Bài giảng Kết cấu bê tông cốt thép-Gạch đá: Chương 2 - Nguyên lý tính toán và cấu tạo

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

Thêm vào BST

Báo xấu

3
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Kết cấu bê tông cốt thép-Gạch đá" Chương 2 - Nguyên lý tính toán và cấu tạo, cung cấp cho sinh viên những kiến thức như: Khái niệm chung; Phương pháp tính toán theo trạng thái giới hạn; Nguyên tắc cấu tạo cốt thép;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kết cấu bê tông cốt thép-Gạch đá: Chương 2 - Nguyên lý tính toán và cấu tạo

Chương 2. Nguyên lý tính toán và cấu tạo
§1. Khái niệm chung: 1.1. Tải trọng, tác động (TCVN 2737- 1995) 1.1.1.Các loại tải trọng: Theo tính chất (3 loại): Tải trọng thường xuyên (Tĩnh tải): Tác dụng không thay đổi trong quá trình sử dụng kết cấu, (trọng lượng bản thân kết cấu, các tường ngăn cố định v.v..) Tải trọng tạm thời (Hoạt tải): Có thể thay đổi về điểm đặt, trị số, phương, chiều tác dụng, (tải trọng của người, đồ đạc, tải trọng do cầu trục, gió, xe cộ v.v..) Tải trọng đặc biệt: ít khi xảy ra, (nổ, động đất v.v..) Theo phương, chiều(2 loại): Tải trọng thẳng đứng: Tác dụng theo phương thẳng đứng, (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): 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) 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 = γPc 1.1.2.Các tác động: - do nền móng lún không đều; - do sự thay đổi của nhiệt độ.
2.1.2. Nội lực: M, Q, N, Mt Các phương pháp xác định nội lực trong kết cấu: Xác định nội lực theo sơ đồ đàn hồi: Coi VL là đàn hồi, dùng công thức SBVL, cơ học kết cấu, lý thuyết đàn hồi. Ưu điểm: - Thuật toán đơn giản, nên hiện tại vẫn đang được sử dụng nhiều. Nhược điểm: - Không phản ánh đúng bản chất vật liệu (BT là vật liệu đàn dẻo) - Trong vùng kéo của cấu kiện thường có khe nứt => EI Phạm vi sử dụng: - Tính các kết cấu có yêu cầu chống nứt (bể chứa chất lỏng; kết cấu làm việc trong môi trường có tính xâm thực; kết cấu chịu tải trọng động); -Tính các kết cấu chịu lực chủ yếu như khung nhà; dầm chịu tải trọng lớn v.v..
Xác định nội lực theo phương pháp cân bằng giới hạn (Theo sơ đồ khớp dẻo): Xét tới sự phân phối lại nội lực giữa các tiết diện do có sự hình thành khớp dẻo trước khi kết cấu bị biến hình. Khớp dẻo là liên kết khớp có thể chịu được một mô men không đổi nào đó = Mkd Khíp dÎo zS Mkd =RsAsZs + M < Mkd = RsAsZs Khớp dẻo chưa xuất hiện (chưa xoay); + M ≥ Mkd=RsAsZs Khớp dẻo xuất hiện (Xoay). Sự khác nhau giữa khớp dẻo và khớp thường Khớp thường: Không ngăn cản chuyển vị xoay, tại khớp M = 0 Khớp dẻo: Có ngăn cản chuyển vị xoay, độ lớn sự ngăn cản bằng Mkd = RsAsZs Dặc điểm sự phá hoại kết cấu khi khớp dẻo hinh thành: Kết cấu tĩnh định: Khớp dẻo hình thành biến hình tức thời Kết cấu ở TT cân bằng GH.
Kết cấu siêu tĩnh: MA Khớp dẻo hình thành làm giảm bậc siêu tĩnh. Nội lực trong kết cấu được sắp xếp M0 MB Mkd(A) P lại, kết cấu chỉ bị phá hoại khi số khớp M kd(B) dẻo xuất hiện đầy đủ làm cho kết cấu bị biến hình. A C B Mnh M kd(nh) Nguyên tắc phân phối lại nội lực khi khớp dẻo hình thành: Đảm bảo điều kiện cân bằng tĩnh học: a b b a l M kd ( A) + M kd ( B ) + M kd ( nhÞp) = M 0 l l Mkd(A) P1 Ưu điểm của phương pháp: - Cho phép tiết kiệm 20 - 30% cốt thép A C B - Điều chỉnh hợp lý mô men tại các tiết Mkd(A) P2 M kd(B) diện. + Bố trí cốt thép được đơn giản ; A C B + Làm cơ sở cho việc tính toán và cấu tạo Mkd(A) P3 M kd(B) mối nối của các kết cấu lắp ghép. A C 46 B Mkd(nh)
1.3. Phương pháp tính kết cấu BTCT 1.3.1. Phương pháp tính kết cấu BTCT theo ứng suất cho phép - Nội dung: + Coi ứng suất BT trong vùng kéo =0; + Coi BT trong vùng nén là vật liệu làm việc đàn hồi, sự phụ thuộc giữa ứng suất và biến dạng tuyến tính và theo định luật Húc; + Mặt cắt thẳng góc trước và sau biên dạng vẫn giữ nguyên là mặt phẳng; + Xác định ứng suất cho phép của vật liệu: BT - σb,cp; CT - σs,cp - Điều kiện đảm bảo cho kết cấu làm việc an toàn: σ bi ≤ σ b,cp ; σ si ≤ σ s,cp - Nhược điểm: chưa xét đến tính biến dạng dẻo của BT và CT.
1.3.2. Phương pháp tính kết cấu BTCT theo nội lực phá hoại - Nội dung: + Sử dụng các công thức của SBVL và cơ học kết cấu để xác định nội lực do tải trọng tiêu chuẩn gây ra trong kết cấu Scrc; + Xác định nội lực mà kết cấu chịu được tại thời điểm sắp sửa bị phá hoại: Sph => Điều kiện đảm bảo cho kết cấu làm việc an toàn: kScrc ≤ Sph . k- Hệ số an toàn, thường lấy k = 1,5 ÷ 2,5 - Ưu điểm: Đã kể đến tính biến dạng dẻo của BT và CT (thông qua việc xác định Sph) - Nhược điểm: + Dùng hệ số an toàn (k) chung chưa phản ánh được đầy đủ sự khác nhau của các yếu tố ảnh hưởng đến độ an toàn của kết cấu; + Chưa xét đến biến dạng và khe nứt của kết cấu.
§2. Phương pháp tính toán theo trạng thái giới hạn (TTGH) 2.1. Khái niệm: TTGH là trạng thái mà từ đó trở đi kết cấu không thể thoả mãn các yêu cầu đề ra cho nó cụ thể như: mất khả năng chịu lực do ngoại lực tác động hoặc có biến dạng không cho phép hoặc là hỏng cục bộ. - TTGH thứ nhất (về khả năng chịu lực); - TTGH thứ 2 (về điều kiện sử dụng bình thường). Ưu điểm của phương pháp tính theo TTGH: - Đã đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu về chịu lực và sử dụng kết cấu; - Đã xét đến đầy đủ tính biến dạng dẻo của BT và CT; - Đã xét đến sự ảnh hưởng khác nhau của các yếu tố đến sự an toàn của kết cấu thông qua các hệ số độ tin cậy của tải trọng (thông qua γi ); - Đã xét đến các yếu tố làm ảnh hưởng đến chất lượng vật liệu (thông qua hệ số: γbi và γsi).
2.1. TTGH về khả năng chịu lực (TTGH thứ nhất): TTGH về khả năng chịu lực được quy định ứng với lúc kết cấu không thể chịu thêm lực được nữa. Lúc này nếu tải trọng tăng thì: + 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.
2.2. TTGH về điều kiện sử dụng bình thường (TTGH thứ hai): Điều kiện 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 trong đó: + f và acrc – Biến dạng và bề rộng khe nứt do tải trọng tiêu chuẩn gây ra ; + fghvà agh- Trị số giới hạn của biến dạng và bề rộng khe nứt, được quy định nhằm đảm bảo các yêu cầu kết cấu; + 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: - Về nguyên tắc, tính theo TTGH thứ 2 được tiến hành với mọi kết cấu. - Dùng tải trọng tiêu chuẩn, cường độ vật liệu tiêu chuẩn đối với tính toán theo TTGH thứ 2.
