Đang tải... (xem toàn văn)
Sổ nay này phục vụ công việc tra cứu và tham khảo của kỹ sư, kỹ thuật viên và bạn đọc các ngành có liên quan đến Thủy lợi ( thiết kế, thi công ) công trình, quản lý hệ thống. Sổ tay cũng rất h
173 Chương - Kết cấu gạch đá Chương kết cấu gạch đá v n Biên soạn: PGS TS Trần Mạnh Tuân Hiệu đính: GS TS Nguyễn Xuân Bảo w w v n co ld Gạch đá loại vật liệu địa phương sẵn có dễ dàng khai thác, sản xuất Bằng gạch đá xây dựng công trình thủy lợi nhỏ, rẻ, đẹp đủ độ bền, phù hợp với điều kiện địa phương, đặc biệt công trình nhỏ miền núi, vùng sâu xa nhiều khó nhăn vật liệu xây dựng Gạch đá dùng để xây dựng cầu giao thông nông thôn, cống lấy nước, tiêu nước hệ thông thủy lợi nhiều công trình dân dụng công nghiệp khác Kinh nghiệm xây dựng công trình gạch đá địa phương phong phú làm cho loại vật liệu xây dựng sử dụng ngày rộng ri xây dựng công trình thủy lợi Vật liệu xây dựng gạch đá không rẻ tiền, dùng xi măng, không cần cốt thép, mà công việc xây dựng đơn giản, dễ thi công, vật liệu sẵn có khắp nơi, công trình vật liệu gạch đá có đủ độ bền dùng lâu Các phương pháp tính toán, cấu tạo kết cấu gạch đá ngày hoàn thiện tạo điều kiện để nhiều công trình qui mô nhỏ xây dựng với chi phí nhỏ mà đảm bảo độ bền yêu cầu sử dụng, phù hợp với điều kiện phát triển kinh tế, đặc biệt công trình hạ tầng nhỏ nông thôn Nội dung phương pháp tính toán kết cấu gạch đá phần giới thiệu chủ yếu theo tài liệu tiêu chuẩn tính toán Các đơn vị sử dụng dùng theo đơn vị thông dụng có ghi theo đơn vị cũ để thuận tiện so sánh tham khảo w 3.1 Vật liệu dùng khối xây gạch đá 3.1.1 Gạch 3.1.1.1 Phân loại gạch Theo khối lượng riêng trung bình, gạch chia thành gạch nặng, gạch nhẹ gạch nhẹ Gạch dùng công trình thủy lợi chủ yếu gạch nặng, có trọng lượng riêng g>1800daN/m3 loại gạch đặc, gạch bê tông đặc nặng gạch rỗng có độ rỗng toàn phần nhỏ 30%, v.v 174 sổ tay KTTL * Phần - sở kü tht thđy lỵi * TËp KÝch thíc cđa viên gạch quy định phù hợp với sức khoẻ trung bình người thợ xây nhấc viên gạch nước có khác Gạch đất sét nung Việt Nam theo quy định có kích thước 22015060 mm 3.1.1.2 Cường độ gạch Tính chất quan trọng gạch đá cường độ, đặc trưng mác hay số hiệu Mác gạch đá biểu thị cường độ chúng chịu nén chịu uốn Mác co ld Bảng 3-1 Tiêu chuẩn mác gạch đất sét nung Cường độ mẫu nén, daN/cm2 (kG/cm2) Trung b×nh 150 150 100 100 75 75 50 50 Cường độ mẫu uốn, daN/cm2 (kG/cm2) Bé Trung bình BÐ nhÊt 100 28 14 75 22 11 50 18 35 16 v n (sè hiƯu g¹ch) v n Giới hạn cường độ chịu kéo gạch vào khoảng 5á10% giới hạn cường độ gạch chịu nén Mác gạch xác định sở cường độ trung bình cường độ bé mẫu thử nén uốn Trong bảng 3-1 giới thiệu số tiêu chuẩn mác gạch đất sét nung w w Mác gạch dùng khối xây dựng công trình thủy lợi thường 100 150 Quan hệ ứng suất biến dạng gạch đất sét gần theo quy