~—l pàÀo8Á+ 'HỰC TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIA0 THƠNG VẬN TÀI-CƠ SỞ 2
THƯ VIÊN 000926 KET CAU
BE TONG COT THEP IN LAN THU TU
TRUONG DAI HOC GIAO THONG VAN TAI
Trang 2LOI NOI DAU
Cuốn kết cấu bê tơng cốt thép này dược biên soạn trên cơ sở những bài giảng của chúng tơi cho học sinh dại học hệ tập trung và hệ tại chức các ngành cầu, dường sắt và dường bộ của Trường Đại học GTVT
Cuốn giáo trình này sẽ là tài liệu tham khảo và học tập cho học sinh dang học tập tại trường, dồng thời cho học sinh dang học tại chức mà thời gian và diều kiện khơng cho phép thường xuyên dến gặp người giảng day <
Tồn bộ cuốn sách gồm 13 chương Các chương 1, 2, 3 giới thiệu các vấn dề chung về vật liệu, tính năng cơ lý và nguyên lý tính tốn kết cấu bê tơng cốt thép Các chương 4, `5,6,7, 8, 9, 10 và 13 giới thiệu cách tính tốn theo trạng thái giới hạn về cường độ các loại cấu kiện chựu lực cơ bản thường gặp trong ngành cơng trình Chương 11và 12 giới thiệu cách tính tốn theo trạng thái giới hạn về biến dạng và về nứt của cấu kiện
Nội dung của tài liệu này được trình bày theo phương pháp tính tốn trạng thái giới han là phương pháp tính tốn tiên tiến hiện nạy trong từng chương mục của tài liệu, chúng tơi trình bày các vấn đề đồng thời cho caả cấu kiện bê tơng cốt thép và bê tơng cốt thép dự ứng lực, chứ khơng tách ra hai phần riêng biệt như các tài liệu trước dây thường vẫn trình bày
Tài liệu này được soạn thảo theo chương trình mơn học kết cấu bê tơng cốt thép dùng
cho học sinh các ngành cầu dường Nĩ là cơ sở cho mơn học cầu bê tơng cốt thép Vì vậy các quy dịnh về thiết kế và cấu tạo chủ yếu dược lấy theo quy trình CH-365-67 là quy trình riêng cho kết cấu bê tơng cốt thép dùng trong ngành cầu dường
Vì trình dộ người viết cĩ hạn, và là lần dầu tiên biên soạn tài liệu này, nên chắc chắn cịn nhiều thiếu sĩt Mong bạn dọc cho những nhận xét gĩp ý cho nội dung tài liệu ngày càng dược sửa chữa và bồ sung tốt hơn
Hà nội, ngày 6 tháng 11 năm 1977 ĐÀO BÁ THỰC
Trang 3Chuong 1:
KHAI NIEM CHUNG VE KET CAU BE TONG COT THEP
§ - DAC DIEM CUA CAU KIEN BE TONG COT THEP
1 Thực chất của bê tơng cốt thép.:
Bê tơng cốt thép là một loại vật liệu xây dựng hỗn hợp đo hai loại vật liệu cĩ đặc trưng cơ học khác nhau (bê tơng và thép) cùng phối hợp chịu lực với nhau một cách hợp lý và kinh tế
Riéng bé tong là một loại vật liệu đá nhân tạo Các thành phần cơ bản như cốt liệu,
chất dính kết cũng như phương pháp chế tạo và một số tính chất cơ lý của nĩ đã được đề cập đến trong giáo trình vật liệu xây dựng
Giống như vật liệu đá thiên nhiên, bê tơng chịu nén tốt hơn bê tơng chịu kéo rất nhiều (15-20 lần) Như vậy việc sử dụng riẽếng bê tơng để làm các cấu kiện chịu lực cĩ phát sinh ứng suất kéo là khơng hợp lý Ta hãy xét một dầm cĩ mơmen uốn tác dụng Mơmen này sẽ tạo ra các vùng cố ứng suất kéo nén khác nhau trên tiết diện của cấu kiện Tại vùng cĩ ứng suất kéo, bê tơng sẽ bị nứt khi đạt đến cường độ giới hạn về chịu kéo, trong khi ở vùng cĩ ứng suất nén, trị số ứng suất này cịn xa mới đạt tới giới hạn Do đĩ khả năng chịu lực của cấu kiện rất thấp mà cường độ của bê tơng (vùng chịu nén) chưa được khai thác hết Để tận dụng được khả năng này, người ta đặt thêm các cốt thép chịu lực vào vùng cớ ứng suất kéo để cùng phối hợp làm việc với bê tơng Cũng cĩ thể sử dụng một số loại cốt bằng vật liệu khác như tre, chất dẻo, thủy tỉnh Như vậy ta cĩ được một loại vật liệu mới: bê tơng cốt thép hoặc nơi tổng quát hơn là bê tơng cĩ cốt Để thấy rư vấn đề này, ta lấy một đầm đơn giản làm thí dụ Nếu đầm chỉÌ bằng bê tơng (H 1-10a) thì dưới
tác dụng của tải trọngư vết nứt đầu tiên sẽ xuất hiên ở vùng chịu kéo tại tiết diện cĩ
mơmen uốn lớn nhất (giữa dầm) Khi tải trọng tiếp tục tăng, vết nứt càng mở rộng và nâng cao, phần bị nén thu hẹp lại và sự phá hoại xẩy ra đột ngột mang tính chất phá hoại dịn, trong khi các tiết diện khác vẫn chưa bị nứt Khả năng chịu lực của vật liệu nhất là ở vùng chịu nén vẫn chưa được khai thấc hết mặt dù cấu kiện đã bị phá hoại
Trang 4giới hạn chảy và bê tơng vùng chịu
nén bị ép vỡ Khi đớ cường độ của cả ˆ miổn chịu nếm, tyue trang hea
hai thứ vật liệu đều được khai thác ‘ ays 2 z
: hết m¡£n chì kéo t1 Lý Vêknwé£t 4 mich chin hen ⁄ Ta thay thép chẳng những chịu -tlAE ` `
kéo tốt mà chịu nén cũng tốt, nên cịn bw trina Zi _—— R
được đặt vào các cấu kiện chịu kéo, cĩ awe ⁄
si mién chin kes ¡ cơtthéP
nén đúng tâm, nén lệch tâm, uốn
xoắn v.v để giảm nhẹ trọng lượng
và kích thước cấu kiện, và để chịu lực
khi chế tạo, vận chuyển, lắp ráp được tơng (a) và bê tơng cốt thép (b)
tốt hơn L
Sở dĩ bê tơng và cốt thép cơ thể kết hợp cũng chịu lực với nhau một cách hợp lý như vậy là nhờ những yếu tố sau: %
- Trên bề mật tiếp xúc giữa bê tơng và cốt thép cĩ một lực dính bám khá lớn Lực dính bám này giữa cho cốt thép khơng bị tuột trong bê tơng, do đố lực cĩ thể chuyển từ
vật liệu này sang vật liệu kia, hay nơi cách khác là biến dạng của bê tơng và cốt thép trên
cùng một thớ sẽ giống nhau Cĩ như vậy bê tơng và cốt thép mới kết, hợp chịu lực một cách hợp lý được
- Giữa bê tơng và cốt thép khơng xẩy ra phản ứng hố học nào mà bê tơng cịn cĩ tác dụng bao bọc cốt thép giữ cho cốt thép khỏi bị han ri và chống được ảnh hưởng trực tiếp của các đám cháy tới cốt thép
- Hệ số nở dài vì nhiệt của bê tơng và cốt thép xấp xỉ bằng nhau: Với bê tơng
œ = 0,00001 0,000015, với thép « = 0,000012, do đĩ khi nhiệt độ biến thiên trong giới
hạn thơng thường (khoảng 100°C) sự dãn dài vì nhiệt của hai vật liệu này khơng chênh nhau mấy nên nội ứng suất sinh ra ảnh hưởng khơng đáng kể đến sự dính bám giữa bê
tơng và cốt thép i ay
Hinh 1-1, Dam giản đĩn bằng bê
2 Thực chất của bê tơng cốt thép dự úng lực
Loại bê tơng cốt thép giới thiệu ở trên được gọi là bê tơng cốt thép thường hay bê tơng cốt thép khơng dự ứng lực Loại này cĩ nhược điểm lớn là vết nứt xuất hiện sớm, giới hạn chống nứt thấp, thí nghiệm đã chứng tỏ rằng khi ứng suất trong cốt thép chỉ mới tới 200 - 300kg/cmˆ thì lớp bê tơng bao bọc xung quanh cốt thép đã bị rạn nút Khi ứng suất cốt thép đạt đến 1800 - 2500kg/cm” thì vết nứt ở vùng bê tơng chịu kéo đã cĩ thể rộng tới 0,2 - 0,3mm Dây cũng là bề rộng vết nứt giới hạn mà các quy trình thiết kế quy định nĩ xuất phát từ các yêu câu như bảo vệ cho cốt thép khỏi bị ăn mịn do nước mưa hoặc hơi nước và xét đến điều kiện tâm lý của người sử dụng Như vậy nếu dùng thép cĩ cường độ cao để chế tạo bê tơng cốt thép thường thì sẽ khơng khai thác hết khả năng chịu lực của thép được, vì hạn chế bề rộng vết nức tức là cũng hạn chế trị số ứng suất kéo trong - ar see ied, a ane ae dién địch cốt thép ‘Bing phan nào giảm được mngưàgi4 SỤP Hi Xã tơng sử skin p Hơn nữa với những cấu kiện yêu cầu cĩ khả Ð thường tỏ ra bất lực Thực tế đã chứng minh rằng việc tính tốn chống nứt cho cấu ki i
Trang 5Để tăng giới hạn chống nứt cho cấu kiện và sử dụng được hợp lý thép cường độ cao và bê tơng số hiệu cao thí cách tốt nhất là sử dụng bê tơng cốt thép dự ứng lực
Kết cấu dự ửng lực nĩi chung là loại kết cấu mà khi chế tạo chúng người ta tạo ra 1nột trạng thái chịu lực nội tại ban đầu ngược với trạng thái chịu lực dưới tác dụng của tải trọng ngồi khi sử dụng nhằm hạn chế những yếu tố cĩ hại đến tỉnh hình và khả năng chịu lực của kết cấu do tính chất chịu lực kém của vật liệu sinh ra
Với bê tơng cốt thép thì chủ yếu lầ người tạo ra lực nén trước cho những vùng của tiết diện mà sau này dưới tác dụng của tải trọng ở giai đoạn sử dụng bê tơng tại đĩ chịu ứng suất kéo (Đơi khi cũng cĩ trường hợp người ta tạo dự ứng lực trong những vùng của tiết diện sau này phải chịu ứng suất nén lớn) Như vậy ứng suất nén trước này sẽ triệt tiêu hoặc làm giảm ứng suất kéo do tải trọng gây ra trong bê tơng Như vậy cấu kiện khơng bị nứt hoặc nứt rất nhỏ Rõ ràng là cấu kiện dự ứng lực sẽ cho giới hạn chống nứt lớn hơn và cĩ thể khơng cho xuất hiện ứng suất kéo trong bê tơng, tức là khơng cho xuất hiện nut
Ta cĩ thể tạo ra các trạng thái ứng suất ban đầu khác nhau bàng cách thay đổi tri số lực nén trước trong bê tơng và thay đổi trị số của cốt thép ‘cang trước trên tiết diện Nhờ vậy, ta cĩ thể thiết cấu kiện một cách hợp lý về mặt chịu lực và đưa đến khả năng tiết kiệm nhất về vật liệu
Tớm lại kết cấu bê tơng cốt thép dự ứng lực so với kết cấu bê tơng cốt thép thường, cĩ những ưu điểm cơ bản sau: :
- Nang cao được giới hạn chống nứt và do đĩ cĩ tính chống thâm cao
- Cho kha nang sử dung được hợp lý bê tơng số hiệu cao và cốt thép cường độ cao, đưa đến giảm giá thành vật liệu và trọng lượng bản thân cẩu kiện
Ngồi ra, như sau này ta sẽ thấy rõ hơn, nĩ cịn cĩ đơ cứng tăng lên, độ võng giảm đi, chịu tải trọng đổi dấu tốt hơn
3 Một số khái niệm về phân loại và quy trình
, Căn cứ vào phương pháp xây dựng các kết cấu và cơng trính bê tơng cốt thép, người ta chia ra:
- Loại kết cấu tồn khối là loại đươc chế tạo ngay ở dia điểm xây dung, cịn gọi là kết cấu đổ tại chỗ
- Loại kết cấu lắp ghép là loại được chế tạo ở xưởng chuyên mơn và sau đĩ được vận chuyển và láp ghép ở hiện trường í
- Loại kết cấu bán lắp ghép là loại kết hợp giữa các cấu kiện bê tơng cốt thép lắp ghép với bê tơng tồn khối Dể đáp ứng với yêu cầu xây dựng ngày càng nhanh, người ta dùng kết cấu bê tơng cốt thép lắp ghép, vì cĩ thể thực hiện được việc chế tạo hàng loạt các cấu kiện ở cơng xưởng và thực hiện được cơ giới hớa lắp ráp kết cấu tại hiện trường Việc sử dụng bê tơng cốt thép lắp ghép giảm bớt được sức laao động trong khi thi cơng so với bê tơng cốt thép đổ tại chỗ, nĩ cịn cho phép rút bớt hồc họàn tồn miễn được
Trang 6các khoản chỉ phí vật liệu dùng làm dàn giáo, ván khuơn và cho khả năng rút ngắn được thời gian thi cơng
Hiện nay người ta cĩ đủ điều kiện để cung cấp cho ngành xây dựng những máy mĩc dùng trong việc chế tạo ở cơng xưởng và lắp rấp các cấu kiện bê tơng cốt thép lắp ghép
Diều đĩ cho phép bê tơng cốt thép lắp ghép trở thành vật liệu xây dựng chủ yếu, đáp ứng
địi hỏi ngày càng cao của ngành cơng nghiệp xây dựng
Về quy phạm thiết kế và tính tốn các kết cấu bê tơng cốt thép, ở Liên Xơ trong
ngành xây dựng người ta đã dùng Tiêu chuẩn xây dựng và các nguyên tác thiết kế kết
