nội dung cơ 10 chương: chương 1 giới thiệu tông quan về kết cấu bê tông và btct cũng như các pp thiết kế dân dụng chương 2 tập trung về tính chất cơ bản của các vật liệu đc sử dụng trong kết cấu bt và btct chương 3 trình bầy nguyên lí kết cấu btct theo các trạng thái giới hạn
Trang 1Quy n K t c u bê tông nƠy đ c biên so n, tr c h t, đ dƠnh sinh viên các chuyên ngƠnh xơy d ng, đ c bi t lƠ xơy d ng giao thông vƠ xơy d ng dơn d ng Trong quá trình biên so n, các tác gi đƣ c g ng mô t s lƠm vi c c a các k t c u bê tông c ng nh các ph ng pháp thi t k chúng d a trên các tính ch t c h c Tuy nhiên, khoa h c v k t c u bê tông lƠ khoa
h c th c nghi m nên vi c tính toán vƠ thi t k k t c u bê tông đòi h i ph i s d ng c các k t
qu thí nghi m, các công th c th c nghi m c ng nh các quy đ nh vƠ khuy n ngh c a các Tiêu chu n thi t k Các tiêu chu n đ c s d ng có tính ch t ví d trong tƠi li u nƠy lƠ Tiêu chu n thi t k c u 22 TCN 272-05 c a B Giao thông v n t i c ng nh Tiêu chu n thi t k
k t c u bê tông ACI 318-05 c a Vi n Bê tông Hoa K so sánh, m t s ch trong tƠi li u
c ng tham kh o c các tiêu chu n khác nh Euro Code, TCXDVN 356-2005, v.v
TƠi li u nƠy bao g m 10 ch ng, gi i thi u m t s v n đ c b n nh t trong vi c tính toán
vƠ thi t k các c u ki n bê tông vƠ bê tông c t thép
Ch ng 1 gi i thi u các v n đ t ng quan v k t c u bê tông vƠ k t c u bê tông c t thép
c ng nh các ph ng pháp tính toán vƠ thi t k chúng
Ch ng 2 t p trung v tính ch t c b n c a các v t li u đ c s d ng trong k t c u bê tông vƠ bê tông c t thép
Ch ng 3 trình bƠy nguyên lý thi t k k t c u bê tông c t thép theo các tr ng thái gi i h n Các ch ng 4, 5, 6 vƠ 7 l n l t đ c dƠnh đ trình bƠy cách tính toán ng x vƠ thi t k theo tr ng thái gi i h n c ng đ các c u ki n bê tông c t thép các tr ng thái ch u l c c
Ch ng 10 gi i thi u các nguyên lý thi t k c u t o trong các k t c u bê tông c t thép
Vi c biên so n tƠi li u đ c th c hi n theo s phơn công gi a các tác gi :
TS Nguy n Duy Ti n: Ch ng 3 vƠ m t ph n c a ch ng 8,
TS Ngô ng Quang: Các ph n còn l i vƠ ch u trách nhi m chung
Trong quá trình biên so n, các tác gi đƣ nh n đ c s giúp đ quý báu c v tinh th n
c ng nh công s c c a các t p th B môn K t c u xơy d ng, B môn K t c u vƠ đ c bi t lƠ
c a các th y giáo có kinh nghi m trong l nh v c k t c u bê tông nh PGS TS T ng Tr n Tùng, GS TS Nguy n Vi t Trung, GS TS Ph m Duy H u Các tác gi xin bƠy t s cám
n chơn thƠnh vƠ sơu s c đ i v i nh ng giúp đ quý báu đó
Trang 2g ng trong quá trình biên so n nh ng các tác gi c ng ch c ch n r ng, tƠi li u nƠy v n còn có nhi u sai sót Các tác gi r t mong nh n đ c các ý ki n ph n h i t đ c gi đ có th hi u
ch nh vƠ hoƠn thi n d n tƠi li u nƠy
HƠ N i, tháng 12/2009
Các tác gi
Trang 3M C L C 3
H TH NG KÝ HI U 11
CH NG 1 T NG QUAN V K T C U BÊ TÔNG 15
1.1 CÁC KHÁI NI M C B N 15
1.1.1 K à à à 15
1.1.2 B à à à 17
1.1.3 P à à à à à à à 17
1.1.3.1 P à à à à à à 17
1.1.3.2 P à à à à à à 18
1.1.4 à à à à à à à à à à bê tông 19
1.1.5 C à à à à à à à à à à à à à 20
1.2 ì L C L CH ì PHÁT TRI N C á BÊ TÔNG C T THÉP 22
1.3 T NG QUAN V QUÁ TRÌNH THI T K K T C U BÊ TÔNG C T THÉP 23
1.3.1 T à à à 23
1.3.2 P à à à 23
1.3.3 T à à à 24
1.4 T NG QUAN V M T ì PH NG PHÁP THI T K K T C U BÊ TÔNG C T THÉP 24
CH NG 2 V T LI U 26
2.1 BÊ TÔNG 26
2.1.1 T à à à à 26
2.1.2 Đ à à à à à 28
2.1.3 P à à à 30
2.1.4 C à à à à à à à à à à 30
2.1.4.1 C à à à à à à à à 30
2.1.4.2 C à à à à à à 33
2.1.4.3 ì à à à à à à à à à à à à à à à à à à 34
2.1.4.4 M à à à à à à 39
2.1.4.5 ì à à à à à à à à 40
2.1.4.6 ì à à à à à à à à à à 41
2.1.4.7 à à à à à à à à à à à à 42
2.1.4.8 T à à à à 43
2.1.4.9 V à à à T à à à 48
2.1.4.10 C à à à à 49
2.1.4.11 C à à à à à à 51
2.1.4.12 K à à à à à à 52
2.1.4.13 ì à à à à à à à à à à à 53
2.1.5 C à à à à à à à à à 56
2.1.5.1 C à à 56
2.1.5.2 C à à à à à à 57
2.2 C T THÉP 58
2.2.1 C à à à 58
2.2.2 Q à à à à à à à à 59
2.2.3 C à à à à à à 61
Trang 42.3.1.1 K à 62
2.3.1.2 C à à à à à à à à 64
2.3.2 ì à à à à à à à à à à à 65
2.3.3 M à à à à à à à à à à à à à 65
2.4 BÀI T P 70
CH NG 3 C S THI T K K T C U BÊ TÔNG C T THÉP 73
3.1 GI I THI U CHUNG 73
3.2 T NG QUAN V M T ì PH NG PHÁP THI T K 73
3.2.1 T à à à à à à 74
3.2.2 T à à à à à à à à à 75
3.3 PH NG PHÁP THI T K K T C U BÊ TÔNG THEO PH NG PHÁP H ì T I TR NG VÀ ì C KHÁNG 76 3.3.1 ì à à à à à 77
3.3.2 ì à à à à à 77
3.3.3 C à à à à 78
3.3.4 K à à à à à 79
3.3.4.1 P à à à à à à à à à M àV 79
3.3.4.2 Đ à à à ì àD iation) 80
3.3.4.3 H à à à à à P àD àF 81
3.3.4.4 H à à à à B àF 82
3.3.4.5 H à à à à C à àV 83
3.3.4.6 X à à à à P à àF lure) 83
3.3.4.7 C à à à à à ì àI 85
3.3.4.8 Cách xá à à à à à à à à à à 87
3.4 TRÌNH T TÍNH TOÁN, THI T K 89
CH NG 4 THI T K CH U U N 91
4.1 GI I THI U 91
4.2 Đ C ĐI M C U T O 91
4.2.1 C à à à 91
4.2.1.1 C à à à 92
4.2.1.2 C à à à 92
4.2.1.3 C à à 92
4.2.1.4 C à à 93
4.2.2 C à à à 94
4.3 ì LÀM VI C C á R M KHI CH U U N 95
4.3.1 T à à à à à à à à à à 95
4.3.2 T à à à à à à à à à à à à 98
4.3.2.1 C à à à à 98
4.3.2.2 Đ à à à à à à 98
4.3.2.3 Đ à à à 99
4.3.2.4 P à à à à à à à à à à 99
4.3.2.4.1 P à à à 100
4.3.2.4.2 P à à à à 101
4.3.3 C à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à
104
Trang 54.3.3.3 G à àIIà G à à à à à à à à à à à à à à à à à à
106
4.3.3.4 V à à à X à à à à à à à à à 109
4.3.3.5 G à àIIIà G à à à à à à à à à à à à 111
4.3.4 Q à à à à à à à à à à à à à 111
4.4 TÍNH TOÁN VÀ THI T K M T C T C á C U KI N CH U U N THEO TR NG THÁI GI I H N V C NG Đ 112 4.4.1 C à à à à 112
4.4.2 M à à à à à à à à à 112
4.4.3 Xác à à à à à à à à à à à à à 114
4.4.4 T à à à à à à à à à à à à à 116
4.4.5 D à à à à à à à 121
4.4.6 T à à à à à à à à à à à 123
4.4.6.1 ì à à 123
4.4.6.2 V à à à T à à à à à à à 123
4.4.6.3 V à à à T à à à à à à à à à à à à 125
4.4.7 T à à à à à à à à à à à à 129
4.4.7.1 T à 129
4.4.7.2 T à à à 129
4.4.7.3 V à à à T à à à à à à à à à 131
4.4.8 T à à à à à à à à à à à à à à à 133
4.4.8.1 G à à à à à à à à à à à à 133
4.4.8.2 P à à à 134
4.4.8.3 V à à à T à à à à à à à à à à 136
4.4.8.4 T à à à à à à à à à à 139
4.4.8.5 V à à à T à à à à à à à à à à 140
4.4.9 T à à à à à à à à àTà àL 143
4.4.9.1 G à à 143
4.4.9.2 X à à à à à à à à à 144
4.4.9.3 T à à à à 146
4.4.9.3.1 T à à àT à à àTCNà -05 146
4.4.9.3.2 Tính toán t àT à àáCIà -05 148
4.4.9.4 V à à à T à à à à à à à àTà àT à à àTCNà -05 150
4.4.9.5 V à à à T à à à à à à à àTà àT à àáCIà -05 151
4.4.9.6 T à à à à àT 154
4.4.9.7 V à à à T à à à à àT 155
4.5 BÀI T P 158
CH NG 5 THI T K CH U C T 162
5.1 GI I THI U CHUNG 162
5.2 ì LÀM VI C C á C U KI N CH U C T 162
5.2.1 C à à à à à à à à à à à 162
5.2.2 ì à à à à à 164
5.2.2.1 C à à à à à à à à 164
5.2.2.2 ì à à à 165
5.2.2.3 ì à à à 165
5.2.2.3.1 X à à à à à 166
Trang 65.3 THI T K CH U C T 171
5.3.1 Mô hình giàn 171
5.3.2 M à à àT à àáCIà -05 174
5.3.3 V à à à à à à à à àáCI 177
5.3.3.1 V à à 177
5.3.3.2 V à à 178
5.3.3.3 V à à 180
5.3.4 L à à à à à 184
5.3.4.1 G à 184
5.3.4.2 Đ à à à à à à 185
5.3.4.3 Đ à à à 186
5.3.4.4 Q à à à à à à à à à à 188
5.3.4.4.1 Q à à à à à à à à 188
5.3.4.4.2 Q à à à à à à à à 189
5.3.4.4.3 G à à à à à à bê tông 190
5.3.4.5 à à à à 192
5.3.4.6 T à à à 197
5.3.4.7 V à à à à à à à à à à à à à T à à àTCNà -05) 198
5.4 BÀI T P 203
CH NG 6 THI T K CH U XO N 205
6.1 GI I THI U CHUNG 205
6.2 C ì TÍNH TOÁN C U KI N CH U XO N 206
6.2.1 T à 206
6.2.2 T à à à à 208
6.3 ì LÀM VI C C á C U KI N CH U XO N 209
6.3.1 ì à à à à à à à 209
6.3.2 V à à à T à à à à à à 211
6.3.3 ì à à à à à à à 212
6.3.3.1 N à à à à à à à à à à à 213
6.3.3.2 C à à à à à à à à à à à à à à à 214
6.3.4 X à à à à 217
6.4 THI T K C U KI N CH U XO N C T VÀ U N Đ NG TH I 218
6.4.1 N à à à 218
6.4.2 T à à à à à à à à à àT à àáCIà 8-05 219
6.4.2.1 M à à à à 219
6.4.2.2 T à à à 220
6.4.2.2.1 G à à à à à à à 220
6.4.2.2.2 T à à à à à 221
6.4.2.2.3 B à à à 222
6.4.3 T à à à à à à à à à àT à à àTCNà -05 222
6.4.3.1 M à à à à 223
6.4.3.2 G à à à à à à 223
6.4.3.3 T à à à à à 223
6.4.4 V à à à T à à à à à à à à à à à à à 224
6.5 ì PHÂN B L I MÔMEN XO N TRONG CÁC K T C U SIÊU TĨNH 227
6.6 BÀI T P 230
Trang 77.1 GI I THI U CHUNG 231
7.2 PHÂN LO I C T 232
7.3 XÁC Đ NH Đ M NH C á C T 234
7.3.1 Khái quát 234
7.3.2 C à à à à à à à 234
7.3.3 C à à à à à à à à 235
7.3.3.1 H à à à à à 235
7.3.3.2 P à à à à à à à à à à à à à 236
7.3.3.3 X à à à à à à à à à à à à 237
7.3.3.4 X à à à à à à à à à à à à 238
7.3.4 V à à à T à à à à à 239
7.4 Đ C ĐI M C U T O C á C T 240
7.4.1 K à à à à ang 240
7.4.2 C à à 241
7.4.2.1 H à à à à à 241
7.4.2.2 H à à à à à à 241
7.4.2.3 ì à à à à à à à 241
7.4.3 B à à à à 241
7.5 NGUYÊN T C THI T K C T ĐáI 242
7.5.1 T à à à à 243
7.5.2 T à à à à 245
7.6 TÍNH TOÁN VÀ THI T K C T NG N CH U NÉN ĐÚNG TÂM 246
7.6.1 N à à 246
7.6.2 ì à à à à à à à à 246
7.6.3 V à à à T à à à à à à à à à à à à à 247
7.6.4 Ví à à T à à à à à à à à à à à à à 248
7.6.5 V à à à T à à à à à à à 249
7.7 TÍNH TOÁN VÀ THI T K C T NG N CH U NÉN L CH TÂM 250
7.7.1 K à à à à à à à 250
7.7.2 C à à à à à à à à à à à 251
7.7.3 P à à à 254
7.7.4 V à à à Tính toán à à à à à à à 255
7.7.5 T à à à à à à à à à à à à 258
7.7.5.1 M à à à 258
7.7.5.2 M à à 259
7.7.6 V à à à T à à à à à à à 261
7.7.7 P à à à à à à à à à à à 262
7.7.8 V à à T à à à à à à à à à à àW 264
7.7.9 B à à à àPà M 265
7.7.9.1 X à à à à à àP-M 265
7.7.9.2 Đ à à à à à à àP-M 271
7.8 TÍNH TOÁN VÀ THI T K C T M NH 272
7.8.1 T à à à à à à à 272
7.8.2 P à à à à à 274
7.8.2.1 ì à à à à à à à à à à à à àT à àáCIà -05 275
7.8.2.2 ì à à à à à à à à à à à à àT à àáCIà -05 276
Trang 87.8.3.1 V à à 279
7.8.3.2 V à à 280
7.8.4 V à à à T à à à à à à à à 283
7.9 C U KI N CH U NÉN VÀ U N HAI PH NG 286
7.9.1 G à à 286
7.9.2 V à à à T à à à à à à à à 290
7.10 BÀI T P 291
CH NG 8 THI T K K T C U TRONG GIAI ĐO N S D NG 294
8.1 GI I THI U CHUNG 294
8.2 CÁC GI THI T C B N 294
8.3 TÍNH TOÁN Đ VÕNG 295
8.3.1 G à à 295
8.3.2 T à à à à à 295
8.3.3 M à à à à à à à à à à à 297
8.3.3.1 M à à à à à à 297
8.3.3.2 M à à à à à à à 297
8.3.3.3 M à à àT 298
8.4 Đ VÕNG DÀI H N 300
8.5 TÍNH DUY T Đ VÕNG 302
8.6 VÍ D TÍNH TOÁN Đ VÕNG 303
8.6.1 V à à à T à à à à à à à à àT à àáCIà -05 303
8.6.2 V à à8.2 T à à à à à à à à àT à àáCIà -05 306
8.6.3 V à à à T à à à à à à à à àTCNà -05 314
8.7 TÍNH TOÁN VÀ H N CH Đ M R NG V T N T 316
8.7.1 C à à à à à à 316
8.7.1.1 C à à à à à 317
8.7.1.2 C à à à à à à 318
8.7.2 B à à à 320
8.7.3 Q à à à à à 320
8.7.3.1 ì à à à à à à à à à à à à à à à à 320
8.7.3.2 K à à à à à à à à à à à à 322
8.7.3.3 K à à à à à à à à à à à à à à à 324
8.7.3.4 Vùn à à à à à 325
8.7.4 T à à à à à à 326
8.7.5 T à à à à à à 329
8.8 C T THÉP T I THI U Đ KH NG CH N T 330
8.9 VÍ D TÍNH TOÁN Đ M R NG V T N T 333
8.9.1 V à à à T à à àT à àáCIà -05 333
8.9.2 V à à à Tín à à àT à à àTCNà -05 335
8.10 BÀI T P 337
CH NG 9 THI T K VÙNG KHÔNG LIÊN T C 341
9.1 KHÁI NI M CHUNG 341
9.2 PHÂN TÍCH NG X TR C KHI BÊ TÔNG N T 343
9.2.1 P à à à 343
Trang 99.4 THI T K THEO PH NG PHÁP ì Đ H THANH 349
9.4.1 G à à à à à à à 349
9.4.2 X à à à à à 350
9.4.2.1 N à 350
9.4.2.2 T à à 350
9.4.2.3 P à à à à à à à à àBà à àD 351
9.4.2.4 C à à à à à à à à 351
9.4.3 T à à à à à à à à à à 353
9.4.4 T à à à à à à à à à à à à à 353
9.4.4.1 X à à à à à à 354
9.4.4.2 X à à à à à à à 356
9.4.4.3 X à à à à à 358
9.4.5 V à à à T à à à à à à àìĐHT 359
9.4.6 à à à àìĐHTà à à à à 362
9.4.7 V à à à T à à à à à à à à àìĐHT 364
9.5 ì TRUY N L C C T QUA M T PH NG Y U KHÁI NI M V MA SÁT C T 370
CH NG 10 THI T K C U T O 373
10.1 GI I THI U CHUNG 373
10.2 L P BÊ TÔNG B O V 373
10.3 KHO NG CÁCH GI á CÁC THANH C T THÉP 375
10.3.1 K à à à à à à à à à à à 375
10.3.2 K à à à à à à à à à à à 376
10.3.3 K à à à à à à à à 376
10.4 TRI N KHAI C T THÉP 377
10.4.1 K à à à à à à 377
10.4.2 M à à à à à à à à à à 379
10.4.3 T à à à à à à à à à 379
10.4.3.1 C à à à à à à à à à à à à à à à à à 380
10.4.3.2 C à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à 380
10.4.3.3 C à à à à à à à 381
10.4.4 V à à à T à à à à à à à à à à 382
10.4.5 T à à à à à à à à à à à à 383
10.4.5.1 C à à 383
10.4.5.2 C à à à à à à à à à à 384
10.4.5.3 Y à à à à à à à à à 385
10.4.5.4 C à à à à à 385
10.4.6 T à à à à à 386
10.5 N I C T THÉP 388
10.5.1 M à à 388
10.5.1.1 M à à à à 389
10.5.1.2 M à à à à 389
10.5.2 M à à 390
10.5.3 M à à à à à à 392
10.6 TRI N KHAI C T THÉP D C CH U U N 392
10.6.1 B à à à à 392
Trang 1010.6.2.3 V à à à T à à à à à à à 396
10.6.2.4 U à à à 400
10.7 C U T O C T THÉP NGANG CÁNH VÀ B U D M 400
10.8 C U T O C T THÉP CH U C T VÀ XO N 403
10.8.1 L à à à à à à à à 403
10.8.1.1 C à à 403
10.8.2 L à à à à à à à à 404
10.9 C T THÉP CH U CO NGÓT VÀ NHI T Đ 407
10.10 M T ì TR NG H P C U T O Đ C BI T 409
10.10.1 T à à à à à à à à à à 409
10.10.2 T à à à à à à à -xon 412
TÀI LI U THAM KH O 414
Trang 15CH NG 1 T NG QUAN V K T C U BÊ TÔNG
1.1.1 K t c u bê tông
Bê tông lƠ m t lo i đá nhơn t o đ c t o thƠnh t vi c đóng r n h n h p xi m ng, n c,
c t li u m n, c t li u thô (đá, s i) vƠ có th có c ph gia c ng nh các ch t đ n ho t tính Các lo i bê tông thông th ng có kh n ng ch u nén r t l n nh ng kh n ng ch u kéo l i r t
nh C ng đ ch u kéo c a bê tông ch b ng kho ng 1/20 đ n 1/10 c ng đ ch u nén c a
nó Bên c nh giá tr th p, c ng đ ch u kéo c a bê tông l i r t không n đ nh NgoƠi ra, bi n
d ng kéo c a bê tông khi ng su t đ t đ n c ng đ ch u kéo c ng có giá tr r t nh Vì
nh ng lý do nƠy, kh n ng s d ng riêng bê tông (bê tông không đ c gia c ng) trong k t
c u lƠ khá h n ch Ví d , m t c u ki n ch u u n, đ c lƠm t bê tông có c ng đ ch u nén
đ n 35 MPa, s b n t vƠ phá ho i khi ng su t kéo trong bê tông th ch u kéo đ t kho ng 2 MPa S phá ho i nƠy x y ra lƠ do kh n ng ch u kéo c a bê tông đƣ b khai thác h t m c dù
kh n ng ch u nén c a nó v n r t d th a Vi c s d ng v t li u nh v y lƠ r t lƣng phí Do
đó, bê tông không đ c gia c ng ch đ c s d ng r t h n ch cho m t s k t c u ch u l c
có d ng kh i l n nh đ p ch n n c, b móng, v.v lƠ d ng k t c u ch u nén lƠ ch y u Ngay
c nh ng k t c u nƠy, đ h n ch b r ng c a các v t n t b m t gơy ra b i co ngót vƠ ng
su t nhi t, ng i ta c ng ph i tìm cách gia c ng cho bê tông g n b m t
Có r t nhi u gi i pháp k t c u ho c ph i h p v t li u có th giúp khai thác đ c kh n ng
ch u nén t t c a bê tông vƠ, đ ng th i, kh c ph c đ c kh n ng ch u kéo kém c a nó i n
hình nh t trong s nƠy lƠ s d ng nh ng v t li u có kh n ng ch u kéo t t, nh thép hay s i
thu tinh ho c ch t d o, v.v làm c t đ t ng c ng cho vùng ch u kéo c a bê tông N u khi
đ bê tông, các thanh thép ho c các v t li u t ng c ng khác đ c đ a vƠo các v trí thích
h p thì kh n ng ch u l c c a k t c u bê tông s đ c t ng lên đáng k Trong r t nhi u
tr ng h p, bê tông c ng còn đ c gia c ng c vùng ch u nén b ng các v t li u thích h p
nh thép
Trong ví d trên, n u vùng ch u kéo c a c u ki n ch u u n có đ t các thanh c t thép thì, sau khi bê tông n t vƠ không ch u kéo đ c n a, các thanh c t thép nƠy s ch u hoƠn toƠn l c kéo Nh đó, c u ki n v n có kh n ng ch u l c sau khi bê tông vùng kéo đƣ b n t C u ki n
bê tông có c t thép, n u đ c c u t o h p lý, có kh n ng ch u l c l n h n c u ki n bê tông không có c t đ n hƠng ch c l n
Hình 1.1 th hi n s lƠm vi c c a 2 r m có chi u dƠi, kích th c m t c t vƠ v t li u bê
tông nh nhau nh ng r m A đ c lƠm b ng bê tông không có c t thép còn r m B đ c lƠm
t bê tông nh ng đ c gia c ng b ng 3 thanh thép có đ ng kính 29 mm vùng ch u kéo
Vi c so sánh các bi u đ (b) vƠ (c) cho th y r ng, trong khi l c gơy phá ho i r m A là kho ng
