Kết cấu bê tông cốt thép – Gạch đá pot

Cường Cường độ độ trung trung binh binh và và cường cường độ độ tiêu tiêu chuẩn chuẩn Cường độ trung b Cường độ trung bìình Giá trị trung b nh Giá trị trung bìình của cường độ nh của cườ

Bộ môn: Kết cấu bê tông cốt thép

Bộ môn: Kết cấu bê tông cốt thép –– Gạch đá ộ ộ g g p p Gạch đá ạạ

Khoa Xây dựng – Trường đại học Kiến trúc Hà nội

Tài liệu học tâp:

Giáo trình chính

Giáo trình chính::

1 Giáo trình kết cấu BTCT – phần 1: “Cấu kiện cơ bản”

2 Giáo trình kết cấu BTCT phần 2: “Cấu kiện nhà cửa”

2 Giáo trình kết cấu BTCT – phần 2: Cấu kiện nhà cửa

Tài liệu tham khảo

Tài liệu tham khảo::

1 TCVN 5574-1991 – Kết cấu BTCT – tiêu chuẩn thiết kế

2 TCVN 356-2005 – Kết cấu BT và BTCT – tiêu chuẩn thiết kế

3 Tiêu chuẩn ACI 318 – Mỹ

4 Lê Văn Kiểm – Hư hỏng, sửa chữa gia cố công trình – NXBĐHQG – TPHCM

5 Vương Hách: Sổ tay xử lý sự cố công trình

Ch−¬ng 1

Kh¸i NiÖm Chung

§§1 Th 1 Thự ực ch c chấ ất c t củ ủa bª t«ng cèt thÐp a bª t«ng cèt thÐp

11 Kh¸i Kh¸i niÖm niÖm

Bªt«ng cèt thÐp (BTCT) lµ mét lo¹i vËt liÖu x©y dùng phøc hîp do bª t«ng vµ cèt thÐp g p é ¹ Ë Ö y ù g p îp g pcïng kÕt hîp chÞu lùc víi nhau

Xi măng + Đá dăm (sỏi) + Cát vàng + Nước + Phụ gia

Bª t«ng: ChÞu nÐn tèt, chÞu kÐo kÐm

Cèt thep: chÞu nÐn vµ kÐo tèt

Thí nghiệm: Trên hai dầm cùng kích thước, cùng chế tạo từ một loại BT

2

σbb)

Nhậ ét: Nhờ có cốt thép mà khả năng làm việc của vật liệu được khai thác hết

Nhận xét: Nhờ có cốt thép mà khả năng làm việc của vật liệu được khai thác hết

(σb = Rb σs = Rs) Từ đó khả năng chịu lực của dầm được tăng lên (P2 ≈ 20P1)

2 Nguyên Nguyên nhân nhân để để BT BT và và CT CT kết kết hợp hợp làm làm việc việc được được với với nhau nhau::

- Giữa BT và CT có lực dính: nhờ nó mà ứng lực có thể truyền từ BT sang CT và ngược lại

+ Cường độ của BT và CT được khai thác hết;

+ Bề rộng khe nứt trong vùng kéo được hạn chế

- Giữa BT và CT không xảy ra phản ứng hoá học BT còn bao bọc bảo vệ CT

- BT và cốt thép có hệ số giãn nở nhiệt gần bằng nhau => ứng suất rất nhỏ, không phá

hoại lực dính

Khi chế tạo, người ta căng cốt thép để nén vùng kéo của cấu kiện(BT được ƯLT)

nhằm khống chế sự xuất hiện và hạn chế bề rộng khe nứt

ĐĐ3 Ưu nhược điểm, phạm vi sử dụng của BTCT: 3 Ưu nhược điểm, phạm vi sử dụng của BTCT: 1

1 Ưu Ưu điểm điểm::

- Có khả năng sử dụng vật liệu địa phương (Xi măng,Cát,Đá hoặc Sỏi),tiét kiệm thép

- Khả năng chịu lực lớn hơn so với kết cấu gạch đá và gỗ; Chịu được động đất;ả ă g c ịu ực ớ ơ so vớ ết cấu gạc đá và gỗ; C ịu được độ g đất;

