TÀI LIỆU CAO HỌC THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP P1 Chương 2: VẬT LIỆU BÊ TÔ G CỐT THÉP Chương 3: BÊ TÔG BN ÉP GAG (confined) Chương 4: QUA HỆ MÔME ĐỘ COG Chương 5: PHÂ TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐG SÀ BTCT ................
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Chương 2: VẬT LIỆU BÊ TÔ G CỐT THÉP 2.1 CỐT THÉP THEO TIÊU CHUẨ MỸ 2.1.1 Kích thước mác thép Thép tròn theo tiêu chuNn Mỹ có kích thước qui ước theo đơn vị inch mm sau: Thanh #18 (φ57) thường dùng công trình cầu, sử dụng công trình dân dụng Chương 2: VẬT LIỆU BÊ TÔNG CỐT THÉP Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Thép tròn có tiết diện tròn có gai giúp tăng cường liên kết neo thép bê tông Gồm có loại mác thép (grade): o Grade 40 (fy = 40 ksi = 2800 kG/cm2): số #3 đến số #6 o Grade 50-60 (fy = 3500-4200 kG/cm2): số #3 đến số #18 o Grade 75 (fy = 5250 kG/cm2): số #6 đến số #18 Loại thép mác Grade 60 (xấp xĩ thép CIII V ) loại thép phổ biến Mác thép tương ứng với giới hạn chảy danh nghĩa (nominal yield strength - fy ) Kích thước mác thép đóng dấu thép để tiện nhận dạng, xem hình vẽ (sách tham khảo MacGregor [1]): Thép sản xuất tương ứng với tiêu chuNn kỹ thuật ASTM (Mỹ) Thép sản xuất theo ASTM A616 A617 dùng cho công trình đường ray trục tàu hoả, thuộc loại thép chuyên dụng Hai loại sử dụng rộng rãi tuân theo ASTM A615 ASTM A706 mô tả chi tiết 2.1.2 Tiêu chu n ASTM A615: (Standard Specification for Deformed and Plain Billet Steel Bars for Concrete Reinforcement) Sử dụng phổ biến dạng thép có mác Grade 40-60 Có thể ứng dụng công trình chịu tải đặc biệt động đất Giới hạn bền xấp xĩ 1,5 lần giới hạn chảy: fu ≈ 1,5 fy 2.1.3 Tiêu chu n ASTM A706: (Sandard Specification for Low-Alloy-Steel Deformed Bars for Concrete Reinforcement) Chỉ có loại mác thép Grade 60 Loại ứng dụng công trình hàn, uốn thép yêu cầu tính dẻo dai thép Chiều dài kéo đứt lớn thép theo ASTM A615 Giới hạn chảy fy < 78 ksi = 5450 kG/cm2 giới hạn bền fu ≥ 1,25 fy Chương 2: VẬT LIỆU BÊ TÔN G CỐT THÉP Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Chương 2: VẬT LIỆU BÊ TÔN G CỐT THÉP Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT 2.1.4 Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Quan hệ ứng suất-biến dạng Đường biểu diển quan hệ ứng suất-biến dạng cho loại mác thép khác MacGregor trình bày theo hình vẽ đây, đó: Mác thép Grade 60 dẻo mác thép Grade 40 Mác thép Grade 40 có thềm chảy dẻo dài mác Grade 60; thép cường độ cao, ví dụ mác thép Grade 75, thềm chảy dẻo ngắn không tồn Mô đun đàn hồi lấy E = 29E3 ksi = x 106 kG/cm2 cho loại thép Hiện tượng mỏi tần số cao (high-cycle fatigue) toán thiết kế vật liệu thép số công trình mặt cầu giao thông: Hai biên độ ứng suất, fmax < fy fmin < fy , áp đặt thí nghiệm mỏi thép phải có giá trị ứng suất kéo: fmax > Tham khảo thêm từ Corley, J Struct., ASCE, June 1978 MacGregor [1] Chương 2: VẬT LIỆU BÊ TÔN G CỐT THÉP Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT 2.2 Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh BÊ TÔ G THEO TIÊU CHUẨ MỸ Bê tông hổn hợp ximăng, nước, cốt liệu đá, cát phụ gia Có loại bê tông: Bê tông thường ( ormalweight concrete - N WC) o Trọng lượng riêng xấp xĩ 150 lb/ft3 = 2400 kg/m3 o Cốt liệu lớn có cường độ cao (ví dụ đá thạch anh) o Bê tông bị phá hoại nứt mạch vữa xi măng mà không xảy tượng phá hủy qua cốt liệu lớn o Đây loại bê tông