MỞ ĐẦU Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép ứng suất trước ngày càng được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả trong xây dựng dân dụng và công nghiệp. Cùng với sự phát triển của công nghiệp vật liệu xây dựng và công nghệ thi công xây lắp, kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước ngày càng thể hiện rõ tính ưu việt và hiệu quả kinh tế của nó. Công việc tính toán kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước gần đây đã được các nhà khoa học Việt nam quan tâm hơn do đòi hỏi thực tế của công nghiệp xây dựng. Trong tính toán kết cán bê tông cốt thép ứng suất trước vấn đề đáng quan tâm nhất là phải tính toán được tổn hao ứng suất trước trong cốt thép căng trước.
Hao ton tmg suất trước thực tế có thể lớn hơn hay nhỏ hơn giá trị tính toán, điều này ảnh hưởng một phần tới độ bền thiết kế của cấu kiện (nhất là trường hợp thép ứng suất trước không bám dính); nhưng nó ảnh hưởng rất nhiều tới chuyển vị, độ vồng, vết nứt và liên kết của cấu kiện. , Trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép của Việt nam cũng như của Liên xô trứợc đây đều sử dụng các công thức thực nghiệm đề tính toán tổn hao ứng suất trước do từ biến của bê tông. Các công thức này đều sử dụng độ từ biến giới hạn để tính tổn hao ứng suất trước, chưa phản ánh được từ biến của bê tông theo thời gian. Việc tính toán sử dụng trực tiếp các đặc trưng từ biến là hàm của thời gian trước đây gặp rất nhiều khó khăn, nhưng ngày nay với sự hô trợ của máy tính và sử dụng phương pháp số trong tính toán có thể giải quyết thuận tiện hơn.
Các yếu tố gây hao tổn ứng suất trước thường được chia thành các loại chính như sau: +Hao tổn do trượt neo, +Hao tổn do biến dạng đàn hồi của bê tông, +Hao tồn do từ biến của bê tông, +Hao tổn do co ngót bê tông, +Hao tổn do chùng ứng suất trong cốt thép căng, +Hao tổn ma sát do thép bị uốn cong, +Hao tổn do chênh lệch nhiệt độ giữa cốt thép và thiết bị căng, +Hao tổn do bê tông bị ép lõm. Hao tổn do trượt neo và do biến đạng đàn hồi của bê tông thường được tính đến và khắc phục-bằng cách căng vượt lực căng tính toán. Trong tính toán tổn hao ứng suất trước thì hao tổn ứng suất trước do từ biến của bê tông và do co ngót của bê tông đóng vai trò quan trọng. Hao tốn ứng suất do từ biến được chia làm hai loại là hao tổn ứng suất trước do từ biến nhanh ban đầu của bê tông và hao tổn do từ biến của bê tông xảy ra sau một quá trình chịu ứng suất dài hạn( G ).
Từ biến ảnh hưởng đến sự làm việc và hiệu quả của kết cấu bê tông ứng suất trước. Tổng biến dạng từ biến ở thời điểm 20 năm thay đổi từ I đến 5 lần biến dạng đàn hồi tức thì do tải trọng tác dụng (trung bình khoảng 3 lần). Trong tổng số biến dạng từ biến thì khoảng 1/4 xảy ra trong thời gian 2 tuần đầu ngay sau khi đặt ứng suất trước, 1/4 nữa xảy ra trong khoảng 2 đến 3 tháng, 1/4 khác xảy ra trong vòng 1 năm và phần 1/4 còn lại xây ra trong nhiều năm tiếp theo. Hiện nay, trong hầu hết các tiêu chuẩn thiết kế đều đưa ảnh hưởng của từ biến và co ngót của bê tông vào tính toán, mặc dù ở mức độ khác nhau.Từ biến được quan tâm nhiều nhất phải kể đến tiêu chuẩn thiết kế của Hoa kỳ ACI 209R-92, ACI 435R-95 va các tiêu chuẩn thiết kế cầu của Cộng hoà Liên bang Nga CHuII 2.
