bài giảng kết cấu bê tông sợi thép

d Đường kính tương đương quy đổi của sợi thép; d Đường kính danh định của các thanh cốt thép dọc; d Đường kính danh định của các thanh cốt thép ngang; e Khoảng cách từ điểm đặt lực dọc N

KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI – KHOA CÔNG TRÌNH BỘ MÔN XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

BÀI GIẢNG

(Lưu hành nội bộ)

Hà Nội, 2021

Mục lục

1 Phạm vi áp dụng Error! Bookmark not defined

2 Tài liệu viện dẫn 6

3 Thuật ngữ và định nghĩa 7

4 Ký hiệu 8

5 Chỉ dẫn chung 13

5.1 Yêu cầu chung 13

5.2 Yêu cầu tính toán cơ bản 15

6 Vật liệu cho kết cấu bê tông cốt sợi thép 18

6.1 Bê tông nền 18

6.1.1 Các chỉ tiêu chất lượng của bê tông 18

6.1.2 Giá trị tiêu chuẩn và tính toán của các đặc trưng của bê tông nền 18

6.2 Cốt sợi thép và cốt thép thanh 23

6.2.1 Các chỉ tiêu chất lượng của cốt sợi thép và cốt thép thanh 23

6.2.2 Các đặc trưng tiêu chuẩn và tính toán của cốt sợi thép và cốt thép thanh 23

6.2.3 Ứng suất trước của cốt thép thanh khi sử dụng cốt sợi thép kết hợp cốt thép thanh 25 7 Tính toán cấu kiện bê tông cốt sợi thép theo các trạng thái giới hạn thứ nhất 30

7.1 Yêu cầu chung 30

7.2 Tính toán độ bền cấu kiện bê tông cốt sợi thép chịu mô men uốn và lực dọc 30

7.2.1 Yêu cầu chung 30

7.2.2 Tính toán độ bền tiết diện thẳng góc theo nội lực giới hạn 31

7.2.3 Tính toán cấu kiện chịu uốn 37

7.2.4 Tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm 42

7.2.5 Tính toán cấu kiện chịu kéo đúng tâm 48

7.2.6 Tính toán cấu kiện chịu kéo lệch tâm 49

7.3 Tính toán độ bền tiết diện thẳng góc của cấu kiện bê tông cốt sợi thép ứng suất trước trong giai đoạn nén trước 50

7.4 Tính toán độ bền cấu kiện bê tông cốt sợi thép chịu lực cắt 53

7.4.1 Yêu cầu chung 53

7.4.2 Tính toán cấu kiện bê tông cốt sợi thép theo dải bê tông nghiêng nằm giữa các tiết diện nghiêng 53

7.4.3 Tính toán cấu kiện bê tông cốt sợi thép theo tiết diện nghiêng chịu lực cắt 54

7.4.4 Tính toán cấu kiện bê tông cốt sợi thép theo tiết diện nghiêng chịu mô men 56

7.5 Tính toán cấu kiện bê tông cốt sợi thép chịu nén cục bộ 57

7.6 Tính toán chọc thủng cấu kiện bê tông cốt sợi thép 60

7.6.1 Yêu cầu chung 60

7.6.2 Tính toán chọc thủng cấu kiện bê tông cốt sợi thép chịu lực tập trung 62

7.6.3 Tính toán chọc thủng cấu kiện bê tông cốt sợi thép chịu lực tập trung và mô men uốn tập trung 64

8 Tính toán cấu kiện bê tông cốt sợi thép theo các trạng thái giới hạn thứ hai 70

8.1 Yêu cầu chung 70

8.2 Tính toán chiều rộng vết nứt của cấu kiện bê tông cốt sợi thép 70

8.2.1 Yêu cầu chung 70

8.2.2 Xác định mô men hình thành vết nứt vuông góc với trục dọc cấu kiện 71

8.2.3 Tính toán chiều rộng vết nứt vuông góc với trục dọc cấu kiện 73

8.2.4 Tính toán chiều rộng vết nứt nghiêng với trục dọc cấu kiện 79

8.3 Tính toán cấu kiện bê tông cốt sợi thép theo biến dạng 80

8.3.1 Yêu cầu chung 80

8.3.2 Tính toán độ võng của cấu kiện bê tông cốt sợi thép 81

8.3.3 Xác định độ cong của cấu kiện bê tông cốt sợi thép 82

9 Yêu cầu cấu tạo 86

9.1 Yêu cầu chung 86

9.2 Kích thước hình học của kết cấu 86

9.3 Bố trí cốt thép 88

9.3.1 Lớp bê tông cốt sợi thép bảo vệ 88

9.3.2 Khoảng cách thông thủy tối thiểu giữa các thanh cốt thép 89

9.3.3 Bố trí cốt sợi thép và cốt thép dọc 89

9.3.4 Bố trí cốt thép ngang 91

9.3.5 Neo cốt thép không căng 92

9.3.6 Neo cốt thép ứng suất trước 94

9.3.7 Nối cốt thép thanh 95

9.3.8 Các thanh uốn 97

9.3.9 Thành phần của hỗn hợp bê tông cốt sợi thép 97

Phụ lục A (tham khảo) Phân loại sợi thép theo một số tiêu chuẩn 98

Phụ lục B (tham khảo) Các thông số kỹ thuật của một số loại sợi thép 100

Phụ lục C (tham khảo) Quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông nền 106

Phụ lục D (tham khảo) Một số trường hợp điển hình khi tính võng 109

Thư mục tài liệu tham khảo 110

Kết cấu bê tông cốt sợi thép

1 Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có)

TCVN 1651:2008, Thép cốt cho bê tông

TCVN 2737:1995, Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế

TCVN 5574:2012, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế

SP 28.13330.2012*, Защита строительных конструкций от коррозии (Bảo vệ kết cấu chống ăn mòn)

ГОСТ 13015-2003*, Изделия железобетонные и бетонные для строительства Общие технические требования Правила приемки, маркировки, транспортирования и хранения (Các sản phẩm bê tông và bê tông cốt thép cho xây dựng – Yêu cầu kỹ thuật chung – Nguyên tắc nghiệm thu, ghi nhãn, vận chuyển và bảo quản)

EN 14889-1:2006, Fibres for concrete - Part 1: Steel fibres - Definitions, specifications and conformity

(Sợi cho bê tông – Phần 1: Sợi thép – Định nghĩa, yêu cầu kỹ thuật và chứng nhận phù hợp)

2 Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa trong TCVN 5574:2012 và các thuật ngữ, định nghĩa sau:

3.1

Bê tông cốt sợi thép (steel fiber reinforced concrete, SFRC)

Bê tông nền với cốt sợi thép phân tán đều trong thể tích

3.2

Bê tông nền (concrete-matrix)

Bê tông nặng hoặc bê tông hạt nhỏ với cốt liệu đặc chắc

3.3

Chiều dài sợi thép (length of steel fiber)

Khoảng cách giữa hai đầu của sợi thép

3.4

Cốt sợi thép, sợi thép (steel fiber)

Các sợi thép ngắn được cắt từ thép tấm (hoặc băng) mỏng, phay từ phoi thép hoặc cắt từ dây thép tùy theo công nghệ chế tạo, dùng để làm cốt phân tán cho bê tông nền

3.5

Đường kính tương đương (quy đổi) của sợi thép (equivalent diameter of steel fiber)

Đường kính của đường tròn có diện tích tương đương với diện tích của tiết diện ngang ở phần giữa

của sợi thép Đường kính tương đương của sợi thép tiết diện tròn chính là đường kính của sợi thép 3.6

Kết cấu bê tông cốt sợi thép (steel fiber reinforced concrete structures, SFRC structures)

Kết cấu làm từ bê tông nền, trong đó chỉ dùng sợi thép phân tán làm cốt

Kết cấu làm từ bê tông cốt sợi thép (kể cả kết hợp với cốt thép thanh) mà bê tông nền của nó được làm từ xi măng tự ứng suất

3.9

Khối lượng cốt sợi thép trong một đơn vị thể tích (mass of steel fiber volume)

Khối lượng của một thể tích sợi thép phân tán trong một đơn vị thể tích bê tông cốt sợi thép 3.10

Hàm lượng cốt sợi thép theo khối lượng (steel fiber mass fraction)

Tỉ số giữa khối lượng sợi thép trong một đơn vị thể tích bê tông cốt sợi thép và khối lượng của chính

thể tích này, tính bằng phần trăm 3.11

Hàm lượng cốt sợi thép theo thể tích (steel fiber volume fraction)

Thể tích sợi thép trong một đơn vị thể tích bê tông cốt sợi thép, tính bằng phần trăm

3.12

Tỉ lệ hướng sợi (aspect ratio of steel fiber)

