Bài giảng kết cấu bê tông cốt thép trong xây dựng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CƠNG TRÌNH BỘ MƠN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH Bài giảng KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP TRONG XÂY DỰNG RCSB315 Hà Nội- 3/2020 5/18/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CƠNG TRÌNH BỘ MƠN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH MƠN HỌC : KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP CHO NGÀNH XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP (RCSB315) Giảng viên: PHẠM NGUYỄN HỒNG Email: hoang.kcct@tlu.edu.vn 18/05/2020 XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Chương Khái niệm chung Bê tơng cốt thép Chương Tính chất lý vật lieu Chương Phương pháp tính tốn nguyên lý cấu tạo Chương Cấu kiện chịu uốn Chương Cấu kiện chịu nén Chương Cấu kiện chịu kéo Chương Tính tốn theo TTGH Chương Sàn phẳng 18/05/2020 5/18/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CƠNG TRÌNH BỘ MƠN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH CHƯƠNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BÊ TƠNG CỐT THÉP Giảng viên: PHẠM NGUYỄN HOÀNG Email: hoang.kcct@tlu.edu.vn 18/05/2020 XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP CHƯƠNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BTCT I Thế Bê tông cốt thép II Phân loại Bê tông cốt thép III Ưu điểm nhược điểm Bê tông cốt thép IV Sơ lược lịch sử phát triển Bê tông cốt thép 18/05/2020 5/18/2020 I Thế Bê tơng cốt thép I.1 Định nghĩa • Bê tơng cốt thép Là loại vật liệu xây dựng phức hợp bê tông cốt thép cộng tác chịu lực với • Bê tơng (BT) + Thành phần: cốt liệu, chất kết dính, phụ gia + Tính chất học: chịu nén tốt, chịu kéo • Cốt thép (CT) + Kéo nén tốt I Thế Bê tông cốt thép I.2 Nguyên tắc cấu tạo • Bố trí cốt thép để chịu ứng suất kéo • Bố trí cốt thép vùng nén (cấu tạo, trợ lực cho bê tơng) • BTCT: Vật liệu xây dựng hỗn hợp BT & CT phối hợp làm việc P P + 5/18/2020 I Thế Bê tông cốt thép I.3 Các yếu tố giúp làm việc chung  BT CT có hệ số giãn nở nhiệt xấp xỉ nhau: BT=11,5.10-5; CT=1,2.10-5  BT bao bọc, bảo vệ cốt thép khỏi tác động ăn mịn hóa lý mơi trường, khơng phản ứng hố học  Lực dính giúp truyền ứng suất II Phân loại kết cấu BTCT • Theo phương pháp thi cơng + Tồn khối + Lắp ghép + Nửa lắp ghép 5/18/2020 Thi công kết cấu BTCT tồn khối Thi cơng kết cấu BTCT tồn khối 10 5/18/2020 Thi cơng kết cấu BTCT tồn khối - 11 Quy trình thi cơng BTCT tồn khối Chuẩn bị cốt thép theo vẽ thiết kế Chuẩn bị khn theo