Cac nhà khoa học Anh cũng có rất nhiều nghiên cứu về tính toán ảnh hưởng từ biến của bê tông, đặc biệt là M.H Bangash gần đây đã nghiên cứu sử dụng mô hình hóa phần tử kết cấu bê tông cốt thép có kể đến ảnh hưởng của từ biến và co ngót của bê tông. Một tác giả khác cũng đã có rất nhiều công bố về tổn hao ứng suất trước do từ biến và co ngót của bê tông là Dan E. Việc nghiên cứu tính toán ảnh hưởng của từ biến và co ngót của bê tông đã được một số nhà khoa học trong nước quan tâm nghiên cứu, song chủ yếu mới là nghiên cứu lý thuyết thông qua các tư liệu và kết quả thí nghiệm của các nhà khoa học nước ngoài. Tại các trường đại học và các viện khoa học chưa có được sự đầu tư đúng mức cho nghiên cứu thực nghiệm về từ biến và co ngót của bê tông.
1 ong quá trình biên soạn tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép cũng như các giáo trình giảng dạy các nhà khoa học và các giáo sư ở Trường Đại học Xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc, Trường Đại học Giao thông - 'Vận tải, Bộ Xây dựng, Bộ Giao thông vận tải. cũng đã tập trung đưa vào vấn đề tính toán kết cấu có kể đến ảnh hưởng từ biến và co ngót của bê tông. CHUƠNG 1 TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT CỦA CẤU KIỆN ỨNG SUẤT TRƯỚC 1.1 Trạng thái ứng suất do tác động của lực nén trước. Bài toán xác định trạng thái ứng suất ở thời điểm bất kỳ có kể đến ảnh hưởng từ biến của cấu kiện ứng suất trước đã được các nhà khoa học Liên Xô nghiên cứu từ những năm 60 của thế kỷ XX.M Ynuukun da xay dựng cách giải bài toán sử dụng quan hệ ứng suất — biến dạng của lý thuyết gì cho cấu kiện bê tông cốt thép ứng suất trước với tiết diện có một trục đối xúng, cốt thép kép (ứng suất trước và không ứng suất trước) không đối xứng.
(Ngay sau khi buông cốt thép.) Xem xét tiết diện không đối xứng với cốt thép kép như hình 1. Để đơn giản bài toán ta giả thiết rằng cốt thép thường chịu kéo 4, nằm ở cùng mức với thép ứng suất trước 4, còn cốt thép thường chịu nén 4, được bố trí Ởở cùng mức với thép ứng suất trước 4„.1, Ø,là trọng tâm của tiết điện bê tong, O, là trọng tâm của tiết diện qui đổi có tính đến cốt thép thường, Ø là trọng tâm của tiết diện qui đổi có tính đến tất cả cốt thép. Khi căng cốt thép trên bệ, hợp lực của các lực căng trước của cốt tính theo công thức 1. Nog = Noy + Noy = Oey gy + OeyAhey = AD (Mey + Igy Hyp| (1.1) Trong do a, = sp a.2) Việc buông cốt thép dẫn đến việc nén đàn hồi tiết diện bê tông cốt thép.
