Chuyên đề bê tông cốt thép 2

P1 P2 P3 P3.2 P4 P5 Picture

C ng đ ch u kéo c a BT là r t nh so v i c ng đ ch u nén c a nó, do đó

ng i ta đã s d ng h n h p BTCT trong đó k t h p kh n ng ch u kéo c a c tthép v i kh n ng ch u nén c a BT Tuy v y, s phát tri n c a nh ng v t n t ban

đ u trong BTCT do bi n d ng khác nhau c a BT và c t thép là kh i đ u cho s

ra đ i c a m t lo i v t li u m i là BT LT

1.1 Khái ni m c b n v BÊ TÔNG NG L C TR C (BT LT):

Trong c u ki n BT LT, ng i ta đ t vào m t l c nén tr c b i s kéo c ng c tthép Nh tính đàn h i, c t thép có xu h ng co l i và b c n tr do l c dính

ho c neo gi a c t thép và BT s t o ra l c nén tr c trong BT ng su t nén

tr c này s tri t tiêu hay làm gi m ng su t kéo do t i tr ng s d ng gây ra Do

v y giai đo n làm vi c tr c khi n t c a c u ki n đ c nâng cao và h n ch sphát tri n các v t n t cho k t c u

Tóm l i, có th nói r ng BT LT v c b n là lo i BT đã đ c đ a vào m t ng

su t bên trong v i s phân b và giá tr phù h p nên ng su t do ngo i l c s bkháng l i đ n m t m c đ mong mu n

P1 P2 P3 P3.2 P4 P5 Picture

Theo tiêu chu n ACI, c ng đ ch u nén cho m u tr 28 ngày tu i c a BT yêu

c u t 28-55MPa Kinh nghi m cho th y r ng, s d ng BT có c ng đ t 34MPa là kinh t nh t

28-1.3 V t li u dùng cho BÊ TÔNG NG L C TR C:

1.3.1 Bê tông c ng đ cao:

1.3.1.1 Yêu c u v c ng đ :

V i BTCT th ng ch có c ng đ ch u nén c a BT là quan tr ng vì b qua nh

h ng c a kh n ng ch u kéo c a BT đ i v i kh n ng ch u u n c a c u ki n Còn v i BT LT c hai đ u quan tr ng

Giá tr c a ng su t kéo cho phép c a BT cho b ng sau:

,

0 cu0,75

ct f

P1 P2 P3 P3.2 P4 P5 Picture

c tính ng su t-bi n d ng c a BT khi nén là không tuy n tính, nh ng v i t i

tr ng không đ t t i 30% c ng đ ch u nén thì quan h ng su t-bi n d ng có

th cho là tuy n tính

1.3.1.3 c tính bi n d ng c a BT:

a) Vi n nghiên c u BT Hoa k (ACI 318-1989): E c = 5050 f 'c(N /mm2);

b) Tiêu chu n Anh BS 8110-1985:

c) Giá tr trung bình c a mô dun đàn h i và h s poisson quy đ nh trong tiêu chu n c DIN 4227 đ c ch ra trong b ng 1.3

P1 P2 P3 P3.2 P4 P5 Picture

1.3.1.3 c tính bi n d ng c a BT:

a) Vi n nghiên c u BT Hoa k (ACI 318-1989): E c = 5050 f 'c(N /mm2);

b) Tiêu chu n Anh BS 8110-1985:

c) Giá tr trung bình c a mô dun đàn h i và h s poisson quy đ nh trong tiêu chu n c DIN 4227 đ c ch ra trong b ng 1.3

d) Tiêu chu n EC2 cho giá tr mô dun đàn h i c a BT trong b ng sau:

B ng 1.4 c tính c a s i thép gi m ng su t không có v b c (ASTM A-421)

(Ghi chú: D ng BA s d ng cho neo bó cáp, d ng WA s d ng cho neo hình chêm.)

P1 P2 P3 P3.2 P4 P5 Picture

Theo Tiêu chu n Anh BS5896-1980:

Cáp s d ng cho BT LT tuân theo tiêu chu n ASTM A-416 v i hai lo i cáp 7

s i c ng đ gi i h n nh nh t cho s n là 1724MPa và 1862MPa

P1 P2 P3 P3.2 P4 P5 Picture

Theo Tiêu chu n Anh BS5896-1980:

P1 P2 P3 P3.2 P4 P5 Picture

Theo Tiêu chu n Anh BS5896-1980:

- ng kính có ích: 3/4in (19mm) đ n 1-3/8in (35mm)