cấu xây dựng (gọi tất là pháp quy xây dựng), phần II, mục B, chương I kết cấy bê tơng và
bê tơng cốt thép Tiêu chuẩn thiết kế (CHUỊ] IIB.I.62) và gần đây (1976) mới ban hành
dé CHUJ] II-21-75 va CHU] - 7-75 thay thé cho quy phạm trên, cịn trong nganh giao thơng vận tải đang sử dụng: Quy định về thiết kế kết cấu bê tơng cốt thép và bê tơng của
cầu đường sắt, đường bộ và thành phố (quy trình CH-365-67) Đĩ là các quy trình tính
tốn theo trạng thái giới hạn dùng riêng cho lĩnh vực bê tơng cốt thép Nội dung của tập tài liệu này sẽ được giới thiệu theo tỉnh thần chủ yếu của các quy định của quy trình CH 865-67 là quy trình về bê tơng cốt thép đang dùng cho ngành giao thơng vận tải Khi cần thiết, ban đọc cơ thể tham khảo thêm các quy phạm thiết kế kết cấu bê tơng cốt thép và bê tơng cốt thép ở nước ta
§2 SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP
Cũng như các loại kết cấu cơng trình khác, sự xuất hiện và phát triển của kết cấu bê tơng cốt thép khơng tách rời với sự phát triển của xã hội Từ nửa cuối thế kỷ 19 nền kinh tế tư bản chủ nghia cĩ những bước tiến nhảy vọt, việc xây dựng nhà máy, đường sa, cầu cống được mở mang nhiều, do đớ cần phải cớ loại vật liệu xây dựng mới bền chắc, rẻ
tiền Trong thời kỳ này ngành cơng nghiệp xi măng vầ luyện kim đã khá phát triển tạo
điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng bê tơng cốt thép
Trong giai đoạn đầu tiên, các caấu kiện bê tơng xuaất hiện dưới dạng bản, dầm và cột đơn giản Các cấu kiện nầy khơng hịan thiện, được thiết kế một cách mị mẫm, các
nguyên tắc tính tốn và cấu tạo chưa rõ ràng, thí dụ như Waard (Mỹ) bọc bê tơng ra ngồi
kết cấu thép để chống cháy, người làm vườn Monier (Pháp) làm các chậu hoa, bể nước, tấm lát, kỹ sư Hennebique xây dựng một số sàn và cột ở Pháp và BÌ Người ta đạt cốt thép trong bê tơng theo cảm tính vì thế khi mắc saai lầm như Monier đã đặt cốt thép tại
trung trung hịa của bản
Từ cuối thể kỷ 19 nền cơng nghiệp phát triển nhanh chĩng địi hỏi phaải sử dụng lạo vật liệu rẻ tiền này Do đĩ nhiều người đã đi sâu nghiên cứu tính năng, tìm tịi cấu taạo và đề ralý luận để tính tốn
Kỹ sư Koenen (Dức) là một trong những người đầu tiên để nghị đặt cốt thép vào miền
chịu kéo của cấu kiện và đưa ra lý thuyết tính tớan bê tơng cốt thép vào năm 1886 Sau đĩ là những hàng loạt cơng trình nghiên cứu lý luận tính tĩan bê tơng cốt thép của Considère, Coighet, Baauschinger, Morsch
Những quy phạm kỹ thuật đầu tiên về bê tơng cốt thép đã được ban hành iS nhiéu nước như Pháp, Dức, Nga trong khoảng từ 1906 đến 1911,
Trang 7Dồng thời với việc nghiên cứu lý luận, các kỹ sư cịn gnhiên cứu mở rộng phạm vi sử dụng kết cấu bê tơng cốt thép trong các lĩnh vực như cầu, bể chứa, cọc tường chắn, sàn sườn Đến đầu thế kỷ 20 bé tong cốt thép đã thực sự trở thành vật liệu xây dựng
phổ biến
Ơ Liên xơ trong khi xây dựng các nhà xưởng cơng nghiệp, người ta đã sử dụng loại kết cấu khung và vịm bê tơng cốt thép cĩ nhịp lớn
Từ năm 1928 các nhà bác học Xơ viết như A.A.Gờ vốt zđiếp, Pất stéc nác, VZ Vơ
la Xốp đã đưa vào thực tế xây dựng những kết cấu khơng gian vỏ mỏng mới như vỏ trụ, vỏ gấp khúc, mái chỏm cầu Ũ
Năm 1928 kỹ sư người Pháp Freyssinet đưa ra loạai kết cấu bê tơng cốt thép dự ứng
luc Do la một sáng tạo rất cĩ ý nghĩa vì loại kết cấu này vừa rẻ tiền, tiết kiệm được vật liệu mà chất lượng cơng trình lại caao Dồng thời các laạo kết cấu mỏng cĩ nhịp lớn, các
loại bê tơng nhẹ, bê tơng chịu nĩng, bê tơng chất dẻo, xi măng lưới thép cũng lần lượt xuất hiện Ngồi ra cịn cĩ phương pháp thi cơng mới như kỹ thuật hàn cốt thép, kết cấu lắp ghép, bê tơng chân khơng, ván khuơn trượt làm cho việc thí cơng được dễ dàng ngày nay người ta đã xây dựng được cầu vịm chỉ nhịp dầi 260m (Thuy Dién) nha cao 155m
(Mỹ) mái vỏ mỏng hình chỏm cầu cĩ đường kính trên 100m, thấp vơ tuyến truyền hình
cao 530m (Lién Xơ)
Cùng với sự tiến bộ kỹ thuật về thi cơng, lý luận tính tốn bê tơng cốt thép cũng cĩ những bước phất triển mới Vào cuối năm 1931, A Ph Lơ Lây đã đưa ra lý luận về cách tính bê tơng cốt thép theo nội lực phá hoại thay cho cách tính theo ứng suất cho phép trước đây Sau nhiều năm tiến hành nghiên cứu và thí nghiệm kiểm tra lý luận mới cua Lélay, nam 1938 ở Liên xơ đã đưa ra cách tính cấu kiện bê tơng cốt thép theo nội lực phá hoại vào trong quy phạm Năm 1949, quy phaạm đĩ được cải tiến và hồn chỉnh hơn Dến năm
1955 Liên xơ chuyển hồn tồn sang cách tính theo trạng thái giới haạn Quy phạm 1955 được bổ sung thêm quy phạm 1962 (CHM 62, CH 200-62 )
Ị nước ta đưới thời Pháp thuộc, các cơng trình về bê tơng cốt thép cịn rất Ít ỏi và
đơn giản, chỉ từ khi miền Bác được giải phĩng cho đến nay, kết cấu bê tơng cốt thép mới được phát triển nhanh chĩng, đĩng gĩp phần lớn cho cơng cuộc xây dựng xã hội chủ nghĩa Hiện nay kết cấu bê tơng cốt thép đang được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngầnh
xây dựng cơ bản như giao thơng, thủy lợi, xây dựng dân dụng vầ cơng nghiệp
Các trường Đại học và Trung học chuyên nghiệp đã và đang đào tạo được một đội
ngũ kỹ sư, kỹ thuật viên đơng đảo cĩ trình độ vững vàng cung cấp cho các ngành xây dựng
cơ bản
Các cơng tác nghiên cứu khoa học về kết cấu bê tơng cốt thép cũng đang được đaẩy mạnh trong nhiều trường Dại học và các viện thiết kế, viện kỹ thuật Chúng ta đang thiết
kế và thi cơng được nhiều loại kết cấu mới như mái vỏ trụ, ống dẫn nước dự ứng lực, dầm
bê tơng cốt thép dự ứng lực nhịp 18,6m cho đường bộ và nhịp 28m cho đường sắt, dàn dự ứng lực nhịp 24‡m, một số kết cấu bằng xi mang lưới thép
'Trong kháng chiến chống Mỹ, chúng ta đã thi cơng vỏ ca nổ xi măng lưới thép, phao xi măng lưới thép, tà vet bê tơng cốt thép, bản mặt lát đường các bến phà các cơng trình
Trang 8quốc phịng bằng kè tơng cốt thép phục vụ đắc lực cho giao thơng vận tải và quốc phịng đồng gĩp phần đáng kể vào cơng cuộc kháng chiến chống Mỹ cứu nước
Ngày nay, sự nghiệp thống nhất đất nước đã hồn thành Dất nước ta bước vào thời kỹ mới vĩ đại Nhiều cơng trình lớn lao sẽ được thi cơng để phục vụ nên kinh tế quốc dân, ngành bê tơng cốt thép của nước ta lại đang tuổi thanh xuân, chắc chán rang no sẽ đĩng gĩp phần xứng đáng vào cơng cuộc xây dựng chủ nghĩa xã hội
1
§3 - ƯU KHUYẾT ĐIỂM VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG BÊ TƠNG CỐT THÉP
1 Ưu khuyết diém
Bê tơng cốt thép là loại vật liệu xây dựng được sử dụng rộng rãi vÌ cĩ các ưu điểm - Giá thành hạ hơn so với kết cấu thép khi chúng phải làm nhiệm vụ như nhau, vì các vật liệu chủ yếu của bê tơng cốt thép như sỏi đá cát cĩ thể lấy ở gần nơi thi cơng và khơng qua một quá trình chế tạo phức tạp các vật liệu phải chuyên chở từ xa tới như xi
š 1 1 F
mang vaa cét thép chi chiém Sử Š khối lượng tồn: thể
- Cơ tính chịu lửa rất cao, nếu lớp bê tơng bọc ngồi cốt thép dày 2,5em và nhiệt độ
bên ngồi lên tới 1000°C thì sau một giờ cốt thép mới nĩng tới khoảng ð50°C do đĩ bê tơng cốt thép cĩ thể chống được hỏa hoạn
- bê tơng vầ cốt thép cĩ sức dính bám lớn nên kết thành một khối chịu được lưc chãn động và sức vỗ của sĩng Do đĩ cầu bê tơng cốt thép giảm chấn động hơn cầu thép - Kết cấu bê tơng cốt thép so với gạch đá và gỗ thì cĩ khả năng chịu lực lớn hơn, so với kết caấu thép thỉ bền hơn
- Kết cấu bê tơng cốt thép khơng tốn tiền duy tu bảo quản như kết cấu thép và gỗ
- Cĩ thể đúc thành kết caấu cĩ hình dạng bất kỳ theo các yêu cầu về cấu tạo về sử
dụng và mỹ quan ,
- Ngồi các ưu điểm kể trên, bê tơng cốt thép cũng cĩ một số khuyết điểm sau: - Trọng lượng bản thân lớn, do đĩ khĩ làm được những kết cấu cĩ nhịp dài Người ta đã tìm cách khác phục nhược điểm này bằng cách dùng bê tơng cốt thép dự ứng lực, kết cấu vỏ mỏng
- Kho kiểm tra chất lượng sau khi thi cơng, tốn thời gian thi cơng, chịu ảnh hưởng nhiều của khí trời và nhiệt độ Tốn gỗ làm cốt pha dàn giáo để thi cơng, nhiều khối lượng
cơng việc phụ Hiện nay người ta đang phát triển loại cấu kiện bê tơng cốt thép láp ghép Lạo này cĩ thể sản xuất tại xưởng, đảm bảo được chất lượng và cơ giới hĩa được cơng tác
sản xuất và thi cơng, việc thi cong it chịu ảnh hưởng của thời tiết
- Khi chịu tải trong, bê tơng cốt thép dé cĩ vết nứt, làam giảam mỹ quan kết cấu và
giảm tuổi tho cơng trình
Tuy nhiên cĩ một số khuyết điểm trên nhưn gưu điểm vẫn là căn bản nên kết cấu
bé tong cốt thép vẫn đang được phát triển rộng rãi
Trang 92 Phạm vi sử dụng bê tơng cốt thép
` Bê tơng cốt thép đã và đang được sử dụng rộng rãi trong tất cá các ngành xây dựng cơ bản
Trong ngành xây dựng cơng nghiệp và dân dụng, bê tơng cốt thép được dùng làm kết cấu chịu lực của các ngơi nhà chứa hàng, làm ống khơi, mĩng máy, các cơng trình cấp nước và thốt nước, các nhà ở và nhà cơng cộng, chủ yếu là làm cột sân gác, mái cầu thang ' và nhà láp ghép bàng các tấm panen bê tơng cốt thép
Trong ngành giao thơng vận tải, bê tơng cốt thép được dùng để làm các loại cầu dầm, cầu vịm, câu khung, cầu dàn làm các tà vẹt bê tơng cốt thép làm cọc ống dùng trong
mong coc 6ng, lam kết cấu phần dưới như mố, trụ câu, mặt đường bộ bàng bê tơng cốt
thép, mặt đường băng sân bay, câu tau, âu thuyền bê tơng cốt thép cịn là vật liệu của ngành cơng nghiệp đĩng tàu, các loại sà lan, phà, thuyên bằng xi mang lưới thép đã tỏ ra kinh tế so với vật liệu gỗ hoặc thép
Trong ngành xây dựng thủy lợi và các ngành khác, bẽ tơng cốt thép được dùng làm các trạm bơm, mương máng, tường chắn, đập và nhà máy thủy điện Trong xây dựng quốc phịng, bê tơng cốt thép được dùng làm cơng sự lâu dài, cơng sự dã chiến, hãm ngaim, ham
phong khong v.v ,
Ta thấy khxm vi sử dụng của be tơng cốt thép rãt rộng lớn, chính vì nơ là loại vật liệu xây dựng hiện đại cĩ nhiều ưu điểm nổi bật
§4 - DAC DIEM CHUNG VE CAU TAO VA CHE TAO KET CAU BE TONG
COT THEP
1 Đặc điếm về cấu tạo
Trong kết cấu bê tơng cốt thép vấn đề giải quyết cấu tạo sao cho hợp lý là rất quan
trọng Nĩ nhằm mục đích chọn được hình dạng, kích thước tiết diện và bố trí cốt thép được
hợp lý nhất, đồng thời đáp ứng được sự chịu lực cục bộ của các bộ phận chưa được xét đến đây đủ như các điều kiện củaa liên
kết, tính khơng liên tục của kết cẩu, a) bỳ yy
vi tri cla tai trong tap trung Nhu 7 ; 3
