Bê tông cốt thép 1 nguyễn hữu anh tuấn

Một hình thức bán lắp ghép khác là: trong công trình có nhiều cấu kiện, thì một số cấu kiện được thi công tại chỗ móng, khung .., một số cấu kiện lắp ghép tấm Trong khi chế tạo cấu kiệ

BO GIAO DUC VA DAO TAO ; TRUONG DAI HOC KY THUAT CONG NGHE

KHOA KY THUAT CONG TRINH

BAI GIANG MON HOC

BE TONG COT THEP 1

ThS NGUYỄN HỮU ANH TUẤN

TP.HCM, 03/2007

MUC LUC

Trang

1.1 Thế Nào Là Bêtông Cốt Thép 4

CHƯƠNG 2 TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU 7

3.3 Phương Pháp Tính Toán Kết Cấu Bêtông Cốt Thép - 21

3.4 Nguyên Tac Cấu Tạo Bêtông Cốt Thép 24

4.2 Sự Làm Việc Của Cấu Kiện Chịu Uốn 29

4.3 Tính Toán Cấu Kiện Chịu Uốn Có Tiết Điện Chữ Nhật

4.4 Cấu Kiện Chịu Uốn Có Tiết Điện Chữ 'T 38

4.5_ Tính Toán Cường Độ Trên Tiết Diện Nghiêng 41

Š.1 Khái Niệm Chung 49

CHƯƠNG 6 CẤU KIEN CHIU UỐN - XOẮN 83

6.3 Tính Cấu ! Kiện Chịu Uốn-Xoắn Có Tiết Điện Chữ Nhật 4

CHƯƠNG 7 CẤU KIÊN CHỊU NÉN VÀ CẤU KIÊN CHỊU KÉO 87

7.4 Khái Niệm Chung Và Cấu Tạo 99

7.6 Tính Toán Cấu Kiện Chịu Kéo Lệch Tâm Có Tiết Diện Chữ Nhật 100

CHƯƠNG 8 TÍNH TOÁN CẤU KIỆN BÊTÔNG CỐT THÉP

THEO TRANG THAI GIGI HAN THU HAL 103

Chuong I

KHóI NIEM CHUNG

1.1 THE NAO LA BETONG COT THEP

1.1.1 KHAI QUAT

Bêtông cốt thép (BTCT) là một loại vật liệu xây dựng phức hợp do bêtông và cốt

thép cùng cộng tác chịu lực với nhau Ta thử so sánh một vài tính chất của bê tông và cốt

thép qua bảng sau:

Khả năng chịu nén tốt tốt, nhưng những thanh thép mảnh thì đễ bị oằn

Khả năng chịu cốt trung bình | tốt

Tdi trong Py Tdi trongP >> Po

Hình 11a Dâm BT (không cốt thép) chịu uốn — — Hình 1.1b Ddm BTCT chiu uốn tốt với cốt thép đọc

Cốt thép ngoài tác dụng chịu kéo còn tham gia chịu

nén cùng bêtông Sức chịu nén của cốt thép cũng tốt bằng sức chịu kéo, và gấp nhiều lần so với bêtông

Hình 1.2 Cốt thép đặt trong

cấu kiện chịu nén

1.12 CACLY DO DE BETONG VA COT THEP CO THỂ CÙNG CỘNG TÁC CHỊU LỰC

s Bêtông và cốt thép đính chặt với nhau Nhờ có lực dính mà có thể truyền lực từ

bêtông sang cốt thép và ngược lại, từ đó có thể khai thác được cường độ cốt thép, hạn chế bề rộng khe nứt trong vùng kéo

e Giữa bêtông và cốt thép không xảy ra phản ứng hóa học, bềtông còn bảo vệ cốt

thép chống lại các tác nhân ăn mòn của môi trường

e Hệ số giãn nổ nhiệt của bêtông va cốt thép gần bằng nhau Khí nhiệt độ thay đổi (< 100%) thì trong cấu kiện không xuất hiện nội ứng suất đáng kể, không làm mất lực dính

1.2 PHAN LOAI BETONG COT THEP

1.2.1 THEO PHUONG PHAP THI CONG

Bêtông cốt thép toàn khối

Ghép ván khuôn, đặt cốt thép và đổ bêtông ngay tại vị trí thiết kế của kết cấu

Ưu điểm: độ cứng lớn, chịu tải trọng động tốt, hình thức kết cấu đa dang theo yêu câu của kiến trúc

Nhược điểm: tốn ván khuôn, cây chống; thi công phụ thuộc thời tiết, nhiều công

đoạn, thời gian kéo đài

Hiện nay BTCT toàn khối được sử dụng rộng rãi nhờ các tiến bộ trong việc sản xuất bêtông tươi cung cấp cho các công trình (bơm lên cao, xuống thấp), kỹ thuật

ván khuôn tấm lớn, ván khuôn trượt, ván khuôn leo góp phần rút ngấn thời gian

Nhược điểm: độ cứng kém hơn, phải giải quyết mối nối; số lượng cấu kiện phải

lớn thì mới kinh tế vì phải đầu tư cho việc chế tạo; kiến trúc khó phong phú

Bêtông cốt thép bán lắp ghép

Các cấu kiện chưa hoàn chính được chế tạo sẵn, khi lấp ghép thì đặt thêm cốt thép, ghép thêm ván khuôn và để tại chỗ phần còn lại cùng với mối nối

Một hình thức bán lắp ghép khác là: trong công trình có nhiều cấu kiện, thì một số

cấu kiện được thi công tại chỗ (móng, khung ), một số cấu kiện lắp ghép (tấm

Trong khi chế tạo cấu kiện, người (a căng cốt thép để nén vùng bêtông chịu kéo

do tải trọng gây ra, nhằm triệt tiêu hay hạn chế ứng suất kéo và khe nứt

(a) Dam BTCT thường khi chịu tdi trong su dung P |

(b) Dam BTCT được gây ứng lục trước, —

Hình 1.3 Dim BTCT thu@ng va BTCT ứng lực trước

1.3 UU, NHUOC DIEM VA PHAM VI SU DUNG

Có khả năng tạo ra các hình đáng kết cấu khác nhau, đáp ứng yêu cầu đa dang

của kiến trúc (vòm, vỏ mỏng không gian, .)

1.3.2NHƯỢC ĐIỂM

Dễ có khe nứt tại vùng kéo —> khắc phục bằng cách dùng bêtông cốt thép ứng lực

trước, có biện pháp tính toán và thi công hợp lý để hạn chế khe nứt, bảo đảm điều

Đánh giá trọng lượng kết cấu

Chương 2

TÍNH CHấT CƠ LÝ Của VậT LIỆU

2.1 BÊTÔNG

2.1.1 CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊTÔNG

Cường độ là đặc trưng cơ bản của bêtông, phản ánh khả năng chịu lực của nó

Hình 2.1 Một số hình ảnh thí nghiệm mẫu bêtông

a Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén

Thí nghiệm nén mẫu khối vuông (a=10: 15; 20cm), khối lăng trụ đáy vuông hoặc trụ tròn (hình 2.2) Gọi N là lực phá hoại mẫu và F là diện tích tiết diện mẫu

Cường độ chịu nén của mẫu khối vuông là

Bêtông thông thudng cé R,= 100+ 600 kG/cm”

Với mẫu khối lãng trụ thì cường 46 14 Roo = (0,7 + 0,8 )Ra

Kết Cấu Bêtông Cốt Thép (Phân 1)

a |p

Thông thường, Ry=10 + 40 kG/cm”

C.Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của bêtông

Thanh phan béténg

eXimăng :cường độ ximăng tăng thì cường độ bÊtông cũng tăng; tuy nhiên, việc

dùng loại và mác ximăng nào là tùy vào yêu cầu để ra cho bêtông Thông thường

1m” bêtông cần 250 + 500 kg ximăng Khi cần có bêtông cường độ cao thì nên

dùng ximăng mác cao với số lượng hợp lý

eT7ÿ lệ N/X : thường dùng N/X = 0,4 + 0,7 Khi tăng tỷ lệ N/X thì cường độ và độ

đặc chắc của bêtông bị giảm và biến dang đo co ngói tăng

eCối liệu (cát, đá, sỏi) :

