Tính Tổn Hao Ứng Suất Trước Do Từ Biến & Co Ngót Bê Tông (Theo Tiêu Chuẩn)

Hướng dẫn tính toán tổn hao ứng suất trong bê tông dự ứng lực theo tiêu chuẩn. Phân tích các nguyên nhân và công thức tính tổn hao chi tiết.

• Tác giả: Hoàng Quang Nhu
• Người hướng dẫn: PTS. Phan Quang Minh
• Trường học: Trường Đại Học Xây Dựng
• Chuyên ngành: Kết Cấu Xây Dựng
• Đề tài: Tính Tổn Hao Ứng Suất Trước Do Từ Biến Và Co Ngót Của Bê Tông Theo Một Số Tiêu Chuẩn
• Loại tài liệu: chuyên đề tiến sỹ
• Năm xuất bản: 2005
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Tổn Hao Ứng Suất Bê Tông Khái Niệm Tầm Quan Trọng

Kết cấu bê tông dự ứng lực ngày càng được sử dụng rộng rãi trong xây dựng dân dụng và công nghiệp, thể hiện tính ưu việt và hiệu quả kinh tế cao. Việc tính toán chính xác tổn hao ứng suất bê tông là yếu tố then chốt trong thiết kế, ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền, chuyển vị, độ vồng, vết nứt và liên kết của cấu kiện. Các tiêu chuẩn thiết kế hiện nay đều chú trọng đến vấn đề này, tuy nhiên, việc áp dụng các công thức thực nghiệm và mô hình hóa phức tạp đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc và kinh nghiệm thực tiễn. Bài viết này sẽ đi sâu vào phân tích các tiêu chuẩn và phương pháp tính toán tổn hao ứng suất, đồng thời đề cập đến các yếu tố ảnh hưởng và ứng dụng thực tế của chúng. Theo nghiên cứu, việc bỏ qua hoặc đánh giá sai tổn hao ứng suất có thể dẫn đến sai lệch đáng kể trong dự đoán tuổi thọ và khả năng chịu tải của công trình, gây ra những hậu quả nghiêm trọng về an toàn và kinh tế. Do đó, việc nghiên cứu và cập nhật kiến thức về tổn hao ứng suất bê tông là vô cùng cần thiết đối với kỹ sư và nhà thiết kế. Nghiên cứu của Hoàng Quang Nhu (2005) cũng nhấn mạnh sự cần thiết của việc cập nhật các tiêu chuẩn thiết kế để phản ánh chính xác hơn ảnh hưởng của từ biến và co ngót đến tổn hao ứng suất trong bê tông.

1.1. Định Nghĩa Tổn Hao Ứng Suất và Phân Loại Chi Tiết

Tổn hao ứng suất là sự suy giảm ứng suất trong cốt thép ứng suất trước theo thời gian do nhiều yếu tố khác nhau. Nó được chia thành hai loại chính: tổn hao tức thời (xảy ra ngay sau khi căng kéo cốt thép) và tổn hao dài hạn (xảy ra do các hiệu ứng từ biến và co ngót của bê tông, relaxation của cốt thép). Việc phân loại này giúp xác định nguồn gốc của tổn hao và áp dụng các biện pháp giảm thiểu phù hợp. Các yếu tố gây ra tổn hao ứng suất bao gồm trượt neo, biến dạng đàn hồi của bê tông, từ biến, co ngót, relaxation của cốt thép, ma sát do uốn cong, chênh lệch nhiệt độ và ép lõm bê tông.

1.2. Tầm Quan Trọng của Phân Tích Tổn Hao Ứng Suất trong Thiết Kế

Phân tích tổn hao ứng suất là bước quan trọng để đảm bảo kết cấu bê tông dự ứng lực đáp ứng các yêu cầu về khả năng chịu tải, độ bền và tuổi thọ. Việc tính toán chính xác tổn hao ứng suất giúp dự đoán chính xác ứng suất hiệu quả trong cốt thép và bê tông, từ đó đảm bảo kết cấu không bị nứt, võng quá mức hoặc mất ổn định. Việc bỏ qua hoặc đánh giá sai tổn hao ứng suất có thể dẫn đến các vấn đề nghiêm trọng như giảm khả năng chịu tải, tăng độ võng, xuất hiện vết nứt sớm và rút ngắn tuổi thọ công trình. Đặc biệt, trong các công trình chịu tải trọng động hoặc môi trường khắc nghiệt, việc phân tích tổn hao ứng suất càng trở nên quan trọng.

