Chiều dày lớp bờtụng bảo vệ

4 CẤU KIỆN CHỊU UỐN

4.1.3Chiều dày lớp bờtụng bảo vệ

Chiều dày lớp bờ tụng bảo vệ cú ý nghĩa quan trọng trong tạo nờn dớnh bỏm và ảnh hƣởng tới tuổi thọ sử dụng của kết cấu bờ tụng cốt thộp nờn cần cõn nhắc hợp lý.

Lớp bảo vệ đới với cốt thộp dự ứng lực và cốt thộp thƣờng khụng bọc khụng đƣợc nhỏ hơn cỏc quy định trong bàng 4.2 và đƣợc điều chỉnh theo tỷ lệ N/X.

Lớp bờ tụng bảo vệ đối với ống bọc kim loại của bú cỏp DƢL khụng đƣợc nhỏ hơn :

 Quy định đối với thộp chủ

 1/2 đƣờng kớnh ống bọc

 Quy định trong bảng 4..2

Cỏc hệ số điều chỉnh theo tỉ lệ N/X lấy nhƣ sau :

 Với N/X 0,40 lấy bằng 0,8

Đối với mặt cầu bờ tụng trần chịu mài mũn lốp xe hoặc bỏnh xớch phải cú lớp phủ chống hao mũn dày 10mm.

Lớp bảo vệ nhỏ nhất cho cỏc thanh chớnh , bao gồm cả cỏc thanh đƣợc bọc ờpụxy khong nhỏ hơn 25mm

Lớp bờ tụng bảo vệ cho cỏc thanh giằng , cốt đai cú thể nhỏ hơn 12mm so với quy định trong bảng 4.2 nhƣng khụng nhỏ hơn 25mm.

Bảng 4.2: Lớp bờ tụng bảo vệ

Trạng thỏi Lớp BT bảo vệ

(mm)

Lộ trực tiếp trong nƣớc muối 100

Đỳc ỏp vào đất 75

Vựng bờ biển 75

Bề mặt cầu chịu vấu lốp xe hoặc xớch mài mũn

60

Mặt ngoài khỏc cỏc điều ở trờn 50 Lộ bờn trong, khỏc cỏc điều trờn

 Với thanh tới No36

 Thanh No43 và No57 40 50 Đỏy bản đỳc tại chỗ  thanh tới No36  cỏc thanh No43 và No57 25 50

Đỏy vỏn khuụn panen đỳc sẵn 20

Cọc bờ tụng cốt thộp đỳc sẵn  Mụi trƣờng khụng ăn mũn  Mụi trƣờng ăn mũn 50 75 Cọc dự ứng lực đỳc sẵn 50 Cọc đỳc tại chỗ  Mụi trƣờng khụng ăn mũn  Mụi trƣờng ăn mũn - Chung - Đƣợc bảo vệ  Giếng đứng  Đỳc trong lỗ khoan bằng ống đổ bờ tụng trong nƣớc hoặc vữa sột

50 75 75 50 75 4.1.4 Cự li cốt thộp 1. Bờ tụng đỳc tại chỗ

Đối với bờ tụng đỳc tại chỗ, cự ly tịnh giữa cỏc thanh song song trong một lớp khụng đƣợc nhỏ hơn :

 1,5 lần đƣờng kớnh danh định của thanh,

 1,5 lần kớch thƣớc tối đa của cấp phối thụ, hoặc

 38 mm

2. Bờ tụng đỳc sẵn

Đối với bờ tụng đỳc sẵn đƣợc sản xuất trong điều kiện khống chế của nhà mỏy, cự ly tịnh giữa cỏc thanh song song trong một lớp khụng đƣợc nhỏ hơn:

 Đƣờng kớnh danh định của thanh,

 1,33 lần kớch thƣớc tối đa của cấp phối thụ, hoặc

3. Nhiều lớp cốt thộp

Trừ trong cỏc bản mặt cầu, cú cốt thộp song song đƣợc đặt thành hai hoặc nhiều lớp, với cự ly tịnh giữa cỏc lớp khụng vƣợt quỏ 150mm, cỏc thanh ở cỏc lớp trờn phải đƣợc đặt trực tiếp trờn những thanh ở lớp dƣới, và cự ly giữa cỏc lớp khụng đƣợc nhỏ hơn hoặc 25 mm hoặc đƣờng kinh danh định của thanh.

