Giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép: Phần 1 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chia sẻ: Dương Hàn Thiên Băng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:83

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 của giáo trình "Kết cấu bê tông cốt thép" cung cấp cho học viên những nội dung về: tổng quan kết cấu công trình; kết cấu bê tông cốt thép; nguyên lý tính toán cấu kiện bê tông cốt thép; cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn; kết cấu bê tông cốt thép chịu nén; kết cấu bê tông cốt thép chịu kéo;... 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: Phần 1 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH 1.1. Khái niệm về kết cấu công trình Kết cấu công trình là những bộ phận kết cấu để tạo nên một công trình xây dựng. Kết cấu công trình có thể bao gồm từ những bộ phận, cấu kiện riêng lẻ sau đó được chế tạo, lắp ghép lại với nhau để tạo nên các bộ phận trong công trình. Tùy theo đặc thù, tính chất của các công trình khác nhau mà tính chất, đặc thù của các cấu kiện trong các công trình đó cũng khác nhau. Công trình có tuổi thọ càng cao thì kết cấu trong công trình đó phải đảm bảo tính chịu lực cao. Trong xây dựng dân dụng và công nghiệp thì kết cấu công trình là những bộ phần như: cột, dầm , xà, móng, giằng, tường… Trong xây dựng công trình ngầm và mỏ thì kết cấu công trình là các bộ phận của kết cấu chống giữ như: cột, xà, vòm, vỏ liền khối, neo, bê tông phun… Công trình xây dựng ngày càng được xây dựng nhiều và phát triển trên quy mô rộng rãi. Kết cấu công trình là một bộ phận không thể thiếu được khi thiết kế tính toán các công trình. Tùy thuộc vào đặc điểm tính chất công trình khác nhau mà các kết cấu trong các công trình đó cũng khác nhau. Những công trình có tuổi thọ lớn thì kết cấu công trình cũng phải có tuổi thọ lớn, những công trình có kiến trúc thẩm mỹ cao thì việc liên kết và lựa chọn các dạng kết cấu trong công trình đó cũng phải được tiến hành một cách cẩn thận. Các liên kết trong kết cấu cũng phải được xử lý một cách triệt để để tạo nên một kết cấu có tính thẩm mỹ cao. Để đảm bảo độ ổn định khi làm việc thì các kết cấu được chọn lựa cũng phải được tính toán và thiết kế một cách tỉ mỉ. 1.2. Phân loại kết cấu công trình 1.2.1. Theo đặc tính công trình Tùy theo đặc tính kết cấu công trình người ta có thể chia ra kết cấu công trình dân dụng, công trình công nghiệp, công trình ngầm. - Kết cấu công trình dân dụng công nghiệp: Đây là công trình ta thường gặp trong đời sống hàng ngày, các kết cấu này có thể là kết cấu trong các nhà dân, nhà công nghiệp. Các liên kết giữa các bộ phận trong nhà, các công trình xây dựng dân dụng khác như kết cấu thép, cầu bê tông cốt thép, kết cấu thép trong xây dựng, kết cấu gỗ trong xây dựng, kết cấu gạch đá trong xây dựng dân dụng.. Đặc điểm của loại kết cấu công trình này là được xây dựng trên bề mặt, có điều kiện không gian thi công rộng rãi, có thể áp dụng được máy móc, cơ giới khi thi công. Mỗi loại kết cấu đều có đặc điểm riêng tùy theo từng công trình cụ thể mà kết cấu phù hợp sẽ được chọn. - Kết cấu công trình ngầm và mỏ: Bao gồm các kết cấu để chống giữ các đường hầm, đường lò phục vụ khai thác khoáng sản, thủy lợi, giao thông vận tải...vv. Đặc điểm của nhóm công trình này là thi công trong điều kiện chật hẹp được tiến hành dưới mặt đất nên chịu tác động của điều kiện địa chất, địa chất thủy văn đến kết cấu của công trình. Do đó, phải có yêu cầu, phương pháp tính toán riêng biệt. 1.2.2. Theo vật liệu 1
- Kết cấu công trình bằng kim loại: là những kết cấu có tính chịu lực tốt theo cả hai phương nên được sử dụng rộng rãi để làm kết cấu trong xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp. Thép được sử dụng để làm các dàn mái, các thanh công trong dàn nhà công nghiệp, làm kết cấu thanh chống, ván khuôn, dây cáp, làm kết cấu cầu thép…Do đặc tính của thép có tính dẻo lớn nên kết cấu thép cũng được dùng làm kết cấu có tính chịu biến dạng lớn. Ngoài ra khi các công trình có nhịp lớn thì người ta thường sử dụng thép ứng suất trước để tăng khả năng chịu lực ngay cho kết cấu. Trong xây dựng công trình ngầm và mỏ, kết cấu thép được sử dụng làm các khung chống, vỏ chống…Do đặc điểm riêng của công trình ngầm nên kết cấu thép phải chịu áp lực cao của đất đá nên thường sử dụng thép hình chữ I, C hay thép lòng máng làm kết cấu chống. - Kết cấu công trình bằng bê tông, bê tông cốt thép:Được sử dụng rộng rãi làm các kết cấu chịu lực trong xây dựng. Thành phần chính của kết cấu bê tông và bê tông cốt thép là cốt liệu và hỗn hợp hồ được tạo nên do nước và xi măng. Vì bê tông có tính chịu nén lớn trong khi đó tính chịu kéo lại thấp nên tăng khả năng chịu kéo cũng như chịu lực của bê tông người ta thêm cốt thép vào trong bê tông để tao nên kết cấu bê tông cốt thép. Sở dĩ có thể sử dụng bê tông và cốt thép để cùng chịu lực trong kết cấu bê tông cốt thép mà không dùng vật liệu khác là vì: +) Bê tông có lực dính, dính chặt cốt thép với bê tông. Bê tông làm nhiệm vụ truyền lực và phân bố lực cho cốt thép khi kết cấu làm việc. +)Bê tông và cốt thép không có phản ứng hóa học với nhau, không những vậy bê tông còn bao bọc bảo vệ cho cốt thép khỏi các tác nhân môi trường bên ngoài. +)Hệ số dãn nở vì nhiệt của bê tông và bê tông cốt thép gần như nhau ( hệ số dãn nở vì nhiệt của bê tông là α = (1÷1,5).10-5/độ và của thép là α = 1,2.10-5/độ). Khi nhiệt độ thay đổi trên dưới 100oC thì không gây ra ứng suất trong kết cấu bê tông cốt thép. Trong xây dựng công trình ngầm và mỏ, bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng làm vỏ chống tạm thời hoặc vỏ chống cố định cho các đường lò hoặc đường hầm. Kết cấu chống bằng bê tông, bê tông cốt thép có thể được chế tạo trước khi lắp dựng hoặc đổ tại chỗ. - Kết cấu gỗ: Kết cấu gỗ được sử dụng từ vật liệu gỗ trong tự nhiên, gỗ được dùng thường từ nhóm IV đến nhóm VI, gỗ nhóm VII và nhóm VIII muốn sử dụng được thì phải qua chế biến. Gỗ có thể được sử dụng trong các kết cấu chịu lực như trong các khung, cột, vì kèo nhà bằng gỗ hoặc cũng có thể sử dụng làm trang trí như các bậc cầu thang nhà dân dụng, làm sàn nhà trong các nhà dân dụng và công nghiệp. Trong xây dựng công trình ngầm và mỏ, gỗ thường được sử dụng làm khung chống trong các mỏ hầm lò - Kết cấu khối xây gạch đá: Với những công trình có đặc tính kỹ thuật không quá cao, điều kiện sử dụng, trang trí cũng không quá tốn kém, trong điều kiện cho phép thì người ta còn sử dụng kết cấu bằng khối xây gạch đá. 2
Kết cấu khối xây gạch đá thường được sử dụng ở tường bao, ở trên các sườn đê để tránh tác động của sóng, các cổng nhà dân dụng, hoặc để trang trí trong các bể bơi, tường hoặc trong các khu vực cây cảnh dân sinh… Trong xây dựng công trình ngầm và mỏ có thể sử dụng gạch đá để xây dựng phần cửa lò hay xây dựng vỏ chống cố định. 1.2.3. Theo dạng kết cấu - Kết cấu dạng thanh: Kết cấu dạng thanh là những kết cấu có kích thước mặt cắt ngang nhỏ hơn rất nhiều so với chiều dài của kết cấu. Kết cấu dạng thanh có thể thấy trong xây dựng là các thanh trong nhà dân dụng, các thanh chống, các thanh liên kết trong các kết cấu khung dàn giáo trong xây dựng… - Kết cấu dạng vỏ: Kết cấu dạng vỏ thường là các tấm, bản ghép sát lại với nhau để tạo nên một vỏ bao bọc không gian sử dụng cần thiết ở phía trong, vỏ là những kết cấu có tính liên tục, liền kề. Kết cấu dạng vỏ có thể là các tấm vỏ trong các kết cấu mái dạng vòm, các lớp kết cấu vỏ chống giữ trong công trình ngầm, vỏ có thể được tạo nên từ các tấm liền khối hoặc cũng có thể được tạo nên từ việc lắp ghép các tấm lại với nhau. - Kết cấu dạng khung: Kết cấu dạng khung là những kết cấu được tạo nên từ những thanh, tấm, bản hoặc là vỏ thông qua việc liên kết giữa chúng trong không gian. Kết cấu dạng khung rất đa dạng và phong phú, dạng khung thép được sử dụng nhiều trong các nhà, xưởng công nghiệp hiện nay, kết cấu khung bằng bê tông đúc sẵn. - Kết cấu dạng tấm, bản: Kết cấu dạng tấm, bản là những kết cấu mà có chiều dày nhỏ hơn chiều rộng rất nhiều lần, có tính chất liên tục và liền kề. Kết cấu dạng bản thường có thể là các sàn nhà dân dụng, công nghiệp bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép, thép có thể là lắp ghép hoặc được đổ liền khối với bê tông và bê tông cốt thép, các tấm đan bê tông cốt thép… Câu hỏi chƣơng 1 1, Khái niệm về kết cấu công trình trong xây dựng. 2, Phân loại kết cấu công trình theo đặc tính công trình. 3, Phân loại kết cấu công trình theo vật liệu công trình. 4, Phân loại kết cấu công trình theo kết cấu công trình. 3
Ch−¬ng 2 KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 2.1. Kh¸i niÖm vÒ kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp (BTCT) BTCT lµ mét lo¹i vËt liÖu x©y dùng, ®−îc chÕ t¹o tõ 2 lo¹i vËt liÖu kh¸c nhau vÒ c¬ tÝnh lµ bª t«ng vµ thÐp cïng céng t¸c chÞu lùc víi nhau trong kÕt cÊu. B¶n th©n bª t«ng còng ®−îc chÕ t¹o tõ tæ hîp ba thµnh phÇn chÝnh lµ: cèt liÖu, chÊt dÝnh kÕt vµ dung m«i. Ngoµi ra trong thµnh phÇn hçn hîp bª t«ng cßn cã thªm c¸c chÊt phô gia, chÊt ®én ®Ó khi r¾n ch¾c trë thµnh mét thø ®¸ nh©n t¹o cã kh¶ n¨ng chÞu lùc cao. Cèt liÖu dïng ®Ó chÕ t¹o bª t«ng th−êng lµ c¸t, ®¸ d¨m, cuéi, sái. TÝnh chÊt, h×nh d¹ng, møc ®é vµ mËt ®é thµnh phÇn c¸c h¹t cèt liÖu cã ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn chÊt l−îng cña hçn hîp bª t«ng. Cèt liÖu cã c¹nh s¾c nhän vµ ®Òu c¹nh nh− ®¸ d¨m th× kh¶ n¨ng liªn kÕt víi chÊt dÝnh kÕt sÏ tèt h¬n bÒ mÆt cèt liÖu tr¬n, Ýt ®é nh¸m nh− cuéi sái. ChÊt dÝnh kÕt dïng trong bª t«ng cã t¸c dông liªn kÕt c¸c h¹t cèt liÖu vµ truyÒn lùc gi÷a c¸c h¹t cèt liÖu trong hçn hîp bª t«ng l¹i víi nhau. Khi chÊt dÝnh kÕt lµ xi m¨ng th× ta cã bª t«ng xi m¨ng hay bª t«ng th«ng th−êng, khi chÊt dÝnh kÕt lµ bitum th× ta cã bª t«ng ¸t phan... c¸c chÊt phô gia ®−a vµo trong hçn hîp bª t«ng lµm c¶i thiÖn tÝnh chÊt cña bª t«ng, phï hîp víi ®iÒu kiÖn thi c«ng vµ lµm viÖc cña kÕt cÊu bª t«ng sau nµy: nh− c¸c chÊt phô gia ®«ng cøng nhanh sö dông khi chÕ t¹o c¸c cÊu kiÖn bª t«ng kh«ng cho phÐp kÐo dµi thêi gian ®«ng cøng hçn hîp bª t«ng, c¸c chÊt phô gia siªu dÎo t¨ng ®é dÎo, tÝnh linh ®éng cña hçn hîp bª t«ng, gi¶m nøt nÎ trong bª t«ng, phô gia ng¨n c¸ch n−íc chèng thÊm khi chÕ t¹o c¸c kÕt cÊu bª t«ng kh«ng chÞu n−íc...v.v. Ngoµi ra qu¸ tr×nh ®−a c¸c chÊt ®én nh− tro bay, hçn hîp silika siªu mÞn, sØ nhiÖt ®iÖn ...v.v, còng lµm t¨ng thay ®æi tÝnh chÊt c¬ lý vµ kh¶ n¨ng chÞu lùc cña kÕt cÊu bª t«ng. Bª t«ng xi m¨ng lµ mét lo¹i vËt liÖu th«ng dông cã kh¶ n¨ng chÞu lùc cao dÔ chÕ t¹o cã kh¶ n¨ng tËn dông ®−îc nguyªn vËt liÖu cña ®Þa ph−¬ng. Tuy nhiªn kh¶ n¨ng chÞu kÐo cña bª t«ng l¹i thÊp so víi kh¶ n¨ng chÞu nÐn, ®Ó t¨ng c−êng kh¶ n¨ng chÞu kÐo cña bª t«ng cho c©n b»ng víi kh¶ n¨ng chÞu nÐn, tËn dông vËt liÖu th× ng−êi ta tiÕn hµnh ®−a cèt thÐp vµo trong bª t«ng tõ ®ã bª t«ng cèt thÐp ra ®êi. Kh¸c h¼n víi tÝnh chÊt cña bª t«ng thÐp lµ lo¹i vËt liÖu cã kh¶ n¨ng chÞu nÐn rÊt tèt. §Ó t¨ng kh¶ n¨ng lµm viÖc cña kÕt cÊu BTCT khi chÞu kÐo, còng nh− tiÕt kiÖm ®−îc vËt liÖu bª t«ng vµ gi¶m ®−îc tiÕt diÖn ngang cña kÕt cÊu, ng−êi ta ®· ®−a cèt thÐp vµo trong bª t«ng ®Ó bª t«ng vµ cèt thÐp cïng ®ång thêi lµm viÖc trong kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp. Th«ng th−êng cèt thÐp ®−îc bè trÝ ë trong miÒn chÞu kÐo cña kÕt cÊu. Tuy nhiªn thÐp còng cã tÝnh chÊt chÞu nÐn rÊt tèt, nªn trong thùc tÕ tuú theo yªu cÇu cÊu t¹o còng nh− tÝnh chÊt thi c«ng dÔ vµ yªu cÇu sö dông mµ nhiÒu tr−êng hîp ng−êi ta cßn bè trÝ cèt thÐp ë c¶ miÒn chÞu nÐn cña cÊu kiÖn. 6
2.2. −u nh−îc ®iÓm cña kÕt cÊu BTCT ¦u ®iÓm: + Cã kh¶ n¨ng tËn dông ®−îc c¸c nguyªn vËt liÖu ®Þa ph−¬ng nh−: Xi m¨ng, c¸t, sái ... nhê vËy tiÕt kiÖm ®−îc nguyªn vËt liÖu thÐp. + Cã kh¶ n¨ng chÞu lùc cao h¬n h¼n so víi kÕt cÊu khèi x©y g¹ch ®¸, gç vµ bª t«ng th«ng th−êng. Cã kh¶ n¨ng chÞu t¶i träng ®éng rÊt tèt. + TÝnh kinh tÕ cao, Ýt ph¶i duy tu b¶o d−ìng vµ söa ch÷a lín. + Cã tÝnh chÞu löa t−¬ng ®èi cao + DÔ t¹o h×nh d¸ng cÊu kiÖn theo yªu cÇu, kiÕn tróc nhê hÖ thèng v¸n khu«n khi sö dông BTCT ®æ t¹i chç hoÆc ®óc s½n theo yªu cÇu. Nh−îc ®iÓm + Tù träng b¶n th©n cña kÕt cÊu BTCT lín nªn khã chÕ t¹o ®−îc cÊu kiÖn cã nhÞp lín, vËt liÖu lµm v¸n khu«n ph¶i cã tÝnh chÞu lùc cao. §Ó h¹n chÕ ®−îc ®iÒu nµy th× ngay nay ng−êi ta cã thÓ dïng bª t«ng nhÑ hoÆc BTCT dù øng lùc. + TÝnh c¸ch ©m, c¸ch nhiÖt kÐm: do vËy mµ ng−êi ta còng hay dïng bª t«ng cã lç rçng, bª t«ng bät ®Ó t¨ng kh¶ n¨ng c¸ch ©m vµ c¸ch nhiÖt cho kÕt cÊu. + C«ng t¸c thi c«ng ®æ bª t«ng t¹i chç th× khã kh¨n phøc t¹p, khã kiÓm tra chÊt l−îng còng nh− phô thuéc nhiÒu vµo yÕu tè m«i tr−êng thi c«ng. Do ®ã ®ßi hái ph¶i cã biÖn ph¸p tÝnh to¸n thiÕt kÕ vµ ®−a ra nh÷ng dù b¸o sím do ®iÒu kiÖn thi c«ng kÕt cÊu. + BÞ nøt d−íi t¸c dông cña t¶i träng nªn lµm gi¶m chÊt l−îng, kh¶ n¨ng chÞu lùc còng nh− lµm mÊt tÝnh thÈm mü, mü quan kiÕn tróc cña c«ng tr×nh. §Ó h¹n chÕ ®iÒu nµy cÇn ph¶i tÝnh to¸n, bè trÝ cèt thÐp mét c¸ch hîp lý trong kÕt cÊu hoÆc sö dông BTCT ®æ t¹i chç. 2.3. Ph©n lo¹i kÕt cÊu BTCT Ngµy nay ®Ó ph©n lo¹i kÕt cÊu BTCT ng−êi ta cã rÊt nhiÒu c¸c c¸ch ph©n lo¹i kh¸c nhau. Cã thÓ ph©n lo¹i BTCT theo 3 c¸ch nh− s¬ ®å d−íi ®©y. 7
Bª t«ng cèt thÐp Theo ph−¬ng ph¸p D¹ng liªn kÕt cña Theo tr¹ng th¸i øng thi c«ng cèt thÐp suÊt trong cèt thÐp Bª t«ng Bª t«ng Bª t«ng Bª t«ng Bª t«ng Bª t«ng Bª t«ng Bª t«ng cèt thÐp cèt thÐp cèt thÐp phun cèt thÐp cèt thÐp cèt thÐp cèt thÐp liÒn l¾p b¸n l¾p cèt thÐp liÒn d¹ng th«ng øng suÊt khèi ghÐp ghÐp rêi th−êng tr−íc H×nh 2.1. S¬ ®å ph©n lo¹i kÕt cÊu BTCT 8
2.3.1. Theo ph−¬ng ph¸p thi c«ng Dùa vµo ph−¬ng ph¸p thi c«ng cã thÓ chia kÕt cÊu BTCT thµnh bèn lo¹i nh− sau: BTCT liÒn khèi: Lµ lo¹i kÕt cÊu BTCT mµ qu¸ tr×nh thi c«ng®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch ®æ t¹i chç ë c«ng tr−êng, hiÖn tr−êng thi c«ng cã sö dông v¸n khu«n. Qu¸ tr×nh ®æ ®−îc tiÕn hµnh sau khi l¾p ®Æt cèt thÐp trong kÕt cÊu. ¦u ®iÓm: Cã tÝnh liÒn khèi cao, Ýt bÞ nøt, cã kh¶ n¨ng chÞu lùc cao. Nh−îc ®iÓm: Tèn v¸n khu«n, thi c«ng kh«ng liªn tôc cã m¹ch ngõng, kh¶ n¨ng chÞu lùc ngay kÐm, chÊt l−îng kh«ng cao vµ khã qu¶n lÝ khi thi c«ng. BTCT l¾p ghÐp: lµ lo¹i kÕt cÊu BTCT ®−îc chÕ t¹o s½n trong c¸c x−ëng s¶n xuÊt bª t«ng sau ®ã ®em ®Õn hiÖn tr−êng thi c«ng vµ l¾p gi¸p t¹i c«ng tr×nh. ¦u ®iÓm: ChÊt l−îng kÕt cÊu cao v× ®−îc thi c«ng vµ d−ìng hé trong ®iÒu kiÖn thuËn lîi, kh¶ n¨ng chÞu lùc ngay tèt h¬n nhiÒu so víi bª t«ng ®æ t¹i chç. Nh−îc ®iÓm: VËn chuyÓn khi thi c«ng khã kh¨n, ph¶i xö lý c¸c liªn kÕt l¾p gi¸p vµ qu¸ tr×nh xö lý c¸c mèi nèi l¾p gi¸p th× khã kh¨n phøc t¹p. BTCT b¸n l¾p ghÐp: Ng−êi ta tiÕn hµnh l¾p ghÐp c¸c kÕt cÊu BTCT l¾p ghÐp ®óc s½n, sau ®ã t¹i nh÷ng vÞ trÝ cã mèi nèi tiÕn hµnh l¾p ®Æt v¸n khu«n vµ ®æ bª t«ng liÒn khèi ®Ó xö lý mèi nèi. KÕt cÊu BTCT khi ®ã lµ lo¹i kÕt cÊu BTCT nöa l¾p ghÐp, nh÷ng kÕt cÊu sau khi thi c«ng mét phÇn b»ng viÖc ®æ liÒn khèi do tiÕn ®é vµ ®iÒu kiÖn thi c«ng cho phÐp ng−êi ta tiÕn hµnh l¾p ghÐp c¸c kÕt cÊu ®óc s½n phÇn cßn l¹i cña c«ng tr×nh tr−êng hîp ®ã ng−êi ta gäi kÕt cÊu cña c«ng tr×nh lµ kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp b¸n l¾p ghÐp. ¦u ®iÓm: Xö lý ®−îc c¸c mèi nèi cho kÕt cÊu, tiÕt kiÖm ®−îc v¸n khu«n khi thi c«ng BTCT ®æ t¹i chç. Nh−îc ®iÓm: ViÖc tæ chøc l¾p ghÐp phøc t¹p, cã 2 líp vËt liÖu kh¸c nhau bª t«ng cò vµ bª t«ng míi sÏ t¹o mÆt ph©n c¸ch t¹i vÞ trÝ mèi nèi. Nªn ph¶i xö lý tèt bÒ mÆt tr−íc khi thi c«ng ®æ bª t«ng. Bª t«ng phun: Ngµy nay ng−êi ta cßn thi c«ng bª t«ng theo ph−¬ng ph¸p dïng khÝ nÐn ®Ó phun ®Ó t¹o nªn kÕt cÊu bª t«ng phun, bª t«ng phun ®−îc thùc hiÖn sau khi cã ®Æt cèt thÐp trong kÕt cÊu, sau ®ã ng−êi ta tiÕn hµnh phun bª t«ng. Qu¸ tr×nh phun bª t«ng cã thÓ phun kh« hoÆc phun −ít tuú theo ®iÒu kiÖn cô thÓ. Bª t«ng phun còng cã thÓ kÕt hîp víi l−íi thÐp hoÆc còng cã thÓ lµ bª t«ng phun sîi thÐp khi ng−êi ta c¾t c¸c ®o¹n thÐp nhá cã ®−êng kÝnh 2 – 4mm vµ chiÒu dµi c¸c ®o¹n thÐp 2 – 5cm ®Ó t¹o thµnh kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp. ¦u ®iÓm: Bª t«ng phun kh«ng cÇn v¸n khu«n, thi c«ng c¬ giíi ho¸, c«ng t¸c thi c«ng nhanh, kh«ng cÇn ®Çm dïi. Tuy nhiªn bª t«ng cèt thÐp theo ph−¬ng ph¸p phun còng cã nh−îc ®iÓm lµ khã cã ®−îc bÒ mÆt nh− bª t«ng liÒn khèi, viÖc phun ph¶i tiÕn hµnh nhiÒu lÇn vµ cã tÝnh ph©n líp gi÷a c¸c mÆt sau nh÷ng lÇn phun. Kh«ng thÓ thùc hiÖn ®−îc víi nh÷ng kÕt cÊu cã chiÒu dÇy lín khi thi c«ng b»ng ph−¬ng ph¸p phun. 9
