5.5 Kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng

Đánh giá 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 các cấu kiện bê tông và cốt thép theo ACI 318-19 theo cách tương tự như quy định cho Cường độ.

Giới hạn ứng suất

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

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 53\qquad Prestressed flexural member class selection}}}$$

Ứng suất nén cho phép đối với các 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 các cấu kiện bê tông ứng lực trước do tải trọng lặp. Giới hạn này cũng có vẻ hợp lý để ngăn ngừa biến dạng từ biến quá mức. Ở các 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 phần tử hữu hạn cho trạng thái giới hạn sử dụng và giá trị giới hạn, được đặt dựa trên Bảng 24.5.4.1.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 54\qquad Concrete compressive stress limits at service loads}}}$$

Trong ứng dụng, Ứng lực trước cộng tải trọng dài hạn được xử lý như tổ hợp dài hạn, và Ứng lực trước cộng tổng tải trọng 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 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. 

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 55\qquad Maximum allowable deflection value}}}$$

Trong ứng dụng, có thể hiển thị độ võng từ tải trọng bản thân Δ_DL và tải trọng hoạt tải Δ_LL riêng biệt cũng như tổng độ võng Δ_Tot (tĩnh tải+hoạt tải), đồng thời hiển thị hình dạng biến dạng.

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

Bề rộng vết nứt

Bề rộng vết nứt và hướng vết nứt được tính toán cho các tổ hợp ngắn hạn hoặc dài hạn ở trạng thái giới hạn sử dụng. Vì ACI không quy định trực tiếp 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 phần tử hữu hạn,

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.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 56\qquad Reasonable crack widths for reinforced concrete under service load}}}$$

Có hai cách tính 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 bằng cách tích phân biến dạng trên các phần tử 1D của thanh cốt thép. Hướng vết nứt sau đó được tính từ ba điểm tích phân gần nhất (từ tâm của phần tử hữu hạn 1D của cốt thép đã cho) của các phần tử bê tông 2D. Mặc dù cách tiếp cận tính toán hướng vết nứt này không tương ứng với vị trí thực tế của các vết nứt, nhưng 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 của tiêu chuẩn tại vị trí của thanh cốt thép.