Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công Nghip Bài ging: Prof. Robert J. Frosch
Môn hc: K't C(u Bê Tông C,t Thép Nâng Cao Biên d/ch: PhD H1 H2u Ch3nh
Chương 12: KI9M SOÁT N=T TRONG BTCT CH?U UAN
Chương 12: KIM SOÁT NT TRONG BTCT CHU UN
12.1 KHÁI QUÁT:
KiBm soát nEt là mGt v(n ñI quan trng bKi hai lý do chính, thOm mP và ñG bIn.
ThE nh(t, các v't nEt rGng làm gim giá tr/ din mQo k't c(u và cũng có thB gây
cnh báo vUi công luVn rWng k't c(u hình như có v(n ñI. ThE hai, các v't nEt rGng
có thB gây cho ñG bIn công trình các v(n ñI không t,t. V't nEt cung c(p mGt con
ñưZng ñB không khí, nưUc, và clo ti'p xúc nhanh vUi c,t thép, mà có thB d]n ñ'n s
ăn mòn và làm hư h`ng k't c(u. ðB ch,ng ăn mòn, nhiIu kP sư ñã qui ñ/nh rõ lUp bê
tông bo v dày hơn mà c k't qu nghiên cEu và thc t' ñã kiBm chEng ñúng. Tuy
nhiên ñã phát hin rWng phương pháp thi't k' ch,ng nEt thông thưZng, thưZng ñưdc
xem như là phương pháp zffactor (MP), không thB thc hin ñưdc thi't k' vUi lUp
bo v dày hơn.
Các nghiên cEu ñã ñưdc thc hin ñB kho sát vai trò ch,ng nEt cia lUp bê tông bo
v và ñB cung c(p các công c kiBm soát nEt trong các k't c(u có lUp bo v dày
hơn. Frosch ñã phát triBn mGt phương pháp tính toán chiIu rGng nEt da trên hin
tưdng vVt lý. Ngoài ra, mGt phuơng pháp thi't k' ñI ngh/ mUi ñưdc trình bày mà r,t
cuGc d]n nh2ng thay ñji trong tiêu chuOn xây dng mUi ACI 318f99.
ðB áp dng ñúng phương pháp thi't k' mUi này, quan trng là bi't rõ cơ sK lý luVn
phát triBn phương pháp ñó cũng như các giUi hQn áp ñot trên nó. Ví d như trong
ACI 318f99 các ñiIu khon này không dành cho thi't k' k't c(u K các môi trưZng
khpc nghit hay thi't k' ch,ng th(m. q ñây trình bày các giUi hQn và cung c(p các
công c áp dng phương pháp thi't k' mUi cho các k't c(u chuyên dng. Ngoài ra,
vic kiBm soát nEt k't c(u dùng vVt liu gia cưZng mUi cũng ñưdc kho sát chi ti't.
12.2 CƠ S LÝ LUN:
ðB hiBu các giUi hQn cia phương pháp thi't k' hin hành (ACI 318f99), hãy xem xét
lQi cơ sK lý luVn cia nó. Như ñã nêu, nghiên cEu cia Frosch ñã phát triBn mGt
phương pháp tính xác ñ/nh chiIu rGng khe nEt da trên hin tưdng vVt lý. Tóm lưdc
mô hình vVt lý trình bày dưUi ñây:
Hình 1: Mô hình chiIu rGng khe nEt.
Như ñã trình bày K hình 1, chiIu rGng khe nEt tQi v/ trí thép có thB ñưdc tính như
sau:
csc
Sw ε= (12f1)
Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công Nghip Bài ging: Prof. Robert J. Frosch
Môn hc: K't C(u Bê Tông C,t Thép Nâng Cao Biên d/ch: PhD H1 H2u Ch3nh
Chương 12: KI9M SOÁT N=T TRONG BTCT CH?U UAN
vUi:
wc = chiIu rGng khe nEt εs = bi'n dQng thép = fs / Es
Sc = khong cách khe nEt fs = Eng su(t thép
Es = mô ñun ñàn h1i thép
12.2.1 BiBu ñ1 bi'n dQng: (ε)
ðB xác ñ/nh chiIu rGng khe nEt (wc) trên bI mot dwm, cwn loQi b` gradian bi'n dQng.
Trong hình 2, gradian bi'n dQng ñưdc trình bày vUi gi thi't rWng các mot phxng v]n
phxng sau khi bi'n dQng. ChiIu rGng khe nEt tính theo công thEc (12f1) có thB ñưdc
nhân vUi h s, khuy'ch ñQi (β) tính ñ'n gradian bi'n dQng. H s, β ñưdc tính bWng:
cd
ch
1
2
−
−
=
ε
ε
=β (12f2)
Hình 2: BiBu ñ1 bi'n dQng (ε).
