Giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép - TS. Nguyễn Duy Tiến, TS. Ngô Đăng Quang

Chia sẻ: Lý Long | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:429

Thêm vào BST

Báo xấu

574
lượt xem 215
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép - TS. Nguyễn Duy Tiến, TS. Ngô Đăng Quang bao gồm 10 chương, giới thiệu một số vấn đề cơ bản nhất trong việc tính toán và thiết kế các cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép theo trạng thái giới hạn cường độ và một số khía cạnh liên quan đến trạng thái giới hạn sử dụng. Mời các bạn cùng tìm hiểu để nắm bắt nội dung thông tin tài liệu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép - TS. Nguyễn Duy Tiến, TS. Ngô Đăng Quang

LỜI NÓI ĐẦU Cuốn sách Kết cấu bê tông cốt thép này được biên soạn dành sinh viên các chuyên ngành xây dựng, đặc biệt là xây dựng giao thông và xây dựng dân dụng. Trong quá trình biên soạn, các tác giả đã cố gắng mô tả sự làm việc của các kết cấu bê tông cũng như các phương pháp thiết kế chúng dựa trên các tính chất cơ học. Tuy nhiên, khoa học về kết cấu bê tông là khoa học thực nghiệm nên việc tính toán và thiết kế kết cấu bê tông đòi hỏi phải sử dụng cả các kết quả thí nghiệm, các công thức thực nghiệm cũng như các quy định và khuyến nghị của các Tiêu chuẩn thiết kế. Các tiêu chuẩn được sử dụng có tính chất ví dụ trong tài liệu này là Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 của Bộ Giao thông vận tải cũng như Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông ACI 318-05 của Viện Bê tông Hoa Kỳ. Để so sánh, một số chỗ trong tài liệu cũng tham khảo cả các tiêu chuẩn khác như Euro Code, TCXDVN 356-2005, AASHTO LRFD, v.v. Cuốn sách này bao gồm 10 chương, giới thiệu một số vấn đề cơ bản nhất trong việc tính toán và thiết kế các cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép theo trạng thái giới hạn cường độ và một số khía cạnh liên quan đến trạng thái giới hạn sử dụng. Chương 1 giới thiệu các vấn đề tổng quan về kết cấu bê tông và kết cấu bê tông cốt thép cũng như các phương pháp tính toán và thiết kế chúng. Chương 2 tập trung về tính chất cơ bản của các vật liệu được sử dụng trong kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Chương 3 trình bày nguyên lý thiết kế kết cấu bê tông cốt thép theo các trạng thái giới hạn. Các chương 4, 5, 6 và 7 lần lượt trình bày cách tính toán ứng xử và thiết kế theo trạng thái giới hạn cường độ các cấu kiện bê tông cốt thép ở các trạng thái chịu lực cơ bản như chịu uốn, chịu cắt, chịu xoắn và chịu nén uốn kết hợp. Chương 8 giới thiệu cách tính toán và thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép trong trạng thái giới hạn sử dụng. Chương 9 được dành cho việc thiết kế các khu vực không liên tục trong các kết cấu bê tông cốt thép. Chương 10 giới thiệu các nguyên lý thiết kế cấu tạo trong các kết cấu bê tông cốt thép. Một số phần được in chữ nhỏ dành để trình bày ví dụ và các nội dung để cho sinh viên đọc tham khảo.
Việc biên soạn tài liệu được thực hiện theo sự phân công giữa các tác giả: TS. Nguyễn Duy Tiến: Viết chương 3 và một phần của chương 8, TS. Ngô Đăng Quang: Viết các chương còn lại và chịu trách nhiệm chung. Trong quá trình biên soạn, các tác giả đã nhận được sự giúp đỡ quý báu cả về tinh thần cũng như công sức của các tập thể Bộ môn Kết cấu xây dựng, Bộ môn Kết cấu và đặc biệt là của các thầy giáo có kinh nghiệm trong lĩnh vực kết cấu bê tông như PGS. TS. Tống Trần Tùng, GS. TS. Nguyễn Viết Trung, GS. TS. Phạm Duy Hữu. Các tác giả xin bày tỏ sự cám ơn chân thành và sâu sắc đối với những giúp đỡ quý báu đó. Mặc dù đã áp dụng cho giảng dạy và rút kinh nghiệm trong một thời gian khá dài và rất cố gắng trong quá trình biên soạn nhưng các tác giả cũng chắc chắn rằng, tài liệu này vẫn còn có nhiều sai sót. Các tác giả rất mong nhận được các ý kiến phản hồi từ độc giả để có thể hiệu chỉnh và hoàn thiện dần tài liệu này. Hà Nội, tháng 12/2009 Các tác giả 2
MỤC LỤC MỤC LỤC............................................................................................................................... 3 HỆ THỐNG KÝ HIỆU ........................................................................................................ 11 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG ............................................. 16 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN ............................................................................................... 16 1.1.1 Kết cấu bê tông .............................................................................................................. 16 1.1.2 Bê tông cốt thép ............................................................................................................. 18 1.1.3 Phân loại kết cấu bê tông cốt thép ................................................................................. 19 1.1.3.1 Phân loại theo trạng thái ứng suất ...................................................................................... 19 1.1.3.2 Phân loại theo phương pháp thi công ................................................................................. 19 1.1.4 Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng của kết cấu bê tông ............................................. 20 1.1.5 Các dạng kết cấu bê tông điển hình dùng trong công trình xây dựng ........................... 22 1.2 SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA BÊ TÔNG CỐT THÉP ..................................... 24 1.3 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP ............... 25 1.3.1 Thiết kế sơ bộ ................................................................................................................. 25 1.3.2 Phân tích kết cấu............................................................................................................ 25 1.3.3 Thiết kế chi tiết ............................................................................................................... 26 1.4 TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 27 CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU ............................................................................................... 29 2.1 BÊ TÔNG ........................................................................................................................... 29 2.1.1 Thành phần của bê tông ................................................................................................. 29 2.1.2 Đặc tính của bê tông non ............................................................................................... 31 2.1.3 Phân loại bê tông ........................................................................................................... 33 2.1.4 Các tính chất cơ lý của bê tông đã đóng rắn ................................................................. 34 2.1.4.1 Cường độ chịu nén dọc trục của bê tông ............................................................................ 34 2.1.4.2 Cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông .......................................................................... 36 2.1.4.3 Cường độ chịu kéo của bê tông .......................................................................................... 37 2.1.4.4 Sự làm việc của bê tông khi chịu nén một trục – các định luật vật liệu của bê tông .......... 39 2.1.4.5 Mô đun đàn hồi của bê tông ............................................................................................... 