Quy trình tính toán thi công sàn ứng lực trước

Nguyªn lý g©y øng lùc tr­íc (¦LT) ®• ®­îc øng dông trong thùc tÕ tõ hµng tr¨m n¨m nay. Khi chÕ t¹o nh÷ng thïng chøa chÊt láng nh­ n­íc, r­îu…. hay khi lµm trèng, c¸c thanh gç ph¼ng hoÆc cong ®­îc ghÐp l¹i thËt khÝt nhê nh÷ng ®ai b»ng d©y thõng hay b»ng kim lo¹i. Khi xiÕt chÆt c¸c vµnh ®ai trong thµnh thïng xuÊt hiÖn c¸c øng lùc nÐn vßng ng­îc chiÒu t¸c dông víi c¸c øng suÊt kÐo g©y ra do ¸p lùc thñy tÜnh hay ¸p lùc h¬i. Nhê vËy trong thµnh thïng cßn l¹i nh÷ng øng suÊt nÐn hoÆc kÐo vßng víi gi¸ trÞ nhá so víi kh¶ n¨ng chÞu nÐn, kÐo cña vËt liÖu ®ång thêi t¹o nªn sù khÝt chÆt gi÷a c¸c m¶nh ghÐp thµnh thïng. KÕt qu¶ thïng cã thÓ chÞu ®­îc ¸p lùc lín cña chÊt láng bªn trong mµ kh«ng bÞ thÊm hay rß rØ.

~~

Bộ giáo dục và đào tạo Bộ xây dựng

QUI TRèNH THI CễNG SÀN Bấ TễNG ỨNG LỰC

TRƯỚC CĂNG SAU Cể BÁM DÍNH

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật CHUYấN NGÀNH XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CễNG NGHIỆP

Hà Nội – 2012

~~

Mục lục

Trang

Mục lục 1

Danh mục các bảng biểu 4

Danh mục hình vẽ đồ thị 5

Mở đầu 6

Mở đầu 6

 Tính cấp thiết của đề tài 6

 Mục đích nghiên cứu của đề tài 7

 Nội dung nghiên cứu của luận văn 8

 Giới hạn nghiên cứu 8

 Đối t-ợng nghiên cứu 8

 Ph-ơng pháp nghiên cứu 8

 í nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 9

Ch-ơng 1 - tổng quan về BÊ TÔNG ứng lực tr-ớc 10

1.1 Sơ l-ợc lịch sử phát triển kết cấu bê tông ứng lực tr-ớc 10

1.2 Ứng dụng bê tông ứng lực tr-ớc ở Việt Nam 14

1.3 Khái niệm về bê tông ứng lực tr-ớc 16

1.4 Một số giải pháp thi công bê tông cốt thép ứng lực tr-ớc 18

1.4.1 Ph-ơng pháp căng tr-ớc 18

1.4.2 Ph-ơng pháp căng sau 19

1.4.2.1 Ph-ơng pháp căng ngoài kết cấu 20

1.4.2.2 Ph-ơng pháp căng sau dùng có bám dính 20

1.4.2.3 Ph-ơng pháp căng sau dùng cáp không bám dính 21

1.4.2.4 Ph-ơng pháp gây ứng lực tr-ớc không toàn phần 22

1.4.3 Một số công nghệ tạo ứng suất tr-ớc ngoài hai ph-ơng pháp căng tr-ớc và căng sau 22

1.4.3.1 Sử dụng xi măng tr-ơng nở tạo ứng suất tr-ớc trong bê tông 23

1.4.3.2 Dùng kích ép ngoài để tạo ứng suất 23

~~

1.5 Vật liệu sử dụng cho bê tông ứng suất tr-ớc 23

1.5.1 Bê tông c-ờng độ cao 23

1.5.2 Thép c-ờng độ cao 24

1.5.3 Các vật liệu khác 25

1.5.3.1 Ống gen 25

1.5.3.2 Vữa phụt 27

1.5.3.3 Neo 27

1.6 Thiết bị sử dụng tạo ứng suất tr-ớc 30

Ch-ơng 2 – Cơ sở khoa học của qui trình thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau có bám dính 34

2.1 Các quan niệm phân tích kết cấu bê tông ứng lực tr-ớc 34

2.2 Các giai đoạn tính toán 35

2.3 Các ph-ơng pháp tính nội lực trong sàn 35

2.3.1 Ph-ơng pháp phân phối trực tiếp 35

2.3.2 Ph-ơng pháp phân khung t-ơng đ-ơng 38

2.3.3 Ph-ơng pháp phần tử hữu hạn 41

2.4 Tính toán thiết kế sàn bê tông ứng lực tr-ớc 42

2.4.1 Giới thiệu chung 42

2.4.2 Thiết kế sàn phẳng bê tông ứng lực tr-ớc căng sau 43

2.5 Yêu cầu kỹ thuật khi thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau có bám dính 43

2.5.1 Bảo quản vật liệu 44

2.5.2 Lắp đặt cáp ứng lực tr-ớc 45

2.5.3 Đổ bê tông 47

2.5.4 Kéo căng 47

2.5.4.1 An toàn 48

2.5.4.2 Qui trình kéo căng và đo lực kéo 49

2.5.5 Cáp ngắn 50

2.5.6 Sự cố trong kéo căng 50

2.5.7 Bơm vữa 53

~~

2.5.8 Hoàn thiện 54

2.6 Yêu cầu kỹ thuật khi căng sau thép ứng lực tr-ớc 54

2.6.1 Bố trí thép căng 54

2.6.2 Neo cho thép ứng lực tr-ớc 54

2.6.3 Qui trình căng thép 55

2.7 Yêu cầu cấu tạo với kết cấu bê tông ứng lực tr-ớc 56

2.7.1 Bố trí cốt thép kéo căng 56

2.7.2 Bố trí neo ứng lực tr-ớc và bộ nối ứng lực tr-ớc 57

2.7.3 Bố trí cốt thép th-ờng trong kết cấu bê tông ứng lực tr-ớc 57

Ch-ơng 3 – qui trình thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau có bám dính 58

3.1 Cơ sở lập biện pháp và qui trình thi công 58

3.2 Chuẩn bị vật t- và thiết bị cho công trình 60

3.2.1 Chuẩn bị vật t- 60

3.2.2 Chuẩn bị thiết bị 61

3.3 Qui trình thi công 61

3.3.1 Công tác lắp đặt cáp 62

3.3.2 Công tác kéo cáp 70

3.3.3 Công tác bơm vữa 73

3.3.4 Thử vữa 75

3.3.5 Công tác an toàn 76

3.4 Các qui trình nghiệm thu 77

3.4.1 Qui trình nghiệm thu lắp đặt đ-ờng cáp 77

3.4.2 Qui trình nghiệm thu công tác kéo căng 78

3.4.3 Qui trình nghiệm thu công tác trộn vữa và bơm vữa 80

3.4.4 Qui trình nghiệm thu kết quả kéo căng 81

3.5 Ph-ơng pháp xử lý sự cố 83

3.5.1 Xử lý sự cố trong công tác lắp đặt 83

3.5.2 Xử lý sự cố trong công tác kéo căng 83

3.5.3 Xử lý sự cố trong công tác bơm vữa cho đ-ờng cáp 83

~~

Kết luận và kiến nghị 85

1 Kết luận 85

2 Kiến nghị 86

3 H-ớng nghiên cứu tiếp theo 86

Tài liệu tham khảo 87

DANH MụC CáC BảNG BIểU Bảng 1.1 Một số đặc tính của cáp ứng lực tr-ớc 25

Bảng 1.2 Một số tiết diện ống gen 26

Bảng 1.3 Một số đặc tính của vữa bơm 27

Bảng 1.4 Một số kích th-ớc đầu neo sống 29

Bảng 1.5 Các thiết bị cần thiết đối với ph-ơng pháp căng sau có bám dính 30

Bảng 2.1 Giới hạn sai số theo ph-ơng thẳng đứng của tuyến cáp 47

DANH MụC CáC HìNH Vẽ, Đồ THị Hình 1.1 Sơ đồ gây ứng suất tr-ớc trong cấu kiện bê tông chịu nén bằng cốt thép c-ờng độ cao 11

