Phân tích kết cấu khung-dầm bê tông cốt thép ứng lực trước có xét đến ảnh hưởng của lực căng cáp
MỞ ĐẦU
Bê tông cốt thép ứng lực trước (ƯLT) được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi tại hầu hết các nước tiên tiến trên thế giới từ hơn 50 năm nay. Ở Việt Nam, công nghệ bê tông ƯLT đã được sử dụng khá phổ biến từ sau những năm 70,80, đặc biệt là trong lĩnh vực xây dựng công trình giao thông.Hiện nay, kết cấu bê tông ƯLT đang được sử dụng rộng rãi trong công trình xây dựng dân dụng, đặt biệt là trong cáccông trình cao tầng, các trung tâm thương mại dịch vụ, văn phòng, các công trình cần không gian lớn,nhịp lớn…vv. Việc sử dụng kết cấu bê tông ứng lực trước giúp cho kiến trúc sư có thể dễ dàng đề xuất được những ý tưởng, giải pháp thiết kế độc đáo cho công trình của mình.
Kết cấu bê tông ƯLT có nhiều ưu điểm như khả năng chịu lực cao hơn cấu kiện bê tông cốt thép (BTCT) có cùng tiết diện; hạn chế được biến dạng, khe nứt, tăng độ bền của kết cấu; giảm kích thước tiết diện, tiết kiệm được khối lượng vật liệu, giảm trọng lượng bản thân, giảm chi phí cho nền móng…vv. Ngày nay, bê tông ƯLT đã trở một công nghệ đem lại các giải pháp kết cấu hợp lý, hiệu quả kinh tế cao, đáp ứng được các yêu cầu kiến trúc, thẩm mỹ.
Trong cấu kiện bê tông ƯLT, người ta đặt vào một lực nén trước tạo bởi việc kéo cốt thép rồi gắn chặt nó vào bê tông thông qua lực dính hoặc neo, nhờ tính đàn hồi cốt thép có xu hướng co lại và sẽ tạo nên lực nén trước, lực nén trước này gây nên ứng suất nén trước trong bê tông và sẽ triệt tiêu hay làm giảm ứng suất kéo do tải trọng tác dụng gây ra, do vậy hạn chế sự phát triển của vết nứt trong kết cấu bê tông.
Kết cấu khung-dầm BTCT ƯLT ngày càng được ứng dụng rộng rãi cho nhiều ưu điểm vượt trội so với kết cấu BTCT thường. Việc “Phân tích kết cấu khung-dầm bê tông cốt thép ứng lực trước có xét đến ảnh hưởng của lực căng cáp” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
- Mục tiêu nghiên cứu
– Tìm hiểu sự làm việc của kết cấu bê tông ƯLT.
– Phân tích kết cấu khung-dầm bê tông cốt thép ƯLT.
– Phân tích ảnh hưởng lực căng cáp đến nội lực và ứng suất trong kết cấu khung-dầm ứng lực trước cho nhà dân dụng nhịp lớn.
– Đối tượng nghiên cứu: kết cấu khung-dầm bê tông ƯLT trong nhà dân dụng nhịp lớn.
– Phạm vi nghiên cứu: kết cấu khung-dầm ƯLT làm việc theo sơ đồ phẳng, bỏ qua ảnh hưởng lực căng cáp giữa các tầng, xem như các tầng căng cáp đồng thời.
Nghiên cứu lý thuyết về bê tông ứng lực trước, các tiêu chuẩn hiện hành và các tài liệu liên quan. Ứng dụng vào phân tích kết cấu khung-dầm bê tông cốt thép ứng lực trước với số liệu cụ thể.
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước.
Chương 2: Tính toán kết cấu khung – dầm bê tông cốt thép ứng lực trước căng sau.
Chương 3: Áp dụng phân tích kết cấu khung-dầm ứng lực trước cho trung tâm tiệc – hội nghị ” THE ADORA” -TP. Hồ Chí Minh.
