Slide bài giảng kết cấu bê tông cốt thép 1

Ưu nh ợc điểm, phạm vi sử dụng của BTCT:1.ưƯuưđiểm:ư - Có khả năng sử dụng vật liệu địa ph ơng Xi măng,Cát,Đá hoặc Sỏi,tiét kiệm thép - Khả năng chịu lực lớn hơn so với kết cấu gạch đá v

Bộ môn: Kết cấu bê tông cốt thép – Gạch đá

Khoa Xây dựng – Trường đại học Kiến trúc Hà nội

Giáo viên Giang dạy: Dương Quang Hùng ĐT: 0912472670

Giáo trình chính:

1 Giáo trình kết cấu BTCT – phần 1: “Cấu kiện cơ bản”

2 Giáo trình kết cấu BTCT – phần 2: “Cấu kiện nhà cửa”

Tài liệu tham khảo:

1 TCVN 5574-1991 – Kết cấu BTCT – tiêu chuẩn thiết kế

2 TCVN 356-2005 – Kết cấu BT và BTCT – tiêu chuẩn thiết kế

3 Tiêu chuẩn ACI 318 – Mỹ

4 Lê Văn Kiểm – Hư hỏng, sửa chữa gia cố công trình – NXBĐHQG – TPHCM

5 Vương Hách: Sổ tay xử lý sự cố công trình

Tài liệu học tâp:

Kh¸i­NiÖm­Chung

§1 Th c ch t c a bª t«ng cèt thÐp 1 Th c ch t c a bª t«ng cèt thÐp ực chất của bª t«ng cèt thÐp ực chất của bª t«ng cèt thÐp ất của bª t«ng cèt thÐp ất của bª t«ng cèt thÐp ủa bª t«ng cèt thÐp ủa bª t«ng cèt thÐp

1.­Kh¸i­niÖm

Bªt«ng­cèt­thÐp­(BTCT) lµ mét lo¹i vËt liÖu x©y dùng phøc hîp do bª t«ng vµ cèt

thÐp cïng kÕt hîp chÞu lùc víi nhau

Bê tông

Xi măng + Đá dăm (sỏi) + Cát vàng + Nước + Phụ gia

§Æc ®iÓm:

Bª­t«ng: ChÞu nÐn tèt, chÞu kÐo kÐm

Cèt­thep: chÞu nÐn vµ kÐo tèt

Thí nghiệm: Trên hai dầm cùng kích th ớc, cùng chế tạo từ một loại BT

= Rbs = Rs) Từ đó khả năng chịu lực của dầm đ ợc tăng lên (P2  20PP1)

- GiữaưBTưvàưCTưcóưlựcưdính: nhờ nó mà ứng lực có thể truyền từ BT sang CT và ng ợc lại

+ C ờng độ của BT và CT đ ợc khai thác hết;

+ Bề rộng khe nứt trong vùng kéo đ ợc hạn chế

- Giữa BT và CT không xảy ra phản ứng hoá học BT còn bao bọc bảo vệ CT

- BT và cốt thép có hệ số giãn nở nhiệt gần bằng nhau => ứng suất rất nhỏ, không phá

hoại lực dính

Đ2 Phân loại:

1.ưTheoưphươngưphápưthiưcôngư(3loại)ư

a BTCT toàn khối (BTCT đổ tại chỗ): : Lắp đặt cốt thép; cốp pha và đổ BT tại vị trí thiết kế của kết cấu

b BTCT lắp ghép: : Phân kết cấu thành các cấu kiện để sản xuất tại nhà máy hoặc sân bãi vận chuyển đến công tr ờng, dùng cần trục lắp ghép và nối các cấu kiện tại vị trí thiết kế.

c BTCT lắp ghép: : Lăp ghép các cấu kiện đ ợc chế tạo ch a hoàn chỉnh đặt thêm cốt thép, ghép cốp pha, đổ BT phần còn lại vào mối nối

Đ3 Ưu nh ợc điểm, phạm vi sử dụng của BTCT:

1.ưƯuưđiểm:ư

- Có khả năng sử dụng vật liệu địa ph ơng (Xi măng,Cát,Đá hoặc Sỏi),tiét kiệm thép

