Bài giả ng Kế t Cấ u Bê Tông theo 22TCN 272-05
1
CHƯ Ơ NG1: KHÁI NIỆ M CHUNG VỀ KẾ T CẤ U BÊ TÔNG CỐ T
THÉP
1.1. ĐẶ C ĐIỂ M CHUNG CỦ A KẾ T CẤ U BÊ TÔNG CỐ T THÉP
1.1.1. Thự c chấ t củ a bê tông cố t thép
Bê tông cố t thép là mộ t loạ i vậ t liệ u xây dự ng hỗ n hợ p do hai vậ t liệ u th ành phầ n có tính chấ t
cơ họ c khác nhau là bê tông và thép cùng cộ ng tác chị u lự c vớ i nh au mộ t cách hợ p lý và kinh tế .
Bê tông là mộ t loạ i đá nhân tạ o thành phầ n bao gồ m cố t liệ u (cát , đá) và chấ t kế t dính (xi
măng, nư ớ c ...). Bê tông có khả năng chị u nén tố t, khả năng chị u kéo rấ t kém.
Thép là vậ t liệ u chị u kéo hoặ c chị u nén đề u tố t . Do vậ y ngư ờ i ta thư ờ ng đặ t cố t thép vào trong
bê tông để tăng cư ờ ng khả năng chị u lự c cho kế t cấ u từ đó tạ o ra bê tông cố t thép .
Để thấ y đư ợ c sự cộ ng tác chị u lự c giữ a b ê tông và cố t thép ta xem thí nghiệ m :
- Uố n mộ t dầ m bê tông như trên hình 1.1a ,trên dầ m chia thành hai vùng rõ rệ t là vùng kéo và
vùng nén. Khi ứ ng suấ t kéo trong bê tông fct vư ợ t quá cư ờ ng độ chị u kéo củ a bê tông thì vế t nứ t sẽ
xuấ t hiệ n, vế t nứ t di dầ n lên phía trên và dầ m bị gãy khi ứ ng suấ t trong bê tông vùng nén còn khá nh ỏ
so vớ i cư ờ ng độ chị u nén củ a bê tông. Dầ m bê tông chư a khai thác h ế t đư ợ c khả năng chị u nén tố t củ a
bê tông, khả năng chị u mô men củ a dầ m nhỏ .
- Vớ i mộ t dầ m như trên đư ợ c đặ t mộ t lư ợ ng cố t thép hợ p lý vào vùng bê tông chị u kéo hình
1.1b, khi ứ ng suấ t kéo fct vư ợ t quá cư ờ ng độ chị u kéo củ a b ê tông thì vế t nứ t cũng sẽ xuấ t hiệ n.
Như ng lúc này dầ m chư a bị phá hoạ i, tạ i tiế t diệ n có vế t nứ t lự c kéo hoàn toàn do cố t thép chị u, chính
vì vậ y ta có thể tăng tả i trọ ng cho tớ i khi ứ ng suấ t trong cố t thép đạ t tớ i giớ i hạ n chả y hoặ c bê tông
vùng nén bị nén vỡ .
Hình 1.1 Dầ m bê tông và bê tông cố t thép
Bài giả ng Kế t Cấ u Bê Tông theo 22TCN 272-05
2
Dầ m BTCT khai thác hế t khả năng chị u nén tố t củ a b ê tông và khả năng chị u kéo tố t củ a thép .
Nhờ vậ y khả năng chị u mô men hay sứ c kháng uố n lớ n hơ n hàng chụ c lầ n so vớ i dầ m bê tông có cùng
kích thư ớ c.
Cố t thép chị u chị u kéo và nén đề u tố t nên nó còn đư ợ c đặ t vào trong các cấ u kiệ n chị u kéo,
chị u nén, cấ u kiệ n chị u uố n xoắ n để tăng khả năng chị u lự c giả m kích th ư ớ c tiế t diệ n và chị u lự c kéo
xuấ t hiệ n do ngẫ u nhiên.
Bê tông và thép có thể cùng cộ ng tác chị u lự c là do:
- Trên bề mặ t tiế p xúc giữ a bê tông và thép có lự c dính bám khá lớ n n ên lự c có thể truyề n
từ bê tông sang thép và ngư ợ c lạ i. Lự c dính bám có tầ m rấ t quan trọ ng đố i vớ i BTCT. Nhờ có lự c dính
bám mà cư ờ ng độ củ a cố t thép mớ i đư ợ c khai thác triệ t để , bề rộ ng vế t nứ t trong vùng kéo mớ i đư ợ c
hạ n chế . Do vậ y ngư ờ i ta phả i tìm mọ i cách để tăng cư ờ ng lự c dính bám giữ a bê tông và cố t thép.
- Giữ a bê tông và cố t thép không xả y ra phả n ứ ng hoá họ c, bê tông còn bả o vệ cho cố t thép
chố ng lạ i tác dụ ng ăn mòn củ a môi trư ờ ng .
- Hệ số giãn nở dài vì nhiệ t củ a bê tông và cố t thép là xấ p xỉ bằ ng nhau (bê tông
c=10,8.10-6/oC, thép s=12.10-6/oC). Do đó khi nghiệ t độ thay đổ i trong phạ m vi thông thư ờ ng (dư ớ i
100oC) nộ i ứ ng suấ t xuấ t hiệ n không đáng kể , không làm phá hoạ i lự c dính bám giữ a bê tông và cố t
thép .
1.1.2. Thự c chấ t củ a bê tông cố t thép dự ứ ng lự c (DƯ L)
Khi sử dụ ng BTCT thư ờ ng ngư ờ i ta thấ y xuấ t hiệ n các như ợ c điể m :
- Nứ t sớ m giớ i hạ n chố ng nứ t thấ p
- Không cho phép sử dụ ng hợ p lý cố t thép cư ờ ng độ cao. Khi ứ ng suấ t trong cố t thép chị u kéo
fs=20-30 MPa các khe nứ t đầ u tiên trong bê tông sẽ xuấ t hiệ n.Khi dùng thép cư ờ ng độ cao ứ ng suấ t
trong cố t thép chị u kéo có thể đạ t 1000-1200 MPa hoặ c lớ n hơ n điề u đó làm xuấ t hiệ n các khe nứ t rấ t
lớ n vư ợ t quá trị số giớ i hạ n cho phép .
Để khắ c phụ c hai như ợ c điể m trên ngư ờ i ta đư a ra kế t cấ u BTCT dự ứ ng lự c (BTCTD Ư L). Hai
như ợ c điể m trên đề u xuấ t phát từ khả năng chị u kéo kém củ a bê tông. Trư ớ c khi chị u lự c như hình
1.1b ngư ờ i ta tạ o ra trong cấ u kiệ n mộ t trạ ng thái ứ ng suấ t ban đầ u ng ư ợ c vớ i trạ ng thái ứ ng suấ t khi
chị u tả i, ta sẽ có biể u đồ ứ ng suấ t như hình 1.2 và sẽ đư ợ c kế t cấ u nứ t nhỏ (fct nhỏ) hoặ c không nứ t
(fct=0).
Khái niệ m kế t cấ u dự ứ ng lự c: kêt cấ u dự ứ ng lự c là loạ i kế t cấ u mà khi chế tạ o chúng ngư ờ i ta
tạ o ra mộ t trạ ng thái ứ ng suấ t ban đầ u ng ư ợ c vớ i trạ ng thái ứ ng suấ t do tả i trọ ng khi sử dụ ng nhằ m
mụ c đích hạ n chế các yế u tố có hạ i đế n khả năng chị u lự c củ a kế t cấ u do tính chấ t chị u lự c ké m củ a
vậ t liệ u.
Bài giả ng Kế t Cấ u Bê Tông theo 22TCN 272-05
3
Hình 1.2 Ứ ng suấ t trong cấ u kiệ n BTCT dự ứ ng lự c
Vớ i bê tông cố t thép, chủ yế u ngư ờ i ta tạ o ra ứ ng suấ t nén tr ư ớ c cho nhữ ng vùng củ a tiế t diệ n
mà sau này dư ớ i tác dụ ng củ a tả i trọ ng khi sử dụ ng sẽ phát sinh ứ ng suấ t kéo.Ứ ng suấ t nén trư ớ c này
có tác dụ ng làm giả m hoặ c triệ t tiêu ứ ng suấ t kéo do tả i trọ ng sử dụ ng sinh ra. Nhờ vậ y mà vế t nứt trên
cấ u kiệ n nhỏ hoặ c không có vế t nứ t.
Ta có thể tạ o ra các trạ ng thái ứ ng suấ t ban đầ u khác nhau bằ ng hai cách: Thay đổ i vị trí lự c nén
trư ớ c, thay đổ i trị số lự c nén trư ớ c.Như vậ y có thể tạ o ra các kế t cấ u tố i ư u về mặ t chị u lự c cũng như
giá thành.
Ư u điể m củ a kế t cấ u BTCTDƯ L so vớ i BTCT hay tác dụ ng chính củ a dự ứ ng lự c:
- Nâng cao giớ i hạ n chố ng nứ t do đó c ó tính chố ng thấ m cao.
- Cho phép sử dụ ng hợ p lý cố t thép cư ờ ng độ cao, bê tông cư ờ ng độ cao.
-Độ cứ ng tăng lên nên độ võng giả m,vư ợ t đư ợ c nhị p lớ n hơ n so vớ i BTCT thư ờ ng.
- Chị u tả i đổ i dấ u tố t hơ n nên sứ c kháng mỏ i tố t.
- Nhờ có ứ ng suấ t trư ớ c mà phạ m vi sử dụ ng củ a kế t cấ u bê tông cố t thép lắ p ghép, phân
đoạ n mở rộ ng ra nhiề u.Ngư ờ i ta có thể sử dụ ng biệ n pháp ứ ng lự c tr ư ớ c để nố i các cấ u kiệ n đúc sẵ n
cả u mộ t kế t cấ u lạ i vớ i nhau.
Như ợ c điể m củ a kế t cấ u BTCTDƯ L so vớ i BTCT thư ờ ng:
-Ứ ng lự c trư ớ c không nhữ ng gây ra ứ ng suấ t nén m à còn có thể gây ra ứ ng suấ t kéo ở
phía đố i diệ n làm cho bê tông có thể bị nứ t .
- Chế tạ o phứ c tạ p hơ n yêu cầ u kiể m soát chặ t chẽ về kỹ thuậ t để có thể đạ t chấ t l ư ợ ng
như thiế t kế đề ra .
1.2. ĐẶ C ĐIỂ M CHUNG VỀ CẤ U TẠ O VÀ CHẾ TẠ O KẾ T CẤ U BÊ TÔNG CỐ T THÉP
1.2.1. Đặ c điể m cấ u tạ o :
Trong bê tông cố t thép vấ n đề giả i quyế t cấ u tạ o s ao cho hợ p lý là rấ t quan trọ ng. Hợ p lý về mặ t
chon vậ t liệ u (Mác bê tông hay cấ p bê tông, nhóm thép hay loạ i thép), hợ p lý về chọ n dạ ng tiế t diệ n và
kích thư ớ c tiế t diệ n, hợ p lý về việ c bố trí cố t thép . Giả i quyế t các liên kế t giữ a các bộ phậ n, chọ n giả i
pháp bả o vệ kế t cấ u chố ng xâm thự c … , tính có thể thi công đư ợ c (tính khả thi).
Dạ ng tiế t diệ n và sơ đồ bố trí cố t thép phụ thuộ c v ào trạng thái ứ ng suấ t trên tiế t diệ n.
Trong cấ u kiệ n chị u uố n trạ ng thái ứ ng suấ t tr ên tiế t diệ n có vùng kéo có vùng nén thì tiế t diệ n
Cố t thép dự ứ ng lự c
Bài giả ng Kế t Cấ u Bê Tông theo 22TCN 272-05
4
thư ờ ng đư ợ c mở rộ ng ở vùng nén (như chữ T).Vớ i cấ u kiệ n chỉ chị u lự c dọ c trụ c tr ên tiế t diệ n ứ ng
suấ t gầ n như phân bố đề u dạ ng tiế t diệ n thư ờ ng đư ợ c chon là đố i xứ ng như vuông, tròn, chữ nhậ t.
1.2.1.1. Bê tông cố t thép thư ờ ng:
Cố t thép đư ợ c đặ t vào trong cấ u kiệ n bê tông cố t thép để : chị u ứ ng suấ t kéo, chị u ứ ng suấ t nén,
để đị nh vị các cố t thép khác . Số lư ợ ng do tính toán đị nh ra như ng cũng phả i thoả mãn các yêu cầ u cấ u
tạ o.
Cố t thép chị u ứ ng suấ t kéo do nhiề u nguyên nhân gây ra: Mô men u ố n, lự c cắ t, lự c dọ c trụ c, mô
men xoắ n, tả i cụ c bộ .
- Cố t thép chị u kéo do mômen uố n gây ra: đó là các cố t thép dọ c chủ đặ t ở vùng chị u kéo củ a cấ u
kiệ n, đặ t theo sự xuấ t hiệ n củ a biể u đồ mô men h ình 1.3, đặ t càng xa trụ c trung hoà càng tố t.
