Kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước, còn gọi là kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước, hay bê tông tiền áp, hoặc bê tông dự ứng lực [tên gọi Hán Việt] là kết cấu bê tông cốt thép sử dụng sự kết hợp ứng lực căng rất cao của cốt thép ứng lực trước và sức chịu nén của bê tông để tạo nên trong kết cấu những biến dạng ngược với khi chịu tải, ở ngay trước khi chịu tải. Nhờ đó những kết cấu bê tông này có khả năng chịu tải trọng lớn hơn kết cấu bê tông thông thường, hoặc vượt được những nhịp hay khẩu độ lớn hơn kết cấu bê tông cốt thép thông thường
Bê tông ứng lực trước căng trước
Cốt thép ứng lực trước được kéo căng ra trước trên bệ khuôn đúc bê tông trước khi chế tạo kết cấu bê tông [như căng dây đàn]. Sau đó kết cấu bê tông được đúc bình thường với cốt thép ứng lực trước như kết cấu bê tông cốt thép thông thường.
Đến khi bê tông đạt đến một giá trị cường độ nhất định để có thể giữ được ứng lực trước, 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. Nhờ lực bám dính giữa bê tông và cốt thép ứng lực trước, biến dạng này được chuyển hóa thành biến dạng vồng ngược của kết cấu bê tông so với phương biến dạng khi kết cấu bê tông chịu tải trọng. Phương pháp này tạo kết cấu ứng lực trước nhờ lực bám dính giữa bê tông và cốt thép, và được gọi là phương pháp căng trước vì cốt thép được căng trước cả khi kết cấu bê tông được hình thành và đạt tới cường độ thiết kế.
Phương pháp này, cần có một bệ căng cố định nên thích hợp cho việc chế tạo các kết cấu bê tông ứng lực trước đúc sẵn trong các nhà máy bê tông đúc sẵn.
Ưu điểm của phương pháp căng trước là có thể phân bố lực nén đều đặn trong cấu kiện dựa trên lực bán dính trên suốt chiều dài cốt thép nên ít có rủi ro do tổn hao ứng lực trước.
Nhược điểm của phương pháp này là phải lắp đặt bệ tỳ phức tạp .
Bê tông ứng lực trước căng sau
Phương pháp này thường sử dụng cho kết cấu bê tông đổ tại chỗ. Trước hết đặt thép ứng lực trước và cốt thép thông thường rồi đổ bê tông. Khi bê tông đạt đến cường độ nhất định thì tiến hành căng cốt t hép với ứng suất quy định. Sau khi căng xong, cốt thép ứng lực trước 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 bê tông cốt thép ứng lực trước được ch ia làm 2 loại:
Bê tông ứng lực trước căng sau dạng không liên kết đầu neo
Đây là loại kết cấu ứng lực trước được thi công căng cốt thép sau khi hình thành kết cấu nhưng trước khi chịu tải và sử dụng phản lực đầu neo hình côn tại các đầu của cốt thép ứng lực trước để truyền áp lực ép mặt sang đầu kết cấu bê tông [gây ứng lực trước]. Phương pháp này, không dùng lực bám dính giữa bê tông và cốt thép để tạo ứng lực trước, nên còn gọi là ứng lực trước căng sau không bám dính [kết cấu bê tông ứng lực trước dùng cáp không dính kết].
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 bê tông cốt thép thông thường. Đến khi kết cấu bê tông cốt thép đạt cường độ nhất định đủ để chịu được ứng lực căng thì mới tiến hành căng cốt thép ứng lực trước. Cốt thép được kéo căng cốt thép dần dần bằng máy kéo ứng lực trước đến giá trị ứng suất thiết kế, nhưng vẫn nằm trong giới hạn đàn hồi của cốt thép ứng lực trước. Sau mỗi hành trình kéo thép, cốt thép lại được buông ra khỏi máy kéo, lúc đó cốt thép có xu hướng co lại vì tính đàn hồi. Nhưng do các đầu cốt thép [một trong hai hay cả hai đầu] được giữ lại bởi neo 3 lá hình côn nằm trong hốc neo hình côn bằng thép bịt 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 ứng lực trước].
Nhờ đó kết cấu bê tông được uốn vồng ngược với khi làm việc. Khi đạt đến ứng lực trước thiết kế thì mới cho kết cấu chịu tải trọng [cho làm việc].
Cốt thép ứng lực trước có thể là dạng thanh, dạng sợi cáp hay bó cáp. Mỗi sợi cốt thép ứng lực trước được tự do chuyển động trong lòng ống bao bằng nhựa có mỡ bôi trơn, mà không tiếp xúc với bê tông. Giữa bê tông và cốt thép không hề có lực bám dính.
