giáo trình bê tông cốt thép

Đây là bộ bài giảng đầy đủ môn Bê tông cốt thép của trường DH GTVT,cung cấp kiến thức cơ bản đến chuyên sâu về bê tông cốt thép.Đáp ứng nhu cầu tìm kiếm tài liệu của các bạn sinh viên hay các kĩ sư muốn củng cố lại kiến thức

Trang 1

HÀ NỘI, 8/2013

BµI GI¶NG KÕT CÊU B£ T¤NG CèT THÐP

( THEO TIÊU CHUẨN 22TCN272-05 )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA CÔNG TRÌNH

BỘ MÔN KẾT CẤU

Trang 2

Môn học : Kết cấu bê tông cốt thép

Reinforced Concrete Structures

Thời gian : 35 giờ lý thuyết,10 giờ bài tập nhỏ, 9 giờ bải tập lớn, 4 giờ thảo luận

Tài liệu tham khảo :

● Bắt buộc : Bài giảng Kết cấu bê tông cốt thép - Bộ môn kết cấu – Khoa công trình - Đại học giao thông vận tải

● Tham khảo :

1 Lê Đình Tâm “Cầu bê tông cốt thép trên đường ô tô”

2 Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05

3 GS-TS Nguyễn Viết Trung thiết kết cấu BTCT hiện đại theo tiêu chuẩn ACI

4 Richard M Barker; Jay A Puckett Design of highway bridges NXB Wiley Interscience, 1997

………

Tµi liÖu tham kh¶o

Trang 3

CÊu tróc m«n häc

 Ch ương 1 Khái niệm chung về Kết cấu BTCT

 Ch ương 2 Vật liệu dùng trong BTCT

 Ch ương 3 Nguyên tắc thiết kế theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05

 Ch ương 4 Cấu kiện chịu uốn

 Ch ương 5 Cấu kiện chịu lực dọc trục

 Ch ương 6 Bê tông cốt thép dự ứng lực

● Phần 1 : Lý thuyết “ Kết cấu bê tông cốt thép“

● Phần 2 : Bài tập và bài tập lớn

● Đánh giá học phần :

- Thành phần : 30%

- Thi hết học phần : 70%

Trang 4

LOGO

CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ

KẾT CẤU BTCT

Trang 5

Chương 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU BTCT

1.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

1.1.1 Bê tông cốt thép thường

1.1.2 Bê tông cốt thép dự ứng lực

1.2 ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO KẾT CẤU BTCT

1.2.1 Đặc điểm cấu tạo

1.2.2 Đặc điểm chế tạo

Trang 6

 Lịch sử lồi người đã sử dụng nhiều chủng loại vật liệu xây dựng :

Dùng hàng ngàn năm Có thể > 100 năm

1.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT

Trang 7

Đặc trưng Bêtông Cốt thép

Khả năng chịu kéo kém tốt

Khả năng chịu nén tốt tốt, nhưng những thanh

thép mảnh thì dễ bị oằn

Khả năng chịu cắt trung bình tốt

Độ bền tốt bị ăn mòn nếu không đựơc

bảo vệ

Chịu lửa tốt kém, khả năng chịu lực

giảm nhanh ở nhiệt độ cao

BTCT là một loại vật liệu xây dựng phức hợp do bêtông và cốt thép cùng cộng tác chịu lực với nhau một cách hợp lý và kinh tế

1.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT

1.1.1 BÊ TÔNG CỐT THÉP THƯỜNG

1.1.1.1 KHÁI NIỆM

Trang 8

1.1.1.1 KHÁI NIỆM

Uốn dầm bê tông không cốt thép : Dầm chia thành 2

vùng, vùng kéo và vùng nén

Vùng nén

Vùng kéo Vết nứt

Khi fct lớn hơn giới hạn chịu kéo của bê tông, dầm sẽ xuất hiện vết nứt , vết nứt phát triển dần lên phía trên và dầm bị phá hoại

Dầm bê tông chưa tận dụng hết khả năng chịu lực nén tốt của bê tông do ứng suất nén do tải trọng gây ra khi phá hoại còn nhỏ

hơn nhiều so với khả năng chịu nén tốt của bê tông

Trang 9

1.1.1.1 KHÁI NIỆM

Khi fct vượt quá giới hạn chống nứt của bê tông, tiết diện xuất hiện vết nứt nhưng dầm chưa bị phá hoại, lực kéo lúc này sẽ do cốt thép chịu Do đó tải trọng có thể tăng tới khi cốt thép bị chảy hoặc bê tông vùng nén bị nén vỡ

