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

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:37

Thêm vào BST

Báo xấu

8
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 tài nguyên nước - 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 thé; sự làm việc của cấu kiện chịu uốn; bố trí cốt thép cho bản đơn; bể chứa nước, tường chắn;... 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 tài nguyên nước - 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 TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: 389ĐT/QĐ-CĐXD1 ngày 30 tháng 9 năm 2021 của Hiệu trưởngTrường Cao đẳng Xây dựng số 1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguốn thông tin có thể được 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 -0-
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 Tài nguyên nước. KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP là môn học cơ sở nhằm cung cấp các kiến thức về 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 4 bài sau: Bài 1. Những vấn đề cơ bản về Bê tông cốt thép Bài 2: Sự làm việc của cấu kiện chịu uốn Bài 3: Bố trí cốt thép cho bản đơn Bài 4: Bể chứa nước, tường chắn 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 -1-
MỤC LỤC CHƯƠNG 1. NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP4 1.1. KHÁI QUÁT CHUNG .......................................................................................................................... 4 1.1.1 Khái niệm............................................................................................................................................... 4 1.1.2 Sự làm việc của bê tông và cốt thép ....................................................................................................... 4 1.1.3 Phân loại bê tông cốt thép ...................................................................................................................... 4 1.2. TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG CỐT THÉP ........................................................................... 4 1.2.1 Cấp độ bền của bê tông và nhóm cốt thép.............................................................................................. 4 1.2.2 Neo, uốn, nối cốt thép. ........................................................................................................................... 5 1.2.3 Lớp bê tông bảo vệ................................................................................................................................. 8 1.2.4 Khoảng hở giữa các thanh cốt thép ........................................................................................................ 9 CHƯƠNG 2: SỰ LÀM VIỆC CẤU KIỆN CHỊU UỐN 2.1. Đặc điểm cấu tạo của cấu kiện chịu uốn .............................................................................................. 10 2.1.1 Đặc điểm cấu tạo bản ........................................................................................................................... 10 2.1.2 Đặc điểm cấu tạo dầm .......................................................................................................................... 11 2.2. Các giai đoạn ứng suất và biến dạng trên tiết diện thẳng góc của cấu kiện chịu uốn........................... 13 2.3. Các loại tiết diện ngang của cấu kiện chịu uốn và cách bố trí cốt thép dọc ......................................... 15 2.3.1. Cấu kiện chịu uốn của tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn .......................................................................... 15 2.3.2. Cấu kiện chịu uốn của tiết diện chữ nhật đặt cốt kép ........................................................................... 16 2.3.3. Cấu kiện chịu uốn của tiết diện chữ T.................................................................................................. 18 2.4. SỰ LÀM VIỆC CỦA CẤU KIỆN TRÊN TIẾT DIỆN NGHIÊNG .................................................... 21 2.4.1. Sự phá hoại trên tiết diện nghiêng....................................................................................................... 