giáo trình kết cấu gạch đá

Sự làm việc của viên gạch trong khối xây: Viên gạch chịu uốn và chịu cắt: Do tính không đồng nhất của vữa Chỗ cứng, chỗ mềm do vữa trộn không đều, do các lớpvữa rải không đều, do co ngót

Kêút cấu Gaûch đaï 1

Chương 1

- 8000 năm về trước đã dùng gạch không nung

- 5000∼6000 năm trước đã dùng đá có gia công [1]

- 3000 năm trước đã dùng gạch nung [1]

Trung Quốc là nơi dùng gạch đá lâu đời trên thế giới

Ấn Độ, Thái Lan, Campuchia [2]

Ai Cập, Hy Lạp, Ý [3], nhất là ở Pháp [4]

Ở nước ta nhiều công trình gạch đá to, đẹp nhưng phần lớn đã bị phá hủy, chỉ còn lạinhững di tích: Thành Tây Đô (thời nhà Hồ năm 1397), tháp Bình Sơn (thời nhà Trần), cácthành lũy như thành Hà Nội, thành Vinh, thành Đồng Hới Các chùa chiền (chùa Cổ Lễ, chùa Thiên Mụ ), khu di tích Mỹ Sơn, nhiều tháp Chàm ở miền Trung [2]

Là loại vật liệu được sử dụng phổ biến nhưng về mặt tính toán thì trong một thời gian dài không được nghiên cứu Nguyên nhân của sự chậm trể này là do chưa nắm được các tính chất cơ học của khối xây

2 ƯU NHƯỢC ĐIỂM:

2.1 Ưu điểm

- Có độ cứng lớn, độ bền tương đối cao.

- Chống cháy tốt, chi phí bảo dưỡng và tu sửa ít.

- Dùng vật liệu địa phương, sẵn có, rẻ

- Tiết kiệm thép, xi măng so với BTCT, không cần ván khuôn, thiết bị thi công đơn giản.

- Cách nhiệt, cách âm tốt.

PHẦN KẾT CẤU GẠCH ĐÁ

Chương 1

2.2 Nhược điểm:

- Trọng lượng bản thân lớn, khối lượng vận chuyển nhiều.

III PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN:

- Nghiên cứu vật liệu nhẹ để giảm trọng lượng (Trong nhà dân dụng trọng lượng của gạchđá chiếm 60∼70%) dùng vật liệu thải của công nghiệp: xỉ,

- Công tác xây lắp nặng nề, khó cơ giới hóa, tiến độ thi công chậm.

- Có cường độ không cao, lực dính kết kém nên chịu kéo, chịu cắt, chịu tải trọng động kém, dễ nứt.

- Ảnh hưởng đất nông nghiệp

- Dùng gạch có cường độ cao, gạch bê tông nhẹ, gạch rung

- Dùng phương pháp lắp ghép tấm lớn, tảng lớn

- Dùng các kết cấu hợp lí: Tường rỗng, mái vòm, vỏ, gạch đá có cốt thép

2 ƯU NHƯỢC ĐIỂM:

2.1 Ưu điểm

- Có độ cứng lớn, độ bền tương đối cao.

- Chống cháy tốt, chi phí bảo dưỡng và tu sửa ít.

- Dùng vật liệu địa phương, sẵn có, rẻ

- Tiết kiệm thép, xi măng so với BTCT, không cần ván khuôn, thiết bị thi công đơn giản.

- Cách nhiệt, cách âm tốt.

Hình dáng viên gạch:

Gạch đất sét nung thường có kích thước:

Chương 2

Đá: Bao gồm đá quy cách (đá chẻ) và đá không quy cách (đá hộc)

Gạch không nung: gạch xi măng, gạch đất đồi không nung

Quy phạm Nga:

- Số hiệu cao: 1000, 800, 600, 500, 400, 300.

- Trung bình: 200, 150, 125, 100, 75.

