Phần 2 của giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép tiếp tục cung cấp cho học viên những nội dung về: tính toán cấu kiện bê tông cốt thép theo trạng thái giới hạn thứ hai (điều kiện về sử dụng); bê tông cốt thép dự ứng lực; kết cấu bê tông cốt thép trong xây dựng công trình ngầm và mỏ; kết cấu thép trong xây dựng;... Mời các bạn cùng tham khảo!
chơng Tính toán cấu kiện bê tông cốt thép theo trạng thái giới hạn thứ hai (điều kiện sử dụng) 7.1 Khái niệm chung Ngày kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép với tiết diện mảnh, loại vật liệu có trọng lợng cao ngày đợc sử dụng rộng rÃi Điều làm cho kết cấu bê tông cốt thép bị võng xuống trình sử dụng có nguy mở rộng khe nứt Mặt khác xây dựng ngày có công trình yêu cầu chống nứt bê tông cao (không cho phép vết nứt) Do cần thiết phải có nghiên cứu tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo trạng tái giới hạn thứ trạng thái sử dụng( độ võng độ mở khe nứt) 7.2 Tính độ võng cấu kiện BTCT chịu uốn 7.2.1 Đặc điểm Cấu kiện có độ võng lớn có ảnh hởng đến việc sử dụng kết cấu cách bình thờng: làm mỹ quan, làm bong lớp ốp, trát gây tâm lý sợ hÃi cho ngời sử dụng Vì vậy, thiết kế đòi hỏi phải có tiêu chuẩn độ võng tải trọng gây không đợc vợt giới hạn cho phép Bảng 7.1: Một số giới hạn độ võng lớn cho phép kết cấu BTCT Tên cấu kiện Giới hạn độ võng Dầm cần trục chạy điện (1/600)L Sàn có trần phẳng, cấu kiện mái Khi nhịp L < 6m (1/200)L 3cm Khi 6L ≤ 7,5m (1/250)L Khi L > 7,5m L nhịp tính toán dầm kê lên hai gối Với công xôn L = 2L1 (L1 - độ vơn xa công xôn) Khi tính toán độ võng cho cấu kiện, ta phải tính với tải trọng tiêu chuẩn tải trọng tác dụng lên kết cấu làm việc bình thờng Trong trờng hợp có vợt tải thời, độ võng tăng lên thời sau trở lại bình thờng Do tính toán cần phân biệt tải trọng tác dụng dài hạn tải trọng tác dụng ngắn hạn Tải trọng dài hạn bao gồm trọng lợng thân phần tải trọng sử dụng, tiêu chuẩn nhà nớc "tải trọng tác động " (TCVN2737-90) có đa quy định cụ thể 7.2.2 Độ cong trục dầm độ cứng dầm Độ cứng dầm đợc xác định c«ng thøc sau (trong m«n SBVL): ρ = M EJ (7.1) Trong đó: M - mô men gây uốn 1/ - độ cong trục dầm EJ - độ cứng dầm với vật liệu đàn hồi đồng đẳng hớng Bê tông cốt thép vật liệu đàn hồi dẻo, không đồng đẳng hớng, thờng có khe nứt vùng chịu kéo lên lấy EJ làm độ cứng dầm đợc Ngời ta thờng gọi độ cứng dầm bê tông cốt thép lµ B theo mèi quan hƯ sau: 85 ρ = M B (7.2) xtb c xtb h0 M M c x 7.2.2.1 Trạng thái ứng suất biến dạng dầm sau xuất khe nứt Xét trình làm việc dầm BTCT chịu uốn tuý, sau xuất kh nứt trạng thái ứng suất biến dạng có số đặc điểm sau: - Trục trung hoà có hình lợn sóng Chiều cao vùng chÞu nÐn ë tiÕt diƯn cã khe nøt sÏ cã giá trị nhỏ x nh hình vẽ (7.1) M c σa σtba σb Z1 σ bk σa Fa ln ln Hình 7.1 Trạng thái ứng suât biến dạng dầm sau xuất khe nứt Tại vị trí khe nứt ứng suất nén thớ bê tông kí hiệu b Gọi xtb chiều cao trung bình vùng chịu nén tb ứng suất trung bình thớ bê tông vùng chịu nén ta có mối quan hệ nh− sau: (7.3) víi ψb ≤ σtb = ψbσb Đồng thời thực nghiệm ngời ta xác định đợc quan hệ x xtb nh sau: x = x tb (1 − 0,7 ) 100 µ + (7.4) - T¹i tiÕt diƯn cã khe nøt, øng