Hình 1.2 Bản móng sử dụng bê tông ứng lực tr-ớc 12

Hình 1.3 Nhà cao tầng sử dụng hệ sàn phẳng bê tông ứng lực tr-ớc 12

Hình 1.4 Tr-ờng học sử dụng hệ sàn bê tông ứng lực tr-ớc 13

Hình 1.5 Bãi đỗ xe sử dụng hệ sàn bê tông ứng lực tr-ớc 13

Hình 1.6 Sơ đồ bố trí căng cáp trên mặt bằng dọc theo các trục ngang và dọc công trình 14

Hình 1.7 Cao ốc Đất Ph-ơng Nam sử dụng hệ dầm sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau 15

Hình 1.8 Công trình Becamex tower sử dụng hệ dầm sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau 16

Hình 1.9 Sơ đồ ph-ơng pháp căng tr-ớc 18

Hình 1.10 Sơ đồ ph-ơng pháp căng sau 19

Hình 1.11 Mặt bằng bố trí cáp ƯLT căng sau có bám dính 21

Hình 1.12 Mặt bằng bố trí cáp ƯLT căng sau không bám dính 22

Hình 1.13 Sơ đồ tạo ƯLT bằng kích ép ngoài 23

~~

Hình 1.14 Hình dạng thép c-ờng độ cao 24

Hình 1.15 Hình dạng một số ống gen 26

Hình 1.16 Hình dạng đầu neo sống 28

Hình 1.17 Hình dạng đầu neo chết 28

Hình 1.18 Hình dạng kích kéo 31

Hình 1.19 Hình dạng tang tở cáp 31

Hình 1.20 Hình dạng máy ép đầu neo chết 31

Hình 1.21 Hình dạng máy bơm thủy lực 32

Hình 1.22 Hình dạng máy bơm vữa 32

Hình 1.23 Hình dạng máy trộn vữa 33

Hình 1.24 Hình dạng đồng hồ đo áp lực 33

Hình 2.1 Sơ đồ dải cột và dải nhịp 37

Hình 2.2 Sơ đồ khung t-ơng đ-ơng 39

Hình 2.3 Cột t-ơng đ-ơng 40

Hình 3.1 Chi tiết lắp đặt đầu neo sống 63

Hình 3.2 Chi tiết đầu neo sống 63

Hình 3.3 Công tác gia công cáp 64

Hình 3.4 Chi tiết nối ống gen 65

Hình 3.5 Công tác lắp đặt cáp 66

Hình 3.6 Công tác lắp đặt cáp 67

Hình 3.7 Lắp đặt con kê cho đ-ờng cáp 68

Hình 3.8 Lắp đặt vòi bơm vữa cho đ-ờng cáp 68

Hình 3.9 Chi tiết vòi bơm vữa 69

Hình 3.10 Công tác đổ bê tông 69

Hình 3.11 Thứ tự kéo cáp trong đầu neo sống 71

Hình 3.12 Công tác kéo cáp 71

Hình 3.13 Hình ảnh vữa bơm 75

~~

Mở đầu

 Tính cấp thiết của đề tài

Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh và các thành phố khác trong những năm qua

đã có những b-ớc đột phá trong việc xây dựng các khu chung c- cao tầng và nhà làm việc Trong công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, sàn nhà là bộ phận chiếm tỷ lệ lớn, chịu lực phức tạp và có cấu tạo rất đa dạng Khi công trình ít tầng thì giá thành chi phí cho sàn chiếm một tỷ lệ lớn Đối với nhà nhiều tầng, do công trình chịu lực ngang cũng nh- tải trọng bản thân kết cấu lớn lên chi phí cho các bộ phận chịu lực ngang cũng nh- cột, t-ờng sẽ tăng song chi phí cho sàn vẫn chiếm tỷ

lệ cao Sở dĩ nh- vậy là do sàn có tác động trực tiếp đến các bộ phận chịu lực khác nh- cột, dầm, t-ờng Sàn cũng có ảnh h-ởng đến chiều cao tầng, đến khối l-ợng trát,

ốp lát

Theo con số thống kê của công ty VSL(Vorspann System Losinger) thì với công trình cao tầng khoảng 40 tầng, trọng l-ợng sàn chiếm đến 50% trọng l-ợng toàn công trình Do vậy, việc nghiên cứu để giảm nhẹ trọng l-ợng sàn sẽ có ý nghĩa rất quan trọng Do sàn nhà chiếm một vị trí quan trọng nh- vậy nên ở các n-ớc phát triển đã sử dụng nhiều loại sàn bê tông cốt thép ứng lực tr-ớc do có những -u điểm

mà sàn bê tông cốt thép th-ờng không có đ-ợc Đó là:

- Ngoài các -u điểm của bê tông ứng lực tr-ớc thì hệ sàn có một -u điểm là cho phép có tỷ lệ/ chiều cao lớn hơn (chiều cao tầng nhỏ hơn) Chiều cao tầng phụ thuộc vào hệ kết cấu có dầm hay không có dầm Nếu hệ kết cấu sàn không có dầm với b-ớc cột lớn thì chiều cao tầng có thể giảm và tính linh hoạt của không gian ở trong các căn hộ cũng nh- phòng làm việc sẽ cao hơn nhiều so với nhà có b-ớc cột bé hoặc nhà có b-ớc cột lớn nh-ng lại có dầm Đặc biệt là những nhà có

sử dụng hệ thống điều hoà không khí trung tâm thì giải pháp sàn không dầm lại rất tiện lợi Việc tổ chức không gian ở và làm việc tính linh hoạt (có thể thay đổi trong t-ơng lai)

~~

- Để khắc phục yếu tố độ võng đối với bản sàn không dầm với b-ớc cột lớn, biện pháp hiệu quả nhất là dùng bê tông dự ứng lực Hiện nay, công nghệ kéo căng bê tông dự ứng lực đã triển khai t-ơng đối mạnh, đặc biệt trong lĩnh vực cầu đ-ờng

- Với 1 nhịp lớn, sàn bê tông ứng lực tr-ớc cần ít bê tông hơn

- Nếu phần lớn tải trọng do cốt thép ứng lực tr-ớc chịu, cốt thép không ứng lực tr-ớc có thể đ-ợc đơn giản hoá và tiêu chuẩn hoá ở mức độ cao Hơn nữa, vật liệu cần cẩu lắp giảm do trọng l-ợng thép (không ứng lực tr-ớc và ứng lực tr-ớc) và

bê tông nhỏ hơn so với sàn bê tông cốt thép

- Sàn bê tông ứng lực tr-ớc khi cho phép tháo cốp pha sớm hơn

- Việc lắp ráp các cấu kiện đúc sẵn bằng bê tông ứng lực tr-ớc tránh đ-ợc các liên kết phức tạp của các thanh cốt thép, do đó giảm đáng kể thời gian lắp dựng Sàn nhà xây dựng nhanh thì việc hoàn thiện có thể kết thúc sớm, đ-a công trình vào khai thác sớm Thông th-ờng với mặt bằng sản một tầng từ 1.000-2.000m2 thì cứ

