TS Ngô Đăng Quang (Chủ biên)
Tậ Nguyễn Duy Tiến
KẾT CẤU BÊ TÔNG
COT THÉP
Phần 1 - Cấu kiện cơ bản
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THONG VẬN TẢICƠ SỐ?
THU VIEN
0096584E
Trang 2
LOT NOI BAU :
ỘCuốn sách Kết cấu bể rồng cốt tháp này được biên soạn đành sinh viên các chuyên,
gành xây dụng đá iệ là xy dung git hông và xây dựng dân dụng, Trong quá tinh n soảm, các tác già đã cổ găng mô tà sự làm việc của các kết cầu bề tông cũng nhự lo tien túc 0/& vi shcc lạc ke ty Go hoe Thy tome Kew toe
kết câu bê tông là khoa học thực nghiệm nên việc tắnh toán và thiết kế kết cấu bê tông
đôi hồi phải sử dụng cả các kết quả thắ nghiệm, các công thức thực nghiệm cũng như
ác quy định và khuyến nghĩ của các Tiêu chuẩn thiết kế Các tiêu chuẩn được sử dụng có tắnh chất vắ dụ trong tai liệu này là Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 của Bộ
ỔGino thông vận tải cũng như Tiêu chuẩn thiết kế kết cầu bê tông ACI 318-05 cia Vign TS ting Hoa Kỷ, Để so sánh, một số chỗ trong tài liệu cũng tham khảo cả các tiêu chuẩn khúc như Euro Code, TCXDVN 356-2005, A ASHTO LRFD, v
Cuốn sách này bao gồm 10 chương, giới thiệu một số vẫn đề cơ bản nhất trong,
việc tắnh toán va thiết kế các cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép theo trạng thải giới
hạn cường độ và một số khắa cạnh liên quan đến trang thái giới hạ sử đụng
Chương 1 giới thiệu các vấn để tổng quan vẻ kết cấu bê tông và kết cầu bẽ tông, cốt thép cũng như các phương pháp tắnh toán và thiết kế chúng
Churong 2 tập trung về tắnh chất cơ bản của các vật liệu được sử đụng trong kết cu bE tong va be tong tthe
ỘChương 3 trình bảy nguyên lý thiết kế kết ấu bê tông cốt thep theo cc trang thai giới hạn
CCác chương 4, 5, 6 và 7 lần lượt trình bảy cách tắnh toán ứng xử và tiết kế theo
trạng thái giới hạn cường độ các cấu kiện bê tông cốt thép ở các trạng thái chịu lực cơ bản như chịu uốn, chịu cật, chịu xodn và chịu nén uồn kết hợp
ỘChương 8 giới thiệu cách tắnh toán và thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép trong
trạng thái giới hạn sử dụng
ỘChương 9 được dành cho việc thiết kế các khu vực không liên tục tong các kết
cấu bê tông cốt thép
ỘChương 10 giới thiệu các nguyên lý thiết kế cấu tạo trong các kết cấu bể tông cốt thép,
Trang 3Một số phần được in chữ nhỏ dành để tinh bay vĩ đụ và các nội dung dé cho sinh
viên đọc tham khảo
Việc biển soạn tà liệu được thực hiện theo sự phân công giữa các tác gi -TS Nguyễn Duy Tiền: Viết chương 3 và một phần của chương 8,
ỔTS Ngô Đăng Quang: Viết các chương còn lại và chịu trách nhiệm chung,
Ấ Trong quá trình biên soạn, các tác giả đã nhận được sự giúp đỡ quỷ báu cả về tỉnh
thần cũng như công sức của các tập thể Bộ môn Kết cầu xây dựng, Bộ môn Kết cầu và đạc biệt là của các thầy giáo có kinh nghiệm trong lĩnh vực kết cầu bê tông như PGS ỔTS Téng Trần Tùng, GS TS Nguyễn Viết Trung, GS TS Phạm Duy Hữu Các tác giả xin bay tô sự cám ơn chân thành và sâu sắc đối với những giúp đỡ quý báu đó
ỘMặc dù đã áp dụng cho giảng day và rút kinh nghiệh trong một thời gian khá dài
và tắt cổ gắng trong quá trình biên soạn nhưng các tác giả cũng chắc chắn răng, tài liệu nay vẫn cịn có nhiều sai sót Các tác giả rắt mong nhận được các Ý kiến phản hồi ừ độc giả đề có thể hiệu chỉnh và hoàn thiện đần tài liệu này
Trang 4
MUC LUC
MỤC LỤC
HE THONG KY HIEU
CHUONG1 TONG QUAN VE KET CAU BE TONG LL CACKHAINIEMCOBAN Ld Rétodu bang
112 Bêtông ode hep
112 Phan ogi kết cẩu bê tổng cắt tip Hài Phi oa theo trạng tái ứng sát Pia oa the phương
pháp thị công
1.14 Lầu nhược điểm và phạm viáp dụng của kết cấu bê tông
1115 Các dong Kết cấu bê tơng điển hình dùng ong cơng tình xây dựng 12 SƠLƯỢCLỊCHSỬPHÁTTRIÊNCỦA BÊTÔNGCÔTTHÉP
13 TONG QUAN VE QUA TRINH THIET KE KET CAU BE TONG COT THEP 131 Thất ké sobs 132 Phdrtich kd edu 133 Thide kd chi de 3 3 v Ấ 1 Ợ 20 2Ừ 20 2 2 25 26 Ợ 26 7 14 TONG QUAN VE MOT SO PHUONG PHAP THIET KE KET CAU BE TONG COT THÉP
HUONG? VATLIEU
21 BETONG 21 Thanh phn cia be cing 2L2 Đặc tinh của bê tông non 213 Phẩm 314 C4et " 2142 243 aus 24s 2146 2147 2148 2149 214.0 HIỂU 2142 2403 aie 21S Pha 24st
loại bê tông
ah chất sơ lý của bồ tổng đã đồng rắn ỘCưởng độ chịu nến đọc trục ca BE ỘCông độ chịu nên đặc trưng của bế tông, ỘCưởng độ chịu kếo của bé tổng
Sy lim việc ủa bề tông khi chịu ến một trọ các nh lột vịt iu của bề lồng MO dun din Bi ca bê tổng
Sự làm việc của bề tổng khi hịu kéo
XS làm việc của b tông khi chị ti ong tp
-Ảnh hướng cl ắc độ chắ ti dẫn cờngđộ của bề tông Từ biển của bê ông
ỔVi dy ia to ids Conger cia be tng
ỔCae tge tinh hie cin tg Khi lượng bể ch của bê tông
Trang 52452 Mie betting 2153 Clo béving 22 CÔTTHEP 221 Céeloai cde tip
222 Quan h ing sudtỞbién dong ct ci thắp 22.3 Các đặc mg mỗi củacố Dép
23 BÊTƠNGCĨTTHÊP 231 Siedinh bim gia b tng vi od hep 2341 2331.2 Chey bdnh hung an ve inh Baw Katine 232 Sictham ga lim vie cia bé tang giữa cức vi nứt 2.33 Motsb vd cv ub to cia Mi cub ting ot ship 24 CAUHOIONTAPVABAITAP
GUVONGS Ở COSO THIET KE KET CAU BE TONG COT THER 31 GIỚITHIỆU 32 TONG QUAN VEMOTSO PHUONG PHAP THIET KE
Ổ321 Thiérkd theo ing such cho phép
322 Thidt kd theo he sd tt trong vase hing
Ộ 6 6 o 6 70 n 71 n 7 Ấ T8 2 2 2 # # 33 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KE KET CAU BE TONG THEO PHUONG PHAP HE SO TAI
ỘTRỘNG 33/7 8BiểnthữnGietóiượng VÀ SỨC KHẲNG, 332.- Shiểniên ciate hổng 223 Ce wang JA Kinin thai sbi hon vé dan tin
3341 Phin bb tng kev git ng Bink (Mean Vue) 3342 Độệhduln(SasdudDeieio)
3343 Ms mit sae ue Probity Density Puneon) 33.44 Hesbap ifn (Bias Fact)
3345 He sb didn (Concent Vato) 2046 Xaesul pa tot Procabity of Fale) 3347 chisbaan oe (Satay Iden)
3348 ich din is culms vt tone
34 GIOLTHIEUTIEU BAT Gibi hea chung CHUAN THIET KE CAU 22 TON272-05 B42 Ngupén the co bin
343 Cle trang 343.1 Traneth th gti hon por han v8 eve dd 3432 Trangia 343.3 Trani it in why vd a dine 3434 Trang i6 bon dic bie
BAA Ta wong vie hp trong 3AAL Talon
2442 Hesbutiuongadd nop tone BAS Tromgthd im ie cia liệu ki cấu
Trang 6
34.6 Negupin tet cin se phn bd lol men im trong câu di liên tục 103
3⁄5 TRINH TY TINH TOAN, THIET KE 104
36 CAUHOIONTAPVABAITAP 105
CHUONGS THIET KECHTU UON 107
41 GIỎUTHIỆU, 107 42 BACBIEMCAUTAO 107 42.1 Céw 190 ia diem 4211 Chữuedễm 107 108 4212 Chidudiy sn ent i 4313 Chiduaiy sm aim 109 4314 - Cônhpdểm, 109
422 Céu go cia bin ti
43 SỰ LÀMVIỆCCỦA DÀMKHICHỊUUÔN ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED
431 Ting quan vẻ sự làm việc của dẫn Khi chịu uốn dị
43.2 Tĩnh toán xác định sự lềm việc củo đẫm chịu rắn thuần tư, us
4321 Clethamsbeobin ua
43.22 idukiéatuomgthich é bién dang ns
4323 Biguignein bing nề
4/334 Caephuong pip x doh stim vide cia dim eh vba 16 4.33 Tinh coin sy lim vide chiu uén thud ti cia cm bé tng cbt thép eo các giai doan
in lực 433.1 Gia dogn !ỞCGia dopa beng cea nit ẤH8 ng
4332 Vidu4.1ỞTiah win me men ety nit tị
4333, Giả đomỞ Giải đoạn bê ng vũng kéo đĩnữt bể tổng vồng né làm việc tong gai
oan din hd i
4334 Vidu42ỞXie dink a tim vgs cia mi ot nứt Rs
4333 Gia dogn Cia don ga phi hoa, dim orang thd Gt han vb cwimg o) 126 434 Quan ht mo man Ở độ cong trong các giới đoạn làm vic của đẳm 1 44 _ TINH TOAN VA THIẾT KE MAT CAT DAM THEO TRANG THAI GIO! HAN VE
CƯỜNG ĐỘ 128
441 Cée gia thie co bin 18
442 Mo hinh vi liệu của bẻ tổng và cải tệp In
-44.3.Ở Xá định sức kháng vồn của mặt cắt hình chữ nh đạt cát thập đơn BỊ 444 Tinh déo dại của dâm và hòm lượng cốt thép chu kêotổi đã 133
443 Digm ich e61thip cht Réorét his ns
446 Tinh toén dim chịu uẫn mặt cắt chữ nhật đại cái thép đơn 4461 Sođỷ khôi 10 t0
4462 Vidv43~Tioh ton dita ich ob hép bi hid tạ
4463 Vidy44ỞTioh oán siekhẩng uỐncủndẫm chữ nhật đặ cả thập dom wa 447 Thidt ké mat edt lim chit nhatchiu win dot cd thép đơn 1s
4424 Tổngqum Ms
4422 Trinh pele Ms
4473 Vidy 45 ~Thidt id mp ct che nt 6 cb tp dom ur
Trang 74482 Phươngphápthh bán