2.3.2. Theo d¹ng liªn kÕt cña cèt thÐp trong cÊu kiÖn bª t«ng cèt thÐp Tuú thuéc vµo d¹ng liªn kÕt cña cèt thÐp trong kÕt cÊu mµ ng−êi ta cã thÓ ph©n kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp ra lµm hai d¹ng sau: Bª t«ng cèt thÐp cã cèt thÐp d¹ng liÒn: Lµ d¹ng kÕt cÊu BTCT mµ cèt thÐp ®−îc liªn kÕt liÒn thµnh c¸c khung víi nhau trong kÕt cÊu. ViÖc liªn kÕt c¸c cèt thÐp cã thÓ dïng c¸c liªn kÕt buéc, hµn sau ®ã ®Æt chóng vµo trong kÕt cÊu råi míi tiÕn hµnh ®æ bª t«ng ®Ó t¹o kÕt cÊu. KÕt cÊu d¹ng nµy cã thÓ lµ bª t«ng cèt thÐp thi c«ng theo ph−¬ng ph¸p th«ng th−êng hoÆc thi c«ng theo ph−¬ng ph¸p t¹o øng suÊt tr−íc, hoÆc cã thÓ phun ®Ó t¹o nªn kÕt cÊu. Bª t«ng cèt thÐp cã cèt thÐp d¹ng rêi: Lµ d¹ng kÕt cÊu BTCT mµ cèt thÐp trong kÕt cÊu kh«ng ®−îc liªn kÕt l¹i víi nhau, kÕt cÊu d¹ng nµy th−êng lµ bª t«ng cèt thÐp d¹ng sîi thÐp ®−îc trén lÉn trong qu¸ tr×nh tiÕn hµnh ®æ bª t«ng cèt thÐp. ¦u ®iÓm cña lo¹i kÕt cÊu bª t«ng d¹ng nµy lµ cã kh¶ n¨ng chÞu lùc cao h¬n kÕt cÊu bª t«ng, chèng nøt t−¬ng ®èi cao v× cèt thÐp d¹ng sîi ®−îc ph©n bè ®Òu trong kÕt cÊu trong qu¸ tr×nh trén, kh¶ n¨ng chÞu biÕn d¹ng cao h¬n. Tuy nhiªn chóng còng cã nh−îc ®iÓm lµ khã thi c«ng v× cèt thÐp cã thÓ ®ãng r¾n víi nhau trong qu¸ tr×nh trén, vµ khi thi c«ng cÇn thiÕt ph¶i cã c¸c thiÕt bÞ chuyÓn vµ ®Þnh l−îng cèt thÐp. 2.3.3. Theo tr¹ng th¸i øng suÊt cña cèt thÐp trong cÊu kiÖn bª t«ng cèt thÐp Dùa vµo tr¹ng th¸i øng suÊt cña cèt thÐp trong kÕt cÊu BTCT ng−êi ta còng cã thÓ chia BTCT lµm 2 lo¹i nh− sau: BTCT th«ng th−êng: Khi tiÕn hµnh ®æ bª t«ng cèt thÐp cho cÊu kiÖn th× trong cèt thÐp ch−a ®−îc t¹o øng suÊt. §Æc ®iÓm cña d¹ng kÕt cÊu nµy lµ tÝnh chÞu lùc ngay cßn h¹n chÕ, tÝnh liÒn khèi cao, tuy nhiªn kÕt cÊu bÞ h¹n chÕ vÒ nhÞp hoÆc chiÒu dµi. BTCT dù øng lùc: Lµ lo¹i kÕt cÊu BTCT mµ cèt thÐp trong kÕt cÊu ®−îc t¹o øng suÊt tr−íc khi kÕt cÊu ®i vµo lµm viÖc æn ®Þnh. ViÖc t¹o øng suÊt tr−íc trong cèt thÐp cã t¸c dông chèng l¹i lùc t¸c dông bªn ngoµi lªn kÕt cÊu tõ rÊt sím. Do qu¸ tr×nh kÐo cèt thÐp sÏ lµm triÖt tiªu néi lùc do lùc t¸c dông g©y ra khi kÕt cÊu ch−a vµo chÕ ®é lµm viÖc b×nh th−êng. §ång thêi nã còng lµm gi¶m hiÖn t−îng nøt do co ngãt vµ do ngo¹i lùc g©y ra ®èi víi kÕt cÊu. Tuú thuéc vµo qu¸ tr×nh t¹o øng suÊt trong cèt thÐp cã thÓ ®−îc tiÕn hµnh tr−íc hoÆc sau khi ®æ bª t«ng x©y dùng cÊu kiÖn mµ ng−êi ta cã BTCT dù øng lùc tr−íc hoÆc BTCT dù øng lùc sau. Qu¸ tr×nh t¹o øng lùc ®−îc thùc hiÖn nhê c¸c kÝch kÐo ë 2 ®Çu kÕt cÊu vµ c¸c èng ®Æt s½n trong kÕt cÊu khi t¹o øng lùc sau. 2.4. Lùc dÝnh gi÷a bª t«ng vµ cèt thÐp Lùc dÝnh gi÷a bª t«ng vµ cèt thÐp lµ yÕu tè c¬ b¶n ®¶m b¶o sù lµm viÖc gi÷a bª t«ng vµ cèt thÐp, ®¶m b¶o cho sù biÕn d¹ng ®ång ®Òu gi÷a bª t«ng vµ cèt thÐp. C¸c yÕu tè t¹o ra lùc dÝnh gi÷a bª t«ng vµ cèt thÐp: + BÒ mÆt cèt thÐp nh¸m hoÆc cã gê + Do keo, hå v÷a xi m¨ng cã t¸c dông nh− thø keo d¸n d¸n chÆt cèt thÐp vµo bª t«ng. 10
+ HiÖn t−îng co ngãt trong bª t«ng lµm cho cèt thÐp dÝnh chÆt víi bª t«ng t¹o ra lùc ma s¸t bª t«ng vµ cèt thÐp. §Ó x¸c ®Þnh lùc dÝnh trong bª t«ng th× ng−êi ta tiÕn hµnh lµm thÝ nghiÖm. §Ó thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh lùc dÝnh ta cã thÓ lµm thÝ nghiÖm kÐo tôt hoÆc nÐn tôt cèt thÐp ra khái kÕt cÊu BTCT theo 2 s¬ ®å sau (H2.2). l Nk l τ tb τ tb τ m ax τ m ax Nk H×nh 2.2. S¬ ®å ph©n bè lùc dÝnh trong bª t«ng cèt thÐp Tõ s¬ ®å thÝ nghiÖm nh− h×nh vÏ ta thÊy c−êng ®é lùc dÝnh kÕt cã thÓ ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau: N τ tb = (2.1) πdl Trong ®ã: N - Lùc kÐo (nÐn) tôt cèt thÐp ra khái mÉu d - §−êng kÝnh cèt thÐp l - ChiÒu dµi phÇn cèt thÐp n»m trong bª t«ng, nh− h×nh vÏ. ThÊy r»ng lùc dÝnh ph©n ph©n bè kh«ng ®Òu vµ c−êng ®é lùc dÝnh lín nhÊt ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc: N τ τ max = = tb (2.2) ωπdl ω Trong ®ã: ω - HÖ sè ®iÒu chØnh biÓu ®å lùc dÝnh ω < 1 C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn lùc dÝnh bª t«ng vµ cèt thÐp: + ChÊt l−îng bª t«ng, chÊt dÝnh kÕt trong bª t«ng + Tr¹ng th¸i bÒ mÆt cèt thÐp, bÒ mÆt cèt thÐp nh¸m th× lùc dÝnh kÕt sÏ lín vµ ng−îc l¹i bÒ mÆt cèt thÐp Ýt nh¸m, tr¬n th× gi¸ trÞ lùc liªn kÕt dÝnh kÕt sÏ nhá. Lùc dÝnh kÕt lín nhÊt gi÷a bª t«ng vµ cèt thÐp còng cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc thùc nghiÖm nh− sau: 11
