BÀI GIẢNG bê TÔNG cốt THÉP

CÁC LÝ DO ĐỂ BÊTÔNG VÀ CỐT THÉP CÓ THỂ CÙNG CỘNG TÁC CHỊU LỰC  Nhờ có lực dính mà có thể truyền lực qua lại giữa bêtông và cốtthép, khai thác cường độ cốt thép, hạn chế bề rộng khe nứt.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế

 GS.TS Nguyễn Đình Cống Nhà xuất bản xây dựng

thép theo tiêu chuẩn TCXDVN 356 : 2005 (1&2)–

 Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình

Cống Kết cấu bê tông cốt thép – Phần cấu kiện

cơ bản Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2006.

and Design , Addison-Wesley, 1998

1. ĐỌC THÊM TÀI LIỆU VÀ TÌM HIỂU THỰC TẾ

2. LẮNG NGHE NGƯỜI KHÁC

3. ĐÓNG GÓP Ý KIẾN CHIA SẼ KINH NGHIỆM

CỦA MÌNH

4. ĐI HỌC ĐẦY ĐỦ VÀ ĐÚNG GIỜ

5. TẮT CHUÔNG ĐIỆN THOẠI ĐỂ TÔN TRỌNG SỰ

ĐỂ HỌC TỐT MÔN HỌC NÀY

4

NỘI DUNG

1.1 THẾ NÀO LÀ BÊTÔNG CỐT THÉP

1.2 PHÂN LOẠI BÊ TÔNG CỐT THÉP

1.3 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG

1.1 THẾ NÀO LÀ BÊTÔNG CỐT THÉP

1.1.1 Khái quát

Đặc

trưng

Chịu kéo Chịu nén Chịu cắt Độ bền Chịu lửa

CỘT BÊTƠNG CỐT THÉP

 Đặt cốt thép vào vùng nén để tăngkhả năng chịu lực và giảm kíchthước tiết diện

 Cốt thép tham gia chịu nén cùngbêtơng Sức chịu nén của cốt thépcũng tốt bằng sức chịu kéo

cốt thép dọc chịu nén

R sc  ' s

N

Rb

1.1.2 CÁC LÝ DO ĐỂ BÊTÔNG VÀ CỐT THÉP CÓ THỂ

CÙNG CỘNG TÁC CHỊU LỰC

 Nhờ có lực dính mà có thể truyền lực qua lại giữa bêtông và cốtthép, khai thác cường độ cốt thép, hạn chế bề rộng khe nứt

 Giữa BT và CT không xảy ra phản ứng hóa học

 Hệ số giãn nở nhiệt của BT và CT gần bằng nhau.

 Bê tông giữ cho cốt thép khỏi bị ăn mòn

88

1.2 PHÂN LOẠI BÊ TÔNG CỐT THÉP

THEO PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG

BTCT

TOÀN KHỐI

BTCT LẮP GHÉP

BTCT BÁN LẮP GHÉP

THEO TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT KHI CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BTCT

THƯỜNG

BTCT ỨNG LỰC TRƯỚC

nứt

P

Tải trọng

10

THEO TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT

KHI CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG

1.3 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG

1.3.1 Ưu điểm

 Khả năng chiụ lực lớn, chịu tốt các tải trọng động

 Vừa bền vừa ít tốn tiền bảo dưỡng

 Chịu lửa tốt

 Có khả năng tạo ra các hình dáng kết cấu khác nhau, đáp ứng

yêu cầu đa dạng của kiến trúc.