(4483 VIdu46-Tnhioánnặtcả:dễm chữ wha cb hp kép 4484 THIUkỆ mục đằm chủ nhị đụ cẳthépkệp (4485 -Ở- VI4g47- THIẾU kỆ mạ cả đền chữ nhật đụ cỗ tháp kếp 44.9 Tink ton vas thik mat cit dim che Tv L
449.1 Giethitu chong
4492 Xtc jah Bt ring o higu ci bin cin in 4493 Tinhtosn ie ing win
4494 Vidy4f8ỞTioh 4495 Thétkémeect ` adn sc Bh oT carat ct cn choT
45 CAUNOLONTAPVABAITAP cHVONGS | THIET KE CHIU CAT
Si Ở GIỚITHIEU
52 SLAM VIECCUA CAUKIENCHIUCAT $2.1 Corséxic dha lam vide ac Kn chi ct $22 _ Sie thing toa BEng 5221 Cheeang pol clu Kit chiv ct
5222 Seething cain 5223 Sockhing ln et
523 Selim vie cdi BE ng edt hép sau im ngheng 53 THIETKECHIUCAT
S41 Ma hinh gion
$4.2 Mahinh cia Tie chun ACI 318.03 S33 Vid heh chia ct theo teu ehudn AC S34 bith ring nin sia db S341 - G000
5342 Bitatita mong hich vba dang 5243 Dakin cdn bing
S344 Quan bp imgsltỞidn dong wong btng tne 4343 Ungdunewongshideké
S346 Ở Thế `
+ưảng na ù đỗi(Têu chuẩn 22 TCN 27205) $4 CAUHOIONTAP VA BAITAP
CHUONG6 THIET KE CHIU XOAN 61 Ở GIOLTHIEU
ó2 COSOTINH TOANCAUKIEN CHIU XOAN 621 Tang guon
622 Thanh think ming chi xin
63 SYLAMVIECCUACAU KIENCHIU XOAN 631 Selém sie chivxodn 632 Vic 6.1 Tinh todm đàm chusoẫn tt hi mit tte i mit 633 Seldm vie chtu sod sou hi nit
Trang 81633.1 NgilựedoxoÍngiy 6332 Chibi lop bong ham pach xo vdieo mương ác hànhphẫn cổuhép biện 6.54 Xodn wi win ding thot
64 THIET KECAU KIEN CHIU XOAN, CAT VA UON DONG THỜI 64⁄4 Ngôn tắc cắn tạo 4442 _ Thilskd chin on win v3 cbt ting thd theo Tiêu chuẩn ACI 318-05 642.1 Momen oko tin ttn
6422 ThidtkEchivxofn 643 Thi kế chịu soắn vốn và S431 MOmen xin ta on
6432 id han ich huge ms ct neane 6433 Tie beimep emi xan
6:44 Vidu 82 ~ The hé ot thập ngang cho dẫm chun, oft vd win kde hop 65 SUPHAN BO LAIMO MEN XOAN TRONG CAC KET CAU SIEU TINH 66 CÂUHOLÔNTẠPVÀBÀITẬP
CHUONG? THIET TA GIỎITHIỆU KE CHIU NEN UON KET HOP 72 PHẨNLOẠICỘT
73 XÁC ĐỊNH ĐỘMẢNH CỦACỘT 7311 Kháigướt
74.2 Che dae trong hình học và vi li 74.3 Chiều đài có Mệu và bản kinh quấn tinh T331 Hésbctidudi cS hie
7232 Phintigt Khang chen v mean va ag không chuyển vi nga 7333 Xâedinhhệsổ cindiicôhia 7334 Xâcdinhhệ số hiền diicóhiệubẳng bừng phương phẩpbiêu độ cơng thức Aih ngiệm 734 Vidu 7.1 ~Tink oán hệsổđỷ mảnh
74 BACDIEMCAUTAOCUACOT 741 Kich tte mat odt ngang 742 CẢ hipdpc
7421 Ham twp bt hp ib 7422 Hamiworgc hep doce 7423 Sb wong thank ebthép doc tide 743 Bb ri cde thip dai
15 NOUYENTAC TINH TOAN THIET KE COT 76 NGUYEN TACTHIETKECOT DAL
761 Thi KE cht dai xodn 7.62 Third cbt dat giing
7.7 TINHTOAN VA THIET KE COT NGAN, CHIU NEN DUNG TAM 771 Neuen de chorg
7.22 Sie baig cia cbt nin chu nn cng tm
2.73 Vy 3~ Tinh todn sức thông củo cột ned, mit ct ct nt, tdi ging 2.24 VI dụ713~Tỉnh ốn sức khơng nón của cặt ngắn mặt cất tron, edt dai xodn 2223 Vidw 7.4Ở Thi kd cbt rin chị nên đăng tâm
đẳng tội leo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05
Trang 978 TÍNHTỐN VÀ THIET 781 hil mim vé im déo cia mat cit KE COTNGAN CHIUNEN LECH TAM 782 Cae phoma trnh cabin mtd lm vide ia ma ct
78.3 Phuong phip tinh oin
784 Vidu 73~Tiohtodn st Khdng ie ot chu min ch tim 78.5 Tinh on se ông của một cất cặ ong tường hợp tắng uất 751 Matciteho hit
1852 Madieon
786 Vid 7.6~Tinh1odn ate Wg mone erin
7.87 Phuong php adn in inhtoán ức khủng nón ia cron 788 Vidi 7.7 ~Tink toon ae Uhrg nén ea ot rin bing phaon pip Whiney 189 Biéu dé wom te PỞM 7894 Xty mei buon te PM
7892 Diedimeta bila wngue Pm 79 TIKHTOAN 291 Tang quan vi cde pcg php in on VA THIET KE.COT MANH
192 7921 8 hing del enc cdecitrmngkhung php phing del mé men cf ing ho Tits cul AC 3IE45
17922 ỔSy phingdoimb ung hinges ho Tie ch AC 3IE05 men cho cect rong 7923, Su phng dl md me theo Tia chun 22 TON 27248 1924 On heincOtuone khang be oii
79,3 Vid inh ton ct rong Krung king 6 cain ingame 1931 vidv78 1933 viw79
794 idụ?10~ Tinh toôn cột mong khung có chayén vi ngong 210 CAUKIEN CHTUNEN VA UON Hal PHUONG
7401 Gibt chew chung
7102 Vlu7.11~Tinktodn cb chu nn wn theo ha phone 71 CAUHOLON TAP VA BAITAP
CHUONG 8 THIẾT KẺ KẾT CÁU TRONG TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỰNG BI GIỐITHIỆU 82 CÁCGIÁTHIẾTCOBẢN
#3 TÌNHTOẢNĐỘVỐNG S31 GIớidiệueheng 83.2 Tink ton dp cing ch vốn
833 Tin todn md men qui in a mit sé dang mat cb ph bin 4331 Meith mt och hep don 4332 Mateitche age at ebihep ep
Trang 1036.1 Vid 8.1 Tinh chet 6 ving ea dim giản đơn theo Tit chudn ACI 318-05 862 Vicky 8.2~ Tink aug dp wong ca dim cấu theo Ti chusin 22 TEN 272-05 8.7 TÍNHTỐN VA HAN CHE BO MORONG VET NUT 821 Các loại vết mứt và nguyên nhận
S7 Che bt nado ea we 3712 Che vétnut dng do ciate 52.2 Baring 87.3 Quá mình hình chink vắt nức vée mie
8.73.1 Su ting mg suit ong cổtthếp vàỪ phá ho in im ti vt mit tiên 3732 Khing ch gio ce wnt tong el kiệt Be ng et hep
8733 Khning cch gioa ct vit nit rong cdc chu kgm chi dy vong kéo ahd 8734 Vang nh nung eu et hp
B74 Tỉnh toàn 4 mở rộng vá mức 8.7.5 Tinh cyt dp md rong vét mie
88 COTTHEPTOI THIEU DE KHONG CHE NUT $9 VIDUTINHTOAN DO MGRONG VET NUT
8.9.1 Vid 83~ Tinh todn theo Tiéu chuén ACI 318-05 8.9.2 Vidw 8.4Ở Tinh todn theo Tieu chuén 22 TCN 272-05 810 CAUHOION TAPVABAITAP
CHUONGS THIET Ké VUNG KHONG LIEN TUC 9.1 GIỚITHIÊU, 92 PHANTICH UNG XU TRUGC KHIBE TONG NUT
9.2.1 Phantich don hai
9.2.2 Piương pháp tương tự dầm cao để Hi kể thụ vực 93 PHAN TICH UNG XU SAU KHIBE TONG NUT 94 THIETKE THEO PHUONG PHAP SO BO HE THANH,
94.1 Gibi shu phos phip so 48 he thanh 9.42 Nay ding so dé thanh 9421 Nauytntic
9422 Trinhtychung
9423 Phuong phipphin chia kd lu thánh cá vững B vi ving D 9424 Cle phuong pip nly dmg sob tha
94.3 Tỉnh toán nội lực của các thanh ương sơ đổ hệ than
9.44 Thiết vàtinh duyệt kế cậu bằng phương pháp sơ đồ hệ thank 9441 Xie ch tue se ce it
9/443 ỞỞ- Xácđhhkắch dude cba céc than nt 9443 Xie dn kch thud tanh kéo
94.5 V4v91~ Thiết vùng no bằng phương pháp SOHT 94.6 Ứng dụng phương pháp SĐT vong tịnh toôn chị cắt
94.7 Viáv 92Ở Thi Kế dầm tường (đầm cao) bằng phương pháp SDHT
3 320 322 322 323 3 326 327 a2 a1 332 33 386 337 339 339 3a 33 M47 347 349 34p 353 35 355 355 357 337 se 3s 338 360 361 si 363 3s 366 369 372 95 SU'TRUYENLUC CAT QUA MAT PHANG YEU-KHAINIEM VEMA SAT CAT 377 96 CAUHOIONTAPVABAITAP
CHƯƠNG t0 THIET KECAUTAO 10.1 GIỚITHIỆU,
Trang 11102 LOPBETONG BAO VE
103 KHOANGCACH GIDA CACTHANH COT TEP
10.3.1 Khoéng edch di thiéu theophhưng ngong giêo các anh cổi tép 1032 Khoảng cáchtỷ¡4a theo phương ngong giã các hanh cổt thép 1033 Khoảng ich ti thd git cc lip ot thé
104 TRIENKHAICOTTHEP
10.4.1 Rh nim véchidw dln brat
104.2 Mat od thing ché it wi igen thal ebtahép
1043 Tr Bhat et chdp cha do thing qua lie dink bó387 1043.1 Chiều tin ica a9 cho che hab 2 nv 9 thép cc ko 10432 Cheb 6d inn end dl rn ha ho che haa cg gt tp of eh ke
10433 Chibi wda thai ch ce bs thant
10.44 -Vidv 10.1 Tinh tod chi đôi tiễn khai cho ct thập chịu lên 1045 Triểnkhaicẳnthép 104s! cleyomec ắv áo có mốc vei hie bj neo
0452 Chiba wid a i ct thi mbc chi Ko 10453 YêeclugiingcRociuhepcômdcchiukeo 10454 Cle dng nena kh ke
10.46 ỞTrién thal ede thép chin nén los NOICOTTHEP 103.1 Métndi ching
10514 Méinbiching chia to 105.12 Méinb ching chia nén 1052 Méinéi hin
105.3 Méinéi bing hit bf co Ahk
106 TRIENKHAI COT THEP DOC CHIU LON 1861 Bé tri cit thép doe
1062 Cit eit tip doc 10621 Gist tit chung
10622 Cie quy sinh vb cht van be hep
10623 Vidu 10.2~Tinh ton ct the chi ho cin dim 10624 - Uônsithfpdee
10.7 CẤUTẠOCỐT THÉPNGANGỞCẢNH VÀ BẦU DẦM 108 CÂUTẠOCƠTTHÉPCHỊUCÁTVẢXỐN
1081 Lata chon vi bd tri cổnthếp chịu cắt TORI Cech di 10.82 Lara chon va bd tri ct ihép chu xodn 109 COTTHEPCHIUCONGOT VA NHIET DO 1010 MOTSO TRUONG HOP CAU TAO DAC BIET
10.101 Thdr kd edt whip cho dim cb edu roo ge bide 1010.2 Thiér ké cdr thép cho vai eo, cong-xen 1011 CAUHOION TAP VABALTAP
Trang 12HE THONG KY HIEU Ký hiệu
'Ý nghĩa
t6z-nghững của côi sgBu se tỏPeys ke:
"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 tổng
Hệ số xét đến độ đặc của bê tông
Độ vãng
Độ võng dài hạn
Biến dạng,
Biến dạng kéo chắnh
Biển dạng nền chắnh Biến dạng của bể tông
