giáo trình BÊ TÔNG CỐT THÉP 1

giáo trình bê tông cốt thép 1 của dân xây dựng dành cho các sinh viên tham khảo , giáo trình đầy đủ dễ hiểuJKSĐJKSDFJKHMBJKVJJKDVBJKXCBNVXCJVM,FJVNKJKDFJĐFSKLHJJKHSDHHFJKSDSFJKJNSDJKFHDFJKLJKDJKLFJKJKLGJKLJKDFKLFJKLFJKLDKL;GFJKFJKLKGNKDFJKDG;ODKLDKLKLJDJGKLGJKGSNKLSDGKLDNKJKLDGJKLSDFKLSDGDSGKLDSGSDGKLSDFKLSDFKLSDFKDFKLDFSKLSDKLDSKLDKLD

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

KHOA XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

(CẤU KIỆN CƠ BẢN)

Giảng viên: TS NGUYỄN QUANG TÙNG Email : nquangtung85@gmail.com

Tel : 0906 597 007

HỌC XONG LÀM ĐƯỢC GÌ?

• Thiết kế được các kết cấu BTCT thông thường;

• Hiểu được những kiến thức cơ bản để tiếp tục nghiên cứu;

• Thiết kế được các kết cấu chuyên dùng khác trong xây

dựng cơ bản

HỌC XONG LÀM ĐƯỢC GÌ?

• Thiết kế được các kết cấu BTCT thông thường;

• Hiểu được những kiến thức cơ bản để tiếp tục nghiên cứu;

• Thiết kế được các kết cấu chuyên dùng khác trong xây

dựng cơ bản

CHƯƠNG TRÌNH HỌC

CHƯƠNG 4 : CẤU KIỆN CHỊU UỐN

CHƯƠNG 1 : MỞ ĐẦU CHƯƠNG 2 : TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN VÀ CẤU TẠO BTCT

CHƯƠNG 9 : KẾT CẤU BTCT ỨNG LỰC TRƯỚC

CHƯƠNG 5 : SÀN PHẲNG

CHƯƠNG 6 : CẤU KIỆN CHỊU NÉN

CHƯƠNG 7 : CẤU KIỆN CHỊU KÉO

CHƯƠNG 8 : TÍNH TOÁN THEO TTGH II CHƯƠNG 4 : CẤU KIỆN CHỊU UỐN

1.1 Khái niệm

BTCT là một loại vật liệu xây dựng phức hợp do hai loại vậtliệu có đặc trưng cơ học khác nhau (bê tông và cốt thép) cùng cộngtác chịu lực với nhau một cách hợp lý và hiệu quả

- Bê tông chịu nén khá tốt nhưng chịu kéo lại rất kém

- Cốt thép chịu nén và chịu kéo đều rất tốt

Thí nghiệm về sự làm việc chung của BT và CT

h b

1.1 Khái niệm

BTCT là một loại vật liệu xây dựng phức hợp do hai loại vậtliệu có đặc trưng cơ học khác nhau (bê tông và cốt thép) cùng cộngtác chịu lực với nhau một cách hợp lý và hiệu quả

- Bê tông chịu nén khá tốt nhưng chịu kéo lại rất kém

- Cốt thép chịu nén và chịu kéo đều rất tốt

Thí nghiệm về sự làm việc chung của BT và CT

h b

1.1 Khái niệm

BTCT là một loại vật liệu xây dựng phức hợp do hai loại vậtliệu có đặc trưng cơ học khác nhau (bê tông và cốt thép) cùng cộngtác chịu lực với nhau một cách hợp lý và hiệu quả

- Bê tông chịu nén khá tốt nhưng chịu kéo lại rất kém

- Cốt thép chịu nén và chịu kéo đều rất tốt

Thí nghiệm về sự làm việc chung của BT và CT

1.3 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng

Ưu điểm

 Có thể sử dụng vật liệu địa phương;

