Kết cấu bê tông cốt thép phần 1 cấu kiện cơ bản

Biển dạng ứng với lúc ứng suất trong bê tông được kiềm chế đạt đến giá tị cường độ Biển dạng cực hạn của bê tông khi chịu nén Biển dang gây nứt trong bê tông khi chịu kéo Từ biến Điển đ

TS Ngô Đăng Quang (Chủ biên)

T§ Nguyễn Duy Tiến

KẾT CẤU BÊ TÔNG

LOT NOI BAU :

“Cuốn sách Kết cấu bể rồng cốt tháp này được biên soạn đành sinh viên các chuyên,

gành xây dụng đá iệ là xy dung git hơng và xây dựng dân dụng, Trong quá tinh n sộm, các tác già đã cổ găng mơ tà sự làm việc của các kết cầu bề tơng cũng nhự

lo tien túc 0/& vi shcc lạc ke ty Go hoe Thy tome Kew toe

kết câu bê tơng là khoa học thực nghiệm nên việc tính tốn và thiết kế kết cấu bê tơng

đơi hồi phải sử dụng cả các kết quả thí nghiệm, các cơng thức thực nghiệm cũng như

ác quy định và khuyến nghĩ của các Tiêu chuẩn thiết kế Các tiêu chuẩn được sử dụng

cĩ tính chất ví dụ trong tai liệu này là Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 của Bộ

‘Gino thơng vận tải cũng như Tiêu chuẩn thiết kế kết cầu bê tơng ACI 318-05 cia Vign TS ting Hoa Kỷ, Để so sánh, một số chỗ trong tài liệu cũng tham khảo cả các tiêu chuẩn khúc như Euro Code, TCXDVN 356-2005, A ASHTO LRFD, v

Cuốn sách này bao gồm 10 chương, giới thiệu một số vẫn đề cơ bản nhất trong,

việc tính tốn va thiết kế các cấu kiện bê tơng và bê tơng cốt thép theo trạng thải giới

hạn cường độ và một số khía cạnh liên quan đến trang thái giới hạ sử đụng

Chương 1 giới thiệu các vấn để tổng quan vẻ kết cấu bê tơng và kết cầu bẽ tơng, cốt thép cũng như các phương pháp tính tốn và thiết kế chúng

Churong 2 tập trung về tính chất cơ bản của các vật liệu được sử đụng trong kết

cu bE tong va be tong tthe

“Chương 3 trình bảy nguyên lý thiết kế kết ấu bê tơng cốt thep theo cc trang thai giới hạn

CCác chương 4, 5, 6 và 7 lần lượt trình bảy cách tính tốn ứng xử và tiết kế theo

trạng thái giới hạn cường độ các cấu kiện bê tơng cốt thép ở các trạng thái chịu lực cơ bản như chịu uốn, chịu cật, chịu xodn và chịu nén uồn kết hợp

“Chương 8 giới thiệu cách tính tốn và thiết kế cấu kiện bê tơng cốt thép trong

trạng thái giới hạn sử dụng

“Chương 9 được dành cho việc thiết kế các khu vực khơng liên tục tong các kết

cấu bê tơng cốt thép

“Chương 10 giới thiệu các nguyên lý thiết kế cấu tạo trong các kết cấu bể tơng cốt thép,

Một số phần được in chữ nhỏ dành để tinh bay vĩ đụ và các nội dung dé cho sinh

viên đọc tham khảo

Việc biển soạn tà liệu được thực hiện theo sự phân công giữa các tác gi

-TS Nguyễn Duy Tiền: Viết chương 3 và một phần của chương 8,

‘TS Ngô Đăng Quang: Viết các chương còn lại và chịu trách nhiệm chung,

„ Trong quá trình biên soạn, các tác giả đã nhận được sự giúp đỡ quỷ báu cả về tỉnh

thần cũng như công sức của các tập thể Bộ môn Kết cầu xây dựng, Bộ môn Kết cầu và đạc biệt là của các thầy giáo có kinh nghiệm trong lĩnh vực kết cầu bê tông như PGS

‘TS Téng Trần Tùng, GS TS Nguyễn Viết Trung, GS TS Phạm Duy Hữu Các tác giả xin bay tô sự cám ơn chân thành và sâu sắc đối với những giúp đỡ quý báu đó

“Mặc dù đã áp dụng cho giảng day và rút kinh nghiệh trong một thời gian khá dài

và tắt cổ gắng trong quá trình biên soạn nhưng các tác giả cũng chắc chắn răng, tài liệu nay vẫn còn có nhiều sai sót Các tác giả rắt mong nhận được các Ý kiến phản hồi ừ độc giả đề có thể hiệu chỉnh và hoàn thiện đần tài liệu này

MUC LUC

MỤC LỤC

HE THONG KY HIEU

CHUONG1 TONG QUAN VE KET CAU BE TONG

LL CACKHAINIEMCOBAN Ld Rétodu bang

112 Bêtông ode hep

112 Phan ogi kết cẩu bê tổng cắt tip

Hài Phi oa theo trạng tái ứng sát Pia oa the phương

pháp thị công 1.14 Lầu nhược điểm và phạm viáp dụng của kết cấu bê tông

1115 Các dong Kết cấu bê tông điển hình dùng ong công tình xây dựng

21 BETONG 21 Thanh phn cia be cing

2L2 Đặc tinh của bê tông non

“Công độ chịu nên đặc trưng của bế tông,

“Cưởng độ chịu kếo của bé tổng

Sy lim việc ủa bề tông khi chịu ến một trọ các nh lột vịt iu của bề lồng

MO dun din Bi ca bê tổng

Sự làm việc của bề tổng khi hịu kéo

XS làm việc của b tông khi chị ti ong tp -Ảnh hướng cl ắc độ chắ ti dẫn cờngđộ của bề tông

Từ biển của bê ông

‘Vi dy ia to ids Conger cia be tng

‘Cae tge tinh hie cin tg Khi lượng bể ch của bê tông 3y in tiệc của bề tông khi chịu ứng su nhu chiều cáp bê tông Cp a9

“

s

56 ss

2452 Mie betting 2153 Clo béving

22 CÔTTHEP 221 Céeloai cde tip

222 Quan h ing sudt—bién dong ct ci thắp

22.3 Các đặc mg mỗi củacố Dép

23 BÊTÔNGCÓTTHÊP 231 Siedinh bim gia b tng vi od hep

2341 2331.2 Chey bdnh hung an ve inh Baw Katine

232 Sictham ga lim vie cia bé tang giữa cức vi nứt

2.33 Motsb vd cv ub to cia Mi cub ting ot ship

24 CAUHOIONTAPVABAITAP

GUVONGS — COSO THIET KE KET CAU BE TONG COT THER 31 GIỚITHIỆU

32 TONG QUAN VEMOTSO PHUONG PHAP THIET KE

‘321 Thiérkd theo ing such cho phép

322 Thidt kd theo he sd tt trong vase hing

223 Ce wang JA Kinin thai sbi hon vé dan tin

3341 Phin bb tng kev git ng Bink (Mean Vue)

3342 Độệhduln(SasdudDeieio)

3343 Ms mit sae ue Probity Density Puneon)

33.44 Hesbap ifn (Bias Fact)

3345 He sb didn (Concent Vato)

2046 Xaesul pa tot Procabity of Fale)

3347 chisbaan oe (Satay Iden)

3348 ich din is culms vt tone

34 GIOLTHIEUTIEU BAT Gibi hea chung CHUAN THIET KE CAU 22 TON272-05

B42 Ngupén the co bin

343 Cle trang 343.1 Traneth th gti hon por han v8 eve dd

3432 Trangia 343.3 Trani it in why vd a dine

3434 Trang i6 bon dic bie

BAA Ta wong vie hp trong 3AAL Talon

2442 Hesbutiuongadd nop tone

BAS Tromgthd im ie cia liệu ki cấu

s6

34.6 Negupin tet cin se phn bd lol men im trong câu di liên tục 103

43 SỰ LÀMVIỆCCỦA DÀMKHICHỊUUÔN ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED

43.2 Tĩnh toán xác định sự lềm việc củo đẫm chịu rắn thuần tư, us

4333, Giả đom— Giải đoạn bê ng vũng kéo đĩnữt bể tổng vồng né làm việc tong gai

4333 Gia dogn Cia don ga phi hoa, dim orang thd Gt han vb cwimg o) 126

434 Quan ht mo man — độ cong trong các giới đoạn làm vic của đẳm 1

44 _ TINH TOAN VA THIẾT KE MAT CAT DAM THEO TRANG THAI GIO! HAN VE

-44.3.— Xá định sức kháng vồn của mặt cắt hình chữ nh đạt cát thập đơn BỊ

444 Tinh déo dại của dâm và hòm lượng cốt thép chu kêotổi đã 133

446 Tinh toén dim chịu uẫn mặt cắt chữ nhật đại cái thép đơn 4461 SođÖ khôi 10 t0

4463 Vidy44—Tioh oán siekhẩng uỐncủndẫm chữ nhật đặ cả thập dom wa

447 Thidt ké mat edt lim chit nhatchiu win dot cd thép đơn 1s

448 Tinton vib hide kd mde ct dm chit nh da dt thép kép 448.1 Git higu tt ce den ch hed ct hep hep M9 “

4482 Phươngphápthh bán

(4483 VIdu46-Tnhioánnặtcả:dễm chữ wha cb hp kép

4484 THIUkỆ mục đằm chủ nhị đụ cẳthépkệp (4485 -—- VI4g47- THIẾU kỆ mạ cả đền chữ nhật đụ cỗ tháp kếp

44.9 Tink ton vas thik mat cit dim che Tv L

449.1 Giethitu chong

4492 Xtc jah Bt ring o higu ci bin cin in 4493 Tinhtosn ie ing win

4494 Vidy4f8—Tioh 4495 Thétkémeect ` adn sc Bh oT carat ct cn choT

45 CAUNOLONTAPVABAITAP

cHVONGS | THIET KE CHIU CAT

Si — GIỚITHIEU

52 SLAM VIECCUA CAUKIENCHIUCAT $2.1 Corséxic dha lam vide ac Kn chi ct

$22 _ Sie thing toa BEng 5221 Cheeang pol clu Kit chiv ct

$4.2 Mahinh cia Tie chun ACI 318.03

S33 Vid heh chia ct theo teu ehudn AC

S34 bith ring nin sia db S341 - G000

5342 Bitatita mong hich vba dang

622 Thanh think ming chi xin

63 SYLAMVIECCUACAU KIENCHIU XOAN

631 Selém sie chivxodn 632 Vic 6.1 Tinh todm đàm chusoẫn tt hi mit tte i mit

633 Seldm vie chtu sod sou hi nit

1633.1 NgilựedoxoÍngiy 6332 Chibi lop bong ham pach xo vdieo mương ác hànhphẫn cổuhép biện

6.54 Xodn wi win ding thot

64 THIET KECAU KIEN CHIU XOAN, CAT VA UON DONG THỜI 64⁄4 Ngôn tắc cắn tạo

4442 _ Thilskd chin on win v3 cbt ting thd theo Tiêu chuẩn ACI 318-05 642.1 Momen oko tin ttn