hình dáng kết cấu Lắp dựng cốt thép vào khn, cố định vị trí Trộn đổ Bê tông Đầm Bê tông hồn thiện bề mặt Dưỡng hộ bê tơng Tháo khuôn đủ cường độ 12 5/18/2020 Kết cấu BTCT lắp ghép - 13 II Phân loại kết cấu BTCT • Theo trạng thái ứng suất chế tạo sử dụng: + BTCT thường + BTCT ứng suất trước 14 5/18/2020 KCBTCT thường (- ) P P (+ ) KCBTCT ứng suất trước (N) (P) (- ) (+ ) + P (+ ) P (- ) N N 15 • Căng trước (trên bệ) • Căng sau (trên Bê tông) 16 5/18/2020 KC BTCT ứng suất trước 17 KC BTCT ứng suất trước 18 5/18/2020 8.2 Sàn sườn tồn khối có dầm 8.2.3 Tính tốn nội lực (có kể đến hình thành khớp dẻo): Bản loại dầm  tải truyền theo phương cạnh ngắn (l1) Khi tính tốn cắt dải có bề rộng 1m để xác định nội lực bố trí cốt thép t t l2b E Sb t h dp hb l2 D B lb l l l l 1b l1 l1 l1 l2b b dp 0,5b dp c=0,5h b b = 1m l2 C A l 1b l1 l1 p l 1b 4 10 g lb l l l Tải trọng tác dụng lên bản: Tĩnh tải g: TLBT, lớp phủ, lót; Hoạt tải p: tải trọng sử dụng c = 0,5hb; lb = l1b – bdp/2 – t/2 + 0,5hb; l = l1 – bdp; bdp = 15; 18; 20 ; 22cm hb: chiều dày bản; bdp: bề rộng dầm phụ ; hdp : chiều cao dầm phụ 13 8.2 Sàn sườn tồn khối có dầm 8.2.3 Tính tốn nội lực (có kể đến hình thành khớp dẻo) (tiếp theo): Với giả thiết khớp dẻo hình thành sát mép tiết diện dầm, nhịp tính tốn nội lực xác định hình vẽ M nhb  M gb  q l b2 11 ; M nhg  M g  ql 16 q=g+p lb l l l Mgb ql Mnhb = 11b ql Mg = 16 ql Mg Mg Mnhg = 16 Mnhg Mnhg 14 5/18/2020 8.2 Sàn sườn tồn khối có dầm 8.2.4 Tính tốn bố trí cốt thép cho • Tính cốt thép chịu lực cầu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật, cốt thép đơn với b=1m, h= chiều dày (hb) • Cần tính cốt thép vị trí: nhịp biên nhịp (mômen dương lớn nhất), gối thứ hai gối (mơmen âm lớn nhất) • Đối với ô mà bốn cạnh đúc liền với dầm phép giảm 20% cốt thép ảnh hưởng hiệu ứng vịm hình thành khớp dẻo • Trong khơng tính cốt ngang chịu cắt nên phải thoả mãn điều kiện Q ≤ 2,5Rbtbh0 H E A lb 100 cm As B 10 0c m F a/2 l Mg a a a a a/2 100 cm As F Mgb C A hb B E a/2 a a a a D G a/2 h0 hb G D Mnhb Mômen dương h0 hb C H Mgb Mơmen âm 15 Mnhb 8.2 Sàn sườn tồn khối có dầm 8.2.4 Tính tốn bố trí cốt thép cho (tiếp theo) • Bố trí cốt thép dọc chịu lực bản: a a a a a l0 l l0 l l l l 1,3: cốt thép chịu mômen dương căng dưới; 2,4: cốt thép chịu mômen âm gối  = 1/4 p/g < ;  = 1/3 p/g  ; p: hoạt tải ; g: tĩnh tải • Cốt thép chịu mômen âm theo cấu tạo: >  6/1m 6A >  6/1m Dầm Tường biên 1/5 l (1/4)l (1/4)l 6, 6A: cốt thép chịu mômen âm theo cấu tạo vị trí giao với tường biên dầm 16 5/18/2020 