5.5 Kiểm tra Trạng thái giới hạn sử dụng (SLS)

Kiểm tra Trạng thái giới hạn sử dụng được thực hiện cho giới hạn ứng suất, bề rộng vết nứt và giới hạn độ võng. Ứng suất được kiểm tra trong bê tông và cốt thép theo ACI 318-19 theo cách tương tự như quy định đối với Cường độ.

Giới hạn ứng suất

Ứng suất nén cho phép của bê tông ở tải trọng sử dụng phải được kiểm tra đối với cấu kiện dự ứng lực Loại U và T. Dựa trên Bảng R24.5.2.1, không yêu cầu kiểm tra giới hạn ứng suất đối với bê tông được giả định là đã nứt. Người dùng cần thiết lập loại cấu kiện dự ứng lực trong cài đặt cấu kiện thiết kế.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Hình 53\qquad Lựa chọn loại cấu kiện chịu uốn dự ứng lực}}}$$

Ứng suất nén cho phép đối với cấu kiện chịu tải trọng tạm thời được quy định bởi ACI 318-19 24.5.4.1 là 0.6f_c'. Giới hạn ứng suất nén 0.45f_c' được thiết lập để giảm xác suất phá hoại của cấu kiện bê tông dự ứng lực do tải trọng lặp. Giới hạn này cũng có vẻ hợp lý để ngăn ngừa biến dạng từ biến quá mức. Ở giá trị ứng suất cao hơn, biến dạng từ biến có xu hướng tăng nhanh hơn khi ứng suất tác dụng tăng.

Ứng suất nén trong bê tông được đánh giá là tỷ số giữa ứng suất nén chính lớn nhất f_c = σ_c2 thu được từ phân tích PTHH cho trạng thái giới hạn sử dụng và giá trị giới hạn, được thiết lập dựa trên Bảng 24.5.4.1.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Hình 54\qquad Giới hạn ứng suất nén của bê tông ở tải trọng sử dụng}}}$$

Trong ứng dụng, Dự ứng lực cộng với tải trọng dài hạn được xử lý như Tổ hợp dài hạn, và Dự ứng lực cộng với tổng tải trọng được xử lý như Tổ hợp ngắn hạn.

Độ võng

Dựa trên loại tổ hợp được chọn (dài hạn hoặc ngắn hạn), độ võng dài hạn hoặc ngắn hạn sẽ được đánh giá. Giá trị độ võng cho phép tối đa phải được người dùng xác định và phải được xem xét theo ACI 138-19 24.2. 

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Hình 55\qquad Giá trị độ võng cho phép tối đa}}}$$

Trong ứng dụng, có thể hiển thị độ võng do tải trọng thường xuyên Δ_DL và tải trọng tạm thời Δ_LL riêng biệt cũng như tổng độ võng Δ_Tot (thường xuyên+tạm thời), tất cả trong khi hiển thị hình dạng biến dạng.

Không thể kiểm tra độ võng tại các đầu bị cắt.

Bề rộng vết nứt

Bề rộng vết nứt và hướng vết nứt được tính toán cho tổ hợp ngắn hạn hoặc dài hạn ở trạng thái giới hạn sử dụng. Vì ACI không trực tiếp quy định giới hạn bề rộng vết nứt, người dùng phải chỉ định bề rộng vết nứt giới hạn w_lim.

Các kiểm tra được trình bày như sau:

$$\frac{w}{w_{lim}}$$

trong đó:

w         bề rộng vết nứt ngắn hạn hoặc dài hạn được tính toán bằng phân tích PTHH,

w_lim     giá trị giới hạn của bề rộng vết nứt do người dùng xác định.

Phương pháp tính toán bề rộng vết nứt được sử dụng trong ứng dụng, cũng được mô tả chi tiết hơn trong tài liệu này, tuân theo ACI 224R-01. Do đó, có thể sử dụng Bảng 4.1 của ACI 224R-01 để xác định giá trị giới hạn của bề rộng vết nứt.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Hình 56\qquad Bề rộng vết nứt hợp lý cho bê tông cốt thép dưới tải trọng sử dụng}}}$$

Có hai cách tính toán bề rộng vết nứt (nứt ổn định và nứt không ổn định). Trong trường hợp tổng quát (nứt ổn định), bề rộng vết nứt được tính toán bằng cách tích phân biến dạng trên các phần tử 1D của thanh cốt thép. Hướng vết nứt sau đó được tính toán từ ba điểm tích phân gần nhất (tính từ tâm của phần tử hữu hạn 1D cốt thép đã cho) của các phần tử bê tông 2D. Mặc dù cách tiếp cận này để tính toán hướng vết nứt không tương ứng với vị trí thực tế của vết nứt, nó vẫn cung cấp các giá trị đại diện dẫn đến kết quả bề rộng vết nứt có thể so sánh với các giá trị bề rộng vết nứt theo yêu cầu tiêu chuẩn tại vị trí của thanh cốt thép.