Bài giảng kết cấu bê tông cốt thép trong xây dựng

18/05/2020 XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CÔNG TRÌNH BỘ MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH Giảng viên: PHẠM NGUYỄN HOÀNG Email: hoang.kcct@tlu.edu.vn MÔN HỌC : KẾT CẤ

18/05/2020 XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

KHOA CÔNG TRÌNH

BỘ MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

Giảng viên: PHẠM NGUYỄN HOÀNG

Email: hoang.kcct@tlu.edu.vn

MÔN HỌC : KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

CHO NGÀNH XÂY DỰNG DÂN

DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

(RCSB315)

KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

Chương 1 Khái niệm chung về Bê tông cốt thép

Chương 2 Tính chất cơ lý của vật lieu

Chương 3 Phương pháp tính toán và nguyên lý

cấu tạo

Chương 4 Cấu kiện chịu uốn

Chương 5 Cấu kiện chịu nén

Chương 6 Cấu kiện chịu kéo

18/05/2020 XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

KHOA CÔNG TRÌNH

BỘ MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

Giảng viên: PHẠM NGUYỄN HOÀNG

Email: hoang.kcct@tlu.edu.vn

CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM

CHUNG VỀ BÊ TÔNG

CỐT THÉP

CHƯƠNG 1

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BTCT

I Thế nào là Bê tông cốt thép

II Phân loại Bê tông cốt thép

III Ưu điểm và nhược điểm của Bê tông cốt thép

IV Sơ lược lịch sử phát triển của Bê tông cốt thép

• Bố trí cốt thép để chịu ứng suất kéo

• Bố trí cốt thép ở vùng nén (cấu tạo, trợ lực cho bê tông)

• BTCT: Vật liệu xây dựng hỗn hợp

BT & CT cùng phối hợp làm việc

-I.2 Nguyên tắc cấu tạo

I Thế nào là Bê tông cốt thép

I.3 Các yếu tố giúp làm việc chung

I Thế nào là Bê tông cốt thép

Thi công kết cấu BTCT toàn khối

Thi công kết cấu BTCT toàn khối

-Thi công kết cấu BTCT toàn khối

12

Quy trình thi công BTCT toàn khối

1 Chuẩn bị cốt thép theo bản vẽ thiết kế

2 Chuẩn bị khuôn theo hình dáng kết cấu

3 Lắp dựng cốt thép vào khuôn, cố định vị trí

4 Trộn và đổ Bê tông

5 Đầm chắc Bê tông và hoàn thiện bề mặt

6 Dưỡng hộ bê tông

7 Tháo khuôn khi đủ cường độ

KC BTCT ứng suất trước

KC BTCT ứng suất trước

+ Khả năng chịu lực cao

+ Sử dụng được vật liệu tại

địa phương

+ Dễ dàng tạo dáng theo

yêu cầu kiến trúc

+ Bền, ít tiền bảo dưỡng

+ Chịu lửa tốt

+ Trọng lượng bản thân lớn

+ Khả năng chống nứt kém

+ Cách âm, cách nhiệt kém

III Ưu điểm và nhược điểm

Từ đó đến nay: Vẫn tiếp tục phát triển theo 2 hướng

+ Vật liệu và công nghệ chế tạo

18/05/2020 XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

KHOA CÔNG TRÌNH

BỘ MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

Giảng viên: PHẠM NGUYỄN HOÀNG

TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU

I Tính chất cơ lý của bê tông

II Tính chất cơ lý của cốt thép

III Một số tính chất của Bê tông cốt thép

1 Phân loại bê tông

 Theo cấu trúc: Bê tông đặc chắc (bê tông thông thường), bê

tông có lỗ rỗng, bê tông tổ ong, bê tông xốp…

 Theo trọng lượng riêng: Bê tông đặc biệt nặng >2,5 T/m3,

bê tông nặng =1,8  2,5 T/m3, bê tông nhẹ <1,8 T/m3

 Theo chất kết dính: Bê tông dùng ximăng, bê tông dùng chất

dẻo, bê tông dùng thạch cao …

 Theo phạm vi sử dụng: Bê tông làm kết cấu chịu lực, bê

tông cách nhiệt, bê tông chống xâm thực …

 Theo thành phần cốt liệu: Bê tông thường, bê tông cốt liệu

bé, bê tông lèn đá hộc…

I Tính chất cơ lý của bê tông

2 Cường độ của bê tông

năng chịu lực của vật liệu.

 Khi mới trộn, bê tông ở trạng thái nhão mềm, chưa có

cường độ.

