Giáo trình Bê Tông Cốt Thép 1 - Chương 2

Bê tông cốt thép là vật liệu xây dựng phức hợp do BT và cốt thép cùng cộng tác chịu lực. Bê tông là đá nhân tạo được chế tạo từ các vật liệu rời và chất kết dính. Đặt cốt thép vào vùng n

Chương II: TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU 2.1 Bê tông 2.1.1 Thành phần , cấu trúc loại bê tông Thành phần cấu trúc BT Khái niệm Bê tông: Bê tông loại đá nhân tạo chế từ loại vật liệu rời (cát, đá, sỏi) chất kết dính - Vật liệu rời gọi cốt liệu gồm có: + Cốt liêu bé cát có kích thước hạt từ 1-5 mm; + Cốt liệu lớn gồm đá dăm sỏi có kích thước hạt từ - 40 mm - Chất kết dính thường xi măng trộn với nước hoăc chất dẻo khác Ngoài BT có chất phụ gia (Giải thích thêm chất phụ gia hố dẻo (tro trấu, tro lị), đơng cứng nhanh, tăng tính linh hoạt xi măng (sika), nâng cao cường độ BT thời gian đầu, tăng khả chống thấm…) *Lưu ý: Nước để trộn BT gồm có phần Một phần để hố hợp với xi măng Lượng nước chiếm 1/5 trọng lượng XM cần thiết Phần nước lại có tác dụng làm cho hỗn hợp BT có độ dẻo cần thiết lúc trộn, đổ khuôn đầm BT Khi BT khô cứng lượng nước trở thành thừa, phần bốc để lại lỗ rỗng li ti BT làm giảm độ đặc cường độ BT Cấu trúc BT: - Bê tơng có cấu trúc khơng đồng Giải thích: Bê tơng có cấu trúc khơng đồng hình dáng kích thước cốt liệu khác nhau, phân bố cốt liệu chất kết dính khơng đồng đều, bê tơng cịn lại mơt nước thừa lỗ rỗng li ti - Bê tơng loại vật liệu vừa có tính có tính đàn hồi vừa có tính dẻo Giải thích: Q trình khơ cứng BT xảy lâu dài q trình thuỷ hố xi măng, thay đổi cân nước, giảm chất keo nhớt, tăng mạng tinh thể đá xi mang Quá trình làm cho BT trở thành vật liệu vừa có tính đàn hồi, vừa có tính dẻo Phân loại BT: Theo cấu trúc: - BT đặc chắc; - BT có lỗ rỗng (dùng cát); - BT tổ ong Theo khối lượng riêng: - BT nặng thông thường: γ = 2200 ÷ 2500 KG/ m - BT nặng cốt liệu bé: γ = 1800 ÷ 2200 KG/ m γ > 2500 KG/ m γ < 1800 KG/ m - BT đặc biệt nặng: - BT nhẹ: Theo thành phần: - BT thường; - BT cốt liệu bé; - BT chèn đá hộc Theo phạm vi sử dụng: - BT làm kết cấu chịu lực; - BT chịu nóng; - BT cách nhiệt; - BT chống xâm thực v.v Trong chương trình ta xét BT nặng thơng thường, đặc chắc, chất kết dính XM dùng cho kết cấu chịu lực 2.1.2 Cường độ bê tông: Cường độ khả chịu lực đơn vị diện tích BT có loại cường độ: + Cường độ chịu nén (R b ) ; + Cường độ chịu kéo (R t ).v.v R b tiêu (trong kết cấu BTCT : BTchủ yếu chịu nén) Các phương pháp xác định cường độ ( nay): + Phương pháp phá hoại mẫu thử ( độ xác cao) + Phương pháp khơng phá hoại: Sóng siêu âm; súng bắn BT( ép lõm viên bi lên bề mặt BT) Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén: Mẫu thí nghiệm Mẫu đúc: A A a h a A a D Mẫu lấy từ kết cấu có khoan chuyên dùng( cần kiểm tra chất lượng cơng trình) Phương pháp xác định Tăng lực nén lên từ từ (2KG/cm s) đến mẫu bị phá hoại P - Lực tương ứng lúc mẫu bị phá hoại Cường độ chịu nén mẫu thử là: P m [ MPa] KG / cm Rb = A Niuton Niuton 1Mpa = 10 Pa = 10 = = 9,81KG/cm2 2 m mm m Các loại BT thơng thường có: R b = ÷ 30 Mpa [ ] m BT cường độ cao: R b > 40 MPa m R b ≥ 80 Mpa BT đặc biệt: Các yếu tố ảnh hưởng đến kết thí nghiệm: Ảnh hưởng mặt tiếp xúc: - Không bôi trơn mặt tiếp xúc: - Bôi trơn mặt tiếp xúc: 4 m + Kích thước