Bài giảng Kết cấu bê tông ứng suất trước

Mục đích• SV nắm được các khái niệm về kết cấu bê tông ứng suất trước • Ưu nhược điểm và khả năng ứng dụng • Các nguyên lý tính toán, thiết kế, và cấu tạo Kết cấu bê tông ứng suất trước.

Trang 1

BÀI GIẢNG KẾT CẤU BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC

ThS Đoàn Xuân Quý

Hà Nội, 08/2021TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI – KHOA CÔNG TRÌNH

BM XÂY DỰNG DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP

Trang 2

KẾT CẤU BT ỨNG SUẤT TRƯỚC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI – KHOA CÔNG TRÌNH

GIỚI THIỆU HỌC PHẦN

Trang 3

I Mục đích

• SV nắm được các khái niệm về kết cấu bê tông ứng suất trước

• Ưu nhược điểm và khả năng ứng dụng

• Các nguyên lý tính toán, thiết kế, và cấu tạo

Kết cấu bê tông ứng suất trước

Trang 4

II Nội dung

• Bài mở đầu

• Khái niệm cơ bản

• Vật liệu và cấu tạo bê tông ƯST

• Ứng suất trước và tổn hao ƯST

• Phương pháp tính toán KC BT ƯST theo TTGH

• CK chịu uốn – tính toán cường độ theo tiết diện thẳng góc

• CK chịu uốn – tính toán cường độ theo tiết diện nghiêng

Trang 5

• TCVN 5574:2018 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép- Tiêu chuẩn thiết kế

• TCVN 2737:1995 Tải trọng và tác động- Tiêu chuẩn thiết kế

Trang 6

III Phương pháp học tập

• Học tập lý thuyết trên lớp, làm bài tập ở nhà.

• Học nghe giảng, thảo luận trên lớp, học nhóm

và tự học (đọc bài trước khi đến lớp)

Trang 7

IV Đánh giá kết quả học tập

• Điểm quá trình 20 % (đến lớp và các hoạt động học trên lớp)

• Điểm thi 80 % (thi tự luận)

Trang 8

TỔNG QUAN VỀ KC BT ƯST

MỞ ĐẦU

Trang 9

Nội dung

• Tổng quan về KC BT ƯST

• Ưu nhược điểm của KC BT ƯST

• Lịch sử phát triển

Trang 10

I Tổng quan

• Về KC BTCT

• Tạo ra KC BT ƯST như thế nào?

Trang 12

Kết cấu bê tông ứng suất trước

• NGUYÊN LÝ

Nếu triệt tiêu được ứng suất kéo vết nứt của bê tông vùng kéo thì vết nứt của KC sẽ giảm đến mức không có vết nứt

Bằng cách tạo ra ứng suất nén trước trong

bê tông

Có nhiều cách để tạo ra ứng suất nén trước này.

Trang 13

II Ưu nhược điểm của KC BT ƯST

• Ưu điểm

Khả năng chịu uốn cao

Độ võng nhỏ hơn Mảnh và nhẹ do sử dụng VL cường độ cao

KN chịu cắt cao do ứng suất nén làm giảm ƯS kéo chính

Không bị nứt nên hạn chế xâm thực

Có độ bền mỏi cao

KN chịu lửa cao Linh hoạt, dễ thích nghi với nhiều loại CT Giảm được một lượng lớn BT và CT

Trang 14

II Ưu nhược điểm của KC BT ƯST

• Nhược điểm

Khi tạo ưs nén sẽ gây kéo vùng khác Khó khăn chế tạo VL, giá thành cao Cần thêm các vl khác: neo, ống gen…

Cần các thiết bị thi công chuyên dụng Nhiều chi phí nhân công tay nghề cao Đòi hỏi kiểm soát chất lượng phải tốt

Trang 15

1896, J Mandl (Áo) dùng ƯST triệt tiêu ƯS kéo BT

1906, M Koenen (Đức) phát hiện tổn hao do co ngót của BT

1908, C.R Steiner (Mỹ) đề xuất kéo căng hai lần để giảm bớt tổn hao

1932, F Emperger (Áo) sáng tạo PP quấn dây thép căng làm ống chịu lực

Trang 16

triển KC BT ƯST, ông nghĩ tới tổn hao do ma sát và từ biến

=> đề xuất sử dụng VL cường độ cao

1938, E Hoyer (Đức), PP căng trước sợi thép nhỏ CĐC

Trang 17

III LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

Từ sau 1945 KC BT ƯST được phát triển rộng rãi

1950, Hiệp hội Bê tông ƯST được thành lập, hơn 40 nước thành viên.

