Chuong3 nglyttvactao(1)

Chương NGUN LÝ TÍNH TỐN VÀ CẤU TẠO KC BTCT 1_NỘI DUNG VÀ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ KẾT CẤU BTCT 1.1_Nội dung yêu cầu sản phẩm thiết kế KCBTCT  Sản phẩm thiết kế KC BTCT hình vẽ trình bày hình dáng, kích thước kết cấu, định vật liệu, cấu tạo chi tiết phận kết cấu Gọi chung vẽ Ngồi cịn có thuyết minh trình bày sở thiết kế, lập luận, tính tốn, kết Gọi chung thuyết minh tính tốn  Yêu cầu thiết kế kết cấu thỏa mãn điều kiện về: o bảo đảm độ bền vững (là yêu cầu quan trọng nhất) giai đoạn xây dựng, sử dụng sửa chửa cơng trình o sử dụng bình thường cơng trình o sử dụng vật liệu hợp lý o thuận tiện cho thi công (khả thi) o kinh tế (không tốn kém) 1.2_Các bước thiết kế KC BTCT Gồm công việc chính: tính tốn cấu tạo Các bước tiến hành: bước Bước 1: Mô tả giới thiệu kết cấu Bước 2: Chọn kich thước sơ phận kết cấu Bước 3: Thiết lập sơ đồ tính tốn Bước 4: Xác định loại tải trọng tác dụng lên kết cấu Bước 5: Tính tốn, vẽ biểu đồ nội lực thành lập tổ hợp nội lực Bước 6: Tính tốn bêtơng cốt thép (tính tốn lượng cốt thép cho kết cấu, nội dung chủ yếu phần bêtông cốt thép 1) Bước 7: Thiết kế chi tiết thể vẽ (cấu tạo) 2_TẢI TRỌNG TÁC DỤNG Tiêu chuẩn liên quan: TCVN 2737 –1995: Tải trọng tác động  Tải trọng lực tác dụng lên kết cấu làm cho kết cấu phát sinh nội lực  Tác động tác nhân lực tác dụng lên kết cấu làm cho kết cấu phát sinh nội lực, thí dụ chuyển vị cưỡng liên kết, thay đổi nhiệt độ, động đất 2.1_Phân loại tải trọng Dựa vào tính chất tác dụng phân tải trọng thành ba loại:  Tải trọng thường xuyên Là tải trọng có tác dụng khơng thay đổi suốt q trình sử dụng kết cấu trọng lượng thân kết cấu, vách ngăn cố định v.v… Để xác định tải trọng thường xuyên cần dựa vào cấu tạo cụ thể phận kết cấu  Tải trọng tạm thời Là tải trọng thay đổi điểm đặt, giá trị, phương, chiều Đó tải trọng nhười đồ vật trẹn sàn nhà (tải trọng sử dụng sàn), tải trọng gió, phương tiện giao thơng v.v… Để xác định tải trọng tạm thời cần dựa vào tiêu chuẩn tải trọng dựa vào số liệu thống kê  Tải trọng đặc biệt Là tải trọng xảy động đất, cháy nổ, bom đạn… Dựa vào thời hạn tác dụng phân chia thành loại:  Tải trọng tác dụng dài hạn Gồm tải trọng thường xuyên phần tải trọng tạm thời  Tải trọng tác dụng ngắn hạn Gồm phần lại tải trọng tạm thời  Tải trọng trùng lặp Là tải trọng có trị số thay đổi nhanh, thường theo chu kì (tải trọng rung động) 2.2_Trị số (giá trị) tiêu chuẩn tính toán tải trọng c  Trị số tiêu chuẩn tải trọng ( qtc hay q , gọi tắt tải trọng tiêu chuẩn) - Là giá trị thường gặp q trình sử dụng cơng trình - Trị số xác định theo số liệu thực tế, theo số liệu thống kê  Trị số tính tốn tải trọng ( q , gọi tắt tải trọng tính tốn) q  nqtc  nqc (3.1) n – hệ số độ tin cậy (còn gọi hệ số vượt tải) để kể đến trường hợp đột xuất, tải trọng vượt trị số tiêu chuẩn gây bất lợi cho kết cấu Theo tiêu chuẩn TCVN 2737 –1995 lấy n = 1,1 1,3 với tải trọng thường xuyên n = 1,2  1,4 với tải trọng tạm thời Với tải trọng thường xuyên tải trọng giảm mà làm cho kết cấu bị bất lợi phải lấy n < 3_NỘI LỰC Xem [2] 4_CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN KC BÊTƠNG CỐT THÉP 4.1_Đại cương phương pháp tính tốn a/ Hai loại toán KC BTCT: Sau có nội lực, tiến hành tính tốn BTCT theo hai loại tốn: Bài tốn tính cốt thép: Xuất phát từ yêu cầu an toàn kết cấu để xác định lượng cốt thép cần thiết Bài tốn kiểm tra: Đã biết kích thước tiết diện bố trí cốt thép, cần kiểm tra xem kết cấu có đủ độ an tồn hay khơng b/ Phương pháp tính tốn BTCT trải qua giai đoạn (hay phương pháp): Phương pháp ứng suất cho phép Khoảng đầu kỷ XX người ta dùng rộng rãi phương pháp ứng suất cho phép mà điều kiện an toàn là:    cp    đó: (3.3)  – ứng suất nội lực gây ra;  cp    – ứng suất cho phép vật liệu Để xác định ứng suất  người ta giả thiết vật liệu bêtông cốt thép làm việc hồn tồn đàn hồi Tính tốn dùng số công thức lập môn sức bền vật liệu Phương pháp nội lực phá hoại Vào khoảng kỷ XX số nước chuyển sang dùng phương pháp nội lực phá hoại, điều kiện an toàn là: kSc  S ph đó: Sc – nội lực tải trọng tiêu chuẩn gây ra; S ph – nội lực làm phá hoại kết cấu; k –hệ số an toàn, thường lấy k = 1,5 2,5 (3.4) Để xác định S ph người ta dựa vào nhiều kết thí nghiệm, xét làm việc thực tế có biến dạng dẻo bêtơng cốt thép, lập cơng thức tính toán cho trường hợp chịu lực khác Phương pháp nội lực phá hoại có tiến phương pháp ứng suất cho phép việc dùng số hệ số an toàn chung k chưa phản ảnh đầy đủ yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy (độ an toàn) kết cấu Phương pháp trạng thái giới hạn (đang áp dụng) Hiện nay, toàn giới dùng phổ biến phương pháp trạng thái giới hạn (TTGH) “ Trạng thái giới hạn trạng thái mà từ trở kết cấu khơng thể thỏa mãn yêu cầu đề cho Có loại yêu cầu: Yêu cầu độ bền vững (an tồn), tương ứng với nhóm TTGH thứ u cầu điều kiện làm việc bình thường, tương ứng với nhóm TTGH thứ hai ” 4.2_Trạng thái giới hạn thứ (TTGH I ) Đó TTGH độ bền (độ an tồn) Tính tốn theo TTGH nhằm đảm bảo cho kết cấu không bị phá hoại, không bị ổn định, khơng bị hư hỏng mỏi (với kết cấu chịu tải trùng lặp, rung động) chịu tác dụng đồng thời yếu tố lực ảnh hưởng bất lợi môi trường Công thức tổng quát TTGH I: S  S gh đó: hay S  S  (3.5) S – nội lực bất lợi tải trọng tính tốn gây S gh hay  S  - khả chịu lực kết cấu làm việc TTGH I Khả phụ thuộc vào kích thước tiết diện, số lượng cốt thép, cường độ tính tốn bêtông cốt thép Biểu thức cụ thể S gh ứng với trường hợp chịu lực khác (uốn, cắt, nén, kéo, xoắn…) 4.3_Trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH II ) Đó TTGH điều kiện làm việc bình thường Tính tốn theo TTGH nhằm đảm bảo cho kết cấu khơng có khe nứt biến dạng mức cho phép theo điều kiện: (3.6a) acrc  agh f  f gh (3.6b) đó: acrc f – Bề rộng khe nứt biến dạng (độ võng) kết