6422 ThidtkEchivxofn

643 Thi kế chịu soắn vốn và S431 MOmen xin ta on

6432 id han ich huge ms ct neane

6433 Tie beimep emi xan

6:44 Vidu 82 ~ The hé ot thập ngang cho dẫm chun, oft vd win kde hop

65 SUPHAN BO LAIMO MEN XOAN TRONG CAC KET CAU SIEU TINH

74.2 Che dae trong hình học và vi li

74.3 Chiều đài có Mệu và bản kinh quấn tinh T331 Hésbctidudi cS hie

7232 Phintigt Khang chen v mean va ag không chuyển vi nga

7333 Xâedinhhệsổ cindiicôhia 7334 Xâcdinhhệ số hiền diicóhiệubẳng bừng phương phẩpbiêu độ công thức Aih ngiệm

734 Vidu 7.1 ~Tink oán hệsổđÖ mảnh

74 BACDIEMCAUTAOCUACOT

741 Kich tte mat odt ngang 742 CẢ hipdpc

7421 Ham twp bt hp ib

7422 Hamiworgc hep doce

7423 Sb wong thank ebthép doc tide

743 Bb ri cde thip dai

15 NOUYENTAC TINH TOAN THIET KE COT

76 NGUYEN TACTHIETKECOT DAL

761 Thi KE cht dai xodn

7.62 Third cbt dat giing

7.7 TINHTOAN VA THIET KE COT NGAN, CHIU NEN DUNG TAM

771 Neuen de chorg

7.22 Sie baig cia cbt nin chu nn cng tm

2.73 Vy 3~ Tinh todn sức thông củo cột ned, mit ct ct nt, tdi ging

2.24 VI dụ713~Tỉnh oán sức không nón của cặt ngắn mặt cất tron, edt dai xodn

2223 Vidw 7.4— Thi kd cbt rin chị nên đăng tâm

đẳng tội leo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05

224 2s

78 TÍNHTOÁN VÀ THIET 781 hil mim vé im déo cia mat cit KE COTNGAN CHIUNEN LECH TAM

782 Cae phoma trnh cabin mtd lm vide ia ma ct

78.3 Phuong phip tinh oin

784 Vidu 73~Tiohtodn st Khdng ie ot chu min ch tim

78.5 Tinh on se ông của một cất cặ ong tường hợp tắng uất 751 Matciteho hit

1852 Madieon

786 Vid 7.6~Tinh1odn ate Wg mone erin

7.87 Phuong php adn in inhtoán ức khủng nón ia cron 788 Vidi 7.7 ~Tink toon ae Uhrg nén ea ot rin bing phaon pip Whiney

189 Biéu dé wom te P—M 7894 Xty mei buon te PM

7892 Diedimeta bila wngue Pm

79 TIKHTOAN 291 Tang quan vi cde pcg php in on VA THIET KE.COT MANH

192 7921 8 hing del enc cdecitrmngkhung php phing del mé men

cf ing ho Tits cul AC 3IE45

17922 ‘Sy phingdoimb ung hinges ho Tie ch AC 3IE05 men cho cect rong

7923, Su phng dl md me theo Tia chun 22 TON 27248

1924 On heincOtuone khang be oii

79,3 Vid inh ton ct rong Krung king 6 cain ingame 1931 vidv78

1933 viw79

794 idụ?10~ Tinh toôn cột mong khung có chayén vi ngong

210 CAUKIEN CHTUNEN VA UON Hal PHUONG

7401 Gibt chew chung

7102 Vlu7.11~Tinktodn cb chu nn wn theo ha phone

71 CAUHOLON TAP VA BAITAP

CHUONG 8 THIẾT KẺ KẾT CÁU TRONG TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỰNG BI GIỐITHIỆU

82 CÁCGIÁTHIẾTCOBẢN

#3 TÌNHTOẢNĐỘVỐNG S31 GIớidiệueheng

83.2 Tink ton dp cing ch vốn

833 Tin todn md men qui in a mit sé dang mat cb ph bin 4331 Meith mt och hep don

4332 Mateitche age at ebihep ep

un a2

sử

316 3

36.1 Vid 8.1 Tinh chet 6 ving ea dim giản đơn theo Tit chudn ACI 318-05

862 Vicky 8.2~ Tink aug dp wong ca dim cấu theo Ti chusin 22 TEN 272-05

8.7 TÍNHTOÁN VA HAN CHE BO MORONG VET NUT 821 Các loại vết mứt và nguyên nhận

S7 Che bt nado ea we

3712 Che vétnut dng do ciate

52.2 Baring 87.3 Quá mình hình chink vắt nức vée mie

8.73.1 Su ting mg suit ong cổtthếp và» phá ho in im ti vt mit tiên

3732 Khing ch gio ce wnt tong el kiệt Be ng et hep

8733 Khning cch gioa ct vit nit rong cdc chu kgm chi dy vong kéo ahd

8734 Vang nh nung eu et hp

B74 Tỉnh toàn 4 mở rộng vá mức

8.7.5 Tinh cyt dp md rong vét mie

88 COTTHEPTOI THIEU DE KHONG CHE NUT

$9 VIDUTINHTOAN DO MGRONG VET NUT

8.9.1 Vid 83~ Tinh todn theo Tiéu chuén ACI 318-05

8.9.2 Vidw 8.4— Tinh todn theo Tieu chuén 22 TCN 272-05

810 CAUHOION TAPVABAITAP

CHUONGS THIET Ké VUNG KHONG LIEN TUC

9.1 GIỚITHIÊU, 92 PHANTICH UNG XU TRUGC KHIBE TONG NUT

9.2.1 Phantich don hai

9.2.2 Piương pháp tương tự dầm cao để Hi kể thụ vực

93 PHAN TICH UNG XU SAU KHIBE TONG NUT

94 THIETKE THEO PHUONG PHAP SO BO HE THANH,

94.1 Gibi shu phos phip so 48 he thanh

9.42 Nay ding so dé thanh 9421 Nauytntic

9422 Trinhtychung

9423 Phuong phipphin chia kd lu thánh cá vững B vi ving D

9424 Cle phuong pip nly dmg sob tha

94.3 Tỉnh toán nội lực của các thanh ương sơ đổ hệ than

9.44 Thiết vàtinh duyệt kế cậu bằng phương pháp sơ đồ hệ thank

9441 Xie ch tue se ce it

9/443 ——- Xácđhhkích dude cba céc than nt

9443 Xie dn kch thud tanh kéo

94.5 V4v91~ Thiết vùng no bằng phương pháp SOHT

94.6 Ứng dụng phương pháp SĐT vong tịnh toôn chị cắt

94.7 Viáv 92— Thi Kế dầm tường (đầm cao) bằng phương pháp SDHT

33 M47

347

349 34p

102 LOPBETONG BAO VE

103 KHOANGCACH GIDA CACTHANH COT TEP

10.3.1 Khoéng edch di thiéu theophhưng ngong giêo các anh cổi tép

1032 Khoảng cáchtÖ¡4a theo phương ngong giã các hanh cổt thép

1033 Khoảng ich ti thd git cc lip ot thé

104 TRIENKHAICOTTHEP

10.4.1 Rh nim véchidw dln brat

104.2 Mat od thing ché it wi igen thal ebtahép

1043 Tr Bhat et chdp cha do thing qua lie dink bó387 1043.1 Chiều tin ica a9 cho che hab 2 nv 9 thép cc ko

10432 Cheb 6d inn end dl rn ha ho che haa cg gt tp of eh ke

10433 Chibi wda thai ch ce bs thant

10.44 -Vidv 10.1 Tinh tod chi đôi tiễn khai cho ct thập chịu lên

1045 Triểnkhaicẳnthép 104s! cleyomec ív áo có mốc vei hie bj neo

0452 Chiba wid a i ct thi mbc chi Ko

10453 YêeclugiingcRociuhepcômdcchiukeo

10454 Cle dng nena kh ke

10.46 —Trién thal ede thép chin nén

los NOICOTTHEP 103.1 Métndi ching

10514 Méinbiching chia to

105.12 Méinb ching chia nén

1052 Méinéi hin

105.3 Méinéi bing hit bf co Ahk

106 TRIENKHAI COT THEP DOC CHIU LON

1861 Bé tri cit thép doe

1062 Cit eit tip doc 10621 Gist tit chung

10622 Cie quy sinh vb cht van be hep

10623 Vidu 10.2~Tinh ton ct the chi ho cin dim

10624 - Uônsithfpdee

10.7 CẤUTẠOCỐT THÉPNGANGỞCẢNH VÀ BẦU DẦM

108 CÂUTẠOCÔTTHÉPCHỊUCÁTVẢXOÁN

1081 Lata chon vi bd tri cổnthếp chịu cắt TORI Cech di

10.82 Lara chon va bd tri ct ihép chu xodn

109 COTTHEPCHIUCONGOT VA NHIET DO

1010 MOTSO TRUONG HOP CAU TAO DAC BIET

10.101 Thdr kd edt whip cho dim cb edu roo ge bide

1010.2 Thiér ké cdr thép cho vai eo, cong-xen

1011 CAUHOION TAP VABALTAP

‘TAL LIEU THAM KHAO

Hệ số giãn nở nhiệt của bê tông,

Hệ số giãn nở nhiệt của thép

Hệ số sức kháng cắt của bê tông

Hệ số khối ứng suất

Khối lượng thể tích của bê tổng

Hệ số xét đến độ đặc của bê tông

Biến dạng của bể tông

Biển dạng ứng với lúc ứng suất trong bê tông đạt đến giá trị cường độ

Biển dạng ứng với lúc ứng suất trong bê tông được kiềm chế đạt đến giá tị cường độ

