Giáo trình Kết cấu xây dựng (Nghề: Xây dựng dân dụng và công nghiệp - Trung cấp): Phần 1 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

Giáo trình Kết cấu xây dựng (Nghề: Xây dựng dân dụng và công nghiệp - Trung cấp) được biên soạn với mong muốn phục vụ kịp thời cho công tác giảng dạy và học tập của giáo viên cũng như học sinh chuyên ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp. Giáo trình kết cấu gồm 9 chương và chia thành 2 phần, phần 1 trình bày những nội dung về: gỗ dùng trong xây dựng; tính toán các cấu kiện cơ bản; liên kết kết cấu gỗ; thép xây dựng và liên kết trong kết cấu thép; đại cương về kết cấu bê tông cốt thép;... Mời các bạn cùng tham khảo!

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ KHOA: XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH KẾT CẤU XÂY DỰNG MƠN HỌC: KẾT CẤU XÂY DỰNG NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ- ngày tháng năm 20 …… ……………… Ninh Bình,năm 2018 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Để đáp ứng nhu cầu tài liệu cho môn học Kết cấu xây dựng, tơi biên soạn giáo trình “Kết cấu xây dựng”, với mong muốn phục vụ kịp thời cho công tác giảng dạy học tập giáo viên học sinh chuyên ngành xây dựng dân dụng cơng nghiệp “Giáo trình kết cấu xây dựng” gồm chương: Chương 1: Gỗ dùng xây dựng; Chương 2: Tính tốn cấu kiện bản; Chương 3: Liên kết kết cấu gỗ; Chương 4: Thép xây dựng liên kết kết cấu thép; Chương 5: Đại cương kết cấu bê tông cốt thép; Chương 6: Tính tốn cấu kiện chịu uốn theo cường độ; Chương 7: Tính tốn cấu kiện chịu nén chịu kéo; Chương 8: Sàn bê tông cốt thép; Chương 9: Tính tốn số phận cơng trình Khi soạn thảo giáo trình tơi nhận nhiều động viên góp ý đồng chí giáo viên khoa Xây dựng - trường Cao đẳng điện xây dựng Việt xô Tôi xin cám ơn giúp đỡ to lớn hy vọng nhận ý kiến đóng góp quý báu đồng nghiệp bạn đọc để sách ngày hoàn thiện Tam Điệp, ngày 25 thang năm 2018 Biên soạn Phạm Văn Mạnh MỤC LỤC CHƯƠNG I : GỖ DÙNG TRONG XÂY DỰNG Ưu khuyết điển gỗ 1.1 Ưu điểm 1.2 Khuyết điểm Phạm vi sử dụng kết cấu gỗ Tính chất học gỗ 3.1 Tính chất chịu nén 3.2 Tính chất chịu kéo 3.3 Tính chất chịu uốn 3.4 Tính chất chịu ép mặt 10 3.5 Tính chất chịu trượt 10 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ gỗ 11 4.1 Độ ẩm 11 4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ 11 4.3 Ảnh hưởng khuyết tật 11 4.4 Thời gian chịu tải 11 CHƯƠNG II: TÍNH TỐN CẤU KIỆN CƠ BẢN 13 Nguyên lý tính toán theo trạng thái giới hạn 13 1.1 Khái niệm trạng thái giới hạn 13 1.2 Các trạng thái giới hạn 13 Tính toán cấu kiện chịu kéo tâm 13 2.1 Khái niệm 13 2.2 Điều kiện cường độ 13 2.3 Các toán 14 Tính tốn cấu kiện chịu nén tâm 15 3.1 Tính tốn cường độ tính tốn kiểm tra ổn định, độ mảnh 15 3.1.1 Kiểm tra cường độ 15 3.2.2 Kiểm tra ổn định 15 3.2 Bài toán thiết kế 17 Tính tốn cấu kiện chịu uốn 18 4.1 Uốn phẳng 18 4.1.1 Điều kiện cường độ 18 4.2.2 Kiểm tra độ võng (độ cứng) 19 4.2.3 Các toán 20 4.2 Uốn xiên 21 4.2.1 Kiểm tra cường độ 21 4.2.2 Kiểm tra độ võng 21 4.2.3 Các toán 22 CHƯƠNG III: LIÊN KẾT KẾT CẤU GỖ 23 Khái niệm liên kết kết cấu gỗ 23 1.1 Mục đích liên kết 23 1.2 Yêu cầu liên kết 23 1.3 Phân loại liên kết 23 Liên kết mộng 24 2.1 Cấu tạo (mộng đuôi kèo răng) 24 2.2 Tính tốn liên kết mộng 24 2.2.1 Bài toán kiểm tra 24 