10 ngày có thể thi công xong

- Có thể đ-ợc áp dụng đồng thời với các công nghệ khác để tăng tiến độ ( Cốp pha leo, cốp pha bản, cút nối thép, cốp pha vách định hình )

Do sàn nhà chiếm một vị trí quan trọng nh- vậy nên ở các n-ớc phát triển đó sử dụng nhiều loại sàn bê tông cốt thép ứng lực tr-ớc do có những -u điểm mà sàn bê tông cốt thép th-ờng không có đ-ợc Việc thi công sàn bê tông cốt thép ứng lực tr-ớc ở các n-ớc phát triển nh- Anh, Mỹ, Úc đã áp dụng rất rộng rãi và phổ biến ở Việt Nam việc thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căn sau có bám dính cũng đó và

đang phát triển Nghiên cứu và đ-a ra ph-ơng pháp hợp lý khi thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau có bám dính tránh xảy ra các sự cố gây tổn thất đến tiền của, tăng tiến độ thi công là điều rất cần thiết Tác giả muốn thông qua đề tài này sẽ tìm hiểu rõ hơn ph-ơng pháp thi công sàn bê tông tr-ớc căng sau có bám dính, từ đó đ-a

ra cách giải quyết hợp lý hơn

 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau có bám dính từ đó đề xuất qui trình thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau có bám dính

~~

 Nội dung nghiên cứu của luận văn

Nội dung nghiên cứu của luận văn bao gồm

- Tìm hiểu các quan điểm tính toán sàn bê tông ứng lực tr-ớc, cấu tạo cơ bản để từ

đó hiểu rõ qui trình thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau có bám dính (giữa

 Giới hạn nghiên cứu

Luận văn chỉ nghiên cứu qui trình thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau có bám dính của công trình thông qua:

- Qui trình thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau có bám dính của hai nhà thầu n-ớc ngoài VSL (Thụy Sỹ) và Freyssinet (Pháp), hai nhà thầu trong n-ớc Viện Khoa học công nghệ xây dựng và Công ty Cổ phần Kỹ thuật Xây dựng Phú Mỹ

- Căn cứ vào các tiêu chuẩn n-ớc ngoài: ACI 318-1999; UBC-1997; ASTM 1998; BS 4447-1973

416 Căn cứ vào các tiêu chuẩn trong n416 ớc: TCVN 3118416 1993; TCVN 197416 1995; TCVN 198-1985; TCVN 4453-1995; TCVN 5308-1991

 Đối t-ợng nghiên cứu

- Các công trình nhà cao tầng

 Ph-ơng pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu về mặt lý thuyết;

- Thu thập số liệu thực tế của các công trình đã thi công của các nhà thầu trong và ngoài n-ớc;

 í nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

~~

Đ-a ra qui trình thi công sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau có bám dính phù hợp với điều kiện thi công trong n-ớc nhằm hạn chế tối đa các rủi ro có thể xảy ra trong quá trình thi công, ảnh h-ởng đến tiến độ và tài chính của Chủ đầu t-

Nguyên lý này đã đ-ợc P G Jackson (Mỹ) đ-a vào áp dụng thành công cho vòm gạch, đá, bê tông từ năm 1886 Tiếp theo K.During (Đức) đã gây đ-ợc ứng suất nén trong bản bê tông bằng việc căng tr-ớc cốt thép th-ờng Tuy vậy ph-ơng pháp này không đem lại hiệu quả mong muốn vì chỉ một thời gian ngắn sau khi căng và bê tông đã đông cứng thì trong bê tông hầu nh- không còn ứng suất nén nữa Hiện t-ợng này đ-ợc gọi là sự tổn hao ứng suất Khi dùng cốt thép thông th-ờng có c-ờng

độ thấp không v-ợt quá 1225 kg/cm2 và biến dạng (độ dãn dài tỷ đối) chỉ đạt tới giá trị bằng

=/E = 1225/2100000 = 0,0006 Với trị biến dạng này chỉ vừa đủ cân bằng các biến dạng theo h-ớng ng-ợc chiều xảy ra trong quá trình trùng cốt thép, bê tông co ngót và từ biến khi kết cấu chịu tải hoặc do các nguyên nhân khác

Trong những năm 1928-1929 kỹ s- nổi tiếng ng-ời Pháp E.Freyssinet đã lần đầu tiên chứng minh đ-ợc có thể và cần sử dụng loại thép có c-ờng độ cao để nâng cao lực gây ứng suất tr-ớc trong bê tông lên tới trên 400 kG/cm2 mới có thể triệt tiêu

đ-ợc toàn bộ các tổn hao ứng suất do các nguyên nhân xẩy ra trong quá trình thi công và sử dụng kết cấu Ông đã căng các sợi thép có giới hạn bền (tr-ớc thời điểm

bị kéo đứt) fu = 17000kG/cm2 và để gây ứng lực tr-ớc trong bê tông, ứng suất trong cốt căng đã đạt đến giá trị fp = 10000 kG/cm2 bằng 70-80% giới hạn bền (fu)

~~

Trong tr-ờng hợp này biến dạng của thép căng sau đã bị trừ đi tổng các giá trị biến dạng do các tổn hao xẩy ra trong quá trình căng và chịu lực có thể lên tới 0,0008 (0,08%) vậy biến dạng còn lại trong cốt thép căng có giá trị: 0,005-0,0008 = 0,0042 t-ơng ứng với ứng suất còn tồn tại trong cốt thép để gây ứng lực tr-ớc trong bê tông là:

 = E  = 2100000 x 0,0042 = 8600 kG/cm2 (860 Mpa)

Kết quả thí nghiệm cho thấy ứng suất nén tr-ớc trong bê tông vẫn còn tồn tại với một giá trị đủ để cân bằng từng phần hay toàn bộ các ứng suất kéo trong kết cấu khi chịu tải

Hình 1.1 Sơ đồ gây ứng suất tr-ớc trong cấu kiện bê tông chịu nén bằng cốt thép

c-ờng độ cao [2]

Thành công trong việc gây ứng lực tr-ớc bằng việc sử dụng cốt thép c-ờng độ cao

đã nhanh chóng đ-a kết cấu bê tông ứng lực tr-ớc vào các công trình xây dựng Đến năm 1939 E.Freyssinet đã sáng chế ra công cụ căng thép bằng loại kích rỗng 2 thì

và bộ neo hình côn có độ tin cậy cao trong việc giữ hai hoặc một đầu cốt thép đ-ợc căng không bị tuột đảm bảo cho sự truyền lực căng vào kết cấu trong quá trình thi công và sử dụng

Tại châu Âu kết cấu bê tông ứng lực tr-ớc phát triển nhanh chóng ở Pháp, Bỉ, Anh, Đức, Thụy Sỹ, Hà Lan Trong gần 500 cầu đ-ợc xây dựng ở Đức từ năm 1949