luật đường thẳng Môđun đàn hồi xác định thí nghiệm có giá trị sau: - Đối với gạch đất sét dẻo gạch silicát: Eg= (1 2).105 daN/cm (3.1) - Đối với gạch đất sét ép khô: (3.2) Eg=(0,2 0,4).105 daN/cm Hệ số biến dạng ngang gạch tăng theo với tăng ứng suất; với gạch đăt sét nung hệ số 0,03 đến 0,1 w 3.1.2 Đá Đá xây dựng dùng làm móng vật liệu trang trí, ốp lát nhà công trình Yêu cầu chung đá không bị phong hoá, vết nứt nẻ lớn Đá khai thác trực tiếp từ tự nhiên, gia công đến mức độ để có hình dáng kích thước định Trong công trình thủy lợi thường dùng loại đá sau: đá hộc dùng cho khối đá xây, đá đẽo, đá chẻ dùng cho khối đá lát mái, Đá có loại mác từ 4,10, 25 đến 3000 Trong xây dựng dùng loại đá nặng đá nhẹ Đá nặng có trọng lượng riêng g 1800 daN/m3 thường gặp đá hoa 175 Chương - Kết cấu gạch đá cương, đá vôi sa thạch, đá bazan, đôlômit, gabrô, v.v Đá nhẹ có trọng lượng riêng g < 1800 daN/m3, thường gặp loại đá bọt, đá tuff, đá vôi vỏ sò, v.v 3.1.3 Vữa co ld v n 3.1.3.1 Yêu cầu tác dụng Vật liệu vữa dùng khối xây gạch đá phải có cường độ định, tính bền vững cần thiết, tính linh động (tính dẻo ), độ sệt, khả giữ nước, bảo đảm dễ xây Tính linh động vữa khả rải vữa thành lớp mỏng, đặc, cân viên gạch đá, đảm bảo cho việc truyền, phân phối ứng suất khối xây Dùng vữa linh động công việc người thợ xây nhẹ nhàng hơn, cho phép tăng hiệu suất lao động họ Tính linh động vữa liên quan chặt chẽ tới độ sệt vữa Vữa khối xây có tác dụng: - Liên kết viên gạch đá khối xây lại với tạo nên loại vật liệu liền khối - Truyền phân phối ứng suất khối xây từ viên gạch đá đến viên gạch đá khác - Lấp kín khe hở khối xây 3.1.3.2 Các loại vữa w v n Vữa xây dựng phân loại theo trọng lượng riêng g (daN/m3) trạng thái khô Vữa nặng có g >1500 daN/m3, vữa nhẹ có g Ê 1500 daN/m3 Các loại vữa dùng cho công trình thủy lợi nói chung kết cấu gạch đá nói riêng phải tuân theo qui định thành phần, chất lượng vữa thủy công đ trình bày chi tiết chương tài liệu Quy phạm kỹ thuật đ quy định thành phần cấp phối loại vữa phạm vi sử dụng chúng w 3.1.3.3 Cường độ biến dạng vữa Cường độ vữa xác định cách thí nghiệm mẫu thử khối vuông, điều kiện tiêu chuẩn Mức tăng cường độ vữa phụ thuộc vào chất kết dính, môi trường thời gian, nhanh vữa xi măng, chậm vữa vôi w 3.1.3.4 Chọn cấp phối vữa Chọn cấp phối vữa xác định khối lượng thành phần vữa Khối lượng xi măng Qx (tính kg cho 1m3 cát hạt trung bình lớn độ ẩm từ đến 3%) vữa xác định theo công thức: Qx = Rv 1000 (kg) 0, 7R x đó: Rv - mác vữa; Rx - mác ximăng (3.3) 176 sổ tay KTTL * Phần - sở kỹ thuật thủy lợi * Tập 3.2 Các dạng khối xây gạch đá v n Khi dùng cát khô lượng ximăng tăng 5% Lượng vôi vữa cho 1m3 cát (tính lít) xác định theo công thức: D = 170(1- 0,002Qx) (3.4) Lượng nước dùng để trộn vữa khống chế độ sụt cho trước chuỳ chuẩn Lượng nước xác định dựa vào điều kiện tỷ lệ nước-ximăng vào khoảng từ 1,3 á1,6 Cấp phối vữa đ chọn cần kiểm tra thử mẫu vữa tiêu chuẩn qui định trình bày chương tài liệu co ld 3.2.1 Phân loại khối xây gạch đá Khối xây gạch đá chia theo chiều cao hàng xây a) Khối xây từ loại khối lớn bêtông, gạch loại khối xây khác, có chiều cao hàng xây lớn 500 mm b) Khối xây từ đá thiên nhiên loại đá khác, có chiều cao hàng xây từ 180 350 mm c) Khối xây từ viên nhỏ gạch, gốm viên gạch đá nhỏ khác, có chiều cao hàng xây từ 50 á150 mm .v n Theo cấu tạo chia thành khối xây đặc, khối xây nhiều lớp khối xây có lỗ rỗng (ít gặp công trình thủy lợi) w w w 3.2.2 Các nguyên tắc chung việc liên kết gạch đá khối xây Việc bố trí viên gạch, đá khối xây phải tuân theo số nguyên tắc sau: - Trước hết, lực tác dụng lên khối xây cần phải vuông góc với lớp vữa nằm ngang Các viên gạch đá khối xây cần phải đặt thành hàng (lớp) mặt phẳng (hình 3-1) Hình 3-1 Cách liên kết gạch đá khối xây 177 Chương - Kết cấu gạch đá v n - Các mạch vữa đứng cần phải song song với mạch khối xây mạch vữa ngang cần phải vuông góc với mặt khối xây - Các mạch vữa đứng hàng phải bố trí lệch phần tư nửa viên gạch để tránh tượng trùng mạch Có tải trọng từ bên truyền xuống phân cho toàn khối xây (hình 3-1) Khối xây gạch đá thường đặt theo hàng ngang Tuỳ theo vị trí khối xây mà viên gạch đá chia thành gạch mặt gạch mặt Viên gạch đặt dọc theo chiều dài khối xây gọi gạch dọc, gạch đặt ngang gọi gạch ngang gạch nằm lòng khối xây gọi gạch chèn co ld 3.2.3 Yêu cầu giằng khối xây gạch đá Giằng trình tự xây viên gạch (đá) so với viên gạch (đá) khác khối xây Trong khối xây, giằng giải cách xây hàng ngang dọc xen kẽ hỗn hợp võa ngang võa däc tõng hµng 3.2.3.1 Trong khèi xây đặc Đối với khối xây gạch có chiều cao hàng 65mm, dùng cách xây hỗn hợp vừa ngang vừa dọc hàng, ba dọc ngang, năm dọc ngang .v n 3.2.3.2 Trong khèi x©y nhiỊu líp Khèi x©y hai líp bao gåm lớp khối xây đặc chịu lực lớp ốp (bằng gạch gốm, gạch bê tông, đá thiên nhiên) Lớp ốp liên kết vào khối xây tường nhờ giằng ăn sâu vào nửa viên gạch sâu Các hàng giằng cách từ ba đến năm hàng gạch theo chiều cao tường 3.3 Tính chất học khối xây gạch đá w w w 3.3.1 Trạng thái ứng suất gạch đá vữa khối xây chịu nén tâm Kết thí nghiệm cho thấy, khối xây chịu trọng tải nén phân bố toàn tiết diện trạng thái ứng suất viên gạch đá vữa phức tạp Chúng đồng thời chịu nén, nén cục bộ, uốn, cắt kéo Khi nén khối xây, ứng suất tập trung chỗ có độ cứng lớn Điều diễn tả mô hình vật thể cứng (viên gạch), chịu tác dụng tải trọng phân bố không đều, tựa lên gối phân bố lộn xộn có độ cứng khác Trong viên gạch xuất mômen uốn, lực cắt, nén cục Khi chịu nén, khối xây vừa có biến dạng dọc vừa có biến dạng ngang (hiện tượng nở hông), biến dạng ngang vữa lớn gạch Vì có lực dính ma sát gạch vữa mà gạch ngăn