Giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép (Nghề: Kỹ thuật xây dựng - Trình độ Cao đẳng): Phần 1 - Trường Cao đẳng Nghề An Giang

Giáo trình kết cấu bê tông cốt thép trình bày về các lý thuyết tính toán cơ bản theo TCXDVN 5574 – 2018 phù hợp với trình độ cao đẳng. Nhằm giúp các sinh viên: Nắm vững lý thuyết; Chọn sơ đồ tính; Xác định tải trọng; Tính nội lực; Tính và bố trí cốt thép như cách thể hiện bản vẽ kết cấu về cột, dầm, sàn. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 1 giáo trình.

(Ban hành theo Quyết định số: /QĐ-CĐN ngày tháng năm 20

của Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề An Giang)

Năm ban hành: 2020

2

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

LỜI GIỚI THIỆU Kết cấu bê tông cốt thép là loại kết cấu chủ yếu dùng trong xây dựng dân dụng Kiến thức về kết cấu bê tong cốt thép cần thiết cho các cán bộ kỹ thuật xây dựng, các công nhân nghề bậc cao

Giáo trình kết cấu bê tông cốt thép trình bày về các lý thuyết tính toán cơ bản theo TCXDVN 5574 – 2018 phù hợp với trình độ cao đẳng Nhằm giúp các sinh viên:

Đối với trình độ cao đẳng nghề thì học hết tất cả các nội dung của giáo trình Nội dung chính:

- Chương 1: Nguyên lý tính toán và cấu tạo

- Chương 2: Cấu kiện chịu uốn tính toán theo cường độ

- Chương 3: Cấu kiện chịu nén

- Chương 4: Sàn phẳng

Tôi xin chân thành cám ơn các giáo viên giảng dạy trong tổ bộ môn đã giúp

đỡ tôi, cũng như các giáo viên trong Khoa Xây dựng đã đóng góp nhiều ý kiến trong quá trình biên soạn

An Giang, ngày 07 tháng 2 năm 2020

GV Biên soạn NGUYỄN ĐĂNG VIẾT THỤY THỦY TIÊN

4

CHƯƠNG 1 NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN VÀ CẤU TẠO

Mục tiêu:

- Nêu được vị trí cốt thép trong BTCT

- Nêu được nguyên nhân sự liên kết giữa bê tông và cốt thép

- Nhận xét được ưu và nhược điểm về BTCT

- Trình bày được tính chất của BTCT

- Trình bày được nguyên lý tính toán của BTCT

Nội dung chính:

I KHÁI NIỆM CHUNG

1 Khái niệm về bê tông cốt thép - Phân loại

Khái niệm:

- Bê tông: Gồm các cốt liệu (đá, sỏi, …) và chất kết dính (xi măng hoặc các chất dẻo) kết lại với nhau tạo thành đá nhân tạo có khả năng chịu nén tốt, chịu kéo kém

- Cốt thép: Có khả năng chịu kéo và chịu nén rất tốt và tương đương nhau

- Do vậy, để tăng chịu lực của cấu kiện người ta đặt cốt thép vào trong bê tông Vật liệu mới là gọi là BTCT

Phân loại:

- Đối với cấu kiện BTCT chịu uốn: Cốt thép sẽ được đặt ở vùng chịu kéo để tham gia chịu ứng suất kéo, ở vùng nén BT sẽ tham gia chịu ứng suất nén Cách đặt thép như vậy gọi là tính toán đặt cốt thép đơn Khi ứng suất nén phát sinh lớn cốt thép còn được tính toán đặt thêm cả vùng chịu nén để trợ lực cho bê tông gọi là tính toán đặt cốt thép kép

- Đối với cấu kiện BTCT chịu nén: Cốt thép được đặt xung quanh tiết diện

để tăng khả năng chịu nén cho BT, từ đó có thể giảm bớt kích thước tiết diện

2 Ưu nhược điểm của bê tông cốt thép

Ưu điểm:

- Có khả năng sử dụng vật liệu địa phương

- Có khả năng chịu lực tốt hơn kết cấu gỗ, gạch, đá, …

- Chịu tải trọng động và chịu lửa tốt

- Có tuổi thọ cao, bảo dưỡng ít tốn kém và có thể tạo hình dáng bất kỳ

Nhược điểm:

a Các chỉ tiêu cơ bản của bê tông

- Cường độ chịu nén của mẫu thử

(MPa)A

N

- Cường độ chịu kéo của mẫu thử

(MPa)A

N

Trong đó:

Np – Lực nén làm mẫu bị phá hoại

A – Diện tích tiết diện ngang của mẫu

b Cấp độ bền của bê tông

- Theo TCVN 5574- 2018 chỉ tiêu đánh giá chất lượng cơ bản của bê tông được biểu thị bằng cấp độ bền của bê tông

+ Cấp độ bền chịu nén của bê tông – ký hiệu chữ B: B15, B20, B25, … + Cấp độ bền chịu kéo của bê tông– ký hiệu chữ Bt: Bt 0,8; Bt 1,2; Bt 2,4; …

c Cường độ bê tông:

Cường độ tiêu chuẩn của bê tông

- Cường độ nén tiêu chuẩn (Rbn) của bê tông phụ thuộc vào cấp độ bền chịu nén của bê tông Cường độ nén tiêu chuẩn của bê tông nặng được xác định theo công thức:

0,720,001B)

(0,77

6

Cường độ tính toán của bê tông

- Cường độ chịu nén tính toán của bê tông (Rb)

+ Tính theo khả năng chịu lực:

γbc – Hệ số tin cậy của bê tông khi nén Tra bảng 2

γbi – Hệ số làm việc của bê tông Tra bảng 3

- Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông (Rbt)

+ Tính theo khả năng chịu lực:

RR

- KÝ HIỆU CB: mác thép CB240, CB300, CB400, CB500

- KÝ HIỆU SD: mác thép SD295, SD390, SD490

+ CB: là ký hiệu thể hiện cấp độ bền của thép, “C” viết tắt của cấp, “B” viết tắt của độ bền

+ SD: ký hiệu theo tiêu chuẩn Nhật bản (JIS)

+ con số đi kèm thể hiện cường độ cả thép (giới hạn chảy của thép)

7

VD: CB300 có nghĩa là thép có cường độ 300 N/mm2 Điều này có nghĩa rằng: nếu một cây sắt có diện tích mặt cắt ngang là 1mm2 thì nó sẽ chịu lực được một lực kéo hoặc nén là khoảng 300N (30kg)

SD390 có nghĩa là thép có cường độ 390N/mm2

b Cường độ của cốt thép

Cường độ tiêu chuẩn của cốt thép (Rsn)

tb ch



asn

Được lấy theo giới hạn chảy trung bình của các mẫu thử tb

ch

 số đồng nhất của thép là αa= 0,9÷0,94

Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép (Rs)

- Tính theo khả năng chịu lực:

(MPa)

RR

s

sn

Trong đó: γs – Hệ số tin cậy của thép = 1,15

Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép dọc (Rsc) Cốt thép sử dụng tính kết cấu theo TTGH1 khi xét đến sự dính kết giữa BT và cốt thép

Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép ngang (Rsw) Cường độ tính toán của thép đai và cốt xiên được lấy Rsw # 0,8 Rs

3 Bê tông cốt thép

a Lực dính giữa bê tông và cốt thép

Là nhân tố cơ bản đảm bảo sự làm việc chung giữa bê tông và cốt thép, giúp cho bê tông và cốt thép cùng biến dạng và cùng truyền lực qua lại cho nhau

b Các nhân tố tạo nên lực dính

Khi khô cứng bê tông co ngót sẽ bám chặt lấy cốt thép làm tăng lực dính giữa bê tông và cốt thép

Do chất keo xi măng có tác dụng như hồ dán cốt thép vào bê tông

Do bề mặt cốt thép sần sùi (có gai) giúp cho bê tông chống lại sự trượt của cốt thép

