Chương I: KHÁI NIỆM CHUNG (3 tiết) 1.1. Thực chất của BTCT: 1.1.1. Khái niệm chung: Bê tông (BT): Là vật liệu đá nhân tạo, được chế tạo từ Xi măng + Cát + Đá dăm (hoặc sỏi). Đặc điểm cơ học: Chịu nén tốt Chịu kéo kém. Cốt thép (CT): Là vật liệu kim loại. Đặc điểm cơ học: Chịu kéo và chịu nén rất tốt Bêtông cốt thép (BTCT): Do BT và CT có khả năng dính kết và truyền lực qua lại nên có thể kết hợp chúng cùng chịu lực với nhau và tạo ra một loại vật liệu xây dựng phức hợp Bê tông cốt thép có khả năng chịu lực tương đối tốt và có nhiều ưu điểm. Đặc điểm làm việc của BTCT: Trong kết cấu BTCT, Cốt thép thường được sử dụng để chịu các ứng suất kéo và trong một số trường hợp chịu cả các ứng suất nén còn chức năng của BT là chịu các ứng suất nén và bảo vệ cốt thép. So sánh sự làm việc của Kết cấu BT và Kết cấu BTCT: So sánh sự làm việc giữa hai dầm BT và BTCT để nêu bật được tác dụng của việc đặt cốt thép trong dầm: Thí nghiệm được thực hiện trên hai dầm cùng kích thước, cùng chế tạo từ một loại BT
2 2 3 σ b σ s b) PHẦN I : CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN Giới thiệu tài liệu tham khảo: * Giáo trình chính : - Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống, KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP- PHẦN CẤU KIỆN CƠ BẢN * Tài liệu tham khảo : - TCXDVN 356-2005 - KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP - TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ; - TCVN 2737 - 1995 TIÊU CHUẨN TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG - Bộ xây dựng - Công ty tư vấn và xây dựng Việt Nam - CẤU TẠO BÊ TÔNG CỐT THÉP . Chương I: KHÁI NIỆM CHUNG (3 tiết) 1.1. Thực chất của BTCT: 1.1.1. Khái niệm chung: Bê tông (BT): Là vật liệu đá nhân tạo, được chế tạo từ Xi măng + Cát + Đá dăm (hoặc sỏi). Đặc điểm cơ học: - Chịu nén tốt - Chịu kéo kém. Cốt thép (CT): Là vật liệu kim loại. Đặc điểm cơ học: - Chịu kéo và chịu nén rất tốt Bêtông cốt thép (BTCT): Do BT và CT có khả năng dính kết và truyền lực qua lại nên có thể kết hợp chúng cùng chịu lực với nhau và tạo ra một loại vật liệu xây dựng phức hợp Bê tông cốt thép có khả năng chịu lực tương đối tốt và có nhiều ưu điểm. - Đặc điểm làm việc của BTCT: Trong kết cấu BTCT, Cốt thép thường được sử dụng để chịu các ứng suất kéo và trong một số trường hợp chịu cả các ứng suất nén còn chức năng của BT là chịu các ứng suất nén và bảo vệ cốt thép. So sánh sự làm việc của Kết cấu BT và Kết cấu BTCT: So sánh sự làm việc giữa hai dầm BT và BTCT để nêu bật được tác dụng của việc đặt cốt thép trong dầm: Thí nghiệm được thực hiện trên hai dầm cùng kích thước, cùng chế tạo từ một loại BT + Không đặt cốt thép: + Có đặt cốt thép: Hiện tượng: - Dầm bị nứt