đến 1953 đã có 350 cầu dùng bê tông ƯLT Tại Nga hiện nay các cấu kiện bê tông

đúc sẵn nh- tấm sàn từ 6m, dầm, giàn khẩu độ 18m trở lên đều qui định dùng bê tông ƯLT Tại Mỹ chú trọng ứng dụng bê tông ứng lực tr-ớc vào xây dựng các bể chứa nhiên liệu có dung tích từ 10000 m3 trở lên

~~

H×nh 1.2 B¶n mãng sö dông bª t«ng øng lùc tr-íc (t¸c gi¶ s-u tÇm)

H×nh 1.3 Nhµ cao tÇng sö dông hÖ sµn ph¼ng bª t«ng øng lùc tr-íc

(t¸c gi¶ s-u tÇm)

~~

Hình 1.4 Tr-ờng học sử dụng hệ sàn bê tông ứng lực tr-ớc (tác giả s-u tầm)

Hình 1.5 Bãi đỗ xe sử dụng hệ sàn bê tông ứng lực tr-ớc (tác giả s-u tầm) Công nghệ căng cốt thép cũng đ-ợc cải tiến, ngày một hiện đại Các kích thủy lực

có công suất lớn cho phép căng đồng thời hàng chục bện, bó cáp với lực căng từ 200 tấn đến 600 tấn có hành trình của kích từ 1,25m đến 1,5m Thậm chí cùng một lúc

có thể căng 2, 3 bệ với tổng lực căng tới 1200 tấn và 2400 tấn

Trong lĩnh vực xây dựng nhà cao tầng, sử dụng bê tông ƯLT cho phép tăng kích th-ớc l-ới cột, hoặc giảm chiều dày sàn, khối l-ợng thép cũng giảm đáng kể Các ô sàn phẳng không dầm khẩu độ tới 15,6m mà chiều dày bê tông ƯLT đúc sẵn, mỗi tấm sàn phẳng có trọng l-ợng từ 300 tấn đến 800 tấn cũng đ-ợc phổ biến ở châu Âu

~~

Hình 1.6 Sơ đồ bố trí căng cáp trên mặt bằng dọc theo các trục ngang và dọc công

trình [2]

Ở châu Á, nhất là các n-ớc trong khu vực, các kết cấu bê tông ứng lực tr-ớc

đ-ợc ứng dụng phổ biến một phần nhờ đã sản xuất đ-ợc các loại thép c-ờng độ cao, các loại cáp ƯLT, các loại neo và phụ kiện kèm theo phù hợp với các tiêu chuẩn tiên tiến có giá thành hợp lý nh- Trung Quốc Singapore, Thái Lan…

1.2 Ứng dụng kết cấu bê tông ứng lực tr-ớc ở Việt Nam [2]

Kết cấu bê tông ứng lực tr-ớc đ-ợc nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam từ những năm 60 thế kỷ XX Cầu Phủ Lỗ và các kết cấu chịu lực nhà máy đóng tàu Bạch

Đằng là những công trình ứng dụng công nghệ bê tông ứng lực tr-ớc đầu tiên do các

đơn vị thiết kế trong n-ớc thực hiện Tại miền Nam thời kỳ tr-ớc năm 1975 đã có những x-ởng đúc dầm bê tông ứng lực tr-ớc Đặc biệt đã sử dụng bê tông ứng lực tr-ớc vào xây dựng 8 thủy đài có dung tích lớn tại Sài Gòn Các công trình này do các Công ty t- vấn thiết kế của pháp thiết kế và xây dựng

Từ những năm 80 thế kỷ tr-ớc đến nay công nghệ bê tông ứng lực tr-ớc đã phát triển ở Việt Nam khá nhanh chóng với trình độ tiên tiến thế giới Tr-ớc đây một vài

dự án nhà cao tầng ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh do các công ty n-ớc ngoài thiết kế kết cấu sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng sau Từ năm 1995 công trình Nhà

Điều Hành Đại học Quốc Gia Hà Nội đ-ợc các đơn vị thiết kế, đơn vị thi công và giám sát trong n-ớc thực hiện nó đánh dấu b-ớc phát triển mới trong lĩnh vực xây dựng nhà cao tầng ở Việt Nam

Năm 1998, Tổng công ty VINACONEX đã nhập công nghệ bê tông ứng lực tr-ớc tiền chế của n-ớc Cộng Hoà Pháp để sản xuất dầm sàn nhẹ cho xây dựng nhà ở (hệ PPB) tại Nhà máy bê tông Xuân mai Sản phẩm này hiện nay đã đ-ợc áp dụng rộng

~~

rãi tại Hà Nội và đặc biệt đã phát triển để xây dựng trên 10.000 căn nhà sàn v-ợt lũ tại các tỉnh ĐBSCL T-ơng lai sẽ phát triển tại dự án nhà ở tái định c- công trình Thuỷ điện Sơn La

Năm 1999, Liên doanh VINAROSE (hợp tác giữa VINACONEX và hãng RONVEAUX - V-ơng quốc Bỉ) đã hợp tác triển khai công nghệ bê tông ứng lực tr-ớc tại Nhà máy bê tông và xây dựng Xuân Mai để sản xuất các cấu kiện v-ợt khẩu độ lớn bằng ph-ơng pháp căng kéo tr-ớc phục vụ cho xây dựng nhà ở dân dụng, nhà công nghiệp, sân vận động và đặc biệt sản xuất dầm cầu phục vụ cho giao thông Phạm vi áp dụng rất rộng rãi, giải quyết hầu hết các ph-ơng án xây dựng hiện đại mang tính công nghiệp cao

Cho đến nay nhiều nhà cao tầng, các công trình công nghiệp, công trình công cộng đã và đang đ-ợc các đơn vị thiết kế, xây dựng trong n-ớc ứng dụng công nghệ

bê tông ứng lực tr-ớc ngày càng có hiệu quả:

 Trung tâm th-ơng mại Hằng Hải quốc tế 21 tầng trong đó có 2 tầng hầm với tổng diện tích sàn trên 10000m2

 Hệ khung công son có độ v-ơn 8m và 12m đỡ khán đài cung thể thao tổng hợp Quần Ngựa Hà Nội, chung c- cao tầng 27 Huỳnh Thúc Kháng…

Hình 1.7 Cao ốc Đất Ph-ơng Nam sử dụng hệ dầm sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng

sau (tác giả s-u tầm)

~~

Hình 1.8 Công trình Becamex tower sử dụng hệ dầm sàn bê tông ứng lực tr-ớc căng

sau (tác giả s-u tầm)

Có thể nói hệ sàn bê tông ứng lực tr-ớc đã và đang là một nhu cầu không thể thiếu trong xây dựng các nhà nhiều tầng tại các đô thị và thành phố trong n-ớc 1.3 Khái niệm bê tông ứng lực tr-ớc [3]

Bê tông ứng lực tr-ớc (BTƯLT) là bê tông, trong đó thông qua lực nén tr-ớc để tạo ra và phân bố một l-ợng ứng suất bên trong phù hợp nhằm cân bằng với một l-ợng mong muốn ứng suất do tải trọng ngoài gây ra Với các cấu kiện BTƯLT, ứng suất th-ờng đ-ợc tạo ra bằng cách kéo thép c-ờng độ cao

Bê tông th-ờng có c-ờng độ chịu kéo rất nhỏ so với c-ờng độ chịu nén Đó là nhân tố dẫn đến việc xuất hiện một loại vật liệu hỗn hợp là “bê tông cốt thép” (BTCT)