8

III NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN VÀ CẤU TẠO

1 Các bước thiết kế kết cấu bê tông cốt thép

- Chọn phương án: Căn cứ vào không gian, hình khối kiến trúc, điều kiện địa chất thủy văn, điều kiện thi công để quyết định chọn phương án kết cấu sao cho hợp lý nhất Từ phương án kết cấu sẽ xác định được sơ đồ tính của kết cấu

- Chọn sơ bộ kích thước tiết diện: Chọn sơ bộ kích thước tiết diện theo kinh nghiệm hoặc tham khảo các thiết kế đã có sẵn Trong trường hợp chưa có kinh nghiệm hoặc thiết kế có sẵn thì có thể sử dụng các công thức kinh nghiệm để xác định sơ bộ kích thước tiết diện

- Tính toán tải trọng và tác động: Tải trọng tác dụng lên kết cấu gồm: tải trọng thường xuyên (tĩnh tải), tải trọng tạm thời (hoạt tải)

- Xác định nội lực nguy hiểm nhất tác dụng lên kết cấu: Căn cứ vào tĩnh tải

và những trường hợp tác dụng bất lợi của hoạt tải để xác định được nội lực nguy hiểm nhất trong kết cấu Để xác định được nội lực nguy hiểm nhất trong kết cấu có thể sử dụng phương pháp tổ hợp nội lực

- Tính toán cốt thép: Cốt thép được tính toán theo trạng thái giới hạn Việc tính toán cốt thép được thực hiện theo các bài toán cơ bản Căn cứ trên kết quả tính toán để chọn và bố trí cốt thép, việc chọn và bố trí cốt thép phải thoả mãn các yêu cầu cấu tạo quy định

- Kiểm tra lại kích thước tiết diện đã chọn sơ bộ: Căn cứ kết quả tính toán cốt thép để đánh giá lại tiết diện đã chọn sơ bộ, nếu kết quả không hợp lý (hàm lượng cốt thép vượt quá mức cho phép, hàm lượng cốt thép quá bé, độ mảnh của cấu kiện quá lớn, độ rộng vết nứt hoặc độ võng của kết cấu vượt quá mức cho phép…) thì phải chọn lại tiết diện và tính toán lại

- Hình thành bản vẽ: Căn cứ trên kết quả chọn và bố trí thép hình thành nên bản vẽ kết cấu Bản vẽ phải đủ kích thước, các ghi chú cần thiết, thống kê vật liệu

và các thông tin khác phục vụ cho công tác thi công

- Hồ sơ thiết kế: Các bản vẽ các cấu kiện trong toàn bộ công trình được gọi

là bản vẽ kết cấu Hệ thống bản vẽ kết cấu kết hợp với bản vẽ kiến trúc, bản vẽ chỉ dẫn thi công (nếu có), bản vẽ điện, nước, các hệ thông kỹ thuật khác… tạo thành

hồ sơ thiết kế Hồ sơ thiết kế dùng để thi công, lưu trữ và giám định

2 Tải trọng và nội lực

Để xác định tải trọng và tác động vào kết cấu, khi tính toán phải dựa vào TCVN 2737-1995

9

- Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải): Là tải trọng có tác dụng không thay đổi

về phương chiều, trị số, điểm đặt trong suốt quá trình sử dụng kết cấu (trọng lượng bản thân, vách ngăn cố định, …)

- Tải trọng tạm thời (hoạt tải): Là tải trọng có thể thay đổi về phương chiều, trị số, điểm đặt trong suốt quá trình sử dụng kết cấu (bàn ghế, vật dụng, người đi lại, tải trọng gió, …

- Tải trọng đặc biệt: Thường ít xảy ra (động đất, sóng thần, tuyết rơi, …) Ngoài ra khi xét về trị số, tải trọng còn phân biệt theo 2 trị số:

- Tải trọng tiêu chuẩn: Được qui định ứng với điều kiện sử dụng bình thường

- Tải trọng tính toán: Được lấy bằng tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số tin cậy γ (hệ số vượt tải n)

Hệ số tin cậy là hệ số xét đến những tình huống bất ngờ, đột xuất khách quan mà trong tính toán người thiết kế chưa lường trước được

- Đối với thép: γ = 1,05; BTCT, gạch, đá, gỗ: γ = 1,1

- Đối với lớp vữa trát, láng thực hiện tại công trình: γ = 1,3

- Đất nguyên thổ: γ = 1,1; đất đắp: γ = 1,15

- Khi tính kiểm tra về ổn định, lật, trượt: γ = 0,9

- Khi hoạt tải tiêu chuẩn p ≤ 2kN/m2 lấy γp = 1,3

- Khi hoạt tải tiêu chuẩn p > 2kN/m2 lấy γp = 1,2

3 Phương pháp tính toán cấu kiện bê tông cốt thép

a Trạng thái giới hạn 1 (TTGH về khả năng chịu lực)

Nhằm đảm bảo cho kết cấu không bị phá hoại, không mất ổn định do tác dụng của tải trọng, không bị hư hỏng vì mỏi

Trong đó:

- S – Nội lực nguy hiểm do tải trọng tính toán gây ra tại tiết diện xét tính trên kết cấu

- Sgh – Khả năng chịu lực tại tiết diện xét tính khi kết cấu đạt tới TTGH

b Trạng thái giới hạn 2 (TTGH về điều kiện làm việc bình thường)

Nhằm đảm bảo cho kết cấu không có những khe nứt hoặc những biến dạng quá giới hạn cho phép (độ võng, góc xoay, …)

Điều kiện kiểm tra vết nứt: acrc ≤ [acrc] (1.12)

10

Điều kiện kiểm tra biến dạng: f ≤ fu (1.13)

Trong đó:

- acrc – [acrc] : Bề rộng vết nứt - Bề rộng vết nứt giới hạn

- f - fu : Độ võng của cấu kiện - Độ võng giới hạn

4 Nguyên lý về cấu tạo

a Chọn kích thước tiết diện

Khi thiết kế kết cấu BTCT thường phải

chọn tiết diện sơ bộ để xác định tải trọng, nội

lực và cốt thép Sự hợp lý của tiết diện chọn

theo yêu cầu chịu lực được đánh giá qua hàm

- As – Diện tích cốt thép

- A – Diện tích tiết diện

Với mỗi loại loại cấu kiện có 1 khoảng hợp lý của µ Nếu tính được µ quá nhỏ chứng tỏ kích thước tiết diện quá lớn và ngược lại

Ngoài ra khi chọn tiết diện còn phải quan tâm đến vấn đề thẩm mỹ và điều kiện thi công (thống nhất ván khuôn, bố trí thép và đổ bê tông)

11

Hình 1.2 Khung cốt thép Hình 1.3 Lưới cốt thép

Khung cốt thép thường bố trí ở các cấu kiện dạng thanh: Dầm, cột

Lưới cốt thép sử dụng cho các cấu kiện dạng bản: Tấm mỏng, bản sàn

Khung + lưới buộc: được tạo thành bởi các thanh thép rời, dây thép mềm (Ø=0,8 ÷ 1) buộc chặt tại các nút

Khung + lưới hàn: được tạo thành bằng cách dùng máy hàn để hàn các điểm tiếp xúc chỗ thép giao nhau, được sản xuất hàng loạt tại nhà máy

c Cốt thép chịu lực và cốt thép cấu tạo

Cốt chịu lực: là cốt thép dùng để chịu tải trọng tác dụng lên kết cấu được xác định do tính toán

Cốt cấu tạo: Liên kết các cốt chịu lực thành khung hoặc lưới, giảm sự co ngót không đều của BT, chịu ứng suất do co ngót và thay đổi nhiệt độ, giảm bề rộng khe nứt, hạn chế biến dạng (võng), phân bố tác dụng

d Nối cốt thép – neo cốt thép

Neo cốt thép: Để cốt thép bám chắc vào bê tông, đối với thép trơn - đầu cốt thép cần được uốn cong (như hình 1.4b), đối với thép có gờ hoặc thép chịu nén có thể không cần uốn cong hoặc uốn như hình 1.4a