cấu tải trọng tiêu chuẩn gây agh f gh – Giới hạn cho phép bề rộng khe nứt biế dạng để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường Xác định agh f gh theo quy định tiêu chuẩn thiết kế Thông thường: agh = 0,05  0,4 mm Độ võng giới hạn dầm ( 1  ) nhịp dầm 200 600 …… 5_NGUYÊN LÝ CẤU TẠO KC BÊTÔNG CỐT THÉP (KC BTCT) 5.1_Chọn kích thước tiết diện  Kích thước tiết diện thường chọn sơ để xác định tải trọng, nội lực cốt thép A  Sau có cốt thép cần tính tốn hàm lượng (tỉ lệ) cốt thép   s A để đánh giá hợp lí kích thước tiết diện chọn ( As – diện tích cốt thép, A – diện tích tiết diện)  Với loại cấu kiện có khoảng hợp lí  , kích thước tiết diện xem hợp lí  nằm khoảng Nếu tính  q bé chứng tỏ kích thước tiết diện lớn so với yêu cầu khả chịu lực ngược lại Nếu có  khơng hợp lí nên chọn lại tính tốn lại  Chọn kích thước tiết diện, yêu cầu khả chịu lực phải quan tâm đến vấn đề thẩm mĩ điều kiện thi công Về thẩm mĩ cần kết hợp thiết kế kết cấu với thiết kế kiến trúc Về thi cơng cần chọn kích thước thuận tiện cho việc chế tạo thống hố ván khn, thuận tiện cho việc đặt cốt thép đổ bêtông Thông thường chọn chiều dày tường theo bội số cm, kích thước tiết diện dầm cột theo bội số 10 cm 5.2_Khung lưới cốt thép Cốt thép đặt vào kết cấu không phép để rời mà phải liên kết chúng lại thành khung thép hay lưới thép dạng buộc hay hàn Khung thép buộc 4 Khung thép hàn Lưới thép buộc hàn 5.3_Cốt thép chịu lực cốt thép cấu tạo Cốt thép chịu lực dùng để chịu ứng lực phát sinh tác dụng tải trọng, chúng xác định kiểm tra tính tốn (cịn gọi cốt thép tính tốn) Cốt thép cấu tạo đặt vào kết cấu với nhiều tác dụng khác nhau:       để liên kết cốt chịu lực thành khung lưới, để giữ vị trí cốt thép chịu lực thi cơng, để làm giảm co ngót khơng bêtông, để chịu ứng suất nhiệt độ thay đổi, để ngăn cản mở rộng vết nứt, để làm phân bố tác dụng tải trọng tập trung v.v… Thực tế cốt thép cấu tạo chịu lực chúng khơng tính tốn mà đặt theo quy định, theo kinh nghiệm Tuy gọi cốt thép cấu tạo số trường hợp đóng vai trị quan trọng Nếu thiếu cốt thép cấu tạo kết cấu khơng phát huy hết khả chịu lực, bị nứt bị hư hỏng cục 5.4_Lớp bêtông bảo vệ cốt thép Chiều dầy lớp bêtông bảo vệ cốt thép    Lớp bêtông bảo vệ cốt thép khoảng cách từ mép ngồi bêtơng đến mép ngồi gần cốt thép Lớp bảo vệ cần để bảo đảm việc đồng thời cốt thép bêtông giai đoạn, bảo vệ cốt thép khỏi tác động khơng khí, nhiệt độ tác động tương tự Cần phân biệt lớp bêtông bảo vệ cốt thép cốt thép dọc chịu lực c2 lớp bêtông bảo vệ cốt thép cấu tạo, cốt thép đai c1 Trong tường hợp chiều dày không bé đường kính cốt thép tương ứng, ngồi cịn khơng bé trị số C0 quy định sau: a Với cốt thép chịu lực: Trong vách cứng BTCT có chiều dầy: C0 = 10mm (15mm) o Từ 100mm trở xuống: C0 = 15mm (20mm) o Trên 100mm : Trong dầm sườn có chiều cao tiết diện: C0 = 15mm (20mm) o Nhỏ 250mm: o Lớn 250mm: C0 = 20mm (25mm) Trong cột: C0 = 20mm (25mm) Trong dầm móng (đà kiềng): C0 = 30mm Trong kết cấu móng:  Đối với móng lắp ghép: C0 = 30mm  Đối với móng tồn khối có lớp bêtơng lót: C0 = 35mm  Đối với móng tồn khối khơng có lớp bêtơng lót: C0 = 70mm b Với cốt thép cấu tạo, cốt đai: Khi chiều cao tiết diện nhỏ 250 mm, C0 = 10 mm (15 mm) Khi chiều cao tiết diện từ 250 mm trở lên, C0 = 15 mm (20 mm) Chú thích: Giá trị ngoặc (…) áp dụng cho kết cấu trời nơi ẩm ướt Đối với kết cấu vùng chịu ảnh hưởng môi trường biển (nước mặn) cầ lấy tăng chiều dầy lớp bảo vệ, theo quy định tiêu chuẩn “ TCXDVN 327 –2004 (TCVN 9346-2012): KC BT KC BTCT Yêu cầu bảo vệ chống ăn mịn mơi trường biển” Đối với kết cấu môi trường xâm thực mạnh cần phải có thêm lớp ốp biện pháp bảo vệ đặc biệt 5.5_Khoảng hở thông thủy cốt thép Cốt thép đặt với khoảng hở t đủ rộng để hỗn hợp bêtơng dễ dàng lọt qua xung quanh cốt thép có lớp bêtơng đủ đảm bảo điều kiện lực dính bám Tiêu chuẩn TCVN 5574 –2012 quy định khoảng hở t (khoảng cách thông thuỷ) cần lớn bàng đường kính cốt thép lớn max giá trị t0 t  max ; t0  (3.9) Các giá trị t0 qui định sau: a Khi cốt thép có vị trí nằm ngang xiên lúc đổ bêtông (thường gặp dầm)  Với cốt thép đặt dưới: t0 = 25 mm  Với cốt thép đặt trên: t0 = 30 mm  Khi cốt thép đặt nhiều hai lớp với lớp phía t0 = 50mm (trừ hai lớp cùng) Trường hợp dùng đầm dùi để đầm bêtơng khoảng hở t lớp bên cần bảo đảm để đầm dùi lọt qua Khoảng hở thông thủy cốt thép dưới: 4 3 t1 t1 t1 t2 t1 t1 t1 t1 t1 t1 t1 t1 Khoảng hở thông thủy cốt thép trên: t3 t3 t3 t3 t3 t3 t3 t3 t3 2 1 t3 t2 t3 3 4 1) Chiều dài đoạn neo cốt thép lan kể từ mút cốt thép đến tiết diện vng góc với trục dọc cấu kiện mà sử dụng tồn khả chịu lực (tính với tồn cường độ tính tốn): lan  ( an lan l Rs  an )   Rb an (3.10)  Rs (   an R  an ) b    an    lmin  hay (3.10a) đó, hệ số thực nghiệm xác định sau: Theo bảng 36 điều 8.5.2 TCXDVN 356-2005, hệ số để xác định đoạn neo cốt thép không căng sau : Các hệ số để xác định đoạn neo cốt thép không căng Cốt thép có gờ Cốt thép trơn Điều kiện làm việc cốt thép không căng an an an Không nhỏ an an an lmin lmin (mm) (mm) Đoạn neo cốt thép a Chịu kéo bê tông chịu kéo b Chịu nén kéo vùng chịu nén bê tông Nối chồng cốt thép a Trong bê tông chịu kéo b Trong bê tông chịu nén Không nhỏ 0,7 11 20 250 1,2 11 20 250 0,5 12 200 0,8 15 200 0,9 11 0,65 20 15 250 200 1,55 11 20 15 250 200 2) Đoạn neo cốt thép kể từ mút cốt thép đến tiết diện vuông góc với trục dọc cấu kiện mà xem khơng cịn chịu lực (neo cốt thép dọc gối biên kê tự cấu kiện chịu uốn (nơi có lực cắt lớn M = 0)) cần tuân theo dẫn cấu tạo cốt thép dọc chịu uốn tiết diện nghiêng (Sẽ khảo sát chương 4) GHI CHÚ: * Trong trường hợp cần neo có diện tích tiết diện lớn diện tích u cầu theo tính tốn (chưa sử dụng hết khả chịu lực) giá trị lan tính theo cơng thức (3.10) phép giảm xuống cách nhân với tỉ số diện tích yêu cầu diện tích thực có * Trong trường