Ứng dụng mô hình giàn ảo trong thiết kế dầm cao bê tông ứng lực trước

Vì vậy, việc nghiên cứu tính toán dầm cao ứng lực trước bằng mô hình giàn ảo là cần thiết để đưa ra các giải pháp bố trí cáp và cấu tạo cốt thép phù hợp với các ứng xử của dầm.. Vì vậy,

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN GIA TUYẾN

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH GIÀN ẢO TRONG THIẾT KẾ DẦM CAO BÊ TÔNG

ỨNG LỰC TRƯỚC

Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số : 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS Đào Ngọc Thế Lực

Đà Nẵng - Năm 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả phương án nêu trong luận văn là trung thực và chưa

từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Gia Tuyến

MỤC LỤC

TRANG BÌA

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC HÌNH

DANH MỤC CÁC BẢNG

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Kết quả dự kiến 2

6 Bố cục đề tài 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH GIÀN ÁO VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC 3

1.1 Sơ lược về mô hình giàn ảo và ứng dụng của mô hình giàn ảo 3

1.2 Ứng dụng mô hình giàn ảo 4

1.3 Tổng quan về dầm cao 14

1.3.1 Khái niệm về dầm cao 14

1.3.2 Các phân tích và trạng thái làm việc của dầm cao .15

1.3.3 Các mô hình giàn ảo đối với dầm cao 16

1.3.4 Tính toán thiết kế, sử dụng các mô hình giàn ảo 19

1.4 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC 23

1.4.1 Giới thiệu về dầm cao bê tông ứng lực trước 23

1.4.2 Ưu, nhược điểm của dầm cao ứng lực trước 23

1.4.3 Các ứng dụng dầm cao bê tông ứng lực trước 23

1.5 Kết luận chương 24

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH GIÀN ẢO CHO DẦM CAO SỬ DỤNG BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC 25

2.1 Mô hình giàn ảo tính toán dầm cao ứng lực trước 25

2.2 Quy trình thiết kế dầm cao ứng lực trước 30

2.3 Ví dụ minh họa thiết kế dầm cao ứng lực trước 33

2.4 Kết luận chương 36

CHƯƠNG 3 XÁC MINH QUY TRÌNH TÍNH TOÁN VỚI THÍ NGHIỆM 38

3.1 Chế tạo mẫu, thiết bị thí nghiệm 38

3.1.1 Chế tạo mẫu thí nghiệm 38

3.1.2 Thiết bị thí nghiệm 40

3.1.3 Xác định cường độ vật liệu 43

3.2 Thiết lập thí nghiệm và thực hiện thí nghiệm 46

3.3 Đánh giá kết quả thí nghiệm 48

3.4 Khảo sát tham số 50

3.5 Kết luận chương 3 51

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)

BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH GIÀN ẢO TRONG TÍNH TOÁN DẦM CAO ỨNG LỰC TRƯỚC

Học viên: Nguyễn Gia Tuyến Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN

Mã số: 60.58.02.08 , Khóa: K34 Khánh Hòa, Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHĐN

Tóm tắt – Trong tính toán, thiết kế dầm thông thường , giả thiết Bernulli là một giả

thiết quan trọng Tuy nhiên, giả thiết này không còn chính xác với các dầm cao do phân bố

biến dạng trong dầm cao là phi tuyến Mô hình giàn ảo là phương thức thiết kế đơn giản và

hiệu quả cho kết cấu dầm cao khi giả thiết tính toán theo Bernulli không còn chính xác

Hiện nay, các nghiên cứu chỉ thực hiện tính toán dầm cao bằng mô hình giàn ảo đối

với dầm cao thông thường, dầm cao có khoét lỗ…và chưa có nhiều các nghiên cứu đề cập

đến tính toán dầm cao dự ứng lực trước Vì vậy, việc nghiên cứu tính toán dầm cao ứng lực

trước bằng mô hình giàn ảo là cần thiết để đưa ra các giải pháp bố trí cáp và cấu tạo cốt

thép phù hợp với các ứng xử của dầm Luận văn này sẽ nghiên cứu mô hình giàn ảo cho

dầm cao bê tông ứng lực trước và ứng dụng nó để thiết lập quy trình tính toán thiết kế

Chương trình thực nghiệm được thực hiện để xác minh quy trình thiết kế

Từ khóa – Mô hình giàn ảo (STM), dầm cao, bê tông ứng lực trước, khả năng chịu

cắt của dầm cao, phân bố ứng suất

APPLICATION OF STRUT-AND-TIE MODEL FOR PRESTRESSED CONCRETE DEEP BEAMS DESIGN

Abstract – Reinforced concrete beam design, the Bernulli hypothesis is an important

assumption However, this hypothesis is no longer accurate with deep beams because

deformation distribution in deep beams is nonlinear Strut and tie model is a simple and

effective design method for deep beam structure when the calculation hypothesis according

to Bernulli is no longer accurate

Currently, the studies only perform deep beam calculations by strut and tie model for

normal deep beams, deep beams with holes and there are not many studies mentioning

the stressed concrete beams Therefore, it is necessary to study the calculation of

pre-stressed concrete beams with strut and tie models to provide cable layout solutions and

reinforcement structure suitable for beam behavior This thesis will study the strut and tie

model for pre-stressed concrete beams and apply it to establish the design calculation

process Experimental programs are performed to verify the design process

Keywords – Strut and Tie Model (STM); Deep beam; Prestressed concrete; strength

shear of deep beam; stress fields

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU

fc’ : Cường độ chịu nén

d : Chiều cao dầm

b : Bề rộng dầm

Acs : Diện tích mặt cắt ngang hữu hiệu của thanh chịu nén

Fnt : Cường độ của thanh giằng

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Tra hệ số βs, βn là hệ số hiệu quả 13

