BỘ GIÁO DỤ C VÀ ĐÀO TẠ O
TRƯ Ờ NG ĐẠ I HỌ C MỎ -ĐỊA CHẤ T
BÀI GIẢ NG HỌ C PHẦ N
BÊ TÔNG CỐ T THÉP
Ứ NG LỰ C TRƯỚ C
CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰ NG DÂN DỤ NG VÀCÔNG NGHIỆ P
SỐTÍN CHỈ:02
NGƯ Ờ I BIÊN SOẠ N:ThS. TĂNG VĂN LÂM
BỘ MÔN :KỸ THUẬ T XÂY DỰ NG
HÀ NỘ I, THÁNG 05 NĂM 2012
ĐẠ I HỌ C MỎ -ĐỊA CHẤ T KHOA XÂY DỰ NG
Bộ môn kỹ thuậ t xây dự ng Trang 1
MỤ C LỤ C
Nộ i dung Trang
Mụ c lụ c ...................................................................................................................... 1
Chư ơ ng 1 Đạ i cư ơ ng về bê tông cố t thép ứ ng lự c trư ớ c ....................................... 3
1.1. Khái niệ m....................................................................................................3
1.2. Lịch sử ra đờ i củ a bê tông cố t thép ứ ng lự c trư ớ c......................................4
1.2.1. Quá trình phát triển củ a vậ t liệ u bê tông ứ ng lự c trư ớ c ....................5
1.3. Nguyên lý làm việ c .....................................................................................6
1.4. Phân loạ i kế t cấ u bê tông ứ ng lự c trư ớ c .....................................................8
1.4.1. Theo thờ i điể m căng thép ứ ng lự c trư ớ c...........................................8
1.4.2. Theo vị trí đặ t thép ứ ng lự c trư ớ c:..................................................12
1.4.3. Theo đặ c điể m thép ứ ng lự c trư ớ c: .................................................13
1.4.4. Theo cách đặ t thép ứ ng lự c trư ớ c trong cấ u kiệ n: ..........................13
1.4.5. Theo hình dạ ng cấ u kiệ n ứ ng lự c trư ớ c: .........................................13
1.4.6. Theo mứ c độ hạ n chế ứ ng suấ t kéo trong cấ u kiệ n: .......................13
1.5. Mộ t số công nghệ khác tạ o ứ ng lự c trư ớ c ................................................14
1.5.1. Sử dụ ng xi măng nở tạ o ứ ng lự c trư ớ c trong bê tông .....................14
1.5.2. Dùng kích ép ngoài để tạ o ứ ng lự c trư ớ c .......................................14
1.6. Ư u – khuyế t điể m củ a bê tông cố t thép ứ ng lự c trư ớ c .............................14
1.6.1. Ư u điể m ..........................................................................................14
1.6.2. Như ợ c điể m ....................................................................................16
1.6.3. Các giai đoạ n chịu tả i củ a bê tông cố t thép ứ ng lự c trư ớ c .............16
1.6.4. Phư ơ ng pháp gây ứ ng lự c trư ớ c trong kế t cấ u bê tông ...................16
1.6.5. Phạ m vi ứ ng dụ ng ...........................................................................16
Chư ơ ng 2 Vậ t liệ u và cấ u tạ o ................................................................................ 18
2.1. Vậ t liệ u chế t tạ o ........................................................................................18
2.1.1. Bê tông cư ờ ng độ cao .....................................................................18
2.1.2. Vữ a..................................................................................................20
2.1.3. Ố ng gen...........................................................................................21
2.1.4. Thép ứ ng lự c trư ớ c .........................................................................21
2.2. Hệ thố ng căng trư ớ c và thiế t bị .................................................................24
2.2.1. Định nghĩa.......................................................................................24
2.2.2. Các giai đoạ n căng trư ớ c ................................................................25
2.2.3. Ư u điể m và như ợ c điể m củ a phư ơ ng pháp căng trư ớ c ...................26
2.2.4. Thiế t bị căng trư ớ c ..........................................................................26
2.3. Phư ơ ng pháp căng sau (căng trên bê tông)...............................................28
2.3.1. Định nghĩa.......................................................................................28
2.3.2. Các giai đoạ n căng sau ...................................................................29
2.3.3. Ư u khuyế t điể m củ a phư ơ ng pháp căng sau...................................30
2.3.4. Thiế t bị căng sau .............................................................................30
ĐẠ I HỌ C MỎ -ĐỊA CHẤ T KHOA XÂY DỰ NG
Bộ môn kỹ thuậ t xây dự ng Trang 2
Chư ơ ng 3 Các chỉ dẫ n tính toán cơ bả n ............................................................... 32
