TĨM TẮT
Trong tình hình hiện nay, có thể thấy việc chuyển đổi cơng năng của một phần
hoặc tồn bộ chung cƣ, cao ốc văn phòng sang các dạng khác nhƣ siêu thị, trung
tâm ngoại ngữ, trƣờng học đang xảy ra. Khi thay đổi cơng năng có thể làm thay đổi
tải trọng cơng trình, điều đó đã làm ảnh hƣởng đến kết cấu của cơng trình. Vì vậy,
vấn đề cần thiết là tăng cƣờng khả năng chịu tải của cấu kiện cơng trình hiện hữu
sao cho đáp ứng tải trọng mới một cách bền vững, lâu dài và tiết kiệm.
Phƣơng pháp gia cƣờng bằng dây căng, thanh căng ứng suất trƣớc cho cấu
kiện dầm và dàn đã đƣợc tính tốn áp dụng ở nhiều nơi. Hầu hết, các cấu kiện đƣợc
gia cƣờng trong các cơng trình trƣớc có mơ hình làm việc là dầm đơn giản.
Luận văn này trình bày một phƣơng án tính tốn gia cƣờng dầm bê tơng cốt
thép bằng phƣơng pháp thanh căng ứng suất trƣớc, khi dầm làm việc trong hệ
khung siêu tĩnh. Trƣờng hợp này sẽ có vấn đề phức tạp là phải xét đến ảnh hƣởng
của phƣơng pháp căng ứng suất trƣớc đến các cấu kiện xung quanh do sự phân phối
nội lực trong các cấu kiện của kết cấu khung siêu tĩnh.

iv


A CALCULATING METHOD FOR REINFORCING CONCRETE
BEAMS IN FRAME SYSTEM BY PRE-STRESS STEEL BAR.

ABSTRACT
Today, many buildings are constructed as aprtment buildings. In future, there
will be a shift in the function of a part or all of an apartment building, office
building into other forms such as a supermarket, a foreign language center, a school
will happen. When a change of function can change the work load, it affects the
entire structure of the buiding. Therefore, it is necessary to increase the load
capacity of the existing structural elements to meet the new load in a sustainable
and economical manner.
Tension reinforcement method, pre-tensioned bars for beam and truss structure

has been calculated to apply in several situations. It's easy to see that this approach
is applied in a number of structures - such as bridges - with simple beams.
This paper presents a method for calculating reinforcement of reinforced
concrete beams by pre-stressed bar method, when the beam is working in statically
indeterminate structures. In this case, it is very complex to consider the effect of
post-tensioning on surrounding structures due to the distribution of internal forces
and moments on the structural components.

v


MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC ..............................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... iii
TÓM TẮT ................................................................................................................iv
ABSTRACT .............................................................................................................. v
MỤC LỤC................................................................................................................vi
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .....................................................................ix
DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU KHOA HỌC ............................................................. x
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................... xii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................... xv
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ..................................................................................... 1
1.1. Giới thiệu chung: ................................................................................................ 1
1.1.1. Tính cấp thiết của đề tài:.................................................................................. 1
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và ngồi nƣớc: ............................................ 2
1.2. Mục đích đề tài: ................................................................................................ 10
1.3. Nhiệm vụ đề tài và giới hạn của đề tài: ............................................................ 10
1.3.1. Nhiệm vụ của đề tài: ...................................................................................... 11
1.3.2. Giới hạn của đề tài:........................................................................................ 11

CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU ......................................... 12
2.1. Nghiên cứu lý thuyết tính tốn: ........................................................................ 12
2.1.1. Các trƣờng hợp gia cƣờng: ............................................................................ 12
2.1.1.1. Trƣờng hợp tăng tải: ................................................................................... 12
2.1.1.2. Trƣờng hợp giảm cƣờng độ vật liệu: .......................................................... 12
2.1.2. Trạng thái ứng suất trên tiết diện dầm gia cƣờng........................................... 12
2.2. Trạng thái chịu lực dầm gia cƣờng. .................................................................. 16
2.3. Phân tích lực căng và mơ hình tác dụng lực căng trong Etabs khi thanh căng
ngang. ...................................................................................................................... 16

vi


2.4. Phân tích lực căng và mơ hình tác dụng lực căng trong Etabs khi thanh căng
võng......................................................................................................................... 17
CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN GIA CƢỜNG DẦM BÊ TƠNG
CỐT THÉP .............................................................................................................. 19
3.1. Cơ sở lý thuyết tính tốn gia cƣờng .................................................................. 19
3.1.1. Các bƣớc tính tốn:........................................................................................ 19
3.1.2. Nội dung tính tốn: ........................................................................................ 20
3.1.2.1. Xác định khả năng chịu tải M (do tải trọng gia tăng q gây ra). ................ 20
3.1.2.2. Chọn sơ đồ dây căng và sơ bộ chọn tiết diện dây căng. .............................. 20
3.1.2.3. Xác định độ cứng của dầm đƣợc gia cƣờng ................................................ 20
3.1.2.4. Xác định lực căng dƣới tác dụng của tải trọng q tăng tải. ........................... 21
3.1.2.5. Xác định ứng suất trƣớc trong dây căng. .................................................... 23
3.1.2.6. Kiểm tra khả năng chịu lực của dầm sau gia cƣờng.................................... 24
CHƢƠNG 4: PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN GIA CƢỜNG DẦM KHUNG BÊ
TÔNG CỐT THÉP BẰNG THANH CĂNG ỨNG SUẤT TRƢỚC ....................... 25
4.1. Cơ sở tính tốn ................................................................................................. 25
4.2. Phƣơng pháp đặt lực căng trên sơ đồ khung trong mơ hình Etabs. ................... 32

