Giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép (Ngành: Công nghệ kỹ thuật công trình xây dựng - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Xây dựng số 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:116

Thêm vào BST

Báo xấu

9
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Kết cấu bê tông cốt thép (Ngành: Công nghệ kỹ thuật công trình xây dựng - Cao đẳng)" được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp sinh viên nắm được các kiến thức về: Những vấn đề cơ bản về Bê tông cốt thép; cấu kiện chịu uốn; sàn sườn toàn khối; cấu kiện chịu nén lệch tâm; khung bê tông cốt thép toàn khối;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép (Ngành: Công nghệ kỹ thuật công trình xây dựng - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Xây dựng số 1

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG SỐ 1 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: 368ĐT/QĐ-CĐXD1 ngày 10 tháng 8 năm 2021 của Hiệu trưởngTrường Cao đẳng Xây dựng số 1 -2-
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách bài giảng nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. -3-
LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP là giáo trình nội bộ được biên soạn nhằm phục vụ cho giảng dạy và học tập cho hệ Cao đẳng ở trường Cao đẳng Xây dựng số 1, thuộc chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật công trình xây dựng. KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP là môn học chuyên ngành nhằm cung cấp các kiến thức về tính toán, bố trí thép, đọc bản vẽ các cấu kiện bê tông cốt thép. Giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép do được viết theo đề cương môn học Kết cấu Bê tông cốt thép, tuân thủ theo các quy tắc thống nhất của Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) và Tiêu chuẩn Quốc tế (ISO). Ngoài ra giáo trình còn bổ sung thêm một số kiến thức mà trong các giáo trình trước chưa đề cập tới. Nội dung gồm 6 bài sau: Bài 1. Những vấn đề cơ bản về Bê tông cốt thép Bài 2: Cấu kiện chịu uốn Bài 3: Sàn sườn toàn khối Bài 4: Cấu kiện chịu nén lệch tâm Bài 5: Khung bê tông cốt thép toàn khối Bài 6: Nhà cao tầng Trong quá trình biên soạn, nhóm giảng viên Bộ môn Kết cấu của Trường Cao đẳng Xây dựng Số 1 - Bộ Xây dựng, đã được sự động viên quan tâm và góp ý của các đồng chí lãnh đạo, các đồng nghiệp trong và ngoài trường. Mặc dù có nhiều cố gắng, nhưng trong quá trình biên soạn, biên tập và in ấn khó tránh khỏi những thiếu sót. Chúng tôi xin được lượng thứ và tiếp thu những ý kiến đóng góp. Chúng tôi xin trân trọng cảm ơn! Hà nội, ngày tháng năm 2020 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: Ths. Trần Thị Kim Thúy 2. Ths. Phan Thanh Điệp 3. Ths. Nguyễn Xuân Bách 4. Ths. Đỗ Phi Long -4-
MỤC LỤC -----000----- Lời giới thiệu 4 Bài 1. NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP I. Khái niệm chung 6 1. Khái niệm 6 2. Sự làm việc của bê tông và cốt thép 6 II. Tính chất cơ lý của vật liệu. 7 1. Bê tông 7 2. Cốt thép 8 3. Bê tông cốt thép 12 III. Nguyên lý tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn 15 1. Khái niệm về trạng thái giới hạn 15 2. Các trạng thái giới hạn 15 3. Các loại tải trọng 16 4. Cường độ tính toán của vật liệu 16 Bài 2. CẤU KIỆN CHỊU UỐN I. Đặc điểm cấu tạo 23 1. Đặc điểm cấu tạo của bản (sàn) 23 2. Đặc điểm cấu tạo dầm 23 II. Sự làm việc của dầm 26 1. Thí nghiệm 26 2. Trạng thái ứng suất biến dạng trên tiết