Kết Luận và Kiến nghị
TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC
SƠ LƯỢC QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN KẾT CẤU BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC
Năm 1886, P.H. Jackson, một kỹ sư người San Francisco, đã giành được bằng sáng chế nhờ việc buộc chặt các sợi dây thép vào bêtông khi thi công sàn nhà bằng phương pháp cuốn vòm. Vào năm 1888, C.E.W.Doehring người Đức, cũng đã nhận được bằng sáng chế nhờ việc tạo nên lực kéo trước vào kim loại đặt trong bêtông trước khi chất tải cho bản sàn. Những sáng chế kể trên đã không đạt được thành công vì ứng lực trong cốt thép sớm bị mất mát do sự co ngót và từ biến của bêtông. [4] [10]
Năm 1923, F. Emperger (Áo) đã sáng tạo phương pháp quấn dây thép căng để làm ống bêtông chịu áp lực. Dây thép căng sử dụng loại có cường độ từ 160MPa đến 800 MPa.[4] [8]
Công nghệ ứng lực trước căng sau không bám dính được R.H.Dill (Mỹ) đề xuất vào năm 1925.Ông sử dụng cốt thép cường độ cao có phủ ngoài chất chống dính, sau khi bêtông đóng rắn thì tiến hành kéo căng và dùng êcu chốt cố định ở hai đầu.Sau đó, vào năm 1927, R.Farber (Mỹ) nhận được chứng nhận bản quyền về phương pháp ứng lực trước có cốt thép căng có thể trượt trong bêtông.Lúc đó, phương pháp chống bám dính giữa bêtông và cốt thép căng là phủ lên bề mặt cốt thép một lớp bột đá hoặc là đặt cốt thép căng vào trong ống cứng.[4] [8]
Năm 1928, sự phát triển của bêtông ƯLT hiện đại thực sự được khởi đầu bởi E. Freyssinet, người Pháp, ông chỉ ra rằng kết cấu bê tông ƯLT phải sử dụng thép cường độ cao và bê tông cường độ cao.Đây là một sự đột phá về lý thuyết kết cấu bêtông ứng lực trước.Từ đó, việc nghiên cứu kết cấu bêtông ứng lực trước bắt đầu đi vào giai đoạn kết hợp nghiên cứu tính chất của vật liệu.[4] [8][10]
Năm 1938, E.Hoyer người Đức đã nghiên cứu thành công phương pháp căng trước dựa vào sự bám dính giữa dây thép nhỏ cường độ cao (đường kính 0,5 – 2mm) và bêtông chứ không phải dựa vào sự truyền lực đầu neo. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu này người ta có thể sản xuất đồng thời nhiều thanh cấu kiện ở trên bệ dài hàng chục mét.Năm 1939, Freyssinet đã phát triển các neo có dạng nêm hình côn và các kích thủy lực hai chiều, vừa kéo cốt thép, vừa đẩy cho các nêm dạng côn lồng vào nhau tạo nên một kiểu neo rất chắc chắn.Năm 1940, giáo sư người Bỉ G. Magnel cùng đã sáng chế ra một hệ thống mang tên ông, trong đó hai sợi dây thép được kéo căng đồng thời và được neo bởi các nêm kim loại ở hai đầu.[4] [8] [10]
Song song với việc hoàn thiện các công nghệ gây ứng lực trước – căng trước (căng trên bệ) hay căng sau (căng trên bê tông) các công trình nghiên cứu về lý thuyết tính toán cũng được tiến hành ở nhiều nước.
Các viện nghiên cứu kết cấu bê tông, thuộc Viện hàn lâm khoa học xây dựng Liên Xô trước đây đã đạt nhiều thành công trong lĩnh vực lý thuyết, thực nghiệm và triển khai các công nghệ sản xuất, ứng dụng các dạng kết cấu bê tông ứng lực trước trong công trình xây dựng. Các nhà khoa học Xô Viết A.A. Gvodiep, B.B. Mikhailop, P.L. Pasternac,… từ năm 1930 đã công bố những công trình đầu tiên trên thế giới về kết cấu bê tông ứng lực trước. B.B.Mikhailop đã thành công trong hàng loạt công trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm các kết cấu bê tông ứng lực trước đúc sẵn theo phương pháp ly tâm cho cột, trụ, ống cao áp.., và đến năm 1940 đã đưa vào ứng dụng máy căng thép liên tục gây ứng lực trước cho các thành bể, tháp chứa cỡ lớn. [6][8]
Từ sau đại chiến thế giới thứ II (1945), bêtông ứng lực trước bắt đầu được sử dụng rộng rãi. Lúc bấy giờ ở châu Âu do chiến tranh tàn phá, nền công nghiệp, giao thông, thành phố có nhu cầu cấp thiết được phục hồi tu bổ, do đó vật liệu thép trở nên khan hiếm. Một số công trình trước đây sử dụng kết cấu thép, đều chuyển sang thay thế bằng kết cấu bêtông ứng lực trước. Trong vòng mấy năm cả Tây Âu và Đông Âu kết cấu bêtông ứng lực trước đều đạt được sự phát triển mạnh mẽ. Phạm vi sử dụng cũng được mở rộng từ cầu, cống và nhà xưởng công nghiệp cho đến các lĩnh vực công trình xây dựng dân dụng.