Biển dạng cực hạn của bê tông khi chịu nén

Biển dang gây nứt trong bê tông khi chịu kéo

Từ biến Điển đạng của bể tông do ứng suất

Biển dạng của bê tông đo nhiệt độ, Bién dang do co ngót

'Hàm lượng cốt thép chịu kéo

"Hàm lượng cốt thép chịu nén

an

e

4

"Hàm lượng cốt thép đọc Ham lượng cốt thép ngang

“Chiều cao khối ứng suất Chiều đủ chịu cất

(Chiều cao vũng bê l6qg chín nến

Chiều cao có hiệu của mặt cất (Khoảng cách từ mép chịu nén đến

trọng tâm cốt thép chịu kéo)

Khoảng cách từ mép chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén

Chiều cao chịu cắt, bằng khoảng cách giữa trọng tâm vùng nén đến trọng tâm vũng kéo

Mô đun đàn hồi

Mé đun đàn hồi của bê tông

Mô đun đàn hồi có hiệu, hiệu chỉnh của bê tông

Mô đun đàn hồi có hiệu của bê tông

(M6 dun din hi cit obt thép

Độ lệch tâm

Ứng suất

Ứng suắt trong bê tông ở thời điểm bắt đầu chất tải

Cường độ chịu nén một trục của bê tông

Cường độ chịu nén có kiềm chế của bê tông

Cuong độ chịu nén của bề tông khi chịu biến dạng nhiều trục

Cường độ kéo chảy của cốt thép

Cường độ kếo đứt của cốt thép

“Chiều cao của mặt cất dầm

Chiễu cao của cánh dằm

Chiều cao tối thiêu của mặt cất thoả mãn yêu cầu độ cứng

Mô men quán tính của mặt cắt

"Mô men quán tính của mặt cắt nguyên

.Mô men quán tính của mặt cắt đã nứt tính đổi

.Mồ men quán tính cỏ hiệu của mặt cắt

Hệ số xét đến ảnh hường của tỷ số thể tích/bÈ mặt của cầu kiện

'Hệ số cường độ

Chiều dải

Khoảng cách giữa các vất nứt

“Chiều đãi triển khai của cốt thép

“Chiều dài triển khai cơ sở của cốt thép

Mô men tên

Mô men gây nút

Is

Mô men tốn danh định

Mô men uốn tính toán (mô men uốn đã nhân hệ số)

"Mô men khing tính toân Lực đọc

Lực nén Hiệu ứng do tải trọng sinh ra Sức kháng

cHuonc1 TONG QUAN VE KET CAU BE

TONG

144 Kếtcấu bê tông

.Bê tảng là một loại đả nhân tạo được tạo thành từ việc đóng rắn hỗn hợp xỉ mãng

ngốc, cốt liệu mịn, cốt liệu thô (đá, sỏï) và có thể có cả phụ gia cũng như các chất độn hoạt tính Các loại bê tông thông thường có khả năng chịu nón rt lõn nhưng khả năng

chịu kéo lại rất nhỏ Cường độ chịu kéo của bê tông chỉ bằng khoảng 1/20 đến 1/10

sưỡng độ chịu nén củe nó, Cường độ chịu kéo của bê ông, bên cạnh giá tr thấp, lạ rất

thông ôn định Ngoài ra, biến dạng kéo của bề tông khỉ ứng suất đạt đến cường độ chịu

ke săng cổ giá tị ất nhỏ Vĩ những lý do này, khả n

hông được gia cường) trong kết cầu là khả hạn chế, VÌ đạ, một cấu kiện chịu tốn, dược lâm từ bê tông cổ cường độ chịu nén đến 35 MPa, sẽ bị nứt và phá hoại khi ứng suất kéo trong bề tổng ở thớ chịu kéo đạt khoảng 2 MPa Sự phá hoại này xây ra là đọ khả năng chịu kéo của bẽ tông đã bị khai thác hết mặc dù khả năng chịu nén của nó vẫn

rất dư thừa Việc sử dụng vật liệu như vậy là rất lãng phí Do đó, bê tông không được

gia cường chỉ được sử dụng rất hạn chế cho một số kết cầu chịu lực có dạng khối lớn như đập chắn nước, bệ móng, v.v à dạng kết cầu chịu nén là chủ yếu Ngay cả ở những, kết su nây, để hạn chế bề rộng của các vất nứt bề mặt gây ra bởi eo ngót và ứng suất nhiệt người ta cũng phải tim cách gia cường cho bê tông gần bề mặt

Có rắt nhiều giải pháp kết cầu hoặc phối hợp vật liệu có thể giáp kha thác được khả năng chịu nế tốt cũa bê tông đồng tồi, khốe phục được khả năng chịu kéo kêm của nó Điễn hình nhất trong số này là sử đụng những vật iệu có khả năng chịu kéo tốt, như

‘hep hay sot thu) tinh hoRe chả dẻo, v làm cất đỀ tăng cường cho vũng chịu kéo của

bê lông Nếu khi đỗ bê tông, các hanh thép hoặc các vật liệu tăng cường khác được đưa vão các vị tí thích hợp thì khả năng chịu lực của kết cầu bê tông sẽ được tăng lên đáng

kẻ Trong rắt nhiều trường hợp, bê tông cũng còn được gia cường cả vũng chịu nén băng các vật liệu thích hợp như thp,

Hình 1.1 thể hiện sự lâm việc của 2 dim oé chiều dài, kích thước mặt cất và vật liệu

bẻ tông như nhau nhưng đầm A được làm bằng bê tông không có cất thép con dim B được làm từ bê tổng nhưng được gia cường bằng 3 hanh thép có đường kính 29 mm ỡ

vũng chịu kéo Việc sơ sánh các biểu đồ (b) và (e) cho (hẪy rằng, trong khi lực gây phá

hoại dầm A là khoảng 14 kN thì lục gây phê hoại dằm B là khoảng 140 kN, Điều đó cho thấy rằng, việc bổ trí thêm cfc thanh thép làm cỐt đ tăng cường vũng chịu kéo đã lâm Lãng khả năng chịu lục cia dim trong ví đụ này lên khoảng 10 lần

(eam) ‘Bd vong giữa nhịg (mm)

(Quan bệ lực = độ vng của đầm Bẽ tông cô cốt là các thanh thếp inh 4 Sy im việc của dẫm bêtông không cổ cố và dm bế tông số cốtlà các thanh thếp kích, "hước và độ võng là mm, ive HN

18

Kết cấu được xây dụng tứ việc sử dụng phối họp bê tông với các vật liệu làm cốt như

trên được gọi là Kết cấu bê tông có cối Õ đây, có thé coi bê tông cùng với cốt là một

dạng vật liệu phức họp, ong đó, bê tông và cốt cũng phối hợp chịu lực Bê tông có cốt

lñ các thanh thép được eọi là Bế tổng cối “ép Bên cạnh các loại cốt ở dạng thanh,

người ta cũng sử dụng cốt tăng cường cho bẽ tông ở dạng sợi (có thể bằng thép hoặc các

ật liệu kháe) và loại vật liệu này được gọi là Bể rồng cối sơi

Ngoài việc bổ trí các vật liệu có khả năng chịu kéo lớn vào kết edu bé tng (48 thay

thể bẽ tông chịu lực kéo), người ta còn tìm cách nén trước các vùng bê tông sẽ chịu kéo

khi chịu các tác động bên ngoài Giải pháp này sẽ lâm tăng khả năng chống nứt của kết cấu bê lông và, qua đ, làm tăng khả năng chống thắm, độ cứng và độ bằn của nó Kết

cấu bẽ tông dạng này được gọi là két edu bé tổng đụ ứng lực hay kết cầu bé tổng ứng

XI cấu bể tông được sử đụng rong ải liệu này lä một khái niệm chúng để chỉ các

1 cầu dược lâm từ bê tổng xi măng như kết cấu bê tông không cô cốt, ết cầu bê tong

` sậ, ki cầu bể tông dự ứng lục, kết cấu bể tông cỐt sơï, vv

1ảiLiệu này chỉ tập trung cho kết cẫu bể tông cốt thép là dạng kết cầu đang được s

hỗ biển nhất hiện nay ở nước ta và rên toàn thể gi

1.12 Be téng edt thep

© ce dia kign si dung binh thudng, bé tng và cốt thép có thể phối hợp lâm việc

rất tốt với nhau nhờ các yếu tổ sau:

+ lực đình bỏm giữa bê tông và bŠ mặt cất thép Lực này hình thành trong quá trình đông cũng cũa bê tông và đảm bảo cho cốt thép không bị tuột khỏi bể tông tương quá trình chịu lực Do lực dính bám đông vai trò quyết định trong sự làm vige chung của bể tông và cốt thếp như là một vật liệu thông nhất nên người ea luôn tìm mọi cách đễ làm tăng độ lớn của lực này

°- Giữa bê tông và cốt thép Không cổ các phản ong hoá bọc làm ảnh hưởng đến từng loại vật liệu Ngoài rn, b tông còn tạo ra trên bŠ mật cốt thép một lớp thụ động, có tác đụng bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn do tác động của môi trường, + Bê tông và cật thép có hệ số giãn nở nhiệt gần bằng nhau Hệ số giăn nở nhiệt của bê tông là œ,=l,0x10”+1,§x10' và hệ số giãn nở nhiệt của thép là

@, =1,2x10", Nhu vay, với phạm vi biến đổi nhiệt độ thông thường, khoảng

dưới 100°C, trong bê tông cốt thép không xuất hiện nội ứng suất làm phá hoại vật

liệu,

rt)

1.1.3 Phân loại kết cấu bê tông cốt thép

4.4.3.1 Phân loại theo trạng thai ing suất

"Phụ thuộc vào trạng thái ứng suất tong bê tông và cốt thép trước khi

“c6 hai dạng kết cẪu bê tông cốt thép là

* _ Kết cấu bê tông cắt thép thưởng Là loại kật cấu bê tông cốt thép mã, khi chế tạo, cốt thép và bê tông không được tạo ứng suất trước Ngoại trừ các nội ứng suất phát sinh do sự thay đổi nhiệt hay eo ngót hoặc trương nở của bể tông, ứng suất

"rong bê tông và cốt thép chỉ xuất hiện khi kết cầu bắt đầu chịu lực

lực, có thể

« ` Kết cấu bẻ tông dự ứng lực Nhằm mục đích hạn thể sự xuất hiện của vất nức

trong bê tông đưới tác dụng cña ải trọng và các tắc động khác, cốt thép được căng trước để thông qua lực đình bắm hoặc neo, tạo ra lực nén (ớc trong những khu vực bể tông sẽ chịu kéo trong quá trình khai thác, Loại kế cầu bê tông này được gọi à bể lông đự ứng lực, Thông qua dự ứng lực, người ta có thể chủ động tạo ra các trạng thấi ứng suất thích hợp trong kết cầu để hận chế tối đã các tác động bất lợi từ bên ngoài Kết cầu bê tông dự ứng lợc còn được phân loại thành kết cầu bể tông dự ứng lực hoàn toàn và dự ứng lực một phần O kết ấu bê tông cđự ứng lục hoàn toàn, tong bể tông không được phép nút hoặc, thậm chí, không được xuất biện ứng suất kéo Trong khi đó, ở kết cấu bê tông dự ứng lực một phần, be tông được phép xuất hiện vất nứt ở một số tô hợp tải tọng nhất định