Bảng 2.1 Kích thước hình học của dầm 33

Bảng 2.2 Thông số vật liệu cáp ứng lực trước 34

Bảng 2.3 Bê tông và cốt thép thanh 34

Bảng 3.1 Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông 44

Bảng 3.2 Số liệu thí nghiệm kéo cốt thép thanh 10 45

Bảng 3.3 Đặc tính kỹ thuật của cáp dự ứng lực 45

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Ứng dụng mô hình giàn ảo 4

Hình 1.2 Mô hình giàn ảo của dầm bê tông cốt thép nhịp đơn giản 5

Hình 1.3 Giàn đúng và không đúng 8

Hình 1.4 Từ dạng bố trí của các vết nứt suy ra dạng hợp lý của mô hình giàn ảo 8

Hình 1.5 Thanh chống 9

Hình 1.6 Các vùng nút thủy tĩnh 10

Hình 1.7 Các vùng nút trong phần giao nhau của cấu kiện 11

Hình 1.8 Các mô hình tính toán kích thước thanh chống 12

Hình 1.9 Dầm cao 14

Hình 1.10 Quỹ đạo ứng suất 15

Hình 1.11 Dầm cao chịu tải trọng mép đáy 16

Hình 1.12 Mô hình giàn ảo của một dầm cao 17

Hình 1.13 Dầm cao liên tục hai nhịp 18

Hình 1.14 Mô hình giàn ảo đối với một dầm liên tục hai nhịp 19

Hình 1.15 Mô hình giàn ảo và sơ đồ bố trí cốt thép đối với dầm giản đơn .21

Hình 1.16 Mô hình giàn ảo và sơ đồ bố trí cốt thép đối với dầm liên tục 22

Hình 2.1 Dầm cao hai lực tập trung 25

Hình 2.2 Ứng suất nén chính trong dầm cao với tỷ lệ a/d=0,5 26

Hình 2.3 Ứng suất nén chính trong dầm cao với tỷ lệ a/d=1 26

Hình 2.4 Sơ đồ giàn ảo hai lực tập trung chịu ứng lực trước 26

Hình 2.5 Mô hình giàn ảo hiệu chỉnh cho mô hình dầm cao ứng lực trước 27

Hình 2.6 Giản đồ tính dầm cao ứng lực trước sử dụng mô hình giàn ảo 31

Hình 2.7 Bố trí cốt thép dầm cao ứng lực trước 33

Hình 3.1 Công tác lắp đặt cốt thép cho dầm bê tông ứng lực trước 38

Hình 3.2 Công tác lắp đặt strain gauge vào cốt thép chủ 39

Hình 3.3 Mẫu thí nghiệm sau khi hoàn thành công tác chế tạo 39

Hình 3.4 Đổ bê tông cho mẫu thí nghiệm 40

Hình 3.5 Đúc mẫu bê tông mẫu trụ 150×300mm và dưỡng hộ 43

Hình 3.6 Thí nghiệm nén mẫu bê tông 44

Hình 3.7 Thí nghiệp ép chẻ 44

Hình 3.8 Mẫu thép, thí nghiệm kéo thép 44

Hình 3.9 Lắp đặt thiết bị và thiết bị đo cho mẫu dầm cao thường 46

Hình 3.10 Vết nứt ở cấp tải P = 210kN 47

Hình 3.11 Vết nứt ở cấp tải P = 300kN 47

Hình 3.12 Vết nứt ở cấp tải P = 396.9kN 48

Hình 3.13 Chiều rộng vết nứt ở cấp tải P = 396.9kN 48

Hình 3.14 Đồ thị quan hệ tải trọng và chuyển vị 49

Hình 3.15 Chuyển vị tại mặt trên và mặt dưới tại giữa nhịp dầm 49

Hình 3.16 Đồ thị tải trọng biến dạng nén trong bê tông tại mặt trên của dầm 50

Hình 3.17 Đồ thị tải trọng - biến dạng của cốt thép ϕ10 trong thanh kéo 50

Hình 3.18 Ảnh hưởng cường độ bê tông đến khả năng chịu lực của dầm 51

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong thiết kế, tính toán dầm thông thường thì giả thiết Bernulli là một giả thiết quan trọng Tuy nhiên giả thiết này không còn chính xác với các dầm cao do phân phối biến dạng trong dầm cao là phi tuyến Do đó phương pháp tính toán như dầm thông thường không còn phù hợp đối với tính toán dầm cao, cần một phương pháp khác Và một phương pháp được áp dụng thiết kế, tính toán dầm cao là phương pháp mô hình “giàn ảo”

Hiện nay, phương pháp mô hình giàn ảo được chấp nhận để phân tích và tính toán kết cấu, và đã có trong tiêu chuẩn ACI, Eurocode Đã có nhiều đề tài, nhiều bài viết liên quan đến việc tính toán dầm cao bằng phương pháp mô hình giàn ảo

Tuy nhiên, cùng một cấu kiện dầm cao có thể chọn được nhiều mô hình giàn

ảo khác nhau để tính toán (do mô hình giàn ảo chỉ yêu cầu về đường tải trọng và cân bằng tĩnh), kết quả sẽ khác nhau với các mô hình được chọn khác nhau Hiện nay, các nghiên cứu chỉ thực hiện tính toán dầm cao bằng mô hình giàn ảo đối với dầm cao thông thường, dầm cao có khoét lỗ….và chưa thấy nghiên cứu đề cập đến tính toán dầm cao dự ứng lực trước Vì vậy, việc nghiên cứu tính toán dầm cao dự ứng lực trước bằng phương pháp mô hình giàn ảo là cần thiết để đưa ra các giải pháp cấu tạo, khảo sát các ứng xử, trạng thái làm việc của kết cấu nhằm áp dụng hiệu quả tính toán dầm cao dự ứng lực trước bằng phương pháp mô hình giàn ảo trong xây dựng nhà cao tầng có không gian kiến trúc các tầng dưới được thông thoáng rộng rãi không bị vướng nhiều các hệ cột Đó là lý do để thực hiện đề tài:

“Ứng dụng mô hình giàn ảo trong thiết kế dầm cao ứng lực trước”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Tổng quan về mô hình chống giằng và các mô hình chống giằng trong thiết kế dầm cao sử dụng bê tông cốt thép thường, bê tông cốt thép ứng lực trước

Xây dựng mô hình giàn ảo, thiết kế chế tạo mẫu và thực hiện thí nghiệm mẫu dầm bê tông cốt thép ứng lực trước và đề xuất quy trình tính toán cho dầm cao sử dụng bê tông cốt thép ứng lực trước

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Dầm cao

Phạm vi nghiên cứu: Mô hình giàn ảo trong thiết kế dầm cao bê tông cốt thép ứng lực trước

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp lý thuyết:

Thu thập tài liệu, tìm hiểu lý thuyết tính toán dầm cao, lý thuyết mô hình giàn ảo trong tiêu chuẩn ACI và các tài liệu hiện có về mô hình giàn ảo tính toán cho dầm cao bê tông cốt thép

Đề xuất quy trình thiết kế dầm cao sử dụng mô hình giàn ảo trong thiết kế dầm cao sử dụng bê tông cốt thép ứng lực trước, khảo sát các tham số ảnh hưởng

Phương pháp thực nghiệm:

Xác minh kết quả tính toán lý thuyết với kết quả thực nghiệm

5 Kết quả dự kiến

Mô hình giàn ảo trong thiết kế dầm cao ứng lực trước

Trình tự tính toán thiết kếdầm cao bằng mô hình giàn ảo sử dụng bê tông cốt thép ứng lực trước

Các kết quả thí nghiệm xác minh kết quả tính toán

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH GIÀN ÁO VÀ BÊ TÔNG

CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC 1.1 SƠ LƯỢC VỀ MÔ HÌNH GIÀN ẢO VÀ ỨNG DỤNG CỦA MÔ HÌNH GIÀN ẢO

Cấu kiện BTCT khi xét ở giới hạn cực hạn sẽ có sự thay đổi lớn trong trạng thái làm việc của các bộ phận cấu kiện Trạng thái làm việc của các bộ phận được chia làm hai dạng:

Vùng chịu lực theo kiểu dầm:Vùng này được khảo sát dựa trên cơ sở giả thuyết Becnuli, lý thuyết dầm

Vùng chịu lực có đặc tính không liên tục về hình học hoặc về tĩnh học được gọi là vùng D

Trong vùng B trạng thái ứng suất tại một mặt cắt bất kỳ dễ dàng tính toán từ các tác động tại một mặt cắt bằng các phương pháp thông thường, với điều kiện là vùng này không bị nứt và thỏa mãn định luật Húc, các ứng suất sẽ được tính toán theo lý thuyết uốn sử dụng các đặc trưng mặt cắt

Trong vùng D trạng thái ứng suất bị thay đổi đột ngột, bị gián đoạn về hình học (những chổ bị lồi lõm, các góc khung ) hoặc bị gián đoạn về tĩnh học ( những nơi có lực tập trung) Gián đoạn tĩnh học phát sinh từ các lực tập trung hoặc các phản lực gối và các neo cốt thép dự ứng lực

Cách giải quyết vùng D: Từ trước đến nay phần lớn việc tính toán kết cấu bê tông cốt thép chỉ quan tâm nhiều đến vùng B, việc tính toán thiết kế vùng D thường dựa trên kinh nghiệm hoặc quan sát thực nghiệm Trong thời gian gần đây việc nghiên cứu tính toán vùng D đã được các tổ chức: Hiệp hội bê tông dự ứng lực, viện

bê tông Hoa kỳ và Ủy ban bê tông Châu Âu nghiên cứu đưa ra những quy định tiêu chuẩn thiết kế đối với vùng D khá chi tiết Theo các tổ chức này thì trạng thái làm việc của bê tông trong giai đoạn giới hạn cực hạn được tính theo mô hình toán cơ và

mô hình tốt nhất được sử dụng là mô hình hình giàn ảo

1.2 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH GIÀN ẢO

Mô hình giàn ảo được ứng dụng trong phân tích và thiết kế cho vùng gần tải trọng tập trung, các góc và các liên kết của khung, vùng gần lỗ hổng, những vùng

có biến dạng phi tuyến

Hình 1.1 Ứng dụng mô hình giàn ảo

Các giả thiết cấu tạo và nguyên lý chung lập mô hình giàn ảo

Trạng thái làm việc của vùng D có thể được mô tả như sau:

Trước khi hình thành vết nứt, một trường ứng suất đàn hồi tồn tại có thể xác định bằng cách sử dụng phương pháp phân tích đàn hồi Khi hình thành vết nứt sẽ làm đảo lộn trường ứng suất này, gây ra sự phân bố, định hướng lại mà chủ yếu là các thành phần nội lực Sau khi hình thành vết nứt các thành phần nội lực có thể được mô hình hóa bằng cách sử dụng mô hình giàn ảo Khi đó có thể tưởng tượng kết cấu bê tông côt thép được mô phỏng bằng một kêt cấu giàn ảo bao gồm các thanh chịu nén, các thanh giằng chịu kéo và các nối cuả các thanh đó là vùng nút của giàn ảo Nếu phần đầu mút của thanh chống hẹp hơn so với ở đoạn giữa của các chống này có thể nứt theo chiều dọc Các thanh cống có cốt thép nằm ngang để chống nứt có thể chịu tải trọng lớn hơn và sẽ hư hỏng do bị nén vỡ Sự hư hỏng cũng có thể do

sự chảy dẻo của các thanh giằng chịu kéo có chiều hướng phá hoại dẻo

Hình 1.2 Mô hình giàn ảo của dầm bê tông cốt thép nhịp đơn giản

a Các giả thiết

Xét dầm đơn giản chịu tác dụng của lực tập trung, bị nứt:

Trong dầm sẽ có hệ lực với các thành phần :

(1) Lực nén trong bản cánh dầm phía đỉnh, Ct;

(2) Lực kéo phía đáy, Tb;

(3) Lực kéo thẳng đứng trong cốt thép đai, Tv;

(4) Lực nén nghiêng trong thanh chéo bê tông giữa các vết nứt xiên, Ci;

Hệ lực này được thay thế bằng một mô hình giàn ảo Để thiệt lập mô hình giàn ảo, cần có các giả định và đơn giản hóa Cụ thể như sau:

+ Tất cả cốt thép đai bị cắt theo mặt cắt A-A được mô hình hóa thành một cấu kiện thẳng đứng b-c gọi là thanh giằng (ảo)

+ Tất cả cấu kiện bê tông bị cắt theo mặt cắt B-B được mô hình hóa thành cấu kiện e-f gọi là thanh chống (ảo) Cấu kiện xiên này chịu ứng suất nén để kháng lại lực cắt trên mặt cắt B-B

+ Phần biên trên giàn ảo chịu nén dọc là một lực thực sự trong bê tông nhưng được biểu diễn dưới dạng một cấu kiện giàn ảo