-Yêu cầu cốt liệu sạch và ít tạp chất (sét bụi, mùn rác) Lượng tạp chất

trong cát, đá phải nằm trong giới hạn cho phép, vì tạp chất sẽ làm giảm lực đính giữa cốt liệu và ximăng

-Cốt liệu có bể mặt nhám, xù xì thì sẽ đính kết tốt với ximăng

Chất lượng của việc nhào trộn, đệ đầm chắc của hỗn hợp bôiông khi đổ khuôn và điều kiện bảo dưỡng

- Trộn vữa bêtông phải tiến hành bên tục, đầm phải chặt và kỹ để bảo đảm hỗn

hợp đồng nhất

- _ Điểu kiện thuận lợi để bê tông đông cứng ngoài trời: nhiệt độ t = 15+25°C ; độ ẩm

| W = 80+90% ( khi đó bê tông dùng ximăng portland sẽ đạt được cường độ thiết kế

sau 28 ngày) Nếu tăng nhiệt độ và độ ẩm thì quá trình đồng cứng sẽ rút ngắn rất nhiều, nếu được xử lý bằng hơi nước có áp lực và nhiệt độ cao thì thời gian đông cứng còn ngắn nữa

Sau khi đúc bêtông xong, phải thường xuyên tưới ẩm bể mặt cấu kiện; nếu không,

nước trong lòng bêtông sẽ thoát ra nhanh gây co ngót

Sự tăng cường độ bêtông theo thời gian

- Cường độ bêtông tăng theo tuổi của nó nếu như các

điểu kiện về nhiệt độ, độ ẩm khi bêtông đông cứng

được đảm bảo

- Nếu dùng ximăng pordand, cường độ bêtông tăng

nhanh trong giai đoạn đầu của quá trình đông cứng và

thường bêtông đạt cường độ thiết kế sau 28 ngày

Trong điều kiện thuận lợi (nhiệt độ, độ ẩm cao) sự

: La ` t 28 tinge

tăng cường độ có thể kéo đài trong nhiều năm, còn Cường độ An

trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp thì sự tăng tăng theo thời gian

cường độ theo thời gian sau này là không đáng kể Hình 2.4

Có thể xác định cường độ bêtông khi t=7 +300 ngày theo công thức (Nga) :

R: = 0,7xR+sxigt

ví dụ, sau 7ngày R; =0,7xRasxig7 = 59% R›2s

sau 14 ngày Rịa= 0,7xRzsxig14 = 80% Ros Viện nghiên cứu bêtông Mỹ (AC?Đ thì để nghị công thức :

R.=Ry _f

“ at+bt trong d6 a=4 va b=0,85 cho bêtông dùng ximăng thông thường

Điều kiện thí nghiệm

Khi bị nén, ngoài biến dạng theo phương lực tác dụng, bêtông còn bị nở ngang, và

sự nổ ngang quá mức sẽ làm bêtông bị phá vỡ

Nếu không bôi trơn mặt tiếp xúc giữa mẫu thí nghiệm và mặt đáy của máy nén thì

sẽ có lực ma sát làm can trở sự nở ngang, lúc đó cường độ của mẫu sẽ tăng so với

khi bôi trơn mặt tiếp xúc bằng dầu (làm mất lực ma sát) Lực ma sát giảm dẫn từ

mặt tiếp xúc đến khoảng giữa mẫu, do đó :

đ mẫu vuông bé > R mẫu vuông lớn và R mãu vuông > Ron miu lăng tụ

Tốc độ gia tải quy định là 2 kG/cm giây, và cường độ đạt được là R Khi gia tải rất

nhanh thì cường độ có thể đạt (1,15+1,2)R ; còn khi gia tải rất chậm thì cường độ chỉ đạt khoảng (0,85+0,9)R

2.1.2 MAC BETONG

a.Mác theo cường độ chịu nén (M) :

Lấy bằng cường độ chịu nén trung bình (kG/cm”) của mẫu khối vuông a=l5cm,

tuổi 28 ngày, được dưỡng hộ và thí nghiệm trong điều kiện tiêu chuẩn

Bêtông nặng : M100, M150, M200, M250, M300, M350, M400,

Béténg nhe : M50, M75, M100,

Trong kết cấu BTCT , dùng mác bêtông không nhỏ hơn 150 (200)

b.Mác theo cường độ chịu kéo (K):

Lấy bằng cường độ chịu kéo (kG/cm”) của mẫu thử tiêu chuẩn

- Co ngót là hiện tượng bêtông giảm thể tích khi khô cứng trong không khí, do sự biến

đổi lý hóa của quá trình thủy hóa ximăng, do nước bay hơi

- _ Trong một khối bêtông, sự co ngót xảy ra không đều Nó bắt đầu từ bé mặt cấu kiện rồi lan đần vào bên trong cấu kiện cùng với quá trình nước bị tiêu tốn cho việc đông cứng của bêtông và bốc hơi qua các lỗ rỗng Do đó các lớp bêtông phía ngoài (khô hơn) sẽ bị co ngót nhiều hơn các lớp phía trong

- _ Ứng suất đo co ngót có thể làm xuất hiện các vết nứt > can han chế độ co ngót

- _ Các nhân tố chính ảnh hưởng đến co ngói :

o_ Trong môi trường khô, co ngót lớn hơn trong môi trường ẩm

o_ Độ co ngót tăng lên khi dùng nhiều ximăng, dùng ximăng có hoạt tính cao, khi

tăng tỷ lệ N/X, khi đùng cốt Hệu có độ rỗng, dùng chất phụ gia

- Biên pháp han chế co ngót :

e_ Chọn thành phần bêtông thích hợp, đầm chặt, giữ ẩm trong giai đoạn đầu

e_ Làm khe co giãn trong kết cấu (ví dụ sênô) và tạo mạch ngừng khi thi công

e Đặt thép cấu tạo (thép dọc cấu tạo, lưới thép $ 6) ở những nơi cần thiết

b Biến đạng đo nhiệt độ

- _ Nhiệt độ tăng (hay giảm) thì thể tích bêtông cũng bị tăng (hay giảm)

- _ Hệ số giãn nở vì nhiệt trung bình của béténg 14 a = 1 x10” /46 C

c Biến dang do tai trọng tác dụng ngắn hạn

Khảo sát đường cong quan hệ giữa Ứng suất-biến dạng của bêtông khi chịu nén :

e khí ơ còn thấp : quan hệ (ơ -e) gần như tuyến tính Bêtông làm việc như vật liệu

đàn hổi, nếu đỡ bỏ tải trọng thì biến dạng sẽ được phục hồi hoàn toàn

e khi gia tải đến một mức nào đó: bêtông lầm việc như vật liệu đẻo, nếu đỡ bồ tải

trọng thì biến dạng sẽ không được phục hồi hoàn toàn :

+phân biến dạng được phục hổi gọi 14 bién dang dan hồi cán

+phần biến dạng còn lại là biến dạng đẻo (biến dang dir) eg

Ta có e=£a+£a „ và tỷ số v=em/e gọi là hệ số đàn hồi

Ở giai đoạn phá hoại, biến dạng dẻo chiếm phần lớn

Kết Cấu Bêtông Cốt Thép (Phẩn 1) 10

tt Vậy, Bêtông không phải là vật hiệu dan hồi hoàn toàn, nó là vật liệu đàn hối- dẻo Go, `

Khi tang tdi

Hình 2.5 Quan hệ ứng suất- biến dạng của bêtông

d Biến dạng đo tải trọng tác dụng dài hạn - Từ biến

- Từ biến : là hiện tượng biến dạng tiếp tục phát triển trong khi giữ nguyên tải trọng

tác dụng trong thời gian dài

- Khi ứng suất ơp nhỏ ( khoảng 60-70% cường độ giới hạn) thì biến dạng từ biến là

có giới hạn Nhưng khi ơu gần với cường độ giới hạn thì biến đạng từ biến phát triển không ngừng —> kết cấu bị phá hoại