Rn τ max = (2.3) m Trong ®ã: Rn – C−êng ®é chÞu nÐn cña bª t«ng m – HÖ sè phô thuéc lo¹i cèt thÐp, víi cèt thÐp cã gê th× gi¸ trÞ m nhá cã nghÜa khi ®ã lùc dÝnh kÕt lín, cßn víi cèt thÐp kh«ng cã gê th× gi¸ trÞ m lín h¬n ®iÒu nµy còng cã nghÜa lµ víi cèt thÐp tr¬n kh«ng cã gê th× gi¸ trÞ lùc dÝnh kÕt τ gi÷a bª t«ng vµ cèt thÐp sÏ nhá h¬n víi cèt cã gê v× gi¸ trÞ mÉu sè lín trong khi gi¸ trÞ Rn trªn tö kh«ng ®æi. Gi¸ trÞ m cã thÓ ®−îc lÊy theo kinh nghiÖm nh− sau: Víi cèt cã gê m = 2 ÷3,5 Cèt trßn tr¬n m = 3,6 ÷ 6 2.5. øng suÊt trong BTCT 2.5.1. øng suÊt do co ngãt trong BTCT Ban ®Çu tr−íc khi ®i vµo lµm viÖc do hiÖn t−îng co ngãt th× bª t«ng ®· g©y ra øng suÊt tr−íc (øng suÊt ban ®Çu) trong cèt thÐp. Khi bª t«ng co ngãt, ®«ng cøng tù nhiªn nã sÏ tån t¹i mét biÕn d¹ng εco. Nh−ng v× cèt thÐp cïng lµm viÖc víi bª t«ng, do gi÷a bª t«ng vµ cèt thÐp cã lùc dÝnh kÕt. Do ®ã sÏ c¶n trë sù co ngãt tù nhiªn cña bª t«ng, kÕt qu¶ trong bª t«ng cèt thÐp sÏ cã mét biÕn d¹ng tæng hîp ε1 < εco. Hay cèt thÐp ®· bÞ bª t«ng g©y ra mét biÕn d¹ng ε2 vµ trong cèt thÐp cã tån t¹i mét øng suÊt nÐn: σac = Ea ε1 Ng−îc l¹i bª t«ng còng bÞ cèt thÐp lµm gi¶m biÕn d¹ng mét l−îng: ε2 = εco - ε1 vµ trong bª t«ng còng tån t¹i mét øng suÊt kÐo: σb = ν.ε2.Eb. (2.4) Víi: ν - HÖ sè ®µn håi Eb - M« ®un ®µn håi cña bª t«ng Ea - M« ®un ®µn håi cña cèt thÐp. NÕu σb > σkÐo - Bª t«ng sÏ bÞ nøt, ®ã lµ nøt do hiÖn t−îng co ngãt. Do ®ã khi bª t«ng kh«ng bÞ nøt do co ngãt cã nghÜa lµ øng suÊt trong thÐp vµ bª t«ng khi ®ã lµ nh÷ng gi¸ trÞ néi lùc tù c©n b»ng víi nhau. 2.5.2. øng suÊt do ngo¹i lùc – HiÖn t−îng tõ biÕn Khi BTCT chÞu kÐo hoÆc nÐn nh−ng bª t«ng ch−a bÞ biÕn d¹ng nøt, BTCT cïng lµm viÖc víi nhau vµ cã cïng biÕn d¹ng ε. Khi ®ã øng suÊt trong bª t«ng lµ: σb = ν.ε.Eb (2.5) 12
øng suÊt trong thÐp lµ: σa = ε.Ea (2.6) LÊy (2.5) chia cho (2.6) ta cã: σb/σa = ν.Eb/Ea Hay σa = n.σb Víi n = Ea/ν.Eb Th«ng th−êng n = 8 ÷ 20 Trong vïng chÞu kÐo, sau khi bª t«ng bÞ nøt phÇn néi lùc do bª t«ng chÞu ®−îc truyÒn sang cho cèt thÐp vµ cèt thÐp chÞu toµn bé néi lùc kÐo. HiÖn t−îng tõ biÕn: Khi chÞu lùc t¸c dông l©u dµi bª t«ng bÞ tõ biÕn. Cèt thÐp còng c¶n trë hiÖn t−îng tõ biÕn cña bª t«ng. XÐt cÊu kiÖn chÞu nÐn kÕt qu¶ cña tõ biÕn lµm cho øng suÊt trong cèt thÐp t¨ng lªn vµ øng suÊt trong bª t«ng gi¶m xuèng. §ã lµ hiÖn t−îng ph©n phèi l¹i øng suÊt mét c¸ch cã lîi. 2.6. Sù ph¸ ho¹i cña kÕt cÊu BTCT 2.6.1. Do chÞu lùc Bª t«ng vµ cèt thÐp cïng lµm viÖc chung cho ®Õn khi kÕt cÊu bÞ ph¸ ho¹i. Khi chÞu uèn: Sù ph¸ ho¹i cña bª t«ng b¾t ®Çu tõ cèt thÐp cña vïng kÐo khi øng suÊt trong nã ®¹t giíi h¹n ch¶y hoÆc b¾t ®Çu tõ vïng nÐn khi øng suÊt trong bª t«ng ®¹t ®Õn gi¸ trÞ Rn. Nªn cã thÓ xÈy ra 2 hiÖn t−îng ph¸ ho¹i nh− sau: Ph¸ ho¹i dÎo: Sau khi bª t«ng bÞ nøt th× cèt thÐp trong miÒn chÞu kÐo sÏ chÞu toµn bé lùc kÐo vµ khi ®ã nã ®−îc xem lµ b¾t ®Çu bÞ ph¸ ho¹i khi σthÐp = σch ®©y lµ tr−êng hîp ph¸ ho¹i dÎo khi ®· tËn dông hÕt kh¶ n¨ng lµm viÖc cña cèt thÐp. Ph¸ ho¹i dßn: Sù ph¸ ho¹i cña kÕt cÊu BTCT b¾t ®Çu khi øng suÊt trong bª t«ng ®¹t c−êng ®é chÞu nÐn trong khi øng suÊt trong cèt thÐp chÞu kÐo ch−a ®¹t ®Õn c−êng ®é giíi h¹n dÎo, ®©y lµ tr−êng hîp ph¸ ho¹i rÊt nguy hiÓm xuÊt ph¸t tõ miÒn chÞu nÐn, khã biÕt tr−íc v× khi cÊu kiÖn lµm viÖc víi chuyÓn vÞ vµ biÕn d¹ng nhá th× cÊu kiÖn ®· bÞ ph¸ ho¹i. Khi bÞ ph¸ ho¹i theo d¹ng ph¸ ho¹i dßn th× kh«ng tËn dông ®−îc hÕt kh¶ n¨ng lµm viÖc cu¶ cèt thÐp ë miÒn chÞu kÐo, kh«ng cã tÝnh chÊt b¸o tr−íc, tÝnh kinh tÕ kh«ng cao. Do ®ã cÇn ph¶i tÝnh to¸n thiÕt kÕ hµm l−îng cèt thÐp mét c¸ch tØ mØ chÝnh x¸c tr¸nh hiÖn t−îng d− thõa vËt liÖu mµ vÉn kh«ng ®¶m b¶o an toµn khi kÕt cÊu lµm viÖc. 2.6.2. Do t¸c ®éng cña m«i tr−êng Khi kÕt cÊu BTCT lµm viÖc víi m«i tr−êng xung quanh nã cã thÓ chÞu t¸c ®éng cña m«i tr−êng x©m thùc xung quanh. V× vËy kÕt cÊu BTCT cã thÓ bÞ h− háng do c¸c t¸c dông: c¬ häc, hãa häc, sinh häc…v.v. Sù ph¸ ho¹i BTCT cã thÓ xÈy ra trong bª t«ng, trong cèt thÐp hoÆc xÈy ra c¶ ë cèt thÐp vµ bª t«ng trong cïng mét thêi ®iÓm. + Ph¸ ho¹i do t¸c ®éng c¬ häc: BTCT cã thÓ bÞ bµo mßn do m−a, dßng ch¶y, sù ®ãng b¨ng...v.v. §Ó chèng l¹i hiÖn t−îng ph¸ hñy c¬ häc nµy ng−êi ta ph¶i thiÕt kÕ bª t«ng cã c−êng ®é cao vµ bÒ mÆt bª t«ng ph¶i ch¾c ch¾n. 13