44 2.1.4.6 Sự làm việc của bê tông khi chịu kéo ................................................................................. 45 2.1.4.7 Sự làm việc của bê tông khi chịu tải trọng lặp ................................................................... 46 2.1.4.8 Ảnh hưởng của tốc độ chất tải đến cường độ của bê tông .................................................. 48 2.1.4.9 Từ biến của bê tông............................................................................................................ 48 2.1.4.10 Ví dụ tính toán từ biến ....................................................................................................... 53 2.1.4.11 Co ngót của bê tông ........................................................................................................... 55 2.1.4.12 Các thuộc tính nhiệt của bê tông ........................................................................................ 57 2.1.4.13 Khối lượng thể tích của bê tông ......................................................................................... 58 2.1.4.14 Sự làm việc của bê tông khi chịu ứng suất nhiều chiều ...................................................... 59 2.1.5 Phân cấp bê tông ........................................................................................................... 63 2.1.5.1 Cấp độ bền ......................................................................................................................... 63 3
2.1.5.2 Mác bê tông ....................................................................................................................... 64 2.1.5.3 Cấp bê tông ........................................................................................................................ 64 2.2 CỐT THÉP ......................................................................................................................... 66 2.2.1 Các loại cốt thép ............................................................................................................ 66 2.2.2 Quan hệ ứng suất – biến dạng của cốt thép ................................................................... 67 2.2.3 Các đặc trưng mỏi của cốt thép ..................................................................................... 69 2.3 BÊ TÔNG CỐT THÉP........................................................................................................ 70 2.3.1 Sự dính bám giữa bê tông và cốt thép ............................................................................ 70 2.3.1.1 Khái niệm........................................................................................................................... 70 2.3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực dính bám ............................................................................ 72 2.3.2 Sự tham gia làm việc của bê tông giữa các vết nứt ........................................................ 72 2.3.3 Một số vấn đề về tuổi thọ của kết cấu bê tông cốt thép.................................................. 74 2.4 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP ...................................................................................... 77 CHƯƠNG 3 CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP ...................... 81 3.1 GIỚI THIỆU ....................................................................................................................... 81 3.2 TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ................................................ 81 3.2.1 Thiết kế theo ứng suất cho phép..................................................................................... 82 3.2.2 Thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng ..................................................................... 84 3.3 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG THEO PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ TẢI TRỌNG VÀ SỨC KHÁNG ................................................................................................................... 85 3.3.1 Sự biến thiên của tải trọng ............................................................................................. 86 3.3.2 Sự biến thiên của sức kháng .......................................................................................... 86 3.3.3 Các trạng thái giới hạn .................................................................................................. 87 3.3.4 Khái niệm về độ an toàn ................................................................................................ 88 3.3.4.1 Phân bố thống kê và giá trị trung bình (Mean Value) ........................................................ 88 3.3.4.2 Độ lệch chuẩn (Standard Deviation) .................................................................................. 89 3.3.4.3 Hàm mật độ xác suất (Probability Density Function) ........................................................ 89 3.3.4.4 Hệ số độ lệch (Bias Factor) ................................................................................................ 91 3.3.4.5 Hệ số biến sai (Coefficient of Variation) ........................................................................... 92 3.3.4.6 Xác suất phá hoại (Probability of Failure) ......................................................................... 92 3.3.4.7 Chỉ số độ an toàn (Safety Index) ........................................................................................ 93 3.3.4.8 Cách xác định hệ số cường độ và hệ số tải trọng ............................................................... 96 3.4 GIỚI THIỆU TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ CẦU 22 TCN 272-05 ......................................... 97 3.4.1 Giới thiệu chung ............................................................................................................ 97 3.4.2 Nguyên tắc cơ bản ......................................................................................................... 98 3.4.3 Các trạng thái giới hạn .................................................................................................. 99 3.4.3.1 Trạng thái giới hạn về cường độ ........................................................................................ 99 3.4.3.2 Trạng thái giới hạn về sử dụng......................................................................................... 100 3.4.3.3 Trạng thái giới hạn về mỏi và đứt gãy ............................................................................. 100 3.4.3.4 Trạng thái giới hạn đặc biệt ............................................................................................. 100 3.4.4 Tải trọng và tổ hợp tải trọng ........................................................................................ 100 3.4.4.1 Tải trọng........................................................................................................................... 100 3.4.4.2 Hệ số tải trọng và tổ hợp tải trọng .................................................................................... 101 3.4.5 Trạng thái làm việc của vật liệu kết cấu ...................................................................... 102 3.4.6 Nguyên tắc xét đến sự phân bố lại mô men âm trong cầu dầm liên tục ....................... 102 4