Tại châu Âu kết cấu bê tông ƯLT phát triển nhanh chóng ở Pháp, Bỉ, rồi đến Anh, Đức, Thụy Sĩ, Hà Lan. Trong gần 500 cầu được xây dựng ở Đức 1949-1953 đã có 350 cầu bê tông ứng lực trước. Ở Liên Xô trước đây và CH Liên Bang Nga hiện nay các cấu kiện bê tông đúc sẵn như tấm sàn từ 6m, dầm, sàn khẩu độ từ 18m trở lên đều quy định dùng bê tông ứng lực trước. Trong các nhà máy bê tông đúc sẵn thường sử dụng các bệ đúc có chiều dài từ 30m đến 180m rất thuận tiện cho chế tạo hàng loạt cấu kiện bê tông ứng lực trước theo công nghệ căng trước.[6] [8]
Những kết cấu có khẩu độ lớn tới 100m tỏ ra rất hiệu quả khi dụng bê tông ƯLT.
Tại Mỹ chú trọng ứng dụng bê tông ƯLT vào xây dựng các bể chứa nhiên liệu có dung tích từ 10.000m3 trở lên.
Công nghệ căng cốt thép cũng ngày một được 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 cho 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 thước lưới cột, hoặc giảm chiều dày sàn, khối lượng thép cũng được giảm đáng kể. Các ô sàn phẳng không dầm khẩu độ tới 15,6m mà chiều dày bê tông ứng lực trước không quá 15cm đã sớm được ứng dụng ở Mỹ. Trong phương pháp thi công bằng hệ kích nâng sàn bê tông ứng lực trước đúc sẵn, mỗi tấm sàn phẳng có trọng lượng từ 300 tấn đến 800 tấn cũng được áp dụng phổ biến ở châu Âu.[6] [8]
Hệ kết cấu IMS có xuất xứ từ cộng hòa liên bang Nam Tư trước đây rồi phát triển đến các nước khác trong đó có Cuba. Hệ này được hợp thành từ các cấu kiện bê tông đúc sẵn và được gây ứng lực trước bằng việc căng thép dọc theo các trục lưới cột sau khi hoàn thành phần lắp ghép từng tầng.[6] [8]
Ngoài nhà cửa, bê tông ứng lực trước còn sử dụng hiệu quả trong việc xây dựng các kết cấu chuyên dụng như đường băng cho máy bay hạng nặng, các tháp vô tuyến truyền hình chiều cao lớn, vỏ lò phản ứng hạt nhân,…vv.
Ở châu Á nhất là các nước trong khu vực, các kết cấu bê tông ƯLT được ứng dụng phổ biến một phần nhờ đã sản xuất được các loại thép cường độ cao, các loại cáp ứng lực trước, các loại neo và phụ kiện kèm theo phù hợp với các tiêu chuẩn tiên tiến, có giá thành hợp lý như Trung Quốc, Singapore, Indonexia, Thái Lan,… Chẳng hạn ở Indonexia có tới 80% khối lượng kết cấu sàn nhà cao tầng được sử dụng bê tông ứng lực trước. Nhiều ngôi nhà 30 – 40 tầng xây dựng ở Thái Lan được sử dụng hệ sàn phẳng không dầm bê tông suất lực trước. [6] [8]
Ngôi ngà 41 tầng Parnpat Centre có diện tích sàn 56000m2 với 12 tầng, hầm dùng làm gara ô tô và dịch vụ công cộng đều dùng bê tông ƯLT với kết cấu sàn phẳng có chiều dày 16cm đến 20cm và hệ dầm bản rộng chiều cao 45cm cho khẩu độ tới 13m.