hợp vùng để neo cốt thép không đủ để đặt đoạn neo theo u cầu dùng biện pháp neo hỗ trợ hàn vào đầu mút neo Lúc cần tính tốn neo theo chịu lực cục chiều dài đoạn neo không nhỏ 10 5.7_Đoạn nối cốt thép Cần phải nối cốt thép chiều thép không đủ dùng thép dài trở ngại cho thi công (khi phải dựng đứng thép thi cơng cột) Có thể dùng cách nối hàn, nối buộc nối ống lồng a._Nối hàn Có thể dùng cách hàn tiếp xúc hàn hồ quang Hàn tiếp xúc (đối đầu) thực máy hàn chuyên dụng, dùng để nối dài có đường kính 10mm tỉ lệ đường kính hai nối khơng nhỏ 0,85 (hình_a) Hàn hồ quang cách dùng dòng điện cường độ lớn nung chảy kim loại que hàn thép cần hàn để chúng liên kết với Có thể hàn cách dùng không dùng kẹp, hàn đối đầu máng Hàn hồ quang dùng kẹp (hình_b) thực với bốn đường hàn hai bên hai đường hàn bên Khi không dùng kẹp cần uốn đầu cốt thép ghép chồng lên cho trục hai nối thẳng hàng (hình_c) Bằng cách hàn hai bên hàn bên Khi hàn thép đường kính lớn thường dùng biện pháp hàn hồ quang đối đầu cần dùng máng để lót (hình_d) Kích thước đường hàn quy định sau: đường kính cốt thép khơng mm,  bề rộng nửa đường kính cốt thép không 10 mm  Chiều dài đường hàn lh xác định tính tốn thực  chiều dày hh , lấy nghiệm để đảm bảo khả chịu lực (theo phương pháp tính tốn liên kết hàn) khơng nhỏ lmin Xác định lmin sau : o lmin = 4 dùng kẹp, hàn hai bên , o lmin = 5 không dùng kẹp, hàn hai bên o Trường hợp hàn bên lmin tăng gấp đơi, thành = 8 = 10 b._Nối chồng hay nối buộc (thường sử dụng) Nối chồng cách đặt hai đầu cốt thép chập vào đoạn lan Thông thường đặt mép hai sát vào dùng dây thép mềm buộc lại (hình_a) Trường hợp nối với hai khác (hình_b) mép có khoảng Trong phạm vi mối nối chồng, lực từ thép ① truyền vào bêtơng nhờ lực dính bám lại từ bêtơng truyền vào thép ② phạm vi nối chồng cốt thép, bêtông phải làm việc nhiều phức tạp nơi khác, phạm vi phải tăng cường cốt thép đai (đối với cột) thi công phải ý đảm bảo chất lượng bêtông Chiều dài đoạn chập lên mối nối chồng la n lấy theo công thức (3.10)  Không nên nối chồng có đường kính  > 30 mm  Khơng nối chồng có đường kính  > 36 mm  Không nên nối chồng vùng chịu kéo cấu kiện chịu uốn nén, kéo lệch tâm nơi cốt thép dùng hết khả chịu lực  Không nối chồng cấu kiện thẳng mà toàn tiết diện chịu kéo trường hợp sử dụng cốt thép nhóm CIV trở lên  Đầu mút cốt thép tròn, trơn, chịu kéo khung lưới buộc phải uốn móc c._Nối ống lồng hay cupler Đút đầu hai thép cần nối vào ống thép Liên kết cốt thép ống lồng cách dùng máy ép bóp chặt ống vào cốt thép để tạo ma sát , dùng liên kết ren keo Lực từ cốt thép truyền vào ống lồng từ ống lồng truyền vào cốt thép Cần tính tốn chọn lựa ống lồng để đủ khả chịu lực truyền lực Theo tiêu chuẩn xây dựng TCXD 234 –1999 nối cốt thép có gờ phương pháp dập ép ống nối tiêu chuẩn đầu tên Việt Nam kiểu nối Coupler_Nối kiểu ren TẠI VIỆT NAM, sinh viên cho ý kiến coupler? CỤC KÊ BÊTÔNG MÁY UỐN THÉP