- Khả năng chịu lực lớn hơn so với kết cấu gạch đá và gỗ; Chịu đ ợc động đất;

- Bền, tốn ít tiền bảo d ỡng;

- Khả năng tạo hình phong phú;

- Chịu lửa tốt BTông bảo vệ thép không bị nung nóng nhanh đến nhiệt độ nguy hiểm

2.ưNhượcưvàưbiệnưphápưkhắcưphục:

- Trọng l ợng bản thân lớn, nên với BTCT th ờng khó v ợt đ ợc nhịp lớn Lúc này

phải dùng BTCT ƯLT hoặc kết cấ vỏ mỏng v.v

- Cách âm ,cách nhiệt kém Khi có yêu cầu cách âm; cách nhiệt dùng kết cấu có lỗ rỗng;

- Thi công BTCT toàn khối chịu ảnh h ởng nhiều vào thời tiết

+ C ờng độ chịu kéo( Rbt) v.v…

Các ph ơng pháp xác định c ờng độ ( hiện nay):

+ Ph ơng pháp phá hoại mẫu thử ( độ chính xác cao)

Mẫu lấy từ kết cấu đã đ ợc đổ BT

Các nhân tố ảnh h ởng đến c ờng độ của mẫu

m

R 0,8

Rkhông bôi trơn > Rcó bôi trơn.

 Khi nén BT nở hông, lực ma sát tác dụng nh một cái đai ngăn cản sự nở hông

 (Rkhông bôi trơn > Rcó bôi trơn)  Tác dụng của cốt đai trong cột;

 Càng xa mặt tiếp xúc ảnh h ởng của lực ma sát càng giảm

 Quy định b ớc đai trong cột;

 ảnh h ởng của tốc độ gia tải:

Gia tải rất nhanh: R = (1,15 ữ 1,2)R

Gia tải rất chậm : R = (0P,85 ữ 0P,9)R

 Điều kiện tiêu chuẩn của thí nghiệm:

+ Không bôi trơn mặt tiếp xúc;

+ Tốc độ gia tải: 2kG/cm 2 s

TN xác định c ờng độ chịu kéo:

a a

Thi nghiệm C ờng độ chịu kéo( R bt )

+ Chất l ợng thi công tốt ( Trộn, đổ, đầm, bảo d ỡng tốt)  R cao.

Sự tăng c ờng độ theo thời gian:

 Dùng XMưPooclăng, chế tạo và bảo d ỡng bình th ờng: R tăng trong 28 ngày đầu;

 Dùng XMưPuzolan: Thời gian tăng c ờng độ ban đầu là 90P ngày.

 t 0 < 0; Khô hanh: C ờng độ tăng theo thời gian không đáng kể  b = 0P,9

 t 0 > 0; W lớn: C ờng độ tiép tục tăng trong nhiều năm.

 Dùng hơi n ớc nóng để bảo d ỡng BT cũng nh dùng phụ gia tăng c ờng độ:

R rất nhanh trong vài ngày đầu, BT giòn và R cuối cùng thấp hơn  b < 1

- C ờng độ tiêu chuẩn của BT (về nén: R bn ; về kéo: R btn )

2.ưCườngưđộưtrungưbinhưvàưcườngưđộưtiêuưchuẩn

C ờng độ trung bình (Giá trị trung bình của c ờng độ) R m

Từ một loại BT đúc n mẫu thử và thí nghiệm, đ ợc: R1, R2, , Rn

n

R

R m  i

C ờng độ tiêu chuẩn (Giá trị tiêu chuẩn của c ờng độ):

- C ờng độ đặc tr ng: (còn gọi là giá trị đặc tr ng của c ờng độ) là c ờng độ lấy theo một xác suất đảm bảo quy định nào đó

Với BT: C ờng độ đặc tr ng đ ợc xác định theo xác suất đảm bảo quy định 95%,

Rch=0P,78Rm

ch kc

- C ờng độ tính toán gốc:

bc

bn b

R R





bt

btn bt

R R

R R

R R

- Khi tính toán theo TTGH thứ hai , c ờng độ tính toán của BT ký hiệu là Rbser và đ ợc xác định

với các hệ số  =1 (trừ tr ờng hợp đặc biệt khi tính kết cấu chịu tải trọng trùng lặp)

