CHƯƠNG 3 BÊ TÔNG CỐT THÉP

BÊ TÔNG CỐT THÉP CHƯƠNG 5 LÀ MỘT TÀI LIỆU MÀ KHÔNG SINH VIÊN NÀO THIẾU ĐƯỢC, GIÚP CHO CÁC BẠN LINH HOẠT TRONG CÁCH HỌC TẬP ĐỄ HIỂU DỄ TIẾP THU 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111

1 Yêu cầu cơ bản

2 Quy trình thiết kế

3 Tải trọng và tác động

4 Phương pháp thiết kế

5 Mô hình hóa kết cấu

6 Nguyên lý cấu tạo

- Độ bền vững của công trình

- Yêu cầu về công năng

- Yêu cầu về kiến trúc, thẩm mỹ

- Sử dụng vật liệu hợp lý

- Khả năng thi công

→ Bài toán kinh tế

Sản phẩm thiết kế:

- Thuyết minh tính toán

- Bản vẽ kỹ thuật

1 Thiết kế sơ bộ

- Xác định kiểu dáng, hình dạng của kết cấu theo phương án kết cấu tổng thể phù hợp

- Lựa chọn vật liệu (cấp độ bền bê tông, cường độ thép)

- Xác định kích thước sơ bộ (kích thước tiết diện và chiều dài hình học)

2 Phân tích kết cấu

- Xác định sơ đồ tính

- Xác định tải trọng và tổ hợp tải trọng

- Phân tích nội lực và chuyển vị

3 Tính toán kiểm tra điều kiện làm việc của kết cấu

- Tính toán bố trí cốt thép theo TTGH1 và TTGH2

- Kiểm tra khả năng làm việc theo TTGH1 và TTGH2

4 Tối ưu hóa quá trình thiết kế

5 Thể hiện bản vẽ kỹ thuật

- Trạng thái giới hạn (TTGH): là trạng thái mà khi vượt quá thì kết cấu không còn thỏa mãn các yêu cầu về khả năng chịu lực và sử dụng bình thường.

- Một thiết kế kết cấu tối ưu sẽ cân bằng các điều kiện khả năng chịu lực

(TTGH 1), điều kiện sử dụng bình thường (TTGH 2), và tính tối ưu về kinh kế (chi phí vật liệu, thi công)

Phân loại tải trọng

- Tải trọng thường xuyên - Tĩnh tải (dead load, permanent load)

• Khối lượng bản thân của các kết cấu (dầm, cột, sàn, vách, ban- công…)

cố định không thay đổi

• Khối lượng bản thân của các lớp cấu tạo và bộ phận phi kết cấu (vữa măng, gạch lót nền, lớp cách nhiệt, cách âm, mái tôn…)

xi Tải trọng tạm thời - Hoạt tải (live load, variable load)

• Hoạt tải dài hạn: khối lượng của trang thiết bị, máy móc cố định; khối lượng của vật bể chứa, kho; tác động của từ biến, co ngót

• Hoạt tải ngắn hạn: trọng lượng người; trọng lượng các thiết bị, máy

móc di động (xe nâng); gió

• Hoạt tải đặc biệt: động đất (seizmic load), cháy (fire load), nổ (explosive load)

Tải trọng thường xuyên - Tĩnh tải (dead load,

permanent load)

- Khối lượng bản thân của các kết cấu (dầm, cột,

sàn, vách, ban- công…) cố định không thay đổi

- Khối lượng bản thân của các lớp cấu tạo và bộ

phận phi kết cấu (vữa xi-măng, gạch lót nền,

lớp cách nhiệt, cách âm, mái tôn…)

Tải trọng tạm thời - Hoạt tải (live load, variable

load)

- Hoạt tải dài hạn: khối lượng của trang thiết bị,

máy móc cố định; khối lượng của vật bể chứa,

kho; tác động của từ biến, co ngót

- Hoạt tải ngắn hạn: trọng lượng người; trọng

lượng các thiết bị, máy móc di động (xe nâng);

gió

- Hoạt tải đặc biệt: động đất (seizmic load), cháy

Tải trọng tiêu chuẩn q tc

- Giá trị được lấy trực tiếp đặc trưng công trình (vật liệu) hoặc bảng tra trong tiêu chuẩn (Bảng 3, TCVN 2737-1995)