ta đã biết đặc điểm chủ yếu của kết (omit poo quia
cấu bê tơng cốt thép là sự cĩ mặt của @ ầm Q @ cốt thép đặt trong miền chịu lực chủ
yếu của tiết điện Số lượng cốt thép = === s=—= poly ——
do tính tốn đặt ra Trong cấu kiện 4) Im ED
chịu uốn và nén lệch tâm trên tiết
diện cố hai miền chịu kéo và chu =« @ all (le
nén, sự phân bố cốt thép trong miền Re a sali &
chịu kéo phụ thuộc vào hình dạng Đ Đ Đ biểu đồ nội lực xuất hiện Hình (1-2)
giới thiệu biểu: đồ mơmen do tải
trọng rải đều sinh ra và sơ đồ bổ trí Hình 1-2: Biểu đồ mơmen và
cốt thép tương ứng cách đặt cốt thép chịu kéo a) Dầm cơng son, b) ầm mùi nhịp, ¢) Dam ngim hii diiu, dj) Đầm nhiều nhịp
Trang 10Khi cốt thép chịu lực chỉ phân bố trong vùng
chịu kéo, ta gọi là tiết điện cĩ cốt thép đơn (H 1-3a) Khi tiết diện bê tơng vùng chịu nén khơng đủ chịu nội lực nén, ta phải tăng cường bằng cách
đặt thêm cốt thép trong vùng chịu nén, khi đĩ ta gọi là tiết diện cớ cốt thép kép (H 1-8b)
Sự bố trÍ cốt thép trong cấu kiện chịu uốn (bản và dầm) được tiến hành chẳng những theo
mơmen uốn M mà cịn theo lực cắt Q Do ảnh
hưởng của lực cắt mà tại tiết diện nghiêng gần gối hoặc ở nơi cớ taải trọng tập trung sẽ xuất hiện ứng suất kéo chủ lớn Ta sẽ bố trí cốt thép đai và cốt thép xiên chịu ứng suất này Cốt thép xiên thường là phần của cốt thép đọc chịu kéo uốn lên (H 1-4) Sơ đồ bố trí cốt thép trong cấu kiện chịu nén lệch tâm và kéo lệch tâm cũng gần giống như cấu
DoT Tt 2 “A im *) ft 3? t1 $ 1 b) 1Ð + ca = Hinh 1-3:
Tiết diện cấu kiện chịu uốn cĩ cốt thép đơn (a) và cốt thép kép (b)
J) Cốt thép chịu kéo, _ 2) CỐt thép thi cơng, kiện chịu uốn
72⁄2 = -2 : Barre rarer
hăng: l2⁄222:2⁄2) ENON OVE '
Hình 1-4: và
Bố trí cốt thép trong dầm HC | >0
a) sy đồ tính tốn và biều đồ nội lực, * b) Khung cốt thép trong đầm
1- Cốt thép dọc chịu lực 2- Cốt thép thi cĩng, 3- Cốt thép xiên,
4-Cốt thép đại, Hình 1-5: Các loại tiết diện thường dùng của kết cấu bê tơng cốt thép : Trong thực tế thiết kế kết cấu bê tơng cốt thép ta thường gặp ở các dạng tiết diện như trong hình 1-5 Dạng tiết diện và sơ đồ bố trí cốt thép phụ thuộc vào trạng thái ứng suất của tiết diện (kéo, nén uến )
Trang 11'Tiết diện trong cấu kiện chịu nén và kéo đúng tâm thường là đối xứng (vuơng trịn) Trong cấu kiện chịu uốn và nén, kéo lệch tâm, tiết diện sẽ cĩ kích thước lớn ở hướng cĩ tác dụng của mơmen uốn Khi tăng chiều cao tiết diện, cĩ khả năng làm giảm được diện tích cốt thép chịu kéo vầ vùng bê tơng chịu nén Dạng tiết diện thường dùng trong cấu kiện chịu nén lệch tâm và chịu uốn là hình chữ nhật và chữ TT
Kích thước tiết diện trong cấu kiện được xác định tùy thuộc vào yêu cầu về cấu tạo và kinh tế, khả năng bố trí cốt thép, và kỹ thuật thi cơng cơng trình
Ngồi ra cịn phải chú ý đến các quy định về bề dày lớp bê tơng bảo vệ cốt thép và khoảng cách trống giữa hai cốt thép Các quy định này đã được nĩi rõ trong quy trình
Kết cấu bê tơng cốt thép dự ứng lực, thường a) ' - được sử dụng trong tất cả các trường hợp chịu lực > et
Trong cấu kiện chịu nén đúng tâm, người ta kéo b)
cảng các cốt thép đai và cĩ khi cà cốt thép dọc để
sử dụng trong giai đoạn vận chuyển lấp ráp 9 K——]
Trong cấu kiện chịu kéo đúng tâm và lệch tâm, 4) =3
người ta kéo cảng cốt thép dọc Trong cấu kiện = chịu uốn, ta kéo căng ca cốt thép dọc và cốt thép 3) Sea | đai Trong tiết diện, ngồi cốt thép kéo căng cịn
cĩ cốt thép thường khơng cảng Hình 1-6: Sơ đồ bố trí cốt thép kéo căng trong dầm một nhịp Cốt thép dọc kéo căng được phân bố theo a) Cốt thép đơn, b) Cốt thép kép, đường thẳng, theo đường cong parapơn hoặc xiên €) Cốt thép đặt theo đường cong,
(H 1-6) : d) Cốt thép đất ciên,
đ) Cốt thép đặt theo đường thẳng và cong,
8 - ae 44 Cốt thép đặt theo đường cong `
thay cho cốt thép xiên và làm cho dam N N chịu lực cát tốt hơn, ngồi ra cịn tạo
^* a nên khoảng cách trống giữa các cốt
thép tại đầu dầm để cĩ thể bố trí được neo liên kết Tại chỗ uổn cong của cốt thép thường cĩ nội lực tiếp tuyến lớn cho nên người ta thường gia cơng bê ` tống tại chỗ đĩ bằng các cốt thép cấu Hình 1-7: tạo (H 1-7)
Gia cường bê tơng bằng cốt thép phụ tải Sơ đồ bố trí cốt thép kéo căng chỗ uốn cong cốt thép kéo căng trong các loại hình tiết diện khác nhau
]) Cốt thép kéo căng,
\4 1
được giới thiệu: trong hình 1-8 Các cốt thép cảng cĩ thể được đặt bên trong tiết diện hoặc bên ngồi tiết diện Sau khi đã kéo căngŠ cốt thép, các rãnh hở phải được lấp kín bằng bê tơng
Trang 12» Hinh 1-8:
Sơ đồ bố trí cốt thép kéo căng (1) và cốt thép khơng căng (2) trong tiết diện ngang cấu kiện
chịu uốn
a) Cốt thép kéo căng bố trí bên trong 9 tiết diện,
b) Cốt thếp kéo căng bố trí bên ngồi tiết diện,
Tai chỗ bố trí neo sẽ xuất hiện nội lực tập trung lớn sinh ứng suất cục bộ trong bê tơng, do đĩ thường phải đặt thêm các đệm thép mỏng, lưới cốt thép gia cường hoặc tăng cục bộ kích thước tiết điện bê tơng (H 1-9)
7 Hinh 1-9:
Gia cường phần đầu dam bê tơng cốt thép dự úng lực a) đặt các đệm thép mỏng, b) Bố trí lưới cốt thép phụ, 'e) Đặt cốt thép xoắn ốc ^ yl
2 dac diém vé cấu tạo `
Tùy theo phương pháp chế tạo mà ta phân ra thành các loại:
Cấu kiện bê tơng cốt thép tồn khối, láp ghép và bán lấp ghép (H 1-10) Người ta thi cơng kết cấu tồn
khối bằng cách dựng ván khuơn và 4)
đặt cốt thép Sau đĩ đổ bê tơng tại de Ù chỗ vào trong ván khuơn thành từng ‘ lớp mỏng va đầm lèn bằng máy đầm
chấn động hoặc bằng tay Ưu điểm chủ yếu của kết cấu tồn khối là khơng cĩ mối nối nên các thành phần trong kết cấu cùng làm việc một cách chật chẽ Khuyết điểm của kết cấu
này là tốn gỗ làm ván khuơn, tốn thời : a
gian để đợi bê tơng đơng kết, gảm — HÌnh †10: Sơ đồ cấu tạo bản mặt cầu tồn ' tiến độ thi cơng khối (a) lắp ghép (b) và bản lắp ghép (c)
14 - KCBT
Trang 13
Hiện nay nhiều cơng trình đã được xây dựng bằng kết cấu bê tơng cốt thép lap ghép Dùng loại kết cấu này, phần lớn cơng việc được làm tại xưởng, cơ giới hĩa được quá trình sản xuất, ván khuơn được sử dụng nhiều lần và thời gian đơng cứng được nhanh hơn, chất lượng cấu kiện tốt hơn _ 7
Trong nhiều trường hợp người ta dùng kết cấu bấn láp ghép, đĩ là sự kết hợp giữa kết cấu đổ tồn khối và lắp ghép Lấy thí dụ bản mặt cầu, các cấu kiện bê tơng cốt thép lấp ghép tạo thành kết cấu chịu lực, trên đĩ đặt cốt thép phụ và đổ bê tơng (H 1-10) Do đĩ khi dùng loại kết cấu bán láp ghép, ta khơng cần làm dàn giáo và bớt được một phần khối lượng ván khuơn
Đối với kết cấu bê tơng cốt thép dự ứng lực, hiện nay người ta thường dùng hai phương pháp thi cơng chủ yếu sau:
- Phương pháp căng cốt thép trên bệ, cịn gọi là phương pháp thi cơng kéo trước, các cốt thép 1 được đặt trong ván khuơn 2 và liên kết với bệ kéo đặc biệt 3 (H 1-11a) Căng cốt thép đến trị số thiết kế và sau đĩ đổ bê tơng cấu kiện Khi bê tơng 4 đơng cứng đủ cường độ, ta buơng cốt thép khỏi bệ kéo, cốt thép kéo căng cĩ xu hướng khơi phục chiều dài ban đầu và do đĩ nén bê tơng, nội lực ứng suất trước sẽ truyền cho bê tơng
- Phương pháp căng cốt thép trong bê tơng, cịn gọi là phương pháp thi cơng kéo sau (H 1-11b)
Trước hết đặt ván khuơn, các cốt
thép thường và các ống rỗng 6 bằng tơn kẽm hoặc các vật liệu khác cớ đặt cốt thép sẽ kéo căng 1, rồi đổ bê tơng cấu kiện 5 Khi bê tơng đạt đến cường độ nhất định ta kéo căng cốt thép Thiết bị căng và các loại kích đặc biệt 8 như kích hai chiều Freyssinet, kích một
chiều Chân kích sẽ tỳ vào thành Hình +-†t Các phương pháp tạo dự ứng lực cấu kiện, một bộ phận ngậm đặt a) Căng cốt thép trên bệ,
vào mấu neo 8 ở 2 đầu bĩ sợi thép b) ng cốt thép trong bê tơng Sau khi cảng xong, giữa khe hở
của neo và thành cấu kiện ta đặt các tấm đệm 9 Tiếp đĩ ta bơm vữa xỉ măng vào trong ống rỗng để đảm bảo cho cốt thép làm việc với bê tơng và để bảo vệ cho cốt thép khỏi bị x,
Trang 14thép nguội dần đi và co lại nhưng vì hai đầu đã bị mắc vào ván khuơn nên cốt thép được
căng với ứng suất đã định trước
` Nĩi chung phương pháp căng trên bệ thường được dùng để căng các sợi thép thẳng
bố trí thành từng lớp trong dầm thẳng nhịp ngắn, các panen sàn, mái, nhịp nhỏ và vừa
Phương pháp căng trong bê tơng dùng để căng sợi bĩ thép hoặc dây cáp trong các cấu kiện cĩ nhịp lớn như nhịp cầu, đầm và dàn cầu
Phương pháp căng trên bệ được dùng nhiều trong xây dựng dân dụng và cơng nghiệp
vì cĩ thể sản xuất được hàng loạt, bảo đảm năng suất cao và thi cơng đơn giản Phương
pháp căng trong bê tơng được dùng nhiều trong xây dựng cầu và trong khi sản xuất những cấu kiện lớn với số lượng vừa phải
Trang 15Chuong 2:
CÁC TÍNH NĂNG CƠ LÝ CHỦ YẾU CỦA VẬT LIỆU DÙNG
TRONG KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP
§1 - BÊ TƠNG 1 `
1 Yêu cầu dối với bê tơng, phân loại bê tơng
bê tơng dùng làm cấu kiện bê tơng cốt thép phải cĩ những tính năng cơ lý thỏa mãn những yêu cầu nhất định Những tính năng cơ lý chủ yếu của bê tơng là: cường độ, độ chặt, sự dính bám với cốt thép, tính chất của biến dạng, các khả năng chống thấm, chống ăn
mịn và khả năng chịu nhiệt '
Tinh năng cơ lý của bê tơng phần lớn phụ thuộc vào chất lượng của xi măng, đặc trưng cốt liệu, cấp phối của bê tơng, tỷ lệ nước trên xi măng và phương pháp thi cơng Do phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vậy nên tính năng của bê tơng khơng ổn định lắm, do đĩ muốn thỏa mãn được những yêu cầu thiết kế, thì khi tính tốn thành phần bê tơng và chọn biện pháp thi cơng ta phải theo đúng những quy định của quy trình
Cốt liệu dùng trong bê tơng thường là đá dăm, sỏi cát bê tơng chế tạo bằng đá dăm cớ cường độ cao hơn bê tơng chế tạo bằng sỏi vÌ đá dam cĩ mặt xù xÌ sác cạnh dính kết,
chặt với xi măng hơn
Xi măng dùng trong bê tơng nặng thường là xi măng Pool len (Portland) cĩ màu xánh xám được dùng rộng rãi nhất trong các cấu kiện cơng trình đồng bằng, các cấu kiện trên mặt nước
Xi măng Pudơlan cĩ màu sắc hơi nâu đỏ thường được dùng trong các kết cấu ngầm dưới đất, kết cấu trong nước biển
Tuy theo trong lượng thể tích của bê tơng mà ta cĩ thể chia ra mấy loại sau: Bê tơng đặc biệt nặng, cĩ trọng lượng thể tích y trên 2500kg/m? bé tong nang (con gọi là bê tơng thường) cd y = 1800 - 2500kg/m?, bé tơng r nhe y = 500 - 1800kg/m> va bé tơng đặc biệt nhẹ cĩ y nhỏ hơn 500kg/m?
