Ứng suất cục bộ là gì


Trường Đại học Xây dựng



4



+ Vùng thứ 2 nằm ở bề mặt đầu dầm gần với các góc của đầu dầm nằm

ở 2 phía của vùng đặt khối neo. Vùng này được biểu hiện như US

căng ngang sinh ra do các lực được gọi là lực kéo vỡ [spalling force].

Sự lan truyền của US căng ngang theo chiều dọc dầm được mô tả như

Hình 1 -1.



Hình 1-1. Quỹ đạo USCB khi khối neo đặt tại đầu dầm

Hình ảnh trên cho thấy tại phần bề mặt của đầu dầm US nén sinh ra sức

căng gây vỡ bề mặt [trong khoảng 0,5h kể từ đầu dầm] và vào sâu hình thành

US kéo phá.



Ngô Đức Cường



Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 2015



Trường Đại học Xây dựng



5



Hình 1-2. Phân bố US σy theo trục dọc x qua tim khối neo

Độ lớn của lực căng ngang phụ thuộc vào tỷ số của kích cỡ vùng tỳ neo

và chiều cao của vùng cấu kiện và khối neo áp đặt vào:

β = 2 yp0 / 2 y0



Hình 1-3. Ảnh hưởng của phạm vi đặt lực tới sự phân bố USCB

Trong trường hợp này, ảnh hưởng của lực căng ngang là đáng phải chú ý

cho xem xét có cần phải gia cường kết cấu chủ thể hay không, bố trí kích cỡ

khối neo [diện tích phối lực] và lực căng cáp sao cho phù hợp với hiện trạng

cụ thể của kết cấu cần được sửa chữa.

Ngô Đức Cường



Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 2015



Trường Đại học Xây dựng



6



1.1.2. Cơ chế phá hoại của neo

Tại các vùng neo cáp, ứng suất kéo lớn có thể tồn tại phía sau neo. Các

ứng suất kéo này gây ra do từ sự biến dạng tương thích ở phía trước và phía

sau neo. Hình 1 -4 mô tả những đặc điểm giữa vùng chung và vùng cục bộ.

Vùng chịu ứng suất nén trực tiếp ở phía trước thiết bị neo là vùng cục bộ.

Trong các trường hợp này, vùng chung và vùng cục bộ có thể được đề cập

riêng biệt. Tuy nhiên, với các vùng neo nhỏ như trong các neo của phần bản,

hiệu ứng vùng cục bộ, hoặc như các vị trí gối và kìm hãm ứng suất; hiệu ứng

vùng chung như là ứng suất kéo do sự phân bố của lực kéo cáp, có thể xuất

hiện trong cùng một vùng. Ba vùng tới hạn có thể được nhận biết: [i] vùng

trực tiếp phía trước tải trọng, nó phụ thuộc vào bản đệm và các ứng suất nén;

[ii] vùng nứt vỡ kéo dài qua một khoảng cách ở phía trước neo và phụ thuộc

vào ứng suất kéo bên; và [iii] tập trung ứng suất kéo cục bộ mà tồn tại dọc

theo cạnh đặt tải, được biết như ứng suất phá hoại, mặt khác nó không là

nguyên nhân phá hoại bêtông. ở một số khoảng cách từ neo, ứng suất trên mặt

cắt ngang có thể được xác định từ lý thuyết uốn thông thường. Trong phạm vi

lý thuyết uốn khoảng cách này là không có giá trị, bởi vì thông thường đã giả

thiết sự phân bố sức căng tuyến tính đã làm nhiễu loạn bằng việc đưa vào lực

neo đặt tập trung [3].



Ngô Đức Cường



Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 2015



Trường Đại học Xây dựng



7



Hình 1-4. a] Vùng cục bộ; b] Vùng chung

Vùng chịu các tác động bởi sự nhiễu loạn này là vùng neo, các mẫu thí

nghiệm của vùng này sẽ có sự phân bố ứng suất tuyến tính. Từ các kết quả

phân tích và các thí nghiệm nghiên cứu một vài thay đổi về hình dạng của

phần bản và vùng neo, nhiều nghiên cứu đã cải tiến cơ chế phá hoại của vùng

neo cho phù hợp với thực tế. Cơ chế phá hoại này có thể được ứng dụng để

nghiên cứu cơ chế phá hoại các thiết bị neo hình nón và hình chuông.

Cơ chế phá hoại có thể được chia thành 4 bước: bước thứ nhất bắt đầu

với sự phát triển của ứng suất kéo. Bước thứ hai bắt đầu với việc dàn trải vết

nứt nghiêng tới mặt giới hạn và mặt bên từ vành của bản đệm neo chữ nhật

hoặc từ chu vi của bản đệm neo hình tròn. Bước thứ ba xuất hiện với sự vỡ

nát của cạnh bên và thông thường xuất hiện khi vết nứt nghiêng phát triển

nhanh trong lúc tác dụng lực. Bước thứ tư là sau phá hoại, khi bêtông vỡ vụn

với hình chóp và xuất hiện phá hoại cắt ở dưới bản đệm neo. Trong bốn

trường hợp này, điều kiện hoặc ứng suất phá hoại của cơ chế phá hoại do cắt

có thể được xác định thông qua tính toán ứng suất kéo vỡ hoặc biến dạng và

ứng suất cắt lớn nhất. Một cơ chế phá hoại hợp lý gây ra với neo dạng nón

hoặc dạng chuông có thể được phân biệt trong Hình 1 -5.



Ngô Đức Cường



Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 2015



Trường Đại học Xây dựng



8



Hình 1-5. Cơ chế phá hoại neo

Thông thường, các vùng neo của cầu dây văng đã được thiết kế dựa trên

các kết quả của phân tích đàn hồi. Vì vậy số lượng cốt thép đã quy định để

kiểm soát ứng suất phá vỡ đã được xác định từ sự phân bố ứng suất đàn hồi.

Số lượng cốt thép ngang được lựa chọn căn cứ vào yêu cầu về khả năng chịu

kéo theo quy luật phân bố ứng suất kéo tổng cộng. Thông thường, ứng suất

trong cốt thép được giới hạn một phần ứng suất đàn hồi và cốt thép được

phân bố đều trên vùng có ứng suất kéo đáng kể. Công thức đơn giản đã được

đưa ra bởi Leonhardt [1964] với việc ước lượng tổng lực kéo ngang T, do

tổng cộng ứng suất phá vỡ như sau:

a

T = 0.3  P  1  ÷+ 0.5  Pu sin α

h



Ngô Đức Cường



Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 2015



Trường Đại học Xây dựng



9



Trong đó:

P- Lực dự ứng lực kéo trước lớn nhất do phép tính dự ứng lực kéo sau

[kN]

a - chiều rộng bản đệm neo [mm];

h - chiều cao của cấu kiện;

Pu - thừa số lực kéo [N];

α - góc nghiêng của lực kéo đối với đường tim của cấu kiện.

1.2. Cấu tạo vùng neo cầu bêtông cốt thép dự ứng lực

Đối với bê tông gần vùng neo có các ứng suất theo hướng mũi tên chỉ

như trên Hình 1 -6. Nói chung, lực kéo T3 ở các góc chỉ do dự ứng lực có

thể lấy bằng 10% lực dự ứng lực, khả năng sinh ra vết nứt ở phần góc chỉ do

dự ứng lực là rất ít. Tuy nhiên, khi có phần neo ở phía dưới bản cánh, dưới tác

dụng của tải trọng do ảnh hưởng của lực cắt và mô men việc xuất hiện vết nứt

hướng θ có khả năng xảy ra [Hình 1 -7]. Góc θ có sự chênh lệch tuỳ thuộc

vào độ lớn của tải trọng, lực dọc trục và lực dự ứng lực P nhưng có thể lấy

khoảng từ 10o ~ 20o. Đối với những vết nứt này cần thiết phải bố trí cốt thép

F2 như Hình 1 -8.



Ngô Đức Cường



Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 2015



Trường Đại học Xây dựng



10



Hình 1-6. Ứng suất của phần neo cục bộ

Ngoài ra, do lực dự ứng lực P làm xuất hiện biến dạng nén lớn ở bê tông

của ụ neo, do đó sinh ra ứng suất kéo T4 ở mặt trước của ụ neo. Vì vậy, cần

thiết phải bố trí cốt thép F3 song song với cáp dự ứng lực [Hình 1 -7]



Hình 1-7. Nứt ở phần ụ neo



Hình 1-8. Ví dụ về bố trí cốt thép vùng ụ neo

Trong đó:

F1 - cốt thép tăng cường đối với T1 chỉ ra ở hình 4 [không được dùng

chung với cốt thép chủ của bản cánh];

F2 - cốt thép tăng cường đối với T2 và T3;

F3 - cốt thép tăng cường đối với T4 và T5 [không được dùng chung với

Ngô Đức Cường



Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 2015



Trường Đại học Xây dựng



11



cốt thép chủ của bản cánh] ;

F4 - cốt thép tăng cường đối với T6

1.3. Neo cốt thép ứng suất trước



Hình 1-9. Cấu tạo chi tiết vùng neo cáp cầu bê tông

Nhiệm vụ của neo là truyền lực từ đầu cốt thép ứng suất trước vào bê

tông để tạo ra ứng suất nén trong bê tông. Thường mỗi loại neo phù hợp với

từng kiểu cốt thép được dùng.

Khi kéo trên bệ [căng trước khi đổ] người ta chia ra hai loại neo cốt thép:

+ Tự neo, đảm bảo lực dính giữa bê tông và cốt thép ứng suất trước mà

không cần làm them neo.



Ngô Đức Cường



Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 2015



Trường Đại học Xây dựng



12



+ Neo bằng cách hàn thêm các đoạn thép, tấm thép, tạo mũ ở đầu thanh,

cũng như kẹp một miếng thép  nếu được phép hàn, còn nếu không thì

phải tạo ren bắt bu lông

1.3.1. Neo ngầm

Các loại neo ngầm đơn giản

Neo hình khuyên

Neo cài [Hình 4-18.a,c,d]

Neo quả trám - bê tông [neo MIIT]: là một khối bê tông ở đầu của bó

thép, gồm có đĩa thép [1], và sợi thép xoắn [2], lò xo [3], BT M500 [4], thép

ứng suất trước [5]. Loại này có nhược điểm là khó đảm bảo chất lượng của bê

tông do có nhiều hốc ở trong neo.

Bảng 1-1. Các thông số của một số loại neo quả trám - thép



Neo quả trám-thanh thép [neo MIIT]: được sử dụng rộng rãi, nhưng sợi

thép được phân bố xung quanh thép trung tâm [4], thanh thép này được hàn

với tấm thép tròn [3] trên đó chia thành 4 rãnh để đảm bảo bê tông và thép



Ngô Đức Cường



Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 2015



Trường Đại học Xây dựng



13



dính kết tốt với nhau. Tại đầu neo có các trụ đuôi [1] để cố định vị trí của

các bó thép. Loại neo này đảm bảo tin cậy trong thời gian khai thác và căng

kéo.

1.3.2. Neo cốc [Karovkin]

Được chế tạo cùng với các ống thép, khi bơm dung dịch nước thừa ở lại

trong ống do vậy khi mùa đông làm nứt dọc trong BT. Loại này chỉ nên áp

dụng cho kết cấu có loại rãnh hở hoặc làm thiết bị khi kéo trên bệ.

1.3.3. Neo hình côn [Neo hình nón cụt]



Hình 1-10. Neo hình nón cụt

Được dùng như neo vĩnh cửu khi kéo trên bê tông và như neo tạm thời

khi căng kéo những bó thép trên bệ. Lõi neo được ấn vào bằng kích, trong

nêm có lỗ để bơm vữa xi măng. Giữa neo và bề mặt BT có bản đệm bằng

thép.

Vỏ neo bằng thép có khoét lỗ hình chóp cụt ở giữa. Lõi neo hình chóp

cụt có ren rang phù hợp với kích thước lỗ ở vỏ neo.Các sợi thép được luồn

qua vỏ neo, sau khi đã căng bằng kích hai tác dụng thì đóng lõi neo để giữ

đầu sợi thép cố định trong vỏ neo, vì bề mặt lõi neo có ren rang nên tác dụng

Ngô Đức Cường



Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 2015



Trường Đại học Xây dựng



14



nêm tang lên. Trong lõi có khoan lỗ dọc để bơm vữa lấp long ống. Giữa neo

và bê tông có bản đệm bằng thép. Một số kích thước định vị về neo loại này

xem tài liệu tham khảo.

Để tang ma sát giữa bó cốt thép ứng suất trước và neo, trên bề mặt rãnh

của lõi neo cấu tạo các răng cưa.

1.3.4. Neo của VSL, OVM và một số hãng khác

Hình 1 -11 thể hiện cấu tạo của neo bó cáp 7 tao kéo sau của hãng

OVM, bao gồm loa dẫn hướng bằng gang đúc hoặc tôn cuốn, loa này đặt

trong ván khuôn kết cấu từ trước lúc đổ bê tông, kết hợp với cốt thép xoắn có

tác dụng phân phối lực từ cáp UST một cách đều hơn vào bê tông. Ống này

cho phép giữ đúng hướng của cáp UST trong ván khuôn và cho phép nối với

đầu ống gen chứa cáp đó.

Tại đầu miệng loa có đầu neo hình trụ tròn với các lỗ khoan thủng hình

chóp cụt mà trong đó sẽ luồn các tao xoắn 7 sợi. Để giữ cố định vị trí các tao

xoắn này tại mỗi lỗ khoan phải chèn vào một nêm hai mảnh [hoặc 3,4 mảnh]

sau khi đã kéo xong từng bó đó

Tùy theo từng loại cáp sử dụng 0,5 [in] hoặc0,6 [in], có các loại neo tương

ứng:ví dụ OVM là các neo OVM13 dùng loại 0,5; OVM15 dùng loại 0,6;

do vậy khi thiết kế phải căn cứ vào đường kính của tao cáp mà quyết định

dùng loại neo đồng bộ với nó;



Ngô Đức Cường



Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật - 2015



Chủ Đề