8.2 Sàn sườn tồn khối có dầm 8.2.4 Tính tốn bố trí cốt thép cho (tiếp theo) Bố trí cốt thép bản: 360 450  6, a 200 460  l2, a 200 460 460  l0, a 150 460 460  6, a 300 6A 70 •  l2, a 200 110 2000 mm 90 90 6 a 300  l0 a 150 2000 90 90 2000 90 90 Cốt thép dọc chịu lực: 1,3: cốt thép chịu mômen dương căng dưới; 2,4: cốt thép chịu mômen âm gối Cốt thép cấu tạo: 5: cốt thép cấu tạo chịu mômen âm; 6, 6A: cốt thép phân bố 17 8.2.5 Tính tốn dầm phụ 8.2.5.1 Sơ đồ tính tốn dầm phụ 8.2.5.2 Xác định tải trọng tác dụng lên dầm phụ 8.2.5.3 Xác định nội lực dầm phụ 8.2.5.4 Tính tốn bố trí cốt thép dầm phụ 18 5/18/2020 8.2.5 Tính tốn dầm phụ 8.2.5.1 Sơ đồ tính tốn dầm phụ (theo sơ đồ khớp dẻo): • Dầm phụ gối lên dầm ; đầu dầm phụ, gối tựa tường có chiều dày khơng nhỏ 220 mm h dp Sd Sd /2 0,5bdc lb t/2 t/2 0,5bdc 0,5bdc l 0,5bdc l l2 l 2b A l2 B C lb l l Sd: đoạn dầm phụ kê lên tường (qui định Sd  200 mm) ; hdp: chiều cao dầm phụ; t: chiều dày tường • Khi tính tốn dầm phụ theo sơ đồ khớp dẻo, nhịp tính tốn dầm phụ xác định sau: Nhịp l: khoảng cách dầm chính: l = l2 - bdc Nhịp biên lb: k/c từ mép dầm đến gối tựa tường: lb  l b  bdc S t   d 2 19 8.2.5 Tính tốn dầm phụ Dầm phụ xét h dp hb 8.2.5.2 Xác định tải trọng tác dụng lên dầm phụ • Hoạt tải: Hoạt tải tác dụng p (kG/m2), hoạt tải tác dụng lên dầm pd (kG/m) p bdp l 1t l 1p pd = 0,5p.l1t + 0,5p.l1p ; pd = p.l1 l1t = l1p = l1 l1t, l1p: k/c dầm phụ phía trái phải dầm phụ xét • Tĩnh tải: Tĩnh tải tác dụng g (kG/m2), tĩnh tải dầm gd (kG/m) thì: gd = 0,5g.(l1t + l1p) + g0 ; gd = g.l1 + g0 l1t = l1p = l1 g0: trọng lượng thân dầm phụ trừ bớt phần TLBT kể vào tính (chỉ kể phần gạch chéo hình vẽ) g0 = bdp.(hdp – hb).1.b.ng • Tải trọng tồn phần dầm phụ: qd = pd + gd (kG/m) 20 5/18/2020 8.2.5 Tính tốn dầm phụ 8.2.5 Xác định nội lực dầm phụ: • Tung độ biểu đồ bao mômen xác định theo công thức: M = (gd+pd)l2 (8-4) Ở nhịp biên dùng lb, cịn gối thứ hai (B) dùng giá trị lớn lb l • Hệ số  dùng để vẽ nhánh dương (Mmax) biểu đồ bao mơmen cho Hình 8.6 a, 0,5b dc 0,5bdc lb c, 0,15l 0,15l 0,2l 11 0,2l 12 B 0,2l 14 15 0,15l l p QB QC t C Qt C QB 0,2l 13  =0,0625 0,2l 10  =0,018 10  =0,058 0,2l  =0,058  =0,0625  =0,0625 0,2l D l p QA A 0,2l  =0,018 0,15l 0,2l  =0,058 0,15l b klb 0,425l b 0,2l  =0,058  =0,0625 0,2l b l l2 C  =0,018  =0,091 0,2l b  =0,02 0,2l b  =0,075 0,2l b  =0,090 0,2l b  =0,065 b, B  =0,0715  =0,0715 A 0,5bdc  =0,0625 t/2 0,5b dc l l2 l 2b  =0,018 lb D Qt D Hình 8.6 Biểu đồ bao mômen lực cắt dầm phụ a, Sơ đồ dầm; b, Biểu đồ bao