Bài báo cáo về bê tông Ứng suất trước căng trong và căng ngoài

Phương pháp này tạo kết cấu ứng lực trước nhờ lực bám dính giữa bê tông và cốt thép, và được gọi là phương pháp căng trước vì cốt thép được căng trước cả khi kết cấu bê tông được hình th

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG – GIAO THÔNG



BÀI BÁO CÁO

VỀ BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC CĂNG TRONG VÀ

CĂNG NGOÀI MÔN HỌC: KỸ THUẬT VÀ TỔ CHỨC THI CÔNG

CÔNG TRÌNH ĐẶC BIỆT

MÃ HỌC PHẦN: CTE3022_1

Nhóm thực hiện : Nhóm 11 Lớp : K66-CE2 Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Ngọc Thắng

Hà Nội, tháng 2 năm 2025

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG – GIAO THÔNG



CÁC THÀNH VIÊN NHÓM 11

1.BÙI VĂN ĐẠI 2.NGUYỄN TIẾN ĐẠT 3.MAI THANH ĐỨC 4.NGUYỄN NHẬT ĐỨC 5.TRẦN VIỆT ĐỨC

Hà Nội, tháng 2 năm 2025

I Mở Đầu

 Giới thiệu chung về bê tông ứng suất trước

 Lý do sử dụng bê tông ứng suất trước trong xây dựng

 Tầm quan trọng của công nghệ căng trong và căng ngoài

 Mục tiêu và phạm vi báo cáo

II Tổng Quan Về Bê Tông Ứng Suất Trước

1.Khái niệm bê tông ứng suất trước.

o Khái niệm về kết cấu bêtông ứng suất trước trên đây được sử dụng trong tiêu chuẩn TCXDVN 356: 2005 của Việt Nam, cũng như trong tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bêtông CНиП 2.03.01 – 84 của Cộng hoà Liên bang Nga

o Trong tiêu chuẩn TCXDVN 356: 2005 thuật ngữ Kết cấu bêtông ứng suất trước được sử dụng

 Khái niệm về bêtông ứng suất trước trên đây đề cập đến cả việc gâyứng suất nén trong bêtông và ứng suất kéo trong cốt thép Trong một số tài liệu, khái niệm về bêtông ứng suất trước chi đề cập đến ứng suất nén trong bêtông mà không đề cập đến ứng suất kéo trong cốt thép Cũng có thể xem khái niệm trên đây là đề chỉ loại kết cấu bêtông ứng suất trước mà trong đó việc gây ứng suất trước là do các thanh cốt thép co lại sau khi bị căng (bị làm cho dãn dài ra) tác dụng lên bêtông, còn khi chi đề cập đến việc tạo ứng suất nén trongbêtông là để chi kết cấu bêtông được gây ứng suất nén bằng các phương pháp khác nhau, trong đó có cả trường hợp căng các thanh cốt thép Chính vì điều này nên trong một số tài liệu ở nước ta và ở CHLB Nga người ta gọi kết cấu bêtông ứng suất trước là kết cấu bêtông cốt thép ứng suất trước hảy kết cấu bêtông cốt thép ứng lực trước

2.Vật liệu

o Bê tông cường độ cao

 Bê tông dùng trong cấu kiện bê tông cốt thép ứng lực trước là bê tông nặng có mác lớn hơn hoặc bằng 20 Việc lựa chọn mác bê tông phụ thuộc vào dạng, loại và đường kính của cốt thép căng, cũng như phụ thuộc vào việc có dùng neo hay không dùng neo

chịu tải trọng Phương pháp này tạo kết cấu ứng lực trước nhờ lực bám dính giữa bê tông và cốt thép, và được gọi là phương pháp căng trước vì cốt thép được căng trước cả khi kết cấu bê tông được hình thành và đạt tới cường độ thiết kế.Phương pháp này, cần có một bệ căng cố định nên thích hợp cho việc chế tạo các kết cấu bê tông ứng lực trước đúc sẵn trong các nhà máy bê tông đúc sẵn.

 Trước khi buông cốt thép ứng lực trước

 Sau khi buông cốt thép ứng lực trước

o Căng sau

 Phương pháp này thường sử dụng cho kết cấu bê tông đổ tại chỗ Trước hết đặt thép ứng lực trước và cốt thép thông thường rồi đổ bê tông Khi bê tông đạt đến cường độ nhất định thì tiến hành căng cốt t hép với ứng suất quy định Sau khi căng xong, cốt thép ứng lực trước được neo chặt vào đầucấu kiện, thông qua các neo đó, cấu kiện sẽ bị nén bằng lực

đã dùng khi kéo căng cốt thép Trong phương pháp căng sau,kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước được chia làm 2 loại:

 Phương pháp 1: Lắp đặt gối neo và căng cáp

 Chuẩn bị gối neo

 Gối neo được gia công và lắp đặt tại vị trí xác định trên kết cấu

 Sử dụng búa rung hoặc thiết bị chuyên dụng để cố định neo, tránh xê dịch

 Luồn cáp qua gối neo

 Cáp dự ứng lực được đưa vào vị trí theo đúng thiết kế

 Kiểm tra độ dài, tiết diện và số lượng cáp trước khi lắpđặt

đặt cách nhau khoảng một mét Số sợi trong một bó phụ thuộc vào

số chêm trên kích (mỗi chêm giữ được hai sợi) Người ta thường dùng bó có 12, 18 và 24 sợi

 Đặc tính yêu cầu của cốt thép ứng lực trước

 1 Cường độ kéo cao

 2 Độ dẻo lớn, ít bị ăn mòn

 3 Dễ uốn, tại các điểm uốn (harping point) và gần vùng neo

 4 Lực dính bám với bê tông cao, đặc biệt cho kết cấu căng trước

 5 Sự chùng ứng suất thấp, để giảm tổn hao ứng suất trong thép

3.Nguyên lý hoạt động của bê tông ứng suất trước.

o Kết cấu Bê tông cốt thép có hai khuyết điểm cơ bản:

o Không thể tránh được sự xuất hiện khe nứt khi tải trọng q tác dụng vào kết cấu lớn đáng kể

o Trọng lượng bản thân rất lớn (g >> p), kích thước của kết cấu lớn.o

o

 Để khắc phục khuyết điểm của kết cấu bê tông cốt thép:

 Tạo ra lực nén N ở hai đầu dầm trong quá tránh chế tạo dầm

 Ngoài ra việc lựa chọn mác bê tông còn phụ thuộc vào cường độ

mà nó cần phải có khi bắt đầu gây ứng lực trước, cũng như vào loạitải trọng tác dụng lên cấu kiện Thông thường, với kết cấu nhịp lớn dầm, dàn nên dùng bê tông mác 40 hoặc 50, còn đối với kết cấu

có nhịp thông thường như panen, xà gỗ nên dùng bê tông mác 30 hoặc 35

 Theo tiêu chuẩn Ấn Độ IS:1343-1980, cường độ chịu nén của khối lập phương tại 28 ngày tuổi là 40MPa đối với cấu kiện căng trước

và 30MPa đối với cấu kiện căng sau Theo tiêu chuẩn ACI-318, bê tông đạt cường độ chịu nén tại 28 ngày tuổi từ 27.58 đến 68.95 MPa

o Vữa

 Vữa dùng để lấp các khe thi công, các mối nối của cấu kiện ghép,

để làm lớp bảo vệ cốt thép và bả o vệ các neo, phải có mác từ 15 trở lên Vữa dùng để bơm vào các ống rãnh phải có mác không nhỏhơn 30 và phải dễ chảy, ít co ngót

