Bài giảng học phần bê tông cốt thép CKCB mã HP XD403

Nội dung của bài giảng Kết cấu bê tông cốt thép: Cấu kiện cơ bản gồm có 10 chương trình bày các nội dung: tính năng cơ lý của vật liệu, nguyên lý cấu tạo và tính toán bê tông cốt thép, cấu kiện chịu uốn, sàn phẳng, cấu kiện chịu nén, cấu kiện chịu kéo, cấu kiện chịu uốn xoắn, tính toán cấu kiện bê tông cốt thép và bê tông cốt thép ứng lực trước.

- -

BÀI GIẢNG

HỌC PHẦN:

BÊ TƠNG CỐT THÉP CẤU KIỆN CƠ BẢN

Giảng viên: Lê Thành Tâm

Bộ mơn: Kêt cấu Khoa: Xây dựng

Bình Định, tháng 07 năm 2017

ĐỀ CƯƠNG HỌC PHẦN

(BÊ TÔNG CỐT THÉP CẤU KIỆN CƠ BẢN)

1 Thông tin chung về học phần

- Ngành đào tạo: Xây dựng dân dụng và công nghiệp

- Tên học phần: Bê tông cốt thép cấu kiện cơ bản

- Số tín chỉ: 03(3,0,6) Số giờ tín chỉ: 45

- Mã học phần: XD403

- Học kì: V

- Các học phần trước: Sức bền vật liệu, Vật liệu xây dựng

- Học phần (lựa chọn hay bắt buộc): Bắt buộc

2 Thông tin về giảng viên

Họ và tên: Lê Thành Tâm

Chức danh, học hàm, học vị: Thạc sĩ

Thời gian, địa điểm làm việc: giờ hành chính, khoa Xây dựng trường Đại hoc Quang Trung

Địa chỉ liên hệ: Khoa Xây dựng, trường Đại học Quang Trung

Điện thoại, email: lethanhtam@quangtrung.edu.vn

Các hướng nghiên cứu chính: động lực học kết cấu

Thông tin về trợ giảng (nếu có) (họ và tên, địa chỉ liên hệ, điện thoại, e-mail): không

3 Mục tiêu của học phần

Kiến thức: Học phần nhằm cung cấp kiến thức về tính năng cơ lý của vật liệu bê tông, thép, và bê tông cốt thép (BTCT), từ đó tính toán được tiết diện cấu kiện, xác định lượng cốt thép cần thiết và bố trí cốt thép hợp lý trong tiết diện cho những cấu kiện chịu uốn, kéo, nén

Kỹ năng: Kỹ năng tư duy trong thiết kế kết cấu, tính toán và xử lý số liệu trong kỹ thuật nhanh chóng và chính xác, giải quyết vấn đề

của bản thân với nghề nghiệp và xã hội

4 Tóm tắt nội dung học phần

Học phần giúp sinh viên hiểu về tính năng cơ lý của vật liệu bê tông, thép, và bê tông cốt thép; Nắm được nguyên lý tính toán và cấu tạo kết cấu bê tông cốt thép; Tính toán và bố trí cốt thép hợp lý cho những cấu kiện chịu uốn, kéo, nén theo hai TTGH Tất cả nội dung môn học được trình bày trong 7 chương

5 Nội dung chi tiết học phần

Chương 1: Khái niệm chung

1.1 Khái niệm

1.2 Phân loại

1.3 Ưu, khuyết điểm của BTCT

Chương 2: Tính chất cơ lý của vật liệu

2.1 Tính năng cơ lý của bê tông

2.2 Tính năng cơ lý của thép

2.3 Tính năng cơ lý của BTCT

Chương 3: Nguyên lý tính toán và cấu tạo

3.1 Nội dung và các bước thiết kế kết cấu BTCT

3.2 Tải trọng

3.3 Nội lực

3.4 Các phương pháp tính toán cấu kiện BTCT

3.5 Nguyên lý cấu tạo

3.6 Thể hiện bản vẽ kết cấu BTCT

Chương 4: Cấu kiện chịu uốn

4.1 Đặc điểm cấu tạo

4.2 Sự làm việc của dầm

4.3 Trạng thái ứng suất biến dạng của tiết diện thẳng góc

4.4 Tính toán cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật trên tiết diện thẳng góc

4.5 Tính toán cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ T trên tiết diện thẳng góc

5.1 Đại cương kề cấu kiện chịu nén

5.2 Cấu tạo cốt thép

5.3 Tính toán cấu kiện chịu nén đúng tâm

5.4 Sự làm việc cấu kiện chịu nén lệch tâm

5.5 Tính toán câu kiện có tiết diện chữ nhật nén lệch tâm phẳng

5.6 Tiết diện chữ nhật nén lệch tâm xiên

Chương 6: Tính toán cấu kiện bê tông cốt thép theo TTGH II

6.1 Tính toán về sự hình thành và mở rộng khe nứt

6.2 Tính toán biến dạng của cấu kiện

Chương 7: Sàn phẳng BTCT

7.1 Khái niệm chung

7.2 Sàn sườn toàn khối có bản dầm

7.3 Sàn sườn toàn khối có bản kê 4 cạnh

6 Tài liệu tham khảo

1 Kết cấu bê tông cốt thép 1 - Phần cấu kiện cơ bản, Võ Bá Tầm, Nhà xuất bản ĐHQG TP.HCM, 2012

2 Kết cấu bê tông cốt thép 2 - Phần cấu kiện nhà cửa, Võ Bá Tầm, Nhà xuất bản ĐHQG TP.HCM, 2012

3 Kết cấu bê tông cốt thép, Phần cấu kiện cơ bản, Phan Quang Minh (chủ biên), Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2006

4 Tính toán tiết diện cột BTCT, Nguyễn Đình Cống, Nhà xuất bản Xây dựng, 2006

5 TCVN 5574: 2012, Kết cấu bê tông và bêtông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế

6 TCVN 2737: 1995, Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế

Nội dung Tổng

nghiệm, thực tập giáo trình, rèn nghề,

…

Tự học, tự nghiên

cứu

Lý thuyết

Bài tập

Thảo luận

8 Chính sách đối với môn học và các yêu cầu khác của giảng viên

- Yêu cầu sinh viên có mặt đúng giờ trên 80% số buổi

- Có tài liệu tham khảo

9 Thang điểm đánh giá

Đánh giá theo thang điểm 10

10 Phương pháp, hình thức kiểm tra, đánh giá kết quả học tập học phần

- Chuyên cần: 10%

- Kiểm tra thường xuyên: 10%

- Kiểm tra giữa kỳ:20%

- Thi viết 90 phút: 60%

Giảng viên Duyệt Chủ nhiệm bộ môn Thủ trưởng đơn vị đào tạo

(Ký tên) (Ký tên) (Ký tên)

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG

 Nguyên nhân bê tông và thép làm việc cùng với nhau

Lực dính bám giữa bê tông và cốt thép: là yếu tố cơ bản đảm bảo sự làm việc chung gữa bê tông và cốt thép

Giữa bê tông và thép không xảy ra phản ứng hóa học, bê tông còn bảo vệ cốt thép khỏi các tác nhân ăn mòn của môi trường

Hình 1.1 Dầm bê tông và bê tông cốt thép

a) Dầm bê tông; b) Dầm bê tông cốt thép; c) Sơ đồ ứng suất trên tiết diện 1-1;

d) Sơ đồ ứng suất trên tiết diện 2-2 b) 1 – vùng bê tông chịu nén; 2- vùng bê tông chịu kéo; 3- Cốt thép; 4- Vết nứt

trong bê tông chịu kéo

Hệ số giãn nở nhiệt của bê tông và cốt thép gần bằng nhau, nên khi nhiệt độ thay đổi (trong phạm vi 1000C) thì trong cấu kiện không xuất hiện nội ứng suất đáng kể, không làm mất lực dính

Có khả năng sử dụng vật liệu địa phương (cát, đá, sỏi), tiết kiệm thép

Khả năng chịu lực lớn (so với gỗ, gạch, đá), chịu tốt các tải trọng động

Thi công bê tông toàn khối tương đối phức tạp

Dễ có khe nứt tại vùng kéo

CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU

1 TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG

 Cường độ của bê tông:

Cường độ là chỉ tiêu quan trọng thể hiện khả năng chịu lực của vật liệu Cường độ của bê tông phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của nó

Cường độ bê tông bao gồm: cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo

 Thí nghiệm mẫu xác định cường độ chịu nén:

Mẫu đúc từ hỗn hợp bê tông có hình dáng khối vuông cạnh a (a=100; 150; 200

mm), khối trụ tròn có đáy vuông hoặc hình tròn

Cường độ của mẫu thử: R P

A

 A: diện tích tiết diện ngang của mẫu

P : lực nén gây phá hoại mẫu

Đơn vị của R thường dùng MPa hoặc kG/cm2

1MPa 9.81kG/ cm 2 10kG/cm2

Bê tông thường có R 5 30MPa Bê tông có R40MPalà loại bê tông cường

độ cao

 Cường độ chịu kéo:

Sử dụng mẫu chịu kéo có tiết diện vuông cạnh a hoặc mẫu chịu uốn có tiết diện chữ nhật b h Cũng có thể tìm cường độ chịu kéo bê tông bằng cách nén chẻ mẫu trụ tròn

Hình 2.1: Mẫu thí nghiệm chịu nén

Cường độ chịu kéo của mẫu: R t 2P

 Giá trị trung bình và giá trị tiêu chuẩn của cường độ:

Giá trị trung bình: Khi thí nghiệm n mẫu thử của cùng một loại bê tông thu được

các giá trị cường độ của mẫu thử là R R1, , ,R2 n Giá trị trung bình cường độ các mẫu thử (gọi tắt là cường độ trung bình) được tính như sau:

i m

R R





Hình 2.2: Thí ngiệm xác định R t

Với điều kiện thi công bê tông thông thường có thể lấy 0.135(khi nén) hoặc 0.165

S 1.64: hệ số xác định trong trường hợp xác suất đảm bảo 95%

Giá trị tiêu chuẩn của cường độ bê tông (cường độ tiêu chuẩn) được lấy bằng cường độ đặc trưng R ch của mẫu thử nhân với hệ số kết cấu KC kể đến sự làm việc của

bê tông trong thực tế khác với sự làm việc của mẫu thử

Cường độ tiêu chuẩn về nén R bn, cường độ tiêu chuẩn về kéo R btn

bn CK ch

CK 0.7 0.8

Giá trị R bn,R btn được cho trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Cường độ tiêu chuẩn của bê tông nặng

 Mác bê tông theo cường độ chịu nén (M) (TCVN 5574-1991):

Là cường độ chịu nén trung bình của mẫu thử chuẩn (150x150x150 mm), tuổi 28

ngày, được dưỡng hộ và thí nghiệm theo điều kiện tiêu chuẩn (t  200C, W  90%), tính theo đơn vị kG/cm2

M là đại lượng không thứ nguyên Quy phạm quy định mác chịu nén của bê tông như sau:

Bê tông nặng: M100; 150; 200; 250; 300; 350; 400; 500; 600

Bê tông nhẹ: M50; 75; 100; 150; 200; 250; 300

Bê tông cốt thép dùng bê tông có M  150

 Mác bê tông theo khả năng chống thấm (K):

Mác theo khả năng chống thấm là con số lấy bằng áp suất lớn nhất (atm) mà mẫu chịu được để nước không thấm qua

Cấp chống thấm của bê tông: T2; T4; T8; T10; T12

 Cấp độ bền chịu nén của bê tông (B) (TCVN 356-2005):

Là cường độ chịu nén đặc trưng của mẫu thử chuẩn, tuổi 28 ngày, được dưỡng hộ

và thí nghiệm theo điều kiện tiêu chuẩn (t  200C, W  90%), tính theo đơn vị MPa

Sự co ngót của bê tông bị cốt liệu cản trở gây nên ứng suất kéo ban đầu trong bê tông và có thể làm bê tông bị nứt

Độ co ngót trong môi trường khô lớn hơn trong môi trường ẩm ướt, và tăng lên khi tăng lượng xi măng hoặc tăng tỉ lệ nước/ xi măng

 Biến dạng do tải trọng ngắn hạn:

Hình 2.3. Thí nghiệm và đồ thị ứng suất – biến dạng của bê tông

 Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo:

 Mô đun đàn hồi:

Mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông được định nghĩa như sau:

0

b b el



Hình 2.4 Thí nghiệm và biểu đồ thể hiện biến dạng đàn hồi – dẻo của bê tông

Hình 2.5 Đồ thị biểu diễn từ biến của bê tông

Mô đum đàn hồi bê tông phụ thuộc cấp độ bền và loại bê tông

Hệ số nở ngang (hệ số Poison) của bê tông: b 0.2

Mô đun chống cắt của bê tông: G b 0.4E b

Bảng 2.2 Mô đun đàn hồi của bê tông Eb (103MPa)

Trạng

thái

Cấp độ bền chịu nén của bê tông B15 B20 B25 B30 B35 B40 B45 B50 B55 B60 M200 M250 M350 M400 M450 M500 M600 M700 M750 M800

Dưỡng

2 TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA CỐT THÉP

 Tính năng cơ học của cốt thép

 Biểu đồ ứng suất biến dạng:

Hình 2.6. Biểu đồ ứng suất – biến dạng các loại thép

a) Thép dẻo; b) Thép rắn

 Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo:

 Cường độ tiêu chuẩn của cốt thép:

Cường độ tiêu chuẩn của cốt thép được lấy bằng cường độ giới hạn chảy với xác suất đảm bảo không dưới 95%

S  : hệ số xác định trong trường hợp xác suất đảm bảo 95%

Bảng 2.3 Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn thép

 Mô đun đàn hồi của thép:

Mô đun đàn hồi của thép E s được xác định bằng độ dốc đoạn OA trên biểu đồ ứng

CII: thép có gờ xoắn theo một chiều

CIII, CIV: thép có gờ xoắn theo hai chiều, kiểu xương cá

Thép CII, CII là loại thép dễ hàn, thép CIII khó hàn còn CIV không hàn được

Theo tiêu chuẩn Nga: thép tròn trơn A-I, thép có gân A-II, A-III, A-IV, A-V…

Hình 2.8 Một số loại thép có gờ

3 BÊ TÔNG CỐT THÉP

 Lực dính giữa bê tông và cốt thép:

Lực dính là nhân tố cơ bản đảm bảo sự làm việc chung giữa cốt thép và bê tông, đảm bảo cho cốt thép và bê tông cùng biến dạng, cũng như đảm bảo cho sự truyền lực qua lại giữa hai vật liệu

Các nhân tố tạo nên lực dính:

d l: đường kính và chiều dài cốt thép chôn trong bê tông

 Sự làm việc chung giữa bê tông và cốt thép:

 Ứng suất ban đầu do bê tông co ngót:

Khi bê tông co ngót tự do sẽ có biến dạng do co ngót 0

Khi bê tông dính bám với thép mà cốt thép không co nên no cản trở sự co ngót của

bê tông Làm cho bê tông cốt thép có biến dạng do cot ngót 1 0

Trong cốt thép phát sinh ứng suất nén: 1 1.E s

Trong bê tông phát sinh ứng suất kéo:  v . E v  E

Hình 2.9 Thí nghiệm xác định lực dính

Nếu kvượt quá giới hạn chịu kéo của bê tông, bê tông sẽ bị nứt Đó là nứt do co ngót của bê tông bị cản trở

 Ứng suất do ngoại lực:

Xét khối bê tông cốt thép có biến dạng chung là 

Gọi N là lực dọc tác dụng vào khối BTCT, A A b, slà diện tích tiết diện của bê tông

A  A n A : diện tích của tiết diện tương đương

 Sự phân bố lại ứng suất do từ biến:

Khi chịu lực lâu dài bê tông bị từ biến trong khi cốt thép không bị Vì có lực dính bám mà cốt thép cản trở từ biến của bê tông

Kết quả là s tăng lên và b giảm xuống Đó là sự phân phối lại ứng suất do từ biến của bê tông Phân phối lại ứng suất thường có lợi cho sự làm việc chung của bê tông

và cốt thép

CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN VÀ CẤU TẠO

1 NỘI DUNG VÀ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ KẾT CẤU BTCT

 Nội dung, sản phẩm của thiết kế:

Yêu cầu cơ bản của thiết kế kết cấu là thỏa mãn các điều kiện về sử dụng công trình, đảm bảo độ bền vững, sử dụng vật liệu một cách hợp lý, thuận tiện cho thi công

Sản phẩm của thiết kế kết cấu BTCT thường là các hình vẽ trình bày hình dáng, kích thước của kết cấu, các chỉ định về vật liệu, những cấu tạo chi tiết của các bộ phận

Xác định các loại tải trọng tác dụng lên kết cấu

Tính toán, vẽ biểu đồ nội lực, tổ hợp nội lực

Tính toán về bê tông cốt thép

Thiết kế chi tiết và thể hiện

Tải trọng tạm thời (hoạt tải): có thể thay đổi về điểm đặt, độ lớn, phương chiều…

Ví dụ như tải trọng do người và các đồ vật ở trên sàn nhà, tải trọng do gió…

Tải trọng đặc biệt: rất ít khi xảy ra (động đất, cháy nổ….)

Tải trọng đứng, tải trọng ngang

 Theo trị số:

Tải trọng tiêu chuẩn: lấy bằng các giá trị thường gặp trong quá trình sử dụng công trình, được xác định theo các số liệu thực tế hoặc theo thống kê (TCVN 2737:1995)

Tải trọng tính toán: bằng trị số tiêu chuẩn nhân với hệ số độ tin cậy n

Hệ số độ tin cậy (hệ số vượt tải) để kể đến các trường hợp đột xuất, tải trọng vượt quá trị số tiêu chuẩn gây bất lợi cho kết cấu

Với kết cấu siêu tĩnh tồn tại 2 sơ đồ tính: sơ đồ đàn hồi và sơ đồ dẻo

Sơ đồ đàn hồi: bê tông cốt thép được xem là vật liệu đàn hồi, đồng nhất Dùng các phương pháp của cơ học kết cấu để xác định nội lực

Sơ đồ dẻo: có xét đến biến dạng dẻo của cốt thép và của bê tông, xét đến sự hình thành khớp dẻo, phân phối lại nội lực

 Tổ hợp nội lực, hình bao nội lực

Tổ hợp nội lực: S S g S ij

S : nội lực do tĩnh tải g

S : nội lực do trường hợp thứ i của hoạt tải j ij

 : hệ số tổ hợp, lấy   khi xét một hoạt tải, 1  0.9khi lấy 2 hoạt tải trở lên

Hình bao nội lực: tại mỗi tiết diện cấu kiện, xác định được 2 giá trị bất lợi của nội

lực là Smax và S min

max min

maxmin

Tập hợp tất cả các giá trị Smax và Smin tại mỗi tiết diện dọc theo cấu kiện sẽ có được 2 nhánh của hình bao nội lực

4 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CẤU KIỆN BTCT

 Trạng thái giới hạn thứ nhất:

TTGH I là trạng thái giới hạn về độ bền (độ an toàn) Tính toán theo TTGH này nhằm đảm báo cho kết cấu không bị phá hoại, hư hỏng

Điều kiện: S S gh

S : nội lực bất lợi do tải trọng tính toán gây ra

S : khả năng chịu lực của kết cấu khi làm việc ở TTGH I, phụ thuộc vào kích gh

thước tiết diện, số lượng cốt thép, cường độ tính toán của bê tông và cốt thép

 Trạng thái giới hạn thứ hai:

TTGH II là trạng thái giới hạn về điều kiện làm việc bình thường Tính toán theo TTGH này nhằm đảm bảo cho kết cấu không có những khe nứt hoặc những biến dạng quá mức cho phép

a gh, f : giới hạn cho phép của bề rộng khe nứt và của biến dạng để đảm bảo gh

điều kiện làm việc bình thường (xác định theo TCVN 5574:2012)

Hình 3.1 Hình bao moment của dầm

 Cường độ tính toán vật liệu

Khi tính toán theo TTGH, để xác định S cần dùng giá trị tính toán của cường độ gh

   và bt 1.3 2.3 tùy loại bê tông

bi: hệ số điều kiện làm việc bê tông kể đến tính chất của tải trọng, giai đoạn làm việc của kết cấu, kích thước tiết diện… (bảng 3.1)

Giá trị R R b, bt khi chưa kể đến bi gọi là cường độ tính toán gốc, xác định theo bảng 3.2 (theo TCVN 5574:2012)

Bảng 3.1. Hệ số điều kiện làm việc của bê tông

Các yếu tố cần kể đến hệ số điều kiện làm việc của bê

2 Tính chất tác dụng dài hạn của tải trọng

a) Khi kể đến tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm

thời dài hạn và tạm thời ngắn hạn, ngoại trừ tải trọng

tác dụng ngắn hạn mà tổng thời gian tác dụng của

chúng trong thời gian sử dụng nhỏ (ví dụ: tải trọng do

cầu trục, tải trọng do thiết bị băng tải; tải trọng gió; tải

trọng xuất hiện trong quá trình sản xuất, vận chuyển và

lắp dựng, v.v…); cũng như khi kể đến tải trọng đặc

biệt gây biến dạng lún không đều, v.v…

- Đối với bê tông nặng, bê tông hạt nhỏ, bê tông nhẹ

đóng rắn tự nhiên và bê tông được dưỡng hộ nhiệt

trong điều kiện môi trường:

b2

+ đảm bảo cho bê tông được tiếp tục tăng cường độ

theo thời gian (ví dụ môi trường nước, đất ẩm hoặc

không khí có độ ẩm trên 75%)

1,00

+ không đảm bảo cho bê tông được tiếp tục tăng

- đối với bê tông tổ ong, bê tông rỗng không phụ thuộc

b) khi kể đến tải trọng tạm thời ngắn hạn (tác dụng

ngắn hạn) trong tổ hợp đang xét hay tải trọng đặc biệt

* không nêu trong mục 2a, đối với các loại bê tông

1,10

3 Đổ bê tông theo phương đứng, mỗi lớp dày trên

1,5 m đối với:

- bê tông nặng, bê tông nhẹ và bê tông hạt nhỏ

- bê tông tổ ong và bê tông rỗng

b3

0,85 0,80

4 Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất hai trục

"nén-kéo" đến cường độ bê tông b4 Xem TC thiết

kế

5 Đổ bê tông cột theo phương đứng, kích thước lớn

nhất của tiết diện cột nhỏ hơn 30 cm b5 0,85

6 Giai đoạn ứng lực trước kết cấu

a) khi dùng thép sợi

+ đối với bê tông nhẹ

+ đối với các loại bê tông khác

b) dùng thép thanh

+ đối với bê tông nhẹ

+ đối với các loại bê tông khác

b6

1,25 1,10

1,35 1,20

8 Kết cấu bê tông làm từ bê tông cường độ cao khi

10 Bê tông đổ chèn mối nối cấu kiện lắp ghép khi

chiều rộng mối nối nhỏ hơn 1/5 kích thước của cấu

kiện và nhỏ hơn 10 cm

* Khi đưa thêm hệ số điều kiện làm việc bổ sung trong trường hợp kể đến tải trọng đặc biệt theo chỉ dẫn của tiêu chuẩn tương ứng (ví dụ: khi kể đến tải trọng động đất) thì lấy b2 = 1;

CHÚ THÍCH 1: Hệ số điều kiện làm việc:

+ lấy theo 1, 2, 7, 9: cần được kể đến khi xác định cường độ tính toán Rb và Rbt;

+ lấy theo 4: cần được kể đến khi xác định cường độ tính toán Rbt,ser;

+ còn theo các mục khác: chỉ kể đến khi xác định Rb

CHÚ THÍCH 2: Đối với kết cấu chịu tác dụng của tải trọng lặp, hệ số b2 được kể đến khi tính toán theo độ bền, còn b1 khi tính toán theo độ bền mỏi và theo điều kiện hình thành vết nứt

CHÚ THÍCH 3: Khi tính toán kết cấu chịu tải trọng trong giai đoạn ứng lực trước, hệ

Cường độ chịu kéo tính toán của thépR s xác định như sau:

si sn s

Cường độ chịu nén tính toán R sc khi chưa kể đến si được cho cùng với R s

Cường độ tính toán theo TTGH II R b ser, ,R s ser. được xác định với các hệ số  đều bằng 1

Bảng 3.3 Hệ số điều kiện làm việc của cốt thép

Các yếu tố cần kể đến hệ số

điều kiện làm việc của cốt

thép

Đặc trưng của cốt thép

Nhóm cốt thép

Các giá trị si

Ký hiệu Giá trị

1 Cốt thép chịu lực cắt Cốt thép ngang nhóm cốt thép Tất cả các s1 Xem TC thiết kế

2 Có nối hàn cốt thép khi

chịu lực cắt

Cốt thép ngang

CIII, A-III;

BP-I s2 Xem TC thiết kế

3 Tải trọng lặp

Cốt thép dọc và cốt thép ngang

Tất cả các nhóm cốt thép s3 Xem TC thiết kế

4 Có nối hàn khi chịu tải

trọng lặp

Cốt thép dọc và cốt thép ngang khi có liên kết hàn

CI, A-I, CII, A-II, CIII, A-III, CIV, A-IV;

A-V

s4 Xem TC thiết kế

5 Đoạn truyền ứng suất đối

với cốt thép không neo và

đoạn neo cốt thép không

căng

Cốt thép dọc căng

Tất cả các nhóm cốt thép s5

lx/lp lx là khoảng cách

kể từ đầu đoạn truyền ứng suất đến tiết diện tính toán;

lp, lan là chiều dài đoạn truyền ứng suất và vùng neo cốt thép (TC thiết kế)

Cốt thép dọc không căng

lx/lan

6 Cốt thép cường độ cao

làm việc trong điều kiện ứng

suất lớn hơn giới hạn chảy

quy ước

Cốt thép dọc chịu kéo

CIV, IV; V; A-VI; AT-VII; B-II; K-7;

8 Cấu kiện làm từ bê tông tổ

ong cấp B7,5 và thấp hơn

Cốt thép dọc chịu nén Tất cả các

nhóm cốt thép s8

190 + 40B

Rsc ≤ 1 Cốt thép

Tất cả các nhóm cốt thép s9 Xem TC thiết kế CHÚ THÍCH 1: Các hệ số s3 và s4 theo mục 3 và 4 trong bảng này chỉ kể đến trong tính toán chịu mỏi; đối với cốt thép có nối bằng liên kết hàn, các hệ số trên được kể đến đồng thời

CHÚ THÍCH 2: Hệ số s5 theo mục 5 trong bảng này dùng cho cả cường độ tính toán Rs

và ứng suất trước trong cốt thép sp

CHÚ THÍCH 3: Trong các công thức ở mục 8 trong bảng này, các giá trị Rsc và Rsw tính bằng MPa; giá trị B (cấp độ bền chịu nén của bê tông, MPa) lấy theo 5.1.1.2

Bảng 3.4 Cường độ tính toán của cốt thép khi tính theo TTGH I

Nhóm thép

Cường độ chịu kéo (MPa) Cường

độ chịu nén R sc

5 NGUYÊN LÝ CẤU TẠO

 Chọn kích thước tiết diện:

Kích thước tiết diện thường được chọn sơ bộ để xác định tải trọng, nội lực và cốt thép

Sau khi có được cốt thép cần tính

toán tỉ lệ cốt thép A s

A

 để đánh giá sự hợp lý của tiết diện đã chọn Với mỗi loại

tiết diện, có một khoảng hợp lý của ,

kích thước tiết diện được xem là hợp lý khi

 nằm trong khoảng đó

Chọn kích thước tiết diện, ngoài yêu

cầu về khả năng chịu lực còn quan tâm đến

vấn đề thẩm mỹ và điều kiện thi công

Hình 3.2 Khung và lưới cốt thép

a) Khung; b) Lưới

 Cốt thép chịu lực và cốt thép cấu tạo:

Cốt thép chịu lực dùng để chịu các ứng lực phát sinh do tác dụng của tải trọng, chúng được xác định hoặc kiểm tra bằng tính toán

Cốt thép cấu tạo được đặt vào kết cấu với nhiều tác dụng khác nhau: để liên kết cốt thép chịu lực thành khung hoặc lưới, để giữ vị trí cốt thép chịu lực khi thi công, để giảm co ngót không đều của bê tông, để chịu ứng suất do nhiệt độ thay đổi, để ngăn cản

sự mở rộng các vết nứt… Cốt thép cấu tạo được đặt theo các quy định và kinh nghiệm

+ Toàn khối có bê tông lót: C0 35mm

+ Toàn khối không có bê tông lót: C0 70mm

 Với thép cấu tạo, cốt đai:

- Chiều cao tiết diện 250mm C: 0 10mm15mm

- Chiều cao tiết diện 250mm C: 0 15mm20mm

Các giá trị trong ngoặc áp dụng cho kết cấu ngoài trời hoặc nơi ẩm ướt

 Khoảng hở cốt thép:

Cốt thép được đặt với khoảng hở t đủ rộng để vữa bê tông có thể dễ dàng lọt qua

và để xung quanh mỗi cốt thép có được một lớp bê tông đủ đảm bảo điều kiện chịu lực về dính bám

Trong mọi trường hợp, khoảng hở cốt thép không được bé hơn đường kính của cốt thép lớn nhất và giá trị t0

 Với thép nằm ngang hoặc xiên lúc đổ bê tông:

- Cốt thép đặt dưới: t0 25mm

- Cốt thép đặt trên: t0 30mm

- Cốt thép được đặt nhiều hơn 2 lớp thì các lớp phía trên t0 50mm

 Với thép thẳng đứng lúc đổ bê tông: t0 50mm

Hình 3.3. Lớp bảo vệ và khoảng hở của cốt thép

 Neo cốt thép:

Để cốt thép phát huy khả năng chịu lực cần neo đầu mút của thép vào bê tông ở vùng liên kết, gối tựa

Đoạn neo cốt thép có thể neo thẳng, neo gập hoặc neo chữ U

Với cốt thép trong khung hoặc trong lưới (sử dụng mối hàn) thì neo thẳng, cốt thép tròn trơn trong khung và trong lưới (sử dụng mối buộc) thì neo chữ U hoặc neo gập

Chiều dài đoạn neo không được nhỏ hơn giá trị l l an; an* và lmin

R l

a Chịu kéo trong bê tông chịu kéo 0.7 20 1.2 20 11 250

b Chịu kéo hoặc nén trong BT chịu nén 0.5 12 0.8 15 8 200

2 Nối chồng cốt thép

 Nối cốt thép:

Bao gồm các giải pháp: nối hàn, nối buộc và nối bằng ống lồng

6 THỂ HIỆN BẢN VẼ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

Hình 3.4 Bản vẽ dầm BTCT

Hình 3.5 Bản vẽ một ô bản sàn

CHƯƠNG 4: CẤU KIỆN CHỊU UỐN (TTGH I)

1 ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO

 Cấu tạo của bản:

Bản là kết cấu phẳng có chiều rộng từ 2 – 6m, chiều dày từ 6 – 20cm, thường sử dụng bê tông B12.5 – B25

Cốt thép trong bản bao gồm cốt chịu lực và cốt phân bố bằng thép CI hoặc CII

Cốt thép chịu lực đặt trong vùng chịu

kéo do moment gây ra, đường kính từ 6 –

12mm, khoảng cách thanh thép chịu lực từ 7

– 20cm

Cốt thép phân bố có đường kính từ 4

– 8mm, diện tích >10% diện tích thép chịu

lực tại vị trí có moment uốn lớn nhất Khoảng

cách thah thép từ 25 – 30cm

 Cấu tạo của dầm:

Dầm là cấu kiện có chiều cao và chiều rộng của tiết diện ngang khá nhỏ so với chiều dài của nó Tiết diện ngang có thể hình chữ nhật, chữ T, chữ I, hình thang, hình hộp…

Chiều cao h của tiết diện thường được chọn trong khoảng 1/8 – 1/20 nhịp dầm, bề rộng b tiết diện thường được chọn theo tỉ lệ h/b = 2 – 4 lần

Cốt thép trong dầm gồm cốt dọc chịu lực, cốt dọc cấu tạo, cốt đai và cốt xiên

Cốt dọc chịu lực đặt tại vùng kéo của dầm, đôi khi cũng có cốt dọc chịu lực đặt tại

vùng nén Đường kính cốt dọc chịu lực từ 10 – 30mm Khi bề rộng dầm 15cm cần ít nhất

2 cốt dọc

Cốt dọc cấu tạo (cốt giá) có đường kính 10 – 12mm được bố trí để giữ vị trí cho cốt

đai trong lúc thi công, chịu các ứng suất do cot ngót và nhiệt độ (thường bố trí khi chiều cao dầm >70cm)

Cốt xiên và cốt đai dùng để chịu lực cắt Q, đường kính cốt đai từ 6 – 10mm, khi

dầm có chiều cao >80cm thì đường kính cốt đai >8mm

Hình 4.1 Sơ đồ bố trí thép trong bản

1-Cốt chịu lực; 2-Cốt phân bố

2 SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM

Quan sát một dầm chịu tải trọng tăng dần; khi tải trọng đủ lớn, dầm xuất hiện các vết nứt thẳng góc tại vị trí có moment lớn và vết nứt nghiêng tại vị trí có lực cắt lớn

Việc tính toán dầm chính là đảm bảo dầm không bị phá hoại trên tiết diện thẳng góc

và không bị phá hoại trên tiết diện nghiêng

3 TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA TIẾT DIỆN THẲNG GÓC

Theo dõi sự phát triển của ứng suất và biến dạng trên tiết diện thẳng góc của dầm,

ta có thể chia thành các giai đoạn sau:

Giai đoạn I: moment còn bé, tải trọng nhỏ (hình 4.4a), khi moment tăng lên, biến

dạng dẻo trong bê tông phát triển Trước khi nứt, ứng suất kéo trong bê tông đạt tới giới hạn cường độ chịu kéo R bt (hình 4.4b)

Hình 4.2 Cấu tạo dầm

a) Cốt đai 2 nhánh; b) Cốt đai 1 nhánh; c) Cốt đai 4 nhánh 1- Cốt dọc chịu lực; 2- Cốt cấu tạo; 3- Cốt xiên; 4- Cốt đai

Hình 4.3 Các dạng khe nứt trong dầm

Giai đoạn II: moment tăng lên, miền bê tông chịu kéo bị nứt, toàn bộ lực kéo do

thép chịu (hình 4.4c) Nếu lượng cốt thép ít, ứng suất trong cốt thép có thể đạt đến giới hạn chảy R s (hình 4.4d)

Giai đoạn III: moment tăng lên, ứng suất trong vùng nén tăng lên trong khi ứng suất

trng cốt thép không tăng lên nữa vì đã đạt đén giới hạn chảy Khi ứng suất trong vùng nén đạt đến giới hạn cường độ chịu nén R b thì dầm bị phá hoại (phá hoại dẻo) (hình 4.4e)

Nếu cốt thép quá nhiều, ứng suất trong thép chưa đạt tới R s mà bê tông vùng nén

đã bị phá hoại thì dầm cũng bị phá hoại (phá hoại giòn) (hình 4.4g)

Hình 4.4 Các giai đoạn của trạng thái ứng suất biến dạng trên tiết diện thẳng góc

4 TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU UỐN TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT TRÊN TIẾT DIỆN THẲNG GÓC:

4.1 Tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn:

 Sơ đồ ứng suất:

Xét dầm chịu uốn bị phá hoại dẻo có moment uốn trong dầm M gh

Tổng hình chiếu các lực theo phương X:

Giá trị R trong một số trường hợp cụ thể cho trong bảng 4.1

  là hàm lượng cốt thép thì hàm lượng cốt thép cực đại của tiết diện là:

s

R R

1 0.5 

Cấp độ bền chịu nén của bê tông

0,9

CIII, A-III (Ø 10-40)

R ; R = R (1 - 0,5R) CHÚ THÍCH: Giá trị , R và R cho trong bảng không kể đến hệ số bi

 Bài toán tính cốt thép: Biết moment M, kích thước tiết diện bxh Yêu cầu tính As Cấp độ bền bê tông, cốt thép, tra bảng R R b, s

M A

R h

Hoặc từ (4.9)  b 0

s s

R bh A

Chọn và bố trí cốt thép, kiểm tra lại giá trị thực tế của a, nếu sai lệch nhiều so với

giả thiết thì phải tính lại

 Bài toán kiểm tra cường độ: Biết kich thước tiết diện bxh, diện tích cốt thép As , tính

 Tính toán tiết diện:

 Bài toán tính As và A s ’ biết M b h R R R, , , , ,b s sc:

Kiểm tra sự cần thiết đặt cốt kép: 2

'

'

R b s

  : ứng suất trong A's chưa đạt đến R sc Cân bằng moment quanh A's: M gh R A h s s 0 a'

 Đặc điểm cấu tạo

Tiết diện chữ T gồm có cánh và sườn Cánh có thể nằm trong vùng chịu nén hoặc nằm trong vùng chịu kéo Khi cánh nằm trong vùng chịu nén, diện tích vùng bê tông chịu

nén tăng thêm so với tiết diện chữ nhật bxh Khi cánh nằm trong vùng chịu kéo, vì bê tông xem như không chịu kéo nên về mặt cường độ nó chỉ có giá trị như tiết diện chữ nhật bxh

Bề rộng 'f

b của cánh khơng được vượt quá một giới hạn nhất định để đảm bảo cánh cùng tham gia chịu lực với sườn Độ vươn sải cánh S c được xác định như sau:

khi cánh có dạng conxon và khi cánh có dạng c 0.05 ' 0.1

' 0.05

f f

Nếu M M f : trục trung hịa qua sườn, tính theo tiết diện chữ T

Hình 4.7 Các trường hợp tính tốn cấu kiện tiết diện chữ T

Để xảy ra phá hoại dẻo:  R hoặc m R

 Tính toán tiết diện:

 Tính cốt thép: Biết kích thước tiết diện, R R b, s và M Tính A s

2 0