i

LỜI CÁM ƠN
Luận văn thạc sĩ:“ Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng kết cấu tháp van
cống bê tông cốt thép lắp ghép dự ứng lực” đã được tác giả hoàn thành đảm bảo đầy
đủ các yêu cầu trong đề cương được phê duyệt.
Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Cảnh Thái, TS. Hồ Sỹ Tâm,
Trường Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ để tác giả hoàn
thành luận văn, và các thầy cô trường Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội, các thầy cô trong
khoa Công trình đã tận tụy giảng dạy tác giả trong suốt quá trình học tại trường.
Tác giả cũng xin gửi cám ơn chân thành đến lãnh đạo cùng đồng nghiệp trong bộ
môn Thủy công đã hết sức tạo điều kiện và giúp đỡ tận tình trong suốt thời gian học và
hoàn thành luận văn.
Tuy đã có những cố gắng song do thời gian có hạn, trình độ bản thân còn hạn
chế, luận văn này không thể tránh khỏi những tồn tại, tác giả mong nhận được những ý
kiến đóng góp và trao đổi chân thành của các thầy cô giáo, các anh chị em và bạn bè
đồng nghiệp. Tác giả rất mong muốn những vấn đề còn tồn tại sẽ được tác giả phát
triển ở mức độ nghiên cứu sâu hơn góp phần ứng dụng những kiến thức khoa học vào
phục vụ đời sống sản xuất.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày

tháng năm 2015.

Học viên

Trần Duy Quân


ii


1.4. Đề xuất giải pháp kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép ứng suất trước trong thiết
kế, thi công tháp van cống..........................................................................................11
1.5. Kết luận chương 1...............................................................................................12
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP
ỨNG SUẤT TRƯỚC.................................................................................................13
2.1. Khái quát về kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước và tình hình nghiên cứu,
ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước ở Việt Nam.................................13
2.2. Vật liệu và thiết bị dùng cho bê tông cốt thép ứng suất trước...........................20
2.3. Phương pháp tính toán kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước........................23
2.4. Phương pháp phần tử hữu hạn trong phân tích ứng suất biến dạng kết cấu bê
tông cốt thép................................................................................................................31
2.5. Lựa chọn phần mềm tính toán............................................................................33
2.6. Các bước mô hình và giải bài toán ứng suất biến dạng bằng phần mềm
ANSYS........................................................................................................................35
2.7. Các dạng phần tử sử dụng để mô phỏng kết cấu tháp van trong ANSYS.........36


iv
2.8. Kết luận chương 2...............................................................................................42
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG KẾT
CẤU THÁP VAN LẮP GHÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC.............................................43
3.1. Tổng quan...........................................................................................................43
3.2. Vị trí bố trí tháp van cống...................................................................................43
3.3. Các giả thiết trong nghiên cứu............................................................................44
3.4. Xây dựng các trường hợp tính toán....................................................................46
3.5. Phân tích các hình thức kết cấu tháp van ứng suất trước...................................47
3.6. Xác định mối quan hệ giữa chiều dày tháp cống và lực kéo cáp yêu cầu.........50
3.7. Kết luận chương 3...............................................................................................62
CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG KẾT CẤU THÁP VAN CỐNG LẮP GHÉP ỨNG
SUẤT TRƯỚC CHO CỐNG VĨNH TRINH – QUẢNG NAM..............................63

3

sau

tháp

van

cống

hồ

chứa

nước

Bản Muông – Sơn La bị hỏng.....................................................................................5
Hình 1.5: Cống dẫn dòng hồ Ia Krel 2 bị gãy............................................................5
Hình 1.6: Hiện tượng xâm thực bêtông bên trong cống La Ngà tại vị trí tháp van 6
Hình 1.7: Hiện tượng rò nước qua khe van cống La Ngà.........................................6
Hình 1.8: Thân cống hồ Suối Hai bị xâm thực, dột...................................................6
Hình 1.9: Hiện tượng thấm dọc theo mang cống gây vỡ đập Z20-Hà Tĩnh.............7
Hình 1.1: Thi công cống hồ Đồng Sương – Hà Tây...................................................8
Hình 1.1: Biểu đồ biến thiên mực nước hồ và lưu lượng nước yêu cầu tại đầu mối
hồ chứa nước La Ngà – Quảng Trị, năm 2014.........................................................10
Hình 1.2: Biểu đồ biến thiên mực nước hồ và lưu lượng nước yêu cầu tại đầu mối
hồ chứa nước La Ngà – Quảng Trị, tháng 8-9, năm 2014.......................................11
Hình 1.1: Đập trọng lực ứng suất trước...................................................................17
Hình 1.1: Một số cấu kiện bê tông cốt thép ứng suất trước....................................19
Hình 1.1: Sơ đồ ứng suất trên tiết diện thẳng góc giai đoạn I................................24