Hiện nay KC BT ƯST quen thuộc trên toàn thế giới

Trang 18

KC BT ƯST tại Việt Nam

1960 bắt đầu ứng dụng vào CT cầu Phủ Lỗ và nhà máy đóng tàu Bạch Đằng

Trước 1990 đã chế tạo các dầm cầu khẩu độ lớn

Sau 1990, CN BT ƯST căng sau cho KC cầu nhịp lớn theo PP đúc đẩy và đúc hẫng.

Trước 1996 KC BT ƯST trong XDDD&CN chủ yếu cho chế tạo CK nhỏ: panel, dầm nhỏ, dàn vì kèo.

Sau 1996 ứng dụng cho các CT quy mô lớn, với các loại công nghệ: Căng trước, căng sau, căng sau

không bám dính cho Silo, bể chứa, gara, khung nhịp lớn, nhà cao tầng…

Trang 19

Trang 20

Cọc cừ BTCT ứng suất trước tại nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ

Trang 21

Nhà cao tầng có hệ thống dầm

sàn bằng BTCT ƯST (Hà Nội) Cốt thép ƯST và CT thường trongSàn BT ƯST căng sau (Hà Nội)

Trang 22

Câu hỏi ôn tập

Câu 1: KC BT ứng suất trước được tạo nên ntn?

Câu 2: Ưu nhược điểm của KC BT ƯST?

Câu 3: KC BT ƯST được ứng dụng như thế nào ở nước ta?

Trang 23

KHÁI NIỆM CƠ BẢN

BÀI 1

Trang 24

Nội dung

• Khái niệm cơ bản về KC bê tông ƯST

• Phân loại BT ƯST

• Các phương pháp căng cốt thép

• Neo cốt thép căng

Trang 25

I Khái niệm cơ bản

KC BT ƯST là thuật ngữ dùng để chỉ kết cấu, cấu kiện hay sản phẩm BTCT mà trong quá trình chế tạo người

ta tạo ra theo tính toán ƯS kéo trước trong toàn bộ hoặc một phần CT và ƯS nén trong toàn bộ hoặc một phần BT.

Trang 26

Độ giảm ứng suất trước trong CT:

Khi buông CT căng, ƯS trong CT căng là , ứng suất trong



2 1

sp con

bp bp bp

AA



    

Trang 27

Thanh BT ƯST chịu kéo đúng tâm:

- Thanh ban đầu:

- Kéo lực N:

Gây BD  cho BT, làm giảm Ư S nén:

- N tăng, BD  tăng lên b, ƯS

BT triệt tiêu, ƯS CT là: sp,

Trang 28

Thanh BT ƯST chịu kéo đúng tâm:

- Tăng tiếp N, BD trong CT tăng, làm việc giống CT không căng

BD cuối cùng sm không phụ thuộc ƯS kéo ban đầu -> CĐ

thanh BT ƯST như thanh BTCT thường -> tính toán CĐ chịu lực như thanh BTCT thường tuy nhiên BT ƯST nứt ít hơn do

Trang 29

II Phân loại

• Bê tông ƯST căng trước và BT ƯST căng sau

• BT ƯST căng trong và căng ngoài TD

• BT ƯST có bám dính và BT ƯST không bám dính

• BT ƯST toàn phần và không toàn phần

Trang 30

II Phân loại

Phương pháp căng trước (căng trên bệ) bằng kích thuỷ lực

Trang 31

II Phân loại

Phương pháp căng sau (căng trên bêtông) bằng kích thuỷ lực

Trang 32

II Phân loại

• Bê tông ƯST căng ngoài tiết diện

Bêtông ứng suất trước căng ngoài tiết diện

Trang 33

III CÁC PHƯƠNG PHÁP CĂNG CỐT THÉP

• PP cơ học

• PP nhiệt – điện

• PP kết hợp cơ học và nhiệt điện

• PP lý hóa

Trang 34

IV NEO CỐT THÉP CĂNG

• Trường hợp không có thiết bị neo

• Trường hợp sử dụng thiết bị neo

Trang 35

Sơ đồ phân bố ứng suất trong cốt thép căng

Trang 36

Trong đó:

d là đường kính cốt thép;

Các hệ số được cho trong bảng 1.1;

Giá trị của được lấy bằng:

- giá trị lớn hơn trong hai giá trị Rs và khi tính theo độ bền;