Bê tơng dùng trong các kết cấu cơng trình cầu đường, nhà cửa, xây dựng dân dụng thường la bê tơng nặng, do đĩ bê tơng nĩi trơng tài liệu này là bê tơng nặng m
2 Cường độ của bê tơng *
Cường độ là đặc trưng cơ học chủ yếu của bê tơng, cường độ phụ thie vào cấu trúc của bê tơng, tức là phụ thuộc vào thành phần của bê tơpg=#à ee
xác định \ trong bê tơng mà ta cĩ bê tơng với các loại c pre độ HAWN, Dl HOC
GIAO THƠNG VẬN TẢI ‹ CƠ SỞ 2
Trang 16Trong kết cấu bê tơng cốt thép, bê tơng chủ yếu là chịu nén và cường độ chịu nén được xác định tương đối chính xác bằng thí nghiệm, do đĩ cường độ chịu nén được dùng làm chỉ tiêu cơ bản của cường độ bê tơng
Ta cĩ các loại cường độ chịu nén của bê tơng như sau:
Cường độ khối lập phương, cường độ hình lăng trụ, cường độ chịu nén cục bộ, cường độ chịu nén khi uốn
Ngồi ra bê tơng cịn cĩ cường độ chịu kéo đúng tâm, cường độ chịu kéo khi uốn, cường độ chịu cắt
Ta xác định cường độ của bê tơng bàng cách thí nghiệm các mẫu thử Việc đúc mẫu thử và thí nghiệm mẫu thử phải tiến hành theo đúng các quy định kỹ thuật
a) Số hiệu bê tơng
S6 hiệu bê tơng là trị số của các đặc trưng cơ bản về chất lưởng bê tơng mà thiết kết yêu cầu Hiện nay người ta lấy cường độ chịu nén R làm số hiệu của bê tơng vì cường độ này là đặc trưng được sử dụng rộng rãi nhất và thí nghiệm đơn giản hơn cả Cường độ chịu nén được xác định theo cường độ giới hạn của mẫu thử khối lập phương 1õ x lỗõx 15cm làm bàng bê tơng cĩ thành phần và cách thi cơng đúng như thực tế Mẫu thử được bảo dưỡng trong điều kiện bình: thường (nhiệt độ từ 18 ~ 22°C và độ ẩm khơng khí từ 90 ~ 100%) Khi tuổi của mẫu được 28 ngày, đem mẫu ép trên máy ép vạn năng, ta được cường độ chịu nén giới hạn R bằng tỷ số giữa lực phá hoại Non trên diện tích F của mặt ép của mẫu
N
= Bt 2
R = F kg/cm
R gọi là cường độ khối lập phương của bê tơng và dùng làm số hiệu bê tơng Bê tơng nặng thường cĩ các loại số hiệu sau: 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600 Khi chọn số hiệu bê tơng phải xuất phát từ yêu cầu kinh tế kỹ thuật, tùy theo loại kết cấu và điều kiện sử dụng cũng như phương pháp chế tạo mà chọn số hiệu
Với bê tơng khơng cốt thép được dùng R150, khi bê tơng cơ cốt thép, số hiệu phải từ 250 trở lên
Đối với kết cấu bên trên chịu lực chủ yếu (thí dụ dầm cầu) đổ tại chỗ thường dùng R tit 300 - 400, nếu là bê tơng cốt thép dự ứng lực dùng R = 300 - 500
Thi nghiệm cho biết rằng cường độ của bê tơng sau 28 ngày vẫn cịn tăng Cường độ bê tơng lúc đầu tăng khá nhanh, sau đĩ chậm dần và đến khoảng một vài năm sau mới hầu như dừng lại Người ta đã từng quan sát được sự tảng cường của mẫu thử trong 20 năm, và tới thời gian này cường độ tảng gấp ba so với cường độ 28 ngày
Sự tăng cường độ của bê tơng (chế tạo bằng xi măng Pĩt len) cĩ thể biểu thị bằng hàm số lơgarÍt của thời gian theo cơng thức S Kpamtắp dưới đây:
= nc 1D
RB, = Ros Tg28 = %7 Rog - len
lease Rive kc cand so của bê tơng tương úng vi các tuổi n và 28 ngày
Trang 17Cơng thức trên chỉ cho kết quả phù hợp với thực tế khi tổi của bê tơng từ 7-8 ngày trở lên
. Nếu mơi trường xung quanh cĩ nhiệt độ và độ ẩm lớn, thời gian đơng kết của bê tơng cĩ thể rút ngắn đi nhiều Do đớ trong các xưởng bê tơng cốt thép đúc sẵn người ta dưỡng hộ bê tơng ở nhiệt độ khoảng 80 ~_ 909C và độ ẩm khoảng 90 ~ 100%, hoặc hấp cấu kiện trong lị hấp bằng hơi nước cĩ áp lực hơi khoảng 8 átmhốtphe ở nhiệt độ 170 trường hợp này chỉ sau 12 giờ thì bê tơng cớ thể đạt tới số hiệu thiết kế
Kích thước mẫu thử càng nhỏ thì ảnh hưởng của lực ma sát trên mặt tiếp xúc giữa mẫu thử và bàn ép của máy cũng sẽ rất lớn, do đĩ cường độ của mẫu thử nhỏ sẽ lớn hơn của mẫu thử lớn Nếu muốn quy cường độ của loại mẫu thử khác với mẫu thử tiêu chuẩn 20 x 20x 20cm về cường độ của mẫu thử tiêu chuẩn thì phải nhân cường độ của mẫu thử đĩ với với hệ số đổi như bảng (2-1)
Bảng 2-1: Kích thước cạnh (em) Hệ số đổi
m 0,85 10 0/1 15 1,00 20 _ 1,05 30 1,1
Về kích thước mẫu thử mỗi nước cĩ những quy định khác nhau Sau đây là bảng 2-2 liệt kê quy cách mẫu thử của một số nước trên thế giới
Bảng 2-2: Tên nước Hình dạng Tuổi - Kích thước (mm Việt Nam, Nga Khối lập phuong | 28 ngay 200 x 200 x 200 Tay Ditc, Thuy sy nt b Dt sửa ( nt
Thụy Điển ba Tt , ont _ 150 x 150 x 150
Anh nt nt 152 x 152 x 152
Phap ‘nt nt * 200 x 200 x 200
ý 90 ngày 141 x 141 x 141
Mỹ Trụ trịn 28 ngày d = 152; h = 305
b) Cường độ hình: lăng trụ ` : :
: „ Đối với nh thử hình lăng trụ đáy vuơng cĩ cạnh là a, bề cao là h thì các thí nghiệm h
trên đều chứng tơ rằng khi tỷ số — a tăng lên thì cường độ của mẫu thử giảm đi, và khi a2 4 thi cường độ đĩ hầu nhủ khơng đổi nữa và bằng khoảng 0R b
Mẫu thử phải đảm bảo 4 < eis
Trang 18Gọi cường độ của mẫu thử là hình lăng trụ là cường độ lăng trụ ký hiệu là R,„ Tương quan giữa R,, và R cĩ thể biểu thị bằng cơng thức của A.A Gơ-vốt-zđiép
_ 180 +R pg r” 1450 + BR
Cơng thức trên dùng cho bê tơng cĩ số hiệu nhỏ hơn 200 Với bê tơng cĩ số hiệu cao hơn, ta dùng cơng thức của B.G ae
= 0,7R
Cường độ lăng trụ dùng để tinh todm c&c cfu kién bé tong cét thép | chịu ie dung tâm như là cột, các thanh bụng của dàn
— c) Cường độ chịu nén cục bộ \ \ : \
Khi lực ép chỉ tác dụng lên một phần diện tích của
cấu kiện, thí dụ như tại gối tựa của dầm, dàn ta cĩ ` `
trường hợp nén cục bộ (H 2-1) Lư:
Cường độ bê tơng ở chỗ nén cục bộ lớn hơn cường £ độ lăng trụ, đĩ là ảnh hưởng cản trở sự dẫn ngang của a miền chịu lực, do vịng đai tạo thành bởi phần bê tơng
khơng trực tiếp chịu lực
Cường độ bê tơng chịu nén cục bộ xác định theo Hình 2-t
cơng thức: Bê tơng chịu nén cục bộ
Với F - Tồn bộ diện tích của cấu kiện bê tơng Fo - Diện tích của phần chịu tải trọng
Trị “Te [ ¥F khơng được lớn hơn 1,ð Khi trên diện tích cấu kiện vừa cĩ nén cục bộ vừa cĩ nén kêu bộ thì trị số đĩ tối đa khơng được lớn hơn 2
khi tải trong cục bộ đặt khơng đối xứng, diện tích F sẽ lấy đối xứng với trọng tâm ca Fy
4d) Cường độ chịu nén khi uốn
Các kết quả của thí nghiệm với dầm bê tơng cốt thép cho biết cường độ giới hạn chịu
nén khi uốn R, của bê tơng lớn hơn cường độ lang try R,, Ly do là vì các thớ bê tơng ở gần trục trung hịa cĩ biến dạng nhỏ hơn các thớ ở xa, do đĩ làm cản trở sự biến dạng của các thớ xa Kết quả cường độ của miền bê tơng chịu nén được tăng lên, tương tự như
sự tăng cường độ khi chịu nén cục bộ ,
Theo cơng thức thực nghiệm của Viện nghỉ ụ ghiên cứu kh,
cơng nghiệp Liên xơ, ta cĩ: ete
Trang 19R, = 1,25 R,
Đối với bê tơng cĩ số hiệu thấp và trung bình, R, gần bằng R, với những số hiệu cao R, cĩ nhỏ hơn một it
Cường độ chịu nén khi uốn R, dùng để tính các cấu kiện chịu uốn, chịu nén lệch tâm và chịu kéo lệch tâm
da) Cường độ chịu kéo dọc trục
Cường độ bê tơng khi chịu kéo được xác định theo cường độ chịu kéo của đá xi măng và sự dính kết của đá xi măng với các hạt của cốt liệu
Trị số cường độ giới hạn khi kéo của bê tơng R, tương đối nhỏ và bằng khoảng (0,05 - 0,10)R
Dùng cơng thức thực nghiệm của Phê-rê ta xác định được trị số R, theo cường độ khối lập phương của bê tơng
R, = (0,5 — 1,0) Re
Nhưng do tính khơng đồng nhất của bê tơng, nên trị số R, tinh theo cong thiic ciing cĩ khi khơng chính xác VÌ vậy đối với cấu kiện chủ yếu chịu kéo, ta xác định Rị bằng cách thí nghiệm kéo đứt các mẫu thử cĩ dạng số 8 với kích thước tiết diện ngang là 10 x 10cm Khi đĩ cường độ chịu kéo giới hạn của bê tơng là:
Nạn - Lực phá hoại
F - Diện tích tiết diện ngang của mẫu thủ
e) Cường độ chịu kéo khi uốn: la: ; TW
Cường đơ này được xác định bằng cách thí nghiệm uốn những dầm bê tơng dài B5em hoặc 120cm rộng 15cm và cao
15cm chịu hai lực tập trung bằng nhau và đặt đối xứng
Khi ứng suất trong miền bê tơng Chịu kéo đạt tới cường mt độ giới hạn chịu kéo khi uốn R, thì dầm bị phá hoại
Theo sức bền vật liệu ta cớ:
Hình 2-2:
M 6M Sø đồ ứng suất dầm
Ru = wot = ;
- Với: ` M - mơ men giới hạn tại tiết diện bị phá hoại
Nhưng trong thực tế bê tơng là vật liệu đàn hồi dẻo nên khi tới trạng thái giới hạn, miền bê tơng chịu kéo cĩ biến dạng dẻo lớn, sơ đồ ứng suất bị cong đi và tiến gần tới hình chữ nhật Khi ứng suất đạt tới R, thì tiết điện bị nứt và đầm bị gãy tại đĩ
Thí nghiệm cho biết Ru tính theo cơng thức trên bằng:
Trang 20Ry, = (1,69 - 2,31) R,
Trong khi tinh todn ta lay: R,,, = 1,7 R, do dé:
6M M
Be Trem ~ 9° op?
Khi số hiệu bê tơng tăng lên, cường độ chịu kéo cũng tăng lên nhưng tăng chậm hơn cường độ cu nén Thí dụ như: đối với bê tơng số hiệu 100 R, =0,1 R,„ đối với bê tơng s6 hiéu 600, R, = 0,05 R,
Muốn nâng cao cường độ chịu kéo của bê tơng ta cĩ thể dùng cách nâng cao độ chặt của bê tơng hoặc chọn cốt liệu đặc biệt Sử dụng đá dăm làm cốt liệu sẽ tăng giới hạn cường độ chịu kéo của bê tơng vì đá dăm cĩ bề mặt xù xÌ, dính kết rất lớn với vữa xi măng
Trị số R, dũng để tính tĩan cấu kiện theo cường độ và theo điề kiện chống nứt
g) Cường độ chịu cắt
Người ta phân biệt sự cất làm hai loại: Cát thuần túy và cát thơng thường
Hiện nay cắt thuần túy là sự cất đối cấu kiện ra làm hai phần theo tiết diện đặt các lực ngang Khi trên tiết diện bị cắt cĩ thêm ứng suất pháp tuyến thì ta cĩ sự cắt thơng
thường "
Noi chung, trong kết cấu bê tơng cốt thép, sự cất thuần túy rất Ít gặp, nĩ thường xẩy ra cùng với tác dụng của ứng suất pháp
Cường độ chịu cất cĩ thể xác định bằng cơng thức thực nghiệm sau:
R, = 0,7VR,.R, hoặc R, = 2R,
Ứng suất cát thuần túy được coi như phân bố đều trên dién tich tiét dién, cdn ting suất cắt thơng thường phân bố theo đường parabơn
h) Cường độ mỏi và cường độ do tải trọng tác dụng dài hạn
Do tác dụng của tải trọng lắp lại nhiều lần (số lần lặp lại trong thời gian sử dụng của kết cấu vào khoảng vài triệu lần) chẳng hạn như cấu kiện cầu trên đường sắt, cường độ của bê tơng sẽ bị giảm xuống do hiện tượng mỏi
đời
Tùy theo tỷ sốP = a mà cường độ bê tơng giảm xuống nhiều hay Ít
VỚI: ơn và ơmay - là trị số nhỏ nhất và lớn nhất của ứng nén hay kéo của bê tơng do tải trọng tiêu chuẩn gây ra
Thực nghiệm xác nhận rằng giới hạn mỏi của bê tơng cĩ thể giảm đến 50% (thí dụ
Rụ = 0,6 Rụ)
Khi cĩ tác dụng của tải trọng tinh dat lâu dai, vi sự phát triển của các biến dạng „ dếo mà mẫu htử bê tơng cĩ thể bị phá hoại khi ứng suất cịn nhỏ hơn cường độ giới hạn
của nd Ung suất cực hạn ứng với khi bê tơng bị phá hoại do sự phát triển của những biến
đang quá lớn gọi là cường độ giới hạn lâu dài của bê tơng R,, Theo thí nghiệm ta thấy
Trang 21Rig vao khoang 85% cia cudng d6 tuong ting (thi du Ry = 0,85 R, hoac Ry = 0,85 R,,, tùy theo loại trạng thái ứng suất)
3 Biến dạng cuả bê tơng
Be tơng là loại vật liệu đàn hồi dẻo, cho nên bác đầu từ lúc cĩ ứng suất, ngồi biến
dạng đàn hồi ra trong bê tơng cịn cĩ biến dạng dẻo phát triển
Bê tơng bị biến dạng do tác dụng của nhiều yếu tố, như tải trọng, nhiệt độ và co ngĩt Tuy theo tinh chat dat tai va thdi gian tác dung cua tai trong mà người ta chia biến dạng lực của bê tơng ra làm ba loại: Biến dạng do tải trọng tác dụng ngắn hạn, biến dạng do tai trong tác dụng dài hạn và biến dạng do tải trọng láp lại nhiều lần
Biến dạng do nhiệt độ và co ngớt là loại biến dạng khối
a) Biến dạng do tải trọng tác dụng ngắn hạn - mơđuyn đàn hồi
Khi ta thí nghiệm + một mẫu thử hình lăng _ %
trụ với tốc độ đặt tải lee
trung bình, ta sẽ cĩ đồ thị ˆ ứng suất biến dạng như %,
hình 2-3 ue
Ngay tit khi méi dat © tai trọng ta thấy biến
dạng của bê tơng e, gồm
hai phần: cạạ là biến dạng & ”x „TA p2
đàn hồi (phần này cĩ thể : 1 net ,
khơi phục lại được khi
ứng suất trở về trị số Hình 2-3: Dồ thị úng suất biến dạng khơng) và su là biến dang của mẫu thủ lăng trụ chịu nén dẻo (phần này khơng thể khơi phục lại được)
Như vậy:
£p = tán + Sạ
Nếu khi ứng suất e, đạt tới trị số &, nào đớ, ta dần đần giảm tải thì được đường biểu diễn 2 khác với đường biểu diễn 1 của lúc tăng tải !