Ngay ở Mỹ là nước thường xây dựng nhà cao tầng bằng kết cấu thép kể cả sàn, nhưng gần đây cũng đã xây dựng một chung cư 52 tầng với 10000m2 sàn bê tông ứng lực trước (toàn nhà Santa Maria condominimum).
 |
Tháp CN cao 553m và sân vận động SkyDome ở Toronto |
|  |
Giàn khoan dầu bằng bê tông dự ứng lực | |
Tại Singapore ngoài các chung cư, khách sạn, trụ sở cao tầng còn dùng sàn bê tông ƯLT trong công trình bệnh viện, trường học với lưới cột thông dụng 8mx8m.
Những ngôi nhà cao tầng ở Hồng Kông được xây dựng với các thể loại kết cấu chịu lực khá độc đáo với việc sử dụng các tầng cứng (tầng chuyển) bê tông ƯLT. Tầng chuyển có chiều cao 5m đỡ khối cao tầng đặt trên nó.
ỨNG DỤNG KẾT CẤU BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC Ở VIỆT NAM
Kết cấu bê tông ƯLT được nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam khá sớm, từ những năm 60 thế kỉ 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 ƯLT đầu tiên do các nhà thiết kế và xây dựng Việt Nam thực hiện từ những năm 1960. Sau hai công trình thí điểm này kết cấu bêtông ứng lực trước ở nước ta tiếp tục phát triển trong ngành xây dựng cầu và trong xây dựng dân dụng và công nghiệp với những đặc thù riêng.
Trong xây dựng cầu, trước năm 1990 đã thực hiện việc chế tạo các dầm khẩu độ lớn phục vụ cho các công trình cầu lớn mà điển hình là cầu Thăng Long. Trong giai đoạn gần đây (sau 1990) trong xây dựng cầu ngoài việc chế tạo các hệ dầm đúc sẵn nhịp lớn, công nghệ bêtông ứng lực trước căng sau đang được áp dụng cho các kết cấu cầu nhịp lớn theo phương pháp đúc đẩy và đúc hẫng. Hiện nay phần lớn các cầu bêtông đang được xây dựng ở nước ta đều ứng dụng công nghệ ứng lực trước.[6] [8]
|  |
Dầm bê tông ứng lực trước đúc sẵn | |
Trong xây dựng dân dụng và công nghiệp, việc nghiên cứu ứng dụng kết cấu bêtông ứng lực trước có thể được chia ra hai giai đoạn: [4] [6] [8]
– Giai đoạn trước 1996
– Giai đoạn từ 1996 trở lại đây:
Giai đoạn trước 1996
Trong giai đoạn trước 1996 việc nghiên cứu ứng dụng kết cấu bêtông ứng lực trước trong xây dựng dân dụng và công nghiệp ở nước ta chủ yếu tập trung vào tìm kiếm công nghệ thích hợp để chế tạo các cấu kiện như panel, dầm nhỏ, dàn vì kèo mái nhà công nghiệp…
Tại miền Nam thời kỳ trước năm 1975 đã có những xưởng đúc dầm bê tông ƯLT, đặt biệt đã sử dụng bê tông ƯLT vào xây dựng 8 thủy đài (hình 1.5) có dung tích lớn tại Sài Gòn. Các công trình này do các công ty của Pháp thiết kế và xây dựng, tư vấn giám sát là Hàn Quốc, rất tiếc cả 8 thủy đài này đều không đảm bảo chất lượng thi công và không thể đưa vào sử dụng từ đó đến nay.
 Thủy đài khổng lồ nằm trong Trung tâm Văn hóa quận 5 bị bỏ hoang từ 1975 đến nay |  Thủy đài dưới chân cầu vượt Quang Trung (quận 12)  Bên trên có nhiều lỗ thủng lớn, chân thủy đài nhiều chỗ bị nứt |
Thủy đài sử dụng bê tông ƯLT TP.HCM
Công trình khách sạn Thắng Lợi (hình 1.15) quà tặng của nhân dân Cuba được xây dựng từ năm 1973. Đây là 2 dãy nhà nhiều tầng đầu tiên được sử dụng hệ kết cấu bê tông ƯLT lắp ghép tại Việt Nam. Các tấm sàn, tấm tường, dầm đều dùng bê tông ứng lực trước được đúc sẵn tại Cuba và chuyên chở trên quãng đường dài nửa vòng trái đất đến lắp ghép trên mặt nước Hồ Tây thơ mộng của Hà Nội trong những năm đất nước còn chiến tranh.
