BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

ĐINH THỊ KIM VÂN

ĐỀ TÀI
KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG ỨNG LỰC
TRƯỚC CÓ THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC TRONG VÙNG
NÉN

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Ngành: Kĩ thuật xây dựng công trình dân dụng & công nghiệp
Mã số: 60.58.02.08

Cán bộ hướng dẫn: GS.TS. PHAN QUANG MINH


Phú Yên - 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu độc lập của tôi.
Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa
từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Đinh Thị Kim Vân


LỜI CẢM ƠN
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành Xây dựng dân dụng và công nghiệp

a:

Kích thước cốt liệu

Ec :Môđun đàn hồi của bê tông
Es : Môđun đàn hồi của thép
f c'

: Cường độ chịu nén của bê tông

f c1 : Ứng suất kéo chính trong bê tông
f c 2 : Ứng suất nén chính trong bê tông
f ci : Ứng suất nén trên bề mặt vết nứt
f cr : Ứng suất trong bê tông khi nứt
f cx : Ứng suất trong bê tông theo phương X
f cy

: Ứng suất trong bê tông theo phương Y

f n : Ứng suất trung bình
f sx : Ứng suất trung bình trong cốt thép theo phương X
f sxcr : Ứng suất trong cốt thép theo phương X tại vị trí vết nứt
f sy

: Ứng suất trung bình trong cốt thép theo phương Y

f sycr

: Ứng suất trong cốt thép theo phương Y tại vị trí vết nứt



ν sx : Ứng suất cắt trong cốt thép theo phương X
ν sy

: Ứng suất cắt trong cốt thép theo phương Y

ν u : Ứng suất cắt cực đại cấu kiện có thể chịu được
w:

Bề rộng vết nứt

ε1 : Biến dạng kéo chính trong bê tông

ε 2 : Biến dạng nén chính trong bê tông
ε c' : Biến dạng trong bê tông ứng với ứng suất lớn nhất

ε cr : Biến dạng trong bê tông khi nứt
ε cx : Biến dạng trong bê tông theo phương X
ε cy

: Biến dạng trong bê tông theo phương Y

ε sx : Biến dạng trong cốt thép theo phương X
ε sy

: Biến dạng trong cốt thép theo phương Y

ε yx

: Biến dạng chảy trong cốt thép theo phương X

trường hợp với a/ho ≥ 2.5.....................................................................................
Hình 3.2. Biểu đồ thể hiện khả năng chống cắt của dầm BT ULT trong các
trường hợp với a/ho < 2.5.....................................................................................
Hình 3.3. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa khả năng chống cắt của dầm


9

BT ULT và vị trí điểm đặt tải trọng theo TCVN 5574:2012...............................
Hình 3.4. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa khả năng chống cắt của dầm
BT ULT và vị trí điểm đặt tải trọng theo Lý thuyết miền nén cải tiến................53
Hình 3.5. Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của hàm lượng thép ULT đặt trong
vùng nén đến khả năng chống cắt của dầm BTULT...........................................

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Bảng tổng hợp khả năng chịu cắt của dầm BTULT trong các
trường hợp ứng với từng vị trí đặt tải trọng.........................................................
Bảng 3.2. Bảng tổng hợp khả năng chịu cắt của dầm BTULT tại các vị trí
đặt tải khi thay đổi hàm lượng thép ULT trong vùng nén...................................


10


11

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tên đề tài:Khả năng chịu cắt của dầm bê tông ứng lực trước có
thép ứng lực trước trong vùng nén.
2. Lý do chọn đề tài:

toán kết cấu.
5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Dầm đơn giản Bê tông cốt thép ứng lực trước
có thép ứng lực trước trong vùng nén.
- Phạm vi nghiên cứu: Sử dụng các tiêu chuẩn thiết kế (TCVN 55742012, tiêu chuẩn EC2-2004, tiêu chuẩn AIC 318M-11) và Lý thuyết miền nén
cải tiến MCFT.
6. Phương pháp nghiên cứu:
Khảo sát số.
7. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài:
Cơ sở khoa học: Trong cấu kiện dầm BTCT ứng lực trước vị trí đặt thép
ứng lực trước có ảnh hưởng đến khả năng chịu cắt của dầm BTULT. Tuy
nhiên, trong Tiêu chuẩn Việt Nam chưa đề cập đến vấn đề tính toán khả năng
chịu cắt của dầm BTULT có xét đến sự ảnh hưởng của thép ứng lực trước
trong vùng nén.
Cơ sở thực tiễn: Xác định sự ảnh hưởng của cốt thép ứng lực trước
trong vùng nén đến khả năng chịu cắt của dầm BTCT ULT có ý nghĩa thực
tiễn.


