Sàn bêtông cốt thép dự ứng lực GVHD: TS. Vũ Xn Hòa Trang 1 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SÀN I. Khái niệm II. Phân loại III. Một số qui đònh về cấu tạo sàn bê tông cốt thép ứng lực trước (theo aci code 318-2002) IV. Một số vấn đề về thi công sàn hai phương và sàn phẳng ứng lực trước CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN SÀN HAI PHƯƠNG I. Tải trọng tác dụng lên sàn II. Sự làm việc của sàn hai phương III. Nguyên tắc thiết kế IV. Cân bằng tải trọng theo hai phương V. Độ võng của sàn hai phương VI. Khả năng chòu uốn của sàn hai phương VII. Bố trí cốt thép VIII. Ví dụ tính toán sàn hai phương CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN SÀN PHẲNG I. Khái niệm về sàn phẳng II. Sự làm việc của sàn phẳng III. Sự cân bằng tải trọng của sàn phẳng IV. Phương pháp tính khung thay thế V. Khả năng chòu uốn của sàn phẳng: VI. Lực cắt trong của sàn phẳng VII. Độ võng của sàn phẳng Sàn bêtông cốt thép dự ứng lực GVHD: TS. Vũ Xn Hòa Trang 2 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ SÀN I. KHÁI NIỆM Sàn Bê Tông Cốt Thép Ứng Lực Trước là kết cấu phẳng, có độ dày không đổi: sàn nhà, sàn mái, bản mặt cầu, tường… ƯU ĐIỂM • Có khả năng chòu lực ca vượt được nhòp lớn. • Sàn phẳng, không dầm Ỉ giảm chiều cao tầng, tăng hiệu quả kinh tế. Sàn bêtông cốt thép dự ứng lực GVHD: TS. Vũ Xn Hòa Trang 3 II. PHÂN LOẠI • Sàn kê lên dầm: sàn 1 phương 1 2 a b l l ≥ , sàn 2 phương 1 2 a b l l < • Sàn kê lên cột: Sàn phẳng (flat plate slab), Sàn nấm (flat slab) • Sàn ô lưới (grid slab) Trong phạm vi bài thuyết trình sẽ đề cập đến lý thuyết và việc tính toán sàn 2 phương và sàn phẳng. III. MỘT SỐ QUI ĐỊNH VỀ CẤU TẠO SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC (THEO ACI CODE 318-2002) 3.1. Độ dày của sàn Sàn là kết cấu có bề dày nhỏ so với chiều dài nhòp nên độ võng thường lớn. Vì thế, mặc dù thỏa mãn các điều kiện bền khác, sàn thường không thỏa mãn điều kiện về độ võng. Độ võng của những kết cấu mỏng như sàn liên quan trực tiếp đến độ dày của nó nên khi thiết kế, bước ban đầu ta phải giả đònh độ dày của sàn theo: • kinh nghiệm của người thiết kế • tỷ số nhòp (45 50) 2 ab ll h + =÷ với h: độ dày sàn Ỉ để đảm bảo về độ cứng và lực cắt trong sàn. Độ dày của sàn còn phải tuân theo một số qui đònh (ACI Code 318/A.9.5), với l n là khoảng cách theo phương cạnh dài (drop panel: sàn trên đầu cột) Sàn bêtông cốt thép dự ứng lực GVHD: TS. Vũ Xn Hòa Trang 4 3.2. Cốt thép ¾ Cốt thép dùng trong Sàn Bê Tông Cốt Thép Ứng Lực Trước thường là những sợi cáp đặt cách nhau khoảng 2-5 ft (610-1524mm), phụ thuộc vào tải trọng, nhòp và bề dày sàn ¾ Lớp bêtông bảo vệ cho cốt thép Ứng Lực Trước ≥ 1 inch (25.4 mm); nếu bề mặt sàn tiếp xúc với đất hoặc môi trường bên ngoài thì phải ≥ 1.5 inch (38,5mm) ¾ Những nghiên cứu về tính kinh tế trong phương pháp xây dựng cho thấy: khi dùng phương pháp căng sau cho thép Ứng Lực Trước, ta luồng thép vào những