 Dối với bê tông ứng lực trước căng sau có dính kết thì cần đặt sẵn ống gen trong kết cấu bê tông

 Có 2 loại ống gen thường dùng:

 Loại bằng tôn mỏng 0,2 – 0,3mm có pha chì để làm giảm masát cuộn mép và cuốn theo kiểu xoắn ruột gà

 Ống gen bằng các loại ống kim loại, ống tròn trơn có bề dày

o Thép ứng lực trước

 Trong cấu kiện bê tông cốt thép ứng lực trước cần dùng thép cường

độ cao, bởi vì trong quá trình chế tạo và sử dụng một phần ứng suấtcăng ban đầu bị mất đi Tốt nhất là dùng sợi thép cường độ cao Nhưng vì đường kính sợi thép quá bé(3 ÷ 8 mm) nên số lợng thép trong cấu kiện khá nhiều, do đó gây khó khăn cho việc boó trí chúng Để khắc phục nhược điểm này, người ta thường dùng bó bện dây thừng hoặc các bó sợi không bện (Hình 7) Loại bó bện dây thừng, thường được chế tạo từ các sợi có đường kính từ 1,5 đến

5 mm Loại các bó sợi thép không bện, thường gồmnhiều sợi thép đặt song song với nhau theo chu vi vòng tròn và tựa các đoạn lò so

 Ngoài ra việc lựa chọn mác bê tông còn phụ thuộc vào cường độ

mà nó cần phải có khi bắt đầu gây ứng lực trước, cũng như vào loạitải trọng tác dụng lên cấu kiện Thông thường, với kết cấu nhịp lớn dầm, dàn nên dùng bê tông mác 40 hoặc 50, còn đối với kết cấu

có nhịp thông thường như panen, xà gỗ nên dùng bê tông mác 30 hoặc 35

 Theo tiêu chuẩn Ấn Độ IS:1343-1980, cường độ chịu nén của khối lập phương tại 28 ngày tuổi là 40MPa đối với cấu kiện căng trước

và 30MPa đối với cấu kiện căng sau Theo tiêu chuẩn ACI-318, bê tông đạt cường độ chịu nén tại 28 ngày tuổi từ 27.58 đến 68.95 MPa

o Vữa

 Vữa dùng để lấp các khe thi công, các mối nối của cấu kiện ghép,

để làm lớp bảo vệ cốt thép và bả o vệ các neo, phải có mác từ 15 trở lên Vữa dùng để bơm vào các ống rãnh phải có mác không nhỏhơn 30 và phải dễ chảy, ít co ngót

 Dối với bê tông ứng lực trước căng sau có dính kết thì cần đặt sẵn ống gen trong kết cấu bê tông

 Có 2 loại ống gen thường dùng:

 Loại bằng tôn mỏng 0,2 – 0,3mm có pha chì để làm giảm masát cuộn mép và cuốn theo kiểu xoắn ruột gà

 Ống gen bằng các loại ống kim loại, ống tròn trơn có bề dày

o Thép ứng lực trước

 Trong cấu kiện bê tông cốt thép ứng lực trước cần dùng thép cường

độ cao, bởi vì trong quá trình chế tạo và sử dụng một phần ứng suấtcăng ban đầu bị mất đi Tốt nhất là dùng sợi thép cường độ cao Nhưng vì đường kính sợi thép quá bé(3 ÷ 8 mm) nên số lợng thép trong cấu kiện khá nhiều, do đó gây khó khăn cho việc boó trí chúng Để khắc phục nhược điểm này, người ta thường dùng bó bện dây thừng hoặc các bó sợi không bện (Hình 7) Loại bó bện dây thừng, thường được chế tạo từ các sợi có đường kính từ 1,5 đến

5 mm Loại các bó sợi thép không bện, thường gồmnhiều sợi thép đặt song song với nhau theo chu vi vòng tròn và tựa các đoạn lò so

chịu tải trọng Phương pháp này tạo kết cấu ứng lực trước nhờ lực bám dính giữa bê tông và cốt thép, và được gọi là phương pháp căng trước vì cốt thép được căng trước cả khi kết cấu bê tông được hình thành và đạt tới cường độ thiết kế.Phương pháp này, cần có một bệ căng cố định nên thích hợp cho việc chế tạo các kết cấu bê tông ứng lực trước đúc sẵn trong các nhà máy bê tông đúc sẵn.

 Trước khi buông cốt thép ứng lực trước

 Sau khi buông cốt thép ứng lực trước

o Căng sau

 Phương pháp này thường sử dụng cho kết cấu bê tông đổ tại chỗ Trước hết đặt thép ứng lực trước và cốt thép thông thường rồi đổ bê tông Khi bê tông đạt đến cường độ nhất định thì tiến hành căng cốt t hép với ứng suất quy định Sau khi căng xong, cốt thép ứng lực trước được neo chặt vào đầucấu kiện, thông qua các neo đó, cấu kiện sẽ bị nén bằng lực

đã dùng khi kéo căng cốt thép Trong phương pháp căng sau,kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước được chia làm 2 loại:

Tiêu chí Bê tông cốt thép Bê tông ứng lực trước

có tải trọng làm việc của vật liệu

Đặc tính của

vật liệu sử

dụng

Sử dụng bê tông và cốt thép tiêu chuẩn; bê tông dòn và cốt thép chỉ hoạt động khi tải trọng tác dụng

Sử dụng bê tông mác cao và cốt thép cường độ cao; cốt thép được kéo căng đến mức ứng suất nhất định trong giới hạn đàn hồi để tạo ra lực nén trước cho

bê tông

Ứng dụng

Phù hợp với các công trìnhthông thường, nơi không yêu cầu chịu tải quá cao hoặc hạn chế nứt đặc biệt

Thích hợp cho các kết cấu yêu cầu chịu tải lớn, như cầu đường, dầm hộp, sàn bê tông ứng lực trước; giúp tối ưu hóa khả năng làm việc của kết cấu trong điều kiện sử dụng

- Bảng trên cho thấy sự khác nhau cơ bản giữa hai loại kết cấu: bê tông cốt thép hoạt động theo cách bị động dưới tác dụng của tải trọng, trong khi bê tông ứng lực trước được thiết kế với lực nén trước nhằm tăng khả năng chịu tải và giảm thiểu các vấn đề về nứt kết cấu

- Phân loại bê tông ứng suất trước

o Theo thời điểm căng thép ứng lực trước

 Phương pháp căng trước

 Phương pháp căng sau

o Theo vị trí đặt thép ứng lực trước: 

 Bê tông cốt thép ứng lực trước một phương

 Bê tông cốt thép ứng lực trước hai phương

o Theo đặc điểm thép ứng lực trước:

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng thanh

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng sợi, cáp,

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng bó cáp

o Theo cách đặt thép ứng lực trước trong cấu kiện:

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao căng trong

chịu tải trọng Phương pháp này tạo kết cấu ứng lực trước nhờ lực bám dính giữa bê tông và cốt thép, và được gọi là phương pháp căng trước vì cốt thép được căng trước cả khi kết cấu bê tông được hình thành và đạt tới cường độ thiết kế.Phương pháp này, cần có một bệ căng cố định nên thích hợp cho việc chế tạo các kết cấu bê tông ứng lực trước đúc sẵn trong các nhà máy bê tông đúc sẵn.

