Giáo trình Kết cấu công trình cầu đường

Chia sẻ: ViAmman2711 ViAmman2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:165

Thêm vào BST

Báo xấu

50
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Kết cấu công trình cầu đường trình bày các nội dung chính sau: Kết cấu bê tông cốt thép, khái niệm chung về kết cấu bê tông cốt thép, tính chất cơ lý của vật liệu, tính toán kết cấu BTCT theo trạng thái giới hạn sử dụng và trạng thái giới hạn mỏi, đại cương về thiết kế kết cấu thép. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết của bài giảng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Kết cấu công trình cầu đường

TRƢỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG TP.HỒ CHÍ MINH KHOA XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH KẾT CẤU CÔNG TRÌNH CẦU ĐƢỜNG Tp.Hồ Chí Minh-2018 1
MỤC LỤC Phần 1: KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP CHƢƠNG 1 :KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP .........7 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP. ........................8 1.1.1. Bê tông cốt thép thường (BTCT). .........................................................................8 1.1.2. Bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCTƯST). ..........................................................10 1.1.3. Ưu và nhược điểm của kết cấu BTCT DƯL so với BTCT thường : ..................11 1.2. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO CỦA KẾT CẤU BTCT.12 1.2.1. Đặc điểm chung về cấu tạo. ...............................................................................12 1.2.2. Đặc điểm chế tạo : .............................................................................................16 CHƢƠNG 2 : TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU ..........................................20 2.1. Bê Tông ..............................................................................................................20 2.1.1. Phân loại bê tông ................................................................................................20 2.1.2. Các tính chất tức thời (ngắn hạn) của bê tông cứng .........................................22 2.1.3. Các tính chất dài hạn của bê tông cứng ............................................................25 2.1.4. Hệ số giãn nở nhiệt và hệ số Poát xông (Poisson) ............................................29 2.2. Cốt Thép .............................................................................................................30 2.2.1. Cốt thép không dự ứng lực (cốt thép thường) ....................................................30 2.2.2. Các Cốt thép dự ứng lực (cốt thép CĐC) ...........................................................32 CHƢƠNG 3 :NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO TIÊU CHUẨN ...........................36 22TCN272-05 ................................................................................................................36 3.1. Giới thiệu chung về Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 – 05.........................36 3.1.1. Vài nét về Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 18 – 1979 .......................................36 3.1.2. Cơ sở của nội dung Tiêu chuẩn mới 22 TCN 272-05 ........................................36 3.2. Quan điểm chung về thiết kế ..............................................................................37 3.3. Thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng LRFD..............................................37 2
3.4. Nguyên tắc cơ bản của tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 ........................38 3.4.1. Quan điểm thiết kế..............................................................................................38 3.4.2. Các trạng thái giới hạn theo 22 TCN 272-05 ....................................................40 3.5. Tải trọng và tổ hợp tải trọng...............................................................................43 3.5.1. Phân loại các tải trọng .......................................................................................43 3.5.2. Các tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng tương ứng ............................................44 3.5.3. Hoạt tải xe thiết kế .............................................................................................45 CHƢƠNG 4 ...................................................................................................................48 TÍNH TOÁN KẾT CẤU BTCT THEO TRẠNG THÁI ...............................................48 GIỚI HẠN SỬ DỤNG VÀ TRẠNG THÁI GIỚI HẠN MỎI ......................................48 4.1. TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG .............................................................48 4.1.1. Kiểm soát nứt của dầm BTCT thường chịu uốn ................................................48 4.1.2. Khống chế biến dạng ..........................................................................................49 4.1.3. Phân tích ứng suất trong BT, CT của dầm BTCT thường chịu uốn ở TTGHSD51 4.1.4. Các giới hạn ứng suất đối với bê tông ...............................................................58 4.1.5. Các giới hạn ứng suất đối với cốt thép dự ứng lực ............................................62 4.2. TRẠNG THÁI GIỚI HẠN MỎI........................................................................63 CHƢƠNG 5 TÍNH TOÁN CẤU KIỆN BTCT CHỊU UỐN Ở TTGH CƢỜNG ĐỘ65 5.1. Quy định về cấu tạo ............................................................................................65 5.1.1. Cấu tạo của bản, dầm ........................................................................................65 5.1.2. Chiều cao tối thiểu .............................................................................................67 5.2. Đặc điểm chịu lực của dầm và các giả thiết cơ bản cho trạng thái giới hạn cường độ 68 5.2.1. Đặc điểm chịu lực của dầm ................................................................................68 5.2.2. Các giả thiết cơ bản ...........................................................................................69 5.2.3. Các giai đoạn của trạng thái us-bd trên tiết diện thẳng góc của dầm BTCT thƣờng chịu uốn thuần túy.............................................................................................70 3
5.3. Các giới hạn về cốt thép .....................................................................................72 5.3.1. Tính dẻo và lượng cốt thép chịu kéo tối đa ........................................................72 5.3.2. Cốt thép chịu kéo tối thiểu .................................................................................73 5.4. Tính toán tiết diện chữ nhật, BTCT thƣờng chịu uốn thuần túy ........................74 5.4.1. Tiết diện chữ nhật đặt cốt thép đơn....................................................................74 5.4.2. Mặt cắt chữ nhật đặt cốt thép kép ......................................................................79 5.5. Tính toán tiết diện chữ T, BTCT thƣờng chịu uốn thuần túy ............................84 5.5.1. Trường hợp trục trung hòa đi qua sườn dầm (c > hf)........................................85 5.5.2. Trường hợp trục trung hòa đi qua cánh dầm (c ≤ hf) ........................................86 5.6. Tính toán mặt cắt BTCT DUL chịu uốn thuần túy ............................................90 5.6.1. Trường hợp cốt thép DƯL có dính bám .............................................................90 CHƢƠNG 6 :CẤU KIỆN CHỊU NÉN ....................................................................94 6.1. Khái niệm ...........................................................................................................94 6.2. Đặc điểm cấu tạo ................................................................................................94 6.2.1. Mặt cắt ngang.....................................................................................................94 6.2.2. Vật liệu ...............................................................................................................94 6.3. Phân loại cột theo khả năng chịu lực .................................................................97 6.4. Các giả thiết tính toán ........................................................................................98 6.5. Khả năng chịu lực của cột ngắn .........................................................................98 6.5.1. Cột ngắn chịu nén đúng tâm ..............................................................................98 6.5.2. Cột ngắn chịu nén lệch tâm, tiết diện chữ nhật..................................................99 6.6. Khả năng chịu lực của cột dài( cột mảnh) ........................................................101 PHỤ LỤC ....................................................................................................................104 Tài liệu tham khảo .......................................................................................................107 CHƢƠNG 7 :ĐẠI CƢƠNG VỀ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP............................107 7.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT) ......................................107 4
7.1.1. Ƣu, khuyết điểm và phạm vi sử dụng của KCT ...............................................107 7.2. Nguyên lý thiết kế theo 22TCN 272-05: giống phần KCBTCT ......................109 7.3. Vật liệu thép trong xây dựng ............................................................................109 7.3.1. Thành phần hóa học của thép ...........................................................................109 7.3.2. Các sản phẩm thƣơng mại ................................................................................110 7.3.3. Ứng suất dƣ ......................................................................................................110 7.3.4. Gia công nhiệt ..................................................................................................111 7.3.5. Phân loại thép kết cấu ......................................................................................112 CHƢƠNG 8 : LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP ..........................................117 8.1. LIÊN KẾT BULÔNG ......................................................................................118 8.1.1. Cấu tạo liên kết bulông ....................................................................................118 8.1.2. Tính toán liên kết bu lông chịu cắt. ..................................................................122 8.1.3. Tính toán liên kết bu lông cƣờng độ cao chịu ma sát. .....................................131 8.1.4. Tính toán liên kết bu lông cƣờng độ cao chịu kéo. ..........................................133 8.2. LIÊN KẾT HÀN. .............................................................................................134 8.2.1. Vật liệu hàn. .....................................................................................................135 8.2.2. Các loại mối hàn ...............................................................................................136 8.2.3. Cấu tạo liên kết hàn ..........................................................................................138 8.2.4. Sức kháng cắt tính toán liên kết hàn ................................................................142 CHƢƠNG 9 :CẤU KIỆN CHỊU KÉO ..................................................................145 9.1. CÁC DẠNG LIÊN KẾT ..................................................................................145 9.2. SỨC KHÁNG KÉO .........................................................................................146 9.2.1. Hệ số chiết giảm U ...........................................................................................148 9.2.2. Diện tích thực ...................................................................................................149 9.2.3. Giới hạn độ mảnh .............................................................................................150 9.2.4. Sức kháng cắt khối ...........................................................................................151 CHƢƠNG 10 :CẤU KIỆN CHỊU NÉN ..................................................................152 5
10.1. KHÁI NIỆM ỔN ĐỊNH CỦA KẾT CẤU CHỊU NÉN ...................................152 10.1.1.Chiều dài hữu hiệu của cột ...............................................................................154 10.1.2.Ứng suất dƣ ......................................................................................................155 10.1.3.Độ cong ban đầu ...............................................................................................156 10.2. KHÁI NIỆM MẤT ỔN ĐỊNH QUÁ ĐÀN HỒI .............................................157 10.3. SỨC KHÁNG NÉN .........................................................................................158 10.3.1.Sức kháng nén danh định .................................................................................160 10.3.2.Tỷ số bề rộng/bề dày giới hạn ..........................................................................161 10.3.3.Tỷ số độ mảnh giới hạn ....................................................................................161 6
PHẦN 1: KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP CHƢƠNG 1 :KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Kết cấu bê tông cốt thép đóng vai trò quan trọng và sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành xây dựng hiện nay: dân dụng công nghiệp, cầu đƣờng, thủy lợi… và là loại vật liệu khá thông dụng và phổ biến. Sản phẩm của nó là sự kết hợp giữa bê tông và cốt thép tạo ra các cấu kiện làm các kết cấu chịu lực cho các công trình. Vì thế, cần nghiên cứu tính toán hợp lý về mặt chọn vật liệu, hợp lý về hình dạng tiết diện và kích thƣớc tiết diện, hợp lý về việc bố trí cốt thép …để đáp ứng sự chịu lực cục bộ của các bộ phận kết cấu, của tải trọng, đẹp về mỹ quan, thi công đƣợc và đặc biệt phù hợp chi phí kinh tế. Hình 1.1: Công trình cầu sử dụng vật liệu bê tông cốt thép 7
Hình 1.2: Chế tạo dầm bê tông cốt thép. 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP. 1.1.1. Bê tông cốt thép thường (BTCT). - Khái niệm: Bê tông cốt thép là một loại vật liệu xây dựng hỗn hợp do hai vật liệu thành phần có đặc trƣng cơ học khác nhau là bê tông và thép cùng phối hợp chịu lực với nhau một cách hợp lý và kinh tế. + Bê tông là một loại đá nhân tạo, thành phần bao gồm cốt liệu ( đá dăm, sỏi, cát) và chất kết dính ( xi măng) , nƣớc và phụ gia (nếu có). Bê tông có đặc điểm là khả năng chịu nén tốt hơn khả năng chịu kéo rất nhiều (10  20 lần). + Thép là vật liệu có khả năng chịu kéo và chịu nén đều tốt tƣơng đƣơng nhau. - Nhƣ vậy, việc sử dụng riêng bê tông để làm các cấu kiện chịu lực có phát sinh ứng suất kéo (cấu kiện chịu kéo, uốn, kéo nén lệch tâm,...) sẽ là không hợp lý. - Để thấy đƣợc sự cộng tác chịu lực giữa bê tông và cốt thép ta xem xét hai thí nghiệm sau: P TN1: f cc Vïng chÞu nÐn TTH Vïng chÞu kÐo VÕt nøt th¼ng gãc duy nhÊt f ct Hình 1.3 - Dầm bê tông không cốt thép. 8
+ Khi tải trọng P trong hình 1.1 tăng dần thì tại vùng chịu kéo (thớ dƣới dầm) vết nứt đầu tiên sẽ xuất hiện tại khu vực giữa dầm (khu vực có M max) khi ứng suất kéo fct  fctu trong khi đó thì ứng suất nén ở thớ trên fcc
lại. Lực dính bám là yếu tố quan trọng nhất đối với BTCT. Nhờ có lực dính bám mà cƣờng độ của cốt thép mới đƣợc khai thác, bề rộng vết nứt trong vùng kéo mới đƣợc hạn chế. Do vậy, ngƣời ta phải tìm mọi cách để tăng cƣờng lực dính bám giữa bê tông và cốt thép. + Giữa bê tông và cốt thép không xảy ra phản ứng hoá học nào mà bê tông còn có tác dụng bảo vệ cho cốt thép chống lại các tác dụng trực tiếp của môi trƣờng, của các đám cháy,... + Hệ số giãn nở dài vì nhiệt của bê tông và cốt thép là xấp xỉ bằng nhau ( bê tông c = 1.10-5  1,5.10-5/oC, thép s = 1,2.10-5/oC ). Do đó khi nghiệt độ thay đổi trong phạm vi thông thƣờng (dƣới 100oC) thì sự giãn dài vì nhiệt của hai vật liệu này không chênh lệch nhau mấy  nội ứng suất phát sinh sẽ không đáng kể. 1.1.2. Bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCTƯST). - Ta thấy, BTCT thƣờng (BTCT không DUL) có nhƣợc điểm lớn là vết nứt xuất hiện sớm  giới hạn chống nứt thấp. + Đối với cốt thép thƣờng, ứng suất kéo trong cốt thép fst = 20  30MPa thì lớp bê tông bao bọc xung quanh cốt thép đã bắt đầu bị rạn nứt. Khi fct = 180  250MPa thì bề rộng vết nứt khoảng 0,2  0,3mm. Đây cũng là bề rộng vết nứt giới hạn mà các TCTK quy định (quy định này xuất phát từ các yêu cầu nhƣ bảo vệ cho cốt thép khỏi bị ăn mòn do nƣớc hoặc hơi nƣớc xâm nhập vào, hoặc do điều kiện tâm lý của ngƣời sử dụng,...) + Nhƣ vậy, nếu ta sử dụng cốt thép cƣờng độ cao (fpy = 1000  1600MPa) để chế tạo BTCT thƣờng thì sẽ không khai thác hết khả năng chịu lực của nó đƣợc, vì giới hạn bề rộng vết nứt cũng chính là giới hạn trị số ứng suất kéo trong cốt thép nhƣ ở trên. + Việc tăng cƣờng độ BT hoặc sử dụng cốt thép có đƣờng kính nhỏ cũng phần nào giảm đƣợc bề rộng vết nứt, nhƣng hiệu quả của nó rất thấp. + Hơn nữa, với những cấu kiện yêu cầu có khả năng chống thấm (chống nứt) thì BTCT thƣờng tỏ ra bất lực. Thực tế cho thấy kết cấu BTCT thƣờng không có khả năng chống nứt hoặc khả năng chống nứt rất hạn chế. - Do vậy, để tăng giới hạn chống nứt cho kết cấu BTCT và sử dụng đƣợc hợp lý cốt thép CĐC cũng nhƣ bê tông CĐC thì cách tốt nhất là sử dụng BTCT DUL. + Khái niệm kết cấu dự ứng lực: Kết cấu dự ứng lực nói chung là loại kết cấu mà khi chế tạo chúng ngƣời ta tạo ra một trạng thái ứng suất ban đầu ngƣợc với trạng thái ứng suất do tải trọng khi sử dụng nhằm, nhằm hạn chế các yếu tố có hại đến tình hình chịu lực của kết cấu do tính chất chịu lực kém của vật liệu sinh ra. 10
+ Với bê tông cốt thép, thì chủ yếu ngƣời ta tạo ra ứng suất nén trƣớc cho những vùng của tiết diện mà sau này dƣới tác dụng của tải trọng khi sử dụng sẽ phát sinh ứng suất kéo. Ứng suất nén trƣớc này có tác dụng làm giảm hoặc triệt tiêu ứng suất kéo do tải trọng khi sử dụng sinh ra. Nhờ vậy mà cấu kiện sẽ không bị nứt hoặc nứt rất nhỏ. + Để rõ hơn, ví dụ ta xét một dầm giản đơn BTCT DUL chịu tải trọng nhƣ hìnhvẽ: P P ft fc fc fc + = or e N Aps N fc ft ft Do DUL Do P DULHT DULKHT Hình 1.5 - Dầm BTCT ứng suất trƣớc Ta thấy, do sử dụng DUL mà ứng suất kéo trong cấu kiện đã bị triệt tiêu (DUL hoàn toàn) hoặc ứng suất kéo còn rất nhỏ (DUL không hoàn toàn). - Ta có thể tạo ra các trạng thái ứng suất ban đầu khác nhau bằng hai cách: Thay đổi vị trí lực nén trƣớc hoặc thay đổi trị số lực nén trƣớc  Nhờ đó ta có thể thiết kế đƣợc kết cấu BTCT DUL một cách hợp lý và đƣa đến khả năng tiết kiệm vật liệu nhất. 1.1.3. Ưu và nhược điểm của kết cấu BTCT DƯL so với BTCT thường : -Ƣu điểm của kết cấu BTCTDƢL so với BTCT thƣờng : + Nâng cao giới hạn chống nứt, do đó có tính chống thấm cao. + Cho phép sử dụng hợp lý cốt thép cƣờng độ cao, bê tông cƣờng độ cao dẫn đến giảm giá thành và kích thƣớc cấu kiện. + Độ cứng tăng lên nên độ võng giảm ,vƣợt đƣợc nhịp lớn hơn so với BTCT thƣờng . + Chịu tải đổi dấu tốt hơn nên sức kháng mỏi tốt . + Nhờ có ứng suất trƣớc mà phạm vi sử dụng của kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép, phân đoạn mở rộng ra nhiều. Ngƣời ta có thể sử dụng biện pháp ứng lực trƣớc để nối các cấu kiện đúc sẵn của một kết cấu lại với nhau. - Nhƣợc điểm của kết cấu BTCTDƢL so với BTCT thƣờng : 11
+ Ứng lực trƣớc không những gây ra ứng suất nén mà còn có thể gây ra ứng suất kéo ở phía đối diện làm cho bê tông có thể bị nứt . + Chế tạo phức tạp hơn yêu cầu kiểm soát chặt chẽ về kỹ thuật để có thể đạt chất lƣợng nhƣ thiết kế đề ra. 1.2. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO CỦA KẾT CẤU BTCT. 1.2.1. Đặc điểm chung về cấu tạo. Trong bê tông cốt thép, giải quyết vấn đề cấu tạo sao cho hợp lý là rất quan trọng. Hợp lý về mặt chọn vật liệu (Mác bê tông hay cấp bê tông, nhóm thép hay loại thép), hợp lý về chọn dạng tiết diện và kích thƣớc tiết diện, hợp lý về việc bố trí cốt thép để có thể đồng thời đáp ứng đƣợc sự chịu lực cục bộ của các bộ phận kết cấu chƣa đƣợc xem xét đầy đủ trong tính toán nhƣ tính không liên tục của kết cấu, vị trí đặt tải trọng tập trung,...Giải quyết các liên kết giữa các bộ phận, chọn giải pháp bảo vệ kết cấu chống xâm thực, có thể thi công đƣợc (tính khả thi),... 1.2.1.1. Kết cấu bê tông cốt thép thường. Cốt thép đƣợc đặt vào trong cấu kiện bê tông cốt thép thƣờng bao gồm: cốt thép chịu ứng suất kéo, chịu ứng suất nén, để định vị các cốt thép khác và cốt thép cấu tạo khác. Số lƣợng cốt thép do tính toán định ra, nhƣng nó cũng phải thoả mãn các yêu cầu cấu tạo.  Cốt thép chịu ứng suất kéo do nhiều nguyên nhân gây ra nhƣ: Mô men uốn, lực cắt, lực dọc trục, mô men xoắn , tải cục bộ. - Cốt thép chịu kéo do mômen uốn gây ra đó là các cốt thép dọc chủ đặt ở vùng chịu kéo của cấu kiện, chúng đƣợc đặt theo biểu đồ M trong cấu kiện và đặt càng xa trục trung hoà càng tốt . Ví dụ: 12
a) b) w w L L 2 2 wL /2 wL /8 M M Cèt thÐp däc chÞu kÐo do M Cèt thÐp däc chÞu kÐo do M c) w M Hình 1.6 - Biểu đồ mô men và cách đặt cốt thép - Cốt thép chịu kéo do lực cắt gây ra đó là các cốt thép đai (cốt ngang) hoặc cốt thép xiên, chúng đƣợc đặt theo sự xuất hiện của biểu đồ lực cắt V trong cấu kiện. Đối với cấu kiện chịu uốn, ngoài cốt thép dọc chịu kéo, do ảnh hƣờng của lực cắt mà các tiết diện nghiêng gần gối hoặc nơi có ứng suất tập trung sẽ xuất hiện ứng suất kéo chủ lớn  ta phải đặt cốt thép đai hoặc cốt thép xiên để chịu ứng suất kéo này. Ví dụ: Cèt thÐp xiªn Cèt thÐp ®ai A Cèt thÐp däc chÞu nÐn A-A A's As Cèt thÐp däc chÞu kÐo A Hình 1.7- Sơ đồ bố trí cốt thép trong dầm  Cốt thép chịu ứng suất nén: Đó là các cốt dọc chịu nén trong dầm, cột. Các cốt thép này cùng tham gia chịu nén với bê tông.  Cốt thép định vị các cốt thép khác trong thi công. 13
 Cốt thép kiểm soát nứt bề mặt phân bố gần bề mặt cấu kiện làm nhiệm vụ chịu ứng suất do co ngót, thay đổi nhiệt độ, các cốt dọc và cốt thép ngang là một phần của cốt thép kiểm soát nứt bề mặt. Chú ý: + Trong cấu kiện chịu uốn khi chỉ có cốt dọc chịu kéo thì đƣợc gọi là tiết diện đặt cốt thép đơn, còn khi có cả cốt thép dọc chịu kéo và cốt dọc chịu nén thì đƣợc gọi là tiết diện đặt cốt kép. + Sơ đồ bố trí cốt thép trong cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn, chịu kéo lệch tâm lớn gần giống nhƣ trong cấu kiện chịu uốn . - Trong cấu kiện chỉ chịu lực dọc trục trên tiết diện các cốt thép dọc thƣờng đƣợc bố trí đối xứng với trục dọc của cấu kiện. - Kích thƣớc tiết diện do tính toán định ra nhƣng phải thoả mãn các yêu cầu cấu tạo, kiến trúc, khả năng bố trí cốt thép và kỹ thuật thi công. Ngoài ra cần phải chú ý đến quy định về bề dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép, khoảng cách trống giữa các cốt thép. Các quy định này đƣợc quy định trong các tiêu chuẩn ngành. - Hình dạng tiết diện phụ thuộc vào TTUS của tiết diện khi chịu tải trọng: + Trong cấu kiện chịu kéo, nén đúng tâm tiết diện thƣờng có dạng đối xứng nhƣ: Vuông, tròn, vành khăn, đa giác,... + Trong cấu kiện chịu uốn, kéo nén lệch tâm tiết diện thƣờng có dạng hình chữ nhật, chữ T, thang, hộp,...(sao cho bê tông đƣợc mở rộng thêm ra ở vùng chịu nén để tận dụng tốt khả năng chịu nén tốt của nó hoặc đƣa vật liệu ra xa trục trung hòa hơn). 1.2.1.2. Kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực - Trong cấu kiện BTCTDƢL cốt thép gồm hai loại: Cốt thép thƣờng (hay cốt thép không kéo căng) và cốt thép Dự ứng lực (cốt thép kéo căng). Cốt thép thƣờng làm nhiệm vụ và đƣợc bố trí giống nhƣ cấu kiện bê tông cốt thép thƣờng. Cốt thép DƢL có nhiệm vụ tạo ra ứng suất nén trƣớc trong bê tông để làm giảm hoặc triệt tiêu ứng suất kéo sinh ra do tải trọng. Do đó, cốt thép DUL đƣợc bố trí theo nguyên tắc sau: + Trong cấu kiện chịu nén đúng tâm, cốt thép kéo căng sẽ là các cốt thép đai. Trong một số trƣờng hợp ngƣời ta kéo căng cả cốt thép dọc để chịu tải trọng trong giai đoạn vận chuyển và lắp ráp. + Trong cấu kiện chịu kéo đúng tâm, cốt thép kéo căng sẽ là các cốt thép dọc. 14
+ Trong cấu kiện chịu uốn, kéo nén lệch tâm thì cốt thép kép căng bao gồm cả cốt thép dọc và cốt thép đai. - Cốt thép dự ứng lực có thể đặt theo đƣờng thẳng, cong, gãy khúc hoặc kết hợp. Ví dụ: a) b) c) d) Hình 1.8 - Sơ đồ bố trí cốt thép DƢL + Cốt thép đặt theo đƣờng cong phức tạp hơn, nhƣng nó có ƣu điểm là làm việc thay cho cốt thép xiên làm cho dầm chịu lực cắt tốt hơn. Ngoài ra nó còn tạo ra khoảng cách trống giữa các đầu cốt thép lớn hơn tạo điều kiện thuận lợi cho việc bố trí các neo liên kết, và giảm sự tập trung ứng suất tại đầu dầm. - Tại vị trí đầu neo có lực tập trung lớn hoặc cốt thép chỗ uốn cong thƣờng có nội lực tiếp tuyến lớn nên ta cần đặt cốt thép gia cƣờng cho bê tông tại đó hoặc đặt các bản đệm dƣới neo. - Cốt thép kéo căng có thể đặt bên trong (DUL trong) hoặc đặt bên ngoài tiết diện (DUL ngoài). B¶n ®Öm èng t¹o lç a) b) c) Neo L-íi thÐp gia c-êng Cèt thÐp DUL ®Æt trong Cèt thÐp DUL ®Æt ngoµi Hình 1.9- Cách bố trí cốt thép DƢL 15
1.2.2. Đặc điểm chế tạo : 1.2.2.1. Phân loại Kết cấu BTCT theo phương pháp thi công: 3loại  Kết cấu BTCT toàn khối: Là loại kết cấu BTCT đƣợc thi công tại hiện trƣờng theo các bƣớc sau: + Lắp dựng ván khuôn và cốt thép tại hiện trƣờng; + Đổ bê tông vào trong ván khuôn thành từng lớp và đầm lèn; + Bảo dƣỡng bê tông, tháo dỡ ván khuôn và hoàn thiện. Ƣu điểm: Kết cấu toàn khối, không có mối nối  các thành phần trong kết cấu cùng làm việc với nhau một cách chặt chẽ. Khuyết điểm: Tốn đà giáo ván khuôn, tốn thời gian chờ bảo dƣỡng BT, khó kiểm soát chất lƣợng do điều kiện làm việc tại hiện trƣờng.  Kết cấu BTCT lắp ghép: Là kết cấu BTCT mà phần lớn các cấu kiện đƣợc chế tạo sẵn trong nhà máy, sau đó trở ra hiện trƣờng lắp ghép lại với nhau. Ƣu điểm: Cơ giới hóa đƣợc quá trình sản suất, tận dụng ván khuôn đƣợc nhiều lần, thời gian thi công nhanh hơn, kiểm soát đƣợc chất lƣơngj cấu kiện tốt hơn. Khuyết điểm: Xuất hiện nhiều mối nối  kết cấu làm việc không gian hay tổng thể kém hơn.  Kết cấu BTCT bán lắp ghép: Là loại kết cấu kết hợp giữa kết cấu đổ toàn khối và lắp ghép. Khi đó, trong nhiều trƣờng hợp ta thƣờng lấy luôn phần lắp ghép làm ván khuôn cho phần đổ tại chỗ. Ví dụ về các loại kết cấu BTCT theo phƣơng pháp thi công: 16
a) Toµn khèi b) L¾p ghÐp c) B¸n l¾p ghÐp Hình 1.10 - Các biện pháp thi công kết cấu BTCT điển hình 1.2.2.2. Phân loại Kết cấu BTCT theo trạng thái ứng suất khi chế tạo: 2 loại  Bê tông cốt thép thƣờng (kết cấu BTCT): Là loại kết cấu mà khi chế tạo, cốt thép ở trạng thái không có ứng suất. Ngoài nội ứng suất do co ngót và giãn nở nhiệt, trong BT và CT chỉ xuất hiện ứng suất khi có tải trọng sử dụng tác dụng (kể cả trọng lƣợng bản thân).  