ống nhựa được bôi trơn sẽ làm giảm ma sát trong quá trình căng thép. Tuy nhiên vấn đề đặt ra là: • Lực ma sát sẽ lớn hơn trong khi phụt vữa vào ống sau này. • Sự cần thiết phải bảo vệ những sợi cốt thép Ứng Lực Trước chưa được bao bọc trong ống không bò ăn mòn trong quá trình thi công. • Việc phụt vữa vào ống sẽ rất khó khăn khi có nhiều thép trong 1 ống có đường kính nhỏ. ¾ Cốt Thép Thường được thêm vào sàn để tạo thành Cốt Thép phân bố theo phương ngang hoặc ở vùng có Moment để hạn chế sự hình thành khe nứt và nâng cao khả năng chòu uốn, ngoài ra đối với sàn phẳng còn nâng cao khả năng chòu cắt (xuyên thủng). Việc làm này rất quan trọng để ngăn ngừa sự xuất hiện của vết nứt trong điều kiện làm việc bình thường của sàn, vì nếu xuất hiện vết nứt rộng sẽ dẫn tới thép Ứng Lực Trước bò ăn mòn, rất nguy hiểm. THEO ACI CODE: Bonded Reinforcing Bar - cốt thép được dùng thêm để tăng cường khả năng chòu lực, chống nứt - được đặt ở vùng chòu nén trước của cấu kiện chòu uốn. Ước tính: A s = 0.004A, với A là diện tích phần tiết diện ngang của BT giới hạn bởi đường ứng suất kéo và trọng tâm của tiết diện, và phải dùng tối thiểu là 4 thanh. Nếu đặt trong vùng có Monment dương thì chiều dài yêu cầu là 1 3 l≥ , trong vùng có Monment âm thì chiều dài yêu cầu là 1 6 l≥ Sàn bêtông cốt thép dự ứng lực GVHD: TS. Vũ Xn Hòa Trang 5 IV. MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ THI CÔNG SÀN HAI PHƯƠNG VÀ SÀN PHẲNG ỨNG LỰC TRƯỚC Sàn Hai Phương và Sàn Phẳng Ứng Lực Trước thường được thi công bằng phương pháp căng sau. Sàn được đổ tại chổ hay đổ dưới đất, ở nhà máy rồi dùng cần trục cẩu lên lắp ghép. • THI CÔNG ĐỔ TẠI CHỔ Bố trí thép DUL và thép thường Đầu căng thép Đầu neo thép Sàn bêtông cốt thép dự ứng lực GVHD: TS. Vũ Xn Hòa Trang 6 ỐNG NHỰA ĐỂ LUỒNG THÉP, CÁCH CĂNG THÉP VÀ NEO LẠI CÔNG TRƯỜNG THI CÔNG SÀN PHẲNG CÔNG TRÌNH ĐẶC BIỆT Không chỉ được sử dụng để tạo nên những tấm sàn phẳng, vuông vức, công nghệ thi công Sàn Bê Tông Cốt Thép Ứng Lực Trước còn dùng để tạo nên những công trình có bề mặt cong. Ví dụ như hồ nước, trạm bơm… Sàn bêtông cốt thép dự ứng lực GVHD: TS. Vũ Xn Hòa Trang 7 HỒ CHỨA NƯỚC TẠI CALIFORNIA.MỸ CÁCH TẠO VÁN KHUÔN, CĂNG THÉP VÀ PHỤT VỮA BÊ TÔNG Sàn bêtông cốt thép dự ứng lực GVHD: TS. Vũ Xn Hòa Trang 8 Chương 2:NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN SÀN HAI PHƯƠNG I. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN SÀN • Tónh tải: Tónh tải, Trọng lượng bản thân sàn * o gh γ = và hoạt tải dài hạn (xem như tónh tải) • Hoạt tải: hoạt tải ngắn hạn • Lực nén trước theo hai phương do quá trình tạo Ứng Lực Trước gây nên II. SỰ LÀM VIỆC CỦA SÀN HAI PHƯƠNG Sàn 2 phương có thể được đỡ bằng tường, dầm (dùng nhiều hơn) ở cả 4 bên của sàn (với giả thiết góc xoay tại dầm, tường là không đáng kể) Tại mỗi tiết diện, sàn bò võng theo cả hai phươngỈ Moment uốn xuất hiện ở cả 2 phương nên cốt thép Ứng Lực Trước phải được đặt theo cả 2 phương, song song với các cạnh của sàn, cùng làm việc dưới tác dụng của tải trọng Độ võng ( độ cong ) của phần giữa sàn trong cạnh ngắn > cạnh dài => Moment trong cạnh ngắn > trong cạnh dài. Tải tác dụng lên sàn 2 phương sẽ gây ra Moment uốn và Moment xoắn. Monment xoắn có xu hướng làm giảm Monment uốn. III. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ Tùy theo mức độ quan trọng và tính chất sử dụng của công trình, Sàn Bê Tông Cốt Thép Ứng Lực Trước được thiết kế theo 2 nguyên tắc chính: Sàn bêtông cốt thép dự ứng lực GVHD: TS. Vũ Xn Hòa Trang 9 • Ứng lực trước toàn bộ: điều kiện cân bằng tải trọng xảy ra khi kết cấu chòu toàn bộ tải trọng thiết kế: Tónh Tải + Hoạt Tải => khi chòu toàn bộ hoạt tải, kết cấu vẫn không bò võng, nứt • Ứng lực trước một phần: điều kiện cân bằng tải trọng xảy ra khi kết cấu chòu được Tónh Tải + TLBT. Nghóa là sàn được thiết kế để mang được Tónh Tải + TLBT mà không bò võng, nứt. Ư Sau khi tính toán thì kiểm tra lại với hoạt tải sử dụng Ỉ lúc này kết cấu được phép võng hoặc nứt nhưng phải trong giới hạn cho phép Ư Thiết kế theo nguyên tắc này tiết kiệm hơn, kinh tế hơn Ỉ nguyên tắc này được dùng cho đa số trong các công trình dân dụng khi mà hoạt tải sử dụng không lớn. IV. CÂN BẰNG TẢI TRỌNG THEO HAI PHƯƠNG Mặc dù có thể tính toán Sàn Hai Phương theo phương pháp dẻo, nhưng việc tính toán sẽ rất phức tạp khi sàn kê lên nhiều nhòp, kể đến độ xoắn và võng của dầm đỡ. Ta thường dùng tính toán theo phương pháp đàn hồi, gần đúng, với lý thuyết quan trọng nhất là cân bằng tải trọng. Mục tiêu của việc cân bằng tải trọng cho sàn cũng như dầm là tạo ra một lực tương đương hướng lên từ cốt thép Ứng Lực Trước được uốn cong để cân bằng 1 cách chính xác với một tải trọng hướng xuống xác đònh. Với tải trọng này, sàn được thiết kế sao cho sau khi nén trước, nó chỉ chòu ứng suất nén phân bố đều trong mặt phẳng. Như vậy không có M xoắn & M uốn => việc tính toán sẽ đơn giản hơn. Thực tế, khi chòu thêm tải trọng, sàn sẽ võng xuống hay vồng lên một lượng nhỏ. Việc cân bằng tải trọng cho sàn khác dầm ở chỗ lực tương đương do cốt thép Ứng Lực Trước theo phương này sinh ra sẽ được cộng hoặc trừ với lực tương đương do cốt thép Ứng Lực Trước theo phương vuông góc sinh ra. Khái niệm về cân bằng tải trọng rất thích hợp trong việc tính toán sàn và thường cung cấp cho ta những số liệu cơ bản để sơ bộ chọn thép Ứng Lực Trước cũng như lực nén trước cần thiết để sàn có độ võng = 0 với tải cân bằng đã chọn. Thông thường, với cách gây ứng lực trước một phần, Tải cân bằng thường được chọn là tónh tải toàn phần (Tónh Tải +TLBT) CÔNG THỨC: Giả thuyết: Tải trọng cân bằng tác dụng lên sàn (Tónh Tải +TLBT) là tải phân bố đều và Cốt thép được được đặt theo dạng Parabol Sàn bêtông cốt thép dự ứng lực GVHD: TS. Vũ Xn Hòa Trang 10 1) Tải trọng tương đương hướng lên tác dụng lên sàn bởi cốt thép Ứng Lực Trước dạng parabol trong cạnh ngắn l a : 2 8* aa pa a Py w l = (kN/m 2 ; psf) a P : lực nén do việc gây Ứng Lực Trước (cắt thép sau khi căng) sau khi MMƯS tác dụng lên cạnh ngắn trên 1 đơn vò chiều dài của cạnh l b (cạnh dài) y a : độ lệch tâm lớn nhất của cốt thép Ứng Lực Trước tại tiết diên giữa nhòp pa w : tải trọng tương đương hướng lên trên một đơn vò diện tích của sàn. Tương tự: Tải trọng tương đương hướng lên tác dụng lên sàn bởi cốt thép Ứng Lực Trước dạng parabol trong cạnh dài l b : 2 8* bb pb b P y w l = (kN/m 2 ; psf) Tổng tải trọng tương đương hướng lên tác dụng lên sàn bởi cốt thép Ứng Lực Trước dạng parabol theo hai phương phải cân bằng với tải trọng tác dụng lên sàn (Tónh Tải +TLBT) 22 8* 8* aa bb p ab Py Py w TT TLBT ll =+=+ (kN/m 2 ; psf) Với sàn Hình Chữ Nhật, sự lựa chọn kinh tế là hầu hết tải trọng đều truyền theo phương cạnh ngắn. Vì thế, ta thường nén trước 1 lực nén ít nhất khoảng 100psi theo phương cạnh dài để hạn chế vết nứt và nâng cao khả năng chòu uốn. Ỉ Điều này có thể giảm lực nén trước yêu cầu theo phương cạnh ngắn 1 lượng pb w như trên 2) Ứng suất nén phân bố đều trên sàn dưới tác dụng của lực nén trước và tải tác dụng trên 1 dải Lb P b Wpb Pb parabola yb P a parabola ya Wpa Pa La [...]... của sàn 2 phương Ứng Lực Trước bò chi phối bởi tổng lượng thép Ứng Lực Trước và thép thường gia cường hơn là do sự phân bố cốt thép Ứng Lực Trước Mặc dù cốt thép Ứng Lực Trước phân bố trong chu vi trượt trên đầu cột là rất quan trọng, nhưng sự phân bố ở những vò trí khác không hợp lý Nhiều sàn phẳng Ứng Lực Trước theo phương pháp căng sau gần đây bố trí cốt thép Ứng Lực Trước theo 1 phương: cốt thép Ứng. .. của Bê Tông sau 28 ngày h=a0: khoảng cách đến trục của thép Ứng Lực Trước bw: bề rộng của mặt cắt Khả năng chống cắt của Bê Tông: Φ Vc = (0.85) * 5 f c' * bw * d 4) Ứng suất trong Cốt Thép Ứng Lực Trước Thép ƯLT thì ít mềm (khó uốn) so với thép thường và b tông ƯLT thì võng ít hơn ở trạng thái tới hạn Theo ACI Code 318-1999, Ứng Suất trong thép Ứng Lực Trước được tính theo công thức: Trang 13 Sàn b tông. .. nhóm cốt thép ƯLT ≤ 8 lần bề dày sàn và ≤ 5ft Khoảng cách này quy đònh giá trò ứng suất trước trung bình nhỏ nhất (sau khi có mất mát ứng suất ) là 125 psi trong mặt cắt sàn, tùy vào cốt thép ƯLT hoặc nhóm cốt thép ƯLT Lượng thép nhỏ nhất theo mỗi phương là 2 sợi thép ƯLT được quy đònh dựa vào lực cắt tới hạn trên đầu cột Trang 30 Sàn b tông cốt thép dự ứng lực GVHD: TS Vũ Xn Hòa 2/-Diện tích thép. .. Dải Trên Cột Trang 25 Sàn b tông cốt thép dự ứng lực Phần còn lại tập trung ở dải giữa nhòp GVHD: TS Vũ Xn Hòa Hình 10.12 Để tránh phá hoại cho sàn khi chòu toàn bộ hoạt tải hoặc khi quá tải, ta bố trí cốt thép như trường hợp trên, nghóa là bố trí cốt thép Ứng Lực Trước phần lớn dọc theo Dải Trên Cột Ứng với phương l2, các lực tác dụng hoàn toàn tương tự Toàn bộ cốt thép Ứng Lực Trước được sắp xếp... bản sàn Các thanh thép Ứng Lực Trước được đặt bên trên của những thanh thép gia cường này • Dùng thanh