Chuyên đề Thép: KẾT CẤU THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC
Page 1
KẾT CẤU THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC
Bài 1: KHÁI NIỆM CHUNG
1.1 Bản chất và hiệu quả của phương pháp ứng suất trước
- Tạo trong kết cấu ứng suất ngược với ứng suất do tải trọng gây ra.
Mục đích:
+ Tăng khả năng chịu lực của kết cấu ( giảm chi phí vật liệu)
+ Giảm biến dạng cuối cùng của kết cấu.
Ví dụ:
Dây căng thép cường độ cao
Sơ đồ và sự làm việc của thanh tổ hợp ứng suất trước
Về mặt chịu lực:
Xét thanh tổ hợp chịu kéo:
K
1
K
K
2
P
0
0
1
0
2
R
1
R
2
l
P
A
2
A
1
Chuyên đề Thép: KẾT CẤU THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC
Page 2
- Khả năng chịu lực của thanh :
+ Chưa có ứng suất trước: đoạn OK, lực kéo đạt đến cường độ tính toán của
vật liệu R1: P1 = A1.R1
+ Khi thanh có ứng suất trước, khả năng chịu lực của thanh là:
P2 = A1(R1 + ).
Trong đó: A1 diện tích tiết diện các thanh
Nhận xét: P2 > P1
- Nếu đồng thời ứng suất trong dây căng đạt đến cường độ tính toán của vật
liệu thì giới hạn bền của thanh là:
P2 = A1.R1 + A2.R2
P2 = A1.R1(1 + )
Trong đó:
A2: diện tích tiết diện dây căng.
;
(1 + hệ số tăng khả năng chịu lực của kết cấu ứng suất trước.
Thường = (4 5) lần nhưng giá thành thép cường độ tăng khoảng (2,5 3) lần
so với thép thường.
Dùng kết cấu ứng suất trước tiết kiệm vật liệu, giá thành kết cấu ứng lực trước
thấp hơn so với kết cấu thường.
Về mặt biến dạng:
Khi tạo ứng suất trước , thanh có biến dạng ngược
Khi chịu tải trọng, biến dạng thanh triệt tiêu biến dạng ban đầu , sau đó mới
xuất hiện biến dạng do tải trọng gây ra do đó biến dạng của thanh sẽ nhỏ đi.
P
1
P
2
0
| |
-
P
K
K
1
Chuyên đề Thép: KẾT CẤU THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC
Page 3
1.2. Các phương pháp tạo ứng suất trước.
1. Dùng dây căng bằng thép cường độ cao.
- Năng lượng của dây căng trước được tích lũy trong thanh cứng (thanh cũng được
UST) và gây nên ứng suất ngược dấu với ứng suất do tải trọng gây ra. Khi chịu tải trọng
cả dây căng và tải trọng cùng làm việc.
Sử dụng: dầm, dàn, khung
2. Dùng phương pháp chuyển vị cưỡng bức gối tựa.
PP
PP
M0
M0
3
2
1
Trong các kết cấu siêu tĩnh( dầm, dàn, khung, vòm) gây chuyển vị cưỡng bức gối
tựa có thể tạo nên ứng suất trước nhằm điều chỉnh hợp lý nội lực trong kết cấu.
3. Gây ứng suất kéo trước các cấu kiện mãnh để tạo độ cứng cho chúng.
P
1
0
=0
0
=0
a
N=P
1
/2cos
a
P
1
N=P
1
/4cos
a
0
| |
P
P
1
P
2
E
1
E
2
Chuyên đề Thép: KẾT CẤU THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC
Page 4
Các cấu kiện mãnh như cáp, thép tấm, bó sợi, thép thanh thường chỉ chịu được lực
kéo và không có khả năng chịu nén nhưng nếu cho chúng chịu kéo trước thì các kết cấu
này có thể chịu được lực nén trong giới hạn triệt tiêu lực kéo ban đầu.
H.a: chỉ có thanh kéo làm việc
H.b: cả thanh kéo và thanh nén cùng làm việc.
Nội lực trong thanh chịu kéo giảm đi 2 lần.
4. Phương pháp gây biến dạng đàn hồi các bộ phận kết cấu.
Khi kiểm tra thì chỉ cần kiểm tra khả năng chịu nén của thép vì bản thân thép chịu
kéo rất tốt, tấm thép chịu kéo làm tăng ổn định thanh cánh trên.
Bài 2: VẬT LIỆU, CẤU TẠO CỦA DÂY CĂNG VÀ BỘ PHẬN NEO.
2.1 Cấu tạo của vật liệu dây căng.
1. Cáp thép:
a) b) c) d)
a) Cáp một bó sợi; b) Cáp 7 bó ( các bó có đường kính như nhau);
c) Cáp 7 bó (các bó có đường kính khác nhau); d) Cáp bọc lò xo
Tấm
Tấm
a)
b)
+
σ
0
+
σ
0
+
σ
0
-
σ
0
Chuyên đề Thép: KẾT CẤU THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC
Page 5
- Cáp thép được bện từ sợi thép cường độ cao có đường kính 0.4 ÷ 6 mm
+ Xây dựng dân dụng: đường kính sợi 1,5mm
+ Xây dựng cầu đường: đường kính sợi
- Các sợi thép có thể để sáng hoặc mạ kẽm.
2. Dây căng là bó sợi cường độ cao.
- Dây gồm các sợi thép cường độ cao có đường kính từ 3 8mm, thường dùng 3
5mm. Các sợi thép bố trí song song có thể tạo thành tiết diện hình ống.
3. Thanh căng là thép tròn, đặc.
- Thanh căng thường làm bằng thép gia công nhiệt, đường kính 10 40mm.
Ưu điểm: rẻ, cấu tạo đơn giản, dễ bảo vệ chống ăn mòn.
Nhược điểm: chiều dài hạn chế ( 15m), khi hàn tăng chiều dài thì giảm cục bộ
độ bền của thép.
2.2. Bộ phận neo:
Neo dùng để giữ dây căng, liên kết dây căng với thanh cơ bản để đảm bảo liên kết
giữa chúng, tùy loại dây căng, tùy độ lớn của lực trong dây căng mà dùng các loại neo
khác nhau.
1. Neo cốc:
45°
d
2d
3.5d
4.5÷5d
12
3
Hình: Neo cốc dùng cho cáp
1) Cốc; 2) Ốc tựa(gối); 3) Cáp
- Ưu điểm: có độ tin cậy cao khi làm việc
- Nhược điểm: chế tạo phức tạp
2. Neo chêm:
- Với bó sợi cường độ cao dùng neo chêm vỏ trụ thép, trong có lỗ hình nón có các
rãnh.
- Khi căng, sợi thép được đặt vào các rãnh, đặt chêm vào vỏ neo, dùng kích 2
chiều kéo dây và ép chêm để kẹp chặt sợi thép.