Lúc này phải dùng BTCT ƯLT hoặc kết cấ vỏ mỏng v v

Lúc này phải dùng BTCT ƯLT hoặc kết cấ vỏ mỏng v.v

- Cách âm ,cách nhiệt kém Khi có yêu cầu cách âm; cách nhiệt dùng kết cấu có lỗ rỗng;

- Thi công BTCT toàn khối chịu ảnh hưởng nhiều vào thời tiết

+ Cường độ chịu kéo( Rbt) v.v…

Các phương pháp xác định cường độ ( hiện nay):

+ Phương pháp phá hoại mẫu thử ( độ chính xác cao)

Mẫu lấy từ kết cấu đã được đổ BT

Thí nghiệm Cường độ chịu nén(R b )

2

+ BT cường độ cao: R > 40 MPa

+ BT đặc biệt: R≥ 80 Mpa

Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của mẫu

m bkv

m

R ≈ 0,8

Rkhông bôi trơnkhông bôi trơn > Rcó bôi trơncó bôi trơn.

9 Khi nén BT nở hông, lực ma sát tác dụng như một cái đai ngăn cản sự nở hông

> (Rkhông bôi trơn > Rcó bôi trơn) > Tác dụng của cốt đai trong cột;

9 Càng xa mặt tiếp xúc ảnh hưởng của lực ma sát càng giảm

> Quy định bước đai trong cột;

‰ ảnh hưởng của tốc độ gia tải:

Gia tải rất nhanh: R = (1 15 ữ 1 2)R

Gia tải rất nhanh: R = (1,15 ữ 1,2)R

Gia tải rất chậm : R = (0,85 ữ 0,9)R

‰ Điều kiện tiêu chuẩn của thí nghiệm:

+ Không bôi trơn mặt tiếp xúc;

+ Tốc độ gia tải: 2kG/cm 2 s

TN xác định cường độ chịu kéo

TN xác định cường độ chịu kéo::

P

P c)

Nhữững nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của BTng nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của BT::

+ Lượng XM nhiều ặ R cao (Hiệu quả không lớn làm tăng biến dạng);

Sự tăăng cường độ theo thời gianng cường độ theo thời gian::

9 Dùng XM Pooclăng, chế tạo và bảo dưỡng bình thường: R tăng trong 28 ngày đầu;g g ạ g g g g g y

9 Dùng XM Puzolan: Thời gian tăng cường độ ban đầu là 90 ngày.

9 t 0 < 0; Khô hanh: Cường độ tăng theo thời gian không đáng kể > γb = 0,9

9 t 0 > 0; W lớn: Cường độ tiép tục tăng trong nhiều năm.

9 Dùng hơi nước nóng để bảo dưỡng BT cũng như dùng phụ gia tăng cường độ:

R rất nhanh trong vài ngày đầu, BT giòn và R cuối cùng thấp hơn g g y , g g p > γγbb < 1

2 Cường Cường độ độ trung trung binh binh và và cường cường độ độ tiêu tiêu chuẩn chuẩn

Cường độ trung b

Cường độ trung bìình (Giá trị trung b nh (Giá trị trung bìình của cường độ) nh của cường độ) R R m

Từ một loại BT đúc n mẫu thử và thí nghiệm, được: R1, R2, , Rn

R

n

R m = ∑ i

Cường độ tiêu chuẩn (Giá trị tiêu chuẩn của cường độ

Cường độ tiêu chuẩn (Giá trị tiêu chuẩn của cường độ): ):

- Cường độ đặc trưng: (còn gọi là giá trị đặc trưng của cường độ) là cường độ lấy theo

- Cường độ đặc trưng: (còn gọi là giá trị đặc trưng của cường độ) là cường độ lấy theo một xác suất đảm bảo quy định nào đó

Với BT: Cường độ đặc trưng được xác định theo xác suất đảm bảo quy định 95%,

R =0 78R

- Cường độ tiêu chuẩn của BT (về nén: R bn ; về kéo: R btn )

