TS Ngô Đăng Quang (Chủ biên) TS Nguyễn Duy Tiến
KẾT CẤU BÊ TÔNG CÔT THÉP
Phần 1 - Cấu kiện cơ bản
TRUONG DAI HOC GIAO THONG VAN TAL-CO $6 2
THU VIEN GERRAB
Nha xuat ban Giao théng van tai
Trang 2LỜI NÓI ĐẦU
Cuốn sách Kết cấu bê tông cốt thép này được biên soạn dành sinh viên các chuyên
ngành xây dựng, đặc biệt là xây dựng giao thông và xây dựng dân dụng Trong quá trình biên soạn, các tác giả đã cố găng mô tả sự làm việc của các kết cấu bê tông cũng như các phương pháp thiết kế chúng dựa trên các tắnh chất cơ học Tuy nhiên, khoa học về kết cấu bê tông là khoa học thực nghiệm nên việc tắnh toán và thiết kế kết cấu bê tơng địi hỏi phải sử dụng cả các kết quả thắ nghiệm, các công thức thực nghiệm cũng như
các quy định và khuyến nghị của các Tiêu chuẩn thiết kế Các tiêu chuẩn được sử dụng
có tắnh chất vắ dụ trong tài liệu này là Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 của Bộ Giao thông vận tải cũng như Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông ACI 318-05 của Viện Bẻ tỏng Hoa Kỳ Để so sánh, một số chỗ trong tài liệu cũng tham khảo cả các tiêu chuẩn Khác như Euro Code, TCXDVN 356-2005, AASHTO LRFD, v.v
Cuốn sách này bao gồm 10 chương, giới thiệu một số vấn đề cơ bản nhất trong việc tắnh toán và thiết kế các cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép theo trạng thái giới hạn cường độ và một số khắa cạnh liên quan đến trạng thái giới hạn sử dụng
_ _Chuong 1 giới thiệu các vấn đề tổng quan về kết cấu bê tông và kết cấu bê tông cốt thép cũng như các phương pháp tắnh toán và thiệt kê chúng
Chương 2 tập trung về tắnh chất cơ bản của các vật liệu được sử dụng trong kết cấu bê tông và bê tông cốt thép
Chương 3 trình bày nguyên lý thiết kế kết cấu bê tông cốt thép theo các trạng thái
giới hạn
Các chương 4, 5, 6 và 7 lần lượt trình bày cách tắnh tốn ứng xử và thiết kế theo
trạng thái giới hạn cường độ các câu kiện bê tông cot thép ở các trạng thái chịu lực cơ bản như chịu uốn, chịu cắt, chịu xoắn và chịu nén uốn kết hợp
Chương 8 giới thiệu cách tắnh toán và thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép trong
trạng thái giới hạn sử dụng
Chương 9 được dành cho việc thiết kế các khu vực không liên tục trong các kết câu bê tông côt thép
Chương 10 giới thiệu các nguyên lý thiết kế cấu tạo trong các kết cấu bê tông
Trang 3Một số phần được in chữ nhỏ dành để trình bày vắ dụ và các nội dung để cho sinh
viên đọc tham khảo
Việc biên soạn tài liệu được thực hiện theo sự phân công giữa các tác giả: TS Nguyễn Duy Tiến: Viết chương 3 và một phần của chương 8,
TS Ngô Đăng Quang: Viết các chương còn lại và chịu trách nhiệm chung
Trong quá trình biên soạn, các tác giả đã nhận được sự giúp đỡ quý báu cả về tỉnh
thần cũng như công sức của các tập thể Bộ môn Kết cầu xây dựng, Bộ môn Kết cấu và
đặc biệt là của các thầy giáo có kinh nghiệm trong lĩnh vực kết cau bé tong nhu PGS TS Téng Tran Ting, GS TS Nguyén Viết Trung, GS TS Phạm Duy Hữu Các tác giả xin bày tỏ sự cám ơn chân thành và sâu sắc đối với những giúp đỡ quý báu đó
Mặc dù đã áp dụng cho giảng dạy và rút kinh nghiệm trong một thời gian khá dài và rất có gắng, trong q trình biên soạn nhưng các tác giả cũng chắc chắn rằng, tài liệu này vẫn cịn có nhiêu sai sót Các tác giả rất mong nhận được các ý kiến phản hỏi từ độc
giả để có thể hiệu chỉnh và hoàn thiện dần tài liệu này
Hà Nội, tháng 12/2009
Trang 4MỤC LỤC
MỤC LỤC 3
HE THONG KY HIEU 13
CHUONG 1 TONG QUAN VE KET CAU BE TONG 17
1.1 CACKHAINIEM CO BAN 17
1.11 Kết cấu bê tông 17
1.1.2 Bê tông cốt thép 19
1.1.3 Phân loại kết cấu bê tông cốt thép 20
1.1-3.1 Phân loại theo trạng thái ứng suất 20 1.1.3.2 Phân loại theo phương pháp thi công 20
1.1.4 Ui, nhược điểm và phạm vi áp dụng của kết cấu bê tông 2) LLS Các dạng kết cấu bê tơng điển hình dùng trong cơng trình xây dựng 23 12 SƠ LƯỢC LICH SU PHAT TRIEN CUA BE TONG COT THÉP 25 13 TONG QUAN VE QUA TRINH THIET KE KET CAU BE TONG COT THEP 26
1.3.1 Thiết kế sơ bộ 26
1.3.2 Phân tắch kết cấu 26
1.3.3 Thiết kế chỉ tiết 27
1.4 TONG QUAN VE MOT SO PHUONG PHAP THIET KE KET CAU BE TONG COT
THEP 28
CHUONG2 VAT LIEU 30
21 BE TONG 30
2.1.1 Thành phân của bê tông 30
2.1.2 Đặc tắnh của bê tông non 32
2.1.3 Phân loại bê tông 34
2.1.4 Các tắnh chất cơ lý của bê tơng đã đóng rắn 35
2.1.4.1 Cường độ chịu nén dọc trục của bê tông 35 2.1.4.2 Cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông 37
2.1.4.3 Cường độ chịu kéo của bê tông, 38
2.1.4.4 Sự làm việc của bê tông khi chịu nén một trục ~ các định luật vật liệu của bê tông 40
2.1.4.5 Mô đun đàn hồi của bê tông 45
2.1.4.6 Sự làm việc của bê tông khi chịu kéo 46 2.1.4.7 Sự làm việc của bê tông khi chịu tải trọng lặp 47
2.1.4.8 Ảnh hưởng của tốc độ chất tải đến cường độ của bê tông 49
2149 ỘTừ biến của bê tông 49
2.14.10 Vắ dụ tắnh toán từ biến 34
2.14.11 Congót của bêtơng %6
2.1.4.12 Các thuộc tắnh nhiệt của bê tông s8
2.1.4.13 Khối lượng thể tắch của bê tông so
2.1.4.14 Sự làm việc của bê tông khi chịu ứng suất nhiều chiều 60
2.1.5 Phân cấp bê tông 64
2.1.5.1 Cấp độ bền 64
Trang 52.1.5.2 Mác bê tông 2.153 Cấp bêtơng
22 CĨT THÉP
2.2.1 Các loại cốt thép
2.2.2 Quan hệ ứng suất Ở biến dạng của cốt thép
2.2.3 Các đặc trưng mỏi của cắt thép
2.3 BÊTƠNGCĨTTHÉP
2.3.1 Sự dắnh bám giữa bê tông và cốt thép
Ấ23.11 Khái niệm
243.12 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực dắnh bám
2.3.2 Sự tham gia làm việc của bê tông giữa các vết nứt 2.3.3 Một số vấn đề về tuổi thọ của kết cấu bê tông cốt thép
24 CÂUHỷIÔN TẬP VÀ BÀI TẬP
CHƯƠNG3 CƠ SỞ THIẾT KÉ KÉT CÁU BÊ TƠNG CĨT THÉP
3.1 GIỚITHIỆU
3.2 TONG QUAN VE MOT SO PHUONG PHAP THIET KE 3.2.1 Thiết kế theo ứng suất cho phép
3.2.2 Thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng
65 65 67 67 68 70 7 a 71 73 73 75 78 82 82 82 83 85
3.3 PHUONG PHAP THIET KE KET CAU BE TONG THEO PHUONG PHAP HE SO TAI TRONG VA SUC KHANG
3.3.1 Sự biển thiên của tải trọng 3.3.2 _ Sự biến thiên của sức kháng 3.3.4 Khái niệm về độ an toàn
3.3.4.1 Phân bố thống kê và giá trị trung bình (Mean Value) 3.3.4.2 Độ lệch chuẩn (Standard Deviation)
3.3.4.3 Hàm mật độ xác suất (Probability Density Funetion) - 3.3.4.4 Hệ số độ lệch (Bias Factor)
3.3.4.5 Hés6 bién sai (Coefficient of Variation) 3.3.4.6 Xác suất phá hoại (Probability of Failure) 3.3.4.7 Chỉ số độ an toàn (Safety Index)
3.3.4.8 Cách xác định hệ số cường độ và hệ số tải trọng
3.4 GIOI THIEU TIEU CHUAN THIET KE CAU 22 TCN 272-05 3.4.1 Giới thiệu chung
3.4.2 Nguyên tắc cơ bản
3.4.3 Các trạng thái giới hạn
3.43.1 Trạng thái giới hạn về cường độ
3.4.3.2 Trạng thái giới hạn về sử dụng,
3.43.3 Trạng thái giới hạn về mỏi và đứt gây 3.4.3.4 Trạng thái giới hạn đặc biệt
3.4.4 Tải trọng và tổ hợp tải trọng
3441 Taitrong
3.4.4.2 Hệ số tải trọng và tổ hợp tai trọng,
3.4.5 Trạng thái làm việc của vật liệu kết cdu
Trang 63.4.6 Nguyên tắc xét đến sự phân bố lại mô men âm trong câu đẫm liên tục 103
3.5 TRINH TỰ TÍNH TỐN, THIÊT KE 104
3.6 CÂU HỎIÔN TẬP VÀ BÀI TẬP 106
CHUONG4 THIET KE CHJU UON 107
4.1 GIỚITHIỆU 107
42 DACDIEMCAUTAO 107
4.2.1 Cấu tạo của dầm 107
4.2.1.1 Chiều cao dầm 108
4.2.1.2 Chiều day ban cánh 109 4.21.3 Chiều dày sườn dẳm 109
4.2.14 Cốtthép dằm 109
4.2.2 Cấu tạo của bản 110
43 SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM KHI CHỊU UỐN ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 4.3.1 Tổng quan về sự làm việc của dầm khi chịu uốn 1H 4.3.2 Tắnh toán xác định sự làm việc của dâm chịu uốn thudn tuy 114
4.3.2.1 Các tham số cơ bản 14
4.3.2.2 Điều kiện tương thắch về biến dạng, 115
4.3.2.3 Điểu kiện cân bằng 116
4.3.24 Các phương pháp xác định sự làm việc cia dim chju uốn 116
4.3.3 Tắnh toán sự làm việc chịu uốn thuân tuý của dầm bê tông cốt thép theo các giai đoạn
chịu lực H9
4.3.3.1 Giai đoạn IỞ Giai đoạn bề tông chưa nứt 119 4.3.3.2 Vắdụ 4.1 Ở Tắnh tốn mơ men gây nứt 121 4.3.3.3 Giai đoạn IIỞ Giai đoạn bê tông vùng kéo đã nứt, bê tông vùng nén làm việc trong giai
đoạn đàn hồi 122
4.3.3.4 Vắ dụ 4.2Ở Xác định sự làm việc của mặt cắt đã nứt 125 4.3.3.5 Giai đoạn IIIỞ Giai đoạn gần phá hoại, dằm ở trạng thái giới hạn về cường độ 126 4.3.4 Quan hệ mô men Ở độ cong trong các giai đoạn làm việc của dầm 127
44 TINH TOAN VA THIET KE MAT CAT DAM THEO TRANG THAI GIGI HAN VE
CƯỜNG ĐỘ 128
4.4.1 Các giả thiết cơ bản 128 Mơ hình vật liệu của bê tông và cốt thép 128 Xác định sức kháng uốn của mặt cắt hình chữ nhật đặt cốt thép đơn 131 Tắnh dẻo dai của dầm và hàm lượng cót thép chịu kéo tối đa 133 Diện tắch cốt thép chịu kéo tối thiểu 138
Tắnh toán dầm chịu uốn mặt cắt chữ nhật đặt cốt thép đơn 140
4.4/61 Sơ đồ khối 140
Vắ dụ 4.3 Ở Tắnh toán diện tắch cốt thép tối thiểu 141
'Vắ dụ 4.4 Ở Tắnh toán sức kháng uốn của dằm chữ nhật đặt cốt thép đơn 142
kế mặt cắt dầm chữ nhật chịu uốn đặt cốt tháp đơn P 145
Trang 74.4.8.2 Phương pháp tắnh toán
4.48.3 Vi dy 4.6 ỞTinh toan mat cit dim chir nhat dat cét thép kép
448.4 Thiết kế mặt cắt dằm chữ nhật đặt cốt thép kép
4.4.8.5 'Vắ dụ 4.7Ở Thiết kế mặt cắt dằm chữ nhật đặt cốt thép kép 4.4.9 Tắnh toán và thiết kế mặt cắt đầm chữ T và L
4.4.9.1 Giới thiệu chung
4492 Xác định bề rộng có hiệu của bản cánh dằm 44.9.3 ỘTắnh toán sức kháng uốn