 Khi đông cứng, cường độ ban đầu tăng nhanh sau đó

tăng chậm dần (đạt cường độ cơ bản sau 28 ngày

với bê tông dùng XM Portland trong điều kiện bình

thường).



Bê tông thông thường có R=530 MPa Bê

tông có R > 40 MPa là loại cường độ cao

6

Cường độ chịu kéo

 Cường độ chịu kéo Rtxác định thông qua các thí nghiệm:

 Mẫu chịu kéo

 Mẫu chịu uốn

 Thông thường: Rt (1/10  1/20)R và có thể lấy theo công

thức kinh nghiệm Ví dụ: Rt= t.R0,5 (R: MPa; t= 0,280,30)

2

t

P R

lD





3) Cường độ và độ sạch của cốt liệu

4) Lực dính giữa vữa xi măng và cốt liệu

5) Phương pháp trộn hợp lý

6) Đổ, đầm và dưỡng hộ đúng cách

7) Dưỡng hộ ở nhiệt độ trên 100C khi bê tông đang tăng

cường độ.

8) Lượng clorua không vượt quá 0,15% với BTCT làm việc

trong môi trường có clorua và 1,5% trong môi trường khô.

4 Mác bê tông, cấp độ bền bê tông

 Mác bê tông theo khả năng chịu nén (M): giá trị trung bình

thống kê của cường độ chịu nén tức thời (kG/cm 2 ) xác định

trên các mẫu lập phương cạnh a = 15 cm, chế tạo và dưỡng

hộ trong điều kiện tiêu chuẩn và thí nghiệm nén ở tuổi 28

ngày

Bê tông nặng có các mác: M100, M150, M200, M250, M300,

M350, M400, M500, M600

 Mác bê tông theo khả năng chịu kéo (K): giá trị trung bình

thống kê của cường độ chịu kéo tức thời (daN/cm 2 ) xác định

trên các mẫu thử kéo tiêu chuẩn, chế tạo và dưỡng hộ trong

điều kiện tiêu chuẩn và thí nghiệm kéo ở tuổi 28 ngày

Ví dụ: K10, K15, K20, K25, K30, K35, K40

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

 Cấp độ bền chịu nén (B): là giá trị lấy bằng giá trị đặc trưng

của cường độ chịu nén (Rch) Giá trị đặc trưng của cường độ

chịu nén Rch (MPa) được xác định theo xác suất bảo đảm

không dưới 95% xác định trên các mẫu tiêu chuẩn lập phương

cạnh a=15cm chế tạo, dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn, thí

nghiệm nén ở 28 ngày tuổi

Ví dụ: B7,5; B10; B12,5; B15; B20; B22,5; B25; B27,5; B30;

B35; B40; B45

 Cấp độ bền chịu kéo (B t ): là giá trị lấy bằng giá trị đặc trưng

của cường độ chịu kéo (Rcht) Giá trị đặc trưng của cường độ

chịu kéo Rcht (MPa) được xác định theo xác suất bảo đảm

không dưới 95% xác định trên các mẫu tiêu chuẩn

A Biến dạng do tải trọng ngắn hạn

- Môđun đàn hồi:

 Thí nghiệm: Nén mẫu lăng trụ

với tải trọng ngắn hạn đến khi

mẫu bị phá huỷ  đường cong

-

 Nén mẫu đến A rồi giảm tải 

đường cong - không quay lại

điểm O mà về điểm C  BT

không phải là VL đàn hồi hoàn

toàn mà là VL đàn hồi dẻo.

 Khi tải trọng nhỏBT vẫn làm việc trong giai đoạn đàn hồi1; 0

Môđun đàn hồi ban đầu của BT (Modulus of elasticity):

E b = tg0 = b /đh

Môđun đàn hồi ban đầu của bê tông Eb tra PL6 giáo trình BTCT

 Khi tải lớn  BT bắt đầu xuất hiện biến dạng dẻo  giảm;  tăng

Môđun biến dạng khi chịu nén của BT:

ẩm ở bề mặt bốc hơi nhanh so với tốc độ nước thoát ra

từ các lớp phía trong.

phần lớn quá trình hyđrát hóa trong vữa xi măng đã hoàn

thành Co ngót khô làm giảm thể tích bê tông do bốc hơi

D Biến dạng cực hạn

 Là biến dạng lớn nhất trong

kết cấu trước khi bị phá hoại.