Việc xuất hiện sớm của các vết nứt trong BTCT do biến dạng không t-ơng thích giữa thép và bê tông là điểm khởi đầu cho việc xuất hiện một loại vật liệu mới là “bê tông ứng suất tr-ớc” Việc tạo ra một ứng suất nén cố định cho một vật liệu chịu nén tốt nh-ng chịu kéo kém nh- bê tông sẽ làm tăng đáng kể khả năng chịu kéo vì ứng suất kéo xảy ra sau khi ứng suất nén đã bị vô hiệu Sự khác nhau cơ bản giữa BTCT

và bê tông ƯLT là ở chỗ trong khi BTCT chỉ là sự kết hợp đơn thuần giữa bê tông và

~~

cốt thép để chúng cùng làm việc một cách bị động thì bê tông ƯLT là sự kết hợp một cách tích cực, có chủ ý giữa bê tông c-ờng độ cao và cốt thép c-ờng độ cao Trong cấu kiện bê tông ƯLT, ng-ời ta đặt vào một lực nén tr-ớc tạo bởi việc kéo cốt thép, nhờ tính đàn hồi, cốt thép có xu h-ớng co lại và sẽ tạo nên lực nén tr-ớc, lực nén tr-ớc này gây nên ứng suất nén tr-ớc trong bê tông và sẽ triệt tiêu hay làm giảm ứng suất kéo do tải trọng sử dụng gây ra, do vậy làm tăng khả năng chịu kéo của bê tông và làm hạn chế sự phát triển của vết nứt Sự kết hợp rất hiệu quả đó đã tận dụng

đ-ợc các tính chất đặc thù của hai loại vật liệu, đó là trong khi thép có tính đàn hồi

và c-ờng độ chịu kéo cao thì bê tông là vật liệu dòn và có c-ờng độ chịu kéo rất nhỏ

so với c-ờng độ chịu nén của nó Nh- vậy ứng lực tr-ớc chính là việc tạo ra cho kết cấu một cách có chủ ý các ứng suất tạm thời nhằm tăng c-ờng sự làm việc của vật liệu trong các điều kiện sử dụng khác nhau Chính vì vậy bê tông ƯLT đã trở thành một sự kết hợp lý t-ởng giữa hai loại vật liệu hiện đại có c-ờng độ cao

So với BTCT th-ờng, BTCT ứng suất tr-ớc có các -u điểm cơ bản sau:

- Cần thiết và có thể dùng đ-ợc thép c-ờng độ cao

Ứng suất trong thép thông th-ờng giảm từ 100 đến 240Mpa nh- vậy để phần ứng suất bị mất đi chỉ là một phần nhỏ của ứng suất ban đầu thì ứng suất ban đầu của thép phải rất cao, vào khoảng 1200 đến 2000Mpa Để đạt đ-ợc điều này thì việc sử dụng thép c-ờng độ cao là thích hợp nhất

Cần phải sử dụng bê tông c-ờng độ cao trong BTCT ƯLT vì loại vật liệu này có khả năng chịu kéo, chịu cắt, chịu uốn cao và sức chịu tải cao Bê tông c-ờng độ cao

ít xảy ra vết nứt do co ngót, có mô đun đàn hồi cao hơn, biến dạng do từ biến ít hơn,

do đó ứng suất tr-ớc trong thép sẽ bị mất ít hơn Việc sử dụng bê tông c-ờng độ cao

sẽ làm giảm kích th-ớc tiết diện ngang của cấu kiện Việc giảm trọng l-ợng của cấu kiện, v-ợt nhịp lớn hơn sẽ làm tăng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật

- Có khả năng chống nứt cao hơn (do đó khả năng chống thấm tốt hơn) Dùng BTCT ƯLT, ng-ời ta có thể tạo ra các cấu kiện không xuất hiện các khe nứt trong vùng bê tông chịu kéo hoặc hạn chế sự phát triển bề rộng của khe nứt khi chịu tải trọng sử dụng

- Có độ cứng lớn hơn (do đó có độ võng và biến dạng bé hơn)

N D-ới tác dụng của lực N, cốt thép đ-ợc kéo trong giới hạn đàn hồi và sẽ giãn dài

ra một đoạn, t-ơng ứng với các ứng suất xuất hiện trong cốt thép Khi đó, đầu còn lại của cốt thép đ-ợc cố định nốt vào bệ Đổ bê tông, đợi cho bê tông đông cứng và

đạt c-ờng độ cần thiết thì buông cốt thép Nh- một lò so bị kéo căng, các cốt thép này có xu h-ớng co ngắn lại và thông qua lực dính giữa thép và bê tông, cấu kiện sẽ

bị nén với giá trị bằng lực N đã dùng khi kéo cốt thép

Ưu điểm của ph-ơng pháp căng tr-ớc là có thể phân bố lực nén đều đặn trong cấu kiện

Nh-ợc điểm của ph-ơng pháp này là phải lắp đặt bệ tỳ phức tạp

~~

nhất định thì tiến hành căng cốt thép với ứng suất quy định Sau khi căng xong, cốt thép ƯLT đ-ợc neo chặt vào đầu cấu kiện, thông qua các neo đó, cấu kiện sẽ bị nén bằng lực đã dùng khi kéo căng cốt thép Trong ph-ơng pháp căng sau, kết cấu BTCT

ƯLT đ-ợc chia làm 2 loại: kết cấu bê tông ƯLT dùng cáp dính kết và kết cấu bê tông ƯLT dùng cáp không dính kết Loại kết cấu bê tông ƯLT dùng cáp dính kết, khi thi công phải đặt sẵn ống gen để luồn cáp, sau khi kéo căng cốt thép, tiến hành bơm phụt vữa xi măng mác cao để chèn lấp khe hở giữa cáp thép và ống gen Đầu cáp thép đ-ợc neo chặt bằng nêm vào bê tông và trở thành các điểm tựa truyền lực nén vào bê tông

Ưu điểm của ph-ơng pháp căng sau là không cần bệ tỳ riêng, có thể dễ dàng thi công kéo căng thép tại vị trí kết cấu tại công trình nh- thân xi lô, ống khói, dầm, sàn

Hình 1.10 Sơ đồ ph-ơng pháp căng sau [3]

a - Trong quá trình căng; b - Sau khi căng

1 - Cốt thép ƯLT; Cấu kiện BTCT; 3 - ống rãnh

4 - Thiết bị kích; 5 - Neo Tùy thuộc vào thể loại kết cấu, loại cốt thép và ph-ơng pháp thi công trong công nghệ căng sau còn đ-ợc phân biệt nh- sau:

1.4.2.1 Ph-ơng pháp căng ngoài kết cấu [2]

b)

a)

~~

Ph-ơng pháp này sử dụng cho các kết cấu chịu kéo nh- thành bể chứa, tháp chứa với việc căng thép liên tục theo vòng xoắn ốc, trong gia c-ờng, sửa chữa kết cấu, kể cả những kết cấu đặc biệt nh- tháp vô tuyến truyền hình

