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
* Phơng pháp nghiên cứu
6
* Phạm vi nghiên cứu
6
Chơng 1: tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực tr-
ớc và Các quy định chung
7
1.1 Tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực trớc
7
1.2 Các quy định chung
11
1.2.1 Tải trọng
11
1.2.2 Tổ hợp tải trọng
13
1
1.2.3 Bê tông
15
1.2.4 Cốt thép cờng độ cao

2.2.2 Xác định theo điều kiện hạn chế độ võng
42
2.3 Lực ứng suất trớc
46
2.3.1 Lực ứng suất trớc
46
2.3.2 Lực ứng suất trớc 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
3
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

Chữ cái Latinh viết hoa
A Diện tích tiết diện ngang
A
c
Diện tích tiết diện ngang của bê tông
A
p
Diện tích tiết diện cáp ứng lực trớc
A
s
Diện tích tiết diện cốt thép thờng
A
s, min
Diện tích tiết diện tối thiểu cốt thép
A
sw
Diện tích tiết diện cốt thép chịu cắt
D Đờng kính độ cong uốn cốt thép
E Hệ quả tác động
E
c
Môđun đàn hồi tiếp tuyến của bê tông
E
cd
Môđun đàn hồi tính toán của bê tông
E
cm
Môđun đàn hồi cát tuyến của bê tông
E
p

Q
k
Tác động thay đổi đặc trng
R Độ bền
SLS Trạng thái giới hạn sử dụng
ULS Trạng thái giới hạn độ bền
ƯLT ứng lực trớc
V Lực cắt
V
Ed
Giá trị tính toán của lực cắt
TTGH 1 Trạng thái giới hạn 1
TTGH 2 Trạng thái giới hạn 2
Chữ cái Latinh thờng
d Chiều dày sàn
f
ck
Cờng độ chịu nén đặc trng của bê tông
f
cd
Cờng độ chịu nén tính toán của bê tông
f
p
Cờng độ chịu kéo của cáp ứng lực trớc
f
pk
Cờng độ chịu kéo đặc trng của cáp ứng lực trớc
f
t
Cờng độ chịu kéo của cốt thép

* Phơng 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 trớc căng sau trong nhà cao
tầng.
8
Chơng 1 : Tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực
trớc và Các quy định chung
1.1 Tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực trớc
Kết cấu bê tông ứng lực trớc là một dạng kết cấu đặc biệt trong kết cấu
bê tông cốt thép đã và đang đợc sử dụng rộng rãi trong xây dựng nhà và công
trình.
Kết cấu bê tông ứng lực trớc đợc thực hiện theo 2 công nghệ khác nhau
tùy thuộc vào phơng thức sản xuất và thi công. Đó là công nghệ căng trớc và
công nghệ căng sau [2].
Từ đầu những năm 1990 trở lại đây, trớc yêu cầu xây dựng nhà nhiều
tầng, nhà nhịp lớn tăng mạnh và do công nghệ nớc ngoài đợc đa vào nhiều
theo cùng với vốn đầu t nớc ngoài, công nghệ ứng lực trớc đã bắt đầu đợc
dùng trong kết cấu nhà cửa ở Việt Nam chủ yếu là trong kết cấu sàn, và có xu
hớng trở nên phổ biến hơn [9].
Kết cấu bê tông ứng lực trớc đợc 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 thờng u
điểm nổi bật của kết cấu bê tông ứng lực trớc là [9]:
- Làm tăng độ cứng của kết cấu, do vậy cho phép giảm đợc kích thớc
tiết diện, giảm đợc trọng lợng bản thân kết cấu và vợt đợc các khẩu độ lớn;
- Có khả năng khống chế sự hình thành vết nứt và độ võng;
- Tiết kiệm đợc vật liệu bêtông và cốt thép do việc sử dụng vật liệu cờng
độ cao.
Trong kết cấu công trình dân dụng, hệ thống sàn đợc quan tâm nhiều
nhất khi áp dụng công nghệ ứng lực trớc là do: sàn là bộ phận kết cấu có chi