14

1.3.2 Nhược điểm

 Dễ có khe nứt tại vùng kéo  khắc phục bằng cách dùng BTCT ứnglực trước, có biện pháp tính toán và thi công hợp lý để hạn chế khenứt, bảo đảm điều kiện sử dụng bình thường

 Cách âm, cách nhiệt kém  khắc phục bằng cách sử dụng kết cấu có

lỗ rỗng

 Thi công BTCT toàn khối tương đối phức tạp

 Trọng lượng bản thân lớn, khó làm kết cấu nhịp lớn  khắc phục

1.3.3 Phạm vi sử dụng

16

 BTCT được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành xây dựng: xây dựng dân dụng_công nghiệp, xây dựng giao thông _ thủylợi, xây dựng quốc phòng

NỘI DUNG

1.1 CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG

BÀI 1 TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG

1.2 CẤP ĐỘ BỀN VÀ MÁC BÊ TÔNG

1.3 BIẾN DẠNG CỦA BÊTÔNG

BÀI 2 TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA CỐT THÉP

2.1 PHÂN LOẠI THÉP DÙNG TRONG BTCT

2.2 MỘT SỐ TÍNH NĂNG CƠ HỌC CỦA CỐT THÉP 2.3 PHÂN LOẠI (NHÓM) CỐT THÉP

BÀI 3 TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG CỐT THÉP

3.1 LỰC DÍNH GIỮA BÊTÔNG VÀ CỐT THÉP

3.2 SỰ LÀM VIỆC CHUNG GIỮA BÊ TÔNG VÀ CỐT THÉP 3.3 SỰ PHÁ HOẠI VÀ HƯ HỎNG CỦA BTCT

BÀI 1 TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG

Cường độ là chỉ tiêu quan trọng thể hiện khả năng chịu lực của vật liệu

1.1.1 Thí nghiệm mẫu xác định cường độ chịu nén

a Mẫu thử

Mẫu để thí nghiệm cường độ chịu nén 1.1 CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG

20

b Thí nghiệm mẫu

P R

t t

P R

Thí nghiệm để tìm cường độ chịu kéo

Cylindrical splitting test

Thí nghiệm nén chẻ mẫu Thí nghiệm mẫu chịu uốn

24

 Chất lượng và số lượng xi măng

 Độ cứng, độ sạch và tỉ lệ thành phần của cốt liệu (cấp phối)

 Tỉ lệ nước và xi măng

 Chất lượng của việc nhào trộn vữa bê tông,

dầm chắc và điều kiện bảo dưỡng

 Sự tăng cường độ của bê tông theo thời gian

1.1.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông

1.2 CẤP ĐỘ BỀN VÀ MÁC BÊ TÔNG

Là con số lấy bằng cường độ trung bình của mẫu thử chuẩn, đơn

vị kG/cm2 Mẫu thử chuẩn là khối vuông cạnh a = 15cm, tuổi

28 ngày bêtông có các mác M50 ; M75 ; M100; M150; M200;M250 ; M300 ; M350; M400; M450; M500; M600.0

Đó là con số lấy bằng cường độ đặc trưng của mẫu thử chuẩn, đơn

vị MPa Mẫu thử chuẩn là khối vuông cạnh a = 15cm Bêtông cócác cấp độ bền B3,5; B5; B7,5; B10; B12,5; B15; B20; B25;B30; B35; B40; B50; B55; B60

1.2.1 Mác theo cường độ chịu nén M

1.2.2 Cấp độ bền chịu nén B

26

1.2.3 Cấp độ bền chịu kéo B t

Cường độ đặc trưng về kéo của bê tông đơn vị MPa

Bt0,5; Bt0,8; Bt1,2; Bt1,6; Bt2,0; Bt2,4;…

1.2.4 Mác theo khả năng chống thấm và theo khối lượng riêng W, D

Với các kết cấu có yêu cầu hạn chế thấm mác theo khả

năng chống thấm W, lấy bằng áp suất lớn nhất (atm) màmẫu chịu được để nước không thấm qua

Đối với kết cấu có yêu cầu về cách nhiệt, mác theo khối

1.3 BIẾN DẠNG CỦA BÊTÔNG

•Đầm chắc, bảo dưỡng bê tông thường xuyên trong giai đoạn đầu

•Các biện pháp cấu tạo: khe co dãn, đặt cốt thép cấu tạo những nơi cần thiết để hạn chế ứng suất do co ngót gây ra 28