2.2.2 Bài toán thiết kế 26 CHƯƠNG IV: THÉP XÂY DỰNG VÀ LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP 28 Thép dùng xây dựng 28 1.1 Ưu, khuyết điểm kết cấu thép 28 1.2 Phân loại thép - cường độ thép 28 Liên kết hàn 29 2.1 Khái niệm 29 2.2 Các phương pháp hàn 29 2.3 Phân loại đường hàn 30 2.4 Cường độ tính tốn đường hàn 31 2.5 Tính tốn liên kết hàn 32 2.5.1 Tính tốn liên kết hàn đối đầu chịu lực dọc trục 32 2.5.2 Tính liên kết hàn đối đầu thẳng góc chịu mô men uốn lực cắt 33 2.5.3 Tính liên kết hàn góc 34 2.5.4 Tính liên kết hàn thép góc vào thép 37 CHƯƠNG V: ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 40 Khái niệm kết cấu bê tông cốt thép 40 1.1 Sự làm việc bê tông cốt thép 40 1.2 Ưu, nhược điểm kết cấu bê tông cốt thép 41 Tính chất học bê tông cốt thép 41 2.1 Tính chất học bê tơng 41 2.1.1 Cường độ bê tông 41 2.1.2 Biến dạng bê tông 43 2.2 Cốt thép dùng bê tông cốt thép 45 2.2.1 Tính chất học cốt thép 45 2.2.2 Phân loại cốt thép 45 2.2.3 Neo, uốn, nối cốt thép 46 Bê tông cốt thép 47 3.1 Lực dính bê tơng cốt thép 47 3.2 Sự ảnh hưởng cốt thép đến co ngót từ biến bê tông cốt thép 48 3.3 Lớp bê tông bảo vệ cốt thép 48 Ngun lý tính tốn kết cấu bê tông cốt thép 49 4.1 Khái niệm trạng thái giới hạn 49 4.2 Các trạng thái giới hạn 49 4.3 Tải trọng tác dụng vào kết cấu 50 4.4 Cường độ vật liệu 50 4.5 Ngun lý tính tốn kết cấu BTCT 51 CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU UỐN THEO CƯỜNG ĐỘ 52 Đặc điểm cấu tạo cấu kiện chịu uốn 52 1.1 Cấu tạo 52 1.1.1 Hình dáng 52 1.1.2 Cốt thép 52 1.2 Cấu tạo dầm 53 1.2.1 Hình dạng 53 1.2.2 Cốt thép 53 Sự làm việc dầm bê tông cốt thép 54 2.1 Thí nghiệm dầm chịu uốn 54 2.2 Các giai đoạn trạng thái ứng suất biến dạng tiết diện thẳng góc dầm chịu uốn 55 Tính tốn cường độ cấu kiện chịu uốn tiết diện thẳng góc 57 3.1 Cấu kiện có tiết diện hình chữ nhật đặt cốt đơn 57 3.1.1 Sơ đồ ứng suất công thức 57 3.1.2 Cơng thức tính tốn theo bảng 58 3.1.3 Các toán 59 3.1.4 Bài tập ví dụ 61 3.2 Cấu kiện có tiết diện chữ nhật đặt cốt thép kép 62 3.2.1 Sơ đồ ứng suất công thức 62 3.2.2 Công thức tính tốn theo bảng 62 3.2.3 Các toán 63 3.2.4 Bài tập ví dụ 64 Cấu kiện có mặt cắt chữ T 65 4.1 Cấu tạo mặt cắt chữ T 65 4.2 Các trường hợp làm việc mặt cắt chữ T 66 4.3 Sơ đồ ứng suất công thức cấu kiện chịu uốn mặt cắt chữ T 66 4.4 Các toán 68 Tính tốn cường độ tiết diện nghiêng 69 5.1 Điều kiện tính tốn tiết diện nghiêng 69 5.2 Sơ đồ ứng suất công thức 69 5.3 Tiết diện nghiêng nguy hiểm 71 5.4 Bài tốn tính cốt đai khơng có cốt xiên 71 CHƯƠNG VII: TÍNH TỐN CẤU KIỆN CHỊU NÉN VÀ CHỊU KÉO 73 Cấu kiện chịu nén tâm 73 1.1 Đặc điểm cấu tạo 73 1.2 Cơng thức tính 74 1.3 Bài toán thường gặp 75 Cấu kiện chịu nén lệch tâm 76 2.1 Đặc điểm cấu tạo 76 2.2 Sự làm việc cấu kiện chịu nén lệch tâm 78 2.3 Tính tốn cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn 80 2.4 Tính tốn cấu kiện chịu nén lệch tâm bé 83 Bài tập ứng dụng 83 CHƯƠNG VIII: SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP 86 Bản bê tông cốt thép hình chữ nhật nhịp 86 1.1 Tính tốn làm việc chiều 86 1.1.1 Sơ đồ tính 86 1.1.2 Cách tính tốn 87 1.2 Tính tốn kê bốn cạnh 87 1.2.1 Sơ đồ tính 87 1.2.2 Cách tính tải trọng phân bố mặt 88 Sàn bê tông cốt thép đúc tồn khối có làm việc chiều 90 2.1 Sơ đồ kết cấu sàn 