Hình 2.6 Từ biến của bêtông

- - Môt số yếu tố ảnh hưởng đến từ biến :

o_ Biến dạng từ biến tăng khi ứng suất tỷ đối ø/R tăng

o_ Biến đạng từ biến tăng khi N/X lớn, khi độ cứng cốt liệu nhỏ o_ Biến đạng từ biến giảm khi dùng ximăng mác cao, khi môi trường ẩm, khi

tuổi của bêtông cao

o_ Bố trí cốt thép trong vùng nén của cấu kiện chịu uốn cũng góp phân hạn chế độ võng do từ biến

e.Môđưmn đàn hôi, môđun biến dạng, mô đun chống cắt của bêtông

« Môđun đàn hồi ban đầu E›

Khi bêtông chịu nén, trong giai đoạn đàn hổi ta có Ep = tga o= 2 © an

Ví dụ: bêtông M200 có Ey=2,4x10” kG/cm?; bêtông M250 có E,=2,65x10” kG/cmˆ

trong điều kiện khô cứng tự nhiên,

e Môđun biến dang (hay môđun đàn hếi đẻo) E?y

Khi tải trọng tác dụng lâu đài sẽ làm cho biến dạng dẻo phát triển, quan hệ giữa

ứng suất và biến dạng có dạng đường cong

eThép cacbon : CT3 (hầm lượng cacbon là 3%‹) , CT5 (hàm lượng cacbon là 5%o)

Hàm lượng C càng nhiều thì cường độ thép tăng nhưng đồng thời thép càng giòn

(Ví dụ, CT3 có Ra=2100 kG/cm” ; CT5 có R„=2700 kG/cm” )

«Thép hơp kim thấp :thêm các nguyên tố Mn, Sĩ, Tï, Cr nhằm nâng cao cường

độ (có thể đạt Rạ= 4500 + 6000 kG/cm?) và cải thiện một số tính chất của thép, ví

dụ: tăng đồ bến chống gỉ

b Theo cách gia công, chế tạo

eCốt cán nóng : cốt cán nóng È > 10 được sản xuất thành từng thanh đài < 13m (thực tế mỗi thanh thép thường đài 11.7m), cốt cán nóng $ < 10 được sản xuất

thành cuộn (mỗi cuộn có trọng lượng dưới 500 kG)

eSơi thép kéo ngôi : (§ =3 +8 mm) gia công không qua lửa Sợi thép được đập đẹt

đầu, chuốt qua các khuôn có đường kính nhỏ dần, làm tăng cường độ, nhưng lại giảm độ dẻo của cốt thép

c Theo hình thức mặt ngoài

-Thép tròn trơn , thép tròn có gân (tăng độ dính bám của cốt thép với bêtông)

-Kết cấu BTCT còn dùng cốt cứng là các thép hình (1, C, L) khi kết cấu chịu tải trọng lớn (nhà cao tầng ), cốt cứng còn chịu lực khi thí công

Hình 27 Minh họa mội số loại cốt thép có trên thị trường Việt Nam

-Thí nghiệm kéo các mẫu và biểu đồ quan hệ ơ-e của một số loại thép, ta thấy :

o Phân đường thẳng ứng với giai đoan đàn hội, vật liệu tuân theo định luật Hooke (o=Ee) Trong giai đoạn đàn hồi, nếu đỡ bồ tải trọng thì biểu đồ sẽ trở về đường cũ, đến gốc, biến dạng được phục hồi hoàn toàn

o Phần nằm ngang và cong ứng với giai đoan có biến dang dẻo Đoạn nằm

ngang là thêm chảy, lúc này, thép đang ở trạng thái chảy đẻo: e tăng trong

khi o không tăng

Trong giai đoạn có biến đạng dẻo, nếu giảm tải (giảm ơ ) thì biểu đỗ không trở về đường cũ, và khi ø = 0 thì vẫn còn biến dạng dư sa

-Các giá trị giới hạn của ứng suất :

o_ Giới hạn đàn hổi (ơa ) : lấy bằng ứng suất ở cuối giai đoạn đàn hồi

o Gidi han chay (ca ) : lấy bằng ứng suất ở đầu giai đoạn chảy

o_ Giới hạn bền (ơ ) : lấy bằng ứng suất lớn nhất thép chịu được trước khi bi

kéo đứt

-Với các loại thép không có gidi han dan hồi và giới hạn chảy rõ rằng thì qui ước

như sau :

o_ Giới hạn đàn hổi ứng với biến dạng dư tỷ đối ca = 0,02%

o_ Giới hạn chảy ứng với biến dạng dư tỷ đối ca = 0,2%

BS dén dai cyc han ctia méo

Hình2.9 Sự làm việc của thép khi chịu kéo Hình 210 Giới hạn đàn hôi (1)Tháp mềm và giới hạn chảy quy ước

(2) Thép mềm được gia cường bằng kéo nguội

(3) Thép cứng, din

b Cốt thép đẻo và cốt thép ran

-Cốt thép dẻo : có thêm chấy rõ ràng, vùng biến dạng dẻo khá rộng, biến dạng

cực hạn khá lớn (10 +25% } Ví dụ : thép cán nóng CT13,CT5

-Cốt thép rắn : có giới hạn chãy không rõ ràng và gần bằng giới hạn bển, biến

đạng cực hạn bé (3+4% ) Ví dụ : sợi thép cường độ cao

c Ảnh hưởng của nhiệt độ

-Thép bi nung nóng ở nhiệt độ cao: thay đổi cấu trúc kim loại, giảm cường độ và môđun đàn hồi Khi để nguội trở lại thì cường độ không được hổi phục hoàn toàn

-Khi chịu lạnh quá mức (đưới -30°C), thép trở nên giòn

-Hệ số giãn nở vì nhiệt của thép œ = 1 x10 /độ C

2.2.3 PHAN NHOM COT THEP

a Theo TCVN (TCVN 3101:1979)

- 4 nhóm cốt thép cán nóng: cốt tròn trơn nhóm CI; cốt có gỡ nhóm CH, CH, CIV

- Các loại dây thép cacbon thấp kéo nguội dùng làm cốt thép cho bêtông

b Theo các tiên chuẩn khác

Kết Cấu Bêtông Cốt Thép (Phân 1) 14

-Thép nhập của Nga có các nhóm AI, AH, AI, AIV (tương đương với các nhóm C1, CH, CHI, CTV) ; ngoài ra còn có cốt thép thanh nhém AV, AVI, day thép kéo

ngudi BI va By!

- Theo gidi han chay : FeE230, FeE400, SR235, SD295, SD340, SD390,

- Thép Trung Quốc chia thành các cấp L, H, II, IV và các loại sợi kéo nguội

c Tương quan giữa mác thép và nhóm cốt thép

-Mác thép dựa vào thành phần hóa học và cách luyện thép, còn nhóm thép dựa vào đặc trưng cơ học

-Đặc trưng cơ học là do thành phần và cách luyện thép quyết định Ví du: cốt

thép nhóm CI, AI được chế tạo từ thép than CT3, cốt nhóm CHI, AII từ thép than

CT5, cốt nhóm CHI, ATH từ thép hợp kim thấp, vv

Lực dính không phân bố đều đọc chiều đài ngàm của thanh cốt thép : xem hình vẽ

Giá trị hực đính cực đại : ty = TP

œ

(œ< 1 là hệ số hoàn chỉnh biểu đồ lực dính )

b Các nhân tố tạo nên lực dính

o_ Nếu cốt thép có gờ, phần bêtông nằm dưới các gờ chống lại sự trượt của cốt thép

o_ Keo ximăng dán chặt cốt thép với bêtông

o_ Có lực ma sát giữa cốt thép và bêtông (do co ngót, bêtông ôm chặt lấy cốt thép)

c Các nhân tố ảnh hưởng đến lực dính

o_ Trong cấu kiện chịu nén thì lực đính tốt hơn so với trong cấu kiện chịu kéo

o_ Trong cấu kiện đức theo phương đứng thì lực dính tốt bơn so với trong cấu kiện đúc theo phương nằm ngang

o_ Chất lượng bêtông :bêtông đùng ximăng mác cao, bêtông có tỷ lệ N/X nhỏ thì cho lực