khi chịu tải trọng P1 rất nhỏ, sau đó khi tăng tải trọng, vết nứt sẽ lan dần lên phía trên. - Dầm bị phá hoại với tải trọng P2 Giải thích: - Dầm bị nứt khi chịu tải trọng P1 rất nhỏ, sau đó khi tăng tải trọng, vết nứt sẽ lan dần lên phía trên. - Dầm bị phá hoại với tải trọng P3>>>P2 - Khi P=P1 dầm bắt đầu bị nứt, khi tiếp tục tăng 1 1 1 1 2 σ t a) σ b1 - Khi P=P1 (ứng suất trong BT vùng kéo đạt tới giới hạn về khả năng chịu kéo của BT) dầm bắt đầu bị nứt, khi tiếp tục tăng tải trọng vết nứt lan dần lên phía trên và khi P = P2 dầm hoàn toàn bị phá hoại, lúc này khả năng chịu nén của BT chưa được phát huy hết => Dầm BT chỉ chịu được tải trọng nhỏ và lãng phí khả năng chịu nén của BT. tải trọng, lực kéo sẽ do cốt thép chịu và cốt thép cản trở sự phát triển của khe nứt do vậy đến khi P = P2, dầm vẫn chưa bị phá hoại, dầm chỉ bị phá hoại khi P=P3>>>P2. => Dầm BTCT chịu được tải trọng lớn và nếu bố trí cốt thép một cách hợp lý thì khi dầm bị phá hoại, khả năng chịu lực của BT vùng kéo, vùng nén và khả năng chịu lực của cốt thếp đều được tận dụng hết. Nhận xét: Nhờ có cốt thép mà khả năng làm việc của vật liệu được khai thác hết. Từ đó khả năng chịu lực của dầm được tăng lên P3 có thể đạt tới giá trị ≈ 20P2 1.1.2. Nguyên nhân để bê tông và cốt thép kết hợp làm việc tốt với nhau: • Giữa BT và CT có lực dính: Sau khi BT đông cứng nó ôm chặt lấy CT tạo nên lực dính. Lực dính có ý nghĩa quan trọng hàng đầu với BTCT vì nhờ nó mà ứng lực có thể truyền từ BT sang CT và ngược lại. Từ đó: + Cường độ của BT và CT được khai thác hết; + Bề rộng khe nứt trong vùng kéo được hạn chế. • Giữa BT và CT không xảy ra phản ứng hoá học. Hơn nữa BT còn bao bọc bảo vệ CT khỏi tác dụng ăn mòn của môi trường. • BT và cốt thép có hệ số giãn nở nhiệt gần bằng nhau ( tb α = 1,2x10 5− / độ; ts α = (1 ÷ 1,5)x10 5− / độ). Do đó khi t 0 < 100 0 C => Trong cấu kiện xuất hiện ứng suất rất nhỏ, không phả hoại lực dính giữa BT và CT. 1.2. Phân loại: 1.2.1. Phân loại theo phương pháp thi công BTCT toàn khối (BTCT đổ tại chỗ): Lắp đặt cốt thép; cốp pha và đổ BT tại vị trí thiết kế của kết cấu. - Ưu điểm: + Độ cứng của kết cấu lớn; + Chịu lực động tốt. - Nhược điểm: + Tốn ván khuôn, cây chống; + Thi công chịu ảnh hưởng nhiều vào thời tiết. BTCT lắp ghép: Phân kết cấu thành các cấu kiện để sản xuất tại nhà máy hoặc sân bãi. Sau đó vận chuyển đến công trường, dùng cần trục lắp ghép và nối các cấu kiện thành kết cấu tại vị trí thiết kế. - Ưu điểm: + Có khả năng công nghiệp hoá cao; + Tăng năng suất lao động, rút ngắn được thới gian thi công; + Tiết kiệm ván khuôn, cây chống. - Nhược diểm: + Độ cứng tổng thể của kết cấu kém; + Tốn kém trong công tác vận chuyển cẩu lắp; 2 + Tốn kém