Biển dạng ứng với lúc ứng suất trong bê tông đạt đến giá trị cường độ
Biển dạng ứng với lúc ứng suất trong bê tông được kiềm chế đạt đến giá tị cường độ
Biển dạng cực hạn của bê tông khi chịu nén
Biển dang gây nứt trong bê tông khi chịu kéo
Từ biến
Điển đạng của bể tông do ứng suất
Biển dạng của bê tông đo nhiệt độ, Bién dang do co ngót
'Hàm lượng cốt thép chịu kéo
Trang 13an
e
4
"Hàm lượng cốt thép đọc Ham lượng cốt thép ngang
He sé rio
HH số từ biển
"Độ cong cia mat oft Điện tắch
TDiện tắch phẫn bê tông trong mặt cất
Tiện tắch có hiệu của bể tông quanh cốt thép Điện tắch phần cốt thép chịu kéo trong mặt cắt
Diện tắch phẫn cốt thép chịu nến trong mặt cắt ỘChiều cao khối ứng suất
Chiều đủ chịu cất "Để rộng của mặt cắt 'Bề rộng có hiệu của cánh dẳm "Bề rộng cánh dim Bê rộng chịu cắt Bê rộng sườn Lực nén
Lực nén do bê tông sinh ra Lực nén do cốt thép sinh ra
(Chiều cao vũng bê l6qg chắn nến
Chiều cao có hiệu của mặt cất (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 vũng kéo
Mô đun đàn hồi
Trang 14Mô đun đàn hồi có hiệu, hiệu chỉnh của bê tông
Mô đun đàn hồi có hiệu của bê tông
(M6 dun din hi cit obt thép Độ lệch tâm
Ứng suất
Ứng suắt trong bê tông ở thời điểm bắt đầu chất tải
Cường độ chịu nén một trục của bê tơng
Cường độ chịu nén có kiềm chế của bê tông
Cuong độ chịu nén của bề tông khi chịu biến dạng nhiều trục Cường độ kéo chảy của cốt thép
Cường độ kếo đứt của cốt thép
ỘChiều cao của mặt cất dầm Chiễu cao của cánh dằm
Chiều cao tối thiêu của mặt cất 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 Mồ men quán tắnh cỏ hiệu của mặt cắt
Hệ số xét đến ảnh hường của tỷ số thể tắch/bÈ mặt của cầu kiện
'Hệ số cường độ
Chiều dải
Khoảng cách giữa các vất nứt ỘChiều đãi triển khai của cốt thép ỘChiều dài triển khai cơ sở của cốt thép Mô men tên
Mô men gây nút
Trang 15RSs * PS TNS wove ệ ` = 16
Mô men tốn danh định
Mơ men uốn tắnh tốn (mơ men uốn đã nhân hệ số)
"Mô men khing tắnh toân Lực đọc
Lực nén
Hiệu ứng do tải trọng sinh ra Sức kháng
Lực kéo Mô men xoắn "Nhiệt độ ỘThời gian
ỘThời gian bắt đầu chịu tài của bê tông,
'Ứng suất đắnh bám
Ứng suất dắnh bám trung bình
Lực cắt
Trang 16cHuonc1 TONG QUAN VE KET CAU BE
TONG
14 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
144 Kếtcấu bê tông
.Bê tảng là một loại đả nhân tạo được tạo thành từ việc đóng rắn hỗn hợp xỉ mãng
ngốc, cốt liệu mịn, cốt liệu thô (đá, sỏỉ) và có thể có cả phụ gia cũng như các chất độn hoạt tắnh Các loại bê tông thông thường có khả năng chịu nón rt lõn nhưng khả năng
chịu kéo lại rất nhỏ Cường độ chịu kéo của bê tông chỉ bằng khoảng 1/20 đến 1/10
sưỡng độ chịu nén củe nó, Cường độ chịu kéo của bê ông, bên cạnh giá tr thấp, lạ rất
thơng ơn định Ngồi ra, biến dạng kéo của bề tông khỉ ứng suất đạt đến cường độ chịu
ke săng cổ giá tị ất nhỏ Vĩ những lý do này, khả n
hông được gia cường) trong kết cầu là khả hạn chế, VÌ đạ, một cấu kiện chịu tốn, dược lâm từ bê tông cổ cường độ chịu nén đến 35 MPa, sẽ bị nứt và phá hoại khi ứng suất kéo trong bề tổng ở thớ chịu kéo đạt khoảng 2 MPa Sự phá hoại này xây ra là đọ khả năng chịu kéo của bẽ 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 cầu chịu lực có dạng khối lớn như đập chắn nước, bệ móng, v.v à dạng kết cầu chịu nén là chủ yếu Ngay cả ở những, kết su nây, để hạn chế bề rộng của các vất nứt bề mặt gây ra bởi eo ngót và ứng suất nhiệt người ta cũng phải tim cách gia cường cho bê tông gần bề mặt
Có rắt nhiều giải pháp kết cầu hoặc phối hợp vật liệu có thể giáp kha thác được khả năng chịu nế tốt cũa bê tông đồng tồi, khốe phục được khả năng chịu kéo kêm của nó Điễn hình nhất trong số này là sử đụng những vật iệu có khả năng chịu kéo tốt, như Ổhep hay sot thu) tinh hoRe chả dẻo, v làm cất đỀ tăng cường cho vũng chịu kéo của bê lông Nếu khi đỗ bê tông, các hanh thép hoặc các vật liệu tăng cường khác được đưa vão các vị tắ thắch hợp thì khả năng chịu lực của kết cầu bê tông sẽ được tăng lên đáng kẻ Trong rắt nhiều trường hợp, bê tơng cũng cịn được gia cường cả vũng chịu nén băng các vật liệu thắch hợp như thp,
Trong vắ dụ trên, nếu vùng chịu kéo của cấu kiện chịu uốn có đặt các thanh cốt thép thị, sau khắ bê tông nứt và không chịu kéo được nữa, các thanh cốt thếp này sẽ chịu
hồn tôn lực kéo Nhờ đó, cấu kiện vẫn có khả năng chịu eum eve ng kéo đã bị nứt Cấu kiện bê tơng có cốt thép, nếu dược cấ/\ậb R16 VỆNiZ: TÊN |
lớn hơn cấu kiện bẽ tông không có cốt đến hàng: Nụ oper VEEN |
Trang 17Hình 1.1 thể hiện sự lâm việc của 2 dim oé chiều dài, kắch thước mặt cất và vật liệu
bẻ tông như nhau nhưng đầm A được làm bằng bê tơng khơng có cất thép con dim B được làm từ bê tổng nhưng được gia cường bằng 3 hanh thép có đường kắnh 29 mm ỡ
vũng chịu kéo Việc sơ sánh các biểu đồ (b) và (e) cho (hẪy rằng, trong khi lực gây phá
hoại dầm A là khoảng 14 kN thì lục gây phê hoại dằm B là khoảng 140 kN, Điều đó cho thấy rằng, việc bổ trắ thêm cfc thanh thép làm cỐt đ tăng cường vũng chịu kéo đã lâm Lãng khả năng chịu lục cia dim trong vắ đụ này lên khoảng 10 lần
tk 2000 2000 2000) TT ỗ ! i mi "Phá hoại : : : 250 ồ : tases
(0) Quan hb lực = độ võng của đảm bổ tổn khơng có cốt
ao 'QUAN HỆ LỰC ~ ĐỘ VÔNG a ae 6 A) {2 Ổ
(eam) ỔBd vong giữa nhịg (mm)
Trang 18Kết cấu được xây dụng tứ việc sử dụng phối họp bê tông với các vật liệu làm cốt như
trên được gọi là Kết cấu bê tơng có cối ạ đây, có thé coi bê tông cùng với cốt là một
dạng vật liệu phức họp, ong đó, bê tơng và cốt cũng phối hợp chịu lực Bê tơng có cốt lự các thanh thép được eọi là Bế tổng cối Ộép Bên cạnh các loại cốt ở dạng thanh,
người ta cũng sử dụng cốt tăng cường cho bẽ tông ở dạng sợi (có thể bằng thép hoặc các
ật liệu kháe) và loại vật liệu này được gọi là Bể rồng cối sơi
Ngoài việc bổ trắ các vật liệu có khả năng chịu kéo lớn vào kết edu bé tng (48 thay
thể bẽ tông chịu lực kéo), người ta còn tìm cách nén trước các vùng bê tông sẽ chịu kéo
khi chịu các tác động bên ngoài Giải pháp này sẽ lâm tăng khả năng chống nứt của kết cấu bê lông và, qua đ, làm tăng khả năng chống thắm, độ cứng và độ bằn của nó Kết
cấu bẽ tông dạng này được gọi là két edu bé tổng đụ ứng lực hay kết cầu bé tổng ứng
XI cấu bể tông được sử đụng rong ải liệu này lả một khái niệm chúng để chỉ các 1 cầu dược lâm từ bê tổng xi măng như kết cấu bê tông không cô cốt, ết cầu bê tong ` sậ, ki cầu bể tông dự ứng lục, kết cấu bể tông cỐt sơỉ, vv
1ảiLiệu này chỉ tập trung cho kết cẫu bể tông cốt thép là dạng kết cầu đang được s hỗ biển nhất hiện nay ở nước ta và rên toàn thể gi
1.12 Be téng edt thep
ẹ ce dia kign si dung binh thudng, bé tng và cốt thép có thể phối hợp lâm việc
rất tốt với nhau nhờ các yếu tổ sau:
+ lực đình bỏm giữa bê tông và bẾ mặt cất thép Lực này hình thành trong quá trình đông cũng cũa bê tông và đảm bảo cho cốt thép không bị tuột khỏi bể tơng tương q trình chịu lực Do lực dắnh bám đơng vai trị quyết định trong sự làm vige chung của bể tông và cốt thếp như là một vật liệu thông nhất nên người ea ln tìm mọi cách đễ làm tăng độ lớn của lực này
ồ- Giữa bê tông và cốt thép Không cổ các phản ong hoá bọc làm ảnh hưởng đến từng loại vật liệu Ngoài rn, b tơng cịn tạo ra trên bẾ mật cốt thép một lớp thụ động, có tác đụng bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn do tác động của môi trường, + Bê tông và cật thép có hệ số giãn nở nhiệt gần bằng nhau Hệ số giăn nở nhiệt
của bê tông là Ủ,=l,0x10Ợ+1,ậx10' và hệ số giãn nở nhiệt của thép là
@, =1,2x10", Nhu vay, 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 19
1.1.3 Phân loại kết cấu bê tông cốt thép
4.4.3.1 Phân loại theo trạng thai ing suất
"Phụ thuộc vào trạng thái ứng suất tong bê tông và cốt thép trước khi Ộc6 hai dạng kết cẪu bê tông cốt thép là
* _ Kết cấu bê tông cắt thép thưởng Là loại kật cấu bê tông cốt thép mã, 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 eo ngót hoặc trương nở của bể tông, ứng suất "rong bê tông và cốt thép chỉ xuất hiện khi kết cầu bắt đầu chịu lực
lực, có thể