90 2.2 Tính tốn 90 2.2.1 Nguyên tắc bố trí hoạt tải bất lợi 90 2.2.2 Tính tốn cấu tạo 91 2.2.3 Tính tốn dầm phụ 94 2.2.4 Tính tốn dầm 95 Sàn bê tông cốt thép đúc tồn khối có làm việc hai chiều 97 3.1 Sơ đồ kết cấu sàn 97 3.2 Tính tốn mặt sàn 98 3.2.1 Công thức tổng quát để xác định nội lực cho 98 3.2.2 Các trường hợp cụ thể 99 3.3 Tính tốn dầm 100 CHƯƠNG IX: TÍNH TỐN MỘT SỐ BỘ PHẬN CƠNG TRÌNH 103 Tính tốn cầu thang 103 1.1 Khái niệm 103 1.2 Tính tốn phận cầu thang thường 103 Lanh tô, ô văng, máng nước 106 2.1 Lanh tô 106 2.1.1 Khái niệm 106 2.1.2 Tính tốn 106 2.2 Ô văng 108 2.3 Máng nước 109 2.3.1 Khái niệm 109 2.3.2 Tải trọng 109 2.3.3 Biện pháp chống lật cho máng nước 109 CHƯƠNG I : GỖ DÙNG TRONG XÂY DỰNG Mục tiêu - Hiểu ưu, nhược điểm vật liệu gỗ; nhân tố ảnh hưởng tới cường độ gỗ - Biết tính chất học gỗ từ giúp cho việc lựa chọn phương án sử dụng kết cấu gỗ hợp lý Nội dung Ưu khuyết điển gỗ 1.1 Ưu điểm - Là loại vật liệu nhẹ, cường độ cao  Hệ số C dùng để so sánh chất lượng VLXD mặt chịu lực C   R ( Thép : C = 3,7.10-4 ; BT : C = 2,4.10-3 ; Gỗ xoan C = 4,3.10-4 ) - Phổ biến mang tính địa phương - Dễ gia cơng chế tạo - Có tính thẩm mỹ cách âm tốt 1.2 Khuyết điểm - Có tính khơng đồng không đẳng hướng Không phù hợp với giả thuyết thường dùng tính tốn -> phải lấy hệ số an tồn cao - Có nhiều khuyết tật -> Làm giảm khả chịu lực - Hay bị nấm mốc, mối mọt, mục … - Là VL cháy -> nơi cao 50oC không sử dụng - Là VL ngậm nước -> Phụ thuộc nhiều vào độ ẩm, dễ bị cong vênh, lỏng mối nối Ở nước tiên tiến gỗ dùng phổ biến dạng gỗ dán Gỗ dán khó cháy, năm 1971 Pháp làm thí nghiệm dầm chịu tải trọng nhiệt độ 900oC thấy dầm chịu giờ, cịn dầm thép chịu vịng 10 phút Phạm vi sử dụng kết cấu gỗ - Trong nhà dân dụng - Trong nhà xưởng sản xuất nông nghiệp - Trong giao thông vận tải - Trong thủy lợi Tính chất học gỗ 3.1 Tính chất chịu nén - Khuyết tật gỗ ảnh hưởng tới khả chịu nén - Khả chịu nén dọc thớ tốt nén dọc thớ - Cường độ nén dọc thớ tiêu ổn định tiêu cường độ Và dùng để đánh giá phân loại gỗ 3.2 Tính chất chịu kéo - Chịu kéo tốt chịu nén Ví dụ: với gỗ dổi CĐCK > CĐCN 3-4 KN/cm2 - Khi chịu kéo gỗ chịu ảnh hưởng nhiều khuyết tật nên phải cẩn thận sử dụng gỗ chịu kéo - Gỗ chịu kéo dọc thớ tốt nhiều so với kéo ngang thớ.(Gấp từ 15-20 lần) 3.3 Tính chất chịu uốn - Chịu độ chịu uốn nằm khoảng CĐCK CĐCN Và ảnh hưởng khuyết tật nằm khoảng so với chịu kéo chịu nén - Tăng tải trọng lên, ứng suất vùng nén phân bố theo đường cong tăng chậm, vùng nén xuất biến dạng dẻo Ứng suất kéo tiếp tục tăng nhanh theo quy luật gần đường thẳng Trục trung hòa lui xuống phía Mẫu bắt đầu bị phá hoại vùng nén ứng suất đạt cường độ nén, thớ nén bị gẫy - Ứng suất thớ biên (max) tính theo cơng thức sức bền vật liệu khơng M cho VL gỗ Trị số  u  cường độ quy ước W - Trong tính tốn kết cấu dùng cơng thức sức bền vật liệu cho đơn giản phải thêm hệ số điều chỉnh vào W để xét tượng nói - Mô đun đàn hồi gỗ chịu kéo chịu uốn xấp xỉ ( Gỗ thông Liên Xơ cũ có E  103 KN / cm2 ) 3.4 Tính chất chịu ép mặt - Đ/n : Ép mặt truyền lực từ cấu kiện sang cấu kiện khác qua mặt tiếp xúc Ứng suất ép mặt xuất mặt tiếp xúc N Tùy phương lực tác dụng Fem thớ gỗ mà phân : ép mặt dọc thớ, ép mặt ngang thớ, ép mặt xiên thớ - Cường độ ép mặt xác định  em  3.5 Tính chất