 Trước khi buông cốt thép ứng lực trước

 Sau khi buông cốt thép ứng lực trước

o Căng sau

 Phương pháp này thường sử dụng cho kết cấu bê tông đổ tại chỗ Trước hết đặt thép ứng lực trước và cốt thép thông thường rồi đổ bê tông Khi bê tông đạt đến cường độ nhất định thì tiến hành căng cốt t hép với ứng suất quy định Sau khi căng xong, cốt thép ứng lực trước được neo chặt vào đầucấu kiện, thông qua các neo đó, cấu kiện sẽ bị nén bằng lực

đã dùng khi kéo căng cốt thép Trong phương pháp căng sau,kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước được chia làm 2 loại:

 Ngoài ra việc lựa chọn mác bê tông còn phụ thuộc vào cường độ

mà nó cần phải có khi bắt đầu gây ứng lực trước, cũng như vào loạitải trọng tác dụng lên cấu kiện Thông thường, với kết cấu nhịp lớn dầm, dàn nên dùng bê tông mác 40 hoặc 50, còn đối với kết cấu

có nhịp thông thường như panen, xà gỗ nên dùng bê tông mác 30 hoặc 35

 Theo tiêu chuẩn Ấn Độ IS:1343-1980, cường độ chịu nén của khối lập phương tại 28 ngày tuổi là 40MPa đối với cấu kiện căng trước

và 30MPa đối với cấu kiện căng sau Theo tiêu chuẩn ACI-318, bê tông đạt cường độ chịu nén tại 28 ngày tuổi từ 27.58 đến 68.95 MPa

o Vữa

 Vữa dùng để lấp các khe thi công, các mối nối của cấu kiện ghép,

để làm lớp bảo vệ cốt thép và bả o vệ các neo, phải có mác từ 15 trở lên Vữa dùng để bơm vào các ống rãnh phải có mác không nhỏhơn 30 và phải dễ chảy, ít co ngót

 Dối với bê tông ứng lực trước căng sau có dính kết thì cần đặt sẵn ống gen trong kết cấu bê tông

 Có 2 loại ống gen thường dùng:

 Loại bằng tôn mỏng 0,2 – 0,3mm có pha chì để làm giảm masát cuộn mép và cuốn theo kiểu xoắn ruột gà

 Ống gen bằng các loại ống kim loại, ống tròn trơn có bề dày

o Thép ứng lực trước

 Trong cấu kiện bê tông cốt thép ứng lực trước cần dùng thép cường

độ cao, bởi vì trong quá trình chế tạo và sử dụng một phần ứng suấtcăng ban đầu bị mất đi Tốt nhất là dùng sợi thép cường độ cao Nhưng vì đường kính sợi thép quá bé(3 ÷ 8 mm) nên số lợng thép trong cấu kiện khá nhiều, do đó gây khó khăn cho việc boó trí chúng Để khắc phục nhược điểm này, người ta thường dùng bó bện dây thừng hoặc các bó sợi không bện (Hình 7) Loại bó bện dây thừng, thường được chế tạo từ các sợi có đường kính từ 1,5 đến

5 mm Loại các bó sợi thép không bện, thường gồmnhiều sợi thép đặt song song với nhau theo chu vi vòng tròn và tựa các đoạn lò so

 Ngoài ra việc lựa chọn mác bê tông còn phụ thuộc vào cường độ

mà nó cần phải có khi bắt đầu gây ứng lực trước, cũng như vào loạitải trọng tác dụng lên cấu kiện Thông thường, với kết cấu nhịp lớn dầm, dàn nên dùng bê tông mác 40 hoặc 50, còn đối với kết cấu

có nhịp thông thường như panen, xà gỗ nên dùng bê tông mác 30 hoặc 35

 Theo tiêu chuẩn Ấn Độ IS:1343-1980, cường độ chịu nén của khối lập phương tại 28 ngày tuổi là 40MPa đối với cấu kiện căng trước

và 30MPa đối với cấu kiện căng sau Theo tiêu chuẩn ACI-318, bê tông đạt cường độ chịu nén tại 28 ngày tuổi từ 27.58 đến 68.95 MPa

o Vữa

 Vữa dùng để lấp các khe thi công, các mối nối của cấu kiện ghép,

để làm lớp bảo vệ cốt thép và bả o vệ các neo, phải có mác từ 15 trở lên Vữa dùng để bơm vào các ống rãnh phải có mác không nhỏhơn 30 và phải dễ chảy, ít co ngót

 Dối với bê tông ứng lực trước căng sau có dính kết thì cần đặt sẵn ống gen trong kết cấu bê tông

 Có 2 loại ống gen thường dùng:

 Loại bằng tôn mỏng 0,2 – 0,3mm có pha chì để làm giảm masát cuộn mép và cuốn theo kiểu xoắn ruột gà

 Ống gen bằng các loại ống kim loại, ống tròn trơn có bề dày

o Thép ứng lực trước

 Trong cấu kiện bê tông cốt thép ứng lực trước cần dùng thép cường

độ cao, bởi vì trong quá trình chế tạo và sử dụng một phần ứng suấtcăng ban đầu bị mất đi Tốt nhất là dùng sợi thép cường độ cao Nhưng vì đường kính sợi thép quá bé(3 ÷ 8 mm) nên số lợng thép trong cấu kiện khá nhiều, do đó gây khó khăn cho việc boó trí chúng Để khắc phục nhược điểm này, người ta thường dùng bó bện dây thừng hoặc các bó sợi không bện (Hình 7) Loại bó bện dây thừng, thường được chế tạo từ các sợi có đường kính từ 1,5 đến

5 mm Loại các bó sợi thép không bện, thường gồmnhiều sợi thép đặt song song với nhau theo chu vi vòng tròn và tựa các đoạn lò so

đặt cách nhau khoảng một mét Số sợi trong một bó phụ thuộc vào

số chêm trên kích (mỗi chêm giữ được hai sợi) Người ta thường dùng bó có 12, 18 và 24 sợi

 Đặc tính yêu cầu của cốt thép ứng lực trước

 1 Cường độ kéo cao

 2 Độ dẻo lớn, ít bị ăn mòn

 3 Dễ uốn, tại các điểm uốn (harping point) và gần vùng neo

 4 Lực dính bám với bê tông cao, đặc biệt cho kết cấu căng trước

 5 Sự chùng ứng suất thấp, để giảm tổn hao ứng suất trong thép

3.Nguyên lý hoạt động của bê tông ứng suất trước.

o Kết cấu Bê tông cốt thép có hai khuyết điểm cơ bản:

o Không thể tránh được sự xuất hiện khe nứt khi tải trọng q tác dụng vào kết cấu lớn đáng kể

o Trọng lượng bản thân rất lớn (g >> p), kích thước của kết cấu lớn.o

o

 Để khắc phục khuyết điểm của kết cấu bê tông cốt thép:

 Tạo ra lực nén N ở hai đầu dầm trong quá tránh chế tạo dầm

Tiêu chí Bê tông cốt thép Bê tông ứng lực trước

có tải trọng làm việc của vật liệu

Đặc tính của

vật liệu sử

dụng

Sử dụng bê tông và cốt thép tiêu chuẩn; bê tông dòn và cốt thép chỉ hoạt động khi tải trọng tác dụng

Sử dụng bê tông mác cao và cốt thép cường độ cao; cốt thép được kéo căng đến mức ứng suất nhất định trong giới hạn đàn hồi để tạo ra lực nén trước cho

bê tông

Ứng dụng

Phù hợp với các công trìnhthông thường, nơi không yêu cầu chịu tải quá cao hoặc hạn chế nứt đặc biệt

Thích hợp cho các kết cấu yêu cầu chịu tải lớn, như cầu đường, dầm hộp, sàn bê tông ứng lực trước; giúp tối ưu hóa khả năng làm việc của kết cấu trong điều kiện sử dụng