ề ` Kết cấu bẻ tông dự ứng lực Nhằm mục đắch hạn thể sự xuất hiện của vất nức
trong bê tông đưới tác dụng cựa ải trọng và các tắc động khác, cốt thép được căng trước để thơng qua lực đình bắm hoặc neo, tạo ra lực nén (ớc trong những khu vực bể tông sẽ chịu kéo trong quá trình khai thác, Loại kế cầu bê tông này được gọi à bể lông đự ứng lực, Thông qua dự ứng lực, người ta có thể chủ động tạo ra các trạng thấi ứng suất thắch hợp trong kết cầu để hận chế tối đã các tác động bất lợi từ bên ngoài Kết cầu bê tông dự ứng lợc còn được phân loại thành kết cầu bể tông dự ứng lực hoàn toàn và dự ứng lực một phần O kết ấu bê tông cđự ứng lục hoàn toàn, tong bể tông không được phép nút hoặc, thậm chắ, không được xuất biện ứng suất kéo Trong khi đó, ở kết cấu bê tông dự ứng lực một phần, be tông được phép xuất hiện vất nứt ở một số tô hợp tải tọng nhất định
1.1.3.2 Phân loại theo phương pháp thi cong
ỘTheo phương pháp thỉ công, kết cầu bế tông cốt thép có thể được phân loại thank:
+ Kết cấu bê tổng đổ tai chỗ là loại kết cầu được lắp dựng cốt thếp và đồ bê tông tại vị tắ thiết kế của nó, HẦu hết các kết cầu bê tông cất thép có kắch thước lớn đều được th công đỗ tại chỗ Kết cầu bế tông cốt thép được thắ cơng đỗ tại chỗ có tắnh toàn khối cao, it mỗi nối nên có độ bền cao, có độ cứng và khả năng chịu lực lớn theo nhiều phương Tuy nhiên, do được đỗ bê tông tại công trường nên thôi ean thi cOng thường kéo dài, chất lượng bê tơng khó được kiểm soát vi chịu ảnh
hướng nhiều của các tác động mỗi trường Hiện nay, việc sử dụng bê tông thương
phim va việc hoàn thiện các công nghệ db bé tng tai chỗ đã cơ bản khắc phục được các nhược điểm này,
Trang 20
thấp Các mỗi nối được thực hiện ở công trường chắnh là các điểm xung yêu làm giảm độ bằn chung của kết cẪu Phụ thuộc vào năng lực của các thiết bị vận chuyén và thắ công, các bộ phận lắp ghép có thể lã các phẫn nhỏ cũa kết edu như ceảe đốt dầm, các cấu kiện tương đối hoàn chỉnh như dẫm, cột, tường hoặc các khối kết cẫu
KKẾU cấu bẽ tông bản lắp ghép Đây lâ phương phâp thì cơng kết hợp cả hai phương pháp nêu trên Một số bộ phận của kết câu được chế tạo ở xưởng nhưng ở
Ổdang chưa hoàn thiện và, sau khi được vận chuyển đến vị trắ xây dựng, sẽ được
đỗ bê tông bổ sung Phin bê tông được đỗ mới cũng đông luôn vai trò của các mỗi nỗi thắ công Các dim chu dạng chữ I, T cỏ phạm vì nhịp đến khoảng 40 m thường được xây dựng theo phương pháp này (Hình 1.2) Các kết cấu được thỉ công theo phương pháp này có thể phân 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 eua phiin bê tông đúc sẵn và bể tông đổ tại chỗ cần có các gili pháp thiết k và thì cơng thắch hợp
Hinh L2 KẾtciubêtông cếtthếp bán lấp ghép
Mot dang đặc biệt của kết cấu bể tông bán ầp ghép là kết clu bé tông được đổ bê tổng trên các ỘVân khuôn chết" (SIay-ln.Plsee Fornwodk sysems) Văn khuôn ở đây là các cấu kiện bề lông được chế ạo sẵn và được gia công theo mỘt số yêu cầu đặc biệt Ở mrột số cơng tình nhà ở, vân khuôn này à các cầu kiện trởng hoậc cột ống có bỄ mặt nhẫn, Bê ông đổ tại chỗ sẽ lâm đầy các cấu kiện này
1.4.4 Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng của kết cấu bê tông Kết cấu bê tông là một trong những dạng kết cầu được sử dụng phé biến nhất hiện nay do có những tu điểm nỗi bật sau:
Trang 21+ Giá hành thdp do b tơng có thể được chế tạo chủ yêu từ các vậtliệu địa phương như đá, sôi, cất, v.v Các vật liệu đất tiên, được chế ạơ công nghiệp như xi măng và thếp chỉ chiếm một tỷ trọng nhỏ, khoảng 1⁄5 đến l/6 khối lượng toàn bộ,
+ _ Có khả năng chịu lực lớn, So với các dạng vật iu khác như gạch đã, gỗ, v.v bê tông cất thép có khả năng chịu lụ lớn hơn hẳn Đặc biệt, với sự xut hiện của bê tông cường độ cao và cực cao, khả năng chị lực của bể tông cốt thép đã có thể o sảnh được với thép Ngoài ra, do bề tổng lả vật liệu nhân tạo nên người dùng có thể thơng qua việc khống chế các thành phẫn của nó, ch lạo được b tơng có ắc ắnh năng như mong muốn
+ Cổ độ bằ cao So với các vật liệu khác như thép, gỗ, v.v kết cấu bê tông cốt
thép cố độ bền chịu ác động của môi trường cao hơn và, do đó, yêu cầu chỉ phắ bảo đường thấp hơn
+ Dễ ¡ao dáng Do bề tơng đóng rắn từ hỗn hợp dẻo nên việc tạo dáng cho các cầu
kiện phủ hợp với yêu edu kiến trúc là khá đễ dăng
+ Chịu ia tốt Cường độ của bê tông bị suy giảm không dáng kẻ khi nhiệt độ lên đến 400*C Ngoài ra, hệ số dẫn nhiệt của bê tổng khá thấp (khoảng từ 1 đến 26
Wm:*Ở) nên nó có thể bảo vệ được cốt thép không bị chảy khi nhiệt độ cao
ề` Có Nhà năng hấp thu năng lượng tắt Các kết cẫu bằng bê tơng cốt thép thường
có khối lượng lớn nên có khả năng hắp thự năng lượng xung kắch tốt
Bên cạnh các ưu điểm kỂ trên, bê lông cốt thép cũng có một số nhược điểm quan trộn sau
ẹ C6 0 le cường độ so với đơn vị trọng lượng bản thân nhỏ Do đó, các kết cấu
được xây dựng từ vậtliệu này thường có nhịp tương đối nhỏ và chỉ phắ cho việc xây dựng kết cấu nẻn móng lớn Tuy nhiên, việc sử dụng bê tông dự ứng lực cường độ cao hoặc các giải phâp kết cầu hợp lý đã khắc phục được đáng kể nhược điểm này
+ Bê tổng đỒ ti chỗ đồi hồi thời gian sự công đài và các bộ thẳng đã giáo vấn Khuôn phức tạp Do thời gian thì cơng kếo dài nên chất lượng bê tông chịu nhiều ảnh hướng của thời tết và, do đó, khó kiểm sốt, Việc sử dụng bê tông lắp ghép hay ban lip ghép là một số trong những giỏi pháp có thé khắc phục nhược điểm
này
+ Sau khi thắ công xong, ết cấu lâm từ bê tông cốt thép rất khó được tháo đồ, vận hyn vse dng ta
Trang 22Ổ+ Do kha nang chịu kéo kém của bê tông nên bể tông cốt thép thường đễ đ/ 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 lai 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 két edu được sử dụng phổ biển nhất trong các lĩnh vực xây dựng, Kết cầu bể 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 đụng và công nghiệp, kết cấu
bê tông được sử đụng làm kết cầu chịu lực, kết cấu sản, kết cầu mồng cũng như các kết cấu bao che Trong các cơng trình cầu, kết cầu bề tông được sử dụng làm dẳm, kết cấu, mặt cầu, kết cầu trụ, tháp, kết cầu mồng, v.v Kết cấu bê tông cũng được sử đụng khá phố biển dễ làm mặt đường cứng cũng như sẵn bay
HHẫu hết các kết cấu nha cao ting, clu cũng như đập thuỷ lợi, thuỷ điện được xây
dụng ở nước ta thời gian qua đều là các kết cầu bê tông Theo các thẳng kẽ chưa đẫy đủ
thi cơng trình bằng kết cấu bê tông chiếm khoảng 70% số cơng 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 nay trong xây dựng Một số dạng kết cấu bê tông điễn hình được giới thiệu tơm tắt như
Nha nhiéw tang là đạng cơng trình phổ biến nhất sử dụng kết cấu bê tơng Các cơng
tiình này được xây dụng chủ yếu theo cách ỘchẳngỢ lên nhau ode ting cổ câu trấc tường
đối giống nhau Do lợi thế về khả năng chống cháy, bê tơng có tru điểm rõ rệt so với các
Vat 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 đổi với dao động trong các kết cấu
bằng bê tông cốt thép cũng nhỏ hon đồng kế so với khi làm bằng vật liệu khác Những
lợi thể này có vai trị đặc biệt đối với hệ thống chịu lực của các toà nhà chọc trời
Các công trình mái có khẩu độ lớn bằng kết câu bê tông được xây dựng đẻ phục vụ
cho những mục đắch khác nhau, Đặc điểm cơ bản và chung nhất của các cơng trình loại
này là có mái bao phủ một điện 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 gỗ 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 giãn
-vô mỏng nhiều lớp hoặc kết cấu vòm cuỗn (Hình 1.3)
Trang 23
Hinh L3 Mai v6 Isler bing BTCT 6 gin thinh phd Bern, Thuy 59 [7]
Catv 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,
chu đường 6 10 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 cơng trình cầu bao gồm kết cấu phần tiên và kat edu phần đưới Kết cầu phần trên bao gằm kết cầu chịu lực và hệ mặt cầu ỘTuy theo hinh dang và đạc điểm chịu lực mà kết cầu này được phân biệt thành cầu bản, cầu dằm, cầu khung, cầu vòm, cầu dây văng, cầu đây võng và các dạng cầu hỗn hợp khác như cầu extradosed, v.v Két cdu phin đưới bao gồm móng, mổ và trụ Các cơng