Rch=0,78Rm

h k

R R

γ

=

bt

btn bt

R R

R R

R R

γ

γ

=

- Hệ số độ tin cậy của BT tương ứng khi nén và khi kéo Khi tính theo TTGH thứ nhất

- Khi tính toán theo TTGH thứ hai cường độ tính toán của BT ký hiệu là RKhi tính toán theo TTGH thứ hai , cường độ tính toán của BT ký hiệu là Rbbser và được xácvà được xác

định với các hệ số γ =1 (trừ trường hợp đặc biệt khi tính kết cấu chịu tải trọng trùng lặp).

4 Cấp Cấp độ độ bền bền và và mác mác của của BT BT::

Để biểu thị chất lượng của BT về một tính chất nào đó người ta dùng khái niệm mác

Để biểu thị chất lượng của BT về một tính chất nào đó người ta dùng khái niệm mác

hoặc cấp độ bền

a

a Mác theo cường độ chịu nén: Mác theo cường độ chịu nén:

Má th ờ độ hị é (M) là t ị ố lấ bằ ờ độ hị é t bì h tí hMác theo cường độ chịu nén (M) là trị số lấy bằng cường độ chịu nén trung bình tínhtheo đơn vị KG/cm2của các mẫu thử khối vuông cạnh 15cm , có tuổi 28 ngày đượcdưỡng hộ và tiến hành thí nghiệm trong điều kiện tiêu chuẩn

Với BT nặng: M100 ; M150 ; M200 ; M250 ; M300 ; M350 ; M400 ; M500 ; M600 ;Với BT nhẹ: M50 ; M75 ; M100 ; M 150 ; M200 ; M250 ; M300

Chú ý: Trong kết cấu BTCT phải dùng mác từ 150 trở lên.

b

b Cấp độ bền chịu nén: Cấp độ bền chịu nén:

Cấp độ bền chịu nén (B) là trị số lấy bằng cường độ đặc trưng tính theo đơn vị

Mpa của các mẫu thử khối vuông cạnh 15cm, có tuổi 28 ngaỳ được dưỡng hộ và

ẩtiến hành thí nghiệm trong điều kiện tiêu chuẩn

a

a Biến dạng do co ngót: Biến dạng do co ngót:

C ót là hiệ t BT iả thể tí h khi khô ứ t khô khí d

Co ngót là hiện tượng BT giảm thể tích khi khô cứng trong không khí do:

- Nước thừa bay hơi ;

- Sau quá trình thuỷ hoá đá xi măng giảm thể tích

+ Khi đông cứng trong nước BT tăng thể tích với mức độ tăng xấp xỉ bằng 1/5 ~1/2 mức độ giảm thể tích khi đông cứng trong không khí.

Đặc điểm của biến dạng co ngót:

- Co ngót xảy ra chủ yếu ở giai đoạn đông cứng đầu tiên và trong năm đầu Rồi giảm dần

và dừng hẳn sau vài năm ;

- Từ bề mặt vào sâu khối BT, sự co ngót xảy ra không đều,ở ngoài co ngót nhiều hơn ;

- Cấu kiện có bề mặt lớn so với thể tích (sàn, tường,…) có độ co ngót lớn.

+ lớn => Co ngót lớn

- Cát hạt nhỏ, sỏi xốp => co ngót lớn.

- BT dùng chất phụ gia đông kết nhanh => co ngót lớn

- BT được chưng hấp ở áp lực cao => co ngót ít

- Trong môi trường khô co ngót nhiều hơn trong môi trường ẩm

Hậu quả của co ngót:

- Làm thay đổi kích thước và hình dạng cấu kiện ;

- Do co ngót không đều hoặc khi co ngót bị cản trở BT sẽ bị nứt làm giảm cường độ

Biện pháp hạn chế và khắc phục hậu quả của co ngót:

- Chọn cấp phối, thành phần cỡ hạt và tính năng cơ học của vật liệu thích hợp ;

Đầm đúng kỹ thuật đảm bảo cho BTđặc chắc và đồng đều ;

- Đầm đúng kỹ thuật đảm bảo cho BTđặc chắc và đồng đều ;

- Đặt thép cấu tạo ở những vị trí cần thiết ;

- Tạo mạch ngừng thi công, tổ chức khe co giãn trong kết cấu (Khe nhiệt độ khi kích thước mặt bằng công trình lớn ; khe phân cách trên mặt đường bộ, sân bay).