diện thẳng góc 27 III. Tính toán cấu kiện chịu uốn có tiết diện chữ nhật theo cường độ trên 28 tiết diện thẳng góc 1. Cấu kiện chịu uốn có tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn 28 2. Cấu kiện chịu uốn có tiết diện chữ nhật đặt cốt kép 32 3. Ví dụ tính toán 36 IV. Tính toán cấu kiện chịu uốn có tiết diện chữ T theo cường độ trên 39 tiết diện thẳng góc 1. Đặc điểm cấu tạo 39 2. Sơ đồ ứng suất và các công thức cơ bản tiết diện T thuận 39 3. Các bài toán cơ bản 41 4. Ví dụ tính toán 41 V. Tính toán cấu kiện chịu uốn theo cường độ trên tiết diện nghiêng 45 1. Sự phá hoại trên tiết diện nghiêng 45 2. Điều kiện tính toán cốt thép chịu lực cắt 45 3. Chọn cốt đai theo cấu tạo 46 4. Ví dụ tính toán 46 VI. Thống kê cốt thép 50 VII. Bản đơn làm việc một chiều 50 1. Khái niệm 52 2. Các trường hợp tính toán 52 -5-
3. Nội lực 52 4. Thiết kế cốt thép 53 VIII. Bản đơn làm việc hai chiều 53 1. Khái niệm 53 2. Các trường hợp tính toán 53 3. Nội lực 54 4. Thiết kế cốt thép 54 IX. Thống kê cốt thép 56 Bài 3. SÀN SƯỜN TOÀN KHỐI I. Khái niệm chung 58 II. Phân loại 58 III. Tính toán dầm liên tục 58 1. Tính nội lực theo sơ đồ biến dạng dẻo 58 2. Tính nội lực theo sơ đồ đàn hồi 59 3. Bố trí cốt thép 60 4. Tính toán sàn liên tục bê tông cốt thép 61 5. Thống kê thép 72 Bài 4. TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU NÉN I. Đặc điểm cấu tạo 78 II. Cấu kiện chịu nén lệch tâm 80 III. Tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm tiết diện chữ nhật 81 1. Cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn có tiết diện chữ nhật 81 2. Cấu kiện chịu nén lệch tâm bé có tiết diện chữ nhật 83 3. Bài toán cơ bản 83 Bài 5. KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI I. Khái niệm. 94 II. Trình tự thiết kế 94 III. Tải trọng tác dụng lên khung 95 IV. Nội lực khung 98 V. Tổ hợp nội lực 98 VI. Tính toán cốt thép 99 VII. Cấu tạo nút khung 99 VIII. Bản vẽ khung 104 Bài 6. NHÀ CAO TẦNG I. Khái niệm 108 II. Các cấu kiện chịu lực cơ bản 109 III. Các hệ kết cấu chịu lực cơ bản 109 IV. Các biện pháp cấu tạo kết cấu chịu lực cho kết cấu BTCT toàn khối 110 -6-
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Mã môn học: MH19 Vị trí, tính chất của môn học - Vị trí: Môn học được bố trí ở cuối học kỳ II - Tính chất: Là môn học chuyên môn - Ý nghĩa và vai trò của môn học: Môn học có ý nghĩa và vai trò quan trọng trong chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật công trình xây dựng. Mục tiêu môn học - Kiến thức Sau khi kết thúc môn học, sinh viên trình bày được: + Khái niệm cơ bản về bê tông cốt thép; + Các quy định về đoạn neo, uốn, nối cốt thép, lớp bê tông bảo vệ và khoảng hở giữa các thanh thép; + Cấu tạo cốt thép của các cấu kiện chịu uốn, chịu nén lệch tâm; + Các bước tính toán cốt thép cho cấu kiện chịu uốn; + Đặc điểm cấu tạo và các kết cấu chịu lực nhà cao tầng. - Kỹ năng Sau khi kết thúc môn học, sinh viên: + Tính toán được các đoạn neo, uốn, nối cốt thép trong các cấu kiện dầm, sàn, cột; + Tính toán được cốt thép cho các cấu kiện chịu uốn; + Đọc và hiểu bản vẽ kết cấu bê tông cốt thép; + Bố trí và thống kê được cốt thép cho các cấu kiện chịu lực cơ bản: Dầm đơn, bản đơn, cột chịu nén lệch tâm và kết cấu sàn sườn đổ liền khối, khung bê tông cốt thép toàn khối. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm + Sinh viên có thể làm việc độc lập hoặc tham gia nhóm; + Sinh viên rèn được tính cẩn thận, chính xác trong công việc. Nội dung môn học: -7-