chịu trượt - Tùy theo vị trí lực tác dụng thớ gỗ mà ta phân trượt dọc thớ, trượt ngang thớ, trượt xiên thớ - Cường độ trượt tính tốn cường độ trung bình  tb  P Ftr Biểu đồ phân bố ứng suất trượt 10 Đường hàn đứng Đường hàn ngang Kiểm tra đường hàn chịu lực cắt Q P gây Trường hợp coi đường hàn đứng chịu toàn lực cắt h  Q  R ch Fh Fh: Diện tích đường hàn đứng 1; Fh  2..l1h h1h l1 , h1h : Chiều dài chiều cao đường hàn Kiểm tra đường hàn chịu mô men P gây h  M  R hk Wh Đường hàn tham gia chịu mơ men uốn M Trong đó: J hx 2.J hx1  2.J hx Wh   bh1 y .h h2  l h2 .h h1.l 3h1 h J  ;J x  12 12 h x1 Sau tính  h ,  h kiểm tra ứng suất tương đương liên kết theo công thức:   2h  2h  R gh 2.5.4 Tính liên kết hàn thép góc vào thép Khi liên kết hàn thép góc vào thép thường dùng đường hàn góc a Dùng đường hàn góc chịu lực dọc trục 37 Hàn thép góc vào thép dùng đường hàn góc Vì thép góc khơng nằm đường hàn, nên lực đường hàn phải chịu phân theo tỷ lệ khoảng cách x1, x2 với ký hiệu: N1: Lực mà đường hàn sống thép góc phải chịu N2: Lực mà đường hàn mép thép góc phải chịu h1h : Chiều cao đường hàn sống thép góc h1h  1  1,  t t: Chiều dày trung bình cánh thép góc h 2h : Chiều cao đường hàn phía cánh thép góc lấy sau: Nếu t  6mm h 2h  t  1mm Nếu t    16  mm  h 2h  t  2mm Nếu t > 16mm h 2h  t  4mm Như biết thép góc chịu lực cần liên kết với thép bản, ta việc xác định hh tính chiều dài đường hàn góc theo điều kiện cường độ l1: Chiều dài đường hàn phía sống thép góc: l1  N1 .h1h R gh l2: Chiều dài đường hàn phía cánh thép góc: l2  N2 .h 2h R gh b Đường hàn góc chịu mơ men lực cắt đồng thời 38 Liên kết vai cột thép với cột đường hàn góc Đường hàn đứng; Đường hàn ngang Kiểm tra đường hàn chịu lực cắt Q P gây Trường hợp coi đường hàn đứng chịu toàn lực cắt h  Q  R kh Fh Fh: Diện tích đường hàn đứng: Fh  2..l1h h1h l1 , h1h : Chiều dài chiều cao đường hàn đứng Kiểm tra đường hàn chịu mô men P gây h  M  R kh Wh Đường hàn đứng đường hàn ngang tham gia chịu mô men uốn M Trong đó: Wh  J hx 2.J hx1  2.J xh  b.h1 y .h h1.l 3h1 .h h2 l 3h2 J x1  ;J x  12 12 Sau tính h , h kiểm tra ứng suất tương đương liên kết theo công thức:   t 2h  2h  R gh 39 CHƯƠNG V: ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Mục tiêu - Hiểu chất bê tông cốt thép, ưu khuyết điểm, làm việc kết cấu bê tông cốt thép - Biết mục đích, ý nghĩa , yêu cầu cấu tạo lớp bê tông bảo vệ cốt thép nguyên lý tính tốn kết cấu bê tơng cốt thép Nội dung Khái niệm kết cấu bê tơng cốt thép 1.1 Sự làm việc bê tông cốt thép a Một số khái niệm - Bê tông cốt thép loại vật liệu xây dựng phức hợp bê tông cốt thép cộng tác với để chịu lực - Riêng bê tông vật liệu xây dựng phức hợp bao gồm cốt liệu chất kết dính kết lại với thành thứ đá nhân tạo Về chịu lực, bê tông chịu nén tốt chịu kéo từ - 15 lần - Cốt thép chịu kéo chịu nén tốt tốt bê tông nhiều lần - Nếu dùng bê tông: khả chịu lực cấu kiện không cao, cấu kiện bị uốn chịu lực không hợp lý, vùng chịu kéo tiết diện “yếu” bị phá hoại trước, vùng chịu nén khả chịu lực - Việc đặt thép cấu kiện bê tông tạo thành cấu kiện BTCT có khả chịu lực lớn cấu kiện bê tông Mặt khác, chịu lực hợp lý vùng bê tơng “yếu” có cốt thép chịu lực tăng cường, vùng bị kéo (Do tính chất chịu kéo tốt cốt thép) b Vị trí cốt thép bê tơng cốt thép Việc đặt cốt