Ứng suất trong bê tông và trong cốt thép khi này được xác định theo các công thức tính tiết điện nén lệch tâm đã biết. +ứng suất trong bê tông ở mức cốt dưới: T bsp — .3 +ứng suất trong bê tông ở mức cốt trên: O bsp .4) Tan (Hy + Hip tn, (+H | +ứng suất trong bê tông ở mức mặt dưới của tiết diện: yi \ tase eae (My “lo n _ +ứng suất trong bê tông ở mức mặt trên của tiết diện: " _ eee ‘ | (Hp Tas, Hsp Í "00 Udy Hig) Ht) nó +ứng suất trong cốt thép thường phía dưới: OFM Oey (1.7) +ứng suất trong cốt thép thường phía trên: Ơ, =H,.8) Sự nén đàn hồi cấu kiện bê tông cốt thép dẫn đến tổn thất ban đầu ứng suất trước của cốt căng trước. Các ứng suất ban đầu trong cốt thép căng có tính đến tổn hao do nén đàn hồi được tính theo các công thức 1. +Ở cốt phía dưới: Disp = gy +N rop (1.9) +Ở cốt phía trên: Ơy =Ø„ +1, Dep (1.10) Có thể tiến hành tính toán chính xác hơn các ứng suất ban đầu bằng cách giải hệ phương trình cân bằng và phương trình trùng biến dạng bê tông day 2014) 1gns 3un 109 02 tộtp 191 U0.) JENS Bun ley) BueIL [1 YUL } Ody} JENS SUN Op Ngig(p Jgns sun oeYy ọp n91J(2 nẹp ueq 1gns đun ọp naig(q suvsu UIP 391 L(E “4O>| ụí ” tudsy oO 1 o + dsy'O ¬ —}> sạc đục > LÝ | tị “£|£ “ |.
| “a [Oa ZAR | k | i <q wdsq Oo ~ —| ÖẮ “4¿¿ `. wee” ten và cốt thép ở mức cốt căng trước trên và dưới. Theo tính toán của các nhà khoa học sự sai lệch kết quả của hai phương pháp trên không quá 5%. Khi căng cốt thép trên bê tông, hợp lực của các lực căng trước của cốt tính theo công thức 1.
Tính toán tương tự như phần trên kết quả thu được các công thức từ 1. +ứng suất trong bê tông ở mức cốt dưới: (Hsp + Aap Hs It =.11) | * r l+n, (uty } ( +ứng suất trong bê tông ở mức cốt trên: ì | r é, od; | (Map + yp Hey } l~ = Øy„„ =—Ø,„—— —^ (1.12) l+n, ( + uw) | +ứng suất trong bê tông ở mức mặt dưới của tiết diện: (Hay + Oy Hn) + ee S O bspm = —O sy 0 (1.13) l+n (+ ] +ứng suất trong bê tông ở mức mặt trên của tiết diện: “na r0 _ =-Ø„ mm (1.14) Các ứng suất ban đầu trong cốt thép căng trước có tính đến tổn hao do nén đàn hồi được tính theo các công thức 1. +Ở cốt phía dưới: Oi) =O Sp (1.15) +Ở cốt phía trên: Dig) =O, SP (1. 10 Các ứng suất trong tiết diện do lực nén ban đầu gây ra sẽ thay đổi liên tục do ảnh hưởng từ biến của bê tông.
Sau đây xem xét hai phương pháp tính toán các ứng suất trên tiết diện tại thời điểm bất kỳ t. Các ứng suất tại thờ điểm t kí hiệu như sau: -trong cốt thép ứng suất trước: o,,,(t),o,,, (t) -trong bê tông ở mức cốt thép: ơ, (/).20) Om (t) = Ossom + Tsim (1.24) Trong đó: ơ,,ơ,- tổn hao ứng suất ở cốt ứng suất dưới và trên; ơ,,„Ø„,- tốn hao ứng suất trong bê tông ở mức cốt ứng suất trước; Ø,„„Ø„„ - tồn hao ứng suất nén trong bê tông ở mức các mặt dưới và trên của tiết diện; Ø,,Ø„,¬ lượng tăng ứng suất trong cốt thép thường.1 Phương pháp thứ nhất. Tính toán bằng cách giải trực tiếp các phương trình cân bằng biến dạng của bê tông và cốt thép. Để đơn giản hoá cách giải, giả thiết rằng mô H1 đun đàn hồi của bê tông không thay đổi theo thời gian.
Theo các tác giả Nga [46] thì nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã chỉ ra rằng việc không xét đến sự thay đổi theo thời gian của mô đun biến dạng đàn hồi của bê tông khi giải các bài toán này dẫn đến sai số không đáng kể.