Khách sạn Thắng Lợi
Giai đoạn từ 1996 đến nay
Từ năm 1996 đến nay đã có sự thay đổi trong hướng nghiên cứu ứng dụng kết cấu bêtông ứng lực trước trong ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp ở nước ta.Trong giai đoạn này, nghiên cứu kết cấu bêtông ứng lực trước gắn liền với việc đưa công nghệ của thế giới vào ứng dụng cho các công trình với quy mô lớn. Đánh dấu cho hướng nghiên cứu ứng dụng này là dự án khoa học công nghệ “ứng dụng công nghệ bêtông ứng lực trước cho kết cấu sàn nhà và silô” mang mã số P01-1996. Dự án P01-1996 đã được thực hiện trong giai đoạn 1996 – 1998. Thông qua việc thực hiện dự án các kỹ sư của Việt Nam đã tiếp thu được công nghệ bêtông ứng lực trước của thế giới và đưa vào ứng dụng thực tế. Có thể xem đây là điểm khởi đầu cho việc ứng dụng rộng rãi kết cấu bêtông ứng lực trước trong xây dựng dân dụng và công nghiệp trên phạm vi cả nước.
Trước đây một vài dự án nhà cao tầng ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh do các công ty nước ngoài thiết kế kết cấu sàn bê tông ứng lực trước căng sau. Từ năm 1995 khi công trình nhà điều hành đại học Quốc Gia Hà Nội được công ty tư vấn xây dựng dân dụng Việt Nam – Viện Khoa Học Công nghệ xây dựng và công ty xây dựng số 9 – Bộ xây dựng lần đầu tiên đã thiết kế, giám sát và thi công thành công 9 tầng sàn phẳng không dầm bê tông ứng suất theo công nghệ căng sau đánh dấu bước phát triển mới trong lĩnh vực xây dựng nhà cao tầng ở Việt Nam.
Trong xây dựng công trình công nghiệp sản xuất xi măng hàng loạt các xi lô, tháp chứa trong các nhà máy xi măng Hoàng Thạch, Sao Mai, Hà Tiên, Bút Sơn đều có đường kính lớn từ 24 đến 30m và cao tới 63m đều được thiết kế dùng bê tông ứng lực trước căng sau. Nhờ vậy chiều dày thành xi lô giảm đáng kể so với các si lô dùng bê tông thường ( từ 40cm – 50cm giảm xuống còn 20 – 25 cm). Trước đây công tác thiết kế và gây ƯLT, các si lô chứa xi măng đều do các hãng nước ngoài thực hiện, đến nay các đơn vị thi công ngành xây dựng đã hoàn toàn làm chủ được các công nghệ căng cáp cũng như đổ bê tông các tháp chứa xi măng cỡ lớn bằng ván khuôn trượt.
|
Hệ thống xilo nhà máy ximăng Bút Sơn có kết cấu thành là bê tông ƯLT căng sau(1997) |
Cho đến nay nhiều nhà cao tầng, các công trình công nghiệp, công trình công cộng đã và đang được các đơn vị thiết kế xây dựng trong nước sử dụng công nghệ bê tông ứng lực trước ngày càng có hiệu quả.
Trung tâm thông tin thương mại hàng hải quốc tế 21 tầng trong đó có 2 tầng hầm với tổng diện tích trên 10000m2. Hệ khung công xon có độ dài vươn tới 8m và 12m đỡ khán đài cung thể thao tổng hợp Quần Ngựa Hà Nội, các chung cư cao tầng 27 Huỳnh Thúc Kháng, nhà A4, B4 làng quốc tế Thăng Long,., cũng như nhiều cao ốc xây dựng tại thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Vinh, Vũng Tàu,… đều sử dụng bê tông ứng lực trước căng sau.
Có thể nói kết cấu bê tông ƯLT đã và đang là một giải pháp không thể thiếu trong ngành xây dựng khắp nơi trong cả nước và trên thế giới.