suất cốt thép có giá trị lớn bê tông tác dụng chịu kéo kí hiệu giá trị ứng suất max a Càng xa khe nứt ứng suất cốt thép giảm có truyền lực qua lại (thông qua lực dính) cốt thép bê tông vùng chịu kéo, hay bê tông chịu kéo phần cốt thép Khả chịu kéo bê tông cha đến trạng thái giới hạn Gọi giá trị trung bình ứng suất cốt thép chịu kéo σatb ta cã: (7.5) σatb = ψaσa Trong ®ã: ψa - hệ số xét đến làm việc chịu kéo bê tông nằm hai khe nứt a - Càng xa khe nứt ứng suất kéo bê tông tăng đạt giá trị cực đại tiết diện khe nứt 86 - Chấp nhận giả thiết tiết diện ngang thẳng góc víi mét dÇm quy −íc cã chiỊu cao vïng nÐn xtb, biến dạng tỉ đối vùng bê tông nén btb biến dạng tỉ đối cốt thép atb đợc xác định theo công thức sau: εatb = εbtb = σ atb Ea σ btb Eba =ψa σa Ea =ψb σb νEb (7.6) (8.7) Ng−êi ta thờng lấy b = 0,9 giá trị a đợc xác định tính toán - Tại tiết diện có khe nứt, biểu đồ ứng suất vùng bê tông chịu nén đợc coi nh hình chữ nhật nh hình vẽ (7.1) Cân mô men nội lực ngoại lùc ta cã: σa = Mc Fa Z1 (7.8) σb = Mc Fb Z1 (7.9) Trong ®ã: Fa - diƯn tÝch cèt thÐp chÞu kÐo Fb - diƯn tÝch vïng bê tông chịu nén Z1 - cánh tay đòn néi ngÉu lùc t¹i tiÕt diƯn cã khe nøt Trong trờng hợp có đặt cốt thép vùng chịu nén vùng chịu kéo, phải qui đổi diện tích cốt thép chịu nén Fa/ thành diện tích bê tông tơng đơng, đó: b = Mc Fbq Z1 (7.10) Trong ®ã: Fbq - DiƯn tÝch quy ®ỉi cđa vïng bê tông chịu nén n v Fbq = Fb + Fa/ (7.11) đây: n - tỷ số mô đun đàn hồi cốt thép bê tông n = Ea Eb - Hệ số đàn hồi đặc trng cho tính đàn hồi dẻo bê tông vùng nén, phụ thuộc vào độ ẩm môi trờng tính chất dài hạn, ngắn hạn tải trọng = 0,45 tải trọng ngắn hạn = 0,15 tải trọng dài hạn độ ẩm môi trờng lơn 40% 7.2.2.2 Độ cong trục dầm độ cứng dầm Xét đoạn dầm nằm hai khe nứt, khoảng cách hai khe nứt trục trung hoà ln bán kính cong trung bình đoạn dầm sơ đồ tính nh hình vẽ (7.2) Từ phép tính đồng dạng tam gi¸c ta cã: ln ρ = (ε atb + ε btb )ln h0 (7.12) Từ rút đợc độ cong trục dầm đợc xác định theo công thức sau: ρ = (ε atb + ε btb ) h0 (7.13) 87 .ln h0 ρ ε tbb ln εatb.ln (atb + btb)ln Hình 7.2: Sơ đồ xác định độ cong trục dầm Thay giá trị (7.6), (7.7) , (7.8), (7.9) vµo biĨu thøc (7.13) ta có độ cong trục dầm nh sau: Mặt khác = a = Mc a b ( + ) h0 Z1 Ea Fa νEb Fbq (7.14) M Nªn ta cã: B M M ψb = ( + ) từ ta suy đợc ®é cøng cđa dÇm B nh− sau: B h0 Z1 Ea Fa νEb Fbq c B= ψa Ea Fa h0 Z1 + ψb (7.15) νEb Fbq Tõ c«ng thøc (7.15) ta thấy độ cứng dầm BTCT phụ thuộc vào đặc trng hình học h0, Z1 tiết diện dầm, mà phụ thuộc vào tính chất đàn hồi dẻo bê tông Để tăng độ cứng cấu kiện (giảm độ võng) tăng chiều cao tiết diện có hiệu so với tăng diện tích cốt thép, tăng số hiệu bê tông hay tăng bề rộng tiết diện 7.2.2.3 Xác định diện tích quy đổi Fbq vùng bê tông chịu nén - Xác định chiều cao vùng bê tông chịu nén: Có thể xác định x thông qua công thức x = xtb (1 − 0,7 ) Tuy nhiªn nh phải 100 + sử dụng nhiều hƯ sè thùc nghiƯm Tiªu chn cho phÐp tÝnh chiỊu cao x theo c«ng thøc thùc nghiƯm víi tiÕt diƯn chữ I (Hình 7.3) nh sau: 88 Bc x hc σb σa Fa Z1 h h0 M c D hc a Fa Hình 9.3: Tiết diện chữ I sơ ®å øng suÊt ξ= x = h0 1,8 + + 5( L + T ) 10µn (7.16) Trong ®ã: Mc