trình cầu chịu tác động của thời tiết và ảnh hưởng của môi trường mạnh hơn rõ rệt so
ới các cơng trình nhà cửa Do tru điểm về tuổi thọ, bê tông cốt thép được sử dụng rấ phổ biển trong xây dựng cầu Nhược điểm vi trọng lượng bản thân lớn đã phần nảo được khá phục hờ kết ấu bề ông dự ông lực
Hinh 14 Câu Bãi Chây,tÂu dây văng một mặt phẳng đấy với dâm chắnh bằng kết cấu bề tông Tháp vả cột tháp, về ting thể, là những cấu kiện kiểu công son liên kết cứng với nỀn
"móng Thắ dụ về dạng kết cầu này là các loại tháp đứng độc lập, như thấp truyền hinh,
tháp thông tỉn, ông khỏi, tháp chng, v.v Ngodi ra, có những kết cầu dạng tháp làm
lệc như là các bộ phận của một cơng trình, như trụ cầu và tháp cầu, chân giản khoan trên biển 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 va khả năng tạo đáng dễ dàng, bê tông tắt hny
được sử dụng đối với các cơng trình tháp và cột tháp
Trang 24
Cle Kết cấu bỂ cháu được chia thành sô và bunker, dùng để chứa các chất nhớt, đăng làm bễ chứa chất lòng và kết cấu bảo vệ Dụ chịu ấp lực từ bên rong, thành bỂ chứa chủ yêu chịu kéo hoạc kéo uồn kết hợp Do vậy, trong rất nhiều trường hợp, các bể nây được xây dựng bằng kết cầu bề tông dự ứng lực
42 SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIÊN CỦA BÊ TONG COT
THÉP
Bê tông, với khái niệm là một vật liệu hỗn hợi được chế tạo từ cốt liệu và chất kết
dinh, đã được sử dụng như là một vật liệu xây đựng ngay từ thời La Mã Tuy nhiên vio
những năm đầu của thể kỷ 19, khi xi ming được phát minh, bê tông sử dụng xi mang
lầm chất kết dắnh mới bắt đu được sử dụng rộng rãi Năm 1801, Cojgnet đã công bổ thiên cứu của mình về các nguyên tắc xây dựng bằng bê tông cũng như các hiễu biết Ổ2 kha năng chịu kếo kém của bê tông Năm 1850, Lambot, lin đầu tiên, đã chế tạo một thụyẾn bằng vữa xắ măng lưới thép và thuyền này đã được triển lãm tại Paris năm 1855 kevennen, một kỹ sơ người Đức, đã lần dẫu tiên để xuất đưa cốt sắt vào vũng bê tông shiu kéo vã, năm 1886, đã công bố các bản thảo về lý thuyết và thiết kế kết cầu bê tông cốt thép Những năm sau đó, rắt nhiều tiến bộ trong lĩnh vực bế tông cốt thép đã đạt
được ở nhiều nước như Pháp, Đức và dẫn đến việc thảnh lập Hiệp hội bê tông Đức vào
Ổnim 1910 và sau đó là các Hiệp hội bê tông Áo cũng như các Viện nghiên cứu bê tông ỘAnh, Viện nghiền cứu bé ting Mỹ, Bên cạnh các viện nghiên cứu quốc gia, các tổ chức
quốc tế về be tong cũng đã được thành lập Liên đồn bể 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 đoàn bê tổng quốc tế (fEdmtion
internationale du béton, viết tắt là fib)
Bê tổng dự ứng lục đã được Frevesinet, một kỹ sự người Pháp, đề xuất và chế tạo thành công vào năm 1928, Từ đô kế cấu bể tổn cỐt thép và kết ấu bề tông dự ứng lực đợc sử dụng ngÌy cảng nhiề cho các ứng đụng khác nhau
Các lý thuyết về cường độ tới hạn đã được sử dụng trong tiêu chuẳn thiết kế kết cầu
bê tông cốt thép tại Liên Xô (cũ) từ năm 1938 Lý thuyết này, sau đỏ, được sử dụng tại
ỔAnh và Mỹ vào năm 1956 Phương pháp thiết kế theo các trang thái giới hạn đã được sử dụng ở Liên Xô (sỡ) từ năm 1955 Hiện nay, phương pháp này đang được hoàn thiện và
được sử dụng phô biến ở rất nhiều nước trên thé giới như Mỹ, Châu Âu, Nhật, v.v Các
ỘTiêu chuẩn tắnh toán, thiết kế kết cầu bê tông cốt thép của nước ta cũng ấp 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 đồi hỏi phải có những dang kết cấu mới
ỘTrong thời gian gằn đây, các dạng kết cấu liên hợp, kết cầu lại (hybrid structures) dang được nghiên cửu phát triển mạnh mẽ
13 TONG QUAN VE QUA TRINH THIET KE KET CAU BE TONG COT THEP
ỘThiết kế kết cầu bể tông, cũng như khi thiết kế các kết cấu khác, có thể được xem hư là một quê trình thữ dần bao gồm các giai doan có liên quan chất chẽ với nhau là thiết kế sơ bộ, phân tắch và thiết kế chỉ it
13.1 Thiết kế sơ bộ
Thiết kế sơ bộ là phần quan trọng và sắng tạo nhất của quá tình thiết kế Trong giai
đoạn này, các kỹ sư thiết kế sẽ xác định đạng kết cấu, kắch thước sơ bộ của các bộ phần
cũng như tải trọng dự kiến Để thoả mãn các chức năng yêu cầu của công tình, người kỹ sự thiết kế phải vận dụng nghệ thuật, kinh nghiệm, các kiến thức về kỹ thuật xây dưng, tắnh trực quan và tắnh sáng tạo Kinh nghiệm thường đồng vai trò quan trọng trong việc tìm ra ác giải pháp phù hợp nhất trên cơ sở hãi hoà các yêu tổ như yêu cầu
của chủ đầu tư, yêu cầu kiến trúc, tiêu chuẩn, điều kiện môi trường, sự sẵn có của các
vật liệu thành phần cũng như điều kiên và khả năng thắ công, v.v
4.3.2 Phan tich két cdu
ỘMặc đắch cia qué trinh phen tich 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 cầu thật được mơ bình hoá thành các sơ đồ tắnh với việc sử dụng các giả thiết phủ hợp với các nguyên lý thế
thực tế của kết cấu ở các trạng thái khác nhan
và sự lầm việc
ĐỂ phân tắch tổng thể kết cấu trong gisi đoạn khai thúc chịu các tác động thông thường, sơ đồ tắnh thường được xây dựng bằng việc áp dụng các giả thiết đã được sử đụng trong các môn học như Sức bên vặt 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 lâm việc đàn
Đồi uyển tắnh, Những giả thiết này làm giảm đáng kẻ khối lượng tắnh toán, đồng thi, vẫn phản ảnh tương đối chỉnh xác sự làm việc thự tế của kết cầu
Khi ehịu các tác động đặc biệt như động dit, gid bão lớn, va tâu, v.v kết cầu được
thiết kế làm việc ở các trạng thái giới hạn về cường độ Lúc đó, bê tơng hoặc bê tơng cốt
Trang 26phat trién của các vất nứt Do khối lượng tắnh toán lớn, các phân tắch dạng nay thường được thực hiện trên các chương trình máy tắnh hiện đại
Khi phân tắch kết cầu trong giai đoạn thi công, bề tông hoặc bề tông cốt thép cũng
thường được mô hình hố là vật liệu làm việc dân hồi tuyển tắnh dưới tác dụng của
ngoại lực Tuy nhiền, ở giai đoạn nây, do bê tông cổ tuổi khả nhỏ nên những yếu tế có liên quan đến thời gian như cơ ngột, từ biển, sự biển thiên cường độ và độ cứng của nỗ
e6 ảnh hưởng đãng kể đến biển dạng, chuyển vị và nội lực của kết cấu Do vậy, việc
phân tắch kết cầu trong giai đoạn thì công cần xem xét đến những yêu tổ này,
1.3.3 Thiétké chi tiét
ỘTrong siai đoạn này, người thiết kế sẽ tắnh toán các kắch thước chắ tiết cũng như xác ịnh số lượng và bổ tắ ật liệu thắch hợp cho từng bộ phận kết cầu trên cơ sở các thành
phần nội lực đã được xác định từ phân tắch tổng thể Mặc dù nội lực của các bộ phận kết
cu thường dược xác định trên các sơ đồ tắnh với giả thiết về sự làm việc đàn hồi tuyển "ul sửi bể tổng nhưng khi thiết kế chỉ iết, người thiết kế cần phải tắnh đến các ứng xử
thật và phức tập của vật liệu này
Thiết kể chỉ tiết cũng là một quá trình thử dẫn với việc xác định kắch thước, lựa chọn và bổ trắ vậ liệu và ắnh đuyệt để đảm bảo rằng, mọi bộ phận kết cẪu đều thoả mãn các êu cầu về cường độ, độ bền, độ cũng, độ ôn định, v.v Đối với kết cầu bề tơng, đây là một q tình đôi hôi phải xử lý ắt nhiễu tham số khác nhau như kắch thước của mặt ÂL chủng loại và diện ắch của cốt thép, mơ hình lâm việc củn bê tổng và cốt thép, v.v Bên cạnh những mơ hình vậtliệu được đề xuất theo các writ lý thiết kế, các kỹ sư phải phổi hợp rất nhiều phương phảp 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 tỉnh cường độ kháng
cẫ), các phương pháp gin ding (vi dy, tắnh duyệt mặt cất với gia thiết là ứng suất trong
bê tông phân bổ dạng chữ nhật) cũng như các mỏ hình suy luận (vắ dụ, giả thiết mặt cất
phẳng khi chịu uốn)
ỘTuỷ thuộc vào đặc điểm cấu tạo và chịu lực, cách tắnh toán đối với từng bộ phận trong kết cầu bê tông cũng khắc nhau Các khu vực ở xa điểm đặt lực có thể được thiết KẾ và tắnh toán bằng các phương pháp mặt ắt thông thường Tuy nhiên, các khu vực ở sgn dim dat lực hoặc cô cầu tạo phức tạp cần được thiết kế theo các phương pháp thắch,
hợp hơn như phương pháp dòng lục hay phương pháp sơ đồ hệ thanh, v.v,
Trang 27TONG QUAN VE MOT SO PHUONG PHAP THIET KE KET CAU BE TONG COT THEP
Các À &sxẾ và phong php tinh toan, shige hE kết cấu bể tổng dã đạt được rất snubs Se Bề căng với sự phát iển của công nghệ vật liệu, phương pháp và thiết bị thắ Ổkha ning tinh tan trọng thời gian qua
dean đẫu thể kỹ 20, kết cấu bê tổng được tắnh tốn và thì
Xe, theo độ, các vật liệu trong kết cấu được giả thiết lả lâm việc dân hỏi se sào đến khắ bị phá hoại Điễu kiện an toàn của một kết cầu được xác định Ổrin os s0 59 sinh img suất lớn nhất đa tác động bên ngoài sinh ra với ứng suất cho bám là gia tắ được cổ được từ ứng suất gây phá hoại vậ liệu và được chiết giảm bằng Ổbg sẽ so soạn Hệ số an toên được xác định từ việc xem xét các yêu tổ như tắnh đồng "bất vã chất lượng của vặt lều độ chắnh xác của việc chỗ tạo, sự su lệch giữa ải rọng thc tế với tải cong tắnh toán cũng như tẩm quan trọng của kết cấu Phương pháp ứng suất cho phép la mot wong những phương pháp thiết kế được sử đụng rộng rãi rong thể kỳ 20 Cho đến nay, phương pháp này vẫn được sử dụng rong một số tiêu chuẫn thiết kế kết cầu thấp, Tuy nhiền, việc áp dụng phương pháp ứng sưới củo phép đễ tiẾt kế kết cấu bê tổng tô ra lả không thật thắch hợp do bê tông là vật liệu cổ tắnh đân dễo cao và trạng thải ứng suất của nó chịu nhiều ảnh hưởng của các yếu tổ phụ thuộc thời gian như có ng, từ biển, v.v
ỘTứ giữa thể kỹ 20, một phương pháp tắnh toán và thiết kế khác được phát triển là phương pháp theo nội lực phá hoại Theo phương pháp này, điều kiện an toàn của kết cấu được xác định trên cơ sở so sánh nội lực lớn nhất trong kết câu do tải trọng tiêu chuẩn sinh ra với nội lực làm phá hoại kết cấu (gội lực phá hoai), Nội lực phá hoại được xác định dựa trên các kết quả thắ nghiệm và có xét đến sự làm việc có biển dạng déo cia bê tông và cốt thép Phương phấp 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 tổ ảnh hưởng đến độ an toàn của kết cấu
+4 kế theo ứng
Phương pháp tắnh toán và thiết kế được sử dụng rông rãi nhất hiện nay là phương pháp trạng thái giới han Theo phương pháp này, độ an toàn của kết cầu 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 Trang thải 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 trang 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 trang thái giới hạn đặc
biệt Sự biển thiên của từng loại tải trọng vả sức kháng của kết cấu được xác định theo
phương pháp xác suất thống kế và được xét đến trong tắnh toán thông qua các hệ SỐ
Trang 28
ỘCác hệ số tải trọng và sức kháng được quy định khác nhau cho các trạng thái giới han khác nhau,
Nhiệm vụ của kỹ sử th tâm bảo cho kết câu không bị rơi vio ede trạng thi giới hạn tong thời gian phục vụ dy kiến của nó, Phương pháp tắnh toán, thiết kế theo trạng thải giới bạn đang được coi là phương pháp tiên tiền nhất do có cơ sở khoa học rõ
Trang 29CHƯƠNG2_ VẬT LIỆU
21 BÊ TÔNG
2.1.1 Thành phần của bê tông,
Cúc vẫn để kỹ thuật liên quan đến việc chế tạo bê tông và các quả trình hóa học phúc tạp xây ra khi thủy hóa đã được mơ tả trong các tải liệu vẻ vật liệu xây dung Chương này chỉ tôm tất một số tỉnh chất và đặc trưng quan trọng của bể tơng, có liền quan đến sự làm việc của kết cấu bê tổng cốt thép
Cée thanh phần quan tròng nhất của bê tông lã xỉ măng, nước và cốt liệu Bến cạnh đổ, các loại phụ gia như phụ gia hoá đêo, đông cứng nhanh, siêu déo và các chất độn hoạt tắnh như bột silie, tro bay, v.v dang được sử dụng ngày cảng nhiều và đang trở thành những thành phân không thể thiểu 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 gitta xi mang và nước Xi măng Portland chứa một lượng lớn các silieat canxi Cac silicat này phản
ứng với nước để ạo ra các hiđroxit iieat eanxi, là thành phần chủ yêu tạo nên cường độ của bê tông, và hidroxit canxi là thành phần tạo nên tắnh kiểm cho bê tông, Xi mãng Portland côn chữa rieanxium aluminate (C3A) lã thành phần tạ tắnh kiểm cho bê tổng và hóa hợp tắt cả các i-on clo có thể cổ mặt trong hỗn hợp Bảng 2.1 cung cấp một số
dang xi mang tiéu chuan theo ASTM và phạm vì ứng dụng của chúng,
Bing2l Ở Cácdạmgtiễachuẩnciaxi măng Porlani được quy dnh rong Tiêu chuẩn ASTM[6]
Kiểu | Đặc trưng Ứng ở
1 | 3i măng thông thườngỢ Các ứng dựng phố thông
HH |tượngGAthấp ỘChống sưn phát rung bình, ơa nhiệt li thủy hóa ở mức trưng bình .HỊ | Nhiều bột mìn và/hoặc lượng CS cao | Cường độ cao sổm; đổ bê tông ở nhiệt độ thấp, AM [Lượng CS và CyA thấp ỘTéa nhiệt khi thủy hóa, đố bê tơng các khổi lớn V _ | tượng GA thấp Chịu sơn phát
Thông thường, cốt liệu chiếm khởảng 70% thể tắch bẻ 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, t liệu có ảnh hưởng đối với cường độ ắt hơn là đổi với mô đun đàn i lượng thể tắch của bê tông Trong các thuộc tắnh của hỗn hợp cốt liệu, thản phần hạt có ý nghĩa quan trọng hơn cả, nó quyết định lượng nước cần thiết để đạt được
thành phần bê tông tươi mong muốn,
Trang 30DA thay hỏa, xi măng cần một lượng nước tối thiểu khoảng 25% khối lượng eda xi mõng, Dù rất muốn sử dụng lượng nước tổ thiêu trong hỗn hợp nhưng nêu không sử dng phy gia thi ty 1g nuéc/xi mang khoảng 30% là giá tr 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 trồng nhỏ wong dé xi mang, lam 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
thắm nước, eo ngót đùng như tử biển của bê tông Bê tông được sử đụng trong các kết cầu bẽ ông cốt thép cỏ cường độ thông thưởng trong khoảng 18 đến 60 MPa nén ching
phải có một tỷ lệ nước/xi măng thắch hợp
Dé cai thiện 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, Pấm gia hoá đềo lâm tầng tắnh công tác của bổ lông giảm lượng nước cần sử dụng Phụ gia đơng cứng nhanh có tác dụng làm tăng tốe độ đông cứng của bê tông phù hợp với những bộ phận kết cấu cần
dune dima vào chịu lực sớm, Ngược lại với loại phụ gia này là phư gia làm châm đông
inne diye dling cho b8 tông được đỗ trong thời tiết quá nóng, hoặc được đỗ với khôi
lượng lớn dễ loại trừ các mối nối khô cũng như cho bê tông được chuyên chở với cự ly
xa Ngồi ra, cơn có các loại phụ giơ nở lâm tăng thể tắch của vữa bơm trong ống gen cắp dự ứng lực, phụ gia trợ bơm để làm tăng tỉnh linh động của bê tông khi bơm, v
ỘTrong bê tông có cường độ thơng thường, vùng dắnh bám giữa dé xi mang 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 yêu này trong bê tông thường phụ thuộc vào việc sản xuất bể tông, Để cải thiện cường độ, độ bền, tắnh chống thẩm và một số tắnh chất khác của bê tông người ta tìm cách loại bỏ bớt những vùng này thông qua việc sử dụng các chất độn hạt mjn, cổ kắch thước hạt nhỏ hơn nhiễu so với bạt xỉ măng, và phụ gia siêu dễo tắnh năng cáo,
Các phụ gia siêu dẻo lả các hợp chất polimer chứa các nhóm axit sulfonic có khả
năng ngũn cân sự tiếp xúc của nước với các chất dắnh kết trong thời gian đổ bê tông và
qua đó, tăng tạm thời tắnh công tá của bê tông Việc sử dụng các hợp chất này cho
phép sử dụng tỷ lệ nước/xì măng thấp (0,3 hoặc thậm chỉ 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
sao và tắnh thấm nước thấp
Pozzolans tw nhiên, tro bay, bột silic và xi lò cao là các chất độn hạt mịn đôi khi
được dùng để thay thể một phần và/hoặc tăng thêm một số đặc tắnh của bê tông, Bột
silie hay microsilica lả đồng sản phẩm khi chế tạo silie sắt Loại bột nảy mịn hơn xỉ
măng hàng trăm lần và có khả năng làm đầy các khoảng trống giữa các hạt xi mang
cũng như giữa các cốt liệu mịn, qua đó, tạo ra một cầu trúc bê tơng có độ đặc cao và làm tăng cường độ chịu nén của nó, Ngồi ra, các chất pozzolans còn phản ứng với hydoxit
Trang 31eanxi cổ cường độ thấp để biến chúng thinh ede hydoxitsiieat eanxi cổ cường độ cao Khi dùng để thay thể khoảng 5% đến 10% xi ming porland, chất này có thể tạo ra bê tông cường độ cao như vắ dụ được mô tà trong Bảng 2⁄2
Việc sử đụng hợp lý các chất phụ gia siêu déo tinh năng cao cùng với các chất độn "hạt mịn như đã nói ở trên có th tạo ra các hỗn hợp bê tông cổ cấu trúc ối ưu với cường độ chịu nén đến 150 MPa hose hơn ngay tai công trường [7] Các bê tông này không chỉ cố độ bên cơ học mà côn độ bên hoá học, tuổi thọ cũng như độ chẳng thắm cao Vi Ộnhững lý do đó, chúng được gọi là bê tông tắnh năng cao (High Performance Concrete Ở
HPC)
ing22 MOL v1 dy ME thin phn cho berg cudng 40 ca sé dung gt sii {6}
Thành phần Hàm lượng, Xi máng 420 kg?