1.1.3.2 Phân loại theo phương pháp thi cong

“Theo phương pháp thỉ công, kết cầu bế tông cốt thép có thể được phân loại thank:

+ Kết cấu bê tổng đổ tai chỗ là loại kết cầu được lắp dựng cốt thếp và đồ bê tông tại vị tí thiết kế của nó, HẦu hết các kết cầu bê tông cất thép có kích thước lớn đều được th công đỗ tại chỗ Kết cầu bế tông cốt thép được thí công đỗ tại chỗ có tính toàn khối cao, it mỗi nối nên có độ bền cao, có độ cứng và khả năng chịu lực lớn theo nhiều phương Tuy nhiên, do được đỗ bê tông tại công trường nên thôi ean thi cOng thường kéo dài, chất lượng bê tông khó được kiểm soát vi chịu ảnh

hướng nhiều của các tác động mỗi trường Hiện nay, việc sử dụng bê tông thương

phim va việc hoàn thiện các công nghệ db bé tng tai chỗ đã cơ bản khắc phục được các nhược điểm này,

+ - Kết cấu bẽ tông lắp ghép Theo phương pháp th công này, các bộ phân kết cầu bể tông được đúc sẵn tại nhà máy hay tại các xưởng đúe bê tông và, =—u đồ, được

ấn chuyên đến công trường xây dựng và lắp ghép tạ đó Bê tông được thì công theo phương phắp này có chất lượng cao hơn nhưng kết cẫu lại có độ toân khối

thấp Các mỗi nối được thực hiện ở công trường chính là các điểm xung yêu làm giảm độ bằn chung của kết cẪu Phụ thuộc vào năng lực của các thiết bị vận chuyén và thí công, các bộ phận lắp ghép có thể lã các phẫn nhỏ cũa kết edu như ceäe đốt dầm, các cấu kiện tương đối hoàn chỉnh như dẫm, cột, tường hoặc các khối kết cẫu

KKẾU cấu bẽ tông bản lắp ghép Đây lâ phương phâp thì công kết hợp cả hai phương pháp nêu trên Một số bộ phận của kết câu được chế tạo ở xưởng nhưng ở

‘dang chưa hoàn thiện và, sau khi được vận chuyển đến vị trí xây dựng, sẽ được

đỗ bê tông bổ sung Phin bê tông được đỗ mới cũng đông luôn vai trò của các mỗi nỗi thí công Các dim chu dạng chữ I, T cỏ phạm vì nhịp đến khoảng 40 m thường được xây dựng theo phương pháp này (Hình 1.2) Các kết cấu được thỉ công theo phương pháp này có thể phân nào khắc phục được nhược điểm và phát

huy ưu điểm của hai phương pháp trên Tuy nhiên, để đảm bảo cho sự làm việc

chung eua phiin bê tông đúc sẵn và bể tông đổ tại chỗ cần có các gili pháp thiết

nhẫn, Bê ông đổ tại chỗ sẽ lâm đầy các cấu kiện này

1.4.4 Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng của kết cấu bê tông Kết cấu bê tông là một trong những dạng kết cầu được sử dụng phé biến nhất hiện nay do có những tu điểm nỗi bật sau:

2L

+ Giá hành thdp do b tông có thể được chế tạo chủ yêu từ các vậtliệu địa phương như đá, sôi, cất, v.v Các vật liệu đất tiên, được chế ạơ công nghiệp như xi măng

và thếp chỉ chiếm một tỷ trọng nhỏ, khoảng 1⁄5 đến l/6 khối lượng toàn bộ,

+ _ Có khả năng chịu lực lớn, So với các dạng vật iu khác như gạch đã, gỗ, v.v bê tông cất thép có khả năng chịu lụ lớn hơn hẳn Đặc biệt, với sự xut hiện của bê tông cường độ cao và cực cao, khả năng chị lực của bể tông cốt thép đã có thể

o sảnh được với thép Ngoài ra, do bề tổng lä vật liệu nhân tạo nên người dùng

có thể thông qua việc khống chế các thành phẫn của nó, ch lạo được b tông có

ắc ính năng như mong muốn

+ Cổ độ bằ cao So với các vật liệu khác như thép, gỗ, v.v kết cấu bê tông cốt

thép cố độ bền chịu ác động của môi trường cao hơn và, do đó, yêu cầu chỉ phí bảo đường thấp hơn

+ Dễ ¡ao dáng Do bề tông đóng rắn từ hỗn hợp dẻo nên việc tạo dáng cho các cầu

kiện phủ hợp với yêu edu kiến trúc là khá đễ dăng

+ Chịu ia tốt Cường độ của bê tông bị suy giảm không dáng kẻ khi nhiệt độ lên đến 400*C Ngoài ra, hệ số dẫn nhiệt của bê tổng khá thấp (khoảng từ 1 đến 26

Wm:*Ở) nên nó có thể bảo vệ được cốt thép không bị chảy khi nhiệt độ cao

«` Có Nhà năng hấp thu năng lượng tắt Các kết cẫu bằng bê tông cốt thép thường

có khối lượng lớn nên có khả năng hắp thự năng lượng xung kích tốt

Bên cạnh các ưu điểm kỂ trên, bê lông cốt thép cũng có một số nhược điểm quan

trộn sau

© C6 0 le cường độ so với đơn vị trọng lượng bản thân nhỏ Do đó, các kết cấu

được xây dựng từ vậtliệu này thường có nhịp tương đối nhỏ và chỉ phí cho việc xây dựng kết cấu nẻn móng lớn Tuy nhiên, việc sử dụng bê tông dự ứng lực cường độ cao hoặc các giải phâp kết cầu hợp lý đã khắc phục được đáng kể nhược điểm này

+ Bê tổng đỒ ti chỗ đồi hồi thời gian sự công đài và các bộ thẳng đã giáo vấn Khuôn phức tạp Do thời gian thì công kếo dài nên chất lượng bê tông chịu nhiều ảnh hướng của thời tết và, do đó, khó kiểm soát, Việc sử dụng bê tông lắp ghép hay ban lip ghép là một số trong những giỏi pháp có thé khắc phục nhược điểm này

+ Sau khi thí công xong, ết cấu lâm từ bê tông cốt thép rất khó được tháo đồ, vận hyn vse dng ta

2

‘+ Do kha nang chịu kéo kém của bê tông nên bể tông cốt thép thường đễ ð/ mit, làm ảnh hưởng đến độ bền, tính mỹ quan công trình và, đặc biệt là, tâm lý người

sử dụng Bê tông dự ứng lực có khả năng khắc phục được phần nào nhược điểm này nhưng lai có giá thành cao hơn

1.1.5 Các dạng kết cấu bê tông điển hình dùng trong công trình

xây dựng

Kết cấu bê tông đang là loại két edu được sử dụng phổ biển nhất trong các lĩnh vực xây dựng, Kết cầu bể tông có mặt trong xây dựng dân dụng, công nghiệp, cầu, đường,

sân bay, thuỷ lợi, v.v Trong các công trình xây dựng dân đụng và công nghiệp, kết cấu

bê tông được sử đụng làm kết cầu chịu lực, kết cấu sản, kết cầu mồng cũng như các kết cấu bao che Trong các công trình cầu, kết cầu bề tông được sử dụng làm dẳm, kết cấu, mặt cầu, kết cầu trụ, tháp, kết cầu mồng, v.v Kết cấu bê tông cũng được sử đụng khá phố biển dễ làm mặt đường cứng cũng như sẵn bay

HHẫu hết các kết cấu nha cao ting, clu cũng như đập thuỷ lợi, thuỷ điện được xây

dụng ở nước ta thời gian qua đều là các kết cầu bê tông Theo các thẳng kẽ chưa đẫy đủ

thi công trình bằng kết cấu bê tông chiếm khoảng 70% số công trình xây dựng ở nước ta

hiện nay

Sự phong phú về dạng kết cấu bê tông đã thể hiện được tính phổ biến của vật liệu nay trong xây dựng Một số dạng kết cấu bê tông điễn hình được giới thiệu tôm tắt như

Nha nhiéw tang là đạng công trình phổ biến nhất sử dụng kết cấu bê tông Các công

tiình này được xây dụng chủ yếu theo cách “chẳng” lên nhau ode ting cổ câu trấc tường

đối giống nhau Do lợi thế về khả năng chống cháy, bê tông có tru điểm rõ rệt so với các

Vat liệu khác như thép và gỗ Hơn nữa, nhờ có độ cứng lớn, kết cấu bê tông cốt thép rất thích hợp khi chịu tải trọng ngang, Độ nhạy cảm đổi với dao động trong các kết cấu

bằng bê tông cốt thép cũng nhỏ hon đồng kế so với khi làm bằng vật liệu khác Những

lợi thể này có vai trò đặc biệt đối với hệ thống chịu lực của các toà nhà chọc trời

Các công trình mái có khẩu độ lớn bằng kết câu bê tông được xây dựng đẻ phục vụ

cho những mục đích khác nhau, Đặc điểm cơ bản và chung nhất của các công trình loại

này là có mái bao phủ một điện tích lớn với số lượng cột đỡ ít đến mức có thể Thay cho

cách thức xây dựng truyền thống đơn giản với vì kèo, xà gỗ và các tắm lợp, trong kết

cấu mái có khẩu độ lớn bằng kết cấu bê tông, người ta sử dụng các kết cẤu không giãn

-vô mỏng nhiều lớp hoặc kết cấu vòm cuỗn (Hình 1.3)

2

Hinh L3 Mai v6 Isler bing BTCT 6 gin thinh phd Bern, Thuy 59 [7]

Catv là các công trình kỹ thuật để đưa các tuyến giao thông vượt qua chướng ngại vật

(Hình 1.4) Theo loại hình giao thông, cầu được phân loại thành cầu cho người đi bộ,

chu đường 6 10 hay cầu đường sắt Theo loại chướng ngại vật phải vượt qua, cầu được phân biệt thành cầu qua thung lũng, cầu qua sườn núi hay cầu qua sông, biển hoặc cầu phục vụ cho các đường giao thông trên cao Các công trình cầu bao gồm kết cấu phần tiên và kat edu phần đưới Kết cầu phần trên bao gằm kết cầu chịu lực và hệ mặt cầu