Hình 1.4 Neo cốt thép Nối cốt thép: Khi thép không đủ chiều dài cần phải nối, chọn nơi nối là những vị trí phát sinh nội lực nhỏ trên kết cấu, cần bố trí mối nối so le nhau, tại một vị trí diện tích tiết diện thép dọc chịu lực được nối ≤ 50% diện tích toàn bộ thép dọc chịu lực (thép có gai), ≤ 25% (thép tròn trơn) Có 2 cách:

L

b bi

an ( an Rs an) an (1.15)

Trong đó:

+ ωan ; Δλan và λan tra bảng 4

+ d – đường kính thép

+ Rs – Cường độ tính toán của thép tra bảng 5

+ Rb – Cường độ tính toán của bê tông tra bảng 6

+ γbi – Điều kiện làm việc của bê tông tra bảng 3

- Nối hàn:

Hình 1.6 Hàn đối đầu Hình 1.7 Hàn đối đầu có nẹp

Hình 1.8 Hàn trong máng

e Lớp bê tông bảo vệ cốt thép (a0)

Lớp bê tông bảo vệ thép tránh tiếp xúc trực tiếp và chịu tác động của môi trường bên ngoài, đồng thời chung quanh thép có một lớp bê tông tối thiểu để hình thành lực dính Trong mọi trường hợp a0 ≥ Ø và đồng thời phải lớn hơn hoặc bằng các qui định sau:

 Toàn khối không có BT lót: a0 ≥ 80mm

- Đối với cốt dọc cấu tạo, thép đai, thép phân bố:

f Khoảng cách tối thiểu giữa các thanh cốt thép (t)

Khoảng cách thông thủy giữa 2 thép dọc đặt kề nhau (chiều cao và rộng của tiết diện) phải đủ rộng để khi đổ và đầm bê tông được thuận tiện và tạo cho chung quanh mỗi thép có 1 lớp bê tông tối thiểu để hình thành lực dính

Trong mọi trường hợp t ≥ Ø và t ≥ các trị số theo qui định

- Kết cấu bản qui định thép dọc chịu lực:

70 mm ≤ t ≤ 200 mm

- Thép dọc đặt nằm ngang hay nghiêng khi đổ bê tông (dầm, sàn, …)

15

Hình 1.9 Khoảng hở giữa các lớp cốt thép Thép đặt đứng khi đổ bê tông (cột) Qui định: t ≥ 50 mm (kiểm soát được điều kiện đầm bê tông t = 35 mm), đồng thời khoảng cách giữa 2 trục của cốt thép dọc phải

a Bố trí bản vẽ kết cấu: Nội dung bản vẽ gồm :

- Các bản vẽ bố trí hệ kết cầu chịu lực như khung, dầm, sàn Để thể hiện rõ ràng cần vẽ riêng cho các tầng và một số bản vẽ mắt cắt

- Các bản vẽ bố trí cầu kiện lắp ghép trên các tầng

- Các bảng thống kê các bộ phần kết cấu và cấu kiện

- Thể hiện trục định vị, khỏang cách các trục, chiều dài tổng cộng, cao độ tai nơi cần thiết, ký hiệu các cấu kiện

- Tỷ lệ 1/100 ; 1/200 ; 1/500

b Bản vẽ bố trí cốt thép trong cấu kiện : Nội dung cần thể hiện :

- Tỷ lệ 1/20 ; 1/50 ; 1/100 Qui ước xem bê tông là trong suốt nhìn thầy cốt thép bên trong

- Đường bao của cấu kiện, các kích thước để có thể làm ván khuôn và định

vị cốt thép

16

- Vị trí và hình dàng cốt thép trong cấu kiện, các chi tiết được hàn vào cốt thép khi chế tạo

- Chiều dày lớp bê tông bảo vệ Các mặt cắt ngang

- Các bộ phận kết cấu tiếp giáp dùng làm gối đỡ, hay nhưng bộ phần mà kết cấu được ngàm vào trong

- Bảng thống kệ cốt thép cho từng cấu kiện Vẽ khai triển cốt thép đủ kích thước để gia công

- Các ghi chú cần thiết : Mác bê tông, loại cốt thép, cách nối thép, vị trí nối, loài que hàn,

c Những qui ước khi thể hiện bản vẽ:

Hình 1.10 Thể hiện cốt thép a) Mặt cắt ngang ; b) Mặt cắt dọc ; c) Mặt bằng ; d) Ký hiệu thanh cốt thép

17

Hình 1.11 Bản vẽ dầm bê tông cốt thép

Hình 1.12 Bản vẽ một ô bản kê lên tường CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Nguyên tắc thiết kế kết cấu bê tông cốt thép?

2 Trình tự thiết kế kết cấu bê tông cốt thép?

3 Cách thể hiện bản vẽ kết cấu bê tông cốt thép?

4 Trình bày các quy định thể hiện bản vẽ kết cấu bê tông cốt thép?

18

19

CHƯƠNG 2: CẤU KIỆN CHỊU UỐN TÍNH TOÁN THEO CƯỜNG ĐỘ Mục tiêu:

- Học sinh giải thích được đặc điểm của cấu kiện chịu uốn

- Học sinh giải thích cấu tạo của bản, dầm

- Học sinh phân tích và giải thích được sự làm việc của dầm BTCT

- Học sinh phân tích được trường hợp đặt cốt đơn, trường hợp đặt cốt kép

- Học sinh giải quyết được 1 số bài toán về cấu kiện chịu uốn theo cường độ Nội dung chính:

I ĐẶC ĐIỂM – CẤU TẠO

Cấu kiện chịu uốn là cấu kiện bản thường gặp trong thực tế, nội lực xuất hiện trong cấu kiện bao gồm mômen và lực cắt

Trong công trình xây dựng cấu kiện chịu uốn thường gặp là hệ dầm, bản sàn các tầng lầu, … cấu kiện chịu uốn chia thành hai loại là bản và dầm

1 Cấu tạo bản (tấm dale)

Định nghĩa: Bản là kết cấu phẳng có chiều dày nhỏ hơn rất nhiều so với chiều dài và chiều rộng

Bản có thể 1 nhịp hay nhiều nhịp, Toàn khối hay lắp ghép Bản có thể chịu lực 1 phương hay 2 phương

1 2

2 1

Bản sàn nhà dân dụng thông thường: hs = 6 ÷ 14cm

Trong nhà cao tầng chiều dày bản sàn được gia tăng hơn để đảm bảo về độ cứng, tăng cường ổn định khi chịu tải trọng ngang

Cốt thép phân bố: Dùng Ø6 ÷ Ø8, khoảng cách giữa các thanh thép s = 250 – 300mm và yêu cầu:  3cây/m dài Đặt vuông góc với cốt thép chịu lực, buộc thành lưới, không cho các thanh thép dịch chuyển khi thi công ngoài ra nó còn chịu ứng suất do co ngót và thay đổi t0 gây ra, nó còn phân bố lực cho các cốt thép lân cận, cản trở sự mở rộng vết nứt…

2 Cấu tạo dầm:

Định nghĩa: Dầm là cấu kiện có kích thước chiều cao và chiều rộng rất bé so với chiều dài của nó

Hình 2.2 Hình dạng dầm Hình dạng tiết diện dầm: thường có dạng chữ nhật, I, T, hộp, …