Bit side 30kajmẺ
Cắt (05 mm) 825 kay?
(cat thô 945 ky?
Nước 453)?
Pru giasiéudéo | 8,5 um?
ỘTỷ lệ nước mắng, | t53/(420+30) =0,3%
E" 260 mm
Cưỡng - độ - Khối | 248MPasau7 ngày văn 98/4 MP2 sau 28 ngày
3133 MPa sau 90 ngày Khổilượng thế tắch _| 2⁄30 kg/m)
2.1.2 Đặc tắnh của bê tông non
Bê tông đưới khoảng 3 ngây tobi được xem là bể 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%4 Một số đặc trưng của bê tông non là: ề _ Nhiệttăng mạnh và, do đó, có sự trao đổi nhiệt lớn với mỗi trường xung quanh, s Ẽ Thể tắch thay đổi lớm,
ềẹ _ Các đặc tắnh cơ học biển đổi ihanh 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 máng và loại xi mang Thong thudmg, cường độ xi măng càng cao thỉ lượng nhiệt toá ra cảng lớn Hom nia, xi mang Id cao gii phóng nhiệt hơn 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 bể mặt cảng lớn so với thể tắch thĩ sự trao đổi
nhiệt cảng 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 tao đổi
nhiệt xây ra trên bể mặt cấu kiện bê tông, sự phân bổ nhiệt độ trên mặt cắt ngang là
KHông dỀu, đặc biệt rong các cầu kiện có bề dày lớn, Biểu đồ nhiệt độ trong cầu kiện có thể dựợc phân tách thành ba phần như được thể hiện trên Hình 2.1
"Phụ thuộc vào thời điểm xem xét, thành phần nhiệt độ thứ nhất (.Af,) làm tăng hoặc làm giảm thể tắch và thành phần nhiệt độ thứ hai (AT) gây uỗn cấu kiện Nếu các biển
slang mig bean
bởi các điều kiện biên hoặc trọng lượng bản thân, trong kết
xuới hiện ứng suất tường ứng Những ứng suất được gọi là ứng suất cường bức do
t dược sinh ra bởi sự cản trở biến dạng
Hình221 - Biểu d nh độ vibathảnh phn 8 nh dng sult rong cấu kiện bề tông đo sự chếnh lệch nh độ [7] ỘThành phần nhiệt độ thứ ba {.AT,,) không phụ thuộc vào sơ đồ tinh hoe và luôn luôn
gy ra ứng suất trong mật cắt bê tông Đặc của ứng suất này là tự cân bằng nên
Yhông gây ra sự thay đài nội lực trong kết cấu Do đó, nó cũng thường được coi là ứng
suất riêng
Ngoài nguyên nhãn chênh lệch nhiệt độ, sự mắt nước trong những ngày đầu tị
cũng có thể gây ra các ứng suất đung kể trong bê tông, dẫn đến xuất hiện các vết nứt bề
mặt hoặc vết nứt tách hoàn toàn, gây nguy hiểm đối với khả năng sử dụng và trước hết
là đổi với tuổi thọ của kết cấu Nguy cơ này có thể dược siâm thiểu, trước hết là nhờ sự
lựa chọn thành phần bê tông và việc bảo đưỡng bẻ tơng Ngồi ra có thể áp dụng các
giải pháp cầu tạo để hạn chế bề rộng cuc vết nứt có thể xuất hiển Cúc quá trình xảy ra
liền quan đến sự thuỷ hoá xi mãng trong những giờ và nhữnƯ ngảy đầu tiên có ý nghĩa
Trang 33
Ổquan ưọng đối với các tắnh chất của bê tơng đóng rắn và, do đó, đối với tuổi thọ của kết
cầu bê tơng, Vì vây, 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 cúc thuộc tắnh của bê tông trong gi
đoạn đầu
Sự phát triển cường độ và mô đun đản hi của bê tông theo thời gian có thể được biểu diễn như trên Hình 22 Trong khoảng bồn đến sáu giờ dẫu tiên sau khi nhào trộn, cả cường độ chịu nền lẫn cường độ chịu kéo của bê tông hẳu như không tăng, Sau đồ, đến giai đoạn cường độ phát triển rất nhanh và cuỗi cùng là giai đoạn cường độ phất triển chậm lại Sau 28 ngây, sự tầng cường độ quan sắt được chỉ rất ắt Sự biển thiên của cường độ bê tông theo thời gian với ba giai đoạn kể trên phụ thuộc vào việc lựa chọn
măng và sử dụng phụ gia bề tông Vắ dụ, việc sử dụng phủ gĨa đông cứng chậm dẫn d kéo dài giai đoạn ninh kết, hoặc việc sử đụng xi mang có độ toà nhiệt thấp dẫn dồn sự phật tiên cường độ chậm hơn và đồng đều hơn Ngoài ra, các quan sắt cho thấy rằng,
mỏ đun đàn hồi và cường độ chịu kéo của bê tông tăng nhanh hơn so với cường độ chịu
nên của nó +0)/ ặ(0/1, 99 FF os MMeendannôi | BT 7 OS os L / tf cums chà ko a | oa : |
& L Cường độ chủ nên
mm Tuổi bê tổng
Hinh2.2 Sựpnriễn cường độ và mô đơn đần hồi của bề tổng theo thd gan [7]
2.1.3 Phân loại bê tông
Bê tơng có thể được phân loại theo cẫu trúc, khối lượng riêng, cường độ chịu nền, mức độ chống thắm cũng như phạm vi sử dụng
ỘTheo cấu trác, bê tông được phân loại thành bế tổng đặc, b tơng có lỗ rổng, bể ting xép, v3,
Trang 34Ổ= ỔTheo khối lượng thể tắch, bê tơng có các loại như đặ rồng nhe (khối lượng thể tắch <1800kg/mỢ), bê tổng năng (+ =2300.+2500kgÍm`) và bổ tổng đặc biệt
năng (>2500kg[mẺ)
ề_ Theo cường độ, bễ tông được phân loạỉ thành 5ặ rồng Ưhưởng với cường độ chịu
nén trong khoảng 21 MPa đến 60 MPa, bế tông cường độ cao cõ cường độ chịu
nén trong khoảng 60 MPa đến 80 MPa và 6ê tống cường độ cực cao có cường độ chịu nén đạt đến 120MPa hoặc hơn
ề Theo phạm vi sử đụng, bê tông được phân loại thành bể rổng kér edu, bé đông: cách nhiệt, bề tông chẳng phng xa, bê tông chẳng xâm thực, bê tông thuỷ công,
244 Các tỉnh chất cơ lý của bê tơng đã đóng rắn
2.1.4.1 Cường độ chịu nén đọc trục của bê tông
ỘCông độ chịu nên dọc trục (sau đây được gọi là cường độ chịu nén) là ứng suất lớn t mà mẫu bê tơng có thể chịu trước khi bị phá hoại Cường độ chịu nén là một tong những Lắnh chất quan trong nhất của bê tông được sử đụng trong kết cấu Có rất nhiều tham số ảnh hưởng đến cường độ chịu nén của bê tông, trong đô phái kể đến cường độ và cấp phối của cát liêu, lệ nướe/xi mang và cường độ xì măng Cường độ chịu nén của bề tông được xác định bằng thắ nghiệm, phụ thuộc vào kắch thước và hình đạng mẫu, điều kiện bảo đưỡng cũng như phương pháp thứ Để thu được các kết aud e6 thé so sảnh được, các tiêu chun quốc tổ và trong nước đều có những quy định chat chẽ về các yêu tổ nối rên
Hu tiết các Tiêu chuẩn dẫu quy định tuổi của bề 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 mãnh của mẫu thử có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ của những mẫu bị kiém ct
ngang ở mặt tiếp xúc với tắm đặt tải của máy thử G những mẫu này, độ mảnh cảng nhỏ thị cường độ chịu nền cảng lớn Với những mẫu không bị
ảnh hưởng của độ mảnh là không rõ néi 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 nẻn Ở
những mẫu bị kiểm ché biển dạng ngang và có độ mảnh nhỏ, một phản 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 kiểm 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 hướng của sự kiểm chế biển dạng ngang ở mặt tiếp xúc đến cường độ chịu nén của
Trang 35Hình dạng mặt cắt ngang và kắch thước mẫu thử cũng có ảnh hưởng đến cưởng độ chịu nén, Các mẫu thử có mặt cắt ngang bình vng chịu ảnh hưởng của sự kiểm chế
biển dạng ngang ở mặt tiếp xúc nhiều hơn so với các mẫu có mặt cắt ngang hình trịn
Cường độ chịu nén được xác định với các mẫu có kắch thước lớn sẽ cổ giá tị nhỗ hơn
với các mẫu có kắch thước nhỏ Hình 2.3 thể hiện sự ảnh hưởng của kắch thước mẫu thir
.đến cường độ bể tổng và Hình 2.4 thể hiện sơ đỗ phá hoại của mẫu th,
Theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-035, đổi 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 bình trụ có đường kắnh 150 mm và chiều cao 300 mm, Bê tông khắ th "nghiệm có tuổi 28 ngày và được bảo đưỡng trong điễu kiện tiêu chuẩn, Thời gian chất
tải cho đến khi phá hoại là khoảng 2 đến 3 phút Theo Tiêu chuẩn AC 318-05, cường
độ chịu nén của bẽ tông được sử dụng trong các kết cầu xây dựng cũng được xác định theo tiêu chuẩn ASTM C-39
L4 7 7 i ee TY
1 ị 2 cơng độ mẫu hú nycó ki
TOT thước thay đết
20 .{, cường độ mẫu hình lập phương
| Z La 2 Mi |Ộ Ặ f- JIIIIMIIE ' ttf
ẹ Pha hoại khi biển ng ngng bị ân vở (b) Phá hoại khi biển dạng nang hg bh
A ee
Trang 36Tiêu chuẩn TCVN 3118-1393 quy định mẫu thứ để xá định cường độ chịu nên của bể ơng có dang hình lập phương với kiệh (hước mỗi chễu là 150 mm, Tuổi bẻ tông cũng được quy định là 8 ngày Ộrong tiêu chắn thâu Âu ECO, mẫu thữ này là ắnh tụ cổ đường knh 150 ni và chu cao 300 mm, hoặc khối ip phương cạnh bồng 150 mm Trong kh đ, mẫu thự theo Tidu chubn Due DIN EN 12 390-1 sẻ đạng hình tụ bay Binh Xi che nha ý số h/ứ =2 Đường kinh hay hiểu dại cạnh đ tối Điều bảng 3, lẫn đường kắnh ct lệu lớn nhất và Đường được lấy ng 100 mm hay 150 mm, Qua hệ bn