L= Rncbh 20 ; δ′ F E h/ T = γ ′(1 − ) ; δ ′ = c ; µ = a ; n = a ; γ ′ = bh0 Eb h0 n ( Bc − b)hc/ + ( ) Fa/ v bh0 §èi víi tiết diện chữ nhật hay chữ T có cánh nằm vïng kÐo, cho hc/ = Khi hc/ th× tính toán nh tiết diện chữ nhật có chiều rộng Bc h0 a Đối với tiết diện chữ nhật có kể đến cốt chịu nén Fa/ th× lÊy δ ′ = h0 a′ NÕu ξ < phải tính lại với điều kiện không kể ®Õn cèt thÐp Fa/ h0 ξ< BiÕt chiỊu cao t−¬ng đối vùng bê tông chịu nén xác định đợc diện tích bê tông quy đổi vùng nén (7.17) Fbq = ( + )bh0 7.2.2.4 Xác định cánh tay đòn Z1 Z1 khoảng cách từ trọng tâm cốt thép Fa đến điểm đặt hợp lực vùng nén tiết diện có khe nứt (tức lực D hình 7.3) Với giả thiết biểu đồ ứng suất vùng bê tông chịu nén có dạng hình chữ nhật, trị số Z1 đợc xác định theo c«ng thøc sau: Z1 = Sbq Fbq = n Fa′(h0 − a′) v (γ ′ + ξ )bh0 Sb + (7.18) Trong đó: Sbq - mô men tĩnh diện tích vùng nén đà đợc quy đổi với trục qua trọng tâm cốt chịu kéo Fbq - Diện tích bê tông quy đổi vùng nén Sau biến đổi ta có Z1 đợc xác định công thức sau: 89 ⎡ δ ′γ ′ + ξ ⎤ Z1 = ⎢1 − ⎥ h0 ⎣ 2(γ ′ + ) (7.19) 7.2.2.5 Xác định hệ số a Có thể xác định a theo công thức thực nghiệm sau: ψ a = 1,25 − S RkcWn ≤1 Mc (7.20) Trong đó: S - hệ số xét đến ảnh hởng tải trọng dài hạn loại cốt thép + Khi tải trọng ngắn hạn: S = 1,1 với cèt thÐp cã gê; S = 1,0 víi cèt trßn trơn + Khi tải trọng tác dụng dài hạn: S = 0,8 với loại cốt thép Wn - mô men kháng đàn hồi dẻo tiết diện quy đổi trớc nứt thớ chịu kéo cïng Bc σb σa Fa σa Fa hc Fa Mn h h0 x hc Fa bc R kc 2R kc Hình 7.4: Biểu đồ ứng suất tiết diện ngang trớc nứt Gọi Mn mô men mà tiết diện chịu đợc (khả chịu lực) trớc xt hiƯn vÕt nøt, cã thĨ viÕt: (7.21) Mn = RkcWn ChÊp nhËn biĨu ®å øng st tiÕt diện trớc nứt nh hình (7.4) (tức = 0,5 bê tông kéo = bê tông vùng vùng nén) giả thiết tiết diện phẳng, phơng trình hình chiếu lực lên phơng trục cấu kiện (sau tính giá trị b, a, a/ theo Rkc) xác định đợc chiều cao vùng chịu nén x theo c«ng thøc sau: ξ= bh + 2(1 − δ c′ ) Fc′ + 2(1 − δ ′ )nFa′ x = 1− h Fqd − Fc Trong ®ã: Fc/ = (Bc - b)hc/ Fc = (bc - b)hc ; δ c′ = hc′ a′ ; δ′ = 2h h Fqd = bh + Fc/ + Fc + n(Fa +Fa/) 90 (7.22) Viết phơng trình cân mô men nội ngoại lực trục song song cách mép tiết diện đoạn x/3 so sánh với (7.21) ta nhận đợc Wn theo c«ng thøc sau: h x h x F ′( x − 0,5hc′ ) x hc′ Wn = b(h − x)( + ) + Fc (h − c − ) + c ( − ) h−x (7.22) x x − a′ x + 2nFa (h0 − ) + 2nFa′ ( − a′) h−x Đối với tiết diện chữ nhật đặt cốt thép ®¬n: x bh = 1− = 1− h 2(bh + nFa ) 2(1 − nµ1 ) F Víi µ1 = a Tõ ®ã ta cã: bh h x x Wn = b(h − x)( + ) + 2nFa (h0 − ) ξ= (7.23) (7.24) Trong thực tế lấy gần giá trị = 1/2, công thức (7.22) có giá trị gần nh sau: (7.25) Wn = (0,292 + 0,75 + 0,15γ 1′)bh γ1 = Víi: (bc − b)hc + 2nFa ; bh γ 1′ = ( Bc b)hc + nFa bh Công thức (7.25) cho giá trị sai không đáng kể nà1 0,25 0,3 Đối với tiết diện chữ nhật không cã cèt thÐp (Fa = Fa/ = 0) ta cã = 1/2, Wn mang ký hiệu Wbn cã gi¸ tri nh− sau: (7.26) Wbn = (7/24)bh2 tøc mô men kháng đàn hồi dẻo lớn mô men đàn hồi 7/4 lần Cũng xác định Wn từ mô men kháng đàn hồi W0: (7.27) Wn = γW0 Trong ®ã: γ - hƯ sè kĨ ®Õn biến dạng không đàn hồi bê tông vùng kéo phụ thuộc