4. Cự ly tối thiểu của cỏc bú cỏp thộp và ống bọc cỏp dự ứng lực

a/ Tao thộp dự ứng lực kộo trước

Khoảng trống giữa cỏc tao thộp dự ứng lực kộo trƣớc. bao gồm cả cỏc bú cú ống bọc, ở đầu cấu kiện và trong phạm vi chiều dài khai triển, đƣợc quy định trong Điều 5.11.4.2, khụng đƣợc lấy nhỏ hơn 1,33 lần kớch cỡ lớn nhất của cốt liệu cấp phối và cũng khụng đƣợc nhỏ hơn cự ly tim đến tim đƣợc quy định trong Bảng 4.3.

Bảng 4.3: Cự li từ tim đến tim Kớch cỡ tao thộp (mm) Cự ly (mm 15,24 14,29 Đặc biệt 14,29 12,70 Đặc biệt 51 12,70 11,11 44 9,53 38

Khoảng trống tối thiểu giữa cỏc nhúm bú khụng đƣợc nhỏ hơn hoặc 1,33 lần kớch thƣớc tối đa của cấp phối hoặc 25mm.

Cỏc bú thộp kộo trƣớc cú thể đặt thành chựm, miễn là cự ly giữa cỏc bú quy định ở đõy đƣợc duy trỡ. Quy định này ỏp dụng cho cả bú cú bọc hoặc khụng bọc.

Cỏc nhúm tỏm tao đƣờng kớnh 15,24 mm hoặc nhỏ hơn cú thể bú lại để chồng lờn nhau trong mặt phẳng đứng. Số lƣợng cỏc tao đƣợc bú lại bằng bất kỳ cỏch nào khỏc khụng đƣợc vƣợt quỏ bốn.

b/. Cỏc ống bọc kộo sau khụng cong trong mặt phẳng nằm ngang

Khoảng trống giữa cỏc ống bọc thẳng kộo sau khụng đƣợc nhỏ hơn 38 mm hoặc 1,33 lần kớch thƣớc lớn nhất của cấp phối thụ.

Cỏc ống bọc cú thể đƣợc bú lại trong cỏc nhúm khụng vƣợt quỏ ba, miễn là cự ly đƣợc quy định giữa cỏc ống riờng rẽ đƣợc duy trỡ giữa mỗi ống nội trong vựng 900 mm của neo.

Với cỏc nhúm bú ống bọc thi cụng khụng phải là phõn đoạn, khoảng trống ngang giữa cỏc bú liền kề khụng đƣợc nhỏ hơn 100 mm. Với cỏc nhúm ống đƣợc đặt trong hai hoặc nhiều hơn mặt phẳng ngang, mỗi bú khụng đƣợc nhiều hơn hai ống trong cựng mặt phẳng ngang.

Khoảng trống đứng tối thiểu giữa cỏc bú khụng đƣợc nhỏ hơn 38 mm hoặc 1,33 lần kớch thƣớc lớn nhất của cấp phối thụ.

Với thi cụng đỳc trƣớc, khoảng trống ngang tối thiểu giữa cỏc nhúm ống cú thể giảm xuống 75 mm.

4.1.5 Triển khai cốt thộp chịu uốn

1. Tổng quỏt

Cỏc mặt cắt nguy hiểm đối với việc triển khai cốt thộp chịu uốn trong cỏc cấu kiện chịu uốn phải đƣợc lấy tại cỏc điểm cú ứng suất lớn nhất và tại cỏc điểm nằm bờn trong khẩu độ mà ở đú cốt thộp kề bờn kết thỳc hoặc đƣợc uốn lờn.

Ngoại trừ tại cỏc điểm gối của cỏc nhịp đơn giản và tại cỏc nỳt đầu dầm hẫng, cốt thộp phải đƣợc kộo dài ra xa điểm mà tại đú khụng cú yờu cầu cốt thộp dài hơn để chống lại sự uốn, với một chiều dài khụng nhỏ hơn :

 Chiều cao hữu hiệu của cấu kiện

 15 lần đƣờng kớnh thanh danh định, hoặc

 1/20 lần nhịp tịnh.

Cốt thộp phải tiếp tục kộo dài một chiều dài khụng nhỏ hơn chiều dài triển khai, d , đƣợc quy định trong Điều 5.11.2, ra xa điểm mà ở đú cốt thộp chịu uốn đƣợc uốn lờn hoặc kết thỳc do khụng cần thiết dài hơn nữa để chịu uốn.