P1 P2 P3 P3.2 P4 P5 Picture

Nh ng thanh nh v y có yêu c u có ng su t phá ho i đ t t i 90% c ng đ gi i h n

M c dù c ng đ gi i h n th c t th ng đ t t i 1100MPa, nh ng giá tr tiêu chu n nh

nh t th ng l y là 1000MPa H u h t các tiêu chu n th ng đ a ra gi i h n ch y nh

nh t là 896MPa m c dù giá tr th c t còn cao h n.

c) Thép thanh c ng đ cao

Thép thanh s d ng cho BT LT tuân theo tiêu chu n ASTM A-322 và A-29

P1 P2 P3 P3.2 P4 P5 Picture

1.3.2.2 ng su t cho phép trong thép c ng đ cao:

ng su t kéo trong thép t i th i đi m c ng sau neo và sau khi cho phép t t ccác t n hao có th nh là ph n c a c ng đ

Tiêu chu n c a nhi u qu c gia quan tâm t i ng su t cho phép trong c u ki n LT

nh ng th i đi m khác nhau Giá tr ng su t cho phép quy đ nh trong tiêu chu n M , Anh và FIP đ c so sánh trong b ng 1.6

S i LT Cáp LT

6 S phát sinh l c c ng trong thép và nén trong BT do s d ng BT gi n n

Trong đó ph ng pháp s d ng r ng rãi nh t cho LT là c ng thép d c b i các thi t b kích khác nhau.

đ ng kính đ n 18mm và s i thép c ng đ cao đ c neo ch t v i l c dính b m t và

b i ch t k t dính bám vào nh ng v t lõm xung quanh s i thép L c dính c a thép LT

đ c t ng đáng k nh nh ng v t lõm trên b m t hay b i s xoán v n c a s i thép S i cáp có đ c tính k t dính t t h n s i thô có ti t di n t ng đ ng.

Ph ng pháp c ng tr c nói chung đ c s d ng cho quy trình s n xu t hàng

lo t c u ki n c ng tr c t i nhà máy

Trong h th ng c ng tr c, thép LT đ c c ng gi a kh i neo c ng đúc trong n n hay

m t c t hay b c ng tr c d ng khuôn, tr c khi đúc BT trong khuôn.

Khi BT đ t đ c ng đ , áp l c kích đ c th ra S i thép c ng đ cao có xu h ng co

ng n l i nh ng b c n tr do l c dính gi a BT và thép, trong tr ng h p này LT đ c truy n cho BT b i l c dính

P1 P2 P3 P3.2 P4 P5 Picture

C t thép LT đ c neo m t đ u c đ nh vào b , đ u kia đ c kéo c ng v i l c

N C t thép đ c kéo trong gi i h n đàn h i, đ giãn dài là ∆l Khi đó đ u còn l i

3 5

1

N

N N

1.4.3.1 Ph ng pháp c ng tr c:

P1 P2 P3 P3.2 P4 P5 Picture

D m v i cáp ng su t tr c th ng

D m v i cáp ng su t tr c có đ l ch tâm thay đ i

Cáp ng su t tr c và b c ng (khuôn đúc) dài-th ng

Khi BT đ t đ c ng đ , s i thép c ng đ cao đ c c ng b ng cách kích đ t vào b

m t BT đ u c u ki n và đ c neo b i các neo hay đai c L c đ c truy n cho BT b ng các neo, và khi cáp đ c u n cong, qua áp l c xuyên tâm gi a cáp và ng

Kho ng h gi a cáp và ng đ c b m v a sau khi c ng xong.

H th ng neo Freysinet đ c s d ng r ng rãi bao g m m t tr v i m t ph n hình nón bên trong, qua đó s i thép c ng đ cao đi qua và t vào thành c a nó, s i thép đ c nêm b i ch t hình nón x p d c v i rãnh đ t các s i cáp u đi m chính c a h th ng Freysinet là s l ng l n các s i thép đ c kéo đ ng th i b i kích th y l c tác đ ng kép.

ng t o rãng

1.4.3.2 Ph ng pháp c ng sau:

P1 P2 P3 P3.2 P4 P5 Picture

t c t thép th ng và các ng t o rãnh (b ng tole, k m ho c v t li u khác) r i

đ BT

N N

• ng rãnh không có dính bám: Gân không bám dính ti t ki m th i gian & chi phí.

(S d ng gân có bôi m ho c bó gân cu n trong gi y bôi m ).