vào hình dạng tiết diện Trị số γ cho phơ lơc 10 7.2.8 TÝnh ®é dầm 7.2.8.1 Dầm đơn giản có tiết diện không đổi Sơ đồ tính toán thể nh hình vẽ (7.5) P1c P2c a) l c c b) M 1= M max c) B 1= B Hình 7.5: Độ cứng độ cong dầm đơn giản a) sơ đồ tải trọng b) sơ đồ mô men c) sơ ®å ®é cøng d) s¬ ®å ®é cong d) c c M 1/ B M 2/ B 91 Độ cứng B dầm không phụ thuộc vào kích thớc tiết diện bê tông, diện tích cốt thép mà phụ thuộc vào độ lớn tải trọng Nh vậy, cho dù dầm có tiết diện cốt thép dọc không đổi dọc theo trục nó, mô men tải trọng thay đổi độ cứng B dầm thay đổi, nên độ cứng dầm đợc xác định dựa vào giá trị mô men cực đại Ví dụ dầm đơn giản nhịp l, chịu tải trọng phân bố q, độ võng f nhịp đợc tính theo công thức sau: 5ql M max f = = ( )l 384 B 48 B (7.28) Trong ®ã: Mmax = ql2/8 Đối với dạng dầm tải träng kh¸c cã thĨ biĨu diƠn mét c¸ch tỉng qu¸t nh− sau: f =β M max l B (7.29) Trong ®ã: β - hƯ sè phơ thc sơ đồ dầm sơ đồ tải trọng Chú ý: M max = độ cong dầm däc theo trơc cđa nã h×nh(7.5d) Cã thĨ B tính đợc độ võng tiết diện cách tính mô men tiết diện dầm ảo tải trọng M/Bmin gây theo phơng tải trọng ảo 7.2.8.2 Dầm liên tục Đối với dầm liên tục, ngời ta xem độ cứng không thay đổi đoạn dầm có mô men dấu Độ cứng dầm đợc xác định dựa vào giá trị mô men lớn tác dụng đoạn dầm a) c c M4 M2 b) c M1 c c M3 B2 B4 M5 c) B1 c B3 c B5 M 4/B M 2/B d) c c M 1/B M 3/B c M 5/B Hình 7.6: Sự thay đổi độ cứng độ cong dọc theo dầm liên tục a) Sơ đồ dầm ; b) Sơ đồ mô men ; c) Sơ đồ độ cứng ; d) Sơ đồ độ cong 7.2.8.3 Độ võng toàn phần dầm Độ võng toàn phần dầm độ võng tải trọng ngắn hạn tải trọng dài hạn gây Theo tiêu chuẩn thiết kế, độ võng toàn phần đợc xác định nh sau: (7.30) f = f1 - f2 + f3 Trong đó: f1 - độ võng tác dụng ngắn hạn toàn tải trọng gây f2 - độ võng tác dụng ngắn hạn tải trọng dài hạn f3 - độ võng tác dụng dài hạn tải trọng dài hạn 92 Khi tính f1 f2 giá trị a phải ứng với tính chất ngắn hạn tải trọng, tính f3 giá trị a ứng với tính chất dài hạn tải trọng Sau tính đợc độ võng f, tiêu chuẩn thiết kế yêu cầu điều chỉnh (tăng giảm) để xét đến sai lệch thi công ảnh hởng lực cắt 7.3 Tính bề rộng khe nứt 7.3.1 Đặc điểm Đối với cấu kiện bê tông cốt thép nói chung, khe nứt xuất biến dạng ván khuôn, co ngót bê tông, thay đổi nhiệt độ độ ẩm, tác dụng tải trọng tác động khác Khi bê tông xuất ứng suất kéo vợt giới hạn cờng độ chịu kéo bê tông bê tông bắt đầu nứt thời điểm nứt, mắt thờng khó nhận đợc, bề rộng khe nứt từ 0,005mm trở lên thấy đợc Khe nứt làm cho bê tông khả chống thấm, cốt thép bê tông bị ăn mòn tác dụng xâm thực môi trờng Tuy nhiên khe nứt xuất nguy hiểm, có tải trọng tác dụng cho phép không cho phép xuất khe nứt Theo tiêu chuẩn thiết kế, khả chống nứt kết cấu đợc chia thành ba cấp phụ thuộc vào điều kiện làm việc chúng loại cốt thép đợc dïng CÊp I: Kh«ng cho phÐp xt hiƯn khe nøt Cấp II: Cho phép có khe nứt ngắn hạn với bề rộng hạn chế, tải trọng ngắn hạn tác dụng khe nứt phải khép kín trở lại CÊp III: Cho phÐp khe nøt víi bỊ réng h¹n chế Những yêu cầu chi tiết chống nứt cho phơ lơc 11 7.3.2 BỊ réng khe nøt trªn tiết diện thẳng góc 7.3.2.1 Công thức tổng quát an Bề rộng khe nứt vị trí cốt dọc đợc xác