CÁC CÔNG NGHỆ GÂY ỨNG LỰC TRƯỚC
Công nghệ căng trước
Công nghệ căng trước hay còn gọi là phương pháp căng trên bệ được thực hiện bằng biện pháp căng các loại cốt thép cường độ cao đặt trong phạm vi khuôn đúc cấu kiện. Cốt đã được căng phải được neo và chốt hai đầu vào 2 mố tuyệt đối cứng theo phương tác động của lực căng. Công tác lắp đặt các cốt thép thường, các chi tiết đặt sẵn và đổ bêtông cấu kiện được tiến hành trong khi các thanh cốt thép được giữ trong trạng thái bị căng. Khi bê tông đạt 80-90% cường độ chịu nén thiết kế mới được cắt hai đầu cốt căng khỏi mố neo.Lực co lại của các thanh cốt thép được truyền vào bêtông gây ra ứng lực trước. Các thanh cốt thép căng có thể có dạng thẳng hoặc gấp khúc. Việc tạo hình gấp khúc cho các thanh cốt thép căng được thực hiện nhờ các móc neo liên kết với bệ căng hoặc khuôn. [4] [6]
Công nghệ căng trước khi đổ bê tông thường được sử dụng trong các xưởng hoặc bãi đúc các sản phẩm bê tông lắp ghép. Sử dụng công nghệ căng trước trong các công xưởng cho phép sản xuất hàng loạt các cấu kiện với chất lượng được kiểm soát chặt chẽ. Nếu bê tông được chưng hấp trong điều kiện nhiệt – ẩm cao thì sau 24 đến 36 giờ bê tông có thể đạt mọi cấp độ bền thiết kế. Nhờ ứng dụng công nghệ mới này từ năm 2000 đến nay hàng loạt chung cư cao tầng và các nhà công nghiệp nhiều tầng, các công trình công cộng như sân vận động, nhà để xe ngầm khẩu độ lớn đã được Công ty cổ phần bê tông và xây dựng Vinaconex Xuân Mai, sản xuất và lắp dựng với hiệu quả kinh tế, kỹ thuật, năng suất, chất lượng cao.[6]
Công nghệ căng sau
Phương pháp căng sau, hay còn gọi là phương pháp căng trên bêtông, thép ƯLT được đặt sẵn trong cấu kiện khi bê tông đạt đủ cường độ thiết kế, thép ƯLT được căng và neo vào đầu cuối của cấu kiện.
Phương pháp căng sauđược thực hiện từng bước như sau :[4] [6] [10]
– Tiến hành lắp đặt cốt thép thường, các chi tiết đặt sẵn, các ống (rãnh) để đặt cốt thép căng và đổ bêtông
– Lắp đặt các thanh cốt thép căng vào các ống (rãnh) chừa sẵn (có thể đặt sẵn cốt thép căng ngay từ đầu)
– Tiến hành căng cốt thép và neo giữ không cho nó co lại bằng các thiết bị neo (các thiết bị neo làm nhiệm vụ truyền lực do cốt thép bị căng gây ra lên bêtông, gây ra cho bêtông ứng lực trước)
– Tiến hành bơm vữa vào các ống (rãnh) để bảo vệ cốt thép căng và tạo ra sự liên tục giữa cốt thép căng và phần bêtông.
Phương pháp căng sau thuận lợi cho trường hợp không có bệ căng, thích hợp để sản xuất các cấu kiện lớn tại hiện trường và các kết cấu bêtông ứng lực trước được thi công tại chỗ ngay trên công trình.
Khi căng cốt thép theo phương pháp căng sau, thường không cần đến bệ căng hoặc tường chịu lực mà tỳ ngay thiết bị căng lên bêtông. Chính vì vậy, nên phương pháp này còn được gọi là phương pháp căng trên bêtông.
