Trường Đại học Giao thông Vận tải Khoa Công trình – Bộ môn Kết Cấu ô Kết Cấ t ì h Bô Kh Cô
BÀI GIẢNG MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP BÀI GIẢNG MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP
THEO 22 TCN 272-05 THEO 22 TCN 272-05
GIẢNG VIÊN: TS. ĐÀO SỸ ĐÁN
HÀ NỘI, 2016
Trường Đại học Giao thông Vận tải Khoa Công trình – Bộ môn Kết Cấu ô Kết Cấ t ì h Bô Kh Cô
Giới thiệu môn học
1. Giảng viên:
Đào Sỹ Đán, Phòng 408-A6, Bộ môn Kết cấu, Khoa Công trình, Đại Đào Sỹ Đán Phòng 408-A6 Bộ môn Kết cấu Khoa Công trình Đại
học GTVT. E-mail: sydandao@utc.edu.vn
2. Môn học 2 Môn học
Kết cấu BTCT (theo 22 TCN 272-05) – Reinforced Concrete
Structures. Structures
Thời lượng: 3 tín chỉ + BTL môn học.
Hình thức thi: thi viết 90 phút; BTL thi vấn đáp. iết 90 hút BTL thi ấ đá Hì h thứ thi thi
3. Tài liệu tham khảo
Bài giảng môn học kết cấu BTCT theo 22 TCN-272-05 và các tài 22 TCN 272 05 à á ài kế ấ BTCT h ô h Bài iả
liệu liên quan – bmketcau.net/ Tài liệu tham khảo (bắt buộc).
2
Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 (tham khảo). ế ế ầ ẩ
Trường Đại học Giao thông Vận tải Khoa Công trình – Bộ môn Kết Cấu ô Kết Cấ t ì h Bô Kh Cô
Nội dung
Chương 1. Khái niệm chung về kết cấu BTCT
Chương 2. Vật liệu dùng trong kết cấu BTCT
Chương 3. Nguyên lý tính toán kết cấu BTCT
Chương 4. Tính toán thiết kế cấu kiện chịu uốn Chương 4 Tính toán thiết kế cấu kiện chịu uốn
Chương 5. Tính toán thiết kế cấu kiện chịu cắt
Chapter 6. Tính toán thiết kế cấu kiện chịu nén
Chapter 7. Tính toán thiết kế kết cấu BTCT theo TTGH sử dụng
3
Chương 8. Kết cấu BTCT dự ứng lực ế ấ
I NIỆỆM CHUNG V
M CHUNG VỀ Ề KKẾẾT CT CẤẤU U
CHƯƠNG 11.. CHƯƠNG KHÁKHÁI NI BTCTBTCTBTCTBTCT
1. Đặc điểm chung của kết cấu BTCT 1 Đặc điểm chung của kết cấu BTCT
2. Sơ lược về lịch sử phát triển kết cấu BTCT
3. Đặc điểm chung về cấu tạo và chế tạo của
kết cấu BTCT kết cấu BTCT
Trường Đại học Giao thông Vận tải University of Transport and Communications
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (1/7)
- BTCT? là vật liệu xd hỗn hợp giữa bê tông và thép một cách hợp lý. BTCT? là vật liệu xd hỗn hợp giữa bê tông và thép một cách hợp lý
Hợp lý?
- Bê tông? Bê tô ?
Là một loại đá nhân tạo từ các vật liệu thành phần, bao gồm cốt liệu
lớn, nhỏ, chất kết dính, nước và phụ gia (nếu có). lớ ó) hỏ hất kết dí h ớ à h ( ế i
Đặc điểm: nén >> kéo (10 - 20 lần).
- Thép?
Là hợp kim có thành chính là sắt (Fe) và các nguyên tố hóa học
khác.
Đặc điểm: nén kéo >> nén của BT (10 – 20 lần).
