Chương 1. Tổng quan về kết cấu bê tông 1.1. Các khái niệm cơ bản. Bêtông là một loại đá nhân tạo hợp thành từ xi măng, cốt liệu và nước theo một tỉ lệ pha trộn nhất định. Là một vật liệu xây dựng phổ biến do: Sức chịu tải lớn, giá thành rẻ, tận dụng các nguồn nguyên liệu địa phương, dễ tạo hình, chịu lửa, chịu nước, chi phí bảo dưỡng thấp,… Trong khi có sức chịu nén cao, bê tông lại là vật liệu chịu kéo rất kém Từ khoảng nửa thế kỷ XIX, cốt thép đã được đặt bên trong bê tông, chủ yếu tại các vị trí chịu lực kéo. Sự kết hợp này tạo thành bêtông cốt thép với tất cả ưu điểm của hai loại vật liệu cấu thành, mở rộng phạm vi ứng dụng đến tất cả các dạng công trình nhà cửa, công trình cầu, đập thủy điện, bể chứa,… Khi đong cứng, bêtông và cốt thép dính chặt với nhau thông qua lực dính, đảm bảo truyền lực từ bêtông sang cốt thép và ngược lại. Nhằm tăng cường lực lực dính này, các thanh thép thường được chế tạo có gân (gờ) bề mặt. Một đặc trưng khác giúp bêtông và cốt thép làm việc đồng thời là do giữa chúng không xảy ra phản ứng hóa học nào, mà ngược lại, bêtong còn bao bọc, bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn dưới các tác nhân xâm thực. Ngoài ra bêtông và cốt thép cùng có hệ số giản nở vì nhiệt xấp xỉ nhau, tránh khả năng phát sinh ứng suất do chênh lệch nhiệt độ. 1.2. Phân loại kết cấu BTCT. 1.2.1. Phân loại theo trạng thái ứng suất. Kết cấu bê tông cốt thép thường. Là loại kết cấu mà khi chế tạo cốt thép và bê tông không được tạo ứng suất trước. Kết cấu bê tông dự ứng lực. Nhằm mục đích hạn chế sự xuất hiện của bê tông dưới tác dụng của tải trọng và các tác động khác, cốt thép được căng trước, để thông qua lực dính bám hoặc neo, tạo ra lực nén trước trong những khu vực bê tông sẽ chịu kéo. 1.2.2. Phân loại theo phương thức thi công. Kết cấu bê tông đúc tại chổ
Bài giảng môn học: Kết cấu bê tông Nguyễn Tấn Chương Tổng quan kết cấu bê tông 1.1 Các khái niệm Bêtông loại đá nhân tạo hợp thành từ xi măng, cốt liệu nước theo tỉ lệ pha trộn định Là vật liệu xây dựng phổ biến do: Sức chịu tải lớn, giá thành rẻ, tận dụng nguồn nguyên liệu địa phương, dễ tạo hình, chịu lửa, chịu nước, chi phí bảo dưỡng thấp,… Trong có sức chịu nén cao, bê tơng lại vật liệu chịu kéo Từ khoảng nửa kỷ XIX, cốt thép đặt bên bê tơng, chủ yếu vị trí chịu lực kéo Sự kết hợp tạo thành bêtông cốt thép với tất ưu điểm hai loại vật liệu cấu thành, mở rộng phạm vi ứng dụng đến tất dạng cơng trình nhà cửa, cơng trình cầu, đập thủy điện, bể chứa,… Khi đong cứng, bêtơng cốt thép dính chặt với thơng qua lực dính, đảm bảo truyền lực từ bêtơng sang cốt thép ngược lại Nhằm tăng cường lực lực dính này, thép thường chế tạo có gân (gờ) bề mặt Một đặc trưng khác giúp bêtông cốt thép làm việc đồng thời chúng khơng xảy phản ứng hóa học nào, mà ngược lại, bêtong bao bọc, bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn tác nhân xâm thực Ngồi bêtơng cốt thép có hệ số giản nở nhiệt xấp xỉ nhau, tránh khả phát sinh ứng suất chênh lệch nhiệt độ 1.2 Phân loại kết cấu BTCT 1.2.1 Phân loại theo trạng thái ứng suất Kết cấu bê tông cốt thép thường Là loại kết cấu mà chế tạo cốt thép bê tông không tạo ứng suất trước Kết cấu bê tông dự ứng lực Nhằm mục đích hạn chế xuất bê tơng 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 tông chịu kéo 1.2.2 Phân loại theo phương thức thi công Kết cấu bê tông đúc chổ Page Bài giảng môn học: Kết cấu bê tông Nguyễn Tấn Kết cấu bê tông lắp ghép Kết cấu bê tông bán lắp ghép 1.3 Ưu, nhược điểm phạm vi áp dụng kết cấu bê tông 1.3.1 Ưu điểm Giá thành thấp Có khả chịu lực lớn Có độ bền cao Dễ tạo dáng Chịu lửa tốt, có khả hấp thụ lượng tốt 1.3.2 Nhược điểm Có tỷ lệ cường độ so với đơn vị trọng lượng thân nhỏ BTCT đổ chổ yêu cầu thời gian thi công dài hệ thống giáo ván khuôn phức tạp Khó tháo dỡ, vận chuyển