Tính toán vết nứt trong bê tông cốt thép

Topic là tài liệu tổng hợp về vết nứt cho bê tông cốt thép. Tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn nước ngoài hiện hành. Chia ra thành các cấu kiện và từng trường cụ thể (dầm, cột, sàn, móng...)

Trang 1

NỨT TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG & BÊ TÔNG CỐT THÉP

Civil and Building Department

Prepared by : Dinh Viet Khanh & Nguyen Dinh Mung

Date : 05/01/2016

Trang 2

Nội dung nghiên cứu của Topic:

A Tác hại của vết nứt.

B Nguyên nhân gây nứt - giải pháp phòng tránh và hạn chế nứt.

C Tính toán nứt theo tiêu chuẩn ACI.

D Tính toán nứt theo TCVN5574-2012.

E Phương pháp sửa chữa nứt.

Nội dung nghiên cứu của Topic:

A Tác hại của vết nứt.

B Nguyên nhân gây nứt - giải pháp phòng tránh và hạn chế nứt.

C Tính toán nứt theo tiêu chuẩn ACI.

D Tính toán nứt theo TCVN5574-2012.

E Phương pháp sửa chữa nứt.

Trang 3

Tài liệu tham khảo :

1 ACI 318-95, ACI318-99, ACI 318-02, ACI318-05

2 ACI 350-06 : Code Requirements for environmental engineering concrete

structures and commentary.

3 ACI 224R-01: Control of Cracking in Concrete Structures.

4 ACI 224.1R-07: Causes, Evaluation, and Repair of Cracks in Concrete structures.

5 ACI 224.2R-92: Cracking of Concrete Members in Direct Tension.

6 Chapter 6 - Design of Reinforced Concrete_9 th Edition by Jack C Mc.Cormac & Russell H Brown

7 TCXDVN 305-2004 : Tiêu chuẩn thi công, nghiệm thu bê tông khối lớn.

8 TCVN5574-2012: Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.

9 TCVN9345-2012: Kết cấu BT và BTCT Hướng dẫn kỹ thuật phòng chống nứt dưới tác động của khí hậu nóng ẩm.

10 Internet.

Tài liệu tham khảo :

1 ACI 318-95, ACI318-99, ACI 318-02, ACI318-05

2 ACI 350-06 : Code Requirements for environmental engineering concrete

structures and commentary.

3 ACI 224R-01: Control of Cracking in Concrete Structures.

4 ACI 224.1R-07: Causes, Evaluation, and Repair of Cracks in Concrete structures.

5 ACI 224.2R-92: Cracking of Concrete Members in Direct Tension.

6 Chapter 6 - Design of Reinforced Concrete_9 th Edition by Jack C Mc.Cormac & Russell H Brown

7 TCXDVN 305-2004 : Tiêu chuẩn thi công, nghiệm thu bê tông khối lớn.

8 TCVN5574-2012: Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.

9 TCVN9345-2012: Kết cấu BT và BTCT Hướng dẫn kỹ thuật phòng chống nứt dưới tác động của khí hậu nóng ẩm.

10 Internet.

Trang 4

A Tác hại của vết nứt.

- Nứt là 1 khuyết tật rất phổ biến và khó tránh khỏi trong kết cấu BT, BTCT nói chung

- Khi kết cấu bị nứt, nếu vết nứt nhỏ, trong giới hạn tính toán cho phép thì không ảnh hưởng nhiều đến khả năng chịu lực của kết cấu, cũng như các yếu tố về thẩm mỹ, công năng sử dụng của công trình Nhưng khi vết nứt lớn, vượt quá giới hạn cho phép sẽ gây

ra các vấn đề đáng kể đối với công trình :

+ Ảnh hưởng đến thẩm mỹ công trình

+ Ảnh hưởng đến công năng sử dụng của công trình, không đạt được yêu cầu thiết kế

đề ra ban đầu

+ Ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của kết cấu, giảm tuổi thọ công trình

+ Tốn chi phí sửa chữa, xử lý vết nứt

+ Trường hợp nặng, có thể khiến công trình bị phá hủy gây thiệt hại lớn về kinh tế, tính mạng con người

A Tác hại của vết nứt.

- Nứt là 1 khuyết tật rất phổ biến và khó tránh khỏi trong kết cấu BT, BTCT nói chung

- Khi kết cấu bị nứt, nếu vết nứt nhỏ, trong giới hạn tính toán cho phép thì không ảnh hưởng nhiều đến khả năng chịu lực của kết cấu, cũng như các yếu tố về thẩm mỹ, công năng sử dụng của công trình Nhưng khi vết nứt lớn, vượt quá giới hạn cho phép sẽ gây

ra các vấn đề đáng kể đối với công trình :

+ Ảnh hưởng đến thẩm mỹ công trình

+ Ảnh hưởng đến công năng sử dụng của công trình, không đạt được yêu cầu thiết kế

đề ra ban đầu

+ Ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của kết cấu, giảm tuổi thọ công trình

+ Tốn chi phí sửa chữa, xử lý vết nứt

+ Trường hợp nặng, có thể khiến công trình bị phá hủy gây thiệt hại lớn về kinh tế, tính mạng con người

Trang 7

nhằm tránh tác hại đã nêu ở trên.

Trang 9

B Nguyên nhân gây nứt - giải pháp phòng tránh và hạn chế nứt.

• Theo ACI 224.1R-07 : Có 9 nguyên nhân

1 Do sự thay đổi thể tích bê tông (co ngót-giãn nở).

2 Hiệu ứng nhiệt.

3 Phản ứng hóa học.

4 Tác động của thời tiết.

5 Cốt thép bị ăn mòn.

6 Do chất lượng thi công.

7 Do tải trọng thi công.

8 Do lỗi thiết kế và cấu tạo.

9 Do tác dụng của tải trọng bên ngoài.

(trình bày trong phần tính toán vết nứt).

• Theo ACI 224.1R-07 : Có 9 nguyên nhân

2 Hiệu ứng nhiệt.

3 Phản ứng hóa học.

6 Do chất lượng thi công.

9 Do tác dụng của tải trọng bên ngoài.

(trình bày trong phần tính toán vết nứt).

Trang 10

- Đây là nguyên nhân phổ biến nhất gây ra nứt.

+ Sự co ngót : Gây ra bởi sự mất nước của vữa xi măng trong quá trình BT đông cứng.+ Sự giãn nở : Bê tông có xu hướng giãn nở trong điều kiện ẩm

- Yếu tố chính ảnh hưởng tới sự thay đổi thể tích : số lượng cốt liệu, kiểu cốt liệu, vữa xi măng trong hỗn hợp BT :

+ Số lượng cốt liệu nhiều -> sự thay đổi thể tích giảm (có lợi)

+ Cốt liệu cứng hơn -> sự thay đổi thể tích giảm đi (có lợi)

+ Lượng nước và xi măng nhiều -> sự thay đổi thể tích tăng (có hại)

(Chi tiết hơn tham khảo mục 3.4 - chương 3 – ACI 224R-01)

- Theo lý thuyết trong quá trình BT thay đổi thể tích :

+ Tự do, không bị kìm giữ -> không xuất hiện nứt

+ Không tự do, bị kìm giữ -> xuất hiện ứng suất kéo -> ứng suất kéo vượt qua khả năng chịu kéo của bê tông -> xuất hiện nứt

+ Trong kết cấu bê tông khối lớn (định nghĩa xem TCVN 305-2004): ứng suất kéo sinh

ra bởi sự thay đổi thể tích khác nhau giữa bề mặt và bên trong khối bê tông

- Đây là nguyên nhân phổ biến nhất gây ra nứt.

+ Sự co ngót : Gây ra bởi sự mất nước của vữa xi măng trong quá trình BT đông cứng.+ Sự giãn nở : Bê tông có xu hướng giãn nở trong điều kiện ẩm

- Yếu tố chính ảnh hưởng tới sự thay đổi thể tích : số lượng cốt liệu, kiểu cốt liệu, vữa xi măng trong hỗn hợp BT :

+ Số lượng cốt liệu nhiều -> sự thay đổi thể tích giảm (có lợi)

+ Cốt liệu cứng hơn -> sự thay đổi thể tích giảm đi (có lợi)

+ Lượng nước và xi măng nhiều -> sự thay đổi thể tích tăng (có hại)

(Chi tiết hơn tham khảo mục 3.4 - chương 3 – ACI 224R-01)

- Theo lý thuyết trong quá trình BT thay đổi thể tích :

+ Tự do, không bị kìm giữ -> không xuất hiện nứt

+ Không tự do, bị kìm giữ -> xuất hiện ứng suất kéo -> ứng suất kéo vượt qua khả năng chịu kéo của bê tông -> xuất hiện nứt

+ Trong kết cấu bê tông khối lớn (định nghĩa xem TCVN 305-2004): ứng suất kéo sinh

ra bởi sự thay đổi thể tích khác nhau giữa bề mặt và bên trong khối bê tông

Trang 11

Theo thời gian vết nứt phát triển từ bề mặt sẽ ăn sâu vào khối bê tông

+ Độ lớn của ứng suất kéo phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tỷ lệ & tốc độ co ngót, mức độ kìm giữ sự co ngót, modun đàn hồi vật liệu

- Nứt do co ngót có 2 dạng: do co ngót dẻo và do co ngót khô:

+ Nứt do co ngót dẻo xảy ra trong thời gian đầu của quá trình đông kết và cứng hóa.+ Nứt do co ngót khô xảy ra ở thời kỳ đầu bê tông bắt đầu đông cứng

Theo thời gian vết nứt phát triển từ bề mặt sẽ ăn sâu vào khối bê tông

+ Độ lớn của ứng suất kéo phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tỷ lệ & tốc độ co ngót, mức độ kìm giữ sự co ngót, modun đàn hồi vật liệu

Trang 12

1.Do sự thay đổi thể tích bê tông (co ngót-giãn nở).

- Một số giải pháp :

+ Bố trí khe co giãn

+ Bố trí cốt thép thích hợp

+ Sử dụng vật liệu, phụ gia chống co ngót

+ Giữ độ ẩm cho khối bê tông trong quá trình xi măng thủy hóa

+ Tham khảo thêm TCVN 9345

1.Do sự thay đổi thể tích bê tông (co ngót-giãn nở).

- Một số giải pháp :

+ Bố trí khe co giãn

+ Bố trí cốt thép thích hợp

+ Sử dụng vật liệu, phụ gia chống co ngót

+ Giữ độ ẩm cho khối bê tông trong quá trình xi măng thủy hóa

+ Tham khảo thêm TCVN 9345

Trang 13

Trụ cầu vĩnh tuy nứt

Trang 14

2 Do hiệu ứng nhiệt.

- Đối với kết cấu bê tông khối lớn hay xảy ra nứt vì nguyên nhân này Sự chênh nhiệt có thể do nhiệt độ trong lòng khối bê tông tăng cao khi xi măng thủy hóa hoặc ở bên

ngoài bị lạnh nhanh

- Theo TCXDVN 305-2004, BT khối lớn nứt khi:

+ Độ chênh nhiệt độ ∆t giữa các điểm hoặc các vùng trong khối bê tông vượt quá 20oc :

2 Do hiệu ứng nhiệt.

- Đối với kết cấu bê tông khối lớn hay xảy ra nứt vì nguyên nhân này Sự chênh nhiệt có thể do nhiệt độ trong lòng khối bê tông tăng cao khi xi măng thủy hóa hoặc ở bên

ngoài bị lạnh nhanh

- Theo TCXDVN 305-2004, BT khối lớn nứt khi:

+ Độ chênh nhiệt độ ∆t giữa các điểm hoặc các vùng trong khối bê tông vượt quá 20oc :

Trang 15

Trang 16

3 Do các phản ứng hóa học.

- Các phản ứng hóa học xảy ra giữa các thành phần vật liệu xung khắc hoặc từ các tạp chất lẫn trong bê tông có thể gây ra sự thay đổi thể tích bê tông, từ đó gây ra các sản phẩm nở thể tích -> hiện tượng nứt

- 1 số phản ứng hóa học như:

+ Silic oxit tác dụng với chất kiềm(kiềm từ xi măng, trong các chất hỗn hợp pha trộn bê tông, trong nước, nước ngầm) -> sinh ra 1 loại keo bao quanh cốt liệu -> gặp điều kiện

ẩm sẽ giãn nở, làm tăng thể tích bê tông -> gây nứt

+ Các muối sunfat có trong đất hoặc nước tham gia vào quá trình thủy hóa xi măng tác dụng với canxi aluminat(CaAl2O4) tạo ra canxi sunfualuminat Chất này có khả năng làm tăng thể tích bê tông -> gây ra nứt

- 1 số phản ứng hóa học như:

+ Silic oxit tác dụng với chất kiềm(kiềm từ xi măng, trong các chất hỗn hợp pha trộn bê tông, trong nước, nước ngầm) -> sinh ra 1 loại keo bao quanh cốt liệu -> gặp điều kiện

ẩm sẽ giãn nở, làm tăng thể tích bê tông -> gây nứt

+ Các muối sunfat có trong đất hoặc nước tham gia vào quá trình thủy hóa xi măng tác dụng với canxi aluminat(CaAl2O4) tạo ra canxi sunfualuminat Chất này có khả năng làm tăng thể tích bê tông -> gây ra nứt

+

Trang 17

Trang 18

- Nguyên nhân do sự tích lũy tự nhiên của nước trong các lỗ rỗng khi còn ở dạng lỏng Gặp thời tiết lạnh, nước sẽ đóng băng làm tăng thể tích Chính điều này làm phát sinh ứng suất kéo trong bê tông -> gây nứt

-Sau nhiều chu kỳ đóng băng – tan băng, vết nứt sẽ phát triển dần làm hỏng kết cấu

- Một số giải pháp khắc phục:

- Nguyên nhân do sự tích lũy tự nhiên của nước trong các lỗ rỗng khi còn ở dạng lỏng Gặp thời tiết lạnh, nước sẽ đóng băng làm tăng thể tích Chính điều này làm phát sinh ứng suất kéo trong bê tông -> gây nứt

-Sau nhiều chu kỳ đóng băng – tan băng, vết nứt sẽ phát triển dần làm hỏng kết cấu

Trang 19

- Hiện tượng cốt thép hoặc các kim loại trong bê tông bị ăn mòn là 1 trong các nguyên nhân gây ra xuống cấp bê tông Khi cốt thép ăn mòn sẽ sinh ra gỉ sắt chiếm thể tích lớn hơn so với cốt thép ban đầu -> phát sinh ứng suất kéo trong bê tông -> gây nứt

Trang 20

-Một số giải pháp khắc phục:

+ Làm các biện pháp chống cho cốt thép ko bị ăn mòn (epoxy coating, CP)

+ Lớp bê tông bảo vệ cốt thép phải đủ dày

+

-Một số giải pháp khắc phục:

+ Làm các biện pháp chống cho cốt thép ko bị ăn mòn (epoxy coating, CP)

+ Lớp bê tông bảo vệ cốt thép phải đủ dày

+

Trang 21

6 Do chất lượng thi công kém.

- Một số nguyên nhân từ thi công có thể gây ra ảnh hưởng kết cấu trong quá trình đổ bể tông -> gây nứt :

+ Nguyên nhân từ hệ cốp pha, giàn giáo không đủ cứng,không đủ chắc

+ Tháo dỡ ván khuôn, hệ chống sớm

+ Bố trí mạch ngừng thi công không hợp lý

+ Tăng lượng nước vào bê tông để dễ thi công

+ Tăng cường chức năng giám sát nhà thầu thi công.