Hệ thống vì kèo Hội tr-ờng Ba Đình tr-ớc đây đ-ợc xây dựng bằng bê tông cốt thép có khẩu độ 21m từ thập kỷ 60 thế kỷ tr-ớc Do quá trình tăng tải mái khi sửa chữa, chống thấm nên các thanh chịu kéo bị nứt hàng loạt Nhằm khắc phục việc phát triển vế nứt đã tiến hành gây ứng lực nén ngoài cho các thanh chéo và thanh cánh hạ Việc gây ứng lực nén trong bê tông đ-ợc tiến hành theo các b-ớc:

- Xác định lực căng cần thiết sao cho đủ để không cho các vết nứt phát triển và mở rộng Bằng tính toán với nhiều sơ đồ tải trọng trong đó có các lực nén sau, để lựa chọn ph-ơng án tối trong trình tự căng mà không ảnh h-ởng đến biến dạng của cả

- Tiến hành có trình tự căng cho toàn bộ vì kèo

- Kiểm tra kết quả gây ứng lực tr-ớc trong thời gian 3 tháng sau xử lý tr-ớc khi có quyết định đ-a công trình vào sử dụng

- Kết quả ph-ơng án gia c-ờng vì kèo bằng ph-ơng án căng ngoài hoàn toàn đạt

đ-ợc mục đích Trên toàn bộ hệ thống vì kèo trong thời gian sử dụng sau này không hề xuất hiện vết nứt

1.4.2.2 Ph-ơng pháp căng sau dùng cáp có bám dính [2]

Đặc điểm của ph-ơng pháp này là từ 3 đến 5 bện cáp phải luồn vào trong ống thép

có đủ độ cứng để khi đầm và đổ bê tông cũng nh- khi bê tông co ngót và đông cứng ống không bị biến dạng Sau khi căng, ống phải nhồi vữa thật đầy không để lọt khoảng không Ph-ơng pháp này thích hợp cho các dầm chiều cao lớn Trong sàn

bố trí cáp t-ơng tự nh- bố trí cốt thép th-ờng trong sàn Có thể bố trí rời rạc hay chập

đôi từng 2 bện cáp làm một

đ-a vào toàn bộ cốt thép ƯLT vào kết cấu, ta có thể đ-a một l-ợng thép th-ờng không căng vào cùng chịu lực Sử dụng ph-ơng pháp gây ứng lực tr-ớc không toàn phần cho một số kết cấu nh- hệ dầm công son đỡ khán đài Cung Thể thao tổng hợp Quần Ngựa và hệ dầm mái khẩu độ 27m ở Hà Nội trong thời gian qua đã mang lại kết quả nhất định

1.4.3 Một số công nghệ tạo ứng suất tr-ớc ngoài hai ph-ơng pháp căng tr-ớc và căng sau [3]

Ngoài 2 ph-ơng pháp căng tr-ớc và căng sau, trong BTCT ứng suất tr-ớc còn sử dụng một số ph-ơng pháp sau

1.4.3.1 Sử dụng xi măng nở tạo ứng suất tr-ớc trong bê tông

~~

Theo ph-ơng pháp này, trong quá trình ninh kết và phát triển c-ờng độ, xi măng

nở làm tăng thể tích, các cốt thép trong bê tông sẽ ngăn cản sự dãn nở của xi măng, kết quả là trong bê tông có một lực nén khoảng 600-700Mpa

Ng-ời ta có thể sử dụng loại xi măng đặc biệt cho sự tr-ơng nở này Song, thực tế cũng có thể biến xi măng Pooclăng thông th-ờng thành loại xi măng đặc biệt này bằng cách trộn thêm phụ gia aluminat và thạch cao Loại xi măng tr-ơng nở tự tạo ứng suất tr-ớc này dùng để chế tạo các kết cấu nh- bể chứa, cầu tàu, cọc, dầm, panen mái che cho nhà công nghiệp Ph-ơng pháp này còn gọi là ph-ơng pháp hoá học để tạo ƯLT

1.4.3.2 Dùng kích ép ngoài để tạo ứng suất tr-ớc:

Khác với 2 ph-ơng pháp căng tr-ớc và căng sau, kích đặt ở 2 đầu kết cấu không dùng để kéo căng cốt thép ra mà dùng để ép chặt cấu kiện bê tông lại, cáp hoặc cốt thép đ-ợc neo vào các gối tựa Sau khi bỏ kích ra, tạo ra tr-ờng ƯLT luôn đ-ợc duy trì trong kết cấu

Hình 1.13 Sơ đồ tạo ứng ƯLT bằng kích ép ngoài [3]

1 – Cấu kiện BTCT ƯLT; 2 – Kích; 3 – Bệ tỳ 1.5 Vật liệu sử dụng cho bê tông ứng suất tr-ớc [3]

1.5.1 Bê tông c-ờng độ cao

Bê tông ứng suất tr-ớc yêu cầu sử dụng bê tông đạt c-ờng độ chịu nén cao trong thời gian ngắn với c-ờng độ chịu kéo t-ơng đối cao hơn so với bê tông thông th-ờng, độ co ngót thấp, tính từ biến thấp nhất và giá trị mô đun đàn hồi lớn Theo tiêu chuẩn Ấn Độ IS:1343-1980, c-ờng độ chịu nén của khối lập ph-ơng tại 28 ngày tuổi là 40Mpa đối với cấu kiện căng tr-ớc và 30Mpa đối với cấu kiện căng sau Theo tiêu chuẩn ACI318, bê tông đạt c-ờng độ chịu nén tại 28 ngày tuổi từ 27.58 đến 68.95 Mpa

1.5.2 Thép c-ờng độ cao

~~

Thép ứng suất tr-ớc có thể là sợi, cáp hoặc thanh thép hợp kim

- Thép sợi sử dụng cho bê tông ƯLT nói chung tuân theo tiêu chuẩn ASTM A421 Sợi thép đ-ợc quấn thành cuộn và đ-ợc cắt và lắp ở nhà máy hay tại hiện tr-ờng Tr-ớc khi thi công, sợi thép cần đ-ợc vệ sinh bề mặt để tăng lực dính kết với bê tông

- Cáp ứng suất tr-ớc phổ biến nhất là loại cáp 7 sợi, có c-ờng độ chịu kéo tới hạn fpu là 1720Mpa và 1860Mpa, kết dính hoặc không kết dính

Hiện nay, ngoài loại cáp đơn 7 sợi còn có loại cáp bao gồm nhiều cáp đơn kết hợp với nhau Loại cáp này có -u điểm là mỏng, nhẹ và dẻo

- Thép thanh sử dụng cho bê tông ƯLT tuân theo tiêu chuẩn ASTM A-322 và A29, với yêu cầu có ứng suất phá hoại đạt tới 90% c-ờng độ giới hạn Mặc dù c-ờng

độ giới hạn thực tế th-ờng đạt tới 1100 MPa, nh-ng giá trị tiêu chuẩn nhỏ nhất th-ờng lấy là 1000 MPa Hầu hết các tiêu chuẩn th-ờng đ-a ra giới hạn chảy nhỏ nhất là 896 Mpa mặc dù giá trị thực tế còn cao hơn Độ dãn dài nhỏ nhất tại lúc phá hoại ở vị trí chiều dài bằng 20 lần đ-ờng kính là 4%, với độ giảm nhỏ nhất của tiết diện tại lúc phá hoại là 25%

Hình 1.14 Hình dạng thép c-ờng độ cao [3]

