháp công nghệ tăng dình bám của bêtông mới đổ với bêtông có lực trước

1.2.2 Quy định theo 22TCN-272-05/AASHTO-LRFD:

1.2.2.1 Tổng quát:

Nói chung vùng chịu lực cục bộ trước hết do không liên tục về mặt hình học, lực tập trung ở các vị trí này rất lớn nên trạng thái ứng suất ở các khu vực này rất lớn Do đó ở các khu vực này cần phải được tính toán và thiết kế

ở trạng thái giới hạn cường độ với các quy định tính toán riêng nhằm đảm bảo khả năng làm việc của cấu kiện

1.2.2.2 Quy định cho các vùng cục bộ điển hình theo thiết kế cầu đường bộ 22TCN 272- 05:

1.2.2.2.1 Vùng neo kéo sau:

1.2.2.2.1.1 Tổng quát:

Các neo phải được thiết kế ở trạng thái giới hạn cường độ cho các lực kích tính toán như quy định trong Điều 3.4.3.- Tiêu chuẩn 22TCN 272- 05 Theo điều này lực tính toán đối với vùng neo kéo sau lấy bằng 1,2 lần lực kích lớn nhất

Với các vùng neo ở đầu cấu kiện hoặc đầu mỗi phân đoạn, các kích thước ngang có thể lấy bằng chiều cao và chiều rộng của mặt cắt nhưng không lớn hơn kích thước dọc của cấu kiện hoặc đoạn Phạm vi kéo dài của

vùng neo theo hướng bó thép không được nhỏ hơn trị số lớn hơn của các kích thước ngang của vùng neo và cũng không được lấy lớn hơn một lần rưỡi kích thước đó

Với các neo trung gian, vùng neo phải được xét về phía đối diện với lực neo với một cự ly không nhỏ hơn giá trị lớn hơn của kích thước ngang của vùng neo

Kích thước của vùng neo phải dựa trên nguyên lý St Venant Các quy định đối với các cấu kiện có chiều dài nhỏ hơn một trong số các kích thước ngang phải được xét đến như trong trường hợp căng cáp ngang bản mặt cầu Cáp sử dụng cho kết cấu bêtông cốt thép dự ứng lực căng sau phải được neo ở cả hai đầu để tạo ra trạng thái nén trong bêtông Thiết bị neo nhằm chuyển lực căng đó vào trong bê tông thường thông qua một diện tích khá nhỏ, để tạo được hiệu quả thì cáp phải được căng với một lực kích khá lớn Điều này tạo ra một lực tác dụng lớn trên một diện tích khá nhỏ nên gây ra một ứng suất nén lớn

Do diện tích của bát neo là khá nhỏ so với diện tích của bêtông nên dẫn đến sự phân bố lại ứng suất phía sau bát neo Theo nguyên lý Saint Venant's ứng suất nén sẽ phân bố đều ở một khoảng cách đủ xa tính từ mặt neo Vùng bêtông ở khoảng giữa bát neo và vị trí ứng suất nén phân bố đều được gọi là vùng neo

Hình 1.25: Đặc điểm của vùng ứng cục bộ

1.2.2.2.1.2 Các kích thước vùng cục bộ:

* Trong các trường hợp:

- Hoặc nhà sản xuất không đưa ra các kiến nghị về cự ly mép;

- Hoặc nhà sản xuất có kiến nghị về cự ly mép, nhưng chúng không được kiểm tra một cách độc lập

Các kích thước ngang của vùng cục bộ trên mỗi hướng phải lấy trị số lớn hơn của:

- Kích thước bản đỡ tựa tương ứng, cộng hai lần lớp bảo vệ tối thiểu bằng bê tông được yêu cầu cho việc áp dụng riêng và môi trường

- Kích thước bên ngoài của bất kỳ cốt thép kiềm chế được yêu cầu nào, cộng lớp bảo vệ bê tông được yêu cầu trên cốt thép kiềm chế cho việc áp dụng riêng và môi trường

Lớp bảo vệ yêu cầu đối với chống gỉ phải lấy như quy định trong Điều 5.12.3

Khi nhà sản xuất có những kiến nghị về lớp bảo vệ tối thiểu, cự ly và các

cự ly mép cho thiết bị neo riêng biệt có sẵn, và khi những kích thước này đã được kiểm tra một cách độc lập, các kích thước ngang của vùng cục bộ trên mỗi hướng phải lấy trị số nhỏ hơn của:

- Hai lần cự ly mép quy định bởi nhà cung cấp thiết bị neo, và

- Cự ly tim đến tim các neo được quy định bởi nhà cung cấp neo

Các kiến nghị đối với khoảng cách và cự ly mép của các neo do nhà sản xuất cung cấp phải được xem như giá trị tối thiểu

Chiều dài vùng cục bộ dọc theo trục bó thép không được lấy nhỏ hơn:

- Chiều rộng tối đa của vùng neo,

- Chiều dài của cốt thép kiềm chế thiết bị neo, hoặc

- Với các thiết bị neo có nhiều mặt đỡ tựa, cự ly từ mặt bê tông chịu tải đến đáy của mỗi mặt đỡ tựa cộng thêm kích thước lớn nhất của bề mặt đỡ tựa

đó