Sách Thiết kế sàn bê tông ứng lực trước

Thiết kế sàn
bê tông ứng lực trước

Chương I
Kết cấu bê tông ứng suất trước

I.1 Khái niệm chung về bê tông ứng suất trước:
Bê tông ứng lực trước (BT ULT) là bê tông, trong đó thông qua lực nén trước
để tạo ra và phân bố một lượng ứng suất bên trong phù hợp nhằm cân bằng với một
lượng mong muốn ứng suất do tải trọng ngoài gây ra. Với các cấu kiện BT ULT, ứng
suất thường được tạo ra bằng cách kéo thép cường độ cao.
Bê tông thường có cường độ chịu kéo rất nhỏ so với cường độ chịu nén. Đó
là nhân tố dẫn đến việc xuất hiện một loại vật liệu hỗn hợp là “bê tông cốt thép”
(BTCT).
Việc xuất hiện sớm của các vết nứt trong BTCT do biến dạng không tương
thích giữa thép và bê tông là điểm khởi đầu cho việc xuất hiện một loại vật liệu mới
là “bê tông ứng suất trước”. Việc tạo ra một ứng suất nén cố định cho một vật liệu
chịu nén tốt nhưng chịu kéo kém như bê tông sẽ làm tăng đáng kể khả năng chịu
kéo vì ứng suất kéo xảy ra sau khi ứng suất nén đã bị vô hiệu. Sự khác nhau cơ bản
giữa BTCT và bê tông ULT là ở chỗ trong khi BTCT chỉ là sự kết hợp đơn thuần
giữa bê tông và cốt thép để chúng cùng làm việc một cách bị động thì bê tông ULT
là sự kết hợp một cách tích cực, có chủ ý giữa bê tông cường độ cao và cốt thép
cường độ cao. Trong cấu kiện bê tông ULT, người ta đặt vào một lực nén trước tạo
bởi việc kéo cốt thép, 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 sử dụng gây ra, do vậy làm tăng khả năng
chịu kéo của bê tông và làm hạn chế sự phát triển của vết nứt. Sự kết hợp rất hiệu
quả đó đã tận dụng được các tính chất đặc thù của hai loại vật liệu, đó là trong khi
thép có tính đàn hồi và cường độ chịu kéo cao thì bê tông là vật liệu dòn và có
cường độ chịu kéo rất nhỏ so với cường độ chịu nén của nó. Như vậy ứng lực trước
chính là việc tạo ra cho kết cấu một cách có chủ ý các ứng suất tạm thời nhằm tăng
cường sự làm việc của vật liệu trong các điều kiện sử dụng khác nhau. Chính vì vậy

bê tông ULT đã trở thành một sự kết hợp lý tưởng giữa hai loại vật liệu hiện đại có
cường độ cao.
So với BTCT thường, BTCT ứng suất trước có các ưu điểm cơ bản sau:
- Cần thiết và có thể dùng được thép cường độ cao.
ứng suất trong thép thông thường giảm từ 100 đến 240Mpa , như vậy, để
phần ứng suất bị mất đi chỉ là một phần nhỏ của ứng suất ban đầu thì ứng suất ban
đầu của thép phải rất cao, vào khoảng 1200 đến 2000Mpa. Để đạt được điều này thì
việc sử dụng thép cường độ cao là thích hợp nhất.
Cần phải sử dụng bê tông cường độ cao trong BTCT ULT vì loại vật liệu này
có khả năng chịu kéo, chịu cắt, chịu uốn cao và sức chịu tải cao. Bê tông cường độ
cao ít xảy ra vết nứt do co ngót, có mô đun đàn hồi cao hơn, biến dạng do từ biến ít
hơn, do đó ứng suất trước trong thép sẽ bị mất ít hơn. Việc sử dụng bê tông cường
độ cao sẽ làm giảm kích thước tiết diện ngang của cấu kiện. Việc giảm trọng lượng
của cấu kiện, vượt nhịp lớn hơn sẽ làm tăng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật.
- Có khả năng chống nứt cao hơn (do đó khả năng chống thấm tốt hơn). Dùng
BTCT ULT, người ta có thể tạo ra các cấu kiện không xuất hiện các khe nứt trong
vùng bê tông chịu kéo hoặc hạn chế sự phát triển bề rộng của khe nứt khi chịu tải
trọng sử dụng.
- Có độ cứng lớn hơn (do đó có độ võng và biến dạng bé hơn).

I.2 Các phương pháp gây ứng suất trước:
I.2.1 Phương pháp căng trước:
Phương pháp này thường sử dụng cho quy trình sản xuất các cấu kiện đúc
sẵn. Cốt thép ULT được neo một đầu cố định vào bệ còn đầu kia được kéo ra với lực
kéo N. Dưới tác dụng của lực N, cốt thép được kéo trong giới hạn đàn hồi và sẽ giãn
dài ra một đoạn, tương ứng với các ứng suất xuất hiện trong cốt thép. Khi đó, đầu
còn lại của cốt thép được cố định nốt vào bệ. Đổ bê tông, đợi cho bê tông đông cứng
và đạt cường độ cần thiết thì buông cốt thép. Như một lò so bị kéo căng, các cốt thép
này có xu hướng co ngắn lại và thông qua lực dính giữa thép và bê tông, cấu kiện sẽ
bị nén với giá trị bằng lực N đã dùng khi kéo cốt thép. Ưu điểm của phương pháp





San BTCT ULT (Phan Quang Minh)