1952.5

C-ờng độ chịu kéo

Tải trọng phá hoại nhỏ nhất

- Ống gen bằng các loại ống kim loại, ống tròn trơn có bề dày 2-4mm

Yêu cầu ống gen là phải chống thấm tốt để giữ cho n-ớc xi măng không thấm vào ống trong quá trình đổ bê tông và bảo vệ cáp, ống phải bền không bị h- hỏng biến dạng trong quá trình thi công Tuy nhiên, ống lại phải mềm để đặt cong theo thiết kế

và ma sát giữa ống gen với cáp không đ-ợc quá lớn

~~

H×nh 1.15 H×nh d¹ng mét sè èng gen (t¸c gi¶ s-u tÇm)

B¶ng 1.2 Mét sè tiÕt diÖn èng gen (t¸c gi¶ s-u tÇm)

~~

1.5.3.2 Vữa phụt

Sau khi căng cáp và neo, cần lấp đầy kẽ hở trong ống gen bằng vữa xi măng Vữa

đ-ợc phụt vào ống gen d-ới áp lực 6atm C-ờng độ vữa sau 7 ngày ít nhất phải đạt 2000Mpa

Bảng 1.3 Một số đặc tính của vữa bơm (tác giả s-u tầm)

1.5.3.3 Neo

Neo đ-ợc thiết kế để cố định cáp ở cả hai đầu cáp Đối với cáp không dài lắm (d-ới 30m), có thể bố trí một đầu neo cố định và một đầu neo công tác Khi cáp quá dài thì bố trí neo công tác tạo ƯLT ở cả hai đầu để tránh tổn hao ứng suất do ma sát Cấu tạo neo đơn giản, cáp cần phải dài quá đầu neo một đoạn và sẽ đ-ợc cắt ngắn sau khi truyền lực ứng suất Hiện nay neo công tác đ-ợc sử dụng phổ biến nhất là hệ neo Freyssinet dùng nêm hình côn để kẹp chặt sợi cáp Neo bao gồm bản đệm bằng thép có lỗ để cáp luồn qua, nêm hình côn và lò xo để tránh ứng suất cục bộ trong bê tông vùng neo Nêm hình côn sẽ tự động dịch chuyển về phía bản đệm để khoá cáp

và có tác dụng nh- một bộ phận truyền ứng suất tự động Neo đ-ợc chế tạo để thuận lợi cho việc đo độ dãn dài của cáp và gia tải ƯLT

~~

H×nh 1.16 H×nh d¹ng ®Çu neo sèng (t¸c gi¶ s-u tÇm)

H×nh 1.17 H×nh d¹ng ®Çu neo chÕt (t¸c gi¶ s-u tÇm)

~~

B¶ng 1.4 Mét sè kÝch th-íc ®Çu neo sèng (t¸c gi¶ s-u tÇm)

~~

1.6 Thiết bị sử dụng tạo ứng suất tr-ớc [3]

Hệ thống tạo ƯLT bao gồm hai khối neo đặt cách nhau một khoảng cách nào đó, thép ƯLT đ-ợc căng giữa hai khối neo này tr-ớc khi đổ bê tông, lực căng đ-ợc tạo bởi các kích thuỷ lực hoặc kích vít lớn

Các thiết bị cần thiết đối với ph-ơng pháp căng sau bao gồm:

Bảng 1.5 Các thiết bị cần thiết đối với ph-ơng pháp căng sau có bám dính (tác giả

9 Đồng hồ đo áp lực với độ chính xác cấp 1,5 Cái

11 Th-ớc dây các loại: 5m, 10m, 30m, Cái

~~

H×nh 1.18 H×nh d¹ng kÝch kÐo (t¸c gi¶ s-u tÇm)

H×nh 1.19 H×nh d¹ng tang të c¸p (t¸c gi¶ s-u tÇm)

H×nh 1.20 H×nh d¹ng m¸y Ðp ®Çu neo chÕt (t¸c gi¶ s-u tÇm)

~~

H×nh 1.21 H×nh d¹ng m¸y b¬m thñy lùc (t¸c gi¶ s-u tÇm)

H×nh 1.22 H×nh d¹ng m¸y b¬m v÷a (t¸c gi¶ s-u tÇm)

~~

Hình 1.23 Hình dạng máy trộn vữa (tác giả s-u tầm)

Hình 1.24 Hình dạng đồng hồ đo áp lực (tác giả s-u tầm)

~~

CHƯƠNG 2 CƠ Sở KHOA HọC CủA qui trình thi công SàN BÊ TÔNG ứng lực tr-ớc căng sau có bám dính

2.1 Các quan niệm phân tích kết cấu bê tông ứng lực tr-ớc [3]

Trong tính toán cấu kiện ƯLT, có hai tiêu chuẩn có thể sử dụng phổ biến nhất thế giới là tiêu chuẩn ACI cho xây dựng dân dụng và tiêu chuẩn AASHTO cho cầu

đ-ờng Ngoài ra, ở nhiều quốc gia cũng xây dựng những tiêu chuẩn tính toán riêng cho mình Tuy nhiên dù sử dụng tiêu chuẩn nào thì cấu kiện bê tông ƯLT vẫn đ-ợc tính toán dựa trên ba quan niệm cơ bản sau đây:

- Quan niệm thứ nhất:

Quan niệm này coi bê tông ứng lực tr-ớc nh- vật liệu đàn hồi, tính toán theo ứng suất cho phép Bê tông là vật liệu chịu nén tốt, chịu kéo kém Nếu không phải chịu ứng suất kéo do đã đ-ợc nén tr-ớc thông qua việc kéo tr-ớc cốt thép, trong bê tông sẽ không bị xuất hiện vết nứt, nh- vậy có thể xem nh- bê tông ứng lực tr-ớc là vật liệu

đàn hồi Với quan niệm này, khi bê tông đặt vào trạng thái chịu lực thì ứng suất kéo gây ra do tải trọng ngoại sẽ bị triệt tiêu bởi ứng suất nén tr-ớc, nhờ vậy sẽ hạn chế

đ-ợc bề rộng vết nứt và khi vết nứt ch-a xuất hiện thì có thể sử dụng các ph-ơng pháp của lý thuyết đàn hồi để tính toán

- Quan niệm thứ hai:

Quan niệm này coi bê tông ứng lực tr-ớc làm việc nh- BTCT th-ờng với sự kết hợp giữa bê tông và thép c-ờng độ cao, bê tông chịu nén và thép chịu kéo và gây ra một cặp ngẫu lực kháng lại mô men do tải trọng ngoài gây ra Nếu sử dụng thép c-ờng độ cao đơn thuần nh- thép th-ờng thì khi bê tông xuất hiện vết nứt, thép vẫn ch-a đạt

đến c-ờng độ Nếu thép đ-ợc kéo tr-ớc và neo vào bê tông thì sẽ có đ-ợc sự biến dạng và ứng suất phù hợp với cả hai loại vật liệu

- Quan niệm thứ ba:

Quan niệm này coi ứng lực tr-ớc nh- là một thành phần cân bằng với một phần tải trọng tác dụng lên cấu kiện trong qua trình sử dụng, tính toán theo ph-ơng pháp cân bằng tải trong Đây là ph-ơng pháp khá đơn giản và dễ sử dụng để tính toán, phân tích

~~

cấu kiện bê tông ứng lực tr-ớc Cáp ứng lực tr-ớc đ-ợc thay thế bằng các lực t-ơng

đ-ơng tác dụng vào bê tông Cáp tạo ra một tải trọng ng-ợc lên, nếu chọn hình dạng cáp và lực ứng lực tr-ớc phù hợp sẽ cân bằng đ-ợc các tải trong tác dụng lên sàn, do