 Tuổi thọ công trình cao, ít tốn chi phí bảo dưỡng;

 Chịu lửa tốt;

 Tạo dáng cho công trình dễ dàng

Nhược điểm

 Công trình nặng nề;

 Cách nhiệt, chống ồn, chống thấm kém;

 Thi công phức tạp, khó kiểm soát chất lượng;

 Dễ xuất hiện vết nứt trong vùng BT chịu kéo do BT chịukéo kém;

 Công tác cải tạo sửa chữa khó hơn các loại kết cấu thép, gỗ

Phạm vi ứng dụng

 Trong XDDD : từ công trình nhà ở, nhà ga, nhà hành chính

…

 Trong XDCN : xi lô, ống khói, tháp nước…

 Giao thông : dầm cầu, tà vẹt,

 Công trình thủy : trạm bơm, đập nước …

Quá trình phát triển chia thành 3 giai đoạn

Giai đoạn phát minh

- 1849 LamBot (Pháp) đã làm một chiếc thuyền bằng lưới thépđược trát hai mặt bằng vữa xi măng

- 1850 Monier làm các chậu hoa với các lưới thép gia cường

Giai đoạn nghiên cứu và sử dụng

- 1880, các nghiên cứu về cường độ BT và CT, về lực dính

Giai đoạn phát triển hiện tại

- Xây dựng các phương pháp tính toán theo ứng suất cho phépdựa trên cơ sở của môn học SBVL, tính theo giai đoạn phá hoại

có kể đến biến dạng dẻo của vật liệu, tính toán theo trạng thái giớihạn

- Nghiên cứu và ứng dụng thành công BTCT ứng lực trước

Chương II:

A BÊ TÔNG

Bê tông là loại đá nhân tạo, được chế tạo từ các loại vật liệurời (cát, đá, sỏi), chất kết dính (thường là xi măng), nước và có thểthêm phụ gia (đông kết nhanh, chống thấm, đông kết chậm ).

Bê tông có cấu trúc không đồng nhất.

 Phân loại

 Phân loại

 Theo cấu trúc : bê tông thường, bê tông cách nhiệt;

 Theo khối lượng riêng : bê tông nặng, bê tông nhẹ;

Theo thành phần : bê tông thông thường, bê tông cốt liệu bé, bê

tông chèn đá hộc;

Theo phạm vi sử dụng : bê tông chịu lực, bê tông chịu nhiệt, bê

tông cách nhiệt, bê tông chống xâm thực

o Chất lượng của xi măng,

o Đặc trưng của cốt liệu,

o Thành phần cấp phối,

o Môi trường rắn kết,

o Tuổi của bê tông, được tính bằng ngày

2.1 Thí nghiệm cường độ chịu nén của bê tông

 Phương pháp thí nghiệm : Nén mẫu bằng máy nén

 Cường độ chịu nén của mẫu

với P là lực làm phá hoại mẫu, A là diện tích tiết diện mẫu

Bê tông thông thường có R = 5-30 Mpa

Bê tông thông thường có R = 5-30 Mpa

 Sự phá hoại của mẫu thử

 Thí nghiệm 1

o Hai mẫu lập phương kích thước giống nhau, cấu tạo giốngnhau,

o Một mẫu bôi trơn bề mặt, một mẫu không bôi trơn bề mặt,

o Giá trị cường độ thu được sẽ khác nhau (mẫu bôi trơn dễ bịphá hoại hơn)

phá hoại hơn)

a) Mẫu có bôi trơn b) Mẫu không bôi trơn

 Thí nghiệm 2

o Thí nghiệm không bôi trơn mẫu thử

o Mẫu lập phương cạnh a và mẫu lăng trụ tiết diện vuông cạnh a,chiều cao 4a,

o Mẫu lăng trụ dễ bị phá hoại hơn, giá trị cường độ thu đượckhoảng 0,8R của mẫu lập phương