Tổ hợp tải trọng: Xem xét sự tác động đồng thời của các loại tải trọng tác động lên công trình

Theo TCVN 2737-1995, mục 2.4

- Khi chỉ có 1 hoạt tải: HT = 1

- Khi có 2 hoạt tải trở lên: HT = 0.9

- Khi có 2 hoạt tải trở lên và cần phân tích ảnh hưởng riêng biệt của từng loại hoạt tải:

- Với hoạt tải cần xem xét: HT = 1

- Hoạt tải thứ 2: HT = 0.8

- Các hoạt tải còn lại: HT = 0.6

… → sẽ tìm hiểu kỹ hơn trong môn học Kết cấu công trình bê tông cốt

1 Thiết kế theo ứng suất cho phép (Allowable Stress Design – ASD)

Giả thuyết tính toán:

- Coi bê tông là vật liệu đàn hồi

- Tiết diện phẳng (biểu đồ biến dạng hình tam giác)

- Bỏ qua khả năng chịu kéo của bê tông

- Mô hình ứng suất trên mặt cắt tiết diện được xây dựng từ kiến thức SBVL

- Không sử dụng hệ số vượt tải (tính toán theo tải tiêu chuẩn q n)

Ưu điểm:

- Tính toán đơn giản

- Kết quả thu được có độ an toàn cao

Nhược điểm

- Không phản ánh đúng sự làm việc của vật liệu và kết cấu

- Tốn kém vật liệu, không kinh tế

→ Không còn phổ biến trong các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành

1 Thiết kế theo ứng suất cho phép (Allowable Stress Design – ASD)

Điều kiện kiểm tra: ứng suất lớn nhất trong bê tông và cốt thép nhỏ hơn ứng suất cho phép tương ứng

2 Thiết kế theo trạng thái tới hạn (Limit State Design – LSD, Load And Resistance Factor Design – LRFD)

- Sử dụng hệ hệ số vượt tải cho tải trọng và hệ số độ tin cậy cho vật liệu (xem xét bài toán phân tích độ tin cậy – xác suất thống kê)

- Xem xét ứng xử thực tế của vật liệu và kết cấu (sự làm việc đàn dẻo của vật liệu)

Ưu điểm:

- Phản ánh đúng sự làm việc của kết cấu

- Kết quả thu được hợp lý, tiết kiệm vật liệu

Nhược điểm

- Tính toán phức tạp với nhiều hệ số được xem xét đến

→ Được sử dụng phổ biến trong các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành (TCVN, ACI, Eurocode, …)

2 Thiết kế theo trạng thái tới hạn

Trạng Thái Tới Hạn (TTTH): Mức giá trị được đưa ra từ các lý thuyết tính toán kết cấu và xác xuất thống kê mà theo đó, nếu ứng xử của kết cấu (nội lực, chuyển vị) vượt quá mức giá trị đó, kết cấu xem như không còn khả năng đảm bảo sự làm việc

2 Thiết kế theo trạng thái tới hạn

TTHG1: Liên quan đến độ bền của kết cấu Khi vượt quá TTGH1, kết cấu xem như

bị sụp đổ Tính toán theo TTGH1 nhằm đảm bảo kết cấu không bị phá hoại,

không bị mất ổn định, không bị hư hỏng vì mỏi

- : Thành phần lực tác động do tổ hợp tải trọng tính toán nguy hiểm

M N Q

2 Thiết kế theo trạng thái tới hạn

TTGH2: Liên quan đến sự làm việc bình thường của kết cấu (ảnh hưởng đến

công năng sử dụng) Tính toán theo TTGH2 nhằm đảm bảo kết cấu không xảy ra

sự hình thành hoặc mở rộng vết nứt quá mức, không xảy ra chuyển vị quá mức, không xảy ra dao động và các hư hỏng làm khó khăn cho việc sử dụng bình

f a

- Xác định điều kiện biên (tải trọng,

liên kết giữa các cấu kiện)

