đặt vấn đề coi bộ tiêu chuẩn Châu Âu là một trong những tài liệu tham khảo chính. Bê tông ứng suất trƣớc là những kết cấu đƣợc sử dụng rộng rãi ở trên thế giới và các nƣớc trong khu vực. Tuy nhiên mỗi tiêu chuẩn, quy phạm có phƣơng pháp tính toán, cấu tạo khác nhau. Với luận văn này, tác giả đề cập tới một số vấn đề của phƣơng pháp tính toán cấu kiện bê tông ứng suất trƣớc theo các tiêu chuẩn đã nêu trên.
* Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu đề tài này, nhằm tìm hiểu sâu thêm kiến thức cơ bản của các vấn đề tính toán khung bê tông ứng lực trƣớc căng sau trong nhà cao tầng theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2012 và tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 1992-1-1. 10 Từ đó đƣa ra nhận xét, so sánh những điểm giồng, khác nhau giữa các phƣơng pháp tính toán để hiểu rõ bản chất trong mỗi phƣơng pháp tính. Tìm hiểu, nghiên cứu công thức tính của mỗi tiêu chuẩn đã đƣa ra, hiểu đƣợc bản chất công thức, phƣơng trình cơ bản từ đó vận dụng giải các bài toán cụ thể thƣờng gặp. Tìm hiểu các quy trình thiết kế khung bê tông cốt thép ứng lực theo từng loại tiêu chuẩn từ đó so sánh rút ra các mặt mạnh yếu của từng phƣơng pháp thiết kế.
* Phƣơng pháp nghiên cứu Lý thuyết, các tiêu chuẩn thiết kế và các tài liệu liên quan * Phạm vi nghiên cứu Tính toán khung bê tông cốt thép ứng lực trƣớc căng sau trong nhà cao tầng theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2012 và tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 1992-1-1, so sánh rút ra các mặt mạnh yếu của từng tiêu chuẩn. * Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Bê tông ứng lực đã đƣợc ứng dụng nhiều trong nƣớc nhƣng những tiêu chuẩn thiết kế, hƣớng dẫn kỹ thuật kết cấu bê tông ứng lực còn thiếu. Với việc sử dụng các công nghệ mới, các tiêu chuẩn thiết kế nƣớc ngoài nên việc nghiên cứu, tìm hiểu các tiêu chuẩn nƣớc ngoài để ứng dụng vào trong nƣớc là cần thiết Đề tài sẽ nghiên cứu 2 tiêu chuẩn thiết kế để nêu ra những ƣu nhƣợc điểm của các tiêu chuẩn để áp dụng vào thực tế ở Việt Nam 11 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU DẦM SÀN VÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƢỚC VÀ CÁC QUY ĐỊNH CHUNG 1. Tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực trƣớc Kết cấu bê tông ứng lực trƣớc đƣợc thực hiện theo 2 công nghệ khác nhau tùy thuộc vào phƣơng thức sản xuất và thi công.
Đó là công nghệ căng trƣớc và công nghệ căng sau. Kết cấu bê tông ứng lực trƣớc đƣợc 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 thƣờng ƣu điểm nổi bật của kết cấu bê tông ứng lực trƣớc là: - Làm tăng độ cứng của kết cấu do vậy cho phép giảm đƣợc kích thƣớc, tiết diện, giảm đƣợc trọng lƣợng bản thân kết cấu và vƣợt đƣợc các khẩu độ lớn. - Có khả năng khống chế sự hình thành vết nứt và độ võng - Tiết kiệm đƣợc vật liệu bê tông và cốt thép do việc sử dụng vật liệu cƣờng độ cao.
- Trọng lƣợng bản thân dầm sàn đƣợc giảm nhẹ. Bề dày sàn giảm xuống còn khoảng 50-80% bề dày của sàn bê tông cốt thép bình thƣờng với cùng kích thƣớc nhịp và điều kiện tải trọng. Khối lƣợng cốt thép cũng đƣợc giảm mạnh nhƣng bù vào đó thì thép cƣờng độ cao rất lớn ( gấp 3-4 lần thép xây dựng bình thƣờng ) nên chi phí về cốt thép không thay đổi bao nhiêu. - Tiến độ thi công trung bình 7-10 ngày/tầng cho diện tích xây dựng 400- 500m2/sàn.