4.3. Xác định lực căng trong thanh căng đặt vào dầm khung. ................................. 33
4.4. Xây dựng mơ hình Etabs chịu tải của khung với tồn bộ tải trọng, kể cả tải gia
tăng và lực căng cáp. ............................................................................................... 34
4.5. Kiểm tra khả năng chịu lực của dầm sau gia cƣờng ......................................... 35
CHƢƠNG 5: CÁC BÀI TOÁN ỨNG DỤNG ........................................................ 36
5.1. Xây dựng mơ hình tính tốn nội lực trong dầm đơn giản có xét đến tải trọng. . 36
5.2. Tính tốn gia cƣờng dầm khung BTCT bằng thanh căng ứng lực trƣớc: .......... 46
5.2.1. Gia cƣờng dầm khung bằng thanh căng ngang. ............................................. 46
5.2.2. Gia cƣờng dầm khung bằng thanh căng võng ................................................ 51
5.2.3. Phƣơng pháp tính tốn ví dụ 3 đƣợc tổng hợp bằng các bảng số liệu sau ...... 54
5.2.4. Phƣơng pháp cƣờng dầm khung bằng dây căng võng đƣợc tổng hợp bằng các
bảng số liệu sau: ...................................................................................................... 55

vii


5.3. Gia cƣờng dầm khung nhiều tầng nhiều nhịp ................................................... 57
5.3.1. Trƣờng hợp tăng tải trọng lên 1 ô sàn BD12 và gia cƣờng dầm khung trục
C(1-2) tầng 1. .......................................................................................................... 59
5.3.2. Trƣờng hợp tăng tải trọng lên 2 ô sàn BD12; BD23 và gia cƣờng dầm trục
C(1-2)(2-3); trục 2(B-C)(C-D) tầng 1...................................................................... 65
CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................... 69
6.1. Kết luận ............................................................................................................ 69
6.2. Kiến Nghị. ........................................................................................................ 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 71

viii


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BTCT

: Bê tông cốt thép

DƢL

: Dự ứng lực

FRP

: Fiber Reinforced Polymer

CFRP

: Cacbon Fiber Reinforced Polymer

RC

: Reinforced concrete

GT

: Gia tải

HT

: Hoạt tải

TCVN


: Tiêu Chuẩn Việt Nam

TP.HCM

: Thành phố Hồ Chí Minh

TT

: Tĩnh tải

USA

: United States American

ix


DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU KHOA HỌC
Các kí hiệu trong Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574 – 2012
b

chiều rộng tiết diện chữ nhật;

h

chiều cao tiết diện;

a, a’

khoảng cách từ hợp lực trong cốt thép tƣơng ứng với S và S’ đến biên

gần nhất của tiết diện;

ho, h’o

chiều cao làm việc của tiết diện tƣơng ứng bằng h - a, h – a’;

x

chiều cao vùng bê tông chịu nén;

ξ

chiều cao tƣơng đối của vùng bê tông chịu nén, bằng x/ho ;

eo

độ lệch tâm của lực dọc N và lực nén của lực căng đối với trọng tâm tiết
diện quy đổi;

e

khoảng cách tƣơng ứng từ điểm đặt lực dọc N và lực nén của lực căng
đến trọng tâm tiết diện cốt thép S;

l

nhịp cấu kiện;

lo


chiều dài tính tốn của cấu kiện;

d

đƣờng kính danh nghĩa của cốt thép;

As, A’s

diện tích cốt thép khơng căng S và cốt thép căng S’;

µ

hàm lƣợng cốt thép xác định nhƣ tỉ số giữa diện tích tiết diện cốt thép;

A

diện tích tồn bộ tiết diện ngang của bê tơng;

Ab

diện tích tiết diện của vùng bê tơng chịu nén;

q

tải trọng phân bố đều;

P

lực tập trung;


M

mô men uốn;

Mgh

mô men uốn giới hạn;

Nd , Nc

lực dọc của dầm, cột

X

lực căng cáp;

Nx

phản lực nén dầm bởi thanh căng;

Rb ,

cƣờng độ chịu nén tính tốn dọc trục của bê tơng ứng với các

;

x


trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ hai;

Rbtn

cƣờng độ chịu nén dọc trục của bê tông ứng với trạng thái giới
hạn thứ nhất;

Rs ,

cƣờng độ chịu kéo tính tốn dọc trục của cốt thép ứng với các
trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ hai;

Rsw

cƣờng độ chịu kéo tính tốn của cốt thép ngang;

Rsc

cƣờng độ chịu nén tính tốn của cốt thép ứng với trạng thái
giới hạn thứ nhất;

Rt , Rvl

cƣờng độ vật liệu ban đầu và sau suy giảm;

γ

hệ số giảm cƣờng độ;

Eb

mô đun đàn hồi của bê tơng;


Es

mơ đun đàn hồi của cốt thép;

Jb

mơ men qn tính của tiết diện bê tông đối với trọng tâm của cấu kiện;

Js

mơ men qn tính của tiết diện cốt thép đối với trọng tâm của cấu kiện;

Tx

phản lực thanh căng;

Dx

phản lực gối đỡ thanh căng;

fo

ma sát thanh căng;

ψs

là hệ số xét đến sự làm việc của bê tông vùng chịu kéo trên đoạn có vết
nứt;


ψb

là hệ số xét đến sự phân bố không đều biến dạng của thớ bê tông chịu
nén ngồi cùng trên chiều dài đoạn có vết nứt;

φf

là hệ số không kể đến cốt thép đặt ở vùng chịu nén của tiết diện;

γsp

hệ số độ chính xác khi căng cốt thép;

ζo ,ζ

ứng suất trƣớc và sau khi căng;

xi


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 a) Sơ đồ gối đỡ dây căng; b) Gối liên kết giữa dây căng với cấu kiện ...... 3
Hình 1.2 Gia cƣờng dầm cầu: a) dán bảng thép chịu uốn; b) dán bản thép chịu cắt [8] ... 4
Hình 1.3 Kết quả gia cƣờng ứng suất ngồi các cầu trên Quốc lộ 80 [8].................. 4
Hình 1.4 Gia cƣờng dầm cầu: a) cầu chữ Y; b) cầu Sài Gịn .................................... 5
Hình 1.5 a) Cầu trên sơng Shigenobu, Nhật Bản ; b) Dây căng ngoài bên trong dầm
hộp [10] ..................................................................................................................... 9
Hình 1.6 Cầu dành cho ngƣời đi bộ dùng dây căng ứng lực ngoài với độ lệch tâm lớn. .. 9
Hình 1.7 a) Hình ảnh cầu Condet sau khi gia cƣờng; b) Cầu Kemlaka Gede sau khi
gia cƣờng. .................................................................................................................. 9