§3. Nguyên tắc cấu tạo cốt thép 3.1. Khung và lưới cốt thép Để cốt thép nằm đúng vị trí thiết kế trong kết cấu, tuỳ thuộc từng loại cấu kiện phải liên kết chúng thành khung hoặc lưới bằng cách buộc hoặc hàn (Khung, lưới buộc hoặc Khung, lưới hàn). Khung, lưới hàn: Cốt thép chịu lực - 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. Cốt đai 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 ngang Cốt dọc
3.2. 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. Tác dụng: chịu lực chính cho cấu kiện 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.
3.3. Nối cốt thép Cần phải nối cốt thép khi chiều dài thanh thép không đủ. 3.3.1. Yêu cầu chung: Tránh nối cốt thép ở vùng cốt thép chịu lực lớn ; Phần nối chồng 3.3.2. Các phương pháp nối 2 Nối chồng( Nối buộc): 1 Đặc điểm: Khi nối chồng, sự truyền lực giữa BT và CT thông qua lực dính nên trong đoạn lan nối phải đặt cốt đai dày hơn và khi thi công phải đặc biệt chú ý đảm bảo chất lượng BT ở 2 vùng này. 1 lan - Chú ý: + Không nên nối chồng các thanh có d > 30 ; + Không được nối chồng các thanh có d > 36 ; + 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 bằng ống lồng: Đút hai đầu ống thép cần nối vào một ống thép. Liên kết giữa thanh cốt thép và ống lồng có thể dùng máy ép bóp chặt tạo ma sát hoặc dùng liên kết ren hoặc keo. Nối hàn (hàn đối đầu tiếp xúc hoặc hàn hồ quang) a) c) lh d1 d2 l>4d b) d) d 10mm
Chú ý: + Không được hàn đính bằng hồ quang các cốt thép chịu lực nhóm C III ; A-III trong liên kết dạng chữ thập; + Liên kết đối đầu các thanh cốt thép kéo nguội loại A-IIIB phải được hàn trước khi kéo nguội; + Đối với thép nhóm C IV ; A-IV và các cốt thép được gia công bằng cơ, nhiệt chỉ được hàn theo những quy định đã nêu trong tiêu chuẩn kỹ thuật; Yêu cầu của mối hàn: - Bề mặt mối hàn mịn, không rỗ, trong phạm vi mối hàn không có khuyết tật; - Khi làm thí nghiệm kéo thì cốt thép bị đứt ở ngoài phạm vi mối hàn. 3.4. 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: 0 α= 45−90 . . lneo ≥ max ( lan, l*an và lmin) φ φ . . 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.
3.5. Lớp BT bảo vệ cốt thép: Tác dụng: + Bảo vệ cốt thép; + Đảm bảo lực dính giữa BT và CT. C1 Yêu cầu: C1; C2 ≥ (d và C0). C2 - Đối với cốt dọc chịu lực: C2 Trong bản và tường có chiều dầy: C1 + hb ≤100 mm : C0 = 10 mm (15 mm) + hb >100 mm : C0 = 15 mm (20 mm) C1 – Chiều dày lớp BT bảo vệ cốt dọc ; C2 – Chiều dầy lớp BT bảo vệ cốt đai - Trong dầm và sườn có chiều cao: hoặc cốt cấu tạo + h < 250 mm : C0 = 15 mm (20 mm) + h ≥ 250 mm: C0 = 20 mm (25 mm) - Trong cột: C0 = 20 mm (25 mm) - Trong dầm móng: C0 = 30 mm - 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)
1 2 3 2 1 cot 1 2 3 2 1 1-1 2-2 3-3 Lớp bảo vệ Li p b¶o vO