- Như vậy, nếu chỉ sử dụng BT cho các ck có us kéo k hợp lý
sydandao@utc.edu.vn
5
phải sử dụng ct đặt trong BT (cốt thép). Đặt thế nào? xem 2 TN sau:
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (2/7)
P
P
fcc
Vïng chÞu nÐn
TTH TTH
Vïng chÞu kÐo
ctf f
VÕt nøt th¼ng gãc duy nhÊt
- TN1 (với dầm BT): TN1 (với dầm BT):
Thí nghiệm uốn dầm BT không cốt thép
Dưới td của P fcc & fct (fcc = fct). Khi P tăng, thì fcc & fct tăng. Khi P
fctu tăng đến một trị số gh nào đó là Pgh1 thì fcc << fccu nhưng fct = fctu tăng đến một trị số gh nào đó là Pgh1, thì fcc fccu nhưng fct
dầm xuất hiện vết nứt duy nhất và phá hoại ngay lập tức (đột ngột,
sydandao@utc.edu.vn
6
giòn) Không hợp lý! ? giòn) Không hợp lý! ?
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (3/7)
P
P
ccf ccf
Vïng chÞu nÐn
TTH
Vïng chÞu kÐo
As
As
fs
VÕt nøt th¼ng gãc
- TN2 (với dầm BTCT): TN2 (với dầm BTCT):
Thí nghiệm uốn dầm BTCT
Đặt thêm cốt thép dọc vào vùng BT chịu kéo (As) dầm không ph đột
ngột và gh chịu lực tăng nhiều? Thật vậy, khi P tăng dần dầm bị nứt.
Nếu tiếp tục tăng P, thì fcc & fs tăng, đồng thời xuất hiện thêm các vết
sydandao@utc.edu.vn
7
nứt khác. Khi P tăng tới một gh nào đó, Pgh2 dầm ph theo 3 t/h sau: nứt khác. Khi P tăng tới một gh nào đó, Pgh2 dầm ph theo 3 t/h sau:
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (4/7)
& f << f á hiề A là Khô h f f TH1: fcc = fccu & fs << fsu = fy As là quá nhiều Không hợp lý! TH1 f lý!
TH2: fcc << fccu & fs = fy As là quá ít Không hợp lý!
TH3: fcc = fccu & fs = fy As là vừa đủ Hợp lý!?
Chú ý:
As càng đặt xa trục trung hòa càng tốt;
ặ ặ g g p ị Nếu chỉ đặt cốt thép trong vùng chịu kéo td đặt ct đơn. Để tăng g
khả năng chịu lực của tiết diện, đặt thêm trong vùng chịu nén kép.
Tại sao sử dụng cốt thép? Tại sao sử dụng cốt thép?
Lực dính bám lớn;
Không có phản ứng hóa học; Khô ó hả ứ hó h
sydandao@utc.edu.vn
8
Hệ số gn nhiệt xấp xỉ nhau: c = (1,0 – 1,5).10-5/oC; s = 1,2.10-5/oC.
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (5/7)
Ư điểƯu điểm:
Có khả năng sử dụng vật liệu và nhân công địa phương;
Khả năng chịu lực lớn và dẻo hơn so với BT, vữa, đá xây;
Bền vững, bảo dưỡng ít tốn kém; g g
Chịu lửa tốt;
Dễ tạo hình. Dễ tạo hình
Nhược điểm:
Xuất hiện vết nứt sớm hay khả năng chống thấm thấp; ấ ế ố ấ ấ
Thi công tương đối phức tạp, khó thi công lắp ghép;
Cách âm và nhiệt kém;
sydandao@utc.edu.vn
9
Trọng lượng lớn, khả năng chịu lực chưa cao. ả ă g c ịu ực c ưa cao ọ g ượ g ớ ,
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (6/7)
PVSDPVSD:
Rất rộng rãi trong xây dựng: dd, gt, tl, cn;
Chủ yếu sử dụng cho các kết cấu nhịp nhỏ (< 10 - 20 m), chịu tải
trọng tĩnh; trọng tĩnh;
sydandao@utc.edu.vn
10
Một số hình ảnh cho BTCT thường:
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
sydandao@utc.edu.vn
11
1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (7/7)
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.2. Thực chất của BTCT DƯL (UST) (1/5)
- Như ở trên ta thấy, BTCT thường (không DƯL) có nđ lớn là xh vết (khô DƯL) ó đ lớ là h ết thấ BTCT th ờ Nh ở t ê t
nứt sớm hay khả năng chống thấm thấp.
TN cho thấy: khi fs = 20 – 30 Mpa bắt đầu nứt, khi fs = 200 – 250
0,2 0,3 mm [wn] của các tiêu chuẩn TK. MPa wn = 0 2 – 0 3 mm = [wn] của các tiêu chuẩn TK MPa wn
Nếu sd cốt thép CĐC (fpy = 1000 – 1600 MPa) lãng phí.