14 kN thì l c gơy phá ho i r m B lƠ kho ng 140 kN i u đó cho th y r ng, vi c b trí thêm
Trang 16các thanh thép lƠm c t đ t ng c ng vùng ch u kéo đƣ lƠm t ng kh n ng ch u l c c a r m trong ví d nƠy lên kho ng 10 l n
(a) S đ k t Ơ u
(b) Quaố h ỏ Ơ – đ vỀốg Ơ a ổ Ố bê tẾốg khẾốg Ơó Ơ t
(Ơ) Quaố h ỏ Ơ – đ vỀốg Ơ a ổ Ố bê tẾốg Ơó Ơ t ỏậ ƠứƠ thaốh théồ
Hình 1.1 S lƠm vi c c a r m bê tông không có c t vƠ r m bê tông có c t lƠ các thanh thép, kích th c
vƠ đ võng lƠ mm, l c lƠ kN
K t c u đ c xơy d ng t vi c s d ng ph i h p bê tông v i các v t li u lƠm c t nh trên
đ c g i lƠ k t c u bê tông có c t đơy, có th coi bê tông cùng v i c t lƠ m t d ng v t li u
ph c h p, trong đó, bê tông vƠ c t cùng ph i h p ch u l c Bê tông có c t lƠ các thanh thép
đ c g i lƠ bê tông c t thỨp Bên c nh các lo i c t d ng thanh, ng i ta c ng s d ng c t
t ng c ng cho bê tông d ng s i vƠ lo i v t li u nƠy đ c g i lƠ bê tông c t s i
Trang 17NgoƠi vi c b trí các v t li u có kh n ng ch u kéo l n vƠo k t c u bê tông (đ thay th bê tông ch u l c kéo), ng i ta còn tìm cách nén tr c các vùng bê tông s ch u kéo khi ch u các tác đ ng bên ngoƠi Gi i pháp nƠy s lƠm t ng kh n ng ch ng n t c a k t c u bê tông vƠ, qua đó, lƠm t ng kh n ng ch ng th m, đ c ng vƠ đ b n c a nó K t c u bê tông d ng nƠy
đ c g i lƠ k t c u bê tông d ng l c hay k t c u bê tông ng su t tr c
K t c u bê tông đ c s d ng trong tƠi li u nƠy lƠ m t khái ni m chung đ ch các k t c u
đ c lƠm t bê tông xi m ng nh k t c u bê tông không có c t, k t c u bê tông có c t, k t
c u bê tông d ng l c, k t c u bê tông c t s i, v.v
TƠi li u nƠy ch t p trung cho k t c u bê tông c t thép lƠ d ng k t c u đang đ c s d ng
ph bi n nh t hi n nay n c ta vƠ trên toƠn th gi i
1.1.2 Bê tông c t thép
các đi u ki n s d ng bình th ng, bê tông vƠ c t thép có th ph i h p lƠm vi c r t t t
v i nhau nh các y u t sau:
L c dính bám gi a bê tông vƠ b m t c t thép L c nƠy hình thƠnh trong quá trình
đông c ng c a bê tông vƠ đ m b o cho c t thép không b tu t kh i bê tông trong quá trình ch u l c Do l c dính bám đóng vai trò quy t đ nh trong s lƠm vi c chung c a bê tông vƠ c t thép nh lƠ m t v t li u th ng nh t nên ng i ta luôn tìm m i cách đ lƠm
t ng đ l n c a l c nƠy
Gi a bê tông vƠ c t thép không có các ph n ng hoá h c lƠm nh h ng đ n t ng lo i
v t li u NgoƠi ra, bê tông còn t o ra trên b m t c t thép m t l p th đ ng, có tác
tông c t thép không xu t hi n n i ng su t lƠm phá ho i v t li u
1.1.3 Phơn lo i k t c u bê tông c t thép
Ph thu c vƠo tr ng thái ng su t trong bê tông vƠ c t thép tr c khi ch u l c, có th có hai d ng k t c u bê tông c t thép lƠ
K t c u bê tông c t thỨp th ng LƠ lo i k t c u bê tông c t thép mƠ, khi ch t o, c t
thép vƠ bê tông không đ c t o ng su t tr c Ngo i tr các n i ng su t phát sinh do
s thay đ i nhi t hay co ngót ho c tr ng n c a bê tông, ng su t trong bê tông vƠ c t thép ch xu t hi n khi k t c u b t đ u ch u l c
K t c u bê tông d ng l c Nh m m c đích h n ch s xu t hi n c a v t n t trong bê
tông d i tác d ng c a t i tr ng vƠ các tác đ ng khác, c t thép đ c c ng tr c đ ,
Trang 18thông qua l c dính bám ho c neo, t o ra l c nén tr c trong nh ng khu v c bê tông s
ch u kéo trong quá trình khai thác Lo i k t c u bê tông nƠy đ c g i lƠ bê tông d ng
l c Thông qua d ng l c, ng i ta có th ch đ ng t o ra các tr ng thái ng su t thích h p trong k t c u đ h n ch t i đa các tác đ ng b t l i t bên ngoƠi K t c u bê tông d ng l c còn đ c phơn lo i thƠnh k t c u bê tông d ng l c hoƠn toƠn vƠ d
ng l c m t ph n k t c u bê tông d ng l c hoƠn toƠn, trong bê tông không đ c phép n t ho c, th m chí, không đ c xu t hi n ng su t kéo Trong khi đó, k t c u
bê tông d ng l c m t ph n, bê tông đ c phép xu t hi n v t n t m t s t h p t i
tr ng nh t đ nh
Theo ph ng pháp thi công, k t c u bê tông c t thép có th đ c phơn lo i thƠnh:
K t c u bê tông đ t i ch : lƠ lo i k t c u đ c l p d ng c t thép vƠ đ bê tông t i v
trí thi t k c a nó H u h t các k t c u bê tông c t thép có kích th c l n đ u đ c thi công đ t i ch K t c u bê tông c t thép đ c thi công đ t i ch có tính toƠn kh i cao, ít m i n i nên có đ b n cao, có đ c ng vƠ kh n ng ch u l c l n theo nhi u
ph ng Tuy nhiên, do đ c đ bê tông t i công tr ng nên th i gian thi công th ng kéo dƠi, ch t l ng bê tông khó đ c ki m soát vì ch u nh h ng nhi u c a các tác
đ ng môi tr ng Hi n nay, vi c s d ng bê tông th ng ph m vƠ vi c hoƠn thi n các công ngh đ bê tông t i ch đƣ c b n kh c ph c đ c các nh c đi m nƠy
K t c u bê tông l p ghỨp Theo ph ng pháp thi công nƠy, các b ph n k t c u bê tông
đ c đúc s n t i nhƠ máy hay t i các x ng đúc bê tông vƠ, sau đó, đ c v n chuy n
đ n công tr ng xơy d ng vƠ l p ghép t i đó Bê tông đ c thi công theo ph ng pháp
nƠy có ch t l ng cao h n nh ng k t c u l i có đ toƠn kh i th p Các m i n i đ c
th c hi n công tr ng chính lƠ các đi m xung y u lƠm gi m đ b n chung c a k t
c u Ph thu c vƠo n ng l c c a các thi t b v n chuy n vƠ thi công, các b ph n l p
ghép có th lƠ các ph n nh c a k t c u nh các đ t r m, các c u ki n t ng đ i hoƠn
ch nh nh r m, c t, t ng ho c các kh i k t c u
K t c u bê tông bán l p ghỨp ơy lƠ ph ng pháp thi công k t h p c hai ph ng
pháp nêu trên M t s b ph n c a k t c u đ c ch t o x ng nh ng d ng ch a hoƠn thi n vƠ, sau khi đ c v n chuy n đ n v trí xơy d ng, s đ c đ bê tông b sung Ph n bê tông đ c đ m i c ng đóng luôn vai trò c a các m i n i thi công Các
r m c u d ng ch I, T có ph m vi nh p đ n kho ng 40 m th ng đ c xơy d ng theo
ph ng pháp nƠy (Hình 1.2) Các k t c u đ c thi công theo ph ng pháp nƠy có th
ph n nƠo kh c ph c đ c nh c đi m vƠ phát huy u đi m c a hai ph ng pháp trên Tuy nhiên, đ đ m b o cho s lƠm vi c chung c a ph n bê tông đúc s n vƠ bê tông đ
t i ch c n có các gi i pháp thi t k vƠ thi công thích h p
M t d ng đ c bi t c a k t c u bê tông bán l p ghép lƠ k t c u bê tông đ c đ bê tông trên
các “ván khuôn ch t” (Stay-In-Place Formwork systems) Ván khuôn đơy lƠ các c u ki n bê tông đ c ch t o s n vƠ đ c gia công theo m t s yêu c u đ c bi t m t s công trình
Trang 19nhƠ , ván khuôn nƠy lƠ các c u ki n t ng ho c c t r ng có b m t nh n Bê tông đ t i ch
s lƠm đ y các c u ki n nƠy
Hình 1.2 K t c u bê tông c t thép bán l p ghép
1.1.4 u, nh c đi m vƠ ph m vi áp d ng c a k t c u bê tông
K t c u bê tông lƠ m t trong nh ng d ng k t c u đ c s d ng ph bi n nh t hi n nay do
có nh ng u đi m n i b t sau:
Giá thành th p do bê tông có th đ c ch t o ch y u t các v t li u đ a ph ng nh
đá, s i, cát, v.v Các v t li u đ t ti n, đ c ch t o công nghi p nh xi m ng vƠ thép
ch chi m m t t tr ng nh , kho ng 1/5 đ n 1/6 kh i l ng toƠn b
Có kh n ng ch u l c l n So v i các d ng v t li u khác nh g ch, đá, g , v.v bê tông
c t thép có kh n ng ch u l c l n h n h n c bi t, v i s xu t hi n c a bê tông
c ng đ cao vƠ c c cao, kh n ng ch u l c c a bê tông c t thép đƣ có th so sánh
đ c v i thép Ngoài ra, do bê tông lƠ v t li u nhơn t o nên ng i dùng có th , thông qua vi c kh ng ch các thƠnh ph n c a nó, ch t o đ c bê tông có các tính n ng nh mong mu n
Có đ b n cao So v i các v t li u khác nh thép, g , v.v k t c u bê tông c t thép có
đ b n ch u tác đ ng c a môi tr ng cao h n vƠ, do đó, yêu c u chi phí b o d ng
th p h n
D t o dáng Do bê tông đóng r n t h n h p d o nên vi c t o dáng cho các c u ki n
phù h p v i yêu c u ki n trúc lƠ khá d dƠng
Ch u l a t t C ng đ c a bê tông b suy gi m không đáng k khi nhi t đ lên đ n
400oC NgoƠi ra, h s d n nhi t c a bê tông khá th p (kho ng t 1 đ n 2,6 o
Ph n bê tông đ t i ch
Ván khuôn công tr ng
Trang 20 Có t l c ng đ so v i đ n v tr ng l ng b n thân nh Do đó, các k t c u đ c xây
d ng t v t li u nƠy th ng có nh p t ng đ i nh vƠ chi phí cho vi c xơy d ng k t