13

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC
1.1.Kết cấu ứng lực trước trong công trình bê tông cốt thép
1.1.1. Bản chất của bê tông ứng lực trước
Ý tưởng về ứng lực trước (ƯLT) xuất hiện từ nhiều thế kỷ trước, khi
người ta sử dụng các đai kim loại bó quanh các thanh gỗ để chế tạo thùng
rượu (hình 1.1a). Khi đai được kéo chặt, các thanh gỗ bị ép chặt vào nhau và
tạo ra ứng suất nén trước giữa chúng (hình 1.1b). Ứng suất nén này sẽ làm
triệt tiêu ứng suất kéo vòng tác dụng lên thành khi trong thùng chứa chất lỏng,

Hình 1.2.Hạn chế ứng suất kéo trên tiết diện bằng lực nén trước P
a) Dầm BTCT ứng lực trước
b) Ứng suất pháp trên tiết diện


15

Trong cấu kiện BTCT thường, những khe nứt đầu tiên ở bê tông xuất
hiện khi ứng suất trong cốt thép chịu kéo mới chỉ đạt từ 20 đến 30 MPa. Nếu
dùng thép cường độ cao, ứng suất trong cốt thép chịu kéo có thể đạt tới trị số
1000 đến 1200 MPa hoặc lớn hơn, điều đó làm xuất hiện các khe nứt lớn,
vượt quá giới hạn cho phép. Với bê tông ƯLT, do có thể khống chế sự xuất
hiện khe nứt bằng lực căng trước nên cần thiết và có thể dùng cốt thép cường
độ cao. Mặt khác, để có thể giảm được kích thước tiết diện và từ đó giảm
trọng lượng bản thân của cấu kiện, đồng thời để tăng khả năng chịu ứng suất
tập trung ở vùng neo, cần thiết phải sử dụng bê tông cường độ cao. Bê tông
ƯLT đã trở thành một sự kết hợp lý tưởng giữa hai loại vật liệu hiện đại có
cường độ cao.
1.1.2. Phân loại bê tông ƯLT
a. Bê tông ƯLT căng trước
Cốt thép ƯLT được kéo căng ra trước trên bệ đúc cố định thực hiện tại
nhà máy có thể dài tới 120m trước khi chế tạo kết cấu bê tông: Các sợi cáp
được tạo lực căng trước khi đổ bê tông.(Nhà máy bê tông Xuân Mai hiện có
các dây chuyền dài tới 95m). Sau đó kết cấu bê tông được đúc bình thường
với cốt thép ƯLT như kết cấu BTCT thông thường. Đến khi bê tông đạt đến
một giá trị cường độ nhất định (thường được dưỡng hộ hơi nước nóng đạt tới
cường độ 70% R28) để có thể giữ được ƯLT, thì tiến hành cắt cốt thép rời ra
khỏi bệ căng. Do tính đàn hồi cao của cốt thép, nó có xu hướng biến dạng co
lại dọc theo trục của cốt thép, lực kéo trong dây cáp sẽ chuyển thành lực nén
trong cấu kiện bê tông. Nhờ lực bám dính giữa bê tông và cốt thép ƯLT, biến

17

Phương pháp này không dùng lực bám dính giữa bê tông và cốt thép để tạo
ƯLT, nên được gọi là ƯLT căng sau không bám dính. Cốt thép được lồng
trong ống bao có chứa mỡ bảo quản chống gỉ, và được đặt bình thường vào
trong khuôn đúc bê tông mà chưa được căng trước. Sau đó, đổ bê tông vào
khuôn bình thường như chế tạo kết cấu BTCT thông thường. Đến khi kết cấu
BTCT đạt cường độ nhất định đủ để chịu được ứng lực căng thì mới tiến hành
căng cốt thép ƯLT.
a)

b)

c)

Hình 1.4. Sơ đồ phương pháp căng sau
a) Bố trí ống chờ và đổ bê tông cấu kiện
b) Trong quá trình căng
c) Sau khi căng
Cốt thép được kéo căng dần dần bằng máy kéo ƯLT đến giá trị ứng suất
thiết kế, nhưng vẫn nằm trong giới hạn đàn hồi của cốt thép ƯLT. Sau mỗi
hành trình kéo thép, cốt thép lại được buông ra khỏi máy kéo, lúc đó cốt thép


18

có xu hướng co lại vì tính đàn hồi. Nhưng do các đầu cốt thép được giữ lại
bởi neo ở hai đầu kết cấu bê tông, mà biến dạng đàn hồi này của cốt thép
được chuyển thành phản lực đầu neo dạng áp lực ép mặt của má côn thép
truyền sang đầu kết cấu bê tông (tạo ra ƯLT). Nhờ đó kết cấu bê tông được

Ở Việt Nam việc ứng dụng công nghệ bê tông ƯLT đã được thực hiện từ
những năm 70, 80. Tuy nhiên phạm vi áp dụng còn hạn hẹp. Chỉ trong những
năm gần đây, với chủ trương công nghiệp hoá, hiện đại hoá các doanh nghiệp
trong ngành bê tông đã mạnh dạn ứng dụng công nghệ ƯLT trong việc sản
xuất các cấu kiện bê tông ƯLT như: Dầm cầu của Bê tông Châu Thới; cột
điện của Bê tông Thịnh Liệt; cọc ƯLT của Công ty Phan Vũ; ống cấp nước
của Bê tông Tân Bình, Bê tông Chèm; Dầm cầu, dầm sàn nhà dân dụng và
công nghiệp của Bê tông Xuân Mai...
Năm 1998, Tổng công ty VINACONEX đã nhập công nghệ bê tông
ƯLT tiền chế của nước Cộng Hoà Pháp để sản xuất dầm sàn nhẹ cho xây
dựng nhà ở tại Nhà máy bê tông Xuân mai. Sản phẩm này hiện nay đã được
áp dụng rộng rãi tại Hà Nội và đặc biệt đã phát triển để xây dựng trên 10.000
căn nhà sàn vượt lũ tại các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long.Năm 1999, Liên
doanh VINAROSE (hợp tác giữa VINACONEX và Hãng RONVEAUX Vương quốc Bỉ) đã hợp tác triển khai công nghệ bê tông ƯLT tại Nhà máy bê
tông và xây dựng Xuân Mai để sản xuất các cấu kiện vượt khẩu độ lớn bằng
phương pháp căng kéo trước phục vụ cho xây dựng nhà ở dân dụng, nhà công
nghiệp, sân vận động và đặc biệt sản xuất dầm cầu phục vụ cho giao thông....
Phạm vi áp dụng rất rộng rãi, giải quyết hầu hết các phương án xây dựng hiện
đại mang tính công nghiệp cao.
Hiện nay công nghệ ứng lực trước được áp dụng rộng rãi cho kết cấu sàn
phẳng trong công trình nhà nhiều tầng ở Việt nam.


20

1.2. Các phương pháp tạo ứng lực trước.
1.2.1. Phương pháp căng trước
Cốt thép ƯLT được neo một đầu cố định vào bệ còn đầu kia được kéo ra
với lực kéo P (hình 1.5a). Dưới tác dụng của lực P, cốt thép được kéo trong
giới hạn đàn hồi và sẽ bị dãn dài một đoạn và tương ứng là ứng suất kéo trong