12.2.2 Khong cách khe nEt: (S
c
)
Hình 3: Khong cách khe nEt tUi hQn.
Da trên k't qu cia Broms, khong cách khe nEt trưUc h't ph thuGc vào lUp bê
tông bo v lUn nh(t. ðoc bit, khong cách nEt lý thuy't nh` nh(t sy bWng khong
cách tz ñiBm mà tQi ñó khong cách nEt ñưdc xem xét ñ'n tâm c,t thép gwn diBm ñó
nh(t. Ngoài ra, khong cách nEt max bWng 2 lwn khong cách này. Như minh ha
trong hình 3, khong cách khe nEt tUi hQn có thB xy ra tQi hai v/ trí, và khong cách
nEt tính bWng:
∗
Ψ= dS
sc
(12f3)
Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công Nghip Bài ging: Prof. Robert J. Frosch
Môn hc: K't C(u Bê Tông C,t Thép Nâng Cao Biên d/ch: PhD H1 H2u Ch3nh
Chương 12: KI9M SOÁT N=T TRONG BTCT CH?U UAN
vUi:
S
c
= khong cách khe nEt
d
∗
= khong cách lUp bê tông bo v kiBm soát
Ψ
s
= h s, khong cách nEt
= 1,0 cho khong cách nEt nh` nh(t
= 1,5 cho khong cách nEt trung bình
= 2,0 cho khong cách nEt lUn nh(t
12.2.3 KiBm soát khe nEt:
Da trên mô hình vVt lý, phương trình tính chiIu rGng khe nEt max là :
4
s
d
E
f
2w
2
2
c
s
s
c
+β=
(12f4)
Phương trình này có thB xpp x'p lQi ñB tìm khong cách c,t thép cho phép max (s):
2
c
2
s
sc
d
f2
Ew
2s −
β
= (12f5)
vUi:
s
= khong cách c,t thép cho phép max w
c
= chiIu rGng khe nEt giUi hQn
E
s
= mô ñun ñàn h1i cia thép E
s
= mô ñun ñàn h1i cia thép
f
s
= Eng su(t cia thép d
c
= lUp bêtông bo v ñáy ño tz tâm thép th(p nh(t
VUi bI rGng nEt tUi hQn và Eng su(t thép cho trưUc, khong cách thép có thB ñưdc vy
như hàm s, cia lUp bê tông bo v. =ng su(t thép dùng trong phương trình (12f5)
tương Eng vUi Eng su(t thc cia thép mà ñiBn hình là Eng su(t do ti s~ dng gây
ra. MGt cách khác, Eng su(t bWng 60 % giUi hQn chy thép (f
y
) xem như tương Eng
vUi ti trng s~ dng.
H s, β thay ñji khi lUp bo v tăng. Da trên quan sát ñánh giá các ti't din thay
ñji lUp bo v, giá tr/ h s, β ≈ 1,0 + 0,08d
c
ñưdc xem như là tiên ñoán hdp lý.
Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công Nghip Bài ging: Prof. Robert J. Frosch
Môn hc: K't C(u Bê Tông C,t Thép Nâng Cao Biên d/ch: PhD H1 H2u Ch3nh
Chương 12: KI9M SOÁT N=T TRONG BTCT CH?U UAN
Hình 4: K't qu thi't k' nEt (thép có f
y
= 60 ksi).
Hình 4 K trên ñưdc vy cho thép có giUi hQn chy f
y
=
60 ksi (vUi f
s
= 36 ksi ; E
s
=
29000 ksi). Trong hình này, các ñưZng cong biBu diBn cho 2 bI rGng khe nEt w
c
khác nhau (0,016” và 0,021”). BI rGng nEt w
c
=
0,016” (=
0,4mm) tương Eng vUi giá
tr/ cho phép cia ACI 318f95 cho k't c(u trong nhà, trong khi w
c
=
0,021”(=
0,5mm)
tương Eng vUi 1/3 gia tăng giá tr/ cho phép. MGt s gia tăng 1/3 bI rGng nEt có thB
ch(p nhVn ñưdc do tính phân tán c, h2u cia bI rGng nEt và vì phương trình (12f5)
tính cho bI rGng nEt max.