1.3. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Mức Độ Tổn Hao Ứng Suất

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến mức độ tổn hao ứng suất trong bê tông dự ứng lực, bao gồm đặc tính của bê tông (cường độ, mô đun đàn hồi, hệ số từ biến, co ngót), đặc tính của cốt thép (ứng suất chảy, mô đun đàn hồi, relaxation), phương pháp căng kéo (căng trước hay căng sau), điều kiện môi trường (độ ẩm, nhiệt độ) và tải trọng tác dụng. Cường độ bê tông càng cao, mô đun đàn hồi càng lớn thì tổn hao ứng suất do biến dạng đàn hồi càng nhỏ. Độ ẩm môi trường càng thấp thì tổn hao ứng suất do co ngót càng lớn. Ngoài ra, phương pháp căng kéo cũng ảnh hưởng đến mức độ tổn hao ứng suất. Phương pháp căng trước thường chịu tổn hao ứng suất lớn hơn do thời gian chịu tải kéo dài và ảnh hưởng của co ngót và từ biến lớn hơn.

II. Tiêu Chuẩn Tính Tổn Hao Ứng Suất Bê Tông So Sánh Đánh Giá

Các tiêu chuẩn thiết kế khác nhau đưa ra các phương pháp tính toán tổn hao ứng suất bê tông khác nhau, dựa trên các mô hình và giả định khác nhau. Các tiêu chuẩn phổ biến bao gồm ACI 209R-92, AASHTO LRFD, Eurocode 2 (EN 1992-1-1), và tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2018. Các tiêu chuẩn này khác nhau về cách xác định các hệ số từ biến, co ngót, relaxation và cách tính toán các tổn hao tức thời và tổn hao dài hạn. Việc lựa chọn tiêu chuẩn phù hợp phụ thuộc vào loại kết cấu, điều kiện môi trường và yêu cầu thiết kế. Các tiêu chuẩn hiện đại thường sử dụng các mô hình phức tạp hơn để mô phỏng chính xác hơn hành vi của bê tông và cốt thép, tuy nhiên, việc áp dụng các mô hình này đòi hỏi dữ liệu đầu vào chi tiết và kinh nghiệm chuyên môn. Tiêu chuẩn Nga CHWII 2.03 — 84 (BETOHHHE x XEAE3OBETOHHHE KOHCTPYKHM) hướng dẫn rất chi tiết cho việc tính toán tổn hao ứng suất trước, tuy nhiên các công thức đưa ra là các công thức thực nghiệm không hàm chứa các tham số độ từ biến hoặc đặc trưng từ biến.

2.1. Phân Tích Chi Tiết Tiêu Chuẩn AASHTO LRFD Ưu Nhược Điểm

AASHTO LRFD là tiêu chuẩn thiết kế cầu phổ biến ở Hoa Kỳ, cung cấp các phương pháp tính toán tổn hao ứng suất bê tông chi tiết và cập nhật. Tiêu chuẩn này bao gồm cả phương pháp đơn giản hóa (tính gộp) và phương pháp chính xác (tính từng thành phần). Phương pháp chính xác cho phép tính toán tổn hao ứng suất tại các thời điểm khác nhau trong suốt tuổi thọ kết cấu, giúp đánh giá chính xác hơn hành vi của kết cấu. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi dữ liệu đầu vào chi tiết và phức tạp. Ưu điểm của AASHTO LRFD là tính thực tiễn cao, dễ áp dụng và phù hợp với nhiều loại kết cấu cầu. Nhược điểm là độ chính xác có thể không cao bằng các mô hình phức tạp hơn, đặc biệt trong các trường hợp đặc biệt (ví dụ: bê tông cường độ cao, môi trường khắc nghiệt).