Việc tăng CĐ bê tông, sử dụng cốt thép đk nhỏ có thể giảm wn,
g ệ q p nhưng hiệu quả thấp.
- Để tăng khả năng chống nứt (thấm) và sử dụng hiệu quả ct CĐC để
ủ dầ ? Sử d hị k l tăng kn chịu lực của dầm? Sử dụng BTCT DƯL. BTCT DƯL? tă BTCT DƯL BTCT DƯL?
sydandao@utc.edu.vn
12
- KN kết cấu DƯL và BTCT DƯL:
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.2. Thực chất của BTCT DƯL (UST) (2/5)
Kết cấu DƯL nói chung: khi chế tạo, tạo ra TTUS ban đầu >< với
TTUS do tải trọng khi sd gây ra hạn chế sự bất lợi do khả năng chịu TTUS do tải trọng khi sd gây ra hạn chế sự bất lợi do khả năng chịu
ậ ệ ị ự g ự lực kém của vật liệu tăng kn chịu lực của dầm.
Kết cấu BTCT DƯL: khi chế tạo, tạo ra TTUS nén trước cho những
vùng mà sau này dưới td của tt khi sử dụng sẽ phát sinh us kéo. US
nén trước này sẽ triệt tiêu một phần hoặc hoàn toàn us kéo do tt khi sd
sinh ra không nứt và tăng kn chịu lực của dầm. sinh ra không nứt và tăng kn chịu lực của dầm
sydandao@utc.edu.vn
13
- Để hiểu rõ hơn, ta xem VD sau: ,
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
P P
P P
tf
fc
fc
fc
+
=
or
e
N
N
Aps
tf
tf Do P
DULHT
DULKHT
fc Do DUL Thí nghiệm uốn dầm BTCT DƯL Thí ố dầ BTCT DƯL
1.1.2. Thực chất của BTCT DƯL (UST) (3/5)
hiệ
- Ta thấy, do có DƯL us kéo đã bị triệt tiêu hoàn toàn (DƯL HT)
hoặc bị triệt tiêu một phần (DƯL KHT). TTUS ban đầu có thể được thay
đổi bằng việc thay đổi lực nén trước (N) và vị trí của nó (e) ta có thể
tính toán thiết kế được kết cấu BTCT DƯL một cách hợp lý nhất
sydandao@utc.edu.vn
14
không nứt và tăng kn chịu lực của dầm. không nứt và tăng kn chịu lực của dầm
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.2. Thực chất của BTCT DƯL (UST) (4/5)
Ư điểƯu điểm:
Không nứt, tăng khả năng chống thấm;
Cho phép sd hợp lý CT và BT CĐC giảm kt và giá thành ck;
Tăng độ cứng, vượt nhịp lớn hơn (> 10 – 20 m); Tăng độ cứng vượt nhịp lớn hơn (> 10 20 m);
Chịu tải trọng đổi dấu (mỏi) tốt hơn;
Tăng kn áp dụng của kết cấu BTCT lắp ghép.
Nhược điểm: Nhược điểm:
Gây us kéo ở những thớ đối diện gây nứt trong gđ thi công nếu tt
không tốt.
sydandao@utc.edu.vn
15
Công nghệ tc phức tạp, k tận dụng được vl và cn địa phương. Công nghệ tc phức tạp, k tận dụng được vl và cn địa phương.
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.2. Thực chất của BTCT DƯL (UST) (5/5)
PVSDPVSD:
Sử dụng cho các kết cấu vượt nhịp lớn, chịu tải trọng lớn và động
(> 10 – 20 m), như các công trình cầu.
sydandao@utc.edu.vn
16
Một số hình ảnh cho kết cấu BTCT DƯL: Một ố hì h ả h h kết ấ BTCT DƯL
1.2. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN KẾT CẤU BTCT 1 2 SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN KẾT CẤU BTCT
Xem tài liệu tham khảo khác (internet), cần chú ý:
ầ
ả
1. Thời điểm ra đời ể
BTCT: 1849 (Lambot Pháp); BTCT: 1849 (Lambot, Pháp);
BTCT DƯL: 1928 (Freyssinet, Pháp).
2. Các phương pháp tính toán
Tính toán theo USCP; Tính toán theo USCP;
Tính toán theo LRFD.
3. Các công trình tiêu biểu ở VN và thế giới
sydandao@utc.edu.vn
17
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (1/7)
- Ngoài việc tính toán để kc chịu được tải trọng, thì nó phải được thiết thiết iệ tí h t á để k thì ó hải đ N ài hị đ tải t
kế hợp lý về cấu tạo? Loại vl (BT và CT), hdạng, kt, cách bố trí ct, lkết,
khả năng thi công, giải pháp bảo vệ, v.v.
- Loại vật liệu: cđ càng cao, kt ck càng nhỏ. Tuy nhiên cần chú ý đến g g y ý
nguồn vl sẵn có trên tt, của cđt, công nghệ tc và các tc hiện hành.
- Hình dạng: phụ thuộc vào loại tải trọng td. Tuy nhiên, cần đg, dễ tc. - Hình dạng: phụ thuộc vào loại tải trọng td Tuy nhiên cần đg dễ tc
- Kích thước: phụ thuộc vào độ lớn tải trọng td. Tuy nhiên, cần chú ý
đến tính thẩm mỹ, dễ thi công. ế ẩ ễ
- Liên kết: như liên kết các thanh cốt thép để tạo thành khung hay lồng
ct trước khi đổ bt là buộc hay hàn? Chuyển tiếp giữa các bộ phận kc là
sydandao@utc.edu.vn
18
ay uô g ỹ sư p ả ắ được ư đ của từ g t để qđ tròn hay vuông? kỹ sư phải nắm được ưnđ của từng th để qđ. t ò
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (2/7)
- Khả năng thi công: hình dạng? kt? công nghệ? kỹ sư phải nắm được
ưnđ của từng th cụ thể để qđịnh. ưnđ của từng th cụ thể để qđịnh
p p ệ g p y , - Giải pháp bảo vệ: cần đơn giản dễ thoát nước, tm chiều dày lớp bt
bảo vệ.
- Bố trí cốt thép: ct chịu lực (tt) và ct cấu tạo (kn). Ntắc bố trí?
Với kết cấu BTCT thường:
Gồm ct chịu kéo & nén do M, V & N gây ra. Ngoài ra, còn có ct cấu tạo, Gồm ct chịu kéo & nén do M V & N gây ra Ngoài ra còn có ct cấu tạo
sydandao@utc.edu.vn
19
ụ phục vụ tc, ct bê mặt chịu us do co ngót, tđổi n/độ. Ví dụ: p ụ ụ , g , ặ ộ ị
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
a) a)
b) b)
w
w
L
L
1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (3/7)
2 2 wL /2
ọ
M
Cèt thÐp däc chÞu kÐo do M Cèt thÐ d hÞ kÐ d M
Cèt thÐp däc chÞu kÐo do M Cèt thÐ d hÞ kÐ d M
c)
w
M
20
sydandao@utc.edu.vn Cốt thép chịu kéo do M
Là cốt thép đặt dọc trục ụ p ặ 2 2 wL /8 cấu kiện, theo bđ M và M càng xa TTH càng tốt.
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (4/7)
sydandao@utc.edu.vn
21
Điển hình về bố trí cốt thép trong dầm giản đơn
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
g cèt ®ai th−êng
cèt ®ai xo¾n cèt ®ai xo¾n
1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (5/7)
sydandao@utc.edu.vn
22
ộ Bố trí cốt thép cho cột chịu nén đúng tâm p g ị
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (6/7)
Với kết cấu BTCT DƯL: Với kết ấ BTCT DƯL
Ngoài ct thường được bố trí theo ntắc trên, kết cấu BTCT DƯL còn có
ct CĐC được căng trước trong vùng bt sẽ chịu kéo do td của tt khi sử
dụng Nguyên tắc: dụng Nguyên tắc:
Cấu kiện chịu nén đt: ct đai. Msố th, kéo cả ct dọc để chịu tải
trọng khi vc, thi công. t thi ô khi
Cấu kiện chịu kéo đúng tâm: ct dọc.
Cấu kiện chịu uốn, kéo nén lệch tâm gồm cả ct dọc và đai. Nó có
thể thẳng, cong hoặc gãy khúc. thể thẳng, cong hoặc gãy khúc.
sydandao@utc.edu.vn
23
Ví dụ:
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
a) a)
b) b)
) c)
) d)
1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (7/7)
Sơ đồ bố trí cốt thép CĐC cho dầm giản đơn
Cong phức tạp, nhưng có nhiều ưu điểm?