c u n n móng l n Tuy nhiên, vi c s d ng bê tông d ng l c c ng đ cao ho c các
gi i pháp k t c u h p lý đƣ kh c ph c đ c đáng k nh c đi m nƠy
Bê tông đ t i ch đòi h i th i gian thi công dài và các h th ng đà giáo ván khuôn
ph c t p Do th i gian thi công kéo dƠi nên ch t l ng bê tông ch u nhi u nh h ng
c a th i ti t vƠ, do đó, khó ki m soát Vi c s d ng bê tông l p ghép hay bán l p ghép
lƠ m t s trong nh ng gi i pháp có th kh c ph c nh c đi m nƠy
Sau khi thi công xong, k t c u làm t bê tông c t thỨp r t khó đ c tháo d , v n chuy n và s d ng l i
Do kh n ng ch u kéo kém c a bê tông nên bê tông c t thép th ng d b n t, lƠm nh
h ng đ n đ b n, tính m quan công trình vƠ, đ c bi t lƠ, tơm lý ng i s d ng Bê tông d ng l c có kh n ng kh c ph c đ c ph n nƠo nh c đi m nƠy nh ng l i có giá thƠnh cao h n
1.1.5 Các d ng k t c u bê tông đi n hình dùng trong công trình xơy
d ng
K t c u bê tông đang lƠ lo i k t c u đ c s d ng ph bi n nh t trong các l nh v c xơy
d ng K t c u bê tông có m t trong xơy d ng dơn d ng, công nghi p, c u, đ ng, sơn bay, thu l i, v.v Trong các công trình xơy d ng dơn d ng vƠ công nghi p, k t c u bê tông đ c
s d ng lƠm k t c u ch u l c, k t c u sƠn, k t c u móng c ng nh các k t c u bao che Trong các công trình c u, k t c u bê tông đ c s d ng lƠm r m, k t c u m t c u, k t c u tr , tháp,
k t c u móng, v.v K t c u bê tông c ng đ c s d ng khá ph bi n đ lƠm m t đ ng c ng
c ng nh sơn bay
H u h t các k t c u nhƠ cao t ng, c u c ng nh đ p thu l i, thu đi n đ c xơy d ng
n c ta th i gian qua đ u lƠ các k t c u bê tông Theo các th ng kê ch a đ y đ thì công trình b ng k t c u bê tông chi m kho ng 70% s công trình xơy d ng n c ta hi n nay
S phong phú v d ng k t c u bê tông đƣ th hi n đ c tính ph bi n c a v t li u nƠy trong xơy d ng M t s d ng k t c u bê tông đi n hình đ c gi i thi u tóm t t nh sau:
Nhà nhi u t ng lƠ d ng công trình ph bi n nh t s d ng k t c u bê tông Các công trình
nƠy đ c xơy d ng ch y u theo cách “ch ng” lên nhau các t ng có c u trúc t ng đ i gi ng
nhau Do l i th v kh n ng ch ng cháy, bê tông có u đi m rõ r t so v i các v t li u khác
nh thép và g H n n a, nh có đ c ng l n, k t c u bê tông c t thép r t thích h p khi ch u
t i tr ng ngang nh y c m đ i v i dao đ ng trong các k t c u b ng bê tông c t thép c ng
nh h n đáng k so v i khi lƠm b ng v t li u khác Nh ng l i th nƠy có vai đ c bi t đ i v i
h th ng ch u l c c a các toƠ nhƠ ch c tr i
Các công trình mái có kh u đ l n b ng k t c u bê tông đ c xơy d ng đ ph c v cho
nh ng m c đích khác nhau c đi m c b n vƠ chung nh t c a các công trình lo i nƠy lƠ có
Trang 21mái bao ph m t di n tích l n v i s l ng c t đ ít đ n m c có th Thay cho cách th c xơy
d ng truy n th ng đ n gi n v i vì kèo, xƠ g vƠ các t m l p, trong k t c u mái có kh u đ
l n b ng k t c u bê tông, ng i ta s d ng các k t c u không gi n v m ng nhi u l p ho c
k t c u vòm cu n (Hình 1.3)
Hình 1.3 Mái v Isler b ng BTCT g n thƠnh ph Bern, Thu s [7]
C u là các công trình k thu t đ đ a các tuy n giao thông v t qua ch ng ng i v t
(Hình 1.4) Theo lo i hình giao thông, c u đ c phơn lo i thƠnh c u cho ng i đi b , c u
đ ng ô tô hay c u đ ng s t Theo lo i ch ng ng i v t ph i v t qua, c u đ c phân bi t
thành c u qua thung l ng, c u qua s n núi hay c u qua sông, bi n ho c c u ph c v cho các
đ ng giao thông trên cao Các công trình c u bao g m k t c u ph n trên và k t c u ph n
d i K t c u ph n trên bao g m k t c u ch u l c vƠ h m t c u Tu theo hình d ng và đ c
đi m ch u l c mà k t c u nƠy đ c phân bi t thành c u b n, c u r m, c u khung, c u vòm,
c u dây v ng, c u dơy võng vƠ các d ng c u h n h p khác nh c u extradosed, v.v K t c u
ph n d i bao g m móng, m vƠ tr Các công trình c u ch u tác đ ng c a th i ti t và nh
h ng c a môi tr ng m nh h n rõ r t so v i các công trình nhà c a Do u đi m v tu i th ,
bê tông c t thép đ c s d ng r t ph bi n trong xơy d ng c u Nh c đi m vì tr ng l ng
b n thân l n đƣ ph n nƠo đ c kh c ph c nh k t c u bê tông d ng l c
Hình 1.4 C u Bƣi Cháy, c u dơy v ng m t m t ph ng dơy v i r m chính b ng k t c u bê tông
Tháp và c t tháp, v t ng th , là nh ng c u ki n ki u công son liên k t c ng v i n n
móng Thí d v d ng k t c u này là các lo i tháp đ ng đ c l p, nh tháp truy n hình, tháp
thông tin, ng khói, tháp chuông, v.v Ngoài ra, có nh ng k t c u d ng tháp lƠm vi c nh lƠ
các b ph n c a m t công trình, nh tr c u và tháp c u, chân giàn khoan trên bi n Tháp có
tác d ng thu hút s chú ý và nh đ cao c a chúng, có m t ý ngh a đ c bi t v ki n trúc Do
Trang 22có tu i th cao và kh n ng t o dáng d dàng, bê tông r t hay đ c s d ng đ i v i các công
Bê tông, v i khái ni m lƠ m t v t li u h n h p đ c ch t o t c t li u vƠ ch t k t dính, đƣ
đ c s d ng nh lƠ m t v t li u xơy d ng ngay t th i La Mƣ Tuy nhiên vƠo nh ng n m
đ u c a th k 19, khi xi m ng đ c phát minh, bê tông s d ng xi m ng lƠm ch t k t dính
m i b t đ u đ c s d ng r ng rƣi N m 1801, Coignet đƣ công b nghiên c u c a mình v các nguyên t c xơy d ng b ng bê tông c ng nh các hi u bi t v kh n ng ch u kéo kém c a
bê tông N m 1850, Lambot, l n đ u tiên, đƣ ch t o m t thuy n b ng v a xi m ng l i thép
vƠ thuy n nƠy đƣ đ c tri n lƣm t i Paris n m 1855 Koennen, m t k s ng i c, đƣ l n
đ u tiên đ xu t đ a c t s t vƠo vùng bê tông ch u kéo vƠ, n m 1886, đƣ công b các b n th o
v lý thuy t vƠ thi t k k t c u bê tông c t thép Nh ng n m sau đó, r t nhi u ti n b trong
l nh v c bê tông c t thép đƣ đ t đ c nhi u n c nh Pháp, c vƠ d n đ n vi c thƠnh l p
Hi p h i bê tông c vƠo n m 1910 vƠ sau đó lƠ các Hi p h i bê tông Áo c ng nh các Vi n nghiên c u bê tông Anh, Vi n nghiên c u bê tông M Bên c nh các vi n nghiên c u qu c gia, các t ch c qu c t v bê tông c ng đƣ đ c thƠnh l p Liên đoƠn bê tông d ng l c
qu c t (FIP) đ c thƠnh l p n m 1952 vƠ U ban Bê tông chơu Âu (CEB) đ c thƠnh l p
n m 1953, t n m 1998, CEB vƠ FIP h p nh t thƠnh Liên đoƠn bê tông qu c t (fédération
internationale du béton, vi t t t lƠ fib)
Bê tông d ng l c đƣ đ c Freyssinet, m t k s ng i Pháp, đ xu t vƠ ch t o thƠnh công vƠo n m 1928 T đó, k t c u bê tông c t thép vƠ k t c u bê tông d ng l c đ c s
d ng ngƠy cƠng nhi u cho các ng d ng khác nhau
Các lý thuy t v c ng đ t i h n đƣ đ c s d ng trong tiêu chu n thi t k k t c u bê tông c t thép t i Liên Xô (c ) t n m 1938 Lý thuy t nƠy, sau đó, đ c s d ng t i Anh vƠ
M vƠo n m 1956 Ph ng pháp thi t k theo các tr ng thái gi i h n đƣ đ c s d ng Liên
Xô (c ) t n m 1955 Hi n nay, ph ng pháp nƠy đang đ c hoƠn thi n vƠ đ c s d ng ph
bi n r t nhi u n c trên th gi i nh M , Chơu Âu, Nh t, v.v Các Tiêu chu n tính toán, thi t k k t c u bê tông c t thép c a n c ta c ng áp d ng ph ng pháp các tr ng thái gi i
h n
V i vi c phát hi n ra thƠnh ph n v t li u vƠ nguyên t c ph i h p m i, bê tông tính n ng cao hi n nay đƣ có th đ t đ n c ng đ ch u nén đ n 140 MPa, th m chí đ n 200 MPa khai thác m t cách có hi u qu các lo i bê tông nƠy đòi h i ph i có nh ng d ng k t c u m i Trong th i gian g n đơy, các d ng k t c u liên h p, k t c u lai (hybrid structures) đang đ c nghiên c u phát tri n m nh m
Trang 231.3 T NG QUAN V QUÁ TRỊNH THI T K K T C U BÊ TÔNG
C T THÉP
Thi t k k t c u bê tông, c ng nh khi thi t k các k t c u khác, có th đ c xem nh lƠ
m t quá trình th d n bao g m các giai đo n có liên quan ch t ch v i nhau lƠ thi t k s b , phơn tích vƠ thi t k chi ti t
1.3.1 Thi t k s b
Thi t k s b lƠ ph n quan tr ng vƠ sáng t o nh t c a quá trình thi t k Trong giai đo n
nƠy, các k s thi t k s xác đ nh d ng k t c u, kích th c s b c a các b ph n c ng nh
t i tr ng d ki n tho mƣn các ch c n ng yêu c u c a công trình, ng i k s thi t k
ph i v n d ng ngh thu t, kinh nghi m, các ki n th c v k thu t xơy d ng, tính tr c quan vƠ tính sáng t o Kinh nghi m th ng đóng vai trò quan tr ng trong vi c tìm ra các gi i pháp
