Đặc điểm làm việc

4.2 ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC , CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN

4.2.1 Đặc điểm làm việc

Làm thí nghiệm uốn một dầm BTCT mặt cắt chữ nhật chịu hai tải trọng tập trung đối xứng ( hình 4.6), đo biến dạng dài để tính độ cong tương ứng và vẽ biểu đồ mô men- độ cong.

Khi P còn nhỏ dầm còn nguyên vẹn, khi P lớn lên xuất hiện hai loại vết nứt, vết nứt thẳng góc với trục dầm tại vị trí mô men nội lực lớn, và vết nứt nghiêng tại vị trí lực cắt lớn.

Khảo sát tiết diện nằm giữa hai lực P, là các tiết diện chịu uốn thuần túy. Vẽ biểu đồ quan hệ mô men và độ cong ta có đƣợc nhƣ hình 4.8.

Hình 4.6 : Thí nghiệm uốn dầm BTCT

Độ cong  đƣợc định nghĩa là sự thay đổi góc trên một chiều dài đã biết nhƣ trên hình 4.7

y

   (4.1)

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

Hình 4.7- Độ cong của dầm

Trục trung hoà

Hình 4.8 : biểu đồ mômen - độ cong

Khi bắt đầu nứt mô men trên tiết diện nứt là Mcr ; khi cốt thép chịu kéo trên tiết diện bắt đầu đạt tới giới hạn chảy mô mem trên tiết diện là My; khi dầm gãy biến dạng nén trong bê tông đạt giá trị cực hạn mô men tại tiết diện ngay trước phá hoại là Mul. Mô men nứt Mcr cho bởi công thức

g

cr r

t

M f I

 y (4.2)

Hình 4.9 : Sơ đồ tính My;k  2n n 2 n ;

c s

E n E ;

c s

A

 A

 ; fs = fy.

Mul sẽ đƣợc tính trong phần tiếp (bằng sức kháng uốn của tiết diện ở trạng thái giới hạn).

Tính 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 thép chịu kéo bắt đầu chảy (My) và khi dầm gãy (Mul) Tính dẻo là rất quan trọng đối với kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05 thì u phải lớn hơn 1

Mô men



fs =fy dầm gãy

Bắt đầu nứt Mcr

Mul

u

y My

Giai đoạn I Giai đoạn II Giai đoạn III

Trạng thái ứng suất biến dạng trên tiết diện thẳng góc của dầm :

Theo sự phát triển của ứng suất và biến dạng trên tiết diện thẳng góc của dầm trong quá trình thí nghiệm, kể từ khi bắt đầu chịu lực cho tới khi phá hoại người ta chia nó thành các giai đoạn :

Giai đoạn I: Đặc trƣng của giai đoạn này là chƣa xuất hiện vết nứt trong vùng bê tông chịu kéo .Khi mô men còn nhỏ ( M<Mcr) có thể xem BTCT nhƣ vật liệu đàn hồi , quan hệ ứng suất biến dạng là tuyến tính sơ đồ ứng suất pháp theo hình 4.10, phía dưới trục trung hoà cả bê tông và thép đều tham gia chịu kéo và chưa có vật liệu nào đạt đến cường độ giới hạn .Khi mô men tăng lên, biến dạng không đàn hồi trong bê tông vùng kéo phát triển mạnh làm sơ đồ ứng suất trong bê tông vùng kéo bị cong đi .Khi ứng suất thớ bê tông chịu kéo ngoài cùng xấp xỉ cường độ chịu kéo của bê tông (fr) ,tiết diện sắp sửa nứt mô men trên tiết diện là Mcr ,ta gọi trạng thái ứng suất biến dạng này là trạng thái Ia. Để dầm không nứt thì ứng suất pháp trên tiết diện không vƣợt quá trạng thái Ia, hay (M<Mcr) .

Giai đoạn II: Đặc trƣng là đã nứt tại tiết diện có vết nứt lực kéo hoàn toàn do cốt thép chịu . Khi mô men dần tăng lên , khe nứt phát triển dần lên phía trên . Trong vùng nén người ta vẫn xem quan hệ ứng suất biến dạng là tuyến tính. Nếu lƣợng cốt thép không quá nhiều thì khi mô men tăng lên tới giá trị My, ứng suất trong cốt thép đạt đến giới hạn chảy fy, ta gọi trạng thái này là trạng thái IIa.Giai đoạn II dùng để tính toán BTCT theo trạng thái giới hạn sử dụng.

Giai đoạn III :Giai đoạn phá hoại .Khi mô men tiếp tục tăng lên , khe nứt tiếp tục phát triển lên phía trên , vùng bê tông chịu nén bị thu hẹp lại , ứng suất trong vùng bê tông chịu nén tăng lên trong khi ứng suất trong cốt thép không tăng nữa ( vì cốt thép đã chảy ) . Khi ứng suất trong bê tông vùng nén đạt trị số cường độ chịu nén giới hạn , bê tông chịu nén bị nén vỡ và dầm bị phá hoại( M=Mul) .Người ta gọi trường hợp phá hoại này là phá hoại dẻo , sự phá hoại có thể bắt đầu từ trong cốt thép chịu kéo hoặc đồng thời từ trong cốt thép chịu kéo và bê tông chịu nén . Khi thiết kế cấu tạo nên sao cho tiết diện ở vào phá hoại dẻo vì nhƣ thế đã tận dụng hết sự chịu lực của bê tông và thép , sự phá hoại từ từ với biến dạng lớn điều này là rất có ý nghĩa .

Nếu lƣợng cốt thép chịu kéo quá nhiều ứng suất trong cốt thép chƣa đạt đến giới hạn chảy mà bê tông vùng nén đã bị nén vỡ thì dầm cũng bị phá hoại . Sự phá hoại bắt đầu từ vùng bê tông chịu nén ,khi đó không xảy ra trạng thái IIa. Đây là sự phá hoại giòn , phá hoại đột ngột với vết nứt chưa thật rộng ( do cốt thộp chưa chảy ), độ vừng khụng lớn . Ta xem trường hợp phỏ hoại này là nguy hiểm , khi thiết kế cần tránh cho tiết diện rơi vào trường hợp phá hoại này .

Giai đoạn III dùng để tính toán kết cấu BTCT theo trạng thái giới hạn cường độ.

M

fct fc

c

c

s

f <fs y f <fs y

s

c

c

fc

f =fct

Mcr

r

I Ia

M

y

f <fs

s

c c

s

c c

f =fs y

y

y y

f =fs

c

s

II IIa

My

cmax

0,85f' c

Mul III

c

f <fs y

Mul

0,85f' c

s

c cmax c cmax

y

Phá hoại dẻo Phá hoại giòn ,nhiều cốt thép

III

Hình 4.10- Các giai đoạn của trạng thái ứng suất biến dạng trên tiết diện thẳng góc