BÀI 1. NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Giới thiệu: Bài 1 trình bày những vấn đề cơ bản về Kết cấu Bê tông cốt thép: Tính chất, sự làm việc của bê tông cốt thép; Phân loại kết cấu bê tông cốt thép; Xác định các đoạn neo, uốn, nối thép, khoảng hở, lớp bê tông bảo vệ cốt thép; Giới thiệu các loại trạng thái giới hạn trong tính toán kết cấu. Mục tiêu: - Xác định được vị trí đặt cốt thép trong cấu kiện bê tông cốt thép. - Phân biệt được các loại kết cấu bê tông cốt thép. - Xác định được các đoạn neo, uốn, nối cốt thép và các khoảng hở, lớp bê tông bảo vệ cốt thép. - Phân biệt được các trạng thái giới hạn và phạm vi tính toán. -8-
§1. KHÁI NIỆM CHUNG 1. Khái niệm − BTCT là một loại vật liệu xây dựng phức hợp do bê tông và cốt thép cùng cộng tác với nhau để chịu lực. − Bê tông là vật liệu giòn, được chế tạo từ ximăng, cát, sỏi thành một thứ đá nhân tạo có khả năng chịu nén tốt nhưng khả năng chịu kéo lại rất kém. Cốt thép là vật liệu chịu kéo và chịu nén đều tốt. Do vậy, cốt thép được đặt vào trong bê tông để tăng cường khả năng chịu lực cho kết cấu. 2. Sự làm việc của bê tông và cốt thép 2.1.Vị trí đặt cốt thép trong cấu kiện bê tông cốt thép − Cốt thép được đặt trong vùng chịu kéo của cấu kiện BTCT để chịu kéo thay cho bêtông. − Cốt thép được đặt trong vùng chịu nén của cấu kiện BTCT để tăng khả năng chịu lực, giảm kích thước tiết diện. − Cốt thép đặt theo cấu tạo. 2.2 . Nguyên nhân để bê tông và cốt thép cùng cộng tác chịu lực − Lực dính giúp cho bê tông và cốt thép dính chặt vào nhau, đảm bảo sự truyền lực từ bê tông sang cốt thép và ngược lại. Nhờ có lực dính mà cường độ của cốt thép mới được khai thác, bề rộng vết nứt bê tông vùng kéo được hạn chế….Do đó cần phải tăng cường lực dính giữa bê tông và cốt thép. − Giữa bê tông và cốt thép không xảy ra phản ứng hoá học. Bê tông còn bao bọc, bảo vệ cốt thép chống lại các tác dụng ăn mòn của môi trường. − Hệ số giãn nở nhiệt của cốt thép và bê tông gần như nhau (hệ số giãn nở nhiệt của bê tông từ 0,000010 đến 0,000015; hệ số giãn nở nhiệt của thép là 0,000012). 3. Phân loại bê tông cốt thép a.Theo phương pháp thi công − Bê tông cốt thép toàn khối (bê tông cốt thép đổ tại chỗ) − Bê tông cốt thép lắp ghép − Bê tông cốt thép nửa lắp ghép b.Theo trạng thái ứng suất khi chế tạo và sử dụng − Bê tông cốt thép thường − Bê tông cốt thép ứng lực trước -9-
§2. TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU 1. Bê tông 1.1. Cấp độ bền của bê tông a. Cấp độ bền chịu nén của bê tông (kí hiệu là B) − Cấp độ bền chịu nén (B) là con số được lấy bằng cường độ đặc trưng của mẫu thử chuẩn, tính theo đơn vị MPa. Mẫu thử chuẩn là khối vuông, cạnh a = 15 cm. − Bê tông có các cấp độ bền: B3,5; B5; B7,5; B10; B12,5; B15; B20; B25; B30; B35; B40; B45; B50; B55; B60. − Tương quan giữa cấp độ bền B và mác M của cùng một loại bê tông là: B =  M (1.1) KG 1 trong đó:  - hệ số đổi đơn vị từ 2 sang MPa;  =  0,1 cm 9,81  - hệ số chuyển đổi từ cường độ trung bình sang cường độ đặc trưng, với v = 0,135 thì  = (1 − s ) = 0,778 b. Cấp độ bền chịu kéo của bê tông (kí hiệu là Bt ) − Cấp độ bền chịu kéo (Bt ) được lấy bằng cường độ đặc trưng về kéo của bêtông theo đơn vị MPa. − Bêtông có các cấp độ bền chịu kéo sau: Bt0,5; Bt0,8; Bt1,2; Bt1,6; Bt 2,0; Bt2,4; Bt2,8; Bt3,2; Bt3,6; Bt4,0. 1.2. Biến dạng của bê tông a. Biến dạng do tải trọng tác dụng ngắn hạn Làm thí nghiệm nén mẫu hình trụ có chiều dài l , diện tích tiết diện A . Nén mẫu với lực P tăng dần. Lập quan hệ ứng suất biến dạng, ta được đồ thị là một đường cong OBC. Điểm C ứng với lúc mẫu bị phá hoại, lúc này  b = Rlt và  b =  b  ( hình 1.1) Rlt : cường độ của mẫu thử hình trụ  b : biến dạng cực hạn của bêtông  Hình 1.1: Biểu đồ ứng suất - biến dạng của bê tông - 10 -