Dầm BTCT đã khai tác hết khả năng chịu nén tốt của bê tông và khả năng chịu kéo tốt của thép Do vậy mà sức kháng uốn của

dầm BTCT cao hơn nhiều so với dầm BT không có cốt thép

Cốt thép còn có thể được đặt vào vùng nén để tham gia chịu nén cùng với BT

P

Uốn dầm bê tông cốt thép : Với một lượng thép hợp lý đặt vào

vùng kéo

Trang 10

 Đặt cốt thép vào vùng nén để tăng khả năng chịu lực và giảm kích thước tiết diện

bêtông Sức chịu nén của cốt thép cũng tốt bằng sức chịu kéo

Ta û i tro ïng

C o á t the ù p d o ïc

c hịu ne ù n

1.1.1.1 KHÁI NIỆM

Trang 11

Nhờ có lực dính bám mà có thể truyền lực qua lại giữa bêtông và cốt thép, khai thác cường độ cốt thép, hạn chế bề rộng khe nứt

Giữa BT và CT không xảy ra phản ứng hóa học

Hệ số giãn nở nhiệt của BT và CT gần bằng nhau

1.1.1.2 CÁC LÝ DO ĐỂ BÊTÔNG VÀ CỐT THÉP CÓ THỂ CÙNG CỘNG TÁC CHỊU LỰC

Trang 12

Có khả năng sử dụng vật liệu địa phương

Khả năng chiụ lực lớn (so với gỗ, gạch đá), chịu tốt các tải trọng động

Bền vững, bảo dưỡng ít tốn kém

Chịu lửa tốt

Có khả năng tạo ra các hình dáng kết cấu khác nhau, đáp ứng yêu cầu đa dạng của kiến trúc

1.1.1.3 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG

 ƯU ĐIỂM

Trang 13

 ƯU ĐIỂM

Trang 14

Dễ có khe nứt tại vùng kéo

 khắc phục bằng cách dùng BTCT ứng lực trước, có biện pháp tính toán và thi công hợp lý để hạn chế khe nứt, bảo đảm điều kiện sử dụng bình thường

Cách âm, cách nhiệt kém

“  khắc phục bằng cách sử dụng kết cấu có lỗ rỗng

Thi công BTCT toàn khối tương đối phức tạp

Trọng lượng bản thân lớn, khó làm kết cấu nhịp lớn

“  khắc phục bằng cách dùng BTCT ứng lực trước, kết cấu vỏ mỏng …

 NHƯỢC ĐIỂM

Trang 15

BTCT được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành xây dựng: xây dựng dân dụng_công nghiệp, xây dựng giao thông _ thủy lợi, xây dựng quốc phòng

BTCT được sử dụng rộng rãi trên thế giới

 PHẠM VI SỬ DỤNG

Trang 16

Khi sử dụng bê tông cốt thép thường chúng ta thấy rằng :

Nứt sớm

Chưa cho phép sử dụng hợp lý cốt thép cường độ cao

1.1.2 BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC

1.1.2.1 KHÁI NIỆM

Khái niệm kết cấu DƯL : là loại kết cấu mà người ta tạo ra

một trạng thái ứng suất ban đầu ngược dấu với trạng thái ứng suất do tải trọng khi sử dụng nhằm mục đích hạn chế các yếu tố có hại đến tình hình chịu lực của kết cấu do tích chất chịu lực kém của vật liệu

Trang 17

1.1.2 BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC

1.1.2.1 KHÁI NIỆM

Ứng suất trong cấu kiện BTCT DƯL

Đối với Bê tông cốt thép : dự ứng lực được tạo thường là

ứng suất nén ở vùng chịu kéo của bê tông Ứng suất nén này sẽ triệt tiêu hoặc làm giảm ứng suất kéo do tải trọng gây ra Do đó mặt cắt có thể không bị nứt hoặc nứt nhỏ

Trang 18

1.1.2.1 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA BTCT DƯL

Chịu tải đổi dấu tốt hơn nên sức kháng mỏi tốt

Áp dụng rộng rãi cho các kết cấu lắp ghép, bán lắp ghép, thi công phân đoạn

Trang 19

1.1.2.1 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA BTCT DƯL

 NHƯỢC ĐIỂM

Ứng lực trước có thể gây ra nứt ở phía đối diện

Chế tạo phức tạp nên phải yêu cầu chặt chẽ về kỹ thuật mới có thể đạt được yêu cầu đề ra

Trang 20

Cốt thép được đặt vào trong cấu kiện bê tông cốt thép để : chịu ứng suất kéo, chịu ứng suất nén, để định vị các cốt thép khác

1.2 ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO KẾT CẤU BTCT

1.2.1 ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO

1.2.1.1 BÊ TÔNG CỐT THÉP THƯỜNG

Trong BTCT vấn đề giải quyết cấu tạo sao cho hợp lý là rất quan trọng (vật liệu, dạng tiết diện và kích thước tiết diện, bố trí cốt thép, liên kết giữa các bộ phận….)

 Cốt thép chịu kéo

 Cốt thép chịu nén

 Cốt thép đai và cốt thép định vị cốt thép khác

Trang 21

Cốt thép chịu kéo : nguyên nhân do Mômen, lực cắt, lực dọc

trục, mô men xoắn và tải cục bộ

Cốt thép do tính toán định ra nhưng phải thỏa mãn các yêu cầu về cấu tạo

Biểu đồ mô men và cách đặt cốt thép

Trang 22

Cốt thép chịu kéo do lực cắt gây ra : được đặt theo sự xuất

hiện của biểu đồ lực cắt

Biểu đồ lực cắt và bố trí cốt đai

A

A-A

Trang 23

Cốt thép chịu ứng suất nén : cốt dọc chịu nén trong dầm,

cột, các cốt thép này cùng tham gia chịu nén với bê tông

Cốt thép dọc chịu nén trong

cột

Ta û i tro ïng

C o á t the ù p d o ïc

c hịu ne ù n

Cốt thép định vị cốt thép khác trong thi công

Cốt thép kiểm soát nứt bề mặt : phân

bố gần bề mặt để chịu các ứng suất do

co ngót, từ biến, thay đổi nhiệt độ Các

cốt dọc và cốt ngang là một phần của cốt

thép kiểm soát nứt bề mặt

Trang 24

Trong cấu kiện BTCT DƯL gồm 2 loại cốt thép :

 Cốt thép thường (cốt thép không được kéo căng): có nhiệm vụ như trong kết cấu BTCT thường

 Cốt thép dự ứng lực (cốt thép kéo căng) : DƯL làm nhiệm vụ tạo ứng suất nén trước trong bê tông

1.2.1.2 BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC

Tại vị trí cốt thép uốn cong hoặc đầu neo liên kết cần bố trí lưới cốt thép cục bộ để gia cường chống lại ứng suất cục bộ do dự ứng lực gây ra

Sơ đồ bố trí cốt thép DƯL

Trang 25

1.2 ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO KẾT CẤU BTCT

1.2.2 ĐẶC ĐIỂM CHẾ TẠO

1.2.2.1 PHÂN LOẠI THEO PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG

THEO PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG

BTCT LẮP GHÉP

BTCT TOÀN KHỐI

BTCT BÁN LẮP GHÉP

Trang 26

1.2.2.1 PHÂN LOẠI THEO TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT KHI CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG

THEO TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT KHI CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG

BTCT

Trang 27

1.2.2.3 PHÂN LOẠI THEO PHƯƠNG PHÁP TẠO DỰ ỨNG LỰC

THEO PHƯƠNG PHÁP TẠO DƯL

CÔNG NGHỆ CĂNGTRƯỚC CÔNG NGHỆ CĂNG SAU

Sơ đồ phương pháp thi công kéo

sau

Sơ đồ phương pháp thi

công kéo trước

Trang 28

MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ THIẾT BỊ THI CÔNG DƯL

Trang 29

MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ THIẾT BỊ THI CÔNG DƯL NEO CHẾT

Trang 30

MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ THI CÔNG KẾT CẤU DƯL

Trang 31

LOGO

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU DÙNG TRONG

BTCT

Trang 32

Chương 2 VẬT LIỆU DÙNG TRONG BTCT

2.1 BÊ TÔNG

2.1.1 Phân loại bê tông

2.1.2 Các thuộc tính ngắn hạn của bê tông

2.1.3 Các thuộc tính dài hạn của bê tông

2.2 CỐT THÉP

2.2.1 Cốt thép thường

2.2.2 Cốt thép dự ứng lực

2.3 BÊ TÔNG CỐT THÉP

2.3.1 Khái niệm dính bám giữa bê tông và cốt thép

2.3.2 Khái niệm về chiều dài phát triển lực của cốt thép

Trang 33

Bê tông là một loại đá nhân tạo được tạo thành từ các vật liệu thành phần, bao gồm: đá dăm, sỏi (cốt liệu lớn); cát (cốt liệu nhỏ); xi măng (chất kết dính), nước và phụ gia

(nếu có) Tỷ lệ của các vật liệu thành phần trong hỗn hợp

sẽ có ảnh hưởng đến thuộc tính của bê tông sau khi đông cứng (bê tông) Trong phần lớn các trường hợp, người kỹ sư cầu sẽ chọn cấp bê tông cụ thể từ một loạt hỗn hợp thiết kế thử, trên cơ sở cường độ chịu nén mong muốn ở tuổi 28 ngày

2.1 BÊ TÔNG

2.1.1 PHÂN LOẠI BÊ TÔNG

2.1.1.1 PHÂN LOẠI BÊ TÔNG THEO THÀNH PHẦN HỖN HỢP BÊ TÔNG TƯƠI

Trang 34

Tỉ lệ nước/xi măng lớn nhất kg/kg

Độ chứa khí

%

Kích thước cốt liệu theo AASHTO M43 Kích thước lỗ vuông sàng (mm)

Cường độ chịu nén 28 ngày MPa

thấp 334 Như quy định trong hồ sơ hợp đồng

BẢNG : CÁC ĐẶC TRƯNG TRỘN CỦA BÊ TÔNG THEO CẤP

Trang 35

2.1 BÊ TÔNG

Cấp bê tông A nói chung được sử dụng đối với tất cả các cấu kiện của kết cấu và đặc biệt đối với bê tông làm việc trong môi trường nước mặn Cấp bê tông B được sử dụng trong móng, bệ móng, thân trụ và tường chịu lực

Cấp bê tông C được sử dụng trong các chi tiết có bề dày dưới 100 mm như tay vịn cầu thang và các bản sàn đặt lưới thép

Cấp bê tông P được sử dụng khi cường độ được yêu cầu lớn hơn 28 MPa Đối với bê tông dự ứng lực, phải chú ý rằng, kích thước cốt liệu không được lớn hơn 20 mm

Bê tông loại S được dùng cho bê tông đổ dưới nước bịt đáy chống thấm nước trong các khung vây

Trang 36

2.1 BÊ TÔNG

2.1.1.2 PHÂN LOẠI BÊ TÔNG THEO TỶ TRỌNG CỦA BÊ TÔNG

Bê tông tỷ trọng thường với  = 2150 ” 2500 kg/m 3

Bê tông tỷ trọng thấp với  không vượt quá 1925 kg/m 3

Trang 37

2.1 BÊ TÔNG

2.1.2 CÁC THUỘC TÍNH NGẮN HẠN CỦA BÊ TÔNG CỨNG

2.1.2.1 CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN

“ Cường độ là đặc trưng cơ bản của bêtông, phản ánh khả năng chịu lực của nó

Trang 38

2.1 BÊ TÔNG

ĐƯỜNG CONG ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG ĐIỂN HÌNH CỦA MẪU HÌNH TRỤ KHI NÉN DỌC TRỤC KHÔNG CÓ KIỀM CHẾ

“ f’c : là đỉnh của ứng suất từ thí nghiệm

nén khối trụ

“ ε‘c: Biến dạng nén lớn nhất của bê tông

Trang 39

2.1 BÊ TÔNG

b MÔ ĐUYN ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG ( E C )

ĐƯỜNG CONG ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG ĐIỂN HÌNH CỦA MẪU HÌNH TRỤ KHI NÉN DỌC TRỤC KHÔNG CÓ KIỀM CHẾ

γc : Khối lượng riêng của BT ( kg/m3 )

f‘c : Cường độ chịu nén của BT ( Mpa

)

Trang 40

2.1 BÊ TÔNG

c GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH VÀ GIÁ TRỊ ĐẶC TRƯNG

n

' ci

cm

f f

n



f‘ci : Cường độ chịu nén của mẫu thứ i ( Mpa )

f‘cm : Cường độ chịu nén trung bình ( Mpa )

n : Số lượng mẫu thử

Giá trị trung bình cường độ của các mẫu thử kí hiệu là

hay còn gọi là cường độ trung bình được tính như sau :

' cm

f

Trang 41

2.1 BÊ TÔNG

Độ lệch tiêu chuẩn của cường độ kí hiệu là σ ( n ≥ 30 ) :

Hệ số biến động của cường độ kí hiệu là υ :

' cm

100%

f



 

Trang 42

2.1 BÊ TÔNG

f  f   k

Cường độ đặc trưng của một cấp phối bê :

Trong đó k là xác xuất đảm bảo, khi xác suất đảm bảo 95% thì k=1,64, các giá trị khác của k tham khảo bảng của ACI 214R-02

Trang 43

f  f   k

Cường độ chịu nén trung bình yêu cầu nhỏ nhất kí hiệu là

được xác định như sau :

' cr

f

Theo ACI-318R-08, cường độ nén trung bình yêu cầu được

sử dụng làm cơ sở lựa chọn của các tỷ lệ pha trộn bê

tông được xác định :

Cường độ chịu nén đặc trưng

(MPa) Cường độ chịu nén trung bình yêu cầu (MPa) Cường độ trung bình yêu cầu khi có đủ các dữ liệu thí nghiệm để xác định

Trang 44

f  f   k

' cr

f

Giá trị cường độ trung bình yêu cầu nhỏ nhất khi không đủ các dữ

liệu thống kê

Cường độ chịu nén đặc trưng

(MPa) Cường độ chịu nén trung bình yêu cầu (MPa)

Trang 45

f  f   k

' cr

f

Theo ACI-318R-08 hệ số điều chỉnh độ lệch tiêu chuẩn khi số

mẫu thử nhỏ hơn 30 như sau:

Định dạng
Số trang	224
Dung lượng	16,93 MB