Khụng đƣợc kết thỳc nhiều hơn 50% số cốt thộp tại bất kỳ mặt cắt nào, và cỏc thanh kề nhau khụng đƣợc kết thỳc trong cựng mặt cắt.

Cốt thộp chịu kộo cũng cú thể khai triển bằng cỏch uốn qua thõn dầm mà trong đú cốt thộp nằm và kết thỳc trong vựng chịu nộn bằng bố trớ chiều dài triển khai d tới mặt cắt thiết kế, hoặc bằng cỏch làm nú liờn tục với cốt thộp trờn mặt đối diện của cấu kiện.

2. Cốt thộp chịu mụ men dương

Ít nhất một phần ba cốt thộp chịu mụmen dƣơng trong cỏc thành phần nhịp giản đơn và 1/4 cốt thộp chịu mụmen dƣơng trong cỏc bộ phận liờn tục phải kộo dài dọc theo cựng một mặt của bộ phận qua đƣờng tim gối. Ở cỏc dầm, cốt thộp này phải kộo dài xa gối ớt nhất 150 mm.

3. Cốt thộp chịu mụmen õm

ớt nhất 1/3 tổng cốt thộp chịu kộo đƣợc bố trớ để chịu mụmen õm tại gối phải cú chiều dài ngàm cỏch xa điểm uốn khụng nhỏ hơn :

 Chiều cao hữu hiệu của cấu kiện

 12 lần đƣờng kớnh thanh danh định, và

 0,0625 lần chiều dài nhịp tịnh.

4.2 ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC , CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN

4.2.1 Đặc điểm làm việc

Làm thớ nghiệm uốn một dầm BTCT mặt cắt chữ nhật chịu hai tải trọng tập trung đối xứng ( hỡnh 4.6), đo biến dạng dài để tớnh độ cong tƣơng ứng và vẽ biểu đồ mụ men- độ cong.

Khi P cũn nhỏ dầm cũn nguyờn vẹn, khi P lớn lờn xuất hiện hai loại vết nứt, vết nứt thẳng gúc với trục dầm tại vị trớ mụ men nội lực lớn, và vết nứt nghiờng tại vị trớ lực cắt lớn.

Khảo sỏt tiết diện nằm giữa hai lực P, là cỏc tiết diện chịu uốn thuần tỳy. Vẽ biểu đồ quan hệ mụ men và độ cong ta cú đƣợc nhƣ hỡnh 4.8.

Hỡnh 4.6 : Thớ nghiệm uốn dầm BTCT

Độ cong  đƣợc định nghĩa là sự thay đổi gúc trờn một chiều dài đó biết nhƣ trờn hỡnh 4.7

y



  (4.1)

 là độ cong ,  là biến dạng tại khoảng cỏch y từ trục trung hoà

Hỡnh 4.7- Độ cong của dầm

Hỡnh 4.8 : biểu đồ mụmen - độ cong

Khi bắt đầu nứt mụ men trờn tiết diện nứt là Mcr ; khi cốt thộp chịu kộo trờn tiết diện bắt đầu đạt tới giới hạn chảy mụ mem trờn tiết diện là My; khi dầm góy biến dạng nộn trong bờ tụng đạt giỏ trị cực hạn mụ men tại tiết diện ngay trƣớc phỏ hoại là Mul. Mụ men nứt Mcr cho bởi cụng thức g cr r t I M f y  (4.2) Hỡnh 4.9 : Sơ đồ tớnh My;k  n n 2 n 2 ; c s E E n ; c s A A   ; fs = fy.

Mul sẽ đƣợc tớnh trong phần tiếp (bằng sức khỏng uốn của tiết diện ở trạng thỏi giới hạn).

Tớnh dẻo ký hiệu là u và được định nghĩa như sau:

y u u    (4.3) u y 

 , là độ cong của dầm khi cốt thộp chịu kộo bắt đầu chảy (My) và khi dầm góy (Mul) Tớnh dẻo là rất quan trọng đối với kết cấu bờ tụng cốt thộp theo tiờu chuẩn 22TCN272-05 thỡ

u phải lớn hơn 1 Mụ men  fs =fy dầm góy Bắt đầu nứt Mcr Mul u y My Giai đoạn I Giai đoạn II Giai đoạn III

Trạng thỏi ứng suất biến dạng trờn tiết diện thẳng gúc của dầm :