Hình 1.8 a) Tăng cƣờng khung đỡ cho cầu Morrison, Mỹ ; b) Củng cố chỗ đứt gãy
của cầu Tenthill Creek, Gatton, Úc. ........................................................................ 10
Hình 2.1 Gia cƣờng dầm bằng thanh căng ngang: .................................................. 13
Hình 2.2 Gia cƣờng dầm bằng thanh căng võng:..................................................... 13
Hình 2.3 Sơ đồ ứng suất trên mặt cắt ngang của dầm ............................................. 14
Hình 2.4 Sơ đồ ứng suất trên mặt cắt ngang của dầm chịu nén lệch tâm ................ 15
Hình 2.5 Sơ đồ lực tác dụng của thanh căng lên dầm ............................................. 16
Hình 2.6 Sơ đồ thanh căng ngang ............................................................................ 17
Hình 2.7 a) Sơ đồ thanh căng võng; b) Sơ đồ lực liên kết thanh căng võng tác dụng
lên dầm .................................................................................................................... 17
Hình 2.8 Sơ đồ phân phối lực căng dây căng võng................................................. 18
Hình 3.1 Sơ đồ để xác định độ cong của dầm......................................................... 20
Hình 3.2 Sơ đồ gia cƣơng thanh căng ngang ........................................................... 22
Hình 3.3 Sơ đồ lực căng thanh căng võng ............................................................... 23
Hình 4.1 Đồ thị υpb và υttr thay đổi theo độ cứng đầu dầm (dầm BTCT 250 x 500).
................................................................................................................................ 29
Hình 4.2 Đồ thị tƣơng quan υpb theo υttr trên cùng 1 dầm. ....................................... 30

xii


Hình 4.3 Đồ thị giá trị moment (do tải phân bố q = 10 kN/m) thay đổi theo độ cứng
nút dầm.................................................................................................................... 31
Hình 4.4 Đồ thị giá trị moment (do tải tập trung P = 60 kN/m) thay đổi theo độ
cứng nút dầm. .......................................................................................................... 32
Hình 4.5 Phƣơng pháp đặt lực căng ngang trong dầm khung bằng Etabs................ 33
Hình 4.6 Phƣơng pháp đặt lực căng võng trong dầm khung bằng Etabs ................. 33
Hình 5.1 Biểu đồ nội lực dầm đơn giản ................................................................... 36
Hình 5.2 Sơ đồ tính tốn gia cƣờng dầm bằng thanh căng ngang ........................... 38
Hình 5.3 Biểu đồ nội lực dầm sau gia cƣờng........................................................... 41

Hình 5.4 Sơ đồ bố trí thanh căng võng ................................................................. 41
Hình 5.5 Sơ đồ bố trí lực căng võng ..................................................................... 43
Hình 5.6 Sơ đồ tính tốn, biểu đồ M và Q ............................................................... 44
Hình 5.7 Biểu đồ moment dầm sau gia cƣờng bằng thanh căng võng ..................... 45
Hình 5.8 Biểu đồ nội lực dầm sau gia cƣờng bằng thanh căng võng ....................... 45
Hình 5.9 Tiết diện dầm khung ................................................................................. 46
Hình 5.10 Sơ đồ lực căng ngang ............................................................................. 47
Hình 5.11 Mơ hình đặt lực trên dầm khung ............................................................. 49
Hình 5.12 Biểu đồ moment và lực dọc sau gia cƣờng ............................................. 50
Hình 5.13 Biểu đồ nội lực dầm khung sau gia cƣờng .............................................. 50
Hình 5.14 Sơ đồ lực căng võng ............................................................................... 53
Hình 5.15 Biểu đồ moment và lực dọc sau gia cƣờng ............................................. 53
Hình 5.16 Biểu đồ nội lực sau gia cƣờng ................................................................ 53
Hình 5.17 Sơ đồ khung Cơng trình KTX sinh viên ................................................. 57
Hình 5.18 Sơ đồ tiết diện khung .............................................................................. 59
Hình 5.19 Sơ đồ gia cƣờng đặt lực căng trong dầm khung ...................................... 60
Hình 5.20 Đồ thị moment tại gối của dầm khung trƣớc và sau gia cƣờng ............... 61
Hình 5.21 Đồ thị biểu diễn moment nhịp của dầm khung trƣớc và sau gia cƣờng .. 62
Hình 5.22 Sơ đồ gia cƣờng đặt lực căng trong dầm khung ...................................... 63
Hình 5.23 Đồ thị biểu diễn moment tại gối của dầm khung trƣớc và sau gia cƣờng64

xiii


Hình 5.24 Đồ thị biểu diễn moment nhịp của dầm khung trƣớc và sau gia cƣờng .. 65
Hình 5.25 Sơ đồ tăng tải trọng lên ô sàn BD12 và BD23 ........................................ 65
Hình 5.26 Sơ đồ đặt lực căng trong dầm khung ...................................................... 66
Hình 5.27 Đồ thị biểu diễn moment tại gối của dầm khung trƣớc và sau gia cƣờng67
Hình 5.28 Đồ thị biểu diễn moment nhịp của dầm khung trƣớc và sau gia cƣờng .. 67