Khi ứng suất đạt tới trị số Tụ, thì mẫu thử sẽ bị phá hoại
Bàn thân biến dạng dẻo e¿ cùng cịn cĩ khoảng 10% được dàndần khơi phục lại trong quãng thời gian nào đớ sau khi cất tải trọng Phần của e¿ được khơi phục lại gọi là biến dạng đàn hồi về sau eạp,
Trong tính tốn sau này ta bồ qua khơng xét eqs
Nếu ta tăng gia tải dần dần trong khi nén mẫu thử, sau mỗi lần tăng tải, ta giữ nguyên tải trọng trong một thời gian rồi lại tiếp tục tăng tài cho đến khi mẫu thử bị vỡ
Trang 22thì trên đồ thị ơ — e ta sẽ được đường biểu diễn cĩ dạng bậc thang Biến dạng dơ được
khi đặt tải chính là biến dạng đàn hồi, cịn phần biến dạng tăng thêm trong thời gian giữ
nguyên tải trọng là biến dạng dẻo Ứng suất lớn thì biến dạng dẻo cũng lớn Trên đường
biểu diễn, phần biến dạng đàn hồi tương ứng với đoạn thẳng nghiêng Các đoạn này cĩ
gĩc nghiêng bằng nhau Khi đặt tải trọng liên tục với tốc độ nhất định thì đường biểu diễn
là đường cong trơn
Do đĩ cĩ thể suy ra rằng với tốc độ đặt tải khác nhau thì được đường biểu diễn khác nhau do biến dạng dẻo tăng lên nhiều hay Ít, cịn phần biến dạng đàn hồi khơng phụ thuộc
gì vào tốc độ gia tải, nên biến thiên theo đường thẳng
Trong bê tơng, quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là quan hệ phi tuyến Tuy vậy
trên đồ thị hình 2-3 ta vẫn cớ thể viết : :
% = EL % , (2-1)
Từ hình vẽ ta thấy E, = tga,
Ej, goi la méduyn dan hdi dẻo của bê tơng (cịn gọi là mơ đuyn biến dạng)
Cũng từ hình vẽ ta thấy: ` ,
Op = By? ean” (2-2)
Với E, = tg đo 6 day a, la géc nghiêng của đường thẳng phân ranh giới giữa biến dạng đàn hồi và biến dạng đẻo
Eb là mơ đuyn đàn hồi cuả bê tơng So sánh (2-1) và (2-2) ta cớ:
Đụ = 2T Bah
dh
y= a gọi là hệ số đàn hồi của bê tơng
44 Eụ, — :Êu tạ E
Ta co: 1= 3 = tp =1 me Ả,
gh *
a = 3, gọi là hệ số dẻo của bê tơng
Thí nghiệm cho biết y ở trong khoảng từ 0 (khi đặt tải tức thời) đến 0,8 (khi đặt tải
lâu đài)
Mơ đuyn đàn hồi E, được xác định bằng thí nghiệm với ứng suất ơy < 0,2Rt, Khi
đĩ
Bo an 7
Tri sé E, d6i v6i bê tơng nặng được giới thiệu trong bảng 2-8
Bảng 2-3 Méduyn dan hồi của bê tơng chịu nén Eb kglcm
Trang 23Mơ đuyn đàn hồi dẻo của bê tơng khi chịu kéo la:
: Ey = %E, = 1 - 4) EB,
Theo thí nghiệm của bê tơng sắp bị nứt (o,, = Rị) thì y = ¿ = 0,5 nén
Ey, = 0,5B, |
Suy ra biến dạng giới hạn của bê tơng khi chịu kéo là:
Quan hệ giữa mơ đuyn cát G, với E, ta cĩ thể xác định theo cơng thức của lý thuyết đàn hồi:
E,
Go es 2q +”)
Với: u - hệ số Pốt sơng (Poisson) bằng 0,13 - 0,22 1
Lấy, = Q = 0167 ta cd: G, = 0,425 5,
b) Biến dạng do tảirong tác dụng dài hạn - Tù biến của bê tơng
Khi chịu lực tác dụng lâu dài của tải trọng, biến dạng dẻo của bê tơng tiếp tục phát triển theo thời gian, mới đầu tăng nhanh sau chậm dần và khoảng 3 - 4 năm sau mới dừng, Thời gian biến dạng dẻo tăng nhanh nhất là trong khoảng 3 - 4 tháng đầu
Hiện tượng biến dang tang theo thời gian trong khi ứng suất khơng đổi gọi là tính từ biến của bê tơng Hình 2-4 là đồ thị quan hệ ứng
suất biến dạng của mẫu bê tơng chịu
nén đúng tâm do tải trọng tác dụng
dài hạn 1
Phần 0-1 trên đồ thị biểu thị biến dạng của bê tơng xuất hiện khi đặt tải Doạn cong của phần đĩ phụ
Hình 2-4: Đồ thị ø — e khi nén thuộc vào tốc độ đặt tải dài hạn mẫu thử bê tơng
Phần 1-2 biểu thị sự phát triển của biến dạng bê tơng trong suốt thời gian tải trọng tác dụng giữ nguyên trị số
Kết quả thí nghiệm cho biết các yếu tố sau đây cớ ảnh hưởng đến tính từ biến của bê tơng
- Từ biến của bê tơng tăng lên khi ứng suất tăng trong những mẫu thử làm bàng bê tơng cùng một số hiệu và chịu tải trọng khác nhau trong thời gian bằng nhau (hình 2-5),
Trang 244w \ 6) 7T Hinh 2-5: s = Š 08 xi Ỳ F”b}- —
Sự tăng từ biến của bê š 'Ì +” t4
tơng theo thời gian phụ & al YA thuộc vào trị số ứng suất /ˆ
ony
' ` cà 909 0 fo MeO 128 og
“647627 83
- Biến dạng từ biến sẽ giảm đi khi đạt tải trọng vào lúc tuổi bê tơng lớn - Khi tăng độ ẩm của mơi trườag biến dạng từ biến sẽ giảm đi
- Khi tăng tốc độ gia tải đối với mẫu thử, từ biến sẽ tăng lên
- Tỷ lệ nước trên xi măng càng lớn thì biến dạng vì từ biến càng lớn
- Cùng một tỷ lệ nước trên xi mãng nhưng bê tơng cĩ lượng xi măng lớn sẽ cĩ biến
dạng vì từ biến lớn hơn
Ngồi ra phẩm loại xi măng, loại đá dùng làm cốt liệu, phương pháp dầm bê tơng,
kích thước mẫu thử v.v cùng cĩ ảnh hưởng đến từ biến của bê tơng
Do đĩ trong khi tính tốn cấu kiện bê tơng cốt thép, ta cần chú ý đến ảnh hưởng của tính từ biến của bê tơng vÌ nĩ làm độ võng dầm tăng lên, làm tăng uốn dọc của cấu kiện chịu nén, làm khe nứt rộng thêm Từ biến cịn gây ra mất mát ứng suất trong cấu kiện bê tơng cốt thép dự ứng lực
Khi tính tốn người ta thường dùng trị số đặc tính từ biến của bê tơng ợ, Trị số
ø, là tỷ số của biến dạng từ biến với biến dạng đàn hồi: eq(t)
fan
ry = _ O day:
ea(t) - Biến dang tuong déi do tu bién eg tai thdi điểm t, thudng tinh vdi t = œ
cạp _ - Biến dạng đàn hồi tướng đối của bê tơng khi đặt tải (t = 0) `
Khi tính tốn, người ta cịn dùng trị số mức độ từ biến C(t) là tỷ số của biến dạng
từ biến với trị số ứng suất tác dụng dài hạn ơụ `
eq(t)
Ct) = 7 em?/kg
Theo quy trình ta cĩ: C(t) = Oy » Big « Bo By & Với: C, - trị số mức độ tiêu chuẩn của từ biến,
eg m?
oe KB
Te với K = 16 10 B- Lượng nuéc tinh bang It cho'tm? bé tang
R - Mác thiết kế bê tơng
Trang 25Trị số Cy 06 thé tra ở bảng 2-4 Các trị số É¡, È;, Èạ, É„ là các hệ số xét đến điều
kiện chịu lực thực tế của cơng trình, lấy theo bảng 2-5
Giữa p, va C(t) cd quan hệ sau: y, = C@ BE,
Ep - là mơ đuyn đàn hồi của bê tơng khi đặt tải
Biết trị số mức độ từ biến C(t) cĩ thể biết biến dạng tồn thé của bê tơng dưới tác
dụng của tải trọng:
1
fy = % le + co
Hoặc từ biến dạng sang ứng suất :
Êp, Ø,=¬T
E + C(t)
'Tính từ biến của bê tơng cĩ liên quan với tính chùng ứng suất (nghĩa là sự giảm bớt trị số ứng suất theo thời gian khi trị số biến dạng vấn khơng thay đổi) Bản chất vật lý của tính chung ứng suất cũng giống như của tính từ biến
c) Biến dạng co ngĩi
Khi đơng kết trong khơng khí bê tơng bị co ngĩt lại nhưng khi đơng kết ở dưới nước bê tơng bị nở ra chút Ít Hiện tượng co lại gọi là co ngĩt của bê tơng Biến dạng co ngĩt phát triển theo tất cả các hướng của cấu kiện cho nên cịn gọi là biến dạng thể tích
Sau năm đầu tiên, bê tơng co ngĩt khoảng 0,2 - 0,4 mm/m sau đĩ tốc độ co ngớt giảm dần rồi dừng lại Sự co ngĩt từ bề ngồi đi vào sâu trong khối bê tơng là khơng đồng đều,
ở ngồi mặt co ngĩt nhiều hơn ở trong Cấu kiện cĩ bề mặt lớn so với thể tích thì cĩ độ co ngĩt lớn i
Các yếu tố ảnh hưởng đến co ngĩt của bê tơng
- Số lượng và loại xi măng: lượng xi măng càng lớn thÌ lượng co ngĩt càng nhiều, bê
tơng dùng xi măng số hiệu cao và xi măng alumimát cĩ độ co nzĩt lớn hơn
- Tỷ lệ nước trên xi măng: Tỷ lệ càng lớn thì co ngĩt cũng lớn
- Tính năng cơ học của cốt liệu: cát nhỏ hạt và sỏi xốp làm tăng độ co ngĩt
- Các chất phụ gia làm bê tơng đơng kết nhanh cũng làm tăng độ co ngĩt ⁄ Sự co ngĩt của bê tơng gây ra các hậu quả sau:
- Thay đổi kích thước và hình dạng của cấu kiện
- Gây ra khe nứt, nhất là ở trên bề mặt Nguyên nhân là do bê tơng phía trong và
phía ngồi co ngĩt khơng đều Bê tơng phía trong ngăn cản sự co ngĩt của bê tơng phiá
ngồi làm cho lớp bê tơng ngồi sinh ứng suất kéo Khi ứng suất đĩ đạt tới cường độ giới hạn chịu kéo thì bê tơng bị nứt
- Làm giảm cường độ cấu kiện, vì đã gây ra ứng suất ban đầu, đồng thời đã gây ra vết nứt nhỏ ảnh hưởng đến cấu trúc bên trong của kết cấu
Trang 26Biến dạng co ngĩt là biến dạng từ biến cơ liên quan chặt chẽ với nhau Chúng khác nhau ở chỗ biến dạng co ngĩt là biến dạng thể tích, tuy khơng cĩ lực tác dụng nhưng vẫn xẩy ra, cịn biến dạng từ biến là biến dạng theo phương đặt lực và chỉ xuất hiện khi cĩ tác dụng cuả tải trọng
Biến dạng nở khi bê tơng đơng kết ở dưới nước thường nhỏ hơn biến dạng co khi bê tơng đơng kết trong khơng khí khoảng 2-3 lần Do đớ thường ta bỏ qua biến dạng nở vì rất nhỏ
ÌTrị số biến dạng tương đối do co ngĩt cĩ thể lấy như sau: Với kết cấu nguyên một khối &„;'=i# 10%
Với kết cấu lắp ghép: e.= 1.10%
Thường ta chỉ xét đến tác dụng co ngĩt của bê tơng trong trường hợp cĩ xét đến ảnh hưởng từ biến trong khi tính tốn kết cấu cầu liên hợp thép - bê tơng cốt thép
4) Biến dạng do nhiệt độ
Khi cĩ sự thay đổi nhiệt độ, bê tơng bị thay đổi thể tích, ta gọi biến dạng đĩ là biến dạng do nhiệt độ
Thí nghiệm cho biết tỷ lệ nước trên xi măng, tuổi của bê tơng Ít ảnh hưởng đến biến dạng do nhiệt độ hệ số giãn nở œ của bê tơng dao động trong khoảng 0,000007 đến 0,000015 Nếu klhơng cĩ điều kiện xác định bằng thí nghiệm thì quy trình cho phép lấy ø = 0,00001, khi nhiệt độ thay đổi trong khoảng từ 0 - 100°C
5 Một vài loại bê tơng khác 4) Bê tơng nhẹ
Loại này thường cĩ y = 500 ~ 1800kg/cem? Người ta dùng đĩ nham cĩ nhiều lỗ, trọng lượng thể tích nhỏ như đá bọt, đá túp, đá vơi, vỏ trai ốc hoặc những vật liệu nhân tạo nhu than xi, xỈ quặng, kê ram dÍt để làm cốt liệu cho các loại bê tơng nhẹ
Dùng bê tơng nhẹ, ta cĩ khả năng giảm bớt trọng lượng kết cấu, và làm loại cấu kiện cĩ tính dẫn nhiệt và truyền âm nhỏ hơn
Bê tơng nhẹ cĩ tính giãn dài giới hạn lớn hơn bê tơng nặng cùng số hiệu tới 4-5 lần Một trong những loại phổ biến nhất của bê tơng nhẹ là bê tơng kê ram dít Với loại bê tơng kê ram dít, số hiệu R100 trở lên, sự dính bám với cốt thép nhỏ hơn và trong thanh phẳng thì cĩ cường độ khoảng 15-20% cường độ khi nén so với loại bê tơng cĩ cốt liệu chặt Độ co ngĩt của bê tơng kê ram dít khoảng 0,0002 - 0,0003 và độ từ biến lớn hơn 20-25% so với bê tơng nặng
