I. Khái niệm và phân loại công nghệ bê tông dự ứng lực
1.1 Khái niệm
Kết cấu bê tông dự ứng lực là dạng kết cấu bê tông có sử dụng các sợi cáp bằng thép cường độ cao đặt trong lòng các cấu kiện bê tông theo một cách phù hợp sao cho khi các sợi cáp đó sẽ trở thành các lực có xu hướng chống lại các tác động của tải trọng tác dụng vào cấu kiện. Nhờ vậy mà cấu kiện đó “cứng” thêm, vượt được nhịp xa hơn trong khi cần lại cần dùng lượng cốt thép ít hơn, kích thước cấu kiện nhỏ hơn các cấu kiện bê tông cốt thép bình thường.
Khái niệm về kết cấu bê tông dự ứng lực [ ứng suất trước ] trên đây được sử dụng trong tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005-, TCVN 9114:2012, EC2-2004.
VD: Các dầm công trình dưới tác dụng của tải trọng đặt trên sàn có xu hướng võng xuống, nên ta đặt vào trong các dầm đó các sợi cáp thép cường độ cao theo cách như hình vẽ dưới thì khi kéo căng chúng, sức căng trong những sợi cáp này sẽ có xu hướng nâng sàn vồng lên trên, nhờ đó làm cho sàn ít võng hơn.
1.2 Đặc điểm
Các giải pháp kiến trúc nhà cao tầng, nhất là nhà cao tầng được sử dụng rộng rãi trong xây dựng các đô thị lớn trong và ngoài nước thường có các đặc điểm sau:
- Diện tích các tầng sàn điển hình về kiến trúc cũng như kết cấu chiểm tỷ lệ 70 – 80% tổng diện tích sàn toàn ngôi nhà.
- Lưới cột tầng điển hình thường không nhỏ hơn 6x6m, phổ biến là 7.2x7.2m và 8.1x8x1m.
- Trừ các ô thang máy, còn các tường – vách đứng, các cột khung thường bị ngắt quãng để tạo không gian lớn cho các tầng dưới, kể cả các tầng hầm. Kích thước lưới cột các tầng dưới thường gấp 2 đến 3 lần kích thước lưới cột tầng điển hình.
- Chiều cao tầng điển hình thường không quá 3.3m nên không thích hợp và giải pháp kết cấu dầm sàn thông thường có lưới cột lớn.
- Giá trị nội lực trong hệ kết cấu thường rất lớn, đòi hỏi phải có những giải pháp kết cấu và sử dụng vật liệu tương ứng trong đó có kết cấu bê tông ứng lực trước chất lượng cao.
II. Phân loại các công nghệ bê tông dự ứng lực [ ứng suất trước ]
2.1 Công nghệ căng trước
Công nghệ căng trước được thực hiện bằng biện pháp căng các loại cốt thép cường độ cao đặt trong phạm vị khuôn đúc cấu kiện. Cốt đã được căng phải được neo và chốt hai đầu vào 2 mố tuyệt đối cứng theo phương tác động cửa lực căng. Sau đó tiến thành đổ bê tông. Khi bê tông đạt 80 – 90% cường độ chịu nén thiết kế mới được cắt hai đầu cốt căng khỏi mố neo.
Công nghệ căng trước thường được sử dụng trong các nhà xưởng hoặc bãi đúc các sản phảm bê tông lắp ghép. Sử dụng công nghệ căng trước trong các công xưởng cho phép sản xuất hàng loạt các cấu kiện với chất lượng được kiểm soát chặt chẽ. Nếu bê tông được chưng hấp trong điều kiện nhiệt - ẩm cao thì sau 24 – 36h bê tông có thể đạt mọi cấp độ bền thiết kế.
Sàn rỗng bê tông dự ứng lực trước
2.2 Công nghệ căng sau
Công nghệ căng sau được thực hiện việc căng cốt thép gây ứng lực trước trong kết cấu chỉ sau khi bê tông đổ tại chổ đạt cường độ ít nhất 80% cấp độ bền thiết kê. Điểm tỳ của thiết bị căng nằm ngay trên cạnh hay trên mặt kết cấu nên còn được gọi là căng trên bê tông. Để đảm bảo cho việc căng cốt thép được thuận lợi, cốt căng phải được luồn trong rảnh hoặc các loại ống chuyên dụng trước khi đổ bê tông.
Thép được luồn vào ống gen sắt tráng mạ kẽm
Thép được luồn vào ống gen sắt tráng mạ kẽm
Tùy thuộc vào loại kết cấu, loại cốt thép và phương pháp thi công trong công nghệ căng sau còn được phân biệt như sau:
- Phương pháp căng ngoài kết cấu
- Phương pháp căng sau dùng cáp có bám dính [ cáp để trần ]
- Phương pháp căng sau dùng cáp không bám dính [ cáp có vỏ bọc ]
- Phương án gây ứng lực trước không toàn phần
2.2.1 Phương pháp căng ngoài kết cấu.
Phương pháp này được sử dụng cho các kết cấu chịu kéo như thành bể chứa, tháp chứa với việc căng thép liên tục theo vòng xoắn ốc; trong gia cường, sửa chữa kết cấu, kể cả những kết cấu đặc biệt như tháp vô tuyến truyền hình.
Gia cường căng ngoài cấu kiện chịu lực [ nguồn ncmcons.com]
Công trình tiêu biểu là Tháp vô tuyến truyền hình Ostankino là niềm tự hào của người Nga về khoa học và công nghệ được thi công vào năm 1963 và hoàn thành năm 1967 vào thời điểm này đây là ngọn tháp cao nhất thế giới được xây dựng bằng bê tông dự ứng lực trước kể cả móng.
Tháp vô tuyến truyền hình Ostankino – Nga được xây vào năm 1963 [ nguồn internet]
Thân tháp dùng bê tông dự ứng lực trước căng ngoài. Dùng 150 bó cáp đặt đều trong thân cáp. Mỗi bó gồm 259 sợi thép đường kính mỗi sợi d = 1.8mm, tổng cộng 7x37 = 259 sợi cho mỗi bó cáp. Bê tông thân tháp M400.
Các bó cáp trần đều được mạ kẽm chống rỉ và được neo vào từng sàn ngang và vào các bản sàn cứng có chiều dày lớn hơn ở cao độ 43m và 65m.
Lực căng mỗi bó cáp là 720kN. Cách 7m theo chiều cao mỗi bó cáp lại được cố định vào thân tháp bằng các liên kết đặc biệt.
Móng tháp hình vành khuyên 10 cạnh chiều rộng bản móng 9.5m; chiều cao bản 3m. Toàn bộ bản móng được gây ứng lực trước căng sau bới 108 bó, mỗi bó 24 sợi và đặt trên nền thiên nhiên.
Nguồn Sách “Kết cấu bê tông ứng lực trước căng sau trong nhà nhiều tầng” Nhà xuất bản Xây Dựng – Hà Nội – 2010
Tháp vô tuyến truyền hình Ostankino – Nga sau khi hoàn thành [ nguồn internet]
Công việc phục hồi và tái trang bị lại tháp vô tuyến truyền hình Ostankino hoàn thành năm 2014 [ nguồn internet]
2.2.2 Phương pháp căng sau dùng cáp bó bám dính [ cáp để trần ]
Đặc điểm của phương pháp này là từ 3 đến 5 bện cáp phải luồn vào trong ống thép có đủ độ cứng để khi đầm và đổ bê tông cũng như khi bê tông co ngót và đông cứng không bị biến dạng. Sau khi căng, ống phải được nhồi vữa đầy đủ để không lọt khoảng không. Phương pháp này thích hợp cho các dầm chiều cao lớn. Trong sàn phẳng việc tập trung cáp vào ống dễ gây ra sự truyền lực cục bộ.
Cáp tập trung vào các ống gen trải xung quanh cột [ nguồn pmec.com.vn]
2.2.3 Phương pháp cằng sau dùng cáp không bám dính [ cáp có bọc vỏ ]
Cáp không bám dinh thường là cáp 7 sợi có vỏ nhựa mềm cho mỗi bện. Cáp được luồn sẳn trong môi trường chống rỉ là loại mỡ không bị oxi hóa [ mở trung tính ]. Loại cáp này rất thuận tiện cho việc gây ứng lực đều trên diện tích rộng của các loại sàn. Việc bố trí cáp tương tự như bố trí cáp thường trong sàn .
Có thể bố trí rời rạc hay chập đôi từng 2 bện cáp làm một.
Cấu tạo cáp dự ứng không dinh [ nguồn wikiwand.com]
Bố trí cáp dự ứng không dinh [ nguồn wikiwand.com]
2.2.4 Phương pháp gây ứng lực trước không toàn phần
Khi thiết kế các kết cấu bê tông ứng lực trước có khẩu độ lớn hay chịu tải trọng sử dụng lớn nhưng tác động không thường xuyên, việc phải tính toán với các tổ hợp nội lực bất lợi thường phải bố trí số lượng lớn cốt thép ứng lực trước. Kết quả là sau khi đã được truyền ứng lực trước mà kết cấu mới chịu một phần tải trọng tính toán sẽ xẩy ra hiện tượng kết cấu có độ võng lớn sẽ ảnh hưởng đến quá trình sử dụng. Cho nên thay vì phải đưa toàn bộ cốt thép ƯLT vào kết cấu, ta có thể đưa một lượng cốt thép thường [ không căng ] vào cùng chịu lực. Sử dụng phương pháp này gây ứng lực trước không toàn phần cho một số cấu kiện như hệ console.
Hiện nay sử dụng vật liệu DỰ ỨNG LỰC trong xây dựng nhà, cầu ngày càng phổ biến vừa tiết kiệm chi phí - thời gian thi công vừa đảm bảo vệ mặt chất lượng. Để có được sự tư vấn kịp thời và thấu đáo nhất quý độc giả vui lòng để lại số điện thoại hoặc tin nhắn ở phần bình luận phía dưới bài viết. Công ty INDUSVINA sẽ phản hồi bạn ngay lập tức.
Hy vọng thông tin trên bổ ích cho quý độc giả.
Trân trọng cảm ơn!