Công tác ván khuôn khá đơn giản nhất là với loại sàn không dầm đƣợc sử dụng chủ yếu trong nhà cao tầng có sàn ứng lực trƣớc. Phƣơng pháp tạo ứng lực trƣớc trong sàn - Các sàn bê tông ứng lực trƣớc ở Việc Nam hiện nay thƣờng dùng phƣơng pháp căng sau ( post – tension ) có hoặc không dính kết. Cho đến nay nhiều công trình cao tầng, các công trình công nghiệp, công trình công cộng đã và đang đƣợc các đơn vị thiết kế xây dựng trong nƣớc dùng công nghệ bê tông ứng lực trƣớc ngày càng có hiệu quả 12 1. Công nghệ thiết kế bê tông ứng lực trƣớc: Bê tông ứng lực trƣớc là bê tông, trong đó thông qua lực nén trƣớc để tạo ra và phân bố một lƣợng ứng suất bên trong phù hợp nhằm cân bằng với một lƣợng mong muốn ứng suất do tải trọng ngoài gây ra.
Với các điều kiện bê tông ứng lực trƣớc, ứng suất thƣờng đƣợc tạo ra bằng cách kéo thép cƣờng độ cao. Ứng lực trƣớc chính là việc tạo ra cho kết cấu một cách có chủ ý các ứng suất tạm thời nhằm tăng cƣờng sự làm việc của vật liệu trong các điều kiện sử dụng khác nhau. Chính vì vậy bê tông ứng lực trƣớc trở thành một sự kết hợp lý tƣởng giữa hai loại vật liệu hiện đại có cƣờng độ cao. So với bê tông cốt thép thƣờng, bê tông ứng lực trƣớc có các ƣu điểm cơ bản sau: - Cần thiết và có thể dùng đƣợc có cƣờng độ cao.
- Ứng suất trong thép thông thƣờng giảm từ 100 đến 240 Mpa, nhƣ vậy đề 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 2400 Mpa. Để đạt đƣợc điều này thì việc sử dụng thép cƣờng độ cao là thích hợp nhất. - Có khả năng chống nứt cao hơn ( do đó khả năng chống thấm tốt hơn ). Dùng bê tông ứng lực trƣớc ngƣời ta có thể tạo ra các cấu kiện không xuất hiện các khe nứt khi chịu tải trọng sử dụng.
Bê tông ứng lực trƣớc căng trƣớc Công nghệ căng trƣớc đƣợc thực hiện bằng phƣơng pháp căng các loại cốt thép cƣờng độ cao đặt trong phạm vi ván khuôn đúc cấu kieenjn. Cốt đã đƣợc căng phải đƣợc neo và chốt hai đầu vào 2 mố tuyệt đối cứng theo phƣơng tác động của lực căng. Sau đó tiến hành đổ bê tông. Khi bê tông đạt 80-90% cƣờng độ chịu nén thiết kế mới đƣợc cắt hai đầu cốt căng khỏi mố neo.
Công nghệ căng trƣớc khi đổ bê tông thƣờng đƣợc sử dụng trong các xƣởng hoặc bãi đúc sẵn các sản phẩm bê tông lắp ghép. Sử dụng công nghệ căng trƣớc trong các công xƣởng cho phép sản xuất hàng loạt các cấu kiện với 13 chất lƣợng đƣợc kiểm soát chặt chẽ. Nếu bê tông đƣợc chƣng hấp trong điều kiện nhiệt - ẩm cao thì sau 24 đến 36 giờ bê tông có thể đạt mọi cấp độ bền thiết kế. Bê tông ứng lực trƣớc căng sau Tùy thuộc vào thể loại kết cấu, loại cốt thép và phƣơng pháp thi công trong công nghệ căng sau còn đƣợc phân biệt nhƣ sau: - Phƣơng pháp căng ngoài kết cấu - Phƣơng pháp căng sau dùng cáp có bám dính ( cáp để trần ) - Phƣơng pháp căng sau dùng cáp không bán dính ( cáp có vỏ bọc ) - Phƣơng pháp gây ứng lực trƣớc không toàn phần 1.