mẫu nhỏ R b tăng m + R b khơng phụ kích thước mẫu + R blt ≈ 0,8R bkv m m m m + R blt = 0,8R bkv m m R b không bôi trơn > R b có bơi trơn - Nhận xét: + Khi nén BT nở hông, lực ma sát bàn nén với mẫu mặt tiếp xúc có tác m dụng đai ngăn cản nở hơng.Từ làm tăng cường độ mẫu (R b m khơng bơi trơn > R b có bơi trơn)  Tác dụng cốt đai cột; + Càng xa mặt tiếp xúc ảnh hưởng lực ma sát giảm (Kích thước mẫu nhỏ R b tăng R blt ≈ 0,8R bkv )  Căn để quy định bước đai cột m m m Ảnh hưởng tốc độ gia tải: Gia tải nhanh: cường độ = (1,15 ÷ 1,2)R Gia tải chậm: cường độ = (0,85 ÷ 0,9)R Điều kiện tiêu chuẩn thí nghiệm: + Khơng bơi trơn mặt tiếp xúc; + Tốc độ gia tải: 2KG/cm s Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo: + Mẫu kéo: m Rt = N A a + Mẫu chẻ khối lăng trụ: 2P π Dl + Mẫu uốn m Rt = P D m Rt = a P l 3.5M b.h Theo kết thí nghiệm có quan hệ cường độ chịu kéo với cường độ chịu nén thể theo đồ thị (như hình vẽ).Từ người ta xác định Rbt theo R b bảng lập sẵn công thức Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông - Ảnh hưởng thành phần cấp phối, chất lượng vật liệu, chất lượng thi cơng • Lượng XM nhiều  R cao (hiệu không lớn, đồng thời làm tăng biến dạng co ngót); • XM mác cao  R cao; • Cấp phối hợp lý; độ cứng độ cốt liệu cao  R cao; • N tăng  R giảm X • Chất lượng thi công tốt ( trộn, đổ, đầm, bảo dưỡng tốt)  R cao - Ảnh hưởng thời gian môi trường Thời gian đầu cường độ tăng nhanh, sau chậm dần Sự phát triển cường độ theo thời gian phụ thuộc vào loại XM nhiệt độ, độ ẩm môi trường BT dùng XM Pooclăng, chế tạo bảo dưỡng bình thường cường độ tăng nhanh 28 ngày đầu BT dùng XM Puzolan thời gian tăng cường độ ban đầu 90 ngày Cường độ BT tuổi t ngày xác định theo số công thức thực nghiệm tham khảo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT t < 0; Khô hanh: Cường độ tăng theo thời gian không đáng kể  γ b =0,9 t > 0; độ ẩm lớn: Cường độ tiếp tục tăng nhiều năm Dùng nước nóng để bảo dưỡng BT dùng phụ gia tăng cường độ R b tăng nhanh vài ngày đầu, làm cho BT giòn cường độ cuối thấp so với BT bảo dưỡng bình thường khơng dùng phụ gia Khi BT bảo dưỡng nước nóng dùng phụ gia tăng cường độ phải kể đến hệ số kiện làm việc bê tông 15 ta có: - Độ lệch quân phương: σ = ∑ ∆2i ; n −1 10 - Hệ số biến động: ν = σ Rm + ν nhỏ => Hệ số đồng BT cao; + ν lớn => Hệ số đồng BT thấp; Với chất lượng thi công tốt ν = 0,135 Với chất lượng thi cơng bình thường mà thiếu số liệu thống kê, lấy ν = 0,15 Cường độ đặc trưng: Cường độ theo xác suất đảm bảo quy định gọi giá trị đặc trưng cường độ mẫu thử: Rch= Rm(1- Sν ) Với bê tông, cường độ đặc trưng xác định theo xác suất đảm bảo quy định 95% Với xác suất S = 1,64 Nếu lấy ν = 0,135, ta có: Rch = Rm(1- Sν ) = Rm(1 – 1,64 x 0,135) = 0,78 Rm - Cường độ tiêu chuẩn BT (về nén: Rbn ; kéo: Rbtn) Rbn = γ kc Rch γ kc ( ≡ hệ số kết cấu) = 0,7 ÷ 0,8 tuỳ thuộc Rch , kể đến làm việc BT kết cấu khác với làm việc mẫu thử khối vng Với mẫu thử lăng trụ (a × a × 4a) : γ kc = Tức cường độ tiêu chuẩn nén lấy cường độ đặc trưng mẫu thử hình lăng trụ đáy a, h = 4a, thường gọi cường độ lăng trụ) Rbnvà Rbtn cho bảng tra Cường độ tính tốn: Cường độ tính tốn gốc: Rb = Rbn γ bc Rbt = Rbtn γ bt Cho PL3 Cường độ tính tốn: Rb = γ bi Rbt = γ bi đó: γ bc ; γ Rbn γ bc Rbtn