vật tư liên kết. BTCT nửa lắp ghép: Lắp ghép các cấu kiện được chế tạo chưa hoàn chỉnh. Sau dó đặt thêm cốt thép, ghép cốp pha và đổ BT phần còn lại và mối nối. - Ưu điểm: + Độ cứng của kết cấu cao hơn so với kết cấu lắp ghép; + Giảm cốp pha cây chống. - Nhược diểm: + Sản xuất, vận chuyển và lắp ghép phức tạp; + Tốn công xử lý mặt tiếp xúc giữa BT cũ và mới. 1.2.2. Phân loại theo trạng thái ứng suất khi chế tạo BTCT thường: Khi chế tạo cấu kiện, ngoài nội ứng suất do co ngót và giãn nở nhiệt trong cốt thép không có ứng suất. Bê tông cốt thép ứng lực trước (BTCT ƯLT): Khi chế tạo, người ta căng cốt thép để nén vùng kéo của cấu kiện(BT được ƯLT) nhằm khống chế sự xuất hiện và hạn chế bề rộng khe nứt. 1.3. Ưu khuyết điểm và phạm vi sử dụng 1.3.1. Ưu điểm - Có khả năng sử dụng vật liệu địa phương(xi măng, cát, đá hoặc sỏi),tiết kiệm thép là vật liệu đắt tiền; -Có khả năng chịu lực lớn hơn so với kết cấu gạch đá và gỗ; có thể chịu tốt các loại tải trọng rung động, kể cả tải trọng động đất; -Vừa bền vừa tốn ít tiền bảo dưỡng; - Có khả năng tạo hình phong phú; - Chịu lửa tốt. Bê tông bảo vệ thép không bị nung nóng nhanh đến nhiệt độ nguy hiểm. Ví dụ: a b = 2,5cm ; t 0 = 1000 0 C => Sau 1h, t 0 s = 550 0 C. 1.3.2 Nhược điểm - Trọng lượng bản thân lớn, nên với BTCT thường khó vượt được nhịp lớn. Lúc này phải dùng BTCT ƯLT hoặc kết cấ vỏ mỏng v.v - Cách âm ,cách nhiệt kém. Khi có yêu cầu cách âm; cách nhiệt dùng kết cấu có lỗ rỗng; - Thi công BTCT toàn khối tương đối phức tạp chịu ảnh hưởng nhiều vào thời tiết và kiểm tra chất lượng khó khăn. Biện pháp khắc phục: + Dùng BTCT lắp ghép; + Công xưởng hoá công tác trộn BT; ván khuôn và cốt thép; + Cơ giới hoá công tác đổ BT(Cần trục, máy bơm BTv.v ) - BTCT dễ có khe nứt làm ảnh hưởng tới chất lượng và tuổi thọ của kết cấu. Để khắc phục: + Dùng BTCT ƯLT; + Hoặc dùng các biện pháp tính toán, cấu tạo và thi công hợp lý để hạn chế bề rộng khe nứt. 1.3.3 Phạm vi sử dụng 3 BTCT được sử dụng phổ biến trong xây dựng dân dụng, công nghiệp, giao thông và quốc phòng. 1.4. Sơ lược lich sử phát triển 1.4.1 Giai đoạn phát minh mò mẫm Lịch sử BTCT được bắt đầu vào cuối năm 1849 với sự kiện Lambot (Người Pháp) chế tạo một chiếc thuyền bằng lưới sắt được trát từ hai phía bằng vữa xi măng. Sau đó một số nhà kỹ thuật đã sử dụng bê tông cốt sắt vào một số công trình nhỏ như chậu hoa, tấm lát, bể nước, sàn và cột. Đặc điểm của giai đoạn này là đặt cốt sắt theo cảm tính vào giữa chiều cao tiết diện - khu vực trục trung hoà. 1.4.2 Giai đoạn nghiên cứu lý luận - Sau 1880 ở Pháp, Đức bắt đầu nghiên cứu về cường độ BT, CT và lực dính giữa BT và CT. Kỹ sư Koenen (Người Đức) là một trong những người đầu tiên kiến nghị đặt