+ Các cấu kiện nén trong giàn ảo được vẽ bằng các đường nét đứt để ám chỉ chúng là các lực trong bê tông Các cấu kiện chịu kéo được quy ước vẽ bằng đường nét liền

b Các bước chung để thành lập một mô hình giàn ảo

Đầu tiên phải xác định đầy đủ các điều kiện biên của những vùng được mô hình hóa, ta có thể làm như sau:

+ Xác định kích thước hình học, tải trọng, điều kiện gối của toàn bộ kết cấu

+ Chia 3 kích thước kết cấu bằng những mặt phẳng khác nhau để dễ dàng phân tích riêng bởi mặt trung bình của hệ thanh Phần lớn các trường hợp kết cấu sẽ được chia theo các mặt trực giao hoặc có thể song song với nhau

+ Xác định phản lực gối bằng các sơ đồ tĩnh học lý tưởng Với những kết cấu siêu tĩnh, giả thiết sự làm việc là đàn hồi tuyến tính

+ Chia kết cấu thành những vùng B và D

+ Xác định nội ứng suất của những vùng B và xác định kích thước của những vùng B và xác định kích thước của những vùng B bằng mô hình giàn ảo hoặc sử dụng những phương pháp thông thường mà quy trình thiết kế đã cho phép

+ Xác định những lực tác dụng riêng lên vùng D để phục vụ cho việc xét đường truyền lực của chúng Ngoài tải trọng ra còn phải xét những ứng suất biên trong những mặt cắt phân chia các vùng D và B, chúng được lấy từ kết quả thiết kế vùng B theo các giả định và mô hình của vùng B

+ Kiểm tra những vùng D riêng rẽ theo sự cân bằng

c Định hướng tối ưu hóa mô hình giàn ảo

Hiểu biết về sự phân bố ứng suất là tối quan trọng đối với người thiết kế, cho phép chúng ta giảm đi một số lượng lớn các mô hình mà vẫn đảm bảo được các điều kiện sử dụng đặt ra của kết cấu Do vậy để tạo thuận lợi cho việc định hướng, các

mô hình theo dòng lực biểu thị bởi ứng suất đàn hồi

Để đưa ra cách bố trí cốt thép thích hợp và khả thi cần có một vài điều chỉnh

mô hình theo dòng lực và phù hợp với các đặc tính đặc trưng riêng của kết cấu bê tông cốt thép Điều này bao gồm các yếu tố sau:

+ Cách bố trí cốt thép nên thỏa mãn các yêu cầu thực tế để đơn gianr hóa việc lập mô hình như sử dụng cốt thép thẳng với số lượng các chổ uốn cong là tối thiểu, nên bố trí các cốt thép thẳng góc và song song với các cạnh của kết cấu khi có thể

+ Các cốt thép gần bề mặt nên được đặt lựa theo các cạnh và các mặt của kết cấu để khống chế nứt một cách hợp lý

+ Trong trạng thái bê tông đã nứt, các thanh cốt thép sẽ hướng theo dòng của các lực kéo, thực chất chúng là các thanh kéo của mô hình, vị trí biết trước

+ Sự sắp xếp của cốt thép cần phải đủ tương ứng với mọi trường hợp tải trọng khác nhau Điều này là một trong các lý do giải thích tại sao quỹ đạo ứng suất không phải là cơ sở duy nhất để thiết kế cốt thép, mà quỹ đạo ứng suất sẽ biến đổi như một hàm của tải trọng

+ Sự hình thành các vết nứt và biến dạng dẻo của vật liệu kết cấu sẽ làm phân phối lại nội lực như được xác định trên cơ sở của lý thuyết đàn hồi Mô hình lựa chọn mang những lực tối thiểu và biến dạng có thể Vì các thanh kéo có biến dạng lớn hơn các thanh chống nên mô hình các thanh kéo nhỏ nhất và ngắn nhất sẽ là tốt nhất Trong trường hợp nghi vấn, kết quả chiều dài thanh li và lực kéo Ti có thể sử dụng như một tiêu chuẩn để tối ưu hóa mô hình:

im um li

Với trường hợp ngoại lệ, các thanh chống chịu ứng suất lớn trên một chiều dài đáng kể, vì vậy nó sẽ có biến dạng trung bình tương cao tương tự như biến dạng của các thanh kéo, nó cũng được đưa ra trong tiêu chuẩn tối ưu:

im um li

Trong đó:

Fi : Lực trong thanh chống hoặc thanh nén thứ i

Li : Chiều dài của thanh i

i : Biến dạng trung bình của thanh i

Hình 1.3.Giàn đúng và không đúng

Cách tiếp cận này sẽ cho phép cùng một lúc xem xét các biến dạng nhỏ hơn của các thanh kéo trong kết cấu bê tông đã nứt hoặc chưa nứt Nguyên tắc này giúp loại trừ các mô hình sai

d Sự phù hợp mô hình giàn ảo với thực trạng vết nứt

Nếu có sẵn về bức ảnh về các mẫu vết nứt thì có thể giúp ta chọn một mô hình giàn ảo tốt nhất

Hình sau thể hiện mẫu vết nứt trong một đầu lắp mộng ở vùng tựa của một dầm đúc sẵn

Hình 1.4 Từ dạng bố trí của các vết nứt suy ra dạng hợp lý

của mô hình giàn ảo

Trong hình (d) thanh chống B-D đi qua một vùng nứt mẫu thí nghiệm, điều này cho thấy đấy không phải là vị trí hợp lý với thanh chống

Kết cấu của mô hình giàn ảo

Kết cấu và hình dạng của mô hình giàn ảo được xác định bằng cánh tay đòn nội ngẫu lực z giữa hai thanh mạ và góc của thanh chống xiên hoặc ứng suất nén của thân giàn ảo Việc xác định z và theo nguyên tắc sau

a Cánh tay đòn ngẫu lực z

Được xác định từ việc thiết kế chịu uốn của mặt cắt ngang tại các vị trí có moment lớn nhất Nó được xem là không đổi trong suốt vùng có moment uốn giữ nguyên dấu

Với j : Hệ số không thứ nguyên (theo ACI lấy gần đúng =0,875-1)

d : Chiều cao mặt cắt ngang dầm Góc nghiêng của thanh chống xiên Được xác định từ việc thiết kế chịu cắt của mặt cắt ngang và những thay đổi

về độ lớn của lực dọc trục hoặc lực căng trước Nó được xem là không đổi trong suốt vùng có lực cắt giữ nguyên dấu