“Tuy theo hinh dang và đạc điểm chịu lực mà kết cầu này được phân biệt thành cầu bản, cầu dằm, cầu khung, cầu vòm, cầu dây văng, cầu đây võng và các dạng cầu hỗn hợp khác như cầu extradosed, v.v Két cdu phin đưới bao gồm móng, mổ và trụ Các công

trình cầu chịu tác động của thời tiết và ảnh hưởng của môi trường mạnh hơn rõ rệt so

ới các công trình nhà cửa Do tru điểm về tuổi thọ, bê tông cốt thép được sử dụng rấ phổ biển trong xây dựng cầu Nhược điểm vi trọng lượng bản thân lớn đã phần nảo được khá phục hờ kết ấu bề ông dự ông lực

Hinh 14 Câu Bãi Chây,tÂu dây văng một mặt phẳng đấy với dâm chính bằng kết cấu bề tông Tháp vả cột tháp, về ting thể, là những cấu kiện kiểu công son liên kết cứng với nỀn

"móng Thí dụ về dạng kết cầu này là các loại tháp đứng độc lập, như thấp truyền hinh,

tháp thông tỉn, ông khỏi, tháp chuông, v.v Ngodi ra, có những kết cầu dạng tháp làm

lệc như là các bộ phận của một công trình, như trụ cầu và tháp cầu, chân giản khoan trên biển Tháp có tác dụng thu hút sự chú ý và nhờ độ cao của chúng, có một ý nghĩa

đặc biệt về kiến trúc Do có tuổi thọ cao va khả năng tạo đáng dễ dàng, bê tông tắt hny

được sử dụng đối với các công trình tháp và cột tháp

24

Cle Kết cấu bỂ cháu được chia thành sô và bunker, dùng để chứa các chất nhớt, đăng làm bễ chứa chất lòng và kết cấu bảo vệ Dø chịu ấp lực từ bên rong, thành bỂ chứa chủ yêu chịu kéo hoạc kéo uồn kết hợp Do vậy, trong rất nhiều trường hợp, các bể nây được xây dựng bằng kết cầu bề tông dự ứng lực

THÉP

Bê tông, với khái niệm là một vật liệu hỗn hợi được chế tạo từ cốt liệu và chất kết

dinh, đã được sử dụng như là một vật liệu xây đựng ngay từ thời La Mã Tuy nhiên vio

những năm đầu của thể kỷ 19, khi xi ming được phát minh, bê tông sử dụng xi mang

lầm chất kết dính mới bắt đu được sử dụng rộng rãi Năm 1801, Cojgnet đã công bổ thiên cứu của mình về các nguyên tắc xây dựng bằng bê tông cũng như các hiễu biết

‘2 kha năng chịu kếo kém của bê tông Năm 1850, Lambot, lin đầu tiên, đã chế tạo một thụyŠn bằng vữa xí măng lưới thép và thuyền này đã được triển lãm tại Paris năm 1855 kevennen, một kỹ sơ người Đức, đã lần dẫu tiên để xuất đưa cốt sắt vào vũng bê tông shiu kéo vã, năm 1886, đã công bố các bản thảo về lý thuyết và thiết kế kết cầu bê tông cốt thép Những năm sau đó, rắt nhiều tiến bộ trong lĩnh vực bế tông cốt thép đã đạt

được ở nhiều nước như Pháp, Đức và dẫn đến việc thảnh lập Hiệp hội bê tông Đức vào

‘nim 1910 và sau đó là các Hiệp hội bê tông Áo cũng như các Viện nghiên cứu bê tông

“Anh, Viện nghiền cứu bé ting Mỹ, Bên cạnh các viện nghiên cứu quốc gia, các tổ chức

quốc tế về be tong cũng đã được thành lập Liên đoàn bể tông dự ứng lực quốc tế (FIP)

được thành lập năm 1952 và Uỷ ban Bê tông châu Âu (CEB) được thành lập năm 1953,

từ năm 1998, CEB và FIP hợp nhất thành Liên đoàn bê tổng quốc tế (fEdmtion

internationale du béton, viết tắt là fib)

Bê tổng dự ứng lục đã được Frevesinet, một kỹ sự người Pháp, đề xuất và chế tạo thành công vào năm 1928, Từ đô kế cấu bể tổn cỐt thép và kết ấu bề tông dự ứng lực đợc sử dụng ngÌy cảng nhiề cho các ứng đụng khác nhau

Các lý thuyết về cường độ tới hạn đã được sử dụng trong tiêu chuẳn thiết kế kết cầu

bê tông cốt thép tại Liên Xô (cũ) từ năm 1938 Lý thuyết này, sau đỏ, được sử dụng tại

‘Anh và Mỹ vào năm 1956 Phương pháp thiết kế theo các trang thái giới hạn đã được sử dụng ở Liên Xô (sỡ) từ năm 1955 Hiện nay, phương pháp này đang được hoàn thiện và

được sử dụng phô biến ở rất nhiều nước trên thé giới như Mỹ, Châu Âu, Nhật, v.v Các

“Tiêu chuẩn tính toán, thiết kế kết cầu bê tông cốt thép của nước ta cũng ấp dụng phương pháp các trạng thái giới hạn

một cách có hiệu quả các loại bê tông này đồi hỏi phải có những dang kết cấu mới

“Trong thời gian gằn đây, các dạng kết cấu liên hợp, kết cầu lại (hybrid structures) dang được nghiên cửu phát triển mạnh mẽ

13 TONG QUAN VE QUA TRINH THIET KE KET CAU BE

TONG COT THEP

“Thiết kế kết cầu bể tông, cũng như khi thiết kế các kết cấu khác, có thể được xem

hư là một quê trình thữ dần bao gồm các giai doan có liên quan chất chẽ với nhau là thiết kế sơ bộ, phân tích và thiết kế chỉ it

13.1 Thiết kế sơ bộ

Thiết kế sơ bộ là phần quan trọng và sắng tạo nhất của quá tình thiết kế Trong giai

đoạn này, các kỹ sư thiết kế sẽ xác định đạng kết cấu, kích thước sơ bộ của các bộ phần

cũng như tải trọng dự kiến Để thoả mãn các chức năng yêu cầu của công tình, người

kỹ sự thiết kế phải vận dụng nghệ thuật, kinh nghiệm, các kiến thức về kỹ thuật xây dưng, tính trực quan và tính sáng tạo Kinh nghiệm thường đồng vai trò quan trọng trong việc tìm ra ác giải pháp phù hợp nhất trên cơ sở hãi hoà các yêu tổ như yêu cầu

của chủ đầu tư, yêu cầu kiến trúc, tiêu chuẩn, điều kiện môi trường, sự sẵn có của các

vật liệu thành phần cũng như điều kiên và khả năng thí công, v.v

4.3.2 Phan tich két cdu

“Mặc đích cia qué trinh phen tich kết cấu là xác định nội lực, chuyển vị, tần số dao

động, độ ôn định, v.v của toàn kết cấu cũng như của các bộ phận của nó dưới các tác

động bên ngoài với các thông số hình học và vật liệu đã được lựa chọn trong bước thiết

kế sơ bộ, Để thực hiện việc phân tích, kết cầu thật được mô bình hoá thành các sơ đồ tính với việc sử dụng các giả thiết phủ hợp với các nguyên lý thế

thực tế của kết cấu ở các trạng thái khác nhan

trong các kết cầu bê tông vẫn được giả thiết là đồng nhất, đẳng hướng và lâm việc đàn

Đồi uyển tính, Những giả thiết này làm giảm đáng kẻ khối lượng tính toán, đồng thi, vẫn phản ảnh tương đối chỉnh xác sự làm việc thự tế của kết cầu

Khi ehịu các tác động đặc biệt như động dit, gid bão lớn, va tâu, v.v kết cầu được

thiết kế làm việc ở các trạng thái giới hạn về cường độ Lúc đó, bê tông hoặc bê tông cốt

thép cần phải được xem xét như là một vật liệu đần đẻo và đị hướng do sự hình thành và 26

phat trién của các vất nứt Do khối lượng tính toán lớn, các phân tích dạng nay thường được thực hiện trên các chương trình máy tính hiện đại

Khi phân tích kết cầu trong giai đoạn thi công, bề tông hoặc bề tông cốt thép cũng

thường được mô hình hoá là vật liệu làm việc dân hồi tuyển tính dưới tác dụng của

ngoại lực Tuy nhiền, ở giai đoạn nây, do bê tông cổ tuổi khả nhỏ nên những yếu tế có liên quan đến thời gian như cơ ngột, từ biển, sự biển thiên cường độ và độ cứng của nỗ

e6 ảnh hưởng đãng kể đến biển dạng, chuyển vị và nội lực của kết cấu Do vậy, việc

phân tích kết cầu trong giai đoạn thì công cần xem xét đến những yêu tổ này,

1.3.3 Thiétké chi tiét

“Trong siai đoạn này, người thiết kế sẽ tính toán các kích thước chí tiết cũng như xác ịnh số lượng và bổ tí ật liệu thích hợp cho từng bộ phận kết cầu trên cơ sở các thành

phần nội lực đã được xác định từ phân tích tổng thể Mặc dù nội lực của các bộ phận kết

cu thường dược xác định trên các sơ đồ tính với giả thiết về sự làm việc đàn hồi tuyển "ul sửi bể tổng nhưng khi thiết kế chỉ iết, người thiết kế cần phải tính đến các ứng xử

thật và phức tập của vật liệu này

Thiết kể chỉ tiết cũng là một quá trình thử dẫn với việc xác định kích thước, lựa chọn

và bổ trí vậ liệu và ính đuyệt để đảm bảo rằng, mọi bộ phận kết cẪu đều thoả mãn các

êu cầu về cường độ, độ bền, độ cũng, độ ôn định, v.v Đối với kết cầu bề tông, đây là một quá tình đôi hôi phải xử lý ắt nhiễu tham số khác nhau như kích thước của mặt ÂL chủng loại và diện ích của cốt thép, mô hình lâm việc củn bê tổng và cốt thép, v.v Bên cạnh những mô hình vậtliệu được đề xuất theo các writ lý thiết kế, các kỹ sư phải phổi hợp rất nhiều phương phảp và kỹ thuật khác nhau như các công thức kinh nghiệm