phù h p nh t trên c s hƠi hoƠ các y u t nh yêu c u c a ch đ u t , yêu c u ki n trúc, tiêu chu n, đi u ki n môi tr ng, s s n có c a các v t li u thƠnh ph n c ng nh đi u ki n vƠ kh
n ng thi công, v.v
1.3.2 Phơn tích k t c u
M c đích c a quá trình phân tích k t c u lƠ xác đ nh n i l c, chuy n v , t n s dao đ ng,
đ n đ nh, v.v c a toƠn k t c u c ng nh c a các b ph n c a nó d i các tác đ ng bên ngoƠi v i các thông s hình h c vƠ v t li u đƣ đ c l a ch n trong b c thi t k s b
th c hi n vi c phơn tích, k t c u th t đ c mô hình hoá thƠnh các s đ tính v i vi c s d ng các gi thi t phù h p v i các nguyên lý thi t k vƠ s lƠm vi c th c t c a k t c u các tr ng
thái khác nhau
phơn tích t ng th k t c u trong giai đo n khai thác ch u các tác đ ng thông th ng, s
đ tính th ng đ c xơy d ng b ng vi c áp d ng các gi thi t đƣ đ c s d ng trong các môn h c nh S c b n v t li u, C h c k t c u, v.v Theo đó, v t li u trong các k t c u bê tông v n đ c gi thi t lƠ đ ng nh t, đ ng h ng vƠ lƠm vi c đƠn h i tuy n tính Nh ng gi thi t nƠy lƠm gi m đáng k kh i l ng tính toán, đ ng th i, v n ph n ánh t ng đ i chính xác s lƠm vi c th c t c a k t c u
Khi ch u các tác đ ng đ c bi t nh đ ng đ t, gió bƣo l n, va tƠu, v.v k t c u đ c thi t k
làm vi c các tr ng thái gi i h n v c ng đ Lúc đó, bê tông ho c bê tông c t thép c n
ph i đ c xem xét nh lƠ m t v t li u đƠn d o vƠ d h ng do s hình thƠnh vƠ phát tri n c a các v t n t Do kh i l ng tính toán l n, các phơn tích d ng nƠy th ng đ c th c hi n trên các ch ng trình máy tính hi n đ i
Khi phơn tích k t c u trong giai đo n thi công, bê tông ho c bê tông c t thép c ng th ng
đ c mô hình hoá lƠ v t li u lƠm vi c đƠn h i tuy n tính d i tác d ng c a ngo i l c Tuy nhiên, giai đo n nƠy, do bê tông có tu i khá nh nên nh ng y u t có liên quan đ n th i gian nh co ngót, t bi n, s bi n thiên c ng đ vƠ đ c ng c a nó có nh h ng đáng k
Trang 24đ n bi n d ng, chuy n v vƠ n i l c c a k t c u Do v y, vi c phơn tích k t c u trong giai
đo n thi công c n xem xét đ n nh ng y u t nƠy
1.3.3 Thi t k chi ti t
Trong giai đo n nƠy, ng i thi t k s tính toán các kích th c chi ti t c ng nh xác đ nh
s l ng vƠ b trí v t li u thích h p cho t ng b ph n k t c u trên c s các thƠnh ph n n i
l c đƣ đ c xác đ nh t phơn tích t ng th M c dù n i l c c a các b ph n k t c u th ng
đ c xác đ nh trên các s đ tính v i gi thi t v s lƠm vi c đƠn h i tuy n tính c a bê tông
nh ng khi thi t k chi ti t, ng i thi t k c n ph i tính đ n các ng x th t vƠ ph c t p c a
v t li u nƠy
Thi t k chi ti t c ng lƠ m t quá trình th d n v i vi c xác đ nh kích th c, l a ch n vƠ b trí v t li u vƠ tính duy t đ đ m b o r ng, m i b ph n k t c u đ u tho mƣn các yêu c u v
c ng đ , đ b n, đ c ng, đ n đ nh, v.v i v i k t c u bê tông, đơy lƠ m t quá trình đòi
h i ph i x lý r t nhi u tham s khác nhau nh kích th c c a m t c t, ch ng lo i vƠ di n tích c a c t thép, mô hình lƠm vi c c a bê tông vƠ c t thép, v.v Bên c nh nh ng mô hình v t
li u đ c đ xu t theo các tri t lý thi t k , các k s ph i ph i h p r t nhi u ph ng pháp vƠ
k thu t khác nhau nh các công th c kinh nghi m (ví d , công th c đ tính toán đ m r ng
v t n t hay công th c tính c ng đ kháng c t), các ph ng pháp g n đúng (ví d , tính duy t
m t c t v i gi thi t lƠ ng su t trong bê tông phơn b d ng ch nh t) c ng nh các mô hình suy lu n (ví d , gi thi t m t c t ph ng khi ch u u n)
Tu thu c vƠo đ c đi m c u t o vƠ ch u l c, cách tính toán đ i v i t ng b ph n trong k t
c u bê tông c ng khác nhau Các khu v c xa đi m đ t l c có th đ c thi t k vƠ tính toán
b ng các ph ng pháp m t c t thông th ng Tuy nhiên, các khu v c g n đi m đ t l c ho c
có c u t o ph c t p c n đ c thi t k theo các ph ng pháp thích h p h n nh ph ng pháp dòng l c hay ph ng pháp s đ h thanh, v.v
C U Bể TỌNG C T THÉP
Các lý thuy t vƠ ph ng pháp tính toán, thi t k k t c u bê tông đƣ đ t đ c r t nhi u ti n
b cùng v i s phát tri n c a công ngh v t li u, ph ng pháp vƠ thi t b thí nghi m c ng
nh kh n ng tính toán trong th i gian qua
Trong giai đo n đ u th k 20, k t c u bê tông đ c tính toán vƠ thi t k theo ng su t
cho phép, theo đó, các v t li u trong k t c u đ c gi thi t lƠ lƠm vi c đƠn h i tuy n tính cho
đ n khi b phá ho i i u ki n an toƠn c a m t k t c u đ c xác đ nh trên c s so sánh ng
su t l n nh t do tác đ ng bên ngoƠi sinh ra v i ng su t cho phép, lƠ giá tr đ c có đ c t
ng su t gơy phá ho i v t li u vƠ đ c chi t gi m b ng h s an toƠn H s an toƠn đ c xác
đ nh t vi c xem xét các y u t nh tính đ ng nh t vƠ ch t l ng c a v t li u, đ chính xác
c a vi c ch t o, s sai l ch gi a t i tr ng th c t v i t i tr ng tính toán c ng nh t m quan
tr ng c a k t c u Ph ng pháp ng su t cho phép lƠ m t trong nh ng ph ng pháp thi t k
Trang 25đ c s d ng r ng rƣi trong th k 20 Cho đ n nay, ph ng pháp nƠy v n đ c s d ng
trong m t s tiêu chu n thi t k k t c u thép Tuy nhiên, vi c áp d ng ph ng pháp ng su t
cho phép đ thi t k k t c u bê tông t ra lƠ không th t thích h p do bê tông lƠ v t li u có tính đƠn d o cao vƠ tr ng thái ng su t c a nó ch u nhi u nh h ng c a các y u t ph thu c th i gian nh co ngót, t bi n, v.v
T gi a th k 20, m t ph ng pháp tính toán vƠ thi t k khác đ c phát tri n lƠ ph ng
pháp theo n i l c phá ho i Theo ph ng pháp nƠy, đi u ki n an toƠn c a k t c u đ c xác
đ nh trên c s so sánh n i l c l n nh t trong k t c u do t i tr ng tiêu chu n sinh ra v i n i
l c lƠm phá ho i k t c u (n i l c phá ho i) N i l c phá ho i đ c xác đ nh d a trên các k t
qu thí nghi m vƠ có xét đ n s lƠm vi c có bi n d ng d o c a bê tông vƠ c t thép Ph ng pháp n i l c phá ho i đƣ ph n nƠo kh c ph c đ c nh c đi m c a ph ng pháp ng su t cho phép nh ng do v n s d ng m t h s an toƠn chung nên ch a ph n ánh đ c đƠy đ các
y u t nh h ng đ n đ an toƠn c a k t c u
Ph ng pháp tính toán vƠ thi t k đ c s d ng r ng rƣi nh t hi n nay lƠ ph ng pháp
tr ng thái gi i h n Theo ph ng pháp nƠy, đ an toƠn c a k t c u đ c xác đ nh trên c s
so sánh s c kháng c a k t c u v i hi u ng c a t i tr ng t ng tr ng thái gi i h n Tr ng thái gi i h n lƠ tr ng thái mà, t i đó, k t c u có th b phá ho i ho c không ti p t c s d ng bình th ng đ c n a Theo m t s tiêu chu n thi t k tiên ti n hi n nay, các tr ng thái gi i
h n th ng đ c chia thƠnh tr ng thái gi i h n v c ng đ , tr ng thái gi i h n v s d ng,
tr ng thái gi i h n m i vƠ tr ng thái gi i h n đ c bi t S bi n thiên c a t ng lo i t i tr ng vƠ
s c kháng c a k t c u đ c xác đ nh theo ph ng pháp xác su t th ng kê vƠ đ c xét đ n trong tính toán thông qua các h s Các h s t i tr ng vƠ s c kháng đ c quy đ nh khác nhau cho các tr ng thái gi i h n khác nhau
Nhi m v c a k s thi t k lƠ đ m b o cho k t c u không b r i vƠo các tr ng thái gi i
h n trong th i gian ph c v d ki n c a nó Ph ng pháp tính toán, thi t k theo tr ng thái
gi i h n đang đ c coi lƠ ph ng pháp tiên ti n nh t do có c s khoa h c rõ rƠng, có kh
n ng tu bi n theo yêu c u cho t ng công trình c th
Trang 26CH NG 2 V T LI U
2.1.1 ThƠnh ph n c a bê tông
Các v n đ k thu t liên quan đ n vi c ch t o bê tông vƠ các quá trình hóa h c ph c t p
x y ra khi th y hóa đƣ đ c mô t trong các tƠi li u v v t li u xơy d ng Ch ng nƠy ch tóm t t m t s tính ch t vƠ đ c tr ng quan tr ng c a bê tông, có liên quan đ n s lƠm vi c
c a k t c u bê tông c t thép
Các thƠnh ph n quan tr ng nh t c a bê tông lƠ xi m ng, n c vƠ c t li u Bên c nh đó, các
lo i ph gia nh ph gia hoá d o, đông c ng nhanh, siêu d o vƠ các ch t đ n ho t tính nh
b t silic, tro bay, v.v đang đ c s d ng ngƠy cƠng nhi u vƠ đang tr thƠnh nh ng thƠnh
ph n không th thi u c a bê tông, đ c bi t lƠ bê tông cho nh ng công trình quan tr ng Bê tông hóa r n nh các ph n ng hóa h c x y ra gi a xi m ng vƠ n c Xi m ng Portland ch a