Tỉ số giữa chiều dài sợi thép và đường kính (hoặc đường kính tương đương) của nó

3 Ký hiệu

4.1 Nội lực trong tiết diện ngang của cấu kiện do tải trọng và tác động ngoài

E Mô đun biến dạng quy đổi của bê tông khi nén;

E Mô đun biến dạng quy đổi của cốt thép thanh nằm trong vùng chịu kéo của cấu kiện có vết nứt;

,f an

l Chiều dài neo tối thiểu của cốt sợi thép trong bê tông ứng với lúc bị kéo đứt khi nhổ từ bê tông nền;

R Cường độ chịu nén dọc trục tính toán của bê tông nền đối với các trạng thái giới hạn thứ nhất;

,fb bond

R Cường độ bám dính tính toán của cốt thép thanh (căng hoặc không căng) với bê tông cốt sợi thép;

,b n

R Cường độ chịu nén dọc trục tiêu chuẩn của bê tông nền;

,b ser

R Cường độ tính toán chịu nén dọc trục của bê tông nền đối với các trạng thái giới hạn thứ hai;

R Cường độ chịu kéo dọc trục tiêu chuẩn của bê tông nền;

,bt ser

R Cường độ chịu kéo dọc trục tính toán của bê tông nền đối với các trạng thái giới hạn thứ hai;

R Cường độ chịu kéo tính toán của cốt sợi thép đối với trạng thái giới hạn thứ nhất;

,f n

R Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của cốt sợi thép;

,f ser

R Cường độ chịu kéo tính toán của cốt sợi thép đối với trạng thái giới hạn thứ hai;

R Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép thanh đối với các trạng thái giới hạn thứ hai;

 Tỉ số mô đun đàn hồi của cốt thép thanh Es và của bê tông Eb;

 Biến dạng tương đối giới hạn của bê tông nền khi nén đều dọc trục;

 Biến dạng tương đối giới hạn của bê tông nền khi kéo đều dọc trục;

,fb sh

 Biến dạng co ngót tương đối của bê tông cốt sợi thép;

,b cr

 Hệ số từ biến của bê tông nền;

 Hệ số hiệu dụng của cốt sợi thép;

 Tỉ lệ hướng sợi , bằng lf /df red, ;

 Đặc trưng (hệ số) bám dính của cốt sợi thép với bê tông nền theo bề mặt tiếp xúc

4.3 Các đặc trưng vị trí cốt thép và cốt sợi thép trong tiết diện ngang của cấu kiện

k Hệ số, kể đến ảnh hưởng của cạnh (vuông góc với phương ngoại lực) tiết diện, đến

phương của cốt sợi thép

k Hệ số hướng sợi, kể đến phương của cốt sợi thép so với phương của ứng suất kéo chính;

4.4 Các đặc trưng hình học

A Diện tích toàn bộ tiết diện ngang của bê tông;

a Khoảng cách từ hợp lực trong cốt thép Sđến biên gần nhất của tiết diện;

a Khoảng cách từ hợp lực trong cốt thép Sđến biên gần nhất của tiết diện;

d Đường kính tương đương (quy đổi) của sợi thép;

d Đường kính danh định của các thanh cốt thép dọc;

d Đường kính danh định của các thanh cốt thép ngang;

e Khoảng cách từ điểm đặt lực dọc N đến hợp lực trong cốt thép S;

e Khoảng cách từ điểm đặt lực dọc N đến hợp lực trong cốt thép S; p

e Khoảng cách từ điểm đặt lực nén trước Np, có kể đến mô men uốn do ngoại lực, đến trọng tâm cốt thép chịu kéo hoặc chịu nén ít hơn;

e Độ lệch tâm ban đầu của lực dọc N đối với trọng tâm tiết diện quy đổi, được xác định theo các chỉ dẫn trong 5.2.6;

0 p

e Độ lệch tâm của lực nén trước đối với trọng tâm tiết diện;

h Chiều cao tiết diện chữ nhật, chữ T và chữ I; f

h Chiều cao cánh tiết diện chữ T và chữ I trong vùng chịu kéo;

h Chiều cao cánh tiết diện chữ T và chữ I trong vùng chịu nén;

h Chiều cao làm việc của tiết diện, bằng h a− ;

I Mô men quán tính của toàn bộ tiết diện bê tông nền đối với trọng tâm tiết diện cấu kiện; ,

l Chiều dài tính toán của cấu kiện chịu lực nén dọc trục;

s Khoảng cách cốt thép đai, đo theo chiều dài cấu kiện;

x Chiều cao vùng chịu nén của bê tông cốt sợi thép;

W Mô men kháng uốn của tiết diện bê tông nền của cấu kiện đối với thớ chịu kéo ngoài cùng;

,f red

W Mô men kháng uốn của tiết diện bê tông cốt sợi thép, quy đổi về tiết diện bê tông nền

 Chiều cao tương đối của vùng chịu nén của bê tông cốt sợi thép, bằng x h/ ; fa

 Hàm lượng cốt sợi thép theo diện tích tiết diện;

 Hàm lượng cốt thép thanh, được xác định bằng tỉ số giữa diện tích tiết diện của cốt thép

Svà diện tích tiết diện ngang của cấu kiện (b h 0), không kể đến phần cánh chịu nén và chịu kéo nhô ra

4.5 Các đặc trưng của cấu kiện ứng suất trước

P, Np Lực nén trước có kể đến hao tổn ứng suất trước trong cốt thép căng tương ứng với giai đoạn làm việc đang xét của cấu kiện;

4 Chỉ dẫn chung 5.1 Yêu cầu chung

đó các sợi thép được sử dụng làm cốt và được phân tán đều trong thể tích bê tông Sự làm việc đồng thời của bê tông và sợi thép được đảm bảo bởi sự bám dính trên bề mặt sợi thép, sự neo sợi thép trong bê tông nhờ bề mặt có gờ của sợi thép và nhờ độ cong của sợ thép theo phương dọc và phương ngang, cũng như được đảm bảo bởi các đầu neo của sợi thép

5.1.2 Theo cách bố trí cốt thép thanh và cốt sợi thép thì kết cấu bê tông cốt sợi thép được xem là: − Kết cấu bê tông cốt sợi thép không kết hợp cốt thép thanh – khi chỉ sử dụng cốt sợi thép phân tán

đều trong thể tích cấu kiện;

− Kết cấu bê tông cốt sợi thép kết hợp cốt thép thanh – khi sử dụng cả cốt sợi thép và cốt thép thanh trong tiết diện cấu kiện

của tất cả các loại trạng thái giới hạn bằng tính toán, bằng việc lựa chọn các chỉ tiêu chất lượng của vật liệu, bằng việc lựa chọn kích thước và cấu tạo theo các chỉ dẫn của TCVN 5574:2012 và của tiêu chuẩn này Khi đó, phải tính đến các yêu cầu công nghệ chế tạo kết cấu, phải tuân thủ các yêu cầu về khai thác sử dụng nhà và công trình, cũng như phải tuân thủ các yêu cầu sinh thái được quy định trong các tài liệu tiêu chuẩn tương ứng

5.1.4 Khi tuân thủ các yêu cầu quy định trong SP 28.13330.2012 và tiêu chuẩn này thì cho phép sử dụng kết cấu bê tông cốt sợi thép trong các môi trường có tác động xâm thực đến kết cấu làm từ bê tông và bê tông cốt thép

5.1.5 Việc lựa chọn các giải pháp cấu tạo của kết cấu bê tông cốt sợi thép cần được xuất phát từ tính hợp lý về kinh tế - kỹ thuật của việc sử dụng các kết cấu này trong các điều kiện xây dựng cụ thể có kể đến việc giảm tối đa chi phí vật liệu, nhân công, tiêu thụ năng lượng và giá thành xây dựng, có kể đến việc nâng cao độ bền lâu và tăng thêm khoảng thời gian giữa các đợt sửa chữa kết cấu

hiệu quả nhất các ưu điểm về kỹ thuật sau đây của nó so với bê tông và bê tông cốt thép truyền thống:

− Nâng cao khả năng chống nứt, độ dai va đập, nhớt của phá hoại, khả năng chống hao mòn, khả năng giảm rỗng;

− Giảm co ngót và từ biến;

− Khả năng sử dụng các giải pháp kết cấu hiệu quả hơn về công nghệ so với khi đặt cốt thép thanh truyền thống, ví dụ các kết cấu thành mỏng, kết cấu không có cốt thép phân bố, cốt thép gián tiếp hoặc cốt thép ngang;

− Giảm chi phí lao động cho công tác cốt thép;

− Tăng mức độ cơ giới hóa và tự động hóa sản xuất kết cấu, ví dụ, trong các vòm thành mỏng lắp ghép, kho, bản sàn sườn của mái và sàn các tầng, cột và dầm lắp ghép, các bản đáy và thành toàn khối của các công trình chứa, các lớp phủ mặt đường bộ và đường băng sân bay; các bản toàn khối của nền sàn nhà công nghiệp và công cộng;

