Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT
-
1
-
MỤC LỤC
CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP…………… 5
I.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP……………………… 5
I.1.1. Thực chất của bê tông cốt thép thường (BTCT)…………………………………... 5
I.1.2. Thực chất của bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCTƯST). …………………………7
I.2. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN KẾT CẤU BTCT……………………………….. 8
I.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO CỦA KẾT CẤU BTCT……….. 9
I.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo. ………………………………………………………..9
I.3.2. Đặc điểm chế tạo …………………………………………………………………12
CHƯƠNG II : TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU …………………………………..17
II.1. BÊ TÔNG……………………………………………………………………………. 17
II.1.1. Phân loại bê tông…………………………………………………………………17
II.1.1.2. Theo tỷ trọng của bê tông. ……………………………………………………..19
II.1.2. Các tính chất tức thời (ngắn hạn) của bê tông cứng. …………………………….19
II.1.3. Các tính chất dài hạn của bê tông cứng…………………………………………. 22
II. 2. CỐT THÉP………………………………………………………………………….. 27
II.2.1. Cốt thép không dự ứng lực (cốt thép thường) …………………………………...27
II.2.2. Cốt thép dự ứng lực (cốt thép CĐC) …………………………………………….30
CHƯƠNG III: NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO TIÊU CHUẨN 22 TCN 272-05 ……33
III.1. Giới thiệu chung về Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 – 05……………………. 33
III.1.1. Vài nét về Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 18 – 1979………………………… 33
III.1.2. Cơ sở của nội dung Tiêu chuẩn mới 22 TCN 272-05 …………………………..33
III.2. Quan điểm chung về thiết kế………………………………………………………... 34
III.3. Sự phát triển của quá trình thiết kế ………………………………………………….35
III.3.1. Thiết kế theo ứng suất cho phép - ASD (Allowable Stress Design) ……………35
III.3.2.Thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng LRFD (Load and Resistance Factors
Design) ………………………………………………………………………………….35
III.4. Nguyên tắc cơ bản của tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05……………………. 36
III.4.1. Tổng quát ……………………………………………………………………….36
III.4.2. Các trạng thái giới hạn theo 22 TCN 272-05 …………………………………..38
III.5. Tải trọng và tổ hợp tải trọng ………………………………………………………...41
Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT
-
2
-
III.5.1. Phân loại các tải trọng ………………………………………………………..41
III.5.2. Các tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng tương ứng…………………………… 42
III.5.3. Hoạt tải xe thiết kế ……………………………………………………………43
III. 6. Kết cấu bê tông cốt thép…………………………………………………………. 46
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN KẾT CẤU BTCT THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ
DỤNG VÀ TRẠNG THÁI GIỚI HẠN MỎI…………………………………………… 47
IV.1. TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG. …………………………………………..47
III.1.2. Khống chế biến dạng (A5.7.3.6) ………………………………………………..49
IV.1.3. Phân tích ứng suất trong BT, CT của dầm BTCT thường chịu uốn ở TTGHSD 51
IV.1.4. Các giới hạn ứng suất đối với bê tông………………………………………… .57
IV.2. TRẠNG THÁI GIỚI HẠN MỎI …………………………………………………...63
CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP (BTCT) CHỊU UỐN Ở
TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ (TTGHCĐ) …………………………………..64
V.1. QUY ĐỊNH VỀ CẤU TẠO………………………………………………………… 64
V.1.1. Cấu tạo của bản, dầm…………………………………………………………… 64
V.1.2. Chiều cao tối thiểu……………………………………………………………… 66
V.1. 3. Chiều rộng bản cánh hữu hiệu…………………………………………………. 67
V.2. ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA DẦM VÀ CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN CHO TRẠNG
THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ……………………………………………………………67
V.2.1. Đặc điểm chịu lực của dầm……………………………………………………... 67
V.2.2. Các giả thiết cơ bản ……………………………………………………………...69
V.2.3. Các giai đoạn của trạng thái us-bd trên tiết diện thẳng góc của dầm BTCT thường
chịu uốn thuần túy ………………………………………………………………………70
V. 3. CÁC GIỚI HẠN VỀ CỐT THÉP…………………………………………………... 72
V.3.1. Tính dẻo và lượng cốt thép chịu kéo tối đa ……………………………………..72
V.3.2. Cốt thép chịu kéo tối thiểu……………………………………………………… 73
V.4. TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT, BTCT THƯỜNG CHỊU UỐN THUẦN
TÚY………………………………………………………………………………………. 74
V.4.1. Tiết diện chữ nhật đặt cốt thép đơn……………………………………………... 74
V.4.2. Mặt cắt chữ nhật đặt cốt thép kép………………………………………………. 79
V.5. TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN CHỮ T BTCT THƯỜNG CHỊU UỐN THUẦN TÚY…. 85
V.5.1. Trường hợp trục trung hòa đi qua sườn dầm (c > hf) ……………………………86
Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT
-
3
-
V.5.2. Trường hợp trục trung hòa đi qua cánh dầm (c ≤ hf)…………………………… 87
