Bài giảng môn học Kết cấu bê tông cốt thép (theo 22TCN 27205): Chương 2 TS. Đào Sỹ Đán

Bài giảng môn học Kết cấu bê tông cốt thép (theo 22TCN 27205): Chương 2 TS. Đào Sỹ Đán Bài giảng môn học Kết cấu bê tông cốt thép (theo 22TCN 27205): Chương 2 TS. Đào Sỹ Đán Bài giảng môn học Kết cấu bê tông cốt thép (theo 22TCN 27205): Chương 2 TS. Đào Sỹ Đán Bài giảng môn học Kết cấu bê tông cốt thép (theo 22TCN 27205): Chương 2 TS. Đào Sỹ Đán Bài giảng môn học Kết cấu bê tông cốt thép (theo 22TCN 27205): Chương 2 TS. Đào Sỹ Đán

Trang 2

2.1 BÊ TÔNG

2.1.1 Phân loại bê tông (1/4)

a) Phân loại theo tp của bê tông tươi (hỗn hợp bê tông)

Bê tông là một loại đá nhân tạo, được tạo thành từ các vl

tp, bao gồm đá dăm hay sỏi (cll), cát (cln), ckd (xmpl), p g y ( ) ( ) ( p )

nước và pg (nếu có) Các vl trên sau khi nhào trộn với

nhau sẽ đông cứng và có hình dạng theo khuôn đúc.

Tùy theo tỷ lệ của các vl thành phần trong hh bê tông,

tích chất của bt sau khi đông cứng (bt) sẽ thay đổi.

Theo 22 TCN 272-05, bt được phân loại như sau: , ợ p ạ

Trang 3

Tỉ N/XM lớn nhất

Phạm vi chứa

khí

KT cốt liệu theo AASHTO M43

Cường độ chịu nén 28 ngày

Bảng C.5.4.2.1-1 Những đặc trưng của các loại hỗn hợp bê tông

0,49 0,45

0 58

6,0  1,5

B

B (AE)

C

307 307 390

0,58 0,55 0,49

5,0  1,5

7,0  1,5

-50 đến 4,75

50 đến 4,75 12,5 đến 4,75

17 17 28

C (CE)

P

S

390 334 390

0,45 0,49 0.58

Quy định riêng Quy định riêng

-12,5 đến 4,75

25 đến 4,75

28 Quy định riêng Quy định riêng

Tỉ trọng

Trang 4

2.1 BÊ TÔNG

Việc sd các loại bt được quy định như sau:

BT loại A nhìn chung được sử dụng cho tất cả các cấu kiện trừ khi một loại khác thích hợp hơn, đặc biệt đối với bê tông làm việc trong

một loại khác thích hợp hơn, đặc biệt đối với bê tông làm việc trong môi trường nước mặn

BT loại B được sử dụng các loại móng, cọc lớn và tường trọng lực

BT loại C được sử dụng cho các chi tiết có bề dày dưới 100 mm như lan can và các bản sàn đặt lưới thép

ầ

Bê tông loại P được sử dụng khi cường độ được yêu cầu lớn hơn 28 MPa Đối với bê tông dự ứng lực, phải chú ý rằng kích thước cốt liệu

không được lớn hơn 20 mm

Bê tông loại S được dùng cho bê tông đổ dưới nước bịt đáy chống thấm nước trong các khung vây

thấm nước trong các khung vây

Bê tông loại “E” – bê tông chứa khí nên dùng cho những nơi bê tông tiếp xúc với nước mặn hoặc các môi trường có hại khác

tiếp xúc với nước mặn hoặc các môi trường có hại khác

Trang 5

2.1 BÊ TÔNG

b) Theo dung trọng của bê tông (concrete density)

Theo dung trọng (tỷ trọng) của bê tông, bt được chia thành 2 loại:

 Bê tông có dung trọng thông thường: gc = 2150 – 2500 kg/m3;

 Bê tông có dung trọng thấp: gc <= 1925 kg/m3

Trang 6

Bê tông thông thường có cđcn từ 15 - 56 Mpa, bt cường độ cao có cđcn từ 56 - 100 Mpa, và bt cường độ siêu cao có cđcn >100 Mpa.