21 2.4.2. Bố trí cốt thép chịu cắt ......................................................................................................................... 22 2.5. VẼ LẠI CẤU KIỆN CHỊU UỐN ........................................................................................................ 23 CHƯƠNG 3: BỐ TRÍ CỐT THÉP CHO BẢN ĐƠN 3.1. BẢN ĐƠN LÀM VIỆC MỘT CHIỀU. .............................................................................................. 24 3.1.1. Khái niệm:............................................................................................................................................ 24 3.1.2. Các trường hợp làm việc ...................................................................................................................... 24 3.1.3. Bố trí cốt thép. ..................................................................................................................................... 25 3.2. BẢN ĐƠN LÀM VIỆC HAI CHIỀU. ................................................................................................ 25 3.2.1. Khái niệm............................................................................................................................................. 25 3.2.2. Các trường hợp làm việc. ..................................................................................................................... 25 3.2.3. Bố trí cốt thép. ..................................................................................................................................... 25 3.2.4. Bài tập tổng hợp. .................................................................................................................................. 27 CHƯƠNG 4: BỂ CHỨA NƯỚC, TƯỜNG CHẮN - 28 - 4.1. PHÂN LOẠI ................................................................................................................................... - 28 - 4.2. CÁC BỘ PHẬN CỦA BỂ NƯỚC .................................................................................................. - 28 - 4.3. BỂ NỔI ........................................................................................................................................... - 29 - 4.3.1. Tải trọng.......................................................................................................................................... - 29 - 4.3.2. Bố trí cốt thép. ................................................................................................................................ - 29 - 4.4. BỂ CHÌM ........................................................................................................................................ - 30 - 4.4.1. Tải trọng.......................................................................................................................................... - 30 - 4.4.2. Bố trí cốt thép. ................................................................................................................................ - 30 - 4.5. BỂ NỬA CHÌM .............................................................................................................................. - 32 - 4.5.1. Tải trọng.......................................................................................................................................... - 32 - 4.5.2. Bố trí cốt thép. ................................................................................................................................ - 32 - 4.6. TƯƠNG CHẮN .............................................................................................................................. - 32 - 4.6.1. Các loại tường chắn ........................................................................................................................ - 32 - 4.6.2. Tải trọng.......................................................................................................................................... - 33 - 4.6.3. Bố trí cốt thép ................................................................................................................................. - 34 - -2-