thép bê tông nhằm tăng cường khả chịu lực kết cấu: Cốt thép có nhiệm vụ chịu lực với bê tông chịu phần lực mà bê tông không chịu hết - Bê tông chịu kéo cốt thép thường đặt vùng chịu kéo kết cấu BTCT - Cốt thép chịu kéo chịu nén tốt tốt bê tông nhiều, để tăng cường khả chịu lực chung kết cấu, người ta đặt thép cho kết cấu chịu nén vùng bị nén kết cấu chịu uốn - Điều kiện để tính tốn đặt cốt thép bê tơng: ứng với nội lực lớn (có thể xảy ra) bê tông cốt thép phát huy hết khả chịu lực 40 c Nguyên nhân để bê tông cốt thép cùng làm việc - Khi ninh kết xong bê tơng dính chặt vào thép Khi có lực tác dụng, bê tông cốt thép biến dạng khơng bị trượt tương nhau, truyền lực sang (cùng làm việc) Lực dính bê tơng cốt thép cịn làm hạn chế nứt bê tông kết cấu BTCT Do người ta phải tìm cách để tăng cường lực dính Giữa bê tơng cốt thép khơng xảy phản ứng hóa học, bê tơng cịn bao quanh cốt thép, bảo vệ cho cốt thép khỏi bị ăn mịn mơi trường bê ngồi xâm thực Muốn thi công BTCT cần làm yêu cầu kỹ thuật, cốt liệu phải sạch, trộn đều, đúc đầm chặt, bảo dưỡng kỹ, cốt thép sạch, dùng phụ gia phải cân nhắc - Hệ số dãn nở nhiệt cốt thép bê tông xấp xỉ Bê tơng dẫn nhiệt kém, nhiệt độ thay đổi phạm vi nhở (dưới 100 oC) kết cấu không xuất nội ứng suất đáng kể, khơng làm phá hoại lực dính bê tơng cốt thép 1.2 Ưu, nhược điểm kết cấu bê tơng cốt thép a Ưu điểm - Có khả sử dụng vật liệu địa phương (cát, sỏi, đá ) giá thành thấp so với sử dụng kết cấu thép - Chịu lực tốt so với kết cấu gạch đá kết cấu gỗ - Có độ bền lâu, tốn cơng bảo dưỡng, sửa chữa - Chịu lửa tốt kết cấu gỗ - Có thể nhiều hình dáng phức tạp theo yêu cầu thiết kế b Nhược điểm - Trọng lượng thân bê tơng lớn, khó làm kết cấu có nhịp lớn - BTCT thường có khe nứt làm giảm khả chốm thấm, giảm khả bảo vệ cốt thép - Thi công BTCT phức tạp phải qua nhiều khâu (nhất đúc bê tơng tồn khối chỗ) Tính chất học bê tơng cốt thép 2.1 Tính chất học bê tông 2.1.1 Cường độ bê tông *Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén (Rn) bê tơng Mẫu thí nghiệm có dạng: Hình khối vng hình lăng trụ 41 Mẫu bê tơng chịu nén thí nghiệm nén mẫu Mẫu bê tơng thí nghiệm nén máy chun dụng, trình tự thí nghiệm tiến hành theo quy trình quy phạm Giá trị lực nén làm cho mẫu bê tông bị phá hoại Np; Gọi diện tích tiết diện ngang mẫu bê tông F; Cường độ chịu nén bê tông là: Rn  Np F *Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo (Rk) bê tơng Mẫu thí nghiệm: Thông thường người ta xác định cường độ chịu kéo bê tơng theo mẫu chịu kéo có tiết diện hình vng, xác định R k theo mẫu bê tơng có tiết diện chữ nhật chịu uốn Xác định theo mẫu BT chịu kéo Xác định theo mẫu BT chịu uốn Theo thí nghiệm mẫu bê tông chịu kéo Nk F Với Nk giá trị lực kéo làm cho mẫu BT bị phá hoại, F diện tích tiết diện ngang mẫu BT Rk  Theo thí nghiệm mẫu BT chịu uốn R k  3,5M bh Trong M giá trị mô men làm cho mẫu bê tông bị phá hoại 42 * Mác bê tông Mác bê tông số biểu thị tiêu chất lượng bê tơng Theo tính chất nhiệm vụ kết cấu, người ta phân loại mác bê tông: Mác theo cường độ chịu nén, mác theo cường độ chịu kéo, mác theo khả chống thấm - mác theo cường độ chịu nén (ký hiệu M) trị số cường độ nén tính theo daN/cm2 mẫu bê tơng chuẩn khối vng có cạnh 15cm chế tạo, dưỡng hộ thí nghiệm theo tiêu chuẩn nhà nước Bê tơng