44.9.4 'Vắ dụ 4.8 Ở Tắnh toán sức kháng uốn của mặt cắt dằm chữ T 4.4.9.5 Thiết kế mặt cắt chữ T
4.4.9.6 'Vi dụ 4.9 Ở Thiết kế mặt cắt chữ T
4.5 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHUONGS THIET KE CHJU CAT
5.1 GIGI THIEU
5.2 SỰLÀM VIỆC CỦA CÂU KIỆN CHIU CAT
5.2.1 Cơ sở xác định sự làm việc của cấu kiện chịu cắt
5.2.2 Sức kháng cắt của bê tông
5.2.2.1 Các dạng phá hoại ở cấu kiện chịu cắt 4.222 Sức kháng cắt sườn
5223 Sức kháng uốn cắt
5.2.3 Sự làm việc của dầm bê tông cốt thép sau khi nứt nghiêng 53 THIÊTKÉCHIUCẮT
3.3.1 Mơ hình giàn
5.3.2 Mơ hình của Tiêu chuẩn ACI 318-05
5.3.3 Vắ dụ thiết kế chịu cắt theo tiêu chuẩn ACI
5.3.4 Lý thuyết trường nén sửa đổi
5.3.4.1 Giới thiệu
5.3.4.2 Điều kiện tương thắch về biến dạng,
5.3.4.3 Điều kiện cân bằng
5.3.4.4 Quan hệ ứng suấtỞ biến dạng trong bê tông đã nứt
5.3.4.5 Ứng dụng trong thiết kế
Trình tự thiết kế
Vi dy thiết kế chịu cắt theo phương pháp trường nén sửa đổi (Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05) 5.4 CÂUHỷIÔN TẬP VÀ BÀI TẬP
CHUONG6 THIET KE CHJU XOÁN
6.1 GIGITHIEU
6.2 CƠSỞ TÍNH TỐN CÁU KIỆN CHỊU XOAN
6.2.1 Tổng quan
6.2.2 _ Thanh thành mỏng chịu xoắn
63 SỰLÀM VIỆC CỦA CẤU KIỆN CHỊU XOẮN
6.3.1 Sự làm việc chịu xoắn trước khi nứt
6.3.2 Vắ dụ 6.1 ~ Tắnh todn dam chịu xoắn trước khi nứt 6.3.3 Sự làm việc chịu xoắn sau khi nứt
Trang 86.3.3.1 Nội lực do xoắn gây ra trong các thành phần cốt thép
6.3.3.2 Chiều dày lớp bê tông tham gia chịu xoắn và điện tắch chịu xoắn có hiệu
6.3.4 Xoắn và uốn đông thời
6.4 THIET KE CAU KIEN CHIU XOAN, CAT VA UON DONG THỜI 6.4.1 Nguyên tắc cấu tạo
6.4.2 Thiết kế chịu xoắn, uốn và cắt đằng thời theo Tiêu chuẩn ACI 318-05ồ
6.4.2.1 Mô men xoắn tắnh toán 6.4.2.2 Thiết kế chịu xoắn
6.4.3 Thiết kế chịu xoắn, uốn và cắt đồng thời theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05
6.43.1 Mô men xoắn tắnh toán
6.4.3.2 Giới hạn kắch thước mặt cắt ngang, 6.4.3.3 ỘThiết kế cốt thép chịu xoắn
6.4.4 Vắ dụ 6.2 Thiết kế cốt thép ngang cho đầm chịu xoắn, cắt và uốn kết hợp
6.5 SỰPHÂN BÓ LẠI MÔ MEN XOẢN TRONG CÁC KẾT CẦU SIÊU TĨNH
6.6 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP
CHUONG7 THIET KE CHJU NEN UON KET HOP
7.1 GIỚITHIỆU
7.2 PHÂNLOẠICỘT
7.3 XAC DINH DO MANH CUA COT
7.3.1 Khái quát
7.3.2 Các đặc trưng hình học và vật liệu 7.3.3 Chiều dài có hiệu và bán kắnh quán tắnh
7.3.3.1 Hệ số chiều dài có hiệu
7.3.3.2 Phân biệt khung có chuyển vị ngang và khung khơng có chuyển vị ngang
1.3.3.3 Xác định hệ số chiều dài có hiệu bằng phương pháp biểu đồ
1.3.3.4 Xác định hệ số chiều dài có hiệu bằng công thức kinh nghiệm
7.3.4 V[ dụ 7.1Ở Tắnh toán hệ số độ mảnh
14 BAC DIEM CAU TAO CUA COT
7.4.1 Kắch thước mặt cắt ngang
7.4.2 Cốt thép dọc
7.4.2.1 Hàm lượng cốtthép tối thiểu
14.22 Hàm lượng cốt thép dọc tối đa
74.2.3 Số lượng thanh cốt thép dọc tối thiểu
7.4.3 Bố trắ cốt thép đai
7.5 | NGUYEN TAC TINH TOAN THIET KE COT 7.6 NGUYÊN TAC THIET KE COT DAIL
7.6.1 Thiết kế cốt đai xoắn
7.6.2 Thiết kế cốt đai giằng
7.7 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KÉCỘT NGẢN, CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
7.7.1 Nguyên tắc chung
7.7.2 Sức kháng của cột ngắn chịu nén đúng tâm
7.7.3 Vắ dụ 7.2Ở Tắnh toán sức kháng của cột ngắn, mặt cắt chữ nhật, cốt đai giằng
7.7.4 VÍ dụ 7.3Ở Tỉnh toán sức kháng nén của cột ngắn, mặt cắt tròn, cốt đai xoắn
7.7.5 Vắ dụ 7.4- Thiết kế cột ngắn, chịu nén đúng tâm
Trang 978 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KÊ CỘT NGẮN CHỊU NÉN LỆCH TÂM 7.8.1 Khái niệm về tâm đẻo của mặt cắt
7.8.2 Các phương trình cơ bản mơ tả sự làm việc của mặt cắt
7.8.3 Phương pháp tắnh toán
7.8.4 Vắ dụ 7.5Ở Tắnh toán sức kháng của cột chịu nén lệch tâm
7.8.5 Tắnh toán sức kháng của mặt cắt cột trong trường hợp tông quát
7.8.5.1 Mặt cắt chữ nhật
7.8.5.2 Mặtcắttròn
7.8.6 Vĩ dụ 7.6Ở Tỉnh toán sức kháng nén của cột tròn
7.8.7 Phương pháp gân đúng tỉnh toán sức kháng nén của cột tròn
7.8.8 Vĩ dụ 7.7Ở Tỉnh toán sức kháng nén của cột tròn bằng phương pháp Whitney
7.8.9 Biểu đồ tương tác PỞ M
7.8.9.1 'Xây dựng biểu đồ tương tác P-M
1.8.9.2 Dac điểm của biểu đỗ tương tác P-M
7.9 TÍNH TỐN VÀ THIET KE COT MANH
7.9.1 Tổng quan về các phương pháp tắnh tốn
7.9.2 Phương pháp phóng đại mơ men
7.9.2.1 Sự phóng đại mô men cho các cột trong khung
có giằng theo Tiêu chuẩn ACI 318-05
7.9.2.2 Sự phóng đại mơ men cho các cột trong khung không giằng theo Tiêu chuẩn ACI 318-05 7.9.23 Sự phóng đại mơ men theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05
19.24 Ôn định của cột trong khung khơng có giằng,
7.9.3 Vắ dụ tắnh tốn cột trong khung khơng có chuyên vị ngang
7931 Vidy78 7932 Vidu79
7.9.4 Vắ dụ 7.10Ở Tắnh toán cột trong khung có chuyển vị ngang 7.10 CÂU KIỆN CHỊU NÉN VÀ UỐN HAI PHƯƠNG
7101 Giới thiệu chưng
7.10.2 V[ dụ 7.11 Ở Tắnh toán cột chịu nén uốn theo hai phương
7.11 CÂUHỎIÔN TẬP VÀ BÀI TẬP
CHUONG8 THIET KE KET CAU TRONG TRANG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG
8.1 GIGI THIEU
82 CÁCGIẢ THIẾTCƠBẢN
843 TÍNH TỐN ĐỘ VạNG
83.1 Giới thiệu chung
8.3.2 _ Tắnh toán độ cứng chống uốn
8.3.3 Tắnh tốn mơ men quán tắnh của một số dạng mặt cắt phổ biến
8.3.3.1 Mặt cắt chữ nhật đặt cốt thép đơn
8.3.3.2Ợ Mặt cất chữ nhật đặt cốt thép kép 83.343 Mặt cắt chữ T
84 ĐỘVạNG DÀIHẠN
85 TÍNH DUYỆT ĐỘ VạNG 86 ViDU TINH TOAN DO VONG
Trang 108.6.1 Vắ dụ 8.1Ở Tắnh duyệt độ võng của dầm giản đơn theo Tiêu chuẩn ACI 318-05
8.6.2 Vắ dụ 8.2Ở Tắnh duyệt độ võng của dầm cẩu theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 8.7 TINH TOAN VA HAN CHE DO MO RONG VET NUT
87.1 Các loại vết nứt và nguyên nhân
8.7.1.1 Các vết nứt do chịu lực
8.7.1.2 Các vết nứt không đo chịu lực
8.7.2 _ Bề rộng vết nứt
8.7.3 Quá trình hình thành vết nứt
8.7.3.1 Sự tăng ứng suất trong cốt thép và sự phá hoại dinh bám tại vết nứt đầu tiên 8.7.3.2 Khoảng cách giữa các vết nứt trong cấu kiện bê tông cốt thép
8.733 Khoảng cách giữa các vết nứt trong các cấu kiện có chiều dày vùng kéo nhỏ 8.7.3.4 ỔVing ảnh hưởng của cốt thép
8.7.4 Tắnh toán độ mở rộng vết nứt
8.7.5 Tắnh duyệt độ mở rộng vết nứt
8.8 | COTTHEP TOI THIEU DE KHONG CHE NUT
8.9 Vi DU TINH TOAN DO MO RONG VET NUT
8.9.1 Vắ dụ 8.3Ở Tắnh toán theo Tiêu chuẩn ACI 318-05 8.9.2 Vắ dự 8.4Ở Tắnh toán theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05
8.10 CÂU HOIÔN TẬP VÀ BÀI TẬP
CHUONG9 THIẾT KÉ VÙNG KHÔNG LIÊN TỤC
LẠ) GIỚI THIỆU
9.2 PHÂN TÍCH ỨNG XỬ TRƯỚC KHI BÊ TONG NUT 9.2.1 Phân tắch đàn hồi
9.2.2 Phương pháp tương tự dầm cao để thiết kế khu vực đầu dầm
9.3 PHAN TICH UNG XU SAU KHI BE TONG NUT
9.4 THIET KE THEO PHUONG PHAP SO DO HE THANH
9.4.1 Giới thiệu phương pháp sơ đỗ hệ thanh 9.4.2 Xây dựng sơ đô hệ thanh
9.4.2.1 Nguyên tắc 9.4.2.2 Trinh ty chung
9.4.2.3 Phương pháp phân chia kết cấu thành các vùng B và vùng D 9424 Các phương pháp xây dựng sơ đồ hệ thanh
9.4.3 Tắnh toán nội lực của các thanh trong sơ đồ hệ thanh
9.4.4 Thiết kế và tắnh duyệt kết cầu bằng phương pháp sơ đề hệ thanh
9441 Xác định kắch thước của các nút 944.2 Xác định kắch thước của các thanh nén 9.4.43 Xác định kắch thước thanh kéo
9.4.5 Vắ dụ 9.1Ở Thiết kế vùng neo bằng phương pháp SĐHT
9.4.6 Ứng dụng phương pháp SĐHT trong tắnh toán chịu cắt
9.4.7 Vắ dụ 9.2Ở Thiết kế dầm tường (dầm cao) bằng phương pháp SĐHT
9.5 SỰ TRUYÊN LUC CAT QUA MAT PHANG YÊU - KHÁI NIỆM VỀ MA SÁT CÁT
9.6 CÂUHỷIÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHUONG 10 THIẾT KÉCÁU TẠO
Trang 1110.2 LỚPBÊTÔNG BẢO VỆ
10.3 KHOẢNG CÁCH GIỮA CÁC THANH CÓT THÉP
10.3.1 Khoảng cách tối thiểu theo phương ngang giữa các thanh cốt thép
10.3.2 Khodng céch t6i đa theo phương ngang giữa các thanh cốt thép 10.3.3 Khoảng cách tối thiểu giữa các lớp cốt thép
10.4 TRIÊN KHAICÔT THÉP
10.4.1 Khái niệm về chiều đài triển khai
10.4.2 Mặt cắt không chế dối với việc triển khai cốt thép
10.4.3 Triển khai cốt thép chịu kéo thông qua lực dắnh bám387
10.4.3.1 Chiều dài triển khai cơ sở cho các thanh có gờ và sợi thép có gờ chịu kéo 10.4.3.2 Các hệ số điều chỉnh chiều dài triển khai cho các thanh có gờ
và sợi thép có gờ chịu kéo
10.4.3.3 _ Chiều dài triển khai cho các bó thanh
10.4.4Ở -Vắ dự 10.1-Ở Tỉnh toán chiều dài triển khai cho cốt thép chịu kéo
10.4.5 Triển khai cốt thép chịu kéo có móc và các thiết bị neo
104.51 Cấu tạo móc
10.4.5.2 Chiều dài triển khai của cốt thép có móc chịu kéo
10.4.5.3 Yêu cầu giằng cho cốt thép có móc chịu kéo
104.54 Các dạng neo cơ khắ khác
10-46 Triển khai cốt thép chịu nén
105 NĨICƠTTHÉP
105.1 Mỗi nối chồng
10.5.1.1 Mối nối chồng chịu kéo 10.5.12 Mối nối chồng chịu nén 105.2 Mối nối hàn
10.5.3 Mối nối bằng thiết bị cơ khắ
10.46 TRIÊN KHAICÓT THÉP DỌC CHỊU UÔN
106.1 Bổ trắ cốt thép dọc
10.6.2 Cắt cốt thép dọc
10,6.2.1 Giớithiệu chung
10.6.2.2 _ Các quy định vẻ cắt và uốn cốt thép
10.6.2.3 Vắ dụ 10.2Ở Tắnh toán cắt cốt thép chịu kéo của dâm
10.6.2.4 Uốn cốtthép dọc
10.7 CÁU TẠO CÓT THÉP NGANG Ở CÁNH VÀ BẦU DÀM
10.8 CÁU TẠO CÓT THÉP CHỊU CẮT VÀ XOẢN
10.8.1 Lựa chọn và bồ trắ cốt thép chịu cắt
108.11 Cốtthép đai
10.82 Lựa chọn và bố trắ cốt thép chịu xoắn 10.9 CÓT THÉPCHỊUCO NGÓT VÀ NHIỆT ĐỘ 10.10 MOT SO TRUONG HOP CAU TAO ĐẶC BIỆT