Theo sự phỏt triển của ứng suất và biến dạng trờn tiết diện thẳng gúc của dầm trong quỏ trỡnh thớ nghiệm, kể từ khi bắt đầu chịu lực cho tới khi phỏ hoại ngƣời ta chia nú thành cỏc giai đoạn :

Giai đoạn I: Đặc trƣng của giai đoạn này là chƣa xuất hiện vết nứt trong vựng bờ tụng chịu kộo .Khi mụ men cũn nhỏ ( M<Mcr) cú thể xem BTCT nhƣ vật liệu đàn hồi , quan hệ ứng suất biến dạng là tuyến tớnh sơ đồ ứng suất phỏp theo hỡnh 4.10, phớa dƣới trục trung hoà cả bờ tụng và thộp đều tham gia chịu kộo và chƣa cú vật liệu nào đạt đến cƣờng độ giới hạn .Khi mụ men tăng lờn, biến dạng khụng đàn hồi trong bờ tụng vựng kộo phỏt triển mạnh làm sơ đồ ứng suất trong bờ tụng vựng kộo bị cong đi .Khi ứng suất thớ bờ tụng chịu kộo ngoài cựng xấp xỉ cƣờng độ chịu kộo của bờ tụng (fr) ,tiết diện sắp sửa nứt mụ men trờn tiết diện là Mcr ,ta gọi trạng thỏi ứng suất biến dạng này là trạng thỏi Ia. Để dầm khụng nứt thỡ ứng suất phỏp trờn tiết diện khụng vƣợt quỏ trạng thỏi Ia, hay (M<Mcr) .

Giai đoạn II: Đặc trƣng là đó nứt tại tiết diện cú vết nứt lực kộo hoàn toàn do cốt thộp chịu . Khi mụ men dần tăng lờn , khe nứt phỏt triển dần lờn phớa trờn . Trong vựng nộn ngƣời ta vẫn xem quan hệ ứng suất biến dạng là tuyến tớnh. Nếu lƣợng cốt thộp khụng quỏ nhiều thỡ khi mụ men tăng lờn tới giỏ trị My, ứng suất trong cốt thộp đạt đến giới hạn chảy fy, ta gọi trạng thỏi này là trạng thỏi IIa.Giai đoạn II dựng để tớnh toỏn BTCT theo trạng thỏi giới hạn sử dụng.

Giai đoạn III :Giai đoạn phỏ hoại .Khi mụ men tiếp tục tăng lờn , khe nứt tiếp tục phỏt triển lờn phớa trờn , vựng bờ tụng chịu nộn bị thu hẹp lại , ứng suất trong vựng bờ tụng chịu nộn tăng lờn trong khi ứng suất trong cốt thộp khụng tăng nữa ( vỡ cốt thộp đó chảy ) . Khi ứng suất trong bờ tụng vựng nộn đạt trị số cƣờng độ chịu nộn giới hạn , bờ tụng chịu nộn bị nộn vỡ và dầm bị phỏ hoại( M=Mul) .Ngƣời ta gọi trƣờng hợp phỏ hoại này là phỏ hoại dẻo , sự phỏ hoại cú thể bắt đầu từ trong cốt thộp chịu kộo hoặc đồng thời từ trong cốt thộp chịu kộo và bờ tụng chịu nộn . Khi thiết kế cấu tạo nờn sao cho tiết diện ở vào phỏ hoại dẻo vỡ nhƣ thế đó tận dụng hết sự chịu lực của bờ tụng và thộp , sự phỏ hoại từ từ với biến dạng lớn điều này là rất cú ý nghĩa .

Nếu lƣợng cốt thộp chịu kộo quỏ nhiều ứng suất trong cốt thộp chƣa đạt đến giới hạn chảy mà bờ tụng vựng nộn đó bị nộn vỡ thỡ dầm cũng bị phỏ hoại . Sự phỏ hoại bắt đầu từ vựng bờ tụng chịu nộn ,khi đú khụng xảy ra trạng thỏi IIa. Đõy là sự phỏ hoại giũn , phỏ hoại đột ngột với vết nứt chƣa thật rộng ( do cốt thộp chƣa chảy ), độ vừng khụng lớn . Ta xem trƣờng hợp phỏ hoại này là nguy hiểm , khi thiết kế cần trỏnh cho tiết diện rơi vào trƣờng hợp phỏ hoại này .