Tại đầu neo hoặc chỗ chuyển hướng có lực tập trung lớn lưới
Ct DƯL có thể đặt bên trong (DƯL trong) or bên ngoài td (DƯL ngoài).
sydandao@utc.edu.vn
24
thép gc hoặc các bản đệm dưới neo.
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.2. Đặc điểm chung về chế tạo (thi công) (1/6)
a) Phân loại kết cấu BTCT theo phương pháp thi công (3 loại) i) i kết ấ BTCT th há thi ô ) Phâ l (3 l h
Toàn khối ố
Lắp ghép
sydandao@utc.edu.vn
25
Bán lắp ghép
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.2. Đặc điểm chung về chế tạo (thi công) (2/6)
b) Phân loại kết cấu BTCT theo TTUS khi chế tạo (2 loại) b) Phâ l i) i kết ấ BTCT th TTUS khi hế t (2 l
BTCT thường: khi chế tạo, cốt thép ở trạng thái không ứng suất. BTCT th ờ ốt thé ở t khi hế t thái khô ất ứ
Trong BT và CT chỉ có ứng khi có tải trọng tác dụng hoặc do cn, tb,
nđộ, cvị.
BTCT DƯL (ƯST): khi chế tạo, cốt thép CĐC được căng trước để
tạo us nén trước cho những vùng mà sau này sẽ chịu us kéo do td của tạo us nén trước cho những vùng mà sau này sẽ chịu us kéo do td của
tải trọng khi sd. Us nén trước này sẽ triệt tiêu một phần hoặc toàn bộ
us kéo do tải trọng khi sd gây ra. Nhờ vậy, kc tăng kn chịu lực và kn Nhờ ậ k tă ké d tải t khi d â à k hị k l
sydandao@utc.edu.vn
26
chống thấm.
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.2. Đặc điểm chung về chế tạo (thi công) (3/6)
c) Phân loại kết cấu BTCT UST theo phương pháp tạo ƯST (2 loại) i) i kết ấ BTCT UST th há t ƯST (2 l h
BÖ kÐo ®Æc biÖt
Cèt thÐp C§C Cèt thÐp C§C
Bª t«ng
B2)
Bª t«ng Bª t«ng
B3)
) Phâ l B1)
sydandao@utc.edu.vn
27
Các bước thi công của phương pháp thi công kéo trước Các bước thi công của phương pháp thi công kéo trước
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.2. Đặc điểm chung về chế tạo (thi công) (4/6)
Phương pháp thi công kéo trước (căng trên bệ) thường không dùng
neo do lực dính bám tốt giữa BT và ct CĐC. Để tăng ldb, người ta
thường dùng ct CĐC dưới dạng nhiều sợi hoặc nhiều tao.
PP này thường dùng cho các ck nhỏ và vừa, có khi CT CĐC đặt
theo đường thẳng hoặc gãy khúc. Nó đặc biệt hiệu quả cho các ck
sydandao@utc.edu.vn
28
giống nhau, được chế tạo hàng loạt trong nhà máy. ố ế
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
èng t¹o lç
B1)
Bª t«ng
B2)
Cèt thÐp C§C
B3)
Cèt thÐp C§C
B4)
1.3.2. Đặc điểm chung về chế tạo (thi công) (5/6)
sydandao@utc.edu.vn
29
Các bước thi công của phương pháp thi công kéo sau Các bước thi công của phương pháp thi công kéo sau
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.2. Đặc điểm chung về chế tạo (thi công) (6/6)
Phương pháp thi công kéo sau (căng trên bê tông) luôn phải dùng
neo. Neo có hai loại là neo chủ động và neo bị động.
PP này thường dùng cho các kết cấu lớn (như kc cầu), thi công tại
chỗ. Ưu điểm của pp này là ct CĐC có thể đặt theo đường công bất kỳ
sydandao@utc.edu.vn
30
của ống tạo lỗ.
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
sydandao@utc.edu.vn
31
1.3.3. Một số hình ảnh về kết cấu BTCT DƯL (1/2)
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
sydandao@utc.edu.vn
32
1.3.3. Một số hình ảnh về kết cấu BTCT DƯL (2/2)