- Bảng trên cho thấy sự khác nhau cơ bản giữa hai loại kết cấu: bê tông cốt thép hoạt động theo cách bị động dưới tác dụng của tải trọng, trong khi bê tông ứng lực trước được thiết kế với lực nén trước nhằm tăng khả năng chịu tải và giảm thiểu các vấn đề về nứt kết cấu

- Phân loại bê tông ứng suất trước

o Theo thời điểm căng thép ứng lực trước

 Phương pháp căng trước

 Phương pháp căng sau

o Theo vị trí đặt thép ứng lực trước: 

 Bê tông cốt thép ứng lực trước một phương

 Bê tông cốt thép ứng lực trước hai phương

o Theo đặc điểm thép ứng lực trước:

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng thanh

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng sợi, cáp,

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng bó cáp

o Theo cách đặt thép ứng lực trước trong cấu kiện:

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao căng trong

 Duy trì lực nén N trong quá trình sử dụng dầm để hạn chế nứt bê tông vùng kéo.Từ hướng suy nghĩ đó vật liệu bê tông cốt thép ứng lực trước đã được ra đời, để khác khắc phục các nhược điểm đó củakết cấu bê cốt thép.



4.Dưới đây là bảng so sánh cơ bản giữa bê tông cốt thép và bê tông ứng lực trước:

Tiêu chí Bê tông cốt thép Bê tông ứng lực trước

Cách kết hợp

vật liệu

Sự kết hợp đơn thuần giữa

bê tông và cốt thép, làm việc một cách bị động khi tải trọng tác dụng

Sự kết hợp tích cực, có chủ ý giữa bê tông cường độ cao và cốt thép cường

độ cao; lực ứng lực được tạo ra trước khi chịu tải

Phát sinh

ứng suất

Ứng suất chỉ xuất hiện khi

có tải trọng tác dụng lên kết cấu

Ứng suất đã được tạo ra sẵn (lực nén trong bê tông và lực kéo trong cốt thép) thông qua quá trình kéo căng cốt thép trước khi kết cấu chịu tải

Tác dụng

của lực

căng/ứng lực

Không có lực ứng lực trước, nên khi chịu tải các biến dạng chủ yếu do tải trọng gây ra

Lực căng tạo ra biến dạng ngược với biến dạng do tải trọng; khi tải trọng tácdụng, biến dạng do tải trọng chỉ đủ để triệt tiêu ứng suất trước, giúp kết cấu gần như trở lại hình dạng ban đầu

Khả năng

chịu tải

Thường thấp hơn, vì chỉ dựa vào khả năng chịu néncủa bê tông và khả năng chịu kéo của cốt thép khi

Khả năng chịu tải được tăng đáng kể (gần gấp đôi) nhờ lực nén trước giúp triệt tiêu ứng suất kéo do tải trọng, hạnchế phát triển vết nứt và tối ưu hóa sự

đặt cách nhau khoảng một mét Số sợi trong một bó phụ thuộc vào

số chêm trên kích (mỗi chêm giữ được hai sợi) Người ta thường dùng bó có 12, 18 và 24 sợi

 Đặc tính yêu cầu của cốt thép ứng lực trước

 1 Cường độ kéo cao

 2 Độ dẻo lớn, ít bị ăn mòn

 3 Dễ uốn, tại các điểm uốn (harping point) và gần vùng neo

 4 Lực dính bám với bê tông cao, đặc biệt cho kết cấu căng trước

 5 Sự chùng ứng suất thấp, để giảm tổn hao ứng suất trong thép

3.Nguyên lý hoạt động của bê tông ứng suất trước.

o Kết cấu Bê tông cốt thép có hai khuyết điểm cơ bản:

o Không thể tránh được sự xuất hiện khe nứt khi tải trọng q tác dụng vào kết cấu lớn đáng kể

o Trọng lượng bản thân rất lớn (g >> p), kích thước của kết cấu lớn.o

o

 Để khắc phục khuyết điểm của kết cấu bê tông cốt thép:

 Tạo ra lực nén N ở hai đầu dầm trong quá tránh chế tạo dầm

 Duy trì lực nén N trong quá trình sử dụng dầm để hạn chế nứt bê tông vùng kéo.Từ hướng suy nghĩ đó vật liệu bê tông cốt thép ứng lực trước đã được ra đời, để khác khắc phục các nhược điểm đó củakết cấu bê cốt thép.



4.Dưới đây là bảng so sánh cơ bản giữa bê tông cốt thép và bê tông ứng lực trước:

Tiêu chí Bê tông cốt thép Bê tông ứng lực trước

Cách kết hợp

vật liệu

Sự kết hợp đơn thuần giữa

bê tông và cốt thép, làm việc một cách bị động khi tải trọng tác dụng

Sự kết hợp tích cực, có chủ ý giữa bê tông cường độ cao và cốt thép cường

độ cao; lực ứng lực được tạo ra trước khi chịu tải

Phát sinh

ứng suất

Ứng suất chỉ xuất hiện khi

có tải trọng tác dụng lên kết cấu

Ứng suất đã được tạo ra sẵn (lực nén trong bê tông và lực kéo trong cốt thép) thông qua quá trình kéo căng cốt thép trước khi kết cấu chịu tải

Tác dụng

của lực

căng/ứng lực

Không có lực ứng lực trước, nên khi chịu tải các biến dạng chủ yếu do tải trọng gây ra

Lực căng tạo ra biến dạng ngược với biến dạng do tải trọng; khi tải trọng tácdụng, biến dạng do tải trọng chỉ đủ để triệt tiêu ứng suất trước, giúp kết cấu gần như trở lại hình dạng ban đầu

Khả năng

chịu tải

Thường thấp hơn, vì chỉ dựa vào khả năng chịu néncủa bê tông và khả năng chịu kéo của cốt thép khi

Khả năng chịu tải được tăng đáng kể (gần gấp đôi) nhờ lực nén trước giúp triệt tiêu ứng suất kéo do tải trọng, hạnchế phát triển vết nứt và tối ưu hóa sự

Tiêu chí Bê tông cốt thép Bê tông ứng lực trước

có tải trọng làm việc của vật liệu

Đặc tính của

vật liệu sử

dụng

Sử dụng bê tông và cốt thép tiêu chuẩn; bê tông dòn và cốt thép chỉ hoạt động khi tải trọng tác dụng

Sử dụng bê tông mác cao và cốt thép cường độ cao; cốt thép được kéo căng đến mức ứng suất nhất định trong giới hạn đàn hồi để tạo ra lực nén trước cho

bê tông

Ứng dụng

Phù hợp với các công trìnhthông thường, nơi không yêu cầu chịu tải quá cao hoặc hạn chế nứt đặc biệt

Thích hợp cho các kết cấu yêu cầu chịu tải lớn, như cầu đường, dầm hộp, sàn bê tông ứng lực trước; giúp tối ưu hóa khả năng làm việc của kết cấu trong điều kiện sử dụng

- Bảng trên cho thấy sự khác nhau cơ bản giữa hai loại kết cấu: bê tông cốt thép hoạt động theo cách bị động dưới tác dụng của tải trọng, trong khi bê tông ứng lực trước được thiết kế với lực nén trước nhằm tăng khả năng chịu tải và giảm thiểu các vấn đề về nứt kết cấu

- Phân loại bê tông ứng suất trước

o Theo thời điểm căng thép ứng lực trước

 Phương pháp căng trước

 Phương pháp căng sau

o Theo vị trí đặt thép ứng lực trước: 