Hình 1.1: Biểu đồ quan hệ giữa Tyc – t, trường hợp B=2,0m x L=2,0m, tháp van
bố trí ở vị trí II...........................................................................................................59
Hình 2.1: Biểu đồ quan hệ giữa Tyc – t, trường hợp B=2,0m x L=2,0m, tháp van
bố trí ở vị trí III..........................................................................................................60
Hình 3.1: Biểu đồ quan hệ giữa Tyc – t, B=3,8m x L=4,0m, H = 25m, TH4..........61
Hình 1.1: Vị trí địa lý hồ chứa nước Vĩnh Trinh.....................................................63
Hình 1.1: Bong tróc trần cống, thấm qua thân cống...............................................64
Hình 1.2: Thấm qua thân cống.................................................................................65
Hình 1.1: Biểu đồ biến thiên mực nước hồ và lưu lượng nước yêu cầu tại đầu mối
hồ chứa nước Vĩnh Trinh – Quảng Nam, năm 2014...............................................69
Hình 1.2: Biểu đồ biến thiên mực nước hồ và lưu lượng nước yêu cầu tại đầu mối
hồ chứa nước Vĩnh Trinh – Quảng Nam, tháng 8,9 - năm 2014............................70
Hình 1.1: Các phần tử mặt PLANE42 để tạo khối các đoạn tháp van.................78
Hình 1.2: Mô hình phần tử một đoạn tháp van TH1..............................................78
Hình 1.3: Mô hình hình học tháp van TH1..............................................................79
Hình 1.4: Mô hình các phần tử tháp van TH1.........................................................79
Hình 1.5: Gán phần tử tiếp xúc và bó cáp ứng suất trước TH1.............................80


vii
Hình 1.6: Gán liên kết tai đáy tháp van và gia tốc trong trường TH1...................80
Hình 1.7: Gán các điều kiện biên tải trọng TH1......................................................81
Hình 1.8: Mô hình hình học tháp van TH2..............................................................81
Hình 1.9: Mô hình các phần tử tháp van TH2.........................................................82
Hình 1.10: Mô hình các điều kiện biên TH2............................................................82
Hình 1.11: Mô hình hình học tháp van TH3............................................................83
Hình 1.12: Mô hình các phần tử tháp van TH3.......................................................83
Hình 1.13: Mô hình các điều kiện biên TH3............................................................84
Hình 1.14: Mô hình phần tử mô tả vật liệu thép TH3.............................................84
Hình 1.1: Sơ đồ bố trí mặt cắt xuất kết quả.............................................................85

Hình 1.4: Biểu đồ ứng suất theo phương Y (SY) trên mặt cắt 4-4, TH3................99


ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Bảng quy định sử dụng cấp độ bền với bê tông trong kết cấu ..............21
ứng suất trước............................................................................................................21
Bảng 1.1: Đặc tính của tao thép xoắn 7 sợi không vỏ bọc theo ASTM A416.........22
Bảng 1.1: Bảng tổng hợp các loại tổn hao ứng suất.................................................27
Bảng 1.2: Bảng độ lớn tổn hao ứng suất trước ước tính (%)..................................27
Bảng 1.2: Số liệu đầu vào của phần tử LINK8........................................................37
Bảng 1.3: Số liệu đầu ra của phần tử LINK8..........................................................37
Bảng 1.2: Số liệu đầu vào của phần tử SOLID45....................................................38
Bảng 1.3: Số liệu đầu ra của phần tử SOLID45......................................................39
Bảng 1.1: Bảng tổng hợp các trường hợp tính toán................................................47
Bảng 1.1: Bảng hệ số động đất..................................................................................55
Bảng 1.1: Bảng quan hệ giữa Tyc – t, trường hợp B=2,0m x L=2,0m, tháp van bố
trí ở vị trí II................................................................................................................58
Bảng 1.2: Bảng quan hệ giữa Tyc – t, trường hợp B=2,0m x L=2,0m, tháp van bố
trí ở vị trí III............................................................................................................... 59
Bảng 1.3: Bảng quan hệ giữa Tyc – t, B=3,8m x L=4,0m, H = 25m, TH4..............60
Bảng 1.1: Bảng thông số cơ bản hồ chứa nước Vĩnh Trinh....................................66
Bảng 1.1: Bảng tổng hợp thông số để chọn cáp thép...............................................74
Bảng 1.1: Kết quả kiểm tra ổn định và độ bền tháp van cống TH1.......................77