• c dùng nhi u trong BT đ t i ch

1.4.3.2 Ph ng pháp c ng sau:

Ph ng pháp c ng sau r t thích h p cho nh ng c u ki n nh p t trung bình đ n

l n, khi mà chi phí cho c ng ch là ph n nh so v i t ng chi phí Vì th , s kinh

t h n khi s d ng m t vài cáp hay thanh ch u l c l n h n là s d ng nhi u cáp hay thanh nh M t u đi m c a PP c ng sau là cho phép s d ng cáp u n cong hay cáp r i có th giúp ng i thi t k thay đ i s phân b theo ti t di n

c ng nh kháng l i t i tr ng bên ngoài hi u qu h n

P1 P2 P3 P3.2 P4 P5 Picture

D m có ng t o rãnh đ t trong bê tông

D m có ng n r ng v i các vách c ng

B n sàn liên t c v i cáp ng su t tr c v b c đàn h i

P1 P2 P3 P3.2 P4 P5 Picture

CHUYÊN BÊ TÔNG NG L C TR C

2 LÝ THUY T TÍNH TOÁN C U KI N BT LT:

Trong tính toán c u ki n BT LT, có hai tiêu chu n có th s d ng ph bi n nh t trên th

gi i hi n nay là tiêu chu n ACI cho xây d ng dân d ng và tiêu chu n AASHTO cho c u

đ ng Ngoài ra, nhi u qu c gia c ng xây d ng nh ng tiêu chu n tính toán cho riêng mình

C u ki n BT LT v n đ c tính toán d a trên ba quan ni m c b n sau đây:

Quan ni m th nh t: LT bi n đ i BT thành m t v t li u đàn h i Quan ni m này coi BT LT nh v t li u đàn h i và tính toán theo lý thuy t đàn h i (tính toán theo ng su t cho phép)

Quan ni m th hai: LT cho s k t h p c a thép c ng đ cao v i BT Quan

ni m này coi BT LT nh BTCT và tính toán theo các tr ng thái gi i h n (tính toán theo c ng đ )

Quan ni m th ba: LT nh m đ t đ c cân b ng t i tr ng Quan ni m này coi

BT LT nh m t thành ph n đ cân b ng v i m t ph n t i tr ng trên c u ki n (tính toán theo ph ng pháp cân b ng t i tr ng)

P1 P2 P3 P3.2 P4 P5 Picture

CHUYÊN BÊ TÔNG NG L C TR C

2.1 Phân tích tr ng thái ng su t cho c u ki n ch u u n:

2.1.1 Gi thi t c b n:

- BT là v t li u đàn h i thu n nh t

- Trong ph m vi ng su t làm vi c, c BT và thép làm vi c đàn h i Tuy nhiên,

m t ph n nh t bi n x y ra c hai lo i v t li u d i t i tr ng dài h n

- Ti t di n ph ng tr c khi u n đ c coi là ph ng sau khi u n i u này có ngh a

là bi n d ng tuy n tính phân b d c theo chi u cao c a ti t di n c u ki n

Thi t k k t c u BT LT quan tr ng nh t là xác đ nh s phân b ng su t, d a trên 3 nguyên lý c b n sau (đ c s d ng đ ng th i), đó là: a) Phân b bi n

d ng, b) ng cong ng su t-bi n d ng, và c) S cân b ng

a) S phân b bi n d ng: c gi thi t là tuy n tính trong lý thuy t đàn h i

Bi n d ng trong thép trong c u ki n c ng tr c và c ng sau có dính bám đ c

gi thi t là b ng v i bi n d ng c a BT cùng m c

b) ng cong ng su t-bi n d ng c a v t li u:

c) S cân b ng: T i TD b t k trong c u ki n BT LT ph i có s cân b ng gi a

h p l c c a ng su t trong thép và BT, và mô men tác d ng và t i tr ng d c tr c (n u có) trên TD đó

Trong tr ng h p c u ki n c ng sau không b m v a s không có l c dính gi a thép

LT và BT xung quanh, nh ng v i c u ki n c ng tr c ho c c ng sau có b m v a thì

l c dính là có, và mô men s làm t ng ng su t trong thép gi ng nh BTCT th ng

Nh v y v i c u ki n BT LT có l c dính thì s làm vi c t i tr ng gi i h n r t gi ng BTCT th ng, và khác v i c u ki n c ng sau không b m v a Nh v y l c dính t o ra

kh n ng làm vi c k t h p gi a thép LT và BT, và có th xác đ nh s thay đ i ng su t

b ng cách s d ng các thu c tính c a TD qui đ i.

y.e.FA

;I

y.Me

FA

FI

y.Mr

y.e1A

FI

y.MI

y.e.FA

Trong tính toán c u ki n LT, do di n tích c t thép LT là r t nh so v i di n tich c a

ti t di n BT danh ngh a, nên tính ng su t d a vào đ c tr ng c a ti t di n ngang c a BT