12.3 PHƯƠNG PHÁP THI!T K! C"A FROSCH
:
Da trên vic xem xét tz mô hình vVt lý, Frosch ñã ñI ngh/ mGt ñưZng cong thi't k'
ñơn gin ñưdc vy trong hình 4 ñB tính khong cách thép max theo công thEc (12f6)
dưUi ñây:
s
s
c
s
12
3
d
212s α≤
α
−α=
(12f6)
vUi:
c
s
s
f
36 γ=α
d
c
= chiIu dày lUp bo v ño tz thU ch/u kéo ngoài cùng ñ'n tâm c,t thép gwn nh(t
(
inch
).
s = khong cách c,t thép max (
inch
). α
s
= h s, gia cưZng.
γ
c
= h s, lUp phi c,t thép.
= 1,0 cho c,t thép thưZng.
≥ 1,5 cho c,t thép phi epoxy
f
s
= Eng su(t tính toán tQi ti s~ dng, l(y bWng 0,6f
y
(
ksi
).
Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công Nghip Bài ging: Prof. Robert J. Frosch
Môn hc: K't C(u Bê Tông C,t Thép Nâng Cao Biên d/ch: PhD H1 H2u Ch3nh
Chương 12: KI9M SOÁT N=T TRONG BTCT CH?U UAN
12.4 PHƯƠNG PHÁP THI!T K! C"A TIÊU CHU'N ACI 318)99
:
Phương pháp Frosch ñI ngh/ K trên ñã ñưdc ACI s~a ñji tz dQng công thEc g,c ban
ñwu và tQo ra phương trình thi't k' trong tiêu chuOn ACI 318f99 như sau (xem phwn
10.6.4):
≤−=
s
c
s
f
36
12c5,2
f
540
s
(12f7)
vUi:
s = khong cách tâmfñ'nftâm c,t thép ch/u kéo khi u,n gwn thU ch/u kéo ngoài cùng
nh(t (
inch
),
khi ch3 có mGt thanh thép gwn thU ch/u kéo ngoài cùng nh(t, s là chiIu rGng cia
mot ch/u kéo ngoài cùng.
f
s
= Eng su(t tính toán tQi ti s~ dng, l(y bWng 0,6f
y
(
ksi
).
c
c
= chiIu dày thc lUp bê tông tz mot gwn nh(t ch/u kéo ñ'n mot thép kéo ch/u u,n
(
inch
).
Phương trình (12f7) cia ACI 318f99 quan tâm ñ'n chiIu dày bo v thc (c
c
) hơn là
chiIu dày bo v ñ'n tâm thép (d
c
). DQng s~a ñji này có mGt chút thVn trng (
an
toàn
) hơn phương pháp ñI ngh/ cia Frosch. ðưZng cong thi't k' ACI ñưdc vy trong
hình 4 vUi c
c
ñưdc bi'n ñji tz kích thưUc d
c
xét trưZng hdp dùng c,t thép #8 (ñưZng
kính
d
b
=
1”)
ñB so sánh. Có thB th(y rWng phương trình thi't k' này mô t hdp lý
khong cách thép cho mGt loQt chiIu dày bê tông bo vtrong lúc v]n gi2 bI rGng
khe nEt trong miIn giá tr/ cho phép ñã bàn luVn K trên ([w
c
]
=
0,4f0,5 mm).
Hai gi thuy't chính ñưdc dùng cho phương pháp cia Frosch và phương pháp ACI.
Nh2ng gi thi't này có thB xác nhVn giUi hQn cia hai phương pháp trong mGt s, Eng
dng thi't k'. ðwu tiên,
kim soát nt ñưc da trên b rng khe nt xp xĩ 0,016”
(0,4mm) t(i m)t ñáy d+m
. Xét ñG phân tán hin h2u trong nEt (chú ý rWng phQm vi
phân tán cia bI rGng khe nEt ñ'n 50%, w
c,thc
= (0,5f1,5)w
c,tính
), c cVn trên và cVn
dưUi nên là các giá tr/ bI rGng khe nEt ngưZi s~ dng mong mu,n. Do ñó như ch3 th/
trong tiêu chuOn xây dng, nh2ng phương pháp này không thB áp dng cho các k't
c(u làm vic K các môi trưZng khpc nghit hay các k't c(u ñưdc thi't k' ñB ch,ng
th(m.
ThE hai,
kho,ng cách thép da trên mô ñun ñàn h0i v2t li4u ch5u kéo b6ng 29000
ksi mà tương ng v:i v2t li4u thép
. Do ñó, các ñiIu khon cia ACI không thB áp
dng cho các k't c(u dùng vVt liu ch/u kéo có mô ñun ñàn h1i khác vUi thép. Thc
ra, t(t c các k't qu thí nghim nhWm xác ñ/nh ñG chính xác và kh năng Eng dng
cia công thEc bI rGng khe nEt theo phương trình (12f4) ñIu thc hin vUi vVt liu
thép.