γ bt - Hệ số độ tin cậy BT tương ứng nén kéo Khi tính theo TTGH thứ γ bc = 1,3 ÷ 1,5 γ bt = 1,3 ÷ 2,3 tuỳ loại BT; γ bi – Hệ số điều kiện làm việc BT ( i = 1,2,…10), kể đến kích thước tiết diện, tính chất tải trọng, giai đoạn làm việc kết cấu,…(cho tiêu chuẩn thiết kế) bt 11 Khi tính tốn theo TTGH thứ hai , cường độ tính tốn BT ký hiệu Rbser xác định với hệ số γ =1 (trừ trường hợp đặc biệt tính kết cấu chịu tải trọng trùng lặp) 2.1.3 Cấp độ bền Mác bê tông Mác theo cường độ chịu nén: Theo tiêu chuẩn cũ 5574 – 1991 : Mác theo cường độ chịu nén( ký hiệu chữ M) trị số lấy cường độ chịu nén trung bình tính theo đơn vị KG/cm mẫu thử khối vuông cạnh 15cm , có tuổi 28 ngày dưỡng hộ tiến hành thí nghiệm điều kiện tiêu chuẩn Có loại mác: - Với BT nặng: M100 ; M150 ; M200 ; M250 ; M300 ; M350 ; M400 ; M500 ; M600 ; - Với BT nhẹ: M50 ; M75 ; M100 ; M 150 ; M200 ; M250 ; M300 Chú ý: Trong kết cấu BTCT phải dùng mác từ 150 trở lên Cấp độ bền chịu nén: Theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT - TCXDVN 356 – 2005 TCVN 6025 – 1995 (Bê tông – Phân mác theo cường độ chịu nén): Cấp độ bền chịu nén (ký hiệu chữ B) trị số lấy cường độ đặc trưng tính theo đơn vị MPa mẫu thử khối vuông cạnh 15cm, có tuổi 28 ngày dưỡng hộ tiến hành thí nghiệm điều kiện tiêu chuẩn Có cấp độ bền: B3,5 ; B5 ; B7,5 ; B10 ; B12,5 ; B15 ; B20 ; B25 ; B30 ; B35 ; B40 ; B45 ; B50 ; B55 ; B60 Như vậy, mác chịu nén M với cấp độ bền chịu nén B có quan hệ theo biểu thức: B = αβ M đó: α - Hệ số chuyển đổi đơn vị từ KG/cm sang Mpa , lấy α = 0,1 ; β - Hệ số chuyển đổi cường độ trung bình sang cường độ đặc trưng, với ν = 0,135 β = (1 − Sν ) ≈ 0,78 Cấp độ bền chịu kéo: Cấp độ bền chịu kéo (ký hiệu chữ Bt) trị số lấy cường độ đặc trưng kéo tính theo đơn vị MPa mẫu thử tiêu chuẩn Cần quy định cấp độ bền chịu kéo cho kết cấu chịu kéo chủ yếu Có cấp độ bền chịu kéo: Bt0,5 ; Bt0,8 ; Bt1,2 ; Bt1,6 ; Bt2,0 ;Bt2,4 ;Bt2,8 ;Bt3,2 ;Bt3,6 ;Bt4,0 Mác theo khả chống thấm: Mác theo khả chống thấm (ký hiệu chữ W) trị số lấy áp suất lớn tính theo đơn vị (atm) mà mẫu thử chịu để nước không thấm qua Cần quy định mác chống thấm cho kết cấu có yêu cầu chống thấm có yêu cầu độ đặc BT Có mác theo khả chống thấm: W2 ; W4 ; W6 ; W8 ; W10 ; W12 12 Mác theo khối lượng riêng: Đối với kết cấu có yêu cầu cách nhiệt cần quy định mác theo khối lượng riêng trung bình D 2.1.4 Biến dạng bê tơng Bê tơng có loại biến dạng: Biến dạng tải trọng tác dụng ngắn hạn - Biến dạng tác dụng tải trọng (Biến dạng lực) Biến dạng tải trọng tác dụng dài hạn - Biến dạng khối: Là biến dạng co ngót thay đổi nhiệt độ Biến dạng co ngót: Co ngót tượng BT giảm thể tích khơ cứng khơng khí nước thừa bay đá xi măng giảm thể tích sau q trình thuỷ hố ; Co ngót xảy chủ yếu giai đoạn đông cứng năm đầu Rồi giảm dần dừng hẳn sau vài năm; Từ bề mặt vào sâu khối BT, co ngót xảy khơng đều,ở ngồi co ngót nhiều hơn; Cấu kiện có bề mặt lớn so với thể tích (sàn, tường,…) có độ co ngót lớn * Những nhân tố ảnh hưởng đến co ngót: - Số lượng loại xi măng: + BT nhiều XM => co ngót lớn ; + BT dùng XM mác cao => co ngót lớn ; + BT dùng XM Alumilat => co ngót lớn N - Tỉ lệ lớn => co ngót lớn X - Cát hạt nhỏ, sỏi xốp => co ngót lớn - BT dùng chất phụ gia đơng kết nhanh => co ngót lớn - BT