thép bẻ cong hay dầm chìm Các dạng này thường được áp dụng trong thực tế Trang 33 Sàn b tông cốt thép dự ứng lực • GVHD: TS Vũ Xn Hòa Dùng đai có gờ Dạng này rất thích hợp cho sàn lắp ghép: gồm 1 thép hình đặt tại góc của sàn, và được hàn nối với cột khi lắp ghép Đai truyền lực dọc từ sàn lên cột và... fpc là giá trò lực nén trung bình trong Bê Tông sau khi mất mát ứng suất, tại vò trí trục của sàn Vp là thành phần theo phương ứng của các lực gây Ứng Lực Trước đi ngang qua vùng bò xuyên thủng Trang 32 Sàn b tông cốt thép dự ứng lực GVHD: TS Vũ Xn Hòa *Điều kiện áp dụng công thức trên: -Khoảng cách từ mặt cắt ngang của cột đến cạnh kê không liên tục không được nhỏ hơn 4 lần bề dày sàn - f c' ≤ 5000... hạn của từng dải, moment xem như không đổi Trang 21 Sàn b tông cốt thép dự ứng lực GVHD: TS Vũ Xn Hòa Khi có lực tác dụng (lực do thép Ứng Lực Trước tạo ra hoặc là lực bên ngoài tác dụng), tấm phẳng sẽ bò cong theo 2 mặt phẳng, moment chính theo hai phương song song với các Dải Trên Cột Lực tác dụng ở khoảng giữa sàn được phân bố cho các dãy của sàn theo cả 2 phương Sự phân bố tải trọng giữa các dải... 0.3fc’ 2/ -ứng suất kéo trong b tông: • vùng chòu moment dương khi không dùng cốt thép thường: 2 f c′ • vùng chòu moment dương khi có dùng cốt thép thường: 6 f c′ • vùng chòu moment âm khi không dùng cốt thép thường: 0 • vùng chòu moment âm khi có dùng cốt thép thường: 6 f c′ 5) ACI CODE: Những yêu cầu liên quan đến việc đặt thép thường và thép Ứng Lực Trước 1/-Khoảng cách giữa các thanh cốt thép ƯLT... quá tải, cả Bê Tông và thép đều bò kéo, và ở trong vùng dẻo Ứng suất trong thép tăng không cân xứng với việc tăng tải trọng, nói cách khác, ứng suất trong thép thay đổi dọc theo chiều dài cây thép Các công thức tính toán tương tự như Sàn Hai Phương VI LỰC CẮT TRONG CỦA SÀN PHẲNG Sàn Phẳng rất có khuynh hướng tiến tơiù lực cắt cực hạn Khi sàn được đỡ bởi cột, có sự tập trung ứng rất lớn ứng suất cắt... khung tương đương dưới dạng cột tương đương và độ cứng của nó sẽ nhỏ hơn độ cứng thực tế của cột Độ mềm cột tương đương là tổng nghịch đảo độ mềm của cột thực và sàn nằm ngang 1 1 1 = + Kec ∑ Kc Kt Kec: độ cứng của cột tương đương Kc: độ cứng của cột thực Kt: độ cứng của dải sàn ngang Trang 28 Sàn b tông cốt thép dự ứng lực GVHD: TS Vũ Xn Hòa Độ cứng của cột có thể tính bằng các biểu thức cơ học đối . điều kiện cân bằng tải trọng xảy ra khi kết cấu chòu được Tónh Tải + TLBT. Nghóa là sàn được thiết kế để mang được Tónh Tải + TLBT mà không bò võng, nứt. Ư Sau khi tính toán thì kiểm tra lại. bằng thường được chọn là tónh tải toàn phần (Tónh Tải +TLBT) CÔNG THỨC: Giả thuyết: Tải trọng cân bằng tác dụng lên sàn (Tónh Tải +TLBT) là tải phân bố đều và Cốt thép được được đặt theo. parabol theo hai phương phải cân bằng với tải trọng tác dụng lên sàn (Tónh Tải +TLBT) 22 8* 8* aa bb p ab Py Py w TT TLBT ll =+=+ (kN/m 2 ; psf) Với sàn Hình Chữ Nhật, sự lựa chọn kinh tế là hầu