Các bộ phận cấu thành của mô hình giàn ảo

a Thanh chịu nén ảo

Hình 1.5 Thanh chống

Trong mô hình giàn ảo, các thanh chống tương ứng với các trường ứng suất nén của bê tông theo hướng của thanh chống các thanh chống được lý tưởng hóa có dạng như lăng trụ hoặc các cấu kiện thon đều nhưng thường thay đổi mặt cắt ngang dọc theo chiều dài của nó, vì bê tông ở đoạn giữa chiều dài thanh chống rộng hơn so với hai đầu Đôi khi là thành dạng hình chai hoặc các mô hình giàn cục bộ Việc trải rộng các lực nén làm tăng lực kéo ngang, có thể là nguyên nhân làm cho thanh chịu kéo bị nứt theo chiều dọc Nếu thanh chống không có cốt thép ngang, nó có thể bị

hư hỏng sau khi sự hình thành vết nứt này xảy ra Trong các mô hình chống và giằng, các thanh chống được thể hiện bằng các đường đứt dọc theo trục của các thanh chống

e Các thanh chịu kéo ảo

Bộ phận cấu thành chính thứ hai của một mô hình giàn ảo là thanh chịu kéo Thanh chống này tương đương với một hoặc một vài lớp cốt thép đặt cùng hướng được thiết kế với As.fy Tntrong đóTn = Tu là lực do thanh kéo kháng lại

Các thanh giằng chịu kéo có thể bị phá hỏng do không co neo giằng ở đầu

sự neo giằng của các thanh chịu kéo trong các vùng nút là một phần quan trọng của việc tính toán thiết kế vùng D sử dụng mô hình giàn ảo Các thanh chịu kéo thể hiện bằng các đường liền nét trong mô hình giàn ảo

f Các nút của giàn ảo

Các mối nối trong mô hình thanh chịu kéo và thanh chống còn được hiểu như

là các vùng nút Ba hoặc nhiều lực gặp nhau tại một nút Các lực gặp nhau tại một nút phải cân bằng có nghĩa là Fx=0, Fy = 0 vµ M = 0đối với điểm nút Điều kiện thứ 3 ngụ ý rằng các đường tác dụng lực phải đi qua một điểm chung hoặc có thể phân tích được thành các lực mà chúng tác dụng qua một điểm chung

Hình 1.6 Các vùng nút thủy tĩnh

Các vùng nút được phân loại thành:

Nút CCC: Ba lực nén gặp nhau

Nút CCT: Một trong các lực là lực kéo

Cũng có thể là các mối nối CTT và TTT

Hình 1.7 Các vùng nút trong phần giao nhau của cấu kiện

Nội lực trong mô hình giàn ảo

Với: β 2 là hệ số hiệu quả xác định theo Bảng 1.1, fc' là cường chịu nén (MPa)

b Cường độ thanh chịu nén

Diện tích mặt cắt ngang hữu hiệu của thanh chịu nén A cs được xác định:

Trường hợp a): Đây là dạng nút hay gặp trong các dầm để mô hình hóa vùng

neo của cốt thép đai với các cốt thép dọc Về mặt chịu lực, đây là nút CTT (1 thanh nén, 2 thanh kéo) Do các thanh cốt thép đứng được neo bởi thanh cốt thép dọc nên

độ cứng của thanh cốt thép dọc sẽ ảnh hưởng đến chiều rộng của thanh nén Phạm

vi ảnh hưởng này được lấy là 6 lần đường kính thanh cốt thép dọc (6d ba) về mỗi

phía của thanh cốt thép đứng Nếu chiều dày của cấu kiện vượt quá 6d ba về mỗi phía của thanh cốt thép dọc thì kích thước theo chiều dày của thanh nén được xác định như trên mặt cắt x-x

a) Thanh nén được neo bằng cốt thép

b) Thanh nén được neo bằng gối và cốt thép c) Thanh nén được neo bằng gối và

bằng 6d ba như đã nêu trên Khi đã biết chiều cao vùng nút h a và bề rộng tấm gối l b, chiều rộng có hiệu của thanh nén sẽ được xác định theo nguyên tắc nút thủy tĩnh và sự mở rộng vùng nút đã trình bày ở trên

Trường hợp c): là dạng nút hay gặp trong mô hình dầm cao, vai đỡ …về mặt

chịu lực, dạng nút này có kiểu CCC (3 thanh nén) Khi đã biết chiều cao của 1 thanh

nén h s và bề rộng của tấm kê gối hay đặt lực l b, chiều cao của thanh nén còn lại cũng được tính theo nguyên tắc nút thủy tĩnh

Cường độ nén hiệu quả f cetrong thanh nén được xác định:

f là cường chịu nén (MPa)

Bảng 1.1 Tra hệ số β s , β n là hệ số hiệu quả

Kiểu thanh chống hay nút của mô hình giàn ảo β s , β n Đối chiếu

ACI 381-11

Thanh chống hình trụ (tiết diện không đổi theo chiều dài) 1.00 A.3.2.1

Thanh chống hình cổ chai có thép giằng thỏa mản

Thanh chống hình cổ chai không thép giằng thỏa mản

Thanh chống của của KC chịu kéo hay trong cánh chịu

c Cường độ của thanh giằng

Cường độ danh định của thanh kéo được xác định thông qua cường độ của cốt thép thường và dự ứng lực:

), f y là cường độ chảy của cốt thép dọc thường (MPa),

f selà ứng suất trong thép dự ứng lực do tạo dự ứng lực (MPa)

1.3 TỔNG QUAN VỀ DẦM CAO

1.3.1 Khái niệm về dầm cao

Tác động dầm được xét đến khi thiết kế chịu uốn ln/dc nhỏ hơn hoặc bằng 5/2 (đối với các nhịp liên tục) hoặc 5/4 đối với nhịp đơn, các nhịp ngắn hơn phải được thiết kế có “tính đến sự biến dạng không tuyến tính Tác động của dầm cao còn được xét đến khi thiết kế chịu cắt nếu ln/d nhỏ hơn 5 Vậy dầm cao là dầm mà trong đó lực nén của tải trọng tập trung đáng kể tại các gối đỡ Điều này xuất hiện nếu tải trọng tập trung lớn hơn khoảng 2d tới gối đỡ hoặc đối với dầm các tải trọng phân bố đều có tỷ số nhịp với chiều cao ln/d nhỏ hơn khoảng 4 đến 5