Hình 2.3 Các dạng mặt cắt ngang của dầm

21

+ Khi hd 600mmchọn hd là bội số chia hết cho 50mm

+ Khi hd 600mmchọn hd là bội số chia hết cho 100mm

h x độ dài vươn ra của consol

- Trong thực tế thường chọn chiều cao của đà ngang khung:

b Cốt thép trong dầm: Có 2 loại là cốt thép dọc và cốt thép ngang

Hình 2.4 Các loại thép trong dầm

Cốt thép dọc

22

- Cốt thép dọc chịu lực: Được tính toán và đặt ở vùng chịu kéo trên tiết diện dầm để chịu ứng suất kéo do momen uốn gây ra (đặt cốt thép đơn) Khi dầm chịu tải lớn thép dọc còn được tính đặt ở cả vùng chịu nén để cùng bê tông chịu ứng suất nén (đặt cốt thép kép)

+ Đường kính thép dọc chịu lực thường chọn Ø = (10÷30)

+ Trong một cấu kiện nên chọn một loại nhóm thép (CII hoặc CIII), không nên chọn quá ba loại đường kính thép

+ Chênh lệch giữa đường kính thép:

ΔØ = Ømax - Ømin ≤ 6mm (2.3)

+ Trên tiết diện ngang của dầm, cốt thép phải đặt đối xứng qua mặt phẳng tải trọng, tùy theo số lượng cốt thép mà bố trí từ 1÷3 lớp nhưng phải đảm bảo khoảng cách thông thủy (t) theo qui định (xem ở chương I)

+ Bề rộng tiết diện dầm b ≥ 150 phải có ít nhất 2 cốt thép dọc kéo vào gối tựa

- Cốt thép dọc thi công: Tùy theo vai trò của cốt thép mà có tên gọi như sau: + Cốt dọc cấu tạo: Được đặt ở vùng chịu nén trên tiết diện, có tác dụng cùng với cốt dọc chịu lực giữ vị trí cốt đai và tạo thành bộ khung cốt thép, đồng thời chịu các ứng suất khi bê tông co ngót Thường chọn Ø ≥ 10mm

+ Cốt thép phụ - cốt giá: Được đặt thêm vào mặt bên giữa chiều cao tiết diện khi dầm có hd ≥ 700, có tác dụng giữ cho khung cốt thép không bị mất ổn định khi

đổ bê tông và chịu các ứng suất khi bê tông co ngót Thường chọn Ø ≥ 10mm Cốt thép ngang: Gồm cốt đai và cốt xiên

- Cốt đai: Có tác dụng chịu lực cắt, liên kết vùng bê tông chịu kéo và chịu nén với nhau, đồng thời giữ vị trí cốt dọc khi thi công Thường chọn nhóm CI, Ø =

6, 8, 10 (khi hd < 800 nên chọn Øđ ≥ 6, khi hd ≥ 800 nên chọn Øđ ≥ 8) Khoảng cách (s) giữa hai cốt đai được xác định theo tính toán nhưng phải ≤ smax và phải thỏa qui định cấu tạo (sct) như sau:

+ Khi dầm có h ≤ 450 : qui định sct ≤ min (h/2 và 150)

+ Khi dầm có h > 450 : qui định sct ≤ min (h/3 và 300)

Tùy thuộc giá trị lực cắt và số lượng cốt thép dọc bố trí mà cốt đai được thiết

kế 1 nhánh, 2 nhánh hay 3 nhánh

Hình 2.5 Một số dạng nhánh đai

23

- Cốt xiên: Tham gia chịu lực cắt cùng với cốt đai và bê tông Cốt xiên có thể đặt từ ngoài vào hay do cốt thép dọc chịu lực uốn thành Cốt xiên được đặt nghiêng so với trục dầm góc α = 450 khi h < 800; α = 600 khi h ≥ 800; α = 300 khi dầm thấp và bản

24

II TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT TRÊN TIẾT DIỆN THẲNG GÓC Tiết diện chữ nhật là tiết diện phổ biến nhất của cấu kiện chịu uốn về mặt cấu tạo nó thường hai trường hợp:

Cốt đơn: trong cấu kiện chỉ có cốt thép chịu kéo As – theo tính toán, còn cốt thép chịu nén A’s đặt theo cấu tạo Hình 2.10