εpl C b

Một phần biến dạng phục hồi được (∆1) - Biến dạng đàn hồi

Một phần biến dạng không phục hồi được (∆2) - Biến dạng dẻo

BT là vật liệu

đàn hồi - dẻo

pl el

ε = +

Tương ứng:

Biến dạng đàn hồi tỷ đối:

Biến dạng dẻo tỷ đối:

ν = - Hệ số đàn hồi( Đặc trưng cho biến dạng đàn hồi của BT vùng nén)

c

c Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn – – Tính từ biến của BT Tính từ biến của BT ::

Từ biến là tính biến dạng tăng theo thời gian trong khi ƯS không thay đổi

Đặc điểm của từ biến

Trong vài ba tháng đầu biến dạng từ biến tăng nhanh sau chậm dần và có thể kéo dài

- Trong vài ba tháng đầu biến dạng từ biến tăng nhanh sau chậm dần và có thể kéo dàivài chục năm (thường 3-4 năm)

- Khi σb ≤70%Rb biến dạng từ biến có giới hạn ( Đồ thị Hình b có tiệm cân ngang)

Khi σ ≤70%R biến dạng từ biến tăng không ngừng và dẫn đến phá hoại mẫu thử Đó

- Khi σb ≤70%R biến dạng từ biến tăng không ngừng và dẫn đến phá hoại mẫu thử Đó

là sự giảm cường độ của BT khi tải trọng tác dụng lâu dài

Giải thích: Trong quá trình sử dụng kết cấu σb << Rb; σb = Rb khi bất lợi nhất do cả tải trọng dài hạn và ngắn hạn gây ra Trong đó phần tải trọng ngắn hạn không gây ra biếntrọng dài hạn và ngắn hạn gây ra Trong đó phần tải trọng ngắn hạn không gây ra biến dạng từ biến

d

d Biến dạng nhiệt: Biến dạng nhiệt:

Biế d hiệt là th đổi thể tí h ủ BT khi hiệt đ th đổi Nó h th ộ à hệBiến dạng nhiệt là sự thay đổi thể tích của BT khi nhiệt đọ thay đổi Nó phụ thuộc vào hệ

số dãn nở vì nhiệt của BT (Loại XM ; cốt liệu ; độ ảm của BT)

εpl C b

α0

ν

εε

ε

ε

b b

b

) 1

+ Cèt thÐp ®−îc gia c«ng nguéi( kÐo ;dËp): kÐo c¸c CT víi

¦S v−ît qu¸ giíi h¹n ch¶y

- Mọi loại CT đều có:

+ Giai đoạn biến dạng đàn hồi

+ Giai đoạn biến dạng dẻo

- Thép cường độ thấp có vùng biến dạng dẻo lớn hơn

- Giới hạn bền (σGiới hạn bền (σBB) Lấy bằng ƯS lớn nhất mà mẫu chịu được trước khi bị kéo đứt;) Lấy bằng ƯS lớn nhất mà mẫu chịu được trước khi bị kéo đứt;

- Giới hạn đàn hồi (σel) Lấy bằng ƯS ở cuối giai đoạn đàn hồi;

- Giới hạn chảy (σạ y ( yy) Lấy bằng giá trị ƯS ở đầu giai đoạn chảy.) y g g ị g ạ y

CT dẻo và CT rắn:

CT dẻo: Có thềm chảy rõ ràng hoặc có vùng biến dạng dẻo rộng ε *s = 15 ữ 25 %

CT3 ; CT5 (1,2,3,4 )

Cốt thép rắn: Có giới hạn chảy không rõ ràng và gần giới hạn bền, εs* = 5 ữ 10 %

Cốt thép qua gia công nguội và gia công nhiệt (5,6)