1

MỞ ĐẦU

+ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết;


2
+ Phương pháp kế thừa: Áp dụng các công nghệ đã được dùng cho các lĩnh vực
xây dựng khác.
+ Phương pháp mô hình: Mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
IV. Kết quả dự kiến đạt được:
+ Hiểu biết sâu thêm về trạng thái ứng suất và biến dạng của kết cấu tháp van
công bê tông cốt thép thi công theo phương pháp lắp ghép ứng suất trước;
+ Theo điều kiện chịu lực, xác định được kích thước mỗi mô đun thi công và lực
kéo căng cáp hợp lý;
+ Áp dụng tính toán cho một công trình cụ thể.


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SỬA CHỮA, NÂNG CẤP
CỐNG DƯỚI ĐẬP
1.1. Khái quát hiện trạng hồ chứa và các sự cố thường gặp ở cống
1.1.1. Hiện trạng an toàn hồ chứa ở Việt Nam
Việt Nam là nước nông nghiệp có nhiều hồ chứa thủy lợi. Hiện cả nước có
khoảng 6.648 hồ chứa nước thủy lợi các loại [21] trong đó dung tích từ 10 triệu m 3 trở
lên có 103 hồ, dung tích từ 3 đến 10 triệu m 3 có 152 hồ, dung tích dưới 3 triệu m 3 có
6.393 hồ. Trong số khoảng 6648 hồ chứa này, phần lớn hồ chứa có đầu mối là đập
bằng vật liệu địa phương có công trình lấy nước dạng cống ngầm. Đa phần các hồ
chứa thủy lợi đã được xây dựng từ lâu, và đã xuất hiện biểu hiện hư hỏng xuống cấp.
Về thực trạng hồ chứa nước, các hồ dung tích trữ từ 10 triệu m 3 nước trở lên cơ
bản bảo đảm an toàn trong mùa mưa lũ năm 2012; 11 hồ có dung tích từ 3 đến 10 triệu
m3 nước đang bị hư hỏng cần được lưu ý; đáng quan tâm nhất là các hồ có dung tích

pháp xử lý nền không tốt, khảo sát chưa kỹ dẫn đến lún không đều; hoặc tháp cống
thiết kế ban đầu thô sơ, không đáp ứng yêu cầu làm việc và an toàn trong điều kiện
hiện tại như tháp van cống hồ Triệu Thượng – Quảng Trị [24] (hình 1.1), Khe Làng –
Nghệ An [22] (hình 1.2), Chấn Sơn – Quảng Nam [23] (hình 1.3)…

Hình 1.1: Tháp van hồ Triệu Thượng Quảng Trị

Hình 1.2: Tháp van hồ Khe Làng - Nghệ
An

Hình 1.3: Tháp van hồ Chấn Sơn – Quảng Nam


5
+ Hỏng các khớp nối do nhiều nguyên nhân khác nhau như: địa chất nền xấu,
biện pháp xử lý không phù hợp gây lún không đều; việc phân đoạn cống và bố trí khớp
nối không hợp lý hoặc khớp nối thiết kế không phù hợp, thi công không đảm bảo chất
lượng…Năm 2013 hồ Bản Muông ở Sơn La bị hỏng khớp nối gây xói rỗng thân đập
làm mái thượng lưu đập bị sụt lún [25].

Hình 1.4: Khớp nối 2, 3 sau tháp van cống hồ chứa nước
Bản Muông – Sơn La bị hỏng
+ Thân cống bị gãy do nền lún không đều hoặc bê tông thân cống kém chất
lượng hoặc bê tông bị thoái hóa… Năm 2014 hồ Ia Krel 2 bị gãy cống dẫn dòng dẫn
đến vỡ đập.