định từ điều kiện hình học sau đây: dộ giÃn dài thớ bê tông ngang tÇm cèt däc céng víi bỊ réng khe nøt b»ng độ giÃn dài cốt dọc nh hình 7.7: atbln = an + ∆ bk (7.31) an/2 bk +ln a.ln+ln Hình 7.7: Sơ đồ khe nứt 93 an/2 Trong đó: atb - biến dạng trung bình cốt dọc ln - khoảng cách hai khe nứt an - bỊ réng khe nøt ∆bk - ®é gi·n cđa thí bê tông ngang tầm cốt dọc Vì độ giÃn bk bê tông chịu kéo bé so với ®é gi·n cđa cèt thÐp däc, ®ã cã thĨ bá qua Nh− vËy c«ng thøc bỊ réng khe nøt cã d¹ng: a n = ε atb l n (7.32) Trong đó: (7.33) atb = aa/Ea Với a ứng st cđa cèt thÐp ë tiÕt diƯn cã khe nøt Thay vµo biĨu thøc (7.32) ta cã: (7.34) an = ψa(σa/Ea)ln Tõ (7.34) cã thĨ thÊy r»ng bỊ réng khe nøt sÏ lín nÕu øng st lµm viƯc cđa cèt thép lớn khe nứt cách xa Đối với cấu kiện chịu uốn giá trị a a đợc xác định giống tính độ võng 7.3.2.2 Khoảng cách khe nứt Xét dầm có trị số mômen uốn không đổi Khi ứng suất kéo bê tông đạt đến trị số tới hạn Rkc khe nứt xuất tiêt diện mà bê tông chịu kéo yếu Tại vị trí có khe nứt, ứng suất kéo bê tông không, ứng suất kéo cốt thép an nh hình (7.8) Càng xa tiết diện bị nứt, ứng suất kéo bê tông tăng dần có truyền lực từ cốt thép sang bê tông thông qua lực dính, ứng suất cốt thép giảm dần Tại tiết diện mà ứng suất kéo bê tông đạt tới Rkc lại xuất khe nøt míi M M c c a) ln σan H×nh 7.8: Sơ đồ ứng suất bê tông cốt thÐp chiu kÐo sau xuÊt hiÖn khe nøt σak b) a) Sơ đồ khe nứt; b), c), d) ứng suất cốt thép, bê tông lực dính sau xuất khe nứt thứ bên trái f) ứng suất cốt thép, bê tông sau có vết nứt thứ bên phải Rkc c) d) a1 e) bk f) Quá trình xuất khe nøt cø tiÕp tơc nh− vËy Gäi ln lµ khoảng cách khe nứt, tức khoảng cách từ khe nứt đến tiết diện gần mà ứng suất kéo bê tông đạt đến Rkc Tại tiết diện mà ứng suất kéo bê tông đạt giá trị Rkc ứng suất cốt thép là: 94 xây dựng có dạng chữ I, hình vuông, hình chữ nhật, thép góc, v.v Việc dùng loại thép tuỳ thuộc vào đặc điểm công trình nh làm việc liên kết phận kết cấu công trình Hình dạng mặt cắt ngang thép dùng xây dựng đợc thể nh hình vẽ Hình 10.7: Một số dạng mặt cắt ngang thÐp dïng x©y dùng 10.8.2 KÕt cÊu thÐp làm dàn khung Kết cấu thép dạng khung dàn dạng thông dụng xây dựng ngày Kết cấu dạng khung dàn thực chất dạng kết cấu kết hợp từ nhiều kết cấu thép dạng thanh, lại với để tạo nên kết cấu có kích thớc khối theo hai phơng ngang dọc lín TiÕt diƯn ngang c¸c cã thĨ cã tiÕt diện bất kỳ, kết cấu khung thép đợc sử dụng nh hình 10.1 chúng dạng khung cầu thép, khung kết cấu mái vòm sân vận động nh hình vẽ a) b) Hình 10.8: Kết cấu thép dạng khung xây dựng a) kÕt cÊu cÇu thÐp; b) kÕt cÊu thép mái vòm sân vận động 141 Hình 10.9: Một số mặt cắt ngang nhà dạng khung thép Khi kết cấu thép sử dụng nhà có chiều ngang lớn ngời ta phải sử dụng thêm để gia cờng cho kết cấu thép phần mái phần cột kết cấu nh hình vẽ 10.10 142 a) b) c) Hình 10.10: Một số dạng mặt cắt ngang dạng dàn thép kết cấu nhá a) Có cột giữa; b) Có xiên gia cờng nửa chiều rộng nhà; c) Có hai xiên gia cờng hai bên cột trụ đỡ dầm ngang Kết cấu thép đơn đợc dùng làm dầm đơn hệ thống sàn mái, kèo kết cấu sàn mái kết cấu dân dụng nhà cửa nh kết cấu cầu thép Việc dùng kết cấu sàn mái