Vi c s d ng ti t di n BT quy đ i ch có ý ngh a trong nghiên c u th c nghi m ch không

nh h ng đáng k v k t qu ng su t so v i s d ng ti t di n BT danh ngh a

L.e.F

V i d m ch u m t t i tr ng phân b đ u w, góc xoay t i g i là:

)82(

;I.E.24

L

N u góc xoay do t i tr ng l n h n do l c LT thì góc xoay có t i g i t a là:

P1 P2 P3 P3.2 P4 P5 Picture

N u góc xoay do t i tr ng l n h n do l c LT thì góc xoay có t i g i t a là:

;p

1 −θθ

=θgiãn dài t ng c ng c a cáp là 2.e.θ;

Bi n d ng trong cáp là 2.e.θ/L;

S t ng ng su t trong cáp do t i tr ng là: ; (2 9)

L

.e.2.E

b =ε

T ng đ giãn dài c a th BT t i v trí c a thép: ds; (2 11)

I.E

y.Mds

.L

yL

0 b

;ds.M

.L.I

y.nds

.M

.L.I

y.E

Eds

ML.I.E

yE

L

0

L

0 b

s L

0 b

A.y

3

S t ng ng su t trong thép ; (2 17)

I12

L.w.y

=

P1 P2 P3 P3.2 P4 P5 Picture

2) Tính toán s t ng ng su t trong d m s d ng thép LT không dính k t:

N u g i A là di n tích c a bi u đ mô men u n do t i rrojng gây ra: A M.ds; (2 14)

A.y.n

L.w.y

=

T l c a s t ng ng su t c a d m s d ng thép LT dính bám và không dính bám

c hai giai đo n tr c và sau khi n t Tuy nhiên, sau khi v t n t phát tri n m nh, ng

su t trong thép phát tri n nhanh h n c hai d ng d m Vì thép không đ t t i c ng đ phá ho i c a nó trong tr ng h p d m s d ng thép LT không dính bám, t i tr ng phá

ho i s bé h n so v i d m s d ng thép LT dính bám mà đó thép đ t t i c ng đ phá ho i c a nó t i giai đo n phá ho i c a c u ki n.

Trong giai đo n sau khi n t, trong khi d m s d ng thép LT dính bám đ c tr ng b i các v t n t nh đ c phân b t i các vùng có mô men l n, trong d m s d ng thép LT không dính bám ch phát tri n m t vài khe n t v trí TD y u h n B r ng c a khe n t

c a d m s d ng thép LT không dính bám là l n h n Nói chung d m s d ng thép

LT dính k t đ c a dùng h n b i c ng đ ch u u n cao h n và đ c tính bi n d ng

có th d doán đ c c a nó

I.fc.A

I.Fe.F

;c

I.fc

re.F

d k’.d

Cd

'

kd

.b'

k.'f.kC

c 1 c

(

;2

ad.f.A

=

)212

(

;f

f.5.01.ff

c

py p py

P1 P2 P3 P3.2 P4 P5 Picture

2.1.6 Mô men gi i h n:

Tính toán c ng đ gi i h n c a d m s d ng thép LT không dính bám là khó kh n

h n r t nhi u so v i d m s d ng thép LT dính bám vì ng su t trong thép t i lúc phá

ho i d m không th tính toán chính xác C ng không có đ s li u v c ng đ gi i h n

c a d m s d ng thép LT dính bám đ thi t l p m t PP tính toán hoàn toàn tin c y

2.1.6.2 Tr ng h p d m s d ng thép LT không dính bám:

Có th xác đ nh ng su t trong thép khi d m b phá ho i theo công th c chung:

Tiêu chu n ACI-ASCE đ a công th c tính fps nh sau:

) 27 2

(

∆+

ps f f f

Trong đó: f pe : ng su t tr c hi u qu trong thép LT;

∆fp: ng su t ph thêm trong thép LT sinh ra do t i tr ng phá ho i;

) 28 2

( )

(

; 100

65

ps

f h

M f

F A

LT t ng c ng Asp.fpe c ng là l c nén C trên TD L c này s gây m t ng su t trung

c

pe sp c

f A A

T A

C

Có th tính đ c Ac theo: ; ( 2 32 )

' 5 0

f

f

A A

Trong thi t k s b , ch n chi u dày c a sàn LT có th thay đ i t L/35 v i t i tr ng l n

t i L/55 cho t i tr ng nh

Chi u cao c a d m có th ch n theo công th c g n đúng là:

Trong đó: h: chi u cao d m;