10.10.1 Ở Thiét ké cét thép cho dam có cấu tạo đặc biệt
10.10.2 Thiết kế cốt tháp cho vai cột, cong-xon 10.11 CAU HOI ON TAP VA BAI TAP
Trang 12HỆ THỐNG KÝ HIỆU
Ký hiệu
a a,
Y nghia
Góc nghiêng của cốt thép sườn so với trục dầm
Hệ số khối ứng suất
Hệ số giãn nở nhiệt của bê tông, Hệ số giãn nở nhiệt của thép Hệ số sức kháng cắt của bê tông
Hệ số khối ứng suất
Khối lượng thể tắch của bê tông Hệ số xét đến độ đặc của bê tông, Độ võng
Độ võng dài hạn Biến dạng
Biến dạng kéo chắnh Biến dạng nén chắnh
Biến dạng của bê tông,
Biến dạng ứng với lúc ứng suất trong bê tông đạt đến giá trị cường độ Biến dạng ứng với lúc ứng suất trong bê tông được kiềm chế đạt đến + giá trị cường độ
Biến dạng cực hạn của bê tông khi chịu nén
Biến dạng gây nứt trong bê tông khi chịu kéo
Từ biến
Biến dạng của bê tông do ứng suất
Biến dạng của bê tông do nhiệt độ
Biến dạng do co ngót
Hàm lượng cốt thép chịu kéo
Hàm lượng cốt thép chịu nén
Trang 13a ok ~~ me 3X A9OFeeerrn Q n 9 d' 14 &, Hàm lượng cốt thép dọc Hàm lượng cốt thép ngang, Hệ số rão Hệ số từ biến Độ cong của mặt cắt Diện tắch
Diện tắch phần bê tông trong mặt cắt
Diện tắch có hiệu của bê tông quanh cốt thép ` Diện tắch phần cốt thépchịu kéo trong mặt cắt
Diện tắch phần cốt thép chịu nén trong mặt cắt Chiều cao khối ứng suất
Chiều dai chịu cắt Bè rộng của mặt cắt Bề rộng có hiệu của cánh dầm Bé rộng cánh dầm Bề rộng chịu cắt Bề rộng sườn Lực nén
Lực nén đo bê tông sinh ra
Lực nén do cốt thép sinh ra Chiều cao vùng bê tơng chịu nén
Chiều cao có hiệu của mặt cắt (Khoảng cách từ mép chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo)
Khoảng cách từ mép chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén
Chiều cao chịu cắt, bằng khoảng cách giữa trọng tâm vùng nén đến trọng tâm vùng kéo
Mô đun đàn hồi
Trang 14cồ
XS
Mô đun đàn hồi có hiệu, hiệu chỉnh của bê tông
Mô đun đàn hồi có hiệu của bê tông
Mô đun đàn hồi của cốt thép
Độ lệch tâm
Ứng suất
Ứng suất trong bê tông ở thời điểm bắt đầu chất tải Cường độ chịu nén một trục của bê tông
Cường độ chịu nén có kiềm chế của bê tông
Cường độ chịu nén của bê tông khi chịu biến dạng nhiều trục
Cường độ kéo chảy của cốt thép Cường độ kéo đứt của cốt thép
Chiều cao của mặt cắt dầm
Chiều cao của cánh dầm
Chiều cao tối thiểu của mặt cắt thoả mãn yêu cầu độ cứng Mô men quán tắnh của mặt cắt
Mô men quán tắnh của mặt cắt nguyên
Mô men quán tắnh của mặt cắt đã nứt tắnh đổi Mô men quán tắnh có hiệu của mặt cắt
Hệ số xét đến ảnh hưởng của tỷ số thể tắch/bề mặt của cấu kiện
Hệ số cường độ
Chiều dài
Khoảng cách giữa các vết nứt
Chiều dài triển khai của cốt thép
Chiều dài triển khai cơ sở của cốt thép Mô men uốn
Mô men gây nứt
Trang 15"WAN
mere
RR
NNWVE
16
M6 men uén danh dinh
Mô men uến tắnh tốn (mơ men uốn đã nhân hệ số) Mô men kháng tắnh toán
Lực dọc Lực nén
Hiệu ứng do tải trọng sinh ra
Sức kháng Lực kéo
Mô men xoắn
Nhiệt độ
Thời gian
Thời gian bắt đầu chịu tải của bê tông
Ứng suất dắnh bám
Ứng suất dắnh bám trung bình
Lực cắt
Lực cắt do bê tông sinh ra
Trang 16CHƯƠNG1 TONG QUAN VE KET CAU BE
TONG
1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
4.1.1 Kết cấu bê tông
Bê tông là một loại đá nhân tạo được tạo thành từ việc đóng rắn hỗn hợp xi mang,
nước, cốt liệu mịn, cốt liệu thơ (đá, sỏi) và có thể có cả phụ gia cũng như các chất độn
hoạt tắnh Các loại bê tông thơng thường có khả năng chịu nén rất lớn nhưng khả năng chiu kéo lại rất nhỏ Cường độ chịu kéo của bê tông chỉ bằng khoảng 1/20 đến 1⁄10
lộ chịu nén của nó Cường độ chịu kéo của bê tông, bên cạnh giá trị thấp, n dinh Ngoài ra, biến dạng kéo của bê tông khi ứng suất đạt đến cường độ chịu
có giá trị rất nhỏ Vì những lý do này, khả năng sử dụng riêng bê tông (bê tông được gia cường) trong kết cấu là khá hạn chế Vắ dụ, một cấu kiện chịu uốn, dược làm từ bê tơng có cường độ chịu nén dén 35 MPa, sẽ bị nứt và phá hoại khi ứng suất kéo trong bê tông ở thớ chịu kéo đạt khoảng 2 MPa Sự phá hoại này xảy ra là do khả năng chịu kéo của bê tông đã bị khai thác hết mặc dù khả năng chịu nén của nó vẫn rất dư thừa Việc sử dụng vật liệu như vậy là rất lãng phắ Do đó, bê tơng Khơng được gia cường chỉ được sử dụng rất hạn chế cho một số kết cấu chịu lực có dạng khối lớn như đập chắn nước, bệ móng, v.v là dạng kết cấu chịu nén là chủ yếu Ngay cả ở những kết cấu này, để hạn chế bề rộng của các vết nứt bề mặt gây ra bởi co ngót và ứng suất nhiệt, người ta cũng phải tìm cách gia cường cho bê tông gần bề mặt
i rat
Có rất nhiều giải pháp kết cấu hoặc phối hợp vật liệu có thể giúp khai thác được khả
năng chịu nén tốt của bê tông đồng thời, khắc phục được khả năng chịu kéo kém của nó
Điển hình nhất trong số này là sử dụng những vật liệu có khả năng chịu kéo tốt, như thép hay sợi thuỷ tỉnh hoặc chất đẻo, v.v làm cốt để tăng cường cho vùng chịu kéo của
bê tông Nếu khi đỗ bê tông, các thanh thép hoặc các vật liệu tăng cường khác được đưa
vào các vị trắ thắch hợp thì khả năng chịu lực-của kết cấu bê tông sẽ được tăng lên đáng
kể Trong rất nhiều trường hợp, bê tơng cũng cịn được gia cường cả vùng chịu nén
bằng các vật liệu thắch hợp như thép
Trong vắ dụ trên, nếu vùng chịu kéo của cấu kiện chịu uốn có đặt các thanh cốt thép
thì, sau khi bê tông nứt và không chịu kéo được nữa, các thanh cốt thép này sẽ chịu hoàn tồn lực kéo Nhờ đó, cấu kiện vẫn có khả năng chịu 16đt:khô Bé tống vùng kéo đã bị nứt Cầu kiện bê tơng có cốt thép, nếu được i ici > HSB, XO RH NI
Ậ A, A A A A {
lớn hon cau kiện bê tơng khơng có cốt đến hàng chục lang gy yf Vik
Trang 17
Hình 1.1 thể hiện sự làm việc của 2 dầm có chiều dài, kắch thước mặt cắt và vật liệu bê tông như nhau nhưng dầm A được làm bằng bê tơng khơng có cốt thép con dam B được làm từ bê tông nhưng được gia cường bằng 3 thanh thép có đường kắnh 29 mm ở
vùng chịu kéo Việc so sánh các biểu đồ (b) và (c) cho thấy rằng, trong khi lực gây phá
hoại dầm A là khoảng 14 kN thì lực gây phá hoại lầm B là khoảng 140 kN Điều đó cho thấy rằng, việc bố trắ thêm các thanh thép làm cốt để tăng cường vùng chịu kéo đã làm
tăng khả năng chịu lực của dằm trong vắ dụ này lên khoảng 10 lần,
Fr P
⁄ 2
2000 2000 2000
(a) Sơ đồ kết cấu
Lực (kN) 16 QUAN HỆ LỰC - ĐỘ VỷNG 14 2l 12 5 10 8 Phá hoại 6 4 L_22 | 0 ee a
CẤU (g0:mpt elt ngang 02 04 06 O8 10 12 14 16 18 20
com) Độ võng giữa nhịp (mm) | (Ủ) Quan hệ lực ~ độ võng của đầm bê tông khơng có cốt
ean QUAN HỆ LỰC - ĐỘ VạNG 140 120 100 g 80 Pha hoai 3/29 60 A\| |e 20 250 0
Cấu tạo mặt cắt ngang 2 4 6 8 10 12 14 16
(mm) Độ võng giữa nhịp (mm)
Ì (C) Quan hệ tực ~ độ võng của đăm bê tơng có cốt là các thanh thép,
Hình 1.1 Sự làm việc của dầm bê tơng khơng có cốt và dầm bê tông có cốt là các thanh thép, kắch
thước và độ võng là mm, lực là kN
Trang 18Kết cấu được xây dựng từ việc sử dụng phối hợp bê tông với các vật liệu làm cốt như trên được gọi là kết cấu bê tông có cối Ở đây, có thể coi bê tông cùng với cốt là một dạng vật liệu phức hợp, trong đó, bê tơng và cốt cùng phối hợp chịu lực Bê tơng có cốt là các thanh thép được gọi là bé téng cét thép Bên cạnh các loại cốt ở dạng thanh, người ta cũng sử dụng cốt tăng cường cho bê tông ở dạng sợi (có thẻ bằng thép hoặc các
vật liệu khác) và loại vật liệu này được gọi là bê tông cốt sợi
Ngoài việc bố trắ các vật liệu có khả năng chịu kéo lớn vào kết cấu bê tông (để thay
thé bé tông chịu lực kéo), người ta cịn tìm cách nén trước các vùng bê tông sẽ chịu kéo
khi chịu các tảc động bên ngoài Giải pháp này sẽ làm tăng khả năng chống nứt của kết
cấu bê tơng và, qua đó, làm tăng khả năng chống thấm, độ cứng và độ bền của nó Kết
cấu bê tông dạng này được gọi là kế! cấu bê tông dự ứng lực hay kết cắu bê tông ứng tt trước
Kết cấu bê tông được sử dụng trong tài liệu này là một khái niệm chung để chỉ các kết cầu dược làm từ bê tông xỉ măng như kết cấu bê tơng khơng có cốt, kết cấu bê tông vớ cót, kết cầu bê tơng dự ứng lực, kết cầu bê tông cốt sợi, v.v
Lài liệu này chỉ tập trung cho kết cấu bê tông cốt thép là dạng kết cấu đang được sử
dung phd bién nhat hién nay ở nước ta và trén toan thế giới
1.1.2 Bê tông cốt thép
Ở các điều kiện sử dụng bình thường, bê tông và cốt thép có thể phối hợp làm việc rất tốt với nhau nhờ các yếu tố sau:
ẹ Lực dắnh bám giữa bê tông và bề mặt cốt thép Lực này hình thành trong q trình đơng cứng của bê tông và đảm bảo cho cốt thép không bị tuột khỏi bê tông trong quá trình chịu lực Do lực dắnh bám đóng vai trò quyết định trong sự làm việc chung của bê tông và cốt thép như là một vật liệu thống nhất nên người ta
luôn tìm mọi cách để làm tăng độ lớn của lực này
ẹ Giữa bê tông và cốt thép khơng có các phản ứng hoá học làm ảnh hưởng đến từng loại vật liệu Ngoài ra, bê tơng cịn tạo ra trên bề mặt cốt thép một lớp thụ
động, có tác dụng bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn do tác động của môi trường
ề _ Bê tông và cốt thép có hệ số giãn nở nhiệt gần bằng nhau Hệ số giãn nở nhiệt của bê tông là Ủ, =I,0x10Ộ+1,5x10ồ và hệ số giãn nở nhiệt của thép là
Ủ,=1,2x10'' Như vậy, với phạm vi biến đổi nhiệt độ thông thường, khoảng
dưới 100ồC, trong bê tông cốt thép không xuất hiện nội ứng suất làm phá hoại vật
liệu
Trang 191.1.3 Phân loại kết cấu bê tông cốt thép
1.1.3.1 Phân loại theo trạng thái ứng suất
Phụ thuộc vào trạng thái ứng suất trong bê tông và cốt thép trước khi c' u lực, có thể có hai dạng kết cầu bê tông cốt thép là
Kết cấu bê tông cốt thép thường Là loại kết cầu bê tông cốt thép mà, khi chế tạo, cốt thép và bê tông không được tạo ứng suất trước Ngoại trừ các nội ứng suất phát sinh do sự thay đổi nhiệt hay co ngót hoặc trương nở của bê tông, ứng suất trong bê tông và cốt thép chỉ xuất hiện khi kết cấu bắt đầu chịu lực
Kết cấu bê tông dự ứng lực Nhằm mục đắch hạn chế sự xuất hiện của vết nứt trong bê tông dưới tác dụng của tải trọng và các tác động khác, cốt thép được
căng trước để, thông qua lực dắnh bám hoặc neo, tạo ra lực nén tước trong những
khu vực bê tông sẽ chịu kéo trong quá trình khai thác Loại kết cấu bê tông này được gọi là bê tông dự ứng lực Thông qua dự ứng lực, người ta có thể chủ động tạo ra các trạng thái ứng suất thắch hợp trong kết cấu để hạn chế tối đa các tác động bắt lợi từ bên ngoài Kết cấu bê tông dự ứng lực còn được phân loại thành kết cấu bê tông dự ứng lực hoàn toàn và dự ứng lực một phần Ở kết cấu bê tơng dự ứng lực hồn tồn, trong bê tơng khơng được phép nứt hoặc, thậm chắ, không
được xuất hiện ứng suất kéo Trong khi đó, ở kết cấu bê tông dự ứng lực một
phần, bê tông được phép xuất hiện vết nứt ở một số tổ hợp tải trọng nhất định
1.1.3.2 Phân loại theo phương pháp thi công
Theo phương pháp thi công, kết cấu bê tơng cót thép có thể được phân loại thành:
20
Kết cấu bê tông đồ tại chỗ: là loại kết cầu được lắp dựng cốt thép và đỗ bê tong tại vị trắ thiết kế của nó Hầu hết các kết cấu bê tông cốt thép có kắch thước lớn đều được thi công đỗ tại chỗ Kết cấu bê tông cốt thép được thi cơng đỗ tại chỗ có tắnh toàn khối cao, ắt mối nối nên có độ bền cao, có độ cứng và khả năng chịu lực lớn theo nhiều phương Tuy nhiên, do được dé bê tông tại công trường nên thời
gian thi công thường kéo dài, chất lượng bê tơng khó được kiểm sốt vì chịu ảnh
hưởng nhiều của các tác động môi trường Hiện nay, việc sử dụng bê tơng thương
phẩm và việc hồn thiện các công nghệ đổ bê tông tại chỗ đã cơ bản khắc phục
được các nhược điểm này
Kết cấu bê tông lắp ghép Theo phương pháp thi công này, các bộ phận kết cấu bê tông được đúc sẵn tại nhà máy hay tại các xưởng đúc bê tông và, sau đó, được vận chuyển đến công trường xây dựng và lắp ghép tại đó Bê tông được thi công
Trang 20thấp Các mối nối được thực hiện ở công trường chắnh là các điểm xung yếu làm giảm độ bền chung của kết cấu Phụ thuộc vào năng lực của các thiết bị vận chuyển và thi công, các bộ phận lắp ghép có thể là các phần nhỏ của kết cấu như
các đốt dầm, các cấu kiện tương đối hoàn chỉnh như dầm, cột, tường hoặc các
khối kết cấu
Kết cấu bê tông bán lắp ghép Đây là phương pháp thi công kết hợp cả hai phương pháp nêu trên Một số bộ phận của kết cấu được chế tạo ở xưởng nhưng ở dạng chưa hoàn thiện và, sau khi được vận chuyển đến vị trắ xây dựng, sẽ được đổ bê tông bổ sung Phần bê tông được dé mdi cũng đóng ln vai trị của các mối nối thi công Các dầm cầu dạng chữ I, T có phạm vi nhịp đến khoảng 40 m thường được xây dựng theo phương pháp này (Hình 1.2) Các kết cấu được thi công theo phương pháp này có thể phần nào khắc phục được nhược điểm và phát huy ưu điểm của hai phương pháp trên Tuy nhiên, để đảm bảo cho sự làm việc chung của phần bê tông đúc sẵn và bê tông đỏ tại chỗ cần có các giải pháp thiết kế và thi công thắch hợp
| Phần bê tông đổ tại chỗ
Ỳ Ì 12 7 : Ván khuôn ở công trường Phần bê tông XỞỞ đúcsn ỞỞỞỞỢ7?
Hình 1.2 Kết cấu bê tông cốt thép bán lắp ghép
Một dạng đặc biệt của kết cấu bê tông bán lắp ghép là kết cấu bê tông được đổ bê
tông trên các Ộván khuôn chétỢ (Stay-In-Place Formwork systems) Ván khuôn ở đậy là
'các cấu kiện bê tông được chế tạo sẵn và được gia công theo một số yêu cầu đặc biệt Ở một số cơng trình nhà ở, ván khuôn này là các cấu kiện tường hoặc cột rỗng có bề mặt
nhẫn Bê tông đỗ tại chỗ sẽ làm đầy các cấu kiện này
1.1.4 Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng của kết cấu bê tông Kết cấu bê tông là một trong những dạng kết cấu được sử dụng phổ biến nhất hiện
nay do có những ưu điểm nỗi bật sau:
Trang 21eỞ Giá thành thấp do bê tơng có thể được chế tạo chủ yếu từ các vật liệu địa phương như đá, sỏi, cát, v.v Các vật liệu đắt tiền, được chế tạo công nghiệp như xi mang và thép chỉ chiếm một tỷ trọng nhỏ, khoảng 1/5 đến 1⁄6 khối lượng tồn bộ
ẹ Có khả năng chịu lực lớn So với các dạng vật liệu khác như gạch, đá, gỗ, v.v bê
tơng cốt thép có khả năng chịu lực lớn hơn hẳn Đặc biệt, với sự xuất hiện của bê tông cường độ cao và cực cao, khả năng chịu lực của bê tông cốt thép đã có thể
so sánh được với thép Ngoài ra, do bê tông là vật liệu nhân tạo nên người dùng
có thể, thơng qua việc khống chế các thành phần của nó, chế tạo được bê tơng có các tắnh năng như mong muốn
ẹ_ Có độ bền cao So với các vật liệu khác như thép, gỗ, v.v kết cấu bê tơng cốt thép có độ bền chịu tác động của môi trường cao hơn và, do đó, yêu cầu chỉ phắ bảo dưỡng thấp hơn
ẹ Dé tao dang Do bé tong đóng rắn từ hỗn hợp dẻo nên việc tạo dáng cho các cấu kiện phù hợp với yêu cầu kiến trúc là khá dễ dàng
ẹ Chiu hia tét Cường độ của bê tông bị suy giảm không đáng kể khi nhiệt độ lên
dén 400ồC Ngoài ra, hệ số dẫn nhiệt của bê tông khá thấp (khoảng từ 1 đến 2,6 W/m-ồỂ) nên nó có thể bảo vệ được cốt thép không bị chảy khi nhiệt độ cao ẹ_ Có khả năng hấp thụ năng lượng tốt Các kết câu bằng bê tông cốt thép thường
có khối lượng lớn nên có khả năng hắp thụ năng lượng xung kắch tốt
Bên cạnh các ưu điểm kẻ trên, bê tông cốt thép cũng có một số nhược điểm quan
trọng sau:
ẹ_ Có tỷ lệ cường độ so với don vị trọng lượng bản thân nhỏ Do đó, các kết câu
được xây dựng từ vật liệu này thường có nhịp tương đối nhỏ và chỉ phắ cho việc
xây dựng kết cấu nền móng lớn Tuy nhiên, việc sử dụng bê tông dự ứng lực
cường độ cao hoặc các giải pháp kết cấu hợp lý đã khắc phục được đáng kể
nhược điểm này :
ề Bê tông đổ tại chỗ đòi hỏi thời gian thi công đài và các hệ thống đà giáo ván
khuôn phức tạp Do thời gian thi công kéo dài nên chất lượng bê tông chịu nhiều ảnh hưởng của thời tiết và, do đó, khó kiểm sốt Việc sử dụng bê tông lắp ghép hay bán lắp ghép là một số trong những giải pháp có thể khắc phục nhược điểm
nay ệ
5 _ Sau khi thi công xong, kết cấu làm từ bê tơng cốt thép rất khó được tháo đỡ, vận
chuyển và sử dung lai
Trang 22ẹ Do khả năng chịu kéo kém của bê tông nên bê tông cốt thép thường đỄ bj mit,
làm ảnh hưởng đến độ bền, tắnh mỹ quan cơng trình và, đặc biệt là, tâm lý người
sử dụng Bê tông dự ứng lực có khả năng khắc phục được phần nào nhược điểm
này nhưng lại có giá thành cao hơn
1.1.5 Các dạng kết cấu bê tơng điển hình dùng trong cơng trình
xây dựng
Kết cấu bê tông đang là loại kết cấu được sử dụng phổ biến nhất trong các lĩnh vực
xây dựng Kết cấu bê tơng có mặt trong xây dựng dân dụng, công nghiệp, cầu, đường,
sân bay, thuỷ lợi, v.v Trong các cơng trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, kết cấu
bê tông được sử dụng làm kết cấu chịu lực, kết cấu sàn, kết cấu móng cũng như các kết
cấu bao che Trong các cơng trình cầu, kết cấu bê tông được sử dụng làm dầm, kết cấu du, kết cầu trụ, tháp, kết cầu móng, v.v Kết cấu bê tông cũng được sử dụng khá pho bién dé lam mat đường cứng cũng như sân bay
mặt
Hầu hết các kết cấu nhà cao tầng, cầu cũng như đập thuỷ lợi, thuỷ điện được xây dựng ở nước ta thời gian qua đều là các kết cấu bê tông Theo các thống kê chưa đầy đủ thì cơng trình bằng kết cấu bê tông chiếm khoảng 70% số công trình xây dựng ở nước ta
hiện nay
Sự phong phú về dạng kết cấu bê tông đã thể hiện được tắnh phổ biến của vật liệu
này trong xây dựng Một số dạng kết cấu bê tơng điển hình được giới thiệu tóm tắt như
sau:
Nhà nhiều tầng là dạng công trình phổ biến nhất sử dụng kết cấu bê tông Các cơng trình này được xây dựng chủ yếu theo cách ỘchồngỢ lên nhau các tầng có cấu trúc tương đối giống nhau Do lợi thế về khả năng chống cháy, bê tơng có ưu điểm rõ rệt so với các vật liệu khác như thép và gỗ Hơn nữa, nhờ có độ cứng lớn, kết cấu bê tông cốt thép rất
thắch hợp khi chịu tải trọng ngang Độ nhạy cảm đối với dao động trong các kết cấu
bằng bê tông cốt thép cũng nhỏ hơn đáng kể so với khi làm bằng vật liệu khác Những
lợi thế này có vai trò đặc biệt đối với hệ thống chịu lực của các toà nhà chọc trời
Các cơng trình mái có khẩu độ lớn bằng kết cấu bê tông được xây dựng để phục vụ
cho những mục đắch khác nhau Đặc điểm cơ bản và chung nhất của các công trình loại nay là có mái bao phủ một diện tắch lớn với số lượng cột đỡ ắt đến mức có thể Thay cho cách thức xây dựng truyền thống đơn giản với vì kèo, xà gồ và các tắm lợp, trong kết
cấu mái có khẩu độ lớn bằng kết cấu bê tông, người ta sử dụng các kết cấu không giản
vỏ mỏng nhiều lớp hoặc kết cấu vòm cuốn (Hình 1.3)
Trang 23
Hình 1.3 Mái vỏ Isler bằng BTCT 6 gan thanh phé Bern, Thuy sỹ [7]
Cầu là các cơng trình kỹ thuật để đưa các tuyến giao thông vượt qua chướng ngại vật (Hình 1.4) Theo loại hình giao thơng, cầu được phân loại thành cầu cho người đi bộ,
cầu đường ô tô hay cầu đường sắt Theo loại chướng ngại vật phải vượt qua, cầu được phân biệt thành cầu qua thung lũng, cầu qua sườn núi hay cầu qua sông, biển hoặc cầu phục vụ cho các đường giao thông trên cao Các công trình cầu bao gồm kết cấu phần trên và kết cấu phần dưới Kết cấu phần trên bao gồm kết cấu chịu lực và hệ mặt cầu Tuỳ theo hình dạng và đặc điểm chịu lực mà kết cấu này được phân biệt thành cầu bản, cầu dầm, cầu khung, cầu vòm, cầu dây văng, cầu dây võng và các dạng cầu hỗn hợp khác như cầu extradosed, v.v Kết cấu phần dưới bao gồm móng, mố và trụ Các cơng trình cầu chịu tác động của thời tiết và ảnh hưởng của môi trường mạnh hơn rõ rệt so với các công trình nhà cửa Do ưu điểm về tuổi thọ, bê tông cốt thép được sử dụng rất
phổ biến trong xây dựng cầu Nhược điểm vì trọng lượng bản thân lớn đã phần nào
được khắc phục nhờ kết cầu bê tông dự ứng lực
Tra
Hình 1.4 Cầu Bãi Cháy, cầu dây văng một mặt phẳng dây với dầm chắnh bằng kết cấu bê tông, Tháp và cột tlráp, về tông thể, là những cấu kiện kiểu công son liên kết cứng với nền móng Thắ dụ về dạng kết cấu này là các loại tháp đứng độc lập, như tháp truyền hình, tháp thơng tin, ống khói, tháp chng, v.v Ngồi ra, có những kết cấu dạng tháp làm việc như là các bộ phận của một cơng trình, như trụ cầu và tháp cầu, chân giàn khoan rên biên Tháp có tác dụng thu hút sự chú ý và nhờ độ cao của chúng, có một ý nghĩa
đặc biệt về kiến trúc Do có tuổi thọ cao và khả năng tạo dáng dễ dàng, bê tông rất hay
được sử dụng đôi với các cơng trình tháp và cột tháp
Trang 24Các kết cấu bể chứa được chia thành silô và bunker, dùng để chứa các chất nhớt, dùng làm bể chứa chất lỏng và kết cấu bảo vệ Do chịu áp lực từ bên trong, thành bể chứa chủ yếu chịu kéo hoặc kéo uốn kết hợp Do vậy, trong rất nhiều trường hợp, các bể này được xây dựng bằng kết cấu bê tông dự ứng lực
1.2 SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIEN CUA BÊ TONG COT
THÉP
Bê tông, với khái niệm là một vật liệu hỗn hợp được chế tạo từ cốt liệu và chất kết
dắnh, đã được sử dụng như là một vật liệu xây dựng ngay từ thời La Mã Tuy nhiên vào
những năm đầu của thế kỷ 19, khi xi măng được phát minh, bê tông sử dụng xi măng, làm chất kết dắnh mới bắt đầu được sử dụng rộng rãi Năm 1801, Coignet đã công bố iên cứu của mình về các nguyên tắc xây dựng bằng bê tông cũng như các hiểu biết về khả năng chịu kéo kém của bê tông Năm 1850, Lambot, lần đầu tiên, đã chế tạo một thuy ên bằng vữa xỉ măng lưới thép và thuyền này đã được triển lãm tại Paris năm 1855
Roennen một kỹ sư người Đức, đã lần đầu tiên đề xuất đưa cốt sắt vào vùng bê tông
chịu kéo và, năm 1886, đã công bố các bản thảo về lý thuyết và thiết kế kết cấu bê tông cốt thép Những năm sau đó, rất nhiều tiến bộ trong lĩnh vực bê tông cốt thép đã đạt được ở nhiều nước như Pháp, Đức và dẫn đến việc thành lập Hiệp hội bê tông Đức vào năm 1910 và sau đó là các Hiệp hội bê tông Áo cũng như các Viện nghiên cứu bê tông Anh, Viện nghiên cứu bê tông Mỹ Bên cạnh các viện nghiên cứu quốc gia, các tổ chức quốc tế về bê tông cũng đã được thành lập Liên đồn bê tơng dự ứng lực quốc tế (FIP) được thành lập năm 1952 và Uỷ ban Bê tông châu Âu (CEB) được thành lập năm 1953, từ năm 1998, CEB và FIP hợp nhất thành Liên đồn bê tơng quốc tế (fédération
internationale du béton, viết tắt là fib)
nẹ
Bê tông dự ứng lực đã được Freyssinet, một kỹ sư người Pháp, đề xuất và chế tạo thành công vào năm 1928 Từ đó, kết cấu bê tông cốt thép và kết cấu bê tông dự ứng lực được sử dụng ngày càng nhiều cho các ứng dụng khác nhau
Các lý thuyết về cường độ tới hạn đã được sử dụng trong tiêu chuẩn thiết kế kết cấu
bê tông cốt thép tại Liên Xô (cũ) từ năm 1938 Lý thuyết này, sau đó, được sử dụng tại Anh và Mỹ vào năm 1956 Phương pháp thiết kế theo các trạng thái giới hạn đã được sử
dụng ở Liên Xô (cũ) từ năm 1955 Hiện nay, phương pháp này đang được hoàn thiện và
được sử dụng phổ biến ở rất nhiều nước trên thế giới như Mỹ, Châu Âu, Nhật, v.v Các Tiêu chuẩn tắnh toán, thiết kế kết cấu bê tông cốt thép của nước ta cũng áp dụng phương
pháp các trạng thái giới hạn
Với việc phát hiện ra thành phần vật liệu và nguyên tắc phối hợp mới, bê tông hiện
nay đã có thể có cường độ chịu nén đến 140 MPa, thậm chắ đến 200 MPa Để khai thác
Trang 25một cách có hiệu quả các loại bê tông này địi hỏi phải có những dạng kết cấu mới Trong thời gian gần đây, các dạng kết cấu liên hợp, kết cấu lai (hybrid structures) đang,
được nghiên cứu phát triển mạnh mẽ
1.3 TONG QUAN VE QUA TRINH THIET KE KET CAU BE TONG COT THEP
Thiết kế kết cấu bê tông, cũng như khi thiết kế các kết cấu khác, có thể được xem như là một quá trình thử dần bao gồm các giai đoạn có liên quan chặt chẽ với nhau là
thiết kế sơ bộ, phân tắch và thiết kế chỉ tiết
1.3.1 _ Thiết kế sơ bộ
Thiết kế sơ bộ là phần quan trọng và sáng tạo nhất của quá trình thiết kế Trong giai
đoạn này, các kỹ sư thiết kế sẽ xác định dạng kết cấu, kắch thước sơ bộ của các bộ phận
cũng như tải trọng dự kiến Để thoả mãn các chức năng yêu cầu của cơng trình, người
kỹ sư thiết kế phải vận dụng nghệ thuật, kinh nghiệm, các kiến thức về kỹ thuật xây
dựng, tắnh trực quan và tắnh sáng tạo Kinh nghiệm thường đóng vai trò quan trong trong việc tìm ra các giải pháp phù hợp nhất trên cơ sở hài hoà các yếu tố như yêu cầu
của chủ đầu tư, yêu cầu kiến trúc, tiêu chuẩn, điều kiện mơi trường, sự sẵn có của các
vật liệu thành phần cũng như điều kiện và khả năng thi công, v.v
1.3.2 Phân tắch kết cấu
Mục đắch của quá trình phân (ắch kết cấu là xác định nội lực, chuyển vị, tần số dao động, độ ôn định, v.v của toàn kết cấu cũng như của các bộ phận của nó dưới các tác
động bên ngoài với các thơng số hình học và vật liệu đã được lựa chọn trong bước thiết kế sơ bộ Để thực hiện việc phân tắch, kết cấu thật được mơ hình hoá thành các sơ đồ
tắnh với việc sử dụng các giả thiết phù hợp với các nguyên lý thiết kế và sự làm việc
thực tế của kết cấu ở các trạng thái khác nhau
Để phân tắch tổng thể kết cấu trong giai đoạn khai thác chịu các tác động thông thường, sơ đồ tắnh thường được xây dựng bằng việc áp dụng các giả thiết đã được sử
dụng trong các môn học như Sức bên vật liệu, Cơ học kết cấu, v.v Theo đó, vật liệu
trong các kết cầu bê tông vẫn được giả thiết là đồng nhất, đẳng hướng và làm việc đàn
hồi tuyến tắnh Những giả thiết này làm giảm đáng kể khối lượng tắnh toán, đồng thời,
vẫn phản ánh tương đối chắnh xác sự làm việc thực tế của kết cấu
Khi chịu các tác động đặc biệt như động đất, gió bão lớn, va tàu, v.v kết cấu được
thiết kê làm việc ở các trạng thái giới hạn về cường độ Lúc đó, bê tông hoặc bê tông cốt thép cân phải được xem xét như là một vật liệu đàn dẻo và dị hướng do sự hình thành và
Trang 26phát triển của các vết nứt Do khối lượng tắnh toán lớn, các phân tắch dạng này thường được thực hiện trên các chương trình máy tắnh hiện đại
Khi phân tắch kết cấu trong giai đoạn thi công, bê tông hoặc bê tông cốt thép cũng thường được mơ hình hố là vật liệu làm việc đản hồi tuyến tắnh dưới tác dụng của ngoại lực Tuy nhiên, ở giai đoạn này, do bê tơng có tuổi khá nhỏ nên những yếu tố có liên quan đến thời gian như co ngót, từ biến, sự biến thiên cường độ và độ cứng của nó có ảnh hưởng đáng kể đến biến dạng, chuyển vị và nội lực của kết cấu Do vậy, việc phân tắch kết cầu trong giai đoạn thi công cần xem xét đến những yếu tố này
1.3.3 Thiết kế chỉ tiết
Trong giai đoạn này, người thiết kế sẽ tắnh toán các kắch thước chỉ tiết cũng như xác định số lượng và bố trắ vật liệu thắch hợp cho từng bộ phận kết cấu trên cơ sở các thành
phần nội lực đã được xác định từ phân tắch tông thể Mặc dù nội lực của các bộ phận kết
cảu thường được xác định trên các sơ đồ tắnh với giả thiết về sự làm việc đàn hồi tuyến
tình của bê tông nhưng khỉ thiết kế chỉ tiết, người thiết kế cần phải tắnh đến các ứng xử
thật và phức tạp của vật liệu này
'Thiết kế chỉ tiết cũng là một quá trình thử dần với việc xác định kắch thước, lựa chọn
và bố trắ vật liệu và tắnh duyệt để đảm bảo rằng, mọi bộ phận kết cấu đều thoả mãn các
yêu cầu về cường độ, độ bền, độ cứng, độ ổn định, v.v Đối với kết cấu bê tông, đây là một q trình địi hỏi phải xử lý rất nhiều tham số khác nhau như kắch thước của mặt
cắt, chủng loại và diện tắch của cốt thép, mơ hình làm việc của bê tông và cốt thép, v.V Bên cạnh những mơ hình vật liệu được đề xuất theo các triết lý thiết kế, các kỹ sư phải
phối hợp rất nhiều phương pháp và kỹ thuật khác nhau như các công thức kinh nghiệm
(vắ dụ, công thức để tắnh toán độ mở rộng vết nứt hay công thức tắnh cường độ kháng
cắt), các phương pháp gần đúng (vắ dụ, tắnh duyệt mặt cắt với giả thiết là ứng suất trong bê tông phân bố dạng chữ nhật) cũng như các mơ hình suy luận (vắ dụ, giả thiết mặt cắt phẳng khi chịu uốn)
Tuỳ thuộc vào đặc điểm cấu tạo và chịu lực, cách tắnh toán đối với từng bộ phận
trong kết cầu bê tông cũng khác nhau Các khu vực ở xa điểm đặt lực có thể được thiết kế và tắnh toán bằng các phương pháp mặt cắt thông thường Tuy nhiên, các khu vực ở gần điểm đặt lực hoặc có cầu tạo phức tạp cần được thiết kế theo các phương pháp thắch hợp hơn như phương pháp dòng lực hay phương pháp sơ đồ hệ thanh, v.v
Trang 27TONG QUAN VE MOT SO PHƯƠNG PHÁP THIET KE KET CAU BE TONG COT THEP
thường pháp tắnh toán, thiết kế kết cấu bê tông đã đạt được rất
ệ vật liệu phương pháp và thiết bị thắ
n qua
t4
hi
với sự phát triển của cơng năng tỉnh tốn trong thời
Ọ đoạn đầu thể kỳ 20 kết cầu bê tơng được tắnh tốn và thiết kế theo ứng theo đó, các vật liệu trong kết cấu được giả thiết là làm việc đàn hồi
khi bị phá hoại Điều kiện an toàn của một kết cấu được xác định
nh ửng suất lớn nhất do tác động bên ngoài sinh ra với ứng suất cho zợc có được từ ứng suất gây phá hoại vật liệu và được chiết giảm bằng, ệ số an toàn được xác định từ việc xem xét các yếu tố như tắnh đồng
lượng của vật liệu độ chắnh xác của việc chế tạo, sự sai lệch giữa tải trọng
i rọng tắnh toán cũng như tầm quan trọng của kết cấu Phương pháp ứng,
suất cho phép lả một trong những phương pháp thiết kế được sử dụng rộng rãi trong thế
ky 20 Cho dén nay phương pháp này vần được sử dụng trong một số tiêu chuẩn thiết
é kết cấu thép Tuy nhiên, việc áp dụng phương phap zing suất cho phép đễ thiết kế kết
cấu bê tông tỏ ra là không thật thắch hợp do bê tông là vật liệu có tắnh dan déo cao và trạng thái ứng suất của nó chịu nhiều ảnh hưởng của các yếu tố phụ thuộc thời gian như
co ngót, từ biến, v.v
Từ giữa thế kỷ 20, một phương pháp tắnh toán và thiết kế khác được phát triển là
phương pháp theo nói lực phá hoại Theo phương pháp này, điều kiện an toàn của kết cầu được xác định trên cơ sở so sánh nội lực lớn nhất trong kết cấu do tải trọng tiêu chuẩn sinh ra với nội lực làm phá hoại kết cấu (nội lực phá hoại) Nội lực phá hoại được
xác định dựa trên các kết quả thắ nghiệm và có xét đến sự làm việc có biến dạng dẻo của
bê tông và cốt thép Phương pháp nội lực phá hoại đã phần nào khắc phục được nhược điểm của phương pháp ứng suất cho phép nhưng do vẫn sử dụng một hệ số an toàn chung nên chưa phản ánh được đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng đến độ an toàn của kết cấu
Phương pháp tắnh toán và thiết kế được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là phương
pháp trạng thái giới hạn Theo phương pháp này, độ an toàn của kết cấu được xác định
trên cơ sở so sánh sức kháng của kết cấu với hiệu ứng của tải trọng ở từng trạng thái giới hạn Trạng thái giới hạn là trạng thái mà, tại đó, kết cấu có thể bị phá hoại hoặc
không tiếp tục sử dụng bình thường được nữa Theo một số tiêu chuẩn thiết kế tiên tiến
hiện nay, các trạng thái giới hạn thường được chia thành trạng thái giới hạn về cường độ, trạng thái giới hạn về sử dụng, trạng thái giới hạn mỏi và trạng thái giới hạn đặc
biệt Sự biến thiên của từng loại tải trọng và sức kháng của kết cấu được xác định theo
phương pháp xác suất thống kê và được xét đến trong tắnh tốn thơng qua các hệ số
Trang 28Các hệ số tải trọng và sức kháng được quy định khác nhau cho các trạng thái giới hạn khác nhau
Nhiệm vụ của kỹ sư thiết kế là đảm bảo cho kết cầu không bị rơi vảo các trạng thái
Trang 29CHƯƠNG2_ VẬT LIỆU
2.1 BÊ TÔNG
2.1.1 Thành phần của bê tông
Các vấn đề kỹ thuật liên quan đến việc chế tạo bê tông và các q trình hóa học phức tạp xảy ra khi thủy hóa đã được mô tả trong các tài liệu về vật liệu xây dựng Chương
này chỉ tóm tắt một số tắnh chất và đặc trưng quan trọng của bê tông, có liên quan đến
sự làm việc của kết cấu bê tông cốt thép
Các thành phần quan trọng nhất của bê tông là xi măng, nước và cốt liệu Bên cạnh đó, các loại phụ gia như phụ gia hoá dẻo, đông cứng nhanh, siêu dẻo và các chất độn hoạt tắnh như bột silic, tro bay, v.v đang được sử dụng ngày càng nhiều và đang trở thành những thành phần không thể thiếu của bê tông, đặc biệt là bê tơng cho những cơng trình quan trọng Bê tơng hóa rắn nhờ các phản ứng hóa học xảy ra giữa xi măng và nước Xi măng Portland chứa một lượng lớn các silicat canxi Các silicat này phản ứng với nước dé tạo ra các hidroxit silicat canxi, là thành phần chủ yếu tạo nên cường
độ của bê tông, và hidroxit canxi là thành phần tạo nên tắnh kiềm cho bé tong Xi mang
Portland còn chứa tricanxium aluminate (C3A) là thành phần tạo tắnh kiềm cho bê tơng và hóa hợp tất cả các i-on clo có thể có mặt trong hỗn hợp Bảng 2.1 cung cấp một số dang xi măng tiêu chuẩn theo ASTM và phạm vi ứng dụng.của chúng
Bảng2.] Các dạng tiêu chuẩn của xỉ măng Portland được quy định trong Tiêu chuẩn ASTM [6]
Kiểu | Đặc trưng Ứng dụng
I Xi măng "thông thườngỢ Các ứng dụng phổ thông
Hộ Lượng CạA thấp Chống sun phát trung bình, tỏa nhiệt khi thủy hóa ở mức trung bình
II | Nhiều bột mịn và/hoặc lượng C;S cao | Cường độ cao sớm; đổ bê tông ở nhiệt độ thấp
IV Lượng CạS và CA thấp Tỏa Ít nhiệt khi thủy hóa, đổ bê tơng các khối lớn
Vv Lượng C;A thấp Chịu sun phát
Thông thường, cốt ệ chiếm khoảng 70% thể tắch bê tông và, trong hầu hết các trường hợp, chúng có cường độ lớn hơn, cứng hơn và cũng đặc hơn đá xi măng Trong bê tông thường, cốt liệu có ảnh hưởng đối với cường độ ắt hơn là đối với mô đun đàn
hoi và khối lượng thể tắch của bê tông Trong các thuộc tắnh của hỗn hợp cốt liệu, thànli
phân hạt có ý nghĩa quan trọng hơn cả, nó quyết định lượng nước cần thiết đẻ đạt được
thành phần bê tông tươi mong muốn
Trang 30
Để thủy hóa, xi măng cần một lượng nước tối thiểu khoảng 25% khối lượng của xỉ
măng Dù rất muốn sử dụng lượng nước tối thiểu trong hỗn hợp nhưng nếu không sử
dụng phụ gia thì tỷ lệ nước/xi măng khoảng 30% là giá trị thấp nhất người ta có thể đạt
được trong thực tế Lượng nước thừa so với lượng cần thiết để thủy hóa có thể tạo ra
các khoảng trống nhỏ trong đá.xi măng, làm yếu thành phần này và làm cho nó có nhiều lỗ rỗng Như vậy, việc tăng tỷ lệ nước/xi măng sẽ làm giảm cường độ, làm tăng tắnh
thấm nước, co ngót cũng như từ biến của bê tông Bê tông được sử dụng trong các kết
cấu bê tông cốt thép có cường độ thông thường trong khoảng 18 đến 60 MPa nên chúng
phải có một tỷ lệ nước/x¡i măng thắch hợp
n một số tắnh năng quan trọng của bê tông cũng như tắnh công tác của nó, người ta có thể sử dụng các phụ gia khác nhau Phu gia hod déo làm tăng tắnh công tác của bê tông và làm giảm lượng nước cần sử dụng Phụ gia đông cứng nhanh có tác dung làm tăng tốc độ đông cứng của bê tông phù hợp với những bộ phận kết cấu cần dược dưa vào chịu lực sớm Ngược lại với loại phụ gia này là phụ gia làm chậm đông
cứng dược dùng cho bê tông được đỗ trong thời tiết quá nóng, hoặc được đỗ với khối
lượng lớn đề loại trừ các mối nối khô cũng như cho bê tông được chuyên chở với cự ly
xa Ngoài ra, cịn có các loại phự gia nở làm tăng thể tắch của vữa bơm trong ống gen cáp dự ứng lực, phụ gia tro bom dé làm tăng tắnh linh động của bê tông khi bơm, v.v
Trong bê tơng có cường độ thông thường, vùng dắnh bám giữa đá xi măng và cốt
liệu thường là vùng yếu, do đó, các vết nứt thường xuất hiện quanh các hạt cốt liệu Sự
hình thành các vùng yếu này trong bê tông thường phụ thuộc vào việc sản xuất bê tông
Để cải thiện cường độ, độ bên, tắnh chống thấm và một số tắnh chất khác của bê tơng
người ta tìm cách loại bỏ bớt những vùng này thông qua việc sử dụng các chất độn hạt
mịn, có kắch thước hạt nhỏ hơn nhiều so với hạt xi măng, và phụ gia siêu dẻo tắnh năng
cao
Các phụ gia siêu dẻo là các hợp chất polimer chứa các nhóm axit sulfonic có khả năng ngăn cản sự tiếp xúc của nước với các chất dắnh kết trong thời gian 46 bê tông và qua đó, tăng tạm thời tắnh công tác của bê tông Việc sử dụng các hợp chất này cho phép sử dụng tỷ lệ nước/xi măng thấp (0,3 hoặc thậm chắ đến 0,25) trong khi vẫn giữ
được tắnh công tác với độ sụt 175 đến 225 mm và, nhờ đó, tạo ra bê tơng có cường độ
cao và tắnh thấm nước thấp
Pozzolans tự nhiên, tro bay, bột silic và xỉ lò cao là các chất độn hạt mịn đôi khi
được dùng để thay thế một phần và/hoặc tăng thêm một số đặc tắnh của bê tông Bột
silie hay microsilica là đồng sản phẩm khi chế tạo silic sắt Loại bột này mịn hơn xi
măng hàng trăm lần và có khả năng làm đầy các khoảng trống giữa các hạt xi măng cũng như giữa các cốt liệu mịn, qua đó, tạo ra một cấu trúc bê tông có độ đặc cao và làm
tăng cường độ chịu nén của nó Ngồi ra, các chất pozzolans còn phản ứng với hydoxit
Trang 31canxi có cường độ thấp để biến chúng thành các hydoxit silicat canxi có cường độ cao
Khi dùng để thay thế khoảng 5% đến 10% xi măng portland, chất này có thể tạo ra bê
` tông cường độ cao như vắ dụ được mô tả trong Bảng 2.2
Việc sử dụng hợp lý các chất phụ gia siêu dẻo tắnh năng cao cùng với các chất độn
hạt mịn như đã nói ở trên có thể tạo ra các hỗn hợp bê tơng có cấu trúc tối ưu với cường
độ chịu nén đến 150 MPa hoặc hơn ngay tại công trường [7] Các bê tông này khơng chỉ
có độ bền cơ học mà còn độ bền hoá học, tuổi thọ cũng như độ chống thấm cao Vì
những lý do đó, chúng được gọi là bê tông tắnh năng cao (High Performance Concrete Ở HPC)
Bảng2.2 Ở Một vắ dụ tỷ lệ thành phần cho bê tông cường độ cao sử dụng bột silic [6] Thành phần Hàm lượng Xi măng 420 kg/m? Bột silic 30 kg/m? Cát (0-5 mm) 875 kg/m? Cốt liệu thô 945 kg/m? Nước 153 l/m`
Phụ gia siêu dẻo 8,5 >
Tỷ lệ nước/xi măng 153/(420+30) = 0,34
Độ sụt 260 mm
Cường độ - khối | 74,8 MPa sau 7 ngày
wun 98,4 MPa sau 28 ngay
113,3 MPa sau 90 ngay
Khối lượng thể tắch | 2430 kg/m?
2.1.2 Đặc tắnh của bê tông non
Bê tông dưới khoảng 3 ngày tuổi được xem là bê tông non Phụ thuộc trước hết vào loại xi măng, nhiệt độ môi trường và tỉ lệ nước/xi măng, độ thuỷ hoá của bê tông tại thời điểm này nằm trong khoảng từ 60% đến 90% Một số đặc trưng của bê tông non là:
ẹ _ Nhiệt tăng mạnh và, do đó, có sự trao đổi nhiệt lớn với môi trường xung quanh,
ề _ Thể tắch thay đổi lớn,
s _ Các đặc tắnh cơ học biến đổi nhanh theo thời gian
Sự thuỷ hoá xi măng là một quá trình toả nhiệt và kết quả là bê tông non bị nóng lên
Bê tơng sẽ nguội trở lại khi lượng nhiệt giải phóng ra ắt hơn lượng nhiệt nhận lại thông,
Trang 32lượng xi măng và loại xi măng Thông thường, cường độ xi măng càng cao thì lượng nhiệt toa ra càng lớn Hơn nữa, xi măng lò cao giải phóng nhiệt ắt hon xi mang Portland
Sự trao đổi nhiệt của kết cấu bê tông với môi trường phụ thuộc trước hết vào quan hệ giữa thể tắch và diện tắch bề mặt (diện tắch bề mặt càng lớn so với thể tắch thì sự trao đổi
nhiệt càng thuận lợi), vào hệ số truyền nhiệt (hệ số này phù thuộc vào ván khuôn cũng
như việc sử dụng chất cách nhiệt) và phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Do sự trao đổi
nhiệt xảy ra trên bề mặt cấu kiện bê tông, sự phân bố nhiệt độ trên mặt cắt ngang là
không đều, đặc biệt trong các cầu kiện có bề dày lớn Biểu đồ nhiệt độ trong cấu kiện có
thể được phân tách thành ba phần như được thẻ hiện trên Hình 2.1
Phụ thuộc vào thời điểm xem xét, thành phần nhiệt độ thứ nhất (AT) làm tăng hoặc
làm giảm thể tắch và thành phần nhiệt độ thứ hai (AT,,) gay uốn cấu kiện Nếu các biến
dạng này bị cản trở bởi các điều kiện biên hoặc trọng lượng bản thân, trong kết cấu sẽ xuất hiện ứng suất tương ứng, Những ứng suất được gọi là ứng suất cưỡng bức do
lược sinh ra bởi sự cản trở biến dạng
iia aa ị ệ i | i Dacian
AT, A14 AT;
Hình 2.1 Biểu du nhiệt độ va ba thành phần để tắnh ứng suất trong cấu kiện bê tông do sự chênh lệch nhiệt độ [7]
Thành phần nhiệt độ thứ ba {AT,,) không phụ thuộc vào sơ đồ tĩnh học và luôn luôn gêy ra ứng suất trong mặt cắt bê tông Đặc điểm của ứng suất này là tự cân bằng nên không gây ra sự thay đổi nội lực trong kết cấu Do đó, nó cũng thường được coi là ứng suất riêng
Ngoài nguyên nhân chênl: lệch nhiệt độ, sự mất nước trong những ngày đầu tiên cũng có thể gãy ra các ứng suất đảng kể trong bê tông, dẫn đến xuất hiện các vết nứt bề mặt hoặc yết nứt tách hồn tơàn, gây nguy hiểm đối với khả năng sử dụng và trước hết
là đối với tuểi thọ của kết cấu Nguy cơ này có thê dược ụiảm thiểu trước hết là nhờ sự
lựa chọn thành phần bê tông và việc bảo dưỡng bẻ tơng Ngồi ra có thể áp dụng các
giải pháp cầu tạo để hạn chế bề rộng cav vết nứt có thể xuất hiện Các quá trình Xây ra
liên quan đến sự thuỷ hoá xỉ măng trong những giờ và những ngày đầu tiên có ý nghĩa
Trang 33
quan trọng đối với các tắnh chất của bê tơng đóng rắn và, do đó, đối với tuổi thọ của kết
cấu bê tông Vì vậy, một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất của công nghệ bê tông
là tạo ra những điều kiện có lợi cho sự phát triển các thuộc tắnh của bê tông trong giai
đoạn đầu
Sự phát triển cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông theo thời gian có thể được
biểu diễn như trên Hình 2.2 Trong khoảng bốn đến sáu giờ đầu tiên sau khi nhào trộn,
cả cường độ chịu nén lẫn cường độ chịu kéo của bê tông, hầu như khơng tăng Sau đó,
đến giai đoạn cường độ phát triển rất nhanh và cuối cùng là giai đoạn cường độ phát
triển chậm lại Sau 28 ngày, sự tăng cường độ quan sát được chỉ rất ắt Sự biến thiên của
cường độ bê tông theo thời gian với ba giai đoạn kể trên phụ thuộc vào việc lựa chọn xi
măng và sử dụng phụ gia bê tông Vắ dụ, việc sử dụng phụ gia đông cứng chậm dẫn đến
kéo dài giai đoạn ninh kết, hoặc việc sử dụng xi măng có độ toả nhiệt thấp dẫn đến sự
phát triển cường độ chậm hơn và đồng đều hơn Ngoài ra, các quan sát cho thấy rằng, mô đun đàn hồi và cường độ chịu kéo của bê tông tăng nhanh hơn so với cường độ chịu
nén của nó 4@/Z !9 | Pe f,(t)/f, ồồ [ |Mô-dundanhồi 08 |2 | c F | E,(t)/E, aa kL Sy ⁄ as +f Cường độ Ở] 05 1 ff chiukéo 0,4 ` | 03 [ể Cường độ | chịu nén | 0,2 | 01 4
| = ` + Tuổi bê tông
| 2h 4h 12h 24h 2ngày 7ngày 28 ngày
Hình 2.2 Sự phát triển cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông theo thời gian [7]
2.1.3 Phân loại bê tông
Bê tơng có thể được phân loại theo cấu trúc, khối lượng riêng, cường độ chịu nén, mức độ chong thâm cũng như phạm vi sử dụng
ồ Theo cầu trúc, bê tông được phân loại thành đê tơng đặc, bê tơng có lỗ rỗng, bê
tông xôp, V.V
Trang 34ề Theo khối lượng thể tắch, bê tơng có các loại như ỏê đông nhẹ (khối lượng thể tắch + < 1800kg//mẺ ), bê tông nặng (Ộy = 2300+ 2500kg/mỖ ) và bê tông đặc biệt nặng (2y > 2500kg/mỶ )
ẹ Theo cường độ, bê tông được phân loại thành bê rồng hường với cường độ chịu nén trong khoảng 21 MPa đến 60 MPa, đê tông cường độ cao có cường độ chịu nén trong khoảng 60 MPa đến 80 MPa và bê tông cường độ cực cao có cường độ
chịu nén đạt đến 120MPa hoặc hơn
ề Theo phạm vi sử dụng, bê tông được phân loại thành bê tồng kết cấu, bê tông
cách nhiệt bê tông chống phóng xạ, bê tơng chống xâm thực, bê tông thuỷ công,
Vial:
21.4 Các tắnh chất cơ lý của bê tơng đã đóng rắn 2.1.4.1 Cường độ chịu nén dọc trục của bê tông
Cường độ chịu nén dọc trục (sau đây được gọi là cường độ chịu nén) là ứng suất lớn
nhất mà mẫu bê tơng có thể chịu trước khi bị phá hoại Cường độ chịu nén là một trong, những tắnh chất quan trọng nhất của bê tông được sử dụng trong kết cấu Có rất nhiều tham số ảnh hưởng đến cường độ chịu nén của bê tông, trong đó phải kể đến cường độ và cấp phối của cốt liệu, tỉ lệ nước/xi măng và cường độ xi măng Cường độ chịu nén
của bê tông được xác định bằng thắ nghiệm, phụ thuộc vào kắch thước và hình dạng, mẫu
thử, tốc độ đặt tải, điều kiện bảo dưỡng cũng như phương pháp thử Để thu được các kết quả có thể so sánh được, các tiêu chuẩn quốc tế và trong nước đều có những quy định chặt chẽ về các yếu tố nói trên
Hầu hết các Tiêu chuẩn đều quy định tuổi của bê tông khi xác định cường độ chịu
nén là 28 ngày do sau thời điểm này cường độ bê tông phát triển rất chậm Độ mảnh của
mẫu thử có ảnh hưởng đáng kẻ đến cường độ của những mẫu bị kiềm chế biến dạng
ngang ở mặt tiếp xúc với tắm đặt tải của máy thử Ở những mẫu này, độ mảnh càng nhỏ thì cường độ chịu nén càng lớn Với những mẫu không bị kiểm chế biến đạng ngang, ảnh hưởng của độ mảnh là không rõ nét Điều này có thể được giải thắch bởi sự phát triển của ứng suất kéo ngang là nguyên nhân chắnh gây phá hoại ở các mẫu chịu nén Ở
những mẫu bị kiềm chế biến dạng ngang và có độ mảnh nhỏ, một phần lớn ứng suất kéo ngang bị triệt tiêu và dẫn đến cường độ của bê tông xác định được cao hơn so với ở
những mẫu không bị kiềm chế biến dạng ngang hoặc có độ mảnh lớn Khi chiều cao
mẫu thử lớn hơn hoặc bằng khoảng 2 lần chiều rộng hoặc đường kắnh mặt cắt ngang thì
ảnh hưởng của sự kiềm chế biến dạng ngang ở mặt tiếp xúc đến cường độ chịu nén của
nó là khơng đáng kẻ nữa
Trang 35Hình dạng mặt cắt ngang và kắch thước mẫu thử cũng có ảnh hưởng dến cường độ
chịu nén, Các mẫu thử có mặt cắt ngang hình vng chịu ảnh hưởng của sự kiềm chế
biến dạng ngang ở mặt tiếp xúc nhiều hơn so với các mẫu có mặt cắt ngang hình tròn Cường độ chịu nén được xác định với các mẫu có kắch thước lớn sẽ có giá trị nhỏ hơn
với các mẫu có kắch thước nhỏ Hình 2.3 thể hiện sự ảnh hưởng của kắch thước mẫu thử
đến cường độ bê tơng và Hình 2.4 thể hiện sơ đồ phá hoại của mẫu thử `
Theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05, đối với bê tông được dùng trong các cơng trình
cầu, cường độ chịu nén được xác định theo tiêu chuẩn ASTM C-39 với việc nén đến phá hoại mẫu thử hình trụ có đường kắnh 150 mm và chiều cao 300 mm Bê tơng khi thắ
nghiệm có tuổi 28 ngày và được bảo dưỡng trong điều kiện tiêu chuẩn Thời gian chất tải cho đến khi phá hoại là khoảng 2 đến 3 phút Theo Tiêu chuẩn ACI 318-05, cường độ chịu nén của bê tông được sử dụng trong các kết cấu xây dựng cũng được xác định theo tiêu chuẩn ASTM C-39
3,0 4,0
4, al L đi # : cường độ mẫu hình trụ có kắch
' thước thay đổi
20 L a) ặ,: cường độ mẫu hình lập phương
| Lol Lái
| 1ụ
t hjb,h/d
Hình 2.3 Sự phụ thuộc của kắch thước mẫu thử đến cường độ
ma oe # I } } \ Pt ae Ẩ 1 Ẩ
(a) Phá hoại khi biến (b) Phá hoại khi biến dạng
dạng ngang bị cản trở ngang không bị cản trở
Hình 2.4 Sơ đỗ phá hoại của mẫu thử theo các phương pháp thử khác nhau [7]
Trang 36Tiêu chuẩn TCVN 3118-1993 quy định mẫu thử để xác định cường độ chịu nén của bê tông có dang hình lập phương với kắch thước mỗi chiều là 150 mm Tuổi bê tông cũng được quy định là 28 ngày
Trong tiêu chuẩn châu Âu EC2, mẫu thử này là hình trụ có đường kắnh 150 mm và chiều cao 300 mm hoặc khối lập phương cạnh bằng 150 mm Trong khi đó, mẫu thử theo Tiêu chuẩn Đức DIN EN 12 390-1 có dạng hình trụ hay hình khối chữ nhật có tỷ số ự/đ =2 Đường kắnh hay chiều dài cạnh đ tối thiểu bằng 3,5 lần dường kắnh cốt liệu lớn nhất và thường được lấy bằng 100 mm hay 150 mm Quan hệ gần
đúng giữa cường độ chịu nén được xác định theo mẫu hình trụ kắch thước 150x300mm, jƑ, với các
cường độ chịu nén được xác định theo các mẫu thử hình lập phương khác, / ẤẤ, được thể hiện trong