1.3.2 Biến dạng do tải trọng tác dụng ngắn hạn

Làm thí nghiệm nén mẫu hình trụ có chiều dài l, diện tích

tiết diện A Tác dụng lên mẫu lực nén P, do được độ co ngắn

 Tính được biến dạng tỉ đối và ứng suất

1.3.3 Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo

 phần biến dạng hồi phục được 1 - biến dạng đàn hồi

 phần không hồi phục được 2 - biến dạng dẻo

Từ kết quả thí nghiệm cho thấy bêtông là vật liệu đàn hồi – dẻo

1.3.4 Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn – từ biến

Nén mẫu với lực P có biến dạng ban đầu là  Giữ cho lực P

tác dụng trong thời gian dài thì biến dạng tăng c

l

c c





 - biến dạng từ biến

Một số yếu tố ảnh hưởng đến từ biến

 Ứng suất tỷ đối r = b/R  khi r tăng thì tb tăng

 Tuổi thọ của bê tông  bê tông càng già thì từ biến giảm

 Trong môi trường ẩm ướt  ít xảy ra hiện tượng từ biến hơn

 Tỷ lệ N/X, độ cứng cốt liệu  độ cứng cốt liệu càng bé thi từ biến càng tăng

Một số đặc điểm của từ biến

 Biến dạng cuối cùng có thể gấp 3-4 lần biến dạng đàn hồi do tải trọng ngắn hạn.

 Nếu tải trọng được dở bỏ, chỉ có biến dạng đàn hồi tức thời được phục hồi, còn biến dạng dẻo thì không.

 Có sự phân bố lại nội lực giữa bêtông và cốt thép.

 Bố trí cốt thép trong vùng nén của cấu kiện chịu uốn cũng góp phần hạn chế độ võng do từ biến.

32

1.3.5 Biến dạng do nhiệt độ

 Thể tích bị biến dạng khi thay đổi nhiệt độ phụ thuộc vào

hệ số giãn nở vì nhiệt t Hệ số này phụ thuộc vào xi măng,

cốt liệu và độ ẩm Thường lấy t= 110 -5 /độ C

Khi bêtông chịu nén, trong giai đoạn đàn hồi :

Ví dụ : trong điều kiện khô cứng tự nhiên,

b b

b



 

Môđun biến dạng (hay môđun đàn hồi dẻo) E’ b

 Khi tải trọng tác dụng lâu dài sẽ làm cho biến dạng dẻo phát

triển, quan hệ giữa ứng suất-biến dạng có dạng đường cong

 Môđun biến dạng của BT là

Môđun chống cắt (trượt) G b

v – hệ số đàn hồi

trong đó:

34

BÀI 2 TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA CỐT THÉP

2.1 PHÂN LOẠI THÉP DÙNG TRONG BTCT

Theo thành phần hóa học Thép các bon thấp

Thép hợp kim thấpTheo cách gia công chế tạo Cốt thép cán nóng

Theo hình thức mặt ngoài

Cốt thép tròn trơn Cốt thép có gờ

Thép hình L,C, I

Thép kéo nguội

Thép tròn trơn CI Thép có gân (gờ)

CII, CII, CIV

36

2.2 MỘT SỐ TÍNH NĂNG CƠ HỌC CỦA CỐT THÉP

2.2.1 Biểu đồ ứng suất – biến dạng ( -  )

Tính năng cơ học của cốt thép phụ thuộc vào thành phần hóa

học và công nghệ chế tạo.