M: mô men u n l n nh t;

k: h s thay đ i t 1.5 -> 2;

) 33 2

(

= k M h

Thi t k s b chính xác h n có th đ c n u nh mô men MG đ c bi t thêm vào t ng

MT Khi MG là l n h n (20-30)% c a MT thì nói chung l c LT hi u qu tính theo (2-29), còn khi MG là bé thì tính theo công th c sau:

) 34 2

(

; 5

e F A

F

t t

σ

) 1 (

;

.

b Z

M Z

e F A

F

b b

;

.

c Z

M Z

e F A

F

t

qp t

σ

) 1

(

;

.

d Z

M Z

e F A

F

t

ra t

σ

) 1 (

;

.

e Z

M Z

e F A

F

b

ra b

σ

) 2 (

; '

.

min

Z

M Z

e F A

F

t t

−

≥+

−αα

) 2 (

; '

.

max

0

b f

Z

M Z

e F A

F

b b

−

≤

−+α

α

) 2 (

;

.

f Z

M Z

e F A

F

qp t

qp t

−

≤+

− ββ

) 2

(

;

.

f Z

M Z

e F A

F

ra t

ra t

−

≤+

− ββ

) 2 (

;

.

f Z

M Z

e F A

F

b

ra b

−

≥

−+ β

β

Lúc truy n:

) 1 (

;

.

a Z

M Z

e F A

F

t t

σ

) 1 (

;

.

b Z

M Z

e F A

F

b b

σ

D i t i tr ng không đ i, và các t h p t i tr ng nguy hi m:

) 1 (

;

.

c Z

M Z

e F A

F

t

qp t

σ

) 1

(

;

.

d Z

M Z

e F A

F

t

ra t

σ

) 1 (

;

.

e Z

M Z

e F A

F

b

ra b

σ

) 3 (

; '

.

.

min max

0

a f

f

M

M Z

βα

) 3 (

; '

.

.

min max

0

b f

f

M M

;

'

.

min max

0

c f

f

M M

;

' min 0

a e

A Z

M f

Z F

;

' max 0

b e

A Z

M f

Z F

) 4 (

;

max

c e

A Z

M f

Z

F

t

qp qp

;

max

d e

A Z

M f

Z F

t

ra ra

;

min

e e

A Z

M f

Z F

đ nh l i, cách th c này đ c l p l i cho đ n khi m t t h p h p lý c a F và e tìm đ c.

T các b t đ ng th c sau cùng (4-a) -> (4-e) có th vi t l i d i d ng sau:

M i quan h gi a 1/F và e là tuy n tính, n u đ c v b ng đ th thì nó s cho

m t ph ng ti n r t ti n l i đ xác đ nh giá tr thích đáng c a F và e Nh ng đ

th này đã đ c gi i thi u đ u tiên b i m t k s ng i B tên là Magnel

T ng t nh v i các b t đ ng th c tr c, có th tính toán v i các b t đ ng th c (5-a) –

> (5-e) Chúng ch phù h p khi m u s là d ng N u b t k m u s nào âm thì b t đ ng

th c ban đ u (2-a), (2-c) ho c (2-d) s nhân v i m t s âm và h ng c a b t đ ng th c

s ng c l i.

) 5 (

; '

.

1

0 min

a M

f Z

e A Z

; '

.

1

0 max

b M

f Z

e A Z

F b

b

−+

) 5 (

;

1

max

c M

f Z

e A Z

(

;

1

max

d M

f Z

e A Z

;

1

min

e M

f Z

e A Z

F b ra

b

−+

P1 P2 P3 P3.2 P4 P5 Picture

2.2.2.6 Xác đ nh vùng b trí cáp và ch n d ng cáp:

đây các b t đ ng th c (5-a) -> (5-e) có th vi t l i nh sau:

) 6 (

; '

.

1

min

M F A

Z

α

) 6 (

; '

.

.

Z

M F

α

) 6 (

;

.

1

f Z M

F A

Z

e ≥ t + qp − t qp −

β

) 6 (

;

.

1

f Z M

F A

Z

e ≥ t + ra − t ra −

β

) 6 (

;

.

1

A

Z f

Z M

F

e ≥ ra + b − b −

βCác giá tr c a M0, Mqp, Mra và đ l ch tâm e d c theo chi u dài c a d m

B t d ng th c (6-a) –(6-e) s xác đ nh gi i h n cho vùng cáp Nó th ng là tr ng h p

mà l c LT đ c ch n ph n d i c a vùng cho phép, liên quan đ n ng su t bé nh t

d i t t c các đi u ki n t i.