Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp pot

* Khối xây bêtông đá hộc - Theo cấu tạo khối xây: + Khối xây đặc + Khối xây có lỗ rỗng + Khỗi xây nhiều lớp: Làm từ ít nhất 2 lớp vật liệu khác nhau + Khối xây hỗn hợp: Gồm nhiều lớp vật

Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép

Ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp

CHƯƠNG I TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA KHỐI XÂY GẠCH ĐÁ

§1 Khái niệm chung về kết cấu gạch đá(1t)

1 Sơ lược lịch sử phát triển của kết cấu gạch đá

Kết cấu gạch đá ra đời từ rất sớm

- Kim tự tháp Ai cập được xây dựng cách đây trên 5000 năm bằng đá và vẫn tồn tại cho đến bây giờ Tháp lớn nhất cao 146.6m với cạnh đáy dài 233m Để xây dựng được kim tự tháp này cần đến hơn hai triệu viên đá, mỗi viên nặng từ 2.5 đến 50tấn

- Đền thờ nữ thần Đian ở Hy Lạp xây vào thế kỷ thứ 6 trước công nguyên, trong đền có

125 cột đá cao 19m

- Cây hải đăng thành Alexăngdơri (Ai Cập) được xây dựng bằng đá vào thể kỷ thứ 3 trước công nguyên, cao 127m Công trình này đã bị sụp đổ do động đất vào năm 1375

- Vườn treo Babilon được xây dựng vào thế kỷ thứ 15 trước công nguyên

- Điện Pantheon ở Rome cao 42.7m, mái là một Cupon đường kính 43.5m xây dựng vào thế kỷ thứ 2

- Nhà thờ Đức bà có mái Cupôn đường kính 32.5m xây dựng ở Côngxtăngtinốp vào thế

- Công trình Ăngco (Đế Thiên, Đế Thích) được người Campuchia xây dựng từ thế kỷ thứ 9 cũng là một công trình nổi tiếng thế giới

2 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng

a Ưu điểm:

- Kết cấu gạch đá có độ cứng lớn, khá vững chắc và bền lâu

- Có khả năng cách âm cách nhiệt tốt

- Sử dụng được các vật liệu địa phương do đó giá thành rẻ

Gạch đặc: 200x100x70 (60viên/m2), trọng lượng 2,7kg, Công ty gạch ngói Đồng Nai

Gạch đặc: 220(+/-6mm)x105(+/-4mm)x60(+/-3mm) (60viên/m2), trọng lượng 2,7kg, độ hút nước <16%khối lượng, Cường độ nén >5.10 5 N/m 2 Công ty Quỳnh Sơn, Gốm sứ Hạ

Long

Gạch xây 6 lỗ: Kích thước: 220 x 105 x 60; Trọng lượng (Kg/V): 3.2; Cường độ chịu nén

(kg/cm2): 75, Độ hút nước (%): 6 – 9, Số lượng sử dụng Công ty Gốm sứ Hạ Long

Gạch đinh: 180x80x40 (60viên/m2), Cường độ nén >5.10 5 N/m 2 Công ty Quỳnh Sơn

Gạch 3lỗ: 200(+/-6)mm x 130(+/-4)mm x 90(+/-3)mm, độ rỗng <60%thể tích, Cường độ

nén >5.105 N/m2 Công ty Quỳnh Sơn

Gạch đặc, gạch 2lỗ không trát, Thạch Bàn - Long Biên Hà Nội:

Kích Thước: 210x100x60mm

Gạch 6 lỗ Thạch Bàn - Long Biên Hà Nội: Kích Thước: 210x100x150mm

a Phân loại gạch

- Theo phương pháp chế tạo:

+ Gạch nung: Là gạch đất sét được sản xuất bằng phương pháp ép khô hoặc ép dẻo và gạch kêzamit (gạch gốm)

+ Gạch không nung: Là gạch được chế tạo bằng cốt liệu và chất kết dính như: gạch than xỉ, gạch đất đồi, gạch bêtông, gạch silicát

+ Viên gạch: Khi trọng lượng viên gạch ≤ 5kG, bề rộng viên gạch từ 120 đến 140mm, người công nhân có thể dùng một tay để đưa viên gạch vào khối xây,

+ Tảng khối: Khi trọng lượng viên gạch lớn hơn 5kG và nhỏ hơn 25kG, người công nhân phải dùng 2 tay mới có thể bê được

∑

=

= i

m ni g c

n

R R

Khi chịu uốn:

5

5 1 , ,

∑

=

= i

m ui g c

u

R R

Giới hạn cường độ của gạch khi kéo chỉ bằng khoảng từ 5 ÷ 10% giới hạn cường độ của gạch khi nén

c Mác gạch

Mác gạch được xác định trên cơ sở cường độ trung bình và cường độ bé nhất của mẫu thử khi nén và khi uốn Gạch có các mác:

+ Gạch mác thấp: 4, 7, 10, 25, 35, 50

+ Gạch mác trung bình: 75, 100, 125, 150, 200

+ Gạch mác cao: 300, 400, 500, 600, 800

d Môđun đàn hồi của gạch

- Với gạch đất sét ép dẻo và gạch silicát: Eg = (1 ÷ 2).105 kG/cm2

- Đối với gạch đất sét ép khô: Eg = (0.2 ÷ 0.4).105 kG/cm2

- Hệ số biến dạng ngang (hệ số Poátxông) của gạch tăng lên cùng với sự tăng của ứng suất Với gạch đất sét nung: μg = 0.03 ÷ 0.1

2 Vữa

a Khái niệm

- Vữa là loại vật liệu được tạo thành từ chất kết dính (vôi hoặc xi măng hoặc mật mía ) với cốt liệu nhỏ (cát) và nước

- Tác dụng của vữa trong khối xây:

+ Liên kết các viên gạch đá trong khối xây với nhau tạo nên một loại vật liệu liền khối mới

+ Truyền và phân bố ứng suất trong khối xây từ viên gạch này đến viên gạch khác + Lấp kín các khe hở trong khối xây

b Phân loại vữa

- Theo dung trọng ở trạng thái khô:

+ Vữa nặng: γ > 1500 kG/m3

+ Vữa nhẹ: γ ≤ 1500 kG/m3

- Theo chất kết dính và cốt liệu:

+ Vữa nước: Dùng các chất kết dính là ximăng Pooclan hoặc ximăng Puzơlan

+ Vữa khô: Dùng các chất kết dính là vôi hoặc thạch cao

- Theo thành phần:

+ Vữa ximăng: Gồm ximăng, cát, nước Vữa ximăng khô cứng nhanh, có cường độ khá cao, nhưng dòn khó thi công

+ Vữa tam hợp (vữa bata): Gồm ximăng, vôi, cát, đất sét và nước Vữa này có tính dẻo cần thiết, thời gian khô cứng vừa phải

+ Vữa không có ximăng: Như vữa vôi gồm: vôi, cát, nước; vữa đất sét gồm: cát, đất sét, thạch cao

c Cường độ của vữa

- Cường độ của vữa được xác định bằng thí nghiệm các mẫu thử khối vuông, kích thước a=07cm, trong điều kiện tiêu chuẩn

- Cường độ trung bình của vữa ximăng và vữa tam hợp trong phạm vi tuổi dưới 90 ngày

có thể được xác định bằng công thức kinh nghiệm sau:

28 , ,

)1(

t

t a

at R

+

−

=Trong đó: Rt, R28 là cường độ chịu nén của vữa ở ngày thứ t và ngày thứ 28

Hệ số: a = 1.5

d Mác vữa

Mác vữa thường được đặt theo cường độ chịu nén Có các loại mác:

+ Vữa mác thấp: 0, 2, 4 Mác o dùng để xác định cường độ khối xây lúc vừa xây xong Mác 2 dùng để xác định biến dạng của khối xây bằng vữa vôi ở tuổi dưới 3 tháng Mác

4 dùng để đổ lớp lót đệm

+ Vữa mác trung bình: 10, 25

+ Vữa mác cao: 50, 75, 150, 200

e Biến dạng của vữa

Độ biến dạng của vữa phụ thuộc vào mác vữa, thành phần và cấp phối của vữa, tính chất của tải trọng:

+ Vữa mác cao biến dạng ít hơn vữa mác thấp, vữa nhẹ biến dạng nhiều hơn vữa nặng, vữa vôi biến dạng nhiều hơn vữa ximăng

+ Biến dạng của vữa tăng lên khi chịu tác dụng của tải trọng dài hạn (vữa có tính từ

biến) Talk: Khi tải trọng tác dụng dài hạn trên một năm, biến dạng của vữa có thể lớn hơn 2 lần so với biến dạng khi chịu tải trọng ngắn hạn

+ Trong quá trình khô cứng của vữa, có hiện tượng co ngót (biến dạng khối)

f Cấp phối của vữa

- Lượng ximăng Qx trong 1m3 cát hạt trung và lớn khi độ ẩm 1÷ 3% được xác định:

1000 7

.

v x

R

R

trong đó: Rv, Rx là mác vữa và mác xi măng

Lượng ximăng tối thiểu cho 1m3 cát khi dùng vữa tam hợp ximăng sét ở độ ẩm bình thường là 125kG và khi độ ẩm lớn là 100kG Trong các trường hợp khác lấy 75kG ximăng cho 1m3 cát

- Lượng vôi tôi trong 1m3 cát được xác định:

1 Phân loại khối xây gạch đá

- Theo hình dáng của gạch, đá trong khối xây:

+ Khối xây gạch đá có quy cách:

* Khối xây từ các loại khối lớn có chiều cao mỗi hàng xây lớn hơn 500mm

* Khối xây từ đá thiên nhiên có chiều cao mỗi hàng xây từ 150 ÷ 350mm

* Khối xây từ gạch và đã nhỏ có chiều cao mỗi hàng xây từ 50 ÷ 150mm

+ Khối xây gạch đá không có quy cách:

* Khối xây đá hộc

* Khối xây bêtông đá hộc

- Theo cấu tạo khối xây:

+ Khối xây đặc

+ Khối xây có lỗ rỗng

+ Khỗi xây nhiều lớp: Làm từ ít nhất 2 lớp vật liệu khác nhau

+ Khối xây hỗn hợp: Gồm nhiều lớp vật liệu khác nhau cùng làm việc chung

+ Khối xây kết hợp: Chỉ có một lớp chịu lực, còn lại là các lớp trang trí hay cách âm, cách nhiệt

+ Khối xây có đặt cốt thép

+ Khối xây có gia cường bằng lớp bọc ngoài

2 Các nguyên tắc liên kết gạch đá trong khối xây

Talk: Trong khối xây gạch đá thường chỉ chịu lực nén tốt, để đảm bảo cho kết cấu làm việc được phát huy được hết khả năng chịu lực của vật liệu gạch đá thì việc bố trí chúng trong khối xây cần phải tuân theo các nguyên tắc như sau:

- Đảm bảo cho lực tác dụng lên khối xây tác dụng vuông góc với lớp vữa nằm ngang Các viên gạch đá trong khối xây cần phải đặt thành từng hàng (lớp) trong một mặt phẳng

- Các mạch vữa đứng cần phải song song với mặt ngoài của khối xây và các mạch vữa ngang cần phải vuông góc với mặt ngoài của khối xây

- Các mạch vữa đứng ở các hàng phải bố trí lệch đi một phần tư hoặc một nửa viên gạch

hơn 0.5cm2 trên 1m2 tường Thông thường bố trí ∅6a500x500mm

- Với khối xây rỗng ở giữa, có thể giằng các hàng trong khối xây bằng vách ngang hoặc vách đứng hoặc kết hợp

§4 Tính chất cơ học của khối xây gạch đá (5t)

1 Trạng thái ứng suất trong khối xây chịu nén đúng tâm

- Sơ đồ thí nghiệm:

Hình 1 Trạng thái ứng suất của gạch trong khối xây

1-chịu nén, 2-chịu kéo, 3-chịu uốn, 4-chịu cắt, 5-nén cục bộ

Talk: Làm thí nghiệm nén một khối xây chịu tải trọng nén đúng tâm bằng cách chất tải trọng phân bố đều trên toàn bộ diện tích tiết diện, người ta nhận thấy các ứng suất trong các vật liệu gạch đá và vữa phân bố rất phức tạp

- Trạng thái ứng suất của khối xây:

+ Ứng suất sẽ tập trung ở những vị trí có độ cứng lớn Trong viên gạch có thể xuất hiện cả thành phần ứng suất do mômen uốn, ứng suất cắt, ứng suất kéo, ứng suất nén cục bộ

+ Trong các mạch vữa có thể có ứng suất nén hoặc ứng suất kéo phát sinh do co ngót + Trong khối xây đá hộc, ứng suất tập trung lớn tại những vị trí đầu lồi của viên đá

- Các nguyên nhân tạo nên trạng thái ứng suất phức tạp khối xây:

+ Do sự không đồng nhất về tính chất biến dạng của các lớp gạch đá và vữa

+ Do sự không đồng nhất về hình dạng và tính chất cơ học của các viên gạch đá

+ Do sự không đồng nhất của vữa trong khối xây Tính chất cơ học của vữa ở những

vị trí khác nhau là khác nhau do khi nhào trộn vữa không đều hoặc do sự khô cứng không đồng đều của vữa

+ Do vữa có tính co ngót, khi co ngót bị cản trở sẽ phát sinh các ứng suất co ngót trong khối xây, cũng có thể làm cho vữa tách khỏi gạch đá ở một số chỗ

+ Do sự không đồng nhất về hình dạng và tính chất của các viên gạch đá

+ Do trong quá trình thi công có thể gây ra sự không đồng đều ở các mạch vữa

2 Các giai đoạn làm việc của khối xây chịu nén

Từ lúc bắt đầu chịu tải đến khi bị phá hoại, khỗi xây trải qua 3 giai đoạn:

- Giai đoạn I: Khi lực nén còn nhỏ, ứng suất trong khối xây còn khá bé, trong khỗi xây

chưa xuất hiện vết nứt Khi lực nén tăng lên, trong khỗi xây xuất hiện một số vết nứt nhỏ Lực nén ở thời điểm này đạt đến Nn

- Giai đoạn II: Khi lực nén tiếp tục tăng lên, các vết nứt bắt đầu mở rộng và phát triển

dọc theo phương tác dụng của lực nén, đồng thời xuất hiện các vết nứt mới ở các vị trí khác Các vết nứt cũ và mới nối liền với nhau và nỗi với mạch vữa đứng làm cho khối xây dần bị

phân thành những nhánh đứng độc lập chịu các tải trọng nén lệch tâm khác nhau Talk: Các nhánh đứng này có độ mảnh khá lớn, do đó dễ bị uốn dọc