Để biểu thị chất l ợng của BT về một tính chất nào đó ng ời ta dùng khái niệm mác hoặc

cấp độ bền

a Mác theo c ờng độ chịu nén:

Mác theo c ờng độ chịu nén (M) là trị số lấy bằng c ờng độ chịu nén trung bình tính

theo đơn vị KG/cm2 của các mẫu thử khối vuông cạnh 15cm , có tuổi 28 ngày đ ợc d

ỡng hộ và tiến hành thí nghiệm trong điều kiện tiêu chuẩn

Với BT nặng: M10P0P ; M150P ; M20P0P ; M250P ; M30P0P ; M350P ; M40P0P ; M50P0P ; M60P0P ; Với BT nhẹ: M50P ; M75 ; M10P0P ; M 150P ; M20P0P ; M250P ; M30P0P

Chú ý: Trong kết cấu BTCT phải dùng mác từ 150P trở lên.

b Cấp độ bền chịu nén:

Cấp độ bền chịu nén (B) là trị số lấy bằng c ờng độ đặc tr ng tính theo đơn vị Mpa

của các mẫu thử khối vuông cạnh 15cm, có tuổi 28 ngaỳ đ ợc d ỡng hộ và tiến

hành thí nghiệm trong điều kiện tiêu chuẩn

B3,5 ; B5 ; B7,5 ; B10P ; B12,5 ; B15 ; B20P ; B25 ; B30P ; B35 ; B40P ; B45 ; B50P ; B55 ; B60P

Bư=ư0,1.0,78.M

c Cấp độ bền chịu kéo:

Bt0P,5 ; Bt0P,8 ; Bt1,2 ; Bt1,6 ; Bt2,0P ; Bt2,4 ; Bt2,8 ; Bt3,2 ; Bt3,6 ; Bt4,0P

Volume change

Autogenous shrinkage

Thermal deformation

Drying shrinkage

Artificial expansion

W C

W C

Hydration

Admixture

a Biến dạng do co ngót:

Co ngót là hiện t ợng BT giảm thể tích khi khô cứng trong không khí do:

- N ớc thừa bay hơi ;

- Sau quá trình thuỷ hoá đá xi măng giảm thể tích

+ Khi đông cứng trong n ớc BT tăng thể tích với mức độ tăng xấp xỉ bằng 1/5 ~1/2 mức độ giảm thể tích khi đông cứng trong không khí.

Đặc điểm của biến dạng co ngót:

- Co ngót xảy ra chủ yếu ở giai đoạn đông cứng đầu tiên và trong năm đầu Rồi giảm dần

và dừng hẳn sau vài năm ;

- Từ bề mặt vào sâu khối BT, sự co ngót xảy ra không đều,ở ngoài co ngót nhiều hơn ;

- Cấu kiện có bề mặt lớn so với thể tích (sàn, t ờng,…) có độ co ngót lớn

+ lớn => Co ngót lớn

- Cát hạt nhỏ, sỏi xốp => co ngót lớn.

- BT dùng chất phụ gia đông kết nhanh => co ngót lớn

- BT đ ợc ch ng hấp ở áp lực cao => co ngót ít

- Trong môi tr ờng khô co ngót nhiều hơn trong môi tr ờng ẩm

Hậu quả của co ngót:

- Làm thay đổi kích th ớc và hình dạng cấu kiện ;

- Do co ngót không đều hoặc khi co ngót bị cản trở BT sẽ bị nứt làm giảm c ờng độ

Biện pháp hạn chế và khắc phục hậu quả của co ngót:

- Chọn cấp phối, thành phần cỡ hạt và tính năng cơ học của vật liệu thích hợp ;

- Đầm đúng kỹ thuật đảm bảo cho BTđặc chắc và đồng đều ;

- Đặt thép cấu tạo ở những vị trí cần thiết ;

- Tạo mạch ngừng thi công, tổ chức khe co giãn trong kết cấu (Khe nhiệt độ khi kích th

ớc mặt bằng công trình lớn ; khe phân cách trên mặt đ ờng bộ, sân bay).

b Biến dạng do tải trọng tác dụng ngắn hạn

Một phần biến dạng phục hồi đ ợc (1) - Biến dạng đàn hồi

Một phần biến dạng không phục hồi đ ợc (2) - Biến dạng dẻo

BT là vật liệu

đàn hồi - dẻo

pl el

T ơng ứng:

Biến dạng đàn hồi tỷ đối:

Biến dạng dẻo tỷ đối:

c Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn – Tính từ biến của BT :– Tính từ biến của BT : Tính từ biến của BT : Tính từ biến của BT :

Từ biến là tính biến dạng tăng theo thời gian trong khi ƯS không thay đổi

Đặc điểm của từ biến

- Trong vài ba tháng đầu biến dạng từ biến tăng nhanh sau chậm dần và có thể kéo dài vài chục năm (th ờng 3-4 năm)

- Khi b 70P%R≤70%R b biến dạng từ biến có giới hạn ( Đồ thị Hình b có tiệm cân ngang)

- Khi b >70P%R biến dạng từ biến tăng không ngừng và dẫn đến phá hoại mẫu thử Đó

là sự giảm c ờng độ của BT khi tải trọng tác dụng lâu dài

Giải thích: Trong quá trình sử dụng kết cấu b << Rb; b = Rb khi bất lợi nhất do cả tải trọng dài hạn và ngắn hạn gây ra Trong đó phần tải trọng ngắn hạn không gây ra biến dạng từ biến

d Biến dạng nhiệt:

Biến dạng nhiệt là sự thay đổi thể tích của BT khi nhiệt đọ thay đổi Nó phụ thuộc vào hệ

số dãn nở vì nhiệt của BT (Loại XM ; cốt liệu ; độ ảm của BT) 

e Mô đun đàn hồi của BT

b

) 1

+ ThÐp hîp kim thÊp: Trong thµnh phÇn cña nã cßn cã mét l îng nhá c¸c nguyªn tè kh¸c

nh m¨ng gan, cr«m, silic, ti tan…

+ Cèt thÐp ® îc gia c«ng nguéi( kÐo ;dËp): kÐo c¸c CT víi

¦S v ît qu¸ giíi h¹n ch¶y

a Tính chất Cơ học (C ờng độ, biến dạng):

Đặc điểm chung

- Mọi loại CT đều có:

+ Giai đoạn biến dạng đàn hồi

+ Giai đoạn biến dạng dẻo

- Thép c ờng độ thấp có vùng biến dạng dẻo lớn hơn

- Giới hạn bền (B) Lấy bằng ƯS lớn nhất mà mẫu chịu đ ợc tr ớc khi bị kéo đứt;

- Giới hạn đàn hồi (el) Lấy bằng ƯS ở cuối giai đoạn đàn hồi;

- Giới hạn chảy (y) Lấy bằng giá trị ƯS ở đầu giai đoạn chảy

* C ờng độ tiêu chuẩn (Giá trị tiêu chuẩn về c ờng độ) ) – Tính từ biến của BT :– Tính từ biến của BT : R R sn (Mpa)

C ờng độ tiêu chuẩn của CT đ ợc lấy bằng giới hạn chảy( thực tế hoặc quy ớc) với xác suất đảm bảo ≥ 95%

* C ờng độ tính toán:

C ờng độ chịu kéo tính toán Rs (MPa):ư

C ờng độ chịu nén tính toán Rsc (MPa):ư

R s , R sc đ ợc cho trong PL5( giáo trình) 

Mô đun đàn hồi của CT : Es(Mpa): (PL7)

b Một số tính chất khác của CT: (SGK)

3.ưPhânưnhómưCT:

Theo tiêu chuẩn Việt Nam: Theo tính chất cơ học TCVN 1651 – Tính từ biến của BT : 1985 phân thành 4 nhóm

CI, CII, CIII, CIV có các đặc tr ng trong bảng:

Đ5.ưBê tông cốt thép Bê tông cốt thép

1.ưLựcưdínhưgiữaưBTưvàưCT

L nhân tố cơ bản đảm bảo sự làm việc chung giữa BT và CT Nhờ nó ứng lực có thể

truyền qua lại giữa BT và CT, đồng thời làm cho chúng cùng nhau biến dạng

- Khi không đặt CT thanh có độ co : 0Pư

- Khi có đặt CT thanh có độ co : 1ư

b t

E

t

b t

t

s s

0 0

b

s b

s

A

A E

b ƯS do ngoại lực:

Xét tr ờng hợp đơn giản là thanh BT chịu nén (hay kéo):

- Khi BT ch a nứt: BT cùng chịu lực với CT nên biến dạng nh n hauư

- Khi BT nứt: Với thanh chịu kéo, sau khi BT nứt phần lực kéo do BT chịu đ ợc truyền sang cho CT Lúc đó CT chịu toàn bộ lực kéo.

c Sự phân phối lai nội lực do từ biến:

c=C.b

N

Tải trọng lâu dài => BT bị từ biến, CT cản trở từ biến

của BT

T ơng tự nh sự co ngót biến dạng từ biến gây ƯS nén

trong CT và Ư S kéo trong BT kết quả làm

d Sù truyÒn lùc qua l¹i gi÷a BT vµ CT ë ®Çu mót cÊu kiÖn:

Sù ph¸ ho¹i do chÞu lùc:

CÊu kiÖn chÞu kÐo : Ph¸ ho¹i khi s  R s

CÊu kiÖn chÞu nÐn : Ph¸ ho¹i khi b  R b

CÊu kiÖn chÞu uèn : Ph¸ ho¹i khi 

s

Sù h háng hoÆc ph¸ ho¹i do biÕn d¹ng c ìng bøc

Sù h háng do t¸c dông cña m«i tr êng

+ Dùng BT c ờng độ cao ; bảo vệ bề mặt công trình bằng vữa mác cao + Dùng n ớc sạch để trộn BT ;

+ Làm sạch bề mặt CT để tăng độ bám dính ;

+ Đảm bảo chiêù dày lớp BT bảo vệ ;

+ Đầm đúng kỹ thuật đảm bảo cho BT đặc chắc.

Ch Ch ương 3 ương 3 ng­3 ng­3

Nguyªn lý tÝnh to¸n

vµ cÊu t¹o

Đ 1.ưNguyênưlýưchung:ư

1.ưQuanưhệưgiữaưkiếnưtrúcưvàưkếtưcấu:

Có mối quan hệ mật thiết, không thể tách rời nhau.Vì lẽ:

- Hình khối và không gian kiến trúc đ ợc hình thành từ một hệ kết cấu, ví dụ:

-ưPh ơng án kết cấu phải đáp ứng tốt yêu cầu chịu lực, phù hợp với kiến trúc

- Ph ơng án kiến trúc khả thi phải chứa đựng nội dung cơ bản của ph ơng án kết cấu khả thi

2.ưTínhưkhảưthiưcủaưphươngưánưthiếtưkế:

- Thoả mãn các y/c KT, bền vững, phòng cháy, thi công đ ợc trong điều kiện KT cho phép

- Giá thành công trình không v ợt quá vốn đầu t

3.ưTrìnhưtựưthiếtưkế:

- Đề ra một số ph ơng án

- Tiến hành thiết kế chi tiết đối với ph ơng án chọn

- Tính toán, phân tích, so sánh => quyết định ph ơng án chọn

Đ 2.ưNguyênưtắcưthiếtưkếưkếtưcấuưBTCT:

1.ưCácưyêuưcầuưvềưkinhưtếưkỹưthuật:

Về kỹ thuật:

-ưKết cấu phải đáp ứng đ ợc yêu cầu về hình khối và không gian kiến trúc;

- Sơ đồ kết cấu phải rõ ràng, phản ánh đúng sự làm việc thực tế của kết cấu;

- Vật liệu làm kết cấu phải đ ợc chọn căn cứ vào điều kiện thực tế, yêu cầu của công trình;

- Phải đ ợc tính toán với mọi tải trọng, tác động, mọi giai đoạn: Chế tạo, vận chuyển,

cẩu lắp, sử dụng và sửa chữa;

- Ph ơng án phải phù hợp với khả năng thiết bị kỹ thuật cho phép

 Xác định nội lực do từng ph ơng án tải trọng và tổ hợp nội lực;

 Tính toán tiết diện: Xác định kích th ớc tiết diện, diện tích cốt thép và bố trí cốt thép

 Chọn giải pháp bảo vệ kết cấu

Cácưloạiưtảiưtrọng:

Theo tính chất (3 loại):