Bảng 2.3
Bái Hệ số quy đổi cường độ bê tông được xác định theo các mẫu thử khác nhau với cường,
độ mẫu trụ
| Cường độ mẫu lập | Cường độ mẫu lập phương | Cường độ mẫu lập phương
| phương 100 x 100mm 150 x 150mm 200 x 200mm
Ặ Ặ 1,20 1,16 11
[heo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05, bê tông được sử dụng trong các công trình cầu
thường có cường độ chịu nén nằm trong khoảng 16 đến khoảng 70 MPa và bê tông cho kết cấu mặt cầu phải có cường độ tối thiểu là 28 MPa Hiện nay, việc sử dụng bê tơng có cường độ chịu nén lên đến khoảng 80 MPa là khá phổ biến ở rất nhiều nước
Sau nhiều năm, do q trình thủy hóa, cường độ bê tơng có thẻ tăng thêm từ 20 đến
40% so với cường độ được xác định tại thời điểm 28 ngày Đây được gọi là hiện tượng rắn kết sau Sự tăng cường độ này phụ thuộc trước hết vào sự phát triển cường độ theo thời gian của xi măng và tỉ lệ nước/xi măng Nói chung, tỷ lệ nước/xi măng càng lớn thi sự tăng cường độ sau 28 càng lớn Bê tông được chế tạo từ xi măng có cường độ phát triển nhanh sẽ có sự tăng cường độ sau 28 ngày ắt hơn so với bê tông sử dụng xi măng có cường độ phát triển chậm Sự tăng cường độ này của bê tông, tuy vậy, không được xét đến trong các thiết kế thông thường
2.1.4.2 Cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông
Cường độ chịu nén đặc trưng hay cường độ đặc trưng của bê tông Ở được ký hiệu là ẶỮ Ở là giá trị mà chỉ có một xác suất xác định (được quy định trong Tiêu chuẩn thiết
kế) các mẫu thử trong một tập hợp có cường độ chịu nén nhỏ hơn giá trị đó Cường độ
chịu nén đặc trưng được sử dụng để thiết kế kết cấu bê tông cũng như để phân cấp bê tông
Một số Tiêu chuẩn hiện nay như TCXDVN, EuroCode, BS, v.v dùng cường độ chịu nén đặc trưng ứng với xác suất 5% số mẫu thử có cường độ nhỏ hơn Với xác suất nói
Trang 37trên, quan hệ giữa cường độ chịu nén đặc trưng Ặ với cường độ chịu nén trung bình # của tập hợp mẫu thử là
%=#+l,64ụ (2.1)
Với ụ là độ lệch chuẩn của cường độ chịu nén của các mẫu thử trong tập hợp
ỘTiêu chuẩn ACI quy định, chỉ có khơng q 1% xác suất cường độ trung bình của 3 mẫu thử liên tiếp nhỏ hơn cường độ đặc trưng hoặc 1% xác suất cường độ mẫu thử
riêng biệt nhỏ hơn 0,9 lần cường độ đặc trưng Tương ứng, quan hệ giữa cường độ chịu
nén đặc trưng Ặ với cường độ chịu nén trung bình ẶẤ của tập hợp mẫu thử là
+1,34ụ `
= <35MP * ma seo ứ k
#+1342 há
=5 HH Tay (ặ>35MPa) "> 35MP
2.1.4.3 Cường độ chịu kéo của bê tông
Cường độ chịu kéo dọc trục, hay còn được gọi là cường độ nứt, được ký hiệu là ẶẤ,
là ứng suất kéo dọc trục lớn nhất mà bê tơng có thể chịu được trước khi nứt Cường độ này có thể được xác định trực tiếp hoặc gián tiếp Mặc dù người ta rất muốn thắ nghiệm
kéo dọc trục bê tông để xác định cường độ chịu kéo thực của nó nhưng thắ nghiệm này
lại đòi hỏi các thiết bị đặc biệt Vì vậy, các thắ nghiệm gián tiếp như thắ nghiệm xác định
cường độ kéo khi uốn, thắ nghiệm ép chẻ thường lại hay được sử dụng hơn (Hình 2.5) Cường độ chịu kéo khi uốn, hay còn được gọi là mô đun phá hoại (modulus of rupture), ký hiệu là Ặ., được xác định dựa trên thắ nghiệm uốn một thanh bê tơng (Hình 2.5b) Phương pháp thắ nghiệm này thường cho kết quả tin cậy nên rất hay được sử dụng, đặc biệt là cho bê tông được sử dụng trong các cấu kiện chịu uốn Theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05, cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông dùng trong cơng trình cầu được thắ nghiệm theo Tiêu chuẩn ASTM C-78 với mặt cắt thanh bê tông là
bxh=150x150mm, chiều dài mẫu thử giữa các gối là Ợ=450mm và khoảng cách giữa các điểm đặt lực là L/3=150mm Theo phương pháp thắ nghiệm này, cường độ
chịu kéo khi uốn của bê tông được xác định theo công thức
Ậ =PLjJbh?
Nếu không thực hiện được thắ nghiệm thì có thể tắnh toán cường độ chịu kéo dọc trục
và cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông theo cường độ chịu nén, ẶỘ, như sau [6]:
Trang 38ặ,=0,33A/ Đã) b P/2 Thông thường, P/2 h b=h=15cem l= on/6
(a) Thắ nghiệm kéo trực tiếp (b) Thắ nghiệm kéo uốn xác định mô đun phá hoại
[.~0.33/7 ặ~0,63AJ#
| + (ẹ) T nghiệm ép chẻ mẫu trụ
| 2P f, = 0,65f,
=2
Hình 2.5 Các phương pháp xác định cường độ chịu kéo của bê tông,
Tất cả các giá trị cường độ trong công thức (2.3) đều được tắnh bằng MPa À là hệ số xét đến độ đặc của bê tông À =1,00 cho bê tông thường, À =0,85 cho bê tông cát, nhẹ và À=0,75 cho các loại bê tông nhẹ khác Thông thường, cường độ chịu kéo dọc trục của bê tông nằm trong khoảng từ 0,1 đến 0,2 cường độ chịu nén, nghĩa là
=(0,10+0,2) fỖ
Thắ nghiệm ép chẻ, còn được gọi là phương pháp Braxin, là một phương pháp khác để xác định gián tiếp cường độ chịu kéo của bê tông thông qua cường độ chịu ép chẻ Phương pháp này hay được sử dụng cho bê tông làm mặt đường Cường độ chịu ép chẻ được xác định từ việc nén một thanh bê tông hình trụ bởi một dải lực phân bố đặt trên hai đường sinh đối xứng tâm của mẫu trụ Quan hệ giữa cường độ chịu kéo khi uốn và cường độ ép chẻ, f,,, cla bé tông là
#=109%, (2.4)
Trang 392.1.4.4 Sự làm việc của bê tông khi chịu nén một trục Ở các định luật vật liệu của bê tông
Sự làm việc của vật liệu thường, được mô tả thông qua quan hệ ứng suất Ở biến dạng Trong việc tắnh toán và thiết kế kết cấu bê tông, quan hệ ứng, suất Ở biến dạng khi chịu nén của bệ tơng đóng vai trị rất quan trọng Các phương trình mơ tả quan hệ ứng suất Ở
biến dạng của bê tơng cịn được gọi là các định luật vật liệu của nó
+ Cốt liệu thô Vết nứt tại mặt tiếp xúc của cốt liệu Đá xi măng
Hình 2.6 Quan hệ ứng suất Ở biến dạng của bê tông và của các vật liệu thành phần
Trong khi quan hệ ứng suất Ở biến dạng của các vật liệu thành phần của bê tông, tức là cốt liệu thô và đá xi măng, là gần như tuyến tắnh thì quan hệ này của bê tông lại là phi tuyến (Hình 2.6) Thơng thường, độ cứng và cường độ của cốt liệu thô cao hơn của đá xi măng (cốt liệu thơ có cường độ thơng thường trong khoảng 100 đến 200 MPa) còn độ cứng và cường độ của bê tông thường nằm giữa các giá trị của cốt liệu thô và của đá xi
măng
Sự làm việc của bê tơng khi chịu nén có quan hệ chặt chẽ với sự hình thành vết nứt dọc và sự nở ngang (so với phương của lực tác dụng) của mẫu thắ nghiệm Lusche, một nhà nghiên cứu người Đức, đã
giải thắch sự hình thành các vết nứt dọc như sau: trong bê tông thường, các hạt cốt liệu thơ nói chung là cứng và bền hơn đá xỉ măng Do đó, dịng lực trong bê tơng có xu hướng chạy từ hạt cốt liệu thô này đến hạt cốt liệu thô khác Trong q trình đó, trong bê tông xuắt hiện các lực chuyển hướng Các lực này, phụ
thuộc vào hướng của chúng, sẽ sinh ra lực nén nghiêng và lực kéo ngang Chắnh các lực kéo ngang này
sinh ra các vết nứt dọc trong bê tơng [5] (Hình 2.7) Sự phát triển và lan truyền các vết nứt này làm mềm bẽ tơng và làm trịn đường cong quan hệ ứng suất Ở biến dạng Trước khi bê tông bị phá hoại, các vết nứt đọc, song song với phương chịu nén phát triển rất mạnh và độ nở ngang của bê tông cũng rất lớn
Do nhiều nguyên nhân khác nhau nên tại những vùng tiếp xúc giữa đá xi măng và cốt liệu thô trong bê
tơng thường đã có sẵn các vết nứt trước khi chịu tải Các vết nứt này bắt đầu phát triển sau khi ứng suất
đạt tới khoảng 40% cường độ chịu nén Từ mức ứng suất này, quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trở nên
khơng cịn tuyến tắnh Ứng suất cảng tăng lên, độ cứng của bê tông càng nhỏ đi Ở mức ứng suất vào
Trang 40khoảng 80% cường độ chịu nén, các vết nứt phát triển trong vùng vữa bê tông và chiều dài các vết nứt: nhỏ tăng rất nhanh theo sự tăng của tải trọng
Hình 2.7 Sự hình thành lực kéo ngang trong bê tông chịu nén [6]
Ironp bê tông cường độ cao, chênh lệch giữa cường độ của cốt liệu và của đá xi
màng không lớn như trong bê tông thường Nhờ vậy, sự tập trung ứng suất tại các cốt
liệu thô là không quá lớn Các vết nứt nhỏ, do đó, phải ở một mức ứng suất cao hơn mới
bắt dầu phát triển và đoạn thẳng trên biểu đồ quan hệ ứng suất Ở biến dạng của bê tông
cường độ cao dài hơn của bê tông thường Cường độ chịu nén của bê tông cường độ cao
sẽ đạt tới khi các vết nứt nhỏ phát triển tới một chiều đài giới hạn tại một vùng cục bộ
nào đó Lúc này, tải trọng không thể tiếp tục tăng được nữa Do đó, trong thắ nghiệm với ứng suất tăng đều, sự phá hoại sẽ xảy ra đột ngột Nhánh đi xuống của bê tông cường độ cao dốc hơn Do đó, phần năng lượng ứng với vùng sau phá hoại so với năng lượng toàn bộ sẽ nhỏ hơn so với bê tông thường Như vậy, bê tông cường độ cao giịn hơn bê tơng thường
Hình 2.8 thể hiện đường cong quan hệ ứng suất Ở biến dạng nhận được khi thắ nghiệm một số cường độ bê tơng điển hình và Hình 2.9 là sự tổng quát hoá các đường
cong này Các đường cong quan hệ ứng suất Ở biến dạng này cho thấy, khi cường độ bê
tông tăng, độ cứng của nó cũng tăng, tắnh tuyến tắnh lớn hơn và tắnh dẻo giảm đi Một
số mơ hình quan hệ ứng suất Ở biến dạng điển hình của bê tông là:
ẹ Ẽ Quan hệ ứng suất Ở biến dạng tuyến tắnh
Khi ứng suất nhỏ hơn khoảng 0,60Ặ7 quan hệ ứng suất Ở biến dạng có thể được mơ
tả gần đúng bằng quan hệ tuyến tắnh theo công thức sau:
f= Bey (2.5)
Với Ặ, là ứng suất trong bê tông và cự là biến dạng ứng với ứng suất đó #, là mơ
đun đàn hồi của bê tông được giới thiệu trong mục 2.1.4.5