chưng hấp áp lực cao => co ngót - Trong mơi trường khơ co ngót nhiều mơi trường ẩm * Hậu co ngót: - Làm thay đổi kích thước hình dạng cấu kiện ; - Do co ngót khơng co ngót bị cản trở BT bị nứt làm giảm cường độ tính chống thấm BT * Biện pháp hạn chế khắc phục hậu co ngót: - Chọn cấp phối, thành phần cỡ hạt tính học vật liệu thích hợp ; N - Sử dụng loại XM co ngót ; chọn tỉ lệ thích hợp ; X - Bảo dưỡng yêu cầu kỹ thuật đảm bảo cho BT thường xuyên ẩm giai đoạn đông cứng ban đầu ; - Đầm kỹ thuật đảm bảo cho BTđặc đồng ; 13 - Đặt thép cấu tạo vị trí cần thiết ; - Tạo mạch ngừng thi cơng( thí dụ đổ BT cột xong ghép cốp pha sàn) tổ chức khe co giãn kết cấu( làm khe nhiệt độ kích thước mặt cơng trình lớn ; làm khe phân cách mặt đường bộ, sân bay) Biến dạng thay đổi nhiệt độ: Biến dạng nhiệt thay đổi thể tích BT nhiệt độ thay đổi Nó phụ thuộc vào hệ số dãn nở nhiệt BT α t Hệ số α t phụ thuộc loại xi măng, cốt liệu ; −5 trạng thái ẩm bê tông khoảng ε t = (0,7 ÷ 1,5)10 / độ −5 Thông thường nhiệt độ thay đổi khoảng đến 100oC , lấy α t = 1,5 × 10 / độ để tính tốn Biến dạng tải trọng tác dụng ngắn hạn a) b) P σ B l σ α ε.pl εel ε ε Thí nghiệm: Nén mẫu lăng trụ có diện tích tiết diện đáy A, chiều cao l Lập quan hệ ứng suất – biến dạng được: + Đồ thị đường cong (a) + Gia tải đến trị số P, biến dạng tương ứng ∆ 〈 Tương ứng vị trí B( σ b ; ε b ) đồ thị 〉 giảm tải, quan hệ ƯS – BD đường cong đứt nét OBC Khi giảm đến P = 0, có: + Một phần biến dạng phục hồi ( ∆1 ) gọi biến dạng đàn hồi + Một phần biến dạng không phục hồi ( ∆ ) gọi biến dạng dẻo Vậy bê tông vật liệu đàn hồi - dẻo Biến dạng đàn hồi tỷ đối: ε el = ∆1 l ε b = ε el + ε pl Tương ứng ∆1 ;∆ , có Biến dạng dẻo tỷ đối Đặt ν = : ε pl = ∆2 l ε el ≡ Hệ số đàn hồi εb Khi P nhỏ ( σ b nhỏ) : ν ≈  Biến dạng đàn hồi chủ yếu, quan hệ ứng suất –biến dạng gần đường thẳng 14 Khi P tăng ( σ b tăng) : ε pl ν giảm Ở giai đoạn phá hoại, biến dạng dẻo chủ yếu ∗ Tương ứng mẫu bị phá hoại σ b = Rlt ; ε b = ε b ∗ −3 Với mẫu lăng trụ chịu nén tâm , biến dạng cực hạn ε b ≈ × 10 ; ∗ Trong cấu kiện BTCT chịu uốn, mép chịu nén ε b lớn 3,5 × 10 −3 Biến dạng tải trọng tác dụng dài hạn – Tính từ biến BT : Từ biến tính biến dạng tăng theo thời gian ứng suất khơng thay đổi Thí nghiệm nén mẫu với lực P, biến dạng ban đầu ∆(tương ứng vị trí B( σ b ; ε b )) giữ nguyên tải trọng thời gian dài có quan hệ ứng suất – biến dạng thể H2.8a Phần biến dạng tăng ứng suất không thay đổi gọi biến dạng từ biến, ký hiệu ε c Đồ thị H 2.8b thể tăng biến dạng từ biến theo thời gian σ σb b) B ε C C εb B εb εc ε t Đặc điểm từ biến: - Trong vài ba tháng đầu biến dạng từ biến tăng nhanh, sau chậm dần kéo dài vài chục năm - Khi σ b ≤ 70% R , biến dạng từ biến có giới hạn ( Đồ thị H 2.8b có tiệm cận ngang) - Khi σ b > 0,85R , biến dạng từ biến tăng không ngừng dẫn đến phá hoại mẫu thử Đó giảm cường độ BT tải trọng tác dụng lâu dài Xác định từ biến: Từ biến tượng phức tạp Có thể xác định từ biến theo hai tiêu: εc - Đặc trưng từ biến: ϕ = ε , không thứ nguyên el ε c - Suất từ biến: C = σ ( MPa −1 cm / kG ) b Cả hai tiêu tăng theo thời gian 2.2 Cốt thép 2.2.1 Các loại thép dùng làm cốt BTCT Phân theo thành phần hoá học: 15 - Thép bon CT3 ; CT5 (tỷ lệ bon 00 ) Tỷ lệ bon tăng cưịng độ cốt