- Xác định các điều kiện

- Xác định phương pháp tính toán nội

lực và các điều kiện tính toán tương

ứng

→ Nội lực + chuyển vị

1 Lớp bê tông bảo vệ: Chiều dày lớp bê tông tính từ

biên (mép) cấu kiện đến bề mặt gần nhất của thanh cốt

thép

Lớp bê tông bảo vệ (c) cần phải đảm bảo được:

- Sự làm việc đồng thời của cốt thép với bê tông;

- Sự neo cốt thép trong bê tông và khả năng bố trí

các mối nối của các chi tiết cốt thép

- Tính toàn vẹn của cốt thép dưới các tác động của

môi trường xung quanh (kể cả khi có môi trường

- xâm thực);

- Khả năng chịu lửa của kết cấu

Trong mọi trường hợp:

(Trong môi trường biển, cần tham khảo TCVN

9346-2012)

max , s,10

1 Lớp bê tông bảo vệ:

2 Chọn kích thước tiết diện

Các yêu tố lựa chọn kích thước tiết diện BTCT

- Yếu tồ độ bền

- Yếu tố kinh tế

- Yếu tố kích thước ván khuôn

- Yếu tố công nghệ sản xuất (kết cấu lắp ghép)

Các kích thước phổ biến

- Dầm: 100, 150, 200, 250, 300, … (mm)

- Sàn: 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120… (mm)

- Cột: 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, … (mm)

Lớp bê tông bảo vệ:

Chiều dày tối thiểu

lớp BT bảo vệ

Thép chịu lực Thép đai

C 01(mm) C 02(mm) Bản sàn và tường 10 ~20 10 ~ 15

max s,10

3 Khoảng hở giữa các thanh cốt thép

Khoảng cách thông thủy tối thiểu giữa các thanh cốt thép (t) cần được lấy sao

cho đảm bảo được sự làm việc đồng thời giữa cốt thép với bê tông và có kể đến

sự thuận tiện khi đổ và đầm hỗn hợp bê tông

3 Khoảng hở giữa các thanh cốt thép

2 ,

n

i

4 Neo cốt thép

Để đảm bảo khả năng làm việc của cốt thép cũng như truyền lực qua lại giữa cốt thép và bê tông, cốt thép cần được cấu tạo đảm bảo neo chắc vào bê tông

4 Neo cốt thép

Neo cốt thép được thực hiện bằng một hoặc tổ hợp các biện pháp sau đây:

- Đầu các thanh thép để thẳng (neo thẳng)

- Uốn một đầu thanh thép dưới dạng móc, uốn chữ L hoặc uốn chữ U (*)

- Hàn hoặc đặt các thanh thép ngang (*)

- Sử dụng các chi tiết neo đặc biệt ở đầu thanh thép

(* chỉ đối với cốt thép không ứng suất trước)

Đường kính tối thiểu của gối uốn d bend

lấy không nhỏ hơn:

- Đối với thanh thép trơn:

4 Neo cốt thép

- Khi tính toán chiều dài neo cốt thép L an, cần kể đến biện pháp neo, loại cốt thép và hình dạng của nó, đường kính cốt thép, cường độ của bê tông và trạng thái ứng suất của nó trong vùng neo, giải pháp cấu tạo vùng neo của cấu kiện

- Các thanh cốt thép dọc chịu kéo và chịu nén cần kéo dài qua tiết diện vuông góc với trục cấu kiện mà ở đó chúng được tính toán với toàn bộ cường độ

tính toán một đoạn không nhỏ hơn chiều dài neo L an

4 Neo cốt thép

Chiều dài neo tính toán yêu cầu của cốt thép L an, có kể đến giải pháp cấu tạo vùng neo của cấu kiện, được xác định theo công thức

Trong đó:

- L 0,an: chiều dài neo cơ sở

theo thực tế

-  : hệ số kể đến ảnh hưởng của trạng thái ứng suất của bê tông và của cốt thép Với thép gân và thép trơn có móc chữ U không có chi tiết neo bổ sung: Cốt thép chịu kéo  = 1, cốt thép chịu nén  = 0.75

Trong bất kỳ trường hợp nào: L an  max(15d s , 200 mm, 0.3L 0,an)

Các yêu cầu khác: xem mục 10.3, TCVN 5574 2018

, 0,

4 Neo cốt thép

Chiều dài neo cơ sở L 0,an

Trong đó:

- R s : cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép

- A s : diện tích tiết diện ngang của thanh cốt thép được neo

- u s : chu vi tiết diện của thanh cốt thép được neo

- R bond : cường độ bám dính tính toán của cốt thép với bê tông

- R bt : cường độ chịu kéo dọc trục tính toán của bê tông

- 1 : hệ số kể đến ảnh hưởng của loại bề mặt cốt thép Với cốt thép không ứng suất trước

- 1 = 1.5 đối với thép trơn

- 1 = 2 đối với thép cán nguội có gân

- 1 = 2.5 đối với thép cán nóng có gân hoặc thép gia công cơ nhiệt

- 2 : hệ số kể đến ảnh hưởng của cỡ đường kính cốt thép Với cốt thép không

0,

s s an

bond s

R A L

5 Nối cốt thép

Mối nối chồng:

- Chỉ sử dụng cho cốt thép có

đường kính d s  40mm

- Không nên dùng trong vùng chịu

kéo tại những vị trí có các giá trị

không được vượt quá 50% (đối

với cốt thép có gân) hay 25%

(đối với cốt thép tròn trơn)

Khoảng cách giữa các tiết diện

nối lấy bằng chiều dài đoạn nối L lap  max 0.4( L0,an, 20 , 250d s mm)

5 Nối cốt thép

Mối nối chồng: Các mối nối cốt thép thanh

chịu kéo hoặc chịu nén phải có chiều dài

nối chồng không nhỏ hơn giá trị L lap

Trong đó

- L 0,an : chiều dài neo cơ sở (xem phần chiều dài neo)

với cốt thép trơn thì hệ số α lấy theo nội suy tuyến tính

- Tiết diện tính toán (*) của cấu kiện đang xét được lấy bằng một đoạn cấu kiện dài 1.3L lapdọc theo cốt thép được nối Các mối nối cốt thép được coi là nằm trong một tiết diện tính toán nếu tâm của các mối mối này nằm trong phạm vi chiều dài đoạn này.

, 0,

5 Nối cốt thép

Mối nối cơ khí:

- Các tính chất cơ học của các mối nối phải phù

hợp với các yêu cầu của TCVN 8163:2009,

TCVN 9390:2012, …

- Số lượng các thanh thép (có gân) chịu kéo

hoặc chịu nén được nối trong một tiết diện cấu

kiện bằng các mối nối cơ khí cho phép lấy bằng

100 % khi hàm lượng cốt thép dọc s  3% và

không lớn hơn 50 % trong các trường hợp còn lại

- Khoảng cách giữa các tiết diện của cốt thép được nối lấy bằng chiều dàiđoạn nối chồng Llap

- Khoảng cách thông thủy tối thiểu giữa các mối nối cơ khí được xác định bởikích thước bao của thiết bị nối (ép dập hoặc kéo ống nối) và lấy không được

nhỏ hơn 2d s và không nhỏ hơn các giá trị về khoảng cách thông thủy giữa các thanh thép

5 Nối cốt thép

Mối nối hàn:

- Các mối nối hàn cần được cân nhắc và tuân theo các yêu cầu kỹ thuật khắc khe liên quan đến biện pháp, điều kiện làm việc của kết cấu, tính hàn được của cốt thép và yêu cầu về công nghệ chế tạo Một số kỹ thuật hàn phổ biến như hàn đối đầu, hàn chồng và hàn đối đầu có thanh kẹp

Trường hợp thép trơn