đó độ võng của sàn tại mọi điểm đều bằng 0

2.2 Các giai đoạn tính toán

Có 2 giai đoạn tính toán: giai đoạn đầu và giai đoạn cuối

- Giai đoạn đầu:

Giai đoạn đầu chỉ có tải bản thân: sau khi dựng ván khuôn, thi công công tác thép , công tác định vị mặt đ-ờng quỹ đạo cáp (tendon profile) và cuối cùng là thi công đổ

bê tông toàn khối Thời điểm kéo cáp là sau khi bê tông đạt tới 80 % về c-ờng độ, c-ờng độ này là f'ci = 80%f'c hoặc f'ci=t/(+.t)*f'c (khoảng 15 ngày) Có thể dùng phụ gia để khoảng 3 ngày là đạt c-ờng độ có thể tiến hành căng cáp Nh- vậy cần phải kiểm tra chỉ cho tải trọng bản thân và tải cân băng của cáp theo ph-ơng pháp cộng tác dụng

- Giai đoạn cuối:

Là giai đoạn sử dụng, xem nh- bê tông đạt 28 ngày , tháo ván khuôn và đ-a vào sử dụng Lúc này có LIVE LOAD và SUP LOAD và kiểm tra với f'c ( 28 ngày ) điều này

có xét đến tổn hao ứng suất (loss stress) và chú ý rằng Pjack >Pi >Pf (có thể t-ởng t-ợng lực kéo cáp do jack là lực ép cọc Pmax => Ptk = Pmax/2.5 giống cọc)

Giai đoạn giới hạn là giai đoạn U-Stage lúc đó Mtotal = 1.4 (deal+sub) +1.7 live+ Msc(momen phụ) + Mearthquake (tr-ờng hợp lấy theo ACI)

dễ sử dụng và đơn giản Tuy nhiên phạm vi sử dụng hơi bị hạn chế

Ph-ơng pháp phân phối trực tiếp theo tiêu chuẩn ACI:

~~

Để đảm bảo khả năng chịu uốn của sàn ở trạng thái giới hạn đủ để chịu đ-ợc mô men âm và mô men d-ơng do tải trọng bất lợi nhất gây ra, tiêu chuẩn ACI đ-a ra các

điều kiện sau:

 Phải có ít nhất 3 nhịp liên tục theo mỗi ph-ơng

 Các nhịp phải đều nhau Theo từng ph-ơng, các nhịp kề nhau không đ-ợc chênh nhau quá 1/3 chiều dài nhịp lớn hơn

 Tất cả các tải trọng đều là tải trọng đứng, hoạt tải phải là tải trọng phân bố đều và nhỏ hơn 2 lần tĩnh tải

 Các ô sàn phải là hình chữ nhật, tỷ lệ nhịp dài và nhịp ngắn không đ-ợc v-ợt quá

b Phân phối mô men cho các ô bản

 Đối với các nhịp trong, mô men M0 đ-ợc phân phối 65% cho mô men âm và 35% cho mô men d-ơng Giá trị này xấp xỉ nh- dầm ngàm 2 đầu chịu tải trọng phân

bố dựa trên giả thiết góc xoay của các điểm liên kết phía trong là không đáng kể Tiết diện tới hạn đối với mô men âm là tiết diện tại vị trí mặt gối tựa (cột, t-ờng,

mũ cột) của bản sàn Với cột tròn, tiết diện tới hạn đối với mô men âm nằm tại vị trí cạnh hình vuông t-ơng đ-ơng

~~

 Đối với các cột biên, lực chỉ tác dụng lên cột ở một phía nên sẽ gây ra mô men không cân bằng Góc xoay sẽ làm giảm mô men âm và tăng mô men d-ơng ở giữa nhịp và ở gối trong đầu tiên Độ lớn góc xoay của cột biên phụ thuộc vào độ cứng của cột t-ơng đ-ơng Nếu độ cứng của cột lớn so với độ cứng của dầm - bản, cột

sẽ ngăn cản góc xoay của biên ngoài của sàn và đóng vai trò nh- một liên kết ngàm, tỷ lệ phân phối mô men M0, sẽ t-ơng tự nh- các nhịp trong (65% tại gối và 35% tại nhịp) Ng-ợc lại, nếu độ cứng của cột không đủ lớn, cột đóng vai trò nh- một gối cố định Lúc này, mô men tại gối ngoài sẽ bằng 0, mô men giữa nhịp là 0,63M0, mô men tại gối trong đầu tiên bằng 0.75M0 Nếu sàn không có dầm biên,

tỷ lệ phân phối lần l-ợt cho các tiết diện trên sẽ là 0.26M0, 0,5M0, 0,7M0 Nếu sàn

có dầm biên: 0,3M0, 0,5M0, 0,7M0

c Phân phối mô men cho các nhịp và dải cột

 Sau khi phân phối mô men cho các ô bản, cần phân phối mô men cho các dải nhịp

và dải cột của ô bản

Hình 2.1 Sơ đồ dải cột và dải nhịp [3]

~~

 Sự phân phối mô men âm và mô men d-ơng cho các dải cột phụ thuộc vào tỷ l2/l1

và l2/l1, với sàn không dầm a=0 Sau khi phân phối mô men cho dải cột l-ợng mô men còn lại sẽ phân phối cho dải nhịp

 Đối với mô men d-ơng 60% sẽ phân phối cho dải cột

 Đối với mô men âm:

Đối với nhịp giữa, 75% mô men âm phân phối cho dải cột

Đối với nhịp biên, sự phân phối mô men phụ thuộc l2/l1, l2/l1 độ cứng chống xoắn của dầm biên t

t = EcbC/2EcsIs

Trong đó: Ecb, Ecs mô đun đàn hồi của bê tông dầm và bê tông sàn

Is: Mô men quán tính của dầm bản C: Hằng số liên quan đến độ cứng chống xoắn của dầm biên

C =  (1-0,67x/y)x3y/3 Với x là cạnh ngắn, y là cạnh dài của tiết diện chữ nhật thành phần trong tiết diện ngang chịu xoắn trong phạm vi chiều cao tiết diện cột

Nếu t rất nhỏ gần bằng 0,1% mô men âm sẽ phân phối cho dải cột Nếu t>2,5 thì 75% mô men âm sẽ phân phối cho dải cột

2.3.2 Ph-ơng pháp phân khung t-ơng

Vì lực cắt và mô men uốn trong sàn là do tải trọng thẳng đứng tác dụng lên từng sàn nên có thể phân tích độc lập từng sàn Ph-ơng pháp khung t-ơng đ-ơng đ-ợc dùng để xác định nội lực cho sàn, số nhịp bất kỳ, nhịp có thể là đều hoặc không đều nhau Theo ph-ơng pháp này, t-ởng t-ợng cắt toàn bộ sàn dọc theo đ-ờng tim của sàn, tạo thành khung theo cả 2 ph-ơng, gọi là khung t-ơng đ-ơng

Khung t-ơng đ-ơng có phần tử cột bao gồm 2 cột ở tầng trên và tầng d-ới kế tiếp nhau của sàn và phần tử dầm có chiều rộng tính từ tâm 2 nhịp kế tiếp nhau chiều cao bằng chiều dày sàn Cột đ-ợc giả thiết là ngàm 2 đầu