thép. Đó là loại bê tông ƯLT có bám dính. Ngoài ra, người ta còn dùng loại
bê tông ƯLT không bám dính, cốt thép (thường là cáp 7 sợi) được đặt trong
những ống nhựa đặc biệt có chứa đầy mỡ chống gỉ. Ống nhựa chứa cốt thép
được đặt cùng một lúc với việc đặt cốt thép thường. Sau khi đổ bê tông và bê
tông đủ cường độ, người ta căng cốt thép, neo cốt thép và đổ bê tông bảo vệ
đầu neo. Cốt thép nằm trong ống mỡ nên giữa cốt thép và bê tông không tồn
tại lực dính.
a)Bố trí ống chờ và đổ bê tông cấu kiện

b)Trong quá trình căng

c)Sau khi căng

Hình 1.6. Sơ đồ phương pháp căng sau


22

Phương pháp căng sau được sử dụng thích hợp để chế tạo các cấu kiện mà
yêu cầu phải có lực nén bê tông tương đối lớn hoặc các cấu kiện phải đổ bê
tông tại chỗ.
1.3. Ảnh hưởng của ƯLT đến khả năng chống cắt của dầm.
Dầm bê tông cốt thép ứng lực trước (BTCTƯLT) là cấu kiện bê tông cốt
thép (BTCT) chịu uốn, có được bằng cách đặt vào một lực nén trước tạo bởi
việc kéo cốt thép rồi gắn chặt nó vào bê tông thông qua lực dính hoặc neo.
Nhờ tính đàn hồi, cốt thép có xu hướng co lại tạo nên lực nén trước và gây ra
ứng suất nén trước trong bê tông. Ứng suất nén này sẽ triệt tiêu hay làm giảm
ứng suất kéo do tải trọng sử dụng gây ra, do vậy làm tăng khả năng chịu kéo
của bê tông và làm hạn chế sự phát triển của vết nứt. Ứng lực trước chính là
việc tạo ra cho kết cấu một cách có chủ ý các ứng suất tạm thời nhằm tăng

 2 

(1.1)

Với v - ứng suất tiếp trong bê tông do lực cắt V gây ra;
fh

- ứng suất pháp theo phương dọc dầm (quy ước lấy dấu (+) khi nén).
Khi ứng suất kéo chính vượt quá cường độ chịu kéo của bê tông f cr thì

trên dầm sẽ xuất hiện vết nứt và bắt đầu bị phá hoại theo tiết diện nghiêng.
Ứng suất tiếp trong bê tông tại thời điểm này đạt đến giá trị giới hạn vc. Ta có:
2

f
f 
f t =  h  + v c2 − h
2
 2 

(1.2)

Khi không có ứng suất pháp dọc trục ( f h =0) :
Khi có ứng suất pháp dọc trục ( f h ≠0):
Nếu ứng suất f h là nén ( f h > 0) :

fcr = vco
1+

vc = fcr


CHƯƠNG II
KHẢ NĂNG CHỐNG CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC
2.1. Khả năng chịu cắt của dầm Bê tông cốt thép
2.1.1 Sự phá hoại của dầm Bê tông cốt thép
Trong dầm bê tông cốt thép, khu vực có giá trị mô men uốn, khe nứt
xuất hiện hầu như vuông góc với trục dầm, gọi là khe nứt thẳng góc. Vùng có
ứng suất tiếp lớn, khe nứt xuất hiện nghiêng góc với trục dầm do cả mô men
uốn và lực cắt tác dụng gây ra.

Hình 2.1: Qũy đạo ứng suất chính của dầm đồng chất
Tỷ lệ giữa nhịp dầm và chiều cao làm việc của dầm (a/d) sẽ ảnh hưởng
đến sự phá hoại của dầm bê tông cốt thép. Hình 2.2 thể hiện các dạng phá
hoại của dầm. Nhịp tác dụng lực cắt là khoảng cách a từ điểm đặt lực tập
trung đến gối tựa. Có 3 dạng phá hoại chủ yếu như sau: (1) Phá hoại do mô
men uốn; (2) phá hoại do ứng suất kéo chính (do lực cắt) và (3) phá hoại do
nén và lực cắt. Dầm càng mảnh, nhịp càng lớn thì xu thế phá hoại càng
nghiêng về dạng phá hoại do mô men uốn. Các dạng phá hoại của dầm bê
tông cốt thép cho trên hình 2.2 :