Tùy thuộc vào loại kết cấu, loại cốt thép và phương pháp thi công trong công nghệ căng sau còn được phân biệt như sau:
Phương pháp căng trong và căng ngoài kết cấu
Cốt thép căng của kết cấu bêtông ứng lực trước có thể được bố trí ở trong bêtông, nhưng cũng có thể được bố trí ngoài tiết diện bêtông của kết cấu.Khi cốt thép căng được bố trí ngoài tiết diện bêtông người ta gọi là bêtông ứng lực trước căng ngoài tiết diện, còn khi cốt thép căng được bố trí trong tiết diện bêtông người ta gọi là bêtông ứng lực trước căng trong tiết diện. [4]
Phương pháp căng ngoài tiết diện thường được sử dụng để gia cường kết cấu.Trong trường hợp này cốt thép căng được liên kết với bêtông qua các mấu neo.Các mấu neo vừa làm nhiệm vụ truyền ứng lực trước từ cốt thép căng vào bêtông vừa làm nhiệm vụ định vị cốt thép căng.Hình ảnh về bêtông ứng lực trước căng ngoài tiết diện được thể hiện trên hình 1.14. [4]
Phương pháp căng ngoài tiết diện bêtông được áp dụng phổ biến cho các kết cấu mặt cầu dạng hộp.Trong các kết cấu này các thanh cốt thép căng được đặt trong bụng dầm (trong hộp).Trong hộp dầm người ta làm các vách ngang bêtông cốt thép tại các vị trí nhất định để liên kết và định vị cốt thép căng. [4]
Điểm mạnh của phương pháp căng ngoài là có thể kiểm tra, bổ sung ứng lực trước hoặc thay thế cốt thép căng khi cần thiết.
 Căng trong |  Căng ngoài |
Cách đặt cốt thép ứng lực trước trong kết cấu
Phương pháp căng sau dùng cáp có bám dính
Đây là dạng kết cấu ứng lực trước căng sau, sử dụng cả lực bám dính giữa cốt thép ứng lực trước với kết cấu bê tông, lẫn phản lực ép mặt đầu neo để giữ ứng lực trước. Loại này còn gọi là kết cấu bê tông ứng lực trước căng sau có bám dính. Cốt thép được đặt trong ống bao. Ống bao bằng nhựa, nhôm hay thép được đặt trong kết cấu bê tông.
Cấu tạo bộ neo cáp ứng lực trước
Tiến hành tạo kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước căng sau như dạng không liên kết. Nhưng sau khi căng cốt thép đến ứng suất thiết kế, thì tiến hành bơm (hồ) vữa xi măng với áp lực cao vào trong lòng các ống bao để vừa tạo lớp vữa bảo vệ cốt thép vừa tạo môi trường truyền ứng lực bằng lực bám dính giữa cốt thép với vữa xi măng đông kết, ống bao và kết cấu bê tông bên ngoài.
Việc kiểm tra độ đầy chặt vữa xi măng trong ống bao được tiến hành hànggiờ nhờ có các đầu ống kiểm tra cắm vào trong ống bao. Bơm vữa áp lực cao tới khi phun đầy vữa ra các đầu thăm dò này có thể biết vữa đã chứa đầy trong ống cáp đến đoạn nào của kết cấu.
|
|
Bơmvữaxi măng
Sau khi căng cáp ứng lực trước xong thì bắt đầu bơm vưa, vữa được bơm vào gồm xi măng với một số phụ gia hóa học, trong đó chủ yếu là phụ gia hóa dẻo và phụ gia trương nở. Vữa được bơm từ đầu này và tràn lên đầu bên kia. Sau khi thấy vữa tràn lên đầu bên kia thì dùng túi nilông đóng chèn vào bịt lỗ, bó cáp đã được bơm vữa xi măng.
Khoantạolỗkhiốngbịtắc
Trong trường hợp, quá trình bơm vữa gặp sự cố tắc ống gen. Khi đó, vữa xi măng sẽ không bơm qua tới đầu bên kia được. Cách xử lý trong trường hợp này là phải khoan ở giữa đường bơm ống để tạo lỗ và vữa sẽ tràn lên theo lỗ này, có nghĩa là ống này phải bơm thành 2 lần ở 2 phía.
Đây là dạng kết cấu bê tông ứng lực trước căng sau cải tiến, có nhiều ưu điểm . Áp dụng cho kết cấu đúc tại chỗ tại hiện trường, mà ít gặp rủi ro do tổn hao ứng lực trước tại đầu neo.
