TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG GIAO THÔNG
BỘ MÔN KẾT CẤU XÂY DỰNG
BÀI GIẢNG
KẾT CẤU BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC
Chủ biên
Ngô Đăng Quang
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG GIAO THÔNG
BỘ MÔN KẾT CẤU XÂY DỰNG
BÀI GIẢNG
KẾT CẤU BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC
Chủ biên
Ngô Đăng Quang
3
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC ......................................... 7
1.1 KHÁI NIỆM VỀ BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC ................................................. 7
1.2 CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA DỰ ỨNG LỰC .................................... 10
1.3 CÁC KẾT CẤU BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC ĐIỂN HÌNH ............................ 12
1.4 SO SÁNH BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC VỚI BÊ TÔNG CỐT THÉP ............. 16
CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ DỰ ỨNG LỰC .............................................. 19
2.1 THUẬT NGỮ ........................................................................................... 19
2.1.1 Công nghệ ............................................................................................................................ 19
2.1.2 Dính bám ............................................................................................................................. 19
2.1.3 Vị trí của cốt dự ứng lực ...................................................................................................... 19
2.1.4 Cấp độ dự ứng lực ............................................................................................................... 20
2.2 CÁC HỆ THỐNG DỰ ỨNG LỰC ............................................................. 21
2.2.1 Cốt dự ứng lực ..................................................................................................................... 21
2.2.2 Ống gen ............................................................................................................................... 22
2.2.3 Neo 23
2.3 DỰ ỨNG LỰC CĂNG TRƯỚC................................................................ 24
2.3.1 Các thao tác tạo dự ứng lực căng trước ............................................................................... 24
2.3.2 Các cấu kiện dự ứng lực căng trước tiêu chuẩn ................................................................... 25
2.4 DỰ ỨNG LỰC CĂNG SAU ..................................................................... 27
2.4.1 Các thao tác tạo dự ứng lực căng sau .................................................................................. 27
2.4.2 Các hệ thống tạo dự ứng lực căng sau ................................................................................. 28
2.4.3 Bơm vữa cho các ống gen ................................................................................................... 35
2.4.4 Quỹ đạo của cốt dự ứng lực căng sau cho kết cấu dầm ....................................................... 36
2.5 CÁC MẤT MÁT DỰ ỨNG LỰC ............................................................... 40
2.5.1 Giới thiệu chung .................................................................................................................. 40
2.5.2 Mất mát do ma sát
pF
f
.................................................................................................... 41
2.5.3 Mất mát do biến dạng neo và sự trượt của cáp dự ứng lực với các thiết bị neo
pA
f
........ 45
2.5.4 Mất mát do co ngắn đàn hồi
pES
f
.................................................................................... 46
2.5.5 Mất mát do co ngót
pSR
f
.................................................................................................. 47
2.5.6 Mất mát do từ biến
pCR
f
.................................................................................................. 48
2.5.7 Mất mát do chùng của cốt dự ứng lực
pR
f
....................................................................... 49
2.5.8 Ví dụ về tính toán mất mát dự ứng lực do ma sát và biến dạng neo................................... 50
2.6 BÀI TẬP 53
CHƯƠNG 3 CỐT DỰ ỨNG LỰC .................................................................... 55
3.1 CÁC DẠNG CỐT THÉP .......................................................................... 55
3.2 QUAN HỆ ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG CỦA CỐT THÉP .......................... 58
4
3.3 SỰ CHÙNG CỦA THÉP DỰ ỨNG LỰC .................................................. 60
3.4 CÁC ĐẶC TÍNH MỎI CỦA CỐT THÉP .................................................... 63
3.5 CÁC ĐẶC TÍNH NHIỆT CỦA CỐT THÉP ................................................ 65
3.6 CÁC ĐẶC TÍNH DÍNH BÁM CỦA CỐT THÉP ......................................... 65
CHƯƠNG 4 ỨNG XỬ CHỊU LỰC CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC ........ 68
4.1 ỨNG XỬ CHỊU UỐN ............................................................................... 68
4.2 ỨNG XỬ CHỊU CẮT ................................................................................ 70
4.3 ỨNG XỬ CHỊU XOẮN .............................................................................. 72
4.4 ỨNG XỬ CHỊU KÉO ................................................................................ 74
CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN NỘI LỰC TRONG BÊ TÔNG DO DỰ ỨNG LỰC ... 75
5.1 GIỚI THIỆU CHUNG ............................................................................... 75
5.2 TÁC ĐỘNG CỦA DỰ ỨNG LỰC LÊN BÊ TÔNG .................................... 75
5.3 NỘI LỰC TRONG BÊ TÔNG CỦA DẦM TĨNH ĐỊNH DO DỰ ỨNG LỰC . 78
5.4 NỘI LỰC TRONG BÊ TÔNG CỦA DẦM SIÊU TĨNH DO DỰ ỨNG LỰC . 81
CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN ỨNG XỬ CHỊU LỰC CỦA CÁC CẤU KIỆN BÊ TÔNG DỰ
ỨNG LỰC 88
6.1 CẤU KIỆN CHỊU LỰC DỌC .................................................................... 88
6.1.1 Giới thiệu ............................................................................................................................. 88
6.1.2 Các điều kiện tương thích về biến dạng .............................................................................. 88
6.1.3 Các điều kiện cân bằng ........................................................................................................ 90
6.1.4 Tính toán ứng xử của cấu kiện chịu lực dọc trục................................................................. 90
6.1.5 Xem xét các tác động dài hạn .............................................................................................. 96