- Thấp: 50, 35, 25, 10, 7, 4

Kêút cấu Gaûch đaï 3

Chương 2

First P1 P2 Last

(Cường độ chịu kéo rất nhỏ: 5-10% cường độ chịu nén.)

Tác dụng của vữa:

- Liên kết gạch thành một khối, truyền lực từ viên gạch này sang viên gạch khác

- Lấp kín khe hở, chống ẩm, cách nhiệt, cách âm,v.v

Yêu cầu đối với vữa:

- Đảm bảo cường độ theo thiết kế, ít biến dạng.

- Tính linh động cao, có độ sệt cần thiết: dẻo, không phân tầng khi vận

chuyển; dễ rải vữa thành các lớp đều và đặc, mạch vữa có thể định dạng không

bị trồi ra ngoài.

- Có khả năng giữ nước tốt, không mất nước khi xây

Đối với gạch đất sét nung ép dẻo:

+ Vữa hỗn hợp: Xi măng + vôi + cát.

+Vữa vôi, vữa đất sét, vữa thạch cao (Không có xi măng)

- Phân loại theo trọng lượng:

+Vữa nặng: γ >=1500 kg/m3 + Vữa nhẹ: γ <1500 kg/m3

Cường độ của vữa có xi măng tăng dần theo thời gian ;

t 1) 28(a

Phân loại theo pp thi công :

- Khối xây gạch thường

- Khối xây gạch rung.

- Khối xây bằng blốc cỡ lớn

1 Phân loại khối xây:

Phân loại theo vật liệu:

- Khối xây gạch.

- Khối xây bằng blốc gạch

- Khối xây bằng blốc bê tông.

- Khối xây đá

Phân loại theo kết cấu :

- Khối xây đặc.

- Khối xây có lỗ rỗng.

- Khối xây không cốt thép.

- Khối xây có cốt thép

Chương 2

2 Sự phá hoại khối xây khi chịu nén:

Xét một khối xây chịu nén trung tâm từ lúc bắt đầu

chịu tải đến khi phá hoại:

Tăng tải trọng N, các vết nứt xuất hiện nhiều và mở

rộng, nối lại với nhau chia khối xây thành những cột

N nhỏ, trong khối xây chưa có vết nứt.

N tăng lên trong một số viên gạch xuất hiện khe nứt.

Gọi lực dọc gây nứt này là Nn.

(N n phụ thuộc vào cường độ gạch, vữa.)

1

N=N n N<N n

Kêút cấu Gaûch đaï 7

Chương 2

First P1 P2 Last

3 Sự làm việc của viên gạch trong khối xây:

Viên gạch chịu uốn và chịu cắt:

Do tính không đồng nhất của vữa (Chỗ cứng, chỗ mềm do vữa trộn không đều, do các lớpvữa rải không đều, do co ngót của vữa không đều ) Mà sự truyền lực lên viên gạchkhông đều, viên gạch như một dầm trên nền đàn hồi: chịu uốn, cắt

Viên gạch trong khối xây chịu lực rất phức tạp

Viên gạch chịu ép cục bô:

Do ứng suất tập trung ở những chỗ mạch đứng không lấp kín, viên gạch không tiếp xúcđều trên nền vữa: ⇒ Viên gạch bị gãy

Viên gạch chịu kéo:

Do biến dạng không đều của gạch và vữa Vữa biến dạng ngang nhiều, gạch biến dạngngang ít hơn nên vữa chịu nén gạch chịu kéo Gạch chịu kéo kém nên sớm bị phá hoại Nhiều thí nghiệm cho thấy cường độ của khối xây bé hơn nhiều so với gạch Chính vì viên gạch không phải bị phá hoại do nén mà vì nguyên nhân khác

Chương 2

4 Những nhân tố ảnh hưởng đến cường độ chịu nén:

Kích thước và hình dáng viên gạch:

Nếu tăng chiều cao viên gạch sẽ tăng khả năng chịu uốn của viên gạch, giảm số lượngmạch vữa nên giảm lực kéo, cường độ của khối xây tăng

Cường độ của gạch:

Trong khối xây thường cường độ của gạch lợi dụng khoảng 40-50% Cường độ khối xâytăng không kịp sự tăng cường độ của gạch, nếu cường độ gạch tăng 2 lần thì cường độkhối xây tăng 1,5-1,7 lần

Hình dáng viên gạch có quy cách, mạch vữa đều làm tăng cường độ xây, gạch cong vênhthì sự tập trung ứng suất và bị uốn làm giảm cường độ khối xây rõ rệt

Chiều cao viêngạch (mm) Cường độ khốixây (kg/cm3)

Thí dụ: Sự phụ thuộc của cường

độ khối xây vào chiều cao viên

gạch như sau:

(mác gạch 100, vữa 25)

Thí dụ: Số hiệu gạch 100, vữa 25

(Cường độ khối xây đá hộc thấp vì sự

truyền lực không đều, liên kết ngang

Tính đàn hồi dẻo của vữa sau khi khô cứng:

Vữa có biến dạng ngang nhiều sẽ làm cho gạch bị kéo nhiều, cường độ khối xây giảm

Tính linh động của vữa:

Tính linh động của vữa ảnh hưởng nhiều đến chất lượng xây Vữa kém linh động chocường độ khối xây thấp

Cường độ vữa:

Cường độ vữa ảnh hưởng đến cường độ khối xây

không nhiều Cường độ khối xây có thể cao hơn

cường độ của vữa

Tăng Rv thì ban đầu RKX tăng nhanh nhưng về sau

tăng chậm dần Do đó không nên dùng vữa số hiệu

RKX

102030

Tuổi khối xây:

Tuổi khối xây tăng, cường độ vữa tăng ⇒ Cường độ khối xây tăng,

Chiều dày mạch vữa:

Chiều dày mạch vữa liên quan đến lực kéo trong viên gạch và sự truyền lực thẳng đứng Chiều dày tốt là: 10-12mm

Kiểu xây:

Các kiểu xây đều cho R tương tự nếu có đủ lớp gạch giằng để khối xây khỏi tạo thành ra

những cột nhỏ Nếu giảm số gạch giằng 1,5-2 lần thì R giảm 10-20%.

2 Giới hạn cường độ của khối xây gạch rung được tăng lên 1,75 R0 khối xây thường

5 Giới hạn cường độ chịu nén của khối xây:

2R

R b

a 1

.

g V

Trong đó: R0: Giới hạn cường độ chịu nén của khối xây

Rg: - - - gạch (kg/m3)

Rv: - - - vữa

A: Hệ số kết cấu, được xác định theo công thức: ;

nR 100m

R 100

a, b, m, n: tra theo bảng (Dạng khối xây)

Hệ số η dùng để xác định cường độ khối xây có số hiệu vữa thấp

Đối với khối xây gạch và đá có quy cách: R0 = 0,04 Rg η0=0,75

Đối với khối xây bằng đá hộc: R0 = 0,08 Rg; η0=0,25

Khi: Rv≥Ro→ lấy η=1

Rv< R0→ thì η tính theo: ;

2

) 3

(

0

0 0

0

V

VR

R

R R

+

− +

η

Kêút cấu Gaûch đaï

Chương 2

First P1 P2 Last

b Cường độ chịu kéo dọc trục:

5 Lực dính giữa vữa và gạch - Cường độ khối xây chịu kéo, cắt:

a Lực dính: Lực dính phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Cường độ và độ co ngót của vữa

- Độ sạch của mặt gạch

- Tốc độ hút nước của gạch (độ ẩm của gạch khi xây)

- Điều kiện khô cứng của vữa (Điều kiện dưỡng hộ W, t0)

- Hàm lượng tạp chất trong gạch và vữa

Lực dính pháp tuyến (Kéo đứt): ;