− Khả năng sử dụng các biện pháp tạo hình mới nhanh hơn đối với các kết cấu có cốt, ví dụ: phun, uốn cong các sản phẩm dạng tấm mỏng, ép lăn, v.v…

pháp chế tạo, lắp dựng và điều kiện khai thác sử dụng Hình dạng và kích thước tiết diện của cấu kiện cần được lựa chọn xuất phát từ việc kể đến một cách đầy đủ nhất các tính chất của bê tông cốt sợi thép, khả năng cơ giới hóa trong nhà máy và tự động hóa chế tạo, sự thuận tiện trong vận chuyển và lắp dựng các cấu kiện và kết cấu

chế tạo trước hỗn hợp bê tông trong điều kiện nhà máy hoặc trong các thùng trộn trên công trường xây dựng, đầm bằng các đầm rung và chân không, tạo hình dùng con lăn để ép, phun và ly tâm

5.1.9 Khi thiết kế kết cấu bê tông cốt sợi thép cần tuân theo các quy định chung và các yêu cầu tính toán trong TCVN 5574:2012, SP 28.13330.2012 và tiêu chuẩn này

các cấu kiện của kết cấu:

− Chủ yếu chịu tải trọng va đập, ép cục bộ, mài mòn, tác động của độ rỗng;

− Chủ yếu chịu nén khi có lực nén dọc trục trong phạm vi tiết diện ngang của cấu kiện;

− Trong các trường hợp còn lại, chịu nén khi có lực nén dọc trục nằm ngoài phạm vi tiết diện ngang của cấu kiện, cũng như chịu uốn khi sự phá hoại của chúng không gây nguy hiểm trực tiếp cho người, trục trặc kỹ thuật và tính toàn vẹn của thiết bị, nghĩa là trong các trường hợp khi mà việc sử dụng cốt sợi thép là hợp lý về kinh tế

bê tông cốt sợi thép kết hợp cốt thép truyền thống (xem 5.1.2)

5.1.12 Việc tính toán kết cấu bê tông cốt sợi thép theo các trạng thái giới hạn được thực hiện tương tự như tính toán kết cấu bê tông cốt thép, kết cấu xi măng lưới thép, nhưng phải kể đến các đặc trưng tính toán của bê tông cốt sợi thép phù hợp với các quy định trong các điều từ 5 đến 8 của tiêu chuẩn này

Cấp độ bền của bê tông nền được lấy phù hợp với TCVN 5574:2012

5.1.13 Việc tính toán tĩnh học cho kết cấu bê tông cốt sợi thép dạng vỏ hoặc gấp khúccần được thực hiện như đối với kết cấu không gian thành mỏng

5.1.14 Kết cấu bê tông cốt sợi thép kết hợp cốt thép truyền thống với cốt thép thanh ứng suất trước cần được thiết kế phù hợp với các yêu cầu trong TCVN 5574:2012 và phù hợp với các chỉ dẫn bổ sung trong tiêu chuẩn này

5.1.15 Khi tính toán kết cấu bê tông cốt sợi thép thì khối lượng thể tích trung bình của bê tông cốt sợi thép cho phép lấy bằng:

2500 kg/m3 đối với bê tông nền là bê tông nặng; 2400 kg/m3 đối với bê tông nền là bê tông hạt nhỏ

Khi cần thiết, có thể lấy giá trị chính xác hơn của khối lượng thể tích trung bình của bê tông cốt sợi thép đã được xác định có kể đến các chỉ dẫn trong 5.1.17 và 6.1.1.1 của tiêu chuẩn này

5.1.16 Lượng cốt sợi thép trong một đơn vị thể tích bê tông cốt sợi thép cần được xác định bằng tính toán phù hợp với các yêu cầu đối với các tính chất cơ-lý của nó được mà đã được chỉ định theo điều kiện sử dụng và các yêu cầu của tiêu chuẩn này

5.1.17 Trong các bản vẽ thi công của kết cấu làm từ bê tông cốt sợi thép, trong trường hợp cần thiết, ngoài việc phải ghi ký hiệu của sợi thép và lượng sợi thép cần thiết trong 1 m3 hỗn hợp bê tông cốt sợi thép thì cần ghi thêm các yêu cầu đối với các biện pháp công nghệ chế tạo để đảm bảo được các tính chất cần thiết của bê tông cốt sợi thép

5.2 Yêu cầu tính toán cơ bản

TCVN 5574:2012 theo các trạng thái giới hạn, bao gồm:

− Các trạng thái giới hạn thứ nhất (về mất toàn bộ khả năng sử dụng do mất khả năng chịu lực); − Các trạng thái giới hạn thứ hai (về mất khả năng sử dụng bình thường do hình thành hoặc mở

rộng vết nứt quá mức, do xuất hiện các biến dạng quá mức cho phép và v.v…)

Việc tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất được đề cập trong tiêu chuẩn này bao gồm tính toán độ bền theo nội lực giới hạn

Việc tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ hai được đề cập trong tiêu chuẩn này bao gồm tính toán chiều rộng vết nứt và tính toán biến dạng

5.2.2 Việc tính toán theo các trạng thái giới hạn đối với các kết cấu về tổng thể, cũng như đối với các cấu kiện riêng lẻ của chúng thường cần được tiến hành đối với tất cả các giai đoạn: chế tạo, vận chuyển, thi công và khai thác sử dụng; khi đó, sơ đồ tính toán phải đáp ứng các giải pháp kết cấu đã lựa chọn

5.2.3 Việc tính toán kết cấu bê tông cốt sợi thép thường phải được tiến hành có kể đến khả năng hình thành vết nứt và các biến dạng không đàn hồi trong bê tông và cốt thép

Việc xác định nội lực và biến dạng do các tác động khác nhau trong các kết cấu và trong các hệ kết cấu được hình thành từ chúng của nhà và công trình cần được tiến hành theo các phương pháp cơ học kết cấu, thông thường, có kể đến tính phi tuyến vật lý và hình học của sự làm việc của kết cấu

5.2.4 Khi tính toán kết cấu bê tông cốt sợi thép, độ tin cậy của kết cấu được thiết lập bằng tính toán có sử dụng các giá trị tính toán của tải trọng và tác động, các giá trị tính toán của các đặc trưng vật liệu đã được xác định bởi các hệ số độ tin cậy riêng tương ứng đối với các giá trị tiêu chuẩn của các đặc trưng này có kể đến mức độ tầm quan trọng của nhà và công trình

Giá trị tiêu chuẩn của tải trọng và tác động, hệ số tổ hợp, hệ số độ tin cậy về tải trọng, hệ số độ tin cậy về chức năng của kết cấu, cũng như việc phân loại tải trọng thành thường xuyên và tạm thời (dài hạn và ngắn hạn) lấy theo TCVN 2737:1995

5.2.5 Khi tính toán cấu kiện của kết cấu bê tông cốt sợi thép lắp ghép chịu tác động của nội lực sinh ra khi cẩu, vận chuyển và lắp dựng, thì tải trọng do trọng lượng cấu kiện gây ra cần được lấy với hệ số động bằng 1,60 khi vận chuyển, bằng 1,40 khi cẩu và lắp dựng Khi có cơ sở thì cho phép lấy giá trị hệ số động nhỏ hơn nhưng không nhỏ hơn 1,25

5.2.6Khi tính toán độ bền các cấu kiện bê tông cốt sợi thép của kết cấu chịu lực nén dọc trục thì cần kể đến độ lệch tâm ngẫu nhiên еa Độ lệch tâm еa này lấy không nhỏ hơn:

1/600 chiều dài của cấu kiện hoặc của khoảng cách giữa các tiết diện của nó được liên kết chặn chuyển vị;

1/30 chiều cao tiết diện cấu kiện; 10 mm

Đối với các cấu kiện của kết cấu siêu tĩnh, giá trị độ lệch tâm ban đầu е0 của lực dọc đối với trọng tâm của tiết diện quy đổi lấy bằng giá trị độ lệch tâm xác định được từ tính toán tĩnh học, nhưng không nhỏ hơn еa

Đối với các cấu kiện của kết cấu tĩnh định, độ lệch tâm е0 lấy bằng tổng độ lệch tâm xác định được từ tính toán tĩnh học và độ lệch tâm ngẫu nhiên

điều kiện làm việc của chúng và loại cốt thép sử dụng: Cấp 1 – Không cho phép hình thành vết nứt;