Hình 1.5: Cống dẫn dòng hồ Ia Krel 2 bị gãy
+ Thân cống bị xói, xâm thực do xảy ra hiện tượng khí thực mà hệ thống thông
khí không đủ để phá vỡ chân không hoặc thi công kém chất lượng như cống lấy nước
hồ chứa nước La Ngà – Quảng Trị [24] như hình 1.6, 1.7. Hiện tượng này xảy ra ở

50-80 của thế kỷ XX nhằm phục vụ phát triển nông nghiệp, xây dựng xã hội chủ
nghĩa. Để phục vụ lấy nước, dưới thân đập bố trí cống ngầm với hình thức chủ yếu là
cống ngầm chảy không áp, có tháp van phía thượng lưu để điều tiết lưu lượng, kết cấu
cống là cống hộp bằng bê tông cốt thép. Sau thời gian dài làm việc do nhiều nguyên
nhân khác nhau nhiều cống xảy ra các hiện tượng như thân cống bị mục, dột chất
lượng giảm; bê tông thân cống bị xâm thực đặc biệt tại gần vị trí xảy ra nước nhảy;
cống bị rò rỉ mất nước…Để khắc phục sự xuống cấp của các đầu mối hồ chứa, nâng
cao khả năng phục vụ cũng như đảm bảo sự làm việc an toàn của công trình, các dự án
sửa chữa, nâng cấp công trình được tiến hành. Trong các nội dung sửa chữa nâng cấp
thì rất nhiều các dự án có hạng mục công việc là sửa chữa cống cũ hoặc xây dựng cống
mới thay thế cống cũ. Một số dự án sửa chữa nâng cấp trong đó có sửa chữa cống như:
+ Sửa chữa cống Vĩnh Trinh – Quảng Nam, năm 2007: sửa chữa, nâng cấp cống
Đông và cống Tây thân cống bị xâm thực mạnh, thay đổi từ cống hộp bằng bê tông cốt
thép chảy không áp về cống thép bọc bê tông cốt thép tròn chảy có áp [14];
+ Sửa chữa cống hồ Đồng Sương – Hà Tây, năm 2008 (hình 1.9): sửa chữa cống
bị hư hỏng, thay đổi từ cống hộp bằng bê tông cốt thép chảy không áp về cống thép
bọc bê tông cốt thép tròn chảy có áp [13];


8

Hình 1.1: Thi công cống hồ Đồng Sương – Hà Tây
+ Sửa chữa cống Đăk Uy – Kon Tum, năm 2012: Sửa chữa cống bị hư hỏng, thay
đổi từ cống hộp bằng bê tông cốt thép chảy không áp về cống thép bọc bê tông cốt
thép tròn chảy có áp [12];
+ Sửa chữa cống Bản Muông – Sơn La, năm 2014: Sửa chữa, làm lại khớp nối
cống, xử lý bê tông thân cống bị xâm thực, mục [25]…;
1.3. Những khó khăn trong việc thi công sửa chữa, xây mới tháp van cống
Hiện nay, việc thi công sửa chữa, nâng cấp cũng như xây mới cống ngầm trong
ngành thủy lợi thường được tiến hành theo công nghệ thi công bê tông cốt thép truyền

cấp nước cho các ngành dùng nước, yêu cầu đắp đập vượt lũ. Bên cạnh đó để đảm bảo
chất lượng bê tông, mọi công tác phải tiến hành trong điều kiện khô ráo, không bị ngập
nước. Theo đó, thời gian để thi công sửa chữa cống thường phải tiến hành trong thời
gian rất ngắn của mùa kiệt và khi nhu cầu dùng nước phía hạ du hạn chế và mực nước
trong hồ thấp để khối lượng các công trình tạm, công trình phục vụ thi công như đê
quai ngăn dòng giảm và ít ảnh hưởng đến các hộ dùng nước. Quá trình thi công sửa
chữa cống phải hoàn thành trước mùa lũ để có thể tích nước cho các ngành dùng nước
trong mùa thiếu nước và đảm bảo an toàn chống lũ. Ngoài ra, nếu quá trình thi công
kéo dài sang mùa mưa, công tác đắp đất bù lại vào thân đập phía trên cống sẽ gặp
nhiều khó khăn do đất thường xuyên bị bão hòa nước.
Hình 1.10 thể hiện sự biến thiên mực nước hồ và lưu lượng nước yêu cầu tại đầu
mối để đảm bảo nhu cầu dùng nước bình quân tháng của hồ chứa nước La Ngà –
huyện Vĩnh Linh tỉnh Quảng Trị [27]. Hiện nay cống lấy nước của hồ chứa nước La
Ngà cũng đang bị xâm thực, rò rỉ nước nghiêm trọng đang đề xuất dự án hoành triệt
cống cũ, xây mới cống. Từ biểu đồ hình 1.10 ta thấy, về mặt cấp nước, quá trình phá
bỏ cống cũ, thi công cống mới nên được tiến hành vào khoảng từ đầu tháng 9 đến
tháng 12, vì trong khoảng thời gian này không có nhu cầu cấp nước tại đầu mối. Do
vậy, khi ngừng cấp nước do thi công sẽ không gây ảnh hưởng đến tình hình sản xuất,


10
đời sống, xã hội khu vực hạ du. Tuy nhiên, để giảm khối lượng công trình thi công như
đê quây, công tác bơm nước hố móng, cũng như phòng lũ và tích nước vào hồ khi mùa
mưa đến, quá trình thi công nên được tiến hành vào cuối mùa kiệt, tức là trong khoảng
từ tháng 8 đến tháng 9. Khi thi công trong thời gian này cao trình đê quai chỉ cần cao
khoảng +12m, kết hợp công tác bơm nước hố móng là có thể thi công cống được.
Ngoài ra, quá trình thi công nếu càng về sau sẽ càng bất lợi, vì khi bắt đầu mùa
mưa Bên cạnh đó, khoảng thời gian để tích nước vào hồ sẽ ngắn lại, làm hồ có nguy cơ
không tích đủ dung tích để tưới cho năm sau.


thể áp dụng để thiết kế, thi công cả thân cống và tháp cống. Tuy nhiên, do thi công
thân cống dễ dàng hơn nhiều so với tháp cống và yêu cầu về cường độ thi công thân


12
cống dễ dàng đáp ứng được bằng việc bố trí mặt bằng, các khoảnh đổ thi công, trình tự
thi công một cách hợp lý. Mặt khác, giải pháp kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước
lắp ghép cũng có một số yêu cầu về kỹ thuật thi công, vật liệu thi công, trình độ nhân
công thi công cao hơn phương pháp thi công truyền thống.
Từ những lý do trên, thân cống vẫn chọn hình thức và kết cấu theo phương pháp
thi công bê tông cốt thép truyền thống. Tháp van cống áp dụng giải pháp giải pháp kết
cấu bê tông cốt thép ứng suất trước lắp ghép. Theo giải pháp này, toàn bộ tháp van sẽ
được chia thành các mô đun và được đúc trong nhà máy hoặc tại bãi đúc ở hiện
trường. Sau khi các công tác hố móng hoàn thành, các mô đun sẽ được vận chuyển từ
nhà máy đến công trường để lắp dựng. Quá trình lắp dựng hoàn thành sẽ tiến hành kéo
cáp tạo ứng suất trước trong kết cấu tháp van lắp ghép.
Quá trình thiết kế và thi công tháp van theo kết cấu lắp ghép nhất thiết phải kết
hợp với giải pháp kết cấu ứng suất trước căng sau trên hiện trường. Nguyên nhân là do
tháp van cống là kết cấu theo phương đứng nhưng khi làm việc lại chịu các lực bất lợi
gây mất ổn định theo phương ngang. Kết cấu tháp van lắp ghép sẽ cho phép giảm thiểu
thời gian thi công trên công trường, qua đó khắc phục được những khó khăn do thi
công tháp van theo phương pháp truyền thống như đã đề cập ở trên. Tuy nhiên, tháp
van là kết cấu chịu lực theo phương ngang, ngoài trọng lượng bản thân giúp duy trì ổn
định đoạn tháp van cống, mỗi đoạn tháp van cống còn chịu các lực xô ngang gây mất
ổn định. Vì vậy, chúng ta phải sủa dụng ứng suất trước trong kết cấu tháp van để giữ
ổn định từng đoạn tháp van cống cũng như tổng thể tháp van.
1.5. Kết luận chương 1
Trong tình hình các đập hồ chứa vừa và nhỏ, được xây dựng và đưa vào sử dụng
được khoảng 30 – 50 năm đang xuống cấp. Nhu cầu sửa chữa, nâng cấp hồ đập nói
chung và cống ngầm nói riêng là rất lớn. Thi công sửa chữa, nâng cấp, xây mới các

trong kết cấu để sau khi chịu tải trọng, kết cấu này sẽ làm triệt tiêu một phần hoặc toàn
bộ ứng suất kéo trong kết cấu, nhờ đó loại trừ khả năng xuất hiện vết nứt. Kết cấu này
được gọi là kết cấu bê tông ứng suất trước hay bê tông dự ứng lực, bê tông tiền chế.
Ngày nay, kết cấu bê tông ứng suất trước ngày càng được ứng dụng nhiều trên thế giới
và ở Việt Nam vì kết cấu này có một số ưu điểm so với kết cấu bê tông cốt thép thông
thường [10]:
- Kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước có khả năng chống uốn, độ cứng lớn
hơn so với kết cấu bê tông cốt thép thông thường cùng kích thước, vì thế có thể hạn
chế được độ võng, cho phép chế tạo các kết cấu có nhịp lớn hơn;
- Kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước sử dụng bê tông cường độ cao và cốt
thép cường độ cao nên có thể làm cấu kiện mảnh và nhẹ hơn so với cấu kiện bê tông