Phương pháp này thuận lợi cho việc thi công tại hiện trường. Ứng dụng cho các kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước đổ tại chỗ. Tuy vậy, nhược điểm của phương pháp này là chỉ dựa vào các đầu neo để giữ ứng lực trước. Nếu các đầu neo này bị hỏng thì ứng lực trước trong cốt thép sẽ mất, kết cấu trở thành kết cấu bê tông thông thường, không đảm bảo chịu lực nữa.
Bê tông ứng lực trước căng sau dạng liên kết
Đây là dạng kết cấu ứng lực trước căng sau, sử dụng cả lực bám dính giữa cốt thép ứng lực trước với kết cấu bê tông, lẫn phản lực ép mặt đầu neo để giữ ứng lực trước. Loại này còn gọi là kết cấu bê tông ứng lực trước căng sau có bám dính.
Cốt thép được đặt trong ống bao. Ống bao bằng nhựa, nhôm hay thép được đặt trong kết cấu bê tông.
Tiến hành tạo kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước căng sau như dạng không liên kết. Nhưng sau khi căng cốt thép đến ứng suất thiết kế, thì tiến hành bơm [hồ] vữa xi măng với áp lực cao vào trong lòng các ống bao để vừa tạo lớp vữa bảo vệ cốt thép vừa tạo môi trường truyền ứng lực bằng lực bám dính giữa cốt thép với vữa xi măng đông kết, ống bao và kết cấu bê tông bên ngoài.
Việc kiểm tra độ đầy chặt vữa xi măng trong ống bao được tiến hành nhờ có các đầu ống kiểm tra cắm vào trong ống bao. Bơm vữa áp lực cao tới khi phun đầy vữa ra các đầu thăm này có thể biết vữa đã chứa đầy trong ống cáp đến đoạn nào của kết cấu.
Sau khi căng cáp ứng lực trước xong thì bắ t đầu bơm vưa, vữa được bơm vào gồm xi măng với một số phụ gia hóa học, trong đó chủ yếu là phụ gia hóa dẻo và phụ gia trương nở. Vữa được bơm từ đầu này và tràn lên đầu bên kia. Sau khi thấy vữa tràn lên đầu bên kia thì dùng túi nilông đóng chèn vào bịt l ỗ, bó cáp đã được bơm vữa xi măng.
Trong trường hợp, quá trình bơm vữa gặp sự cố tắc ống gel. Khi đó, vữa xi măng sẽ không bơm qua tới đầu bên kia được. Cách xử lý trong trường hợp này là phải khoan ở giữa đường bơm ống để tạo lỗ và vữa sẽ tràn lên theo lỗ này, có nghĩa là ống này phải bơm thành 2 lần ở 2 phía.
Đây là dạng kết cấu bê tông ứng lực trước căng sau cải tiến, có nhiều ưu điểm. Áp dụng cho kết cấu đúc tại chỗ tại hiện trường, mà ít gặp rủi ro do tổn ha o ứng lực trước tại đầu neo.
CHỦ ĐỀ TƯƠNG TỰ
Kết cấu sàn bê tông ứng lực trước là gì? Sàn bê tông ứng lực trước có những ưu điểm vượt trội nào so với sàn bê tông truyền thống? Chúng ta cùng đi tìm hiểu qua bài viết dưới đây.
Tìm hiểu về kết cấu sàn bê tông ứng lực trước
Thế nào là sàn bê tông ứng lực trước?
Kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước còn gọi là kết cấu bê tông ứng lực trước, hay bê tông tiền áp, hoặc bê tông dự ứng lực [tên gọi Hán-Việt]. Là kết cấu bê tông cốt thép sử dụng sự kết hợp ứng lực căng rất cao của cốt thép ứng suất trước. Cùng sức chịu nén của bê tông để tạo nên trong kết cấu những biến dạng ngược với khi chịu tải. Ở ngay trước khi chịu tải. Nhờ đó những kết cấu bê tông này có khả năng chịu tải trọng lớn hơn kết cấu bê tông thông thường. Hoặc vượt được những nhịp hay khẩu độ lớn hơn kết cấu bê tông cốt thép thông thường.
Kết cấu sàn bê tông ứng lực trước
Trong công nghệ bê tông ứng lực, các dầm, sàn có khẩu độ lớn được tăng cường khả năng chịu lực. Bằng cách tạo một lượng ứng suất dư ngược chiều với tải trọng mà dầm sẽ phải chịu đựng trong quá trình làm việc. Ứng suất dư được tạo ra bằng cách kéo căng các sợi cáp đặt trong dầm bê tông. Lượng ứng suất dư đó làm khả năng chịu tải, tuổi thọ của dầm, sàn tăng lên rất mạnh.
Lịch sử ra đời của kết cấu sàn bê tông ứng lực trước
– Một trong những phát minh lớn trong kỹ thuật xây dựng ở thế kỷ 20 chính là bê tông ứng lực trước. Nó được ứng dụng rộng rãi tại hầu hết các nước tiến tiến trên thế giới từ hơn 50 năm nay.