- Giai đoạn III: Khi lực nén tiếp tục tăng lên, khối xây xẽ bị phá hoại, gọi giá trị lực nén

N<Nn N=Nn Nn<N<Nph N=Nph

Hỡnh 2 Cỏc trạng thỏi làm việc của khối xõy khi chịu nộn

+ Trong mọi trường hợp, sự xuất hiện vết nứt đầu tiên phải được xem là dấu hiệu

không bình thường, cần phân tích nguyên nhân để có biện pháp xử lý kịp thời

0,7 0,6 0,5

0,8 0,7 0,6

3 Cường độ chịu nộn của khối xõy

a Cường độ:

- Giới hạn cường độ của khối xây bằng gạch đá, bằng khối lớn, bằng đá hộc chịu nén đúng tâm được xác định theo công thức của L.I Onhisich:

η)2

1(

g v g

c

R

R b

a AR

R

+

−

=

Talk: Công thức này cho các kết quả phù hợp với các số liệu thí nghiệp, do đó từ năm

1939 nó được đưa vào quy phạm tính toán

Trong đó:

+ Rg, Rv - là giới hạn cường độ chịu nén của gạch và của vữa

+ A - là hệ số kết cấu, phụ thuộc vào cường độ và loại gạch, được xác định:

g

g

nR m

R A

+

+

= 100 100

+ a, b, m, n - là các hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào loại khối xây (Bảng 3.2 SGK trang 26)

+ η - Hệ số hiệu chỉnh, dùng cho các khối xây có số hiệu vữa thấp, khi Rv ≥ R0 thì lấy

η = 1, khi Rv < R0 thì η được xác định theo công thức:

v

R R

R R

2

) 3 (

0

0 0 0

0

+

− +

min

b

a AR R

Hình 1 Quan hệ giữa cường độ của khối xây và cường độ vữa

+ Khi cường độ cửa vữa tăng lên vô cùng:

g c

A tức là bằng phương pháp xây thông thường không

thể nào sử dụng hết khả năng chịu nén của gạch đá, cường độ của khối xây luôn bé cường độ của gạch đá Hệ số A đánh giá mức độ hiệu quả của việc sử dụng cường độ gạch trong khối xây

b Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ chịu nén của khối xây

- Ảnh hưởng của vữa:

+ Khi cường độ của vữa tăng lên thì cường độ của khối xây tăng lên, mức độ tăng lên nhanh khi cường độ của vữa còn thấp sau đó chậm dần và dừng hẳn khi cường độ của vữa khá cao

+ Cường độ của vữa trong khỗi xây đá hộc ảnh hưởng lớn đến cường độ khối xây, còn trong các khỗi xây bằng tảng lớn, cường độ của vữa ảnh hưởng không đáng kể

+ Với vữa có biến dạng lớn, bề dày mạch vữa quá lớn sẽ làm giảm cường độ của khối xây nhất là

+ Dùng vữa có độ linh động lớn sẽ làm tăng cường độ của khối xây

+ Vữa dùng chất phụ gia, vữa ximăng cứng, vữa vôi dưới 3 tháng tuổi làm giảm cường

độ của khối xây, khi tính toán lấy giảm 10÷15% so với vữa thông thường

- Ảnh hưởng của tuổi khối xây và tính chất tác dụng của tải trọng:

+ Tuổi khối xây càng lớn, cường độ của khối xây càng lớn Cường độ khối xây tăng nhanh trong khoảng thời gian đầu nhưng chậm dần và dừng hẳn khi tuổi khối xây tăng lên

+ Nếu khối xây chịu tải trọng dài hạn Ndh < Nn thì sẽ làm tăng cường độ của khối xây, còn nếu Ndh > Nn thì cường độ của khối xây sẽ giảm đi

+ Cường độ của khối xây giảm khi chịu tác dụng của tải trọng lặp

- Ảnh hưởng của chất lượng thi công:

+ Khi xây, các mạch vữa trải không đều, mạch vữa không đầy, các hàng gạch xắp xếp không hợp lý làm giảm cường độ cửa khối xây

+ Cường độ của khối xây khi xây bằng phương pháp rung chấn động, lớn hơn cường

độ của khối xây khi xây thủ công (Từ 2 ÷ 2.5lần)

4 Cường độ chịu nén cục bộ của khối xây

Giới hạn cường độ chịu nén cục bộ được xác định theo công thức thực nghiệm:

c cb

c c

F

F R

Ψ - hệ số phụ thuộc vào loại khối xây và vị trí tải trọng, Ψ = 1÷2

5 Cường độ chịu kéo của khối xây

Tuỳ theo phương tác dụng của lực kéo mà khối xây có thể bị phá hoại theo tiết diện giằng hoặc không giằng