đính cao

o_ Bể mặt cốt thép: cốt thép gân có lực dính với bêtông tốt hơn so với cốt tròn trơn Do

| đó, đối với cốt trơn thi phải uốn móc ở hai đầu , cốt thép gân thì không cần

R tt

Công thức thực nghiệm : 7„„„ =

m (ct c6 gin: m=2+3,5; céttrén tdén:m=3,676)

2.32 ỨNG SUẤT BAN ĐẦU DO BÊTÔNG CO NGÓT

-Khảo sát một thanh bêtông không có cốt thép (thanh (a)), sau một thời gian thì thanh sẽ

co lại một đoạn với biến dạng là e,

-Một thanh bêtông khác có cốt thép dọc theo trục thanh (thanh (b)), sau cùng một thời gian với thanh (a) thì thanh (b) sẽ co lại một đoạn ít hơn so với thanh (a), biến dạng £¡ < £c

Như vậy, khi có cốt thép thì bêtông gây cho cốt thép một biến dang nén là «1 va trong cốt thép có ứng suất nén ơ = ¡Ea Bêtông thì bị cốt thép cẩn trở sự co, tạo nên một biến

đạng kéo £¿= £c —.£¡ và trong bêtông có ứng suất kéo Gv = vezE» Nếu œw vượt quá giới hạn chịu kéo của bêtông thì bêtông sẽ bị nứt Đó là vết nứt do co ngói

Thanh bêtông không cốt thép Thanh bêtông cốt thép

Hình 2.12 Biến dạng do bêtông cơ ngót

2.3.3 SỰ PHÁ HOẠI VÀ HƯ HỎNG CỦA BTCT

a Sự phá hoại do chịu lực

Bêtông và cốt thép cùng làm việc với nhau cho tới khi bị phá hoạt

o_ Thanh chịu kéo : sau khi bêtông nứt, toần bộ lực kéo là do cốt thép chịu Sự phá

hoại bắt đầu khi ứng suất trong cốt thép đạt tới giới hạn chảy

o Thanh chịu nén: sự phá hoại bắt đầu khi ứng suất trong bềtông đạt tới giới hạn

cường độ chịu nén, bêtông bị nén vỡ

o_ Dâm chịu uốn: sự phá hoại có thể bắt đầu khi ứng suất trong cốt thép vùng kéo đạt

tới giới hạn chảy hoặc khi ứng suất trong bêtông vùng nén đạt tới giới hạn cường

độ, vùng nén bị phá vỡ

b Sự hư hồng đo tác dụng của môi trường

* Nguyên nhân

o_ Tác dụng cơ học : mưa, dòng chảy —> bào mòn bêtông

o_ Tác dụng sinh học : rong rêu, hà, vi khuẩn ở sông biển—> phá hoại bề mặt bêtông

Kết Cấu Bêtông Cốt Thép (Phần 1) 16

o Tac dung héa hoc: axit, muối, môi trường có hơi nước mặn .—> xâm thực

* Biện pháp bảo vệ

o_ Bảo đảm lớp bêtông bảo vệ, công trình thông thoáng, tránh ẩm ướt

o_ Làm sạch bể mặt cốt thép (cạo gỉ, chùi bụi ), sơn hay tô mặt ngoài bêtông o_ Dùng cốt liệu và nước sạch để đổ bêtông

Chương 3

NGUYÊN LÝ TÍNH TOáN Và Cấu TẠO

*S Tính toán : xác định tải trọng và tác động, xác định nội lực và tổ hợp nội lực, xác

định khả năng chịu lực của kết cấu hoặc tính toán tiết điện bêtông và cốt thép

⁄“ Cấu tao : chọn vật liệu (mác bêtông, nhóm cốt thép), chọn kích thước tiết diện,

chọn và bố trí cốt thép, giải quyết liên kết

3.1 TAI TRONG VA TAC DONG

Công trình xây dựng phải chịu các tác động có nguồn gốc thiên nhiên như gió bão, động đất, áp lực nước ngầm, áp lực đất, sự thay đổi nhiệt độ ; cùng với các tác động khác như

trọng lượng vật liệu và kết cấu, hoạt động của con người trong công trình, sự vận hành

của máy móc thiết bị, sự cố cháy nổ

3.1.1 PHAN LOAI TAI TRONG

a Theo tinh chat

o_ Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải): không biến đổi về điểm đặt, độ lớn và phương chiều

trong quá trình sử dụng công trình

Ví dụ; trọng lượng bản thân kết cấu; trọng lượng vách ngăn cố định, các lớp cách âm, cách nhiệt ; trọng lượng và áp lực đất đắp, đất lấp; lực nén trước trong kết cấu BTCT

ng hic trước, vv

o_ Tải trọng tạm thời (hoạt tải) : có thể thay đổi về điểm đặt, độ lớn và phương chiều

Ví du: tải trọng sử đụng trên sàn (người, thiết bị, sản phẩm ), tải trọng do cầu trục

hoaat động, tải trọng gió

o_ Tải trọng đặc biệt : rất í khi xây ra Ví du : động đất, né

c Theo phương chiều

Tải trọng đứng (trọng lượng ) và tải trọng ngang (gió )

d Theo trị số

© Tải trọng tiêu chuẩn ( qụ } lấy bằng các giá trị thường gặp trong quá trình sử dụng công trình, xác định theo những số liệu thực tế, theo các kết quả thống kê

o_ Tải trọng tính loắn: q = tục

Hệ số độ tin cậy (hệ số vượt tải) n kể đến các tình huống bất ngờ mà tải trọng có

thể thay đổi (tăng hoặc giảm) so với trị số tiêu chuẩn, gây bất lợi cho kết cấu:

Kết Cấu Bêtông Cốt Thép (Phần 1) 18

"_ Tải trọng thường xuyên :n= 1,1 z1,3 Có khi n= 0,8 + 0,9 (ví dụ : tính

toán ổn định cho kết cấu đài nước)

x_ Tải trọng tạm thời: n= 1,2 + l,4

Loai tdi trong

“Trọng lượng bản thân kết cấu BTCT

~-Tải trọng phân bố đều trên sàn khi :

a LƯỢNG & a BEA Haat i Etec ia Eaivi

4 a x a À Handi

Xi đu ! một số cách cắp hoạt tả: hong đầm fide ee

Ví : sấp baại tắt cách tổng cách siáp trang khủng / Hình 3.1 Một số trường hợp tải trọng sober a olor ober

Tĩnh tải thường xuyên tác dụng lên kết cấu, trong khi đó hoạt tải có thể xuất hiện ở

những chỗ khác nhau vào những thời điểm khác nhau

Tổ hợp tải trọng: sắp xếp vị trí của hoạt tải để tìm giá trị nội lực lớn nhất ở một tiết diện nào đó Nội lực ứng với mỗi trường hợp tải trọng có thể được xác định theo sơ đồ đàn hồi hoặc sơ đồ có xét đến biến dạng dẻo trong BTCT

3.2 CƯỜNG ĐỘ TIÊU CHUẨN VÀ CƯỜNG ĐỘ TÍNH TOÁN

BÊTÔNG

Cường độ tiêu chuẩn

-Thí nghiệm n mẫu, được các cường độ Rạ, Ro,

th ==yR,

i=

-Cường độ tiêu chuẩn (R„) là trị số trung bình thống kê, được xác định với xác

suất bảo đầm 95% Phép tính thống kê cho R„ = (0,75 + 0,8 ) Rm

Theo quy phạm, cường độ tiêu chuẩn về nén còn phải được nhân với hệ số Áa

phụ thuộc vào mác bêtông

sa

= cưỡng độ trung bình R

Ví dụ :cột được đổ bêtông theo phương đứng có cạnh lớn của tiết điện nhỏ hơn

30cm thi m, = 0,85 Nếu bêtông được dưỡng hộ bằng phương pháp chưng hấp thi m, = 0,90

eTrong các điều kiện đặc biệt (nhiệt độ cao, tải trọng động lớn, sử dụng bêtông ở môi trường ngập mặn vv ), cần kể thêm các hệ số khác được cho trong tiêu chuẩn thiết kế