 Bê tông cốt thép ứng lực trước một phương

 Bê tông cốt thép ứng lực trước hai phương

o Theo đặc điểm thép ứng lực trước:

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng thanh

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng sợi, cáp,

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng bó cáp

o Theo cách đặt thép ứng lực trước trong cấu kiện:

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao căng trong

đặt cách nhau khoảng một mét Số sợi trong một bó phụ thuộc vào

số chêm trên kích (mỗi chêm giữ được hai sợi) Người ta thường dùng bó có 12, 18 và 24 sợi

 Đặc tính yêu cầu của cốt thép ứng lực trước

 1 Cường độ kéo cao

 2 Độ dẻo lớn, ít bị ăn mòn

 3 Dễ uốn, tại các điểm uốn (harping point) và gần vùng neo

 4 Lực dính bám với bê tông cao, đặc biệt cho kết cấu căng trước

 5 Sự chùng ứng suất thấp, để giảm tổn hao ứng suất trong thép

3.Nguyên lý hoạt động của bê tông ứng suất trước.

o Kết cấu Bê tông cốt thép có hai khuyết điểm cơ bản:

o Không thể tránh được sự xuất hiện khe nứt khi tải trọng q tác dụng vào kết cấu lớn đáng kể

o Trọng lượng bản thân rất lớn (g >> p), kích thước của kết cấu lớn.o

o

 Để khắc phục khuyết điểm của kết cấu bê tông cốt thép:

 Tạo ra lực nén N ở hai đầu dầm trong quá tránh chế tạo dầm

 Phương pháp 1: Lắp đặt gối neo và căng cáp

 Chuẩn bị gối neo

 Gối neo được gia công và lắp đặt tại vị trí xác định trên kết cấu

 Sử dụng búa rung hoặc thiết bị chuyên dụng để cố định neo, tránh xê dịch

 Luồn cáp qua gối neo

 Cáp dự ứng lực được đưa vào vị trí theo đúng thiết kế

 Kiểm tra độ dài, tiết diện và số lượng cáp trước khi lắpđặt

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao căng ngoài.

III Bê Tông Ứng Suất Trước Căng Trong

3.1 Khái Niệm và Nguyên Lý

o Định nghĩa căng trong

 Căng trong là phương pháp tạo ứng lực trước trong kết cấu

bê tông bằng cách kéo căng các cáp hoặc thanh thép dự ứng lực được đặt bên trong tiết diện bê tông

o Nguyên lý truyền lực trong kết cấu

 Truyền lực qua liên kết bám dính: Lực kéo của cốt thép đượctruyền sang bê tông nhờ mối liên kết bám dính chặt giữa hai vật liệu

 Tạo ứng suất nén trước: Lực căng tạo ra ứng suất nén trong

bê tông ngay từ giai đoạn sản xuất, giúp giảm hoặc triệt tiêu phần ứng suất kéo do tải trọng gây ra trong quá trình sử dụng

 Biến dạng ngược: Ứng lực trước giúp kết cấu có biến dạng ngược với biến dạng do tải trọng; khi tải trọng tác dụng, ứng lực trước phần lớn được bù trừ, giữ cho kết cấu trở lại gần với hình dạng ban đầu

 Giới hạn đàn hồi của thép: Lực căng phải được kiểm soát trong phạm vi đàn hồi của cốt thép để đảm bảo khả năng phục hồi và hiệu quả truyền lực trong toàn bộ kết cấu

3.2 Phương Pháp Thi Công

o Căng trước

 Cốt thép ứng lực trước được kéo căng ra trước trên bệ khuônđúc bê tông trước khi chế tạo kết cấu bê tông (như căng dây đàn) Sau đó kết cấu bê tông được đúc bình thường với cốt thép ứng lực trước như kết cấu bê tông cốt thép thông thường Đến khi bê tông đạt đến một giá trị cường độ nhất định để có thể giữ được ứng lực trước, thì tiến hành cắt cốt thép rời ra khỏi bệ căng Do tính đàn hồi cao của cốt thép, nó

có xu hướng biến dạng co lại dọc theo trục của cốt thép Nhờlực bám dính giữa bê tông và cốt thép ứng lực trước, biến dạng này được chuyển hóa thành biến dạng vồng ngược của kết cấu bê tông so với phương biến dạng khi kết cấu bê tông

 Phương pháp 1: Lắp đặt gối neo và căng cáp

 Chuẩn bị gối neo

 Gối neo được gia công và lắp đặt tại vị trí xác định trên kết cấu

 Sử dụng búa rung hoặc thiết bị chuyên dụng để cố định neo, tránh xê dịch

 Luồn cáp qua gối neo

 Cáp dự ứng lực được đưa vào vị trí theo đúng thiết kế

 Kiểm tra độ dài, tiết diện và số lượng cáp trước khi lắpđặt

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao căng ngoài.

III Bê Tông Ứng Suất Trước Căng Trong

3.1 Khái Niệm và Nguyên Lý

o Định nghĩa căng trong

 Căng trong là phương pháp tạo ứng lực trước trong kết cấu

bê tông bằng cách kéo căng các cáp hoặc thanh thép dự ứng lực được đặt bên trong tiết diện bê tông

o Nguyên lý truyền lực trong kết cấu

 Truyền lực qua liên kết bám dính: Lực kéo của cốt thép đượctruyền sang bê tông nhờ mối liên kết bám dính chặt giữa hai vật liệu

 Tạo ứng suất nén trước: Lực căng tạo ra ứng suất nén trong

bê tông ngay từ giai đoạn sản xuất, giúp giảm hoặc triệt tiêu phần ứng suất kéo do tải trọng gây ra trong quá trình sử dụng

 Biến dạng ngược: Ứng lực trước giúp kết cấu có biến dạng ngược với biến dạng do tải trọng; khi tải trọng tác dụng, ứng lực trước phần lớn được bù trừ, giữ cho kết cấu trở lại gần với hình dạng ban đầu

 Giới hạn đàn hồi của thép: Lực căng phải được kiểm soát trong phạm vi đàn hồi của cốt thép để đảm bảo khả năng phục hồi và hiệu quả truyền lực trong toàn bộ kết cấu

3.2 Phương Pháp Thi Công

o Căng trước

 Cốt thép ứng lực trước được kéo căng ra trước trên bệ khuônđúc bê tông trước khi chế tạo kết cấu bê tông (như căng dây đàn) Sau đó kết cấu bê tông được đúc bình thường với cốt thép ứng lực trước như kết cấu bê tông cốt thép thông thường Đến khi bê tông đạt đến một giá trị cường độ nhất định để có thể giữ được ứng lực trước, thì tiến hành cắt cốt thép rời ra khỏi bệ căng Do tính đàn hồi cao của cốt thép, nó

có xu hướng biến dạng co lại dọc theo trục của cốt thép Nhờlực bám dính giữa bê tông và cốt thép ứng lực trước, biến dạng này được chuyển hóa thành biến dạng vồng ngược của kết cấu bê tông so với phương biến dạng khi kết cấu bê tông

Tiêu chí Bê tông cốt thép Bê tông ứng lực trước

có tải trọng làm việc của vật liệu

Đặc tính của

vật liệu sử

dụng

Sử dụng bê tông và cốt thép tiêu chuẩn; bê tông dòn và cốt thép chỉ hoạt động khi tải trọng tác dụng

Sử dụng bê tông mác cao và cốt thép cường độ cao; cốt thép được kéo căng đến mức ứng suất nhất định trong giới hạn đàn hồi để tạo ra lực nén trước cho

bê tông

Ứng dụng

Phù hợp với các công trìnhthông thường, nơi không yêu cầu chịu tải quá cao hoặc hạn chế nứt đặc biệt