Hình 1 Khối xây chịu kéo

a Sự phá hoại chịu kéo theo tiết diện không giằng

Sự phá hoại theo tiết diện không giằng khi lực kéo vuông góc với mạch vữa ngang và

có thể xảy ra theo 1 trong các trường hợp sau:

1 - theo mặt tiếp xúc giữa mạch vữa và gạch

2 - theo mặt cắt qua mạch vữa

cm kG R

R R

v

c d

c k

Sự phá hoại theo tiết diện giằng khi lực kéo song song với mạch vữa ngang và có thể xảy ra theo 1 trong các trường hợp sau:

1 – theo tiết diện đi qua các mạch vữa đứng và các viên gạch

2 – theo tiết diện cài răng lược

3 – theo tiết diện bậc thang

Talk: Phần lớn xảy ra sự phá hoại theo tiết diện 2-2 hoặc 3-3

Talk: Khi xác định cường độ chịu kéo của khối xây, bỏ qua sự tham gia chịu lực của các mạch vữa đứng vì thành phần lực dính pháp tuyến của gạch và mạch vữa đứng gần bằng 0 do hiện tượng co ngót của vữa và do vữa lấp không đầy các mạch đứng.Khả năng chịu kéo của khối xây do lực dính tiếp tuyến giữa gạch và mạch vữa ngang quyết định Theo các kết quả thực nghiệm thì cường độ lực dính tiếp tuyến lớn hơn cường độ lực dính pháp tuyến khoảng 2 lần

Cường độ chịu kéo khối xây khi sự phá hoại theo mặt cắt 2-2 hoặc 3-3:

Rd - là cường độ của lực dính tiếp tuyến giữa gạch và mạch vữa ngang

ν = d/a - là độ giằng vào nhau của các viên gạch

d - chiều sâu đoạn giằng vào nhau của viên gạch

a - chiều dày một lớp khối xây

Với khối xây bằng gạch, đá có quy cách mà d ≥ a, cho phép lấy ν =1; với khối xây đá hộc lấy ν = 0.7

Cường độ chịu kéo khối xây khi sự phá hoại theo mặt cắt 1-1:

6 Cường độ chịu uốn của khối xây

Khối xây có thể làm việc chịu uốn theo tiết diện giằng hoặc không giằng Uốn theo tiết diện giằng khi mặt phẳng uốn song song với mạch vữa ngang, còn khi mặt phẳng uốn vuông góc với mạch vữa ngang thì xảy ra trường hợp uốn theo tiết diện không giằng

Hình 1 Phá hoại chịu uốn theo tiết diện giằng

Hình 1 Phá hoại chịu uốn theo tiết diện không giằng

Cường độ chịu uốn của khối xây được lấy bằng:

Rcku = 1.5Rck

7 Cường độ chịu cắt của khối xây

Khối xây có thể làm việc chịu cắt theo tiết diện giằng hoặc không giằng Cắt theo tiết diện không giằng khi lực cắt nằm dọc theo mạch vữa ngang, khi lực cắt vuông góc với mạch vữa ngang thì xảy ra trường hợp cắt theo tiết diện giằng

Hình 1 Phá hoại chịu cắt theo tiết diện không giằng và giằng

Cường độ chịu cắt trong trường hợp khối làm việc theo tiết diện không giằng:

Rcc = Rd + f σ0

Trong đó:

Rd - Lực dính tiếp tuyến giữa gạch và mạch vữa ngang

f - Hệ số ma sát giữa gạch và mạch vữa ngang

σ0 - Là ứng suất nén do lực nén dọc gây ra

Cường độ chịu cắt trong trường hợp khối làm việc theo tiết diện giằng:

Rcc = Rcg

Trong đó: Rcg là cường độ chịu cắt của gạch

8 Biến dạng của khối xây

Talk: Khối xây là vật liệu đàn hồi dẻo, dưới tác dụng của tải trọng, biến dạng ε bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo, quan hệ giữa ứng suất (σ) và biến dạng (ε) là một đường cong

a Môđun biến dạng của khối xây:

Môđun biến dạng của khối xây được xác định:

ε

σϕ

d

d tg

E= = hoặc xác định theo công thức thực nghiệm: ⎟

E

1.1

10σ

Trong đó: E0 - là môđun biến dạng ban đầu của khối xây (khi σ = 0, E0 = tgϕ0)

E0 = αRc (Theo nghiên cứu thực nghiệm)

α - là đặc trưng đàn hồi của khối xây lấy phụ thuộc vào dạng khối xây và số hiệu

vữa (SGK, Phụ lục 1)

Trong thực hành tính toán kết cấu có thể lấy:

E = 0.8E0 - khi tính toán theo THGH I

E = 0.5E0 - khi tính toán nội lực kết cấu siêu tĩnh có khối xây cùng làm việc với các vật liệu khác

b Các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng của khối xây:

- Biến dạng của khối xây gồm biến dạng của vữa, gạch, và lớp tiếp xúc giữa vữa và gạch trong đó biến dạng của vữa và lớp tiếp xúc là chủ yếu, biến dạng của gạch rất nhỏ

- Biến dạng của vữa phụ thuộc vào loại vữa, tổng chiều dày của vữa, số lượng mạch vữa, mức độ tiếp xúc giữa gạch và vữa

- Khối xây tăng biến dạng theo thời gian khi chịu tác dụng dài hạn của tải trọng, đây là

hiện tượng từ biến của khối xây Talk: Nếu khối xây chịu ứng suất nén nhỏ, N<N n , thì từ biến diễn ra nhanh trong thời gian đầu sau đó tắt dần và dừng hẳn sau vài năm Nếu ứng suất nén trong khối xây vượt quá ứng suất phát sinh vết nứt thì từ biến không tắt dần mà tiếp tục phát triển cho đến khi khối xây bị phá hoại

- Khối xây còn bị biến dạng do co ngót Biến dạng do co ngót phụ thuộc vào tính chất của vữa và gạch đá, khối xây dùng vữa ximăng có co ngót lớn hơn khối xây dùng vữa vôi, khối xây dùng gạch silicát hoặc gạch bêtông có co ngót lớn hơn khối xây dùng gạch nung

§5 Nguyên lý tính toán kết cấu gạch đá (1t)

1 Khái niệm chung

Talk: Kết cấu gạch đá được sử dụng từ rất lâu, nhưng suốt trong một thời gian dài nó chỉ được xây dựng theo kinh nghiệm Mãi đến cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20 khi vật liệu gạch

đá được sử dụng nhiều người ta mới bắt đầu nghiên cứu về sự làm việc của khối xây gạch

đá và đề ra phương pháp tính toán

a Phương pháp ứng suất cho phép

Talk: Phương pháp này được tiến hành dựa theo các phương pháp của sức bền vật liệu

- Nội dung phương pháp:

σ ≤ [σ]

Trong đó:

σ - là ứng suất tính toán trong kết cấu

[σ] - là ứng suất cho phép của khối xây gạch đá

- Ưu điểm:

+ Sử dụng được công thức, phương pháp sẵn có của sức bền vật liệu, cơ học kết cấu + Tính toán đơn giản, nhanh với sự trợ giúp của máy tính Nếu nội lực bé thì sai số chấp nhận được

- Nhược điểm:

+ Phương pháp tính này không phù hợp với khối xây gạch đá, không phản ánh đúng bản chất làm việc thực của kết cấu gạch đá, giả thiết vật liệu là đàn hồi, đồng nhất là không đúng

+ Chưa tận dụng hết khả năng làm việc của kết cấu, gây lãng phí

b Phương pháp nội lực phá hoại

Talk: Phương pháp này bắt đầu được sử dụng từ giữa thế kỷ 20

- Nội dung của phương pháp:

+ Tiết kiệm vật liệu

- Nhược điểm:

+ Chỉ kể đến được một hệ số an toàn chung cho kết cấu, chưa phân tích điều kiện ảnh hưởng đến nó

+ Chưa xét đến yếu tố biến dạng và phát triển khe nứt trong kết cấu gạch đá

Talk: Trong khoảng vài chục năm trở lại đây, bắt đầu từ năm 1955, ở Liên Xô và một

số nước đã bắt đầu áp dụng phương pháp tính toán theo trạng thái giới hạn (THGH) Phương pháp này ngày càng được phổ biến và phát triển rộng dãi Ta sẽ xem xét nội dung của phương pháp này trong một mục riêng dưới đây

2 Phương pháp tính toán theo TTGH

b Trạng thái giới hạn I (theo khả năng chịu lực)

- Là trạng thái kết cấu bắt đầu không chịu thêm lực được nữa vì bắt đầu bị phá hoại hay

bị mất ổn định

- Điều kiện tính toán:

Trong đó:

T - là nội lực bất lợi nhất trong kết cấu do tải trọng tính toán gây ra

Tgh - là khả năng chịu lực bé nhất của kết cấu: M, Mx, N, Q

- Tính toán theo TTGH I cho mọi loại kết cấu và trong mọi giai đoạn: thi công, sử dụng

và sửa chữa

c Trạng thái giới hạn II (theo điều kiện sử dụng bình thường)

- Là trạng thái đảm bảo điều kiện hạn chế về độ biến dạng, bề rộng khe nứt, độ dao động của kết cấu

- Điều kiện tính toán:

Về biến dạng: f≤ fgh

Về bê rộng khe nứt: Δ ≤ Δgh

Trong đó:

f, Δ - là độ biến dạng và bể rộng khe nứt do tải trọng tiêu chuẩn gây ra

fgh, Δgh - là giá trị giới hạn về độ biến dạng và bể rộng khe nứt

Talk: Việc tính toán kết cấu gạch đá theo điều kiện về khe nứt hiện còn khó khăn, trên thực tế vẫn dùng cách tính toán quy ước bằng cách hạn chế ứng suất kéo trong khối xây hoặc hạn chế ứng suất trong cốt thép dọc vùng kéo

3 Cường độ của khối xây

a Cường độ tiêu chuẩn

n

R R

c

=Trong đó:

k - là hệ số an toàn k = 2 khi chịu nén, k = 2.25 khi chịu kéo

m - hệ số điều kiện làm việc được lấy như sau:

m = 0.8 - với trụ và mảng tường giữa 2 ô cửa có diện tích tiết diện ngang ≤ 0.3m2

m = 0.6 - với tiết diện tròn không có lưới thép, xây bằng gạch thường

m = 1.25 - khi k.tra cường độ khối xây chịu nén của các công trình chưa xây xong

m = 1.1 - khi tính toán khối xây chịu nén mà tải trọng đặt vào khi khối xây đã khô cứng (quá 1 năm tuổi)

Chú ý: Giá trị R được cho sẵn trong các bảng phụ lục từ 2 - 7 tuỳ thuộc vào loại khối xây, là loại cường độ tính toán gốc chưa kể đến hệ số điều kiện là việc m

Cường độ tính toán của cốt thép trong khối xây

c a a a

k

R m

được lấy theo phụ lục 9

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN CẤU KIỆN GẠCH ĐÁ THEO KHẢ NĂNG CHỊU LỰC (6t)

§1 Cấu kiện chịu nén đúng tâm (1t)

1 Khái niệm

Cấu kiện chịu nén đúng tâm khi lực nén N đặt trùng với trọng tâm tiết diện Cấu kiện chịu nén đúng tâm thường là các cột, các tường trong nhà

2 Sơ đồ tính toán

Cấu kiện chịu nén đúng tâm khi lực nén N đặt trùng với trọng tâm tiết diện

(Sơ đồ tính toán như hình vẽ)

3 Công thức cơ bản

- Điều kiện cường độ của của cấu kiện:

N ≤ ϕ mdh R F

Trong đó:

N - lực nén do tải trong tính toán gây ra

ϕ - hệ số uốn dọc(tra theo bảng 5.1 SGK)

mdh - hệ số kể đến tính chất dài hạn của tải trọng

F - diện tích tiết diện cấu kiên

R - cường độ chịu tính toán của khối xây

- Hệ số uốn dọc ϕ và hệ số mdh được xác định phụ thuộc vào dạng

liên kết ở hai đầu cấu kiện:

Hình 3 Biểu đồ xác định hệ số ϕ và m dh

+ Với cấu kiện có liên kết khớp ở 2 đầu:

* Tại gối tựa: ϕ = 1, mdh = 1

* Tại các tiết diện nằm trong khoảng 1/3H ở đoạn giữa, ϕ và mdh lấy theo tính toán

* Tại các tiết diện còn lại lấy theo nội suy

+ Với cấu kiện có liên kết ngàm ở đầu dưới, liên kết khớp đàn hồi ở đầu trên:

* Tại gối tựa đàn hồi: ϕ = 1, mdh = 1

* Tại tiết diện nằm trong khoảng 0.7H tính từ chân cột, ϕ và mdh lấy theo tính toán

* Tại các tiết diện còn lại lấy theo nội suy

+ Với cấu kiện có liên kết ngàm ở đầu dưới, và đầu trên tự do:

* Tại đầu tự do: ϕ = 1, mdh = 1

* Tại tiết diện nằm trong khoảng 0.5H tính từ chân cột, ϕ và mdh lấy theo tính toán

* Tại các tiết diện còn lại lấy theo nội suy

+ Khi cạnh bé nhất của tiết diện h ≥ 30cm, cho phép lấy mdh = 1

- Xác định hệ số uốn dọc ϕ theo tính toán:

Hệ số ϕ phụ thuộc vào đặc trưng đàn hồi của khối xây α và độ mảnh của cấu kiện λ Đặc trưng đàn hồi của khối xây α được tra theo phụ lục 1, phụ thuộc vào loại khối xây và số hiệu vữa Độ mảnh λ được xác định như sau:

+ Với cấu kiện tiết diện bất kỳ: λ = l0/ rmin

+ Với cấu kiện tiết chữ nhật: λh = l0/ h;

Trong đó:

l0 - là chiều dài tính toán của cấu kiện

r - là bán kính quán tính nhỏ nhất của tiết diện

h - là cạnh bé của tiết diện

- Xác định chiều dài tính toán l0:

+ Khi hai đầu cấu kiện là liên kết khớp: l0 = H

+ Khi một đầu cấu kiện là ngàm, một đầu tự do: l0 = 2.0H

+ Với cột nhà công nghiệp 1 nhịp, đầu dưới là ngàm, đầu trên là gối đàn hồi: l0 = 1.5H + Với cột nhà nhiều nhịp, đầu dưới là ngàm, đầu trên là gối đàn hồi: l0 = 1.25H