sử dụng lại 1.4 Lịch sử phát triển kết cấu bê tông Các cột móc: Cuối năm 1849: Phát minh bêtông cốt thép Lambot (người Pháp) làm thuyền lưới sắt trát hai phía vữa xi măng Từ năm 1855: Vật liệu bêtong cốt sắt dùng phổ biến Cốt thép đặt cảm tính giũa chiều cao tiết diện Sau năm 1880: Bắt đầu tiến hành nghiên cứu cường độ bêtong, cốt thép lực dính bêtong cốt thép Đặt cốt sắt vào vùng bêtông chịu kéo đến năm 1886 kiến nghị phương pháp tính tốn cấu kiện BTCT Đầu kỷ XX: Bắt đầu xây dựng lý thuyết tính tốn kết cấu BTCT theo ứng suất cho phép( Phương pháp cổ điển) Phương pháp dựa sở công thức tính tốn ứng suất mơn sức bền vật liệu Page Bài giảng môn học: Kết cấu bê tông Nguyễn Tấn Phương pháp tính theo ứng suất cho phép áp dụng, với điều kiện kiểm tra cường độ cp Trong ứng suất nội lực gây tiết diện, cp ứng suất cho phép lấy phần cường độ bêtơng cốt thép, thiên an toàn Năm 1939: Giáo sư Loleit người Nga với nhiều người khác nghiên cứu tính khơng đồng đẳng hướng, tính biến dang đàn hồi dẻo bêtong kiến nghị phương pháp tính tốn theo giai đoạn phá hoại T Ttd đó: k T nội lực mà tiết diện chịu tính theo cường độ vật liệu, Ttd nội lực mà tiết diện chịu tính theo cường độ vật liệu, k (>1) hệ số an toàn Tuy nhiên dùng hệ số an toàn chung cho kết cấu khơng hợp lý điều kiện tải trọng, vật liệu yêu cầu sử dụng khác kết cấu, phương pháp không xét đến việc tính tốn theo biến dạng hình thành mở rộng vết nứt Năm 1955: Bắt đầu tính tốn theo phương pháp có tên gọi phương pháp tính theo trạng thái giới hạn 1.5 Tổng quan trình thiết kế kết cấu bê tông a Nội dung, sản phẩm thiết kế Thiết kế kết cấu việc làm ý tưởng nó, tiến hành phân tích, tính tốn thể kết ngơn ngữ hình ảnh Sản phẩm thiết kế kết cấu bêtơng cốt thép thường hình vẽ trình bày hình dạng kích thước kết cấu, định vật liệu cấu tạo chi tiết phận b Các bước thiết kế Quá trình thiết kế kết cấu BTCT gồm hai việc chính: Tính tốn cấu tạo Mơ tả giới thiệu kết cấu Trình bày vị trí, nhiệm vụ, đặc điểm có kết cấu Trình bày việc lựa chọn phương án kết cấu, hình dạng kích thước kết cấu Page Bài giảng môn học: Kết cấu bê tông Nguyễn Tấn Chọn kích thước sơ phận ( chiều dày bản, dầm, cột, vách cứng,…) vật liệu Lập sơ đồ tính tốn Xác định gối tựa, liên kết, nhịp tính tốn dầm, chiều dài tính tốn cột Liên kết lý thuyết dùng tính tốn có loại gối kê tự do, gối khớp, liên kết cứng, liên kết ngàm… Việc chuyển từ liên kết thực tế thành liên kết để tính tốn đòi hỏi phân tích khả ngăn cản chuyển vị thẳng chuyển vị xoay liên kết dựa vào hình thức bên ngồi chúng Xác định loại tải trọng tác dụng lên kết cấu Với loại tải trọng cần xác định giá trị phương chiều tác dụng trường hợp bất lợi xảy Tính tốn, vẽ biểu đồ nội lực, tổ hợp nội lực Cần tính tốn vẽ biểu đồ nội lực cho trường hợp tải trọng sau lựa chọn giá trị từ biểu đồ, tổ hợp lại để chọn giá trị bất lợi để tính tốn tiếp Tính tốn bêtơng cốt thép Với nội lực có cần tiến hành tính tốn bêtong cốt thép nhằm xác định kiểm tra kích thước tiết diện loại cốt thép, đảm bảo cho kết cấu chịu lực an toàn Thiết kế chi tiết thể Tiến hành chọn bố trí cốt thép theo yêu cầu chịu lực cấu tạo, thiết kế chi tiết phận, cốt thép, thể lên vẽ kết thiết kế để dùng cho việc nhận biết xác kết cấu để thi công Page .. .Bài giảng môn học: Kết cấu bê tông Nguyễn Tấn Kết cấu bê tông lắp ghép Kết cấu bê tông bán lắp ghép 1. 3 Ưu, nhược điểm phạm vi áp dụng kết cấu bê tơng 1. 3 .1 Ưu điểm Giá... Cốt thép đặt cảm tính giũa chiều cao tiết diện Sau năm 18 80: Bắt đầu tiến hành nghiên cứu cường độ bêtong, cốt thép lực dính bêtong cốt thép Đặt cốt sắt vào vùng b tông chịu kéo đến năm 18 86... cấu bê tơng Các cột móc: Cuối năm 18 49: Phát minh b tông cốt thép Lambot (người Pháp) làm thuyền lưới sắt trát hai phía vữa xi măng Từ năm 18 55: Vật liệu bêtong cốt sắt dùng phổ biến Cốt