a

a

A

 Thí nghiệm 3

o Thí nghiệm không bôi trơn mẫu thử

o 3 mẫu lập phương có kích thước khác nhau, a= 10, 15, 20cm

o R10 > R15 > R20

!!! Tuy nhiên, nếu thí nghiệm có bôi trơn thì mẫu lập phương

có kích thước to hay nhỏ, hay mẫu lăng trụ đều cho kết quả như nhau

a = 10 cm a = 15 cm a = 20 cm

2.2 Thí nghiệm cường độ chịu kéo của bê tông Rt

P là lực kéo làm phá hoại mẫu

A là diện tích tiết diện ngang

a

2.2 Thí nghiệm cường độ chịu kéo của bê tông Rt

M là moment uốn làm phá hoại mẫu

b, h là kích thước tiết diện ngang

2

5,3

h b

M

R t

P là lực kéo làm phá hoại mẫu

A là diện tích tiết diện ngang

2.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông

Thành phần và công nghệ chế tạo

 Chất lượng lượng xi măng tốt và số lượng xi măng;

 Độ cứng, độ sạch của cốt liệu;

 Cấp phối;

 Tỷ lệ giữa nước và xi măng;

 Chất lượng của việc nhào trộn, đổ, đầm và điều kiện bảodưỡng BT

Các nhân tố trên ảnh hưởng quyết định đến R, R t nhưng mức độ

có khác nhau.

Tỷ lệ giữa nước và xi măng ảnh hưởng lớn đến R;

 Độ sạch của cốt liệu ảnh hưởng lớn đến Rt

) lg(

7

7

3.1 Giá trị trung bình

Thí nghiệm n mẫu thử cùng một loại bê tông, cường độ trung bình

R m được xác định từ công thức sau :

trong đó Ri là giá trị cường độ đo được của mẫu thử thứ i

3 GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH VÀ TIÊU CHUẨN CỦA R

- với xác suất đảm bảo 95% thì S=1,64

) 1

( S 

R

Rch m 

3.1 Giá trị tiêu chuẩn

Giá trị tiêu chuẩn của cường độ bê tông được lấy bằng cường độ

đặc trưng của mẫu thử R ch nhân với hệ số kết cấu kc =0.7-0.8

Cường độ tiêu chuẩn về nén R bn , về kéo R btn

4.1 Mác theo cường độ chịu nén M

Trước năm 2005, theo tiêu chuẩn cũ 5574-1991, người ta phânloại BT theo cường độ chịu nén trung bình Rm(kG/cm2) của mẫu thử

chuẩn và đặt tên theo mác (marque), ký hiệu là M Có các mác BT

như sau : M50, M75, M100, M150, M200, M250, M300, M350,M400, M500, M600

4.2 Cấp độ bền BT về nén

Từ năm 2005, theo TCXDVN 356-2005, cấp độ bền chịu nén B,

là trị số lấy bằng cường độ đặc trưng R ch của mẫu thử chuẩn (mẫu lậpphương kích thước a= 150mm), tính bằng đơn vị MPa

Theo TCXDVN 356-2005 bê tông có các cấp độ bền B3,5; B5;B7,5; B10; B12,5; B15; B20; B30; B35; B40; B50; B55; B60

B7,5; B10; B12,5; B15; B20; B30; B35; B40; B50; B55; B60

Tương quan giữa mác M và cấp độ bền B của cùng một loại bê

tông như sau:

trong đó :

- α là hệ số đổi đơn vị từ kG/cm2 sang Mpa, lấy α=0.1

- β là hệ số chuyển đổi từ cường độ trung bình sang cường độ đặc

trưng, β=0.778

4 CẤP ĐỘ BỀN, MÁC BÊ TÔNG

4.1 Cấp độ bền BT về kéo

Khi mà sự chịu lực của kết cấu được quyết định bởi khả năngchịu kéo của bê tông, cần qui định thêm cấp độ bền chịu kéo Bt, lấybằng cường độ đặc trưng về kéo của bê tông theo đơn vị MPa