14
cốt thép thông thường. Do việc giảm trọng lượng bản thân sẽ giảm bớt tải trọng thiết
kế và chi phí móng.
- Ứng suất nén ban đầu trong kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước làm cho sau
khi đưa vào sử dụng ứng suất nén chính trong kết cấu được giảm nhỏ, nhờ đó mà khả
năng chịu cắt cao hơn, hạn chế được sự hình thành và phát triển vết nứt so với kết cấu
bê tông cốt thép thông thường;
- Do kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước hạn chế được nứt nên khả năng
chống thấm, chống xâm thực, tuổi thọ cao hơn;
- Công trình sử dụng kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước có khả năng chịu
lửa, độ bền mỏi cao;
- Kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước đặc biệt là những cấu kiện được sản
xuất trong nhà mày thì việc kiểm soát về chất lượng dễ dàng hơn.
Bên cạnh những ưu điểm trên kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước cũng tồn tại
một số hạn chế:
- Để thi công kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước đòi hỏi phải có các vật liệu
thiết bị chuyên dụng như neo, ống gen, vữa bơm… (với kết cấu bê tông ứng suất trước

dính, cốt thép căng sau khi được neo giữ, vữa bê tông được bơm vào trong ống, lỗ tạo
sẵn. Vữa bê tông bơm vào vừa có tác dụng bảo vệ cốt thép căng vừa góp phần dính kết
giữa bê tông và cốt thép căng. Ngược lại bê tông cốt thép ứng suất trước căng sau
không bám dính có thể được bố trí thành từng bó trong các ống và được liên kết với
khối bê tông tại vị trí neo giữ, cốt thép căng có thể trượt tự do trong các ống chôn sẵn.
Theo khả năng triệt tiêu ứng suất kéo trong các giai đoạn chịu lực, các giai đoạn
làm việc của kết cấu mà kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước chia thành hai loại là
kết cấu ứng suất trước toàn phần và kết cấu ứng suất trước một phần. Trong kết cấu bê
tông cốt thép ứng suất trước một phần, trong một số giai đoạn làm việc, trong kết cấu
vẫn còn ứng suất kéo. Do đó để kết cấu có thể chụ được ứng suất kéo này thì ngoài
thép căng còn cần có thép không căng để chịu lực.
Ngoài ra, theo cách bố trí cốt thép căng và cách căng cốt thép để tạo ứng suất ban
đầu, kết cấu bê tông ứng suất trước còn chia thành kết cấu ứng suất trước căng trong
tiết diện và kết cấu ứng suất trước căng ngoài tiết diện.
2.1.2. Lịch sử nghiên cứu và ứng dụng kết cấu bê tông ứng suất trước trên thế giới
Việc áp dụng nguyên lý ứng suất trước vào kết cấu bê tông bắt đầu từ thập niên
80 của thế kỉ thứ XIX. Năm 1886, P.H.Jackson (Mỹ) đã nhận được chứng nhận bản
quyền về việc sử dụng cốt thép căng để làm vòm bê tông. Năm 1888, Dorhing(Đức)
nhận được chứng nhận bản quyền về việc đặt thêm sợi thép căng vào bê tông để đúc
thành tấm và dầm. Đó là những bước đi đầu tiên của việc sử dụng nguyên lý ứng suất
trước chế tạo cấu kiện bê tông đúc sẵn.[10]


16
Khái niệm dùng ứng suất trước để triệt tiêu ứng suất kéo trong bê tông do ngoại
tải gây ra là do J.Mandl (Áo) đề suất đầu tiên vào năm 1896. Năm 1906, M.Koenen
(Đức) tiến hành thí nghiệm đổ bê tông với cốt thép có giới hạn bền 160MPa, quan sát
thí nghiệm ông nhận thấy hiện tượng nén trước ban đầu bị mất đi do bê tông co ngót.
Năm 1909 C.R.Steiner(Mỹ) đề xuất việc kéo căng 2 lần để giảm bớt tổn hao ứng
suất trước và đã nhận được chứng nhận bản quyền.