mômen; c, Biểu đồ bao lực cắt 21 8.2.5 Xác định nội lực dầm phụ (tiếp theo): Hệ số  dùng để vẽ nhánh dương (Mmax) tra theo Bảng 1.a 1.a Bảng 6.1a. Hệ số để tính tung độ biểu đồ bao mơmen của dầm phụ theo sơ đồ khớp dẻo 0,425lb Tiết diện 6; 9; 11 7; 8 ; 12 0,5l Giá trị  để vẽ  nhánh Mmax 0,065 0,09 0,091 0,075 0,020 0,018 0,858 0,0625 Điểm có M = 0 cách mép gối một đoạn 0,15lb hay 0,15l                                                                                         Các tiết diện ghi 0,425lb; 0,5l là khoảng cách tính từ gối tựa bên trái • Hệ số  dùng để vẽ nhánh âm (Mmin) biểu đồ bao mômen phụ thuộc vào tỷ số pd/gd cho Bảng 1.b 1.b Bảng 6.1b. Hệ số  và k để vẽ nhánh âm của biểu đồ bao mơmen của dầm phụ theo sơ đồ khớp dẻo Giá trị  ứng với vị trí tiết diện pd/gd 10 11 12 13  0,5 ‐0,0715 ‐0,010 0,022 0,024 ‐0,004 ‐0,0625 ‐0,003 0,028 0,028 ‐0,0715 ‐0,020 0,016 0,009 ‐0,14 ‐0,0625 ‐0,013 0,013 0,013 1,5 ‐0,0715 ‐0,026 ‐0,003 ‐0,020 ‐0,0625 ‐0,019 0,004 0,004 ‐0,0715 ‐0,030 ‐0,009 ‐0,006 ‐0,024 ‐0,0625 ‐0,023 ‐0,003 ‐0,003 2,5 ‐0,0715 ‐0,033 ‐0,012 ‐0,009 ‐0,027 ‐0,0625 ‐0,025 ‐0,006 ‐0,006 ‐0,0715 ‐0,035 ‐0,016 ‐0,014 ‐0,029 ‐0,0625 ‐0,028 ‐0,010 ‐0,010 3,5 ‐0,0715 ‐0,037 ‐0,019 ‐0,017 ‐0,031 ‐0,0625 ‐0,029 ‐0,013 ‐0,013 ‐0,0715 ‐0,038 ‐0,021 ‐0,018 ‐0,032 ‐0,0625 ‐0,030 ‐0,015 ‐0,015 4,5 ‐0,0715 ‐0,039 ‐0,022 ‐0,020 ‐0,033 ‐0,0625 ‐0,032 ‐0,016 ‐0,016 ‐0,0715 ‐0,040 ‐0,024 ‐0,021 ‐0,034 ‐0,0625 ‐0,033 ‐0,018 ‐0,018 14 0,030 ‐0,013 ‐0,019 ‐0,023 ‐0,025 ‐0,028 ‐0,029 ‐0,030 ‐0,032 ‐0,033 15 ‐0,0625 ‐0,0625 ‐0,0625 ‐0,0625 ‐0,0625 ‐0,0625 ‐0,0625 ‐0,0625 ‐0,0625 ‐0,0625 Hệ số k 0,167 0,200 0,228 0,250 0,270 0,285 0,304 0,314 0,324 0,333 Nhánh âm biểu đồ bao mômen nhịp 1, sát gối tựa thứ hai (B) coi coi đường ( g d  pd ) thẳng có giá trị cách mép gối tựa đoạn klb k p    gd  d    22 5/18/2020 8.2.5.3 Xác định nội lực dầm phụ (tiếp theo): • Biểu đồ bao lực cắt lấy theo Hình 6.5c Trong đó: Lực cắt mép phải gối A : QA = 0,4(gd + pd)lb Lực cắt bên trái gối B : QBt = -0,6(gd + pd)lb Lực cắt bên phải gối B là: QBp = 0,5(gd + pd)l Lực cắt mép gối tựa phía lấy bằng: QCp = -QCt = 0,5(gd + pd)l a, 0,5bdc 0,5b dc l 2b lb c, 10 0,15l 0,15l 0,2l 0,2l 11 12 l A B 0,2l 14 15 0,15l l p QA 0,2l 13  =0,0625 0,2l 10  =0,018 0,2l  =0,058 0,15l klb 0,425l b 0,2l  =0,058 0,15l b 0,2l D  =0,0625  =0,0625 0,2l  =0,018 0,2l  =0,058  =0,058 0,2l b  =0,0625  =0,091  =0,090 0,2l b l l2 C  =0,018 0,2l b  =0,02 0,2l b  =0,075 0,2l b  =0,065 b, B  =0,0715  =0,0715 A 0,5bdc  =0,0625 t/2 