2.2.2 Cốt thép dẻo và cốt thép rắn

• Cốt thép dẻo : có thềm chảy rõ ràng…

• Cốt thép rắn : có giới hạn chảy không rõ ràng và ch  b ,…

2.2.3 Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo

Biến dạng dẻo của cốt thép Giới hạn chảy quy ước

38

2.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ

• Thép bị nung nóng : thay đổi cấu trúc kim loại, giảm cường

độ, môđun đàn hồi Khi để nguội trở lại thì cường độ không được hồi phục hoàn toàn;

• Khi chịu lạnh quá mức (dưới -3000C) , thép trở nên giòn ;

• Hệ số giãn nở vì nhiệt của thép t = 1 10-5 /độ C

2.3 PHÂN LOẠI (NHÓM) CỐT THÉP

2.3.1 Theo TCVN 1651 : 1985: “Thép cán nóng – thép cốt bê tông”

 4 nhóm cốt thép cán nóng : cốt tròn trơn nhóm CI; cốt có gờ nhómCII, CIII, CIV

2.3.2 Theo TCVN 6285 : 1997: “Thép cốt bê tông – thép thanh vằn”

 5 loại như sau: RB300; RB 400; RB500; RB 400W; RB 500W

40

2.3.3 Theo các tiêu chuẩn khác ( Nga, Pháp)

AI, AII, AIII, AIV (tương đương với các nhóm CI, CII, CIII, CIV) ; AV, AVI

Theo giới hạn chảy : FeE220, FeE400, SR235, SD295, SD340, SD390, …

2.3.4 Tương quan giữa mác thép và nhóm cốt thép

 Mác thép dựa vào thành phần hóa học và cách luyện thép, còn nhóm thép dựa vào đặc trưng cơ học

 Đặc trưng cơ học là do thành phần và cách luyện thép quyết

định

Ví dụ: cốt thép nhóm AI được chế tạo từ thép than CT3, cốt

nhóm AII từ thép than CT5…

BÀI 3 TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG CỐT THÉP

- Lực dính phân bố không đều

dọc chiều dài đoạn thép

 - hệ số hoàn chỉnh biểu đồ lực dính,  < 1

3.1.2 Các nhân tố tạo nên lực dính

 Cốt thép có gờ bê tông dưới các gờ chống lại sự trượt cốt thép

 Keo ximăng dán chặt cốt thép với bêtông

 Có lực ma sát giữa cốt thép và bêtông khi co ngót

max bn

R m



 

3.1.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến lực dính

 Trong cấu kiện chịu nén thì lực dính tốt hơn so với trong

cấu kiện chịu kéo

cốt thép chịu kéo   = 1; cốt thép chịu nén   = 1,5

3.2 SỰ LÀM VIỆC CHUNG GIỮA BÊ TÔNG VÀ CỐT THÉP

3.2.1 Ứng suất ban đầu do bê tông co ngót

• Khảo sát một thanh bêtông có đặt cốt thép dọc theo trục Khi thanh bêtông được co ngót tự do nó sẽ có biến dạng do co ngót là

0.

• Nhưng vì bêtông dính bám với cốt thép mà cốt thép không co nên

nó cản trở sự co của bêtông Biến dạng do co ngót là 1 mà 1 < 0.

Cốt thép chống lại sự co, chịu 1 biến dạng kéo 2 = 0 – 1

ứng suất kéo  = v  E (v- hệ số đàn hồi)

3.2.2 Sự phân bố lại ứng suất do từ biến

• Khi chịu lực tác dụng lâu dài bêtông bị từ biến Cốt thép

không từ biến và vì có lực dính bám mà cốt thép cản trở

từ biến của bêtông Kết quả là ứng suất trong cốt thép stăng lên và ứng suất trong bêtông b giảm xuống

• Phân phối lại ứng suất thường là có lợi cho sự làm việc

chung của bêtông và cốt thép

46

3.3 SỰ PHÁ HOẠI VÀ HƯ HỎNG CỦA BTCT

Sự phá hoại do chịu lực

 Sự phá hoại của thanh chịu kéo

 Sự phá hoại của cột chịu nén

 Sự phá hoại của cấu kiện chịu uốn

Nguyên nhân

 Tác dụng cơ học  bêtông bị bào mòn do mưa, dòng chảy, do nhiệt

 Tác dụng sinh học  các loại rong rêu, khí hậu, vi khuẩn

 Tác dụng hóa học  bêtông bị xâm thực do các chất hoá học (axit, badơ,

muối)

48

Biện pháp bảo vệ

 Bảo đảm lớp bêtông bảo vệ, công trình thông thoáng, tránh ẩm ướt

 Làm sạch bề mặt cốt thép (cạo gỉ, chùi bụi, sơn cốt thép…), sơn hay tô

mặt ngoài bêtông.