Cấp 2 – Cho phép xuất hiện vết nứt ngắn hạn và dài hạn với chiều rộng hạn chế

5.2.8 Cấp chống nứt của kết cấu bê tông cốt sợi thép phụ thuộc vào điều kiện làm việc của nó và loại cốt thép, cũng như vào giá trị chiều rộng vết nứt giới hạn cho phép nêu trong Bảng 1

Bảng 1 – Cấp chống nứt và giá trị chiều rộng vết nứt giới hạn cho phép

Điều kiện làm việc của cấu kiện

Cấp chống nứt và giá trị chiều rộng vết nứt giới hạn cho phép acrc,1 và acrc,2, mm, khi

Chỉ sử dụng cốt sợi thép*

Sử dụng cốt sợi thép kết hợp với cốt thép thanh CB240-T,

CB300-T, CB300-V, CB400-V, Bp-I

CB500-V, A-IV, A-V và Вр-II, К-7

và К-19

Aт-VI, Вр-II và К-19

1 Cấu kiện có toàn bộ tiết diện chịu kéo hoặc một phần chịu nén: chịu áp lực của chất lỏng hoặc gas, cũng như làm việc trong đất nằm dưới mực nước ngầm hoặc trong môi trường ít xâm thực đối với bê tông

* Cho phép chỉ sử dụng cốt sợi thép khi có luận chứng riêng

CHÚ THÍCH 1: Các loại thép thanh CB240-T, CB300-T, CB300-V, CB400-V và CB500-V xem trong TCVN 1651:2008, các loại thép Bp-I và Bp-II xem trong TCVN 5574:2012

CHÚ THÍCH 2: Tham khảo Phụ lục B của TCVN 5574:2012 để có thêm thông tin về các loại cốt thép tương đương

5 Vật liệu cho kết cấu bê tông cốt sợi thép

này, cần sử dụng bê tông nặng có khối lượng thể tích trung bình từ 2200 kg/m3 đến 2500 kg/m3 hoặc bê tông hạt nhỏ có khối lượng thể tích trung bình không nhỏ hơn 2200 kg/m3

6.1.1.2 Các chỉ tiêu chất lượng cơ bản của bê tông nền quy định khi thiết kế là: − Cấp độ bền chịu nén của bê tông nền B;

− Cấp độ bền chịu kéo của bê tông nền Bt (được chỉ định trong các trường hợp khi mà đặc trưng này có ý nghĩa quyết định và được kiểm soát trong sản xuất);

− Mác chống thấm nước W (được chỉ định đối với kết cấu có yêu cầu hạn chế độ thấm nước) Cấp độ bền chịu nén B và chịu kéo dọc trục Bt của bê tông nền phải thỏa mãn giá trị cường độ (tính bằng megapascal, MPa) với xác suất đảm bảo 95 %

6.1.1.3 Đối với kết cấu bê tông cốt sợi thép cần sử dụng bê tông nền với các cấp và mác sau: Cấp độ bền chịu nén: В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60;

Cấp độ bền chịu kéo dọc trục: Вt0,8; Вt1,2; Вt1,6; Вt2,0; Вt2,4; Вt2,8; Вt3,2; Mác chống thấm nước: W2; W4; W6; W8; W10; W12

Cho phép sử dụng bê tông nền có cấp và mác cao hơn khi có cơ sở phù hợp

6.1.1.4 Tuổi của bê tông cốt sợi thép mà đáp ứng cấp độ bền chịu nén của nó (tuổi thiết kế) được chỉ định khi thiết kế cần được xác định xuất phát từ thời hạn chất tải thực tế của kết cấu

Giá trị cường độ xuất xưởng của bê tông nền hoặc bê tông cốt sợi thép trong các cấu kiện của kết cấu lắp ghép cần được chỉ định phù hợp với GOST 13015 và các tiêu chuẩn áp dụng cho các loại kết cấu cụ thể

với các kết cấu, điều kiện khai thác sử dụng và điều kiện môi trường xung quanh

6.1.2.1 Giá trị tiêu chuẩn của các đặc trưng độ bền của bê tông nền

Các đặc trưng độ bền cơ bản của bê tông nền là các giá trị tiêu chuẩn của: − Cường độ chịu nén dọc trục Rb,n;

− Cường độ chịu kéo dọc trục Rbt,n

Các giá trị tiêu chuẩn của cường độ chịu nén dọc trục (cường độ lăng trụ) và kéo dọc trục của bê tông nền (trong trường hợp chỉ định cấp độ bền chịu nén của bê tông nền) được lấy theo Bảng 2 phụ

thuộc vào cấp độ bền chịu nén dọc trục B của bê tông nền

Trong trường hợp chỉ định cấp độ bền chịu kéo dọc trục Btcủa bê tông nền thì giá trị tiêu chuẩn của cường độ chịu kéo dọc trục Rbt,n được lấy bằng trị số của cấp độ bền chịu kéo dọc trục của bê tông nền

CHÚ THÍCH: Cường độ lăng trụ được xác định trên mẫu lăng trụ chuẩn với kích thước 150×150×600 (mm)

VÍ DỤ: Khi chỉ định cấp độ bền chịu kéo dọc trục của bê tông nền là Bt2,8 thì cường độ chịu kéo dọc trục tiêu chuẩn Rbt,n lấy bằng 2,8 MPa

Bảng 2 – Các cường độ tiêu chuẩn của bê tông nền, Rb,n và Rbt,n , và các cường độ tính toán của bê tông nền đối với các trạng thái giới hạn thứ hai, Rb,ser và Rbt,ser

6.1.2.2 Giá trị tính toán của các đặc trưng độ bền của bê tông nền

6.1.2.2.1 Giá trị tính toán của cường độ chịu nén dọc trục Rb và kéo dọc trục Rbt của bê tông nền được xác định theo các công thức:

,b nb

,bt nbt

Giá trị hệ số độ tin cậy của bê tông nền khi nén blấy bằng:

1,3 đối với các trạng thái giới hạn về khả năng chịu lực (các trạng thái giới hạn thứ nhất); 1,0 đối với các trạng thái giới hạn về điều kiện sử dụng (các trạng thái giới hạn thứ hai) Giá trị hệ số độ tin cậy của bê tông nền khi kéo bt lấy bằng:

1,5 đối với các trạng thái giới hạn về khả năng chịu lực khi chỉ định cấp độ bền chịu nén của bê tông nền;

1,3 đối với các trạng thái giới hạn về khả năng chịu lực khi chỉ định cấp độ bền chịu kéo dọc trục của bê tông nền;

1,0 đối với các trạng thái giới hạn về điều kiện sử dụng

Giá trị cường độ tính toán của bê tông nền Rb, Rbt, Rb,ser, Rbt,ser (đã làm tròn) phụ thuộc vào cấp độ bền chịu nén và chịu kéo của bê tông nền nêu trong Bảng 3 và Bảng 4 đối với các trạng thái giới hạn thứ nhất và trong Bảng 2 đối với các trạng thái giới hạn thứ hai

Bảng 3 – Các cường độ chịu nén tính toán của bê tông nền đối với các trạng thái giới hạn thứ nhất, Rbvà Rbt, khi chỉ định cấp độ bền chịu nén của bê tông nền

CHÚ THÍCH: Các giá trị nêu trong bảng áp dụng cho bê tông nặng và bê tông hạt nhỏ nhóm A nêu trong 5.1.1.3 của TCVN 5574:2012

Bảng 4 – Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông nền đối với các trạng thái

Cường độ chịu kéo dọc trục Rbt 0,62 0,93 1,25 1,55 1,85 2,15 2,45

CHÚ THÍCH: Các giá trị nêu trong bảng áp dụng cho bê tông nặng và bê tông hạt nhỏ nhóm A nêu trong 5.1.1.3 của TCVN 5574:2012.