2.2. Đánh Giá So Sánh ACI 209R 92 và Eurocode 2 Tính Ứng Dụng

ACI 209R-92 là hướng dẫn của Viện Bê tông Hoa Kỳ (ACI) về dự đoán từ biến, co ngót và ảnh hưởng nhiệt độ trong kết cấu bê tông. Eurocode 2 (EN 1992-1-1) là tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông của Liên minh Châu Âu. Cả hai tiêu chuẩn đều cung cấp các mô hình để dự đoán từ biến và co ngót của bê tông, tuy nhiên, các mô hình này khác nhau về hình thức và hệ số. ACI 209R-92 sử dụng các phương trình thực nghiệm đơn giản hơn, trong khi Eurocode 2 sử dụng các mô hình phức tạp hơn, có tính đến nhiều yếu tố ảnh hưởng. Eurocode 2 thường được đánh giá là chính xác hơn trong việc dự đoán từ biến và co ngót, nhưng đòi hỏi dữ liệu đầu vào chi tiết hơn. ACI 209R-92 dễ áp dụng hơn, phù hợp với các dự án nhỏ và vừa.

2.3. TCVN 5574 2018 và Các Khuyến Nghị Cập Nhật

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2018 có hướng dẫn tính toán tổn hao ứng suất trước do từ biến và co ngót bê tông tương tự như tiêu chuẩn Nga. Cần rà soát và cập nhật để phù hợp với các nghiên cứu và tiêu chuẩn quốc tế mới nhất. Các khuyến nghị cập nhật bao gồm sử dụng các mô hình từ biến và co ngót phức tạp hơn, có tính đến nhiều yếu tố ảnh hưởng (ví dụ: loại xi măng, thành phần bê tông, điều kiện môi trường), và áp dụng các phương pháp số để giải quyết các bài toán phức tạp. Việc cập nhật tiêu chuẩn cần dựa trên các nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng số, nhằm đảm bảo độ chính xác và tin cậy cao. Đồng thời, cần có các hướng dẫn chi tiết và ví dụ minh họa để giúp kỹ sư dễ dàng áp dụng tiêu chuẩn vào thực tế.

III. Phương Pháp Tính Tổn Hao Ứng Suất Chi Tiết Hướng Dẫn Từng Bước

Việc tính toán tổn hao ứng suất đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các yếu tố ảnh hưởng và các phương pháp tính toán khác nhau. Các phương pháp phổ biến bao gồm phương pháp thành phần (tính riêng từng thành phần tổn hao và cộng lại) và phương pháp tổng thể (ước tính tổng tổn hao dựa trên các hệ số và kinh nghiệm). Phương pháp thành phần cho phép đánh giá chi tiết hơn, nhưng đòi hỏi dữ liệu đầu vào chi tiết và phức tạp. Phương pháp tổng thể đơn giản hơn, nhưng độ chính xác có thể không cao. Ngoài ra, các phương pháp số (ví dụ: phân tích phần tử hữu hạn) cũng được sử dụng để mô phỏng chính xác hơn hành vi của kết cấu và tính toán tổn hao ứng suất, đặc biệt trong các trường hợp phức tạp (ví dụ: kết cấu có hình dạng phức tạp, chịu tải trọng động hoặc môi trường khắc nghiệt).

3.1. Tính Tổn Hao Tức Thời Biến Dạng Đàn Hồi và Trượt Neo

Tổn hao ứng suất tức thời xảy ra ngay sau khi căng kéo cốt thép, chủ yếu do biến dạng đàn hồi của bê tông và trượt neo. Tổn hao do biến dạng đàn hồi được tính dựa trên mô đun đàn hồi của bê tông và ứng suất trong bê tông tại mức trọng tâm cốt thép. Tổn hao do trượt neo phụ thuộc vào loại neo sử dụng và được xác định dựa trên các thí nghiệm hoặc thông số kỹ thuật của nhà sản xuất. Việc giảm thiểu tổn hao do trượt neo có thể thực hiện bằng cách sử dụng các loại neo có độ tin cậy cao và kiểm soát chặt chẽ quá trình căng kéo. Việc bù tổn hao do biến dạng đàn hồi thường được thực hiện bằng cách căng vượt lực căng tính toán.

