Bài giảng bê tông cốt thép kiến trúc,xây dựng

bài giảng bê tông cốt thép cho chương trình đại học kiến trúc xây dựng,NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CẤU TẠO BÊ TÔNG CỐT THÉP,DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP,CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP,SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP,NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ VÀ CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU,CẦU THANG BÊ TÔNG CỐT THÉP

1

Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ BÊ TÔNG CỐT THÉP

1.1 Thực chất của bê tông cốt thép

Bêtông cốt thép (BTCT) là một loại vật liệu xây dựng phức hợp do bê tông và cốt thép cùng kết hợp chịu lực với nhau.Trong đó:

Bê tông (BT): Được chế tạo từ Xi măng + Cát + Đá dăm (hoặc sỏi)

- Chịu kéo rất tốt => Đặt vào vùng chịu kéo của cấu kiện

- Chịu nén rất tốt => Đặt trong các cấu kiện chịu nén (cột, thanh nén của dàn v.v ) và trong vùng nén của cấu kiện chịu uốn

Bê tông B30:

2

Cốt thép CII: Cường độ chịu kéo và nén là 280 N/mm2

Nguyên nhân để bê tông và cốt thép kết hợp làm việc tốt với nhau:

 Giữa BT và CT có lực dính: Sau khi BT đông cứng nó ôm chặt lấy CT tạo nên lực

dính Lực dính có ý nghĩa quan trọng hàng đầu với BTCT vì nhờ nó mà ứng lực có thể truyền từ BT sang CT và ngược lại Từ đó:

+ Cường độ của BT và CT được khai thác hết;

+ Bề rộng khe nứt trong vùng kéo được hạn chế

 Giữa BT và CT không xảy ra phản ứng hoá học Hơn nữa BT còn bao bọc bảo vệ

CT khỏi tác dụng ăn mòn của môi trường

 BT và cốt thép có hệ số giãn nở nhiệt gần bằng nhau trong điều kiện sử dụng thông

thường (dưới 100o C ) Khi thay đổi nhiệt độ trong cấu kiện xuất hiện ứng suất rất

nhỏ, không phá hoại lực dính giữa BT và CT

1.2 Phân loại kết cấu bê tông cốt thép

Phân loại theo phương pháp thi công

BTCT toàn khối (BTCT đổ tại chỗ): Lắp đặt cốt thép; cốp pha và đổ BT tại vị trí thiết

3

BTCT lắp ghép: Phân kết cấu thành các cấu kiện để sản xuất tại nhà máy hoặc sân bãi

Sau đó vận chuyển đến công trường, dùng cần trục lắp ghép và nối các cấu kiện thành kết cấu tại vị trí thiết kế

- Ưu điểm:

+ Có khả năng công nhgiệp hoá cao;

+ Tăng năng suất lao động, rút ngắn được thới gian thi công;

+ Tiết kiệm ván khuôn, cây chống

- Nhược điểm:

+ Độ cứng tổng thể của kết cấu kém;

+ Tốn kém trong công tác vận chuyển cẩu lắp;

+ Tốn kém vật tư liên kết

BTCT nửa lắp ghép: Lắp ghép các cấu kiện được chế tạo chưa hoàn chỉnh Sau dó đặt

thêm cốt thép, ghép cốp pha và đổ BT phần còn lại và mối nối

- Ưu điểm:

+ Độ cứng của kết cấu cao hơn so với kết cấu lắp ghép;

+ Giảm cốp pha cây chống

- Nhược diểm:

+ Sản xuất, vận chuyển và lắp ghép phức tạp;

+ Tốn công xử lý mặt tiếp xúc giữa BT cũ và mới

Phân loại theo trạng thái ứng suất khi chế tạo

BTCT thường: Khi chế tạo cấu kiện, ngoài nội ứng suất do co ngót và giãn nở nhiệt

trong cốt thép không có ứng suất

Bê tông cốt thép ứng lực trước (BTCT ƯLT): Khi chế tạo, người ta căng cốt thép để

nén vùng kéo của cấu kiện(BT được ƯLT) nhằm khống chế sự xuất hiện và hạn chế bề rộng khe nứt

1.3 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng kết cấu BTCT

-Vừa bền vừa tốn ít tiền bảo dưỡng;

- Có khả năng tạo hình phong phú;

-Chịu lửa tốt Bê tông bảo vệ thép không bị nung nóng nhanh đến nhiệt độ nguy hiểm

Nhược điểm

- Thi công BTCT toàn khối tương đối phức tạp chịu ảnh hưởng nhiều vào thời tiết

và kiểm tra chất lượng khó khăn Biện pháp khắc phục:

+ Dùng BTCT lắp ghép;

+ Công xưởng hoá công tác trộn BT; ván khuôn và cốt thép;

+ Cơ giới hoá công tác đổ BT(Cần trục, máy bơm BTv.v )

- BTCT dễ có khe nứt làm ảnh hưởng tới chất lượng và tuổi thọ của kết cấu

5

6

7

Chương 2 VẬT LIỆU 2.1 Bê tông

2.1.1 Thành phần và các loại bê tông

Thành phần của BT: Bê tông là 1 loại đá nhân tạo được chế từ các loại vật liệu rời

(cát, đá, sỏi) và chất kết dính

- Vật liệu rời được gọi là cốt liệu gồm có:

+ Cốt liêu bé là cát có kích thước hạt từ 1-5 mm;

+ Cốt liệu lớn gồm đá dăm hoặc sỏi có kích thước hạt từ 5 - 40 mm

- Chất kết dính thường là xi măng trộn với nước hoăc các chất dẻo khác

Ngoài ra trong BT có thể có chất phụ gia Có các loại: phụ gia đông cứng nhanh, phụ gia đông cứng chậm, phụ gia siêu dẻo, phụ gia tăng khả năng chống thấm…

Cấp phối bê tông:

Theo khối lượng riêng:

- BT nặng thông thường (bê tông thường):  = 2200  2500 kG/ m3

Trong tính trọng lượng bản thân lấy  = 2500 kG/ m3

2.1.2 Cường độ của bê tông:

Cường độ là khả năng chịu lực trên một đơn vị diện tích

BT có các loại cường độ:

+ Cường độ chịu nén (Rb) ;

+ Cường độ chịu kéo (Rt).v.v

trong đó Rb là chỉ tiêu cơ bản nhất (trong kết cấu BTCT: BT chủ yếu chịu nén)

Các phương pháp xác định cường độ:

+ Phương pháp phá hoại mẫu thử (độ chính xác cao)

+ Phương pháp không phá hoại: sóng siêu âm; súng bắn BT (ép lõm viên bi lên bề mặt BT)

Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén:

Cường độ đặc trưng: Cường độ theo một xác suất đảm bảo quy định nào đó gọi là

giá trị đặc trưng của cường độ mẫu thử:

R ch = R m (1- S )

Với bê tông, cường độ đặc trưng được xác định theo xác suất đảm bảo quy định 95%

Với xác suất này S = 1,64 Nếu lấy  = 0,135, ta có:

Rch = R m (1- S ) = R m (1 – 1,64 x 0,135) = 0,78 R m Cường độ tiêu chuẩn của BT (về nén: R bn ; về kéo: R btn )

R bn = kc R ch

kc

 ( hệ số kết cấu) = 0,7  0,8 tuỳ thuộc Rch , nó kể đến sự làm việc của BT

trong kết cấu khác với sự làm việc của mẫu thử khối vuông

Rbnvà Rbtn cho trong các bảng tra

Cường độ tính toán:

Cường độ tính toán gốc:

bc

bn b

R R

R R





 trong đó:

 bc - Hệ số độ tin cậy của BT tương ứng khi nén và khi kéo Khi tính theo

TTGH thứ nhất bc = 1,3 1,5 và  bt = 1,3  2,3 tuỳ loại BT;

 bi – Hệ số điều kiện làm việc của BT ( i = 1,2,…10), kể đến kích thước tiết diện,

tính chất của tải trọng, giai đoạn làm việc của kết cấu,…(cho trong tiêu chuẩn thiết

kế)

2.1.3 Cấp độ bền bê tông

Cấp độ bền chịu nén:

Theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT - TCVN 5574-2012: Cấp độ bền chịu nén (ký

hiệu bằng chữ B) là trị số lấy bằng cường độ đặc trưng tính theo đơn vị MPa của các

11

mẫu thử khối vuông cạnh 15cm, có tuổi 28 ngày được dưỡng hộ và tiến hành thí nghiệm trong điều kiện tiêu chuẩn

Có các cấp độ bền: B3,5 ; B5 ; B7,5 ; B10 ; B12,5 ; B15 ; B20 ; B25 ; B30 ; B35 ; B40 ; B45 ; B50 ; B55 ; B60

Bảng tra cường độ, mô đun đàn hồi của bê tông ứng với các cấp độ bền xem mục 5.1 TCVN 5574-2012

2.1.4 Biến dạng của bê tông

Bê tông có các loại biến dạng:

Biến dạng do tải trọng tác dụng ngắn hạn

- Biến dạng do tác dụng

của tải trọng Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn

- Biến dạng khối: Là biến dạng do co ngót và do sự thay đổi của nhiệt độ

- BT dùng chất phụ gia đông kết nhanh => co ngót lớn

- BT được chưng hấp ở áp lực cao => co ngót ít

- Trong môi trường khô co ngót nhiều hơn trong môi trường ẩm

* Hậu quả của co ngót:

12

- Làm thay đổi kích thước và hình dạng cấu kiện;

- Do co ngót không đều hoặc khi co ngót bị cản trở BT sẽ bị nứt làm giảm cường độ

và tính chống thấm của BT

* Biện pháp hạn chế và khắc phục hậu quả của co ngót:

- Chọn cấp phối, thành phần cỡ hạt và tính năng cơ học của vật liệu thích hợp;

- Sử dụng loại XM co ngót ít; chọn tỉ lệ

X

N

thích hợp;

- Bảo dưỡng đúng yêu cầu kỹ thuật đảm bảo cho BT thường xuyên ẩm ở giai đoạn

đông cứng ban đầu;

- Đầm đúng kỹ thuật đảm bảo cho BTđặc chắc và đồng đều;

- Đặt thép cấu tạo ở những vị trí cần thiết;

- Tạo mạch ngừng thi công (thí dụ đổ BT cột xong mới ghép cốp pha sàn) và bố trí

khe co giãn trong kết cấu (làm khe nhiệt độ khi kích thước mặt bằng công trình lớn;

làm khe phân cách trên mặt đường bộ, sân bay)