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Mã môn học: MH14 Vị trí, tính chất của môn học - Vị trí: Môn học được bố trí ở học kỳ I - Tính chất: Là môn học chuyên môn - Ý nghĩa và vai trò của môn học: Môn học giúp sinh viên nắm vững cấu tạo các bộ phận công trình. Từ đó, sinh viên sẽ đọc được bản vẽ thi công công trình nước. Mục tiêu môn học - Kiến thức Sau khi kết thúc môn học, sinh viên trình bày được: + Đặc điểm cấu tạo của các cấu kiện chịu lực cơ bản: dầm, bản bê tông cốt thép; - Kỹ năng Sau khi kết thúc môn học, sinh viên: + Vẽ và đọc được các bản vẽ kết cấu: dầm, bản, bể nước. - 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: -3-
BÀI 1. NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1. KHÁI QUÁT CHUNG 1.1.1 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. 1.1.2 Sự làm việc của bê tông và cốt thép A. 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. B. 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). 1.1.3 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 1.2. TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.2.1 Cấp độ bền của bê tông và nhóm cốt thép 2.2.1.1. Cấp độ bền của bê tông -4-
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. 2.2.1.2 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… 1.2.2 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. -5-
+ 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 − 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 1 -6- lan
chất lượng bêtông ở vùng này. Chú ý: + Không nên nối chồng các thanh có  > 30 mm. + 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 : + 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) -7-
1.2.3 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). 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. -8-
1.2.4 Khoảng hở giữa các thanh 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 ) 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). -9-
BÀI 3: CẤU KIỆN CHỊU UỐN BÀI 2: SỰ LÀM VIỆC CẤU KIỆN CHỊU UỐN − Cấu kiện chịu uốn thường gặp trong thực tế như dầm, bản sàn, cầu thang, lanh tô, ô văng, là các xà ngang của khung v.v… Về mặt hình dáng có thể chia cấu kiện chịu uốn ra hai loại: bản và dầm. 2.1. Đặc điểm cấu tạo của cấu kiện chịu uốn 2.1.1 Đặc điểm cấu tạo bản a. Khái niệm : Bản là kết cấu phẳng có chiều dày khá bé so với chiều dài và chiều rộng. b. Kích thước. − Kích thước trên mặt bằng thường từ (2 ÷ 6) m. − Chiều dày bản thường lấy từ (6÷20)cm. 0,8  1, 4 hs = l với l là nhịp tính toán của bản sàn. 30  40 c. Vật liệu. Bê tông: Bản thường dùng bê tông có cấp độ bền chịu nén từ B12,5 đến B25. Đối với cấu kiện chịu uốn bằng bê tông cốt thép thường, sử dụng bê tông cấp độ bền cao không có lợi nhiều về khả năng chịu uốn, chỉ hạn chế độ võng và bề rộng khe nứt nhưng hiệu quả kinh tế thấp. Cốt thép: − Cốt thép chịu lực (1): + Thường dùng cốt thép nhóm CI, AI đôi khi sử dụng CII, AII và đặt trong vùng bê tông chịu kéo do mômen gây ra; + Đường kính: d = (6  12)mm; + Đường kính (d) và khoảng cách (s) giữa hai trục thanh gần nhau được xác định theo mômen. Tuy nhiên khoảng cách phải thỏa mãn: • Khi chiều dày bản hs < 15cm: s ≤ 20cm; • Khi chiều dày bản hs  15cm: s ≤ 1,5hs; • Để dễ đổ bê tông: s  7cm. - 10 -
BÀI 3: CẤU KIỆN CHỊU UỐN Hình 2.1.Bố trí cốt thép trong bản 1 – Cốt thép chịu lực; 2 – Cốt thép cấu tạo. − Cốt thép cấu tạo (2): + Tác dụng: • Giữ vị trí cốt thép chịu lực khi đổ bê tông; • Chịu ứng suất do co ngót của bê tông và thay đổi của nhiệt độ; • Phân phối ảnh hưởng của lực tập trung cho các cốt thép chịu lực ở lân cận. + Đặc điểm: • Đặt vuông góc với cốt thép chịu lực; • Đường kính: d = (6  8)mm; • Khoảng cách: s = (250350)mm; • Số lượng cốt thép cấu tạo  10% số lượng cốt thép chịu lực tại tiết diện có mômen lớn nhất. 2.1.2 Đặc điểm cấu tạo dầm Dầm là cấu kiện chịu uốn có chiều cao và chiều rộng của tiết diện ngang khá nhỏ so với chiều dài. Hình dạng tiết diện: − Tiết diện ngang của dầm có thể là hình chữ nhật, chữ T, chữ I, hình thang, hình hộp v.v... Hình 2.2. Các dạng tiết diện dầm - 11 -
BÀI 3: CẤU KIỆN CHỊU UỐN − Tiết diện ngang của dầm là (bxh) trong đó chiều cao của dầm (h) là cạnh nằm theo phương của mặt phẳng uốn. Tiết diện dầm hợp lý khi h/b = (2  4) 1 1 − Chiều cao tiết diện dầm thường chọn: h = (  )l; với l là nhịp tính toán của dầm 20 8 − Khi chọn kích thước b, h cần xem xét yêu cầu kiến trúc và dễ định hình hóa ván khuôn. Cốt thép a) b) c) Hình 2.3. Các loại cốt thép trong dầm a) Cốt đai hai nhánh b) Cốt đai 1 nhánh c) Cốt đai bốn nhánh 1- Cốt dọc chịu lực; 2,3- Cốt cấu tạo; 4- Cốt đai; 5- Cốt xiên − Cốt dọc chịu lực: + Đặt ở vùng bê tông chịu kéo của dầm, có thể đặt cả vùng chịu nén nếu cần thiết; + Diện tích tiết diện ngang của cốt dọc chịu lực xác định theo yêu cầu chịu mômen uốn; + Đường kính cốt dọc chịu lực thường từ (10 ÷ 30)mm; + Khi b ≥ 150mm → đặt tối thiểu 2 cốt dọc chịu lực; + Khi b < 150mm → có thể đặt 1 cốt dọc chịu lực; + Cốt dọc chịu lực có thể đặt thành một lớp hoặc nhiều lớp tuân theo các nguyên tắc cấu tạo về khoảng hở giữa các thanh cốt thép. - 12 -
BÀI 3: CẤU KIỆN CHỊU UỐN − Cốt dọc cấu tạo: + Cốt giá (2): thường có đường kính (10 ÷ 12) mm. Cốt giá có tác dụng: • Giữ vị trí cho cốt đai trong lúc thi công; • Chịu các ứng suất do co ngót của bê tông và thay đổi của nhiệt độ v.v...; + Cốt thép phụ (3) cần phải đặt ở mặt bên tiết diện khi h  70cm. Cốt thép phụ có tác dụng: • Giữ cho khung thép khỏi bị lệch khi đổ bê tông; • Chịu các ứng suất do co ngót của bê tông và thay đổi của nhiệt độ v.v...; + Tổng diện tích cốt cấu tạo lấy khoảng 0,1% đến 0,2% diện tích của sườn dầm. − Cốt thép đai (4): + Tác dụng: • Chịu lực cắt Q; • Giữ vị trí cốt dọc trong quá trình thi công; • Liên kết bê tông vùng nén với bê tông vùng kéo để đảm bảo cho tiết diện chịu được mômen. + Đường kính (d), số nhánh đai (n) và khoảng cách (s) giữa trục hai cốt đai xác định theo yêu cầu chịu lực cắt và các yêu cầu cấu tạo; + Đường kính cốt đai thường từ (6 ÷ 10)mm, khi h< 80cm yêu cầu đường kính cốt đai  6mm, h  80cm đường kính cốt đai  8mm. − Cốt xiên (5): + Tác dụng: chịu lực cắt Q; + Góc nghiêng của cốt xiên với trục dầm thường  = 450, khi dầm cao trên 80 cm thì  = 600, đối với dầm thấp và bản thì  = 300. 2.2. Các giai đoạn ứng suất và biến dạng trên tiết diện thẳng góc của cấu kiện chịu uốn Theo dõi sự phát triển của ứng suất và biến dạng trên tiết diện thẳng góc của dầm trong thí nghệm trên, có thể chia thành 3 giai đoạn sau: a) b) c) d) - 13 -
BÀI 3: CẤU KIỆN CHỊU UỐN e) f) Hình 2.5. Các giai đoạn của trạng thái ứng suất biến dạng trên tiết diện thẳng góc a, b- Giai đoạn I; c, d- Giai đoạn II; e, f- Giai đoạn III; Giai đoạn I. Khi mômen nhỏ, có thể xem vật liệu làm việc đàn hồi, biểu đồ ứng suất pháp có dạng đường thẳng (h.2.5a) Khi mômen lớn hơn, biến dạng dẻo trong bê tông phát triển, biểu đồ ứng suất pháp có dạng đường cong. Khi sắp sửa nứt, ứng suất kéo trong bê tông đạt giới hạn cường độ chịu kéo của bê tông Rbt. Gọi trạng thái ứng suất biến dạng này là Ia (h.2.5b). Muốn cho dầm không nứt thì ứng suất pháp trên tiết diện không được vượt quá trạng thái Ia. Giai đoạn II. Khi mômen tăng lên, bê tông miền kéo bị nứt, khe nứt phát triển dần lên phía trên, hầu như toàn bộ ứng suất kéo do cốt thép chịu. Nếu lượng cốt thép chịu kéo không quá nhiều thì khi mômen tăng lên, ứng suất trong cốt thép chịu kéo có thể đạt đến giới hạn chảy Rs . Gọi trạng thái ứng suất biến dạng này là IIa (h.2.5d). Giai đoạn III (Giai đoạn phá hoại). Sau trạng thái IIa nếu tiếp tục tăng mômen, khe nứt tiếp tục phát triển lên phía trên, vùng bê tông chịu nén thu hẹp. Ứng suất bê tông vùng nén tăng lên trong khi ứng suất trong cốt thép không tăng nữa. Khi ứng suất vùng nén đạt giới hạn cường độ chịu nén của bê tông Rb thì dầm bị phá hoại (h.2.5e). Trường hợp phá hoại này là trường hợp phá hoại thứ nhất hay còn gọi là phá hoại dẻo. Nếu cốt thép chịu kéo quá nhiều, ứng suất trong cốt thép chưa đạt đến giới hạn chảy Rs mà ứng suất trong bê tông vùng nén đã đạt đến giới hạn cường độ chịu nén của - 14 -
BÀI 3: CẤU KIỆN CHỊU UỐN bê tông Rb thì dầm cũng bị phá hoại (h.2.5g). Trường hợp phá hoại này là trường hợp phá hoại thứ hai hay còn gọi là phá hoại giòn. Chú ý: Luôn lấy trường hợp phá hoại dẻo làm cơ sở tính toán bởi: + Tận dụng được hết khả năng chịu lực của cốt thép và bê tông, + Sự phá hoại xảy ra khi dầm có biến dạng lớn nên có thể đề phòng sửa chữa. 2.3. Các loại tiết diện ngang của cấu kiện chịu uốn và cách bố trí cốt thép dọc 2.3.1. Cấu kiện chịu uốn của tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn 2.3.1.1 Khái niệm Trường hợp đặt cốt đơn: chỉ có cốt thép As (theo tính toán) đặt trong vùng bê tông chịu kéo. 2.3.1.2 Bố trí cốt thép − Điều kiện về hàm lượng cốt thép: min   (2.9) As = .100% hàm lượng cốt thép thực tế. (2.10) b.h0 Rb μ max =  R . .100% hàm lượng cốt thép tối đa. (2.10a) Rs  min được xác định từ điều kiện khả năng chịu mômen của dầm bê tông cốt thép không nhỏ hơn của dầm bê tông không có cốt thép. Đối với cấu kiện chịu uốn:  min = 0,05%. − Chọn và bố trí cốt thép dọc: + Chênh lệch giữa diện tích cốt thép bố trí và diện tích cốt thép tính toán trong khoảng (3÷5)% + Chênh lệch đường kính của các thanh cốt thép tại một tiết diện không quá 6mm + Bố trí cốt thép đối xứng trên tiết diện + Bố trí cốt thép cần thỏa mãn yêu cầu về khoảng hở VÍ DỤ Ví dụ 1: Cho dầm BTCT có sơ đồ kết cấu như hình vẽ. Biết kích thước tiết diện (bxh) = (220x400), bê tông B15, cốt dọc chịu lực nhóm CII có diện tích tiết diện: 10,2 cm2 . Cốt đai bố trí 6s150 trên toàn bộ dầm. Yêu cầu: Chọn và bố trí cốt thép cho dầm. Bài giải − Chọn và bố trí cốt thép. + Cốt dọc chịu lực: - 15 -
BÀI 3: CẤU KIỆN CHỊU UỐN Có thể chọn một trong các phương án bố trí thép sau: 418 có As = 10,18 cm2 220 + 122 có As = 10,08 cm2  Chọn 220 + 122 Lớp bê tông bảo vệ dày 25mm > max(max, C0) = 22mm. 220 – 2.25 – 2.20 − 22 Khoảng hở giữa các thanh thép: t = = 54 mm. 2  Khoảng hở thỏa mãn: t > max(max, t0) = 25mm + Cốt dọc cấu tạo chọn: 210 * Bố trí cốt thép: 2.3.2. Cấu kiện chịu uốn của tiết diện chữ nhật đặt cốt kép 2.3.2.1 Khái niệm Trường hợp đặt cốt kép: có cả cốt thép As đặt trong vùng bê tông chịu kéo và cốt thép As’ ( theo tính toán) đặt trong vùng bê tông chịu nén. Sơ đồ ứng suất của tiết diện chữ nhật đặt cốt kép 2.3.2.2 Bố trí cốt thép − Điều kiện về hàm lượng cốt thép: min   (2.9) - 16 -
BÀI 3: CẤU KIỆN CHỊU UỐN As = .100% hàm lượng cốt thép thực tế. (2.10) b.h0 Rb μ max =  R . .100% hàm lượng cốt thép tối đa. (2.10a) Rs  min được xác định từ điều kiện khả năng chịu mômen của dầm bê tông cốt thép không nhỏ hơn của dầm bê tông không có cốt thép. Đối với cấu kiện chịu uốn:  min = 0,05%. − Chọn và bố trí cốt thép dọc: + Chênh lệch giữa diện tích cốt thép bố trí và diện tích cốt thép tính toán trong khoảng (3÷5)% + Chênh lệch đường kính của các thanh cốt thép tại một tiết diện không quá 6mm + Bố trí cốt thép đối xứng trên tiết diện + Bố trí cốt thép cần thỏa mãn yêu cầu về khoảng hở Ví dụ 2: Cho dầm BTCT có sơ đồ kết cấu như hình vẽ. Biết kích thước tiết diện (bxh) = (250x500), bê tông B20, cốt dọc chịu lực nhóm CII và diện tích tiết diện:17,7 cm2. Vùng nén đặt sẵn 220, cốt đai bố trí 6s200 trên toàn bộ dầm. Yêu cầu: Tính toán và bố trí cốt thép cho dầm. Bài giải Chọn và bố trí cốt thép Chọn 220 + 322 (có As = 17,68 cm2) Lớp bê tông bảo vệ dày 25mm > max(max, C0) = 22mm. 220 – 2.25 – 3.22 Khoảng hở giữa các thanh thép: t= = 52 mm. 2  Khoảng hở thỏa mãn: t > max(max, t0) = 25mm * Bố trí cốt thép: - 17 -
BÀI 3: CẤU KIỆN CHỊU UỐN 2.3.3. Cấu kiện chịu uốn của tiết diện chữ T 2.3.3.1 Đặc điểm cấu tạo − Tiết diện chữ T gồm có cánh và sườn (h.2.8) + Cánh có nằm trong vùng nén (h.2.8a,b,d): gọi là T thuận + Cánh nằm trong vùng kéo (h.2.8c,d): gọi là T ngược a) b) c) d) Hình 2.8. Các trường hợp tính toán cấu kiện chịu uốn có tiết diện chữ T Khi cánh nằm trong vùng nén: so với tiết diện chữ nhật (bxh) diện tích vùng bê tông chịu nén tăng thêm → Khả năng chịu mômen của tiết diện lớn hơn so với tiết diện chữ nhật. Khi cánh nằm trong miền kéo: Do bê tông vùng kéo không được kể đến trong tính toán khả năng chịu mômen không thay đổi, tính như tiết diện chữ nhật (bxh). Tiết diện chữ I tính toán như tiết diện chữ T có cánh nằm trong vùng nén. Bề rộng bf không được vượt quá một giới hạn nhất định để cánh cùng tham gia chịu lực với sườn. Khi đó độ vươn của sải cánh Sf được lấy theo quy định: + Đối với dầm độc lập: l − (với l là nhịp dầm) 6 Sf  6hf khi : hf  0,1h - 18 -