thép tăng, độ dẻo cốt thép giảm khó hàn - Thép hợp kim thấp: ngồi bon ra, thành phần cịn có lượng nhỏ nguyên tố khác măng gan, crôm, silic, ti tan…nhằm nâng cao cường độ cải thiện số tính chất khác cốt thép Phân theo phương pháp chế tạo: - Cốt cán nóng: Là cốt chế tạo cách nung chảy phôi thép cán qua khn có hình dạng kích thước đính trước d ≥ 10 : dạng thanh, l = 11,7m Thông thường d < 10 : dạng cuộn ≤ 500 KG - Thép gia công nhiệt ( tôi): => Rs ↑ Nung cốt thép đến nhiệt độ 950 C khoảng phút nhanh vào nước dầu, sau nung lại đến 400 C làm nguội từ từ để giữ cho cốt thép có độ dẻo cần thiết - Cốt thép gia công nguội (kéo, dập): Cốt thép kéo nguội chế tạo cách kéo cốt thép với ƯS vượt giới * hạn chảy : σ s ( D ) 〉σ s ( A) => R s ↑ ; ε s ↓ Dây thép kéo nguội( thường d =3 ÷ 8mm) cịn chuốt qua khn có đường kính nhỏ dần để nâng cao cường độ Phân theo hình dạng: - Thép hình: ; ; ; Trơn - Thép thanh: Tiết diện bầu dục ; Trịn Có gờ (tăng lực dính) Đường kính để tính tiết diện ngang cốt thép: + Cốt trịn trơn: tính diện tích tiết diện dựa đường kính thép ; + Cốt có gờ: qui định đường kính danh nghĩa để tính diện tích tiết diện Ví dụ φ 20 => ddanh nghiã =20mm ; As =3,14 cm 2.2.2 Một số tính chất cốt thép: Tính chất học: Thí nghiệm kéo nhiều mẫu thép loại, thể quan hệ ứng suất - biến dạng đồ thị ta nhận thấy: - Mọi loại cốt thép có: giai đoạn biến dạng đàn hồi tương ứng đoạn thẳng đồ thị giai đoạn biến dạng dẻo (tương ứng với đoạn cong thép rắn đoạn ngang cong thép dẻo) 16 - Tính chất học cốt thép phụ thuộc vào thành phần hóa học cơng nghệ chế tạo Các loại giới hạn ứng suất: - Giới hạn bền( σ B ): lấy ứng suất lớn mà mẫu chịu trước bị kéo đứt; - Giới hạn đàn hồi( σ el ): lấy ứng suất cuối giai đoạn đàn hồi; - Giới hạn chảy( σ y ): lấy giá trị ứng suất đầu giai đoạn chảy σ σ σB C A σy σel A ε pl B' D ε* s ε 0,2% ε Đối với thép cường độ cao, khơng có giới hạn đàn hồi giới hạn chảy rõ ràng, quy ước giới hạn đàn hồi quy ước( σ el ) lấy giá trị ứng suất ứng với biến dạng dư tỷ đối 0,02% ; giới hạn chảy quy ước( σ y ) lấy giá trị ứng suất ứng với biến dạng dư tỷ đối 0,2% Phân biệt cốt thép dẻo cốt thép rắn: - Cốt thép dẻo loại cốt thép có thềm chảy rõ ràng có vùng biến dạng dẻo rộng, * biến dạng cực hạn ε s = 15 ÷ 25% Chúng gồm số thép bon thấp hợp kim thấp cán nóng CT3 ; CT5 ; 10 ΓΤ …( quan hệ ứng suất – biến dạng đồ thị đường 1,2,3,4 hình ) - Cốt thép rắn loại cốt thép có giới hạn chảy không rõ ràng gần giới hạn bền, * biến dạng cực hạn ε s = ÷ 10% Các cốt thép qua gia công nguội gia công nhiệt thường thuộc loại (quan hệ ứng suất – biến dạng đồ thị đường 5,6) Cường độ cốt thép: Cường độ tiêu chuẩn (Giá trị tiêu chuẩn cường độ) Rsn (Mpa): Cường độ tiêu chuẩn cốt thép lấy giới hạn chảy (thực tế quy ước) với xác suất đảm bảo ≥ 95% m Rsn = σ y (1 − Sν ) đó: m + σ y - Giá trị trung bình giới hạn chảy ; 17 + ν - Hệ số biến động Với cốt thép sản xuất từ phôi đạt tiêu chuẩn, nhà máy có cơng nghệ đại kiểm tra chặt chẽ độ đồng thép cao, ν = 0,05 ÷ 0,08 + S = 1,64 ứng với xác suất bảo đảm 95% Cường độ tính tốn: - Khi tính theo TTGH thứ nhất: cường độ chịu kéo tính toán Rs (MPa): Rs = γ si Rsn γs đó: γ s - Hệ số độ tin cậy cốt thép Khi tính theo TTGH thứ lấy γ s =1,05 ÷ 1,2 tuỳ loại thép ; γ si - Hệ số điều kiện làm việc cốt thép ( i= 1, 2, ,9), kể đến mỏi chịu tải trọng trùng lặp, phân bố ứng suất không đều, cường độ BT bao quanh cốt thép Cường độ tính tốn gốc giá trị cường độ tính tốn chưa kể đến hệ số điều kiện làm việc γ si Cường độ tính tốn gốc nén cốt thép Rsc cho tiêu chuẩn với Rs - Khi tính tốn theo TTGH thứ hai: cường độ chịu kéo cốt thép ký hiệu Rs,ser xác định với hệ số độ tin cậy hệ số điều kiện làm việc (trừ trường hợp đặc biệt tính kết cấu chịu tải trọng trùng lặp) Mô đun đàn hồi cốt thép Es (Mpa): Es = tg α Giá trị Es khoảng 180 000 ÷ 210 000 Mpa tuỳ thuộc vào loại thép cho PL7 (giáo trình) Một số tính chất khác cốt thép: Tính hàn được: Tính hàn cốt thép biểu thị đảm bảo liên kết chắn hàn nối; khơng có vết nứt, khơng có khuyết tật kim loại mối hàn xung quanh Tính hàn phụ thuộc thành phần thép cách chế tạo Các loại thép có tính hàn tốt thép cán nóng chứa bon thép hợp kim thấp Chú ý : Không nối hàn cốt thép qua gia cơng nguội gia cơng nhiệt nhiệt độ cao mối hàn làm giảm cường độ thép Ảnh hưởng nhiệt độ: t cao => cấu trúc KL ↑↓⇒ Rs↓ ; E s↓ Sau nguội, cường độ phục hồi khơng hồn tồn t < -30 C, số CT cán nóng trở nên giịn (hiện tượng giịn nguội) Dây thép cường độ cao thép gia cơng nhiệt giịn nguội nhiệt độ thấp so với thép cán nóng Hệ số giãn nở nhiệt CT : α ts ≈ 1× 10 / độ 18 Phân nhóm cốt thép Theo tiêu chuẩn Việt Nam Theo tính chất học TCVN 1651 – 1985 phân thành nhóm CI, CII, CIII, CIV có đặc trưng bảng: Nhóm thép CI (Trịn trơn) CII (Gờ xoắn chiều) CIII (Gờ xoắn khác chiều) CIV (Gờ xoắn khác chiều) D(mm) σ y (MPa) - 40 10 - 40 - 40 10 - 40 220 300 400 600 σ B (MPa) 380 500 600 900 ε s* (%) 25 19 14 E s (MPa) 21× 10 21× 10 20 × 10 20 × 10 Theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ - Cốt thép cán nóng trịn trơn : nhóm A-I - Cốt thép cán nóng có gờ : nhóm A-II ; A-III ; A-IV ; A-V ; AVI - Cốt thép gia công nhiệt :AT-IIIC ; AT-IV ; AT-V ; AT-VI ; AT-VII - Sợi thép kéo nguội loại thường Bp I - Sợi thép kéo nguôị cường độ cao BII (trịn trơn) ; BpII (có gờ) - Thép cáp loại sợi : K7 ; loại 19 sợi K19 Theo tiêu chuẩn số nước khác Theo tiêu chuẩn Trung Quốc : Chia CT theo cấp : I ; II ; III ; IV loại sợi kéo nguội Theo tiêu chuẩn Pháp : Phân nhóm CT theo giới hạn chảy : FeE230 ; FeE400; FeE500 Chú ý : Để nhận dạng nhóm CT, ngồi cách dùng hình thức gờ bề mặt người ta cịn đánh dấu đầu mút CT sơn màu khác Một số hãng sản xuất ghi ký hiệu hãng bề mặt thép 2.3 Bê tông cốt thép 2.3.1 Lực dính bê tơng cốt thép Lực dính BT CT nhân tố đảm bảo làm việc chung BT CT Nhờ lực dính mà ứng lực truyền qua lại BT CT, đồng thời làm cho chúng biến dạng Thí nghiệm xác định cường độ lực dính 19 Kéo nén cho CT tuột khỏi BT, kết thí nghiệm cho thấy: phân bố ƯS tiếp mặt tiếp xúc không đều, khơng hai đầu mút đạt giá trị τ max 1 cách tiết diện đoạn C = ( ÷ ) L P Có cường độ trung bình lực dính τ = φ - đường kính CT πφ L Cường độ lực dính lớn τ max = P ω < gọi hệ số hoàn ωπφ L chỉnh biểu đồ lực dính Chú ý : Để thí nghiệm làm cốt thép tụt khỏi bê tơng chiều dài đoạn L phải hạn chế phạm vi Nếu L q lớn cốt thép bị kéo nén giới hạn chảy mà không bị tụt Các nhân tố tạo nên lực dính trị số lực dính theo thực nghiệm Các nhân tố ảnh hưởng tới lực dính: - Khi BT đơng cứng ơm