cốt thép vào vùng BT chịu kéo và năm 1886 đã kiến nghị phương pháp tính toán cấu kiện BTCT. - Đầu thế kỷ 20, xây dựng được lý thuyết tính toán kết cấu BTCT theo ứng suất cho phép: σ b ≤ [σ b ] ; σ s ≤ [σ s ]. (ứng suất trong BT và cốt thép được xác định dựa trên cơ sở của môn SBVL). Năm 1928, kỹ sư Freyssinet (Người Pháp) nghiên cứu thành công BTCT ƯLT. Năm1939 giáo sư Loleit (Người Nga) với nhiều người khác đã nghiên cứu tính không đồng nhất; không đẳng hướng; tính biến dạng đàn hồi dẻo của BT và đưa ra phương pháp tính toán theo giai đoạn phá hoại: kT ser ≤ T p k - Hệ số an toàn chung cho kết cấu (k = 1,7 ÷ 2); T ser - Nội lực trong kết cấu do tải trọng tiêu chuẩn gây ra; T p - Nội lực do kết cấu chịu được khi nó ở vào giai đoạn phá hoại - Năm 1955 Liên Xô (cũ) đã sử dụng phương pháp tính theo trạng thái giới hạn (TTGH). Phương pháp này ngày càng được hoàn thiện và được nhiều nước sử dụng trong thiết kế kết cấu BTCT đến ngày nay. 1.4.3 Giai đoạn phát triển hiện tại Ngày nay kết cấu BTCT đã chiếm một vị trí quan trọng trong các ngành xây dựng cơ bản và đã đạt được những thành tựu lớn: Trên thế giới + Vòm có nhịp L = 260m (Thuỵ Điển); + Mái nhà có nhịp L = 200m (Pháp); + Nhà 109 tầng, cao 442m (Mỹ); +Tháp Đôi cao 451,9m (Malaixia); + Tháp vô tuyến cao trên 500m (Liên Xô (cũ) và Canađa).v.v Ở Việt Nam + Những công trình quy mô lớn như nhà máy thuỷ điện Sông Đà (Hoà Bình); nhà máy thuỷ điện YALY; ống khói nhà máy nhiệt diện Phả Lại cao200m đã được xây dựng và làm việc rất an toàn, hiệu quả; 4 + Nhiều chung cư; nhà làm việc; khách sạn cao tầng đã được mọc lên ( khu đô thị mới Nam Long; Trung Hoà - Nhân Chính; Linh Đàm; Tháp Hà Nội v.v ); + BTCT ƯLT đã được sử dụng rộng rãi trong xây dựng cầu và sàn không dầm (Cầu Phù Lỗ với nhịp 18m; cầu Thăng Long với nhịp 33m.v.v ). BTCT đang là một loại vật liệu xây dựng chủ yếu của nước ta. Bởi vậy nó cần được nghiên cứu từ lý thuyết cơ bản, lý thuyết tính toán thiết kế đến công nghệ thi công và cần được đầu tư kỹ thuật cho việc hiện đại hoá công tác chế tạo cấu kiện trong nhà máy cũng như thi công toàn khối tại hiện trường. 5 . xây dựng Việt Nam - CẤU TẠO BÊ TÔNG CỐT THÉP . Chương I: KHÁI NIỆM CHUNG (3 tiết) 1.1. Thực chất của BTCT: 1.1.1. Khái niệm chung: Bê tông (BT): Là vật liệu đá nhân tạo, được chế tạo từ Xi măng. của BT và đưa ra phương pháp tính toán theo giai đoạn phá hoại: kT ser ≤ T p k - Hệ số an toàn chung cho kết cấu (k = 1,7 ÷ 2); T ser - Nội lực trong kết cấu do tải trọng tiêu chuẩn gây ra; T p . máy nhiệt diện Phả Lại cao200m đã được xây dựng và làm việc rất an toàn, hiệu quả; 4 + Nhiều chung cư; nhà làm việc; khách sạn cao tầng đã được mọc lên ( khu đô thị mới Nam Long; Trung Hoà