thép có u điểm kết cấu cần kết cấu gỗ, chiều dài lớn sử dụng đợc phải nối kết cấu để tạo nên kết cấu dầm cã chiỊu dµi lín mµ sư dơng kÕt cÊu gỗ không thực đợc Dầm dùng xây dựng nhà thờng thép chữ I, thép góc L thép ống, thép hình chữ [ thép chữ Hv.v Việt Nam đa số dùng loại thép góc để làm kết cấu sàn mái công trình xây dựng dân dụng Hình 10.11: Ví dụ mặt cắt ngang dầm thép kÕt cÊu d©n dơng KÕt cÊu thÐp cã thĨ dïng làm cột đỡ nhà dân dụng, cột điện cao dạng đơn dạng liên kết để tạo thành khung, dầm Khi kết cấu có chiều cao lớn kết cấu đa số đợc liên kết lại với để tạo thành dạng khung 143 Hình 10.12: Ví dụ cột nhà xởng liên kết thép a) Dạng đơn; b) dạng tiết diện lớn; c) , d) Dạng thép liên kết với xiên tăng cờng 10.8.3 Liên kết kết cấu thép xây dựng Ngày nay, sử dụng kết cấu thép xây dựng ngời ta phải tiến hành liên kết kết cấu lại với Để liên kết kết cấu lại ngời ta sử dụng liên kết để cố gắng tạo kết cấu có nhịp lớn, vị trí có mối nối ngời ta cố gắng đặc tính vật liệu có tính liên tục, gần liên tục nhằm tăng khả chịu lực giảm tợng tập trung ứng suất kết cấu Để liên kết ngời ta sử dụng số dạng liên kết sau: - Liên kết hàn: Liên kết hàn thờng đợc sử dụng kết cấu có diện tiếp xúc lớn Ưu điểm phơng pháp hàn tạo đợc kết cấu tơng đối đồng đều, nhiệt độ hàn làm cho kết cấu bền Nhợc điểm dùng nhiệt độ gây cháy, bỏng an toàn thi công 144 Hình 10.13: Ví dụ liên kết hàn kết cấu kèo nhà dân dụng Hình 10.14: Hàn góc hàn đối đầu có dùng đệm xây dựng - Liên kết bulông chốt ren: Việc liên kết bu lông ngày hay đợc sử dụng Việc sử dụng bulông chốt có u điểm không chốt chặt kết cấu có khả có chuyển vị nên kết cấu ban đầu cần tính chuyển vị có lợi Việc dùng bu lông ren thi công đơn giản Tuy nhiên có nhợc điểm cần phải gia công tạo lỗ ren để lắp bu lông lại làm giảm tính chất kết cấu, bu lông phải chế tạo theo yêu cầu lắp đặt 145 Hình 10.15: Ví dụ liên kết bulông hàn dầm cột a), b) Liên kết bulông; c),d) Liên kết hàn Hình 10.16: Ví dụ dạng liên kết bulông đinh tán xây dựng 146 a) b) Hình 10.17: Liên kết cột với dầm ngang a) Liên kết tựa; b) Liên kết tựa có sử dụng liên kết hàn - Liên kết đinh tán: Liên kết đinh tán thông thờng đợc dùng với kết cấu có mặt lớn hay kết hợp với liên kết bulông Việc dùng đinh tán có mối nối liên tục bề mặt tơng đối đẹp hai đoạn kết cấu cần nối, nhiên gây khó khăn cho việc sử lý đầu đinh phải dùng nhiệt tán bịt kín Ngoài ngày ngời ta dùng liên kết dán keo kết cấu thép lại với Việc liên kết dán đợc thực với việc dùng chất keo dán bề mặt cần liên kết, việc dùng keo dán tiết kiệm đợc việc gia công hàn độc hại an toàn, đỡ chi phí vật liệu thép để hàn nối, đơn giản trình thi công Tuy nhiên chất keo dán ngày có tính độc tố nên việc dán keo phải có quy trình cụ thể tỉ mỉ trớc thi công nh trình thử khả chịu lực kết cấu 147 10.9 Kết cấu thép xây dựng công trình ngầm 10.9.1 Khái niệm chung Kết cấu thép đợc sử dụng rộng rÃi để làm kết cấu chống giữ công trình ngầm, việc sử dụng kết cấu thép có −u ®iĨm sau: - HƯ sè phÈm chÊt thÊp - Khả chịu lực cao mà kích thớc mặt cắt ngang lại nhỏ gọn - Độ xác cao, khả chịu lực tơng đối đồng theo ba chiều nên làm việc kết cấu ổn định - Khi làm việc giới