Cấu kiện bê tơng nhẹ (panen mái, dầm) được dùng cả cốt thép thường và cốt thép dự ứng lực
Trang 27Trong thực tế xây dựng, người ta chế tạo bê tơng xốp theo một trong hai phương pháp sau: trộn chất dính kết với nước và bọt (bê tơng bọt, xili cát bọt, bê tơng bọt tro ) hoặc cho bột alu min vào vữa của lị sản xuất hơi than (bê tơng khí, xi li cát khí, bê tơng khí tro )
Sự đơng cứng của bê tơng xốp xẩy ra trong các lị nhiệt áp dưới áp lực hơi 8-12 átmốtphe và nhiệt độ khoảng 1709, lúc đĩ cường độ của bê tơng cĩ thể đạt tới 150kg/em? Khi bê tơng xốp được dưỡng hộ trong lị nhiệt áp, nĩ sẽ bị nứt vi co ngĩt quá lớn
Số hiệu bê tơng xĩ trong khoảng từ 2ð đến 1ð0 tương ứng với trọng lượng thể tích
_từ ð00 đến 1200kg/em,
Độ co ngĩt của bê tơng xốp lớn hơn bê tơng nặng, và ở vào khoảng 0,0004-0,0006 khi đơng cứng trong lị nhiệt áp và khoảng 0,02 khi đơng cứng trong khơng khí
Bê tơng xĩ kém chắc hơn bê tơng thường nên cốt thép đặt ở bên trong cần được bảo vệ đặc biệt để khỏi bị ăn mịn, thường lớp bảo vệ cốt thép làm bàng gỗ hỗn hợp xi măng nước và nhựa xi măng bi tuym
Đối với bê tơng xốp khơ cứng tự nhiên trong khơng khí, ta tính được cường độ khối
lập phuong R kg/cm? theo trọng lượng thể tích y T/m của nĩ theo cơng thức kinh nghiệm
sau: h
R =100y2
910 + 0,7R
Cường độ lăng trụ: R, = 7450+ R
Cường độ chịu nén khiuốn -R, = 1,25R,
a 1 AB '
-: Cường độ chịu kéo: R= 1a 808
+)
Mơ đuyn dan hồi : R, = 500R
Bé tong x6 co s6 hiéu ð0 - 75 được dùng làm panen mái và tường các nhà giữ nhiệt, khi số hiệu từ 100 - 150 được dùng làm panen của các sàn gác trung gian và các vách ngăn chịu lực v.v
c) Bê tơng đặc biệt nặng SỐ
Loại bê tơng này cĩ trọng lượng thể tích lớn hơn 2500kg/m> ché tao bang các loại cốt liệu nặng lấy ở tự nhiên hay nhân tạo
Các loại cốt liệu của bê tơng đặc biệt nặng thường là: ma nhê tít, li mơ nit, ba rit, "bot gang vv
Bê tơng đặc biệt nặng thường cĩ số hiệu sau: 100, 150, 300 Mơ đuyn đàn hồi phụ
thuộc vào loại cốt liệu và thay đổi tir 100.000 - 200.000kg/em?
Ngườita dùng bê tơng đặc biệt nặng để làm các kết cấu ngăn cách chống ảnh hưởng phĩng xạ và trong các loại cơng trình cĩ sử dụng năng lượng nguyên tử
Trang 28§2 - CỐT THÉP VÀ CÁC CHẾ PHẨM CỦA CỐT THÉP
Cốt thép là thành phần quan trọng trong kết cấu bê tơng cốt thép Cốt thép được đặt trong khối bê tơng để thích ứng với tính chất làm việc của kết cấu khi chịu tải trọng Cốt thép chủ yếu được đặt trong miền chịu kéo của cấu kiện TRong cấu kiện bê tơng cốt thép dự ứng lực, cốt thép được dùng để tạo nên ứng suất trước trong bê tơng Cũng cĩ khi cốt thép được đặt trong miền chịu nén để gia cường cho bê tơng và cũng để chịu ứng suất do co ngĩt và tahy đổi nhiệt độ
1 yêu cầu dối với cốt thép và phân loại
Cốt thép dùng trong bê tơng cốt thép phải đạt được các yêu cầu cơ bản sau: - Phải đảm bảo fase cường độ, tính dẻo và mức độ đồng chất cần thiết
- Bảo đầu ete làm việc được với bê tơng trong tất cà các giai đoạn chế tạo và sử
dụng của kết cấu
- Khi khả năng chịu lực của kết cấu được tận dụng hết thì tính năng và cường độ của cốt thép cũng được tận dụng triệt để
- Cơ tính năng dễ gia cơng đảm bảo được yêu cầu cơng nghiệp hĩc chế tạo
- Bảo đảm tiết kiệm được vật liệu, phương tiện, tốn ít sức lao động và giá thành rẻ Ngồi ra cốt thép dùng trong cấu kiện bê tơng cốt thép dự ứng lực cịn cĩ thêm yêu cầu là phải cĩ cường độ kéo đứt cao khi sử dụng ứng suất trước cao
Cốt thép trong bê tơng cốt thép thường là những thanh thép trịn, được liên kết với nhau thành khung Những cốt thép cớ tiết diện tương đối nhỏ cĩ thể uốn được, gọi là cốt thép mềm, cốt thép làm bằng thép hình cĩ tiết diện chữ I, U, L gọi là cốt thép cứng cốt thép mềm là thơng dụng nhất Z
Cốt thép được phân loại theo cơng nghệ chế tạo, theo điều kiện sử đụng va theo hình
dang
Theo cong nghiép chế tạo, cốt thép được chia thành - Cốt thép thanh cán nĩng - Sợi thép kéo nguội Theo điều kiện sử dụng, cốt thép chia làm: - Cốt thép khơng căng (cốt thép thường)
- Cốt thép kéo căng dùng để tạo ứng suất trước "Theo hình dạng mặt ngồi cốt
thép gồm cĩ loại cốt thép trịn trơn và loại cốt thép cĩ gờ (H 2-6)
Căn cứ vào tính chất cơ học, cốt : thép thanh được chia làm bốn nhớm: Ap Aip Ajp Ajy Cét thép nhĩm A, la cốt thép trơn cịn các nhớm khác đều là cốt thép cĩ gờ Mỗi nhĩm bao gồm một hoặc nhiều số hiệu thép Bảng 2-6 dưới đây giới thiệu sự phân nhĩm cốt thép thanh
Trang 29
Bảng 2-6: Bảng phân nhĩm cốt thép thanh
Giới' | Cường độ | Suất Gĩc uốn và Mơ hạn nhất thời | dẫn lúc | đường kính chốt | _ đuyn Nhĩm | Số hiệu | Đường chảy lúc đứt đứt % | uốn C (d-đường | đàn hồi
thép |kính mm| kg/em2 kg/cm? : kính cốt thép) kg/cm? Khơng dưới A-I - CT3 ? 6-40 2400 3800 25 C = 0,5d D80, 2,1 105 nt 180° 6 A-H| CT5 10 - 90 3000 5000 19 C=3d 2,1 10 25T 2C 90° l A-II 85T € 6-40 4000 6000 14 c=s3a 2,0 10 45° 6 A -IV|35XFT 2C| 10 - 32 6000 9000 6 c=øa 2,0 : 10
Cốt thép thuộc các nhớm trên đều là cốt thép cán nĩng Nếu là cốt thép gia cơng nĩng thì trong ký hiệu, sau chữ A cịn thêm chữ "t", chẳng hạn At-II, nếu cốt ee gia cong nguội thì thêm chữ b, thí dụ Ab-IH
Cốt thép sợi được chia thành hai nhĩm B-I và B-II Nhớm B-I gồm các cốt thép sợi dùng làm cốt thép khơng căng trước cịn nhớm B-II dùng làmc ốt thép kéo căng Nếu là cốt thép sợi cĩ gờ thì trong ký hiệu sau chữ b cịn thêm chữ p, thí dụ BAL B,U
Các cốt thép sợi cĩ đường kính
khả nhỏ, từ 2,5-8mm nên số lượng A) b> 2 sợi trong một cấu kiện khá nhiều
Hiện nay trong các cấu kiện bê tơng cốt thép dự ứng lực thi cơng bằng phương pháp kéo sau, người ta thường dùng các chế phẩm của thép sợi như bĩ sợi hoặc dây cáp (H 2-7 và
2-8) Bơ sợi gồm nhiều sợi bớ lại atin
nhưng khơng xốn với nhau, dây cáp 5 Se ce `
gồm hai bớ hoặc nhiều bớ sợi xoắn Hình 2-7: Sơ đồ tiết diện ngang của dây cáp vào với nhau: ; a) Cap K7 x 7, b) Cip K 7.x 19; ©) Cấp K 7x 37
Dây thép cáp được ký hiệu là K và cĩ 2 số, số đầu chỉ số bĩ sợi và số thứ hai chỈ số sợi trong một bĩ Dây thép cáp được dùng trong các cấu kiện lớn, chịu tải
trọng nặng
Hình 2-8: Sơ đồ tiết diện ngang của dây thép bĩ 8) gồm các sợi thép riêng rẽ, đặt vịng quanh,
b) gồm các bĩ sợi, €) gồm nhiều vịng đồng tâm
Trang 30Dây thép bĩ gồm các sợi thép đặt song song nhau
Đơn giản nhất là loại bố gồm từ 12-18-24 sợi được đặt xung quanh với khe hở đủ để phun vữa xi măng vào trong đĩ (H 2-8a) các sợi thép này được neo vào một loại neo đặc
biệt 3
Loại thứ hai gồm các bố sợi thép xoắn lại với nhau (H 2-8b), các sợi thép loại này cĩ đường kính 1-2mm
Loại bĩ gồm nhiều sợi đặt thành các vịng trịn đồng tâm (H2-8c) cĩ đường kính sợi
từ 4-5mm, và cĩ khả năng chịu lực của bớ tới 120 - 150T Khuyết điểm của loại bố này
là do các sợi được đặt sít chặt vào nhau nên vữa xi măng khơng thể phun vào trong lịng bd Do đĩ phải dùng loại thép sợi cĩ tính hống rỉ đặc biệt để làm loại bĩ này Khi tính diện tích tiết diện ngang, đường kính của cốt thép sẽ bằng đường kính thực tế của hớ là cốt thép trơn hoặc bằng đường kính danh nghĩa nếu đấy là cốt thép cĩ gờ
Cốt thép cĩ đường kính dưới 10mm được uốn thành cuộn, cốt thép cĩ đường kính lớn hơn, được cắt rời thành từng thanh dài 6 - 12m cho phù hợp với điều kiện chuyên chở Trong cấu kiện bê tơng cốt thép, người ta thường sử dụng loại cốt thép cán nĩng nhớm A-I, A-II, A-III và cốt thép sợi nhớm B-I Trong cấu kiện bê tơng cốt thép dự ứng lực, thường sử dụng loại cốt thép cĩ cường độ cao (khơng nhỏ hơn nhớm A-III) và cốt thép
sợi cường độ cao nhĩm B-II
'Trong kết cấu bê tơng cốt thép cĩ khi người ta cịn dùng cốt thép cứng Cốt thép cứng đơi khi được hàn lại thành những khung khơng gian, trên các khung đĩ người ta treo ván khuơn để thi cơng Sau khi đổ bê tơng vi dỡ ván khuơn di, cốt thép cứng trở thành một thành phần của bê tơng cốt thép trong cấu kiện Ta thấy dùng cốt thép cứng cĩ tốn thép hơn nhưng đỡ phải làn dàn giáo khi xây dựng những cơng trÌnh cao
2 Tính năng cơ học của thép
Căn cứ vào tính năng cơ học của thép, cốt thép cĩ thể chia làm cốt thép dẻo và cốt thép giịn "Thép cán nĩng là thép dẻo, đặc tính của nĩ là cĩ thềm chảy rõ rệt trên đồ thị ơ — e cớ độ gan khi đứt et" rất lớn, cịn cốt thép giịn khơng cĩ thềm
chảy rõ rệt (H 2-9)
Độ dân khi đứt eth” của cốt thép dẻo vào Hình 2-9:
khoảng 6-25% tùy theo loại thép, cịn cốt thép giịn Đồ thị ứng suất biến dạng vào khoảng 2-4% Vì cốt thép giịn khơng cĩ giới của thép khi chịu kéo hạn chảy rõ rệt nên người ta lấy ứng suất tương 1- Cốt thép dẻo,
ứng với độ dãn 0,2% làm giới hạn chảy quy ước 2- Cốt a 7
©2468 6124416
Trang 31Thành phần hớa học của thép là nhân tố quan trọng cĩ ảnh hưởng đến tính chất cơ học Thường muốn nâng cao cường độ cốt thép và làm giảm độ dãn tương đối khi đứt, ta cho vào thép thành phần cacbon và những hợp kim phụ gia nhu man gan, so lic, crơm Các bon sẽ làm giảm tính dẻo và khả năng hàn của thép, nên người ta hạn chế hàm lựng các bon trong khoảng 0,2-0,3% Chất man gan làm cường độ thép được nâng cao nhiều mà Ít ảnh hưởng đến tính dẻo Chất sỉ líc tuy làm tăng cường độ nhưng lạề làm giảm tính hàn của thép Thơng thường người ta hạnc hế hàm lượng các hợp kim phụ gia trong khoảng 0,6-1,6% '