(ví dụ, công thức để tính toán độ mở rộng vết nứt hay công thức tỉnh cường độ kháng

cẫ), các phương pháp gin ding (vi dy, tính duyệt mặt cất với gia thiết là ứng suất trong

bê tông phân bổ dạng chữ nhật) cũng như các mỏ hình suy luận (ví dụ, giả thiết mặt cất

phẳng khi chịu uốn)

2

TONG QUAN VE MOT SO PHUONG PHAP THIET KE KET CAU BE TONG COT THEP

Các À &sxŠ và phong php tinh toan, shige hE kết cấu bể tổng dã đạt được rất snubs Se Bề căng với sự phát iển của công nghệ vật liệu, phương pháp và thiết bị thí ‘kha ning tinh tan trọng thời gian qua

dean đẫu thể kỹ 20, kết cấu bê tổng được tính toán và thì

Xe, theo độ, các vật liệu trong kết cấu được giả thiết lä lâm việc dân hỏi

se sào đến khí bị phá hoại Điễu kiện an toàn của một kết cầu được xác định

‘rin os s0 59 sinh img suất lớn nhất đa tác động bên ngoài sinh ra với ứng suất cho bám là gia tí được cổ được từ ứng suất gây phá hoại vậ liệu và được chiết giảm bằng

‘bg sẽ so soạn Hệ số an toên được xác định từ việc xem xét các yêu tổ như tính đồng

"bất vã chất lượng của vặt lều độ chính xác của việc chỗ tạo, sự su lệch giữa ải rọng thc tế với tải cong tính toán cũng như tẩm quan trọng của kết cấu Phương pháp ứng suất cho phép la mot wong những phương pháp thiết kế được sử đụng rộng rãi rong thể

kỳ 20 Cho đến nay, phương pháp này vẫn được sử dụng rong một số tiêu chuẫn thiết

kế kết cầu thấp, Tuy nhiền, việc áp dụng phương pháp ứng sưới củo phép đễ tiẾt kế kết cấu bê tổng tô ra lä không thật thích hợp do bê tông là vật liệu cổ tính đân dễo cao và trạng thải ứng suất của nó chịu nhiều ảnh hưởng của các yếu tổ phụ thuộc thời gian như

có ng, từ biển, v.v

“Tứ giữa thể kỹ 20, một phương pháp tính toán và thiết kế khác được phát triển là phương pháp theo nội lực phá hoại Theo phương pháp này, điều kiện an toàn của kết cấu được xác định trên cơ sở so sánh nội lực lớn nhất trong kết câu do tải trọng tiêu chuẩn sinh ra với nội lực làm phá hoại kết cấu (gội lực phá hoai), Nội lực phá hoại được xác định dựa trên các kết quả thí nghiệm và có xét đến sự làm việc có biển dạng déo cia

bê tông và cốt thép Phương phấp nội lực phá hoại đã phần nào khắc phục được nhược điểm của phương pháp ứng suất cho phép nhưng do vẫn sử dụng một hệ số an toàn chung nên chưa phản ánh được đầy đủ các yếu tổ ảnh hưởng đến độ an toàn của kết cấu

giới hạn Trang thải giới hạn là trạng thái mà, tại đó, kết cấu có thể bị phá hoại hoặc

không tiếp tục sử dụng bình thường được nữa Theo một số tiêu chuẩn thiết kế tiên tiến

hiện nay, các trang thái giới hạn thường được chia thành trạng thái giới hạn về cường,

độ, trạng thái giới hạn về sử dụng, trạng thái giới hạn mỏi và trang thái giới hạn đặc

biệt Sự biển thiên của từng loại tải trọng vả sức kháng của kết cấu được xác định theo

phương pháp xác suất thống kế và được xét đến trong tính toán thông qua các hệ SỐ

2

“Các hệ số tải trọng và sức kháng được quy định khác nhau cho các trạng thái giới han khác nhau,

Nhiệm vụ của kỹ sử th tâm bảo cho kết câu không bị rơi vio ede trạng thi giới hạn tong thời gian phục vụ dy kiến của nó, Phương pháp tính toán, thiết kế theo trạng thải giới bạn đang được coi là phương pháp tiên tiền nhất do có cơ sở khoa học rõ

ràng, có khả năng tuỷ biển theo yêu cầu cho từng công trình cụ thể.

CHƯƠNG2_ VẬT LIỆU

2.1.1 Thành phần của bê tông,

Cúc vẫn để kỹ thuật liên quan đến việc chế tạo bê tông và các quả trình hóa học phúc tạp xây ra khi thủy hóa đã được mô tả trong các tải liệu vẻ vật liệu xây dung Chương này chỉ tôm tất một số tỉnh chất và đặc trưng quan trọng của bể tông, có liền quan đến

sự làm việc của kết cấu bê tổng cốt thép

Cée thanh phần quan tròng nhất của bê tông lã xỉ măng, nước và cốt liệu Bến cạnh

đổ, các loại phụ gia như phụ gia hoá đêo, đông cứng nhanh, siêu déo và các chất độn hoạt tính như bột silie, tro bay, v.v dang được sử dụng ngày cảng nhiều và đang trở thành những thành phân không thể thiểu của bê tông, đặc biệt là bê tông cho những

công trình quan trọng, Bê tông hóa rắn nhờ các phản ứng hóa học xảy ra gitta xi mang

và nước Xi măng Portland chứa một lượng lớn các silieat canxi Cac silicat này phản

ứng với nước để ạo ra các hiđroxit iieat eanxi, là thành phần chủ yêu tạo nên cường

độ của bê tông, và hidroxit canxi là thành phần tạo nên tính kiểm cho bê tông, Xi mãng Portland côn chữa rieanxium aluminate (C3A) lã thành phần tạ tính kiểm cho bê tổng

và hóa hợp tắt cả các i-on clo có thể cổ mặt trong hỗn hợp Bảng 2.1 cung cấp một số

dang xi mang tiéu chuan theo ASTM và phạm vì ứng dụng của chúng,

Bing2l — Cácdạmgtiễachuẩnciaxi măng Porlani được quy dnh rong Tiêu chuẩn ASTM[6]

1 | 3i măng thông thường” Các ứng dựng phố thông

HH |tượngGAthấp “Chống sưn phát rung bình, ôa nhiệt li thủy hóa ở mức trưng bình .HỊ | Nhiều bột mìn và/hoặc lượng CS cao | Cường độ cao sổm; đổ bê tông ở nhiệt độ thấp,

AM [Lượng CS và CyA thấp “Téa nhiệt khi thủy hóa, đố bê tông các khổi lớn V _ | tượng GA thấp Chịu sơn phát

Thông thường, cốt liệu chiếm khởảng 70% thể tích bẻ tông và, trong hầu hết các trường hợp, chúng có cường độ lớn hơn, cứng hơn và cũng đặc hơn đá xi măng Trong

bê tông thường, t liệu có ảnh hưởng đối với cường độ ít hơn là đổi với mô đun đàn

i lượng thể tích của bê tông Trong các thuộc tính của hỗn hợp cốt liệu, thản phần hạt có ý nghĩa quan trọng hơn cả, nó quyết định lượng nước cần thiết để đạt được

thành phần bê tông tươi mong muốn,

30

DA thay hỏa, xi măng cần một lượng nước tối thiểu khoảng 25% khối lượng eda xi mõng, Dù rất muốn sử dụng lượng nước tổ thiêu trong hỗn hợp nhưng nêu không sử dng phy gia thi ty 1g nuéc/xi mang khoảng 30% là giá tr thấp nhất người ta có thể đạt

được trong thực tế Lượng nước thừa so với lượng cần thiết để thủy hóa có thể tạo ra

các khoảng trồng nhỏ wong dé xi mang, lam yếu thành phần này và làm cho nó có nhiều

lỗ rỗng, Như vậy, việc tăng tỷ lệ nước/xi măng sẽ làm giảm cường độ, làm tăng tính

thắm nước, eo ngót đùng như tử biển của bê tông Bê tông được sử đụng trong các kết cầu bẽ ông cốt thép cỏ cường độ thông thưởng trong khoảng 18 đến 60 MPa nén ching

phải có một tỷ lệ nước/xi măng thích hợp

Dé cai thiện một số tính năng quan trọng của bê tông cũng như tính công tác của nó,

người ta có thể sử dụng các phụ gia Khác nhau, Pấm gia hoá đềo lâm tầng tính công tác của bổ lông giảm lượng nước cần sử dụng Phụ gia đông cứng nhanh có tác dụng làm tăng tốe độ đông cứng của bê tông phù hợp với những bộ phận kết cấu cần

dune dima vào chịu lực sớm, Ngược lại với loại phụ gia này là phư gia làm châm đông

inne diye dling cho b8 tông được đỗ trong thời tiết quá nóng, hoặc được đỗ với khôi

lượng lớn dễ loại trừ các mối nối khô cũng như cho bê tông được chuyên chở với cự ly

xa Ngoài ra, côn có các loại phụ giơ nở lâm tăng thể tích của vữa bơm trong ống gen cắp dự ứng lực, phụ gia trợ bơm để làm tăng tỉnh linh động của bê tông khi bơm, v

“Trong bê tông có cường độ thông thường, vùng dính bám giữa dé xi mang và cốt liệu thường là vùng yếu, do đó, các vết nứt thường xuất hiện quanh các hạt cốt liệu Sự hình thành các vùng yêu này trong bê tông thường phụ thuộc vào việc sản xuất bể tông,

Để cải thiện cường độ, độ bền, tính chống thẩm và một số tính chất khác của bê tông người ta tìm cách loại bỏ bớt những vùng này thông qua việc sử dụng các chất độn hạt mjn, cổ kích thước hạt nhỏ hơn nhiễu so với bạt xỉ măng, và phụ gia siêu dễo tính năng cáo,

Các phụ gia siêu dẻo lả các hợp chất polimer chứa các nhóm axit sulfonic có khả

năng ngũn cân sự tiếp xúc của nước với các chất dính kết trong thời gian đổ bê tông và

qua đó, tăng tạm thời tính công tá của bê tông Việc sử dụng các hợp chất này cho

phép sử dụng tỷ lệ nước/xì măng thấp (0,3 hoặc thậm chỉ đến 0,25) trong khi vẫn giữ

được tính công tác với độ sụt 175 đến 225 mm và, nhờ đó, tạo ra bê tông có cường độ

sao và tính thấm nước thấp

Pozzolans tw nhiên, tro bay, bột silic và xi lò cao là các chất độn hạt mịn đôi khi

được dùng để thay thể một phần và/hoặc tăng thêm một số đặc tính của bê tông, Bột

silie hay microsilica lả đồng sản phẩm khi chế tạo silie sắt Loại bột nảy mịn hơn xỉ

măng hàng trăm lần và có khả năng làm đầy các khoảng trống giữa các hạt xi mang

cũng như giữa các cốt liệu mịn, qua đó, tạo ra một cầu trúc bê tông có độ đặc cao và làm tăng cường độ chịu nén của nó, Ngoài ra, các chất pozzolans còn phản ứng với hydoxit

u

eanxi cổ cường độ thấp để biến chúng thinh ede hydoxitsiieat eanxi cổ cường độ cao Khi dùng để thay thể khoảng 5% đến 10% xi ming porland, chất này có thể tạo ra bê tông cường độ cao như ví dụ được mô tà trong Bảng 2⁄2

Việc sử đụng hợp lý các chất phụ gia siêu déo tinh năng cao cùng với các chất độn

"hạt mịn như đã nói ở trên có th tạo ra các hỗn hợp bê tông cổ cấu trúc ối ưu với cường

độ chịu nén đến 150 MPa hose hơn ngay tai công trường [7] Các bê tông này không chỉ

cố độ bên cơ học mà côn độ bên hoá học, tuổi thọ cũng như độ chẳng thắm cao Vi

“những lý do đó, chúng được gọi là bê tông tính năng cao (High Performance Concrete —

HPC)

ing22 MOL v1 dy ME thin phn cho berg cudng 40 ca sé dung gt sii {6}

2.1.2 Đặc tính của bê tông non

Bê tông đưới khoảng 3 ngây tobi được xem là bể tông non Phụ thuộc trước hết vào

loại xi măng, nhiệt độ môi trường và tỉ lệ nước/xi măng, độ thuỷ hoá của bê tông tại thời

điểm này nằm trong khoảng từ 60% đến 90%4 Một số đặc trưng của bê tông non là:

« _ Nhiệttăng mạnh và, do đó, có sự trao đổi nhiệt lớn với mỗi trường xung quanh,

s ˆ Thể tích thay đổi lớm,

«© _ Các đặc tính cơ học biển đổi ihanh theo thời gian

Sự thuỷ hoá xi măng là một quá trình toả nhiệt và kết quả là bê tông non bị nóng lên

Bê tông sẽ nguội trở lại khi lượng nhiệt giải phóng ra ít hơn lượng nhiệt nhận lại thông

ua 9 đội nhiệt với môi trường, Lượng nhiệt giải phông ra phụ thuộc trước hit vio x

lượng xi máng và loại xi mang Thong thudmg, cường độ xi măng càng cao thỉ lượng nhiệt toá ra cảng lớn Hom nia, xi mang Id cao gii phóng nhiệt hơn xi mang Portland

Sự trao đổi nhiệt của kết cấu bê tông với môi trường phụ thuộc trước hết vào quan hệ

giữa thể tích và diện tích bề mặt (diện tích bể mặt cảng lớn so với thể tích thĩ sự trao đổi

nhiệt cảng thuận lợi), vào hệ số truyền nhiệt (hệ số này phù thuộc vào ván khuôn cũng

như việc sử dụng chất cách nhiệt) và phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường, Do sự tao đổi

nhiệt xây ra trên bể mặt cấu kiện bê tông, sự phân bổ nhiệt độ trên mặt cắt ngang là

KHông dỀu, đặc biệt rong các cầu kiện có bề dày lớn, Biểu đồ nhiệt độ trong cầu kiện có thể dựợc phân tách thành ba phần như được thể hiện trên Hình 2.1

Hình221 - Biểu d nh độ vibathảnh phn 8 nh dng sult rong cấu kiện bề tông đo sự chếnh lệch nh độ [7]

“Thành phần nhiệt độ thứ ba {.AT,,) không phụ thuộc vào sơ đồ tinh hoe và luôn luôn

gy ra ứng suất trong mật cắt bê tông Đặc của ứng suất này là tự cân bằng nên

Yhông gây ra sự thay đài nội lực trong kết cấu Do đó, nó cũng thường được coi là ứng

suất riêng

Ngoài nguyên nhãn chênh lệch nhiệt độ, sự mắt nước trong những ngày đầu tị

cũng có thể gây ra các ứng suất đung kể trong bê tông, dẫn đến xuất hiện các vết nứt bề

mặt hoặc vết nứt tách hoàn toàn, gây nguy hiểm đối với khả năng sử dụng và trước hết

là đổi với tuổi thọ của kết cấu Nguy cơ này có thể dược siâm thiểu, trước hết là nhờ sự

lựa chọn thành phần bê tông và việc bảo đưỡng bẻ tông Ngoài ra có thể áp dụng các

giải pháp cầu tạo để hạn chế bề rộng cuc vết nứt có thể xuất hiển Cúc quá trình xảy ra

liền quan đến sự thuỷ hoá xi mãng trong những giờ và nhữn¿ ngảy đầu tiên có ý nghĩa

33

‘quan ưọng đối với các tính chất của bê tông đóng rắn và, do đó, đối với tuổi thọ của kết

cầu bê tông, Vì vây, một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất của công nghệ bê tông

là tạo ra những điều kiện có lợi cho sự phát triển cúc thuộc tính của bê tông trong gi

mö đun đàn hồi và cường độ chịu kéo của bê tông tăng nhanh hơn so với cường độ chịu

Hinh2.2 Sựpnriễn cường độ và mô đơn đần hồi của bề tổng theo thd gan [7]

2.1.3 Phân loại bê tông

Bê tông có thể được phân loại theo cẫu trúc, khối lượng riêng, cường độ chịu nền, mức độ chống thắm cũng như phạm vi sử dụng

“Theo cấu trác, bê tông được phân loại thành bế tổng đặc, b tông có lỗ rổng, bể ting xép, v3,

34

Ổ= ỔTheo khối lượng thể tắch, bê tông có các loại như đặ rồng nhe (khối lượng thể tắch <1800kg/mỢ), bê tổng năng (+ =2300.+2500kgÍm`) và bổ tổng đặc biệt

năng (>2500kg[mẺ)

ề_ Theo cường độ, bễ tông được phân loạỉ thành 5ặ rồng Ưhưởng với cường độ chịu

nén trong khoảng 21 MPa đến 60 MPa, bế tông cường độ cao cõ cường độ chịu

nén trong khoảng 60 MPa đến 80 MPa và 6ê tống cường độ cực cao có cường độ chịu nén đạt đến 120MPa hoặc hơn

ề Theo phạm vi sử đụng, bê tông được phân loại thành bể rổng kér edu, bé đông: cách nhiệt, bề tông chẳng phng xa, bê tông chẳng xâm thực, bê tông thuỷ công,

244 Các tỉnh chất cơ lý của bê tông đã đóng rắn

2.1.4.1 Cường độ chịu nén đọc trục của bê tông

ỘCông độ chịu nên dọc trục (sau đây được gọi là cường độ chịu nén) là ứng suất lớn

t mà mẫu bê tông có thể chịu trước khi bị phá hoại Cường độ chịu nén là một tong những Lắnh chất quan trong nhất của bê tông được sử đụng trong kết cấu Có rất nhiều tham số ảnh hưởng đến cường độ chịu nén của bê tông, trong đô phái kể đến cường độ

và cấp phối của cát liêu, lệ nướe/xi mang và cường độ xì măng Cường độ chịu nén của bề tông được xác định bằng thắ nghiệm, phụ thuộc vào kắch thước và hình đạng mẫu,

điều kiện bảo đưỡng cũng như phương pháp thứ Để thu được các kết aud e6 thé so sảnh được, các tiêu chun quốc tổ và trong nước đều có những quy định chat chẽ về các yêu tổ nối rên

Hu tiết các Tiêu chuẩn dẫu quy định tuổi của bề tông Khi xác định cường độ chịu

nén là 28 ngày do sau thời điểm này cường độ bê tông phát triển rất chậm Độ mãnh của mẫu thử có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ của những mẫu bị kiém ct

ngang ở mặt tiếp xúc với tắm đặt tải của máy thử G những mẫu này, độ mảnh cảng nhỏ thị cường độ chịu nền cảng lớn Với những mẫu không bị

ảnh hưởng của độ mảnh là không rõ néi Điều này có thể được giải thắch bởi sự phát

triển của ứng suất kéo ngang là nguyên nhân chắnh gây phá hoại ở các mẫu chịu nẻn Ở

những mẫu bị kiểm ché biển dạng ngang và có độ mảnh nhỏ, một phản lớn ứng suất kéo ngang bị triệt tiêu và dẫn đến cường độ của bê tông xác định được cao hơn so với ở những mẫu không bị kiểm chế biến dạng ngang hoặc có độ mảnh lớn Khi chiều cao

mẫu thử lớn hơn hoặc bằng khoảng 2 lần chiều rộng hoặc đường kắnh mặt cắt ngang thì ảnh hướng của sự kiểm chế biển dạng ngang ở mặt tiếp xúc đến cường độ chịu nén của

Hình dạng mặt cắt ngang và kích thước mẫu thử cũng có ảnh hưởng đến cưởng độ chịu nén, Các mẫu thử có mặt cắt ngang bình vuông chịu ảnh hưởng của sự kiểm chế

biển dạng ngang ở mặt tiếp xúc nhiều hơn so với các mẫu có mặt cắt ngang hình tròn

Cường độ chịu nén được xác định với các mẫu có kích thước lớn sẽ cổ giá tị nhỗ hơn

với các mẫu có kích thước nhỏ Hình 2.3 thể hiện sự ảnh hưởng của kích thước mẫu thir

.đến cường độ bể tổng và Hình 2.4 thể hiện sơ đỗ phá hoại của mẫu th,

Theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-035, đổi với bê tông được dùng trong các công trình cầu, cường độ chịu nén được xác định theo tiêu chuẩn ASTM C-39 với việc nén đến phá hoại mẫu thử bình trụ có đường kính 150 mm và chiều cao 300 mm, Bê tông khí th

"nghiệm có tuổi 28 ngày và được bảo đưỡng trong điễu kiện tiêu chuẩn, Thời gian chất

tải cho đến khi phá hoại là khoảng 2 đến 3 phút Theo Tiêu chuẩn AC 318-05, cường

|

Tiêu chuẩn TCVN 3118-1393 quy định mẫu thứ để xá định cường độ chịu nên của bể ông có dang hình lập phương với kiệh (hước mỗi chễu là 150 mm, Tuổi bẻ tông cũng được quy định là 8 ngày