6.1.2.2.2 Trong các trường hợp cần thiết, giá trị tính toán của các đặc trưng độ bền của bê tông nền được nhân với các hệ số điều kiện làm việc γbi sau đây để kể đến đặc điểm làm việc của bê tông nền trong kết cấu (đặc điểm tải trọng, điều kiện môi trường xung quanh, v.v…):

γb1 – đối với kết cấu bê tông cốt sợi thép: nhân với giá trị tính toán của cường độ Rb và Rbt và kể đến ảnh hưởng tác động dài hạn của tải trọng tĩnh:

γb1 = 1,0 – khi có tác động ngắn hạn (tạm thời ngắn hạn) của tải trọng;

γb1 = 0,9 – khi có tác động dài hạn (tạm thời dài hạn) của tải trọng;

γb3 – đối với kết cấu bê tông cốt sợi thép được đổ theo phương đứng với chiều cao mỗi lớp bê tông đổ lớn hơn 1,5 m: nhân với giá trị tính toán của cường độ bê tông Rb, γb3 = 0,85

Trong các trường hợp còn lại, giá trị của hệ số này lấy phụ thuộc vào công năng của kết cấu và điều kiện môi trường xung quanh

6.1.2.3 Các đặc trưng biến dạng của bê tông nền

6.1.2.3.1 Các đặc trưng biến dạng cơ bản của bê tông nền là các giá trị của:

− Biến dạng tương đối giới hạn của bê tông nền (ở trạng thái ứng suất một trục của bê tông nền) khi nén εb0 và khi kéo dọc trục εbt0;

− Mô đun đàn hồi ban đầu Еb;

CHÚ THÍCH 1: Các giá trị trong bảng đã được nhân với 1 000

CHÚ THÍCH 2: Độ ẩm tương đối của không khí môi tường bên ngoài lấy theo quy định hiện hành về độ ẩm tương đối trung bình tháng của tháng nóng nhất đối với vùng xây dựng

CHÚ THÍCH 1: Xem Phụ lục C để có thêm thông tin về quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông nền

CHÚ THÍCH 2: Khi có tác động ngắn hạn của tải trọng thì giá trị εbt2 lấy bằng 0,00015 và εbt1,red lấy bằng 0,00008

vào cấp độ bền chịu nén của bê tông nền B

Khi có tác động dài hạn của tải trọng thì giá trị mô đun biến dạng ban đầu của bê tông nền được xác định theo công thức:

b cr

EE 

trong đó: φb,cr là hệ số từ biến, lấy theo 6.1.2.3.4

Đơn vị tính bằng gigapascal

khi cấp độ bền chịu nén của bê tông nền bằng

CHÚ THÍCH: Nhóm bê tông nền hạt nhỏ xem trong 5.1.1.3 của TCVN 5574:2012

6.1.2.3.4 Giá trị hệ số từ biến của bê tông nền lấy theo Bảng 7 phụ thuộc vào các điều kiện môi trường xung quanh (độ ẩm tương đối của không khí) và cấp độ bền chịu nén của bê tông

Bảng 7 – Hệ số từ biến φb,cr

của không khí môi

6.1.2.3.5 Giá trị hệ số biến dạng ngang của bê tông nền b P, được phép lấy bằng 0,2

6.1.2.3.6 Giá trị hệ số biến dạng nhiệt tuyến tính của bê tông nền khi nhiệt độ biến thiên trong khoảng từ âm 40 °С đến dương 50 °С lấy bằng αbt= 1 × 10-5 °С

6.1.2.3.7 Khi cần thiết thì trong tính toán có thể thay các đặc trưng của bê tông nền Eb, Eb, và αbt

bằng các đặc trưng tương ứng của bê tông cốt sợi thép, được xác định theo các công thức sau

− Mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông cốt sợi thép, Efb, được xác định theo công thức:

6.2.1.1 Để làm cốt sợi thép cho kết cấu bê tông cốt sợi thép, sử dụng sợi thép:

− Được phay (cắt) từ tấm thép dày và được sản xuất theo ТУ 0882-193-46854090-2005, ASTM A820, EN 14889-1 và các tiêu chuẩn tương đương;

− Được cắt từ thép tấm mỏng và được sản xuất theo ТУ 0991-123-53832025-2001, ТУ 70832021-2010, ASTM A820, EN 14889-1 và các tiêu chuẩn tương đương;

1231-001-− Được cắt từ dây thép và được sản xuất theo ТУ 1211-205-46854090-2009, ТУ 95751815-2009, ТУ 1276-001-56707303-2010, ASTM A820, EN 14889-1 và các tiêu chuẩn tương đương.

1221-002-Cho phép sử dụng các loại sợi thép khác nhưng phải so sánh chúng về loại, hình dạng, kích thước, cường độ với các loại sợi thép được sản xuất theo các tiêu chuẩn nêu trên

CHÚ THÍCH 1: Các thông số kỹ thuật cơ bản của các sợi thép được sản xuất theo các tiêu chuẩn nêu trên xem trong Phụ lục B CHÚ THÍCH 2: Xem Phụ lục A để có thêm thông tin về phân loại sợi thép.

6.2.1.2 Hàm lượng cốt sợi thép theo thể tíchμfvcần được ghi trong hồ sơ thiết kế cho sản phẩm, kết cấu hoặc công trình

6.2.1.3 Trong trường hợp sử dụng cốt sợi thép kết hợp với cốt thép thì cốt thép thanh cho kết cấu bê tông cốt sợi thép, cũng như các chi tiết đặt sẵn được lấy phù hợp với các khuyến nghị trong 5.2.1 và 5.2.2 của TCVN 5574:2012

6.2.2 Các đặc trưng tiêu chuẩn và tính toán của cốt sợi thép và cốt thép thanh 6.2.2.1 Cốt sợi thép

6.2.2.1.1 Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn, Rf,n, và tính toán, Rf,servà Rf, lấy theo Bảng 8 phụ thuộc vào loại cốt sợi thép và trạng thái giới hạn tính toán

Bảng 8 – Các cường độ chịu kéo và hệ số độ tin cậy của một số loại cốt sợi thép

Loại cốt sợi thép

Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn Rf,nvà cường độ chịu kéo tính toán Rf,ser đối với các trạng thái giới hạn

thứ hai, MPa

Hệ số độ tin cậy γsf

của cốt sợi thép khi tính toán theo các trạng thái giới

hạn

Cường độ chịu kéo tính toán của

cốt sợi thép đối với các trạng thái

giới hạn thứ nhất, Rf, MPa Thứ nhất Thứ hai

1 Sợi thép phay từ thép tấm dày, và phù hợp với ТУ 0882-193-46854090

2 Sợi thép FIBREX cắt từ tấm thép mỏng và phù hợp với - ТУ 0991-123-53832025 từ thép có cấp cường độ:

- ТУ 1231-001- 70832021 từ thép có cấp cường độ

Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của cốt sợi thép, Rf,n, lấy phù hợp với các tiêu chuẩn sản phẩm với xác suất đảm bảo 0,95

6.2.2.1.2 Cường độ chịu kéo tính toán của cốt sợi thép đối với các trạng thái giới hạn thứ nhất, Rf,

được xác định bằng cách chia cường độ tiêu chuẩn của nó cho hệ số độ tin cậy sf Giá trị cường độ chịu kéo tiêu chuẩn và tính toán, và hệ số độ tin cậy của một số loại cốt sợi thép sfđược nêu trong Bảng 8

6.2.2.1.3 Mô đun đàn hồi của cốt sợi thép, Еf , lấy bằng:

2,0×105 MPa – đối với cốt sợi thép cắt từ thép dày và được sản suất theo theo ТУ 46854090;

0882-193-2,1×105 MPa – đối với cốt sợi thép cắt từ tấm thép mỏng và được sản xuất theo ТУ 53832025 và ТУ 1231-00170832021;

0991-123-1,9×105 MPa – đối với cốt sợi thép cắt từ dây thép và được sản xuất theo ТУ 46854090, ТУ 1221-002-95751815 và ТУ 1276-001-56707303

1211-205-Đối với các loại cốt sợi thép khác (ví dụ theo ASTM A820 và EN 14889-1) thì mô đun đàn hồi của chúng được lấy theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất

6.2.2.2 Cốt thép thanh

Trong trường hợp sử dụng cốt sợi thép kết hợp với cốt thép thanh (xem 5.1.2 và 6.2.1.3) thì cường độ tiêu chuẩn và tính toán khi chịu kéo và chịu nén của cốt thép thanh, hệ số điều kiện làm việc và mô đun đàn hồi của cốt thép thanh lấy theo TCVN 5574:2012

6.2.3.1 Ứng suất trước của cốt thép thanh σsplấy không lớn hơn 0,9Rs,n đối với cốt thép cán nóng và cốt thép gia công nhiệt và không lớn hơn 0,8Rs,n đối với cốt thép kéo nguội và cáp

do hao tổn ứng suất trước khi truyền ứng lực trước cho bê tông cốt sợi thép (các hao tổn thứ nhất) và sau khi truyền lực căng cho bê tông cốt sợi thép (các hao tổn thứ hai)

Các hao tổn thứ nhất của ứng suất trước bao gồm hao tổn do chùng ứng suất trong cốt thép, do chênh lệch nhiệt độ khi gia công nhiệt kết cấu, do biến dạng neo và biến dạng khuôn (hoặc bệ căng) Các hao tổn thứ hai của ứng suất trước bao gồm hao tổn do co ngót và từ biến của bê tông cốt sợi thép

6.2.3.3 Hao tổn do chùng ứng suất của cốt thép ∆σsp1được xác định theo các công thức sau: − Đối với cốt thép A-IV đến AT-VI khi căng bằng phương pháp:

Cơ học:

 tính bằng megapascal (MPa);

∆t tính bằng độ Celsius (°C)