 Dùng cốt liệu và nước sạch để đổ bêtông

3.1. NỘI DUNG VÀ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ KẾT CẤU BTCT 3.2 TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG

3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN BTCT

3.4 NGUYÊN LÝ CẤU TẠO

• Chọn kích thước tiết diện cấu kiện;

• Chọn và bố trí cốt thép, giải quyết liên kết …

CẤU

TẠO

3.1. NỘI DUNG VÀ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ KẾT CẤU BTCT

QUY TRÌNH THIẾT KẾ KẾT CẤU

Bước 1: Chọn giải pháp kết cấu

Bước 2: Lập “sơ đồ kết cấu”, chọn sơ bộ kích thước tiết diện

3.2.1 Phân loại tải trọng

Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải)Tải trọng tạm thời (hoạt tải)

Một số trường hợp tổ hợp tải trọng

54

3.2.2 Tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán

• Tải trọng tiêu chuẩn qtc xác định theo các số liệu thực tế

• Tải trọng tính toán q

q = n.qtc

Hệ số độ tin cậy n (hệ số vượt tải)

Theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995

• n = 1,1  1,3 với tải trọng thường xuyên

• n = 1,2  1,4 với tải trọng tạm thời

Với tải trọng thường xuyên khi tải trọng giảm mà làm cho kết cấu bị bất lợi lấy n < 1

3.2.3 Cường độ tiêu chuẩn và cường độ tính toán

Trạng thái Cấp độ bền chịu nén của bê tông (MPa)

B12.5 B15 B20 B25 B30 B35 B40

Cường độ

tiêu chuẩn

Nén dọc trục RbnRb,ser 9.5 11 15 18.5 22 25.5 29 Kéo dọc trục

áp suất khí quyển 19.0 21.0 24.0 27.0 29.0 31.0 33.0Chưng áp 16.0 17.0 20.0 23.0 25.0 26.0 27.0

a Bê tông

Cường độ tiêu chuẩn

56

Cường độ tính toán

b Cốt thép

Cường độ tính toán của cốt thép thanh (theo TTGH thứ I)

58

3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN BTCT

Hiện nay trên toàn thế giới, kết cấu BTCT được tính toán theo phương pháp trạng thái giới hạn (TTGH).

Trạng thái giới hạn là trạng thái mà từ đó trở đi kết cấu không còn

thỏa mãn những yêu cầu đặt ra cho nó

Kết cấu BTCT được tính toán theo hai nhóm:

 TTGH thứ 1 (về khả năng chịu lực)

 TTGH thứ 2 (về điều kiện sử dụng bình thường)

Bảo đảm khả năng chịu lực cho kết cấu:

 Không bị phá hoại do tác dụng của tải trọng và tác động;

 Không bị mất ổn định về hình dáng hoặc về vị trí;

 Không bị phá hoại vì mỏi;

 Không bị phá hoại do tác dụng đồng thời của những nhân tố về lực và những ảnh hưởng bất lợi của môi trường.

Điều kiện tính toán : S  S gh

3.3.1 Trạng thái giới hạn thứ nhất về độ bền (độ an toàn)

60

Bảo đảm cho kết cấu :

 Không có khe nứt;

 Không bị biến dạng quá mức.

 Khi tính toán theo TTGH thứ hai thì dùng tải trọng tiêu chuẩn và

cường độ tiêu chuẩn của vật liệu.