nặng có mác chịu nén: M100, M150, M200, M250, M300, M350, M400, M500, M600 Trong kết cấu BTCT phải dùng bê tông mác không thấp M150 - Mác theo cường độ chịu kéo (ký hiệu K) số lấy trị số cường độ chịu kéo tính daN/cm2 mẫu thử tiêu chuẩn Bê tơng nặng có mác chịu kéo: K10, K15, K20, K25, K30, K40 - Mác theo khả chống thấm (ký hiệu T) lấy áp suất lớn (atm) mà mẫu chịu để nước không thấm qua Bê tơng có mác chống thấm: T2, T4, T6, T8, T10, T12 2.1.2 Biến dạng bê tông Biểu đồ quan hệ    43 * Biến dạng tải trọng tác dụng ngắn hạn Làm thí nghiệm nén mẫu BT hình lăng trụ, đo lập quan hệ ứng suất biến dạng, người ta vẽ đồ thị đường công Điểm D đồ thị ứng với thời điểm mẫu bị phá hoại, lúc ứng suất nén đạt đến Rn biến dạng đạt đến cực hạn  ch Khi gia tải đến mức (ứng suất biến dạng tương ứng b ; b ) giảm tải, biến dạng bê tơng khơng phục hồi hồn tồn, chứng tỏ bê tơng vật liệu vừa có tính đàn hồi vừa có tính dẻo Gọi  b : Biến dạng tồn phần bê tơng dh : Phần biến dạng đàn hồi  d : Phần biến dạng dẻo  : Hệ số đàn hồi bê tơng Ta có:  b  dh  d ;  dh b Mơ đun biến dạng tồn phần bê tơng là: E b  b b   tg b dh  d Ứng với điểm M khác đồ thị có cát tuyến khác nhau, góc  khác nhau, chứng tỏ Eb hàm số  biến đổi theo tải trọng Mô đun biến dạng đàn hồi nén bê tông E b  b  tg0 ; dh  góc tiếp tuyến O đồ thị tăng tải so với trục  , góc  khơng thay đổi E b  tg0  const * Biến dạng tải tọng tác dụng dài hạn (Từ biến) - Khi tải trọng đặt lâu dài, biến dạng bê tông tăng dần theo thời gian, lúc đầu tăng nhanh, sau tăng chậm lại, sứng suất không thay đổi, tượng gọi từ biến 44 Biểu đồ từ biến bê tông - Từ biến có tác hại: Làm tăng độ võng mở rộng khe nứt với cấu kiện chịu uốn Làm tăng uốn dọc cấu kiện chịu nén Làm tổn hao ứng suất cấu kiện ứng suất trước - Muốn hạn chế từ biến cần phải: Để bê tông già tuổi cho chịu lực, hạn N chế lượng xi măng hạn chế tỷ lệ đúc bê tông X 2.2 Cốt thép dùng bê tơng cốt thép 2.2.1 Tính chất học cốt thép - Cốt thép có tính đồng cao, đàn hồi, chịu nén chịu kéo tốt tốt bê tông - Cường độ cốt thép cao ký hiệu sau: Ra: Cường độ chịu kéo cốt thép Ra’: Cường độ chịu nén cốt thép Rax: Cường độ chịu kéo cốt thép tính tốn BTCT chịu lực cắt 2.2.2 Phân loại cốt thép * Phân loại cốt thép theo nhóm: Theo TCVN 1651 - 85 dựa vào tính chất học, phân cốt thép thành nhóm C-I, C-II, C-III, C-IV Thép nhóm C-I có tính dẻo nhóm chế tạo sẵn thành tròn trơn đường kính 6mm đến 40mm Thép nhóm C-II, C-III, C-IV chế tạo sẵn thành thép có gờ (gai, gờ, xoắn), đường kính trung bình thép nhóm từ 10mm đến 40mm Thép nhập từ nước Đơng Âu có nhóm AI, AII, AIII, AIV * Theo hình dánh tiết diện thanh: có thép hình thép trịn 45 - Thép hình: Các thép có hình L, I, chế tạo sẵn từ nhà máy - Cốt thép tròn: Được làm từ thép tiết diện trịn * Theo độ cứng: Có cốt thép mềm cốt thép cứng - Cốt thép mềm cốt thép mà thi cơng uốn được, thường thép trịn có đường kính d  40mm - Cốt thép cứng cốt thép mà thi cơng người ta khơng thể uốn được, thường thép hình thép trịn có d > 40mm * Theo cường độ: Có cốt thép thường cốt thép có cường độ cao - Cốt thép thường: Có cường độ R a  60KN / cm2 - Cốt thép cường độ cao: Có R a  60KN / cm2 * Theo chiều dài thép: Có thép thép sợi - Thép thường thép hình thép trịn có d > 10mm chế tạo sẵn thành thẳng dài 6-12m - Thép sợi