Thạc Sĩ Thiết kế sàn không dầm bê tông ứng lực trước căng sau theo tiêu chuẩn Eurocode 2

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NĂM 2011

Lời cảm ơn
lời cam đoan
Mục lục .Trang 1
Bảng ký hiệu và chữ viết tắt sử dụng trong luận văn 4
Mở đầu 6
* Lý do nghiên cứu 6
* Mục đích nghiên cứu 6
* Phương pháp nghiên cứu 6
* Phạm vi nghiên cứu 6

Chương 1: tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực trước và Các quy định chung 7
1.1 Tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực trước 7
1.2 Các quy định chung 11
1.2.1 Tải trọng 11
1.2.2 Tổ hợp tải trọng 13
1.2.3 Bê tông 15
1.2.4 Cốt thép cường độ cao 16
1.2.5 Các vật liệu khác 21
1.2.6 Khoảng cách, lớp bảo vệ cốt thép 22
1.2.7 Neo 23
1.2.8 Nối chồng 26
1.2.9 Cơ cấu dẫn hướng 27
1.2.10 Cơ cấu ứng suất trước 28

Chương 2: Quy trình thiết kế 30
2.1 Các phương pháp xác định nội lực sàn phẳng 30
2.1.1 Phương pháp trực tiếp 30
2.1.2 Phương pháp khung tương đương 31
2.1.3 Phương pháp đường chảy dẻo 32
2.1.4 Phương pháp phần tử hữu hạn 32
2.2 Xác định chiều dày sàn 33
2.2.1 Xác định theo điều kiện cắt thủng 33
2.2.2 Xác định theo điều kiện hạn chế độ võng 42
2.3 Lực ứng suất trước 46
2.3.1 Lực ứng suất trước 46
2.3.2 Lực ứng suất trước tối đa 47
2.3.3 Giới hạn ứng suất trong bê tông 47
2.3.4 Tải trọng cân bằng 48
2.4 Xác định các tổn hao ứng suất 50
2.4.1 Tổn hao ứng suất do biến dạng tức thời của bê tông 50
2.4.2 Tổn hao ứng suất do co ngót của bê tông 50
2.4.3 Tổn hao ứng suất do chùng cốt thép 52
2.4.4 Tổn hao ứng suất do ma sát 56
2.4.5 Tổn hao ứng suất tại neo 57
2.5 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 1 và TTGH 2 58
2.5.1 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 1 58
2.5.2 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 2 65

Chương 3: ví dụ tính toán 69
3.1 Xây dựng sơ đồ khối về quy trình thiết kế 69
3.2 Tính toán với số liệu cụ thể 70
3.2.1 Các thông số chính 70
3.2.2 Chọn chiều dày sàn và xác định tải trọng 70
3.2.3 Xác đinh nội lực sàn 72
3.2.4 Xác định quỹ đạo cáp và các tổn hao ứng suất 73
3.2.5 Xác định số lượng cáp 77
3.2.6 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 1 78
3.2.7 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 2 80
3.3 Xây dựng chương trình tính tự động hóa 82
Kết luận và kiến nghị 84
tài liệu tham khảo 86

Mở đầu
* Lý do nghiên cứu
Trong tiến trình hội nhập và phát triển hiện nay, việc hiểu biết tiêu chuẩn thiết kế của các nước tiên tiến đối với những người làm công tác kỹ thuật là cần thiết. Tiêu chuẩn châu âu EN 1992 “Thiết kế kết cấu bê tông” nằm trong bộ tiêu chuẩn thiết kế kết cấu nhà và công trình do tiểu ban kỹ thuật Châu Âu soạn thảo và tiêu chuẩn hoá để áp dụng cho các nước thuộc Liên minh Châu Âu.
Hiện nay, sàn bê tông ứng lực trước căng sau được ứng dụng ngày càng phổ biến trong các công trình xây dựng. Trong tiêu chuẩn TCXDVN 356 : 2005 đã ban hành chủ yếu đề cập đến thiết kế cấu kiện dầm bêtông ứng lực trước.
Đề tài “Thiết kế sàn không dầm bê tông cốt thép ứng lực trước căng sau theo tiêu chuẩn Eurocode 2” sẽ đề cập tổng quan về tiêu chuẩn Eurocode và trình tự thiết kế cụ thể cho sàn không dầm bêtông cốt thép ứng lực trước.
* Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu các quy định về vật liệu, tải trọng và nguyên lý cấu tạo đối với kết cấu bêtông cốt thép trong tiêu chuẩn Eurocode 2.
Nghiên cứu quy trình thiết kế sàn không dầm bê tông cốt thép ứng lực trước theo tiêu chuẩn Eurocode 2.
* Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu tiêu chuẩn Eurocode 2 và các tài liệu liên quan.
* Phạm vi nghiên cứu
Sàn không dầm bê tông cốt thép ứng lực trước căng sau trong nhà cao tầng.