+

6 Do chất lượng thi công kém.

- Một số nguyên nhân từ thi công có thể gây ra ảnh hưởng kết cấu trong quá trình đổ bể tông -> gây nứt :

+ Nguyên nhân từ hệ cốp pha, giàn giáo không đủ cứng,không đủ chắc

+ Tháo dỡ ván khuôn, hệ chống sớm

+ Bố trí mạch ngừng thi công không hợp lý

+ Tăng lượng nước vào bê tông để dễ thi công

Trang 22

- Đối với kết cấu bê tông đổ tại chỗ: Các kết cấu phải chịu tải trọng lớn khi bê tông chưa đủ tuổi -> gây nứt.

- Đối với kết cấu lắp ghép:

+ Các cấu kiện chế tạo sẵn trong quá trình vận chuyển và lắp dựng, do các vị trí móc cẩu lắp không được thiết kế, hoặc do tính toán sai -> gây nứt thậm chí gây đứt gãy cấu kiện khi cẩu lắp + Trong quá trình cẩu lắp bị tác dụng đột ngột (ví dụ : đang cẩu lắp nhanh nhưng dừng đột

ngột) -> gây nứt thậm chí gây đứt gãy cấu kiện.

+ Lỗi do lắp đặt cấu kiện.

Cầu vượt bộ hành đại lộ Đông-Tây Nứt do lắp đặt các bồn hoa bêtông (là hai dìm che hai bên dọc theo dầm cầu) bị cấn vào trụ bê tông.

- Đối với kết cấu bê tông đổ tại chỗ: Các kết cấu phải chịu tải trọng lớn khi bê tông chưa đủ tuổi -> gây nứt.

- Đối với kết cấu lắp ghép:

+ Các cấu kiện chế tạo sẵn trong quá trình vận chuyển và lắp dựng, do các vị trí móc cẩu lắp không được thiết kế, hoặc do tính toán sai -> gây nứt thậm chí gây đứt gãy cấu kiện khi cẩu lắp + Trong quá trình cẩu lắp bị tác dụng đột ngột (ví dụ : đang cẩu lắp nhanh nhưng dừng đột

ngột) -> gây nứt thậm chí gây đứt gãy cấu kiện.

+ Lỗi do lắp đặt cấu kiện.

Cầu vượt bộ hành đại lộ Đông-Tây Nứt do lắp đặt các bồn hoa bêtông (là hai dìm che hai bên dọc theo dầm cầu) bị cấn vào trụ bê tông.

Trang 23

Trang 24

+ Giải pháp nền, móng không hợp lý -> lún, lún không đều -> nứt kết cấu

+ Giải pháp kết cấu không hợp lý

+ Do tính toán sai hoặc không kể hết các tác động có thể xảy ra do các loại tải trọng khác nhau

+ Bố trí cấu tạo cốt thép không hợp lý

+ Giải pháp nền, móng không hợp lý -> lún, lún không đều -> nứt kết cấu

+ Giải pháp kết cấu không hợp lý

+ Do tính toán sai hoặc không kể hết các tác động có thể xảy ra do các loại tải trọng khác nhau

+ Bố trí cấu tạo cốt thép không hợp lý

Trang 25

Trang 26

- Một số trạng thái ứng suất kéo gây nứt:

Trang 27

Trang 28

Trang 29

Trang 30

- Một số trạng thái ứng suất kéo gây nứt :

Trang 31

Trang 32

Trang 33

Trang 34

Một số giải pháp khắc phục:

+ Thiết kế đúng, cấu tạo chuẩn : 

Trang 35

Trang 36

Trang 37

Trang 38

Trang 39

Trang 40

Định dạng
Số trang	81
Dung lượng	8,47 MB