đứng và bảo đảm cho các hệ kết cấu này cùng nhau làm việc khi chịu tác động
của động đất theo phơng ngang [5].
Phơng pháp tạo ứng lực trớc trong sàn:
10
- Các sàn bê tông ứng lực trớc ở Việt Nam hiện nay thờng dùng phơng
pháp căng sau (post tension) có hoặc không dính kết.
- Sau khi ván khuôn sàn đợc lắp dựng và kiểm tra theo đúng vị trí thiết
kế, tiến hành đặt cốt thép thờng và cốt thép ứng lực trớc cũng nh các thiết bị
neo. Để đảm bảo cho các cáp ứng lực trớc phát huy tốt khả năng chịu lực,
chúng đợc bố trí theo các đờng dải cáp định trớc trên mặt bằng và trên mặt cắt
sàn.
- Cáp ứng lực trớc đợc luồn trong các ống ghen polyetilen sau khi đã đ-
ợc bọc mỡ chống ăn mòn hoặc luồn trong các ống ghen dẹt bằng kim loại
mỏng, một đầu đợc neo cố định đầu kia nối với neo tạo ứng lực. Vị trí chính
xác của cáp ứng lực trớc đợc đánh dấu trên ván khuôn. Sau đó tiến hành đổ
tông đã đạt đợc cờng độ cần thiết theo yêu cầu của thiết kế. Việc căng cáp đợc
tiến hành theo hai bớc : bớc một tạo lực căng xấp xỉ bằng 50% lực căng quy
định, bớc hai tạo đủ lực căng. Bớc hai chỉ đợc tiến hành sau khi đã kết thúc b-
ớc một cho toàn sàn.
- Công nghệ căng sau đợc thực hiện việc căng cốt thép gây ứng lực trớc
trong kết cấu chỉ sau khi bê tông đổ tại chỗ đạt cờng độ ít nhất 80% cấp độ
bền thiết kế. Điểm tỳ của thiết bị căng nằm ngay trên cạnh hay trên mặt kết
cấu nên còn đợc gọi là căng trên bê tông. Để đảm bảo cho việc căng cốt thép
đợc thuận lợi, cốt căng phải đợc luồn trong rãnh hoặc các loại ống chuyên
dụng.
Cho đến nay nhiều công trình cao tầng, các công trình công nghiệp,
công trình công cộng đã và đang đợc các đơn vị thiết kế, xây dựng trong nớc
dùng công nghệ bê tông ứng lực trớc ngày càng có hiệu quả.
11
H×nh 1.1 Tßa nhµ Keangnam Hµ Néi (T¸c gi¶ s– u tÇm)

Tải trọng
tạm thời chính
Q
k,i
Bất lợi Có lợi Bất lợi Có lợi Bất lợi Có lợi
a) Kiểm tra ổn
định tĩnh học
của kết cấu
1,10 0,90 1,50 0 1,50 0
b) Thiết kế
các cấu kiện
của kết cấu
(không kể tác
động của đất)
1,35 1,00 1,50 0 1,50 0
c) Tính toán
cùng một lúc
cả hai trờng
hợp a và b
1,35 1,15 1,5 0 1,5 0
Bảng 1.2 Hệ số riêng đối với tải trọng khi tính theo TTGH thứ hai [4]
Dùng cho Tải trọng thờng xuyên Tải trọng tạm thời
Tất cả các trờng hợp tính toán 1,0 1,0
Tác động bất lợi để chỉ trờng hợp tải trọng gây bất lợi cho kết cấu, tức
là làm cho nội lực của kết cấu tăng lên.
Tác động có lợi để chỉ trờng hợp tải trọng không gây bất lợi cho kết
cấu, tức là làm cho nội lực của kết cấu giảm đi.
1.2.2 Tổ hợp tải trọng [4]
14
Tải trọng thờng xuyên cùng với các tải trọng tạm thời phải đợc tổ hợp