Theo TC05, cđcn quy định của bt nên sd trong khoảng f’c = 16 – 70

M Với bả ặt ầ à BTCT DƯL thì ê ử d f’ 28 M

Mpa Với bản mặt cầu và BTCT DƯL thì nên sử dụng f’c >= 28 Mpa

* Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén

Trang 7

2.1 BÊ TÔNG

2.1.2 Các tính chất tức thời của bê tông (2/19)

 Theo ACI, cường độ chịu nén của bê tông

thường được xác định từ thí nghiệm nén dọc

trục tiêu chuẩn trên mẫu hình trụ tròn kt dxh =

150 mm x 300 mm và được bảo dưỡng trong 300

150 mm x 300 mm và được bảo dưỡng trong

điều kiện tiêu chuẩn ở 28 ngày tuổi

 Ch P tă dầ đế há h i ẫ t á

 Cho P tăng dần đến phá hoại mẫu, ta xác

định được cđcn cho mẫu thứ i như sau:

f’ci = Pmax/A = Pmax/(d2/4)

150

 Làm nhiều thí nghiệm, ta thấy mqh

us-bd có dạng điển hình như sau: Sơ đồ thí nghiệm

Trang 9

2.1 BÊ TÔNG

Thí nghiệm nén dọc trục tiêu chuẩn là gì?

Là TN được th theo ASTM C39/C39M 16 Theo tiêu chuẩn này thì ma

Là TN được th theo ASTM C39/C39M-16 Theo tiêu chuẩn này thì ma sát giữa mẫu và bàn nén phải được triệt tiêu,tốc độ tăng tải trọng tương ứng với tốc độ tăng us là 0,25  0,05 Mpa

Điề kiệ bả d ỡ tiê h ẩ là ì?

Điều kiện bảo dưỡng tiêu chuẩn là gì?

Là đk bảo dưỡng được th theo ASTM C31/C31M 15 Theo tiêu chuẩn

Là đk bảo dưỡng được th theo ASTM C31/C31M-15 Theo tiêu chuẩn này thì việc bảo dưỡng mẫu được chia thành 2 giai đoạn: gđ 48 giờ đầu, mẫu được bd trong đk giữ độ ẩm ở nđộ từ 16 – 270C, gđ sau đó mẫu được bd trong trong nước tự do ở nđộ là 23  20C

Trang 10

2.1 BÊ TÔNG

* Mô đ đà hồi ủ bê tô

* Mô đun đàn hồi của bê tông

Là trị số được xđ từ thí nghiệm xđ cđcn của bê tông Nó là góc nghiên của của đường thẳng nối từ gốc tạo độ đến điểm trên đ/c us-bd tương ứng với trị số us bằng 0 4 f’ci

tương ứng với trị số us bằng 0,4 f ci

Theo A5.4.2.4, mđ đh của bt có thể được xđ theo ct thực nghiệm sau:

Trang 11

tn nén dọc trục tiêu chuẩn trên mẫu hình trụ tròn kt dxh = 150 mm x

300 mm và được bảo dưỡng trong đk tiêu chuẩn ở 28 ngày tuổi

 Xác suất đảm bảo trên 91% là gì?

Làm nhiều thí nghiệm giống nhau với cùng một loại bt để xác định cường độ chịu nén Kết quả cho thấy, cđcn xác định được thường phân phối theo luật phân phối chuẩn (normal distribution) hay phân phối Gauss (Gaussian distribution), có dạng như hình vẽ sau:

phối Gauss (Gaussian distribution), có dạng như hình vẽ sau:

Trang 13

2.1 BÊ TÔNG

 Từ HV ta thấy, xs đảm bảo cho cđcn > là:

S’ 100% (100% 68 269%)/2 84 1% Nh ậ ng ời ta nói trị sốS’ = 100% - (100% - 68,269%)/2 = 84,1% Như vậy, người ta nói trị số cđcn = có xs đảm bảo là 84,1%.,

 Theo đn, cường độ chịu nén quy định của bt, f’c, có xác suất đảm bảo 91%, sẽ được xác định theo công thức tổng quát sau:

Z0 = là thông số tra bảng, phụ thuộc và giá trị của xs đảm bảo, như bảng sau:g

Trang 14

2.1 BÊ TÔNG

Bảng tra thông số Z (Bảng 5 4 ACI 214R 11)

Trang 15

là cường độ chịu nén trung bình yêu cầu của bê tông.