Phương pháp căng sau dùng cáp không bám dính (cáp có vỏ bọc)
Đây là loại kết cấu ứng lực trước được thi công căng cốt thép sau khi hình thành kết cấu nhưng trước khi chịu tải và sử dụng phản lực đầu neo hình côn tại các đầu của cốt thép ứng lực trước để truyền áp lực ép mặt sang đầu kết cấu bê tông (gây ứng lực trước). Phương pháp này, không dùng lực bám dính giữa bê tông và cốt thép để tạo ứng lực trước, nên còn gọi là ứng lực trước căng sau không bám dính (kết cấu bê tông ứng lực trước dùng cáp không dính kết).
Cốt thép được lồng trong ống bao có chứa mỡ bảoquản chống rỉ, và được đặt bình thường vào trong khuôn đúc bê tông mà chưa được căng trước. Sau đó đổ bê tông vào khuôn thường như chế tạo kết cấu bê tông cốt thép thông thường. Đến khi kết cấu bê tông cốt thép đạt cường độ nhất định đủ để chịu được ứng lực căng thì mới tiến hành căng cốt thép ứng lực trước. Cốt thép được kéo căng cốt thép dần dần bằng máy kéo ứng lực trước đến giá trị ứng suất thiết kế, nhưng vẫn nằm trong giới hạn đàn hồi của cốt thép ứng lực trước. Sau mỗi hành trình kéo thép, cốt thép lại được buông ra khỏi máy kéo, lúc đó cốt thép có xu hướng co lại vì tính đàn hồi. Nhưng do các đầu cốt thép (một trong hai hay cả hai đầu) được giữ lại bởi neo3 lá hình côn nằm trong hốc neo hình côn bằng thép bịt ở hai đầu kết cấu bê tông, mà biến dạng đàn hồi này của cốt thép được chuyển thành phản lực đầu neo dạng áp lực ép mặt của má côn thép truyền sang đầu kết cấu bê tông (tạo ra ứng lực trước).
Nhờ đó kết cấu bê tông được uốn vồng ngược với khi làm việc. Khi đạt đến ứng lực trướcthiếtkếthìmớichokếtcấuchịutảitrọng(cholàmviệc). Cốt thép ứng lực trước có thể là dạng thanh, dạng sợi cáp hay bó cáp. Mỗi sợi cốt thép ứng lực trước được tự do chuyển động trong lòng ống bao bằng nhựa có mỡ bôi trơn, mà không tiếp xúc với bê tông. Giữa bê tông và cốt thép không hề có lực bám dính.
Phương pháp này thuận lợi cho việc thi công tại hiện trường. Ứng dụng cho các kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước đổ tại chỗ. Tuy vậy, nhược điểm của phương pháp này là chỉ dựa vào các đầu neo để giữ ứng lực trước. Nếu các đầu neo này bị hỏng thì ứng lực trước trong cốt thép sẽ mất, kết cấu trở thành kết cấu bê tông thông thường, không đảm bảo chịu lực nữa.
Phương pháp gây ứng lực trước toàn phần và không toàn phần
Kết cấu bêtông ứng lực trước được thiết kế sao cho trong các giai đoạn chịu lực không xuất hiện ứng suất kéo trong bệtông được gọi là kết cấu bêtông ứng lực trước toàn phần ; trường hợp cho phép xuất hiện ứng suất kéo gọi là kết cấu bêtông ứng lực trước không toàn phần, hay ứng lực trước một phần. [4]
Trong kết cấu ứng lực trước không toàn phần, khi thiết kế các kết cấu có khẩu độ lớn hay chịu tải trọng sử dụng lớn nhưng tác động không thường xuyên, việc phải tính toán với các tổ hợp nội lực bất lợi thường phải bố trí số lượng lớn cốt thép ứng lực trước. Kết quả là sau khi đã được truyền ứng lực trước mà kết cấu mới chịu một phần tải trọng tính toán sẽ xảy ra hiện tượng kết cấu có độ vồng lớn sẽ ảnh hưởng đến quá trình sử dụng.Cho nên thay vì phải đưa toàn bộ cốt thép ƯLT vào kết cấu, ta có thể đưa một lượng cốt thép thường (không căng) vào cùng chịu lực. [6]
Phân tích kết cấu khung-dầm bê tông cốt thép ứng lực trước có xét đến ảnh hưởng của lực căng cáp
F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LUAN VAN 2014\LUAN VAN KY THUAT\LUAN VAN LOP K26 XDDD\VO HA TUAN