V.6. TÍNH TOÁN MẶT CẮT BTCT DƯL CHỊU UỐN THUẦN TÚY………………… 91
V.6.1. Trường hợp cốt thép DƯL có dính bám………………………………………… 91
V.6.2. Trường hợp cốt thép DƯL không dính bám……………………………………. 93
V.7. MẤT MÁT DỰ ÚNG LỰC. …………………………………………………………93
V.7.1. Tổng mất mát ứng suất trước…………………………………………………… 93
V.7.2. Các mất mát ứng suất tức thời.............................................................................. 93
V.7.3. Các mất mát ứng suất theo thời gian ……………………………………………95
CHƯƠNGVI : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẮT VÀ XOẮN ……………………………..97
VI.1. MÔ HÌNH CHỐNG VÀ GIẰNG (strut and tie models) …………………………..97
VI.1.1. Nguyên lý chung và phạm vi áp dụng …………………………………………97
VI.1.2. Phân chia kết cấu thành các vùng B và D: ……………………………………99
VI.1.3. Một số mô hình tiêu biểu. …………………………………………………….102
VI.1.4. Các bộ phận của mô hình chống và giằng : …………………………………..106
VI.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ, CÁC YÊU CẦU CHUNG ………………….108
VI.2.1. Các phương pháp thiết kế …………………………………………………….108
VI.2.2. Các yêu cầu chung ……………………………………………………………108
VI.3. MÔ HÌNH THIẾT KẾ THEO MẶT CẮT ……………………………………….110
CHƯƠNG VII: CẤU KIỆN CHỊU NÉN ………………………………………………..120
VII.1. KHÁI NIỆM ………………………………………………………………………120
VII.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO …………………………………………………………..120
VII.2.1. Mặt cắt ngang…………………………………………………………………120
VII.2.2. Vật liệu………………………………………………………………………..120
VII.3. PHÂN LOẠI CỘT THEO KHẢ NĂNG CHỊU LỰC……………………………..123
VII.5. KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA CỘT NGẮN……………………………………..124
VII.5.1. Cột ngắn chịu nén đúng tâm ………………………………………………….124
VII.5.3. Cột ngắn chịu nén lệch tâm, tiết diện tròn ……………………………………129
VII.6. KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA CỘT DÀI (CỘT MẢNH) ………………………130
VII.6.1. Hệ số điều chỉnh chiều dài hữu hiệu K ………………………………………131
VII.6.3. Trình tự tính toán cột mảnh…………………………………………………. 133
Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT
-
4
-
VI.7. CỘT CHỊU NÉN LỆCH TÂM THEO HAI PHƯƠNG………………………… 134
CHƯƠNG VIII:CHI TIẾT CỐT THÉP…………………………………………… 140
VIII.1. CÁC MÓC CỐT THÉP VÀ ĐỘ UỐN CONG……………………………….. 140
VIII.1.1. Móc tiêu chuẩn (hình 7.1) …………………………………………………140
VIII.1.2. Đường kính uốn cong tối thiểu…………………………………………… 140
VIII.2. KHOẢNG CÁCH BẢO VỆ CỐT THÉP. ……………………………………..141
VIII.2.1. Lớp bảo vệ…………………………………………………………………141
VIII.2.3. Khoảng cách tối đa………………………………………………………...145
VIII.3. TRIỂN KHAI CỐT THÉP……………………………………………………..145
VIII.3.1. Triển khai cốt thép chịu kéo……………………………………………….145
Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT
-
5
-
CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP
****************************
I.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP.
I.1.1. Thực chất của bê tông cốt thép thường (BTCT).
- Khái niệm: Bê tông cốt thép là một loại vật liệu xây dựng hỗn hợp do hai vật liệu thành phần
có đặc trưng cơ học khác nhau là bê tông và thép cùng phối hợp chịu lực với nhau một cách
hợp lý và kinh tế.
+ Bê tông là một loại đá nhân tạo, thành phần bao gồm cốt liệu ( đá dăm, sỏi, cát) và
chất kết dính ( xi măng) , nước và phụ gia (nếu có). Bê tông có đặc điểm là khả năng chịu nén
tốt hơn khả năng chịu kéo rất nhiều (10 20 lần).
+ Thép là vật liệu có khả năng chịu kéo và chịu nén đều tốt tương đương nhau.
- Như vậy, việc sử dụng riêng bê tông để làm các cấu kiện chịu lực có phát sinh ứng suất kéo
(cấu kiện chịu kéo, uốn, kéo nén lệch tâm,...) sẽ là không hợp lý.
- Để thấy được sự cộng tác chịu lực giữa bê tông và cốt thép ta xem xét hai thí nghiệm sau:
TTH
P
ct
f
fcc
TN1:
Vï ng chÞu nÐn
Vï ng chÞu kÐo
VÕt nøt th¼ng gãc duy nhÊt
Hình 1.1 - Dầm bê tông không cốt thép.
+ Khi tải trọng P trong hình 1.1 tăng dần thì tại vùng chịu kéo (thớ dưới dầm) vết nứt
đầu tiên sẽ xuất hiện tại khu vực giữa dầm (khu vực có M max) khi ứng suất kéo fct fctu (c =
concrete, t = tensile, u = ultimate), trong khi đó thì ứng suất nén ở thớ trên fcc << fccu (c =
concrete, c = compress).
+ Khi P tiếp tục tăng thì vết nứt đầu tiên đó sẽ càng mở rộng và nâng cao, phần chịu
nén thu hẹp dần cho tới khi dầm bị phá hoại. Sự phá hoại này sẽ xảy ra trong khi các tiết diện
khác của dầm vẫn chưa bị phá hoại (chưa nứt), nên sự phá hoại này là đột ngột (phá hoại
giòn). Đồng thời, ta thấy khi dầm bị phá hoại thì khả năng chịu lực của vật liệu, nhất là khả
năng chịu nén của bê tông vẫn chưa được khai thác hết, khả năng chịu mô men của dầm nhỏ
không hợp lý.
+ Nếu ta đặt thêm cốt thép dọc vào vùng chịu kéo của dầm như hình 1.2 (ta cũng có
thể dùng một số loại cốt liệu khác như tre nứa, thủy tinh, polime,...) ta được một loại vật