Cốt kép: trong cấu kiện cả cốt thép chịu kéo As và cốt thép chịu nén A’s đặt theo tính toán Hình 2.11

Hình 2.6 Tiết diện đặt cốt đơn Hình 2.7 Tiết diện đặt cốt kép

1 Cấu kiện có tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn

a Các giả thuyết tính toán và sơ đồ ứng suất

Sơ đồ ứng suất: Lấy trường hợp phá hoại dẻo làm cơ sở để tính toán

- Ứng suất trong cốt thép As đạt tới Rs

- Ứng suất trong vùng bê tông chịu nén đạt tới Rb

- Biểu đồ ứng suất trong vùng bê tông chịu nén có dạng hình chữ nhật Bỏ qua sự chịu lực của vùng bê tông chịu kéo (vì đã nứt)

- Trong đó:

+ M – Momen uốn lớn nhất mà tiết diện xét tính trên dầm (kN.cm)

+ x – Chiều cao vùng bê tông chịu nén (cm)

+ h0 – Chiều cao làm việc của tiết diện (h0 = h – a) (cm)

+ As – Diện tích tiết diện ngang của thép chịu kéo (cm2)

+ Ab = b*x – Diện tích vùng bê tông chịu nén (cm2)

+ Rs – Cường độ chịu kéo tính toán của thép (MPa) tra bảng 5

+ Rb – Cường độ chịu nén tính toán của bê tông (MPa) tra bảng 6, (chú ý trong từng trường hợp cụ thể phải xét đến điều kiện làm việc của bê tông γbi tra bảng 3)

b Các phương trình cân bằng và điều kiện hạn chế

Điều kiện hạn chế: để đảm bảo phá hoại dẻo thì cốt thép As phải không được quá nhiều, tương ứng với nó là hạn chế chiều cao vùng bê tông chịu nén x Nghiên cứu thực nghiệm cho biết phá hoại dẻo xảy ra khi:

26

s

b bi

 là hàm lượng cốt thép trong tiết diện bê tông

Trường hợp x = xmax thay vào (2.4) Rs *As.max = ξR*bi *Rb *b*h0

→

s

b b R o

s

R Rbh

A max * 2*

   là hàm lượng cốt thép lớn nhất

Trường hợp nếu cốt thép đặt quá ít sẽ xảy ra phá hoại đột ngột ngay sau khi

bê tông bị nứt do đó  min= 0,05% (thường lấy  min= 0,1%)

Vậy hàm lượng cốt thép trong tiết diện phải thỏa điều kiện sau

100

*

*

* 100

min

s

b bi R o

)

*5,01(

R R

Trong tính toán kết cấu chịu uốn ta thường gặp các dạng bài toán sau:

- Bài toán 1: Thiết kế cốt thép dọc Biết M; b; h; γbi; Rb; Rs →Tìm: As

Bước 1: Các số liệu tính toán

27

+ Chọn kích thước tiết diện b, h (cm)

+ Chọn cấp độ bền chịu nén của bê tông Từ cấp độ bền chịu nén của bê tông tra bảng 6 → Rb

+ Xác định hệ số điều kiện làm việc của bê tông tra bảng 3 → γb2

+ Chọn nhóm thép Từ nhóm thép tra bảng 5 →Rs

+ Từ Rb; Rs ; γb2 Tra bảng 7→ αR , ξR

Bước 2: Xác định nội lực trong dầm

Dựa vào sơ đồ chịu lực để xác định mômen uốn tại tiết diện cần xét

Mxét = | maxM | (kN.cm) Bước 3: Tính tiết diện thép

+ Chọn trước a, a0 Tính h0 = h – a (cm)

+ Cho Mxét = Mgh

b bi

Bước 4: Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

(%) 100

*

*

* (%)

100

*

A tương ứng với As sao cho:

- Chênh lệch giữa đường kính thép: ΔØ = Ømax - Ømin ≤ 6mm

- 3%  ch *1005%

s s

ch s