-Cường độ tính toán gốc : là cường độ tính toán chưa kể đến hệ sé mp

Cường độ tiêu chuẩn

Tiến hành thí nghiệm kéo kiểm tra cường độ cốt thép Với cốt thép đẻo kiểm tra

theo giới hạn chảy, với cốt thép rắn kiểm tra theo giới hạn bến Cường độ tiêu

chuẩn (R„*) lấy bằng giá trị kiểm tra nhỏ nhất với xác xuất bảo đảm > 95%

e mạ _ hệ số điểu kiện làm việc (thường mạ <1) , kể đến các nhân tố làm

cho vật liệu làm việc xấu hơn hoặc tốt hơn bình thường

Kết Cấu Bêtông Cốt Thép (Phần 1} 20

# Cường đô tính toán về nén (R'„)

Các đặt trưng cơ học của thép: a

Nhóm | Đường kính Sch oh _ Cường độ Cường độ

cốthép | mm) |(&G/em) | (4kG/cm ) | ĐỀU chuẩn V7 | da yoán (kG/cmr ) (kG/cm) N,

-Bảng cường độ cốt thép theo TCVN được cho ở trên Với cốt thép nhập ngoại thì:

+Thép AI : Ra= R'; = 2300 kG/em? ; Raa= 1800 kG/cn” ; +Thép AH : R,= R’,= 2800 kG/em? ; Raa= 2200 kG/em’ ;

eGhi chit: khi thiéu so liéu thi nghiém va lượng thép dùng cho công trình không lớn không quá 5 tấn) thì quy phạm cho phép lấy R„ =1900 kG/cmˆ và Rạ =1600 kG/cm’ )

3.3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU BÊTÔNG CỐT THÉP

Từ khi BTCT xuất hiện cho đến nay, lý thuyết tính toán BTCT đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển và được hoàn thiện đần: phương pháp ứng suất cho phép, phương

pháp nội lực phá hoại, phương pháp trạng thái giới hạn (TTGH)

Phương pháp tính theo TTGH khắc phục được các nhược điểm của các phương pháp trước nó Phương pháp này đánh giá đúng bản chất của vật liệu, xét đến các điều kiện bất lợi khác nhau ảnh hưởng đến sự an toàn, xét đến khả năng tăng nội lực (bằng hệ

số vượt tải), đến khả năng cường độ tính toán của vật liệu bị giảm thấp so với cường độ tiêu chuẩn thông thường Ngoài ra còn dùng một số ï hệ số xét đến các điều kiện thi công

và điều kiện làm việc của kết cấu

Trạng thái giới hạn (TTGH) là trạng thái mà từ đó trở di kết cấu không còn thỏa

mãn những yêu câu đặt ra cho nó

Kết cấu BTCT được tính toán theo hai nhóm TTGH :về khả năng chịu lực và về điều kiện sử dụng bình thường

3.3.1 NHÓM TTGH THỨ NHẤT : về cường độ (khả năng chịu lực)

Bảo đảm khả năng chịu lực cho kết cấu Cụ thể là bảo đảm cho kết cấu :

-Không bị phá hoại do tác dụng của tải trọng và tác động

-Không bị mất ổn định về hình đáng hoặc về vị trí

-Không bị phá hoại vì mỏi

-Không bị phá hoại do tác dụng đồng thời của những nhân tố về lực và những ảnh hưởng bất lợi của môi trường

Điều kiện tính toán :

T<Ty

T _ ni lic từ tổ hợp bất lợi nhất do tải trong tính toán gây ra

T=šE7nn, ; với n¿ nẹ lần lượt là hệ số vượt tải, hệ số tổ hợp của T,°

Tạ, _khả năng chịu lực giới hạn của tiết diện đang xét, phụ thuộc đặc trưng hình học của tiết điện, cường đô tính toán của vật liệu

‘Young cia mii ds dich trực Tưởng chặn rất ến đinh lất 2 ay et sb ae

‘Phap made mat án dink 1

Hình 3.2 Minh hoạt một số hình ảnh mất ổn định của kết cấu

-Mọi bộ phận của kết cấu đều cần thiết phải tính theo khả năng chịu lực

_C4n tính toán, kiểm tra trong các giai đoạn : chế tạo, vận chuyển, lắp dựng, sử dụng, sửa chữa Trong mỗi trường hợp, sơ đồ tính toán phải phù hợp với giải pháp cấu tạo được chọn, với sự làm việc thực tế của kết cấu

* Đã đúc cột mà chưa lấp dựng vì kèo —> cột như thanh consol ngầm vào móng

* Khi kiểm tra ổn định của bổn nước đặt trên hệ khung đỡ: với lực gió thì dùng hệ

số vượt tải n >1; nhưng đối với trọng lượng kết cấu, trọng lượng nước thì nên dùng n< 1 Cũng có thể xét trường hợp có gió khi bể không chứa nước

-Tính theo TTGH thứ nhất có hai đạng bài toán sau :

eBài toán thiết kế :

Chọn tiết điện béténg , tinh todn va bố trí cốt thép sBài toán kiểm tra :

Đã có tiết diện, cốt thép của kết cấu hiện hữu; tiến hành kiểm tra khả năng chịu lực của kết cấu để xem kết cấu còn có thể sử đụng được nữa hay phải gia cố, có thể đặt thêm tải lên kết cấu được không (ví dụ : nâng tầng )

3.3.2 NHÓM TTGH THỨ HAI

Kết cấu phải bảo đảm điểu kiện sử dụng bình thường, tức là phải hạn chế độ biến

dang (độ võng, góc Xoay VV ), sự hình thành và mở rộng khe nứt, độ dao động

Khi tính toán theo TTGH thứ hai thì dùng tải trong tiêu chuẩn và cường đô tiêu chuẩn của vật liệu Dùng tải trọng tiêu chuẩn vì đấy là tải trọng tác dụng lên kết cấu khi làm việc bình thường, trường hợp có vượt tải cũng chỉ là nhất thời, biến dạng tăng lên nhất

| thời sẽ giảm đi khi tải trọng trở lại bình thường

Loại cấu kiện ” điển và | Giới hạn độ vốn

2 Sàn có trần phẳng, cấu kiện của mái :

- KhinhipL<6m (1/200) L

- Khinhip6<L<75m 3cm

- Khinhipl>7,5m (1/250) L

Ghi chi: L la nhip tinh todn cua dâm hoặc bản kê lên 2 gối

Đối với console thì dùng L =2L¡ với Lạ là độ vươn của console

ø Kiểm tra sự hình thành và mở rộng khe nứt

-Đối với cấu kiện cho phép nứt : — 8n 8ngh -Đối với cấu kiện không cho phép nứt : TT < Tạ

a„, T _ bể rộng khe nứt, nội lực (đo tải trọng tiêu chuẩn)

anh _ bể rộng khe nứt giới hạn (cho phép), an gn = 0,1 + 0,40 mm T; _ khả năng chống nứt của cấu kiện

Một số trường hợp cần thiết phải tính toán theo TTGH thứ hai:

* Kiểm tra độ võng cho dầm có nhịp > 7m

*Kiểm tra nứt cho đầm có nhịp > 10m ; kết cấu lắp ghép, bể chứa chất lồng, chất khí

3.4 NGUYEN TAC CAU TAO BETONG COT THEP

3.4.1 HINH DANG VA KICH THUGC TIET DIEN

Chọn hình dạng và kích thước tiết điện các cấu kiện (cột, dầm, panen ) phải bảo đảm khả năng chịu lực, độ cứng, độ ổn định, đồng thời tiết kiệm vật liệu và thuận tiện thi công, bảo đảm mỹ quan công trình

Ví du : eTiết diện I là tiết điện hợp lý nhất khi chịu uốn (theo lý thuyết) nhưng thi công đúc bêtông tại chỗ tiết diện I là rất khó khăn