xiv


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 4.1: Sơ đồ phân phối nội lực tƣơng quan độ cứng giữa các cấu kiện ............. 25
Bảng 4.2: Bảng số liệu tƣơng quan giữa độ cứng của khung với hệ số hiệu dụng
chuyển đồi υpb tải trọng phân bố đều ....................................................................... 27
Bảng 4.3: Bảng số liệu tƣơng quan giữa độ cứng của khung với hệ số hiệu dụng
chuyển đồi υttr tải trọng tập trung ............................................................................ 28
Bảng 5.1: So sánh phƣơng án căng ngang với hai giá trị độ cứng dầm ................... 40
Bảng 5.2: So sánh nội lực sau gia cƣờng dầm khi tính bằng phƣơng pháp tính tốn
và bằng phƣơng pháp mơ hình Etabs....................................................................... 41
Bảng 5.3: So sánh phƣơng án căng võng với hai giá trị độ cứng dầm ..................... 44
Bảng 5.4: So sánh nội lực sau gia cƣờng dầm bằng phƣơng pháp tính tốn và bằng
mơ hình Etabs. ......................................................................................................... 45
Bảng 5.5: Nội lực dầm khung sau gia cƣờng bằng mơ hình Etabs .......................... 54
Bảng 5.6: Thông số sơ bộ dây căng và hệ số hiệu ứng giảm tải .............................. 54
Bảng 5.7: Thơng số tính lực căng gia Xtc cƣờng ..................................................... 54
Bảng 5.8: Kiểm tra chịu nén của dầm khung ở nhịp sau khi gia cƣờng ................... 54
Bảng 5.9: Kiểm tra chịu cắt của dầm khung sau khi gia cƣờng ............................... 54
Bảng 5.10: Nội lực dầm khung sau khi gia cƣờng ................................................... 55
Bảng 5.11: Kiểm tra chịu nén của dầm khung ở nhịp sau khi gia cƣờng ................. 55
Bảng 5.12: Bảng kiểm tra chịu cắt của dầm khung sau khi gia cƣờng..................... 55
Bảng 5.13: Thông số ứng suất trong dây căng......................................................... 55
Bảng 5.14: Thơng số tính lƣc căng Xtc gia cƣờng ................................................... 56
Bảng 5.15: Bảng kiểm tra chịu nén của dầm khung ở nhịp sau khi gia cƣờng ........ 56
Bảng 5.16: Bảng kiểm tra chịu cắt của dầm khung sau khi gia cƣờng..................... 56
Bảng 5.17: Thông số tính lự căng Xtc gia cƣờng và kết quả nội lực ........................ 56
Bảng 5.18: Bảng kiểm tra chịu nén của dầm khung ở nhịp sau khi gia cƣờng ........ 57
Bảng 5.19: Bảng kiểm tra chịu cắt của dầm khung sau khi gia cƣờng..................... 57

Bảng 5.20: Tải trọng tác dụng lên hệ dầm khung .................................................... 58

xv


Bảng 5.21: Kết quả nội lực dầm khung trục C(1-2) sau gia cƣờng .......................... 60
Bảng 5.22: Kết quả nội lực dầm khung trục C(1-2) trƣớc và sau gia cƣờng............ 61
Bảng 5.23: Kiểm tra chịu nén của dầm khung ở nhịp sau khi gia cƣờng ................. 62
Bảng 5.24: Kết quả nội lực dầm khung trục C(1-2) sau gia cƣờng .......................... 63
Bảng 5.25: Kết quả nội lực dầm khung trƣớc và sau gia cƣờng trên mơ hình Etabs64
Bảng 5.26: Kiểm tra chịu nén của dầm khung ở nhịp sau khi gia cƣờng ................. 65
Bảng 5.27: Kết quả nội lực dầm khung trƣớc và sau gia cƣờng trên mơ hình Etabs.
................................................................................................................................ 66
Bảng 5.28: Bảng kiểm tra chịu nén của dầm khung ở nhịp sau khi gia cƣờng ........ 68

xvi


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung
1.1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong lĩnh vực xây dựng hiện nay, Trên thế giới nói chung và tại Việt Nam
nói riêng, nhu cầu về nhà ở là rất lớn. Vì vậy, các Nhà kinh doanh bất động sản đã
đầu tƣ xây dựng nhiều các chung cƣ, căn hộ cao cấp nhƣ: Chung cƣ Him Lam Chợ
Lớn tại Quận 6 có diện tích hơn 4ha, đây là khu chung cƣ cao tầng với hơn 1.400
căn hộ [1]; Him Lam Riverside tại Quận 7 gồm 3 tòa chung cƣ với hơn 314 căn hộ,
tổng mức đầu tƣ 1.563 tỷ, tổng diện tích: 1,317 ha [2]; Dự án Vinhomes Central
Park tại số 208 Đƣờng Nguyễn Hữu Cảnh, phƣờng 22, quận Bình Thạnh, Tp.HCM
với hơn 10.000 căn hộ, diện tích 43,9 ha, quy mơ dự án 38 – 81 tầng [3]; Khu Căn
hộ New Sài Gòn - Hoàng Anh Gia Lai 3, nằm trên Đƣờng Nguyễn Hữu Thọ, xã

Phƣớc Kiểng, huyện Nhà Bè, tổng diện tích 35.000 m2, có hơn 1.000 căn hộ [4], …
Tuy nhiên, việc xây dựng nhiều nhƣ vậy sẽ dẫn đến nguồn cung thừa hoặc
không phù hợp quy hoạch phát triển. Do đó, việc chuyển đổi cơng năng của một
phần hoặc tồn bộ chung cƣ, cao ốc văn phòng.v.v… sang các dạng mục đích sử
dụng khác nhƣ siêu thị, trung tâm đào tạo anh văn - tin học, trƣờng học.v.v…là việc
làm rất cần thiết và có ý nghĩa.
Thay đổi cơng năng của một cơng trình hay một phần của cơng trình khơng
chỉ giúp cho chủ đầu tƣ tiết kiệm đƣợc nguồn vốn xây dựng mới mà còn giúp chủ
đầu tƣ phân phối đƣợc các sản phẩm phù hợp với yêu cầu của thực tiễn.
Thay đổi công năng hiện hữu của một công trình thành một cơng năng khác
khơng chỉ thay đổi nội thất mà cịn thay đổi tải trọng của cơng trình dẫn đến ảnh
hƣởng tồn bộ kết cấu của cơng trình. Vì vậy, việc tăng cƣờng khả năng chịu tải của
cấu kiện cơng trình hiện hữu sao cho đáp ứng tải trọng mới một cách bền vững, lâu
dài và tiết kiệm là cần thiết và hữu ích.
Hiện nay, phƣơng pháp gia cƣờng dầm khung bê tông cốt thép bằng thanh
căng ứng suất trƣớc đƣợc áp dụng phổ biến trong ngành xây dựng cầu trên thế giới

1


và ở Việt Nam. Phƣơng pháp này nếu đƣợc nghiên cứu và ứng dụng cho ngành xây
dựng dân dụng và công nghiệp để chuyển đổi công năng của một số cơng trình hiện
hữu thì có ý nghĩa rất lớn cả về kinh tế và kỹ thuật.
Tuy nhiên, cho đến thời hiện nay, ở Việt Nam chƣa có kết quả nghiên cứu và
ứng dụng phƣơng pháp này cho ngành xây dựng dân dụng và cơng nghiệp một cách
đầy đủ và có hệ thống. Vì vậy, nghiên cứu gia cƣờng dầm khung bê tông cốt thép
bằng thanh căng ứng suất trƣớc là rất cần thiết, có ý nghĩa rất lớn về mặt lý luận
khoa học và thực tiễn, đây chính là sự cần thiết của luận văn này.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và ngoài nƣớc
1.1.2.1. Nghiên cứu trong nƣớc

Các phƣơng pháp gia cƣờng đƣợc sử dụng tại Việt Nam bao gồm:
- Phƣơng pháp công nghệ dán bản thép đƣợc sử dụng cho tăng cƣờng kết
cấu nhịp cầu BTCT và kết cấu thép - bê tông liên hợp. Công nghệ dán bản thép
này có mục đích hạn chế độ mở rộng vết nứt và tăng thêm thép ở khu vực chịu
kéo của dầm. Biện pháp này thƣờng đƣợc sử dụng cho cầu BTCT thƣờng, trong
trƣờng hợp cốt thép chủ ở khu vực chịu kéo bị gỉ, đáy dầm có nhiều vết nứt theo
phƣơng thẳng đứng ở khu vực giữa chiều dài nhịp dầm. Ở đây, có thể kết hợp dán
bản thép với việc bổ sung cốt thép vào khu vực chịu kéo. Cơng nghệ dán bản thép
có ƣu điểm dễ thực hiện, giá thành không cao, thời gian ngừng giao thông
không lâu. Do bản thép chỉ tham gia chịu hoạt tải nên tăng đƣợc khả năng chịu
lực khơng nhiều. Rất khó có giải pháp để bản thép dán thêm tham gia chịu tĩnh
tải. Tuy nhiên các chuyên gia khuyến cáo công nghệ này chỉ nên dùng cho các
dầm BTCT thƣờng. Ở vùng moment âm, muốn dán đƣợc bản thép phải bóc lớp
phủ mặt cầu, dán xong bản thép mới phủ lại lớp phủ mặt cầu. Phƣơng pháp này
đƣợc áp dụng ở cầu Đa Phúc (Hà Nội). Trƣờng hợp cầu Đoan Hùng (Phú Thọ)
trƣớc đây là cầu 5 nhịp giản đơn nay đã hóa thành cầu liên tục 5 nhịp 24 m.
Cầu Tân An cũ cũng đƣợc thiết kế tăng cƣờng bằng DƢL ngồi, trong đó các
nhịp BTCT DƢL 24,7 m đƣợc nối 2, 3 nhịp thành 1 liên; ngồi ra cịn sử dụng
DƢL ngoài để tăng cƣờng cho cả nhịp thép[5].

2


- Phƣơng pháp gia cƣờng kết cấu bêtông cốt thép bằng tấm dán
(FRP). Phƣơng pháp sửa chữa, gia cố công trình bằng cách sử dụng vật liệu FRP có
rất nhiều ƣu điểm nhƣ: thi cơng đơn giản, nhanh chóng, khơng cần phải đập phá kết
cấu, không cần sử dụng cốp pha, đảm bảo giữa nguyên hình dạng kết cấu cũ, có tính
thẩm mỹ cao và đặc biệt với các cơng trình địi hỏi khả năng chống thấm và ăn mịn
cao. Trong sửa chữa và gia cố cơng trình xây dựng thƣờng dùng các loại FRP dạng
thanh và dạng vải. Các loại vật liệu FRP thƣờng đƣợc sử dụng nhất là của các hãng

sản xuất Replark®, Sika, Tyfo® [5].
- Cơng ty Nam Cơng thực hiện sửa chữa nhiều cơng trình nhƣ: Gia cƣờng kết
cấu bằng phƣơng pháp căng ngoài tại Khu Văn phòng liên hợp – Thƣơng mại – Thể
thao – Chung cƣ Phúc Yên 2, số 31 Đƣờng Phan Huy Ích, phƣờng 15, quận Tân
Bình, TP.HCM [6].

Hình 1.1 a) Sơ đồ gối đỡ dây căng; b) Gối liên kết giữa dây căng với cấu kiện

3


Hình 1.2 Gia cƣờng dầm cầu: a) dán bảng thép chịu uốn; b) dán bản thép chịu cắt [7]

Hình 1.3 Kết quả gia cƣờng ứng suất ngoài các cầu trên Quốc lộ 80 [7]

4


Hình 1.4 Gia cƣờng dầm cầu: a) cầu chữ Y; b) cầu Sài Gòn
Về lĩnh vực nghiên cứu gia cƣờng dầm cầu bằng ứng lực căng ngoài.
Nguyễn Trung Hiếu [8] đã nghiên cứu về tính hiệu quả gia cƣờng kháng uốn cho
dầm bê tông cốt thép bằng vật liệu tấm sợi các bon bằng phƣơng pháp thực
nghiệm trên dầm BTCT đƣợc gia cƣờng sức kháng uốn bởi vật liệu tấm sợi các-bon
(CFRP). Nghiên cứu này đƣợc tiến hành trên 03 dầm BTCT có cùng kích thƣớc
hình học và cấu tạo vật liệu. Trong đó 01 dầm khơng gia cƣờng (dầm đối chứng), 02
dầm đƣợc gia cƣờng chịu uốn bằng vật liệu CFRP với diện tích tấm gia cƣờng khác
nhau. Những kết quả của nghiên cứu này góp phần làm rõ ứng xử của dầm bê tông
cốt thép đƣợc gia cƣờng bằng vật liệu CFRP và hiệu quả của việc gia cƣờng kháng
uốn cho dầm bê tông cốt thép bằng loại vật liệu CFRP. Đối với Nguyễn Hùng
Phong [9] nghiên cứu thực nghiệm về gia cƣờng kháng cắt cho dầm bê tơng cốt

thép bằng sợi thủy tinh. Ơng nghiên cứu về thực nghiệm gia cƣờng chịu cắt cho các

5


dầm bê tông cốt thép. Phƣơng pháp thực nghiệm trên bốn dầm đƣợc chế tạo giống
nhau. Trong đó, ba dầm đƣợc gia cƣờng bằng tấm sợi thủy tinh với các hình thức
gia cƣờng khác nhau. Kết quả thí nghiệm cho thấy, tấm sợi thủy tinh làm gia tăng
đáng kể khả năng chịu cắt và làm tăng độ cứng, độ dẻo của dầm. Nghiên cứu thực
nghiệm gia cƣờng dầm BTCT bằng tấm GFRP cho thấy đây là một phƣơng pháp
gia cƣờng đơn giản, có thể thực hiện nhanh chóng với chi phí tƣơng đối thấp và
khơng làm tăng kích thƣớc cấu kiện. Phƣơng pháp gia cƣờng này làm tăng đáng kể
khả năng chịu cắt của dầm BTCT, đồng thời làm tăng độ cứng và độ dẻo của dầm.
Khả năng chịu cắt của dầm đƣợc gia cƣờng không những phụ thuộc vào hàm lƣợng
và hình thức bố trí tấm GFRP, mà cịn phụ thuộc rất nhiều vào sự dính kết giữa tấm
GFRP và bề mặt BT, hay nói cách khác là phụ thuộc vào hiện tƣợng bong tấm
GFRP trong quá trình chịu tải. Tuy nhiên, do tấm GFRP có mơ-đun đàn hồi kéo
thấp nên bề rộng của vết nứt nghiêng tƣơng đối lớn, ảnh hƣởng đến yêu cầu sử dụng
và khả năng chịu cắt của BT. Vì vậy, trong quá trình thiết kế gia cƣờng chịu cắt cho
dầm BTCT cần hạn chế ứng suất trong tấm GFRP nằm trong giới hạn cho phép để
tránh bề rộng vết nứt nghiêng lớn và tránh hiện tƣợng phá hoại đột ngột do từ biến
của tấm GFRP.
Nguyễn Bích Thủy và Trần Nhật Lâm [10] nghiên cứu về ứng dụng phƣơng
pháp căng sau bằng cáp cƣờng độ cao để tăng cƣờng kết cấu nhịp dầm thép trên
đƣờng ô tô. Nghiên cứu này nhằm mô tả phƣơng pháp tăng cƣờng kết cấu nhịp cầu
dầm thép giản đơn bằng cáp cƣờng độ cao theo các qui trình hiện hành của Việt
Nam. Phƣơng pháp dựa trên nguyên tắc sử dụng lực nén kết hợp với moment uốn
nhằm cải thiện khả năng chịu uốn, chịu cắt của tiết diện, giảm độ võng và dao động
của kết cấu nhịp, giảm bớt ứng suất ở vị trí nguy hiểm. Phƣơng pháp này đã đƣợc
áp dụng rộng rãi nhƣng vẫn còn rất hạn chế đối với kết cấu nhịp cầu thép.

Trịnh Quang Minh và công sự [11] nghiên cứu về việc sử dụng thanh
composite cốt sợi các-bon để tăng cƣờng khả năng chịu lực cắt của dầm bê tông cốt
thép. Phƣơng pháp này gia cƣờng cho dầm BTCT theo phƣơng pháp NSM (near
surface mounted) bằng cách đặt các thanh CFRP trong các rãnh đƣợc tạo trƣớc trên

6


lớp bê tông bảo vệ trong vùng chịu cắt lớn. Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng gia
cƣờng bằng các thanh CFRP theo phƣơng pháp NSM cải thiện đáng kể khả năng
chịu cắt và hạn chế đáng kể sự xuất hiện của vết nứt trên dầm bê tông cốt thép.
Nguyễn Xuân Bích [12] nghiên cứu phƣơng pháp sửa chữa và gia cố các cơng
trình xây dựng có thể áp dụng để gia cố các cấu kiện chiu uốn nhƣ dầm, dàn,
côngxon bằng BTCT hoặc bằng kết cấu thép. Phƣơng pháp này gọi là phƣơng pháp
ứng lực ngồi tiết diện, khơng những có thể dùng để gia cố kết cấu BTCT cũ, mà
cịn có thể dùng để nâng cao khả năng chịu tải của kết cấu mới chế tạo. Tác giả đề
cập đến phƣơng pháp tính tốn gia cƣờng dầm BTCT bằng thanh căng ứng suất
trƣớc.
1.1.2.2. Nghiên cứu ngoài nƣớc
Trên thế giới, phƣơng pháp gia cƣờng ứng suất bên ngoài đối với các cơng
trình cầu đƣợc nghiên cứu và đƣa vào ứng dụng:
Suntharavadivel và Thiru Aravinthan [13] đã phân tích tổng quan về dự ứng
lực cho cầu. Theo nhóm nghiên cứu, dự ứng lực bên ngoài là một trong những kỹ
thuật gia cƣờng kết cấu cầu đƣợc sử dụng rộng rãi do những ƣu điểm của nó mang
lại và đã đƣợc ứng dụng chủ yếu trong kết cấu cầu vì tốc độ xây dựng nhanh và rút
ngắn thời gian tham gia giao thơng của các phƣơng tiện. Nhóm nghiên cứu thảo
luận ngắn gọn về việc sử dụng dự ứng lực bên ngoài trong việc xây dựng các cây
cầu mới và gia cƣờng kết cấu các cầu hiện có nhằm phục hồi kết cấu cầu.
Daly và Witarnawan [14] đã đề xuất một phƣơng pháp tăng cƣờng khả năng
chịu tải của cầu có nhịp ngắn và trung bình. Nhóm nghiên cứu tập trung vào việc