sử dụng phổ biến Bê tông nhẹ (Lightweight concrete - LWC) o Trọng lượng riêng xấp xĩ 90-120 lb/ft3 = 1400-1900 kg/m3 o Cốt liệu lớn có trọng lượng nhẹ đá bọt (pumice) hay đá nhân tạo sản xuất từ đá phiến sét (shale) hay đá phiến (slate) cách gia công nhiệt o Thường dùng hệ thống sàn để giảm tải trọng truyền xuống đáy móng, o Đặc tính học khác với N WC; tham khảo chi tiết ACI 318 hay MacGregor [1] o Mô đun đàn hồi thấp N WC Bê tông nặng (Heavyweight concrete - HWC) o Trọng lượng riêng xấp xĩ 200-300 lb/ft3 = 3200-4800 kg/m3 o Thường dùng cho công trình chắn phóng xạ chứa chất phóng xạ o Cốt liệu lớn thông dụng thay trộn bổ sung viên sắt, thép CÔ G THỨC QUI ĐỔI CƯỜ G ĐỘ BÊ TÔ G (mác bê tông Việt nam R = R150 lấy theo mẫu nén tiêu chuNn 150 x 150 x 150 mm) Chủng loại mẫu nén Lập phương Hình trụ Kích thước mẫu (mm) 100 x 100 x 100 150 x 150 x 150 200 x 200 x 200 300 x 300 x 300 D = 100 , H = 200 D = 150 , H = 300 D = 200 , H = 400 Hệ số tính đổi α = R150 / Rmẫu 0.91 1.00 1.05 1.10 1.16 1.20 1.24 Ghi TCV 3118-93 ACI 318-05 ⇒ f’c = R150 / 1.2 P P w = 150 Chương 2: VẬT LIỆU BÊ TÔN G CỐT THÉP P w2 H = 300 h = 150 fc = fc = D = 150 4P πD Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Đường cong ứng suất-biến dạng điển hình cho mẫu bê tông hình trụ chịu nén trình bày duới Chú ý xu hướng gia tăng độ cứng, gia tăng cường độ nén, xu hướng suy giảm khả biến dạng bê tông Bê tông thường mô tả cường độ nén danh nghĩa (nominal compressive strength, f’c) Cường độ nén phương thiết lập từ thí nghiệm nén mẫu hình trụ tiêu chuNn sau 28 ngày dưỡng hộ: thường dùng để kiểm tra cường độ bê tông kiểm soát chất lượng sản phNm hay giám định Cường độ bê tông bị ảnh hưởng tỷ lệ N /X, loại xi măng, thành phần cốt liệu, phụ gia, điều kiện dưỡng hộ, tốc độ gia tải (v ↑ ⇒ f’c ↑ ), tuổi thí nghiệm N hà cung cấp hay nhà sản xuất cố gắng phát triển thiết kế cấp phối bê tông để cường độ nén trung bình mục tiêu (target mean compressive strength) cao hơn, cao đáng kể so với giá trị lý thuyết để tránh giá trị cường độ thấp khả bê tông bị loại bỏ (sau đổ bê tông công trình) Chương 2: VẬT LIỆU BÊ TÔN G CỐT THÉP Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Cơ chế phá hủy bê tông N WC tự (unconfined) nói chung gây tượng nứt mặt tiếp giáp vữa xi măng cốt liệu lớn, sau tượng nứt mạch vữa cốt liệu o tác động tải theo chu kỳ, trình phá hủy phát triển làm cho cường độ bê tông ngày suy giảm tương ứng với gia tăng số chu kỳ lặp tải o tác động tải trì (sustained loading), tượng từ biến gây phân phối lại ứng suất nội phá hoại xảy từ từ; tác động tải nén trì, cường độ bê tông xấp xĩ 0,75 → 0,85 f’c ; xem hình vẽ bên MacGregor: Mô đun đàn hồi bê tông phụ thuộc vào loại cốt liệu lớn dùng Ví dụ, mô đun đàn hồi bê tông thường (N WC) 1,5 → lần mô đun đàn hồi vữa Với bê tông thường có trọng lượng riêng 145 lb/ft3 = 2300 kg/m3, công thức ACI cho biết: Ec = 57000 (f’c)1/2 (đơn vị psi) (2-1a) Ec = 4700 (f’c)1/2 (đơn vị MPa) (2-1b) Chương 2: VẬT LIỆU BÊ TÔN G CỐT THÉP Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Bây xem xét mặt khác ứng xử học bê tông: đáp ứng gia tải phương, đáp ứng gia tải phương, bao gồm nén thủy tĩnh Xét ứng xử mẫu bê tông lập phương thí nghiệm gia tải phương trình bày Các mũi tên thị kiểu gia tải nén Cường độ nén hình vẽ qui chuNn (normalized) theo cường độ nén phương, fu Với trường hợp kéo phương, cường độ gần cường độ kéo phương Với trường hợp nén phương, ứng suất f1 f2 vượt 120 % cường độ nén phương Với trường hợp nén-kéo phương, bê tông bị phá hủy ứng suất thấp giá trị cường độ nén hay kéo phương Cường độ tính dẻo (ductility) bê tông tải trọng nén phương vượt cường độ nén phương f’c = 3,66 ksi, hình vẽ Hình trình bày đường cong ứng suất-biến dạng mẫu bê tông hình trụ chịu áp lực nén ngang σ3 không đổi (confining) lúc ứng suất dọc trục σ1 tăng dần đến bị phá hoại Chương 2: VẬT LIỆU BÊ TÔN G CỐT THÉP Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Các số liệu thí nghiệm vào năm 1928 Đại học Illinois Urbana, sử dụng để thiết lập quan hệ sau ứng suất phá hoại dọc trục (σ1), cường độ nén phương (f’c), ứng suất nén ngang (σ3): σ1 = f’c + 4,1 σ3 (2-2) Khả biến dạng vấn đề quan trọng kỹ thuật chống động đất chống lượng nổ Trong công trình nhà BTCT thiết kế chống đỡ tác động này, thành phần kết cấu cột, dầm, nút dầm-cột thiết kế chi tiết với cốt đai thép giằng kín (ties, spirals) Khi thành phần kết cấu bê tông chịu tải trọng nén lớn, toàn hay phần bề rộng kết cấu bê tông bị gia tăng ảnh hưởng Poisson làm xuất vết nứt li ti (microcracking), cốt đai thép giằng hình thành ứng suất kéo, tạo nên ứng suất nén bù vùng bê tông bị ép ngang Trạng thái ứng suất nén ba phương hình thành vùng bê tông bị ép ngang gây cốt đai thép giằng làm tăng cường độ tính dẻo kết cấu BTCT Các mô hình cho bê tông bị ép ngang trình bày chi tiết Chương giáo trình Hậu chịu biến dạng lớn không đàn hồi thành phần kết cấu BTCT không ép ngang (unconfined) xảy nào? Xem hình chụp thuộc nhà Imperial County Services N am California bị phá hoại nghiêm trọng động đất năm 1979 Chương 2: VẬT LIỆU BÊ TÔN G CỐT THÉP Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh PHỤ LỤC (dùng SAP, ETABS, SAFE) a)- Đường cong (σ−ε) bê tông thông thường: b)- Đường cong (σ−ε) cốt thép thông thường: Chương 2: VẬT LIỆU BÊ TÔN G CỐT THÉP Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh o Lực chịu kéo giằng cốt thép cung cấp Cốt thép ñược neo ? Bây xét ví dụ khác hình Nếu xoay 90° theo chiều kim ñồng hồ, Sơ ñồ biểu diển phần ñầu dầm căng sau (post-tensioned) Làm phát triển mô hình giàn ảo cho trường hợp có ứng suất kéo vùng B hình trên? Trước hết trên, thay ứng suất phân bố p lực tập trung (trong ví dụ F B) Ấn ñịnh giằng chịu lực kéo B ñược vòng tròn Chèn chống chịu lực nén F B Rõ ràng tải trọng kéo phần phía dầm hình Mô hình giàn ảo tương ứng sau : Lưu ý ñiểm sau từ hình : Có dịch chuyển khoảng cách theo hướng truyền lực F Thanh chống cần thiết ñiểm chuyển tiếp (transition point) ký hiệu A ñể cung cấp thay ñổi hướng lực F Làm giải ñược lực giằng chịu kéo ñáy dầm ñiểm ký hiệu B ? Có thể phát triển nhiều mô hình giàn ảo cho trường hợp tải ñơn giản Làm chọn ñược mô hình tối ưu? Các tải trọng theo ñường truyền với ñộ lớn nhỏ biến dạng Vì giằng biến dạng lớn chống bê tông, mô hình có giằng với số lượng chiều dài ngắn mô hình tốt Chương 8: MÔ HÌNH GIÀN ẢO: KHÁI NIỆM & MÔ HÌNH Cao học: Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Schlaich cộng ñề xuất biểu thức ñơn giản sau ñể thực nhận xét thứ hai trên, ∑ Fi liε mi i = Minimum (8-1) với Fi lực chống hay giằng i, li chiều dài phần tử i, εmi biến dạng trung bình phần tử i Sự tham gia chống bê tông phương trình ñây chung bỏ qua biến dạng chống bê tông thường nhỏ nhiều so với biến dạng giằng (εc [...]... (diagonal tie) được cấu tạo băng ngang trong tiết diện tới hạn (critical cross section) Chương 3: BÊ TÔN G CỐT THÉP BN ÉP N GAN G Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Trong hình vẽ bên trên đây, Paulay and Priestley trình bày với các mức độ ép ngang khác nhau do thép dọc và thép ngang trong... toàn bộ chiều cao tiết diện và từ đó tính được mômen tính toán trên tiết diện đó (xem phần 4.4, trong chưong 4 sẽ trình bày sau) Chương 3: BÊ TÔN G CỐT THÉP BN ÉP N GAN G Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT 3.7 Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh VÍ DỤ THIỀT KẾ Xét tiết diện cột bên dưới bị nén ngang bởi thép đai số #5... tích thép đai ρy theo phương y là : ρy = A sh 3A t = h cs t h cs t (3-9a) Tương tự, tỷ số thể tích thép đai ρx theo phương x là : ρx = A sh 2 A t = b c s t b cs t Chương 3: BÊ TÔN G CỐT THÉP BN ÉP N GAN G (3-9b) Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT 3.6 Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh THỐ G SỐ KHỐI Ứ G SUẤT É CỦA BÊ TÔ.. .Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Chương 3: BÊ TÔ G BN ÉP GA G (confined) 3.1 THÍ GHIỆM É 3 TRỤC BÊ TÔ G Cường độ và độ bền của bê tông trong thí nghiệm nén 3 trục đã được trình bày ở phần cuối của Chương 2 Hình vẽ dưới đây dựa trên số liệu TN thực hiện năm 1928 tại Đại học Illinois... trường hợp f ’lx ≠ f ’ly , hệ số cường độ nén ngang K (confined strength ratio) của bê tông bị ép ngang (K = f’cc/f’c) có thể nội suy từ hình vẽ dưới đây do Mander cung cấp, trong đó lưu ý f'lx > f'ly Chương 3: BÊ TÔN G CỐT THÉP BN ÉP N GAN G Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Biến dạng... compression strain) của bê tông tự do nở ngang (unconfined) là không đủ để cho phép một thành phần KC đạt đến độ dẻo (ductility) cần thiết mà lớp bê tông bảo vệ không bị nứt vỡ (spalling) biến dạng nén cực hạn của bê tông tự do nở ngang là bao nhiêu ? 0.001 ; 0.003 ; 0.005 ; 0.010 ; 0.05 ? Ans: 0.003 Tại sao biến dạng nén cực hạn là quan trọng ? Chương 3: BÊ TÔNG CỐT THÉP BN ÉP N GAN G Cao học: Xây Dựng Dân... và Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Trong giáo trình này, chúng ta tập trung vào mô hình Mander về quan hệ (σ−ε) của bê tông thông thường bị ép ngang 3.4 MÔ HÌ H MA DER VỀ QUA HỆ (σ−ε) CỦA BÊ TÔ G BN ÉP GA G Trước hết xem xét mô hình (σ−ε) khái quát dưới đây của bê tông tự do nở ngang và bê tông bị ép ngang trong... CONG max 12 ⇒ we wp l2 max 16 max ⇒ wp = max 12Mn l2 = 16Mn l2 = 1,33we max Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh N hư vậy, việc sử dụng kết quả phân tích chảy dẻo cho giá trị tải trọng cho phép cao hơn khi so với kết quả phân tích đàn hồi Khả năng chảy dẻo có thể được hình thành như thế... ưu tiên trong thiết kế động đất tại sao beam-sway theo hình a là cơ cấu ưu tiên? (nhiều khớp dẻo nhất Ph án tối ưu) ảnh hưởng của mômen do tải trọng đứng trên đáp ứng của cấu kiện? ??? + ??? Chương 4: QUAN HỆ MÔMEN - ĐỘ CON G = Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh • Cơ cấu right-hand... như trong hình dưới đây: Ta có các thông số cần thiết khác để thiết lập đường quan hệ (fc-εc) của tiết diện bê tông bị ép ngang là: f yh = f y = 60 ksi; ε cu = 0,004 + εsm = 0,1 (thép Grade 60) 1,4(ρ x + ρ y )f yh ε sm f cc' Chương 4: QUAN HỆ MÔMEN - ĐỘ CON G = 0,028 Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công N ghiệp Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Bài giảng: Prof Andrew Whittaker Biên dịch: