Giáo trình kết cấu bê tông cốt thép

CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CƠNG TRÌNH 1.1 Khái niệm kết cấu cơng trình Kết cấu cơng trình phận kết cấu để tạo nên cơng trình xây dựng Kết cấu cơng trình bao gồm từ phận, cấu kiện riêng lẻ sau chế tạo, lắp ghép lại với để tạo nên phận công trình Tùy theo đặc thù, tính chất cơng trình khác mà tính chất, đặc thù cấu kiện cơng trình khác Cơng trình có tuổi thọ cao kết cấu cơng trình phải đảm bảo tính chịu lực cao Trong xây dựng dân dụng cơng nghiệp kết cấu cơng trình phần như: cột, dầm , xà, móng, giằng, tường… Trong xây dựng cơng trình ngầm mỏ kết cấu cơng trình phận kết cấu chống giữ như: cột, xà, vịm, vỏ liền khối, neo, bê tơng phun… Cơng trình xây dựng ngày xây dựng nhiều phát triển quy mô rộng rãi Kết cấu công trình phận khơng thể thiếu thiết kế tính tốn cơng trình Tùy thuộc vào đặc điểm tính chất cơng trình khác mà kết cấu cơng trình khác Những cơng trình có tuổi thọ lớn kết cấu cơng trình phải có tuổi thọ lớn, cơng trình có kiến trúc thẩm mỹ cao việc liên kết lựa chọn dạng kết cấu công trình phải tiến hành cách cẩn thận Các liên kết kết cấu phải xử lý cách triệt để để tạo nên kết cấu có tính thẩm mỹ cao Để đảm bảo độ ổn định làm việc kết cấu chọn lựa phải tính tốn thiết kế cách tỉ mỉ 1.2 Phân loại kết cấu cơng trình 1.2.1 Theo đặc tính cơng trình Tùy theo đặc tính kết cấu cơng trình người ta chia kết cấu cơng trình dân dụng, cơng trình cơng nghiệp, cơng trình ngầm - Kết cấu cơng trình dân dụng cơng nghiệp: Đây cơng trình ta thường gặp đời sống hàng ngày, kết cấu kết cấu nhà dân, nhà công nghiệp Các liên kết phận nhà, cơng trình xây dựng dân dụng khác kết cấu thép, cầu bê tông cốt thép, kết cấu thép xây dựng, kết cấu gỗ xây dựng, kết cấu gạch đá xây dựng dân dụng Đặc điểm loại kết cấu cơng trình xây dựng bề mặt, có điều kiện khơng gian thi cơng rộng rãi, áp dụng máy móc, giới thi cơng Mỗi loại kết cấu có đặc điểm riêng tùy theo cơng trình cụ thể mà kết cấu phù hợp chọn - Kết cấu cơng trình ngầm mỏ: Bao gồm kết cấu để chống giữ đường hầm, đường lị phục vụ khai thác khống sản, thủy lợi, giao thơng vận tải vv Đặc điểm nhóm cơng trình thi công điều kiện chật hẹp tiến hành mặt đất nên chịu tác động điều kiện địa chất, địa chất thủy văn đến kết cấu cơng trình Do đó, phải có u cầu, phương pháp tính tốn riêng biệt 1.2.2 Theo vật liệu - Kết cấu cơng trình kim loại: kết cấu có tính chịu lực tốt theo hai phương nên sử dụng rộng rãi để làm kết cấu xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Thép sử dụng để làm dàn mái, công dàn nhà công nghiệp, làm kết cấu chống, ván khuôn, dây cáp, làm kết cấu cầu thép…Do đặc tính thép có tính dẻo lớn nên kết cấu thép dùng làm kết cấu có tính chịu biến dạng lớn Ngồi cơng trình có nhịp lớn người ta thường sử dụng thép ứng suất trước để tăng khả chịu lực cho kết cấu Trong xây dựng công trình ngầm mỏ, kết cấu thép sử dụng làm khung chống, vỏ chống…Do đặc điểm riêng cơng trình ngầm nên kết cấu thép phải chịu áp lực cao đất đá nên thường sử dụng thép hình chữ I, C hay thép lịng máng làm kết cấu chống - Kết cấu cơng trình bê tơng, bê tông cốt thép:Được sử dụng rộng rãi làm kết cấu chịu lực xây dựng Thành phần kết cấu bê tông bê tông cốt thép cốt liệu hỗn hợp hồ tạo nên nước xi măng Vì bê tơng có tính chịu nén lớn tính chịu kéo lại thấp nên tăng khả chịu kéo chịu lực bê tông người ta thêm cốt thép vào bê tông để tao nên kết cấu bê tông cốt thép Sở dĩ sử dụng bê tơng cốt thép để chịu lực kết cấu bê tông cốt thép mà không dùng vật liệu khác vì: +) Bê tơng có lực dính, dính chặt cốt thép với bê tông Bê tông làm nhiệm vụ truyền lực phân bố lực cho cốt thép kết cấu làm việc +)Bê tông cốt thép phản ứng hóa học với nhau, khơng bê tơng cịn bao bọc bảo vệ cho cốt thép khỏi tác nhân mơi trường bên ngồi +)Hệ số dãn nở nhiệt bê tơng bê tơng cốt thép gần ( hệ số dãn nở nhiệt bê tơng α = (1÷1,5).10-5/độ thép α = 1,2.10-5/độ) Khi nhiệt độ thay đổi 100oC khơng gây ứng suất kết cấu bê tông cốt thép Trong xây dựng cơng trình ngầm mỏ, bê tơng bê tơng cốt thép sử dụng làm vỏ chống tạm thời vỏ chống cố định cho đường lò đường hầm Kết cấu chống bê tông, bê tông cốt thép chế tạo trước lắp dựng đổ chỗ - Kết cấu gỗ: Kết cấu gỗ sử dụng từ vật liệu gỗ tự nhiên, gỗ dùng thường từ nhóm IV đến nhóm VI, gỗ nhóm VII nhóm VIII muốn sử dụng phải qua chế biến Gỗ sử dụng kết cấu chịu lực khung, cột, kèo nhà gỗ sử dụng làm trang trí bậc cầu thang nhà dân dụng, làm sàn nhà nhà dân dụng công nghiệp Trong xây dựng cơng trình ngầm mỏ, gỗ thường sử dụng làm khung chống mỏ hầm lò - Kết cấu khối xây gạch đá: Với cơng trình có đặc tính kỹ thuật khơng q cao, điều kiện sử dụng, trang trí khơng q tốn kém, điều kiện cho phép người ta cịn sử dụng kết cấu khối xây gạch đá Kết cấu khối xây gạch đá thường sử dụng tường bao, sườn đê để tránh tác động sóng, cổng nhà dân dụng, để trang trí bể bơi, tường khu vực cảnh dân sinh… Trong xây dựng cơng trình ngầm mỏ sử dụng gạch đá để xây dựng phần cửa lò hay xây dựng vỏ chống cố định 1.2.3 Theo dạng kết cấu - Kết cấu dạng thanh: Kết cấu dạng kết cấu có kích thước mặt cắt ngang nhỏ nhiều so với chiều dài kết cấu Kết cấu dạng thấy xây dựng nhà dân dụng, chống, liên kết kết cấu khung dàn giáo xây dựng… - Kết cấu dạng vỏ: Kết cấu dạng vỏ thường tấm, ghép sát lại với để tạo nên vỏ bao bọc không gian sử dụng cần thiết phía trong, vỏ kết cấu có tính liên tục, liền kề Kết cấu dạng vỏ vỏ kết cấu mái dạng vòm, lớp kết cấu vỏ chống giữ cơng trình ngầm, vỏ tạo nên từ liền khối tạo nên từ việc lắp ghép lại với - Kết cấu dạng khung: Kết cấu dạng khung kết cấu tạo nên từ thanh, tấm, vỏ thông qua việc liên kết chúng không gian Kết cấu dạng khung đa dạng phong phú, dạng khung thép sử dụng nhiều nhà, xưởng công nghiệp nay, kết cấu khung bê tông đúc sẵn - Kết cấu dạng tấm, bản: Kết cấu dạng tấm, kết cấu mà có chiều dày nhỏ chiều rộng nhiều lần, có tính chất liên tục liền kề Kết cấu dạng thường sàn nhà dân dụng, công nghiệp bê tông bê tơng cốt thép, thép lắp ghép đổ liền khối với bê tông bê tông cốt thép, đan bê tông cốt thép… Câu hỏi chƣơng 1, Khái niệm kết cấu cơng trình xây dựng 2, Phân loại kết cấu cơng trình theo đặc tính cơng trình 3, Phân loại kết cấu cơng trình theo vật liệu cơng trình 4, Phân loại kết cấu cơng trình theo kết cấu cụng trỡnh Chơng Kết cấu bê tông cốt thép 2.1 Khái niệm kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) BTCT loại vật liệu xây dựng, đợc chế tạo từ loại vật liệu khác tính bê tông thép cộng tác chịu lực với kết cấu Bản thân bê tông đợc chế tạo từ tổ hợp ba thành phần là: cốt liệu, chất dính kết dung môi Ngoài thành phần hỗn hợp bê tông có thêm chất phụ gia, chất độn để rắn trở thành thứ đá nhân tạo có khả chịu lực cao Cốt liệu dùng để chế tạo bê tông thờng cát, đá dăm, cuội, sỏi Tính chất, hình dạng, mức độ mật độ thành phần hạt cốt liệu có ảnh hởng nhiều đến chất lợng hỗn hợp bê tông Cốt liệu có cạnh sắc nhọn cạnh nh đá dăm khả liên kết với chất dính kết tốt bề mặt cốt liệu trơn, độ nhám nh cuội sỏi Chất dính kết dùng bê tông có tác dụng liên kết hạt cốt liệu truyền lực hạt cốt liệu hỗn hợp bê tông lại với Khi chất dính kết xi măng ta có bê tông xi măng hay bê tông thông thờng, chất dính kết bitum ta có bê tông át phan chất phụ gia đa vào hỗn hợp bê tông làm cải thiện tính chất bê tông, phù hợp với điều kiện thi công làm việc kết cấu bê tông sau này: nh chất phụ gia đông cứng nhanh sử dụng chế tạo cấu kiện bê tông không cho phép kéo dài thời gian đông cứng hỗn hợp bê tông, chất phụ gia siêu dẻo tăng độ dẻo, tính linh động hỗn hợp bê tông, giảm nứt nẻ bê tông, phụ gia ngăn cách nớc chống thấm chế tạo kết cấu bê tông không chịu nớc v.v Ngoài trình đa chất độn nh tro bay, hỗn hợp silika siêu mịn, sỉ nhiệt điện v.v, làm tăng thay đổi tính chất lý khả chịu lực kết cấu bê tông Bê tông xi măng loại vật liệu thông dụng có khả chịu lực cao dễ chế tạo có khả tận dụng đợc nguyên vật liệu địa phơng Tuy nhiên khả chịu kéo bê tông lại thấp so với khả chịu nén, để tăng cờng khả chịu kéo bê tông cho cân với khả chịu nén, tận dụng vật liệu ngời ta tiến hành đa cốt thép vào bê tông từ bê tông cốt thép đời Khác hẳn với tính chất bê tông thép loại vật liệu có khả chịu nén tốt Để tăng khả làm việc kết cấu BTCT chịu kéo, nh tiết kiệm đợc vật liệu bê tông giảm đợc tiết diện ngang kết cấu, ngời ta đà đa cốt thép vào bê tông để bê tông cốt thép đồng thời làm việc kết cấu bê tông cốt thép Thông thờng cốt thép đợc bố trí miền chịu kéo kết cấu Tuy nhiên thép có tính chất chịu nÐn rÊt tèt, nªn thùc tÕ tuú theo yªu cầu cấu tạo nh tính chất thi công dễ yêu cầu sử dụng mà nhiều trờng hợp ngời ta bố trí cốt thép miền chịu nén cấu kiện 2.2 u nhợc điểm kết cấu BTCT Ưu điểm: + Có khả tận dụng đợc nguyên vật liệu địa phơng nh: Xi măng, cát, sỏi nhờ tiết kiệm đợc nguyên vật liệu thép + Có khả chịu lực cao hẳn so với kết cấu khối xây gạch đá, gỗ bê tông thông thờng Có khả chịu tải trọng động tốt + Tính kinh tế cao, phải tu bảo dỡng sửa chữa lớn + Có tính chịu lửa tơng đối cao + Dễ tạo hình dáng cấu kiện theo yêu cầu, kiến trúc nhờ hệ thống ván khuôn sử dụng BTCT đổ chỗ đúc sẵn theo yêu cầu Nhợc điểm + Tự trọng thân kết cấu BTCT lớn nên khó chế tạo đợc cấu kiện có nhịp lớn, vật liệu làm ván khuôn phải có tính chịu lực cao Để hạn chế đợc điều ngời ta dùng bê tông nhẹ BTCT dự ứng lực + Tính cách âm, cách nhiệt kém: mà ngời ta hay dùng bê tông có lỗ rỗng, bê tông bọt để tăng khả cách âm cách nhiệt cho kết cấu + Công tác thi công đổ bê tông chỗ khó khăn phức tạp, khó kiểm tra chất lợng nh phụ thuộc nhiều vào yếu tố môi trờng thi công Do đòi hỏi phải có biện pháp tính toán thiết kế đa dự báo sớm điều kiện thi công kết cấu + Bị nứt dới tác dụng tải trọng nên làm giảm chất lợng, khả chịu lực nh làm tính thẩm mỹ, mỹ quan kiến trúc công trình Để hạn chế điều cần phải tính toán, bố trí cốt thép cách hợp lý kết cấu sử dụng BTCT đổ chỗ 2.3 Phân loại kết cấu BTCT Ngày để phân loại kết cấu BTCT ngời ta có nhiều cách phân loại khác Có thể phân loại BTCT theo cách nh sơ đồ dới Bê tông cốt thép Dạng liên kết cốt thép Theo phơng pháp thi công Bê tông cốt thép liền khối Bê tông cốt thép lắp ghép Bê tông cốt thép bán lắp ghép Bê tông phun cốt thép Bê tông cốt thép liền Bê tông cốt thép dạng rời Hình 2.1 Sơ đồ phân loại kết cấu BTCT Theo trạng thái ứng suất cốt thép Bê tông cốt thép thông thờng Bê tông cốt thép ứng suất trớc 2.3.1 Theo phơng pháp thi công Dựa vào phơng pháp thi công chia kết cấu BTCT thành bốn loại nh sau: BTCT liền khối: Là loại kết cấu BTCT mà trình thi côngđợc thực cách đổ chỗ công trờng, trờng thi công có sử dụng ván khuôn Quá trình đổ đợc tiến hành sau lắp đặt cốt thép kết cấu Ưu điểm: Có tính liền khối cao, bị nứt, có khả chịu lực cao Nhợc điểm: Tốn ván khuôn, thi công không liên tục có mạch ngừng, khả chịu lực kém, chất lợng không cao khó quản lí thi công BTCT lắp ghép: loại kết cấu BTCT đợc chế tạo sẵn xởng sản xuất bê tông sau đem đến trờng thi công lắp giáp công trình Ưu điểm: Chất lợng kết cấu cao đợc thi công dỡng hộ điều kiện thuận lợi, khả chịu lực tốt nhiều so với bê tông đổ chỗ Nhợc điểm: Vận chuyển thi công khó khăn, phải xử lý liên kết lắp giáp trình xử lý mối nối lắp giáp khó khăn phức tạp BTCT bán lắp ghép: Ngời ta tiến hành lắp ghép kết cấu BTCT lắp ghép đúc sẵn, sau vị trí có mối nối tiến hành lắp đặt ván khuôn đổ bê tông liền khối để xử lý mối nối Kết cấu BTCT loại kết cấu BTCT nửa lắp ghép, kết cấu sau thi công phần việc đổ liền khối tiến độ điều kiện thi công cho phép ngời ta tiến hành lắp ghép kết cấu đúc sẵn phần lại công trình trờng hợp ngời ta gọi kết cấu công trình kết cấu bê tông cốt thép bán lắp ghép Ưu điểm: Xử lý đợc mối nối cho kết cấu, tiết kiệm đợc ván khuôn thi công BTCT đổ chỗ Nhợc điểm: Việc tổ chức lắp ghép phức tạp, có lớp vật liệu khác bê tông cũ bê tông tạo mặt phân cách vị trí mối nối Nên phải xử lý tốt bề mặt trớc thi công đổ bê tông Bê tông phun: Ngày ngời ta thi công bê tông theo phơng pháp dùng khí nén để phun để tạo nên kết cấu bê tông phun, bê tông phun đợc thực sau có đặt cốt thép kết cấu, sau ngời ta tiến hành phun bê tông Quá trình phun bê tông phun khô phun ớt tuỳ theo điều kiện cụ thể Bê tông phun kết hợp với lới thép bê tông phun sợi thép ngời ta cắt đoạn thép nhỏ có đờng kính 4mm chiều dài đoạn thép 5cm để tạo thành kết cấu bê tông cốt thép Ưu điểm: Bê tông phun không cần ván khuôn, thi công giới hoá, công tác thi công nhanh, không cần đầm dùi Tuy nhiên bê tông cốt thép theo phơng pháp phun có nhợc điểm khó có đợc bề mặt nh bê tông liền khối, việc phun phải tiến hành nhiều lần có tính phân lớp mặt sau lần phun Không thể thực đợc với kết cấu có chiều dầy lớn thi công phơng pháp phun 2.3.2 Theo dạng liên kết cốt thép cấu kiện bê tông cốt thép Tuỳ thuộc vào dạng liên kÕt cđa cèt thÐp kÕt cÊu mµ ng−êi ta phân kết cấu bê tông cốt thép làm hai dạng sau: Bê tông cốt thép có cốt thép dạng liền: Là dạng kết cấu BTCT mà cốt thép đợc liên kết liền thành khung với kết cấu Việc liên kết cốt thép dùng liên kết buộc, hàn sau đặt chúng vào kết cấu tiến hành đổ bê tông để tạo kết cấu Kết cấu dạng bê tông cốt thép thi công theo phơng pháp thông thờng thi công theo phơng pháp tạo ứng suất trớc, phun để tạo nên kết cấu Bê tông cốt thép có cốt thép dạng rời: Là dạng kết cấu BTCT mà cốt thép kết cấu không đợc liên kết lại với nhau, kết cấu dạng thờng bê tông cốt thép dạng sợi thép đợc trộn lẫn trình tiến hành đổ bê tông cốt thép Ưu điểm loại kết cấu bê tông dạng có khả chịu lực cao kết cấu bê tông, chống nứt tơng đối cao cốt thép dạng sợi đợc phân bố kết cấu trình trộn, khả chịu biến dạng cao Tuy nhiên chúng có nhợc điểm khó thi công cốt thép đóng rắn với trình trộn, thi công cần thiết phải có thiết bị chuyển định lợng cốt thép 2.3.3 Theo trạng thái ứng suất cốt thép cấu kiện bê tông cốt thép Dựa vào trạng thái ứng suất cèt thÐp kÕt cÊu BTCT ng−êi ta còng cã thể chia BTCT làm loại nh sau: BTCT thông thờng: Khi tiến hành đổ bê tông cốt thép cho cấu kiện cốt thép cha đợc tạo ứng suất Đặc điểm dạng kết cấu tính chịu lực hạn chế, tính liền khối cao, nhiên kết cấu bị hạn chế nhịp chiều dài BTCT dự ứng lực: Là loại kết cấu BTCT mà cốt thép kết cấu đợc tạo ứng suất trớc kết cấu vào làm việc ổn định Việc tạo ứng suất trớc cốt thép có tác dụng chống lại lực tác dụng bên lên kết cấu từ sớm Do trình kéo cốt thép làm triệt tiêu nội lực lực tác dụng gây kết cấu cha vào chế độ làm việc bình thờng Đồng thời làm giảm tợng nứt co ngót ngoại lực gây kết cấu Tuỳ thuộc vào trình tạo ứng suất cốt thép đợc tiến hành trớc sau đổ bê tông xây dùng cÊu kiƯn mµ ng−êi ta cã BTCT dù øng lực trớc BTCT dự ứng lực sau Quá trình tạo ứng lực đợc thực nhờ kích kéo đầu kết cấu ống đặt sẵn kÕt cÊu t¹o øng lùc sau 2.4 Lùc dính bê tông cốt thép Lực dính bê tông cốt thép yếu tố đảm bảo làm việc bê tông cốt thép, đảm bảo cho biến dạng đồng bê tông cốt thép Các yếu tố tạo lực dính bê tông cốt thép: + Bề mặt cốt thép nhám có gờ + Do keo, hồ vữa xi măng có tác dụng nh thứ keo dán dán chặt cốt thép vào bê tông 10 + Hiện tợng co ngót bê tông làm cho cốt thép dính chặt với bê tông tạo lực ma sát bê tông cốt thép l l Để xác định lực dính bê tông ngời ta tiến hành làm thí nghiệm Để thí nghiệm xác định lực dính ta làm thí nghiệm kéo tụt nÐn tôt cèt thÐp khái kÕt cÊu BTCT theo sơ đồ sau (H2.2) Nk tb m ax Nk tb m ax Hình 2.2 Sơ đồ phân bố lực dính bê tông cốt thép Từ sơ đồ thí nghiệm nh hình vẽ ta thấy cờng độ lực dính kết đợc tính theo c«ng thøc sau: τ tb = N πdl (2.1) Trong ®ã: N - Lùc kÐo (nÐn) tôt cèt thÐp khái mÉu d - §−êng kÝnh cèt thÐp l - Chiều dài phần cốt thép nằm bê tông, nh hình vẽ Thấy lực dính phân phân bố không cờng độ lực dính lớn đợc xác định công thức: max = N = tb ωπdl ω (2.2) Trong ®ã: ω - HƯ sè ®iỊu chØnh biĨu ®å lùc dÝnh ω < C¸c yếu tố ảnh hởng đến lực dính bê tông cốt thép: + Chất lợng bê tông, chất dính kết bê tông + Trạng thái bề mặt cốt thép, bề mặt cốt thép nhám lực dính kết lớn ngợc lại bề mặt cốt thép nhám, trơn giá trị lực liên kết dính kết nhỏ Lực dính kết lớn bê tông cốt thép đợc xác định theo công thøc thùc nghiƯm nh− sau: 11 x©y dùng cã thể 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 thép dùng xây dựng 10.8.2 Kết cấu thép 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 däc lín TiÕt diƯn ngang c¸c cã thĨ cã tiÕt diƯn bÊt kú, kÕt cÊu khung thÐp cã thĨ 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 dùng a) kÕt cÊu cÇu thÐp; b) kÕt cấu 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 ë mét nưa chiỊu réng nhµ; c) Cã 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 có chiều dài lớn mà sử dụng kết cấu 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 dùng 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 dơng c¸c kÕt cÊu cã diƯn tiÕp xóc lín 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 điểm sau: - Hệ số phẩm chất thấp - 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 chia làm nhóm sau: - Nhóm 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 chèng 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 cÊu chèng dƠ bÞ n däc nhÊt, th−êng vÞ trÝ 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 d−íi sù ph¸t triĨn cđa khoa häc kü tht, 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 cèt thÐp kÕt cÊu chèng gi÷ CTN 10.9.2 CÊu tạo kết cấu thép Để liên kết xµ vµ cét ng−êi ta cã thĨ dïng nhiỊu kiĨu 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 ®Çu cét ng−êi ta cã thĨ dïng mèi ghÐp b»ng nẹp nh hình vẽ H.10.30: B B-B B Hình 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 kÕt cÊu thÐp a), b) kh«ng cho phÐp chun vÞ 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 kÝch th−íc ng−êi ta dïng liªn kÕt èng lång céng với 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 H×nh 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 kÝch 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 h×nh vÏ H.10.33 155 ... Dạng liên kết cốt thép Theo phơng pháp thi công Bê tông cốt thép liền khối Bê tông cốt thép lắp ghép Bê tông cốt thép bán lắp ghép Bê tông phun cốt thép Bê tông cốt thép liền Bê tông cốt thép dạng... cơng trình 3, Phân loại kết cấu cơng trình theo vật liệu cơng trình 4, Phân loại kết cấu cơng trình theo kết cấu cơng trỡnh Chơng Kết cấu bê tông cốt thép 2.1 Khái niệm kết cấu bê tông cốt thép. .. nghiệp bê tông bê tơng cốt thép, thép lắp ghép đổ liền khối với bê tông bê tông cốt thép, đan bê tông cốt thép? ?? Câu hỏi chƣơng 1, Khái niệm kết cấu cơng trình xây dựng 2, Phân loại kết cấu cơng trình