Chương 1 : Tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực trước và Các quy định chung
1.1 Tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực trước
Kết cấu bê tông ứng lực trước là một dạng kết cấu đặc biệt trong kết cấu bê tông cốt thép đã và đang được sử dụng rộng rãi trong xây dựng nhà và công trình.
Kết cấu bê tông ứng lực trước được thực hiện theo 2 công nghệ khác nhau tùy thuộc vào phương thức sản xuất và thi công. Đó là công nghệ căng trước và công nghệ căng sau [2].
Từ đầu những năm 1990 trở lại đây, trước yêu cầu xây dựng nhà nhiều tầng, nhà nhịp lớn tăng mạnh và do công nghệ nước ngoài được đưa vào nhiều theo cùng với vốn đầu tư nước ngoài, công nghệ ứng lực trước đã bắt đầu được dùng trong kết cấu nhà cửa ở Việt Nam chủ yếu là trong kết cấu sàn, và có xu hướng trở nên phổ biến hơn [9].
Kết cấu bê tông ứng lực trước được nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam khá sớm, từ những năm 60 thế kỷ XX. So với kết cấu bê tông cốt thép thường ưu điểm nổi bật của kết cấu bê tông ứng lực trước là [9]:
- Làm tăng độ cứng của kết cấu, do vậy cho phép giảm được kích thước tiết diện, giảm được trọng lượng bản thân kết cấu và vượt được các khẩu độ lớn;
- Có khả năng khống chế sự hình thành vết nứt và độ võng;
- Tiết kiệm được vật liệu bêtông và cốt thép do việc sử dụng vật liệu cường độ cao.
Trong kết cấu công trình dân dụng, hệ thống sàn được quan tâm nhiều nhất khi áp dụng công nghệ ứng lực trước là do: sàn là bộ phận kết cấu có chi phí đáng kể nhất, chiếm không dưới 50% tổng chi phí kết cấu toàn công trình trên một đơn vị diện tích sàn. Việc sử dụng bê tông cốt thép ứng lực trước sẽ tác động thuận lợi vào giá thành công trình theo hai hướng:
- Trọng lượng bản thân sàn được giảm nhẹ. Bề dày sàn ứng lực trước giảm xuống còn khoảng 50 – 80% bề dày của sàn bê tông cốt thép bình thường với cùng kích thước nhịp và điều kiện tải trọng. Khối lượng cốt thép cũng được giảm mạnh nhưng bù vào đó giá thành thép cường độ cao rất lớn (gấp 3-4 lần thép xây dựng bình thường) nên chi phí về cốt thép không thay đổi bao nhiêu. Tuy vậy, việc giảm trọng lượng bản thân sàn sẽ kéo theo việc giảm khối lượng vật tư cho nhiều kết cấu khác như cột, tường móng, và đảm bảo có lợi cho kết cấu nhà ở vùng chịu động đất do lực ngang quán tính giảm cùng với khối lượng sàn.
- Tiến độ thi công sàn tăng nhanh, do sử dụng bê tông mác cao kết hợp với phụ gia. Một số công trình đã được xây dựng cho thấy tiến độ thi công trung bình 7-10 ngày/ tầng cho diện tích xây dựng 400-500m2/sàn. Công tác và khuôn khá đơn giản nhất là với loại sàn không dầm, được sử dụng chủ yếu trong nhà cao tầng có sàn ứng lực trước.
- Ngoài ra việc mở rộng lưới cột, giảm chiều cao tầng nhà và các thiết bị, phụ kiện phục vụ cho việc gây ứng lực trước ngày càng được hoàn thiện, gọn nhẹ và hiệu qua, cũng đóng góp nhiều phần quan trọng vào sự thành công của sàn bê bê tông ứng lực trước.

Tuy nhiên sử dụng kết cấu bê tông ứng lực trước nói chung và công nghệ căng sau nói riêng đều đòi hỏi các nhà tư vấn thiết kế, tư vấn giám sát, nhà thầu xây dựng cần có những kiến thức và kinh nghiệm nhất định mới đem lại hiệu quả mong muốn.
Đặc biệt với thiết kế chịu động đất, hệ sàn đóng vai trò rất quan trọng trong sự làm việc tổng thể của kết cấu chịu động đất. Chúng làm việc như những tấm cứng ngang, tiếp nhận các lực quán tính sang hệ kết cấu thẳng đứng và bảo đảm cho các hệ kết cấu này cùng nhau làm việc khi chịu tác động của động đất theo phương ngang [5].