cản phần biến dạng ngang vữa Trạng thái ứng suất phức tạp viên gạch đá ảnh hưởng mạch vữa đứng, lỗ rỗng viên gạch đá (xung quanh lỗ rỗng có ứng suất tập trung) tính chất biến dạng khác thân viên gạch đá 178 sổ tay KTTL * Phần - sở kỹ thuật thủy lợi * Tập Trong khối xây đá hộc, hình dạng viên đá quy cách, ứng suất tập trung lớn chỗ viên đá nhô Các viên đá có xô đẩy làm ảnh hưởng đến trạng thái trị số ứng suất .v n co ld v n 3.3.2 Các giai đoạn làm việc khối xây chịu nén Giai đoạn I: Khi lực nén tác dụng nhỏ, ứng suất khối xây bé, khối xây chưa xuất vết nứt Tăng lực nén lên, khối xây xuất vết nứt nhỏ số viên gạch riêng rẽ Gọi lực nÐn lóc nµy lµ lùc lµm xt hiƯn vÕt nøt, ký hiệu Nn Giai đoạn II: Tiếp tục tăng lực nén lên, vết nứt mở rộng, xuất thêm vết nứt Các vết nứt cũ nối liền lại với nối với mạch vữa đứng Khối xây bị phân thành nhánh đứng Những nhánh nằm tình trạng chịu tác dụng tải trọng lệch tâm khác Do có độ mảnh lớn nhánh dễ bị uốn dọc Giai đoạn III: Tăng lực nén lên nữa, khối xây nhanh chóng đến phá hoại Gọi lực nén lúc lực phá hoại, ký hiệu NP Giai đoạn III gọi giai đoạn phá hoại Thực khối xây giai đoạn II ngừng tăng tải trọng khe nứt tiếp tục mở rộng, phát triển khối xây bị phá hoại Đây trường hợp phá hoại tải trọng tác dụng lâu dài Lực phá hoại tải trọng tác dụng lâu dài bé lực tác dụng ngắn hạn Đối với khối xây gạch tham khảo trị số trung bình tỷ số Nn/NP bảng 3-2 Bảng 3-2 Tỷ số Nn/Np khối xây gạch Loại vữa w Vữa xi măng Tỷ số Nn/Np ứng với tuổi khối xây tính ngày 28 720 0,6 0,7 0,8 w w Tỷ số Nn/Np cho phép đánh giá mức độ an toàn cường độ khối xây vừa nứt Đối với khối xây vữa vôi tuổi thấp xuất vết nứt không đáng kể khối xây mức độ an toàn cường độ Khối xây vữa xi măng tuổi cao đ xuất vết nứt tức khối xây đ chịu tải cách nghiêm trọng 3.3.3 Công thức tổng quát xác định giới hạn c-ờng độ khối xây chịu nén tâm Để xác định cường độ khối xây chịu nén tâm, nhiều tác giả đ nghiên cứu đưa công thức tính toán Dựa kết thí nghiệm với nhiều loại khối xây khác nhau, sở phân tích, đánh giá yếu tố ảnh hưởng, công thức tính toán giới hạn cường độ khối xây gạch đá, khối lớn đá hộc chịu nén tâm viết dạng sau: 179 Chương - Kết cấu gạch đá 100 + Rg , (3.6) co ld A= v n ì ü ï ï a c ï ï R = ARg í1 (3.5) ýh Rv ï ï b+ ï 2Rg ù ợ ỵ Kết tính toán theo công thức phù hợp với số liệu thí nghiệm, từ năm 1939 đ đưa vào quy phạm tính toán dùng Trong công thức trên: Rgvà Rv - giới hạn cường độ chịu nén gạch vữa; a, b - hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào loại khối xây cho b¶ng 3-3; A - hƯ sè kÕt cÊu phơ thuộc vào cường độ loại gạch xác định theo c«ng thøc: 100m + nRg m, n - hƯ sè phụ thuộc vào loại khối xây cho bảng 3-3; h- hệ số điều chỉnh dùng cho khối xây cã sè hiƯu v÷a thÊp: ho Ro + (3 - ho )Ro Ro + 2R v h= Khi Rv >Ro cã: h=1 v n Khi Rv