3.5 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ .............................................................................. 103 3.6 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP .................................................................................... 105 CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ CHỊU UỐN ....................................................................... 106 4.1 GIỚI THIỆU ..................................................................................................................... 106 4.2 ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO..................................................................................................... 106 4.2.1 Cấu tạo của dầm .......................................................................................................... 106 4.2.1.1 Chiều cao dầm ................................................................................................................. 107 4.2.1.2 Chiều dày bản cánh .......................................................................................................... 108 4.2.1.3 Chiều dày sườn dầm ........................................................................................................ 108 4.2.1.4 Cốt thép dầm .................................................................................................................... 108 4.2.2 Cấu tạo của bản ........................................................................................................... 109 4.3 SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM KHI CHỊU UỐN .................................................................. 110 4.3.1 Tổng quan về sự làm việc của dầm khi chịu uốn ......................................................... 110 4.3.2 Tính toán xác định sự làm việc của dầm chịu uốn thuần tuý ....................................... 114 4.3.2.1 Các tham số cơ bản .......................................................................................................... 114 4.3.2.2 Điều kiện tương thích về biến dạng ................................................................................. 115 4.3.2.3 Điều kiện cân bằng........................................................................................................... 116 4.3.2.4 Các phương pháp xác định sự làm việc của dầm chịu uốn ............................................... 116 4.3.3 Tính toán sự làm việc chịu uốn thuần tuý của dầm bê tông cốt thép theo các giai đoạn chịu lực 119 4.3.3.1 Giai đoạn I – Giai đoạn bê tông chưa nứt ........................................................................ 119 4.3.3.2 Ví dụ 4.1 – Tính toán mô men gây nứt ............................................................................ 121 4.3.3.3 Giai đoạn II – Giai đoạn bê tông vùng kéo đã nứt, bê tông vùng nén làm việc trong giai đoạn đàn hồi 122 4.3.3.4 Ví dụ 4.2 – Xác định sự làm việc của mặt cắt đã nứt ....................................................... 125 4.3.3.5 Giai đoạn III – Giai đoạn gần phá hoại, dầm ở trạng thái giới hạn về cường độ .............. 127 4.3.4 Quan hệ mô men – độ cong trong các giai đoạn làm việc của dầm ............................ 128 4.4 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẶT CẮT DẦM THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN VỀ CƯỜNG ĐỘ ........................................................................................................................................ 128 4.4.1 Các giả thiết cơ bản ..................................................................................................... 129 4.4.2 Mô hình vật liệu của bê tông và cốt thép ..................................................................... 129 4.4.3 Xác định sức kháng uốn của mặt cắt hình chữ nhật đặt cốt thép đơn .......................... 131 4.4.4 Tính dẻo dai của dầm và hàm lượng cốt thép chịu kéo tối đa...................................... 133 4.4.5 Diện tích cốt thép chịu kéo tối thiểu ............................................................................ 139 4.4.6 Tính toán dầm chịu uốn mặt cắt chữ nhật đặt cốt thép đơn ......................................... 141 4.4.6.1 Sơ đồ khối ........................................................................................................................ 141 4.4.6.2 Ví dụ 4.3 – Tính toán diện tích cốt thép tối thiểu ............................................................. 142 4.4.6.3 Ví dụ 4.4 – Tính toán sức kháng uốn của dầm chữ nhật đặt cốt thép đơn ........................ 143 4.4.7 Thiết kế mặt cắt dầm chữ nhật chịu uốn đặt cốt thép đơn ........................................... 146 4.4.7.1 Tổng quan ........................................................................................................................ 146 4.4.7.2 Trình tự thiết kế ............................................................................................................... 147 4.4.7.3 Ví dụ 4.5 – Thiết kế mặt cắt chữ nhật đặt cốt thép đơn .................................................... 148 4.4.8 Tính toán và thiết kế mặt cắt dầm chữ nhật đặt cốt thép kép ....................................... 150 4.4.8.1 Giới thiệu mặt cắt dầm chữ nhật đặt cốt thép kép ............................................................ 150 4.4.8.2 Phương pháp tính toán ..................................................................................................... 150 4.4.8.3 Ví dụ 4.6 – Tính toán mặt cắt dầm chữ nhật đặt cốt thép kép .......................................... 153 5
4.4.8.4 Thiết kế mặt cắt dầm chữ nhật đặt cốt thép kép ............................................................... 155 4.4.8.5 Ví dụ 4.7 – Thiết kế mặt cắt dầm chữ nhật đặt cốt thép kép ............................................ 156 4.4.9 Tính toán và thiết kế mặt cắt dầm chữ T và L .............................................................. 158 4.4.9.1 Giới thiệu chung .............................................................................................................. 158 4.4.9.2 Xác định bề rộng có hiệu của bản cánh dầm .................................................................... 159 4.4.9.3 Tính toán sức kháng uốn .................................................................................................. 161 4.4.9.4 Ví dụ 4.8 – Tính toán sức kháng uốn của mặt cắt dầm chữ T .......................................... 165 4.4.9.5 Thiết kế mặt cắt chữ T ..................................................................................................... 166 4.4.9.6 Ví dụ 4.9 – Thiết kế mặt cắt chữ T................................................................................... 168 4.5 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP .................................................................................... 170 CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ CHỊU CẮT ........................................................................ 175 5.1 GIỚI THIỆU ..................................................................................................................... 175 5.2 SỰ LÀM VIỆC CỦA CẤU KIỆN CHỊU CẮT ................................................................. 175 5.2.1 Cơ sở xác định sự làm việc của cấu kiện chịu cắt........................................................ 175 5.2.2 Sức kháng cắt của bê tông ........................................................................................... 177 5.2.2.1 Các dạng phá hoại ở cấu kiện chịu cắt ............................................................................. 177 5.2.2.2 Sức kháng cắt sườn .......................................................................................................... 178 5.2.2.3 Sức kháng uốn cắt ............................................................................................................ 179 5.2.3 Sự làm việc của dầm bê tông cốt thép sau khi nứt nghiêng ......................................... 183 5.3 THIẾT KẾ CHỊU CẮT ..................................................................................................... 185 5.3.1 Mô hình giàn ................................................................................................................ 185 5.3.2 Mô hình của Tiêu chuẩn ACI 318-05 ........................................................................... 188 5.3.3 Ví dụ thiết kế chịu cắt theo tiêu chuẩn ACI .................................................................. 191 5.3.4 Lý thuyết trường nén sửa đổi ....................................................................................... 195 5.3.4.1 Giới thiệu ......................................................................................................................... 195 5.3.4.2 Điều kiện tương thích về biến dạng ................................................................................. 195 5.3.4.3 Điều kiện cân bằng........................................................................................................... 196 5.3.4.4 Quan hệ ứng suất – biến dạng trong bê tông đã nứt ......................................................... 199 5.3.4.5 Ứng dụng trong thiết kế ................................................................................................... 204 5.3.4.6 Trình tự thiết kế ............................................................................................................... 209 5.3.4.7 Ví dụ thiết kế chịu cắt theo phương pháp trường nén sửa đổi (Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05) 210 5.4 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP .................................................................................... 214 CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ CHỊU XOẮN .................................................................... 217 6.1 GIỚI THIỆU ..................................................................................................................... 217 6.2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU XOẮN .............................................................. 218 6.2.1 Tổng quan .................................................................................................................... 218 6.2.2 Thanh thành mỏng chịu xoắn ....................................................................................... 220 6.3 SỰ LÀM VIỆC CỦA CẤU KIỆN CHỊU XOẮN .............................................................. 222 6.3.1 Sự làm việc chịu xoắn trước khi nứt ............................................................................ 222 6.3.2 Ví dụ 6.1 – Tính toán dầm chịu xoắn trước khi nứt ..................................................... 223 6.3.3 Sự làm việc chịu xoắn sau khi nứt ................................................................................ 224 6.3.3.1 Nội lực do xoắn gây ra trong các thành phần cốt thép ..................................................... 225 6.3.3.2 Chiều dày lớp bê tông tham gia chịu xoắn và diện tích chịu xoắn có hiệu ....................... 226 6.3.4 Xoắn và uốn đồng thời ................................................................................................. 230 6
6.4 THIẾT KẾ CẤU KIỆN CHỊU XOẮN, CẮT VÀ UỐN ĐỒNG THỜI .............................. 231 6.4.1 Nguyên tắc cấu tạo ...................................................................................................... 231 6.4.2 Thiết kế chịu xoắn, uốn và cắt đồng thời theo Tiêu chuẩn ACI 318-05 ....................... 233 6.4.2.1 Mô men xoắn tính toán .................................................................................................... 233 6.4.2.2 Thiết kế chịu xoắn ............................................................................................................ 233 6.4.3 Thiết kế chịu xoắn, uốn và cắt đồng thời theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 ................. 236 6.4.3.1 Mô men xoắn tính toán .................................................................................................... 237 6.4.3.2 Giới hạn kích thước mặt cắt ngang .................................................................................. 237 6.4.3.3 Thiết kế cốt thép chịu xoắn .............................................................................................. 237 6.4.4 Ví dụ 6.2 – Thiết kế cốt thép ngang cho dầm chịu xoắn, cắt và uốn kết hợp ............... 238 6.5 SỰ PHÂN BỐ LẠI MÔ MEN XOẮN TRONG CÁC KẾT CẤU SIÊU TĨNH ................. 241 6.6 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP .................................................................................... 243 CHƯƠNG 7 THIẾT KẾ CHỊU NÉN UỐN KẾT HỢP ........................................... 245 7.1 GIỚI THIỆU ..................................................................................................................... 245 7.2 PHÂN LOẠI CỘT ............................................................................................................ 245 7.3 XÁC ĐỊNH ĐỘ MẢNH CỦA CỘT ................................................................................. 247 7.3.1 Khái quát ..................................................................................................................... 247 7.3.2 Các đặc trưng hình học và vật liệu .............................................................................. 248 7.3.3 Chiều dài có hiệu và bán kính quán tính ..................................................................... 249 7.3.3.1 Hệ số chiều dài có hiệu .................................................................................................... 249 7.3.3.2 Phân biệt khung có chuyển vị ngang và khung không có chuyển vị ngang ..................... 250 7.3.3.3 Xác định hệ số chiều dài có hiệu bằng phương pháp biểu đồ........................................... 252 7.3.3.4 Xác định hệ số chiều dài có hiệu bằng công thức kinh nghiệm........................................ 253 7.3.4 Ví dụ 7.1 – Tính toán hệ số độ mảnh ........................................................................... 253 7.4 ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CỦA CỘT ................................................................................... 255 7.4.1 Kích thước mặt cắt ngang ............................................................................................ 255 7.4.2 Cốt thép dọc ................................................................................................................. 255 7.4.2.1 Hàm lượng cốt thép tối thiểu............................................................................................ 255 7.4.2.2 Hàm lượng cốt thép dọc tối đa. ........................................................................................ 255 7.4.2.3 Số lượng thanh cốt thép dọc tối thiểu ............................................................................... 255 7.4.3 Bố trí cốt thép đai ........................................................................................................ 256 7.5 NGUYÊN TẮC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỘT ............................................................... 