ưTảiưtrọngưthườngưxuyênư(Tĩnhưtải): Tác dụng không thay đổi trong quá trình sử dụng

kết cấu, (trọng l ợng bản thân kết cấu, các t ờng ngăn cố định v.v )

ưTảiưtrọngưtạmưthờiư(Hoạtưtải): Có thể thay đổi về điểm đặt, trị số, ph ơng, chiều tác dụng,

(tải trọng của ng ời, đồ đạc, tải trọng do cầu trục, gió, xe cộ v.v )

ưTảiưtrọngưđặcưbiệt: ít khi xảy ra, (nổ, động đất v.v )

Theo ph ơng, chiều(2 loại):

ưTảiưtrọngưthẳngưđứng: Tác dụng theo ph ơng thẳng đứng, (trọng l ợng bản thân kết cấu; ng

ời; đồ đạc v.v )

ưTảiưtrọngưnằmưngang: Tác dụng theo ph ơng nằm ngang, (nh gió, lực hãm của xe cộ v.v )

Theo thời gian tác dụng(2 loại):

ưTảiưtrọngưtácưdụngưdàiưhạnư(Tảiưtrọngưdàiưhạn): Tải trọng th ờng xuyên và một phần của

tải trọng tạm thời (Trọng l ợng thiết bị, vật liệu … ).

ưTảiưtrọngưtácưdụngưngắnưhạnư(Tảiưtrọngưngắnưhạn): Gồm phần còn lại của tải trọng tạm

thời (Ng ời đi lại, gió, xe, cộ … ).

4.ưNộiưlực:ư M,ưQ,ưN,ưMt

 Các ph ơng pháp xác định nội lực trong kết cấu:

 Xác định nội lực theo sơ đồ đàn hồi:ưCoi VL là đàn hồi, dùng công thức SBVL, cơ học

kết cấu, lý thuyết đàn hồi

Nh ợc điểm:

- Không phản ánh đúng bản chất vật liệu( BT là vật liệu đàn dẻo)

- Trong vùng kéo của cấu kiện th ờng có khe nứt => EI

Ưu điểm:

- Thuật toán đơn giản, nên hiện tại vẫn đang đ ợc sử dụng nhiều

Phạm vi sử dụng:

- Tính các kết cấu có yêu cầu chống nứt (bể chứa chất lỏng; kết cấu làm việc trong môi tr

ờng có tính xâm thực; kết cấu chịu tải trọng động);

-Tính các kết cấu chịu lực chủ yếu nh khung nhà; dầm chịu tải trọng lớn v.v

 Xác định nội lực theo ph ơng pháp cân bằng giới hạn (Theo sơ đồ khớp dẻo):

Xét tới sự phânưphốiưlạiưnộiưlực giữa các tiết diện do có sự hình thành khớp dẻo tr ớc khi

kết cấu bị biến hình

Khớp dẻo là liên kết khớp có thể chịu đ ợc một mô men không đổi nào đó = Mkd

 Sự khác nhau giữa khớp dẻo và khớp th ờng

Khớp th ờng: Không ngăn cản chuyển vị xoay, taị khớp M = 0P

Khớp dẻo: Có ngăn cản chuyển vị xoay, độ lớn sự ngăn cản bằng M kd = R s A s Z s

 Dặc điểm sự phá hoại kết cấu khi khớp dẻo hinh thành:

Kếtưcấuưtĩnhưđịnh:ưư

Khớp dẻo hình thành  biến hình tức thời  Kết cấu ở TT cân bằng GH

Khớp dẻo hình thành làm giảm bậc siêu

tĩnh Nội lực trong kết cấu đ ợc sắp xếp

lại, kết cấu chỉ bị phá hoại khi số khớp

dẻo xuất hiện đầy đủ làm cho kết cấu bị

) ( )

l

a M

l

b

Mkd A  kd B  kd nhịp) 

 Ưu điểm của ph ơng pháp:

- Cho phép tiết kiệm 20P - 30P% cốt thép

- Điều chỉnh hợp lý mô men tại các tiết

diện

+ Bố trí cốt thép đ ợc đơn giản ;

+ Làm cơ sở cho việc tính toán và cấu tạo mối

nối của các kết cấu lắp ghép