M fct c f c c  s f <fs y f <fs y s  c c fc ct f =f cr M r I Ia M y s f <f s  c c s c c f =fs y y y y s f =f c s  II IIa y M cmax 0,85f' c Mul III c f <fs y ul M c 0,85f' s cmax c c cmax y

Phá hoại dẻo Phá hoại giòn ,nhiều cốt thép

III

Hỡnh 4.10- Cỏc giai đoạn của trạng thỏi ứng suất biến dạng trờn tiết diện thẳng gúc

4.2.2 Cỏc giả thiết cơ bản

Sức khỏng tớnh toỏn của cỏc cấu kiện BTCT đƣợc xỏc định dựa trờn cỏc điều kiện cõn bằng về nội lực, tƣơng thớch về biến dạng và quy định về hệ số sức khỏng theo quy trỡnh . Đối với trạng thỏi giới hạn cƣờng độ của cấu kiện chịu uốn, cỏc giả thiết cơ bản đƣợc đƣa ra nhƣ sau:

Đối với cỏc cấu kiện cú cốt thộp dớnh bỏm, ứng biến tại một thớ trờn mặt cắt ngang tỉ lệ thuận với khoảng cỏch từ thớ đú tới trục trung hũa.

Đối với cỏc cấu kiện cú cỏc bú tao cỏp dự ứng lựckhụng dớnh bỏm hoàn toàn hay khụng dớnh bỏm một phần nghĩa là cỏc tao thộp trong ống bọc hay mất dớnh bỏm, sự chờnh lệch về ứng biến giữa bú thộp và mặt cắt bờ tụng cũng nhƣ ảnh hƣởng của độ vừng đối với yếu tố hỡnh học của bú thộp phải đƣa vào tớnh toỏn ứng suất trong bú thộp.

Nếu bờ tụng khụng bị kiềm chế, ứng biến lớn nhất cú thể đạt đƣợc ở thớ chịu nộn ngoài cựng là 0,003.

Nếu bờ tụng bị kiềm chế, cú thể sử dụng giỏ trị ứng biến lớn hơn 0,003 nếu cú sự chứng minh. Khụng xột đến sức khỏng kộo của bờ tụng.

Giả thiết biểu đồ ứng suất - ứng biến của bờ tụng chịu nộn là hỡnh chữ nhật, parabụn hay bất cứ hỡnh dạng nào khỏc đều phải dẫn đến sự dự tớnh về sức khỏng vật liệu phự hợp về cơ bản với cỏc kết quả thớ nghiệm.

4.2.3 Giả thiết phõn bố ứng suất khối chữ nhật

Quan hệ giữa ứng suất và ứng biến của bờ tụng chịu nộn trong cấu kiện chịu uốn cú thể đƣợc coi là một khối chữ nhật với tung độ bằng 0,85f’c và chiều cao phõn bố bằng a, với f’c là cƣờng độ chịu nộn của bờ tụng và a đƣợc tớnh bằng:

a = 1.c trong đú:

c Khoảng cỏch từ thớ chịu nộn ngoài cựng tới trục trung hũa

1 hệ số phụ thuộc vào cấp của bờ tụng, đƣợc lấy nhƣ sau

1 = 0,85 đối với f’c 28 MPa

1 = 0,65 đối với f’c 56 MPa (4.4)

10,85 0, 05 ( ,28)

7

c

f

đối với 28 MPa  f’c 56 MPa

Cần lƣu ý rằng, cỏc giả thiết núi trờn chỉ ỏp dụng cho cỏc cấu kiện cú mặt cắt đặc.

4.3 TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN BTCT THƢỜNG THEO TTGH CƢỜNG ĐỘ

4.3.1 Tớnh toỏn tiết diện chữ nhật cốt thộp đơn

1-Sơ đồ ứng suất, sơ đồ biến dạng

Hỡnh 4.11- MCN, sơ đồ biến dạng, sơ đồ ứng suất của tiết diện chữ nhật đặt cốt thộp đơn

2-Phƣơng trỡnh cơ bản

Phƣơng trỡnh cõn bằng nội lực phƣơng trục dầm:

y s cba A f f ,  85 . 0 (4.5)

) 2 ( 85 . 0 f,ba d a Mn  c s  (4.6) Trong đú : Mn: Sức khỏng uốn danh định. fc’ : cƣờng độ chịu nộn đặc trƣng của bờtụng. fy : cƣờng độ chịu kộo của cốt thộp.

c : chiều cao vựng nộn.