257 7.6 NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CỐT ĐAI.............................................................................. 258 7.6.1 Thiết kế cốt đai xoắn .................................................................................................... 259 7.6.2 Thiết kế cốt đai giằng................................................................................................... 260 7.7 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỘT NGẮN, CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM............................. 261 7.7.1 Nguyên tắc chung......................................................................................................... 261 7.7.2 Sức kháng của cột ngắn chịu nén đúng tâm ................................................................. 261 7.7.3 Ví dụ 7.2 – Tính toán sức kháng của cột ngắn, mặt cắt chữ nhật, cốt đai giằng ......... 262 7.7.4 Ví dụ 7.3 – Tính toán sức kháng nén của cột ngắn, mặt cắt tròn, cốt đai xoắn ........... 263 7.7.5 Ví dụ 7.4 – Thiết kế cột ngắn, chịu nén đúng tâm ........................................................ 264 7.8 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỘT NGẮN CHỊU NÉN LỆCH TÂM............................... 265 7.8.1 Khái niệm về tâm dẻo của mặt cắt ............................................................................... 265 7.8.2 Các phương trình cơ bản mô tả sự làm việc của mặt cắt ............................................. 267 7.8.3 Phương pháp tính toán ................................................................................................ 270 7
7.8.4 Ví dụ 7.5 – Tính toán sức kháng của cột chịu nén lệch tâm ......................................... 271 7.8.5 Tính toán sức kháng của mặt cắt cột trong trường hợp tổng quát ............................... 273 7.8.5.1 Mặt cắt chữ nhật............................................................................................................... 274 7.8.5.2 Mặt cắt tròn ...................................................................................................................... 275 7.8.6 Ví dụ 7.6 – Tính toán sức kháng nén của cột tròn ....................................................... 277 7.8.7 Phương pháp gần đúng tính toán sức kháng nén của cột tròn .................................... 279 7.8.8 Ví dụ 7.7 – Tính toán sức kháng nén của cột tròn bằng phương pháp Whitney .......... 281 7.8.9 Biểu đồ tương tác P – M .............................................................................................. 281 7.8.9.1 Xây dựng biểu đồ tương tác P-M ..................................................................................... 282 7.8.9.2 Đặc điểm của biểu đồ tương tác P-M ............................................................................... 287 7.9 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỘT MẢNH ...................................................................... 288 7.9.1 Tổng quan về các phương pháp tính toán .................................................................... 288 7.9.2 Phương pháp phóng đại mô men ................................................................................. 290 7.9.2.1 Sự phóng đại mô men cho các cột trong khung có giằng theo Tiêu chuẩn ACI 318-05... 291 7.9.2.2 Sự phóng đại mô men cho các cột trong khung không giằng theo Tiêu chuẩn ACI 318-05 292 7.9.2.3 Sự phóng đại mô men theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 .................................................. 294 7.9.2.4 Ổn định của cột trong khung không có giằng .................................................................. 295 7.9.3 Ví dụ tính toán cột trong khung không có chuyển vị ngang ......................................... 296 7.9.3.1 Ví dụ 7.8 .......................................................................................................................... 296 7.9.3.2 Ví dụ 7.9 .......................................................................................................................... 297 7.9.4 Ví dụ 7.10 – Tính toán cột trong khung có chuyển vị ngang ........................................ 299 7.10 CẤU KIỆN CHỊU NÉN VÀ UỐN HAI PHƯƠNG........................................................... 302 7.10.1 Giới thiệu chung...................................................................................................... 302 7.10.2 Ví dụ 7.11 – Tính toán cột chịu nén uốn theo hai phương ...................................... 305 7.11 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP .................................................................................... 307 CHƯƠNG 8 THIẾT KẾ KẾT CẤU TRONG TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG ................................................................................................................ 310 8.1 GIỚI THIỆU ..................................................................................................................... 310 8.2 CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN .............................................................................................. 310 8.3 TÍNH TOÁN ĐỘ VÕNG .................................................................................................. 311 8.3.1 Giới thiệu chung .......................................................................................................... 311 8.3.2 Tính toán độ cứng chống uốn ...................................................................................... 311 8.3.3 Tính toán mô men quán tính của một số dạng mặt cắt phổ biến .................................. 313 8.3.3.1 Mặt cắt chữ nhật đặt cốt thép đơn .................................................................................... 313 8.3.3.2 Mặt cắt chữ nhật đặt cốt thép kép .................................................................................... 314 8.3.3.3 Mặt cắt chữ T ................................................................................................................... 315 8.4 ĐỘ VÕNG DÀI HẠN ....................................................................................................... 317 8.5 TÍNH DUYỆT ĐỘ VÕNG ............................................................................................... 319 8.6 VÍ DỤ TÍNH TOÁN ĐỘ VÕNG ...................................................................................... 320 8.6.1 Ví dụ 8.1 – Tính duyệt độ võng của dầm giản đơn theo Tiêu chuẩn ACI 318-05 ........ 320 8.6.2 Ví dụ 8.2 – Tính duyệt độ võng của dầm cầu theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 ........... 323 8.7 TÍNH TOÁN VÀ HẠN CHẾ ĐỘ MỞ RỘNG VẾT NỨT................................................. 325 8.7.1 Các loại vết nứt và nguyên nhân .................................................................................. 325 8.7.1.1 Các vết nứt do chịu lực .................................................................................................... 326 8