là chỉ các tải
trọng tơng tự cùng tác động.
Bảng 1.3 Các giá trị của hệ số

trong các tổ hợp tải trọng [4]
Tải trọng



1

2
Tải trọng trong nhà, theo loại
Loại A : Nhà ở, biệt thự
0,7 0,5 0,3
Loại B : Văn phòng
0,7 0,5 0,3
Loại C : Phòng họp
0,7 0,7 0,7
Loại D : Cửa hàng
0,7 0,7 0,6
Loại E : Kho tàng
1,0 0,9 0,8
Loại F : Diện tích giao thông, trọng lợng phơng
tiện < 30kN
0,7 0,7 0,6
Loại G : Diện tích giao thông, 30kN < trọng l-
ợng phơng tiện < 160kN
0,7 0,5 0,3
Loại H : Mái

c) Tải trọng thờng
xuyên + một tải trọng
tạm thời (chính) + gió
1,35 1,00 1,5 0

0

ì
1,5
Với

0
= 0,5
d) Tải trọng thờng
xuyên + một tải trọng
tạm thời + gió (chính)
1,35 1,00

0

ì
1,5
0 1,5
Tổ hợp bất thờng, dùng cho trờng hợp thiết kế bất thờng:


+++=
1
21.21.1
1




++=
1
2
1
.
i
iki
j
jkd
GE QQ
k.1

(1-5)
Tổ hợp ngắn hạn, sử dụng cho các trạng thái giới hạn có phục hồi:



++=
1
21.1
1
.
i
iki
j
jkd
GE QQ

A
N
f =
(N/mm
2
) (1-8)
trong đó:
A
c
Diện tích ngang của mẫu;
N Lực nén phá hoại.
Tiêu chuẩn EC-2 quy định cấp bền của bê tông không nhỏ hơn C30/37.
Với cờng độ nh vậy, bê tông sẽ có biến dạng co ngót nhỏ, đặc trng từ biến nhỏ
và mô đun đàn hồi cao, làm giảm hao tổn ứng suất trong cốt thép.
Bảng 1.5 Giá trị E
c
và f
ck
của bê tông dùng cho kết cấu ƯLT [16]
Cấp C30/37 C35/45 C40/50 C50/60
f
ck
(N/mm
2
) 30 35 40 50
E
c
(kN/mm
2
) 32 33,5 35 37

nếu trong tài liệu của tổ chức phê chuẩn kỹ thuật Châu Âu.
- Các đặc trng cơ lý của thép ứng suất trớc đợc nêu trong tiêu chuẩn
EN 10138 hoặc các tài liệu của tổ chức phê chuẩn kỹ thuật Châu Âu.
- Các thanh căng ứng suất trớc (sợi, bó cáp và thanh thép) phải đợc phân
loại theo:
Độ bền, biểu thị ứng suất (f
p0,1k
) tại biến dạng d 0,1% và giá trị tỷ số của
cờng độ chịu kéo và cờng độ tại biến dạng d 0,1%, (f
p
/ f
p0,1k
), và độ giãn dài
tải trọng lớn nhất (
uk
).
18
- Khối lợng thực tế của các thanh căng ứng suất trớc so với khối lợng
danh nghĩa không đợc sai khác nhiều hơn giới hạn đợc quy định trong
EN 10138 hoặc trong tài liệu của tổ chức phê chuẩn kỹ thuật Châu Âu.
Trong tiêu chuẩn này xác định ba loại chùng cốt thép:
Loại 1: sợi hoặc bó cáp - độ chùng thông thờng;
Loại 2: sợi hoặc bó cáp - độ chùng thấp;
Loại 3: các thanh thép cán nóng và thanh thép đã qua xử lý.
Độ bền
ứng suất tại biến dạng d 0,1% (f
p0,1k
) và giá trị cờng độ chịu kéo quy
định (f
pk

