Xây dựng & Kiến trúc

Bê tông ứng suất là gì? Các phương pháp gây ứng suất trước

Bê tông ứng suất trước là sự kết hợp một cách có hiệu quả khả năng của các vật liệu cường độ cao và tạo ra cho kết cấu một cách có chủ ý các ứng suất trước nhằm tăng cường sự làm việc của vật liệu trong các điều kiện sử dụng khác nhau, do vậy có nhiều ưu điểm so với bê tông cốt thép. Việc ứng dụng bê tông ứng suất trước vào các công trình xây dựng là rất cần thiết, đặc biệt là với các công trình nhịp lớn, chịu tải trọng nặng và các cấu kiện có độ mảnh cao.

Bê tông ứng suất là gì?

Ứng suất trước là bê tông trong đó thông qua lực nén trước để tạo ra và phân bố một lượng ứng suất bên trong phù hợp nhằm cân bằng với một lượng mong muốn ứng suất do tải trọng ngoài gây ra. Với các cấu kiện bê tông ứng suất trước, ứng suất thường được tạo ra bằng cách kéo trước thép cường độ cao.

Trong cấu kiện bê tông, người ta đặt vào một lực nén trước tạo bởi việc kéo cốt thép, nhờ tính đàn hồi, cốt thép có xu hướng co lại và sẽ tạo nên lực nén trước, lực nén trước này gây nên ứng suất nén trước trong bê tông và 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.

bê tông ứng suất
bê tông ứng suất

Nguyên lý hoạt động

Cốt thép trong bê tông, là cốt thép cường độ cao, được kéo căng ra bằng máy kéo ứng suất trước, đạt tới một giá trị ứng suất nhất định, được thiết kế trước, nằm trong giới hạn đàn hồi của nó, trước khi các kết cấu bê tông cốt thép này chịu tải. Lực căng cốt thép này làm cho kết cấu bê tông biến dạng ngược với biến dạng do tải trọng gây ra sau này khi kết cấu làm việc. Nhờ đó, kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước có thể chịu tải trọng lớn gần gấp đôi so với kết cấu này, khi không căng cốt thép ứng suất trước. (Khi chịu tải trọng bình thường, biến dạng do tải trọng gây ra chỉ đủ để triệt tiêu biến dạng do căng trước, kết cấu trở lại hình dạng ban đầu trước khi căng, giống như không hề chịu tải gì.)

Ở kết cấu bê tông thông thường, thì cốt thép cùng với vật liệu bê tông chỉ thực sự làm việc (có ứng suất) khi có sự tác dụng của tải trọng. Còn ở kết cấu ứng suất trước, trước khi đưa vào chịu tải thì kết cấu đã có trong nó một phần ứng suất ngược rồi. Cốt lõi của việc kết cấu bê tông có khả năng chịu tải rất lớn là nhờ việc tạo ra các biến dạng ngược với khi làm việc bình thường. Việc sử dụng vật liệu cơ tính cao như: cốt thép cường độ cao, bê tông mác cao,… chỉ là điều kiện phụ trợ để tăng khả năng chịu tải của kết cấu bê tông.

Các phương pháp gây ứng suất trước

Phương pháp căng trước

Phương pháp này thường sử dụng cho quy trình sản xuất các cấu kiện đúc sẵn. Cốt thép ULT được neo một đầu cố định vào bệ còn đầu kia được kéo ra với lực kéo N.

Dưới tác dụng của lực N, cốt thép được kéo trong giới hạn đàn hồi và sẽ giãn dài ra một đoạn, tương ứng với các ứng suất xuất hiện trong cốt thép. Khi đó, đầu còn lại của cốt thép được cố định nốt vào bệ. Đổ bê tông, đợi cho bê tông đông cứng và đạt cường độ cần thiết thì buông cốt thép. Như một lò so bị kéo căng, các cốt thép này có xu hướng co ngắn lại và thông qua lực dính giữa thép và bê tông, cấu kiện sẽ bị nén với giá trị bằng lực N đã dùng khi kéo cốt thép. Ưu điểm của phương pháp căng trước là có thể phân bố lực nén đều đặn trong cấu kiện.

Nhược điểm của phương pháp này là phải lắp đặt bệ tỳ phức tạp.

bê tông ứng suất
bê tông ứng suất

Phương pháp căng sau

Phương pháp này thường sử dụng cho kết cấu bê tông đổ tại chỗ. Trước hết đặt thép ULT và cốt thép thông thường rồi đổ bê tông. Khi bê tông đạt đến cường độ nhất định thì tiến hành căng cốt thép với ứng suất quy định. Sau khi căng xong, cốt thép ULT được neo chặt vào đầu cấu kiện, thông qua các neo đó, cấu kiện sẽ bị nén bằng lực đã dùng khi kéo căng cốt thép.

Trong Phương pháp căng sau, kết cấu BTCT ULT được chia làm 2 loại: kết cấu bê tông ULT dùng cáp dính kết và kết cấu bê tông ULT dùng cáp không dính kết. Loại kết cấu bê tông ULT dùng cáp dính kết, khi thi công phải đặt sẵn ống gen để luồn cáp, sau khi kéo căng cốt thép, tiến hành bơm phụt vữa xi măng mác cao để chèn lấp khe hở giữa cáp thép và ống gen. Đầu cáp thép được neo chặt bằng nêm vào bê tông và trở thành các điểm tựa truyền lực nén vào bê tông.

Ưu điểm của Phương pháp căng sau là không cần bệ tỳ riêng, có thể dễ dàng thi công kéo căng thép tại vị trí kết cấu tại công trình như thân xi lô, ống khói, dầm, sàn…

Sự phát triển của bê tông ứng suất trước trên thế giới

Nguyên lý gây ứng suất trước đã được ứng dụng trong thực tế từ hàng trăm năm nay. Khi chế tạo những thùng chứa chất lỏng như nước, rượu hay khi làm trống, các thanh gỗ phẳng hoặc cong được ghép lại thật khít nhờ những đai bằng dây thừng hay bằng kim loại. Nguyên lý này đã được P G. Jackson (Mỹ) đưa vào áp dụng thành công cho vòm gạch, đá, bê tông từ năm 1886. Tiếp theo K.During (Đức) đã tạo được ứng suất nén trong bản bê tông bằng việc căng trước cốt thép thường.

Trong những năm 1928-1929 kỹ sư nổi tiếng người Pháp E.Freyssinet đã lần đầu tiên chứng minh được có thể và cần sử dụng loại thép có cường độ cao để nâng cao lực gây trước trong bê tông lên tới trên 400 kG/cm2.

Tại châu Âu kết cấu bê tông trước phát triển nhanh chóng ở Pháp, Bỉ, Anh, Đức, Thụy Sỹ, Hà Lan. Trong gần 500 cầu được xây dựng ở Đức từ năm 1949 đến 1953 đã có 350 cầu dùng bê tông ứng suất trước. Tại Nga hiện nay các cấu kiện bê tông đúc sẵn như tấm sàn từ 6m, dầm, dàn khẩu độ 18m trở lên đều qui định dùng bê tông ứng suất trước. Tại Mỹ chú trọng ứng dụng bê tông trước vào xây dựng các bể chứa nhiên liệu có dung tích từ 10000 m3 trở lên. Trong lĩnh vực xây dựng nhà cao tầng, sử dụng bê tông ứng suất trước cho phép tăng kích thước lưới cột, hoặc giảm chiều dày sàn, khối lượng thép cũng giảm đáng kể. Các ô sàn phẳng không dầm khẩu độ tới 15,6m mà chiều dày bê tông trước đúc sẵn, mỗi tấm sàn phẳng có trọng lượng từ 300 tấn đến 800 tấn cũng được phổ biến ở châu Âu.

Ở châu Á, nhất là các nước có nền kinh tế phát triển như Trung Quốc, Hàn Quốc, Singapore, Thái Lan, Hồng Kông, … sử dụng các kết cấu bê tông ứng suất trước rất phổ biến, một phần nhờ đã sản xuất được các loại thép cường độ cao, các loại cáp ứng suất trước, các loại neo và phụ kiện kèm theo phù hợp với các tiêu chuẩn tiên tiến có giá thành hợp lý.

Ứng dụng của bê tông ứng suất trước ở Việt Nam

Trong xây dựng dân dụng và công nghiệp kết cấu bê tông được nghiên cứu ứng dụng trong việc chế tạo các hệ dầm nhỏ và panen. Kết cấu bê tông ứng suất trước căng sau đã được áp dụng cho hệ thống silô nhà máy xi măng Hoàng Thạch II, hệ thống silô nhà máy xi măng Sao Mai, hệ thống sàn toà tháp Sài Gòn, hệ thống sàn nhà 63 Lý Thái Tổ- Hà Nội, hệ thống sàn nhà Hotel lake view- Hà Nội.

Cho đến nay, hàng loạt các công trình đã áp dụng kết cấu sàn ứng suất trước ở các thành phố lớn như: Chung cư cao cấp 27 Huỳnh Thúc Kháng, Chung cư cao cấp 25 Láng Hạ, Chung cư cao cấp 98 Hoàng Quốc Việt, tháp đôi 191 Bà Triệu, Trung tâm bảo dưỡng TOYOTA Mỹ Đình, Trung tâm truyền số liệu VDC (Hà Nội), Khách sạn NOVOTEL (Đà Nẵng, Quảng Ninh), Trung tâm thương mại (Hải Dương). Chung cư Đất Phương Nam, Chung cư GreenBuiding, Chung cư ETOW2,…

bê tông ứng suất
bê tông 

Từ khóa:

  • Kết cấu bê tông ứng suất trước – Nguyễn Tiến Chương
  • Bài tập bê tông dự ứng lực
  • Bê tông dự ứng lực la gì
  • Tài liệu be tông ứng lực trước
  • Be tông dự ứng lực căng sau

Nội dung liên quan:

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button