8.7.1.2 Các vết nứt không do chịu lực ......................................................................................... 327 8.7.2 Bề rộng vết nứt ............................................................................................................. 329 8.7.3 Quá trình hình thành vết nứt ........................................................................................ 330 8.7.3.1 Sự tăng ứng suất trong cốt thép và sự phá hoại dính bám tại vết nứt đầu tiên ................. 330 8.7.3.2 Khoảng cách giữa các vết nứt trong cấu kiện bê tông cốt thép ........................................ 332 8.7.3.3 Khoảng cách giữa các vết nứt trong các cấu kiện có chiều dày vùng kéo nhỏ ................. 334 8.7.3.4 Vùng ảnh hưởng của cốt thép .......................................................................................... 335 8.7.4 Tính toán độ mở rộng vết nứt....................................................................................... 336 8.7.5 Tính duyệt độ mở rộng vết nứt ..................................................................................... 339 8.8 CỐT THÉP TỐI THIỂU ĐỂ KHỐNG CHẾ NỨT ............................................................ 340 8.9 VÍ DỤ TÍNH TOÁN ĐỘ MỞ RỘNG VẾT NỨT .............................................................. 342 8.9.1 Ví dụ 8.3 – Tính toán theo Tiêu chuẩn ACI 318-05 ..................................................... 342 8.9.2 Ví dụ 8.4 – Tính toán theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 ............................................... 345 8.10 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP .................................................................................... 346 CHƯƠNG 9 THIẾT KẾ VÙNG KHÔNG LIÊN TỤC ........................................... 350 9.1 GIỚI THIỆU ..................................................................................................................... 350 9.2 PHÂN TÍCH ỨNG XỬ TRƯỚC KHI BÊ TÔNG NỨT.................................................... 352 9.2.1 Phân tích đàn hồi ......................................................................................................... 352 9.2.2 Phương pháp tương tự dầm cao để thiết kế khu vực đầu dầm ..................................... 356 9.3 PHÂN TÍCH ỨNG XỬ SAU KHI BÊ TÔNG NỨT ......................................................... 358 9.4 THIẾT KẾ THEO PHƯƠNG PHÁP SƠ ĐỒ HỆ THANH ............................................... 358 9.4.1 Giới thiệu phương pháp sơ đồ hệ thanh....................................................................... 358 9.4.2 Xây dựng sơ đồ hệ thanh.............................................................................................. 360 9.4.2.1 Nguyên tắc ....................................................................................................................... 360 9.4.2.2 Trình tự chung ................................................................................................................. 360 9.4.2.3 Phương pháp phân chia kết cấu thành các vùng B và vùng D .......................................... 361 9.4.2.4 Các phương pháp xây dựng sơ đồ hệ thanh ..................................................................... 361 9.4.3 Tính toán nội lực của các thanh trong sơ đồ hệ thanh ................................................. 363 9.4.4 Thiết kế và tính duyệt kết cấu bằng phương pháp sơ đồ hệ thanh ............................... 364 9.4.4.1 Xác định kích thước của các nút ...................................................................................... 364 9.4.4.2 Xác định kích thước của các thanh nén ............................................................................ 366 9.4.4.3 Xác định kích thước thanh kéo ........................................................................................ 368 9.4.5 Ví dụ 9.1 – Thiết kế vùng neo bằng phương pháp SĐHT ............................................. 369 9.4.6 Ứng dụng phương pháp SĐHT trong tính toán chịu cắt .............................................. 372 9.4.7 Ví dụ 9.2 – Thiết kế dầm tường (dầm cao) bằng phương pháp SĐHT ......................... 375 9.5 SỰ TRUYỀN LỰC CẮT QUA MẶT PHẲNG YẾU – KHÁI NIỆM VỀ MA SÁT CẮT . 380 9.6 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP .................................................................................... 382 CHƯƠNG 10 THIẾT KẾ CẤU TẠO ......................................................................... 383 10.1 GIỚI THIỆU ..................................................................................................................... 383 10.2 LỚP BÊ TÔNG BẢO VỆ.................................................................................................. 383 10.3 KHOẢNG CÁCH GIỮA CÁC THANH CỐT THÉP ....................................................... 385 10.3.1 Khoảng cách tối thiểu theo phương ngang giữa các thanh cốt thép ....................... 386 10.3.2 Khoảng cách tối đa theo phương ngang giữa các thanh cốt thép ........................... 386 10.3.3 Khoảng cách tối thiểu giữa các lớp cốt thép ........................................................... 387 9
10.4 TRIỂN KHAI CỐT THÉP ................................................................................................ 387 10.4.1 Khái niệm về chiều dài triển khai............................................................................ 388 10.4.2 Mặt cắt khống chế đối với việc triển khai cốt thép .................................................. 390 10.4.3 Triển khai cốt thép chịu kéo thông qua lực dính bám ............................................. 390 10.4.3.1 Chiều dài triển khai cơ sở cho các thanh có gờ và sợi thép có gờ chịu kéo ..................... 391 10.4.3.2 Các hệ số điều chỉnh chiều dài triển khai cho các thanh có gờ và sợi thép có gờ chịu kéo 391 10.4.3.3 Chiều dài triển khai cho các bó thanh .............................................................................. 392 10.4.4 Ví dụ 10.1 – Tính toán chiều dài triển khai cho cốt thép chịu kéo .......................... 393 10.4.5 Triển khai cốt thép chịu kéo có móc và các thiết bị neo.......................................... 393 10.4.5.1 Cấu tạo móc ..................................................................................................................... 394 10.4.5.2 Chiều dài triển khai của cốt thép có móc chịu kéo ........................................................... 395 10.4.5.3 Yêu cầu giằng cho cốt thép có móc chịu kéo ................................................................... 396 10.4.5.4 Các dạng neo cơ khí khác ................................................................................................ 396 10.4.6 Triển khai cốt thép chịu nén .................................................................................... 397 10.5 NỐI CỐT THÉP ............................................................................................................... 399 10.5.1 Mối nối chồng ......................................................................................................... 399 10.5.1.1 Mối nối chồng chịu kéo ................................................................................................... 400 10.5.1.2 Mối nối chồng chịu nén ................................................................................................... 401 10.5.2 Mối nối hàn ............................................................................................................. 402 10.5.3 Mối nối bằng thiết bị cơ khí .................................................................................... 402 10.6 TRIỂN KHAI CỐT THÉP DỌC CHỊU UỐN ................................................................... 403 10.6.1 Bố trí cốt thép dọc ................................................................................................... 403 10.6.2 Cắt cốt thép dọc ...................................................................................................... 404 10.6.2.1 Giới thiệu chung .............................................................................................................. 