Ứng dụng của bê tông ứng lực trƣớc trong va ngoài nƣớc 1. Ứng dụng kết cấu bê tông ứng lực trƣớc ở ngoài nƣớc Tại châu Âu kết cấu bê tông ứng lực phát triển nhanh chóng ở Pháp, Bỉ rồi đến Anh, Đức, Thụy Sỹ. Trong gần 500 cầu đƣợc xây dựng ở Đức 1949 đến 1954 có 350 cây cầu bê tông ứng lực trƣớc. Ở Liên Xô trƣớc đây và Cộng hòa Liên bang Nga hiện nay có cấu kiện bê tông đúc sẵn nhƣ tấm sàn từ 6m, dầm, dàn khẩu độ lớn từ 18m trở lên đều quy định chung dùng bê tông ứng lực trƣớc Trung tâm thƣơng mại Quốc tế HongKong Tòa nhà baitokesky ở Thái Lan Ở Châu Á, nhất là các nƣớc trong khu vực, các kết cấu bê tông ứng lực trƣớc đƣợc ứng dụng phổ biến một phần nhờ sản xuất đƣợc loại thép cƣờng độ cao, các loại cáp ứng lực trƣớc, các loại neo và phụ kiện kèm theo phù hợp với tiêu chuẩn tiên tiến có giá thành hợp lý nhƣ Trung Quốc, singapore, Thái Lan….
Chẳng hạn ở inddonêxia có tới 80 khối lƣợng kết cấu nhà cao tầng 14 đƣợc sử dụng bê tông ứng lực trƣớc. Nhiều ngôi nhà 30-40 tầng xây dựng ở thái lan đƣợc sử dụng bê tông ứng lực trƣớc. Ứng dụng kết cấu bê tông ứng lực trƣớc ở Việt Nam Kết cấu bê tông ứng lực trƣớc đƣợc nghiên cứu ứng dụng ở Việt Nam khá sớm, từ những năm 60 thể kỷ XX. Cầu Phủ Lỗ và các cấu kiện chịu lực nhà máy đóng tàu Bạch Đằng là những công trình ứng dụng công nghệ bê tông ứng lực trƣớc đầu tiên do các nhà thiết kế và xây dựng Việt Nam thực hiện từ những năm đó.
Tuy nhiên do hoàn cảnh chiến tranh nên không có điều kiện tiếp tục nghiên cứu và phát triển công nghệ này. Từ những năm 80 thế kỷ trƣớc đến nay, công nghệ bê tông ứng lực trƣớc đã lại du nhập vào Việt Nam và phát triển nhanh chóng với trình độ tiên tiến thế giới. Một số công trình có sử dụng hệ kết cấu bê tông ứng lực trƣớc nhƣ: Trung tâm thƣơng mại chợ Mơ, trụ sở Vinaconex 9, các cầu bắc qua sông lớn nhƣ cầu Cổ Chiên ở Trà Vinh, cầu Bãi Cháy, Sông Hậu, Sông Gianh, Sông Tiền, Trừ nhịp giữa dùng kết cấu giây văng, các nhịp còn lại dùng bê tông ứng lực trƣớc căng sau. Chung cƣ cao tầng cũng nhƣ nhiều tòa nhà cao ốc đƣợc xây dựng tại thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Vinh, Vũng Tầu ….
TT thƣơng mại chợ mơ Trụ sở Vinaconex 9 Cầu Cổ Chiên 1. Hiệu quả kinh tế kỹ thuật Qua thời gian sử dụng kết cấu dầm sàn ứng lực trƣớc căng sau trong xây dựng nhà nhiều tầng và các công trình xây dựng khác trong nƣớc cho thấy: 15 - Cho phép sử dụng các lƣới cột mở rộng đồng thời tăng chiều cao hữu ích tầng nhà tạo điều kiện thuận lợi cho các giải pháp kiến trúc, kết cấu và không gian sử dụng. - Nâng cao khả năng chịu lực ( chống uốn và chống nứt ) của kết cấu mà không tăng chi phí vật liệu so với kết cấu bê tông thƣờng ( trọng lƣợng thép giảm trung bình 50%, bê tông giảm 10-15%) - Góp phần giảm nhẹ trọng lƣợng kết cấu và tải trọng truyền xuống móng. Điều này thực sự có ý nghĩa khi số tầng càng nhiều và lƣới cột càng mở rộng.
- Giảm chi phí ván khuôn, cây chống và rút ngắn đáng kể thời gian thi công kết cấu sàn và công trình.