Khi không có số liệu chính xác về chênh lệch nhiệt độ thì cho phép lấy ∆t = 65 °С

Khi có số liệu chính xác hơn về gia công nhiệt của kết cấu thì cho phép lấy giá trị khác của hao tổn do chênh lệch nhiệt độ

6.2.3.5 Hao tổn ∆σsp3 do biến dạng khuôn thép (bệ căng) khi căng cốt thép không đồng thời trên khuôn được xác định theo công thức:

Enl

∆l là dịch chuyển của bệ căng theo đường tác dụng của lực căng, được xác định từ tính toán biến dạng của khuôn;

l là khoảng cách giữa các mép ngoài của các bệ căng

Khi không có số liệu về kết cấu của khuôn và công nghệ chế tạo thì cho phép lấy ∆σsp3 =30 MPa Khi căng cốt thép bằng biện pháp nhiệt-điện thì không kể các hao tổn do biến dạng của khuôn

6.2.3.6 Hao tổn ∆σsp4 do biến dạng neo của thiết bị căng được xác định theo công thức: 4

trong đó:

∆l là đoạn nén ép neo hoặc dịch chuyển của thanh thép trong đoạn kẹp neo giữ;

l là khoảng cách giữa các mép ngoài của các bệ căng Khi không có số liệu thì cho phép lấy ∆l = 2 mm

Khi căng cốt thép bằng biện pháp nhiệt-điện thì không kể các hao tổn do biến dạng của neo

6.2.3.7 Hao tổn ∆σsp5 do co ngót của bê tông cốt sợi thép được xác định theo công thức:

0,0003 đối với bê tông nền có cấp độ bền chịu nén B45 trở lên

Cho phép xác định các hao tổn do co ngót của bê tông cốt sợi thép bằng các phương pháp chính xác hơn

6.2.3.8 Hao tổn ∆σsp6 do từ biến của bê tông cốt sợi thép được xác định theo công thức:

p sired

e y AI 

φb,crlà hệ số từ biến của bê tông nền, lấy theo 6.1.2.3.4 của tiêu chuẩn này;

σfbpjlà ứng suất trong bê tông cốt sợi thép ở mức trọng tâm của nhóm các thanh cốt thép căng thứ j;

еoplà độ lệch tâm của lực Р(1) đối với trọng tâm tiết diện ngang quy đổi của cấu kiện;

ysj là khoảng cách giữa trọng tâm tiết diện của nhóm các thanh cốt thép căng thứ j và của tiết diện ngang cấu kiện;

Ared, Iredtương ứng là diện tích tiết diện quy đổi của cấu kiện và mô men quán tính của diện tích này đối với trọng tâm tiết diện quy đổi;

μspjlà hàm lượng cốt thép căng, bằngАspj/А, trong đó A và Aspj là diện tích tiết diện ngang tương ứng của cấu kiện và của nhóm các thanh cốt thép căng đang xét

Khi đó, giá trị các hao tổn ứng suất trước do từ biến của bê tông cốt sợi thép lấy bằng giá trị tính được theo công thức (14) của tiêu chuẩn này nhân với hệ số giảm để kể đến ảnh hưởng của hàm lượng cốt sợi thép bằng:

0,95 − khi 0,005 ≤ μfv ≤ 0,007; 0,90 − khi 0,007 < μfv ≤ 0,01; 0,85 − khi μfv > 0,01

Cho phép xác định các hao tổn do từ biến của bê tông cốt sợi thép bằng các phương pháp chính xác hơn

Ứng suất σfbpj được xác định theo các nguyên tắc tính toán vật liệu đàn hồi với tiết diện quy đổi của cấu kiện, bao gồm diện tích tiết diện bê tông cốt sợi thép và diện tích toàn bộ cốt thép dọc (căng và không căng) với hệ số quy đổi cốt thép về bê tông cốt sợi thép α = Es/Efb, theo 6.2.3.10

6.2.3.9 Tổng các hao tổn thứ nhất của ứng suất trước trong cốt thép (theo 6.2.3.3 đến 6.2.3.6) được xác định theo công thức:

trong đó: ilà số thứ tự hao tổn ứng suất trước

Lực nén trước P(1) của bê tông cốt sợi thép có kể đến các hao tổn thứ nhất được xác định theo công thức:

Aspj là diện tích tiết diện của nhóm thanh thép căng thứ j trong tiết diện cấu kiện;

σsp(1)j là ứng suất trước trong nhóm thứ j, có kể đến các hao tổn thứ nhất: sp(1) j=spj− sp(1) j

(với σspj là ứng suất trước ban đầu của nhóm thanh cốt thép đang xét)

Tổng giá trị các hao tổn thứ nhất và thứ hai của cốt thép (theo 6.2.3.3 đến 6.2.3.8) được xác định theo công thức:

Khi thiết kế kết cấu, tổng hao tổn σsp(2)jlấy không nhỏ hơn 100 MPa

Khi xác định lực nén trước bê tông cốt sợi thép P có kể đến tổng hao tổn ứng suất thì cần kể đến ứng suất nén trong cốt thép không căng với giá trị bằng tổng hao tổn do co ngót và từ biến của bê tông cốt sợi thép tại mức cốt thép này

6.2.3.10 Ứng suất trước trong bê tông cốt sợi thép, σfbp ,khi truyền lực nén trước Р(1), được xác định có kể đến các hao tổn thứ nhất, không được vượt quá:

− 0,9Rfbp nếu ứng suất giảm xuống hoặc không thay đổi khi có tác dụng của ngoại lực; − 0,7Rfbp nếu ứng suất tăng lên khi có tác dụng của ngoại lực

Ứng suất trong bê tông cốt sợi thép σfbpđược xác định theo công thức: (1)(1) 0 p

е0p là độ lệch tâm của lực Р(1)đối với trọng tâm tiết diện tiết diện ngang quy đổi của cấu kiện;

у là khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến thớ đang xét

có chi tiết neo bổ sung được xác định theo công thức:

fb bond s

σsplà ứng suất trước trong cốt thép căng có kể đến các hao tổn thứ nhất (xem 6.2.3.9);

Rfb,bond là cường độ bám dính của cốt thép căng với bê tông cốt sợi thép, thỏa mãn cường độ

của bê tông cốt sợi thép khi truyền ứng suất và được xác định theo các chỉ dẫn trong 9.3.5.4;

As, us tương ứng là diện tích và chu vi thanh cốt thép

Nên truyền ứng suất trước từ cốt thép căng sang bê tông cốt sợi thép một cách uyển chuyển

6 Tính toán cấu kiện bê tông cốt sợi thép theo các trạng thái giới hạn thứ nhất 7.1 Yêu cầu chung

dọc và lực cắt, mô men xoắn và tác dụng cục bộ của tải trọng (nén cục bộ, chọc thủng)

cốt thép kết hợp với cốt sợi thép phân bố đều trong toàn bộ thể tích (tiết diện)

7.1.3 Việc tính toán độ bền của kết cấu bê tông cốt sợi thép được tiến hành theo các nội lực giới hạn tùy theo cách bố trí cốt thép và cốt sợi thép (chỉ có cốt sợi thép hoặc cốt sợi thép kết hợp với cốt thép thanh (xem 5.1.2))

uốn và lực cắt do tải trọng ngoài và ở giai đoạn nén trước chịu nội lực do căng trước cốt thép và nội lực do tải trọng ngoài tác dụng ở giai đoạn nén trước

7.1.5 Việc tính toán cấu kiện bê tông cốt sợi thép ứng suất trước trong giai đoạn nén trước được tiến hành như khi chịu nén lệch tâm do lực nén trước ở trạng thái giới hạn theo 7.2.1.3

thể có của lực căng trước đã được xác định theo 6.2.3.9 bằng cách nhân giá trị σspj (hoặc lực nén trước Pj) đối với thanh thép thứ j đang xét hoặc nhóm các thanh thép căng với hệ số γsp

Giá trị hệ số γsp lấy bằng:

0,9 khi ảnh hưởng của ứng suất trước là có lợi; 1,1 khi ảnh hưởng của ứng suất trước là bất lợi

7.2.1 Yêu cầu chung

(nén lệch tâm hoặc kéo lệch tâm) cần được tiến hành đối với các tiết diện thẳng góc với trục dọc của chúng

Việc tính toán độ bền tiết diện thẳng góc của các cấu kiện bê tông cốt sợi thép cần được tiến hành theo nội lực giới hạn

Việc tính toán độ bền các cấu kiện bê tông cốt sợi thép chịu tác dụng của mô men xoắn được phép tiến hành đối với các cấu kiện bê tông cốt sợi thép khi sử dụng cốt sợi thép kết hợp với cốt thép thanh trên cơ sở các quy định, cũng như được tiến hành theo cách tương tự như tính toán các cấu

kiện bê tông cốt thép quy định trong TCVN 5574:2012

của uốn dọc đến khả năng chịu lực của chúng, thông thường, bằng cách tính toán kết cấu theo sơ đồ biến dạng