4.1 Mác theo khả năng chống thấm và theo khối lượng

riêng

Đối với kết cấu có yêu cầu hạn chế thấm cần quy định mác theokhả năng chống thấm W, lấy bằng áp suất lớn nhất (atm) mà mẫuchịu được để nước không thấm qua

5.1 Biến dạng do co ngót

 Đó là hiện tượng bê tông giảm thể tích khi khô cứng trongkhông khí

 Biến dạng do co ngót là hiện tượng tự nhiên, không thể loại

bỏ được Biến dạng tương đối về co ngót có thể đạt trị số trungbình 3÷5.10-4

 Khi co ngót bị cản trở hoặc co ngót không đều có thể xuấthiện các vết nứt

5 BIẾN DẠNG CỦA BÊ TÔNG

 Các nhân tố chính ảnh hưởng đến co ngót

 Độ ẩm của môi trường;

 Độ co ngót tăng khi dùng nhiều xi măng, dùng xi măng cóhoạt tính cao (xi măng mác cao, xi măng Aluminat), khi tăng tỉ lệnước/ xi măng, khi dùng cốt liệu có độ rỗng, dùng cát mịn, dùngchất phụ gia

5 BIẾN DẠNG CỦA BÊ TÔNG

 Thí nghiệm nén mẫu bê tông chưa đến giai đoạn phá hoại

Bê tông không phải là vật liệu hoàn toàn đànhồi, nó là vật liệu đàn hồi-dẻo

 Phần biến dạng phục hồi được là biếndạng đàn hồi el

 Phần biến dạng không hồi phục được là



B

Biểu đồ ứng suất biến dạng

 Phần biến dạng không hồi phục được làbiến dạng dẻo hay biến dạng dư pl

5.3 Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn - Từ biến

 Hiện tượng biến dạng tăng theo thời

gian trong lúc ứng suất không thay đổi

gọi là tính từ biến

 Phần biến dạng tăng thêm do tải

trọng tác dụng dài hạn được gọi là biến

5 BIẾN DẠNG CỦA BÊ TÔNG

 Các nhân tố chính ảnh hưởng đến từ biến

 Ứng suất trong bê tông lớn thì biến dạng từ biến lớn;

 Tuổi bê tông ứng với lúc đặt tải càng cao thì biến dạng càngbé;

 Độ ẩm của môi trường lớn thì biến dạng từ biến bé;

 Tỷ lệ N/X lớn thì biến dạng từ biến lớn;

 Ngoài ra biến dạng từ biến còn phụ thuộc vào côt liệu, phươngpháp thi công kích thước mẫu thử…

 Các chỉ tiêu của biến dạng từ biến

 Đặc trưng từ biến = c/el đây là một đại lượng không thứnguyên

 Suất từ biến C = c/b có đơn vị MPa-1 (hoặc cm2/kG)

6 MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG

6.1 Mô đun đàn hồi khi chịu nén

Môđun đàn hồi ban đầu Eb

6.2 Mô đun đàn hồi khi chịu kéo

Môđun đàn hồi ban đầu Ebt khi chịu kéo

el

b b

Môđun biến dạng E’bt khi chịu kéo

Môđun biến dạng E’bt khi chịu kéo

b t

t

bt bt

bt bt

E

R E

R E

Biến dạng cực hạn khi chịu kéo của bê tông là :

6 MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG

6.2 Môđun chống cắt Gb của bê tông

b

b b

) 2 , 0 1 ( 2 )

1 (





Module chống cắt Gb được tính theo công thức

Hệ số Poisson µ của bê tông lấy bằng 0,2

B CỐT THÉP

7 CÁC LOẠI CỐT THÉP

 Theo thành phần hóa học của thép

 Thường chỉ dùng một số loại thép carbon thấp (CT3, CT5…)

và hợp kim thấp (để nâng cao một số tính năng cơ học của thép)

 Theo công nghệ chế tạo

 Cốt cán nóng thanh  10 mm, dài  13 m (hiện nay thườngbằng 11,7m);

 Cốt cán nóng  10 mm thường sản xuất thành cuộn;

 Sợi kéo nguội,  8 mm;

 Ngoài ra thép còn có thể được gia công nhiệt (tôi), gia côngnguội (dập, kéo) để nâng cao cường độ

 Theo hình thức

 Thép tròn trơn hoặc thép tròn có gờ;

 Thép hình (I, L,U…)  bê tông cốt cứng, cột thép, dầm thép

7 CÁC LOẠI CỐT THÉP

 Yêu cầu của cốt thép trong kết cấu bê tông cốt thép

 Có cường độ cao và có tính dẻo cần thiết

 Cùng làm việc được với BT trong tất cả các giai đoạn

 Khi khả năng chịu lực của kết cấu được tận dụng hết thì cường

độ của cốt thép cũng được tận dụng triệt để

 Có các tính năng cần thiết (dễ uốn, hàn được ) nhằm thi côngthuận lợi

8.1 Biểu đồ ứng suất - biến dạng

Biểu đồ ứng suất – biến dạng của cốt thép có phần thẳng ứng vớigiai đoạn đàn hồi và phần cong ứng với giai đoạn có biến dạng dẻo

C

B

B y

8 TÍNH NĂNG CƠ HỌC CỦA CỐT THÉP

8.2 Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo

 Khi kéo thép trong giai đoạn đàn hồi (O-A)rồi giảm tải thì biểu độ sẽ trở về đường cũ, đếngốc tọa độ

 Nếu kéo thép đến phần có biến dạng dẻo(A-D) rồi giảm tải thì biểu đồ không trở về theo

y



D A

(A-D) rồi giảm tải thì biểu đồ không trở về theođường cũ mà vẫn còn biến dạng dự pl

8.3 Cường độ giới hạn chảy Y

y



D



B  Giới hạn bền ứng suất lớn nhất thép chịu được B : bằng giá trị

trước khi bị kéo đứt;

 Giới hạn đàn hồi el : lấy bằng

D

O'

A

el  Giới hạn đàn hồi el : lấy bằng

ứng suất ở cuối giai đoạn đàn hồi;

 Giới hạn chảy Y : lấy bằng ứng suất ở đầu giai đoạn chảy

8 TÍNH NĂNG CƠ HỌC CỦA CỐT THÉP



A

B' C

 Đối với loại thép không có giới hạn đàn hồi

và giới hạn chảy rõ ràng (cốt thép dòn), người taqui định các giới hạn qui ước :

Giới hạn đàn hồi qui ước là giá trị ứng suất

el ứng với biến dạng dư tỉ đối là 0,02%;

Giới hạn chảy qui ước là giá trị ứng suất Yứng với biến dạng dư tỉ đối là 0,2%

8.4 Cường độ tiêu chuẩn của cốt thép

Thí nghiệm kéo n mẫu thép, từng mẫu thử có iy, như vậy giới hạnchảy trung bình của các mẫu thép là :

n

i y m

- S =1,64 ứng với xác suất đảm bảo 95%;

-  là hệ số biến động, nếu sản đạt tiêu chuẩn thì  = 0,05 - 0,08

)1

R sn   Y m 

8 TÍNH NĂNG CƠ HỌC CỦA CỐT THÉP

8.5 Mô đun đàn hồi của cốt thép

Mô đun đàn hồi của cốt thép E s ,

được lấy bằng độ dốc của đoạn OAtrên biểu đồ ứng suất-biến dạng

8 TÍNH NĂNG CƠ HỌC CỦA CỐT THÉP

8.7 Tính hàn được

Tính hàn được đảm bảo sự liên kết chắc chắn của mối hàn, không

Vì sao phải hàn cốt thép?

Hàn cốt thép trong trường hợp nối buột cốt thép không đảm bảo

sự truyền lực giữa các cốt thép, và đảm bảo cốt thép không bị kéotuột

Tính hàn được đảm bảo sự liên kết chắc chắn của mối hàn, không

có khuyết tật ở mối hàn

 Tính hàn được phụ thuộc vào thành phần và cách chế tạo thép.Thép carbon ít (cán nóng) và thép hợp kim thấp hàn khá tốt;

 Thép đã gia công nhiệt hoặc kéo nguội không được phép hàn,

vì ở nhiệt độ cao mối hàn làm giảm cường độ của thép

8.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Cốt thép bị nung nóng ở nhiệt độ cao sẽ bị thay đổi về cấu trúckim loại cũng như cường độ, môđun đàn hồi đều giảm xuống Saukhi để nguội trở lại cường độ có được phục hồi nhưng không hoàntoàn

Khi quá lạnh (- 30oC) một số thép carbon nóng trở nên dòn, đó là

Khi quá lạnh (- 30 C) một số thép carbon nóng trở nên dòn, đó làhiện tượng dòn nguội

Hệ số dãn nở vì nhiệt của thép là 1  10-5/ độ

9 PHÂN NHÓM CỐT THÉP

9.1 Theo tiêu chuẩn Việt Nam

Theo tiêu chuẩn Nhà nước về "Thép cán nóng, thép cốt bê tôngTCVN 1651-1985", dựa vào tính chất cơ học, phân thép thành 4nhóm CI, CII, CIII, CIV

- CI : thanh tròn nhẵn

- CII : có gờ xoắn vít theo một chiều

- CIII, CIV : có gờ xiên theo hai chiều

9.2 Theo các tiêu chuẩn khác

 Nga phân cốt thép thành các nhóm A-I, A-II, A-III, A-IV, A-V

 Pháp phân loại theo giới hạn chảy: FeE230, FeE400, FeE500

C BÊ TÔNG CỐT THÉP

10 LỰC DÍNH GIỮA BÊ TÔNG VÀ CỐT THÉP

- α là hệ số phụ thuộc trạng thái chịu lực,

• khi cốt thép chịu kéo α=1

• khi cốt thép chịu nén α=1,5

10 LỰC DÍNH GIỮA BÊ TÔNG VÀ CỐT THÉP

10.3 Các yếu tố tạo nên lực dính

 Lực dán của chất keo trong VXM (khoảng 25%  lực dính )

 Lực ma sát sinh ra do sự gồ ghề trên bề mặt tiếp xúc (cốt gờ tănggấp 2 - 3 lần cốt trơn)

 Khi bê tông khô cứng, do co ngót bê tông ôm chặt lấy cốt thépcũng tăng lực dính

 Khi cốt thép chịu nén thì lực dính lớn hơn khi bị kéo (vì thép nởngang ép chặt vào bêtông)

Đó là những ứng lực nội tại trong BTCT.

Mẫu bê tông Mẫu bê tông cốt thépBiến dạng do co ngót của mẫu bê tông là cn

Biến dạng do co ngót của mẫu bê tông cốt thép là a < cn

Cốt thép đã cản trở 1 lượng biến dạng, đó chính là biến dạng kéo trong bê tông bt = cn -a

11 SỰ LÀM VIỆC CHUNG GIỮA BT VÀ CT

Giữa bê tông và cốt thép có cân bằng lực :

s s

b

s bt

b s

A



Ứng suất kéo trong bê tông do co ngót sẽ lớn nếu hàm lượng thép lớn

 Đối với kết cấu tĩnh định, khi đã có khe nứt thì ảnh hưởng của

co ngót giảm đi và ở giai đoạn phá hoại thì không còn ảnh hưởngđến khả năng chịu lực của cấu kiện nữa

 Trong kết cấu siêu tĩnh các liên kết thừa ngăn cản sự co ngótcủa BT, do đó xuất hiện những nội lực phụ

Tính biến dạng co ngót bằng cách giảm nhiệt độ xuống 15 o C.