3.1. Mở đầ u ......................................................................................................32
3.2. Trị số ứ ng suấ t trong cố t thép và trong bê tông........................................33
3.3. Sự hao ứ ng suấ t trong kế t cấ u bê tông cố t thép ứ ng lự c trư ớ c .................34
3.3.1. Định nghĩa.......................................................................................34
3.3.2. Phân loạ i .........................................................................................35
3.4. Tính toán chịu kéo trung tâm ....................................................................39
3.4.1. Các giai đoạ n củ a trạ ng thái ứ ng suấ t.............................................39
3.4.2. Tính toán cấ u kiệ n chịu kéo trung tâm. ..........................................42
3.5. Cấ u kiệ n chịu uố n .....................................................................................43
3.5.1. Các giai đoạ n củ a trạ ng thái ứ ng suấ t .............................................43
3.5.2. Tính toán cấ u kiệ n chịu uố n............................................................45
Chư ơ ng 4 Các phư ơ ng pháp tính toán sàn bê tông ứ ng lự c trư ớ c .................... 48
4.1. Các quan niệ m phân tích kế t cấ u bê tông ứ ng lự c trư ớ c ..........................48
4.1.1. Quan niệm thứ nhấ t.........................................................................48
4.1.2. Quan niệ m thứ hai...........................................................................48
4.1.3. Quan niệ m thứ ba............................................................................48
4.2. Các phư ơ ng pháp tính toán nộ i lự c trong sàn phẳ ng ................................51
4.2.1. Phư ơ ng pháp phân phố i trự c tiế p....................................................51
4.2.2. Phư ơ ng pháp khung tư ơ ng đư ơ ng ..................................................54
4.2.3. Phư ơ ng pháp phầ n tử hữ u hạ n ........................................................56
4.3. Thiế t kế sàn bê tông ứ ng lự c trư ớ c vớ i lư ớ i cộ t đề u đặ n ..........................57
4.4. Mô hình cáp trong phư ơ ng pháp cân bằ ng tả i trọ ng .................................63
4.5. Thiế t kế sàn bê tông ứ ng lự c trư ớ c vớ i lư ớ i cộ t ngẫ u nhiên .....................64
4.5.1. Quy trình thiế t kế ............................................................................66
Chư ơ ng 5 Thí dụ tính toán .................................................................................... 68
Thí dụ như sau: ................................................................................................68
5.1. Vậ t liệ u......................................................................................................68
5.2. Tiế t diệ n các cấ u kiệ n ...............................................................................68
5.3. Tả i trọ ng tác dụ ng lên sàn.........................................................................69
5.4. Tính hao ứ ng suấ t .....................................................................................69
5.5. Hình dạ ng cáp ...........................................................................................69
5.6. Kiể m tra ứ ng suấ t trong sàn......................................................................72
5.6.1. Lúc buông neo ................................................................................72
5.6.2. Trong giai đoạ n sử dụ ng .................................................................74
5.6.3. Đặ t cố t thép thư ờ ng ........................................................................76
5.6.4. Kiể m tra khả năng chịu lự c.............................................................76
5.6.5. Kiể m tra độ võng ............................................................................77
Tài liệ u tham khả o…………………………………………….………….…..….77
ĐẠ I HỌ C MỎ -ĐỊA CHẤ T KHOA XÂY DỰ NG
Bộ môn kỹ thuậ t xây dự ng Trang 3
Chư ơ ng 1 ĐẠ I CƯ Ơ NG VỀ BÊ TÔNG CỐ T THÉP Ứ NG
LỰ C TRƯỚ C
1.1. Khái niệ m
Trên dầ m mộ t nhịp, ta đặ t vào mộ t lự c nén trướ c N (Hình 1.1.a) và tả i trọ ng sử
dụ ng P (Hình 1.1.b). Dướ i tác dụ ng củ a tả i trọ ng P, ở vùng dướ i củ a dầ m xuấ t hiệ n
ứ ng suấ t kéo. Như ng do ả nh hư ở ng củ a lự c nén trư ớ c N, trong vùng dướ i đó lạ i suấ t
hiệ n ứ ng suấ t nén. Ứ ng suấ t nén trư ớ c này sẽ triệ t tiêu hoặ c làm giả m ứ ng xuấ t kéo
do tả i trọ ng sử dụ ng Pgây ra. Để cho dầ m không bị nứ t, ứ ng xuấ t tổ ng cộ ng trong
vùng dướ i không đượ c vư ợ t quá cư ờ ng độ bị kéo Rkcủ a bê tông.