thép tròn d < 10mm, thép thường chế tạo thành sợi dài thành cuộn tròn nhiều vòng 2.2.3 Neo, uốn, nối cốt thép * Móc neo: Để cho chịu lực, cốt thép không bị trượt bê tông, dầu thép trịn trơn phải uốn móc neo Móc neo có hình bán nguyệt Gọi đường kính thép bị uốn d chiều dài đoạn thép để uốn móc neo lấy 6,25d uốn thủ cơng lấy 3,25d uốn máy Móc neo uốn cốt thép * Uốn cốt thép: Ở chỗ thép bị uốn cong, làm việc, lực cốt thép ép vào bê tông, để lực phân khoảng rộng cho bê tông đủ chịu lực, người ta phải uốn cố thép cho chỗ uốn có bán kính cong r  10d * Nối cốt thép: Thép không đủ chiều dài theo thiết kế phải nối, nối hàn buộc - Nối hàn: Hai cốt thép nối với mối hàn Có thể hàn chồng dùng lót hình lịng máng Việc thiết kế mối hàn phải có tính tốn theo phần kết cấu thép, cấu tạo theo quy định TCVN 46 - Nối buộc: Đặt hai đầu cốt thép chồng lên đoàn l neo dùng sợi thép nhỏ buộc lại Kiểu nối buộc không tốt khơng dùng với thép có đường kính d  32mm với kết cấu thẳng chịu kéo tâm   R Chiều dài neo: l neo   m neo a    d Rn   Trong đó: d: Đường kính thép Rn: Cường độ chịu nén bê tông Ra: Cường độ chịu kéo cốt thép mneo λ: Hệ số lấy theo phụ lục Bê tơng cốt thép 3.1 Lực dính bê tơng cốt thép Lực dính yếu tố để BT cốt thép làm việc - Lực dính tạo nên keo xi măng bám chặt vào thép, ma sát thép với BT - Lực dính phân bố bề mặt cố thép phân bố không - Để đảm bảo dính cốt thép BT, làm cho chịu lực thép không bị tuột khỏi BT chiều dài đoạn thép neo l  l neo - Để tăng cường lực dính thép BT, người ta làm cốt thép có bề mặt khơng nhắn (có gờ, dập lõm ) Lực dính BT thép 47 3.2 Sự ảnh hưởng cốt thép đến sự co ngót từ biến bê tơng cốt thép - Về co ngót: Khi BT ninh kết, xảy tượng co ngót Trong thép cứng khơng bị co ngót, làm hạn chế co ngót BT Kết cốt thép bị ép lại, cịn bê tơng bị căng ra, BT có ứng suất kéo Nếu ứng suất co ngót lớn BT bị nứt - Về từ biến: Cốt thép làm giảm từ biến BT, kết từ biến BTCT nhỏ từ biến BT từ 1,5 đến lần 3.3 Lớp bê tông bảo vệ cốt thép - Cốt thép phải nằm BT (không hở ngoài) Lớp BT bảo vệ cốt thép phần BT tính từ mép ngồi cấu kiện đến mặt gần cốt thép - Tác dụng lớp BT bảo vệ: Bảo vệ cho cốt thép khỏi bị xân thực từ bên vào - Chiều dày lớp BT bảo vệ (ký hiệu Cb) lấy khơng nhỏ đường kính cốt thép không nhỏ giới hạn cho theo quy định TCVN Đối với cốt thép chịu lực: + Cb  10mm với có chiều dày 100mm + Cb  15mm với có chiều dày 100mm cột dầm có chiều cao tiết diện 250mm + C b  20mm với cột dầm sàn có chiều cao tiết diện 250mm trở lên + C b  30mm với dầm móng với móng lắp ghép + C b  35mm với móng đúc chỗ có đổ lớp BT lót + C b  70mm với móng đúc chỗ khơng có lớp BT lót Lớp BT bảo vệ cốt thép 48 - Lớp BT bảo vệ cho cốt đai, cốt phân bố cốt cấu tạo: không nhỏ đường kính cốt thép khơng nhỏ 10mm chiều cao tiết diện nhỏ 250, không nhỏ 15mm chiều cao tiết diện từ 250mm trở lên - Đầu mút thép chịu lực phải đầu mút cấu kiện khoảng không nhỏ trị số Cm sau: + Cm  10mm với đan panen lắp ghép + Cm  15mm với loại dầm cột lắp ghép + Cm  15mm với cấu kiện BT đúc tồn khối dùng thép có đường kính 300mm + C m  20mm với cấu kiện BT đúc tồn khối dùng thép có đường kính 30mm Ngun lý tính tốn kết cấu bê tơng cốt thép 4.1 Khái niệm trạng thái giới hạn Trạng thái giới hạn trạng thái mà từ trả kết cấu không thỏa mãn yêu cầu