 Cấu kiện chịu nén đúng tâm:

– Thép cácbon: CT3, CT5 hàm lượng cácbon tương ứng

0,003 và 0,005 Tỉ lệ cácbon tăng, cường độ tăng, độ dẻo

– Cốt thép kéo nguội (Sau khi cán nóng)

– Cốt thép gia công nhiệt: nung đến 9500C, tôi nhanh vào

nước hoặc dầu, nung đến 4000C rồi làm nguội từ từ, cường

độ cao hơn

18

2 Tính chất cơ lý của cốt thép

Thí nghiệm: Kéo các mẫu thép và thiết lập quan hệ  - 

 B- Giới hạn bền: giá trị ứng suất lớn nhât trước khi mẫu

thép bị đứt

 T(ch ) - Giới hạn chảy

Thép dẻo: T = ứng suất tại thềm chảy

Thép dòn: Tquy ước lấy bằng ứng suất tương ứng với

biến dạng dẻo = 0,2%

 đh- Giới hạn đàn hồi

Thép dẻo:đh = ứng suất tại điểm cuối giai đoạn đàn hồi

Thép dòn: đhquy ước lấy bằng ứng suất tương ứng với

 Thí nghiệm xác định lực dính:

 Kéo hoặc đẩy một thanh thép ra khỏi khối BT

l - Chiều dài đoạn cốt thép neo trong BT

d - Đường kính thanh thép

P - Lực kéo tuột thanh thép khỏi BT

max - Ứng suất tiếp lớn nhất

 - Ứng suất tiếp trung bình  =2040 kG/cm2

 Xác định chiều dài l = ? để thanh thép không bị tuột khỏi khối BT

Khi tăng N  có 2 khả năng xảy ra với đoạn cốt thép: Đứt và

tuột Lực kéo tuột > lực kéo đứt để đoạn cốt thép đứt rồi mà

vẫn chưa tuột: Ptuột=dl  Pđứt= Td2/4  l  T d/4

 Ứng suất nội tại trong BTCT:

 Ứng suất ban đầu do sự co ngót của bêtông:

• Khi BT không có CT  BT co ngót tự do

• Khi có CT  do lực dính CT cản trở sự co ngót của BT  BT

chịu ứng suất kéo còn CT chịu ứng suất nén

 Sự phân phối lại ứng suất do từ biến:

• CT cũng cản trở biến dạng từ biến của BT giống như cản trở sự

co ngót

• Trong CK chịu nén, biến dạng do từ biến của BT bị CT cản trở 

ƯS nén trong BT giảm, ƯS nén trong CT tăng  ƯS trong BT và

CT được phân phối lại do từ biến

• Ngoài ra, sự thay đổi nhiệt độ, độ ẩm, sự hình thành khe nứt,

biến dạng dẻo của BT và CT cũng gây ra sự phân phối lại ứng

suất trong BT và CT

18/05/2020 XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

KHOA CÔNG TRÌNH

BỘ MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

Giảng viên: PHẠM NGUYỄN HOÀNG

NGUYÊN LÝ CẤU TẠO

3.1 Nguyên lý tính toán Bê tông cốt thép

3.2 Nguyên lý cấu tạo Bê tông cốt thép

3.1.Phương pháp tính toán BTCT

1 Phương pháp ứng suất cho phép

2 Phương pháp nội lực phá hoại

– Vật liệu làm việc trong giai đoạn “đàn hồi”:  =  (ĐL Hooke)

– Tiết diện phẳng (GT Becnuli)

– Qui đổi tiết diện

– Bê tông hoàn toàn không chịu kéo

 Nhược điểm:

– Giả thiết không phù hợp

– Không tiết kiệm vật liệu

2.Phương pháp nội lực phá hoại

 Công thức: kS c ≤ S ph

Sc – Nội lực do tải trọng tiêu chuẩn gây ra

Sph– Nội lực làm phá hoại kết cấu

k – Hệ số an toàn, thường lấy k=1,52,5

 Ưu điểm:

– Kể đến biến dạng dẻo của bê tông và cốt thép

– Hệ số an toàn gần với thực tế hơn, tiết kiệm vật liệu hơn

p/p ƯSCP

 Nhược điểm:

– Chỉ sử dụng một hệ số an toàn chung k cho cả kết cấu

3.Phương pháp TTGH

 TTGH là trạng thái mà nếu vượt qua nó thì KC không

còn thoả mãn yêu cầu sử dụng bình thường nữa.

a, Trạng thái giới hạn I

 TTGH về cường độ và ổn định (KNCL)

 Mọi KC được thiết kế đều phải đủ KNCL (thoả mãn TTGH I)

 Điều kiện để KC đủ KNCL tại 1 tiết diện nào đó:

 Xác định kích thước tiết diện, tính toán và bố trí cốt thép

cho tiết diện (BT thiết kế)

 Kiểm tra KNCL của tiết diện (BT kiểm tra)

8

Trạng thái giới hạn về điều kiện làm việc bình thường

 Tính toán biến dạng: f  f gh

f - Biến dạng do tải trọng tiêu chuẩn gây ra

fgh - Biến dạng giới hạn cho phép (QP, yêu cầu sử dụng, )

 Tính toán sự hình thành khe nứt:

Điều kiện để KC không bị nứt tại 1 tiết diện: Sc Sn

Sc- Nội lực do tải trọng tiêu chuẩn gây ra trên tiết diện

Sn- Khả năng chống nứt của tiết diện

 Tính toán bề rộng khe nứt:

Đối với KC cho phép xuất hiện khe nứt, bề rộng khe nứt thoả mãn

điều kiện sau: a crc  a gh

acrc - Bề rộng khe nứt do tải trọng tiêu chuẩn gây ra

a - Bề rộng khe nứt giới hạn cho phép (theo QP)

b, Trạng thái giới hạn II

Tải trọng là các lực tác dụng lên kết cấu Khi thiết kế cần

xác định tải trọng theo các tiêu chuẩn tương ứng Với

kết cấu nhà và công trình dân dụng cần dùng Tiêu

chuẩn tải trọng và tác động: TCVN 2737-1995

i, Các loại tải trọng

 Tải trọng thường xuyên (Tĩnh tải):

 Không thay đổi trong quá trình làm việc của CT

 Ví dụ: TLBT, thiết bị gắn trên CT, áp lực đất, ứng suất trước…

 Tải trọng tạm thời (hoạt tải dài hạn và ngắn hạn):

 Trị số, phương, chiều thay đổi

 Ví dụ: Áp lực nước, người đi, áp lực gió…

 Tải trọng đặc biệt:

Động đất, cháy nổ,

thiết bị trục hư hỏng,

 n - hệ số vượt tải (lệch tải) (TCVN 2737‐95)

 Trị số tính toán của tải trọng dùng để tính toán TTGH I

12

iii, Tổ hợp tải trọng

 Tổ hợp tải trọng gồm những tải trọng có thể đồng thời tác dụng gây

bất lợi cho kết cấu

 Trọng lượng thiết bị máy móc và các tải trọng khác có thể tác

dụng trong thời gian thi công

d, Các loại cường độ

 Giá trị trung bình của cường độ Rm: (3-6)

 Giá trị đặc trưng của cường độ Rch(cường độ đặc trưng)

Được xác định theo xác xuất bảo đảm 95% và được tính toán theo

R R n

d, Các loại cường độ

 Cường độ tiêu chuẩn của cốt thép Rsn:

Lấy bằng cường độ giới hạn chảy với xác suất đảm bảo không dưới

95%

Bê tông: R sn = y m (1 – S )

ym: giá trị trung bình của giới hạn chảy

S = 1,64 với xác suất bảo đảm không dưới 95%

bc, bt– hệ số tin cậy của bê tông khi chịu nén và kéo

bi: hệ số điều kiện làm việc của bê tông (Phụ lục 4)

Rb, Rbtchưa kể đến biđược cho ở Phụ lục 3 được gọi là cường độ

tính toán gốc của bt

– Cường độ tính toán của cốt thép chịu kéo Rs:

(3-10)

s – hệ số tin cậy của cốt thép, lấy s= 1,051,2 tùy loại thép

Rschưa kể đến siđược cho ở Phụ lục 5 được gọi là cường độ tính

R

R 





3.2 Nguyên lí cấu tạo BTCT

3.2.1 Hình dáng và kích thước:

- Theo yêu cầu sử dụng và chịu lực của CT

- Kích thước tiết diện hợp lí là kích thước tiết diện làm cho hàm lượng

cốt thép (=As/A) nằm trong khoảng qui định

- Với bản và tường, thường chọn kích thước tiết diện là bội số của 1

hoặc 2 cm Với dầm và cột kích thước chọ là bội số của 2, 5 hay 10

cm

3.2.2 Cốt thép chịu lực và cốt thép cấu tạo:

- CT chịu lực: chịu các ứng lực phát sinh do tải trọng, được xác định

theo tính toán

- CT cấu tạo: được đặt theo kinh nghiệm và có nhiều tác dụng khác

3.2.3 Khung, lưới cốt thép

 Cốt thép đặt trong BT phải liên kết chúng lại thành khung hoặc lưới:

 Khung: Áp dụng cho cấu kiện dầm, cột

 Lưới: Áp dụng cho cấu kiện dạng bản như sàn, tường chắn, cống

 Khung, lưới hàn : Tại các giao điểm của các thanh-hàn, thường

trong nhà máy

 Khung, lưới buộc: Tại các giao điểm của các thanh-buộc, thường thi

công tại công trường nên tiết kiệm nhưng thi công chậm hơn so với

khung, lưới hàn

3.2 Nguyên lí cấu tạo BTCT

không nhỏ hơn lmin và lan*=an

an, an, an, lmin tra bảng trang 60 GT

3.2 Nguyên lí cấu tạo BTCT

20

3.2.4 Nối cốt thép

 Nối hàn: Chiều dài nối (lh) ngắn hơn nối buộc.

 Một số yêu cầu với nối hàn:

 lanxác đinh theo công thức nối CT (3-11)

3.2 Nguyên lí cấu tạo BTCT

3.2.6 Lớp bảo vệ & khoảng cách cốt thép

 Lớp bảo vệ (c) có nhiệm vụ bảo vệ CT khỏi sự phá hoại

của môt trường bên ngoài.

 c: tính từ mép ngoài BT đến mép ngoài gần nhất của CT

 Yêu cầu c với cốt thép chịu lực: Luôn  d

• Bản, tường: c10mm khi h100mm c15mm khi

3.2.6 Lớp bảo vệ & khoảng cách cốt thép

 Khoảng cách thông thuỷ giữa các thanh thép t phải đảm

bảo TC, vữa BT lọt qua và lực dính giữa BT và CT

3.2.7 Mối nối trong KC lắp ghép

 Để lk các bộ phận của KCLG người ta phải bố trí sẵn

các chi tiết thép.

 Theo tính chất làm việc, có mối nối cứng và mối nối

khớp.

 Theo đặc điểm cấu tạo, có mối nối khô và mối nối ướt.

3.2 Nguyên lí cấu tạo BTCT

+ Quy chuẩn hiện hành (tập 1,2,3)

+ TCVN 5574-2018: Kết cấu Bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn

thiết kế

+ Và các tiêu chuẩn khác có liên quan

Quy chuẩn, tiêu chuẩn sử dụng

18/05/2020 XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

KHOA CÔNG TRÌNH

BỘ MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

Giảng viên: PHẠM NGUYỄN HOÀNG

CẤU KIỆN CHỊU UỐN

4.1 Đặc điểm cấu tạo

4.2 Sự làm việc của dầm

A Tính toán cường độ trên tiết diện vuông góc

B Tính toán cường độ trên tiết diện nghiêng góc

4.1 Đặc điểm cấu tạo

• Là cấu kiện cơ bản trong xây dựng, nội lực M hay (M và Q)

• Tùy theo hình dáng, cấu kiện chịu uốn chia làm 2 loại: Bản

• Cốt thép phân bố (cấu tạo) đặt vuông góc cốt chịu lực và

gần trục trung hòa hơn, thường dùng 6, 8, 10

2 1

2

4.1.1 Bản (Tấm)

• Nhiệm vụ của thép phân bố:

Giữ vị trí của thép chịu lực, chống lại ứng suất do co ngót,

thay đổi nhiệt độ gây ra.

• Yêu cầu thép phân bố:

• Kích thước TD được chọn theo đk cấu tạo, kiến trúc,

định hình ván khuôn và khả năng chịu lực

23

1

24

241

24

1

1,2: cốt thép dọc chịu lực 2: cốt thép cấu tạo

3: cốt thép xiên 4: cốt thép đai

Để khống chế loại vết nứt nghiêng góc (chủ yếu do Q

gây ra) Bố trí cốt thép ngang : gồm cốt đai và cốt

xiên

 Tính toán cường độ trên mặt cắt nghiêng góc

với trục cấu kiện

A Tính toán cường độ trên mặt cắt

vuông góc với trục cấu kiện

 4.3 Trạng thái ứng suất trên tiết diện vuông góc

 4.4 Tiết diện chữ nhật cốt đơn

 4.5 Tiết diện chữ nhật cốt kép

 4.6 Tiết diện chữ T

 4.7 Tiết diện chữ T cốt đơn, cánh nén

 4.8 Tiết diện chữ T cốt kép, cánh nén