- giá trị khi tính theo khả năng chống nứt Ở đây,

được lấy có kể đến tổn hao ứng suất trước từ đến

d

λR

σω

bp

sp p

Trang 37

1,40 1,40 1,40

40 50 60

3 Tao thép xoắn K – 7

15 12 9 6

1,00 1,10 1,25 1,40

25 25 30 40

Trang 38

Trang 39

a) Neo côn

b) Neo côn córãnh đặt cốtthép

Neo côn (neo Freyssinet)

Trang 40

Kẹp neo (kiểu neo kẹp VSL)

Trang 41

Neo kẹp (neo VSL)

Trang 42

Neo kẹp đơn Cấu tạo neo kẹp có đế

neo hình tang trống

Trang 43

Kiểu neo cố định sử dụng kẹp (neo kẹp)

Trang 44

Câu hỏi ôn tập

Câu 1: Khái niệm KC BT ƯST?

Câu 2: Phân loại BT ƯST?

Câu 3: Neo cốt thép căng thường sử dụng những kiểu nào?

Trang 45

VẬT LIỆU VÀ CẤU TẠO

CHƯƠNG 2

KẾT CẤU BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC

Trang 47

I KHÁI QUÁT CHUNG

Vật liệu dùng trong BT UST bao gồm: BT, CT căng, CT thường, Neo, Bộ nối, Ống ghen, vữa bơm bảo vệ cốt thép căng.

Sử dụng BT và CT căng CĐ cao BT thi công tại công trường 30-40 Mpa; BT trong nhà máy: 45-60 Mpa CT có độ dẻo: 1800-2000 Mpa.

Phải hiểu biết tính chất cơ lý và QT biến đổi TC cơ lý của VL BT Ư ST gắn liền với Khoa học NC vật liệu

Trang 48

I KHÁI QUÁT CHUNG

Lợi ích sử dụng BT CĐC

- Giảm kích thước -> giảm trọng lượng -> nhịp lớn

- MĐ ĐH tăng -> giảm tổn hao ƯST do BT Đàn hồi

- Giảm co ngót và từ biến

- KN chịu kéo cao, chậm xuất hiện vết nứt

- Chịu nén cục bộ cao, lợi cho bố trí neo, giảm KT tấm đệm

- Chịu được áp lực cao từ sớm.

Trang 49

II BÊ TÔNG

PHÂN LOẠI:

- BT nặng (2200-2500 kg/m3)

- BT cốt liệu nhỏ (1800-2200 kg/m3)

- Bê tông nhẹ cấu trúc đặc và rỗng

- BT tổ ong chưng áp và không chưng áp

- BT tự ứng suất

Trang 50

II BÊ TÔNG

CƯỜNG ĐỘ:

Độ bền nén R: làm TN nén mẫu LP 150x150x150mm hoặc trụ tròn 150x300mm (6x12in) với tốc độ gia tải 0,2 Mpa/s

Độ bền kéo Rt: 8-15% độ bền nén, xđ thông qua các thí nghiệm: Kéo mẫu, Uốn dầm, nứt tách.

Trang 51

II BÊ TÔNG

CẤP ĐỘ BỀN:

Cấp độ bền chịu nén B và chịu kéo Bt: giá trị TB thống kê độ bềnchịu nén/kéo tức thời Rm/Rtm (Mpa) với xác suất đảm bảo 95%khi thí nghiệm nén mẫu BT LP 150x150x150mm ở độ tuổi 28ngày

Công thức xác định:

Trang 52

II BÊ TÔNG

Trang 53

II BÊ TÔNG

QUAN HỆ ƯS-BD:

Trang 54

II BÊ TÔNG

MÔ ĐUN ĐÀN HỒI VÀ MÔ ĐUN BIẾN DẠNG:

: hệ số BD ĐH của

BT khi nén/kéo

Trang 55

II BÊ TÔNG

TỪ BIẾN CỦA BÊ TÔNG

Biến dạng tăng theo thời gian khi ứng suất và tải trọng khôngđổi

Trang 56

II BÊ TÔNG

Hệ số từ biến:

Hệ số từ biến tăng đến giới hạn: 1,5-3,5

Trang 57

II BÊ TÔNG

Trang 58

II BÊ TÔNG

CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG.

Hiện tượng co lại của BT khi hóa cứng và khô với nhiệt độ không đổi Ng.nhân

là do BT thừa nước khi bốc hơi dẫn đến co ngót, khi bị cản trở sẽ làm xh vết nứt.

Các YT ảnh hưởng:

- Độ ẩm Khi khô CN tăng, khi ẩm CN giảm

- Thành phần của BT: vữa XN thủy hóa nhiều CN tăng, Cốt liệu có MDĐH lớn

CN giảm, tỉ lệ N/X lớn thì CN tăng

- Kết cấu mỏng CN hơn KC dày (quá trình mất nước của BT)

CN của BT thực tế bé hơn so với TN:

Trang 59

II BÊ TÔNG

CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG

Trang 60

III CỐT THÉP

PHÂN LOẠI:

Cốt thép thanh

- Cán nóng: tròn trơn A-I, có gờ A-II, AC-II, A-II, A-IV, A-V, A-VI

- Gia cường bằng nhiệt luyện và cơ nhiệt luyện: AT-IIIC, AT-IV,AT-IVC, AT-IVK, AT-VCK, AT-VI, AT-VIK, AT-VII

Cốt thép dạng sợi:

- Thép sợi kéo nguội:

- Loại thường: có gờ Bp-I

- CĐC: tròn trơn B-II, có gờ Bp-II

- Thép cáp (tao thép xoắn): loại 7 sợi K-7, 19 sợi K-19

Chú ý các đặc trưng cơ học của CT

Trang 62

III CỐT THÉP

SỰ CHÙNG CT CĂNG

sspi: ứng suất ban đầu

T: thời gian tính theo giờ

Ks = 10, CT có độ chùng bình thường, ks = 45 cho CT có độchùng thấp

- Tổn hao ƯS do chùng của CT là đáng kể, tăng mạnh khi ƯS banđầu và nhiệt độ tăng

Trang 63

III CỐT THÉP

SỰ CHÙNG CT CĂNG

sspi: ứng suất ban đầu

t: thời gian tính theo giờ

ks = 10, CT có độ chùng bình thường, ks = 45 cho CT có độ chùng thấp

- Tổn hao ƯS do chùng của CT là đáng kể, tăng mạnh khi ƯS ban đầu

và nhiệt độ tăng

TỪ BIẾN CỦA CỐT THÉP CĂNG

Khi Ư S và nhiệt độ tăng, TB cũng tăng Khi Ư S không quá nửa ứng suất bền của CT, TB không đáng kể

Trang 64

IV CẤU TẠO KC BT ƯST

QUỸ ĐẠO CT CĂNG

Trang 65

BỐ TRÍ CT DỌC

Trang 66

BỐ TRÍ CT ĐAI

LỚP BT BẢO VỆ CỐT THÉP

Trang 67

BỐ TRÍ CT ĐẦU MÚT CẤU KIỆN

1 Lưới thép hàn dạng cài răng lược 2- cốt thép được hàn vào các chi tiết đặt sẵn 3-cốt căng

Trang 68

Bố trí CT đầu tấm sàn nhiều lỗ.

Trang 69

1- lưới thép 2 – lưới khung thép phẳng trong sườn 3 – râu thép hàn vào bản đặt sẵn 4 – CT căng

Trang 70

ỨNG SUẤT TRƯỚC VÀ TỔN HAO ỨNG

SUẤT TRƯỚC

CHƯƠNG 3

KẾT CẤU BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC

Trang 71

Nội dung

• Khái quát chung

• Ứng suất trước trong CT căng

• Ứng suất trước trong BT

• Tổn hao Ứng suất trước

Trang 72

I KHÁI QUÁT CHUNG

− Do nhiều nguyên nhân mà ứng suất trước trong cốt thép cũng như trong bê tông bị thay đổi theo thời gian (bị tổn hao).

− Kết quả của hiện tượng này là mức độ ứng suất trước tại các thời điểm làm việc khác nhau của kết cấu

là khác nhau.

− Việc tính toán kiểm tra sự làm việc của kết cấu bêtông ứng suất trước cho các giai đoạn chịu lực gắn liền với việc xác định lượng tổn hao ứng suất trước cho đến thời điểm đó.

Trang 73

II ỨNG SUẤT TRƯỚC TRONG CT CĂNG

Ứng suất căng

− Ứng suất căng trong cốt thép phải được lựa chọn saocho vừa đảm bảo an toàn lại vừa đảm bảo tính hiệu quả sửdụng cốt thép

− Nếu ứng suất trước quá nhỏ thì khi kết cấu đạt trạng tháichịu lực giới hạn, ứng suất trong cốt thép nhỏ, có thể chưađạt trạng thái chảy dẻo, vừa lãng phí cốt thép vừa làm chokết cấu bị phá hoại dòn, gây nguy hiểm

− Nếu ứng suất căng quá lớn có thể làm cho cốt thép bịphá hoại khi căng hoặc làm xuất hiện biến dạng dẻo triệttiêu ứng suất trước

Trang 74

Trang 75

Độ chính sác của ứng suất căng

Trang 76

III ỨNG SUẤT TRƯỚC TRONG BÊ TÔNG

PHÂN TÍCH ĐÀN HỒI

Trang 77

PHÂN TÍCH ĐÀN HỒI

Trang 78

Ứng suất nén trước cho phép trong BT

yc – khoảng cách từ trọng tâm đến điểm xa nhất chịu nén Lấydương (+) khi nằm dưới, lấy âm (-) khi nằm trên trục trung hòa

Trang 79

Ứng suất nén trước cho phép trong BT

Trang 80

IV TỔN HAO ỨNG SUẤT TRƯỚC

KHÁI QUÁT CHUNG:

Lúc đầu ứng suất kéo trong cốt thép được áp đặt với mộtgiá trị nào đó, nhưng cùng với thời gian và sự làm việc củakết cấu, ứng suất này bị giảm đi một phần Lượng ứng suất

bị giảm đi này gọi là tổn hao ứng suất trước (gọi tắt là tổnhao)

Đối với cốt thép cường độ cao, tổn hao ứng suất trước cóthể đạt đến 30% ứng suất căng ban đầu, còn đối với cốtthép cường độ thấp thì con số này có thể cao hơn nhiều,thậm chí có thể làm triệt tiêu hoàn toàn ứng suất căng banđầu

Trang 81

KHÁI QUÁT CHUNG:

Trang 82

KHÁI QUÁT CHUNG:

Trang 83

KHÁI QUÁT CHUNG:

Các nhóm tổn hao ứng suất trước

Trang 84

TÍNH TOÁN CÁC LOẠI TỔN HAO:

1 Tổn hao do chùng ứng suất của cốt thép

1 Tính theo PP cơ học

2 Theo PP nhiệt điện

Trang 85

2 Tổn hao do chênh lệch nhiệt độ trong thi công

Trang 86

3 Tổn hao do biến dạng neo của thiết bị căng

Trang 87

3 Tổn hao do biến dạng neo của thiết bị căng

Trang 88

4 Tổn hao do ma sát

Trang 89

Trang 90

Trang 91

Với các KC mà tổng góc thay đổi hướng của trục CT căng lớn thì giá trị tổn hao do ma sát là đáng kể Các KC quá dài cũng làm tăng giá trị tổn hao do ma sát khi căng trên bêtông.

Trang 92

5 Tổn hao do biến dạng khuôn

Trang 93

6 Tổn hao do từ biến nhanh của bê tông

Trường hợp dưỡng hộ nhiệt Kq TH = KQ trên với 0.85

Khi sbp ≤ 11 Mpa thay giá trị 40 bằng 60 để tính TH

Trang 94

7 Tổn hao do chùng ứng suất của CT

Trang 95

8 Tổn hao do co ngót của BT

Trang 96

9 Tổn hao do từ biến của BT

Trang 97

9 Tổn hao do từ biến của BT

o Trường hợp thời hạn chất tải ít hơn 100 ngày, TH ƯST do TB và CN của BT nhân với hệsố:

ϕt = 4t/(100+3t)

t là thời gian tính bằng ngày, được xác định nhưsau:

Khi tính TH do TB: tính từ ngày gây UST cho bêtông;

Khi tính TH CN: tính từ ngày kết thúc đổbêtông.

o Đối với KC làm việc trong ĐK không khí có độ ẩm < 40%, TH ƯST cần được tăng thêm 25%.

o Trường hợp KC làm từ bêtông nặng, bêtông hạt nhỏ, làm việc trong vùng khí hậu nóng và không được bảo vệ tránh bức xạ mặt trời, TH ƯST cần tính tăng 50%.

Trang 98

dextlà đường kính ngoài của kết cấu, tính bằng cm

Đối với các kết cấu có đường kính lớn hơn 3m, tiêu chuẩn TCVN

5574 : 2012 cho phép không phải tính TH do BD ép mặt của BT

Trang 99

11 Tổn hao do BD các mối nối

Tiêu đề	Kết Cấu Bê Tông Ứng Suất Trước
Tác giả	ThS. Đoàn Xuân Quý
Trường học	Trường Đại Học Thủy Lợi
Chuyên ngành	Công Trình
Thể loại	Bài Giảng
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	219
Dung lượng	11,68 MB