hạn bền kết cấu chuyển sang chế độ dẻo nên có tính ổn định cao - Có khả chịu biến dạng lớn đồng theo phía, khả chịu tải nhận biến dạng dẻo tơng đối lớn - Có thể chịu tải trọng tập trung hay thay đổi Tuy nhiên kết cấu chống giữ kim loại bộc lộ số nhợc điểm: - Là loại vật liệu nặng, nên nhiều trờng hợp phải lắp ghép trang thiết bị giới - Công việc lắp ghép khó khăn đặc biệt trình sử lý chỗ nối, liên kết Để chống giữ đờng lò mỏ ngời ta thờng dùng kim loại cán nóng gồm thép bon số thép hợp kim khác Tiết diện ngang kim loại làm vật liệu chống giữ chữ I, [, thép ống, thép chữ nhật thép lòng mángv.v Hình 10.18: Thép chữ H đợc uốn để sử dụng chống giữ CTN Vật liệu kim loại chống giữ cã thĨ chia lµm nhãm sau: - Nhãm không lắp lẫn: không đợc lồng ghép vào - Nhóm lắp lẫn: đợc lồng ghép vào nhau, có khả chịu lực cao nh hình vẽ nhiên chiều cao kết cấu tăng lên 148 a) b) Hình 10.19: Thép lòng máng sử dụng chống gi÷ CTN a) Khi ch−a chèng; b) chèng gi÷ CTN đất đá yếu Hình 10.20: Liên kết phần cột phần vòm kết cấu chống CTN - Nhóm lắp đặc biệt: diện tích tiết diện lớn, diện ma sát tăng lên nh hình vẽ H 10.20 Việc liên kết chống dùng mối liên kết kim loại liên kết cứng, tựa đơn, khớp Để liên kết chống với bên cạnh văng gỗ làm nhiệm vụ chống đỡ, để tăng khả chịu uốn dọc phải dùng thêm giằng dọc để làm nhiệm vụ cố định khoảng cách chống với theo chu tuyến công trình ngầm vị trí kết cấu chống dễ bị uốn dọc nhất, thờng vị trí đợc chọn tùy thuộc vào hình dạng biểu đồ mô men cột chống đỉnh Tiết diện ngang tơng đối nhỏ Tại chân khung chống phải có đệm thép phẳng cong Ngày dới phát triển khoa học kỹ thuật, việc sử dụng thép nh ngời ta sử dụng hệ thống thép, thờng dạng liên kết thành khung để tăng khả chịu lực tạo đợc khoảng hở để thuận tiện cho việc thi công kết cấu bê tông phun, bê tông liền khối 149 Hình 10.21: Thép khung dạng vòm đợc chế tạo xởng Hình 10.22: Hình dạng số loại khung thép đợc dùng làm kết cấu chống giữ Hình 10.23: Ví dụ hình dạng, đặc tính thép hàn khung dạng tam giác 150 Hình 10.24: dạng thép khung chữ H Hình 10.25: Việc thi công lắp dựng thép dạng khung thực tế Thép đợc sử dụng làm kết cấu ván khuôn thi công vỏ chống công trình ngầm bê tông liền khối, kết cấu chống tạm làm cốt thép kết cấu chống giữ công trình ngầm neo bê tông phun sợi thép,để định vị thiết bị dẫn nớc, khí nén treo ống gió trình thi công xây dựng công trình ngầm Hình 10.26: Thép sử dụng làm cốp pha xây dựng công trình ngầm 151 Hình 10.27: Cốp pha dạng xây dựng công trình ngầm phơng pháp hở a) b) Hình 10.28: Thép chống làm cốt thép a) Thép chống giữ CTN dạng ống tròn cho đờng tròn dạng tiết diện tròn b) Thép đợc sử dụng làm cốt thép kết cấu chống giữ CTN 10.9.2 Cấu tạo kết cấu thép Để liên kết xà cột ngời ta dùng nhiều kiểu liên kết với nhau, đơn giản liên kết tựa đơn (hình vẽ 10.29) nẹp hình vẽ 152 P P Hình 10.29: Một số dạng liênkết tựa đơn kết cấu thép Liên kết đầu xà đầu cét ng−êi ta cã thĨ dïng mèi ghÐp b»ng b¶n nĐp nh− h×nh vÏ H.10.30: B B-B B H×nh 10.30: Liên kết nẹp kết cấu thép Khi dùng liên kết nẹp có u điểm kết cấu có tính chất liên tục cao lắp giáp dễ dàng Nhng có nhợc điểm vị trí liên kết tính chuyển vị, linh