m t l ng l n các silicat canxi Các silicat nƠy ph n ng v i n c đ t o ra các hidroxit
silicat canxi, lƠ thƠnh ph n ch y u t o nên c ng đ c a bê tông, vƠ hidroxit canxi lƠ thƠnh
ph n t o nên tính ki m cho bê tông Xi m ng Portland còn ch a tricanxium aluminate (C3A)
lƠ thƠnh ph n t o tính ki m cho bê tông vƠ hóa h p t t c các i-on clo có th có m t trong h n
h p B ng 2.1 cung c p m t s d ng xi m ng tiêu chu n theo ASTM vƠ ph m vi ng d ng
IV L ốg C 3 S và C 3 A th ồ T a ít ốhi t khi th y hóa, đ bê tẾốg ƠứƠ kh i ỏ ố
V L ốg C 3 A th ồ Ch u suố ồhứt
Thông th ng, c t li u chi m kho ng 70% th tích bê tông vƠ, trong h u h t các tr ng
h p, chúng có c ng đ l n h n, c ng h n và c ng đ c h n đá xi m ng Trong bê tông
th ng, c t li u có nh h ng đ i v i c ng đ ít h n là đ i v i mô đun đƠn h i và kh i
l ng th tích c a bê tông Trong các thu c tính c a h n h p c t li u, thành ph n h t có ý
ngha quan tr ng h n c , nó quy t đ nh l ng n c c n thi t đ đ t đ c thành ph n bê tông
t i mong mu n
th y hóa, xi m ng c n m t l ng n c t i thi u kho ng 25% kh i l ng c a xi m ng
Dù r t mu n s d ng l ng n c t i thi u trong h n h p nh ng n u không s d ng ph gia thì t l n c/xi m ng kho ng 30% lƠ giá tr th p nh t ng i ta có th đ t đ c trong th c t
L ng n c th a so v i l ng c n thi t đ th y hóa có th t o ra các kho ng tr ng nh trong
Trang 27đá xi m ng, lƠm y u thƠnh ph n nƠy vƠ lƠm cho nó có nhi u l r ng Nh v y, vi c t ng t l
n c/xi m ng s lƠm gi m c ng đ , lƠm t ng tính th m n c, co ngót c ng nh t bi n c a
bê tông Bê tông đ c s d ng trong các k t c u bê tông c t thép có c ng đ thông th ng trong kho ng 18 đ n 60 MPa nên chúng ph i có m t t l n c/xi m ng thích h p
c i thi n m t s tính n ng quan tr ng c a bê tông c ng nh tính công tác c a nó, ng i
ta có th s d ng các ph gia khác nhau Ph gia hoá d o lƠm t ng tính công tác c a bê tông
vƠ lƠm gi m l ng n c c n s d ng Ph gia đông c ng nhanh có tác d ng lƠm t ng t c đ
đông c ng c a bê tông phù h p v i nh ng b ph n k t c u c n đ c đ a vƠo ch u l c s m
Ng c l i v i lo i ph gia nƠy lƠ ph gia làm ch m đông c ng đ c dùng cho bê tông đ c
đ trong th i ti t quá nóng, ho c đ c đ v i kh i l ng l n đ lo i tr các m i n i khô c ng
nh cho bê tông đ c chuyên ch v i c ly xa Ngoài ra, còn có các lo i ph gia n lƠm t ng
th tích c a v a b m trong ng gen cáp d ng l c, ph gia tr b m đ lƠm t ng tính linh
đ ng c a bê tông khi b m, v.v
Trong bê tông có c ng đ thông th ng, vùng dính bám gi a đá xi m ng và c t li u
th ng là vùng y u, do đó, các v t n t th ng xu t hi n quanh các h t c t li u S hình thƠnh
các vùng y u này trong bê tông th ng ph thu c vào vi c s n xu t bê tông c i thi n
c ng đ , đ b n, tính ch ng th m vƠ m t s tính ch t khác c a bê tông ng i ta tìm cách
lo i b b t nh ng vùng này thông qua vi c s d ng các ch t đ n h t m n, có kích th c h t
nh h n nhi u so v i h t xi m ng, và ph gia siêu d o tính n ng cao
Các ph gia siêu d o lƠ các h p ch t polimer ch a các nhóm axit sulfonic có kh n ng
ng n c n s ti p xúc c a n c v i các ch t dính k t trong th i gian đ bê tông vƠ qua đó,
t ng t m th i tính công tác c a bê tông Vi c s d ng các h p ch t nƠy cho phép s d ng t
l n c/xi m ng th p (0,3 ho c th m chí đ n 0,25) trong khi v n gi đ c tính công tác v i
đ s t 175 đ n 225 mm vƠ, nh đó, t o ra bê tông có c ng đ cao vƠ tính th m n c th p Pozzolans t nhiên, tro bay, b t silic vƠ x lò cao lƠ các ch t đ n h t m n đôi khi đ c dùng đ thay th m t ph n vƠ/ho c t ng thêm m t s đ c tính c a bê tông B t silic hay microsilica lƠ đ ng s n ph m khi ch t o silic s t Lo i b t nƠy m n h n xi m ng hƠng tr m
l n vƠ có kh n ng lƠm đ y các kho ng tr ng gi a các h t xi m ng c ng nh gi a các c t li u
m n, qua đó, t o ra m t c u trúc bê tông có đ đ c cao vƠ lƠm t ng c ng đ ch u nén c a nó NgoƠi ra, các ch t pozzolans còn ph n ng v i hydoxit canxi có c ng đ th p đ bi n chúng
thành các hydoxit silicat canxi có c ng đ cao Khi dùng đ thay th kho ng 5% đ n 10% xi
m ng portland, ch t nƠy có th t o ra bê tông c ng đ cao nh đ c mô t trong B ng 2.2
Vi c s d ng h p lý các ch t ph gia siêu d o tính n ng cao cùng v i các ch t đ n h t m n
nh đƣ nói trên có th t o ra các h n h p bê tông có c u trúc t i u v i c ng đ ch u nén
đ n 150 MPa ho c h n ngay t i công tr ng [7] Các bê tông nƠy không ch có đ b n c h c
mƠ còn đ b n hoá h c, tu i th c ng nh đ ch ng th m cao Vì nh ng lý do đó, chúng
đ c g i lƠ bê tông tính n ng cao (High Performance Concrete – HPC)
Trang 28B ng 2.2 T l thƠnh ph n cho bê tông c ng đ cao s d ng b t silic [6]
74,8 MPa sau 7 ngày 98,4 MPa sau 28 ngày 113,3 MPa sau 90 ngày
Kh i ỏ ốg th tíƠh 2430 kg/m3
2.1.2 c tính c a bê tông non
Bê tông d i kho ng 3 ngƠy tu i đ c xem lƠ bê tông non Ph thu c tr c h t vào lo i xi
m ng, nhi t đ môi tr ng và t l n c/xi m ng, đ thu hoá c a bê tông t i th i đi m này
n m trong kho ng t 60% đ n 90% M t s đ c tr ng c a bê tông non là:
Nhi t t ng m nh và, do đó, có s trao đ i nhi t l n v i môi tr ng xung quanh,
Th tích thay đ i l n,
Các đ c tính c h c bi n đ i nhanh theo th i gian
S thu hoá xi m ng là m t quá trình to nhi t và k t qu là bê tông non b nóng lên Bê
tông s ngu i tr l i khi l ng nhi t gi i phóng ra ít h n l ng nhi t nh n l i thông qua s trao đ i nhi t v i môi tr ng L ng nhi t gi i phóng ra ph thu c tr c h t vào l ng xi
m ng và lo i xi m ng Thông th ng, c ng đ xi m ng càng cao thì l ng nhi t to ra càng
l n H n n a, xi m ng lò cao gi i phóng nhi t ít h n xi m ng Portland S trao đ i nhi t c a
k t c u bê tông v i môi tr ng ph thu c tr c h t vào quan h gi a th tích và di n tích b
m t (di n tích b m t càng l n so v i th tích thì s trao đ i nhi t càng thu n l i), vào h s
truy n nhi t (h s này phù thu c vƠo ván khuôn c ng nh vi c s d ng ch t cách nhi t) và
ph thu c vào nhi t đ môi tr ng Do s trao đ i nhi t x y ra trên b m t c u ki n bê tông,
s phân b nhi t đ trên m t c t ngang là không đ u, đ c bi t trong các c u ki n có b dày
l n Bi u đ nhi t đ trong c u ki n có th đ c phân tách thành ba ph n nh đ c th hi n
trên Hình 2.1
Ph thu c vào th i đi m xem xét, thành ph n nhi t đ th nh t ( ) làm t ng ho T N c làm
gi m th tích và thành ph n nhi t đ th hai ( ) gây u T M n c u ki n N u các bi n d ng này
b c n tr b i các đi u ki n biên ho c tr ng l ng b n thân, trong k t c u s xu t hi n ng
Trang 29su t t ng ng Nh ng ng su t đ c g i lƠ ng su t c ng b c do chúng đ c sinh ra b i
s c n tr bi n d ng
Hình 2.1 Bi u đ nhi t đ vƠ ba thƠnh ph n đ tính ng su t trong c u ki n bê tông do s chênh l ch
nhi t đ [7]
Thành ph n nhi t đ th ba ( ) không ph thu T E c vào s đ t nh h c và luôn luôn gây
ra ng su t trong m t c t bê tông c đi m c a ng su t này là t cơn b ng nên không gây ra
s thay đ i n i l c trong k t c u Do đó, nó c ng th ng đ c coi là ng su t riêng
Ngoài nguyên nhân chênh l ch nhi t đ , s m t n c trong nh ng ngày đ u tiên c ng có
th gây ra các ng su t đáng k trong bê tông, d n đ n xu t hi n các v t n t b m t ho c v t
n t tách hoàn toàn, gây nguy hi m đ i v i kh n ng s d ng và tr c h t là đ i v i tu i th
c a k t c u Nguy c này có th đ c gi m thi u, tr c h t là nh s l a ch n thành ph n bê
tông và vi c b o d ng bê tông Ngoài ra, có th áp d ng các gi i pháp c u t o đ h n ch b
r ng các v t n t có th xu t hi n Các quá trình x y ra liên quan đ n s thu hoá xi m ng
trong nh ng gi và nh ng ngày đ u tiên có ý ngh a quan tr ng đ i v i các tính ch t c a bê
tông đóng r n và, do đó, đ i v i tu i th c a k t c u bê tông Vì v y, m t trong nh ng nhi m
v quan tr ng nh t c a công ngh bê tông là t o ra nh ng đi u ki n có l i cho s phát tri n
các thu c tính c a bê tông trong giai đo n đ u
S phát tri n c ng đ vƠ mô đun đƠn h i c a bê tông theo th i gian có th đ c bi u di n
nh trên Hình 2.2 Trong kho ng b n đ n sáu gi đ u tiên sau khi nhào tr n, c c ng đ