− Dưới tác dụng của tải trọng P mẫu có biến dạng  . Thôi tác dụng tải trọng mẫu sẽ khôi phục biến dạng nhưng không đạt đến kích thước ban đầu mà còn bị hụt một lượng  2 ( hình 1.2 ) + Phần biến dạng phục hồi  1 là biến dạng đàn hồi. + Phần biến dạng không hồi phục  2 được gọi là biến dạng dẻo. 1  Tương ứng có biến dạng tỉ đối đàn hồi  el = và biến dạng dẻo  pl = 2 . l l  a) a P) b) b)  B P b  2  1 2 B . . 1 . l l  0 pl pl el 0 D . .  el   Hình 1.2 Thí nghiệm và biểu đồ thể hiện biến dạng đàn hồi – dẻo của bê tông − Bêtông là vật liệu đàn hồi – dẻo. Biến dạng toàn phần:  b =  el +  pl  el  Tỉ số = : hệ số đàn hồi;  = pl - hệ số dẻo của bêtông b b − Khi  b còn nhỏ biến dạng chủ yếu là đàn hồi, quan hệ  −  gần như đường thẳng, hệ số   1 . Với ứng suất lớn biến dạng dẻo tăng lên, hệ số đàn hồi giảm, còn hệ số dẻo tăng. Ở giai đoạn phá hoại biến dạng dẻo chiếm phần lớn. b. Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn Từ biến: là hiện tượng khi ứng suất không tăng mà biến dạng vẫn tăng theo thời gian.   b) C b B C b B 0 b c  0 t Hình 1.3: Đồ thị biểu diễn từ biến của bêtông Hình 1.3a thể hiện sự tăng biến dạng khi  b không đổi, tác dụng lâu dài. Hình 1.3b thể hiện sự tăng biến dạng theo thời gian t. - 11 -
− Khi ứng suất b tương đối bé (chưa vượt quá 0,7R) thì từ biến có giới hạn, đường cong BC ở hình 1.3b có tiệm cận nằm ngang. − Khi b khá lớn (  b  0,85R ) thì từ biến phát triển không ngừng dẫn đến mẫu thử bị phá hoại. Đó là sự giảm cường độ của bê tông khi tải trọng tác dụng lâu dài. − Các nhân tố ảnh hưởng đến từ biến: + Biến dạng ban đầu lớn thì biến dạng từ biến cũng lớn. + Tuổi của bê tông khi bắt đầu chịu tải càng lớn thì từ biến giảm. + Trong môi trường ẩm ướt từ biến ít hơn trong môi trường khô. + Trong thành phần bê tông khi tỉ lệ nước – xi măng càng lớn và độ cứng cốt liệu bé thì từ biến tăng. c. Biến dạng do co ngót − Co ngót là hiện tượng bê tông giảm thể tích khi khô cứng trong không khí. Co ngót xảy ra chủ yếu trong giai đoạn khô cứng đầu tiên của bê tông. − Trong môi trường khô co ngót lớn hơn trong môi trường ẩm. − Độ co ngót tăng lên khi dùng nhiều ximăng, dùng nhiều ximăng hoạt tính cao, khi tăng tỉ lệ nước – xi măng, khi dùng nhiều cốt liệu có độ rỗng, cát mịn, dùng chất phụ gia (trừ việc dùng phụ gia trương nở). → Để hạn chế sự co ngót, ngoài việc phải chọn thành phần thích hợp, hạn chế lượng nước trộn còn cần đầm chặt chặt bê tông, bảo dưỡng bê tông trong giai đoạn đầu, làm các khe co dãn trong kết cấu…. d. Biến dạng do thay đổi nhiệt độ − Biến dạng do thay đổi nhiệt độ là biến dạng thể tích do nhiệt độ thay đổi. − Biến dạng nhiệt phụ thuộc vào hệ số nở vì nhiệt của bê tông t. Hệ số này phụ thuộc vào loại ximăng, cốt liệu và trạng thái ẩm của bê tông. Thông thường khi nhiệt độ thay đổi trong khoảng 0 - 100 o C lấy  t = 1.10 −5 để tính toán. 2. Cốt thép 2.1. Phân loại cốt thép a. Phân loại theo thành phần hóa học − Thép cácbon CT3 và CT5 với tỉ lệ cacbon là 3 và 5 phần nghìn. Khi tăng tỉ lệ các bon cường độ của thép tăng, độ dẻo giảm và thép trở nên khó hàn. − Thép hợp kim thấp: ngoài cacbon ra, trong thành phần của nó còn có thêm một số nguyên tố khác như măng gan, crôm, silic, titan…….nhằm năng cao cường độ, cải thiện một số tính chất của thép. b. Phân loại theo phương pháp chế tạo − Cốt cán nóng: Cốt thép được chế tạo bằng cách nung chảy phôi thép rồi cán qua các khuôn có hình dạng và kích thước định trước. - 12 -
+ Cốt thép có đường kính từ 10 mm trở lên được sản xuất thành từng thanh (thường chiều dài thanh: l= 11,7m) + Cốt thép dưới 10 mm được sản xuất thành cuộn, mỗi cuộn có trọng lượng dưới 500kG. − Một số cốt thép sau khi cán nóng còn có thể được gia công nguội như kéo nguội (dập nguội). Cốt thép cũng có thể được gia công nhiệt bằng cách nung nóng đến nhiệt độ 950o C trong khoảng một phút rồi tôi nhanh vào nước hoặc dầu, sau đó nung trở lại đến 400o C và để nguội từ từ nhằm làm cho thép có độ dẻo cần thiết. Cốt thép qua gia công nhiệt có cường độ cao hơn thép bình thường. − Về hình thức cốt thép được sản xuất thành các thanh tiết diện tròn mặt ngoài nhẵn (cốt thép tròn trơn) hoặc mặt ngoài có gờ (cốt thép có gờ hoặc cốt thép vằn). Hình 1.4: Một số loại cốt thép có gờ c. Phân loại theo nhóm cốt thép − Tiêu chuẩn Nhà nước TCVN 1651 – 1985 về “Thép cán nóng, thép cốt bê tông” phân cốt thép thành bốn nhóm: CI, CII, CIII, CIV. + Cốt thép nhóm CI được sản xuất thành loại tròn trơn. + Cốt thép nhóm CII có gờ xoắn vít theo một chiều + Cốt thép nhóm CIII, CIV có gờ xiên theo hai chiều, kiểu xương cá (h.1.4). + Cốt thép nhóm CI, CII là loại dễ hàn, nhóm CIII khó hàn hơn còn nhóm CIV không hàn được bằng hồ quang. − Theo TCVN 1651:2008- Thép cốt bê tông, thép được phân thành các nhóm CB240T, CB300T, CB300V, CB400V, Cb500V. − Mỗi nước sản xuất cốt thép có cách phân loại theo tiêu chuẩn riêng, ví dụ như: + Theo tiêu chuẩn của Nga cũ : AI, AII, AIII, AIV, AV,AVI + Theo tiêu chuẩn Nga CΠ 52-101-2003 : A240, A300, A400, A500… 2.2. Tính chất cơ học của cốt thép a . Biểu đồ ứng suất - biến dạng, cốt thép dẻo, cốt thép rắn − Tính năng cơ học của cốt thép phụ thuộc vào thành phần hoá học và công nghệ chế tạo. - 13 -
− Thí nghiệm kéo mẫu thép và vẽ biểu đồ quan hệ ứng suất  và biến dạng  . Dựa vào biểu đồ quan hệ  −  phân biệt : cốt thép dẻo và cốt thép rắn. − Cốt thép dẻo: là loại cốt thép có thềm chảy rõ ràng, biến dạng cực hạn  s* = 0,15  0,25 gồm một số thép các bon thấp và hợp kim thấp cán nóng. Biểu đồ  -  của thép dẻo được thể hiện trên hình 1.5a : + Đoạn thẳng xiên OA ứng với giai đoạn làm việc đàn hồi, quan hệ giữa  -  theo luật bậc nhất. + Đoạn nằm ngang AB ứng với trạng thái chảy dẻo, biến dạng tăng trong khi ứng suất không tăng, gọi là thềm chảy → xác định được giới hạn chảy của cốt thép y. + Đoạn cong BC ứng với giai đoạn sau khi chảy dẻo, ứng suất và biến dạng tiếp tục tăng lên cho đến khi thép bị kéo đứt, xác định được giới hạn bền B và biến dạng cực hạn  s* . Giới hạn bền B lớn hơn giới hạn chảy y khoảng 20 – 40%. a) b)  c)   B 1500 C B A 1000 C y AB 500 0  s  0  s  0.1 0.2 0.3  Hình 1.5: Biểu đồ  −  của các loại thép − Cốt thép rắn: là loại cốt thép có giới hạn chảy không rõ ràng, người ta xác định giới hạn chảy quy ước, biến dạng cực hạn  s* = 0,05  0,1 . Các cốt thép qua gia công nguội và gia công nhiệt thường thuộc loại này. Biểu đồ  −  thể hiện trên hình 1.5b : + Đoạn thẳng OA ứng với trạng thái làm việc đàn hồi. + Đoạn cong AC ứng với giai đoạn cốt thép có biến dạng dẻo. − Hình 1.5c thể hiện chung một số đồ thị của thép dẻo và thép rắn. b. Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo − Khi kéo thép trong giới hạn đàn hồi (chưa đến điểm A) rồi giảm tải thì toàn bộ biến dạng được khôi phục. − Khi kéo thép đến điểm D nào đó vượt quá giới hạn đàn hồi rồi giảm tải thì đồ thị  −  là đường thẳng DO’ song song với OA, không trở về gốc mà vẫn còn một phần biến dạng không hồi phục, đó là biến dạng dẻo εpl (hình 1.6). - 14 -
a) b) c)  D C B' A A y B A D O' O' O' 0  pl 0  pl 0 0.2%  Hình 1.6: Biến dạng dẻo của cốt thép c. Độ dẻo của cốt thép thép Độ dẻo của cốt thép có ảnh hưởng lớn đến việc gia công ( uốn gập, uốn móc..) và ảnh hưởng đến sự làm việc của bê tông cốt thép. Cốt thép có độ dẻo thấp có thể bị đứt hoặc gẫy một cách đột ngột. d. Tính hàn được − Tính hàn được của cốt thép biểu thị bởi sự đảm bảo liên kết chắc chắn khi hàn nối cốt thép, không có vết nứt, không có khuyết tật ở kim loại mối hàn. − Không được hàn các cốt thép qua gia công nhiệt, cốt thép rắn có cường độ cao. 2.3. Neo, uốn, nối cốt thép. a. Neo cốt thép: − Để cốt thép phát huy hết được khả năng chịu lực cần neo chắc đầu mút của nó vào bê tông ở vùng liên kết, gối tựa + Đối với cốt thép trong khung và lưới hàn cũng như cốt thép chịu nén trong cột thì đầu mút để thẳng. + Cốt thép tròn trơn chịu kéo trong khung hoặc lưới buộc được uốn móc . + Cốt thép có gờ trong khung hoặc lưới buộc có thể thẳng hoặc dùng neo gập với góc  = 45 ÷ 900 − Đoạn neo cốt thép kể từ mút thanh đến tiết diện vuông góc với trục cấu kiện mà ở đó nó được sử dụng toàn bộ khả năng chịu lực, không được nhỏ hơn giá trị l an xác định theo công thức:  R  l an =   an s +  an    (1.2)  Rb  và không được nhỏ hơn giá trị lan = an và lmin * Trong đó : Rs - cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép Rb - cường độ chịu nén tính toán của bê tông  : đường kính của cốt thép - 15 -
− Các trị số của an ; an;  an ; lmin cho trong bảng Hệ số an và an Điều kiện làm việc của cốt Cốt thép tròn Hệ số lmin Cốt thép có gờ  an (mm) thép trơn an an an an 1. Đoạn neo cốt thép a. Chịu kéo trong bêtông 0,7 20 1,2 20 11 250 chịu kéo b.Chịu nén hoặc kéo trong 0,5 12 0,8 15 8 200 vùng bêtông chịu nén 2. Nối chồng cốt thép a. Trong bêtông chịu kéo 0,9 20 1,55 20 11 250 b. Trong bêtông chịu nén 0,65 15 1 15 8 200 b. Nối cốt thép: Các phương pháp nối: 2 * Nối chồng( Nối buộc): 1 Sự truyền lực giữa bê tông và cốt thép thông lan qua lực dính nên trong đoạn nối phải tăng cường cốt đai và khi thi công phải đặc biệt chú ý đảm bảo 2 chất lượng bêtông ở vùng này. 1 Chú ý: + Không nên nối chồng các thanh có  > 30 mm. lan + Không được nối chồng các thanh  > 36 mm. Hình 1.7: Nối chồng cốt thép + 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 hàn (Hàn đối đầu tiếp xúc hoặc hàn hồ quang) − Hàn đối đầu tiếp xúc (hình 1.8a): Được thực hiện bằng các máy hàn chuyên dụng,  dùng nối các thanh   10 mm và 1  0,85 . 2 − Hàn hồ quang: Dùng dòng điện cường độ lớn nung chảy kim loại của que hàn và thép cần hàn để liên kết chúng với nhau. Có thể hàn theo 3 cách : - 16 -