_> thực tế thường sử dụng tiết diện chữ nhật, tuy có tốn vật liệu nhưng thi công đơn giản Các tiết điện phức tạp chỉ nên chế tạo trong nhà máy, ví dụ dâm lấp

ghép tiết diện chữ 1, cột rỗng lấp ghép cho nhà công nghiệp

e Chọn kích thước cột, đâm với module 5cm (Ps h = 15, 20, 25, 30, .cm) —> phù hợp với việc định hình hóa vần khuôn

e Chọn bề rộng dầm, cột phải bảo đảm khoảng cách cốt thép không quá nhỏ (nhất

là ở các chỗ giao nhau d4m-cét)

« Kiém tra sự hợp lý của kích thước tiết điện đã chọn thông qua sự hợp lý của hàm

lượng cốt thép đối với từng loại cấu kiện

3.4.2 CẤU TẠO CỐT THÉP

a Khung và lưới cốt thép

Cốt thép đặt vào trong bêtông không được để rời mà phải liên kết chúng lại với

nhau thành khung boặc lưới Khung được dùng trong đầm sàn, sườn móng băng, cột, vv Lưới được dùng trong bản sàn, móng đơn, ban thang, vv

Có thể ding khung (1ưới) hàn, hoặc khung (lưới) buộc (bằng dây thép mém)

b Thép chịu lực và thép cấu tạo

-Thép chịu lực : được tính toán để chịu các ứng suất do tải trọng

-Thép cấu tạo : thường không cần tính toán, được đặt theo qui định của qui phạm,

theo kinh nghiệm Thép cấu tạo có nhiệm vụ :

+ Liên kết cốt chịu lực thành khung, lưới

+ Hạn chế sự co ngót không đều của bêtông, sự mở rộng khe nứt

+ Chịu ứng suất do nhiệt độ

+ Phân bố tác dụng của tải trọng tập trung

+ Chịu những nội lực xuất hiện do sơ đồ tính không phù hợp hoàn toàn với

kết cấu thật (ví dụ, quan niệm liên kết ngầm, khớp, )

+ Đặt thép cấu tạo để dự phòng lún lệch giữa các mồng

c Chọn và bố trí cốt thép

-Đường kính cốt thép :với cùng một điện tích cốt thép, nếu :

+chọn ¿ nhỏ —> số thanh thép nhiều —> tăng lực dính giữa bêtông và cốt thép, tuy nhiên thép qua day đặc thì khó đúc bêtông

+chọn ¿ lớn —> số thanh thép ít—-> giảm bớt lực dính giữa bêtông và cốt

thép, nhưng đúc bêtông dé dàng hơn

+Trong cùng một tiết điện, không nên dùng quá nhiều loại đường kính cốt

thép Chênh lệch đường kính các cốt thép trong ruột tiết điện không nên quá 6 mm (hoac 8mm), để tránh sự phân bố lực không đều

-Chiều đày lớp bêtông bảo vê cốt thép: C > {max Co }

(tính từ mép ngoài bêtông đến mép ngoài gần nhất của cốt thép) Đặt cốt thép ra gần sát mặt ngoài có thể làm tăng hiệu quả chịu lực nhưng nến lớp bảo vệ không đủ thì thép mau bị han gỉ —> phải theo qui định

Bản và tường có chiều dày < 100 mm : Cọ = 10+ 15 mm

Bản và tường có chiều dày > 100 mm : Co = 15+ 20 mư

Dầm, cột ; Cạ= 20+ 25 mm

Móng toàn khốt có bêtông li + Cọ = 35 nưn

-Khoảng cách cốt thép : t= {4max, to }

Khoảng hở t giữa các cốt thép phải đủ rộng để vữa bêtông có thể dễ dàng

lọt qua và xung quanh mỗi cốt thép có được một lớp béténg dia dam bao điểu kiện về lực đính bàm

Với cốt thép có vị trí nằm ngang lúc đổ bêtông :

*?o = 25 mm với cốt thép đặt dưới

Điều kiện làm việc của cốt thép thép gân | thép trơn ¬ = na và x lieo =

1.Neo cốt kéo trong vùng BT chị

Neo cor keo trong veng ee 1 07 1,2 11 | 250mm va 25d

kéo

2.N Neo cot Keo nove nem ONE) ốt kéo hoặc nén trong 0,5 0,8 g | 200mm va 15d

ving BT chiu nén

4 Mối nối chồng trong vùng nén 0,65 1 § 200 mm và 15d

-Theo kinh nghiệm :

* trong vùng kéo : Ineo = (30 + 45) d

* trong vùng nén : Ineo = (15 + 20) d

Kết Cấu Bêtông Cốt Thép (Phần 1) 25

e Nối cốt thép

-Nối buộc (chồng) : đặt hai đâu cốt thép chồng lên nhau doan Ineo (xác định theo công

thức trên), rồi dùng sợi thép mềm buộc chúng lại

-Nối hàn : hàn đối đầu, hàn chỗng hoặc hàn đối đầu có thanh ghép

Chương 4

cấu KIỆN CHỊ GON

e Các cấu kiện chịu uốn thường gặp như dam san, dan san, cầu thang, ô văng, sênô,

tường chắn đất , panen, móng băng, móng bè .Nội lực chủ yếu trong cấu kiện là moment uốn và lực cắt

e Hai loại cấu kiện chịu uốn (hình 4.1):

Y Ban: la kết cấu phẳng có chiều dày khá nhỏ sơ với chiều rộng, chiều dài

Ví dụ: đan sần, bản thành tường chấn, bản móng bè

Y Dầm: là cấu kiện có chiểu cao và chiều rộng tiết diện khá nhỏ so với chiều đài

của nó Ví dụ: dâm sàn, sườn móng, sườn panen

eChiéu dày của bản (hụ) được chọn tùy theo nhịp bản, độ lớn của tải trọng, sự chịu lực

(một phương, hai phương) của bản Thông thường, ban sàn nhà dân dụng có hụ = 6 +12

cm; trong nha cao tang thi chiều dày bản sàn được gia tăng để bảo đảm yêu cầu độ cứng, tăng cường ổn định cho công trình khi chịu tải trọng ngang Trong câu thang dạng bắn chịu lực (phẳng hoặc xoắn), bản thang thường có chiéu day hy > 10 cm Chiéu day bản

móng bè, bản sàn không sườn (sàn nấm) thì còn lớn hơn các giá trị nêu ở trên vv

e Khi bản có gối tựa theo chu vi thì có thể có hai hình thức lầm việc:

* Bản một phương (bản dâm) : khi b/h>2 thi moment uốn theo phương ngắn Ỉ¡

lớn hơn nhiều so với moment uốn theo phương dài i; Lúc nầy ta có thể xem bản

làm việc theo một phương (phương ngắn), thép chịu lực đặt theo phương ngắn,

thép cấu tạo (thép phân bố) đặt theo phương dài

* Bản bai phương _: khi I < /⁄/„<2 thì xem bản làm việc theo bai phương Thép

chịu lực đặt theo cá hai phương

e Cốt thép bản : thường dùng thép nhóm nhóm CI (hoặc AD, CH (hoặc AI)

Hình 4.2 Mặt bằng ban một phương và bản bai phương

Mat cit 1-1 Hình 4.3 Mặt cắt ngang bản một phương

v\ Cốt thép chịu lực : đặt trong vùng kếo do moment uốn gây ra Bản sàn nhà dân

dụng thường đùng $6, $8, $10 Ban mong bé, san nấm thường dùng đường kính

cốt thép lớn hơn

Khoảng cách : 70 + 200 mm khi hụ < 15cm; khôngquá 1,5h khi hụ > I5 cm

v_ Cốt thếp cấu tạo :

Nhiệm vụ : định vị cốt chịu lực, phân phối ảnh hưởng của tải trọng tập trung; chịu

ứng suất đo co ngót, nhiệt độ, để phòng trường hợp sơ đồ tính không hoàn toàn phù hợp với sự làm việc thực tế của kết cấu

Thường dùng ó6, È8 ; khoảng cách 250 +300 mm ; Fz cấu tạo > 0,2 F

4.1.2 DAM

e Tiết điện : chữ nhật, chữ T, chữ I, hình thang, hình hộp

Chiêu cao tiết dién dim san :

h= (; et nhịp dầm

8 20

Chiều rộng tiết diện b = @⁄2 + 1⁄4 )h ; cũng có thể chọn b=2/3h

Chọn b, h chú ý đến yêu cầu kiến trúc và việc định hình hóa ván khuôn (thường chọn

là bội số của 50 mm)

© Cét thép : thudng ding thép nhém nhém CI (hoic Al), Cil (hodc AID

Y Cétthép doc chiu luc : tính từ moment uốn Thường dùng $12 + 40 ram

⁄_ Cốt đai và cốt xiên :chịu lực cắt, gắn vùng bêtông chịu nén với vùng bÊtông

chịu kéo

Cét dai thudng ding 96, $8, 010

Cốt xiên thường đo cốt đọc uốn lên, do đó cốt xiên cũng chịu moment uốn Cốt dọc cấu tạo: giữ vị trí cốt đai lúc thi công, chịu ứng suất do co ngót, do nhiệt độ thay đổi

Khi chiều cao dim h > 700 thi thém thép dọc cấu tạo (t6i thiéu $12) 6 giifa

chiều cao tiết diện để giữ khung cốt thép khỏi bị lệch khi đổ bêtông

cốt xiên cốt cấu tao cối đai

Cết thép trong dâm đơn giản | b NNG SN ke '

Hình 4.4 Ví dụ đặt cốt thép trong một đầm đơn giản

4.2 SỰ LÀM VIỆC CỦA CẤU KIỆN CHỊU UỐN

4.2.1 CÁC TIẾT DIỆN CẦN TÍNH TOÁN

Thí nghiệm một đầm đơn giản chịu tải trọng tăng dần :

e Khi tai trọng còn nhỏ : dầm chưa nứt

«e Khi tải trọng đủ lớn : xuất hiện những khe nứt thẳng góc với trục dầm tại chỗ có M lớn

và những khe nứt nghiêng với trực dầm tại chỗ có Q lớn (gần gối tựa)

= Như vậy, dầm chịu uốn có thể bị phá hoại tại tiết diện có khe nứt thẳng góc hoặc tại

tiết diện có khe nứt nghiêng Đó chính là các tiết điện cần phải tính toán

Hình 4.5 Các dạng khe nứt trong dầm đơn giản

Một số hình ảnh thí nghiệm đầm BTCT thực tế được minh họa trong các hình 4.6, hình

4.7 và hình 4.8

4.2.2 TRẠNG THAI UNG SUAT - BIEN DANG TREN TIET DIEN THANG GOC

Theo dõi các giai đoạn ứng sudt-bién dang trén tiét diện thẳng góc của một dầm đơn gin

chịu nốn (hình 4.9)

s Giai đoan Í:

Moment M cdn nhỏ, vật liệu làm việc đàn hồi, sơ đổ ứng suất pháp có dạng tam

giác Bêtông chịu cả nén và kéo ( øp < Ra ; Gu < Ry) 5 ting suất trong cốt thép nhỏ hơn giới hạn chảy

e Giai đoan Ia:

Tăng M, trục trung hòa xê dịch lên trên, vùng nền bị thu hẹp

Biến dạng dẻo trong bêtông phát trién — so đồ ứng suất pháp có dạng đường cong

| Khi ting sudt kéo trong béténg (Om ) đạt tới Ry thì bêtông bắt đầu nứt

* Giai doan Hi:

Tăng M, trục trung hòa xê địch lên trên, vùng nén bị thu hẹp thêm

Khe nứt trong miễn kéo phát triển dần lên phía trên Hầu như toàn bộ lực kéo là

do cốt thép chịu

Ứng suất nén trong bêtông và ứng suất kéo trong cốt thép tăng, nhưng vẫn thỏa On< Rn VA Ga < Ra

e Giai đoan Ila:

Tăng M, nếu cốt thép chịu kéo không nhiều lắm thì thép có thể đạt giới hạn chảy

(Ga = Ra), trong khi ơs < Ra

e Giai đoan HH: giai đoạn phá hoại

Tăng M, khe nứt tiếp tục phát triển lên phía trên, vùng nén bị thu hẹp thêm Ứng suất trong bêtông vùng nén tăng trong khi ứng suất trong cốt thép không tăng nữa (vì cốt thép đang chảy) Đến khi ơy = Rạ thì dầm bị phá hoại

vs Trường hợp phá hoại vừa mô tả ở trên ứng với Ga = R, VA op = Ry là phá hoại déo, là trường hợp phá hoại mà ta đã tận dụng được hết khả năng chịu lực của vật liệu

*wx Nếu cốt thép chịu kéo F, qua nhiều —> không xảy ra giai đoạn Ha, mà từ H chuyển ngay sang IH (trường hợp 2) —> sự phá hoại xảy ra khi ứng suất nén œ› trong bêtông dat Ra ma ứng suat o, trong cot thép chua dat tdi Ra -

Trường hợp 2 nay là trường hợp phá hoại giòn, bắt đầu từ vùng bêtông nén,

phá hoại khi biến đạng còn nhỏ —> xảy ra đột ngột, nguy hiểm, không tận dụng

được hết khả năng chịu lực của vật liệu Đây là trường hợp phá hoại cần tránh

4.3 TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU UỐN CÓ TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT THEO CƯỜNG ĐỘ TREN TIẾT DIỆN THANG GOC

4.3.1 CÁC TRƯỜNG HỢP DAT COT THÉP

o_ Cốt đơn :chỉ có cốt thép Fa (theo tính toán) đặt trong vùng chịu kéo Dĩ nhiên, trong vùng chịu nén cũng có cốt thép cấu tạo

o_ Cốt kép : theo tính toán, cần có cả cốt thép F; đặt trong vùng chịu kéo và F, dat trong

vùng chịu nén

cốt cấu tạo oft clin néa Fa

Hình 4.10 Các trường hợp đặt cốt thép (khi moment dương)

4.3.2 TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT ĐẶT CỐT ĐƠN

e Cac giả thiết

_ Ung sudt trong cốt thép F, nj ugh

v Bỏ qua sự chịu lực của vùng

bêtông chịu kéo (vì đã nứt )

Cac ky hiéu:

M,, _ moment gidi han

a _khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến mép chịu kéo của tiết diện

họ =h— a: chiều cao có ích, chiều cao tính toán, chiều cao làm việc của tiết điện

x : chiểu cao vùng bêtông nén

Fa : diện tích tiết điện ngang của toàn bộ cốt thép chịu kéo

hạ

œ chiếu cao tỷ đối của vùng bêtông nén ;

+y là tỷ số cánh tay đòn nội ngẫu lực với chiều cao làm việc

Có thể tra bảng quan hệ giữa các hệ số A, œ,y hoặc tính trực tiếp từ các công thức

e Để bảo đảm xảy ra phá hoại đẻo thì cốt thép Fạ không được quá nhiều

—> phải han ché x (theo (4.1)) Theo thực nghiệm thì phá hoại đẻo xẩy ra khi

Goi w= th, là hàm lượng cốt thép thi (4.8) td thanh p< pox VOI | Hn =8 n—

e Nếu F, quá ít thì sẽ xảy ra phá hoại đột ngột ngay sau khi bêtông bị nứt Để tránh

điều đó, cần phải bdo dim p> pmin Thường lấy min = 0,05% + 0,1%

Tóm lại, hàm lượng cốt thép cần thỏa điểu kiện Hmia< /= bh, < [max

# Nếu A < Áo : tính cốt đơn theo các công thức đưới đây

® Bài toán tính cốt đơn khi A <Áa :

+ Tính (hoặc tra bảng) œ=I—Vl~24 hoặc y=05(|+vÏ~ 24)

e Chọn và bố tri thép

Có thể chọn F; dư < 5% hoặc thiếu < 3% so với Fa tính được Kiểm tra khoảng cách cốt thép, chênh lệch đường kính (2 < A¿ < 6mm) Kiểm tra giá trị thực tế của a so với giá trị đã giả thiết