đảng giữa cường độ chịu nén được xác định theo mẫu hình trụ kắch thước 150x300mm , , với các
cường độ chịu nên được xác định theo cúc mẫu thứ hình lập phương khác, Ặ, được thể hiện trong Bằng 33
Đăng23 _ Hệ số quy đội cường độ bể tộng được xắc định theo các mẫu thử khác nhau với cường, độ mẫu nụ
Cường độ mẫu lập | Cường độ mẫu lập phương | Cường độ mẫu lập phương
phương 100x 100mm | 150x 150mm 200 200mm
1 420 116 i
heo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05, bê lông được sử dụng trong các cơng trình cầu thưởng cỏ cường độ chịu nén nằm trong khoảng 16 đến khoảng 70 MPa và bể tông cho
kửt cầu mật cầu phải cô cường độ tối thiêu la 28 MPa Hign nay, iệc sử dụng bề tông
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 thể tăng thêm từ 20 đến 40% so với cường độ được xác định tại thời điểm 28 ngày Đây được goi là hiện tượng rắn kết sau, Sự tăng cường độ nảy phụ thuộc trước hết vào sự phát triển cường độ theo thời gian của xi mang và tỉ lệ nước/xi măng Nói chung, tỷ lệ nước/xi măng cảng lớn thì sự tăng cường độ sau 28 cảng 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 bể tông sir dung xi mang
có cường độ phát triển chậm Sự tăng cường độ này của bê tông, tuy vậy, không được xXết đến trong các thiết kế thông thường,
2.1.4.2 Cường độ chịu nén đặc trưng của bẽ tông
Cường độ chịu nén đặc trưng hay cường độ đặc trưng của bê tông ~ được kỷ hiệu là
Ef =i gid tri 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 ké két cfu bê tông cũng như để phân cấp bê tổng
Một số Tiêu chuẩn hiện nay như TCXDVN, EuroCode, BS, v.v dùng cường độ chịu
Trang 37trên, quan hệ giữa cường độ chịu nén đặc trưng Ặ với cường độ chịu nén trung bình ý, của tập hợp mẫu thứ là
Se = +1640 en
`Với ơ_ là độ ch chuẪn của cường độ chịu nến của các mẫu thử trong tập hop
ỘTiêu chuẩn ACI quy định, chỉ có khơng q 1% xác suất cường độ trung bình của 3 mẫu thể liên tiếp nhỏ hơn cường độ đặc trưng hoặc 1% xác suất cường độ mẫu thử tiêng biệt nhỏ hon 0,9 lần cường độ đặc trưng Tương ứng, quan hệ giữa cường độ chịu "nến đạc trưng ẶỢ với cường độ chịu nén trung bình 7 của tập hợp mẫu thừ là
Ở_- [#+b34ụ Ýsuoung
em E 2aag-as (ƑS35MP) -
+1340 :
ane ase (>35MPa)
2.1.4.3 Cường độ chịu kéo của bô tông
Cường độ chịu kéo dọc trục, hay còn được gọi là cường độ nứt, được ký hiệu là Ặ,, là ứng suất kéo dọc trục lớn nhất mà bể tông cô 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 nay Thả đội hỏi các thiết bị đặc biệt Vi 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 /, được xắc định dựa trên thắ nghiệm uốn một thanh bê tông (Hinh
2.5) Phương pháp thắ nghiệm này thường cho kết qua tin cậy nên rất hay được sử
dung, 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 trì
cầu được thắ nghiệm theo Tiêu chuẩn ASTM C-78 với mặt cất thanh bê tông là bxh=150%150mm, chiéu dai miu thi gitta các gối là ⁄=450mmvà khoảng cách
siữa các điểm đạt lực là Z/3=150mm., Theo phương pháp thắ nghiệm này, cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông được xác định theo công thức
= PL/ow
"Nếu không thục hiện được thắ nghiệm thỉ có thể tắnh tốn cường độ chịu kéo dọc trực vã cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông theo cường độ chịu nến, ẶỢ, như sau [6]
Trang 38@3) : i :
+ aye ỘThông thường,
l;ết 2 {,=P/bhh M, =e f =0 #~0,63AJ : sk + (ẹ) Thắ nghiệm ép chế mẫu trụ 4 ~0657,
Hình2.5 _ Cácphươngpháp xác định cường độ chủu kéo của bê tổng
ỘTất cả các giả 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 01 đến 02 cường độ chỉu nén, nghĩa là
J, =(0,10+0,2) fồ
ỘThắ nghiệm ép chẻ, còn được gọi là phương pháp Braxin, là một phương pháp khác để xác định gidn tiếp cường độ chịu kéo của bê tông thông qua cường độ chịu ép chế Phương pháp này hay được sử đụng cho bê tông lm mặt đường Cường độ chịu ép chè được xác định từ việc nén một thanh bê tơng 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, ý của bê tông là
G4)
Trang 39
2.4.4.4 Sự làm việc của bê tông khi chịu nén một trục Ở các định luật
vật liệu của bê tông
ỘSự làm việc của vật liệu thường được mô tả thông qua quan hệ ứng suất ~ biển dạng ỘTrong việc tắnh toán và thiết kế kết cấu bể tông, quan hộ ứng suất Ở biển dạng khi chịu snến của bệ tông đồng vai tr rất quan trọng Cáe phương trình mổ tả quan bệ ứng suất ~ biến dang của bê tông còn được gọi lã các định luật vật liệu của nó
4 Cả lu thô Bê tông ae mất tiếp xúc của củt liệu
Hinh26 Quanhệứng suất biếndạng của bếtổng và của các vật liệu thành phẩn
Ộrong khi quan hệ ứng suất ~ bin dạng của các vật liệu thành phẫn 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 phỉ
tuyển (Hình 2.6) Thơng thường, độ cứng và cường độ của cốt liệu thô cao hơn của đã
xi mang (cốt liều thơ có cường độ thơng thường trong khoảng 100 đến 200 MP4) còn độ
cứng và cường độ của bê tông thường nằm giữa các giá tị của cốt liệu thô vã của đá xỉ
mang
Sự lâm việc của bể ông kh chịu nền có quan hệ chặt chế với sự hình thênh vết nứt đọc và sự nở ngang so với phương của lực tác đụng) của mẫu thắ nghiệm, Lusche, một nhà nghiên ctu người Đúc, đã si thich sy ình hành các vật nứt dọc như sau: rong bê tông thường, các hại ốtiệu thô nó chun là cling vi bin hon dé xi mang, Bo dé, ding Ive rong bê tơng có xu hưởng chạy tứ bại cốt liệu thồ này đến ạt uiêu thô khá, Trơng q tình đó, rong bề tông xuất hiện các ực chuyên hướng Các lục này, pha thuộc vào hướng của chủng, ẽ sinh ra lực nên nghiêng và lục kéo ngang, Chắnh cắc lực kéo ngàng này sánh a các ết nứt đạc trong bê tông [] (Hình 27) Sự phát iển và lan truyền các vỗtnữt nay lâm mềm Sặ tổn vã âm trên đường cong quan hệ ứng sut iển dạng Truếc hi bê ông bịphá hoại, ác vất nứt Ộ0Q, *ụngsong với phương chịu nén phát triển ắt mạnh và độ nỡ ngang của b tông cũng ắt lớn
_ Do nhiều nguyên nhân khắc nhau nên tại qhững vùng tếp xúc ga đá xi măng và tlệu bổ trong bể Xơng thường đã có sân các vết nứt trước khi chịu ải Các vất nứt này bắt đầu phát tiễn sau khi ứng suất Ổat bi khoảng 40% cường độchju nén, Từ mức ứng suẫ này, quan ệ giữa ứng suất và biển dạng trở nên khơng cịn tuyến tắnh Ứng suất cảng tăng lo, độ cứng của bể tông căng nhỏ đi Ở mức ứng suất vào
40
Trang 40khoảng 80% cường độ chịu nén, các vde nin phe kn trong ving vữn bể tông và chiễu dã các ắt nút" sho tng than he sự tăng của ti rong
2 oes! @
2.7 Swhinh thành lực kéo ngang trong bêtông chịu nén [6]
Irong bẻ tông cường độ cao, chênh lệch giữa cường độ của cốt liệu và của đá xi thông lớn như trong bẽ tông thường Nhờ vậy, sự tập trung ứng suất tại các cốt
liễu thỏ à không quá lớn, Các vết nứt nhỏ, do đó, phảt ở một mức ứng sult cao hơn mới bàt dẫu phát triển và đoạn thẳng trên biểu đổ quan hệ ứng suất Ở biền dạng của bê tông sưỡng độ cao dài hơn của bề tông thưởng Cường độ chịu nền 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
img suất tăng đều, sự phá hoại sẽ xảy ra đột ngột Nhánh đi xuống của bê tông cường độ
cao đốc hơn Do đó, phần năng lượng ứng với vàng sau phá hoại so với năng lượng toàn
bộ sẽ nhỏ hơn so với bê tông thường Như vậy, bê tơng cường độ cao giịn hơn bê tơng,
thường
Hình 2.8 thể hiện đường cong quan hệ ứng suất Ở biển dạng nhận được khi thắ
nghiệm một số cường độ bê tơng diễn hình và Hình 2.9 là sự tổng quất hoá các đường
cong này Các đường cong quan hệ ứng suất Ở biến dạng này cho thầy, khi cường độ bê
tông tăng, độ cứng của nó cũng tăng, tắnh tuyến tắnh lớn hơn và tắnh đẻo giảm đi Một
sổ mồ hình quan bệ ứng suất ~ bin đẹng điễn hình của bê tổng là:
+ _ Ouan hệ ứng suất ~ biển dạng tuyển tỉnh
Khi ứng suất nh hơn khoảng 0,60// quan he img sult Ở biến dạng có thể được mộ tả gẵn đăng bằng quan hệ tuy tắnh theo công thức sau:
La BSy @s)
Với Ặ là ứng suất trong bê tông va cy 1d bién dang ứng với ứng suất đó, , là mô đun đàn hồi của bê tông, được giới thiệu trong mục 2.1.4.5