50 1

1 6 , 3

VR

1 2 , 7

VR

T

+

=

Kéo khối xây trên tiết diện không giằng:

Xảy ra khi lực kéo ⊥ với mạch vữa ngang, vết nứt phá hoại

có thể theo:

N

N

- Mặt cắt tiếp xúc giữa vữa và gạch (1)

- Mặt cắt qua mạch vữa (2)

- Mặt cắt qua các viên gạch đá (3)

- Phá hoại qua 2 hay 3 trường hợp trên (4)

Rk c=S

Rk c=Rkg

Chương 2

- Tiết diện đi qua mạch vữa đứng và các viên gạch (a)

- Theo tiết diện cài răng lược (b)

Bỏ qua sự tham gia chịu kéo của mạch vữa đứng:

Trường hợp (b), (c): ;

d

C

T

Rk C b =

Trên tiết diện không giằng: Rkc

u= 1,5Rkc

c Cường độ chịu kéo khi uốn:

Trên tiết diện giằng: Rkc

Kéo khối xây trên tiết diện giằng: Xảy ra khi lực kéo song song mặt cắt ngang

Khối xây có thể bị phá hoại theo các tiết diện :

c a

b

N N

a b

C

Kêút cấu Gaûch đaï

Chương 2

First P1 P2 Last

Khi lực cắt // mạch vữa ngang: Rcc = T+f.σ0

f: hệ số ma sát =0,3-0,7 tùy thuộc loại khối xây

σ0: Ứng suất nén do lực nén dọc gây ra

e Cường độ chịu nén cục bộ:

F sẽ lấy theo quy định trong phần CK chịu

nén cục bộ

;

F

F 3 cb

C C

7 Biến dạng của khối xây:

Khối xây gạch là vật liệu đàn hồi dẻo Biến dạng của nó phụ thuộc vào thời gian và tốc độ tác dụng tải trọng lên khối xây.

Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của khối xây khi

chịu nén dưới tác dụng của tải trọng ngắn hạn có thể

xác định theo công thức của Onhisik:

; 1

1

0

0

0 0

σ α

R

d R

a Biến dạng dưới tải trọng tác dụng ngắn:

2

α0

σ

3 1

α1

ασ

Chương 2

7 Biến dạng của khối xây:

Trong đó:

- ε : Biến dạng tương đối khi nén của khối xây dưới tác dụng tải trọng tạm thời

ε =ε dh+ε d1 ε dh: Biến dạng đàn hồi của khối xây

ε d1: Biến dạng dẻo xuất hiện dưới tác dụng tải trọng ngắn hạn

σ: Ứng suất nén ứng với biến dạng tính toán

R0: Cường độ giới hạn của khối xây theo công thức Onhisik

α: Đặc trưng đàn hồi của khối xây lấy theo bảng phụ thuộc loại khối xây & số hiệu vữa

µ, k: Hệ số đặc trưng cho tính dẻo của khối xây

a Biến dạng dưới tải trọng tác dụng ngắn: 2

α0

σ

3 1

α1

ασ

; 1

1

0

0

0 0

σ α

R

d R

Để đơn giản tính toán có thể lấy k=1, µ=1,1, α0=α: lấy trong bảng

Khi đó:

; 1

, 1 1

1 ln

1 , 1

ε

Kêút cấu Gaûch đaï

Chương 2

First P1 P2 Last

b Môđun đàn hồi và Môđun biến dạng của khối xây:

Môđun đàn hồi hay Môđun biến dạng ban đầu của khối xây: (Ứng với ứng suất

nhỏ σ< =1,3R0) E0 = α.R0; (= tgα0)

1 , 1

1

0 0

1 = = ⎜⎜ ⎝ ⎛ − ⎟⎟ ⎠ ⎞

=

R

E d

dx tg

ε α

Môđun biến dạng trung bình (Cát tuyến) E: ;

