Giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép

KẾT CẤU BÊTÔNG CỐT THÉP TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM KHOA XÂY DỰNG BỘ MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH GVTH: TS. NGUYỄN THANH NGHỊ KHÁI NIỆM CHUNG BÊTƠNG CỐT THÉP? PHÂN LOẠI BÊTƠNG CỐT THÉP ƯU-NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG Chương 1-KHÁI NIỆM CHUNG 1.1 BÊTÔNG CỐT THÉP ? 1.1.1 KHÁI QUÁT BTCT là một loại vật liệu xây dựng phức hợp do bêtông và cốt thép cùng cộng tác chịu lực với nhau DẦM BÊTÔNG CỐT THÉP DẦM BÊTÔNG Đặt cốt thép vào vùng kéo KHÁI NIỆM CHUNG Đặt cốt thép vào vùng nén để tăng khả năng chịu lực và giảm kích thước tiết diện. Cốt thép tham gia chịu nén cùng bêtông. Sức chịu nén của cốt thép cũng tốt bằng sức chịu kéo CỘT BÊTÔNG CỐT THÉP KHÁI NIỆM CHUNG 1.1.2 CÁC LÝ DO ĐỂ BÊTÔNG VÀ CỐT THÉP CÓ THỂ CÙNG CỘNG TÁC CHỊU LỰC Nhờ có lực dính mà có thể truyền lực qua lại giữa bêtông và cốt thép, khai thác cường độ cốt thép, hạn chế bề rộng khe nứt. Giữa BT và CT không xảy ra phản ứng hóa học Hệ số giãn nở nhiệt của BT và CT gần bằng nhau. Bêtông giữ cho cốt thép khỏi bị ăn mòn Chương 1-KHÁI NIỆM CHUNG 1.2. PHÂN LOẠI BTCT THEO PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG BTCT LẮP GHÉP BTCT TOÀN KHỐI BTCT BÁN LẮP GHÉP Chương 1-KHÁI NIỆM CHUNG BTCT LẮP GHÉP Columns IT Beams Double-Tees Wall Panels 1.2. PHÂN LOẠI BTCT THEO TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT KHI CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BTCT THƯỜNG BTCT ỨNG SUẤT TRƯỚC Chương 1-KHÁI NIỆM CHUNG SÀN BTCT ỨNG SUẤT TRƯỚC CĂNG SAU 1.3. ƯU - NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG 1.3.1 ƯU ĐIỂM Khả năng chiụ lực lớn (so với gỗ, gạch đá), chịu tốt các tải trọng động . Bền vững, bảo dưỡng ít tốn kém. Chịu lửa tốt . Có khả năng tạo ra các hình dáng kết cấu khác nhau, đáp ứng yêu cầu đa dạng của kiến trúc. Chương 1-KHÁI NIỆM CHUNG 1.3. ƯU- NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG 1.3.2. NHƯỢC ĐIỂM Dễ có khe nứt tại vùng kéo  khắc phục bằng cách dùng BTCT ứng lực trước, có biện pháp tính toán và thi công hợp lý để hạn chế khe nứt, bảo đảm điều kiện sử dụng bình thường. Cách âm, cách nhiệt kém  khắc phục bằng cách sử dụng kết cấu có lỗ rỗng. Thi công BTCT toàn khối tương đối phức tạp. Trọng lượng bản thân lớn, khó làm kết cấu nhịp lớn  khắc phục bằng cách dùng BTCT ứng lực trước, kết cấu vỏ mỏng … Chương 1-KHÁI NIỆM CHUNG 1.3. ƯU- NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG 1.3.3 PHẠM VI SỬ DỤNG BTCT được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành xây dựng: xây dựng dân dụng_công nghiệp, xây dựng giao thông _ thủy lợi, xây dựng quốc phòng … Chương 1- KHÁI NIỆM CHUNG Chương 2-TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU 2.1. BÊTÔNG 2.1.1 CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊTÔNG Cường độ là đặc trưng cơ bản của bêtông, thể hiện khả năng chịu lực của nó. Cường độ của BT phụ thuộc vào thành phần-cấu trúc của nó. Để xác định cường độ của bê tông người ta dùng thí nghiệm mẫu. A-THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN Là cường độ chịu nén của mẫu khối vuông Bêtông thông thường có Rn = 100  600 kG/cm2 Với mẫu khối lăng trụ: Ron = (0,7-0,8)Rn B-THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU KÉO Thí nghiệm kéo Thí nghiệm uốn Thông thường, Rk =10  40 kG/cm2 Chương 2-TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM MẪU BÊTÔNG Chương 2-TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU Thí nghiệm nén chẻ để tìm cường độ chịu kéo Cylindrical splitting test Thí nghiệm nén mẫu hình trụ Chương 2- TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU C. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊTÔNG Thành phần bêtông Chất lượng của việc nhào trộn, độ đầm chắc của hỗn hợp bêtông khi đổ khuôn và điều kiện bảo dưỡng Sự tăng cường độ bêtông theo thời gian Rt = 0,7R28lgt Điều kiện thí nghiệm Chương 2- TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU 2.1.2 MÁC BÊTÔNG a.MÁC THEO CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN M (kG/cm2) BT nặng : M100, M150, M200, M250, M300, M350, M400,… BT nhẹ : M50, M75, M100 , … Trong kết cấu BTCT , dùng mác BT  150 (200). b.MÁC THEO CƯỜNG ĐỘ CHỊU KÉO K K10, K15, K20, … c.MÁC THEO KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM T T2 , T4, T8, … Chương 2- TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU 2.1.3 BIẾN DẠNG CỦA BÊTÔNG a. BIẾN DẠNG DO CO NGÓT Co ngót là hiện tượng BT giảm thể tích khi khô cứng trong không khí, do sự biến đổi lý hóa của quá trình thủy hóa ximăng, do nước bay hơi … Các nhân tố chính ảnh hưởng đến co ngót : Độ ẩm Xi măng, cốt liệu Biện pháp hạn chế co ngót : Chọn thành phần BT thích hợp, đầm chặt, giữ ẩm Dùng khe co giãn Đặt cốt thép cấu tạo Chương 2- TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU b. BIẾN DẠNG DO NHIỆT ĐỘ Hệ số giãn nở vì nhiệt trung bình của bêtông: b=110-5 /độ C c. BIẾN DẠNG DO TẢI TRỌNG TÁC DỤNG NGẮN HẠN Bêtông không phải là vật liệu đàn hồi hoàn toàn, nó là vật liệu đàn hồi - dẻo. Chương 2- TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU Quan hệ ứng suất- biến dạng của bêtông Chương 2- TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU d. BIẾN DẠNG DO TẢI TRỌNG TÁC DỤNG DÀI HẠN - TỪ BIẾN Là hiện tượng biến dạng tiếp tục tăng trong khi giữ nguyên tải trọng tác dụng trong thời gian dài. TỪ BIẾN CỦA BÊTÔNG Chương 2- TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU Một số yếu tố ảnh hưởng đến từ biến : Ứng suất tỷ đối /R Tỷ lệ N/X, độ cứng cốt liệu. Mác ximăng, độ ẩm, tuổi bê tông Một số đặc điểm của từ biến: Biến dạng cuối cùng có thể gấp 3-4 lần biến dạng đàn hồi do tải trọng ngắn hạn. Nếu tải trọng được dở bỏ,chỉ có biến dạng đàn hồi tức thời được phục hồi, còn biến dạng dẻo thì không. Có sự phân bố lại nội lực giữa bêtông và cốt thép. Bố trí cốt thép trong vùng nén của cấu kiện chịu uốn cũng góp phần hạn chế độ võng do từ biến. Chương 2- TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU e.MÔĐUN ĐÀN HỒI, MÔĐUN BIẾN DẠNG, MÔĐUN CHỐNG CẮT CỦA BÊTÔNG Môđun đàn hồi ban đầu Eb Khi bêtông chịu nén, trong giai đoạn đàn hồi : Eb = tg0 = Ví dụ :trong điều kiện khô cứng tự nhiên, bêtông M200 có Eb= 2,40105 kG/cm2 bêtông M250 có Eb= 2,65105 kG/cm2 Chương 2- TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU Môđun biến dạng (hay môđun đàn hồi dẻo) E’b Khi tải trọng tác dụng lâu dài sẽ làm cho biến dạng dẻo phát triển, quan hệ giữa ứng suất-biến dạng có dạng đường cong. Môđun biến dạng của BT là : E’b = tg = = Eb Môđun chống cắt (trượt) Gb Gb =  0,4Eb Chương 2- TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU 2.2. CỐT THÉP 2.2.1 PHÂN LOẠI CỐT THÉP DÙNG TRONG BTCT THEO THÀNH PHẦN HÓA HỌC Thép cacbon Thép hợp kim thấp THEO CÁCH GIA CÔNG CHẾ TẠO Cốt thép cán nóng Sợi thép kéo nguội THEO HÌNH THỨC MẶT NGOÀI Cốt thép tròn trơn Cốt thép có gờ Thép hình L,C, I Chương 2- TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU Cốt thép có gân (gờ) CII, CIII, CIV Cốt thép tròn trơnCI Chương 2- TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU 2.2.2 MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA CỐT THÉP a. BIỂU ĐỒ ỨNG SUẤT-BIẾN DẠNG Sự làm việc của thép khi chịu kéo Giới hạn đàn hồi và giới hạn chảy quy ước Thép rắn Chương 2- TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU b. CỐT THÉP DẺO VÀ CỐT THÉP RẮN Cốt thép dẻo : có thềm chảy rõ ràng… Cốt thép rắn : có giới hạn chảy không rõ ràng và ch  b ,… c. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ Thép bị nung nóng : thay đổi cấu trúc kim loại, giảm cường độ, môđun đàn hồi. Khi để nguội trở lại thì cường độ không được hồi phục hoàn toàn. Khi chịu lạnh quá mức (dưới -300C) , thép trở nên giòn Hệ số giãn nở vì nhiệt của thép t = 1 10-5 /độ C Chương 2- TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU 2.2.3 PHÂN NHÓM CỐT THÉP a. THEO TCVN (TCVN 3101:1979) 4 nhóm cốt thép cán nóng : cốt tròn trơn nhóm CI; cốt có gờ nhóm CII, CIII, CIV. Các loại dây thép cacbon thấp kéo nguội dùng làm cốt thép cho bêtông. b. THEO CÁC TIÊU CHUẨN KHÁC AI, AII, AIII, AIV (tương đương với các nhóm CI, CII, CIII, CIV) ; AV, AVI Theo giới hạn chảy : FeE220, FeE400, SR235, SD295, SD340, SD390, … vv, … Chương 2- TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU c. TƯƠNG QUAN GIỮA MÁC THÉP VÀ NHÓM CỐT THÉP Mác thép dựa vào thành phần hóa học và cách luyện thép, còn nhóm thép dựa vào đặc trưng cơ học. Đặc trưng cơ học là do thành phần và cách luyện thép quyết định. Ví dụ: cốt thép nhóm AI được chế tạo từ thép than CT3, cốt nhóm AII từ thép than CT5… Chương 2- TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU 2.3. BÊTÔNG CỐT THÉP 2.3.1 LỰC DÍNH GIỮA BÊTÔNG VÀ CỐT THÉP Lực dính bảo đảm sự làm việc chung, sự cùng biến dạng, sự truyền lực qua lại giữa bêtông và cốt thép . a. THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH LỰC DÍNH Cường độ lực dính trung bình : Lực dính phân bố không đều dọc chiều dài đoạn thép. Chương 2- TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU b. CÁC NHÂN TỐ TẠO NÊN LỰC DÍNH Cốt thép có gờ BT dưới gờ chống trượt CT Keo ximăng dán chặt cốt thép với bêtông. Có lực ma sát giữa cốt thép và bêtông khi co ngót. c. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN LỰC DÍNH Trong cấu kiện chịu nén thì lực dính tốt hơn so với trong cấu kiện chịu kéo . Chất lượng bêtông Bề mặt cốt thép Công thức thực nghiệm : Chương 2- TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU 2.3.2 ỨNG SUẤT BAN ĐẦU DO BÊTÔNG CO NGÓT Khảo sát một thanh BT không có cốt thép, sau một thời gian thanh sẽ co lại một đoạn c Khảo sát một thanh BT có cốt thép dọc theo trục thanh, sau một thời gian với thanh trên, thanh này sẽ co lại một đoạn 1 Rk thì BT sẽ bị nứt. Đó là vết nứt do co ngót . Chương 2- TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU 2.3.3 Sự phá hoại và hư hỏng của BTCT Sự phá hoại do chịu lực Sự phá hoại của Thanh chịu kéo Sự phá hoại của Thanh chịu nén Sự phá hoại của Dầm chịu uốn Sự hư hỏng do tác dụng của môi trường Nguyên nhân Tác dụng cơ học. Tác dụng sinh học. Tác dụng hóa học. Chương 2- TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU Biện pháp bảo vệ Bảo đảm lớp bêtông bảo vệ, công trình thông thoáng, tránh ẩm ướt . Làm sạch bề mặt cốt thép (cạo gỉ, chùi bụi …), sơn hay tô mặt ngoài bêtông. Dùng cốt liệu và nước sạch để đổ bêtông . Chương 2- TÍNH CHẤT CƠ LÝ  CỦA VẬT LIỆU CHƯƠNG 3 NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN VÀ CẤU TẠO BTCT Chương 3- NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN  VÀ CẤU TẠO BTCT TÍNH TOÁN : - Xác định tải trọng và tác động, xác định nội lực và tổ hợp nội lực, xác định khả năng chịu lực của kết cấu hoặc tính toán tiết diện BTCT. CẤU TẠO : - Chọn vật liệu (mác bêtông, nhóm cốt thép), chọn kích thước tiết diện cấu kiện, chọn và bố trí cốt thép, giải quyết liên kết … 3.1. TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG Tác động có nguồn gốc thiên nhiên như gió bão, động đất, áp lực nước ngầm, áp lực đất, sự thay đổi nhiệt độ… Tác động khác như trọng lượng vật liệu và kết cấu, hoạt động của con người trong công trình, sự vận hành của máy móc thiết bị, sự cố cháy nổ … 3.1.1 PHÂN LOẠI TẢI TRỌNG Chương 3. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN  VÀ CẤU TẠO BTCT 3.1.1 PHÂN LOẠI TẢI TRỌNG THEO THỜI HẠN TÁC DỤNG Tải trọng dài hạn Tải trọng ngắn hạn THEO PHƯƠNG, CHIỀU Tải trọng đứng Tải trọng ngang THEO TRỊ SỐ Tải trọng tiêu chuẩn Tải trọng tính toán Chương 3. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN  VÀ CẤU TẠO BTCT 3.1.2 Tổ hợp tải trọng Tĩnh tải thường xuyên tác dụng lên kết cấu, trong khi đó hoạt tải có thể xuất hiện ở những chỗ khác nhau vào những thời điểm khác nhau. Tổ hợp tải trọng : sắp xếp vị trí của hoạt tải để tìm giá trị nội lực lớn nhất ở một tiết diện nào đó. Nội lực ứng với mỗi trường hợp tải trọng có thể được xác định theo sơ đồ đàn hồi hoặc sơ đồ có xét đến biến dạng dẻo trong BTCT. Chương 3. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN  VÀ CẤU TẠO BTCT Một số trường hợp tải trọng Chương 3. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN  VÀ CẤU TẠO BTCT 3.2. CƯỜNG ĐỘ TIÊU CHUẨN VÀ CƯỜNG ĐỘ TÍNH TOÁN 3.2.1 BÊTÔNG CƯỜNG ĐỘ TIÊU CHUẨN CƯỜNG ĐỘ TÍNH TOÁN Chương 3. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN  VÀ CẤU TẠO BTCT CƯỜNG ĐỘ TÍNH TOÁN GỐC : Là cường độ tính toán chưa kể đến hệ số mb Chương 3. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN  VÀ CẤU TẠO BTCT 3.2.2 CỐT THÉP CƯỜNG ĐỘ TIÊU CHUẨN Tiến hành thí nghiệm kéo kiểm tra cường độ cốt thép. Với cốt thép dẻo kiểm tra theo giới hạn chảy, với cốt thép rắn kiểm tra theo giới hạn bền. Cường độ tiêu chuẩn (Ratc) lấy bằng giá trị kiểm tra nhỏ nhất với xác xuất bảo đảm95%. CƯỜNG ĐỘ TÍNH TOÁN Cường độ tính toán về kéo (Ra): Cường độ tính toán về nén (R’a) -Khi Ra  3600 kG/cm2 , lấy R’a = Ra -Khi Ra > 3600 kG/cm2 ,lấy R’a = 3600 kG/cm2 Chương 3. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN  VÀ CẤU TẠO BTCT Bảng cường độ cốt thép theo TCVN Chương 3. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN  VÀ CẤU TẠO BTCT 3.3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU BTCT Hiện nay, kết cấu BTCT được tính toán theo phương pháp trạng thái giới hạn (TTGH). Trạng thái giới hạn là trạng thái mà từ đó trở đi kết cấu không còn thỏa mãn những yêu cầu đặt ra cho nó. 2 nhóm TTGH :về khả năng chịu lực và về điều kiện sử dụng bình thường. Chương 3. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN  VÀ CẤU TẠO BTCT 3.3.1 NHÓM TTGH THỨ NHẤT : (về cường độ ) Bảo đảm khả năng chịu lực cho kết cấu: Không bị phá hoại do tác dụng của tải trọng và tác động. Không bị mất ổn định về hình dáng hoặc về vị trí. Không bị phá hoại vì mỏi. Không bị phá hoại do tác dụng đồng thời của những nhân tố về lực và những ảnh hưởng bất lợi của môi trường. Điều kiện tính toán : T  Tgh Bài toán thiết kế Bài toán kiểm tra Chương 3. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN  VÀ CẤU TẠO BTCT Minh hoạt một số hình ảnh mất ổn định của kết cấu Chương 3. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN  VÀ CẤU TẠO BTCT Minh hoạt một số giai đoạn làm việc của kết cấu Chương 3. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN  VÀ CẤU TẠO BTCT 3.3.2 NHÓM TTGH THỨ HAI Hạn chế biến dạng để bảo đảm điều kiện sử dụng bình thường Khi tính toán theo TTGH thứ hai thì dùng tải trọng tiêu chuẩn và cường độ tiêu chuẩn của vật liệu. Kiểm tra biến dạng : f  fgh Chương 3. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN  VÀ CẤU TẠO BTCT Kiểm tra sự hình thành và mở rộng khe nứt Đối với cấu kiện cho phép nứt : an  an.gh Đối với cấu kiện không cho phép nứt : T  Tn Một số trường hợp cần thiết phải tính toán theo TTGH thứ hai: Kiểm tra độ võng cho dầm có nhịp  7m Kiểm tra nứt cho dầm có nhịp  10m ; kết cấu lắp ghép, bể chứa chất lỏng, chất khí … Chương 3. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN  VÀ CẤU TẠO BTCT 3.4 NGUYÊN TẮC CẤU TẠO BTCT 3.4.1 HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN Chọn hình dạng và kích thước tiết diện phải bảo đảm: Khả năng chịu lực Độ cứng Độ ổn định Tiết kiệm vật liệu Thuận tiện thi công Bảo đảm mỹ quan công trình Chương 3. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN  VÀ CẤU TẠO BTCT Hàm lượng cốt thép  đánh giá sự hợp lý của kích thước tiết diện 3.4.2 CẤU TẠO CỐT THÉP a. KHUNG VÀ LƯỚI CỐT THÉP Cốt thép đặt vào trong BT không được để rời mà phải liên kết chúng lại với nhau thành khung hoặc lưới. b. THÉP CHỊU LỰC VÀ THÉP CẤU TẠO Thép chịu lực : được tính toán để chịu các ứng suất do tải trọng. Thép cấu tạo : thường không cần tính toán, được đặt theo qui định của qui phạm và theo kinh nghiệm, để: liên kết cốt chịu lực thành khung / lưới, giảm co ngót không đều, chịu ứng suất do nhiệt độ thay đổi, phân bố tác dụng của tải trọng tập trung, vv… c. CHỌN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP Đường kính cốt thép : Trong cùng 1 tiết diện, không nên dùng quá nhiều loại đường kính cốt thép. Chênh lệch đường kính các cốt thép trong một tiết diện 2    6 mm Chiều dày lớp bêtông bảo vệ cốt thép : tính từ mép ngoài bêtông đến mép ngoài gần nhất của cốt thép C  {max,C0}  C0: có qui định cho từng loại cấu kiện. Khoảng hở cốt thép : t  {max,t0} đủ rộng để vữa bêtông lọt qua và xung quanh mỗi cốt thép có một lớp bêtông đủ bảo đảm điều kiện về lực dính bám. d. NEO CỐT THÉP Công thức xác định chiều dài đoạn neo : Theo kinh nghiệm : Trong vùng kéo : Lneo = (30  45) d Trong vùng nén : Lneo = (15  20) d e. NỐI CỐT THÉP Nối buộc (chồng) Nối hàn Nối bằng ống lồng (phương pháp dập ép ống nối) CỐT THÉP Ở NHỮNG CHỔ GIAO NHAU CHƯƠNG 4 CẤU KIỆN CHỊU UỐN CẤU KIỆN BTCT CHỊU UỐN THƯỜNG GẶP 4.1. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO 4.1.1 BẢN Chiều dày: Bản sàn nhà dân dụng thông thường hb = 6 12 cm Trong nhà cao tầng chiều dày bản sàn được gia tăng hơn để đảm bảo về độ cứng, tăng cường ổn định khi chịu tải trọng ngang. Trong cầu thang dạng bản chịu lực (phẳng hoặc xoắn), bản thang thường có chiều dày hb10 cm. Chiều dày bản móng bè, bản sàn không sườn (sàn nấm) thì còn lớn hơn các giá trị nêu ở trên. BẢN CÓ THỂ CHỊU LỰC MỘT PHƯƠNG HAY HAI PHƯƠNG -Bản một phương: l2/l1>2 +Khi đó moment uốn theo phương ngắn l1 lớn hơn nhiều so với moment uốn theo phương dài l2. +Lúc này ta có thể xem bản làm việc theo phương ngắn +Thép chịu lực đặt theo phương ngắn +Thép cấu tạo (thép phân bố) đặt theo phương dài -Bản hai phương: 1≤l2/l1≤2; +Khi đó bản làm việc theo hai phương +Thép chịu lực đặt theo cả hai phương CỐT THÉP BẢN : Cốt thép chịu lực : - Đặt trong vùng kéo do moment uốn gây ra. - Bản sàn sườn thường dùng 6, 8, 10, 12. - Bản móng bè, sàn nấm … dùng đường kính cốt thép lớn hơn. - Khoảng cách : 70  200 mm khi hb 600 mm : chọn h là bội số của 100 mm Chiều rộng tiết diện b= (½  ¼ )h ; cũng có thể chọn b = 2/3 h Chọn b chẵn 50 mm CỐT THÉP : Cốt thép dọc chịu lực : tính từ moment uốn. Thường dùng 12  40 mm. Cốt đai và cốt xiên : Chịu lực cắt, gắn vùng BT chịu nén với vùng BT chịu kéo. Cốt đai thường dùng 6 , 8 , 10. Cốt xiên thường do cốt dọc uốn lên, do đó cốt xiên cũng chịu moment uốn Cốt dọc cấu tạo : Giữ vị trí cốt đai lúc thi công, chịu ứng suất do co ngót, nhiệt độ… Khi chiều cao dầm h  700 thì thêm thép dọc cấu tạo (12 ) ở giữa chiều cao tiết diện để giữ khung cốt thép khỏi bị lệch khi đổ BT … ĐẶT CỐT THÉP TRONG DẦM ĐƠN GIẢN THÍ NGHIỆM DẦM ĐƠN GIẢN ĐẾN PHÁ HOẠI 4.2 SỰ LÀM VIỆC CỦA CẤU KIỆN CHỊU UỐN 4.2.1 CÁC TIẾT DIỆN CẦN TÍNH TOÁN Thí nghiệm dầm đơn giản với tải trọng tăng dần: Khi chịu uốn, dầm có thể bị phá hoại tại tiết diện có khe nứt thẳng góc hoặc tại tiết diện có khe nứt nghiêng. Đó chính là các tiết diện cần tính toán. Phá hoại tại tiết diện chịu moment dương và tiết diện chịu moment âm trong dầm liên tục Thí nghiệm dầm liên tục hai nhịp BTCT đến khi phá hoại 4.2.2 Trạng thái ứng suất - biến dạng trên tiết diện thẳng góc Thí nghiệm uốn một dầm BTCT đơn giản 4.3.TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU UỐN CÓ TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT THEO CƯỜNG ĐỘ TRÊN TIẾT DIỆN THẲNG GÓC 4.3.1 CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶT CỐT THÉP CỐT ĐƠN CỐT KÉP 4.3.2 Tính toán tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn Lấy trường hợp phá hoại dẻo làm cơ sở tính toán. Các giả thiết: +Ứng suất trong cốt thép đạt tới Ra +Ứng suất trong vùng BT chịu nén đạt tới Rn +Biểu đồ ứng suất trong vùng BT chịu nén có dạng hình chữ nhật +Bỏ qua sự chịu lực của vùng BT chịu kéo (vì đã nứt) -Phương trình cân bằng: RaFa = Rnbx (1) -Lấy moment đối với trục đi qua điểm đặt trọng tâm Fa và thẳng góc với mặt phẳng uốn: Mgh= Rnbx(h0 – 0.5x) (2) Nếu đặt α = x/h0 ; A = α(1 – 0.5α) = αγ γ = 1- 0.5α = (h0 – 0.5x)/h0 α là chiều cao tỷ đối của vùng BT nén γ là tỷ số cánh tay đòn nội ngẫu lực với chiều cao làm việc Tra bảng 4-11 sách “Sổ tay thực hành kết cấu công trình” của PGS.TS Vũ Mạnh Hùng (trang 114) để xác định α, γ, A Hoặc tính trực tiếp từ các công thức: Thay x=αh0 vào (1): RaFa = αRnbh0 (a) Mgh= Rnbαh0(h0 – 0.5αh0) (b) = Rnbh02α(1 – 0.5α) Thay A = α(1 – 0.5α) vào (b): Mgh= ARnbh02 Thay γ = 1- 0.5α vào (b): Mgh= γRaFah0 Điều kiện cường độ trên tiết diện thẳng góc: M ≤ Mgh t rở thành: M ≤ ARnbh02 M ≤ γRaFah0 Điều kiện hạn chế: x ≤ α0h0 ↔ α ≤ α0 ↔ A ≤ A0 = α0(1-0.5 α0) Các trị số α0 , A0 phụ thuộc vào mác BT và nhóm thép Hàm lượng thép cần thỏa mãn điều kiện: a. BÀI TOÁN TÍNH CỐT THÉP (BÀI TOÁN THIẾT KẾ) Biết : M, b, h, mác bêtông, nhóm cốt thép . Yêu cầu : tính Fa GIẢI : Tra bảng Rn, Ra , 0 , A0 . Giả thiết a để tính h0 = h  a Đan sàn : a = 1,5 2 cm Dầm phụ : a = 3,5 6 cm Dầm chính : a = 4  8 cm Tính Nếu A > 0,5 : Tăng tiết diện hoặc tăng mác bêtông để A  0,5 Nếu A0 0 tức là cốt thép quá nhiều. Lấy  = 0 hay A = A0 . 4.3.3 TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT ĐẶT CỐT KÉP Khi nào thì cần đặt cốt kép ? Nếu A > 0,5 : tăng h hoặc tăng mác bêtông để A  0,5 Thường không nên đặt quá nhiều F’a vì lý do kinh tế. SƠ ĐỒ ỨNG SUẤT Các giả thiết: -Ứng suất trong cốt thép Fa đạt đến cường độ Ra -Ứng suất trong cốt thép Fa’ đạt tới R’a -Ứng suất trong vùng BT chịu nén đạt tới Rn và biểu đồ ứng suất trong vùng BT chịu nén có dạng chữ nhật -Bỏ qua sự chịu lực của vùng BT chịu kéo (vì đã nứt). -Phương trình cân bằng: RaFa = Rnbx + R’aF’a (1) -Lấy moment đối với trục đi qua điểm đặt trọng tâm Fa và thẳng góc với mặt phẳng uốn: Mgh= Rnbx(h0 – 0.5x) + R’aF’a(h0 – a’) (2) Nếu đặt α = x/h0 và A = α(1 – 0.5α) thì (1) và (2) trở thành: RaFa = αRnbh0 + R’aF’a Mgh= ARnbh02 + R’aF’a(h0 – a’) Điều kiện hạn chế: -Để không xảy ra phá hoại dòn từ vùng BT chịu nén phải thỏa mãn điều kiện: x ≤ α0h0 ↔ α ≤ α0 ↔ A ≤ A0 = α0(1-0.5 α0) -Để ứng suất trong cốt thép chịu nén F’a đạt đến cường độ chịu nén tính toán R’a thì cần thỏa đk: x ≥ 2a’ a. BÀI TOÁN TÍNH CỐT THÉP Fa và F’a Biết: M, b, h, mác bêtông, nhóm cốt thép . Yêu cầu : tính Fa và F’a GIẢI: Giả thiết a và a’ => ho = ha. Kiểm tra sự cần thiết phải đặt cốt kép Xác định diện tích cốt thép chịu nén (giả thiết đã tận dụng hết khả năng chịu nén của BT α= α0→A=A0) Xác định diện tích cốt thép chịu kéo b.BÀI TOÁN TÍNH CỐT THÉP Fa KHI ĐÃ BIẾT F’a Biết: M, b, h, F’a ; mác bêtông, nhóm cốt thép . Yêu cầu : tính Fa Giải Giả thiết a,Tính ho = h  a Tính A: Nếu A > Ao : F’a chưa đủ, cần tính cả F’a và Fa theo bài toán 1 Nếu A  Ao :Tính ; suy ra x = ho -Nếu x2a’ : -Nếu x o : lấy  = o  A = Ao Nếu   o : tính x= ho. Có 2 trường hợp : - Nếu x  2a’ : Tra bảng hoặc Tính A= (1–0,5) Mgh= ARnbho2+R’aF’a(ho-a’) - Nếu x Mc So sánh Mc với moment do ngoại lực M Mc = Rnb'ch'c(h0  0,5h'c) a. TRƯỜNG HỢP TTH QUA CÁNH Tính toán như tiết diện chữ nhật b'c  h . b. TRƯỜNG HỢP TTH QUA SƯỜN RaFa = Rnbx + Rn(b'c – b)h'c Mgh = Rnbx(h0 – 0,5x) + Rn(b'c – b)h'c (h0 – 0,5h'c) Thay và A=α(1-0.5α) vào hai pt trên: RaFa = αRnbh0 + Rn(b'c – b)h'c Mgh = ARnbh02 + Rn(b'c – b)h'c (h0 – 0,5h'c) Các dạng bài toán: 1.Bài toán tính cốt thép Biết : M, b, h, mác bêtông, nhóm cốt thép . Yêu cầu : tính Fa Giải Kiểm tra điều kiện về S’c (hay b’c) để cánh có thể cùng tham gia chịu lực với sườn Tính Mc và so sánh M với Mc để xác định vị trí trục trung hòa. Nếu M  Mc : trục trung hòa đi qua cánh  tính như tiết diện chữ nhật b’c h Nếu M>Mc : trục trung hòa đi qua sườn  tính toán theo trình tự sau : Trong đó: 2.Bài toán kiểm tra cường độ Biết : Fa, b, h, mác bêtông, nhóm cốt thép . Yêu cầu : kiểm tra khả năng chịu lực (M  Mgh) Giải Kiểm tra điều kiện về S’c (hay b’c) Xác định vị trí trục trung hòa (TTH): RaFa  Rnb’ch’c : TTH qua cánh  º b’ch RaFa > Rnb’ch’c : TTH qua sườn Mgh = ARnbh02 + Rn(b'c – b) h'c (h0 – 0,5h'c) 4.5 TÍNH TOÁN CƯỜNG ĐỘ TRÊN TIẾT DIỆN NGHIÊNG 4.5.1 Sự phá hoại theo tiết diện nghiêng Phá hoại do lực cắt tại tiết diện gần gối giữa của dầm liên tục Phá hoại do lực cắt trong dầm có tiết diện giảm ở hai đầu 4.5.2 Các điều kiệ