a) Khi chịu lự c nén N đặ t ở đầ u dầ m; b) khi chịu tả i trọ ng sử dụ ng P
Hình 1.1. Sự làm việ c củ a dầ m bê tông cố t thép
Để tạ o ra lự c nén trướ c N đó, ngư ờ i ta căng cố t thép rồ i gắ n chặ t nó vào bê tông
thông qua lự c dính hoặ c neo. Nhờ tính chấ t đàn hồ i, cố t thép có xu hư ớ ng co lạ i và
sẽ tạ o nên lự c nén trướ c N. Như trư ớ c khi tả i trọ ng sử dụ ng P, Cố t thép đã bị căng
trướ c còn bê tông thì đã bị nén tr ướ c.
Kế t cấ u bê tông cố t thép ứ ng lự c trư ớ c, còn gọ i làkế t cấ u bê tông cố t thép ứ ng
lự c trư ớ c, hay bê tông tiề n áp, hoặ c bê tông dự ứ ng lự c (tên gọ i Hán Việ t) là kế t cấ u
bê tông cố t thép sử dụ ng sự kế t hợ p ứ ng lự c căng rấ t cao củ a cố t thépứ ng lự c trư ớ c
và sứ c chịu nén củ a bê tông để tạ o nên trong kế t cấ u nhữ ng biế n dạ ng ngư ợ c vớ i khi
chịu tả i, ở ngay trư ớ c khi chịu tả i. Nhờ đó nhữ ng kế t cấ u bê tông này có khả năng
chịu tả i trọ ng lớ n hơ n kế t cấ u bê tông thông thư ờ ng, hoặ c vư ợ t đư ợ c nhữ ng n hịp
hay khẩ u độ lớ n hơ n kế t cấ u bê tông cố t thép thông thư ờ ng
ĐẠ I HỌ C MỎ -ĐỊA CHẤ T KHOA XÂY DỰ NG
Bộ môn kỹ thuậ t xây dự ng Trang 4
1.2. Lịch sử ra đờ i củ a bê tông cố t thép ứ ng lự c trư ớ c
Các phư ơ ng pháp truyề n thố ng tạ o ứ ng lự c trư ớ c cho các kế t cấ u thông dụ ng:
thùng lề u gỗ , thùng rư ợ u gỗ .
Đai dây song giằ ng quanh thùng lề u gỗ
Đai thép giằ ng quanh thùng rư ợ u gỗ
Hình 1.2. Ứ ng lự c trướ c củ a mộ t số dụ ng cụ
Bê tông cố t thép ứ ng lự c trư ớ c trong thờ i kỳ sơ khở i
Hình 1.3. Bê tông ứ ng suấ t lự c trư ớ c thế kỷ 19
Bê tông cố t thép ứ ng lự c trư ớ c ở thờ i kỳ sơ khai đãđư ợ c nghiên cứ u từ thế
kỷ 19, tuy nhiêu các kế t quả thu đư ợ c không hoàn toàn thành công. Điề u đó đư ợ c
thể hiệ n qua các hiệ n tư ợ ng:
+ Khả năng chịu lự c củ a cấ u kiệ n này giả m theo thờ i gian.
+ Co ngót và từ biế n củ a bê tông làm giả m hiệ u quả củ a ứ ng lự c trư ớ c.
Giả i pháp khắ c phụ c các như ợ c điể m trên là:
+ Dùng thép cư ờ ng độ cao để làm cố t thép ứ ng lự c trư ớ c.
+ Dùng bê tông cư ờ ng độ cao