Thích hợp cho các kết cấu yêu cầu chịu tải lớn, như cầu đường, dầm hộp, sàn bê tông ứng lực trước; giúp tối ưu hóa khả năng làm việc của kết cấu trong điều kiện sử dụng

- Bảng trên cho thấy sự khác nhau cơ bản giữa hai loại kết cấu: bê tông cốt thép hoạt động theo cách bị động dưới tác dụng của tải trọng, trong khi bê tông ứng lực trước được thiết kế với lực nén trước nhằm tăng khả năng chịu tải và giảm thiểu các vấn đề về nứt kết cấu

- Phân loại bê tông ứng suất trước

o Theo thời điểm căng thép ứng lực trước

 Phương pháp căng trước

 Phương pháp căng sau

o Theo vị trí đặt thép ứng lực trước: 

 Bê tông cốt thép ứng lực trước một phương

 Bê tông cốt thép ứng lực trước hai phương

o Theo đặc điểm thép ứng lực trước:

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng thanh

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng sợi, cáp,

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng bó cáp

o Theo cách đặt thép ứng lực trước trong cấu kiện:

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao căng trong

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao căng ngoài.

III Bê Tông Ứng Suất Trước Căng Trong

3.1 Khái Niệm và Nguyên Lý

o Định nghĩa căng trong

 Căng trong là phương pháp tạo ứng lực trước trong kết cấu

bê tông bằng cách kéo căng các cáp hoặc thanh thép dự ứng lực được đặt bên trong tiết diện bê tông

o Nguyên lý truyền lực trong kết cấu

 Truyền lực qua liên kết bám dính: Lực kéo của cốt thép đượctruyền sang bê tông nhờ mối liên kết bám dính chặt giữa hai vật liệu

 Tạo ứng suất nén trước: Lực căng tạo ra ứng suất nén trong

bê tông ngay từ giai đoạn sản xuất, giúp giảm hoặc triệt tiêu phần ứng suất kéo do tải trọng gây ra trong quá trình sử dụng

 Biến dạng ngược: Ứng lực trước giúp kết cấu có biến dạng ngược với biến dạng do tải trọng; khi tải trọng tác dụng, ứng lực trước phần lớn được bù trừ, giữ cho kết cấu trở lại gần với hình dạng ban đầu

 Giới hạn đàn hồi của thép: Lực căng phải được kiểm soát trong phạm vi đàn hồi của cốt thép để đảm bảo khả năng phục hồi và hiệu quả truyền lực trong toàn bộ kết cấu

3.2 Phương Pháp Thi Công

o Căng trước

 Cốt thép ứng lực trước được kéo căng ra trước trên bệ khuônđúc bê tông trước khi chế tạo kết cấu bê tông (như căng dây đàn) Sau đó kết cấu bê tông được đúc bình thường với cốt thép ứng lực trước như kết cấu bê tông cốt thép thông thường Đến khi bê tông đạt đến một giá trị cường độ nhất định để có thể giữ được ứng lực trước, thì tiến hành cắt cốt thép rời ra khỏi bệ căng Do tính đàn hồi cao của cốt thép, nó

có xu hướng biến dạng co lại dọc theo trục của cốt thép Nhờlực bám dính giữa bê tông và cốt thép ứng lực trước, biến dạng này được chuyển hóa thành biến dạng vồng ngược của kết cấu bê tông so với phương biến dạng khi kết cấu bê tông

Tiêu chí Bê tông cốt thép Bê tông ứng lực trước

có tải trọng làm việc của vật liệu

Đặc tính của

vật liệu sử

dụng

Sử dụng bê tông và cốt thép tiêu chuẩn; bê tông dòn và cốt thép chỉ hoạt động khi tải trọng tác dụng

Sử dụng bê tông mác cao và cốt thép cường độ cao; cốt thép được kéo căng đến mức ứng suất nhất định trong giới hạn đàn hồi để tạo ra lực nén trước cho

bê tông

Ứng dụng

Phù hợp với các công trìnhthông thường, nơi không yêu cầu chịu tải quá cao hoặc hạn chế nứt đặc biệt

Thích hợp cho các kết cấu yêu cầu chịu tải lớn, như cầu đường, dầm hộp, sàn bê tông ứng lực trước; giúp tối ưu hóa khả năng làm việc của kết cấu trong điều kiện sử dụng

- Bảng trên cho thấy sự khác nhau cơ bản giữa hai loại kết cấu: bê tông cốt thép hoạt động theo cách bị động dưới tác dụng của tải trọng, trong khi bê tông ứng lực trước được thiết kế với lực nén trước nhằm tăng khả năng chịu tải và giảm thiểu các vấn đề về nứt kết cấu

- Phân loại bê tông ứng suất trước

o Theo thời điểm căng thép ứng lực trước

 Phương pháp căng trước

 Phương pháp căng sau

o Theo vị trí đặt thép ứng lực trước: 

 Bê tông cốt thép ứng lực trước một phương

 Bê tông cốt thép ứng lực trước hai phương

o Theo đặc điểm thép ứng lực trước:

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng thanh

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng sợi, cáp,

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng bó cáp

o Theo cách đặt thép ứng lực trước trong cấu kiện:

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao căng trong

 Ngoài ra việc lựa chọn mác bê tông còn phụ thuộc vào cường độ

mà nó cần phải có khi bắt đầu gây ứng lực trước, cũng như vào loạitải trọng tác dụng lên cấu kiện Thông thường, với kết cấu nhịp lớn dầm, dàn nên dùng bê tông mác 40 hoặc 50, còn đối với kết cấu

có nhịp thông thường như panen, xà gỗ nên dùng bê tông mác 30 hoặc 35

 Theo tiêu chuẩn Ấn Độ IS:1343-1980, cường độ chịu nén của khối lập phương tại 28 ngày tuổi là 40MPa đối với cấu kiện căng trước

và 30MPa đối với cấu kiện căng sau Theo tiêu chuẩn ACI-318, bê tông đạt cường độ chịu nén tại 28 ngày tuổi từ 27.58 đến 68.95 MPa

o Vữa

 Vữa dùng để lấp các khe thi công, các mối nối của cấu kiện ghép,

để làm lớp bảo vệ cốt thép và bả o vệ các neo, phải có mác từ 15 trở lên Vữa dùng để bơm vào các ống rãnh phải có mác không nhỏhơn 30 và phải dễ chảy, ít co ngót

 Dối với bê tông ứng lực trước căng sau có dính kết thì cần đặt sẵn ống gen trong kết cấu bê tông

 Có 2 loại ống gen thường dùng:

 Loại bằng tôn mỏng 0,2 – 0,3mm có pha chì để làm giảm masát cuộn mép và cuốn theo kiểu xoắn ruột gà

 Ống gen bằng các loại ống kim loại, ống tròn trơn có bề dày

o Thép ứng lực trước

 Trong cấu kiện bê tông cốt thép ứng lực trước cần dùng thép cường

độ cao, bởi vì trong quá trình chế tạo và sử dụng một phần ứng suấtcăng ban đầu bị mất đi Tốt nhất là dùng sợi thép cường độ cao Nhưng vì đường kính sợi thép quá bé(3 ÷ 8 mm) nên số lợng thép trong cấu kiện khá nhiều, do đó gây khó khăn cho việc boó trí chúng Để khắc phục nhược điểm này, người ta thường dùng bó bện dây thừng hoặc các bó sợi không bện (Hình 7) Loại bó bện dây thừng, thường được chế tạo từ các sợi có đường kính từ 1,5 đến

5 mm Loại các bó sợi thép không bện, thường gồmnhiều sợi thép đặt song song với nhau theo chu vi vòng tròn và tựa các đoạn lò so

 Ngoài ra việc lựa chọn mác bê tông còn phụ thuộc vào cường độ

mà nó cần phải có khi bắt đầu gây ứng lực trước, cũng như vào loạitải trọng tác dụng lên cấu kiện Thông thường, với kết cấu nhịp lớn dầm, dàn nên dùng bê tông mác 40 hoặc 50, còn đối với kết cấu

có nhịp thông thường như panen, xà gỗ nên dùng bê tông mác 30 hoặc 35

 Theo tiêu chuẩn Ấn Độ IS:1343-1980, cường độ chịu nén của khối lập phương tại 28 ngày tuổi là 40MPa đối với cấu kiện căng trước

và 30MPa đối với cấu kiện căng sau Theo tiêu chuẩn ACI-318, bê tông đạt cường độ chịu nén tại 28 ngày tuổi từ 27.58 đến 68.95 MPa

o Vữa

 Vữa dùng để lấp các khe thi công, các mối nối của cấu kiện ghép,

để làm lớp bảo vệ cốt thép và bả o vệ các neo, phải có mác từ 15 trở lên Vữa dùng để bơm vào các ống rãnh phải có mác không nhỏhơn 30 và phải dễ chảy, ít co ngót

 Dối với bê tông ứng lực trước căng sau có dính kết thì cần đặt sẵn ống gen trong kết cấu bê tông

 Có 2 loại ống gen thường dùng:

 Loại bằng tôn mỏng 0,2 – 0,3mm có pha chì để làm giảm masát cuộn mép và cuốn theo kiểu xoắn ruột gà

 Ống gen bằng các loại ống kim loại, ống tròn trơn có bề dày

o Thép ứng lực trước

 Trong cấu kiện bê tông cốt thép ứng lực trước cần dùng thép cường

độ cao, bởi vì trong quá trình chế tạo và sử dụng một phần ứng suấtcăng ban đầu bị mất đi Tốt nhất là dùng sợi thép cường độ cao Nhưng vì đường kính sợi thép quá bé(3 ÷ 8 mm) nên số lợng thép trong cấu kiện khá nhiều, do đó gây khó khăn cho việc boó trí chúng Để khắc phục nhược điểm này, người ta thường dùng bó bện dây thừng hoặc các bó sợi không bện (Hình 7) Loại bó bện dây thừng, thường được chế tạo từ các sợi có đường kính từ 1,5 đến

5 mm Loại các bó sợi thép không bện, thường gồmnhiều sợi thép đặt song song với nhau theo chu vi vòng tròn và tựa các đoạn lò so

 Duy trì lực nén N trong quá trình sử dụng dầm để hạn chế nứt bê tông vùng kéo.Từ hướng suy nghĩ đó vật liệu bê tông cốt thép ứng lực trước đã được ra đời, để khác khắc phục các nhược điểm đó củakết cấu bê cốt thép.



4.Dưới đây là bảng so sánh cơ bản giữa bê tông cốt thép và bê tông ứng lực trước:

Tiêu chí Bê tông cốt thép Bê tông ứng lực trước

Cách kết hợp

vật liệu

Sự kết hợp đơn thuần giữa

bê tông và cốt thép, làm việc một cách bị động khi tải trọng tác dụng

Sự kết hợp tích cực, có chủ ý giữa bê tông cường độ cao và cốt thép cường

độ cao; lực ứng lực được tạo ra trước khi chịu tải

Phát sinh

ứng suất

Ứng suất chỉ xuất hiện khi

có tải trọng tác dụng lên kết cấu

Ứng suất đã được tạo ra sẵn (lực nén trong bê tông và lực kéo trong cốt thép) thông qua quá trình kéo căng cốt thép trước khi kết cấu chịu tải

Tác dụng

của lực

căng/ứng lực

Không có lực ứng lực trước, nên khi chịu tải các biến dạng chủ yếu do tải trọng gây ra

Lực căng tạo ra biến dạng ngược với biến dạng do tải trọng; khi tải trọng tácdụng, biến dạng do tải trọng chỉ đủ để triệt tiêu ứng suất trước, giúp kết cấu gần như trở lại hình dạng ban đầu

Khả năng

chịu tải

Thường thấp hơn, vì chỉ dựa vào khả năng chịu néncủa bê tông và khả năng chịu kéo của cốt thép khi

Khả năng chịu tải được tăng đáng kể (gần gấp đôi) nhờ lực nén trước giúp triệt tiêu ứng suất kéo do tải trọng, hạnchế phát triển vết nứt và tối ưu hóa sự

chịu tải trọng Phương pháp này tạo kết cấu ứng lực trước nhờ lực bám dính giữa bê tông và cốt thép, và được gọi là phương pháp căng trước vì cốt thép được căng trước cả khi kết cấu bê tông được hình thành và đạt tới cường độ thiết kế.Phương pháp này, cần có một bệ căng cố định nên thích hợp cho việc chế tạo các kết cấu bê tông ứng lực trước đúc sẵn trong các nhà máy bê tông đúc sẵn.

 Trước khi buông cốt thép ứng lực trước

 Sau khi buông cốt thép ứng lực trước

o Căng sau

 Phương pháp này thường sử dụng cho kết cấu bê tông đổ tại chỗ Trước hết đặt thép ứng lực trước và cốt thép thông thường rồi đổ bê tông Khi bê tông đạt đến cường độ nhất định thì tiến hành căng cốt t hép với ứng suất quy định Sau khi căng xong, cốt thép ứng lực trước được neo chặt vào đầucấu kiện, thông qua các neo đó, cấu kiện sẽ bị nén bằng lực

đã dùng khi kéo căng cốt thép Trong phương pháp căng sau,kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước được chia làm 2 loại:

Tiêu chí Bê tông cốt thép Bê tông ứng lực trước

có tải trọng làm việc của vật liệu

Đặc tính của

vật liệu sử

dụng

Sử dụng bê tông và cốt thép tiêu chuẩn; bê tông dòn và cốt thép chỉ hoạt động khi tải trọng tác dụng

Sử dụng bê tông mác cao và cốt thép cường độ cao; cốt thép được kéo căng đến mức ứng suất nhất định trong giới hạn đàn hồi để tạo ra lực nén trước cho

bê tông

Ứng dụng

Phù hợp với các công trìnhthông thường, nơi không yêu cầu chịu tải quá cao hoặc hạn chế nứt đặc biệt

Thích hợp cho các kết cấu yêu cầu chịu tải lớn, như cầu đường, dầm hộp, sàn bê tông ứng lực trước; giúp tối ưu hóa khả năng làm việc của kết cấu trong điều kiện sử dụng

- Bảng trên cho thấy sự khác nhau cơ bản giữa hai loại kết cấu: bê tông cốt thép hoạt động theo cách bị động dưới tác dụng của tải trọng, trong khi bê tông ứng lực trước được thiết kế với lực nén trước nhằm tăng khả năng chịu tải và giảm thiểu các vấn đề về nứt kết cấu

- Phân loại bê tông ứng suất trước

o Theo thời điểm căng thép ứng lực trước

 Phương pháp căng trước

 Phương pháp căng sau

o Theo vị trí đặt thép ứng lực trước: 

 Bê tông cốt thép ứng lực trước một phương

 Bê tông cốt thép ứng lực trước hai phương

o Theo đặc điểm thép ứng lực trước:

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng thanh

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng sợi, cáp,

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao dạng bó cáp

o Theo cách đặt thép ứng lực trước trong cấu kiện:

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao căng trong

đặt cách nhau khoảng một mét Số sợi trong một bó phụ thuộc vào

số chêm trên kích (mỗi chêm giữ được hai sợi) Người ta thường dùng bó có 12, 18 và 24 sợi

 Đặc tính yêu cầu của cốt thép ứng lực trước

 1 Cường độ kéo cao

 2 Độ dẻo lớn, ít bị ăn mòn

 3 Dễ uốn, tại các điểm uốn (harping point) và gần vùng neo

 4 Lực dính bám với bê tông cao, đặc biệt cho kết cấu căng trước

 5 Sự chùng ứng suất thấp, để giảm tổn hao ứng suất trong thép

3.Nguyên lý hoạt động của bê tông ứng suất trước.

o Kết cấu Bê tông cốt thép có hai khuyết điểm cơ bản:

o Không thể tránh được sự xuất hiện khe nứt khi tải trọng q tác dụng vào kết cấu lớn đáng kể

o Trọng lượng bản thân rất lớn (g >> p), kích thước của kết cấu lớn.o

o

 Để khắc phục khuyết điểm của kết cấu bê tông cốt thép:

 Tạo ra lực nén N ở hai đầu dầm trong quá tránh chế tạo dầm

chịu tải trọng Phương pháp này tạo kết cấu ứng lực trước nhờ lực bám dính giữa bê tông và cốt thép, và được gọi là phương pháp căng trước vì cốt thép được căng trước cả khi kết cấu bê tông được hình thành và đạt tới cường độ thiết kế.Phương pháp này, cần có một bệ căng cố định nên thích hợp cho việc chế tạo các kết cấu bê tông ứng lực trước đúc sẵn trong các nhà máy bê tông đúc sẵn.

 Trước khi buông cốt thép ứng lực trước

 Sau khi buông cốt thép ứng lực trước

o Căng sau

 Phương pháp này thường sử dụng cho kết cấu bê tông đổ tại chỗ Trước hết đặt thép ứng lực trước và cốt thép thông thường rồi đổ bê tông Khi bê tông đạt đến cường độ nhất định thì tiến hành căng cốt t hép với ứng suất quy định Sau khi căng xong, cốt thép ứng lực trước được neo chặt vào đầucấu kiện, thông qua các neo đó, cấu kiện sẽ bị nén bằng lực

đã dùng khi kéo căng cốt thép Trong phương pháp căng sau,kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước được chia làm 2 loại:

 Phương pháp 1: Lắp đặt gối neo và căng cáp

 Chuẩn bị gối neo

 Gối neo được gia công và lắp đặt tại vị trí xác định trên kết cấu

 Sử dụng búa rung hoặc thiết bị chuyên dụng để cố định neo, tránh xê dịch

 Luồn cáp qua gối neo

 Cáp dự ứng lực được đưa vào vị trí theo đúng thiết kế

 Kiểm tra độ dài, tiết diện và số lượng cáp trước khi lắpđặt

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao căng ngoài.

III Bê Tông Ứng Suất Trước Căng Trong

3.1 Khái Niệm và Nguyên Lý

o Định nghĩa căng trong

 Căng trong là phương pháp tạo ứng lực trước trong kết cấu

bê tông bằng cách kéo căng các cáp hoặc thanh thép dự ứng lực được đặt bên trong tiết diện bê tông

o Nguyên lý truyền lực trong kết cấu

 Truyền lực qua liên kết bám dính: Lực kéo của cốt thép đượctruyền sang bê tông nhờ mối liên kết bám dính chặt giữa hai vật liệu

 Tạo ứng suất nén trước: Lực căng tạo ra ứng suất nén trong

bê tông ngay từ giai đoạn sản xuất, giúp giảm hoặc triệt tiêu phần ứng suất kéo do tải trọng gây ra trong quá trình sử dụng

 Biến dạng ngược: Ứng lực trước giúp kết cấu có biến dạng ngược với biến dạng do tải trọng; khi tải trọng tác dụng, ứng lực trước phần lớn được bù trừ, giữ cho kết cấu trở lại gần với hình dạng ban đầu

 Giới hạn đàn hồi của thép: Lực căng phải được kiểm soát trong phạm vi đàn hồi của cốt thép để đảm bảo khả năng phục hồi và hiệu quả truyền lực trong toàn bộ kết cấu

3.2 Phương Pháp Thi Công

o Căng trước

 Cốt thép ứng lực trước được kéo căng ra trước trên bệ khuônđúc bê tông trước khi chế tạo kết cấu bê tông (như căng dây đàn) Sau đó kết cấu bê tông được đúc bình thường với cốt thép ứng lực trước như kết cấu bê tông cốt thép thông thường Đến khi bê tông đạt đến một giá trị cường độ nhất định để có thể giữ được ứng lực trước, thì tiến hành cắt cốt thép rời ra khỏi bệ căng Do tính đàn hồi cao của cốt thép, nó

có xu hướng biến dạng co lại dọc theo trục của cốt thép Nhờlực bám dính giữa bê tông và cốt thép ứng lực trước, biến dạng này được chuyển hóa thành biến dạng vồng ngược của kết cấu bê tông so với phương biến dạng khi kết cấu bê tông

 Bê tông cốt thép ứng lực trước có cốt thép cường độ cao căng ngoài.

III Bê Tông Ứng Suất Trước Căng Trong

3.1 Khái Niệm và Nguyên Lý

o Định nghĩa căng trong

 Căng trong là phương pháp tạo ứng lực trước trong kết cấu

bê tông bằng cách kéo căng các cáp hoặc thanh thép dự ứng lực được đặt bên trong tiết diện bê tông

o Nguyên lý truyền lực trong kết cấu

 Truyền lực qua liên kết bám dính: Lực kéo của cốt thép đượctruyền sang bê tông nhờ mối liên kết bám dính chặt giữa hai vật liệu

 Tạo ứng suất nén trước: Lực căng tạo ra ứng suất nén trong

bê tông ngay từ giai đoạn sản xuất, giúp giảm hoặc triệt tiêu phần ứng suất kéo do tải trọng gây ra trong quá trình sử dụng

 Biến dạng ngược: Ứng lực trước giúp kết cấu có biến dạng ngược với biến dạng do tải trọng; khi tải trọng tác dụng, ứng lực trước phần lớn được bù trừ, giữ cho kết cấu trở lại gần với hình dạng ban đầu

 Giới hạn đàn hồi của thép: Lực căng phải được kiểm soát trong phạm vi đàn hồi của cốt thép để đảm bảo khả năng phục hồi và hiệu quả truyền lực trong toàn bộ kết cấu

3.2 Phương Pháp Thi Công

o Căng trước

 Cốt thép ứng lực trước được kéo căng ra trước trên bệ khuônđúc bê tông trước khi chế tạo kết cấu bê tông (như căng dây đàn) Sau đó kết cấu bê tông được đúc bình thường với cốt thép ứng lực trước như kết cấu bê tông cốt thép thông thường Đến khi bê tông đạt đến một giá trị cường độ nhất định để có thể giữ được ứng lực trước, thì tiến hành cắt cốt thép rời ra khỏi bệ căng Do tính đàn hồi cao của cốt thép, nó

có xu hướng biến dạng co lại dọc theo trục của cốt thép Nhờlực bám dính giữa bê tông và cốt thép ứng lực trước, biến dạng này được chuyển hóa thành biến dạng vồng ngược của kết cấu bê tông so với phương biến dạng khi kết cấu bê tông