đề cho (do chịu lực sức, ổn định, biến dạng lớn khe nứt xuất mở rộng ) 4.2 Các trạng thái giới hạn a Trạng thái giới hạn thứ nhất: Về khả chịu lực - Trạng thái giới hạn thứ ứng với thời điểm kết cấu chịu thêm lực bị phá hoại, bị ổn định bị hỏng mỏi - Tính tốn theo trạng thái giới hạn thứ dựa vào điều kiện: T  Ttd T: Nội lực bất lợi phát sinh kết cấu tải trọng tính tốn tác động khác gây Ttd: Giá trị bé khả chịu lực tiết diện b Trạng thái giới hạn thứ hai: Về điều kiện sử dụng bình thường - Để đảm bảo điều kiện sử dụng bình thường cần hạn chế biến dạng, độ nứt độ dao động kết cấu - Kiểm tra biến dạng theo điều kiện: f  f gh Trong đó: f: Biến dạng kết cấu (độ võng, góc xoay, biên độ dao động) tải trọng tiêu chuẩn gây 49 fgh: Trị số giới hạn biến dạng, lấy theo quy định riêng loại kết cấu - Kiểm tra độ mở rộng khe nứt theo điều kiện a n  a gh Trong đó: an : Bề rộng khe nứt bê tông ngang mức cốt thép chịu kéo agh: Khả chống nứt kết cấu (lúc kết cấu bê tơng có  k  R k ) 4.3 Tải trọng tác dụng vào kết cấu - Tải trọng tác dụng lên công trình tính dựa vào phân tích thực tế dựa vào quy phạm - Trong điều kiện sử dụng bình thường, kết cấu phải chịu số tải tọng theo quy định gọi tải trọng tiêu chuẩn gtc; ptc, Ptc - Do nhiều nguyên nhân ngẫu nhiên, tải trọng thực tế khác với tải trọng tiêu chuẩn Cho nên, tính tốn trạng thái giới hạn thứ nhất, người ta kể đến khác hệ số vượt tải (ký hiệu n) - Tải trọng tính tốn tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số vượt tải: g = n.gtc; p = n.ptc; P = n.Ptc Trị số hệ số vượt tải (n) lấy tùy theo loại tải trọng Với tải trọng thường xuyên n = 1,1 ÷ 1,3 Với tải trọng tạm thời n = 1,2 ÷ 1,4 Với tải trọng thường xuyên, tải trọng giảm mà làm độ an tồn kết cấu giảm lấy n = 0,8 ÷ 0,9 4.4 Cường độ vật liệu - Khi thí nghiệm nhiều mẫu vật liệu (n mẫu) người ta xác định cường độ trung bình vật liệu đó: n R   Ri n i1 th - Bằng lý luận xác suất thống kế suy cường độ chuẩn vật liệu Rtc - Khi tính tốn dùng trị số cường độ tính tốn R tc R m k Trong đó: 50 k: Hệ số an toàn cường độ vật liệu m: Hệ số điều kiện làm việc vật liệu, kể đến nhân tố làm cho vật liệu làm việc tốt xấu mức bình thường - Đối với bê tơng: Cường độ tính toán chưa kể đến hệ số m gọi cường độ tính tốn gốc Cịn hệ số m lấy theo quy định - Với cốt thép: Có bảng tra cường độ tính tốn cốt thép 4.5 Ngun lý tính tốn kết cấu BTCT Lý thuyết tính toán kết cấu BTCT trải qua nhiều giai đoạn có nhiều phương pháp tính khác Hiện áp dụng phương pháp tính tốn theo trạng thái giới hạn Đó phương pháp tính nhất, chặt chẽ hợp lý Kết cấu BTCT tính theo nhóm trạng thái giới hạn: khả chịu lực điều kiện sử dụng bình thường 51 ... học Kết cấu xây dựng, biên soạn giáo trình ? ?Kết cấu xây dựng? ??, với mong muốn phục vụ kịp thời cho công tác giảng dạy học tập giáo viên học sinh chuyên ngành xây dựng dân dụng công nghiệp ? ?Giáo trình. .. trình kết cấu xây dựng? ?? gồm chương: Chương 1: Gỗ dùng xây dựng; Chương 2: Tính tốn cấu kiện bản; Chương 3: Liên kết kết cấu gỗ; Chương 4: Thép xây dựng liên kết kết cấu thép; Chương 5: Đại cương kết. .. (E=2 ,1 104 KN/cm2) Là loại vật liệu nhẹ so với kết cấu bê tông kết cấu gạch đá Kết cấu thép chế tạo trước trường xưởng, đạt độ xác cao Kết cấu thép thi công lắp dựng nhanh, công trình sớm đưa vào