chặt lấy CT tạo nên lực ma sát - Do keo xi măng có tác dụng gắn chặt CT với BT - Với cốt thép có gờ, phần bê tông nằm gờ chống lại trượt cốt thép (cốt có gờ lực dính gấp 2-3 lần cốt tròn trơn => cốt tròn trơn phải uốn mỏ) Với cốt thép tròn trơn nhân tố lực ma sát chủ yếu Với cốt thép có gờ, nhân tố bám quan trọng Lực dán chiếm phần nhỏ giá trị lực dính Trị số lực dính theo thực nghiệm: + Theo trường phái Nga: biểu diễn τ max theo cường độ chịu nén tiêu chuẩn bê tông τ max = αRbn m Trong : α - Hệ số phụ thuộc trạng thái chịu lực, α = 1- Khi CT chịu kéo 1,5 – Khi CT chịu nén ÷ 3,5 – Cốt có gờ m – Hệ số phụ thuộc bề mặt CT , m = ÷ 6- Cốt trịn trơn + Theo trường phái Pháp: biểu diễn τ max theo cường độ chịu kéo tiêu chuẩn bê tông τ = βγRtn Trong : 20 0,6 – Với CT chịu kéo β = – Với CT chịu nén γ = 1,8 ÷ – Với CT có gờ ÷ 1,2 –Với CT trịn trơn Các nhân tố ảnh hưởng tới lực dính - Trạng thái chịu lực: cốt thép chịu nén có lực dính bám lớn so với cốt thép chịu kéo - Chiều dài đoạn L: thay đổi chiều dài đoạn L giá trị τ max khơng thay đổi giá trị trung bình τ có thay đổi chút tăng L hệ số hồn chỉnh biểu đồ ω giảm xuống - Biện pháp nhằm cản trở biến dạng : dùng biện pháp nhằm cản trở biến dạng ngang bê tông (lưới thép hàn, cốt thép lị xo ) làm tăng lực dính Thiết lập lneo Điều kiện đảm bảo cho CT không bị kéo tuột trước bị kéo đứt: Nτ ≥ Rs As = Rs πφ Rbn Rφ m Rsφ ωan ≥ s ⇒ an ≥ m 4 ωRbn Nτ = ωτ max πφan = Rbn ωπφan m Đặt φ m = ω an ; ω = − ∆ an ; thay vào công thức trên, lấy dấu sau biến  an đổi biến đổi ta được:   R an =  ω an s + ∆ an φ   Rb   * Đồng thời đoạn neo không nhỏ giá trị an = λanφ min Các giá trị ω an ; ∆ an ; λan ; min cho bảng : HÖ sè α an vµλ an Cèt thÐp cã gê Cèt thÐp tròn trơn Điều kiện làm việc cốt thép Đoạn neo cốt thép : + Chịu kéo vùng BT chịu kéo + Chịu kéo nén vùng BT chÞu nÐn Nèi chång cèt thÐp : lmin ∆ an (mm) 0,7 20 1,2 20 11 250 0,5 12 0,8 15 200 21 + Trong vïng BT chÞu kÐo + Trong vïng BT chÞu nÐn 0,9 0,65 20 15 1,55 1,0 20 15 11 250 200 Chú ý: - Khơng nên neo thép vào vùng có mơ men lớn - Trường hợp khơng đủ kích thước để thực đoạn neo phải có biện pháp bổ trợ : + Hàn vào đầu mút CT neo (lúc phải tính tốn mối hàn theo lực kéo phải đảm bảo đủ khả chịu nén cục cho BT) Nhưng phải đảm bảo an ≥ 10φ + Uốn cong CT đồng thời gia cường khả chịu ép BT đai lưới hàn - Trường hợp neo có đường kính lớn đường kính cần thiết theo tính tốn chiều dài đoạn neo xác định theo đường kính cần thiết 2.3.2 Sự làm việc chung bê tông cốt thép Ứng suất ban đầu bê tông co ngót Khảo sát BT có đặt CT dọc theo trục Khi bê tơng co ngót tự do, có biện dạng co ngót ε Nhưng bê tơng bám dính với cốt thép mà cốt thép khơng co nên cản trở co bê tông Kết bê tơng cốt thép có biến dạng co ngót ε < ε Vậy bê tông tạo biến dạng nén ε cho cốt thép gây ƯS nén CT: σ s = ε × E s Cốt thép cản trở co ngót BT coi BT bị kéo giãn Trị số độ co ngót bị cản trở ( ε − ε ) nên ứng suất kéo BT σ t = ν t (ε − ε ) Eb Nếu ứng suất kéo σ t vượt giới hạn chịu kéo, bê tông bị nứt Hợp lực CT BT lực nội tại, chúng tự cân Tức : σ s As = σ t Ab = ν t (ε − ε ) Eb Ab σ ε1 = s Es : n = σs = ε Es νε E ;σ t = t b n ν 1+ µ 1+ t ν nµ Es A ;µ = s Eb Ab Nhận xét: ƯS ban đầu BT co ngót bị cản trở phụ thuộc: + Trị số co ngót tự