“rong tiêu chắn thâu Âu ECO, mẫu thữ này là ính tụ cổ đường knh 150 ni và chu cao 300 mm, hoặc khối ip phương cạnh bồng 150 mm Trong kh đ, mẫu thự theo Tidu chubn Due DIN EN 12 390-1

sẻ đạng hình tụ bay Binh Xi che nha ý số h/ứ =2 Đường kinh hay hiểu dại cạnh đ tối Điều bảng 3, lẫn đường kính ct lệu lớn nhất và Đường được lấy ng 100 mm hay 150 mm, Qua hệ bn

đảng giữa cường độ chịu nén được xác định theo mẫu hình trụ kích thước 150x300mm , , với các

kửt cầu mật cầu phải cô cường độ tối thiêu la 28 MPa Hign nay, iệc sử dụng bề tông

có cường độ chịu nén lên đến khoảng 80 MPa là khá phổ biến ở rất nhiều nước

Sau nhiều năm, do quá trình thủy hóa, cường độ bê tông có thể tăng thêm từ 20 đến 40% so với cường độ được xác định tại thời điểm 28 ngày Đây được goi là hiện tượng rắn kết sau, Sự tăng cường độ nảy phụ thuộc trước hết vào sự phát triển cường độ theo thời gian của xi mang và tỉ lệ nước/xi măng Nói chung, tỷ lệ nước/xi măng cảng lớn thì

sự tăng cường độ sau 28 cảng lớn Bê tông được chế tạo từ xi măng có cường độ phát triển nhanh sẽ có sự tăng cường độ sau 28 ngày ít hơn so với bể tông sir dung xi mang

có cường độ phát triển chậm Sự tăng cường độ này của bê tông, tuy vậy, không được xXết đến trong các thiết kế thông thường,

2.1.4.2 Cường độ chịu nén đặc trưng của bẽ tông

Cường độ chịu nén đặc trưng hay cường độ đặc trưng của bê tông ~ được kỷ hiệu là

Ef =i gid tri mà chỉ có một xác suất xác định (được quy định trong Tiêu chuẩn thiết kế) các mẫu thử trong một tập hợp có cường độ chịu nén nhỏ hơn giá trị đó Cường độ

chịu nén đặc trưng được sử dụng để thiết ké két cfu bê tông cũng như để phân cấp bê tổng

Một số Tiêu chuẩn hiện nay như TCXDVN, EuroCode, BS, v.v dùng cường độ chịu

nén đặc trưng ứng với xác suất 5% số mẫu thử có cường độ nhỏ hơn Với xác sut nổi

3T

trên, quan hệ giữa cường độ chịu nén đặc trưng ƒ với cường độ chịu nén trung bình ý, của tập hợp mẫu thứ là

`Với ơ_ là độ ch chuẪn của cường độ chịu nến của các mẫu thử trong tập hop

“Tiêu chuẩn ACI quy định, chỉ có không quá 1% xác suất cường độ trung bình của 3 mẫu thể liên tiếp nhỏ hơn cường độ đặc trưng hoặc 1% xác suất cường độ mẫu thử tiêng biệt nhỏ hon 0,9 lần cường độ đặc trưng Tương ứng, quan hệ giữa cường độ chịu

"nến đạc trưng ƒ” với cường độ chịu nén trung bình 7 của tập hợp mẫu thừ là

2.1.4.3 Cường độ chịu kéo của bô tông

Cường độ chịu kéo dọc trục, hay còn được gọi là cường độ nứt, được ký hiệu là ƒ,,

là ứng suất kéo dọc trục lớn nhất mà bể tông cô thể chịu được trước khi nứt Cường độ này có thể được xác định trực tiếp hoặc gián tiếp Mặc dù người ta rất muốn thí nghiệm kéo dọc trục bê tông để xác định cường độ chịu kéo thực của nó nhưng thí nghiệm nay Thả đội hỏi các thiết bị đặc biệt Vi vậy, các thí nghiệm gián tiếp như thí nghiệm xác định cường độ kéo khi uốn, thí nghiệm ép chẻ thường lại hay được sử dụng hơn (Hình 2.5)

Cường độ chịu kéo khi uốn, hay còn được gọi là mô đun phá hoại (modulus of

rupture), ký hiệu là /, được xắc định dựa trên thí nghiệm uốn một thanh bê tông (Hinh

2.5) Phương pháp thí nghiệm này thường cho kết qua tin cậy nên rất hay được sử

dung, đặc biệt là cho bê tông được sử dụng trong các cấu kiện chịu uốn Theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05, cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông dùng trong công trì

cầu được thí nghiệm theo Tiêu chuẩn ASTM C-78 với mặt cất thanh bê tông là bxh=150%150mm, chiéu dai miu thi gitta các gối là ⁄=450mmvà khoảng cách

siữa các điểm đạt lực là Z/3=150mm., Theo phương pháp thí nghiệm này, cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông được xác định theo công thức

= PL/ow

"Nếu không thục hiện được thí nghiệm thỉ có thể tính toán cường độ chịu kéo dọc trực

vã cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông theo cường độ chịu nến, ƒ”, như sau [6]

38

Hình2.5 _ Cácphươngpháp xác định cường độ chủu kéo của bê tổng

“Tất cả các giả trị cường độ trong công thức (2.3) đều được tính bằng MPa À là hệ số Xét đến độ đặc của bê tông, À =1,00 cho bê tông thường, À =0,85 cho bê tông cát, nhẹ

và À=0,75 cho các loại bê tông nhẹ khác Thông thường, cường độ chịu kéo dọc trục của bê tông nằm trong khoảng từ 01 đến 02 cường độ chỉu nén, nghĩa là

J, =(0,10+0,2) f°

“Thí nghiệm ép chẻ, còn được gọi là phương pháp Braxin, là một phương pháp khác

để xác định gidn tiếp cường độ chịu kéo của bê tông thông qua cường độ chịu ép chế Phương pháp này hay được sử đụng cho bê tông lm mặt đường Cường độ chịu ép chè được xác định từ việc nén một thanh bê tông hình trụ bởi một dải lực phân bố đặt trên

hai đường sinh đối xứng tâm của mẫu trụ Quan hệ giữa cường độ chịu kéo khi uốn và

cường độ ép chẻ, ý của bê tông là

G4)

39

2.4.4.4 Sự làm việc của bê tông khi chịu nén một trục — các định luật

vật liệu của bê tông

“Sự làm việc của vật liệu thường được mô tả thông qua quan hệ ứng suất ~ biển dạng

“Trong việc tính toán và thiết kế kết cấu bể tông, quan hộ ứng suất — biển dạng khi chịu snến của bệ tông đồng vai tr rất quan trọng Cáe phương trình mổ tả quan bệ ứng suất ~

biến dang của bê tông còn được gọi lã các định luật vật liệu của nó

4

Cả lu thô

mất tiếp xúc của củt liệu

Hinh26 Quanhệứng suất biếndạng của bếtổng và của các vật liệu thành phẩn

“rong khi quan hệ ứng suất ~ bin dạng của các vật liệu thành phẫn của bê tông, tức

là cốt liệu thô và đá xi măng, là gần như tuyến tính thì quan hệ này của bê tông lại là phỉ

tuyển (Hình 2.6) Thông thường, độ cứng và cường độ của cốt liệu thô cao hơn của đã

xi mang (cốt liều thô có cường độ thông thường trong khoảng 100 đến 200 MP4) còn độ

cứng và cường độ của bê tông thường nằm giữa các giá tị của cốt liệu thô vã của đá xỉ

“0Q, *øngsong với phương chịu nén phát triển ắt mạnh và độ nỡ ngang của b tông cũng ắt lớn

_ Do nhiều nguyên nhân khắc nhau nên tại qhững vùng tếp xúc ga đá xi măng và tlệu bổ trong bể Xông thường đã có sân các vết nứt trước khi chịu ải Các vất nứt này bắt đầu phát tiễn sau khi ứng suất

‘at bi khoảng 40% cường độchju nén, Từ mức ứng suẫ này, quan ệ giữa ứng suất và biển dạng trở nên không còn tuyến tính Ứng suất cảng tăng lo, độ cứng của bể tông căng nhỏ đi Ở mức ứng suất vào

40

khoảng 80% cường độ chịu nén, các vde nin phe kn trong ving vữn bể tông và chiễu dã các ắt nút"

sho tng than he sự tăng của ti rong

2.7 Swhinh thành lực kéo ngang trong bêtông chịu nén [6]

Irong bẻ tông cường độ cao, chênh lệch giữa cường độ của cốt liệu và của đá xi thông lớn như trong bẽ tông thường Nhờ vậy, sự tập trung ứng suất tại các cốt

liễu thỏ à không quá lớn, Các vết nứt nhỏ, do đó, phảt ở một mức ứng sult cao hơn mới bàt dẫu phát triển và đoạn thẳng trên biểu đổ quan hệ ứng suất — biền dạng của bê tông sưỡng độ cao dài hơn của bề tông thưởng Cường độ chịu nền của bê tông cường độ cao

sẽ đạt tới khi các vết nứt nhỏ phát triển tới một chiều đài giới hạn tại một vùng cục bộ nào đó Lúc này, tải trọng không thể tiếp tục tăng được nữa Do đó, trong thí nghiệm với

img suất tăng đều, sự phá hoại sẽ xảy ra đột ngột Nhánh đi xuống của bê tông cường độ

cao đốc hơn Do đó, phần năng lượng ứng với vàng sau phá hoại so với năng lượng toàn

bộ sẽ nhỏ hơn so với bê tông thường Như vậy, bê tông cường độ cao giòn hơn bê tông,

thường

Hình 2.8 thể hiện đường cong quan hệ ứng suất — biển dạng nhận được khi thí

nghiệm một số cường độ bê tông diễn hình và Hình 2.9 là sự tổng quất hoá các đường

cong này Các đường cong quan hệ ứng suất — biến dạng này cho thầy, khi cường độ bê

tông tăng, độ cứng của nó cũng tăng, tính tuyến tính lớn hơn và tính đẻo giảm đi Một

sổ mồ hình quan bệ ứng suất ~ bin đẹng điễn hình của bê tổng là:

+ _ Ouan hệ ứng suất ~ biển dạng tuyển tỉnh

Khi ứng suất nh hơn khoảng 0,60// quan he img sult — biến dạng có thể được mộ

tả gẵn đăng bằng quan hệ tuy tính theo công thức sau:

Với ƒ là ứng suất trong bê tông va cy 1d bién dang ứng với ứng suất đó, , là mô đun đàn hồi của bê tông, được giới thiệu trong mục 2.1.4.5

41