404 10.6.2.2 Các quy định về cắt và uốn cốt thép................................................................................. 406 10.6.2.3 Ví dụ 10.2 – Tính toán cắt cốt thép chịu kéo của dầm ..................................................... 407 10.6.2.4 Uốn cốt thép dọc .............................................................................................................. 411 10.7 CẤU TẠO CỐT THÉP NGANG Ở CÁNH VÀ BẦU DẦM ............................................. 412 10.8 CẤU TẠO CỐT THÉP CHỊU CẮT VÀ XOẮN ............................................................... 413 10.8.1 Lựa chọn và bố trí cốt thép chịu cắt ........................................................................ 413 10.8.1.1 Cốt thép đai ...................................................................................................................... 414 10.8.2 Lựa chọn và bố trí cốt thép chịu xoắn ..................................................................... 415 10.9 CỐT THÉP CHỊU CO NGÓT VÀ NHIỆT ĐỘ ................................................................. 419 10.10 MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP CẤU TẠO ĐẶC BIỆT ............................................................ 421 10.10.1 Thiết kế cốt thép cho dầm có cấu tạo đặc biệt ........................................................ 421 10.10.2 Thiết kế cốt thép cho vai cột, cong-xon ................................................................... 424 10.11 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP .................................................................................... 425 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 426 10
HỆ THỐNG KÝ HIỆU Ký hiệu Ý nghĩa Góc nghiêng của cốt thép sườn so với trục dầm 1 Hệ số khối ứng suất c Hệ số giãn nở nhiệt của bê tông s Hệ số giãn nở nhiệt của thép Hệ số sức kháng cắt của bê tông 1 Hệ số khối ứng suất c Khối lượng thể tích của bê tông Hệ số xét đến độ đặc của bê tông  Độ võng LT Độ võng dài hạn Biến dạng 1 Biến dạng kéo chính 2 Biến dạng nén chính c Biến dạng của bê tông  c Biến dạng ứng với lúc ứng suất trong bê tông đạt đến giá trị cường độ  cc Biến dạng ứng với lúc ứng suất trong bê tông được kiềm chế đạt đến giá trị cường độ cu Biến dạng cực hạn của bê tông khi chịu nén cr Biến dạng gây nứt trong bê tông khi chịu kéo CR Từ biến cf Biến dạng của bê tông do ứng suất 11
cth Biến dạng của bê tông do nhiệt độ sh Biến dạng do co ngót Hàm lượng cốt thép chịu kéo  Hàm lượng cốt thép chịu nén Hàm lượng cốt thép dọc t Hàm lượng cốt thép ngang Hệ số rão Hệ số từ biến Độ cong của mặt cắt A Diện tích Ac Diện tích phần bê tông trong mặt cắt Ac ,eff Diện tích có hiệu của bê tông quanh cốt thép As Diện tích phần cốt thép chịu kéo trong mặt cắt As Diện tích phần cốt thép chịu nén trong mặt cắt a Chiều cao khối ứng suất a Chiều dài chịu cắt b Bề rộng của mặt cắt beff Bề rộng có hiệu của cánh dầm bf Bề rộng cánh dầm bv Bề rộng chịu cắt bw Bề rộng sườn C Lực nén Cc Lực nén do bê tông sinh ra C s Lực nén do cốt thép sinh ra 12
c Chiều cao vùng bê tông chịu nén d Chiều cao có hiệu của mặt cắt (Khoảng cách từ mép chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo) d Khoảng cách từ mép chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén dv Chiều cao chịu cắt, bằng khoảng cách giữa trọng tâm vùng nén đến trọng tâm vùng kéo E Mô đun đàn hồi Ec Mô đun đàn hồi của bê tông Ec ,adj Mô đun đàn hồi có hiệu, hiệu chỉnh của bê tông Ec ,eff Mô đun đàn hồi có hiệu của bê tông Es Mô đun đàn hồi của cốt thép e Độ lệch tâm f Ứng suất fci Ứng suất trong bê tông ở thời điểm bắt đầu chất tải fc Cường độ chịu nén một trục của bê tông fcc Cường độ chịu nén có kiềm chế của bê tông f2max Cường độ chịu nén của bê tông khi chịu biến dạng nhiều trục fy Cường độ kéo chảy của cốt thép fu Cường độ kéo đứt của cốt thép h Chiều cao của mặt cắt dầm hf Chiều cao của cánh dầm hmin Chiều cao tối thiểu của mặt cắt thoả mãn yêu cầu độ cứng I Mô men quán tính của mặt cắt Ig Mô men quán tính của mặt cắt nguyên 13
I cr Mô men quán tính của mặt cắt đã nứt tính đổi Ie Mô men quán tính có hiệu của mặt cắt kc Hệ số xét đến ảnh hưởng của tỷ số thể tích/bề mặt của cấu kiện kf Hệ số cường độ Chiều dài a Khoảng cách giữa các vết nứt d Chiều dài triển khai của cốt thép db Chiều dài triển khai cơ sở của cốt thép M Mô men uốn Mcr Mô men gây nứt Mn Mô men uốn danh định Mu Mô men uốn tính toán (mô men uốn đã nhân hệ số) Mr Mô men kháng tính toán N Lực dọc P Lực nén Q Hiệu ứng do tải trọng sinh ra R Sức kháng T Lực kéo T Mô men xoắn T Nhiệt độ t Thời gian ti Thời gian bắt đầu chịu tải của bê tông u Ứng suất dính bám um Ứng suất dính bám trung bình 14
V Lực cắt Vc Lực cắt do bê tông sinh ra Vs Lực cắt do cốt thép sinh ra 15
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1.1 Kết cấu bê tông Bê tông là một loại đá nhân tạo được tạo thành từ việc đóng rắn hỗn hợp xi măng, nước, cốt liệu mịn, cốt liệu thô (đá, sỏi) và có thể có cả phụ gia cũng như các chất độn hoạt tính. Các loại bê tông thông thường có khả năng chịu nén rất lớn nhưng khả năng chịu kéo lại rất nhỏ. Cường độ chịu kéo của bê tông chỉ bằng khoảng 1/20 đến 1/10 cường độ chịu nén của nó. Cường độ chịu kéo của bê tông, bên cạnh giá trị thấp, lại rất không ổn định. Ngoài ra, biến dạng kéo của bê tông khi ứng suất đạt đến cường độ chịu kéo cũng có giá trị rất nhỏ. Vì những lý do này, khả năng sử dụng riêng bê tông (bê tông không được gia cường) trong kết cấu là khá hạn chế. Ví dụ, một cấu kiện chịu uốn, được làm từ bê tông có cường độ chịu nén đến 35 MPa, sẽ bị nứt và phá hoại khi ứng suất kéo trong bê tông ở thớ chịu kéo đạt khoảng 2 MPa. Sự phá hoại này xảy ra là do khả năng chịu kéo của bê tông đã bị khai thác hết mặc dù khả năng chịu nén của nó vẫn rất dư thừa. Việc sử dụng vật liệu như vậy là rất lãng phí. Do đó, bê tông không được gia cường chỉ được sử dụng rất hạn chế cho một số kết cấu chịu lực có dạng khối lớn như đập chắn nước, bệ móng, v.v. là dạng kết cấu chịu nén là chủ yếu. Ngay cả ở những kết cấu này, để hạn chế bề rộng của các vết nứt bề mặt gây ra bởi co ngót và ứng suất nhiệt, người ta cũng phải tìm cách gia cường cho bê tông gần bề mặt. Có rất nhiều giải pháp kết cấu hoặc phối hợp vật liệu có thể giúp khai thác được khả năng chịu nén tốt của bê tông đồng thời, khắc phục được khả năng chịu kéo kém của nó. Điển hình nhất trong số này là sử dụng những vật liệu có khả năng chịu kéo tốt, như thép hay sợi thuỷ tinh hoặc chất dẻo, v.v. làm cốt để tăng cường cho vùng chịu kéo của bê tông. Nếu khi đổ bê tông, các thanh thép hoặc các vật liệu tăng cường khác được đưa vào các vị trí thích hợp thì khả năng chịu lực của kết cấu bê tông sẽ được tăng lên đáng kể. Trong rất nhiều trường hợp, bê tông cũng còn được gia cường cả vùng chịu nén bằng các vật liệu thích hợp như thép. Trong ví dụ trên, nếu vùng chịu kéo của cấu kiện chịu uốn có đặt các thanh cốt thép thì, sau khi bê tông nứt và không chịu kéo được nữa, các thanh cốt thép này sẽ chịu hoàn toàn lực kéo. Nhờ đó, cấu kiện vẫn có khả năng chịu lực sau khi bê tông vùng kéo đã bị nứt. Cấu kiện bê tông có cốt thép, nếu được cấu tạo hợp lý, có khả năng chịu lực lớn hơn cấu kiện bê tông không có cốt đến hàng chục lần. 16