Trước đây ở Liên xơ người ta thường chế tạo cốt thép bằng thép than thấp số hiệu CT3 Từ năm 1950 bắt đầu sản xuất loại thép than trung bình CTõ cĩ cường độ cao hơn thép CT3 khoảng 29% Từ 1955 trở lại sản xuất thêm nhiều loại thép hợp kim thấp như 95T3C, 35TC , 230XT2C Trong ký hiệu con số đầu tiên chỉ hàm lượng các bon, các chữ đại diện cho thành phần hợp kim như I, man gan, C, silic, X - Crém con số đi liền sau chữ nào chỉ hàm lượng % của thành phần đớ, nếu hàm lượng từ 0,3-1% thì khơng cần viết con số vào, nếu hàm lượng nhỏ hơn 0,8% thì ngay chữ ký hiệu của thành phần đĩ cũng khơng vào Thí dụ thép số hiệu 25I'2C là thép chứa 0,25% cac bon 1-2% man gan 0,8-1% silic, con hàm lượng của các thành phần khác đều dưới 0,3% ˆ
Hình 2-10: Giới thiệu đồ thi (o — e) của các loại thép thanh và thép sợi dùng trong
cấu kiện bê tơng cốt thép Ễ
Hình 2-10: Đồ thị (ơ — e) của các loại thép
1) Thép nhĩm A-l; 2) Thép nhĩm A-H;
3) Thép nhĩm A-II kéo nguơi; 4) Thép nhĩm I3] ø = 3-55mm, 5) Thép nhĩm A-III;
6) Thép nhĩm A-TIH kéo nguội, 7) Thép nhĩm AT-V; 8) Thép nhĩm AT-VI; 9) Thép sợi nhĩm I-II ø5mm, 10) Thép sợi nhĩm I-II 25mm, - 1) Thép sợi nhĩm I*II/2mm, ws 20 2s `2 z ”
Muốn tận dụng được tốt hơn các đặc tính cường độ của thép cán nĩng, ta cĩ thể gia cường nhân tạo thép bằng cách gia cơng ở trạng thái nguội (thường là kéo nguội) Bằng cách này ta sẽ được thép biến hình nguội cĩ giới hạn đàn hồi cao hơn, nâng cao được phạm: vi sử dụng cường độ của thép, tiết kiệm được thép trong xây dựng Tuy nhiên cũng cần lưu ý sau khi gia cơng nguội, cốt thép trở nên giịn hơn, tức là độ dãn khi đứt chỉ cịn khoảng
3-4% : 6
Dưới tác dụng cuả trọng tại trùng lặp nhiều lần, cốt thép bị mỏi, cường độ chịu kéo bị giảm thấp và cốt thép sẽ bị phá hoại mỏi Sự phá hoại mỏi xẩy ra đột ngột và mang tính chất giịn (khơng cĩ thềm chảy)
Trang 32Hình 2-11 giới thiệu quan hệ ứng suất lớn
nhất a, va số lần đặt tải và cất tải n
Khi n tăng lên ơ, ứng suất với khi phá hoại
sẽ giảm đi, bất đầu từ 2-10 triệu chu trình,
đường cong mỏi của thép sẽ cớ đoạn thẳng nằm
Benne Sé’hicu chu frinkh rr
Giới hạn bền của thép khi cớ tải trọng -
trùng lập tác dụng gọi là gidi han mdi R,,, Hinh 2-11:
= KR, Đường cong mỏi của thép
Hệ số K, phụ thuộc vào đặc trưng Ì của chu trình „ — “min e* Omax Hệ số K, lấy theo bảng 2-7: : Bảng 2-7: 2 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 » | 1 1,05 11 1,15 1,2 1,25 1,3
Biến dạng từ biến uà sư chùng ứng suốt của cốt thép
Cốt thép cũng như bê tơng, cĩ tính chất từ biến và tính chùng ứng suất Hai tính chất trên cĩ liên quan chặt chẽ với nhau vì bản chất cơ lý của hai hiện đĩ giống nhau
Thí nghiém đã chứng tỏ rằng tính từ biến của cốt thép tan giên khi ứng suất trong cốt thép tăng và nhiệt độ tăng
Sự chùng ứng suất là sự giảm ứng suất trong cốt thép khi hạn chế biến dạng của nơ, thi dụ như khi chiều dài thanh thép khơng đổi
Tính chất cơ học của thép, thành phần hơa học, cơng nghệ chế tạo, điều kiện sử dụng cĩ ảnh hưởng đến trị số chùng ứng suất của thép
Hình 2-12 biểu thị quan hệ
của sựẻ dùng ứng suất của thép + :
20XTCT ở nhiệt độ bình thường 2 4 mg — 4MU — đ08 — 800 1902)
(20°C) va nhiét độ tăng > 4
Cường độ chùng ứng suấtlớn YQ + woe
nhất xuất hiện trong giai đoạn tác “Y
dung đầu tiên của tải trọng và sau 8 + 300%
đĩ giảm dần và kéo dài tới vài năm i i 2
mới hết Thí nghiệm chứng tỏ rằng + khi Sẽ s46 Ka/
trong 12 giờ đầu tiên sẽ xuất hiện * :
khodng 60-70% toan b6 tris6 ching mm
ứng suất Hình 2-12:
Trang 33Tinh ching ứng suất trong thép sợi cường độ cao hơn trong thép thanh cán nĩng Từ biến và tính chùng ứng suất cĩ ảnh hưởng lớn đến cốt thép kéo căng vÌ nĩ sinh ra mất mát dự ứng lực
Ta cớ thể làm giảm trị số chùng ứng suất bằng cách gia cơng nhiệt đối với thép sợi
3 Neo, uốn, nối cốt thép
Weo: Trong các khung cốt thép thuộc những thanh thép trịn trơn (CT3) chịu kéo đều phải làm neo hình bán nguyệt ở hai đầu mút để chúng khỏi bị trượt trong bê tơng Quy cách của
neo giới thiệu trong hình 2-13 ` f “es
Trong khung và lưới hàn thì các thanh „ Hinh 2-13: Neo và uốn cốt thép
chịu kéo khơng cần cố mĩc neo
Các thanh cốt thép trịn trơn chịu nén trong khung và lưới buộc của các cấu kiện
chịu uốn, chịu nén hoặc kéo lệch tâm nếu cĩ đường kinh từ 12mm trở xuống thì khơng
cần mớc neo, nếu đường kính lớn hơn 12nam thì phải cĩ mĩc neo Cốt thép cuả cấu kiệnc hịu nén đúng tâm khĩng cân làm mớc neo Các cốt thép cĩ gờ dù chịu nén hay kéo đều khơng cân mĩc neo
Uốn cốt thép: Ị tại chỗ cốt thép bị uốn cong, cốt thép khi chịu lực sẽ ép vào bê tơng và sinh ra ứng suất tập trung Do đĩ cốt thép cần được uốn với bán kính cong lớn hơn hay bằng 10d để phân bố lực nén của cốt thép đối với bê tơng ra đều hơn
Nối cốt thép: Do điều kiện chuyên chở nên cốt thép sản xuất ra chỉ cĩ chiều dài 6-12m
Khi cần thiết ta phải nối cốt thép lại cho đủ chiều dài Cốt thép được nối lại với nhau bằng cách hàn hoặc buộc thép
Nối bằng hàn điện là tốt và thơng dụng nhất Các kiểu nối bằng hàn điện được giới thiệu trong bảng 2-8
Hàn tiếp xúc đối đầu (kiểu 1) chỉ dùng để nối các thanh cĩ đường kính từ 10m trở lên Dường kính các thanh bị nối cĩ thể lấy bằng nhau hoặc khác nhau Trong trường hợp đường kính bằng nhaum tỷ số diện tích tiết diện ngang của hai thanh khơng được vượt qua 1,5 *
_ Hàn điện hồ quang nối các thanh thép lại với nhau nhờ các thanh nẹp (kiểu 2, 3) hoặc nối chồng (kiểu 4, 5) Các thanh bị nối phải cĩ đường kính từ 8mm trở lên Khi nối chồng, các thanh bị nối phải bẻ cong sao cho mối nối khơng bị kéo thẳng ra khi cốt thép chịu lực
Cĩ thể dùng cách hàn điểm (kiểu 6, 7) để giảm bớt chiều dài đường hàn, nhưng cách này chỉ dùng với loại thép cĩ đường kính từ 8-22mm 1
: Với cốt thép cĩ đường kinh từ 32mm trở xuống, khi thiếu thiết bị để hàn tiếp xúc :cĩ thể dùng mối nối cĩ tấm lĩt hình máng (kiểu 8, 11)
Trang 34Các kiểu hàn nối cốt thép Bảng 2-8:
Số TTỊ Kiểu mối nối Kết cấu mối nối Số hiệu thép Đường kính (mm)
1 Cri 8 10 - 40 Hàn tiếp xúc Cr.5 10 - 80 đổi đầu z 30XT2C 25T2C 10 - 40 10 - 32 a Cc, 3 GB 10 - 80 8-40 ae 25T2G 8-40 Hàn nối bàng | 4-5d me
3 thanh nep ama f Ệ Cr.3 Cp 5 10 - 80 8-40
6-10 25T2C 8-40 30XT2C 10 - 82 4 ey + Cp 3 8 - 40 „_ | Hàn nối chồng 3-44 œ.3 5-40 ost a Cr 6 10 - 40 ca 25/20 8-40 6 / 4 Đz.8 G„.5 10 - 20 8-22 Hàn điểm | 34 + 25T2C 8-20 7 sử C,.3 5 (22 Cr.3 20 - 32 “ T 8 = on Cy 5 20 - 82 Zh 25T2G 20 - 32 = %4 9 d o- Cy 5 C; «3 20 - 32 20 - 32 todd te” 25T2C 20 - 32 10 | Hàn nối cố tấm cớ Cạ.8 20 - 80 lĩt hình máng | #4 %—k i ¡ 25T2C Cy 5 „ 20-80 20 - 32 11 4,5- zjk— Cự 8 20 - 80 3 dạ.5 | 20 - 80
Khi khơng cĩ điều kiện hàn ta cĩ thể dùng phương pháp buộc để nối cốt thép Cách nối này chỉ dùng để nối các thanh c› đường kính 32mm trở xuống Mối nối khơng được dat tại tiết điện mà cốt thép được !.n dụng hết cường độ Các mối nối khơng được ding để nối các cốt thép trong cấu kiện hồn tồn chịu kéo Chiều dài đoạn buộc chồng cốt thép chịu kéo khơng được dưới 250mm và phải theo quy định trong bang 2-9,
Trang 35Bảng 2-9:
Bề dài đoạn buộc chồng (khơng hàn) của cốt chịu kéo
TT Loại cốt thép Điều kiện nối | lhối mịn khi số hiệu bê tơng bằng
‘ 150 200 1 Cốt thép nhớm A - I a 35d 30d và A-H b 40d 35d : Cốt thép nhớm A - IIB ; a 45d 40d va A -IH b 50d 45d
a-Nối cốt thép tại miền chịu kéo của cấu kiện chịu uốn, chịu nén lệch tâm nhiều
và chịu kéo lệch tâm nhiều
b- Nối cốt thép trong các tấm hoặc tường chịu kéo đúng tâm hoặc chịu kéo lệch
tâm
c - Đường kính cốt bị nối
Đối với cốt thép chịu nén, chiều dài buộc chồng được giảm đi 10d so với quy định
của bảng 2-9 nhưng khơng được dưới 200mm Nếu cốt thép thuộc nhớm A-1 (cốt thép trịn trơn) khơng cố mĩc neo thì chiều dài buộc chồng phải từ 30d trở lên
Neo dùng trong cẩu hiện 'bê tong cốt thép du ứng lực
Trong cấu kiện bê tơng cốt thép dự ứng lực khi cần tăng cường khả năng chống tuột của cốt thép đối với bê tơng người ta thường phải cĩ
các cấu tạo đặc biệt ở đầu các cốt thép đơ Dối với các es as
cốt thép thanh trịn người ta làm neo ở đầu thanh thép pets cĩ các đạng như hình 2-14
Trong các cấu kiện, mặt phẳng tỳ của neo vào so t&c ` đầu gối cấu kiện bê tơng phải thẳng gĩc với dọc trục a
của thanh và đảm bảo cho.sự tỳ chặt chẽ với mặt phẳng ⁄ 1
của gối X1 5
Loại thép sợi cường độ cao cĩ đường kính tới ”
3mm (tron tron) va t6i 5mm (thép cĩ gờ) khi số hiệu Sead 4
bê tơng khơng dưới 400 thì cĩ khả năng tự neo vì lực ` oe dính bám của cốt thép với bê tơng trong trường hợp
này vượt quá nội lực trong sợi thép :
Hình 2-14: Các loại neo đĩn \ giản của cốt thép thanh
Khi lực dính bám của các sợi thép khơng đủ, a) Loại dùng đai ốc cĩ ren,
người ta phải dùng các hình thức neo phụ như làm )L%ivịng đệm hàn,
c)_ Loại hàn đoạn ghép ngắn,
d,đ) Loại tán mũ ở đầu - © 7
Trang 36lượn sĩng ở đầu sợi, làm neo bán nguyệt hay mĩc câu, uốn xoản trĩn ốc (H 2-15) A CAT THEO AA SSS BU ane =a _—— ee =ää \ÌHƒỮh b) Cc {9y 3=——— tA che ; cĩ“ ‹ ah ehitiet2 a St ea ) — =.— 460° 1 Be Mili dị c +48 Hình 2-15: Hình 2-16:
Các hình neo của cốt thép sợi Neo vịng khuyên
œ) Liốn lượn sĩng ở đầu _ b) Liễn neo,
c) Liỡn xoắn trơn Ốc, d) Tần mũ ở đầu soi
Đối với loại dây cáp hoặc dây thép bĩ, người ta phải dùng các loại neo đặc biệt như neo vành khuyên, neo quả trám Loại neo vành khuyên (H2-16) thường đặt rải theo chiều dài của các bố cĩ từ 3-6 sợi đường kính ¿ 2 - ðmm Các sơi thép đều bị uốn cong ở chỗ cĩ neo Neo gồm một vịng khuyên dài bị uốn gập 90' và một khúc thép ngắn ¿16mm đài 40mm Khuyết điểm của loại neo này là làm giảm cường độ của bĩ sợi ở chỗ cĩ neo do các sợi thép bị uốn gập và do ứng suất cục bộ ở chỗ chúng tiếp xúc nhau