ε

α

α =

= tg E

Loại khối xây

Đặc trưng đàn hồi của khối xây α

Đặc trưng đàn hồi của khối xây α ứng với số hiệu vữa

Khối xây bằng gạch gốm, gạch đất

sét nung nén dẻo thường & có lỗ

rỗng v.v

200350

500750

1000

Có thể xác định theo các công thức gần đúng sau:

;

2

1

3

2

0 0

;

5 , 1

1 2 ,

1 3

2

0 0

>

R

E E

R

Chương 2

8 Các đặc trưng tính toán và tiêu chuẩn của khối xây:

Cường độ tiêu chuẩn: Cường độ tiêu chuẩn là cường độ giới hạn trung bình

khi thí nghiệm nhiều mẫu thử trong điều kiện phổ thông của xây dựng Rc=R0: Tức là có thể tính theo công thức của Onhisik

Cường độ tính toán: Có xét đến tính không đồng chất của vật liệu bằng cách

nhân với hệ số đồng chất k

Khối xây gạch chịu nén và uốn có hệ số đồng chất là k=0,5

Khối xây gạch chịu kéo, cắt và ứng suất kéo chính k=0,45

Hệ số điều kiện làm việc của khối xây: mk

Khi kiểm tra cường độ của cột, mảng tường có diện tích TD ngang < = 0,3m2: mk=0,8

Khi kiểm tra cường độ chịu nén của kết cấu trong nhà chưa hoàn thành mk=1,25

Khi tính toán kết cấu chịu tải trọng đặt vào sau khi khối xây đã khô cứng (Hơn 1 năm) hay tải trọng động đất thì: Chịu kéo, chịu nén mk=1,1

Chịu kéo, uốn, cắt với vữa xây hỗn hợp Xi măng + Vôi + mk=1,2.Chịu kéo, uốn, cắt với vữa xây hỗn hợp XM + Đất sét + mk=1,1

Khi tính khối xây không có cốt thép bằng gạch thường m =0,6

R kg/cm2 ứng với số hiệu vữa

Số hiệu

100755035

653,52,5

8654

9764,5

10976

131197

1513108

1714119

1815

Kêút cấu Gaûch đaï

Chương 2

First P1 P2 Last

Môđun biến dạng & biến dạng trong tính toán:

- Môđun biến dạng:

Khi tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn về cường độ của khối xây, tính mỏi trong thanh kéo của vòm gạch, trong những lớp chịu nén của tiết diện tổ hợp, xác định nội lực do nhiệt độ, tính ứng suất trong khối xây dưới dầm tường, bản đệm sàn : E = 0,5E0

Khi xác định biến dạng của khối xây do lực ngang và lực dọc, chu kì dao động, độ cứng của kết cấu, tính nội lực trong hệ siêu tĩnh mà cấu kiện bằng khối xây cùng làm việc với những cấu kiện làm bằng vật liệu khác: E = 0,8E0

- Biến dạng tương đối giới hạn:

Biến dạng tương đối khi nén mà ứng suất σ không vượt quá cường độ tính toán, tải trọng tác dụng dài hạn, bao gồm cả biến dạng từ biền và biến dạng tạm thời được xác định theo công thức:

Trong đó: η=2,2 đối với khối xây bằng đất sét nén dẻo, nén khô và bằng gạch gốm

η=2,8 đối với khối xây BT tảng lớn hay được làm bằng BTnặng

Chương 3

1 NĨN ÚNG TĐM:

R: Cường độ chịu ép tính toán của khối xây

F: Diện tích tiết diện ngang của cấu kiện

N: Lực dọc do tải trọng tính toán gây ra

ϕ: Hệ số uốn dọc, phụ thuộc λ và đặc trưng đàn hồi của khối xây α

a Công thức cơ bản: N mdh.R.F

1 Cấu kiện chịu nén trung tâm:

Ndh: Lực dọc do tải trọng dài hạn gây nên

η: Hệ số phụ thuộc (λb=l0/b) hay (λr=l0/r) và loại gạch

b, r : cạnh bé, bán kính quán tính của tiết diện;

b Hệ số ảnh hưởng của tải trọng dài hạn: ;

