Bài giảng Bê tông cốt thép 1 - Tính năng cơ lý của vật liệu (cô Bích đại học Bách Khoa TPHCM)

CHƯƠNG TÍNH NĂNG CƠ LÍ CỦA VẬT LIỆU Tính lí bêtông gồm: Tính học : có tác dụng lực có qui luật Tính vật lí : tác dụng lực • qui luật ( co ngót,từ biến,thấm,ăn mòn) • 1.BÊTÔNG: • Bêtông loại vật liệu cần phải: – Đạt cường độ cao – Có độ bám dính tốt với cốt thép – Đạt độ đặc , bảo đảm bảo vệ cốt thép chống rỉ sét – Có độ bền vững cho kết cấu • Ngoài số trường hợp yêu cầu: – Không thấm nước – Không rò rỉ nước – Có khả chống rỉ sét tốt – Có tính dẫn nhiệt truyền âm thấp • Tính lí bêtông phụ thuộc cấp phối bê tông, loại phụ gia cốt liệu,tỉ lệ nước/xi măng,biện pháp thi công,pp trộn đổ bê tông,điều kiện khô cứng(dưỡng hộ tự nhiên,hấp), tuổi bêtông… • 1.1.Phân loại bêtông: – Theo trọng lượng riêng • Bê tông đặc biệt nặng : γ > 25kN / m3 • Bê tông nặng : 22kN / m3 < γ ≤ 25kN / m3 • Bê tông nhẹ : 18kN / m3 < γ ≤ 22kN / m3 γ ≤ 18 kN / m • Bê tông nhẹ : – Theo biện pháp thi công: o Bê tông đổ toàn khối (đổ toàn khối) • Độ cứng lớn , chịu tải trọng động, tải động đất • Thi công phức tạp ( phụ thuộc thời tiết, tốn cốp pha , tốn thời gian thi công) • Khó kiểm tra chất lượng o Bê tông lắp ghép: • Chất lượng cao, không phụ thuộc thời tiết,sau lắp ghép tiến hành thi công tiếp • Tốn thép ( giải mối nối) • Độ cứng không đổ toàn khối , liên kết giằng kết cấu lại với o Bê tông bán lắp ghép: • Kết hợp ưu điểm loại – Theo kích thước cốt liệu: o Bê tông đá hộc : dùng công trình thủy lợi , cầu đường o Bê tông đá 40x60 : dùng làm bê tông lót, không chịu lực o Bê tông đá 10x20 : 90% dùng chịu lực cho kết cấu BTCT o Bê tông đá 50x100 : dùng gia cố công trình o Bê tông đá mi : dùng làm bê tông lót, dùng cầu đường – Theo trạng thái ứng suất : o Bê tông cốt thép thường o Bê tông cốt thép dự ứng lực: có pp – Căng trước – Căng sau • 1.2.Cường độ bêtông: – Cường độ bê tông đặc trưng học chủ yếu đánh giá chất lượng khả chịu lực bê tông – Cường độ bêtông phụ thuộc vào thành phần cấu trúc nó.Để xác định cường độ bê tông, người ta làm thí nghiệm nén mẫu.Ngoài cách khác không phá hủy, xác định cường độ bê tông sóng siêu âm – Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén , chịu kéo bêtông: o Mẫu lấy cách khác nhau,lấy hỗn hợp bêtông nhào trộn sẵn để đúc mẫu làm dùng thiết bi chuyên dùng khoan lấy mẫu từ kết cấu có sẵn o Mẫu khối vuông cạnh a (150x150x150) o Mẫu khối lăng trụ có đáy vuông ( cạnh a, chiều cao h) o Khoan lấy mẫu từ kết cấu có sẵn, thường mẫu trụ tròn : D = 50-150 , h = (1-1.5)D • Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén bêtông: • Nén mẫu khối vuông 150x150x150 máy nén Tăng lực từ từ đến mẫu bị phá hoại • P R= A • Trong đó: P : Lực nén làm mẫu bị phá hoại • A : diện tích tiết diện ngang mẫu • • Thường R = (5-30) Mpa R > 40 Mpa – bê tông cường độ cao • • Mối quan hệ cường độ bêtông mẫu khối vuông (150x150x150) R mẫu lăng trụđáy vuôngRb : Rb = (0.77 − 0.8) R • Rb :dùng để tính kết cấu bêtông ( cấu kiện chịu uốn, chịu nén ) • Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo bêtông: Fp • Mẫu kéo : tiết diện vuông cạnh a Rbt = ( MPa) A Rbtc • Mẫu uốn : tiết diện chữ nhật bxh • Quan hệ : Rbt = (0.05 − 0.1) R Rbtc = (0.1 − 0.18) R 6M M = = 3.5 ( MPa) 1.7bh bh • Nhân tố ảnh hưởng đến cường độ bêtông: • Thành phần cách chế tạo: – Chất lượng số lượng xi măng – Chất lượng cốt liệu cấp phối – Tỉ lệ N/XM – Chất lượng đổ, đầm chặt , điều kiện dưỡng hộ bêtông • Tuổi bêtông: t = (7-300) ngày R = 0.7 R28 log t CỐT THÉP: • 2.1 Phân loại cốt thép: • Theo hình dáng mặt : cốt trơn, cốt gân,cốt sợi (riêng lẻ; bó sợi (12 – 24 sợi); bện (cáp sợi) – Cốt trơn , gân φ ≤ 10 :cuộn φ > 10 : thanh(lmax = 11.7m) Theo đặc trưng học: – Thép dẻo : có thềm chảy rõ rệt, cường độ thấp – Thép dòn : thềm chảy rõ rệt, cường độ cao • Theo đặc trưng biến dạng: – Cốt mềm – Cốt cứng • • • • 2.2 Tính chất cốt thép: Sơ đồ quan hệ US-BD CT VL đồng chất, đẳng hướng, ổn định BT chảy σ < σ Trong phạm vi sử dụng s ,CT chủ yếu biến s dạng đàn hồi σ s = ε s Es (ĐL Hooke) • Hiện tượng co ngót, từ biến ko đáng kể • Khi chịu tải trọng lặp CT bị mỏi • Rsfat = γ s Rs γ s4 ( γ s3 , γ s , tra bảng) • CT qui định có giới hạn: – Giới hạn bền : giá trị ứng suất lớn mà cốt thép chịu trước bị kéo đứt – Giới hạn chảy : giá trị ứng suất đầu giai đoạn chảy – Giới hạn đàn hồi : giá trị ứng suất cuối giai đoạn đàn hồi • Với CT giới hạn chảy, giới hạn đàn hồi rõ rệt, dùng khái niệm: – Giới hạn đàn hồi qui ước : ứng với biến dạng dư tỉ đối 0.02% – Giới hạn chảy qui ước : ứng với biến dạng dư tỉ đối 0.2% • Các tính chất khác: – Tính hàn : đảm bảo liên kết chắn hàn nối , không khuyết tật quanh mối hàn −5 – Biến dạng nhiệt độ: = 1.0 ì 10 ã Phaõn nhoựm CT: – Đường kính CT φ6, φ8, φ10, φ12, φ14, φ16, φ18 , φ20, φ22 , φ25, φ 28 , φ30, φ32, φ36, φ40 mm – Theo TCVN 1651-1985 : CI(cốt trơn), CII,CIII,CIV(cốt gân) – Thép ngoại ( Liên Xô cũ): AI(cốt trơn), AII,AIII,AIV,AV,AVI(cốt gân) BpI BTDUL – Thép sợi tròn dùng cho BII , BpII (loại – Thép sợi kéo nguội: (loại thường), cường độ cao) • Cường độ cốt thép: • Cường độ tiêu chuẩn Rsn : giá trị nhỏ kiểm soát giới hạn chảy thực tế qui ước, đảm bảo xác suất không 95% • Cường độ tính toán Rs : R Rs = ã ã ã sn s ì γ si γ si :hệ số độ tin cậy cốt thép (tra bảng 20 p48) Es :(tra bảng 21 p49) Rs :modul đàn hồi cốt thép(tra bảng 28 p55) BÊTÔNG CỐT THÉP: • 3.1 Lực dính bêtông cốt thép • Lực dính nhân tố bảo đảm làm việc chung bêtông cốt thép, bảo đảm bêtông cốt thép biến dạng, bảo đảm truyền lực qua lại bêtông cốt thép • Nhân tố tạo nên lực dính: – Do bề mặt cốt thép gồ ghề, bêtông gờ chống lại trượt bêtông – Do keo xi măng dán cốt thép vào bêtông – Do tính co ngót khô cứng bêtông dán chặt vào cốt thép sinh ma sát • 3.2 Thí nghiệm xác định Lực dính: • TN nén kéo tuột cốt thép khỏi bêtông N τ= π dla • Đối với bêtông cốt thép thường : – cốt thép tròn trơn:τ = (2.5 − 4)MPa – cốt thép gân : τ ≥ MPa • Thực tế lực dính phân bố không đều: N τ τ max = = ωπ dla ω ω Rbt bêtông bị nứt , vết nứt co ngót,do cốt thép nằm sát mặt cấu kiện → vết nứt không ăn sâu • Trong bêtông sinh lực kéo : N bt = σ bt Ab N bt = (ε o − ε )ν bt Eb Ab • Trong cốt thép sinh lực nén : N s = ε 1Es As • Do tải trọng, nội lực tự cân bằng: N bt = N s • Trong cốt theùp:  εo ε o − ε = ν  + bt  nµ  σ = ε o ν bt Es  bt ν bt 1+  nµ   εo ε = n µ  1+ ν bt   σ = ε o Es s nà 1+ bt Vụựi: ã Trong beõtoõng: Es n= Eb As à= Ab ã Sửù phân phối lại ứng suất ngoại lực: – Trước bêtông nứt , bêtông cốt thép làm vieäc chung : ε b = ε s σs – Trong cốt thép : σ s = ε s Es → ε s = Es – Trong bêtông: σb • σ b = ε bν Eb → ε b = ν Eb • Es Es →σs = σ b = nσ b với n = • ν Eb ν Eb • – Sau bêtông nứt , bêtông không tham gia chịu kéo , toàn ứng lực kéo cốt thép chịu • Sự phân phối lại ứng suất từ biến: – Bêtông : từ biến đáng kể – Cốt thép : từ biến không đáng kể – Tuy nhiên cốt thép cản trở từ biến bêtông – Đối với CK chịu nén: • Nếu để bêtông biến dạng tự do từ biến → từ biến bêtông ε to ,nhưng cốt thép cản trở nên bêtông biến dạng ε to − ε t1 • Bêtông sinh ứng suất kéo → Độ gia tăng ứng suất ∆σ b = (ε to − ε t1 )ν Eb • Cốt thép sinh ứng suất nén → Độ gia tăng öùng suaát ∆ σ s = ε t Es • Biến dạng từ biến làm tăng ứng suất cốt thép , làm giảm ứng suất bêtông.Hiện tượng phân phối lại ứng suất có lợi cho kết cấu • 3.3 Sự phá hoại hư hỏng bêtông cốt thép: • Sự phá hoại tải trọng: • Đối với CK chịu kéo → phá hoại ứng suất cốt thép đạt giá trị cường độ Rs • Đối với CK chịu nén → phá hoại ứng suất bêtông đạt giá trị cường độ Rb • Đối với CK chịu uốn → phá hoại ứng suất bêtông đạt giá trị cường độ Rb hay ứng suất cốt thép đạt giá trị cường độ Rs • Sự phá hoại môi trường: – Bêtông có nguyên nhân : , hóa , sinh – Cơ học : bêtông bị bào mòn mưa , dòng chảy → cần làm bêtông cường độ cao , độ đặc bề mặt – Sinh học : bêtông bị rong ruê, vi khuẩn ăn mòn – Hóa học : bêtông bị hóa chất có môi trường ăn mòn (axit, bazo, muối…) Cốt thép bị xâm thực tác dụng hóa hay điện phân → cốt thép bị gỉ → làm bề mặt cốt thép , dùng nước đổ bêtông ... cứng : – b? ?tông co ngót – Cốt thép không co ngót • Nếu để b? ?tông co ngót tự → biến dạng b? ?tông có lực dính cốt thép cản trở b? ?tông co ngót → biến dạng co ngót b? ?tông ε o − ε Trong b? ?tông sinh... nên lực dính: – Do bề mặt cốt thép gồ ghề, b? ?tông gờ chống lại trượt b? ?tông – Do keo xi măng dán cốt thép vào b? ?tông – Do tính co ngót khô cứng b? ?tông dán chặt vào cốt thép sinh ma sát • 3.2 Thí... THÉP: • 3 .1 Lực dính b? ?tông cốt thép • Lực dính nhân tố bảo đảm làm việc chung b? ?tông cốt thép, bảo đảm b? ?tông cốt thép biến dạng, bảo đảm truyền lực qua lại b? ?tông cốt thép • Nhân tố tạo nên