0,5bdc l l2  =0,018 lb p QB QC t C Qt C QB D Qt D Hình 8.7 Biểu đồ bao mômen lực cắt dầm phụ a, Sơ đồ dầm; b, Biểu đồ bao mômen; c, Biểu đồ bao lực cắt 23 8.2.5 Tính tốn dầm phụ a' b Mômen âm Sc  6h’f h’f  0,1h; • As Sc b Sc h0 A's a h a h'f 8.2.5 Tính tốn bố trí cốt thép dầm phụ: • Cốt thép dọc chịu lực: - Trường hợp mơmen dương: Tính tốn theo tiết diện chữ T trục trung hịa qua sườn Tính tốn theo chữ nhật (b’f x h) TTH qua cánh - Trường hợp mơmen âm: tính tốn tiết diện chữ nhật (b x h) b'f As Mômen dương Sc  3h’f 0,05h  h’f < 0,1h; Cốt thép ngang (đai, xiên): - Nếu: Q ≤ 0,5Rbtbh0 khơng cần tính tốn bố trí cốt thép đai, xiên - Nếu: 0,5Rbtbh0 < Q ≤ 0,3Rbbh0 cần tính tốn bố trí cốt thép đai cho dầm phụ Thường dầm phụ đặt cốt đai, khơng đặt cốt thép xiên - Trong tính tốn cốt thép đai thường chọn trước số nhánh đai, đường kính cốt đai, tính khoảng cách cốt thép đai (s) Xem công thức : (4-33) đến (4-38) 24 5/18/2020 8.2.6 Tính tốn dầm 8.2.6.1 Sơ đồ tính tốn dầm 8.2.6.2 Xác định tải trọng dầm 8.2.6.3 Xác định nội lực dầm 8.2.6.4 Tính cốt thép dọc chịu lực 8.2.6.5 Tính cốt thép ngang 25 8.2.6.1 Sơ đồ tính tốn dầm l1 l1 bc bc lb lg P G P G lb lg = l Dầm tính tốn theo sơ đồ đàn hồi có xét đến phân phối lại mơmen xuất khớp dẻo - Nhịp lg = l: lấy khoảng cách cột - Nhịp biên lb: khoảng cách từ trục cột đến trung tâm gối tựa tường (hoặc cột) 26 5/18/2020 8.2.6.2 Xác định tải trọng dầm Dầm chính chịu tải trọng do dầm phụ truyền vào thành các lực tập trung,  ngồi ra cịn có trọng lượng bản thân dầm chính Hình 8.8 Sơ đồ xác định tải trọng lên dầm với làm việc phương 27 (b, h: bề rộng chiều cao dầm chính) 8.2.6.2 Xác định tải trọng dầm Hoạt tải (P): Gọi pd hoạt tải phân bố dầm phụ, hoạt tải dầm phụ truyền vào dầm thành lực tập trung P (Hình 6.6) P = 0,5pd l2t + 0,5pdl2p = 0,5pd(l2t+l2p) l2t, l2p: khoảng cách dầm bên trái bên phải dầm xét (chiều dài nhịp dầm phụ tính đến tâm gối tựa) Tĩnh tải (G): Gọi gd tĩnh tải phân bố dầm phụ, tĩnh tải dầm phụ truyền vào dầm thành lực tập trung G1 G1 = 0,5gd l2t + 0,5gdl2p = 0,5gd(l2t+l2p) Thực tế trọng lượng thân dầm phân bố Nhưng để đơn giản tính tốn ta đưa thành lực tập trung G0, tác dụng với G1 nêu G0 tính đoạn gạch chéo Hình 6.6 G0 = b(h-hb)l1 bng => Tĩnh tải tập trung : (có thể lấy b = 2500 daN/m3 ; ng = 1,1) G = G + G1 28 5/18/2020 8.2.6.3 Xác định nội lực dầm Vẽ biểu đồ bao mômen theo sơ đồ đàn hồi: Biểu đồ bao mơmen theo sơ đồ đàn hồi vẽ cách tra bảng hay dùng phương pháp chồng biểu đồ thành phần Phương pháp chồng biểu đồ thành