BT: ( ε ) ; + Loại BT thơng qua Eb + Hàm lượng CT ( µ ) : µ lớn σ t lớn ; σ t > Rt => BT nứt Muốn σ t nhỏ phải ý chọn nhân tố ảnh hưởng Ngồi phân bố CT khơng tiết diện làm cho BT co ngót khơng nhân tố làm cho BT nứt Sự phân phối lại nội lực từ biến 22 Khi chịu tác dụng tải trọng lâu dài BT bị từ biến, CT cản trở từ biến BT Xét chịu nén, (tương tự co ngót) biến dạng từ biến gây ƯS nén CT ƯS kéo BT kết làm σ s ↑;σ b ↓ Đó phân phối lại nội lực cách có lợi Ứng suất ngoại lực Xét trường hợp đơn giản BT chịu nén (hay kéo) Khi BT chưa nứt: BT chịu lực với CT nên biến dạng nhau( ε ) Lúc đó: + ƯS CT : σ s = εE s + ƯS BT : σ b = ενEb σs = Es E σb ns = s σ = n sσ b n s ÷ νEb νEb , có : s Đặt ( thay đổi khoảng 20 lần) Khi BT nứt với chịu kéo: sau BT nứt phần lực kéo BT chịu truyền sang cho CT Lúc CT chịu tồn lực kéo Sự truyền lực qua lại đầu mút nén Xét nén, lực nén phân trực tiếp lên mặt BT truyền dần từ BT sang CT: N σ0 σb 20d σ0 σs τmax σb σs + đầu mút thanh: ƯS BT = ƯS CT σ = N A ƯS BT : σ ↓ σ b + Trong đoạn neo ƯS CT : σ ↑ σ s st st + Ngoài đoạn neo : σ s = C ;σ b = C σ > σ b nên với cột chịu lực nén lớn đầu cột phải gia cường lưới thép hàn 2.3.3 Sự phá hoại hư hỏng BTCT 23 Sự phá hoại tác dụng tải trọng * Cấu kiện chịu kéo : Phá hoại σ s > Rs * Cấu kiện chịu nén : Phá hoại σ b > Rb * Cấu kiện chịu uốn : Phá hoại σ s > Rs (thường xảy CT đặt không nhiều quá) ; σ b > Rb (thường xảy CT đặt nhiều); đồng thời σ s > Rs ;σ b > Rb (lý tưởng) Sự hư hỏng phá hoại biến dạng cưỡng Do thay đổi nhiệt độ, co ngót , lún không đều.v.v…gây biến dạng cưỡng Trong kết cấu siêu tĩnh biến dạng cưỡng bị cản trở làm phát sinh nội lực làm nứt gẫy phá hoại kết cấu Cần phải tính tốn có biện pháp cấu tạo để khắc phục loại tác động Sự hư hỏng tác động môi trường Do học: - Mưa, dịng chảy bào mịn; - Sự đóng tan băng liên tiếp xứ lạnh tác động đến công trình BTCT Biện pháp phịng chống: Dùng bê tơng cường độ cao; bảo vệ bề mặt cơng trình vữa mác cao Do hoá học: Muối, a xit v.v… xâm thực qua vết nứt mà tác dụng phá huỷ CT (CT gỉ tăng thể tích làm phá vỡ lớp BT bảo vệ => gỉ nhanh đứt) CT gia công nguội , CT làm việc trạng thái ứng suất cao , CT làm việc môi trường có nước mặn; độ ẩm nhiệt độ cao gỉ nhanh Biện pháp phòng chống : + Dùng nước để trộn BT ; + Làm bề mặt CT để tăng độ bám dính ; + Đảm bảo chiêù dầy lớp BT bảo vệ ; + Đầm kỹ thuật đảm bảo cho BT đặc Về sinh học: Các loại rong rêu, hà vi khuẩn biển, sơng ngịi tiết chất làm hư hỏng bề mặt BT Ảnh hưởng thời gian: Trong vài ba năm đầu, môi trường thuận lợi cường độ BT tăng thêm Nhưng sau vài chục năm BT bị lão hóa cường độ bị giảm dần 24 ... E s (MPa) 21 ? ? 10 21 ? ? 10 20 × 10 20 × 10 Theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ - Cốt thép cán nóng trịn trơn : nhóm A-I - Cốt thép cán nóng có gờ : nhóm A-II ; A-III ; A-IV ; A-V ; AVI - Cốt thép gia công... kiện làm việc cốt thép Đoạn neo cốt thép : + Chịu kéo vùng BT chịu kéo + Chịu kéo nén vùng BT chÞu nÐn Nèi chång cèt thÐp : lmin ∆ an (mm) 0,7 20 1, 2 20 11 25 0 0,5 12 0,8 15 20 0 21 + Trong vïng... nên lực ma sát - Do keo xi măng có tác dụng gắn chặt CT với BT - Với cốt thép có gờ, phần bê tông nằm gờ chống lại trượt cốt thép (cốt có gờ lực dính gấp 2- 3 lần cốt tròn trơn => cốt tròn trơn