+ Ph¸ ho¹i vÒ mÆt hãa häc: BTCT cã thÓ bÞ x©m thùc bëi c¸c t¸c nh©n hãa häc nh−: C¸c muèi, axÝt... cã trong m«i tr−êng khi bª t«ng lµm viÖc trong c¸c m«i tr−êng ®ã. + Ph¸ ho¹i do t¸c nh©n vÒ sinh häc: c¸c lo¹i rong rªu, hµ, nh÷ng vi khuÈn ë s«ng, biÓn g©y t¸c dông ph¸ ho¹i bÒ mÆt bª t«ng. Khi bª t«ng cèt thÐp trong m«i tr−êng x©m thùc, do t¸c dông ho¸ häc vµ ®iÖn ph©n cña m«i tr−êng th× cèt thÐp cã thÓ bÞ ¨n mßn vµ han gØ, thÓ tÝch líp gØ t¨ng lªn nhiÒu lÇn so víi thÓ tÝch cèt thÐp ban ®Çu, do ®ã nã chÌn Ðp bª t«ng t¹o ra vÕt nøt trong líp bª t«ng b¶o vÖ hoÆc ph¸ vì líp bª t«ng ®ã. V× vËy, vÊn ®Ò b¶o vÖ chèng rØ cho cèt thÐp lµ mét yªu cÇu b¾t buéc vµ cã ý nghÜa hÕt søc quan träng. §Ó b¶o vÖ kÕt cÊu BTCT khái bÞ ¨n mßn th× ngay khi thiÕt kÕ kÕt cÊu BTCT cÇn ph¶i sö dông n−íc s¹ch ®Ó thiÕt kÕ cÊp phèi bª t«ng vµ ph¶i thiÕt kÕ ®é dÇy líp bª t«ng b¶o vÖ cèt thÐp ®ñ dÇy ®Ó b¶o vÖ cèt thÐp khái bÞ t¸c ®éng x©m thùc cña m«i tr−êng. 14
Ch−¬ng 3 Nguyªn lý tÝnh to¸n cÊu kiÖn bª t«ng cèt thÐp 3.1. Yªu cÇu chung C¸c kÕt cÊu BTCT ®−îc thiÕt kÕ vµ x©y dùng cÇn ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu sau: + §¶m b¶o ®é bÒn cÇn thiÕt + §¶m b¶o lµm viÖc æn ®Þnh + §¶m b¶o tuæi thä cÇn thiÕt. Néi dung c¬ b¶n cña thiÕt kÕ tÝnh to¸n cÊu kiÖn BTCT bao gåm 2 phÇn chÝnh lµ: tÝnh to¸n vµ cÊu t¹o (bè trÝ cèt thÐp trong bª t«ng mét c¸ch hîp lý). Néi dung c¬ b¶n cña phÇn tÝnh to¸n: X¸c ®Þnh t¶i träng vµ t¸c ®éng cña chóng, x¸c ®Þnh néi lùc do tõng lo¹i g©y ra còng nh− tæ hîp cña chóng. X¸c ®Þnh kh¶ n¨ng chÞu lùc cña kÕt cÊu hoÆc diÖn tÝch cÇn thiÕt cña bª t«ng còng nh− cña cèt thÐp. Néi dung c¬ b¶n cña phÇn cÊu t¹o: Bao gåm c¸c vÊn ®Ò chÝnh sau: - Chän lo¹i vËt liÖu (cèt thÐp, m¸c bª t«ng). - Chän kÝch th−íc mÆt c¾t ngang theo c¸c ®iÒu kiÖn kiÕn tróc vµ kÕt cÊu. - Bè trÝ cèt thÐp theo c¸c quy ®Þnh. - Gi¶i quyÕt c¸c liªn kÕt gi÷a c¸c bé phËn, chän gi¶i ph¸p b¶o vÖ kÕt cÊu. Chó ý: §−êng kÝnh cèt chÞu lùc d ph¶i lín h¬n hoÆc b»ng 10mm, ®−êng kÝnh cèt ®ai cã gi¸ trÞ d = (6 - 10)mm 3.2. T¶i träng t¸c dông T¶i träng t¸c dông khi tÝnh to¸n thiÕt kÕ kÕt cÊu BTCT cÇn ®−îc lÊy theo c¸c tiªu chuÈn thiÕt kÕ vÒ t¶i träng. C¸c c«ng tr×nh vÒ nhµ cöa vµ c¸c c«ng tr×nh c«ng nghiÖp c¸c lo¹i t¶i träng th−êng ®−îc lÊy theo TCVN 2737 -90. Cßn c¸c c«ng tr×nh ®Æc dông (®iÖn lùc, giao th«ng, thuû lîi, c«ng tr×nh ngÇm...) cÇn cã c¸c tiªu chuÈn ngµnh t−¬ng øng ®Ó tham kh¶o khi thiÕt kÕ. Cã rÊt nhiÒu lo¹i t¶i träng t¸c dông lªn kÕt cÊu BTCT, cã thÓ ph©n lo¹i t¶i träng ra lµm mét sè lo¹i nh− sau: Theo thêi gian, tÇn xuÊt cña t¶i träng t¸c dông cã thÓ ph©n ra: + T¶i träng t¸c dông th−êng xuyªn: Lµ lo¹i t¶i träng t¸c dông cã tÝnh chÊt hÇu nh− kh«ng thay ®æi theo thêi gian trong suèt qu¸ tr×nh lµm viÖc cña kÕt cÊu. + T¶i träng t¹m thêi: Lµ c¸c t¶i träng cã tÝnh chÊt thay ®æi trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cña kÕt cÊu. Sù thay ®æi ®ã cã thÓ lµ ®iÓm ®Æt, trÞ sè, h−íng t¸c dông... + T¶i träng ®Æc biÖt: Lo¹i t¶i träng nµy th−êng rÊt Ýt khi xÈy ra khi kÕt cÊu lµm viÖc vÝ dô nh−: ®éng ®Êt, næ... 15
§Ó tÝnh to¸n t¶i träng theo TCVN 2732 - 90 th× t¶i träng tÝnh to¸n ph¶i ®−îc t¨ng thªm mét hÖ sè dù tr÷ bÒn (hÖ sè v−ît t¶i träng) n vµ khi ®ã t¶i träng tÝnh to¸n ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: P = n.Ptc (3.1) Trong ®ã: n - HÖ sè v−ît t¶i träng - Víi t¶i träng t¹m thêi th×: n = 1,2÷1,4 - Víi t¶i träng t¸c dông dµi h¹n th×: n = 1,1÷1,3 - Ptc - T¶i träng tiªu chuÈn khi tÝnh to¸n + T¶i träng dµi h¹n bao gåm t¶i träng th−êng xuyªn, mét phÇn t¶i träng t¹m thêi (ho¹t t¶i). + T¶i träng ng¾n h¹n: Bao gåm phÇn cßn l¹i cña t¶i träng t¹m thêi vµ cã thÓ cã thªm t¶i träng ®Æc biÖt. Theo ph−¬ng t¸c dông cña t¶i träng cã thÓ chia t¶i träng t¸c dông ra lµm mét sè lo¹i nh− sau: + T¶i träng th¼ng ®øng: Ph−¬ng t¸c dông th¾ng ®øng + T¶i träng ngang: Ph−¬ng t¸c dông vu«ng gãc víi ph−¬ng ngang cña cÊu kiÖn vÝ dô nh− t¶i träng do giã, ¸p lùc n−íc t¸c dông... + T¶i träng theo ph−¬ng nghiªng víi trôc cña cÊu kiÖn mét gãc nµo ®ã. 3.3. Néi lùc §èi víi c¸c kÕt cÊu ®¬n gi¶n tÜnh ®Þnh nh− dÇm, cét…v.v. th× sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh cña m«n Søc bÒn vËt liÖu vµ C¬ häc kÕt cÊu. Víi c¸c kÕt cÊu siªu tÜnh bËc cao khi tÝnh néi lùc ng−êi ta th−êng xÐt ®Õn biÕn d¹ng dÎo, c¸c vÕt nøt vµ vai trß