6.1.6 Tính toán ứng xử dài hạn của cấu kiện C ............................................................................ 97
6.1.7 So sánh các ứng xử ngắn hạn và dài hạn ........................................................................... 100
6.1.8 Ứng xử đàn hồi trước khi bê tông nứt ............................................................................... 101
6.1.9 Ví dụ tính toán ứng xử đàn hồi chưa nứt ........................................................................... 103
6.2 CẤU KIỆN CHỊU UỐN ........................................................................... 106
6.2.1 Giới thiệu ........................................................................................................................... 106
6.2.2 Các điều kiện tương thích .................................................................................................. 107
6.2.3 Các điều kiện cân bằng ...................................................................................................... 108
6.2.4 Tính toán ứng xử chịu uốn ................................................................................................ 109
6.2.5 Tính toán ứng xử dài hạn ................................................................................................... 113
6.2.6 Ứng xử đàn hồi trước khi nứt ............................................................................................ 116
6.2.7 Ví dụ tính toán ứng xử trong giai đoạn đàn hồi chưa nứt .................................................. 120
6.2.8 Tính toán độ vồng và độ võng ........................................................................................... 125
6.2.9 Ví dụ tính toán độ vồng và độ võng .................................................................................. 128
6.2.10 Xem xét đến quá trình thi công – Kết cấu liên hợp .................................................. 132
6.2.11 Tính toán biến dạng do co ngót và thay đổi nhiệt độ không đều .............................. 139
6.2.12 Đánh giá khả năng chịu mỏi ..................................................................................... 144
6.2.13 Các cấu kiện dự ứng lực không dính bám ................................................................. 146
6.2.14 Ví dụ tính toán dầm bê tông dự ứng lực không dính bám ........................................ 148
5
6.3 BÀI TẬP 153
CHƯƠNG 7 THIẾT KẾ KHÁNG UỐN .......................................................... 160
7.1 GIỚI THIỆU ........................................................................................... 160
7.2 CÁC CHỈ DẪN THIẾT KẾ TỔNG QUÁT ................................................ 160
7.3 ỨNG SUẤT CHO PHÉP TRONG CỐT DỰ ỨNG LỰC .......................... 161
7.4 ỨNG SUẤT CHO PHÉP TRONG BÊ TÔNG.......................................... 163
7.5 TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT TRONG BÊ TÔNG ......................................... 166
7.6 VÍ DỤ VỀ TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT TRONG BÊ TÔNG ......................... 171
7.7 KHỐNG CHẾ NỨT ................................................................................ 175
7.8 TÍNH TOÁN ĐỘ VỒNG VÀ ĐỘ VÕNG .................................................. 176
7.9 MÔ MEN KHÁNG .................................................................................. 176
7.9.1 Xác định ứng suất trong cốt dự ứng lực theo Tiêu chuẩn ACI 318-05 ............................. 178
7.9.2 Xác định ứng suất trong cốt dự ứng lực và chiều cao vùng bê tông chịu nén theo Tiêu
chuẩn 22 TCN 272-05 ....................................................................................................... 181
7.9.3 Mô men kháng ................................................................................................................... 185
7.10 YÊU CẦU VỀ TÍNH DẺO ....................................................................... 185
7.11 QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ .......................................................................... 187
7.12 CÁC XEM XÉT BỔ SUNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP .......................... 195
7.13 VÍ DỤ THIẾT KẾ DẦM SÀN CHỮ T KÉP () ...................................... 199
7.14 VÍ DỤ THIẾT KẾ BẢN SÀN MỘT CHIỀU DỰ ỨNG LỰC KÉO SAU ...... 205
CHƯƠNG 8 THIẾT KẾ KHÁNG CẮT VÀ XOẮN ........................................... 215
8.1 GIỚI THIỆU CHUNG ............................................................................. 215
8.2 THIẾT KẾ KHÁNG CẮT ........................................................................ 215
8.2.1 Sức kháng cắt của bê tông trong các cấu kiện bê tông dự ứng lực .................................... 215
8.2.2 Ví dụ về tính toán lực cắt gây nứt nghiêng ........................................................................ 218
8.2.3 Thiết kế kháng cắt theo mô hình của Tiêu chuẩn ACI 318-05 .......................................... 221
8.2.4 Thiết kế kháng cắt theo mô hình của Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 .................................... 223
8.2.5 Ví dụ thiết kế kháng cắt theo mô hình của Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 ........................... 228
8.3 THIẾT KẾ KHÁNG XOẮN ..................................................................... 234
8.3.1 Tính toán mô men xoắn gây nứt ........................................................................................ 234
8.3.2 Ví dụ tính toán ứng xử chịu xoắn trước khi nứt ................................................................ 235
8.3.3 Phương pháp thiết kế cấu kiện chịu xoắn, cắt và uốn đồng thời ....................................... 236
8.3.4 Ví dụ thiết kế dầm chịu xoắn, cắt và uốn đồng thời .......................................................... 237
CHƯƠNG 9 THIẾT KẾ CẤU TẠO ................................................................. 242
9.1 BỐ TRÍ CỐT DỰ ỨNG LỰC TRÊN MẶT CẮT NGANG ......................... 242
9.1.1 Chiều dày lớp bê tông bảo vệ ............................................................................................ 242
9.1.2 Khoảng cách giữa các cốt dự ứng lực................................................................................ 243
9.2 KIỀM CHẾ CỐT DỰ ỨNG LỰC ............................................................. 245
9.3 CÁC XEM XÉT ĐẶC BIỆT CHO VÙNG NEO ........................................ 248
9.3.1 Khái niệm về vùng neo ...................................................................................................... 248
9.3.2 Vùng neo của các cấu kiện dự ứng lực kéo sau ................................................................. 249