trình bày các tiêu chuẩn, các ƣu điểm và hạn chế trong việc sử dụng phƣơng pháp
dự ứng lực bên ngồi. Đồng thời, nhóm nghiên cứu cũng đƣa ra hai ví dụ về ứng
dụng phƣơng pháp ứng lực bên ngồi trên mơ hình cầu ở Indonesia và Transport
Research Laboratory.
Hiroshi Mutsuyoshi và Nguyễn Đức Hải [15] nghiên cứu về việc sử dụng
công nghệ bê tông ứng suất trƣớc tại Nhật Bản. Nhóm nghiên cứu trình bày tổng
quan về các cơng nghệ tiên tiến trên các cây cầu bê tông ứng lực trƣớc trong quá

7


trình phát triển và ứng dụng của chúng trong các dự án xây dựng thực tế. Thơng qua
nghiên cứu nhóm tác giả khẳng định tính năng ƣu việt của cơng nghệ này bởi khơng
chỉ tăng cƣờng kết cấu mà cịn có tính thẫm mĩ và kinh tế, kết cấu gọn nhẹ cho phép
sử dụng nhịp dầm dài hơn, giảm chi phí xây dựng nhiều hơn.
Aravinthan và T.Heidt [16] đề xuất sử dụng kỹ thuật gia cƣờng khung đỡ cầu
bằng sợi tổng hợp tiên tiến. Nhóm nghiên cứu đã thảo luận về tính chất làm việc
cũng nhƣ phát triển hệ thống dự ứng lực sợi tổng hợp tiên tiến này và thử nghiệm
nó trên một mơ hình khung đỡ cầu tại Tenthill Creek Bridge. Đồng thời, Nhóm tác
gỉa thảo luận những vấn đề liên quan đến các vết nứt, vết cắt xảy ra và tầm quan
trọng của việc sửa chữa một cách hiệu quả các vết nứt này. Nhóm tác giả chỉ ra
rằng, gia cƣờng bằng sợi tổng hợp có thể đƣợc thực hiện trong các cấu kiện thực tế
để nâng cao năng lực của các khung đỡ cầu.
- Heeyoung và cộng sự [17] đã đề xuất một phƣơng pháp để tăng liên kết bề
mặt cấu kiện bằng cách sử dụng hệ thống gia cƣờng căng sau để tăng cƣờng kết cấu
bê tông với một lực tƣơng đối thấp, mà không làm thay đổi hình dáng hoặc kích
thƣớc của chúng. Mục tiêu chính của nghiên cứu này là để kiểm tra khả năng chịu
uốn của dầm bê tông ứng suất trƣớc bằng việc sử dụng hệ thống gia cƣờng căng
sau. Hai dầm căng sau quy mô 21,8 m đƣợc chế tạo. Khả năng chịu uốn của các
dầm đƣợc kiểm tra thông qua một thử nghiệm tải bốn điểm cho đến khi bị đứt gãy.

Kết quả thử nghiệm đã chứng minh rằng, hệ thống gia cƣờng căng sau là một
phƣơng pháp hiệu quả để tăng khả năng chịu uốn. Ngồi ra, Nhóm nghiên cứu thực
hiện phân tích phần tử hữu hạn phi tuyến, nghiên cứu các tham số để xác định ảnh
hƣởng của lực ứng suất và số lƣợng vết nứt do gia cƣờng căng sau lên cấu kiện thử
nghiệm. Theo Nanni, A. [18] với Carolin và nhóm cộng sự [19] đề xuất việc sử
dụng vật liệu tổng hợp FRP trong kết cấu bê tông. Đối với xây dựng mới, thanh
FRP đã đƣợc sử dụng làm cốt thép để thay thế thép thanh vằn thông thƣờng trong
các kết cấu bê tông. Về phía ứng dụng, vật liệu FRP đã đƣợc sử dụng để tăng cƣờng
trong một số dự án trị giá hàng triệu đô la nhƣ: nhà để xe, trung tâm hội nghị đa
mục đích, tịa nhà văn phịng và silo. Nhóm nghiên cứu chỉ ra rằng công nghệ này là

8


số 1 vì dễ sử dụng, dễ sửa chữa, nâng cấp (cũng nhƣ xây dựng mới) nhƣng hạn chế
về độ bền (bao gồm cả khả năng chống cháy). Nhóm nghiên cứu cần nhiều hơn nữa
những nghiên cứu và kiểm nghiệm thực tế để tăng cƣờng sự tự tin trong công nghệ
FRP cho xây dựng bê tơng.

Hình 1.5 a) Cầu trên sơng Shigenobu, Nhật Bản ; b) Dây căng ngồi bên trong
dầm hộp [13]

Hình 1.6 Cầu dành cho ngƣời đi bộ dùng dây căng ứng lực ngoài với độ lệch tâm lớn.

Hình 1.7 a) Hình ảnh cầu Condet sau khi gia cƣờng; b) Cầu Kemlaka Gede sau khi
gia cƣờng. Indonexia [13].