p0,1k
(N/mm
2
)
P
o
kN
P
max
kN
Thông thờng
(STD)
15,2
12,5
1670
1770
1420
1500
177
125
167
118
19
Đặc biệt
(SUP)
15,7
12,9
1770
2860
1500

o
lực căng trớc tại neo;
P
max
lực căng trớc tối đa.
Các giả thiết tính toán
Phân tích kết cấu đợc thực hiện trên cơ sở diện tích danh nghĩa của tiết
diện ngang thanh căng ứng suất trớc và các giá trị đặc trng f
p0,1k
, f
pk
và
uk
.
Giá trị tính toán của môđun đàn hồi E
p
có thể giả thiết bằng 205 GPa
đối với sợi thép và thanh thép. Phụ thuộc vào quy trình chế tạo, giá trị thực tế
có thể nằm trong phạm vi 195 đến 210GPa. Các chứng chỉ kèm theo sản phẩm
hàng hóa có thể đa ra giá trị thích hợp.
Giá trị tính toán của môđun đàn hồi E
p
có thể giả thiết bằng 195GPa đối
với cáp. Phụ thuộc vào quy trình chế tạo, giá trị thực tế có thể nằm trong phạm
vi 185 đến 205GPa. Các chứng chỉ kèm theo có thể đa ra giá trị thích hợp.
Khối lợng thể tích trung bình của thanh căng ứng suất trớc, dùng cho
mục đích thiết kế có thể lấy bằng 7580kg/m
3
.
Các giá trị nêu trên có thể giả thiết là đúng trong phạm vi nhiệt độ giữa

chống lại ảnh hởng của cháy.
Trong cấu kiện bê tông ƯLT cần dùng thép cờng độ cao để tạo ra lực
căng trớc lớn vì trong quá trình chế tạo và sử dụng, một phần ứng suất căng
ban đầu bị mất đi. Trong cấu kiện đơn giản, chiu lực nhỏ nên dùng sợi thép c-
ờng độ cao với đờng kính 3-8. Khi số lợng sợi thép nhiều nên sử dụng bó
cáp. Trong thực tế thờng dùng cáp 7 sợi, đợc chế tạo từ 6 sợi thép xoắn quanh
một sợi thẳng ở chính giữa. Cáp 7 sợi thờng đợc chế tạo từ sợi thép 5 hoặc
6. Trong những cấu kiện chịu lực lớn có thể ghép các cáp 7 sợi vào một ống
rãnh để tạo lực lớn hơn.
Hiện nay ở Việt Nam thờng sử dụng cáp 7 sợi sản xuất theo tiêu chuẩn
ASTM A-416 (Mỹ) với hai loại cáp có cờng độ giới hạn nhỏ nhất là 1720 MPa
và 1860 MPa.
Bố trí các thanh căng ứng suất trớc và ống lồng:
Khoảng cách các ống lồng hoặc các thanh căng theo phơng pháp căng
trớc phải đảm bảo đáp ứng đợc yêu cầu đổ, đầm bê tông và phải đảm bảo phát
huy đầy đủ khả năng bám dính giữa bê tông và các thanh căng.
Khoảng cách thông thủy theo chiều ngang và chiều đứng của các thanh
căng đơn theo phơng pháp căng trớc phải đảm bảo tuân theo các khoảng cách
21
trên hình 1.2. Có thể sử dụng các cách bố trí khác, miễn là các kết quả thí
nghiệm chứng minh đợc sự làm việc ở trạng thái giới hạn thỏa mãn về:
- Bê tông chịu nén tại neo;
- Sự phá vỡ bê tông;
- Neo của các thanh căng theo phơng pháp căng trớc;
- Đổ bê tông giữa các thanh căng.
Vấn đề độ bền lâu và nguy cơ ăn mòn của thanh căng tại đầu các cấu
kiện cũng cần phải đợc xem xét.
Hình 1.5 Khoảng cách thông thủy tối thiểu trong thanh căng trớc [13]
(