3.2. Tính Tổn Hao Dài Hạn Từ Biến Co Ngót và Relaxation

Tổn hao ứng suất dài hạn xảy ra theo thời gian do từ biến, co ngót của bê tông và relaxation của cốt thép. Từ biến là sự biến dạng chậm của bê tông dưới tác dụng của tải trọng không đổi. Co ngót là sự co lại của bê tông do mất nước. Relaxation là sự suy giảm ứng suất trong cốt thép dưới tác dụng của biến dạng không đổi. Việc tính toán tổn hao do từ biến và co ngót thường dựa trên các mô hình thực nghiệm hoặc các tiêu chuẩn thiết kế. Việc tính toán tổn hao do relaxation của cốt thép thường dựa trên các thí nghiệm hoặc thông số kỹ thuật của nhà sản xuất. Việc giảm thiểu tổn hao dài hạn có thể thực hiện bằng cách sử dụng bê tông có cường độ cao, cốt thép có độ tin cậy cao, và kiểm soát chặt chẽ điều kiện môi trường.

3.3. Sử Dụng Phần Mềm Tính Toán Tiết Kiệm Thời Gian và Tối Ưu Hóa

Phần mềm tính toán tổn hao ứng suất có thể giúp kỹ sư tiết kiệm thời gian và tối ưu hóa quá trình thiết kế. Các phần mềm này thường tích hợp các tiêu chuẩn thiết kế khác nhau và cung cấp các công cụ để mô phỏng hành vi của kết cấu và tính toán tổn hao ứng suất một cách chính xác. Việc sử dụng phần mềm đòi hỏi kỹ sư phải có kiến thức về các phương pháp tính toán và các giả định được sử dụng trong phần mềm. Ngoài ra, kỹ sư cần kiểm tra và đánh giá kết quả tính toán để đảm bảo tính chính xác và tin cậy.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Phân Tích Tổn Hao Ứng Suất Trong Dự Án Cụ Thể

Để hiểu rõ hơn về tầm quan trọng của phân tích tổn hao ứng suất, chúng ta sẽ xem xét một số ví dụ thực tế về việc áp dụng các phương pháp tính toán tổn hao ứng suất trong các dự án xây dựng. Ví dụ, trong thiết kế cầu bê tông dự ứng lực, việc tính toán chính xác tổn hao ứng suất là rất quan trọng để đảm bảo khả năng chịu tải, độ bền và tuổi thọ của cầu. Trong thiết kế nhà cao tầng bê tông dự ứng lực, việc tính toán tổn hao ứng suất giúp kiểm soát độ võng và đảm bảo tính thẩm mỹ của công trình. Các dự án thực tế này cho thấy việc áp dụng các phương pháp tính toán tổn hao ứng suất không chỉ giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế, mà còn giúp nâng cao chất lượng và tuổi thọ của công trình.

4.1. Case Study Cầu Bê Tông Dự Ứng Lực Bài Học Kinh Nghiệm

Trong thiết kế cầu bê tông dự ứng lực, việc tính toán chính xác tổn hao ứng suất là rất quan trọng để đảm bảo khả năng chịu tải, độ bền và tuổi thọ của cầu. Ví dụ, một cây cầu được thiết kế với tổn hao ứng suất ước tính sai có thể bị nứt, võng quá mức hoặc thậm chí sập đổ. Các bài học kinh nghiệm từ các dự án cầu thực tế cho thấy việc áp dụng các phương pháp tính toán tổn hao ứng suất chi tiết và kiểm tra kỹ lưỡng các giả định là rất quan trọng.