hoạt kết cấu lại Kết cấu không chịu đợc vặn ngang, mối liên kết ổn định, mối liên kết cho phép chuyển vị cách tạo lỗ lắp bulông rộng Liên kết tựa: việc liên kết xà cột tựa có hai cách tựa không cho phép xoay tơng đối xà cột (hình vẽ 10.30) tựa khớp loại liên kết cho phép xoay, có chuyển vị cho phép tơng đối xà cột chống (hình vẽ 10.31) 153 a) b) c) Hình 10.31: Một số liên kết tựa kết cấu thép a), b) không cho phép chuyển vị xoay; c) cã cho phÐp chun vÞ xoay Trong thùc tÕ sư dơng khung chèng b»ng thÐp h×nh thang, hình chữ nhật đờng lò thờng tồn tơng đối lâu, tiết diện nhỏ, trình độ thi công, gia công hạn chế Chân cột kết cấu thép hình thang hay hình chữ nhật có tựa phẳng tựa cong để ôm lấy dầm dọc Do đặc điểm cột chống có khả bị uốn dọc theo chiều dài cột nên vị trí bị uốn nhiều ngời ta sử dụng văng ngang để liên kết cột chống Cũng thay bu lông liên kết móc thép, nhiên trờng hợp dùng móc thép không đợc sử dụng rộng rÃi không ổn định nên thực tế ngời ta thờng sử dụng bulông để liên kết văng cột chống nhiều Để chống giữ đờng lò có đờng cong, hình vòm ngời ta thờng sử dụng loại thép lòng máng, chữ I, đờng ray Trong thép lòng máng thờng đợc sử dụng chống linh hoạt hình dáng kích thớc, để nối cấu kiện lại với ngời ta sử dụng kiểu liên kết khác nhau: + Liên kết nẹp bulông (hình vẽ 10.32) Hình 10.32: Ví dụ liên kết thép nẹp bulông Loại liên kết dùng vị trí kết cấu Tuy nhiên loại liên kết không cho phép chuyển vị xoay nên tính linh hoạt kích thớc bị hạn chế 154 + Liên kết ống lồng: Đây loại liên kết cho phép kết cấu có khả linh hoạt kích thớc chu vi đặc điểm hai đầu hai phần liên kết nhỏ chúng đợc lồng vào với + Trờng hợp đặc biệt để sử dụng thép lòng máng để có khả linh hoạt kích th−íc ng−êi ta dïng liªn kÕt èng lång céng víi gông (liên kết ma sát) nh hình vẽ 2600 2760 2870 1200 Vị trí văng 160 300 400 630 315 1200 1900 1300 3200 3700 Hình 10.33: Đờng hầm chống thép SVP Hình 10.34: Liên kết gông Liên kết linh hoạt kích thớc có khả điều tiết nhân tạo làm việc đợc mặt trợt hai kết cấu song song với dọc trục vị trí mô men uốn nhỏ lực dọc trục lớn Thực tế đờng lò hình vòm vị trí liên kết linh hoạt thờng đợc thiết kế hai vai (hình vẽ 10.33) số trờng hợp để tăng ma sát sử dụng gông gần chân cột Mối liên kết ma sát, linh hoạt kích th−íc cã thĨ thu nhá chu vi tõ 10 - 25% đạt đợc từ 30 -35cm dùng liên kết ma sát gần chân cột Khi sử dụng khung chống đặt cách quÃng ngời ta dùng văng để định vị, giằng đợc bố trí nơi có khả bị biến dạng ngang thực tế giằng thờng đợc bố trí khoảng hai bên tờng đỉnh đờng lò nh hình vÏ H.10.33 155 ... sử dụng bên công trình ngầm Kết cấu gia cố, bảo vệ bê tông bê tông cốt thép đợc sử dụng rộng rÃi xây dựng công trình ngầm mỏ Vỏ chống bê tông bê tông cốt thép đợc dùng để chống công trình ngầm... cốt 12 - 20 mm, dùng cốt tròn trơn đờng kính cốt 14 - 22 mm Đôi ngời ta dùng - rÃnh cáp đoạn cáp trục cũ đà đợc chải dầu mỡ làm cốt thép Bê tông thờng có mác 300 400 cốt liệu lớn Kết cấu neo bê. .. dụng vỏ bê tông cốt thép liền khối với trần phẳng, vỏ chống bê tông cốt thép liền khối có kết cấu tơng tự nh vỏ bê tông liền khối, nhng bên có đặt cốt thép Cốt thép cốt mềm, cốt cứng cốt hỗn