chất dẻo tổng hợp hoặc lớp giấy đặc biệt. Lớp vỏ bọc phải đảm bảo tính năng
cơ học trong khoảng nhiệt độ -20
0
C đến 70
0
C.
Vữa dùng để lấp các khe thi công, các mối nối của cấu kiện lắp ghép,
để làm lớp bảo vệ cốt thép và bảo vệ các đầu neo.
1.2.6 Khoảng cách, lớp bảo vệ cốt thép [4]
Cốt thép đặt trong bê tông để tạo thành kết cấu bê tông cốt thép phải đ-
ợc liên kết với nhau thành khung cốt thép hoặc lới cốt thép.
Khoảng cách thông thủy giữa hai thanh cốt thép song song đặt liền kề
nhau phải đợc bảo đảm lớn hơn đờng kính thanh cốt thép và lớn hơn kích thớc
23
lớn nhất của cốt liệu cộng thêm 5mm. Quy định đó nhằm đạt đủ lực dính giữa
bê tông và cốt thép đồng thời vữa bê tông có thể chảy qua.
Nếu cốt thép có nhiều lớp trong cùng tiết diện thì các thanh thép phải đ-
ợc bố trí thẳng hàng theo phơng chảy của vữa bê tông, không đợc bố trí xen
kẽ.
Lớp bê tông bảo vệ là lớp bê tông phủ ra bên ngoài cốt thép, là khoảng
cách giữa bề mặt cốt thép lớp ngoài cùng (kể cả cốt đai) và bề mặt bê tông gần
nhất.
Lớp bê tông bảo vệ có tác dụng bảo đảm đủ lực dính giữa cốt thép và bê
tông, bảo vệ cốt thép khỏi sự ăn mòn của môi trờng xung quanh, đủ khả năng
chịu lửa theo yêu cầu.
Theo yêu cầu lực dính, chiều dày lớp bê tông bảo vệ c
min.b
không đợc
nhỏ hơn đờng kính của cốt thép. Nếu kích thớc danh nghĩa của cốt thép lớn
hơn 32mm thì phải tăng c

trong đó:

c
dev
- dung sai cho phép, xét đến những ảnh hởng có lợi và bất lợi
trong thi công;
Trong điều kiện sản xuất nhà máy, có chế độ kiểm soát chặt chẽ có thể
lấy

c
dev
= 10
ữ
5mm, có điều kiện đảm bảo có thể lấy:

c
dev
= 0mm;
24
Thông thờng lấy

c
dev
= 10mm.
Đờng kính uốn nhỏ nhất đối với thanh thép rời, phía bên trong của chỗ
uốn
m.min
lấy nh sau :
- Khi


- là ứng suất trong thanh thép tại vị trí bắt đầu đo chiều dài neo.
f
bd
- giá trị cờng độ bám dính tính toán đợc tính theo cờng độ chịu kéo
của bê tông có xét đến ảnh hởng của đờng kính cốt thép và điều kiện neo tốt
hay xấu, đợc tính theo công thức sau:
f
bd
= 1,5 f
ctk
(1-12)
Bảng 1.7 Hệ số cờng độ bám dính của bê tông [4]
f
ck
(N/mm
2
) 12 16 20 25 30 35 40 45 50 55 60


32mm
1,6 2,0 2,3 2,7 3,0 3,4 3,7 4,0 4,3 4,5 4,7
>3 2mm
1,1 1,4 1,6 1,9 2,1 2,4 2,6 2,8 3,0 3,1 3,3
Nếu trong đoạn neo, thanh cốt thép không thẳng thì chiều dài neo cơ
bản có thể giảm bớt nếu lớp bảo vệ cốt thép và khoảng cách giữa hai thanh
thép đợc neo đủ lớn. Thông thờng vẫn có thể xác định theo công thức trên
Khi:
25