+ Hàn hồ quang dùng thanh kẹp (hình 1.8b) + Hàn hồ quang không dùng thanh kép (hình 1.8c) + Hàn đối đầu trong máng (hình 1.8d) a) c) lh d2 b) lh d) Hình 1.8: Nối hàn cốt thép − 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: Mối hàn chín ( Bề mặt mối hàn mịn, không rỗ, trong phạm vi mối hàn không có khuyết tật ; khi thí nghiệm kéo thì cốt thép bị đứt ở ngoài phạm vi mối hàn) 3. Bê tông cốt thép 3.1. Lực dính Lực dính bám giữa cốt thép và bê tông là yếu tố cơ bản bảo đảm sự làm việc chung của hai loại vật liệu, làm cho cốt thép và bê tông cùng biến dạng với nhau và có sự truyền lực qua lại giữa chúng. a. Thí nghiệm xác định lực dính − Thí nghiệm bằng cách kéo hoặc nén cho cốt thép tuột khỏi bê tông (h.1.9). Cường độ trung bình của lực dính  được xác định theo biểu thức: P  = (1.3) l trong đó : P – lực kéo (hoặc nén) làm cốt thép tuột khỏi bê tông  – đường kính cốt thép l – chiều dài đoạn cốt thép chôn trong bê tông − Kết quả thí nghiệm cho thấy sự phân bố lực dính dọc theo đoạn cốt thép là không đều, nó bằng không ở hai đầu mút và đạt giá trị  max ở nơi cách tiết diện đầu tiên một khoảng C - 17 -
1 1 C =   l  4 3 P  =  max hoặc  max= (1.4) l trong đó:  - hệ số biểu đồ lực dính,  < 1  P c max max l l c  P Hình 1.9: Thí nghiệm xác định lực dính − Chú ý: Để thí nghiệm làm cốt thép tụt khỏi bê tông thì chiều dài đoạn l phải được hạn chế trong một phạm vi nào đó. Nếu l quá lớn thì thí nghiệm cốt thép có thể bị kéo hoặc nén quá giới hạn chảy mà không bị tụt. b.Các nhân tố tạo nên lực dính − Lực ma sát: Khi bê tông khô cứng, do ảnh hưởng của co ngót mà bê tông ôm chặt lấy cốt thép, tạo nên lực ma sát giữa chúng. − Sự bám: Với cốt thép có gờ, phần bê tông nằm dưới các gờ chống lại sự trượt của cốt thép. − Lực dán: Keo xi măng có tác dụng như một thứ hồ dán cốt thép vào bê tông. Với cốt thép tròn trơn nhân tố lực ma sát là chủ yếu. Với cốt thép có gờ nhân tố bám là quan trọng. Lực dán chỉ chiếm một phần nhỏ trong giá trị của  . 3.2. Lớp bê tông bảo vệ − Lớp bê tông bảo vệ là phần bê tông được tính từ mép ngoài của cấu kiện đến mép ngoài gần nhất của cốt thép. − Phân biệt lớp bê tông bảo vệ của cốt thép dọc chịu lực C2 và lớp bảo vệ của cốt thép cấu tạo,cốt thép đai C1 (hình 1.10a). - 18 -
Ðæbª t«ng a) b) t c) t C2 C1 C1 t >1.5 C2 Hình 1.10: Lớp bảo vệ và khoảng hở của cốt thép − Chiều dày lớp bê tông bảo vệ không được nhỏ hơn đường kính của thanh cốt thép tương ứng và không được bé hơn giá trị C0 được lấy như sau: a.Với cốt thép chịu lực (C2) − Trong bản và tường có chiều dày: + Từ 100 mm trở xuống C0 = 10 mm (15 mm) + Trên 100 mm C0 = 15 mm (20 mm) − Trong dầm có chiều cao: + Nhỏ hơn 250 mm C0 = 15 mm (20 mm) + Lớn hơn hoặc bằng 250 mm C0 = 20 mm (25 mm) − Trong cột C0 = 20 mm (25 mm) − Trong dầm móng C0 = 30 mm − Trong móng: + Lắp ghép C0 = 30 mm + Toàn khối khi có bê tông lót C0 = 35 mm + Toàn khối khi không có bê tông lót C0 = 70 mm b.Với cốt thép cấu tạo, cốt thép đai (C1) − Khi h < 250 mm : C0 = 10 mm (15 mm) − Khi h  250 mm : C0 = 15 mm (20 mm) Lưu ý: Giá trị trong ngoặc (…) áp dụng cho kết cấu ngoài trời hoặc những nơi ẩm ướt. 3.3. Khoảng hở của cốt thép − Giữa các thanh cốt thép cần phải có khoảng hở nhất định để bê tông bao quanh cốt thép, đảm bảo lực dính giữa chúng. − Khoảng hở giữa các thanh cốt thép : t  (max ; to ) - 19 -
a. Đối với cốt thép đặt theo phương ngang hoặc xiên khi đổ bê tông − Với cốt thép đặt dưới: t o = 25 mm. − Với cốt thép đặt trên: t o = 30 mm. − Khi cốt thép được đặt nhiều hơn hai lớp thì t o = 50 mm (trừ hai lớp dưới cùng). b. Đối với cốt thép đặt thẳng đứng khi đổ bê tông (cột): t o = 50 mm Nếu kiểm soát một cách có hệ thống cốt liệu thì t o = 35mm nhưng không được nhỏ hơn 1,5 lần kích thước lớn nhất của cốt liệu thô. Trong một số trường hợp đặc biệt cho phép bố trí các thanh thép theo cặp, không có khe hở giữa chúng. Phương ghép cặp phải theo chuyển động của vữa, khoảng hở t  1,5 (hình 1.10c). §3. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN KẾT CẤU THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN 1. Khái niệm về TTGH TTGH là trạng thái mà từ đó trở đi kết cấu không thoả mãn các yêu cầu đề ra cho nó. 2. Các trạng thái giới hạn a. Trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH về độ bền ) − Tính toán theo TTGH này nhằm đảm bảo cho kết cấu không bị phá hoại, không bị mất ổn định, không bị hư hỏng vì mỏi (với các kết cấu chịu tải trọng trùng lặp, rung động) hoặc chịu tác dụng đồng thời các yếu tố về lực và ảnh hưởng bất lợi của môi trường. − Tính toán về khả năng chịu lực theo điều kiện: S  Sgh trong đó: S - nội lực bất lợi do tải trọng tính toán gây ra Sgh - khả năng chịu lực của kết cấu khi làm việc ở TTGH. b. Trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH về điều kiện làm việc bình thường) − Tính theo TTGH này nhằm đảm bảo cho kết cấu không có những khe nứt hoặc những biến dạng quá mức cho phép theo các điều kiện: acrc  agh f  fgh acrc; f - Bề rộng khe nứt và biến dạng của kết cấu do tải trọng tiêu chuẩn gây ra agh; fgh- Giới hạn cho phép của bề rộng khe nứt và của biến dạng. Lấy a gh và fgh theo quy định của tiêu chuẩn thiết kế. 1 1 thông thường: agh = (0,05  0,40) mm ; fgh = (  )l (l:nhịp dầm) 200 600 - 20 -
3. Các loại tải trọng Khi thiết kế kết cấu cần xác định tải trọng theo các tiêu chuẩn tương ứng. Với kết cấu nhà và công trình dân dụng, công nghiệp cần dùng tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737-1995. a. Phân loại tải trọng − Dựa vào tính chất tác dụng phân tải trọng thành ba loại: tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời và tải trọng đặc biệt. + Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải): là các tải trọng có tác dụng không thay đổi trong suốt quá trình sử dụng kết cấu như trọng lượng bản thân kết cấu, các vách ngăn cố định..v.v... + Tải trọng tạm thời (hoạt tải): là các tải trọng có thể thay đổi về điểm đặt, giá trị, phương chiều. Đó là tải trọng do người và các đồ vật ở trên sàn nhà (tải trọng sử dụng trên sàn), tải trọng do gió, do các phương tiện giao thông v.v… Để xác định tải trọng tạm thời cần dựa vào các tiêu chuẩn về tải trọng dựa vào các số liệu thống kê. + Tải trọng đặc biệt: là tải trọng rất ít khi xảy ra như động đất, cháy nổ... − Dựa vào trị số chia thành: + Tải trọng tiêu chuẩn (qtc): lấy bằng các giá trị thường gặp trong quá trình sử dụng công trình. Trị số này được xác định theo các số liệu thực tế, theo thống kê. + Trị số tính toán của tải trọng (tải trọng tính toán, kí hiệu q): lấy bằng trị số tiêu chuẩn nhân với hệ số độ tin cậy n. q=n.qtc Hệ số độ tin cậy n ( hệ số vượt tải) để kể đến các trường hợp đột xuất, tải trọng vượt quá trị số tiêu chuẩn gây bất lợi cho kết cấu. Theo TCVN 2737–1995: với tải trọng thường xuyên thì n=(1,11,3); tải trọng tạm thời thì n=(1,21,4). Với tải trọng thường xuyên khi tải trọng giảm mà làm cho kết cấu bị bất lợi hơn thì phải lấy n < 1. 4. Cường độ tính toán của vật liệu − Khi tính toán theo TTGH, để xác định Sgh cần dùng giá trị tính toán của cường độ, gọi là cường độ tính toán. − Cường độ chịu nén tính toán của bê tông R b :  bi Rbn Rb = (1.5)  bc − Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông Rbt :  bi Rbtn Rbt = (1.6)  bt - 21 -