Hình 1.9 Dầm cao

1.3.2 Các phân tích và trạng thái làm việc của dầm cao

Hình 1.10 Quỹ đạo ứng suất

Những phân tích đàn hồi đối với các dầm cao ở trạng thái chưa nứt chỉ có ý nghĩa trước khi hình thành vết nứt Trong một dầm cao, sự hình thành vết nứt sẽ xuất hiện ở một phần ba đến một nữa tải trọng giới hạn Sau khi các vết nứt phát triển, sự phân bố lại các ứng suất chính là cần thiết vì có thể không có lực kéo ngang qua vết nứt, kết quả phân tích đàn hồi là mối quan tâm chủ yếu vì chúng thể hiện sự phân bố các ứng suất gây ra vết nứt và đưa ra chỉ dẫn về hướng cho vết nứt

và dòng lực sau khi nứt Trong hình 2.a, các đường đứt nét là các quỹ đạo ứng suất nén song song với hướng của ứng suất nén chính và các đường liền nét là các quỹ đạo ứng suất kéo song song với các ứng suất kéo chính.các vết nứt được dự đoán xuất hiện vuông góc với các đường liền nét (song song với các đường liền nét đứt) Trong trường hợp dầm giản đơn đỡ tải trọng tập trung giữa nhịp, các ứng suất nén chính tác dụng gần như song song với các đường nối tải trọng và các trục đỡ, các ứng suất kéo chính lớn nhất tác dụng song song với đáy dầm, các ứng suất nén

và các ứng suất kéo ngang trên mặt phẳng thẳng đứng ở điểm giữa nhịp (hình 1.10) Dầm giản đơn đàn hồi chưa nứt đỡ một tải trọng đều có các quỹ đạo ứng suất như thể hiện trong hình 1.9.Sự phân bố các ứng suất ngang trên các mặt phẳng

thẳng đứng tại giữa nhịp và tại 1/4 nhịp Các quỹ đạo ứng suất có thể được biểu diễn bằng một giàn giản đơn hoặc một giàn phức tạp hơn Trong trường hợp đầu tiên, tải trọng được chia thành hai phần, mỗi phần được thể hiện bằng một vectơ hợp lực của nó Trong trường hợp thứ hai tải trọng được chia làm bốn phần Góc thay đổi từ 68o đối với l/d = 1,0 hoặc nhỏ hơn đến khoảng 55o đối với l/d = 2,0 Hình 1.10a thể hiện quỹ đạo ứng suất đối với một dầm cao đỡ tải trọng đều tác dụng lên một mép tại mặt dưới dầm Các quỹ đạo chịu nén tạo nên một vòm với các tải trọng treo từ vòm đó ( hình 1.10b và 1.10c ), mẫu vết nứt như hình 1.10d thể hiện tải trọng được truyền từ trên nhờ cốt thép cho đến khi nó tác dụng lên vòm chịu nén, sau đó vòm truyền tải trọng xuống trụ đỡ

Biểu đồ tương tự được đưa ra trong hình 1.11 và các mô hình giàn cho thấy lực trong thanh giằng dọc sẽ không đổi dọc theo chiều dài của dầm cao Điều này có nghĩa là lực này phải được nén chặt lại tại các mối nối trên khắp các phản lực

Sự hư hỏng có liên quan đến phần trên là nguyên nhân chính gây ra sự cố trong dầm cao

Hình 1.11 Dầm cao chịu tải trọng mép đáy

1.3.3 Các mô hình giàn ảo đối với dầm cao

Hình 1.12 thể hiện mô hình dàn ảo đối với 1 dầm cao Các tải trọng phản lực, các thanh chống và giằng được bố trí sao cho các trọng tâm của mỗi cấu kiện giàn

và các đường tác dụng của tải trọng tác dụng từ bên ngoài trùng nhau từ mối nối Điều này cần thiết cho sự cân bằng mối nối, trong một dầm bêtông cốt thép, sự neo dầm sẽ được tiến hành hoàn chỉnh bằng các móc theo chiều thẳng đứng hoặc chiều nằm ngang,

hoặc trong các trường hợp cực hạn bằng tấm neo như đã thể hiện

Hình 1.12 Mô hình giàn ảo của một dầm cao

Ví dụ trong một dầm giản đơn với các cốt thép đai thẳng đứng, chịu tải trọng tác dụng giữa nhịp Đây là sự kết hợp của một vài giàn, một giàn sử dụng một thanh chống trực tiếp kéo dài từ tải trọng đến trụ đỡ Giàn này chịu lực cắt Vc Một giàn khác sử dụng các cốt thép đai như các cấu kiện chịu kéo thẳng đứng và có các quạt chịu nén dưới tải trọng và trên các phản lực, lực thẳng đứng trong mỗi cốt thép đai tính được bằng cách giả định là cốt thép đai đã chảy dẻo Thành phần lực thẳng đứng trong mỗi thanh chống chịu nén nhỏ phải bằng giới hạn chảy của cốt thép đai của nó để mối nối ở trong trạng thái cân bằng, không sử dụng cốt thép đai phía xa nhất, vì không thể kéo một thanh xiên chịu nén từ điểm đặt tải trọng đến đáy của cốt thép này không lấn vào thanh chống chịu nén trực tiếp

Hình 1.13 Dầm cao liên tục hai nhịp

Ví dụ hình vẽ 1.13a thể hiện mô hình giàn ảo cho một dầm liên tục hai nhịp Hơn nữa, Các thanh chống được thể hiện bằng phần đánh bóng đậm, tại trụ đỡ bên trong có hai giàn chịu tải trọng