chu nén l n c ng đ ch u kéo c a bê tông h u nh không t ng Sau đó, đ n giai đo n c ng
đ phát tri n r t nhanh và cu i cùng lƠ giai đo n c ng đ phát tri n ch m l i Sau 28 ngày,
s t ng c ng đ quan sát đ c ch r t ít S bi n thiên c a c ng đ bê tông theo th i gian
v i ba giai đo n k trên ph thu c vƠo vi c l a ch n xi m ng và s d ng ph gia bê tông Ví
d , vi c s d ng ph gia đông c ng ch m d n đ n kéo dài giai đo n ninh k t, ho c vi c s
Trang 30Hình 2.2 S phát tri n c ng đ vƠ mô đun đƠn h i c a bê tông theo th i gian [7]
2.1.3 Phơn lo i bê tông
Bê tông có th đ c phơn lo i theo c u trúc, kh i l ng riêng, c ng đ ch u nén, m c đ
2300 2500kg m
) và bê tông đ c bi t n ng (
32500kg m
trong kho ng 21 MPa đ n 60 MPa, bê tông c ng đ cao có c ng đ ch u nén trong kho ng 60 MPa đ n 80 MPa vƠ bê tông c ng đ c c cao có c ng đ ch u nén đ t
đ n 120 MPa ho c h n
nhi t, bê tông ch ng phóng x , bê tông ch ng xâm th c, bê tông thu công, v.v
2.1.4 Các tính ch t c lỦ c a bê tông đƣ đóng r n
C ng đ ch u nén d c tr c (sau đơy đ c g i lƠ c ng đ ch u nén) lƠ ng su t l n nh t
mƠ m u bê tông có th ch u tr c khi b phá ho i C ng đ ch u nén lƠ m t trong nh ng tính
ch t quan tr ng nh t c a bê tông đ c s d ng trong k t c u Có r t nhi u tham s nh h ng
đ n c ng đ ch u nén c a bê tông, trong đó ph i k đ n c ng đ vƠ c p ph i c a c t li u, t
l n c/xi m ng và c ng đ xi m ng C ng đ ch u nén c a bê tông đ c xác đ nh b ng
thí nghi m, ph thu c vào kích th c và hình d ng m u th , t c đ đ t t i, đi u ki n b o
Tu i bê tông
1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1
Trang 31d ng c ng nh ph ng pháp th thu đ c các k t qu có th so sánh đ c, các tiêu
chu n qu c t và trong n c đ u có nh ng quy đ nh ch t ch v các y u t nói trên
H u h t các Tiêu chu n đ u quy đ nh tu i c a bê tông khi xác đ nh c ng đ ch u nén lƠ
28 ngƠy do sau th i đi m nƠy c ng đ bê tông phát tri n r t ch m m nh c a m u th có
nh h ng đáng k đ n c ng đ c a nh ng m u b ki m ch bi n d ng ngang m t ti p xúc
v i t m đ t t i c a máy th nh ng m u nƠy, đ m nh cƠng nh thì c ng đ ch u nén cƠng l n V i nh ng m u không b ki m ch bi n d ng ngang, nh h ng c a đ m nh lƠ không rõ nét i u nƠy có th đ c gi i thích b i s phát tri n c a ng su t kéo ngang lƠ nguyên nhơn chính gơy phá ho i các m u ch u nén nh ng m u b ki m ch bi n d ng ngang vƠ có đ m nh nh , m t ph n l n ng su t kéo ngang b tri t tiêu vƠ d n đ n c ng đ
c a bê tông xác đ nh đ c cao h n so v i nh ng m u không b ki m ch bi n d ng ngang
ho c có đ m nh l n Khi chi u cao m u th l n h n ho c b ng kho ng 2 l n chi u r ng
ho c đ ng kính m t c t ngang thì nh h ng c a s ki m ch bi n d ng ngang m t ti p xúc đ n c ng đ ch u nén c a nó lƠ không đáng k n a
Hình d ng m t c t ngang vƠ kích th c m u th c ng có nh h ng đ n c ng đ ch u nén Các m u th có m t c t ngang hình vuông ch u nh h ng c a s ki m ch bi n d ng ngang m t ti p xúc nhi u h n so v i các m u có m t c t ngang hình tròn C ng đ ch u nén đ c xác đ nh v i các m u có kích th c l n s có giá tr nh h n v i các m u có kích
th c nh Hình 2.3 th hi n s nh h ng c a kích th c m u th đ n c ng đ bê tông vƠ
Hình 2.4 th hi n s đ phá ho i c a m u th
Theo Tiêu chu n 22 TCN 272-05, đ i v i bê tông đ c dùng trong các công trình c u,
c ng đ ch u nén đ c xác đ nh theo tiêu chu n ASTM C-39v i vi c nén đ n phá ho i m u
th hình tr có đ ng kính 150 mm vƠ chi u cao 300 mm Bê tông khi thí nghi m có tu i 28 ngƠy vƠ đ c b o d ng trong đi u ki n tiêu chu n Th i gian ch t t i cho đ n khi phá ho i
lƠ kho ng 2 đ n 3 phút Theo Tiêu chu n ACI 318-05, c ng đ ch u nén c a bê tông đ c
s d ng trong các k t c u xơy d ng c ng đ c xác đ nh theo tiêu chu n ASTM C-39 C ng
đ ch u nén đ c xác đ nh theo tiêu chu n nƠy đ c ký hi u lƠ f c
b
0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 h b h d,1,0
Trang 32Hình 2.4 S đ phá ho i c a m u th theo các ph ng pháp th khác nhau [7]
Tiêu chu n TCVN 3118-1993 quy đ nh m u th đ xác đ nh c ng đ ch u nén c a bê tông có d ng hình l p ph ng v i kích th c m i chi u lƠ 150 mm Tu i bê tông c ng đ c quy đ nh lƠ 28 ngƠy Trong tiêu chu n châu Âu EC2, m u th này là hình tr có đ ng kính
150 mm vƠ chi u cao 300 mm ho c kh i l p ph ng c nh b ng 150 mm Trong khi đó, m u
th theo Tiêu chu n c DIN EN 12 390-1 có d ng hình tr hay hình kh i ch nh t có t s
Theo Tiêu chu n 22 TCN 272-05, bê tông đ c s d ng trong các công trình c u th ng
có c ng đ ch u nén n m trong kho ng 16 đ n kho ng 70 MPa vƠ bê tông cho k t c u m t
c u ph i có c ng đ t i thi u lƠ 28 MPa Hi n nay, vi c s d ng bê tông có c ng đ ch u
nén lên đ n kho ng 80 MPa là khá ph bi n r t nhi u n c
Sau nhi u n m, do quá trình th y hóa, c ng đ bê tông có th t ng thêm t 20 đ n 40%
so v i c ng đ đ c xác đ nh t i th i đi m 28 ngƠy ơy đ c g i lƠ hi n t ng r n k t sau
S t ng c ng đ này ph thu c tr c h t vào s phát tri n c ng đ theo th i gian c a xi
m ng và t l n c/xi m ng Nói chung, t l n c/xi m ng càng l n thì s t ng c ng đ sau
28 ngày càng l n Bê tông đ c ch t o t xi m ng có c ng đ phát tri n nhanh s có s
(b) Phá ho i khi bi n d ng ngang không b c n tr
(a) Phá ho i khi bi n
d ng ngang b c n tr
Trang 33t ng c ng đ sau 28 ngày ít h n so v i bê tông s d ng xi m ng có c ng đ phát tri n
ch m S t ng c ng đ nƠy c a bê tông, tuy v y, không đ c xét đ n trong các thi t k thông th ng
C ng đ ch u kéo d c tr c, hay còn đ c g i lƠ c ng đ n t, đ c ký hi u là f cr, lƠ ng
su t kéo d c tr c l n nh t mƠ bê tông có th ch u đ c tr c khi n t C ng đ nƠy có th
đ c xác đ nh tr c ti p ho c gián ti p M c dù ng i ta r t mu n thí nghi m kéo d c tr c bê tông đ xác đ nh c ng đ ch u kéo th c c a nó nh ng thí nghi m nƠy l i đòi h i các thi t b
đ c bi t Vì v y, các thí nghi m gián ti p nh thí nghi m xác đ nh c ng đ kéo khi u n, thí nghi m ép ch th ng l i hay đ c s d ng h n (Hình 2.5)
C ng đ ch u kéo khi u n, hay còn đ c g i lƠ mô đun phá ho i (modulus of rupture), ký
hi u lƠ f r, đ c xác đ nh d a trên thí nghi m u n m t thanh bê tông (Hình 2.5b) Ph ng pháp thí nghi m nƠy th ng cho k t qu tin c y nên r t hay đ c s d ng, đ c bi t lƠ cho bê tông đ c s d ng trong các c u ki n ch u u n Theo Tiêu chu n 22 TCN 272-05, c ng đ
ch u kéo khi u n c a bê tông dùng trong công trình c u th ng đ c thí nghi m theo Tiêu chu n ASTM C-78
N u không th c hi n đ c thí nghi m thì có th tính toán c ng đ ch u kéo d c tr c vƠ
c ng đ ch u kéo khi u n c a bê tông theo c ng đ ch u nén, f c , nh sau [6]:
T t c các giá tr c ng đ trong công th c (2.1) đ u đ c tính b ng MPa lƠ h s xét
đ n đ đ c c a bê tông 1,00 cho bê tông th ng, 0,85 cho bê tông cát, nh vƠ
0,75
tông n m trong kho ng t 0,1 đ n 0,2 c ng đ ch u nén, ngh a lƠ f cr 0,10 0,2 f c
Thí nghi m ép ch , còn đ c g i lƠ ph ng pháp Braxin, lƠ m t ph ng pháp khác đ xác
đ nh gián ti p c ng đ ch u kéo c a bê tông thông qua c ng đ ch u ép ch Ph ng pháp nƠy hay đ c s d ng cho bê tông lƠm m t đ ng C ng đ ch u ép ch đ c xác đ nh t
vi c nén m t thanh bê tông hình tr b i m t d i l c phơn b đ t trên hai đ ng sinh đ i x ng tơm c a m u tr Quan h gi a c ng đ ch u kéo khi u n vƠ c ng đ ép ch , f sp, c a bê
tông là
1,09
Trang 34Hình 2.5 Các ph ng pháp xác đ nh c ng đ ch u kéo c a bê tông
c a bê tông
S lƠm vi c c a v t li u th ng đ c mô t thông qua quan h ng su t – bi n d ng Trong vi c tính toán vƠ thi t k k t c u bê tông, quan h ng su t – bi n d ng khi ch u nén
c a bê tông đóng vai trò r t quan tr ng Các ph ng trình mô t quan h ng su t – bi n d ng
c a bê tông còn đ c g i lƠ các đ nh lu t v t li u c a nó
Hình 2.6 Quan h ng su t-bi n d ng c a bê tông vƠ c a các v t li u thƠnh ph n
cr r
M f bh
b h
Trang 35Trong khi quan h ng su t – bi n d ng c a các v t li u thƠnh ph n c a bê tông, t c lƠ c t
li u thô vƠ đá xi m ng, lƠ g n nh tuy n tính thì quan h nƠy c a bê tông l i lƠ phi tuy n