N

N 1

mdh = − dh

Ứng với α và l0/r có một giá trị ϕ xác định

Do đó có thể tra bảng ϕ phụ thuộc α và l0/r

ϕ

H

0,7H 0,3H N

ϕ

ϕ =1, m dh =1

TÍNH TOÁN CẤU KIỆN GẠCH ĐÁ KHÔNG CỐT THÉP

lm=H/ l >=0,5

Loại khối xây

Đặc trưng đàn hồi của khối xây α

Đặc trưng đàn hồi của khối xây α ứng với số hiệu vữa

Khối xây bằng gạch gốm, gạch đất

sét nung nén dẻo thường & có lỗ

rỗng v.v

200350

500750

1000

e0: Độ lệch tâm của lực dọc.

y: Khoảng cách từ trọng tâm TD đến mép chịu nén nhiều

- Trường hợp lệch tâm nhiều : e0 > 0,45y

- Trường hợp lệch tâm quá nhiều :

e0 ≥ 0,7y Đối với tổ hợp cơ bản.

e0 ≥ 0,8y Đối với tổ hợp bổ sung

2 Cấu kiện chịu nén lệch tâm:

Np

e0

h y

Kêút cấu Gaûch đaï 4

Chương 3

First P1 P2 P3 P4 Last

Để đảm bảo an toàn cần hạn chế độ lệch tâm:

e0 ≥ 0,9yđối với tổ hợp cơ bản.

e0 ≥ 0,95y đối với tổ hợp bổ sung.

Khi chiều dày tường ≤ 25cm:

e0 ≥ 0,8yđối với tổ hợp cơ bản.

e0 ≥ 0,85y đối với tổ hợp bổ sung.

Ngoài ra e0 không quá e0max cho như sau:

≤ 25cm > 25cmTổ hợp cơ bản 0.8y 0.9yTổ hợp phụ 0.85y 0.95y

Tổ hợptải trọng

e0max khi tường là: Khi chiều dày tường ≤ 25cm cần xét

đến độ lệch tâm ngẫu nhiên:

e0’ = 2cm với tường chịu lực;

e0’ = 1cm với tường ngăn, bao che;

Trong mọi trường hợp từ điểm đặt lực N đến mép tiết diện không bé hơn 2cm:

y - e0 ≥ 2cm;

Ngoài yêu cầu tính toán khả năng chịu lực, khi độ lệch tâm e0 ≥ 0,7y còn cần phải kiểm tra về nứt

y h

e 1

.F R N

0

c P

=

; m y h

e 1

.F R

.F R

- Trường hợp lệch tâm nhiều cấu kiện có 2 vùng nén kéo rõ rệt.

- Không kể đến khả năng chịu kéo của khối xây ở vùng kéo.

- Xem biểu đồ ứng suất trong vùng nén là hình chữ nhật

Từ đó kết luận rằng N phải đặt ở trung tâm vùng nén

và có thể coi nén lệch tâm trong trường hợp này là nén

trung tâm của cấu kiện với tiết diện bằng diện tích vùng

nén Fn

Cường độ chịu nén trong vùng nén: Được xem như là

khối xây chịu nén cục bộ:

; 3

n

cb

F

F R

R = (F n : Diện tích vùng chịu nén)

Điều kiện cường độ:

Khả năng chịu nén cục bộ: Np= Rcb Fn

Điều kiện cường độ: N 1 Rcb Fn.mdh

∗Trường hợp tiết diện hình chữ nhật

Fn = b.x = b.(h - 2 e0)

; 2.e h

e 2

h 2.

y

a 1 b

b 1

h-y

Khi e’ ≤ 0,5 a0 thì x= e’

; ) a (e' )

a

(2e' b

y a 1 b

b 1 h-y