Hình 1.14 Mô hình giàn ảo đối với một dầm liên tục hai nhịp

Giàn bên trên (hình1.14.b) sử dụng cốt thép đỉnh có lực kéo T2 và giàn bên dưới ( hình 1.14.c ) sử dụng cốt thép có lực kéo T1 Độ lớn của mỗi giàn có thể dựa trên hình dạng của các tam giác và các giá trị Ac.fy của cánh chịu kéo Độ lớn của dầm tìm được bằng cách cộng chúng lại với nhau, lực T1 và T2 neo tại các điểm chịu tải và trụ đỡ tại các tấm gối thực ra, các thanh cốt thép sẽ được neo bằng cách kéo dài hoặc móc vượt ra ngoài các vị trí của các tấm neo gối Lưu ý rằng các lực kéo T1 và T2 được giả định là không đổi giữa các tấm neo gối

1.3.4 Tính toán thiết kế, sử dụng các mô hình giàn ảo

Sự tính toán thiết kế dầm cao sử dụng mô hình giàn ảo bao gồm việc bố trí một giàn truyền các tải trọng cần thiết Một khi đã tìm ra được một giàn thỏa mãn, các mối nối và các cấu kiện của giàn phải được thiết kế chi tiết để truyền các lực cần thiết, các kích thước tổng thể của giàn phải đạt đến mức sao cho toàn bộ giàn vừa khít bên trong dầm và có lớp ngoài tương xứng

Các dầm cao liên tục là các cấu kiện rất cứng và theo đúng nghĩa là rất nhạy với độ lún không đều giữa các trục đỡ của chúng do sự chuyển dịch móng và do chiều cao không đều nhau giữa các cột đỡ dầm Giai đoạn đầu tiên trong tính toán thiết kế một dầm như vậy là ước tính vùng phản lực và sử dụng nó dể tính các đường bao lực cắt và momen, mặc dù có thể xảy ra sự phân bố lại momen và lực cắt nào đó nhưng tổng lượng sẽ bị giới hạn

Vấn đề quan trọng là lựa chọn mô hình đỡ tải trọng hướng của các thanh chống chịu nén trong mỗi nhịp chịu cắt phải cùng hướng chung của các ứng suất chính trong nhịp chịu cắt đó, các quỹ đạo ứng suất đã được đơn giản hóa sẽ thực sự hữu ích trong việc thiết lập mô hình giàn, các nghiên cứu đã đưa ra đề nghị rằng các

thanh chống nên được định hướng trong phạm vi ±15o

của các góc thể hiện trong các hình này

Khi có thể sử dụng được một vài giàn khác nhau, trong số đó, giàn nào có lượng cột thép ít nhất giàn đó được xem là mô hình hóa chính xác nhất trạng thái làm việc của một dầm bê tông Giàn này sẽ đạt đến các quỹ đạo ứng suất đàn hồi,

do độ cứng của hai loại vật liệu bê tông và cốt thép khác nhau

Nếu dầm đủ mảnh để các vùng quạt chịu nén tại tải trọng và trụ đỡ không chồng lên nhau, thì sẽ không tồn tại thanh chống chịu nén chính thay vào đó sẽ là một vùng chịu nén, trong trường hợp này góc của vùng chịu nén xác định được bằng cách sử dụng phương trình sau:

đó có thể tính được lực trong mỗi cấu kiện và từ đó tính toán được kích thước cần thiết đối với mỗi cấu kiện chịu nén để chịu các lực nén yêu cầu.Các thanh chống chịu nén sẽ chịu ứng suất fce Thông thường fce = 0,5 f’c trong các dầm cao

Trong giai đoạn này điều thiết yếu là giàn sẽ được vẽ theo tỷ lệ nhất định để thiết lập kích thước các phần tử thủy tĩnh tại giao điểm các cấu kiện giàn Khi điều này được thực hiện, độ nghiêng của một số thanh chống sẽ được thực hiện, độ nghiêng của một số thanh chống sẽ được thay đổi và tính toán lại lực trong thanh chống, sau đó mới đòi hỏi giàn phải vẽ lại theo tỉ lệ Quá trình này được lặp lại cho tới khi đạt được sự hội tụ, thường là một hoặc hai chu kỳ, khi quá trình này diễn ra, cốt thép được lựa chọn để đủ cung cấp trị số As.fy bằng hoặc lớn hơn các lực kéo trong mỗi cốt thép dài và trong các thanh giằng

Các thanh xiên chịu nén tỏa ra từ điểm đặt tải cắt các cốt thép đai tại cao độ trọng tâm của cốt thép đáy, do cần có sự thay đổi lực của cốt thép đáy để cân bằng

với thành phần của lực ngang trong thanh xiên chịu nén Lực trong cốt thép đáy bị giảm xuống tại mỗi thanh cốt thép đai nhờ thành phần ngang của thanh xiên chịu nén cắt nhau tại điểm đó, trong đó đường bậc thang thể hiện lực kéo hợp thành trong cốt thép đáy, lực kéo được tính toán từ lý thuyết dầm M/jd thể hiện bằng đường nét đứt

Có thể thiết kế dầm cao bằng mô hình giàn ảo Nên chú ý vị trí nút trên các gối đỡ Lượng cốt thép tối thiểu là 0,1% so với mặt cắt bê tông theo từng hướng nên được bố trí trên từng mặt

Mô hình giàn ảo là việc bố trí thép của một dầm cao trên hai gối được thể hiện

trên hình 1.15 Cánh tay đòn z nên đước lấy ở mức z = 0,6.l sao cho lực trong thanh biên chịu kéo vào khoảng Fs = 0,2q.l = 0,4A ( A : phản lực tại gối tựa )

Vùng gối của các dầm liên tục có thể được thiết kế bằng mô hình thể hiện trên hình 1.16 Theo hướng dẫn của FIP , thường thì cốt thép trên toàn bộ vùng gối nên

được tính toán với lực Fs = 0,2q.l và nên đước bố trí trên toàn bộ chiều cao 0,6l, lực trong thanh mạ chịu kéo nên lấy Fs = 0,16q.l ở tại đầu nhịp ( hình 1.16.a ) và Fs = 0.09.q.l ở các nhịp trung gian

Hình 1.15 Mô hình giàn ảo và sơ đồ bố trí cốt thép đối với dầm giản đơn

Hình 1.16 Mô hình giàn ảo và sơ đồ bố trí cốt thép đối với dầm liên tục

1.4 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC

Nghiên cứu về dầm cao bê tông ứng lực trước chưa được nghiên cứu phổ biến như dầm cao thường, dầm cao có khoét lỗ Một số nghiên cứu gần đây của Guo-Lin Wang

và Shao-Ping Meng năm 2008 đã góp phần làm sáng tỏ hơn về sự kết hợp giữa dầm cao bê tông cốt thép với căng cáp ứng lực trước, là những tư liệu, kiến thức quý giá làm nền tảng cho các nghiên cứu sâu hơn về dầm cao bê tông ứng lực trước