Cho phép tiến hành tính toán kết cấu theo sơ đồ không biến dạng, nhưng phải kể đến ảnh hưởng của uốn dọc của cấu kiện đến độ bền của cấu kiện khi độ mảnh l0/i > 14, bằng cách nhân độ lệch tâm ban đầu e0 với hệ số η đã được xác định theo 7.2.4.2

7.2.1.3 Đối với các cấu kiện bê tông cốt sợi thép mà nội lực giới hạn về độ bền nhỏ hơn nội lực giới

hạn về hình thành vết nứt (xem 8.2.2.2) thì diện tích tiết diện cốt thép dọc phải tăng lên không ít hơn

15 % so với diện tích cốt thép yêu cầu từ tính toán độ bền hoặc phải ứng với nội lực giới hạn về hình thành vết nứt

7.2.2 Tính toán độ bền tiết diện thẳng góc theo nội lực giới hạn

7.2.2.1 Nội lực giới hạn tại tiết diện vuông góc với trục dọc cấu kiện cần được xác định trên cơ sở các giả thiết sau:

− Cường độ chịu kéo của bê tông cốt sợi thép được biểu thị bằng ứng suất có giá trị bằng Rfbt và ứng suất này phân bố đều trong vùng chịu kéo của bê tông cốt sợi thép;

− Cường độ chịu nén của bê tông cốt sợi thép được biểu thị bằng ứng suất có giá trị bằng Rfb và ứng suất này phân bố đều trong vùng chịu nén của bê tông cốt sợi thép;

− Biến dạng (ứng suất) trong cốt thép được xác định phụ thuộc vào chiều cao vùng chịu nén của bê tông cốt sợi thép;

− Ứng suất kéo trong cốt thép thanh lấy không lớn hơn cường độ chịu kéo tính toán Rs; − Ứng suất nén trong cốt thép thanh lấy không lớn hơn cường độ chịu nén tính toán Rsc.

Đối với cốt thép chịu kéo có giới hạn chảy quy ước, cho phép lấy ứng suất lớn hơn Rs nhưng không lớn hơn 1,1Rs phụ thuộc vào tương quan giữa  và R (xem 7.2.2.12)

7.2.2.2 Cường độ chịu nén tính toán Rfb và chịu kéo tính toán Rfbt của bê tông cốt sợi thép được xác định phụ thuộc vào cấp độ bền chịu nén của bê tông nền, hàm lượng cốt sợi thép theo thể tích, cường độ và hình dạng của sợi thép, hình dạng và kích thước hình học của tiết diện cấu kiện phù

hợp với 7.2.2.3 đến 7.2.2.9 của tiêu chuẩn này

7.2.2.3 Khi xác định Rfbt cần xét hai trường hợp suy giảm cường độ chịu kéo của bê tông cốt sợi thép:

Trường hợp 1: Cường độ chịu kéo của bê tông cốt sợi thép bị suy giảm do một số sợi thép bị đứt và các sợi còn lại bị tuột, và được xác định bởi điều kiện:

ff an

l

Trường hợp 2: Cường độ chịu kéo của bê tông cốt sợi thép bị suy giảm do tất cả các sợi thép bị tuột, và được xác định bởi điều kiện:

ff an

l là chiều dài neo của các sợi thép trong bê tông để đảm bảo chúng bị đứt khi nhổ và được xác định theo công thức:

,ff redf serf an

b ser

n dRl

trong đó:

df,red là đường kính tương đương (quy đổi) của sợi thép được sử dụng, tính bằng milimét (mm);

Rf,ser là cường độ chịu kéo tính toán của sợi thép theo trạng thái giới hạn thứ hai, tính bằng megapascal (MPa);

Rb,ser là cường độ chịu kéo tính toán của bê tông nền theo trạng thái giới hạn thứ hai, tính bằng megapascal (MPa);

ηf là hệ số kể đến sự neo sợi thép và lấy bằng:

0,6 – đối với sợi thép cắt từ thép tấm mỏng và được sản xuất theo ТУ 0991-123-53832025 và ТУ 1231-001-70832021;

0,8 – đối với sợi thép được phay từ thép tấm dày và được sản xuất theo ТУ 46854090

0882-193-Đối với sợi thép cắt từ dây thép thì hệ số ηfđược lấy bằng: Khi sợi thép được sản xuất theo ТУ 1211-205-46854090:

0,90 – đối với sợi thép kiểu tròn có móc hai đầu (HENDIX);

0,85 – đối với sợi thép kiểu tròn lượn sóng (FIBAX-1/50 và FIBAX-1,3/50); 0,80 – đối với sợi thép kiểu tròn dẹt hai đầu (TWINFLAT);

0,70 – đối với sợi thép kiểu tròn có côn hai đầu (MIXARM) Khi sợi thép được sản xuất theo ТУ 1221-002-95751815:

1,00 – đối với sợi thép loại thẳng với bề mặt trơn; 0,95 – đối với sợi thép loại thẳng với bề mặt lồi lõm; 0,85 – đối với sợi thép kiểu tròn có móc hai đầu;

0,80 – đối với sợi thép kiểu tròn lượn sóng với đường kính df > 0,8 mm;

0,75 – đối với sợi thép kiểu tròn lượn sóng với đường kính df ≤ 0,8 mm;

Khi sợi thép được sản xuất theo ТУ 1276-001-56707303 loại «МИКАС»:

0,6 – đối với sợi thép kiểu tròn có móc hai đầu nhãn hiệu ФАСк 30/0,5, ФАО 60/0,75, ФАСк 60/0,75;

0,75 – đối với sợi thép kiểu tròn có móc hai đầu nhãn hiệu ФАО 50/1,0

Đối với các loại sợi thép khác thì cần so sánh hình dạng, bề mặt sợi thép, đường kính sợi thép để có thể quyết định lấy giá trị hệ số ηf.

Khi thiết kế thì đường kính tương đương của sợi thép df,red được tính theo công thức: ,

4 f

f red

 là hàm lượng cốt sợi thép theo thể tích;

KT là hệ số, được xác định theo công thức:



Bảng 9 – Hệ số kor phụ thuộc vào kích thước tiết diện cấu kiện chịu kéo

CHÚ THÍCH 2: Đối với các giá trị trung gian của các tỉ số h/lf và b/lf thì có thể nội suy tuyến tính

7.2.2.6 Giá trị các hệ số m1 và m2 trong các trường hợp sử dụng công nghệ tiên tiến có thể được chính xác lại sau khi có cơ sở thực nghiệm

7.2.2.7 Cường độ chịu nén tính toán của bê tông cốt sợi thép Rfb được xác định phụ thuộc vào cấp độ bền chịu nén của bê tông nền, loại và kích thước sợi thép, hình dạng và kích thước hình học của tiết diện cấu kiện Khi đó, chỉ kể đến sự làm việc của các sợi thép nằm theo phương vuông góc với phương của ngoại lực nén và thỏa mãn điều kiện (21) trong 7.2.2.3 của tiêu chuẩn này

Giá trị Rfbđược xác định theo công thức:

51 4, 5

LL = +

trong đó:

CHÚ THÍCH 2: Đối với các giá trị trung gian của các tỉ số h/lf và b/lf thì có thể nội suy tuyến tính

7.2.2.8 Khi tính toán kết cấu, để xác định giá trị của Rfb và Rfbt thì các hệ số kor và kn được lấy tương ứng theo các bảng 9 và 10 với các giá trị khác nhau đối với các phần khác nhau của tiết diện cấu kiện đang tính (cánh trên, cánh dưới, bụng, sườn và các phần tương tự) phụ thuộc vào kích thước tiết diện cấu kiện và chiều dài sợi thép

7.2.2.9 Khi tính toán độ bền của kết cấu bê tông cốt sợi thép thì coi cốt sợi thép phân bố đều trong tiết diện cấu kiện với hàm lượng cốt sợi thép quy đổi theo diện tích được xác định theo các công thức:

Đối với vùng chịu kéo:

2fafv ork

Đối với vùng chịu nén:

2fafv nk

k và kn là các hệ số, lấy tương ứng theo các bảng 9 và 10 của tiêu chuẩn này

7.2.2.10 Khi tính toán độ bền của kết cấu bê tông cốt sợi thép thì giá trị các cường độ tính toán đối với các tiết diện thành phần của tiết diện ngang của cấu kiện Rfbt, Rfb, Rfb,f (đối với cánh); Rfbt,w, Rfb,w

(đối với sườn và bụng) và Rfbt,r, Rfb,r(đối với tiết diện vành khuyên) và được xác định theo 7.2.2.4 đến

