Bài giảng Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép: Chương 1 - ThS. Trần Tiến Đắc

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khám phá những khái niệm cơ bản và nguyên lý nền tảng trong thiết kế kết cấu bê tông cốt thép qua Chương 1 của bài giảng chuyên ngành. Bài giảng trình bày rõ ràng về vai trò, đặc điểm vật liệu và các nguyên tắc tính toán quan trọng trong kết cấu BTCT, giúp sinh viên và kỹ sư xây dựng nắm vững kiến thức cơ sở để áp dụng vào thực tế. Tài liệu phù hợp cho học tập, ôn luyện và tham khảo chuyên sâu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép: Chương 1 - ThS. Trần Tiến Đắc

GIỚI THIỆU MÔN HỌC ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC Số tín chỉ/Credits 3 (ETCS: 6) MSMH/ Code CI2139 Số tiết/Periods Tổng/ LT/ Theory: TH/ TN/ BTL/TL/Ass Total: 30 30 Practice: Experiment: 0 ignment/Pre 72.5 sentation: 45 Môn ĐA, TT, LV 0 Tỉ lệ đánh giá/ Grading BT/Assign TN/Experim KT/Midterm BTL/TL/ĐA/ Thi/Final ment: 0% ent: 0% exam: 20% HW/Presentat exam: 60% ion/Project: 20% Hình thức đánh giá/ - Bài tập lớn / Project assignments (20%) Evaluation - Kiểm tra giữa học kỳ: tự luận, 60 phút, cho phép sử dụng tài liệu/ Midterm examination: writing, opened book, 60 minutes duration (20%) - Thi cuối kỳ: tự luận, 90 phút, cho phép sử dụng tài liệu/ Final examination: writing, opened book, 90 minutes duration (60%) Môn tiên quyết/ Sức bền vật liệu/ Strength of materials CI2007 Prerequisite course Môn học trước/ Previous course Môn song hành/ Co- Cơ học kết cấu/ Mechanics of Structures CI2135 requisite course Học phần thuộc khối  Kiến thức giáo dục đại cương (General education) kiến thức (Knowledge  Kiến thức giáo dục chuyên nghiệp (Professional education) block)  Kiến thức cơ sở ngành (Foundation)  Kiến thức chuyên ngành (Speciality)  Kiến thức ngành (Major)  Kiến thức tốt nghiệp (Graduation) 1
ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC OPEN OPEN ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC Số tín chỉ/Credits 2 (1.2.4) MSMH/ Code CI2091 Số tiết/Periods Tổng/ Total: 45 LT/ TH/ Practice: TN/ BTL/TL/Assignment/P Theory: 15 30 Experiment: 0 resentation: 0 Môn ĐA, TT, LV 0 Tỉ lệ đánh giá/ Grading BT/Assignment: 50% TN/Experime KT/Midterm BTL/TL/ĐA/HW/Prese Thi/Final exam: nt: 0% exam: 0% ntation/Project: 0% 50% Hình thức đánh giá/ - Bài tập viết trên lớp: tối thiểu 2 bài/ In-class writing assignments: min. 2 sets (20%) Evaluation - Bài tập viết trên lớp giữa kỳ: tự luận, 50 – 60 phút, cho phép sử dụng tài liệu/ Midterm examination: writing, opened book, 50 – 60 minutes duration (30%) - Thi cuối kỳ: tự luận, 90 phút, cho phép sử dụng tài liệu/ Final examination: writing, opened book, 90 minutes duration (50%) Môn tiên quyết/ Sức bền vật liệu/ Strength of materials CI2007 Prerequisite course Môn học trước/ Previous course Môn song hành/ Co- Cơ học kết cấu/ Structural mechanics CI2029 requisite course CTĐT ngành (Chuyên - Kỹ thuật Công trình Xây dựng (XD DD&CN)/ Civil Engineering nhành)/ Training field - Công nghệ Kỹ thuật Vật liệu Xây dựng/ Construction Materials - Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông (Cầu Đường)/ Transportation Engineering - Kỹ thuật Công trình Biển (Cảng và Công trình Biển)/ Coastal Engineering - Kỹ thuật Công trình Thủy (Thủy lợi – Thủy điện)/ Hydraulics Engineering (Hydraulics – Hydropower) - Kỹ thuật Cơ sở Hạ tầng/ Infrastructure Engineering Trình độ đào tạo/ Level Đại học/ Bachelor Cấp độ môn học/ 2 Studied year Ghi chú khác/ Other Môn học chung cho các ngành nêu trên trong Khoa; Học 3 tiết/ buổi/ tuần/ Common course notes for above-mentioned training fields in the faculty; Studying 3 hours per class per week. 2
MỤC TIÊU MÔN HỌC Tìm hiểu các tính năng cơ lý của vật liệu bê tông, thép và 1 ứng xử tương tác giữa bê tông và cốt thép Tìm hiểu và phân tích sự làm việc của các cấu kiện bê 2 tông cốt thép (BTCT) căn bản: cấu kiện chịu uốn; cắt; xoắn; nén và chịu kéo. Nguyên lý thiết kế và tính toán cấu kiện BTCT theo 3 phương pháp trạng thái giới hạn. Các nguyên tắc cấu tạo và bố trí cốt thép cho các cấu 4 kiện BTCT NỘI DUNG MÔN HỌC 1 Vật liệu, ứng xử tương tác giữa bê tông và cốt thép. 2 Nguyên lý thiết kế và cấu tạo kết cấu BTCT. Phân tích và thiết kế các cấu kiện BTCT cơ bản (uốn, cắt, 3 nén, xoắn) theo trạng thái giới hạn (TTGH) bền. 4 Ứng xử nứt và tính toán độ võng theo TTGH sử dụng. Thực hành phân tích và thiết kế cho một kết cấu BTCT đơn 5 giản theo tiêu chuẩn TCVN 5574 : 2018. 3
CHUẨN ĐẦU RA MÔN HỌC L.O.1 - Áp dụng các L.O.1.1 - Vận dụng được các kiến thức về đặc tính cơ lý của vật khái niệm và kiến liệu bê tông, cốt thép, sự làm việc chung giữa bê tông và cốt thép; thức về phân tích kết các kiến thức về ứng xử, nguyên lý thiết kế và cấu tạo cấu kiện cấu vào ngành KTXD BTCT căn bản vào phân tích cấu kiện BTCT cơ bản L.O.2.1 - Vận dụng được các yêu cầu cơ bản trong thiết kế L.O.2.2 - Thực hành được qui trình thiết kế L.O.2 - Áp dụng các kiến thức thiết kế kết L.O.2.3 - Thực hành tính toán được tải trọng và tác động cấu vào các công L.O.2.4 - Thực hành tính toán được nội lực trong cấu kiện BTCT trình xây dựng L.O.2.5 - Thực hành được thiết kế cấu kiện theo các TTGH L.O.2.6 - Thực hành được cấu tạo cấu kiện BTCT L.O.3.1 - Thực hành được trình bày thuyết minh tính toán rõ ràng, cẩn thận và khoa học. L.O.3 - Có kỹ năng sử dụng kiến thức để L.O.3.2 - Vận dụng được kiến thức đã học vào phân tích, đề xuất giải quyết các vấn đề phương án thiết kế hợp lý, tính toán các cấu kiện và chi tiết liên kết kỹ thuật trong xây trong kết cấu BTCT dựng L.O.3.3 - Vận dụng được phương pháp và kỹ năng thiết kế bộ phận kết cấu BTCT DANH MỤC CÁC CHƯƠNG Chương 1: Khái niệm chung Đề cương, yêu cầu, đại cương, lịch sử, ưu khuyết điểm, phạm vi sử dụng, phương hướng phát triển Chương 2: Tính chất cơ lý của vật liệu Vật liệu bê tông, thép dùng trong bê tông, tương tác giữa thép và bê tông Chương 3: Nguyên lý thiết kế và cấu tạo Yêu cầu TK, quy trình TK, PP TTGH, TT & THTT & HSTH, PP PTNL, Quy định cấu tạo Chương 4: Cấu kiện chịu uốn Trạng thái ứng suất – biến dạng, dầm tiết diện HCN và chữ T thép cốt đơn, cốt kép KT GHK Chương 5: Cấu kiện chịu cắt và xoắn Các kiểu phá hoại trên tiết diện nghiêng, tính toán cốt đai Chương 6: Cấu kiện chịu nén Cột chịu nén đúng tâm, lệch tâm một phương và hai phương Chương 7: Cấu kiện chịu kéo Cấu kiện chịu kéo đúng tâm và lệch tâm Chương 8: Thiết kế theo TTGH II Ý nghĩa của TTGH II, biến dạng nứt và võng, xác định bề rộng vết nứt và độ võng 4
TÀI LIỆU THAM KHẢO TCVN 5574:2018. Tiêu chuẩn thiết kế bê tông và bê tông cốt thép, NXB Xây 1 dựng, Hà Nội, 2018. TCVN 2737-2023. Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế, Viện Tiêu chuẩn 2 chất lượng Việt Nam (VSQI), 2023. Kết cấu BTCT – Phần cấu kiện cơ bản – Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, 3 Nguyễn Đình Cống – NXB KHKT, 2020 4 Tính toán tiết diện cột BTCT – Nguyễn Đình Cống – NXB Xây dựng, 2007 EC2. Eurocode 2, Design of concrete structures. EN 1992:2004, Part 1 – 1: 5 General rules and rules for buildings. European Committee for Standardization ACI Committee 318, Building code requirements for reinforced concrete and 6 commentary, American Concrete Institute, Detroit, MI, 2014. Chu-Kia, W., Salmon, C.G., Salmon, C., Pincheira, J., and Parra-Montesinos, 7 G.J., Reinforced Concrete Design, 8th Edition, Oxford University Press, 992p, 2017. Mosley, B., Hulse, R., and Bungey, J., Reinforced Concrete Design to EC2, 7th 8 Ed, Red Globe Press, 464p, 2012. THIẾT KẾ KẾT CẤU BTCT 5
CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1 Khái niệm chung 2 Lịch sử phát triển 3 Phân loại 4 Ưu khuyết điểm 5 Phạm vi ứng dụng 6 Phương hướng phát triển KHÁI NIỆM CHUNG Bê tông (concrete) là đá nhân tạo; được tạo thành từ 4 thành tố và một số chất phụ gia (plasticizer, … ), với tỷ lệ khác nhau, tùy vào mục đích và yêu cầu sử dụng. Bê tông = đá, sỏi + cát + xi măng + nước + chất phụ gia 6
KHÁI NIỆM CHUNG D = 1440 D = 1600 D = 24002900 D = 7850 BTCT (reinforced concrete) = bê tông (RC) + cốt thép (steel reinforcing bar – rebar). BT + Cốt thép = BTCT Chịu nén tốt, Chịu kéo, nén Cải thiện khả năng chịu kéo của kéo kém tốt cấu kiện bê tông KHÁI NIỆM CHUNG Tổng (kg) 2335 2285 2324 2384 7
KHÁI NIỆM CHUNG (1420) q1 < q2 Tải trọng – q2 (load) Tải trọng – q1 (load) Chỉ có bê tông Bê tông có cốt thép Kiểu phá hoại (failure mode) Kiểu phá hoại (failure mode) KHÁI NIỆM CHUNG Bốn điều kiện để thép (hoặc vật liệu khác) có thể cùng làm việc với bê tông Khả năng bám dính (bond strength) tốt giữa bê tông 1 và cốt thép (từ 4 đến 6 MPa). Không xảy ra phản ứng hóa học giữa bê tông và cốt 2 thép: pH = 8 ~ 9 Lớp vữa xi-măng trên bề mặt cốt thép bảo vệ chúng 3 không bị ăn mòn Bê tông và cốt thép có hệ số giản nở nhiệt gần 4 bằng nhau (7~12 ×10-6 / C và 10 ×10-6 / C). 8
CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1 Khái niệm chung 2 Lịch sử phát triển 3 Phân loại 4 Ưu khuyết điểm 5 Phạm vi ứng dụng 6 Phương hướng phát triển LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 3000 2500 2000 1500 1000 500 500 1000 1500 BC BC BC BC BC BC 0 AD AD AD Văn minh Hy Lạp Đế chế La Mã 800 BC – 600 AD TK 3 BC 27–470 AD Xi măng Puzzolan The Pantheon The Parthenon 125 AD 438 BC Rome, Ý Athens, Hy Lạp The Colosseum Đấu trường La Mã 69 AD – 82 AD Bê tông là vật liệu xây dựng có tuổi đời tương đối trẻ so với đá, gỗ và kể cả thép 9
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Được cấp bằng Ra đời BTCT, sáng chế xi Joseph-Louis Lambot măng Portland, Xi-măng (1814-1887) vì có màu giống cứng đá ở một hòn trong Sản xuất thép ở quy mô CN Joseph Aspdin đảo miền nam nước nước Anh Henry Bessemer (1778-1855) (1813-1898) 1849 1856 John Smeaton 1824 Joseph Monier (1724-1792) 1774 (1823-1906) “father of civil Matthias Koenen engineering” Francois Hennebique (1848 – 1924) 1867 (1842-1921) 1895 1880 Được cấp nhiều bằng Ván khuôn cho sáng chế sử dụng lưới BTCT toàn khối Phát hiện BT chịu kéo kém thép gia cường cho bê cần đặt thép trong vùng kéo tông, đưa đến hình thành kết cấu BTCT hiện đại. 1928 1960 Eugene Freyssinet (1879-1962) Fazlur Rahman Khan (1929 -1982) Kết cấu BTCT ƯLT đưa ra lý thuyết tính cho nhà cao tầng Ngọn hải đăng Smeaton (1759) LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Francois Hennebique (1842-1921) Cách bố trí thép trong dầm và cột theo Hennebique Eugene Freyssinet (1879-1962) Kết cấu BTCT ƯLT 10
CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1 Khái niệm chung 2 Lịch sử phát triển 3 Phân loại 4 Ưu khuyết điểm 5 Phạm vi ứng dụng 6 Phương hướng phát triển PHÂN LOẠI BÊ TÔNG VÀ CÁC CÔNG TRÌNH BTCT PHÂN LOẠI BÊ TÔNG PHÂN LOẠI CÁC CÔNG TRÌNH BTCT Theo cấu trúc Theo trạng thái ứng suất Theo khối lượng riêng Theo phương pháp thi công Theo thành phần cốt liệu Theo phạm vi sử dụng Một số loại bê tông mới 11
PHÂN LOẠI BÊ TÔNG VÀ CÁC CÔNG TRÌNH BTCT PHÂN LOẠI BÊ TÔNG Theo công dụng Theo cấu trúc Theo thành phần cốt liệu Bê tông làm kết cấu chịu lực Bê tông đặc Bê tông thông thường Bê tông chịu nóng Bê tông tổ ong Bê tông cốt liệu bé Bê tông cách nhiệt Bê tông hạt nhỏ Bê tông chèn đá hộc Bê tông chống xâm thực Theo khối lượng riêng Bê tông tổ ong D = 500-1200 kg/m3 Cellular concrete concrete Bê tông nhẹ D = 800-1400 kg/m3 light weight concrete Bê tông hạt nhỏ D = 1800-2200 kg/m3 fine-aggregate concrete Bê tông nặng D = 2200-2500 kg/m3 heavy-weight concrete Bê tông siêu nặng D > 2600 kg/m3 Very heavy weight concrete PHÂN LOẠI BÊ TÔNG VÀ CÁC CÔNG TRÌNH BTCT PHÂN LOẠI CÁC CÔNG TRÌNH BTCT Theo trạng thái ứng suất KC Bê tông thường plain concrete structures KC Bê tông gia cố thép yếu slightly steel RC structures reinforced concrete KC BTCT structures KC BT ứng lực trước prestressed RC structures Self-stressing or chemical KC BT tự ứng lực prestressing RC structures Steel reinforced concrete KC liên hợp structures Theo phương pháp thi công KC BTCT toàn khối Cast-in-place RC structures KC BTCT bán lắp ghép Semi-precast RC structures KC BTCT lắp ghép precast RC structures 12
CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1 Khái niệm chung 2 Lịch sử phát triển 3 Phân loại 4 Ưu khuyết điểm 5 Phạm vi ứng dụng 6 Phương hướng phát triển ƯU KHUYẾT ĐIỂM CỦA BTCT Ưu điểm Khuyết điểm Khắc phục Chịu lực tốt hơn so với gạch, đá và gỗ, + Dùng bê tông TLBT tương đối lớn đặc biệt là khả năng chịu nén tốt. CĐC, (1800-2500 kg/m3), 1920s : ~15 MPa + Thép – bê tông nên bất lợi khi làm 1950s : ~50 MPa liên hợp, các kết cấu chịu 1992 : ~135 Mpa (Petronas Tower) + Bê tông ứng lực lực có nhịp lớn. 2007 : ~150 Mpa (Burj Khalifa, trước. Dubai, UAE) Dùng cấu kiện đúc Hiện tại : ~800 Mpa (PTN) Thời gian thi công sẵn (thi công lắp kéo dài Các thành phần vật liệu tạo nên bê tông ghép) rất phổ biến trong tự nhiên. Thể tích thay đổi Dễ dàng sản xuất. theo thời gian do đặc tính từ biến và Chịu được mọi loại tải trọng, kể cả động co ngót của bê đất, cháy, nổ… tông, dễ xuất hiện Bền vững theo thời gian và chi phí bảo trì khe nứt. thấp. Có khả năng cách Dùng BT có cấu Có khả năng chịu nhiệt tốt (chống cháy âm kém trúc rỗng tốt hơn thép, gỗ). Có khả năng tái sử dụng cao. 13
ƯU KHUYẾT ĐIỂM CỦA BTCT Khuyết điểm của BTCT toàn khối Khuyết điểm của BTCT lắp ghép Phụ thuộc thời tiết, địa điểm, giao thông Cần diện tích đất cho nhà máy, bãi đổ Khó quản lý chất lượng thi công Vốn đầu tư cho trang thiết bị cao Mất nhiều thời gian chờ ghép coffrage Cần được chuyển giao công nghệ Mất nhiều thời gian chờ BT ninh kết Cần công nhân tay nghề cao CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1 Khái niệm chung 2 Lịch sử phát triển 3 Phân loại 4 Ưu khuyết điểm 5 Phạm vi ứng dụng 6 Phương hướng phát triển 14
PHẠM VI ỨNG DỤNG Xây dựng dân dụng và công nghiệp Xây dựng công trình giao thông Xây dựng công trình thủy lợi Xây dựng công trình cảng, công trình biển Xây dựng đặc biệt: quốc phòng, NM điện nguyên tử… CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1 Khái niệm chung 2 Lịch sử phát triển 3 Phân loại 4 Ưu khuyết điểm 5 Phạm vi ứng dụng 6 Phương hướng phát triển 15
PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN Nghiên cứu tạo ra các loại vật liệu bê tông có các tính năng ưu việt hơn: Về cường độ Về ứng xử - Bê tông có tính dẻo, khả năng ứng xử tốt hơn vật liệu hỗn hợp xi măng cốt sợi Bê tông cốt sợi cường độ 1 Bê tông siêu cường độ (UHSC cường độ cao (HPFRCC - High- siêu cao (UHPFRC - ultra - ultra performance fiber-reinforced high performance fiber high strength concrete) cementitious composites) reinforced concrete) Phát triển các thiết bị, phương pháp thí nghiệm hiện đại nhằm phục vụ cho các 2 thí nghiệm về lĩnh vực vật liệu, kết cấu và chăm sóc sức khỏe cho công trình. Phát triển các phương pháp lý thuyết mới về phân tích, tính toán nội lực và thiết 3 kế kết cấu BTCT. CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1 Khái niệm chung 2 Lịch sử phát triển 3 Phân loại HẾT CHƯƠNG 1 4 Ưu khuyết điểm 5 Phạm vi ứng dụng 6 Phương hướng phát triển 16