1.4.1 Giới thiệu về dầm cao bê tông ứng lực trước

Với xu hướng phát triển của công nghệ cũng như phù hợp yêu cầu về mặt kiến trúc, thẩm mỹ, kinh tế, cho công trình thì hệ kết cấu cột sẽ được giảm để tạo không gian kiến trúc với nhiều ưu điểm nổi trội giải quyết bài toán không gian sử dụng linh hoạt, dễ dàng cho việc bố trí không gian sử dụng phù hợp với công năng của kiến trúc công trình, giảm số lượng cột, chiều cao thông thủy hợp lý, dễ dàng bố trí các công năng sử dụng, ở Việt Nam kết cấu dầm cao được sử dụng nhiều cho các công trình khách sạn, chung cư, cầu ….các khu dưới của các tòa nhà thường được

bố trí bãi đỗ xe, nhà hàng, trung tâm thương mại, hội trường, công viên, showroom…hoạc các không gian mở theo yêu cầu kiến trúc Với không gian kiến trúc mở ở các tầng dưới và các hệ vách cột ở phía trên thì yêu cầu phải có một hệ kết cấu vượt nhịp lớn của các hệ tầng trên và hệ tầng dưới, vì vậy các giải pháp kết cấu dầm cao bê tông ứng lực trước này được sử dụng do yêu cầu kiến trúc của tòa nhà Các kết cấu dầm cao này phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật như cường độ cao, chịu uốn , chịu cắt, chịu kéo

1.4.2 Ưu, nhược điểm của dầm cao ứng lực trước

a Ưu điểm:

- Vượt nhịp lớn, giải quyết bài toán không gian kiến trúc,

- Tăng khả năng chịu lực của kết cấu,

b Nhược điểm:

- Kích thước hình học lớn so với kết cấu bê tông cốt thép thông thường

1.4.3 Các ứng dụng dầm cao bê tông ứng lực trước

- Giảm số lượng cột, dễ dàng bố trí các công năng sử dụng như trung tâm thương mại, hội trường, showroom, các không gian mở theo yêu cầu kiến trúc

- Kết cấu và nền móng ngoài khơi (bến cảng, nhà máy ven biển )

1.5 Kết luận chương

Trong chương này, tác giả luận văn đã đề cập một số vấn đề sau:

- Lý thuyết về mô hình giàn ảo

- Nêu được các phương pháp được sử dụng để lựa chọn mô hình giàn ảo hiệu quả

- Tổng quan về khái niệm và sự làm việc của dầm cao ứng lực trước

- Trong chương 2 tác giả sẽ tìm hiểu mô hình giàn ảo cho dầm cao ứng lực trước từ đó thiết lập quy trình thiết kế cho kết cấu dầm cao ứng lực trước

2.1 MÔ HÌNH GIÀN ẢO TÍNH TOÁN DẦM CAO ỨNG LỰC TRƯỚC

Theo thực tế sự dụng, mô hình dầm cao chịu 2 lực tập trung đang được sử dụng phổ biến (dầm chuyển đỡ 2 cột bên trên) Vì vậy, trong luận văn này tác giả chọn dầm cao chịu hai lực tập trung (với tỉ lệ a/d=1) để nghiên cứu mô hình tính

Khảo sát dầm cao chịu lực hai tập trung P Khoảng cách hai gối tựa là L, khoảng cách từ tải trọng tới vị trí gối tựa là a Chiều cao dầm là d, khoảng cách giữa hai vị trí đặt lực là a1

L

1

Hình 2.1 Dầm cao hai lực tập trung

Sử dụng phần mềm sap 2000 để phân tích để quan sát ứng suất nén chính trong dầm cao Từ đó thấy được đường truyền tải trọng ở trong bài toán dầm cao chịu hai lực tập trung

Hình 2.2 Ứng suất nén chính trong dầm cao với tỷ lệ a/d=0,5

Hình 2.3 Ứng suất nén chính trong dầm cao với tỷ lệ a/d=1

Hình trên cho thấy, trường hợp a/d= 0,5 đường tải trọng truyền trực tiếp từ vị trí đặt tải tập trung tới gối tựa Trường hợp a/d= 1 chúng ta thấy rõ đường truyền tải trọng không phải là đường truyền thẳng từ vị trí đặt tải trọng tới gối tựa Dựa vào phân tích ứng suất đàn hồi trong dầm cao và lực nén trước trong cáp, tác giả sẽ lựa chọn mô hình giàn áo như sau:

Hình 2.4 Sơ đồ giàn ảo hai lực tập trung chịu ứng lực trước

Theo kết quả ứng suất của phân tích đàn hồi và nguyên tắc năng lượng biến dạng tối thiểu theo biểu thức F Li i mi Minimum (Fi, Li, εmi là lực, chiều dài và biến dạng trung bình trong phần tử thanh thứ i của giàn ảo), một mô hình giàn ảo (MSTM) cho dầm cao ứng lực trước trên gối tựa đơn giản chịu 2 tải tập trung đối xứng như hình vẽ bao gồm nút A bên trên, nút B bên dưới, thanh chống chính AB, thanh chống thứ cấp AC và BC, thanh chống theo phương ngang và thanh giằng theo phương ngang

Hình 2.5 Mô hình giàn ảo hiệu chỉnh cho mô hình dầm cao ứng lực trước

Hiển nhiên, mô hình này không thể mang thêm bất kì tải trọng nào khi thanh chống chính AB bị nén vỡ mặt cho thanh chống thứ cấp AC và BC vẫn hoạt động hiệu quả Vì vậy, sự phá hoại của thanh chống AB xác định trạng thái tới hạn của

mô hình, trong khi đó các thanh chống thứ cấp chỉ có tác dụng chuyển tải Tuy nhiên, để đạt được khả năng chịu lực cao hơn, thì các phá hoại sớm, chẳng hạn như trượt của cáp, nên được ngăn chặn để đảm bảo thanh chống thứ cấp hoạt động cho đến khi hỏng mô hình giàn ảo