Hình 1.1 thể hiện sự làm việc của 2 dầm có chiều dài, kích thước mặt cắt và vật liệu bê tông như nhau nhưng dầm A được làm bằng bê tông không có cốt thép còn dầm B được làm từ bê tông nhưng được gia cường bằng 3 thanh thép có đường kính 29 mm ở vùng chịu kéo. Việc so sánh các biểu đồ (b) và (c) cho thấy rằng, trong khi lực gây phá hoại dầm A là khoảng 14 kN thì lực gây phá hoại dầm B là khoảng 140 kN. Điều đó cho thấy rằng, việc bố trí thêm các thanh thép làm cốt để tăng cường vùng chịu kéo đã làm tăng khả năng chịu lực của dầm trong ví dụ này lên khoảng 10 lần. P P 2000 2000 2000 (a) Sơ đồ kết cấu Lực (kN) 16 QUAN HỆ LỰC – ĐỘ VÕNG 14 12 600 10 Phá hoại 8 6 4 2 250 0 Cấu tạo mặt cắt ngang 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 (mm) Độ võng giữa nhịp (mm) (b) Quan hệ lực – độ võng của dầm bê tông không có cốt Lực (kN) QUAN HỆ LỰC – ĐỘ VÕNG 140 120 100 600 80 Phá hoại 3#29 60 40 20 250 0 Cấu tạo mặt cắt ngang 2 4 6 8 10 12 14 16 (mm) Độ võng giữa nhịp (mm) (c) Quan hệ lực – độ võng của dầm bê tông có cốt là các thanh thép Hình 1.1 Sự làm việc của dầm bê tông không có cốt và dầm bê tông có cốt là các thanh thép, kích thước và độ võng là mm, lực là kN 17
Kết cấu được xây dựng từ việc sử dụng phối hợp bê tông với các vật liệu làm cốt như trên được gọi là kết cấu bê tông có cốt. Ở đây, có thể coi bê tông cùng với cốt là một dạng vật liệu phức hợp, trong đó, bê tông và cốt cùng phối hợp chịu lực. Bê tông có cốt là các thanh thép được gọi là bê tông cốt thép. Bên cạnh các loại cốt ở dạng thanh, người ta cũng sử dụng cốt tăng cường cho bê tông ở dạng sợi (có thể bằng thép hoặc các vật liệu khác) và loại vật liệu này được gọi là bê tông cốt sợi. Ngoài việc bố trí các vật liệu có khả năng chịu kéo lớn vào kết cấu bê tông (để thay thế bê tông chịu lực kéo), người ta còn tìm cách nén trước các vùng bê tông sẽ chịu kéo khi chịu các tác động bên ngoài. Giải pháp này sẽ làm tăng khả năng chống nứt của kết cấu bê tông và, qua đó, làm tăng khả năng chống thấm, độ cứng và độ bền của nó. Kết cấu bê tông dạng này được gọi là kết cấu bê tông dự ứng lực hay kết cấu bê tông ứng suất trước. Kết cấu bê tông được sử dụng trong tài liệu này là một khái niệm chung để chỉ các kết cấu được làm từ bê tông xi măng như kết cấu bê tông không có cốt, kết cấu bê tông có cốt, kết cấu bê tông dự ứng lực, kết cấu bê tông cốt sợi, v.v. Tài liệu này chỉ tập trung cho kết cấu bê tông cốt thép là dạng kết cấu đang được sử dụng phổ biến nhất hiện nay ở nước ta và trên toàn thế giới. 1.1.2 Bê tông cốt thép Ở các điều kiện sử dụng bình thường, bê tông và cốt thép có thể phối hợp làm việc rất tốt với nhau nhờ các yếu tố sau:  Lực dính bám giữa bê tông và bề mặt cốt thép. Lực này hình thành trong quá trình đông cứng của bê tông và đảm bảo cho cốt thép không bị tuột khỏi bê tông trong quá trình chịu lực. Do lực dính bám đóng vai trò quyết định trong sự làm việc chung của bê tông và cốt thép như là một vật liệu thống nhất nên người ta luôn tìm mọi cách để làm tăng độ lớn của lực này.  Giữa bê tông và cốt thép không có các phản ứng hoá học làm ảnh hưởng đến từng loại vật liệu. Ngoài ra, bê tông còn tạo ra trên bề mặt cốt thép một lớp thụ động, có tác dụng bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn do tác động của môi trường.  Bê tông và cốt thép có hệ số giãn nở nhiệt gần bằng nhau. Hệ số giãn nở nhiệt của bê tông là c  1,0  105  1,5  105 và hệ số giãn nở nhiệt của thép là s  1,2  105 . Như vậy, với phạm vi biến đổi nhiệt độ thông thường, khoảng dưới 100oC, trong bê tông cốt thép không xuất hiện nội ứng suất làm phá hoại vật liệu. 18
1.1.3 Phân loại kết cấu bê tông cốt thép 1.1.3.1 Phân loại theo trạng thái ứng suất Phụ thuộc vào trạng thái ứng suất trong bê tông và cốt thép trước khi chịu lực, có thể có hai dạng kết cấu bê tông cốt thép là  Kết cấu bê tông cốt thép thường. Là loại kết cấu bê tông cốt thép mà, khi chế tạo, cốt thép và bê tông không được tạo ứng suất trước. Ngoại trừ các nội ứng suất phát sinh do sự thay đổi nhiệt hay co ngót hoặc trương nở của bê tông, ứng suất trong bê tông và cốt thép chỉ xuất hiện khi kết cấu bắt đầu chịu lực.  Kết cấu bê tông dự ứng lực. Nhằm mục đích hạn chế sự xuất hiện của vết nứt trong bê tông dưới tác dụng của tải trọng và các tác động khác, cốt thép được căng trước để, thông qua lực dính bám hoặc neo, tạo ra lực nén trước trong những khu vực bê tông sẽ chịu kéo trong quá trình khai thác. Loại kết cấu bê tông này được gọi là bê tông dự ứng lực. Thông qua dự ứng lực, người ta có thể chủ động tạo ra các trạng thái ứng suất thích hợp trong kết cấu để hạn chế tối đa các tác động bất lợi từ bên ngoài. Kết cấu bê tông dự ứng lực còn được phân loại thành kết cấu bê tông dự ứng lực hoàn toàn và dự ứng lực một phần. Ở kết cấu bê tông dự ứng lực hoàn toàn, trong bê tông không được phép nứt hoặc, thậm chí, không được xuất hiện ứng suất kéo. Trong khi đó, ở kết cấu bê tông dự ứng lực một phần, bê tông được phép xuất hiện vết nứt ở một số tổ hợp tải trọng nhất định. 1.1.3.2 Phân loại theo phương pháp thi công Theo phương pháp thi công, kết cấu bê tông cốt thép có thể được phân loại thành:  Kết cấu bê tông đổ tại chỗ: là loại kết cấu được lắp dựng cốt thép và đổ bê tông tại vị trí thiết kế của nó. Hầu hết các kết cấu bê tông cốt thép có kích thước lớn đều được thi công đổ tại chỗ. Kết cấu bê tông cốt thép được thi công đổ tại chỗ có tính toàn khối cao, ít mối nối nên có độ bền cao, có độ cứng và khả năng chịu lực lớn theo nhiều phương. Tuy nhiên, do được đổ bê tông tại công trường nên thời gian thi công thường kéo dài, chất lượng bê tông khó được kiểm soát vì chịu ảnh hưởng nhiều của các tác động môi trường. Hiện nay, việc sử dụng bê tông thương phẩm và việc hoàn thiện các công nghệ đổ bê tông tại chỗ đã cơ bản khắc phục được các nhược điểm này.  Kết cấu bê tông lắp ghép. Theo phương pháp thi công này, các bộ phận kết cấu bê tông được đúc sẵn tại nhà máy hay tại các xưởng đúc bê tông và, sau đó, được vận chuyển đến công trường xây dựng và lắp ghép tại đó. Bê tông được thi công theo phương pháp này có chất lượng cao hơn nhưng kết cấu lại có độ toàn khối 19
thấp. Các mối nối được thực hiện ở công trường chính là các điểm xung yếu làm giảm độ bền chung của kết cấu. Phụ thuộc vào năng lực của các thiết bị vận chuyển và thi công, các bộ phận lắp ghép có thể là các phần nhỏ của kết cấu như các đốt dầm, các cấu kiện tương đối hoàn chỉnh như dầm, cột, tường hoặc các khối kết cấu.  Kết cấu bê tông bán lắp ghép. Đây là phương pháp thi công kết hợp cả hai phương pháp nêu trên. Một số bộ phận của kết cấu được chế tạo ở xưởng nhưng ở dạng chưa hoàn thiện và, sau khi được vận chuyển đến vị trí xây dựng, sẽ được đổ bê tông bổ sung. Phần bê tông được đổ mới cũng đóng luôn vai trò của các mối nối thi công. Các dầm cầu dạng chữ I, T có phạm vi nhịp đến khoảng 40 m thường được xây dựng theo phương pháp này (Hình 1.2). Các kết cấu được thi công theo phương pháp này có thể phần nào khắc phục được nhược điểm và phát huy ưu điểm của hai phương pháp trên. Tuy nhiên, để đảm bảo cho sự làm việc chung của phần bê tông đúc sẵn và bê tông đổ tại chỗ cần có các giải pháp thiết kế và thi công thích hợp. Phần bê tông đổ tại chỗ Ván khuôn ở công trường Phần bê tông đúc sẵn Hình 1.2 Kết cấu bê tông cốt thép bán lắp ghép Một dạng đặc biệt của kết cấu bê tông bán lắp ghép là kết cấu bê tông được đổ bê tông trên các “ván khuôn chết” (Stay-In-Place Formwork systems). Ván khuôn ở đây là các cấu kiện bê tông được chế tạo sẵn và được gia công theo một số yêu cầu đặc biệt. Ở một số công trình nhà ở, ván khuôn này là các cấu kiện tường hoặc cột rỗng có bề mặt nhẵn. Bê tông đổ tại chỗ sẽ làm đầy các cấu kiện này. 1.1.4 Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng của kết cấu bê tông Kết cấu bê tông là một trong những dạng kết cấu được sử dụng phổ biến nhất hiện nay do có những ưu điểm nổi bật sau: 20