+ Khi một đầu cấu kiện là ngàm, một đầu tự do: l0 = 2.0H

+ Với bức tường phẳng có liên kết ngàm ở 4 cạnh và chiều dài cạnh l ≤ 2H hoặc ngàm

3 cạnh và chiều dài tường l ≤ 1.5H thì lấy: l0 = 0.9H

Ndh - là lực nén do tải trọng dài hạn gây ra

η - là hệ số phụ thuộc vào λh và loại gạch đá trong khối xây (tra theo bảng 5.2 SGK)

§2 Cấu kiện chịu nén lệch tâm (1t)

1 Khái niệm

- Cấu kiện chịu nén lệch tâm khi lực nén N đặt không đúng trọng tâm tiết diện Lực dọc

N lệch một đoạn e0 so với trọng tâm tiết diện tương đương với một thành phần N đặt đúng trọng tâm tiết diện và một mômen M = Ne0

- Cấu kiện gạch đá chịu nén lệch tâm thường là các cột, tường, móng, vòm mái, ống khói

- Tuỳ theo độ lệch tâm e0 mà trên tiết diện có thể có thể bị nén hoàn toàn hoặc trên tiết diện có một phần chịu nén một phần chịu kéo Nếu ứng suất kéo lớn hơn cường độ chịu kéo của khối xây thì trong các mạch vữa ngang sẽ xuất hiện khe nứt, các khe nứt này làm thay đổi chiều cao làm việc của tiết diện Lúc này coi chiều cao làm việc của tiết diện chỉ còn là

hc

Hìn 3 Biểu đồ ứng suất trong cấu kiện chịu nén lệch tâm

- Với tường có chiều dày h ≤ 22cm cần phải kể đến độ lệch tâm ngẫu nhiên e’0, nếu tường là tường chịu lực: e’0 = 2cm; nếu tường là tường tự mang: e’0 = 1cm Lúc này:

e0 = M/ N + e’0

- Để đảm bảo sự làm việc an toàn của cấu kiện gạch đá, trong tính toán thiết kế cần phải hạn chế độ lệch tâm của lực dọc:

+ Với cột và tường có bề dày h >22cm:

* e0 ≤ 0.9y - khi tính toán với tổ hợp tải trọng cơ bản

* e0 ≤ 0.9y - khi tính toán với tổ hợp tải trọng phụ

+ Với cột và tường có bề dày h ≤ 25cm:

* e0 ≤ 0.8y - khi tính toán với tổ hợp tải trọng cơ bản

* e0 ≤ 0.85y - khi tính toán với tổ hợp tải trọng phụ

+ Với mọi cấu kiện và trường hợp tải trọng bất kỳ:

y - e0 ≥ 2cm (khoảng cách từ điểm đặt lực N đến mép chịu nén nhiều)

Trong đó: y là khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến mép chịu nén nhiều Với tiết diện chữ nhật y = h/2

2 Sơ đồ tính toán

Hình 3 Sơ đồ tính toán

Hình 3 Sơ đồ xác định chiều dμi tính toán

Các giả thiết về sơ đồ tính toán:

- Bỏ qua sự lμm việc của vùng kéo

- Biểu đồ ứng suất trong vùng nén có dạng chữ nhật vμ đạt tới cường độ chịu tính toán về nén cục bộ ωR

mdh - hệ số kể đến tính chất dμi hạn của tải trọng

Fc - diện tích phần chịu nén của tiết diện

R - cường độ chịu tính toán của khối xây

- Xác định hệ số ϕ theo công thức:

2

ϕϕ

Trong đú:

Hệ số ϕ phụ thuộc vào độ mảnh λh (hoặc λr) và đặc trưng đàn hồi của khối xây

h - là kích thước tiết diện theo phương mặt phẳng uốn

hc - là kích thước phần tiết diện chịu nén theo phương mặt phẳng uốn

r - là bán kính quán tính của tiết diện phương mặt phẳng uốn

rc - là bán kính quáních thước phần tiết diện chịu nén theo phương mặt phẳng uốn

l0 - chiều dài tính toán của cấu kiên, được xác định giống như cấu kiện chịu nén đúng tâm

H’ - chiều cao phần cấu kiện có mômen uốn cùng dấu

- Xác định hệ số ω:

+ Với khối xây bằng gạch rỗng, tảng bêtông rỗng, hoặc đá thiên nhiên: ω = 1

+ Với các khối xây còn lại: 1 45

+ Khi cạnh bé nhất của tiết diện h ≥ 30cm, cho phép lấy mdh = 1

+ Khi cạnh bé nhất của tiết diện h < 30cm:

h

e N

N

dh = −η +

Trong đó:

Ndh - là lực nén do tải trọng dài hạn gây ra

e0dh - là độ lệch tâm do tải trọng dài hạn gây ra

η - là hệ số phụ thuộc vào λh và loại gạch đá trong khối xây (tra theo bảng 5.2 SGK) giống như cấu kiện chịu nén đúng tâm