phần: Ví dụ: P = 3; G = l = (xem Phụ lục 16) 0,333 G G G G a, A B C 0,111 0,111 0,222 0,222 0,999 P P P P b, 0,666 P 0,333 0,333 0,501 P 0,333 0,666 0,168 c, 0,834 P P 0,168 0,666 0,333 0,501 d, 0,666 0,834 29 8.2.6.3 Xác định nội lực dầm 1,332 0,932 0,834 Giá trị mômen dương cực đại nhịp : (a) + (c) Giá trị mômen âm cực đại gối B: (a) + (b) 0,222 Giá trị mômen âmcực đại nhịp: (a) + (d) Giá trị mômen âm cực đại gối B sau điều chỉnh 0,054 A B 0,444 0,888 1,021 0,711 0,777 1,056 0,133 Biểu đồ mômen phụ 0,3 x 1,332 = 0,400 0,267 0,400 Vẽ biểu đồ bao mơmen có kể đến xuất khớp dẻo: Giá trị mômen âm cực đại gối tựa B giảm (điều chỉnh) lượng 30% (lượng giảm tối đa cho phép): từ 1,332 xuống cịn 0,932 (1,332 – 0,3 x 1,332 = 0,932) Mơmen tiết diện nhịp tăng lên theo ngun tắc cân tĩnh học, tính cách cộng nhánh với biểu đồ mômen phụ Ta điều chỉnh đường thành đường Biểu đồ bao mômen cuối cùng: nhánh âm: ; Nhánh dương: 30 5/18/2020 8.2.6.4 Tính cốt thép dọc dầm Cốt thép dọc chịu lực dầm tính tốn tương tự cốt thép dọc dầm phụ Hình 8.9 Bố trí cốt thép dọc dầm 31 8.2.6.5 Tính cốt thép ngang dầm • Cốt thép đai cốt thép xiên: Cốt thép ngang dầm thường bố trí cốt thép đai hay cốt thép đai cốt thép xiên Cách tính tốn bố trí cốt thép đai xiên dầm tương tự dầm phụ Q1 Q2 Q db Q3 Q2 Q1 Q db s1 s2 A s.inc1 s3 A s.inc2 A s.inc3 s2 s1 A s.inc2 A s.inc1 s * < s max sx s * < s max sx Hình 8.10 Bố trí cốt thép xiên dầm 32 5/18/2020 8.2.6.5 Tính cốt thép ngang dầm Cốt thép treo: Tại vị trí dầm phụ kê lên dầm phải bố trí thêm cốt thép đai hay cốt thép vai bị cho dầm chính, gọi cốt thép treo Khi dùng cốt đai để làm cốt treo diện tích tất là: Atr = P1/Rs Trong đó: Rs: cường độ chịu kéo tính tốn cốt thép P1: lực tập trung từ dầm phụ truyền cho dầm P1 = P + G1 = P + G – G0 Số vòng cốt treo cần thiết = Atr /(n.asw) n: số nhánh vòng cốt treo asw: diện tích nhánh cốt treo Số cốt treo cần phải đặt sát hai bên mép dầm phụ đặt khoảng: Str = bdp + 2h1 Dầm phụ P Khi đoạn Str bé, không đủ để đặt cốt treo dạng cốt đai CT treo cần dùng cốt treo dạng vai bị lật ngược h1 • Dầm bdp s tr bdp + 2h 33 8.3 Sàn sườn tồn khối có kê bốn cạnh 8.3.1 Sơ đồ bố trí kết cấu sàn sườn có kê bốn cạnh 8.3.2 Tính đơn theo sơ đồ đàn hồi 8.3.3 Tính sàn có ô liên tục theo sơ đồ đàn hồi 8.3.4 Bố trí cốt thép sàn có kê bốn cạnh 8.3.5 Tính tốn dầm sàn có kê bốn cạnh 34 5/18/2020 8.3.1 Sơ đồ bố trí kết cấu sàn sườn tồn khối có kê bốn cạnh Sàn sườn tồn khối có kê bốn cạnh khơng có dầm phụ (Hình 6.9) có dầm phụ (Hình 6.10) Tỷ số: l2/l1