Biến dạng do sự thay đổi nhiệt độ:

Biến dạng nhiệt là sự thay đổi thể tích của BT khi nhiệt độ thay đổi Nó phụ thuộc

vào hệ số giãn nở vì nhiệt của BT t Hệ số t phụ thuộc loại xi măng, cốt liệu; trạng

thái ẩm của bê tông

dạng được:

+ Đồ thị là một đường cong (hình b)

+ Gia tải đến trị số P nhỏ hơn tải trọng phá hoại (tương ứng vị trí B nào đó trên đồ

thị hình b) rồi giảm tải thì biến dạng không phục hồi hoàn toàn mà có phần biến dạng

dư: một phần biến dạng phục hồi được gọi là biến dạng đàn hồi,

một phần biến dạng không phục hồi được gọi là biến dạng dẻo

Vậy bê tông là vật liệu đàn hồi - dẻo

13

2.2 Cốt thép

2.2.1 Các loại thép được dùng làm cốt trong BTCT

Phân theo thành phần hoá học:

- Thép các bon CT3 ; CT5 (tỷ lệ các bon là 3 và 5000) Tỷ lệ các bon tăng thì cưòng

độ của cốt thép tăng, nhưng độ dẻo của cốt thép giảm và khó hàn

- Thép hợp kim thấp: ngoài các bon ra, trong thành phần của nó còn có một lượng

nhỏ các nguyên tố khác như măng gan, crôm, silic, ti tan…nhằm nâng cao cường độ

và cải thiện một số tính chất khác của cốt thép

Phân theo phương pháp chế tạo:

- Cốt cán nóng: Là cốt được chế tạo bằng cách nung chảy phôi thép rồi cán qua các

khuôn có hình dạng và kích thước đính trước

d  10 : dạng thanh, l = 11,7m

Thông thường

d < 10 : dạng cuộn  500KG

- Thép được gia công nhiệt (tôi): => R s 

Nung cốt thép đến nhiệt độ 9500C trong khoảng một phút rồi tôi nhanh vào nước hoặc dầu, sau đó nung lại đến 4000C và làm nguội từ từ để giữ cho cốt thép có độ dẻo cần thiết

- Cốt thép được gia công nguội (kéo, dập):

Cốt thép kéo nguội được chế tạo bằng cách kéo các cốt thép với ứng suất vượt quá giới hạn chảy của nó để tăng giới hạn chảy cho thép khi sử dụng (nhưng làm giảm độ dẻo của thép)

Dây thép kéo nguội( thường d =38mm) còn có thể được chuốt qua các khuôn có đường kính nhỏ dần để nâng cao cường độ hơn nữa

15

Đường kính để tính tiết diện ngang của cốt thép:

+ Cốt tròn trơn: tính diện tích tiết diện dựa trên đường kính thanh thép ;

+ Cốt có gờ: qui định đường kính danh nghĩa để tính diện tích tiết diện

- Tính chất cơ học của cốt thép phụ thuộc vào thành phần hóa học và công nghệ chế tạo

Các loại giới hạn ứng suất:

- Giới hạn bền ( ): lấy bằng ứng suất lớn nhất mà mẫu chịu được trước khi bị kéo Bđứt;

- Giới hạn đàn hồi (el): lấy bằng ứng suất ở cuối giai đoạn đàn hồi;

- Giới hạn chảy (y): lấy bằng giá trị ứng suất ở đầu giai đoạn chảy

Phân biệt cốt thép dẻo và cốt thép rắn:

- Cốt thép dẻo là loại cốt thép có thềm chảy rõ ràng hoặc có vùng biến dạng dẻo rộng, biến dạng cực hạn s*  15  25 % Chúng gồm một số thép các bon thấp và hợp kim thấp cán nóng CT3 ; CT5 ; 10…

- Cốt thép rắn là loại cốt thép có giới hạn chảy không rõ ràng và gần giới hạn bền, biến dạng cực hạn s*  5  10 % Các cốt thép qua gia công nguội và gia công nhiệt thường thuộc loại này

Cường độ của cốt thép:

Cường độ tiêu chuẩn (Giá trị tiêu chuẩn về cường độ) R sn (Mpa):

Cường độ tiêu chuẩn của cốt thép được lấy bằng giới hạn chảy (thực tế hoặc quy ước) với xác suất đảm bảo 95%

Cường độ tính toán:

- Khi tính theo TTGH thứ nhất: cường độ chịu kéo tính toán Rs (MPa):

s

sn si s

R R

Các giá trị cường độ tiêu chuẩn, tính toán của cốt thép tra mục 5.2-TCVN 5574

Mô đun đàn hồi của cốt thép Es (MPa):

17

Es = tg Giá trị của Es trong khoảng 180 000  210 000 MPa tuỳ thuộc vào loại

thép và được cho trong bảng tra mục 5.2-TCVN 5574-2012 Với thép các bon

thường dùng cho kết cấu công trình: nhóm CI, CII có mô đun đàn hồi của thép Es =

210 000 MPa, nhóm CIII có Es = 200 000 MPa

CII (Gờ xoắn 1 chiều)

CIII (Gờ xoắn khác chiều)

CIV (Gờ xoắn khác chiều)