Kiểm tra sự hình thành và mở rộng khe nứt acrc  a gh

3.3.2 Trạng thái giới hạn thứ hai về điều kiện làm việc

bình thường

Một số trường hợp cần thiết phải tính toán theo TTGH thứ hai:

o Kiểm tra độ võng cho dầm có nhịp  7m

o Kiểm tra nứt cho dầm có nhịp  10m ; kết cấu lắp ghép, bể chứa

chất lỏng, chất khí …

62

3.4 NGUYÊN LÝ CẤU TẠO

3.4.1 Hình dáng và kích thước tiết diện

Chọn hình dạng và kích thước tiết diện phải bảo đảm:

 Khả năng chịu lực

 Độ cứng

 Độ ổn định

 Tiết kiệm vật liệu

 Điều kiện thi công

 Bảo đảm mĩ quan công trình

3.4.2 Khung và lưới thép

Cốt thép đặt vào trong bê tông không được để rời mà phải

liên kết chúng lại với nhau thành khung hoặc lưới.

3.4.3 Cốt thép chịu lực và cốt thép cấu tạo

Thép chịu lực

Được xác định hoặc hoặc kiểm tra bằng tính toán để chịu các

ứng suất do tác dụng của tải trọng.

Thép cấu tạo: thường không cần tính toán, được đặt theo quy

định, theo kinh nghiệm, có tác dụng

• Liên kết cốt chịu lực thành khung / lưới;

• Giảm co ngót không đều;

• Chịu ứng suất do nhiệt độ thay đổi;

• Phân bố tác dụng của tải trọng tập trung, vv…

64

3.4.2 Chọn và bố trí cốt thép

Trong cùng 1 tiết diện chịu lực, không nên dùng quá nhiều loại

đường kính cốt thép Chênh lệch đường kính các cốt thép trong

một tiết diện   6 mm

Đường kính cốt thép

Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép

Được tính từ mép ngoài bêtông đến mép ngoài gần nhất của cốt thép

C  (max, C0)

C được quy định cho từng cấu kiện

Khoảng hở của cốt thép

t  (max, t0)

Khoảng hở t phải đủ rộng để vữa bê tông lọt qua và xung

quanh mỗi cốt thép có một lớp bê tông đủ bảo đảm điều

Hình 3.2 Lớp bảo vệ và khoảng hở của cốt thép

Chiều dài đoạn neo ≥ l *

an = an và lmin

68

Theo kinh nghiệm:

(TÍNH TOÁN THEO CƯỜNG ĐỘ)

4.1 KHÁI NIỆM CHUNG

NỘI DUNG

4.2 SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM CHỊU UỐN

4.3 TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU UỐN CÓ TIẾT DIỆN ĐỐI

XỨNG TRÊN TIẾT DIỆN THẲNG GÓC 4.4 TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU UỐN CÓ TIẾT DIỆN CHỮ

NHẬT THEO CƯỜNG ĐỘ TRÊN TIẾT DIỆN THẲNG GÓC

4.1 KHÁI NIỆM CHUNG

4.1.2 Cấu kiện cơ bản

Cấu kiện chịu uốn là cấu kiện chịu tác dụng của momen M và lực cắt Q hoặc chỉ chịu tác dụng của M (uốn thuần túy) – Hai dạng cấu kiện thường gặp là bản

và dầm

* CẤU TẠO CỦA BẢN

Gọi cấu kiện là bản khi 2 kích thước của cấu kiện (chiều dài, chiều rộng)

rất lớn so với kích thước thứ 3

Hình 4.1 Sơ đồ bố trí cốt thép trong bản

74

• Trong nhà dân dụng thông thường chiều dày bản hb = 6 – 14 cm

• Trong nhà cao tầng chiều dày bản sàn được gia tăng hơn.

• Trong cầu thang dạng bản chịu lực (phẳng hoặc xoắn), bản thang

thường có chiều dày hb  10 cm

• Đối với bản móng bè, bản sàn không sườn (sàn nấm), sàn bê tông

ứng lực trước thì chiều dày bản còn lớn hơn các giá trị nêu ở trên.