Hình 1.3 Biể u đồ mô men và cách đặ t cố t thép
- Cố t thép chị u kéo do lự c cắ t gây ra :đó là các cố t thép đai (cố t ngang) đư ợ c đặ t theo biể u đồ lự c
cắ t hình 1.4.
A
A
A -A
Hình 1.4 Biể u đồ lự c cắ t và cách bố trí cố t đai
- Cố t thép chị u ứ ng suấ t nén: Đó là các cố t dọ c chị u nén trong dầ m , cộ t, các cố t thép này cùng
tham gia chị u nén vớ i bê tông.
- Cố t thép đị nh vị các cố t thép khác trong thi công.
- Cố t thép kiể m soát nứ t bề mặ t phân bố gầ n bề mặ t cấ u kiệ n l àm nhiệ m vụ chị u ứ ng suấ t dó co
ngót, thay đổ i nhiệ t độ , các cố t dọ c v à cố t thép ngang là mộ t phầ n củ a cố t thép kiể m soát nứ t bề mặ t.
Trong cấ u kiệ n chị u uố n khi chỉ có cố t dọ c chị u kéo th ìđư ợ c gọ i là tiế t diệ n đặ t cố t thép đơ n,
còn khi có cả cố t thép dọ c chị u kéo và cố t dọ c chị u nén thìđư ợ c gọ i là tiế t diệ n đặ t cố t kép.
Bài giả ng Kế t Cấ u Bê Tông theo 22TCN 272-05
5
Sơ đồ bố trí cố t thép trong cấ u kiệ n chị u nén lệ ch tâm lớ n, chị u kéo lệ ch tâm lớ n gầ n giố ng nh ư
trong cấ u kiệ n chị u uố n .
Trong cấ u kiệ n chỉ chị u lự c dọ c trụ c trên tiế t diệ n các cố t thép dọ c th ư ờ ng đư ợ c bố t trí đố i xứ ng.
Kích thư ớ c tiế t diệ n do tính toán đị nh ra nh ư ng phả i thoả mãn các yêu cầ u cấ u tạ o, kiế n trúc, khả năng
bố trí cố t thép và kỹ thuậ t thi công.
Ngoài ra cầ n phả i chú ý đế n quy đị nh về bề dày lớ p bê tông bả o vệ cố t thép, khoả ng cách trố ng
giữ a các cố t thép. Các quy đị nh này đư ợ c quy đị nh trong các tiêu chuẩ n ngành.
1.2.1.2.Bê tông cố t thép dự ứ ng lự c:
Trong cấ u kiệ n BTCTDƯ L gồ m hai loạ i cố t thép: Cố t thép th ư ờ ng (hay cố t thép không kéo
căng) và cố t thép dự ứ ng lự c (cố t thép kéo căng). Cố t thép thư ờ ng làm nhiệ m vụ và đư ợ c bố trí giố ng
như cấ u kiệ n bê tông cố t thép thư ờ ng.
Cố t thép DƯ L có nhiệ m vụ tạ o ra ứ ng suấ t nén tr ư ớ c trong bê tông. Cố t thép dự ứ ng lự c có thể
đặ t theo đư ờ ng thẳ ng hoặ c đư ờ ng cong hoặ c thẳ ng và cong, hình 1.5.
A p
A p
A p
Hình 1.5 Sơ đồ bố trí cố t thép DƯ L
Tạ i chỗ uố n cong thư ờ ng có nộ i lự c tiế p tuyế n lớ n n ên cầ n gia cư ờ ng cho bê tông tạ i đó bằ ng các
lư ớ i cố t thép gia cư ờ ng .
Tạ i đầ u neo liên kế t sẽ xuấ t hiên lự c tậ p trung lớ n cũng cầ n phả i gia cư ờ ng cho bê tông tạ i các vị
trí này bằ ng các cố t thép gia cư ờ ng hoặ c bả n phân bố .
1.2.2. Đặ c điể m chế tạ o và phân loạ i :
1.2.2.1. Phân loạ i theo phư ơ ng pháp thi công: 3loạ i
- Đổ tạ i chỗ (kế t cấ u toàn khố i)
Bả n đệ m
Ố ng tạ o lỗ
Lư ớ i thép gia cư ờ ng
Neo
Cố t thép DƯLđặ t trong