7.2.2.8 của tiêu chuẩn này với việc sử dụng trong các công thức (25) đến (28) hệ số hướng sợi đối

với các tiết diện thành phần tướng ứng: kn f, đối với cánh chịu nén; kor f, đối với cánh chịu kéo; kn w,

đối với vùng chịu nén của tiết diện sườn hoặc bụng; kor w, đối với vùng chịu kéo của tiết diện sườn hoặc bụng; kor r, và kn r, tương ứng đối với vùng chịu kéo và chịu nén của tiết diện vành khuyên

giá trị chiều cao tương đối vùng chịu nén của bê tông cốt sợi thép  = x/h (được xác định từ các điều kiện cân bằng tương ứng) và giá trị chiều cao tương đối giới hạn của vùng chịu nén R, mà ứng với nó trạng thái giới hạn của cấu kiện đạt được đồng thời với ứng suất trong cốt thép chịu kéo có giá trị bằng cường độ chịu kéo Rs

7.2.2.12 Giá trị R được xác định theo công thức:



Đối với cốt thép A-IV, A-V, AT-VI: σsR = Rs + 500 − σsp − ∆σsp; Đối với cốt thép Вр-II, K7 và К19: σsR = Rs + 500 − σsp;

trong đó:

Rs là cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép, lấy có kể đến hệ số độ tin cậy tương ứng của cốt thép γs theo các chỉ dẫn trong 5.2.2.2 của TCVN 5574:2012;

σsp là ứng suất trước trong cốt thép căng có kể đến tất cả các hao tổn và hệ số γsp = 0,9;

∆σsp lấy theo 6.2.3.9 của tiêu chuẩn này;

σsc,u là ứng suất giới hạn trong cốt thép ở vùng chịu nén, lấy bằng 500 MPa đối với kết cấu làm từ bê tông cốt sợi thép Khi tính toán cấu kiện ở giai đoạn nén trước thì giá trị σsc,u= 350 MPa

CHÚ THÍCH: A-IV, A-V, AT-VI, Вp-I và Bp-II là các loại thép của Nga (xem trong TCVN 5574:2012) Khi sử dụng các loại thép khác tương đương xem trong Phụ lục B của TCVN 5574:2012

7.2.2.13 Đối với cốt thép căng nằm trong vùng chịu nén thì cường độ chịu nén tính toán Rsc(xem 7.2.3.1 và 7.2.3.2) phải được thay bằng ứng suất σsc với giá trị bằng:

500 − sp khi kể đến hệ số điều kiện làm việc của bê tông γb1 = 0,9 (xem 6.1.2.2.2); 400 − sp khi γb1 = 1,0

ở đây 500 và 400 tính bằng megapascal (MPa) Giá trị σsp được xác định với hệ số γsp= 1,1

Trong tất cả các trường hợp, ứng suất σsc lấy không lớn hơn Rsc.

7.2.2.14 Khi tính toán các cấu kiện bê tông cốt sợi thép chịu nén lệch tâm với độ lệch tâm ban đầu e0

của lực dọc thì cần kể độ lệch tâm ngẫu nhiên ea (lấy theo 5.2.6 của tiêu chuẩn này) vào độ lệch tâm ban đầu e0 của lực dọc theo 5.2.6 của tiêu chuẩn này

7.2.3 Tính toán cấu kiện chịu uốn

7.2.3.1 Tính toán độ bền tiết diện của các cấu kiện chịu uốn được tiến hành theo điều kiện:

trong đó:Mult là mô men uốn giới hạn mà tiết diện cấu kiện có thể chịu được

7.2.3.2 Giá trị Mult đối với các cấu kiện bê tông cốt sợi thép chịu uốn tiết diện chữ nhật với  = x/h ≤ R được xác định theo công thức:

− Trường hợp chỉ sử dụng cốt sợi thép (xem 5.1.2), Hình 1:

h

khi đó chiều cao vùng chịu nén хđược xác định theo công thức: fbt

R hx

CHÚ THÍCH: At là diện tích vùng bê tông chịu kéo: At = b(h - x); Ac là diện tích vùng bê tông chịu nén: Ac = bx.

Hình 1 – Sơ đồ nội lực và biểu đồ ứng suất trong tiết diện, vuông góc với trục dọc cấu kiện bê tông cốt sợi thép chịu uốn tiết diện chữ nhật, khi tính toán độ bền của nó

Trong các công thức của mục này và 7.2.3.3, các ký hiệu diện tích tiết diệnAsvà As áp dụng cho cả

cốt thép căng và không căng

7.2.3.3 Giá trị Multđối với cấu kiện chịu uốn có cánh nằm trong vùng chịu nén (tiết diện chữ T và chữ

I) khi  = x/h ≤ R được xác định phụ thuộc vào vị trí biên vùng chịu nén:

− Nếu biên vùng chịu nén đi trong cánh (xem Hình 3a), nghĩa là tuân thủ điều kiện:

R A+Rb h+Rb hR b h +R A (40) thì giá trị Mult được xác định theo 7.2.3.2 như đối với tiết diện chữ nhật có chiều rộng b'f ;

− Nếu biên vùng chịu nén đi trong sườn (xem Hình 3b), nghĩa không là tuân thủ điều kiện (40) thì giá trị Multđược xác định theo công thức:

h ah

R A

,fbt f

R 

,fbt w

a) Khi biên vùng chịu nén đi trong cánh (x h f)

Hình 3 – Sơ đồ phân phối nội lực và biểu đồ ứng suất trong các tiết diện vuông góc với trục dọc cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ I

(trường hợp sử dụng cốt sợi thép kết hợp cốt thép thanh)

R 

,fb w

,fbt f

R A

,fbt fft

1/2 khoảng cách thông thủy giữa các sườn: khi có các sườn ngang hoặc khi h f 0,1h;

6hf khi không có các sườn ngang (hoặc khi khoảng cách giữa chúng lớn hơn khoảng cách giữa các sườn dọc) và h f 0,1h;

Với phần vươn công xôn của cánh:

6hf – khi h f 0,1h;

3hf – khi 0, 05hf 0,1h;

không cần kể đến các phần vươn – khi h f 0, 05h

,fb r

Hình 4 – Sơ đồ tiết diện vành khuyên của cấu kiện bê tông cốt sợi thép

khi tính toán độ bền chịu uốn (trường hợp sử dụng cốt sợi thép kết hợp cốt thép thanh)

fbt rr

rmlà bán kính mặt trung bình của thành cấu kiện tiết diện vành khuyên, rm =(r ri+ e)2;

revà rilà các bán kính tương ứng của mặt ngoài và mặt trong của tiết diện vành khuyên − Khi Rfbt,r< 0,38Rfb,r thì tiến hành theo điều kiện:

0, 732

fbt rr

(42) ở 7.2.3.2 và 7.2.3.3 của tiêu chuẩn này (Hình 2 và 3) được nhân thêm với hệ số điều kiện làm việc m3 bằng:

0,85 khi RfbtAbt ≥ 0,5Ns;

0,90 khi 0,2Ns < RfbtAbt < 0,5Ns; 0,95 khi RfbtAbt≤ 0,2Ns,

trong đó:

Abt là diện tích bê tông vùng chịu kéo;

Nslà tổng nội lực giới hạn trong cốt thép thanh chịu kéo, Ns = RsAs

7.2.3.7 Khi tính toán độ bền các cấu kiện chịu uốn, nên tuân thủ điều kiện x ≤ Rh

Trong trường hợp, khi mà theo cấu tạo hoặc từ tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ hai, diện tích cốt thép chịu kéo được lấy lớn hơn so với yêu cầu để tuân thủ điều kiện x ≤ Rh, thì đối với các cấu kiện làm từ bê tông B30 và thấp hơn trong trường hợp sử dụng cốt sợi thép kết hợp cốt thép thanh với cốt thép thường loại CB240-T, CB300-V, CB400-V và Вp-I thì cho phép xác định mô men uốn giới hạn Multtheo các công thức (38) hoặc (41), trong đó giá trị chiều cao vùng chịu nén x = Rh

7.2.4 Tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm

7.2.4.1 Tính toán độ bền các cấu kiện chịu nén lệch tâm tiết diện chữ nhật được tiến hành theo điều kiện:

h xNe R bx hx aR A h a aR b h x−a

e e=+− − Ở đây η là hệ số uốn dọc, kể đến ảnh hưởng uốn dọc của cấu kiện đến khả năng chịu lực của nó và được xác định theo 7.2.4.2 của tiêu chuẩn này

Chiều cao vùng chịu nén x được xác định như sau: − Khi  = x/h ≤ R(Hình 5): theo điều kiện:

R A +R bx R b h x=− +R A (48) − Khi  = x/h > R: theo công thức: