Bài giảng Kết cấu bê tông cốt thép

Chương : KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP 1.1.1 Thực chất bê tơng cốt thép Bê tông cốt thép loại vật liệu xây dựng hỗn hợp hai vật liệu thành phần có tính chất học khác bê tông thép cộng tác chịu lực với cách hợp lý kinh tế Bê tông loại đá nhân tạo thành phần bao gồm cốt liệu (đá, cát) chất kết dính (xi măng, nước…) Bê tơng có khả chịu nén tốt, chịu kéo Thép loại vật liệu chịu kéo hay chịu nén tốt Do người ta thường hay đặt cốt thép vào bê tông để tăng cường khả chịu lực cho kết cấu từ sản sinh bê tông cốt thép Để thấy cộng tác chịu lực bê tông cốt thép ta xem thí nghiệm sau: • Uốn dầm bê tơng hình 1.1a, dầm chia thành hai vùng rõ rệt vùng kéo vùng nén Khi ứng suất kéo bê tông f ct vượt q cường độ chịu kéo bê tơng vết nứt xuất hiện, vết nứt dần lên phía dầm bị gãy ứng suất bê tơng vùng nén cịn nhỏ so với cường độ chịu nén bê tông Dầm bê tông chưa khai thác hết khả chịu nén tốt bê tơng, khả chịu mơ men dầm nhỏ • Với dầm đặt lượng cốt thép hợp lý vào vùng bê tơng chịu kéo hình 1.1b, ứng suât kéo f ct vượt cường độ chịu kéo bê tơng vết nứt xuất Nhưng lúc dầm chưa bị phá hoại, tiết diện có vết nứt lực kéo hồn tồn cốt thép chịu, ta tăng tải trọng ứng suất cốt thép đạt tới giới hạn chảy bê tông vùng nén bị vỡ (Hình 1.1 Dầm bê tơng bê tông cốt thép) Dầm BTCT khai thác hết khả chịu nén tốt bê tông khả chịu kéo tốt thép Nhờ khả chịu mô men hay sức kháng uốn lớn hàng chục lần so với dầm bê tơng có kích thước Cốt thép chịu kéo nén tốt nên cịn đặt vào cấu kiện bê tơng chịu kéo, chịu nén, cấu kiện chịu uốn xoắn để tăng khả chịu lực, giảm kích thước tiết diện chịu lực kéo xuất ngẫu nhiên Bê tơng thép cộng tác dụng chịu lực do: • Trên bề mặt tiếp xúc bê tơng thép có lực dính bám lớn nên lực truyền từ bê tơng sang thép ngược lại Lực dính bám quan trọng kết cấu BTCT Nhờ có lực dính bám mà cường độ cốt thép khai thác, bề rộng vết nứt vùng kéo hạn chế Do người ta phải tìm cách để tăng cường lực dính bám bê tơng cốt thép • Giữa bê tông cốt thép không sảy phản ứng hóa học, bê tơng cịn bảo vệ cốt thép chống lại tác dụng ăn mịn mơi trường • Hệ số giãn nở dài nhiệt bê tông cốt thép xấp xỉ (bê tông α c = 10,8.10 −6 / oC , thép α s = 12.10 −6 / oC Do nhiệt độ thay đổi phạm vi thông thường (dưới 100 o C ) nội ứng suất xuất khơng đáng kể, khơng làm phá hoại lực dính bám bê tông cốt thép * Phân loại kết cấu bê tông cốt thép a Phân loại theo trạng thái ứng suất Phụ thuộc vào trạng thái ứng suất bê tông cốt thép trước chịu lực, có hai dạng kết cấu bê tơng cốt thép là: - Kết cấu bê tông cốt thép thường: Là loại kết cấu bê tông cốt thép mà chế tạo, cốt thép bê tông không tạo ứng suất trước Ngoại trừ nội ứng suất phát sinh thay đổi nhiệt hay co ngót trương nở bê tông, ứng suất bê tông cốt thép xuất kết cấu bắt đầu chịu lực - Kết cấu bê tông dự ứng lực: Nhằm mục đích hạn chế xuất vết nứt bê tông tác dụng tải trọng tác động khác, cốt thép căng trước để thơng qua lực dính bám neo, tạo lực nén trước khu vực bê tơng chịu kéo q trình khai thác Loại kết cấu bê tông gọi bê tông dự ứng lực Thông qua dự ứng lực, người ta chủ động tạo trạng thái ứng suất thích hợp kết cấu để hạn chế tối đa tác động bất lợi từ bên Kết cấu bê tơng dự ứng lực cịn phân loại thành kết cấu bê tơng dự ứng lực hồn tồn dự ứng lực phần Ở kết cấu bê tơng dự ứng lực hồn tồn, bê tơng khơng phép nứt hoặc, chí, khơng xuất ứng suất kéo Trong đó, kết cấu bê tông dự ứng lực phần, bê tông phép xuất vết nứt số tổ hợp tải trọng định b Phân loại theo phương pháp thi công - Kết cấu bê tông đổ chỗ: loại kết cấu lắp dựng cốt thép đổ bê tơng vị trí thiết kế Hầu hết kết cấu bê tơng cốt thép có kích thước lớn thi công đổ chỗ Kết cấu bê tông cốt thép thi công đổ chỗ có tính tồn khối cao, mối nối nên có độ bền cao, có độ cứng khả chịu lực lớn theo nhiều phương Tuy nhiên, đổ bê tông công trường nên thời gian thi cơng thường kéo dài, chất lượng bê tơng khó kiểm sốt chịu ảnh hưởng nhiều tác động môi trường Hiện nay, việc sử dụng bê tông thương phẩm việc hồn thiện cơng nghệ đổ bê tông chỗ khắc phục nhược điểm - Kết cấu bê tông lắp ghép: Theo phương pháp thi công này, phận kết cấu bê tông đúc sẵn nhà máy hay xưởng đúc bê tơng và, sau đó, vận chuyển đến công trường xây dựng lắp ghép Bê tơng thi cơng theo phương pháp có chất lượng cao kết cấu lại có độ tồn khối thấp Các mối nối thực cơng trường điểm xung yếu làm giảm độ bền chung kết cấu Phụ thuộc vào lực thiết bị vận chuyển thi cơng, phận lắp ghép phần nhỏ kết cấu đốt dầm, cấu kiện tương đối hoàn chỉnh dầm, cột, tường khối kết cấu - Kết cấu bê tông bán lắp ghép Đây phương pháp thi công kết hợp hai phương pháp nêu Một số phận kết cấu chế tạo xưởng dạng chưa hoàn thiện và, sau vận chuyển đến vị trí xây dựng, đổ bê tông bổ sung Phần bê tông đổ đóng ln vai trị mối nối thi cơng Các dầm cầu dạng chữ I, T có phạm vi nhịp đến khoảng 40 m thường xây dựng theo phương pháp Các kết cấu thi cơng theo phương pháp phần khắc phục nhược điểm phát huy ưu điểm hai phương pháp Tuy nhiên, để đảm bảo cho làm việc chung phần bê tông đúc sẵn bê tơng đổ chỗ cần có giải pháp thiết kế thi cơng thích hợp Một dạng đặc biệt kết cấu bê tông bán lắp ghép kết cấu bê tông đổ bê tông “ván khuôn chết” (Stay-In-Place Formwork systems) Ván khuôn cấu kiện bê tông chế tạo sẵn gia công theo số yêu cầu đặc biệt Ở số cơng trình nhà ở, ván khn cấu kiện tường cột rỗng có bề mặt nhẵn Bê tông đổ chỗ làm đầy cấu kiện * Ưu, nhược điểm bê tông cốt thép Kết cấu bê tông cốt thép dạng kết cấu sử dụng phổ biến có ưu điểm bật sau: - Ưu điểm: + Giá thành thấp bê tơng chế tạo chủ yếu từ vật liệu địa phương đá, sỏi, cát, v.v Các vật liệu đắt tiền chế tạo công nghiệp xi măng thép chiếm tỷ trọng nhỏ, khoảng 1/5 đến 1/6 khối lượng tồn + Có khả chịu lực lớn So với dạng vật liệu khác gạch, đá, gỗ, v.v… bê tơng cốt thép có khả chịu lực lớn hẳn Đặc biệt, với xuất bê tông cường độ cao cực cao, khả chịu lực bê tơng cốt thép so sánh với thép Ngồi ra, bê tơng vật liệu nhân tạo nên người dùng có thể, thơng qua việc khống chế thành phần nó, chế tạo bê tơng có tính mong muốn + Có độ bền cao So với vật liệu khác thép, gỗ, v.v… kết cấu bê tơng cốt thép có độ bền chịu tác động mơi trường cao đó, u cầu chi phí bảo dưỡng thấp + Dễ tạo dáng Do bê tơng đóng rắn từ hỗn hợp dẻo nên việc tạo dáng cho cấu kiện phù hợp với yêu cầu kiến trúc dễ dàng + Chịu lửa tốt Cường độ bê tông bị suy giảm không đáng kể nhiệt độ lên đến o 400 C Ngồi ra, hệ số dẫn nhiệt bê tơng thấp nên bảo vệ cốt thép khơng bị chảy nhiệt độ cao + Có khả hấp thụ lượng tốt Các kết cấu bê tơng cốt thép thường có khối lượng lớn nên có khả hấp thụ lượng xung kích tốt - Nhược điểm: • Có tỷ lệ cường độ so với đơn vị trọng lượng thân nhỏ Do đó, kết cấu xây dựng từ vật liệu thường có nhịp tương đối nhỏ chi phí cho việc xây dựng kết cấu móng lớn Tuy nhiên, việc sử dụng bê tông dự ứng lực cường độ cao giải pháp kết cấu hợp lý khắc phục đáng kể nhược điểm • Bê tơng đổ chỗ địi hỏi thời gian thi cơng dài hệ thống đà giáo ván khuôn phức tạp Do thời gian thi công kéo dài nên chất lượng bê tông chịu nhiều ảnh hưởng thời tiết khó kiểm sốt Việc sử dụng bê tông lắp ghép hay bán lắp ghép số giải pháp khắc phục nhược điểm • Sau thi cơng xong, kết cấu làm từ bê tơng cốt thép khó tháo dỡ, vận chuyển sử dụng lại • Do khả chịu kéo bê tông nên bê tông cốt thép thường dễ bị nứt, làm ảnh hưởng đến độ bền, tính mỹ quan cơng trình và, đặc biệt là, tâm lý người sử dụng Bê tông dự ứng lực có khả khắc phục phần nhược điểm lại có giá thành cao • Có trọng lượng thân lớn • Kiểm tra chất lượng khó khăn, tốn thời gian thi cơng Sửa chữa thay khó khăn • Thường hay xuất khe nứt ảnh hưởng đến chất lượng sử dụng tuổi thọ kết cấu 1.1.2 Thực chất bê tông cốt thép dự ứng lực (DƯL) Khi sử dụng BTCT người ta thấy xuất nhược điểm: - Nứt sớm, giới hạn chống nứt thấp - Không cho phép sử dụng hợp lý cốt thép cường độ cao Khi ứng suất cốt thép chịu kéo đạt giá trị f s = 20 − 30 MPa khe nứt bê tông xuất Khi dùng thép cường độ cao, ứng suất cốt thép chịu kéo đạt 1000 – 1200 Mpa lớn điều làm xuất khe nứt lớn vượt trị số giới hạn cho phép Để khắc phục hai nhược điểm trên, người ta đưa kết cấu BTCT dự ứng lực (BTCTDƯL) Hai nhược điểm xuất phát từ khả chịu kéo bê tơng Trước chịu lực hình 1.1b người ta tạo cấu kiện trạng thái ứng suất ban đầu ngược với trạng thái ứng suất chịu tải, ta có biểu đồ ứng suất hình 1.2 kết cấu nứt nhỏ ( f ct nhỏ) không nứt ( f ct = ) Khái niệm kết cấu dự ứng lực: kết cấu dự ứng lực loại kết cấu mà chế tạo chúng người ta tạo trạng thái ứng suất ban đầu ngược với trạng thái ứng suất tải trọng sử dụng gây nhằm mục đích hạn chế yếu tố có hại đến tình hình chịu lực kết cấu tính chất chịu lực vật liệu Bệ căng cố định mặt đất Bệ căng đặt toa xe di động Dầm BTCT DƯL kéo trước Dầm BTCT DƯL kéo sau (Hình 1.2 Ứng suất cấu kiện BTCT dự ứng lực) Với bê tông cốt thép, chủ yếu người ta tạo ứng suất nén trước cho vùng tiết diện mà sau tác dụng tải trọng sử dụng phát sinh ứng suất kéo Ứng suất nén trước có tác dụng làm giảm triệt tiêu ứng suất kéo tải trọng sử dụng sinh Nhờ cấu kiện nứt nhỏ khơng nứt Ta tạo trạng thái ứng suất ban đầu BTCT DƯL khác hai cách: thay đổi vị trí lực nén trước, thay đổi trị số lực nén trước Như tạo kết cấu tối ưu mặt chịu lực giá thành Ưu điểm kết cấu BTCTDƯL so với BTCT hay tác dụng dự ứng lực: • Nâng cao giới hạn chống nứt có tính chống thấm cao • Cho phép sử dụng hợp lý cốt thép cường độ cao, bê tông cường độ cao Độ cứng tăng lên nên độ võng giảm, vượt nhịp lớn so với BTCT thường • Chịu tải đổi dấu tốt nên sức kháng mỏi tốt • Nhờ có ứng suất trước mà phạm vi sử dụng kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép, phân đoạn mở rộng nhiều Người ta sử dụng biện pháp ứng lực để nối cấu kiện đúc sẵn kết cấu lại với Nhược điểm kết cấu BTCTDƯL so với BTCT thường: • Ứng lực trước khơng gây ứng suất nén mà cịn gay ứng suất kéo phía đối diện làm cho bê tơng bị nứt • Chế tạo phức tạp hơn, yêu cầu kiểm soát chặt chẽ kỹ thuật để đạt chất lượng thiết kế đề • 1.1.3 Các dạng kết cấu bê tơng điển hình dùng cơng trình xây dựng Kết cấu bê tông loại kết cấu sử dụng phổ biến lĩnh vực xây dựng Kết cấu bê tơng có mặt xây dựng dân dụng, công nghiệp, cầu, đường, sân bay, thuỷ lợi, v.v Trong cơng trình xây dựng dân dụng công nghiệp, kết cấu bê tông sử dụng làm kết cấu chịu lực, kết cấu sàn, kết cấu móng kết cấu bao che Trong công trình cầu, kết cấu bê tơng sử dụng làm dầm, kết cấu mặt cầu, kết cấu trụ, tháp, kết cấu móng v.v… Kết cấu bê tơng sử dụng phổ biến để làm mặt đường cứng sân bay Hầu hết kết cấu nhà cao tầng, cầu đập thuỷ lợi, thuỷ điện xây dựng nước ta thời gian qua kết cấu bê tông Theo thống kê chưa đầy đủ cơng trình kết cấu bê tơng chiếm khoảng 70% số cơng trình xây dựng nươc ta Sự phong phú dạng kết cấu bê tơng thể tính phổ biến vật liệu xây dựng Một số dạng kết cấu bê tơng điển hình giới thiệu tóm tắt sau: Nhà nhiều tầng dạng cơng trình phổ biến sử dụng kết cấu bê tông Các công trình xây dựng chủ yếu theo cách “chồng” lên tầng có cấu trúc tương đối giống Do lợi khả chống cháy, bê tơng có ưu điểm rõ rệt so với vật liệu khác thép gỗ Hơn nữa, nhờ có độ cứng lớn kết cấu bê tông cốt thép thích hợp chịu tải trọng ngang Độ nhạy cảm dao động kết cấu bê tông cốt thép nhỏ đáng kể so với làm vật liệu khác Những lợi có vai đặc biệt hệ thống chịu lực tồ nhà chọc trời Các cơng trình mái có độ lớn kết cấu bê tơng xây dựng để phục vụ cho mục đích khác Đặc điểm chung cơng trình loại có mái bao phủ diện tích lớn với số lượng cột đỡ đến mức Thay cho cách thức xây dựng truyền thống đơn giản với kèo, xà gồ lợp, kết cấu mái có độ lớn kết cấu bê tông, người ta sử dụng kết cấu không giản vỏ mỏng nhiều lớp kết cấu vịm Cầu cơng trình kỹ thuật để đưa tuyến giao thông vượt qua chướng ngại vật Theo loại hình giao thơng, cầu phân loại thành cầu cho người bộ, cầu đường ô tô hay cầu đường sắt Theo loại chướng ngại vật phải vượt qua, cầu phân biệt thành cầu qua thung lũng, cầu qua sườn núi hay cầu qua sông, biển cầu phục vụ cho đường giao thông cao Các cơng trình cầu bao gồm kết cấu phần kết cấu phần Kết cấu phần bao gồm kết cấu chịu lực hệ mặt cầu Tuỳ theo hình dạng đặc điểm chịu lực mà kết cấu phân biệt thành cầu bản, cầu dầm, cầu khung, cầu vòm, cầu dây văng, cầu dây võng dạng cầu hỗn hợp khác cầu extradosed, v.v… Kết cấu phần bao gồm móng, mố trụ Các cơng trình cầu chịu tác động thời tiết ảnh hưởng môi trường mạnh rõ rệt so với cơng trình nhà cửa Do ưu điểm tuổi thọ, bê tông cốt thép sử dụng phổ biến xây dựng cầu Nhược điểm trọng lượng thân lớn phần khắc phục nhờ kết cấu bê tông dự ứng lực Tháp cột tháp, tổng thể, cấu kiện kiểu công son liên kết cứng với móng Thí dụ dạng kết cấu loại tháp đứng độc lập, tháp truyền hình, tháp thơng tin, ống khói, tháp chng v.v Ngồi ra, có kết cấu dạng tháp làm việc phận cơng trình, trụ cầu tháp cầu, chân giàn khoan biển Tháp có tác dụng thu hút ý nhờ độ cao chúng, có ý nghĩa đặc biệt kiến trúc Do có tuổi thọ cao khả tạo dáng dễ dàng, bê tông hay sử dụng cơng trình tháp cột tháp Các kết cấu bể chứa chia thành silô bunker, dùng để chứa chất nhớt, dùng làm bể chứa chất lỏng kết cấu bảo vệ Do chịu áp lực từ bên trong, thành bể chứa chủ yếu chịu kéo kéo uốn kết hợp Do nhiều trường hợp bể xây dựng kết cấu bê tông dự ứng lực 1.2 TÍNH NĂNG CƠ LÝ ĐIỂN HÌNH CỦA VẬT LIỆU TRONG CẤU KIỆN BTCT 1.2.1 Bê tơng a Các tính chất lý bê tơng đóng rắn Cường độ chịu nén dọc trục bê tông Cường độ chịu nén dọc trục (sau gọi cường độ chịu nén) ứng suất lớn mà mẫu bê tơng chịu trước bị phá hoại Cường độ chịu nén tính chất quan trọng bê tông sử dụng kết cấu Có nhiều tham số ảnh hưởng đến cường độ chịu nén bê tơng, phải kể đến cường độ cấp phối cốt liệu, tỉ lệ nước/xi măng cường độ xi măng Cường độ chịu nén bê tông xác định thí nghiệm, phụ thuộc vào kích thước hình dạng mẫu thử, tốc độ đặt tải, điều kiện bảo dưỡng phương pháp thử Để thu kết so sánh được, tiêu chuẩn quốc tế nước có quy định chặt chẽ yếu tố nói Hầu hết Tiêu chuẩn quy định tuổi bê tông xác định cường độ chịu nén 28 ngày sau thời điểm cường độ bê tông phát triển chậm Độ mảnh mẫu thử có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ mẫu bị kiềm chế biến dạng ngang mặt tiếp xúc với đặt tải máy thử Ở mẫu này, độ mảnh nhỏ cường độ chịu nén lớn Với mẫu không bị kiềm chế biến dạng ngang, ảnh hưởng độ mảnh không rõ nét Điều giải thích phát triển ứng suất kéo ngang nguyên nhân gây phá hoại mẫu chịu nén Ở mẫu bị kiềm chế biến dạng ngang có độ mảnh nhỏ, phần lớn ứng suất kéo ngang bị triệt tiêu dẫn đến cường độ bê tông xác định cao so với mẫu không bị kiềm chế biến dạng ngang có độ mảnh lớn Khi chiều cao mẫu thử lớn khoảng lần chiều rộng đường kính mặt cắt ngang ảnh hưởng kiềm chế biến dạng ngang mặt tiếp xúc đến cường độ chịu nén khơng đáng kể Hình dạng mặt cắt ngang kích thước mẫu thử có ảnh hưởng đến cường độ chịu nén Các mẫu thử có mặt cắt ngang hình vng chịu ảnh hưởng kiềm chế biến dạng ngang mặt tiếp xúc nhiều so với mẫu có mặt cắt ngang hình tròn Cường độ chịu nén xác định với mẫu có kích thước lớn có giá trị nhỏ với mẫu có kích thước nhỏ Hình 1.3 thể ảnh hưởng kích thước mẫu thử đến cường độ bê tơng Hình 1.4 thể sơ đồ phá hoại mẫu thử Theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05, bê tông dùng cơng trình cầu, cường độ chịu nén xác định theo tiêu chuẩn ASTM C-39 với việc nén đến phá hoại mẫu thử hình trụ có đường kính 150 mm chiều cao 300 mm Bê tông thí nghiệm có tuổi 28 ngày bảo dưỡng điều kiện tiêu chuẩn Thời gian chất tải phá hoại khoảng đến phút Theo Tiêu chuẩn ACI 318-02, cường độ chịu nén bê tông sử dụng kết cấu xây dựng xác định theo tiêu chuẩn ASTM C-39 Cường độ chịu nén xác định theo tiêu chuẩn ký hiệu f c' Hình 1.3 Sự phụ thuộc kích thước mẫu thử đến cường độ Hình 1.4 Sơ đồ phá hoại mẫu thử theo phương pháp thử khác Tiêu chuẩn TCVN 3118-1993 quy định mẫu thử để xác định cường độ chịu nén bê tơng có dạng hình lập phương với kích thước chiều 150 mm Tuổi bê tơng quy định 28 ngày Trong tiêu chuẩn châu Âu EC2, mẫu thử hình trụ có đường kính 150 mm chiều cao 300 mm khối lập phương cạnh 150 mm Trong đó, mẫu thử theo Tiêu chuẩn Đức DIN EN 12 390-1 có dạng hình trụ hay hình khối chữ nhật có tỷ số h/d = Đường kính hay chiều dài cạnh d tối thiểu 3,5 lần đường kính cốt liệu lớn thường lấy 100 mm hay 150 mm Quan hệ gần cường độ chịu nén xác định theo mẫu hình trụ kích thước 150 x 300 mm, f c' , với cường độ chịu nén xác định theo mẫu thử hình lập phương khác, f c ,cube , thể Bảng 1.3 Bảng 1.3 Hệ số quy đổi cường độ bê tông xác định theo mẫu thử khác với cường độ mẫu trụ f c' Cường độ mẫu lập Cường độ mẫu lập Cường độ mẫu lập phương 100x100mm phương 150x150mm phương 200x200mm f c ,cube / f c' 1.20 1.16 1.10 Theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05, bê tông sử dụng cơng trình cầu thường có cường độ chịu nén nằm khoảng 16 đến khoảng 70 MPa bê tơng cho kết cấu mặt cầu phải có cường độ tối thiểu 28 MPa Hiện nay, việc sử dụng bê tơng có cường độ chịu nén lên đến khoảng 80 MPa phổ biến nhiều nước Sau nhiều năm, q trình thủy hóa, cường độ bê tơng tăng thêm từ 20 đến 40% so với cường độ xác định thời điểm 28 ngày Đây gọi tượng rắn kết sau Sự tăng cường độ phụ thuộc trước hết vào phát triển cường độ theo thời gian xi măng tỉ lệ nước/xi măng Nói chung, tỷ lệ nước/xi măng lớn tăng cường độ sau 28 ngày lớn Bê tông chế tạo từ xi măng có cường độ phát triển nhanh có tăng cường độ sau 28 ngày so với bê tơng sử dụng xi măng có cường độ phát triển chậm Sự tăng cường độ bê tông, vậy, không xét đến thiết kế thông thường Cường độ chịu kéo bê tơng Cường độ chịu kéo dọc trục, hay cịn gọi cường độ nứt, ký hiệu f cr ứng suất kéo dọc trục lớn mà bê tơng chịu trước nứt Cường độ xác định trực tiếp gián tiếp Mặc dù người ta muốn thí nghiệm kéo dọc trục bê tông để xác định cường độ chịu kéo thực thí nghiệm lại địi hỏi thiết bị đặc biệt Vì vậy, thí nghiệm gián tiếp thí nghiệm xác định cường độ kéo uốn, thí nghiệm ép chẻ thường lại hay sử dụng (Hình 1.5) Cường độ chịu kéo uốn, hay cịn gọi mơ đun phá hoại (modulus of rupture), ký hiệu f r , xác định dựa thí nghiệm uốn bê tơng (Hình 1.5b) Phương pháp thí nghiệm thường cho kết tin cậy nên hay sử dụng, đặc biệt cho bê tông sử dụng cấu kiện chịu uốn Theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05, cường độ chịu kéo uốn bê tơng dùng cơng trình cầu thường thí nghiệm theo Tiêu chuẩn ASTM C-78 Nếu khơng thực thí nghiệm tính tốn cường độ chịu kéo dọc trục cường độ chịu kéo uốn bê tông theo cường độ chịu nén f c' sau : f cr = 0,33λ f c' f r = 0,63λ f c' (1.1) Tất giá trị cường độ công thức (1.1) đượcc tính MPa λ hệ số xét đến độ đặc bê tông λ = 1,00 cho bê tông thường, λ = 0,85 cho bê tông cát, nhẹ λ = 0,75 cho loại bê tông nhẹ khác Thông thường, cường độ chịu kéo dọc trục bê tông nằm khoảng từ 0,1 đến 0,2 cường độ chịu nén, nghĩa f cr = (0,10 ÷ 0,20) f c' Thí nghiệm ép chẻ, cịn gọi phương pháp Braxin, phương pháp khác để xác định gián tiếp cường độ chịu kéo bê tông thông qua cường độ chịu ép chẻ Phương pháp hay sử dụng cho bê tông làm mặt đường Cường độ chịu ép chẻ xác định từ việc nén bê tơng hình trụ dải lực phân bố đặt hai đường sinh đối xứng tâm mẫu trụ Quan hệ cường độ chịu kéo uốn cường độ ép chẻ, f sb , bê tông f r = 1,09 f sp (1.2) Hình 1.5 Các phương pháp xác định cường độ chịu kéo bê tông Quan hệ ứng suất – biến dạng tuyến tính Khi ứng suất nhỏ khoảng 0,60 f c' quan hệ ứng suất – biến dạng mơ tả gần quan hệ tuyến tính theo cơng thức sau: f c = Ecε cf (1.3) ' c Với f ứng suất bê tông ε cf biến dạng tương đối ứng với ứng suất Ec mô đun đàn hồi bê tông Ở trạng thái khai thác thông thường kết cấu (trạng thái giới hạn sử dụng), ứng suất bê tông, nói chung, khơng vượt q 0,60 f c' Do đó, trạng thái này, bê tơng coi gần vật liệu đàn hồi tuyến tính Hình 1.8 Đường cong quan hệ ứng suất – biến dạng nén số bê tơng có cường độ chịu nén khác
Quan hệ ứng suất – biến dạng parabol bậc hai Đối với bê tông có cường độ nhỏ 41 MPa, quan hệ ứng suất f c với biến dạng ứng với ε cf , mơ tả phương trình pa-ra-bơn sau ε cf  ε cf  fc (1.4) = ' −  '  ' fc εc  εc  Với f c cường độ chịu nén bê tông ε c' biến dạng bê tông ứng suất đạt đến f c Từ công thức (1.4), biến dạng ε cf ứng với giá trị ứng suất f c là:  fc f c' ε cf = ε c' 1 − −      (1.5) Hình 1.9 Quan hệ ứng suất – biến dạng tổng quát bê tông Quan hệ ứng suất – biến dạng tổng quát Biểu thức tổng quát thể quan hệ ứng suất f c biến dạng tương ứng ε cf cho loạt cường độ bê tông đượ tác giả Popovics, Thorenfeldt, Tomaszewicz Jensen xây dựng sau: n ε cf / ε c' fc = (1.6) f c' n − + ε cf / ε c' nk
( ) ( ) Trong đó: f c' ' c n = Ec /( Ec − E ) ε c' ε c' = f c' n Ec n − Ec Ec' = f ε ' c ' c k Khi ε cf / ε < ' c cường độ chịu nén bê tông hệ số hiệu chỉnh đường cong, với bê tông f' thông thường, n = 0,8 + c ( MPa ) 17 biến dạng bê tông ứng suất đạt đến cường độ chịu nén f c' , giá trị xác định công thức sau (1.7) Modul đàn hồi bê tông mô đun biến dạng bê tông hệ số làm tăng độ giảm ứng suất sau cực đại k = 10 ... thái ứng suất bê tông cốt thép trước chịu lực, có hai dạng kết cấu bê tông cốt thép là: - Kết cấu bê tông cốt thép thường: Là loại kết cấu bê tông cốt thép mà chế tạo, cốt thép bê tông không tạo... tông sử dụng làm kết cấu chịu lực, kết cấu sàn, kết cấu móng kết cấu bao che Trong cơng trình cầu, kết cấu bê tông sử dụng làm dầm, kết cấu mặt cầu, kết cấu trụ, tháp, kết cấu móng v.v… Kết cấu. .. trương nở bê tông, ứng suất bê tông cốt thép xuất kết cấu bắt đầu chịu lực - Kết cấu bê tông dự ứng lực: Nhằm mục đích hạn chế xuất vết nứt bê tông tác dụng tải trọng tác động khác, cốt thép căng