Các kết cấu bê tông dự ứng lực điển hình

Do dự ứng lực có thể được sử dụng để giảm thiểu hoặc triệt tiêu nứt do tải trọng khai thác, nên nó có thể tạo ra các cấu kiện mảnh hơn.

Ví dụ: các bản sàn một chiều có thể có tỷ lệ nhịp/chiều cao bằng 45/1 lớn hơn 60% so với tỷ lệ của bản sàn không dự ứng lực (Hình 1.1). Với một chiều dài nhịp cho trước, lượng bê tông trong bản dự ứng lực sẽ bằng khoảng 2/3 lượng bê tông trong bản không dự ứng lực.

Sau đây là một số ví dụ về các kết cấu bê tông dự ứng lực điển hình.

- Hơn 50% cầu được xây dựng hiện nay là bằng bê tông dự ứng lực. Cầu bê tông dự ứng lực có thể là từ dạng cầu đơn giản được xây dựng từ các dầm I đúc sẵn dự ứng lực kéo trước (Hình 1.2) đến các cầu dầm hộp dự ứng lực kéo sau đổ tại chỗ với nhịp đến 150 m (Hình 1.3), hay các cầu dây văng có nhịp đến hơn 500 m (Hình 1.4).

- Các nhà đỗ xe có môi trường ăn mòn cao, do đó, nên sử dụng bê tông chất lượng cao cùng dự ứng lực để khống chế nứt cho các công trình đó. Hình 1.5 minh hoạ một kết cấu nhà đỗ xe điển hình được xây dựng từ các cấu kiện bê tông dự ứng lực đúc sẵn.

Hơn 35% các nhà đỗ xe hiện nay ở các nước phát triển được xây dựng bằng bê tông dự ứng lực đúc sẵn và có khoảng 40% được xây dựng từ bê tông dự ứng lực kéo sau, đổ tại chỗ. Cũng ở các nước phát triển, hàng năm có đến hàng chục triệu m2 sàn được xây dựng bằng bê tông dự ứng lực kéo sau. Dự ứng lực kéo sau cho phép sử dụng các bản mỏng hơn và do đó, làm giảm chiều cao xây dựng, trọng lượng bản thân, chi phí che phủ, chi phí làm nóng cũng như điều hoà nhiệt độ.

Hình 1.1 Các tỷ số nhịp/chiều cao điển hình của bản một chiều dự ứng lực và không dự ứng lực

Hình 1.2 Dầm I dự ứng lực đúc sẵn

 

Hình 1.3 Cầu Vĩnh Tuy với kết cấu dầm hộp bê tông dự ứng lực

Hình 1.4 Cầu Bãi cháy – Cầu dây văng có dầm bằng bê tông dự ứng lực

Hình 1.5 Kết cấu nhà đỗ xe bằng bê tông dự ứng lực

Trong khi kết cấu không dự ứng lực bị biến dạng rất nhiều trước khi chúng đạt đến giới hạn chịu lực thì kết cấu dự ứng lực có khả năng chịu lực tác dụng một cách chủ động mà không có biến dạng lớn. Dự ứng lực cho phép các kỹ sư có thể điều chỉnh một cách chủ động sự phân bố tải trọng và biến dạng nên nó được sử dụng rất rộng rãi để giải quyết các vấn đề cơ bản phức tạp.

Năm 1936, Freyssinet đã cho thấy rằng, các kết cấu dạng ống trụ bê tông dự ứng lực có thể chịu được các áp lực đáng kể bên trong mà không bị rò rỉ. Hiện nay, đã có rất nhiều bể chứa đã được xây dựng trên toàn thế giới. Khả năng của bê tông dự ứng lực trong việc chịu các áp lực cao đã cho phép nó được sử dụng trong các kết cấu chứa của các nhà máy điện hạt nhân. Các kết cấu này cung cấp vòng bảo vệ ngoài cùng khi các tình huống tai nạn xảy ra (Hình1.6).

Hình 1.6 Kết cấu chứa bằng bê tông dự ứng lực cho các nhà máy điện hạt nhân

Các tháp cao và mảnh cho truyền hình, vi ba hay truyền thanh là các dạng kết cấu cũng thường được xây dựng bằng bê tông dự ứng lực. Hình 1.7 minh hoạ tháp CN ở Toronto, được làm bằng bê tông dự ứng lực với các cáp có chiều dài đến 450 m. Kết cấu này cần 1000 tấn thép dự ứng lực.

Hình 1.7 Tháp CN cao 553 m và sân vận động SkyDome ở Toronto

Hình 1.7 cũng minh hoạ SkyDome, sân vận động có nhịp mái lên đến 205 m. Các khung dự ứng lực kéo sau đỡ mái chứa đến 700 tấn thép dự ứng lực. Các chỗ ngồi được đỡ bằng 20 000 m2 tấm bê tông dự ứng lực đúc sẵn và mái bao gồm 84 000 m2 dầm I dự ứng lực.

Việc khai thác dầu và khí ở dưới sâu dưới đáy biển đòi hỏi phải có các giàn đỡ lớn. Hiện nay có rất nhiều kết cấu giàn khoan có chiều cao hơn 100 m, trong số đó có khoảng hàng chục kết cấu làm bằng bê tông dự ứng lực (Hình 1.8). Các kết cấu này đã được thiết kế cho chiều cao mực nước đến 330 m (Hình 1.9). Do các các bộ phận của các kết cấu này phải được chở nổi đến địa điểm lắp đặt nên trọng lượng là một vấn đề quan trọng và, do đó, người ta đã sử dụng các cấu kiện bê tông cường độ cao có mặt cắt nhỏ.

Hình 1.8 Giàn khoan dầu

Hình 1.9 Giàn khoan dầu bằng bê tông dự ứng lực cho chiều sâu nước 330 m

Tham khảo thêm một số tài liệu 

https://icci.vn/vi/tai-lieu/prestressed-concrete-bridges-design-and-construction-2012-ice.html

Theo tác giả Ngô Đăng Quang

Bài giảng kết cấu bê tông dự ứng lực