Tính pate - kiểm tra H> Hmin bh,

{Lưu ý: dễ thấy trong bài toán cốt đơn này, điều kiện MS Huax luôn thỏa }

$ Bởi loán kiểm tra cường độ

Biết :F„, b,h, mác bêtông, nhóm cối thép Yêu cầu : kiểm tra khả năng chịu lực (M < Mạn)

x Nếu A>0,5: tăng h hoặc tăng mác bêtông để A < 0,5 rồi mới tính

Thường thì không nên đặt quá nhiều cốt thép F’, vi li do kinh tế

Tinh A=

* Ứng suất trong vùng bêtông

b.Phương trình cân bằng

e Chiếu các lực lên phương đọc trục dầm :

RF, = Rabx + R'aT”a (4.13)

e Lấy moment đối với trục đi qua diém dat trong tam F, va thẳng góc với mặt phẳng uốn

Men = Rabx(ho — 0,5x) + R’aF’ a(ho —a”) (4.14)

Néu dat a= ¬ và A = œ(1 —0,5œ) thì hai phương trình trên trở thành:

9

Mgn = ARnD AS + R’aF’a(ho —a’) (4.16)

e Điều kiện hạn chế

e© Để không xảy ra phá hoại giòn từ vùng bêtông chịu nén phải thỏa mãn điều kiện

x<ơpho © œ<ơao GAS Ao= ơo(1 — 0,50œo) (4.17)

e Để ứng suất trong cốt thép chịu nén F”; đạt đến cường độ chịu nén tính toán R'a thì cần thỏa điều kiện

- Hai phương trình (4.15) và (4.16) có đến ba ẩn số là œ, Fạ và E'„ Để loại bớt ẩn

số, có thể giả thiết là ta đã tận dụng hết khả năng chịu nén của bêtông, tức là cho

Œ=Œo >> À=Áo

2

- _ Xác định diện tích cốt thép chịu nén từ (4.16): Fa = alee z1, —-a (4.20)

- — Xác định điện tích cốt thép chiu kéo ti (4.15): F, = TỚNG Re Fi, (4.21)

- Nếu A>Au:EF'a chưa đủ, cần tinh cd F’, va F, theo bài toán ]

- Nếu A< Áo: tra bảng hoặc tính œ=!—I—2A ; suy ra x = œho

Có hai trường hợp :

a a

e Néu x<2a’: ting suat trong cốt thép chịu nén F'a chỉ đạt đến G@';z<R?a

Để loại bớt ẩn, ta lấy x=2a” và viết phương trình moment đối với trọng tâm cốt thép F?a thì được

Men = RaFa(ho-2’) (4.24)

Biét : F,, bh, mac bêtông, nhóm cốt thép

Vêu câu : kiểm tra khả năng chịu lực (M < Mại)

Giải

R F _ RF

- Theo (4.15) tinh a= + R,bh, (4.26)

- Nếu ø> œ: lấy =da=A= Ào

Mạn = AoRab hy +R’,F’a(ho —a’) (4.27)

-_ Nếu ø <ø„: tính x= œho Có hai trường hợp :

© Nếu x>2a' : ứng suất trong cốt thép chịu nén F”; đạt đến R'ạ Từ ơ tra

bằng hoặc tính A = œ(1~-0,5œ) Xác định khả năng chịu lực theo (4.16) :

4.4 CẤU KIEN CHỊU UỐN CÓ TIẾT DIEN CHU T

4.4.1 KHÁI NIỆM CHUNG VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO

Cấu kiện chịu uốn có tiết điện T (hoặc có thể quy về tiết diện T khi tính toán) thường

gặp là: dầm đổ toàn khối với sàn; dầm cầu (T, I, hình hộp ), dầm đỡ cầu trục (T, D, đầm mái (T, l) , panen hộp hay panen sườn (hình 4.13)

đầm mãi

‘Tit didn dase tahvớiN đương — tnhvớiMiêm

i Be † + be + 'Tiết diện để tích toán với M ãm

Tiết điện thực 'Töổi điện Bể tí: toán với MÃ đượng

Hình 4.14 Các trường hợp quy đổi về tiết điện chữ T khi tính toán cấu kiện chịu nốn

- _ Tiết diện chữ T gồm có cánh và sườn Cánh nằm trong vùng nén sẽ làm tăng diện

tích vùng bêtông nén so với tiết điện chữ nhật bxh = cánh phải được kể đến

trong tính toán Nếu cánh nằm trong vùng kéo thì không được kể đến trong tính

toán theo cường độ (vì bêtông không được tính cho chịu kéo) > tiết diện vẫn được

tính như tiết điện chữ nhật bxh

- _ Chẳng hạn, xét đầm liên tục có biểu đồ moment như hình vẽ 4.14

e Giả sử dầm có tiết diện chữ L Tại các tiết điện có moment dương thì tiết

điện tính toán là chữ T với cánh là cánh trên của tiết điện I Tại các tiết diện

Kết Cấu Bêtông Cốt Thép (Phần 1) 38

cé moment 4m thi tiết điện tính toán là chữ 1 (T ngược) với cánh là cánh dưới

của tiết điện 1

e Tương tự cho trường hợp dâm có tiết diện hình hộp vv

+ Đặc điểm cấu tạo :

4.4.2

Khi tính toán, cần phải hạn chế bể rộng cánh b (tức là hạn chế sải cánh S\) để bảo

đảm cánh cùng tham gia tham gia chịu lực với sườn

e Với cấu kiện độc lập tiết điện T :

S' < 1/6 nhịp cấu kiện ; va:

lấy S, < 6h khi h¿ > 0,1h

lấy S( < 3h khi 005h<h,< 0,1h

lady So =O khi h.< 0,05h (bổ qua phần cánh )

e Với đâm đổ toàn khối với sàn, khi h > 0,1h có thể lấy S' < 9h., và b‹ không

lấy vượt quá khoảng cách giữa hai trục dầm

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ TRỤC TRUNG HÒA (ITH), TINH TOAN TIẾT DIỆN CHỮ T THEO CƯỜNG ĐỘ TRÊN TIẾT DIỆN THẲNG GÓC

Gọi Mẹ là moment ứng với trường hợp TTH đi qua mép dưới của cánh :

Trục trang bòa qua cánh : z <bc Trục trưng hòa qua sườn : x >be

Hình 4.15 Vị tí trục trung hòa của tiết điện chữ T

a Trường hợp TTH qua cánh

Tính toán như tiết diện chữ nhật bxh

b Trường hợp TTH qua sườn

Xuất phát từ trường hợp phá hoại dẻo, ta có sơ để ứng suất của tiết điện chữ T đặt cốt

đơn như hình 4.16 Từ đó ta được bai phương trình cân bằng (4.29) và (4.30); và nếu

Hình 4.16 Sơ đỗ ứng suất của tiết diện chữ T đặt cốt đơn khi trục trung hòa đi qua sườn

R,Fa = Rabx + Ra(b’e — b)hc (4.29)

Mn = Rabx(ho — 0,5x) + Ra(b’e — b) h’c (hho — 0,5h'c) (4.30)

RF, = aRabho + Ra(b’e — byh’e (4.31) Mụ,= 4R,bhệ + Ra(b.— b) hẹ (họ — 05h) (4.32)

e Điều kiên han chế: Để bảo đảm xảy ra phá hoại dẻo thì

x<œgha © œ<ữo << Á <SÁao = ơo(1 — 0,5œn)

- Kiểm tra điều kiện về S” (hay b'.) để cánh có thể cùng tham gia chịu lực với sườn

- Tinh M, theo (4.28) va so sinh M với M để xác định vị trí trục trung hòa

-_ Nếu M<M.: trục trung hòa đi qua cánh — tính như tiết diện chữ nhật b°.x h

-_ Nếu M>M.: trục trung hòa đi qua sườn — tính toán theo trình tự sau :