 Thông thường, trong các hồ sơ thiết kế hay tài liệu hợp đồng, mỗi

ck phải được chỉ rõ được thiết kế với một giá trị f’c nào đó Để ck đạt được f’c này thì nhà thầu thi công phải chế tạo ra bê tông có cđcn trung bình (> 30 mẫu để tăng độ an toàn) >= f’cr = f’c + 1,34

bình ( 30 mẫu để tăng độ an toàn) f cr f c 1,34

Trang 16

2.1 BÊ TÔNG

 Khi khô ó ố liệ thí hiệ thì t ó thể lấ f’ f’ (1 1 34 )

 Khi không có số liệu thí nghiệm thì ta có thể lấy f’cr = f’c(1-1,34) Trong đó,  = hệ số biến đông = / Trị số này phụ thuộc vào công nghệ thi công của các nhà thầu Với đk thi công bình thường, ta có thể lấy  = 0,15 = 15%

Trang 17

2.1 BÊ TÔNG

 Khi số lượng mẫu thí nghiệm < 30 mẫu, để tăng độ an toàn, thì độ lệch chuẩn phải được nhân với hệ số hiệu chỉnh như sau:

Hệ số điều chỉnh cho độ lệch chuẩn (Bảng 5.1-ACI 214R-11)

Trang 18

2.1 BÊ TÔNG

b) Cường độ chịu kéo

 Cđck của bê tông đ ợc đ bằng thí nghiệm Có 2 loại thí nghiệm

 Cđck của bê tông được xđ bằng thí nghiệm Có 2 loại thí nghiệm:

 Thí nghiệm kéo trực tiếp;g ệ ự p;

 Thí nghiệm kéo gián tiếp: gồm thí nghiệm uốn phá hoại dầm và thí nghiệm ép chẻ mẫu trụ tròn

Trang 19

2.1 BÊ TÔNG

Các thí nghiệm

xác định cường

độ chịu kéo của

bê tông

Theo lý thuyết đàn hồi Theo lý thuyết đàn hồi (Timoshenko và và Goodier, 1951)

Trang 20

2.1 BÊ TÔNG

 Các công thức thực nghiệm xđ cường độ chịu kéo của bê tông:

Trang 21

2.1 BÊ TÔNG

 Đ ờ hệ bđ khi ké (C lli à Mit h ll 1991)

 Đường cong quan hệ us-bđ khi kéo (Collins và Mitchell, 1991):

 Nhánh đi lên (1 <= cr = fcr/Ec): f1 = 1.Ec;

 Nhánh đi xuống (1> cr): f1 = 1.2.fcr/(1+sqrt(5001))

Trong đó, f1 và 1 là us và bd kéo trung bình của bê tông

Trang 22

2 = 1,0 đối với tải trọng ngắn hạn;

2 = 0,7 , đối với tải trọng thường xuyên (dài hạn) và tải ọ g g y ( ạ )trọng lặp

Như vậy nếu không có ct hoặc cốt thép không dính bám thì không có

Như vậy, nếu không có ct hoặc cốt thép không dính bám thì không có nhánh đi xuống  ưs kéo trong bt sau khi nứt bằng không Tuy nhiên nếu ct có dính bám thì us kéo này còn tồn tại

nếu ct có dính bám thì us kéo này còn tồn tại

Trang 23

2.1 BÊ TÔNG

c) Hệ số giãn nở nhiệt

Hệ số gnn nên đ ợc ác định bằng thí nghiệm trong phòng Khi không

Hệ số gnn nên được xác định bằng thí nghiệm trong phòng Khi không

có số liệu chính xác, có thể lấy hệ số gnn như sau:ệ , y ệ g

c = 10,8.10-6 /0 C cho bt có tỷ trọng thông thường;

c = 19,0.10-6 /0 C cho bt có tỷ trọng thấp

d) Hệ số Poisson

HKhi khô ó ố liệ hí h á ó thể lấ hệ ố P i 0 2 ĐốiHKhi không có số liệu chính xác, có thể lấy hệ số Poisson = 0,2 Đối với ck cho phép nứt, có thể không xét đến hiệu ứng Poisson.p p , g ệ g