(Hình 2.6) Thông th ng, đ c ng vƠ c ng đ c a c t li u thô cao h n c a đá xi m ng (c t
li u thô có c ng đ thông th ng trong kho ng 100 đ n 200 MPa còn c ng đ c a bê tông
th ng lƠ nh h n)
S làm vi c c a bê tông khi ch u nén có quan h ch t ch v i s hình thành v t n t và s
n ngang c a m u thí nghi m (song song v i ph ng c a l c tác d ng) Lusche, m t nhƠ nghiên c u ng i c, đƣ gi i thích s hình thƠnh các v t n t d c nh sau: trong bê tông
th ng, các h t c t li u thô nói chung lƠ c ng vƠ b n h n đá xi m ng Do đó, dòng l c trong
bê tông có xu h ng ch y t h t c t li u thô nƠy đ n h t c t li u thô khác Trong quá trình
đó, trong bê tông xu t hi n các l c chuy n h ng Các l c nƠy, ph thu c vƠo h ng c a chúng, s sinh ra l c nén nghiêng vƠ l c kéo ngang Chính các l c kéo ngang nƠy sinh ra các
v t n t d c trong bê tông [5] (Hình 2.7) S phát tri n vƠ lan truy n các v t n t nƠy lƠm m m
bê tông vƠ lƠm tròn đ ng cong quan h ng su t – bi n d ng Tr c khi bê tông b phá ho i,
các v t n t d c, song song v i ph ng ch u nén phát tri n r t m nh vƠ đ n ngang c a bê tông c ng r t l n
Hình 2.7 S hình thƠnh l c kéo ngang trong bê tông ch u nén [6]
Trong bê tông th ng, t i nh ng vùng ti p xúc gi a đá xi m ng và c t li u thô, đƣ có s n
các v t n t tr c khi ch u t i Các v t n t này b t đ u phát tri n sau khi ng su t đ t t i
kho ng 40% c ng đ ch u nén T m c ng su t này, quan h gi a ng su t và bi n d ng
tr nên không còn tuy n tính ng su t càng t ng lên, đ c ng c a bê tông ngày càng nh đi
m c ng su t vào kho ng 80% c ng đ ch u nén, các v t n t phát tri n trong vùng v a bê
tông và chi u dài các v t n t nh t ng r t nhanh theo s t ng c a t i tr ng
Trong bê tông c ng đ cao, chênh l ch gi a c ng đ c a c t li u và c a đá xi m ng
không l n nh trong bê tông th ng Nh v y, s t p trung ng su t t i các c t li u thô là không quá l n Các v t n t nh , do đó, ph i m t m c ng su t cao h n m i b t đ u phát
tri n và đo n th ng trên bi u đ quan h ng su t – bi n d ng c a bê tông c ng đ cao dài
h n c a bê tông th ng C ng đ ch u nén c a bê tông c ng đ cao s đ t t i khi các v t
n t nh phát tri n t i m t chi u dƠi gi i h n t i m t vùng c c b nƠo đó Lúc này, t i tr ng không th ti p t c t ng đ c n a Do đó, trong thí nghi m v i ng su t t ng đ u, s phá ho i
L c nén nghiêng
L c kéo
ngang
C t li u
Trang 36l ng ng v i vùng sau phá ho i so v i n ng l ng toàn b s nh h n so v i bê tông
th ng Nh v y, bê tông c ng đ cao giòn h n bê tông th ng
Hình 2.8 th hi n đ ng cong quan h ng su t – bi n d ng nh n đ c khi thí nghi m m t
s c ng đ bê tông đi n hình vƠ Hình 2.9 lƠ s t ng quát hoá các đ ng cong nƠy Các
đ ng cong quan h ng su t – bi n d ng nƠy cho th y, khi c ng đ bê tông t ng, đ c ng
c a nó c ng t ng, tính tuy n tính l n h n vƠ tính d o gi m đi M t s mô hình quan h ng
su t – bi n d ng đi n hình c a bê tông lƠ:
t ng th k t c u bê tông nh đƣ đ c nêu trong ch ng 1
Hình 2.8 Các đ ng cong quan h ng su t – bi n d ng nén c a m t s bê tông có c ng đ ch u nén
khác nhau
Quan h ng su t – bi n d ng d ng pa-ra-bôn b c hai
Theo [6], đ i v i các bê tông có c ng đ nh h n 41 MPa, quan h gi a ng su t f c v i
bi n d ng ng v i nó, cf , có th đ c mô t b ng m t ph ng trình pa-ra-bôn nh sau
0,004 0,003 0,002
Trang 37Bi u th c t ng quát, th hi n quan h gi a ng su t f c vƠ bi n d ng t ng ng cf cho
m t lo t c ng đ bê tông đƣ đ c các tác gi Popovics, Thorenfeldt, Tomaszewicz vƠ Jensen xơy d ng nh sau [6]:
1
//
cf c c
nk
n f
Trang 38k lƠ h s lƠm t ng đ gi m ng su t sau c c đ i Khi cf c nh h n 1,k1; khi
Các giá tr c n thi t nói trên đ xơy d ng đ ng cong quan h ng su t bi n d ng cho m t
s c ng đ bê tông đi n hình đ c li t kê trong B ng 2.4
B ng 2.4 Các thông s c a đ ng cong ng su t – bi n d ng nén cho m t s c ng đ bê tông
Hình 2.10 M t s mô hình v t li u đ c s d ng ph bi n trong tính toán k t c u bê tông c t thép
đ n gi n hoá quá trình tính toán vƠ thi t k m t c t trong khi v n gi đ c đ chính xác c n thi t, m t s Tiêu chu n thi t k đƣ đ a ra nh ng mô hình lý t ng hoá đ ng quan
h ng su t – bi n d ng c a bê tông i n hình trong s nh ng mô hình nƠy lƠ mô hình
pa-ra-bôn – ch nh t (Hình 2.10a), mô hình hai đo n th ng (Hình 2.10b) vƠ mô hình kh i ng su t
ch nh t (Hình 2.10c) [7] Theo mô hình pa-ra-bôn – ch nh t, quan h ng su t – bi n d ng khi ch u nén c a bê tông đ c th hi n b ng m t đ ng pa-ra-bôn cho đ n khi ng su t đ t
đ n giá tr c ng đ vƠ, t ng ng, bi n d ng đ t đ n giá tr 2c K t bi n d ng đó, ng
su t trong bê tông đ c gi thi t lƠ không đ i vƠ b ng f c vƠ bê tông b phá ho i khi bi n
d ng đ t đ n giá tr t i h n T ng t lƠ mô hình hai đo n th ng Theo mô hình nƠy, bê
Trang 39tông đ c mô t nh lƠ v t li u đƠn d o tuy t đ i vƠ ng su t trong bê tông đ t đ n c ng đ
c a nó khi bi n d ng b ng c3 Theo mô hình kh i ng su t ch nh t, bi u đ ng su t trong
bê tông vùng nén đ c thay th b ng m t hình ch nh t có đ l n ng su t lƠ 1 c f vƠ chi u
cao là 1c v i và 1 1 lƠ các h s kh i ng su t vƠ c lƠ chi u cao vùng bê tông ch u nén
Do đ ng bi u di n quan h ng su t – bi n d ng c a bê tông có d ng đ ng cong nên, đ
ph n ánh đ c ng c a bê tông, ng i ta s d ng hai khái ni m mô đun đƠn h i lƠ mô đun ti p tuy n vƠ mô đun cát tuy n (Hình 2.11)
Hình 2.11 Mô đun cát tuy n vƠ mô đun ti p tuy n c a bê tông
Mô đun đƠn h i E c c a bê tông đ c đ nh ngh a lƠ mô đun ti p tuy n ban đ u đ c xác
đ nh b ng đ d c c a đ ng ti p tuy n t i v trí g c (có bi n d ng 0) Trong các ng
d ng th c t , mô đun đƠn h i c a bê tông th ng đ c xác đ nh nh lƠ mô đun đƠn h i cát tuy n ng v i đ ng th ng đi t g c to đ vƠ c t qua đi m có ng su t b ng 0,4f trên c
đ ng cong quan h ng su t – bi n d ng i v i các lo i bê tông đ c dùng trong các k t
c u thông th ng, s chênh l ch gi a mô đun cát tuy n nƠy v i mô đun ti p tuy n ban đ u lƠ không đáng k vƠ có th đ c b qua Thông th ng, mô đun ti p tuy n ban đ u có đ l n
b ng kho ng 1,1 l n mô đun cát tuy n qua đi m có ng su t b ng 0,4f c
Mô đun đƠn h i c a bê tông ph thu c vào mô đun đƠn h i c a đá xi m ng, mô đun đƠn
h i c a c t li u và t l thành ph n th tích c a chúng l n c a E c n m trong kho ng gi a
mô đun đƠn h i c a c t li u vƠ mô đun đƠn h i c a đá xi m ng (Hình 2.6) Trong bê tông
c ng đ cao, mô đun đƠn h i t ng ít h n so v i s t ng c ng đ ch u nén do, đ t ng
c ng đ ch u nén, t l thành ph n c t li u ph i đ c gi m đi
N u ch bi t tr c c ng đ vƠ kh i l ng th tích c a bê tông thì mô đun đƠn h i c a nó
kg m và MPa) [6]:
Mô đun ti p tuy n
Mô đun cát tuy n
Trang 400,043
V i c lƠ kh i l ng th tích c a bê tông
i v i bê tông có kh i l ng th tích trung bình, công th c (2.8) cho giá tr lƠ
Mô đun đƠn h i c a m t s bê tông đi n hình đ c cung c p trong B ng 2.4
Quan h ng su t – bi n d ng c a bê tông khi ch u kéo d c tr c lƠ g n nh tuy n tính đ n khi n t Các v t n t xu t hi n t i ng su t t ng đ i th p V i các máy đo đ c ng, ng i ta
có th xác đ nh đ c kh n ng ch u kéo sau n t v i đ m r ng v t n t r t nh (Hình 2.12)
Bê tông v n có th ch u kéo sau khi n t lƠ do b m t v t n t, v c c b , lƠ r t thô vƠ đ
m r ng v t n t lƠ r t nh so v i s không đ u đ n c a b m t v t n t S đan vƠo nhau c a các b m t thô trên các v t n t cho phép ng su t kéo có th truy n đ c qua các v t n t cho
đ n khi b r ng v t n t đ t đ n kho ng 0,05 mm
Hình 2.12 Quan h ng su t-bi n d ng c a bê tông khi ch u kéo [6]
ng su t gơy n t bê tông không ph i lƠ h ng s cho m t lo i bê tông c th mƠ l i bi n thiên, ph thu c vƠo m t lo t các tham s Vi c t ng th tích bê tông ch u ng su t kéo s lƠm gi m ng su t gơy n t Vì v y, các c u ki n có kích th c l n s b n t ng su t th p
![Hình 2.2 S phát tri n c ng đ vƠ mô đun đƠn h i c a bê tông theo th i gian [7] - Giao trinh kết cấu bê tông PGS quang](https://123doc.top/img.php?url=https%3A%2F%2F123docz.com%2Fimage%2Fdoc_normal.png)