Tuy nhiên đối với bĩ ba sợi ø như hình 3-16 mức độ giảm cường độ của bố là 10% cơ thể coi là cho phép
Trên hình 2-17 giới thiệu cấu tạo loại neo quả trám dùng với bĩ 28 sợi ¿ Các sợi
của bố được phân ra làm 4 nhơớm 7 sợi Vị trí các nhớm sơi được cố định nhờ bản ngăn 1 cĩ các chỗ khoét 2, các sợi thép buộc 3 cố định cách nhánh vào hai đầu của lõi neo 4 Lõi neo 4 bằng thép trịn được hàn
vào tấm bản ngăn I cĩ lỗ thing 5 để luồn giữ đầu sợi thép buộc Ỏ các đầu lõi neo cịn hàn sẵn các mấu 6 bàng mẩu thép trịn ¿8mm dài 55mm hay bàng bản thép nhỏ để giữa các sợi thép buộc 3
khỏi bị tuột và các nhĩm sơi khỏi bị xốn vào nhau trén
Trang 37Khi chỉ kéo căng cốt thép từ một đầu, đầu kia của cốt thép sẽ được cố định trước trong cấu kiện bằng loại neo cố định (H 2-18) đầu các sợi thép phải được uốn cong thành mớc câu hay thịng lọng Khi đĩ sự “neo được thực hiện nhờ khả năng neo của
từng sợi cốt thép
Nĩi chung cấu tạo các loại neo phải đảm bảo cho đầu các sợi thép hay bĩ sợi thép được liên kết chặt chẽ
với bê tơng, cĩ biến dạng do nén của neo nhỏ, ứng suất cục bộ của bê tơng
dưới neo khơng lớn lắm chi phí thép
nhỏ, cấu tạo đơn giản tiện lợi
Hình 2-18: Các loại neo cố định của bĩ sợi thép chơn chặt trong bê tơng
Hình 2-19: Neo cĩ nút hình nĩn đến ứng suất đã định
Một loạt heo khác cũng hay được dùng trong thi cơng kéo sau là loại neo hình ốc hay cịn gọi là neo Karốpkin (do kỹ sư A.KOPOBKUH sáng tạo) Các sợi thép kéo căng được xếp thành hai hoặc ba lớp quanh một lõi thép Các sợi đầu + thép được uốn thành mĩc câu 3 và được đặt vào trong vỏ neo hình cái cốc 1 cĩ đáy hàn 2, đáy này cĩ lỗ hổng để bớ sợi thép luồn qua Sau đớ nén chặt bê tơng cường độ cao 4 vào trong
Một loại neo dùng cho thi cơng kéo sau được dùng phổ
biến rộng rãi hiện nay là loại neo cĩ hút hình nĩn hay cịn
gọi là neo Frétsinê (do kỹ sư người Pháp là E.Ereyssinet
sáng chế ra) Các sợi thép của loại này được giữ chặt nhờ một
nút hình nĩn, loại neo này dùng cho bĩ sợi thép cĩ các sợi được xếp theo chu vi vịng trịn ( H2-19)
Các sợi thép 1 được đặt trong một cái vỏ ngồi bằng thép hay bê tơng cốt thép 2 và được liên kết chặt nhờ sự ép chặt của một nút hình nĩn 3 bằng thép hoặc bê tơng cốt thép vỏ ngồi 2 được tỳ chặt ở đầu cấu kiện bê tơng cốt thép dự ứng lực qua bản phân bố 4 Dầu các sợi thép thị ra ngồi neo sẽ được: nẹp chặt vào kích hai chiều và được kéo căng
vỏ neo để giữ chặt các đầu sợi thép tạo thành neo (H 2-20)
Sau khi đã dùng kích thủy lực để kéo căng cốt thép, ta
dùng các tấm đệm hình mĩng ngựa 5 để chêm vào giữa đáy neo và mặt ngồi của cấu kiện bê tơng cốt thép
Hình 2:20: Neo hình ốc “` 7
4 Một vài loại cốt bằng vật liệu khác `
Trong kỹ thuật xây dựng người ta đã thử thay thế thépong cấu kiện bê ê tơng cốt : thép bàng cách loại cốt khác như cốt chất dẻo thủy tỉnh hoặc cốt tre
Trang 38
Nếu thay thế cốt thép bằng cốt chất dẻo thủy tỉnh trong một số trường hợp cĩ thể nâng cao độ bền cấu kiện, chống sự xâm thực trong mơi trường cĩ độ ẩm cao cĩ tình chống từ dùng trong một số cơng trình đặc biệt
Hiện nay đã sàn xuất được loại cốt bàng chất dẻo thủy tỉnh cĩ tính chất cơ lý đáp ứng được yêu cầu dùng trong cấu kiện bê tơng cốt thép dự ứng lực
Loại cốt này đat các trị số sau đây khi chịu kéo cường độ giới hạn tới 18000kg/em?, mơ đuyn đàn hồi 450.000kg/em, độ rân tương đổi 3 ứng suất dính bám với bê tơng
18kg/cm”, trọng lượng thể tích 1,9T/m”
Các kết quả thí nghiệm với cấu kiện chịu uốn đã xác định khả năng cùng làm việc của cốt chất dẻo thủy tỉnh với bê tơng Hiện nay người ta đang cịn tiếp tục nghiên cứu tính từ biến và sự chùng ứng suất của cốt, cũng như khả năng sử dụng loại cốt này trong cấu kiện dự ứng lực chịu nén cĩ độ mảnh lớn Đổi với mơđuyn đàn hồi thấp của cốt chất đẻo thủy tỉnh thì ta chỉ nên dùng vào cấu kiện bê tơng cốt thép dự ứng lực là hợp lý Trong cấu kiện bê tơng cốt thép thường, loại cốt này sẽ đưa đến độ mở rộng vết nứt phát triển quá lớn
Ngồi loại cốt thép dẻo thủy tỉnh, cịn cớ một số nước thử dùng loại cốt tre để thay thế cốt thép Nhưng kết quả thí nghiêm đã cho biết rằng loật cốt tre cĩ cường độ kém, vết nứt phát triển lớn nguyên nhãn là do tính chất cơ lý của tre và bê tơng khác nhau khá xa, cường độ của tre kém, độ dãn quá lớn, ứng suất dính bám của tre với bê tơng nhỏ, ngồi ra tre rất dễ bị mục mọt Do đĩ hiện nay loại bê tơng cùng cốt tre khơng cĩ xu hướng phát triển
§3 - BÊ TƠNG CỐT THÉP
1 Lực dính bám giữa bê tơng và cốt thép
Bê tơng và cơt thép cớ thể cùng cộng tác để chịu được lực là nhờ cĩ lực dính bám
giữa hai vật liệu đơ Lực dính nay tao nên khả nang chong truot của cốt thép trong bê
tơng Cường độ dínhphụ thuộc vào thành phản và tính chất bê tơng và cốt thép, mẫu htÍ nghiệm và nhiều yếu tố khác Lực dính tăng lên khi mác xi măng tăng, khi lượng xi măng tăng, tỷ lệ nước trên xi màng giảm, độ chật tăng
Người ta xác định lực dính bàng cách chơn một đoạn cốt thép trong khối bê tơng rồi dùng lực kéo ra Thi nghiệm với loại cốt thép cĩ gờ, ta thấy lực dính gồm các thành phần: - Khả năng chịu ép mặt và chịu cất của bê tơng do cốt thép cĩ bê mặt khơng trơn hoặc cĩ gờ (khả nàng này chiếm 70 - 75%, tồn bộ lực dính)
- Lực ma sát xuất hiện trên bê mật cốt thép do bê tơng nén chặt vào cốt thép khi co ngĩt (chiếm lỗ - 20, tồn bộ lực dinh)
- Lực dán giữa cốt thép với bâ tơng do khả áng dánc ủa chất keo trong vita xi mang (chiếm khống 10 lực dinh)
Đối với cốt thép trịn tron thi lực dinh nhỏ hơn của cốt thép cĩ gờ khoảng 2-3 lần
Trang 39Ứng suất dính của cốt thép với bê tơng phân bố khơng đều theo chiều dài (H 2-21)
Lực dính được biểu thị bằng ứng suất dinh Ty tinh với lem? bề mật cốt thép khi số hiệu xỉ vey TS
mang ham lugng xi mang trong bê tơng tang lén
và tỷ lệ nước trên xi măng giảm đi thì r„ tàng lên, Hình 2-21:
khi tuổi của bê tơng tăng lên thì r„ cũng tăng lêm Sø đồ phân bố úng suất Ứng suất dính bình qn rmụ tính bằng trị số dính giữa cốt thép với bê tơng trung bình trên cả đoạn cốt thép trong bê tơng:
g.f
r1 es
a + đ.1
O day: f - — Nội lực trong tiết diện của thanh thép d - Dường kính bình quân của thanh
1 - — Chiều dài doạn thép chơn trong bê tơng
Thí nghiệm cho biết rằng với bê tơng số hiệu trung bình thì tụ ở trong khoảng 20-40kg/cm", gần bàng cường độ chịu cắt của bê tơng 7
Nếu bảo đảm cho cốt thép chỉ cớ thể bị kéo đứt chứ khơng thể bị tuột trong bê tơng thì chiêu dài cần chơn của cốt thép trong bê tơng phải lớn hon (15 - 20d) (đổi với cốt thép
cĩ gờ) hoặc (30 - 40d) (đối với cốt thép trịn trơn) ì
Ta cĩ thể tính được đoạn l từ điều kiện cân bàng lực kéo đứt của thép với tồn bộ lực dính trên bề mặt đoạn thép chơng trong bê tơng:
f.o, =F chu vi
Ta cớ:
ø d Vậy: l= 4š tai t '
Thi du với thép nhĩm A-III khi giới hạn chảy ơ, = 4000 kg/cm? va rừ1 = 40kg/em’,
chiều dài đoạn cần chơn vào bê tơng là: 4000
—- d = % 4,40 zed
1 >>
2 Ảnh hưởng cuả từ biến, co ngĩt của bê tơng và biến đổi nhiệt dộ
Thí nghiệm đã chứng tỏ ràng độ co ngĩt và sự nở của mẫu bê tơng cốt thép nhỏ hơn mẫu bê tơng (H 2-32)
Trang 40D6 là do sự dính bê tơng và cốt
thép cản trở sự co ngĩt của bê tơng Kết quả là cốt thép bị nén cịn bê tơng xuất hiện ứng suất kéo Khi cĩ nhiều cốt thép, ứng suất kéo trong bê tơng tăng đến mức cĩ thể đạt tới cường độ
chịu kéo và làm xuất hiện vết nứt
Ứng suất kéo do co ngĩt trong bé tơng cộng thêm với ứng suất kéo do tải trọng gây ra làm bê tơng bị nứt
sớm hơn so với khi khơng cĩ tác dụng mẫu bê tơng (1) và bê tơng cốt thép (2) của co ngĩt Nhưng khi đã cĩ vết nứt
thì ảnh hưởng của co ngĩt giảm đi và ở giai đoạn phá hoại thì khơng cịn ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của cấu kiện (đối với kết cấu tĩnh định)
Hình 2-22: Đường cong co ngĩt và sự nỏ
Trong kết cấu siêu tinh, các liên kết thừa ngăn cản sự co ngĩt của bê tơng cốt thép và làm xuất hiện nội lực phụ Khi tính tốn nội lực đĩ, ta coi sự cỉ ngĩt tương đương với sự giảm nhiệt độ xuống 1ð Đơ là do hệ số co ngĩt của bê tơng bàng 0,00015 tức là gấp
15 lần hệ số nở dài của nớ (œ = 0,00001) -
Cốt thép cũng cản trở biến dạng từ biến của bê tơng do đĩ khi cĩ tải trọng tác dụng lâu dài thì từ biến của bê tơng giảm đi và giữa bê tơng và cốt thép sẽ cĩ sự phân phối lại nội lực, quá trình này kéo dài tới vài năm
Từ biến và co ngĩt trong cấu kiện bê tơng cốt thép đều cĩ ảnh hưởng đến sự làm việc của cấu kiện Trong cấu kiện chịu nén đúng tâm, cả từ biến và co ngot làm giảm ứng suất trong bê tơng và làm tăng ứng suất trong cốt thép
Trong cấu kiện chịu uốn, ứng suất trong bê tơng vùng bị nén do ảnh hưởng của co ngĩt bị tăng lên và trong vùng cốt thép chịu kéo lại giảm đi, do ảnh hưởng của từ biến thì hiện tượng ngược lại: ứng suất bê tơng vùng bị nén n giảm đi và trong cốt thép chịu kéo
lại tăng lên
Biến dạng từ biến và co ngĩt cĩ ảnh hưởng đến sự làm việc của bê tơng cốt thay dự ứng lực và sinh ra mất mát ban đầu trong cấu liện Vấn đề này sẽ được nới rõ hơn ở các chương sau
Sự biến đổi nhiệt độ cũng sinh ra ứng suất riêng trong bê tơng cốt thép vì hai loại vật liệu cố trị số nở dài khác nhau ø,, = 0,000007 - 0,000015 va z, = 0,000012, ứng suất phát sinh trong bé tong 9,, va trong cốt thép o,, khi tang nhiệt độ tơ cĩ thể xác định theo cơng thức :
a g 1 = & — a - Đ) Đụ I
it (@.t- 4) E
Với e,- biến dang tuorg dối của cấu kiện bê tơng cốt thép khi nhiệt dộ tăng 0°
a II
Ưo đĩ nội lực do nhiệt độ trong bê tơng và cốt thép bằng: ' - /” - > Nu = = a t) E,
mH = (øœ t~— s) E, 3)