Cường độ của CT:

* Cường độ tiêu chuẩn (Giá trị tiêu chuẩn về cường độ

* Cường độ tiêu chuẩn (Giá trị tiêu chuẩn về cường độ)) R R (Mpa) (Mpa)

* Cường độ tiêu chuẩn (Giá trị tiêu chuẩn về cường độ

* Cường độ tiêu chuẩn (Giá trị tiêu chuẩn về cường độ) ) – – R R sn (Mpa)

Cường độ tiêu chuẩn của CT được lấy bằng giới hạn chảy( thực tế hoặc quy ước) với xác suất đảm bảo ≥ 95%

* Cường độ tính toán:

Cường độ chịu kéo tính toán Rs (MPa):

Cường độ chịu nén tính toán Rsc (MPa):

R s , R sc được cho trong PL5( giáo trình)

Mô đun đàn hồi của CT

Mô đun đàn hồi của CT : E: Ess(Mpa): (PL7)

b

b Một số tính chất khác của CT: Một số tính chất khác của CT: (SGK) (SGK)

3

3 Phân Phân nhóm nhóm CT CT::

Theo tiêu chuẩn Việt Nam: Theo tính chất cơ học TCVN 1651 – 1985 phân thành 4 nhóm

CI, CII, CIII, CIV có các đặc tr−ng trong bảng:

ĐĐ5 5 Bê tông cốt thép Bê tông cốt thép

1

1 Lực Lực dính dính giữa giữa BT BT và và CT CT

Là nhân tố cơ bản đảm bảo sự làm việc chung giữa BT và CT Nhờ nó ứng lực có thể

truyền qua lại giữa BT và CT, đồng thời làm cho chúng cùng nhau biến dạng

t uyề qua ạ g ữa và C , đồ g t ờ à c o c ú g cù g au b ế dạ g

a

a Các nhân tố tạo nên lực dính (3 nhân tố): Các nhân tố tạo nên lực dính (3 nhân tố):

- Khi BT đông cứng nó ôm chặt lấy CT ;

Do keo i măng có tác d ng gắn chặt CT ới BT

- Do keo xi măng có tác dụng gắn chặt CT với BT

- Do bề mặt CT gồ ghề (Cốt có gờ lực dính gấp 2-3 lần cốt tròn trơn => cốt tròn trơn phảiuốn mỏ)

b

b Thí nghiệm xác định lực dính: Thí nghiệm xác định lực dính:

Xác định đoạn neo l an

s s

+

=+

=

1

;1

0 0

E

n = ;µ =( )

b

b ƯS do ngoại lực: ƯS do ngoại lực:

Xét t ờ h đ iả là th h BT hị é (h ké )

Xét trường hợp đơn giản là thanh BT chịu nén (hay kéo):

- Khi BT chưa nứt: BT cùng chịu lực với CT nên biến dạng như n hau

- Khi BT nứt: Với thanh chịu kéo, sau khi BT nứt phần lực kéo do BT chịu được truyền sang cho CT Lúc đó CT chịu toàn bộ lực kéo.

Tương tự như sự co ngót biến dạng từ biến gây ƯS nén

trong CT và Ư S kéo trong BT kết quả làm

CÊu kiÖn chÞu kÐo : Ph¸ ho¹i khi σs > R s

CÊu kiÖn chÞu nÐn : Ph¸ ho¹i khi σb > R b

CÊu kiÖn chÞu uèn : Ph¸ ho¹i khi

s

s > R σ > R

Sù h− háng hoÆc ph¸ ho¹i do biÕn d¹ng c−ìng bøc

Sù h− háng do t¸c dông cña m«i tr−êng

+ Đảm bảo chiêù dày lớp BT bảo vệ ;

+ Đầm đúng kỹ thuật đảm bảo cho BT đặc chắc.