21 10 4

4

10 20

Theo tiêu chuẩn TCVN 1651-1: 2008 ban hành thay thế TCVN 1651-1985, thép tròn

trơn có 2 loại ký hiệu là CB-240T và CB-300T

Thép có gờ có các loại CB300-V ; CB400-V và CB500-V

2.2.4 Một số loại cốt thép trên thị trường Việt Nam

Mỗi nhà cung cấp đưa ra chủng loại, quy cách và dấu hiệu nhận biết các loại thép khác

nhau Có thể kể tên và ký hiệu dập trên một số loại thép phổ biến trên thị trường Việt

Nam như sau: thép Thái Nguyên (ký hiệu TISCO), thép miền Nam (ký hiệu V), thép

Việt Nhật (hình hoa mai dập nổi), thép Việt - Ý (ký hiệu VIS)

2.3 Bê tông cốt thép

2.3.1 Lực dính giữa bê tông và cốt thép

Lực dính giữa BT và CT là nhân tố cơ bản đảm bảo sự làm việc chung giữa BT và

CT Nhờ lực dính mà ứng lực có thể truyền qua lại giữa BT và CT, đồng thời làm cho

chúng cùng nhau biến dạng

18

Các nhân tố tạo nên lực dính:

- Khi BT đông cứng nó ôm chặt lấy CT tạo nên lực ma sát

- Do keo xi măng có tác dụng gắn chặt CT với BT

- Với cốt thép có gờ, phần bê tông nằm dưới các gờ chống lại sự trượt của cốt thép (cốt có gờ lực dính gấp 2-3 lần cốt tròn trơn => cốt tròn trơn phải uốn móc)

Với cốt thép tròn trơn nhân tố lực ma sát là chủ yếu Với cốt thép có gờ, nhân tố bám

là quan trọng Lực dán chỉ chiếm một phần nhỏ trong giá trị của lực dính

Các nhân tố ảnh hưởng tới lực dính

- Trạng thái chịu lực: cốt thép chịu nén có lực dính bám lớn hơn so với khi cốt thép chịu kéo

- Chiều dài đoạn L: Chiều dài đoạn thép neo trong bê tông càng lớn thì lực dính càng lớn

- Biện pháp nhằm cản trở biến dạng : khi dùng những biện pháp nhằm cản trở biến dạng ngang của bê tông (lưới thép hàn, cốt thép lò xo ) có thể làm tăng lực dính Điều kiện đảm bảo cho CT không bị kéo tuột trước khi bị kéo đứt, chiều dài đoạn thép neo trong bê tông l an tính toán theo công thức trong TCVN 5574-2012

2.3.2 Sự làm việc chung giữa bê tông và cốt thép

Ứng suất ban đầu do bê tông co ngót

Khảo sát một thanh BT có đặt CT dọc theo trục Khi thanh bê tông được co ngót tự

do, nó sẽ có biện dạng co ngót là 0 Nhưng vì bê tông bám dính với cốt thép mà cốt thép không co nên nó cản trở sự co của bê tông Kết quả là thanh bê tông cốt thép có biến dạng co ngót  < 1 0 Vậy bê tông tạo ra một biến dạng nén  cho cốt thép gây 1

ƯS nén trong CT:s 1E s Cốt thép cản trở sự co ngót của BT có thể coi như BT

bị kéo giãn ra Trị số độ co ngót bị cản trở (01) nên ứng suất kéo trong

19

BT t t(01)E b Nếu ứng suất kéo t vượt quá giới hạn chịu kéo, bê tông sẽ bị nứt

Sự phân phối lại nội lực do từ biến

Khi chịu tác dụng của tải trọng lâu dài BT bị từ biến, CT cản trở từ biến của BT Xét thanh chịu nén, (tương tự như sự co ngót) biến dạng từ biến gây ƯS nén trong

CT và ƯS kéo trong BT kết quả làm s  ;b  Đó là sự phân phối lại nội lực một cách có lợi

Ứng suất do ngoại lực: Ngoại lực gây ra nội lực trong kết cấu, gây ra biến dạng trong

kết cấu Từ biến dạng có thể tính ứng suất do ngoại lực gây ra

2.3.3 Sự phá hoại và hư hỏng của BTCT

Sự phá hoại do tác dụng của tải trọng

Tải trọng gây ra nội lực Nếu nội lực lớn hơn nội lực giới hạn thì kết cấu bị phá hoại

Sự hư hỏng hoặc phá hoại do biến dạng cưỡng bức

Do sự thay đổi nhiệt độ, do co ngót , do lún không đều.v.v…gây ra các biến dạng cưỡng bức Trong các kết cấu siêu tĩnh biến dạng cưỡng bức bị cản trở làm phát sinh nội lực và có thể làm nứt gẫy hoặc phá hoại kết cấu Cần phải tính toán hoặc có các biện pháp cấu tạo để khắc phục loại tác động này

Sự hư hỏng do tác động của môi trường

Do cơ học:

- Mưa, dòng chảy bào mòn;

- Sự đóng và tan băng liên tiếp ở các xứ lạnh tác động đến công trình BTCT

Biện pháp phòng chống: Dùng bê tông cường độ cao; bảo vệ bề mặt công trình bằng vữa mác cao

Ảnh hưởng của thời gian:

Trong vài ba năm đầu, trong môi trường thuận lợi cường độ của BT được tăng thêm Nhưng sau vài chục năm BT bị lão hóa và cường độ có thể bị giảm dần

21

Chương 3 NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ & CẤU TẠO BÊ TÔNG CỐT THÉP 3.1 Tải trọng và tác động, TCVN 2737:1995

3.1.1 Yêu cầu chung

Các loại tải trọng, tác động và trị số của chúng dùng để thiết kế phải lấy theo tiêu chuẩn ngành tương ứng Đối với các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp bình thường, hiện nay dùng tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737- 1995

3.1.2 Các loại tải trọng

Theo tính chất (3 loại)

Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải): là tải trọng có tác dụng không thay đổi trong quá trình sử dụng kết cấu, như trọng lượng bản thân kết cấu, các tường ngăn cố định v.v Tải trọng tạm thời (hoạt tải): là tải trọng có thể thay đổi về điểm đặt, trị số, phương,

chiều tác dụng, như tải trọng của người, đồ đạc, tải trọng do cầu trục, gió, xe cộ, áp lực đất v.v

Tải trọng đặc biệt: là tải trọng rất ít khi xảy ra, như nổ, động đất v.v

Theo phương, chiều (2 loại):

Tải trọng thẳng đứng là tải trọng tác dụng theo phương thẳng đứng, như trọng lượng bản thân kết cấu; người; đồ đạc v.v

Tải trọng nằm ngang: là tải trọng tác dụng theo phương nằm ngang, như gió, lực hãm

của xe cộ v.v

Theo thời gian tác dụng (2 loại):

Tải trọng tác dụng dài hạn (tải trọng dài hạn) gồm tải trọng thường xuyên và một phần của tải trọng tạm thời (trọng lượng thiết bị, vật liệu…)

Tải trọng tác dụng ngắn hạn (tải trọng ngắn hạn): gồm phần còn lại của tải trọng tạm

thời (người đi lại, gió, xe cộ…)

Theo trị số (2 loại):

Tải trọng tiêu chuẩn (Pc) còn gọi là trị số tiêu chuẩn của tải trọng, trị số này lấy bằng giá trị thường gặp trong quá trình sử dụng công trình và được xác định theo các kết quả thống kê

Tải trọng tính toán ( P ): P=  Pc

 - Hệ số độ tin cậy của tải trọng Nó được xác định theo một xác suất đảm bảo quy định để kể đến các tình huống bất ngờ, đột xuất mà tải trọng có thể vượt quá trị số tiêu chuẩn

Theo TCVN 2737-1995:

1,2  1,4 đối với tải trọng tạm thời;

 = 1,1  1,3 đối với tải trọng thường xuyên;

22

0,8  0,9 nếu tải trọng giảm gây bất lợi cho kết cấu (ví dụ: Tính đối trọng cho công xôn)

TCVN 2737- 1995 quy định rõ các giá trị tải trọng, hệ số độ tin cậy của tải trọng Ví

dụ như bảng dưới đây

3.1.3 Các tác động

Gồm các tác dụng do nền móng lún không đều và do sự thay đổi của nhiệt độ

3.2 Trạng thái giới hạn

Phương pháp này đã được Liên Xô (cũ) ban hành lần đầu tiên vào năm 1955, sau đó

được hoàn thiện dần và hiện nay vẫn được sử dụng phổ biến trên thế giới

+ Hoặc kết cấu bắt đầu bị phá hoại ;

+ Hoặc kết cấu bắt đầu bị mất ổn định ;

+ Hoặc kết cấu bắt đầu bị hỏng do mỏi, hoặc do tác dụng đồng thời của môi trường và tải trọng

Điều kiện để kết cấu đủ khả năng chịu lực: S  Sgh

trong đó: S - Nội lực bất lợi nhất do tải trọng tính toán gây ra

Sgh- Là khả năng chịu lực của kết cấu ở TTGH ; Sghđược xác định theo cường độ tính toán của vật liệu

Nguyên tắc tính toán: Tính theo TTGH về khả năng chịu lực được áp dụng đối với

mọi kết cấu và đối với mọi giai đoạn: chế tạo, vận chuyển, cẩu lắp, sử dụng, sửa chữa

TTGH về điều kiện sử dụng bình thường (TTGH thứ hai):

Để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường, cần hạn chế độ mở rộng khe nứt; độ dao động của kết cấu và độ biến dạng (độ võng; độ giãn; góc xoay)

Điều kiện để kết cấu đảm bảo điều kiện làm việc bình thường:

- Theo yêu cầu hạn chế biến dạng: f  fgh

- Theo yêu cầu hạn chế bề rộng khe nứt : acrc agh

- Theo yêu cầu không cho phép nứt : T  Tn

- Tính chất và điều kiện sử dụng kết cấu;

- Điều kiện làm việc của con người và thiết bị;

- Mỹ quan và tâm lý của con người

(Thông thường agh = 0,05  0,4 mm ; fgh của dầm = )l

600

1200

1

+ T - Nội lực do tải trọng tính toán gây ra trên tiết diện tính toán;

+ Tn- Nội lực mà tiết diện tương ứng chịu được trước khi hình thành khe nứt (khả năng chống nứt của tiết diện)

Nguyên tắc tính toán:

24

Về nguyên tắc, tính theo TTGH thứ 2 được tiến hành với mọi kết cấu Nhưng

nó cần hơn đối với các kết cấu lắp ghép ; các kết cấu dùng thép cường độ cao và các kết cấu làm việc trong môi trường bất lợi

Có thể không cần kiểm tra bề rộng khe nứt hoặc biến dạng nếu theo kinh nghiệm thiết kế và sử dụng, biết chắc chắn rằng đối với kết cấu đó trong mọi giai đoạn có bề rộng khe nứt và độ võng không đáng kể

Dùng tải trọng tiêu chuẩn, cường độ vật liệu tiêu chuẩn đối với tính toán theo TTGH thứ 2 Dùng tải trọng tính toán, cường độ vật liệu tính toán đối với tính toán theo TTGH thứ 1

3.3 Thiết kế theo TCVN 5574:2012

Nội dung công tác thiết kế kết cấu BTCT

Thiết kế kết cấu BTCT gồm hai việc chính là tính toán và cấu tạo Nội dung cơ bản của công tác thiết kế gồm:

- Chọn sơ đồ tính và sơ bộ xác định kích thước tiết diện các bộ phận (chiều dày của bản, tường, kích thước tiết diện dầm, cột…)

- Chọn vật liệu sử dụng thiết kế kết cấu: mác BT, nhóm thép v.v

- Xác định tải trọng và tác động;

- Xác định nội lực do từng phương án tải trọng và tổ hợp nội lực;

- Tính toán tiết diện BTCT: Xác định hoặc kiểm tra kích thước tiết diện BT, diện tích cốt thép

- Chọn giải pháp bảo vệ kết cấu chống sự phá huỷ của môi trường (trong các trường hợp cần thiết: thí dụ kết cấu làm việc trong phân xưỏng có tính chất huỷ mòn cốt thép);

- Chọn và bố trí cốt thép theo các yêu cầu về chịu lực và cấu tạo, thiết kế chi tiết các

bộ phận và các thanh cốt thép, thể hiện bản vẽ

Sản phẩm của thiết kế: thuyết minh tính toán và các bản vẽ kết cấu

3.3.1 Nguyên tắc tính toán

- Các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép cần được tính toán và cấu tạo, lựa chọn vật

liệu và kích thước sao cho trong các kết cấu đó không xuất hiện các trạng thái giới hạn với độ tin cậy theo yêu cầu;

- Việc lựa chọn các giải pháp kết cấu cần xuất phát từ tính hợp lý về mặt kinh tế - kỹ thuật khi áp dụng chúng trong những điều kiện thi công cụ thể, có tính đến việc giảm tối đa vật liệu, năng lượng, nhân công và giá thành xây dựng;

- Khi thiết kế nhà và công trình, cần tạo sơ đồ kết cấu, chọn kích thước tiết diện và bố

trí cốt thép đảm bảo được độ bền, độ ổn định và sự bất biến hình không gian xét trong tổng thể cũng như riêng từng bộ phận của kết cấu trong các giai đoạn xây dựng và sử dụng;

- Đối với các kết cấu lắp ghép, cần đặc biệt chú ý đến độ bền và tuổi thọ của các mối nối

(Xem thêm mục 4.1 và 4.2 trong TCVN 5574:2012)

- Kết cấu bê tông cốt thép cần phải thoả mãn những yêu cầu về tính toán theo độ bền (các trạng thái giới hạn thứ nhất) và đáp ứng điều kiện sử dụng bình thường (các trạng thái giới hạn thứ hai)

 Tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất nhằm đảm bảo cho kết cấu: + không bị phá hoại giòn, dẻo, hoặc theo dạng phá hoại khác (trong trường hợp cần thiết, tính toán theo độ bền có kể đến độ võng của kết cấu tại thời điểm trước khi bị phá hoại);

+ không bị mất ổn định về hình dạng (tính toán ổn định các kết cấu thành mỏng) hoặc về vị trí (tính toán chống lật và trượt cho tường chắn đất, tính toán chống đẩy nổi cho các bể chứa chìm hoặc ngầm dưới đất, trạm bơm, v.v );

+ không bị phá hoại vì mỏi (tính toán chịu mỏi đối với các cấu kiện hoặc kết cấu chịu tác dụng của tải trọng lặp thuộc loại di động hoặc xung: ví dụ như dầm cầu trục, móng khung, sàn có đặt một số máy móc không cân bằng);

+ không bị phá hoại do tác dụng đồng thời của các yếu tố về lực và những ảnh hưởng bất lợi của môi trường (tác động định kỳ hoặc thường xuyên của môi trường xâm thực hoặc hỏa hoạn)

 Tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ hai nhằm đảm bảo sự làm việc bình

thường của kết cấu sao cho:

+ không cho hình thành cũng như mở rộng vết nứt quá mức hoặc vết nứt dài hạn nếu điều kiện sử dụng không cho phép hình thành hoặc mở rộng vết nứt dài hạn

+ không có những biến dạng vượt quá giới hạn cho phép (độ võng, góc xoay, góc trượt, dao động)

3.3.2 Nguyên tắc cấu tạo

3.3.2.1 Cơ sở chọn hình dáng, kích thước, tiết diện

26

+ Đảm bảo khả năng chịu lực, đảm bảo độ cứng; độ ổn định

+ Đảm bảo kích thước để bố trí các loại cốt thép và tận dụng khả năng làm việc của vật liệu; (Kích thước tiết diện hợp lý được thể hiện qua hàm lượng cốt thép µ =As/Ab Mỗi loại cấu kiện có 1 khoảng hợp lí của µ)

Khung, lưới hàn:

Các liên kết được thực hiện bằng cách hàn

Thường được chế tạo trong các công xưởng

nên tốc độ thi công nhanh nhưng độ linh hoạt

không cao

Khung, lưới buộc :

Những thanh rời được liên kết với nhau tại

vị trí bằng dây thép mềm ( d = 0,8  1mm) nên việc xếp đặt linh hoạt nhưng tốc độ thi công chậm

Cốt chịu lực và cốt cấu tạo

Cốt chịu lực: Được xác định hoặc kiểm tra bằng tính toán để chịu các ứng lực do tải

trọng gây ra

Cốt cấu tạo: Về thực chất thì cốt cấu tạo cũng chịu lực nhưng chúng không được đặt

theo tính toán mà đặt theo các qui định và theo kinh nghiệm

Tác dụng của cốt cấu tạo:

+ Liên kết các cốt chịu lực với nhau thành khung hoặc lưới;

+ Hạn chế sự co ngót không đều của BT;

+ Chịu ứng suất phát sinh do sự thay đổi nhỏ của nhiệt độ ;

+ Cản trở sự mở rộng các khe nứt;

+ Phân bố tác dụng của lực tập trung;

Vai trò của cốt cấu tạo là rất quan trọng nếu thiếu cốt cấu tạo kết cấu có thể không phát huy hết khả năng chịu lực, bị nứt hoặc bị hư hỏng cục bộ

1

2 a)

b)

27

Nối cốt thép

Cần phải nối cốt thép khi chiều dài thanh thép không đủ

Yêu cầu chung: Tránh nối cốt thép ở vùng cốt thép chịu lực lớn ;

Chiều dài đoạn nối cốt thép l được tính toán theo công thức của phần neo cốt thép n

- Chú ý:

+ Không nên nối chồng các thanh có đường kính > 30mm ;

+ Không được nối chồng các thanh có đường kính > 36 mm ;

+ Không nên nối chồng trong vùng chịu kéo của cấu kiện chịu uốn và nén

+ Không được nối chồng trong các cấu kiện thẳng mà toàn bộ tiết diện chịu kéo ; + Không được nối chồng cốt thép nhóm CIV trở lên

Nối hàn (hàn đối đầu tiếp xúc hoặc hàn hồ quang)

Hàn đối đầu tiếp xúc: Được thực hiện bằng các máy hàn chuyên dụng, dùng nối dài

28

d Hàn hồ quang đối đầu dùng máng lót

Hàn điện hồ quang: Dùng dòng điện cường độ lớn nung chảy kim loại của que hàn và

thép cần hàn để chúng liên kết với nhau

- Hàn điện hồ quang dùng thanh kẹp và không dùng thanh kẹp.Thường dùng nối thép cán nóng d  10

- Hàn điện hồ quang đối đầu: Thường dùng khi d  20 và được hàn trong một

29

Neo cốt thép

Để cốt thép phát huy hết khả năng chịu lực cần neo chắc đầu mút của nó vào BT ở vùng liên kết hoặc gối tựa nhằm đảm bảo cho CT không bị kéo tuột trước khi bị kéo đứt

Chiều dài đoạn neo: Đoạn neo cốt thép được tính từ tiết diện mà nó được sử dụng

toàn bộ khả năng chịu lực tới đầu mút của thanh thép Gọi chiều dài đoạn neo cốt thép vào BT là lneo

lneo  lan và an.d

trong đó: lan = ( an

b

s an

Những trường hợp không cần uốn móc neo:

+ Cốt có gờ (một số nước vẫn yêu cầu uốn móc neo);

+ Cốt trong khung, lưới hàn ;

+ Cốt chịu nén trong cột

Chú ý: Không nên neo thép vào vùng có mô men lớn Lúc này cần uốn cong hoặc kéo dài cốt thép để neo vào vùng nén

Bố trí cốt thép trong tiết diện

Yêu cầu chung:

- CT đặt đúng vị trí ;

- Đảm bảo chiều dầy lớp BT bảo vệ ;

- Tại vị trí các cấu kiện giao nhau phải vẽ ra hoặc hình dung cho được cách sắp xếp sao cho các CT không vướng vào nhau đồng thời đảm bảo cho BT dễ dàng lọt qua

và đầm nén được thuận tiện

0

+ Đối với cốt thép có vị trí nằm ngang hoặc xiên lúc đổ bê tông:

§-2,5cm

dÇmntrªmÆt ëthÐpcèt lípc¸c víièi

§-3cm

từ lớp thứ 3( từ dưới lên hoặc từ trên xuống): t  5 cm

o + Đối với cốt thép có vị trí thẳng đứng lúc đổ bê tông: t5cm

C1 – Chiều dày lớp BT bảo vệ cốt dọc ;

C2 – Chiều dầy lớp BT bảo vệ cốt đai

hoặc cốt cấu tạo

Yêu cầu: C1; C2  (d và C0)

Đối với cốt dọc chịu lực:

Trong bản và tường có chiều dầy:

Đối với cốt dọc cấu tạo và cốt đai:

Khi chiều cao tiết diện h < 250 mm: C0 = 10 mm (15 mm)

Khi chiều cao tiết diện h 250 mm : C0 = 15 mm (20 mm)

Chú ý :

+ Số trong ngoặc áp dụng cho kết cấu ngoài trời hoặc nơi ẩm ướt;

+ Đối với các kết cấu trong vùng chịu ảnh hưởng của môi trường biển cần lấy tăng chiều dầy của lớp bảo vệ, theo quy định của TCVN 9346 – 2012;

+ Đối với những kết cấu trong môi trường xâm thực mạnh, cần được bảo vệ bằng cách

ốp hoặc các biện pháp bảo vệ đặc biệt

3.3.2.31 Thể hiện bản vẽ kết cấu BTCT

Bản vẽ phải thể hiện đầy đủ, rõ ràng, chính xác, đúng quy cách, thống nhất và cân đối

Cách thể hiện:

- Coi vật liệu BT là trong suốt, chỉ thể hiện đường bao và cốt thép trong cấu kiện;

- Trên hình chiếu đứng: thể hiện tất cả các thanh có trong chiều dày

- Trường hợp trên một hàng có những thanh bị cắt:

+ Ở nút giao nhau của nhiều cấu kiện, chỉ vẽ những CT ở trong cấu kiện

đang thể hiện, không vẽ CT của những cấu kiện cắt qua nó (trừ hình vẽ chi tiết)

+ Trên mặt cắt, chỉ vẽ những thanh có trực tiếp tại mặt cắt đó ;

- Cách ghi kích thước: trên hình vẽ mặt bằng, mặt đứng và trên các mặt cắt phải ghi đầy đủ các kích thước của kết cấu; kích thước xác định vị trí của kết cấu; kích thước xác định vị trí có sự thay đổi CT (vị trí cắt, uốn cốt dọc)… ; Kích thước phải được xác định theo các trục định vị trên công trình

- Cách ghi ký hiệu thép: Để thể hiện ký hiệu thép, thường dùng các con số đặt trong vòng tròn, mỗi con số dùng để chỉ một hoặc nhiều thanh thép giống nhau (cùng nhóm thép, cùng đường kính, cùng hình dạng và cùng kích thước tương ứng)

33

Chương 4 DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 4.1 Giới thiệu dầm bê tông cốt thép

 Khái niệm :Là cấu kiện dạng thanh, chịu nội lực: M,Q, N rất nhỏ

(a)

(b)

34

(c)

(d) Dầm cao (Deep beam)

35

(e) Dầm bẹt (Band beam)

(f) Dầm có tiết diện thay đổi

Hình 4.1 Một số loại dầm

36

4.2 Đặc điểm cấu tạo dầm

 Cấu tạo chung

 Tiết diện

 Hình dạng

Hình 4.2 Hình dạng tiết diện ngang của dầm

 Kich thước: với dầm có tiết diện chữ nhật thường chọn

37

8 200,3 0,5

 Những lưu ý cho việc chọn kích thước tiết diện dầm

 Yêu cầu kiến trúc

 Định hình hóa ván khuôn

 Dễ thi công

 Khi bị ràng buộc, tiết diện có thể được chọn phi tiêu chuẩn

 Thông thường, chọn h2  4b, nhưng đặc biệt, có thể chọn h b → Dầm

38

 Cốt dọc chịu lực (thép số 1 và số 2)

 Đặt vào vùng kéo, có thể đặt vào vùng nén khi cần thiết

 Đường kính d từ 10 đến 32 mm (thông thường, nên chọn

 Để giữ vị trí cốt đai trong lúc thi công

 Để chịu các ứng suất do co ngót không đều và do nhiệt độ

 Đường kính 10mm trở lên

 Cốt dọc phụ (thép số 4)

 Đặt ở khoảng giữa dầm, khi chiều cao dầm h ≥ 700mm

 Để giữ cho khung thép khỏi bị xộc xệch

 Để chịu các ứng suất do co ngót không đều và do nhiệt độ

Khi tải trọng nhỏ → dầm nguyên vẹn

Khi tăng tải trọng → xuất hiện các khe nứt

 Ngiêng ở khu vực gối tựa (Q lớn)

 Thẳng góc ở khu vực giữa nhịp (M lớn)

Tiếp tục tăng tải trọng → các khe nứt mở rộng dần dẫn tới dầm bị phá hoại

40

 Hoặc trên tiết diện thẳng góc

 Hoặc trên tiết diện ngiêng

 Hoặc trên cả hai tiết diện

 Phá hoại trên tiết diện thẳng góc→tính toán cường độ trên tiết diện thẳng góc→tính cốt dọc

 Phá hoại trên tiết diện thẳng nghiêng→tính toán cường độ trên tiết diện nghiêng→tính cốt đai

4.3.2 Trạng thái ứng suất biến dạng trên tiết diện thẳng góc

Với thí nghệm trên, từ khi đặt tải đến khi dầm bị phá hoại, trạng thái ƯS - BD trên tiết diện thẳng góc chia làm 3 giai đoạn:

Hình 4.6 Các giai đoạn của trạng thái ứng suât biến dạng

trên tiết diện thẳng góc