Trang 24

2.1 BÊ TÔNG

Một số hình ảnh thí nghiệm

Trang 25

2.1 BÊ TÔNG

2.1.3 Các tính chất dài hạn của bê tông (1/12)

) C ờ độ hị é ủ bê tô th thời i

a) Cường độ chịu nén của bê tông theo thời gian

 Thông thường, cđcn của bt tăng theo tg và phụ thuộc và nhiều yếu

tố, như loại xi măng, tỷ lệ N/X, đk bảo dưỡng Có nhiều pp xđ cđcn của

bê tông, như pp nén p/h mẫu, pp không phá hủy mẫu, pp gián tiếp

 Theo FIP, cđcn của bt theo thời gian có dạng sau:

g g

Trang 26

2.1 BÊ TÔNG

 Theo Branson (1977), thì cđcn của bt theo thời gian có dạng:

fci t f’c/( +t)fci = t.f’c/(+t)

Trong đó: t là thời gian (ngày);g g ( g y);  và  là hệ số phụ thuộc và loại XM và ệ p ụ ộ ạ

đk bảo dưỡng Với XM loại I, đk bảo dưỡng ẩm thì  = 4,0 và  = 0,85.Khi đó ta có:

fci = t.f’c/(4,0+0,85t)

XM l i I là l i h ẩ đ d t á ô t ì h thô th ờ i

XM loại I là loại chuẩn, được sd trong các công trình thông thường, nơikhông cần có các thuộc tính đặc biệt.g ộ ặ ệ

Trang 27

2.1 BÊ TÔNG

b) Co ngót của bê tông

 Co ngót? là ht giảm thể tích, ở nđộ không đổi, khi bt đông cứng

 Phân loại co ngót? Cn có thể được chia thành 2 gđ: cn dẻo và cn

 Phân loại co ngót? Cn có thể được chia thành 2 gđ: cn dẻo và cnkhô CN dẻo là co ngót xảy ra trong vài giờ đầu khi bt bắt đầu đôngcứng Ở gđ này tốc độ cn nhanh cđộ nhỏ  dễ xh những vết nứt bề

cứng Ở gđ này tốc độ cn nhanh, cđộ nhỏ  dễ xh những vết nứt bềmặt  cần đặc biệt chú ý bảo dưỡng ẩm

 Đk môi trường và đk bảo dưỡng;

 Lượng thép sd và tỷ số giữa thể tích/diện tích bề mặt ck

Trang 28

2.1 BÊ TÔNG

 Ảnh hưởng của co ngót đến sự làm việc của kết cấu BTCT

Cn nói chung là có hại đến kết cấu btct:

Trang 29

2.1 BÊ TÔNG

 Cách xđ biến dạng do co ngót

Cn là một quá trình rất ptạp, phụ thuộc vào nhiều ytố  khó xđ Collins

và Mitchell (1991) đưa ra ct thực nghiệm sau:

sh = -ks.kh.(t/(35+t)).0,51.10-3 (2.1)

sh ks.kh.(t/(35 t)).0,51.10 (2.1)Trong đó, t là thời gian khô (ngày), ks là hệ số kt và kh là hệ số độ ẩm

Trang 30

2.1 BÊ TÔNG

Độ ẩm tương đối trung bình

của môi trường H (%) K h

40 50

1,43 1,29 60

70

1,14 1,00 80

90 100

0,86 0,43

Công thức trên có thể sai số  50% Vì vậy, khi không có số liệu chính

Ví dụ về co ngót

Cô g ức ê có ể sa số 50% ậy, ô g có số ệu c

xác, ta có thể lấy sh = -0,0002 sau 28 ngày và -0,0005 sau 1 nămđông cứng (A5 4 2 3 1)

đông cứng (A5.4.2.3-1)

Trang 31

2.1 BÊ TÔNG

) Từ biế ủ bê tô

c) Từ biến của bê tông

 Từ biến? là ht bê tông tăng biến dạng theo tg khi tt td không đổi

 Tải trọng không đổi? là những tt tác dụng lâu dài hay thường xuyênvào kc như tl bản thân, kc bên trên, DƯL

 Các nhân tố ảnh hưởng đến từ biến?

 Giống co ngót? Loại XM lượng xm N/X cốt liệu đk bd lượng thép

 Giống co ngót? Loại XM, lượng xm, N/X, cốt liệu, đk bd, lượng thép

sd &V/A;

 Ngoài ra, nó còn phụ thuộc vào:

o Độ lớn của tt không đổi: tt càng lớn  tbiến càng nhiều;

o Cấp cđ của bt: cđ bt càng cao  tbiến càng ít;

o Tuổi bt khi bắt đầu chịu tt: tuổi càng cao  tbiến càng ít

Trang 32

2.1 BÊ TÔNG

 Ảnh hưởng của từ biến đến sự làm việc của kết cấu BTCT

Tb nói chung là có hại, tuy nhiên nó cũng có ích trong một số thợp:

Có h i

 Có hại:

Làm tăng bd (đvõng) của kc; tăng bề rộng vết nứt;

ố

Làm tăng mm uốn dọc trong kc btct chịu nén lệch tâm;

Gây mm us trong kc btct DƯL

Trang 33

2.1 BÊ TÔNG

 Cá h đ biế d d từ biế

 Cách xđ biến dạng do từ biến

Tb là một quá trình rất ptạp, phụ thuộc vào nhiều ytố  khó xđ Collins

và Mitchell (1991) đưa ra ct thực nghiệm sau:

T đó i bd tứ thời (t ti) là biế d d từ biế ở thời điể tTrong đó, ci bd tức thời, cr(t,ti) là biến dạng do từ biến ở thời điểm t,

(t,ti) là hệ số từ biến, t là tuổi bt (ngày) và ti là tuổi bt tính từ khi ttkhông đổi td (ngày) Hệ số từ biến được xđ bằng ct tn như sau:

Trang 34

2.1 BÊ TÔNG

T đó H là độ ẩ t đối ủ t (%) k là hệ ố h th ộ àTrong đó, H là độ ẩm tương đối của mt (%), kc là hệ số phụ thuộc vào

tỷ số V/A, và kf là hệ số phụ thuộc cấp cđ chịu nén của bt (Mpa) được

xđ như sau:

kf = 62/(42+f’c)

kf 62/(42 f c)

Mối quan hệ giữa kc và tỷ

số thể tích/diện tích bề

mặt (A5.4.2.3.2-1)

Trang 36

2.1 BÊ TÔNG

d) Mô đun đàn hồi cho tải trọng thường xuyên

 Như ở trên ta thấy, biến dạng tc của kc do td của tt thường xuyên là:

 = c + cr = c +  c = c(1+ )

 mđ đh cho tt thường xuyên hay dài hạn là:

ELT = fc/  = fc/[c(1+ )]= Ec/(1+ )

 Tỷ số mđ đh giữa thép và bê tông

 Cho tải trọng tức thời: n = Es/Ec;

 Cho tải trọng thường xuyên: nLT = Es/ELT = n(1+ )

Chú ý:

 Khi quy đổi thép sang bt trong TTGHSD, ta sd tỷ số n Theo A5.7.1,

n >= 6 và lấy số nguyên dương

 Khi tính bd của kc cho tt thường xuyên, ta sd ty số nLT Tỷ số nàythường thay đổi từ 2n đến 3n Theo A5 7 1 nLT = 2n

thường thay đổi từ 2n đến 3n Theo A5.7.1, nLT = 2n

Trang 37

2.2 CỐT THÉP

2.2.1 Cốt thép thường (cốt thép không dưl) (1/8)

) Phâ l i ốt thé th ờ

a) Phân loại cốt thép thường

 Theo hdạng, ctt được chia thành 3 loại:

 Ct thanh: có gờ hay ttrơn, Lmax = 11700 mm, thường D >= 10 mm;

 Ct cuộn (sợi): có gờ hay tròn trơn, thường D < 10 mm;ộ ( ợ ) g y g

 Lưới cốt thép hàn

Để tăng sự dính bám giữa bt và ct ct thường được tạo gờ  ct cớ gờ

Để tăng sự dính bám giữa bt và ct, ct thường được tạo gờ  ct cớ gờ(vằn, tròn đốt) Theo A5.4.3.1, ct phải là loại có gờ, trừ khi được sd làm

ắ

ct đai xoắn, móc treo hoặc lưới ct hàn

 Theo cường độ chảy (fy), ctt thường theo ASTM A615M được chiathành 3 cấp: Cấp 300 (grade 40), Cấp 420 (grade 60) và Cấp 520(grade 75) Dưới đây là một số đặc điểm của ctt theo ASTM A615M

(grade 75) Dưới đây là một số đặc điểm của ctt theo ASTM A615M

Trang 38

2.2 CỐT THÉP

2.2.1 Cốt thép thường (cốt thép không dưl) (2/8)

Phân loại ctt theo cường độ chảy (ASTM A615M, Bảng 2)

Loại thép

hay cấp

Giới hạn chảy min, fy

Giới hạn bền min, fu Độ giãn dài min (%)thép

Định dạng
Số trang	57
Dung lượng	2,64 MB