Ch Chươ ương 3 ng 3 g

Nguyªn lý tÝnh to¸n

vµ cÊu t¹o

Đ11 Nguyên Nguyên lý lý chung chung::

1

1 Quan Quan hệ hệ gi giữ ữa a kiến kiến trúc trúc và và kết kết cấu cấu::

Có mối quan hệ mật thiết, không thể tách rời nhau.Vì lẽ:

Hình khối và không gian kiến trúc được hình thành từ một hệ kết cấu ví dụ:

- Hình khối và không gian kiến trúc được hình thành từ một hệ kết cấu, ví dụ:

- Phương án kết cấu phải đáp ứng tốt yêu cầu chịu lực, phù hợp với kiến trúc

- Phương án kiến trúc khả thi phải chứa đựng nội dung cơ bản của phương án kết cấu khả thi

2 Tính khả thi của phương án thiết kế:

- Thoả mãn các y/c KT, bền vững, phòng cháy, thi công được trong điều kiện KT cho phép

- Kết cấu phải đáp ứng được yêu cầu về hình khối và không gian kiến trúc;

- Sơ đồ kết cấu phải rõ ràng, phản ánh đúng sự làm việc thực tế của kết cấu;

- Vật liệu làm kết cấu phải được chọn căn cứ vào điều kiện thực tế, yêu cầu của công trình;

- Phải được tính toán với mọi tải trọng, tác động, mọi giai đoạn: Chế tạo, vận chuyển,

cẩu lắp, sử dụng và sửa chữa;

- Phương án phải phù hợp với khả năng thiết bị kỹ thuật cho phép.Phương án phải phù hợp với khả năng thiết bị kỹ thuật cho phép

Về kinh tế:

- Giá thành rẻ;

Thi ô th ậ lợi tiế độ h h

- Thi công thuận lợi, tiến độ nhanh

2

2 Nội Nội dung dung và và các các bước bước thiết thiết kế kế kết kết cấu cấu BTCT BTCT:: Tính Tính toán toán

Cấu Cấu tạo tạo Cấu Cấu tạo tạo

9 Xác định nội lực do từng phương án tải trọng và tổ hợp nội lực;

9 Tính toán tiết diện: Xác định kích thước tiết diện, diện tích cốt thép và bố trí cốt thép

9 Chọn giải pháp bảo vệ kết cấuC ọ g p p ệ

3 Tải trọng, tác động ((TCVN 2737 TCVN 2737 1995) 1995)

Các

Các loại loại tải tải trọng trọng::

Theo tính chất (3 loại):

‰ Tải trọng thường xuyên (Tĩnh tải): Tác dụng không thay đổi trong quá trình sử dụng

kết cấu, (trọng lượng bản thân kết cấu, các tường ngăn cố định v.v )

‰ Tải trọng tạm thời (Hoạt tải): Có thể thay đổi về điểm đặt, trị số, phương, chiều tác dụng,

(tải trọng của người, đồ đạc, tải trọng do cầu trục, gió, xe cộ v.v )

‰ Tải trọng đặc biệt: ít khi xảy ra (nổ động đất v v )

‰ Tải trọng đặc biệt: ít khi xảy ra, (nổ, động đất v.v )

Theo phương, chiều(2 loại):

‰ Tải trọng thẳng đứng: Tác dụng theo phương thẳng đứng, (trọng lượng bản thân kết cấu;

người; đồ đạc v.v )

‰ Tải trọng nằm ngang: Tác dụng theo phương nằm ngang, (như gió, lực hãm của xe cộ v.v )

Theo thời gian tác dụng(2 loại):

‰ Tải trọng tác dụng dài hạn (Tải trọng dài hạn): Tải trọng thường xuyên và một phần

của tải trọng tạm thời (Trọng lượng thiết bị, vật liệu…).ọ g ạ ( ọ g ợ g ị, ậ ệ )

‰ Tải trọng tác dụng ngắn hạn (Tải trọng ngắn hạn): Gồm phần còn lại của tải trọng tạm

thời (Người đi lại, gió, xe, cộ…).

ố Theo trị số(2 loại):

‰ Tải trọng tiêu chuẩn (P c ) lấy bằng giá trị thường gặp trong quá trình sử dụng công trình