Kết cấu sàn bê tông ứng lực trước ở Việt nam
Ở Việt Nam việc ứng dụng công nghệ bê tông ứng lực trước 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 dự ứng lực trong việc sản xuất các cấu kiện bê tông dự ứng lực. Đó là dầm cầu của Bê tông Châu Thới, cột điện của Bê tông Thịnh Liệt. Cọc dự ứng lực của Công ty Phan Vũ, ống cấp nước của Bê tông Tân Bình, Bê tông Chèm. Dầm cầu, dầm sàn nhà dân dựng và công nghiệp của công ty cổ phần BT & XD Vinaconex Xuân Mai.
Cận cảnh kết cấu Bê tông ứng lực trước
Công ty CP BT & XD Vinaconex Xuân Mai tiên phong đưa công nghệ bê tông ứng lực trước
– Năm 1997, Tổng công ty VINACONEX đã nhập công nghệ bê tông ứng lực trước tiền chế của nước Cộng Hoà Pháp để sản xuất dầm sàn nhẹ cho xây dựng nhà ở [hệ PPB] tại công ty cổ phần BT & XD Vinaconex Xuân mai. Sản phẩm này hiện nay đã được áp dụng rộng rãi cho các công trình nhà công nghiệp và nhà ở dân dụng tại Hà Nội. Và đặc biệt đã phát triển để xây dựng trên 10.000 căn nhà sàn vượt lũ tại các tỉnh ĐBSCL và dự án nhà ở tái định cư công trình Thuỷ điện Sơn La.
– Năm 1999, Liên doanh VINAROSE [hợp tác giữa VINACONEX và Hãng RONVEAUX – Vương quốc Bỉ] đã hợp tác triển khai công nghệ bê tông ứng lực trước tại công ty cổ phần 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.
– Công nghệ này được áp dụng xây dựng các nhà chung cư cao tầng tại khu đô thị mới Trung Hoà – Nhân Chính. Khu chung cư cao cấp Mỹ Đình – Sông Đà [Hà Nội] đã đem lại hiệu quả to lớn về: Giá thành hạ, thời gian thi công nhanh và chất lượng công trình đảm bảo.[2]
Nguyên lý làm việc của kết cấu bê tông ứng lực trước
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 cốt thép 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 bê tông ứng lực 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 ứng lực trước 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 ứng suất trước.
Các ưu điểm của kết cấu bê tông ứng lực trước
– Bê tông ứng lực trước tiết kiệm được 15-30% khối lượng bê tông và 60-80% khối lượng cốt thép so với cấu kiện bê tông cốt thép thường. Nhưng lại phải tăng chi phí cho bê tông cường độ cao, thép cường độ cao, neo và các thiết bị khác. Đối với cấu kiện nhịp lớn thì sử dụng bê tông ứng suất trước nói chung kinh tế hơn.
– Còn nếu xét về độ cứng thì khung sàn bê tông ứng lực trước nhỏ hơn khung dầm sàn. Tuy nhiên, công nghệ dự ứng lực có thể được áp dụng đồng thời với các công nghệ khác để tăng tiến độ [cốp pha leo, côp pha bản, cút nối thép, cốp pha vách định hình…]. Do đó nhiều trường hợp việc tăng độ cứng của vách chịu lực để khắc phục việc giảm yếu độ cứng ngang vẫn được áp dụng ở nhiều nơi [ HK, AUS, Thái lan…..].
Công trình xây dựng áp dụng kết cấu bê tông ứng lực trước
Ngoài việc áp dụng cho các nhà cao tầng, công nghệ bê tông dự ứng lực tiền chế còn có thể áp dụng hiệu quả cho nhiều dạng công trình khác. Trên thực tế, công nghệ trên đã được áp dụng thành công cho các dự án khu công nghiêp và dân dụng như sau :
– Nhà máy Chế tác Kim cương ở khu công nghiệp Sài Đồng – Hà Nội. Nhà máy đá ốp lát cao cấp VINASTONE tại Phú Cát – Hà Tây. Nhà máy gốm sứ cao cấp Chúc Sơn, Chương Mỹ – Hà Tây. Nhà máy may công nghiệp tại Thái Bình. Nhà máy sứ vệ sinh TOTO giai đoạn 2 tại khu công nghiệp Thăng Long. Và hàng vạn m2 sàn panen PPB do đại lý công ty cổ phần bê tông và xây dựng Xuân Mai đã thi công cho các công trình bằng kết cấu thép tiền chế tại các khu công nghiệp. Như khu công nghiệp Thụy Vân [Việt trì]. Khu công nghiệp Khai Quang [Vĩnh Phúc] Khu công nghiêp Như Quỳnh [Hưng Yên]. Và Khu Công nghiệp Mê Linh, khu công nghiệp Láng Hoà lạc….