cña c¸c cèt thÐp. §Ó x¸c ®Þnh néi lùc vµ thùc hiÖn tæ hîp néi lùc ta cÇn lËp c¸c s¬ ®å tÝnh to¸n: + LËp s¬ ®å tÝnh to¸n víi tÜnh t¶i. + LËp s¬ ®å tÝnh to¸n cã thÓ xÈy ra cña ho¹t t¶i cho ta c¸c gi¸ trÞ néi lùc Ti. CÇn chó ý r»ng t¹i cïng mét thêi ®iÓm cïng mét mÆt c¾t cña kÕt cÊu c¸c gi¸ trÞ Ti do c¸c s¬ ®å ho¹t t¶i g©y ra cã thÓ kh¸c nhau c¶ vÒ trÞ sè vµ dÊu. XÐt t¹i mét mÆt c¾t bÊt kú cña kÕt cÊu th× néi lùc ®−îc sö dông ®Ó tÝnh to¸n hoÆc kiÓm tra T sÏ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc: T = Tg + ∑T i (3.2) Trong ®ã: Tg – Néi lùc do tæ hîp tÜnh t¶i t¸c dông ®èi víi kÕt cÊu. ∑T i - Tæ hîp néi lùc do tæ hîp c¸c ho¹t t¶i t¸c dông ®èi víi kÕt cÊu. 3.4. Kh¸i niÖm vÒ tÝnh to¸n BTCT Sau khi cã gi¸ trÞ néi lùc T, tiÕn hµnh tÝnh to¸n vÒ kh¶ n¨ng chÞu lùc cña kÕt cÊu. Th«ng th−êng cã 2 d¹ng bµi to¸n c¬ b¶n trong khi thiÕt kÕ kÕt cÊu BTCT: 16
- KiÓm tra ®iÒu kiÖn chÞu lùc cña mÆt c¾t. - TÝnh to¸n diÖn tÝch cÇn thiÕt cña bª t«ng vµ cèt thÐp. HiÖn nay cã 3 ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n kÕt cÊu BTCT hay ®−îc dïng. - Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n theo øng suÊt cho phÐp - Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n theo t¶i träng ph¸ ho¹i - Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n theo tr¹ng th¸i giíi h¹n. 3.5. Tr¹ng th¸i øng suÊt biÕn d¹ng trong kÕt cÊu BTCT XÐt qu¸ tr×nh lµm viÖc cña mét dÇm bª BTCT chÞu uèn víi t¶i träng ph©n bè ®Òu cã tiÕt diÖn ngang h×nh ch÷ nhËt cã kÝch th−íc tiÕt diÖn ngang bxh. Ta thÊy tõ lóc b¾t ®Çu ®Æt t¶i ®Õn lóc kÕt cÊu bÞ ph¸ ho¹i ta cã thÓ quan s¸t thÊy ba giai ®o¹n ph¸t triÓn cña tr¹ng th¸i øng suÊt - biÕn d¹ng trªn tiÕt diÖn ngang nh− sau: + Giai ®o¹n I: Khi t¶i träng t¸c dông cßn nhá vµ m« men nhá cã thÓ xem kÕt cÊu lµm viÖc ë chÕ ®é ®µn håi. a) b) σ b
®Õn giíi h¹n ch¶y Ra h×nh (H.3.3.b). Lóc nµy kÕt cÊu vÉn ch−a bÞ ph¸ ho¹i ta gäi tr¹ng th¸i nµy lµ tr¹ng th¸i thø II (giai ®o¹n ch¶y dÎo). a) σ b
3.6. C¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n kÕt cÊu BTCT 3.6.1. Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n kÕt cÊu BTCT theo øng suÊt cho phÐp Néi dung cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ dùa trªn gi¶ thiÕt ë giai ®o¹n II cña tr¹ng th¸i øng suÊt biÕn d¹ng trong 3 giai ®o¹n lµm viÖc cña kÕt cÊu BTCT. Nh−ng ®Ó ®¬n gi¶n ho¸ ta gi¶ thiÕt mét sè ®iÓm sau: + Bá qua kh¶ n¨ng lµm viÖc cña miÒn bª t«ng chÞu kÐo vµ coi biÓu ®å m« men ph©n bè cã d¹ng h×nh tam gi¸c nh− h×nh vÏ H.3.5. + Tr−íc vµ sau khi biÕn d¹ng, mÆt c¾t ngang vÉn lµ ph¼ng vµ vu«ng gãc víi trôc cña cÊu kiÖn. + VËt liÖu lµm viÖc tu©n theo ®Þnh luËt Hooke tøc lµ quan hÖ øng suÊt vµ biÕn d¹ng cã tÝnh chÊt tuyÕn tÝnh vµ cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: σ = E.ε (3.3) Víi: E - M« ®un ®µn håi cña bª t«ng ε - BiÕn d¹ng cña vËt liÖu (BTCT) b n x M σ a
σa, σb: øng suÊt do t¶i träng ngoµi g©y ra víi cèt thÐp vµ bª t«ng trong kÕt cÊu. σb
ph¶n ¸nh ®−îc kh¶ n¨ng chÞu lùc cña kÕt cÊu, cô thÓ ®· bá qua giai ®o¹n lµm viÖc ®µn håi dÎo cña kÕt cÊu. 3.6.2. Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n kÕt cÊu BTCT theo t¶i träng ph¸ ho¹i XuÊt ph¸t tõ giai ®o¹n III cña tr¹ng th¸i øng suÊt biÕn d¹ng bª t«ng vµ cèt thÐp. §Ó ®¬n gi¶n ta coi biÓu ®å øng suÊt ph¸p miÒn bª t«ng chÞu nÐn ph©n bè cã d¹ng h×nh ch÷ nhËt nh− h×nh vÏ H.3.7. Rn x x h0 Fa R a, F a a b H×nh 3.7: S¬ ®å tÝnh to¸n cÊu kiÖn BTCT theo t¶i träng ph¸ ho¹i Néi dung cña ph−¬ng ph¸p: Néi lùc do t¶i träng g©y ra trªn mÆt c¾t ngang ph¶i nhá h¬n néi lùc ph¸ ho¹i cho phÐp. Víi cÊu kiÖn cã mÆt c¾t ngang h×nh ch÷ nhËt cã cèt chÞu kÐo ta cã: M ph M ≤ [M ] = (3.9) k LÊy tæng m« men cña mÆt c¾t víi träng t©m cña cèt chÞu kÐo ta cã: x ∑ M ( Fa) = 0 = R bx(hn 0 − ) 2 (3.10) Tõ (3.9) vµ (3.10) ta cã: x M ph Rnbx(h0 − ) M ≤ = 2 ≤ [M ] (3.11) k k LÊy tæng m« men cña mÆt c¾t víi träng t©m miÒn bª t«ng chÞu nÐn ta cã: x ∑ M = 0 → M = RaFa(h 0 − ) 2 (3.12) x RaFa (h0 − ) vµ M = 2 ≤ [M ] (3.13) k ¦u ®iÓm: - Ph−¬ng ph¸p nµy ®· kÓ ®Õn tÝnh ®µn håi dÎo cña vËt liÖu cho nªn ®· ph¶n ¸nh ®−îc t−¬ng ®èi chÝnh x¸c sù lµm viÖc cña kÕt cÊu. - Dïng hÖ sè an toµn chung cho c¶ kÕt cÊu lµ t−¬ng ®èi s¸t víi thùc tÕ. 21