9



Hình 1.8 a) Tăng cƣờng khung đỡ cho cầu Morrison, Mỹ ; b) Củng cố chỗ đứt gãy
của cầu Tenthill Creek, Gatton, Úc.
Qua quá các bài báo, tạp chí trong nƣớc và ngoài nƣớc tác giả nhận thấy rằng
các nhà khoa học trên thế giới và cả Việt Nam đều nghiên cứu gia cƣờng dầm cầu
bê tông cốt thép (dầm đơn giản) bằng ứng suất bên ngồi (ví dụ: gia cƣờng bằng
dán bản thép, dán tấm carbon, thanh composite cốt sợi các bon, tấm sợi thủy tinh,
bằng cáp cƣờng độ cao.v.v…) Tuy nhiên, chƣa có hoặc ít nhà khoa học nào nghiên
cứu về phƣơng pháp gia cƣờng hệ dầm khung bằng thanh căng ứng suất trƣớc đối
với các cơng trình dân dụng và cơng nghiệp. Trong khí đó, các cơng trình dân dụng
và cơng nghiệp đang bị xuống cấp theo thời gian hay cần chuyển đổi công năng là
rất nhiều. Vì vậy, việc gia cƣờng đối với hệ dầm khung là cần thiết, cần nghiên
nghiên cứu để đáp ứng nhu cầu thực tế và mang lại hiệu quả kinh tế cao.
1.2. Mục đích đề tài
Với sự cần thiết đã trình bày, mục đích của luận văn này là nghiên cứu xây
dựng phƣơng pháp phân tích tính tốn ứng dụng giải pháp gia cƣờng dầm khung bê
tông cốt thép bằng thanh căng ứng suất trƣớc áp dụng cho nhà dân dụng công
nghiệp.

10


1.3. Nhiệm vụ đề tài và giới hạn của đề tài
1.3.1. Nhiệm vụ của đề tài
- Nghiên cứu xây dựng phƣơng pháp phân tích tính tốn khả năng chịu tải của
dầm khung bê tông cốt thép khi đƣợc gia cƣờng bằng thanh căng ứng suất trƣớc
nhằm thay đổi công năng cho phù hợp với mục đích sử dụng.
- Nghiên cứu xây dựng phƣơng pháp phân tích tính tốn gia cƣờng dầm bê
tơng cốt thép của cơng trình bị giảm khả năng chịu tải, nhằm sử dụng bền vững với
tải trọng theo thiết kế, đảm bảo an toàn và tiết kiệm.
Quá trình nghiên cứu xây dựng phƣơng pháp phân tích tính tốn tính tốn có

xét đến ảnh hƣởng của việc gia cƣờng bằng thanh căng ứng suất trƣớc đến các cấu
kiện xung quanh cũng nhƣ cấu kiện đƣợc gia cƣờng.
Đối với dầm đơn thì phƣơng pháp này rất hiệu quả nhƣng đối với kết cấu hệ
khung, cần thiết phải xác định sự phân phối nội lực, ảnh hƣởng đến các cấu kiện
khác khi tạo ứng suất trong thanh căng.
1.3.2. Giới hạn của đề tài
Gia cƣờng dầm khung bê tông cốt thép có nhiều phƣơng pháp: tăng tiết diện,
dán bản thép, dán tấm carbon, sử dụng thanh căng ứng suất trƣớc, thêm gối đỡ,...
Hiện nay, phƣơng pháp gia cƣờng bằng thanh căng ứng suất trƣớc đƣợc ứng dụng
cho nhiều dạng kết cấu cơng trình khác nhau.
Trong giới hạn phạm vi nghiên cứu, luận văn này chỉ tập trung nghiên cứu xây
dựng phƣơng pháp phân tích, tính tốn, ứng dụng giải pháp gia cƣờng dầm khung
bê tông cốt thép trong trường hợp chịu tải trọng phân bố đều bằng thanh căng ứng
suất trƣớc, áp dụng cho nhà dân dụng công nghiệp. Các dạng tải trọng khác sẽ đƣợc
nghiên cứu ở các đề tài tiếp theo.

11


CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU
2.1. Nghiên cứu lý thuyết tính tốn
2.1.1. Các trƣờng hợp gia cƣờng
2.1.1.1. Trƣờng hợp tăng tải
Khảo sát, tính tốn kiểm tra dầm Bê tơng cốt thép, sơ đồ dầm đơn giản chịu
các tải trọng phân bố đều có xét tải trọng gia tăng, xem xét khả năng chịu tải của
dầm với tải trọng cuối cùng (tải ban đầu + gia tải). Nếu ứng suất cuối cùng vƣợt quá
khả năng chịu tải của dầm thì ta phải tiến hành tính tốn gia cƣờng.
Trƣờng hợp này, ta có thể giả thiết là trên dầm chƣa xuất hiện vết nứt.
2.1.1.2. Trƣờng hợp giảm cƣờng độ vật liệu
Khi xác định vật liệu kết cấu bị giảm khả năng chịu lực, nghĩa là:


R vl  R t  
Trong đó :

(2.1)

Rvl : Cƣờng độ vật liệu sau suy giảm
Rt : cƣờng độ vật liệu ban đầu
γ < 1: hệ số giảm cƣờng độ

thì ta sẽ tính tốn dùng phƣơng pháp gia cƣờng thanh căng ứng lực trƣớc để
đảm bảo kết cấu chịu tải trọng yêu cầu nhƣ ban đầu.
Trƣờng hợp này thể xảy ra 2 tình trạng
+ Tình trạng dầm chƣa xuất hiện vết nứt (hoặc rất ít có thể bỏ qua). Khi kiểm
tra định kỳ theo tuổi công trình và quyết định gia cƣờng.
+ Tình trạng dầm xuất hiện vết nứt rất rõ. Trƣờng hợp này phải xem xét độ
cứng của dầm với sự xuất hiện vết nứt.
2.1.2. Trạng thái ứng suất trên tiết diện dầm gia cƣờng
Cấu kiện đƣợc nghiên cứu gia cƣờng ở đây là cấu kiện dầm chịu uốn. Nội lực
tƣơng ứng với ứng suất pháp quá tải là moment uốn. Moment uốn gia tăng, nghĩa là
tăng ứng suất pháp (nén) trong vùng bê tông chịu nén của tiết diện, đồng thời giá trị
ứng suất kéo trong cốt thép chịu kéo cũng tăng.

12