4.2. Case Study Nhà Cao Tầng Bê Tông Dự Ứng Lực Giải Pháp Tối Ưu

Trong thiết kế nhà cao tầng bê tông dự ứng lực, việc tính toán tổn hao ứng suất giúp kiểm soát độ võng và đảm bảo tính thẩm mỹ của công trình. Ví dụ, một tòa nhà cao tầng được thiết kế với tổn hao ứng suất không được kiểm soát có thể bị võng quá mức, gây ra các vấn đề về sử dụng và thẩm mỹ. Các giải pháp tối ưu để kiểm soát độ võng bao gồm sử dụng bê tông cường độ cao, cốt thép có độ tin cậy cao, và kiểm soát chặt chẽ điều kiện môi trường.

4.3. Đánh Giá Hiệu Quả Các Biện Pháp Giảm Tổn Hao Ứng Suất

Có nhiều biện pháp để giảm tổn hao ứng suất trong bê tông dự ứng lực, bao gồm sử dụng bê tông cường độ cao, cốt thép có độ tin cậy cao, kiểm soát chặt chẽ điều kiện môi trường, và áp dụng các phương pháp căng kéo tiên tiến. Việc đánh giá hiệu quả của các biện pháp này đòi hỏi phải có các nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng số. Kết quả đánh giá cho thấy việc kết hợp nhiều biện pháp có thể mang lại hiệu quả cao hơn so với việc áp dụng một biện pháp đơn lẻ.

V. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Tương Lai về Ứng Suất Bê Tông

Tổn hao ứng suất là một vấn đề phức tạp và quan trọng trong thiết kế bê tông dự ứng lực. Việc tính toán chính xác tổn hao ứng suất đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các yếu tố ảnh hưởng và các phương pháp tính toán khác nhau. Các tiêu chuẩn thiết kế khác nhau đưa ra các phương pháp tính toán khác nhau, và việc lựa chọn tiêu chuẩn phù hợp phụ thuộc vào loại kết cấu, điều kiện môi trường và yêu cầu thiết kế. Các hướng nghiên cứu tương lai bao gồm phát triển các mô hình từ biến và co ngót phức tạp hơn, áp dụng các phương pháp số để mô phỏng chính xác hơn hành vi của kết cấu, và nghiên cứu các biện pháp giảm tổn hao ứng suất hiệu quả hơn. Cần có sự hợp tác giữa các nhà khoa học, kỹ sư và nhà sản xuất để phát triển các công nghệ mới và nâng cao chất lượng bê tông dự ứng lực.

5.1. Tổng Kết Các Phương Pháp Tính Toán và Khuyến Nghị

Bài viết đã trình bày tổng quan về các phương pháp tính toán tổn hao ứng suất trong bê tông dự ứng lực, bao gồm phương pháp thành phần, phương pháp tổng thể và phương pháp số. Các khuyến nghị bao gồm lựa chọn phương pháp tính toán phù hợp với loại kết cấu và yêu cầu thiết kế, sử dụng dữ liệu đầu vào chính xác và tin cậy, và kiểm tra kỹ lưỡng kết quả tính toán.

5.2. Các Hướng Nghiên Cứu Mới Về Mô Hình Hóa Tổn Hao Ứng Suất

Các hướng nghiên cứu mới về mô hình hóa tổn hao ứng suất bao gồm phát triển các mô hình từ biến và co ngót phức tạp hơn, có tính đến nhiều yếu tố ảnh hưởng (ví dụ: loại xi măng, thành phần bê tông, điều kiện môi trường), áp dụng các phương pháp số để mô phỏng chính xác hơn hành vi của kết cấu, và nghiên cứu các biện pháp giảm tổn hao ứng suất hiệu quả hơn.

5.3. Tầm Quan Trọng của Thực Nghiệm và Kiểm Chứng

Thực nghiệm và kiểm chứng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ tin cậy của các phương pháp tính toán tổn hao ứng suất. Các kết quả thực nghiệm giúp kiểm tra và điều chỉnh các mô hình lý thuyết, đồng thời cung cấp dữ liệu đầu vào cho các mô hình số. Việc kiểm chứng kết quả tính toán bằng các thí nghiệm thực tế giúp đảm bảo tính chính xác và tin cậy của các kết luận.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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.