Bê tông cốt thép dự ứng lực (bê tông cốt thép ứng suất trƣớc): Là loại kết cấu mà khi chế tạo ngƣời ta căng trƣớc cốt thép để tạo ứng suất nén trƣớc cho những vùng của tiết diện mà sau này dƣới tác dụng của tải trọng khi sử dụng sẽ phát sinh ứng suất kéo. Ứng suất nén trƣớc này có tác dụng làm giảm hoặc triệt tiêu ứng suất kéo do tải trọng khi sử dụng sinh ra. Nhờ vậy, ta có thể nâng cao khả năng chịu lực, khả năng chống nứt,... của kết cấu. 1.2.2.3. Phân loại Kết cấu BTCT DƯL theo phương pháp tạo dự ứng lực: 2 loại  Kết cấu BTCT DƢL thi công kéo trƣớc (phƣơng pháp căng cốt thép trên bệ) B1: Lắp đặt cốt thép CĐC vào ván khuôn và liên kết với bệ kéo đặt biệt; B2: Kéo căng côt thép CĐC đến trị số thiết kế và đổ bê tông cấu kiện; B3: Khi bê tông đã đông cứng đủ cƣờng độ yêu cầu, ta buông cốt thép ra khỏi bệ kéo. Cốt thép sẽ có xu hƣớng co lại chiều dài ban đầu và do có sự dính bám giữa BT và CT tạo lực nén trƣớc vào BT. 17
B1) BÖ kÐo ®Æc biÖt Cèt thÐp C§C Bª t«ng B2) Bª t«ng B3) Hình 1.11- Sơ đồ phƣơng pháp thi công kéo trƣớc Để tăng thêm dính bám giữa bê tông và cốt thép DƢL ngƣời ta thƣờng dùng cốt thép DƢL là cốt thép có gờ, hoặc cốt thép DUL dƣới dạng tao, hoặc tạo các mấu neo đặc biệt ở hai đầu. Phạm vi áp dụng: PP này thƣờng dùng khi cốt thép kéo căng đặt theo đƣờng thẳng hơặc gãy khúc và với những cấu kiện nhỏ và vừa. Do đó PP này đặc biệt hiệu quả với các cấu kiện sản xuất hàng loạt trong nhà máy.  Kết cấu BTCT DƢL thi công kéo sau (phƣơng pháp căng cốt thép trên bê tông) B1: Lắp đặt ván khuôn, cốt thép thƣờng và các ống tạo lỗ (thƣờng làm bằng tôn lƣợn sóng mạ kẽm). Ống tạo lỗ có thể đƣợc đặt theo đƣờng thẳng hoặc đƣờng cong tùy thuộc vào mục đích chịu lực của cấu kiện. B2: Đổ BT cấu kiện và bảo dƣỡng. B3: Khi bê tông đã đạt đến cƣờng độ yêu cầu, ta luồn cốt thép CĐC vào các lỗ tạo trƣớc, dùng kích kéo căng cốt thép CĐC trên bê tông đến trị số thiết kế. B4: Đóng neo và buông kích, bơm vữa xi măng lấp đầy khoảng trống giữa cốt thép CĐC và ống tạo lỗ để tạo dính bám giữa BT và CT cũng nhƣ chống gỉ cho cốt thép CĐC. Cũng có trƣờng hợp cốt thép CĐC đƣợc bảo vệ trong ống tạo lỗ bằng mỡ chống gỉ, trƣờng hợp này đƣợc gọi là cấu kiện DƢL không dính bám. Phƣơng pháp này luôn phải có neo, khi kéo căng từ một đầu thì đầu kia gọi là neo chết (neo cố định trƣớc trong bê tông) 18
Phạm vi áp dụng: PP này thƣờng đƣợc áp dụng các kết cấu lớn nhƣ kết cấu cầu và thi công tại công trƣờng. Ƣu điểm của PP là có thể kéo căng cốt thép CĐC theo đƣờng cong của ống tạo lỗ đã đặt trƣớc. èng t¹o lç B1) Bª t«ng B2) Cèt thÐp C§C B3) Cèt thÐp C§C B4) Hình 1.12 - Sơ đồ phƣơng pháp thi công kéo sau Hình 1.13:Hình ảnh về thi công kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực 19
CHƢƠNG 2 : TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU 2.1. Bê Tông 2.1.1. Phân loại bê tông 2.1.1.1. Theo thành phần của bê tông tươi (hỗn hợp bê tông) - Bê tông là một loại đá nhân tạo đƣợc tạo thành từ các vật liệu thành phần, bao gồm: đá dăm, sỏi (cốt liệu lớn); cát (cốt liệu nhỏ); xi măng (chất kết dính), nƣớc và phụ gia (nếu có). Các vật liệu này sau khi nhào trộn đều với nhau sẽ đông cứng và có hình dạng theo khuôn đúc. Tỷ lệ của các vật liệu thành phần trong hỗn hợp sẽ có ảnh hƣởng đến thuộc tính của bê tông sau khi đông cứng (bê tông). Trong phần lớn các trƣờng hợp, ngƣời kỹ sƣ cầu sẽ chọn cấp bê tông cụ thể từ một loạt hỗn hợp thiết kế thử, trên cơ sở cƣờng độ chịu nén mong muốn ở tuổi 28 ngày, fc . Đặc trƣng tiêu biểu đối với các cấp bê tông khác nhau đƣợc cho trong bảng 2.1 nhƣ sau: Bảng 2.1 - Các đặc trƣng trộn của bê tông theo cấp Tỉ lệ Lƣợng xi Cƣờng độ nƣớc/xi Kích thƣớc cốt liệu măng tối Độ chứa khí chịu nén 28 Cấp bê măng lớn theo AASHTO M43 thiểu ngày tông nhất Kích thƣớc lỗ vuông kg/m3 kg/kg % MPa sàng (mm) - 28 A 362 0,49 25 đến 4,75 6,0  1,5 28 A (AE) 362 0,45 25 đến 4,75 5,0  1,5 17 B 307 0,58 50 đến 4,75 - 17 B (AE) 307 0,55 50 đến 4,75 7,0  1,5 28 C 390 0,49 12,5 đến 4,75 - 28 C (CE) 390 0,45 12,5 đến 4,75 Quy định Quy định P 334 0,49 25 đến 4,75 hoặc 19 riêng riêng đến 4,75 Quy định Quy định S 390 0.58 25 đến 4,75 riêng riêng Tỉ trọng 334 Nhƣ quy định trong hồ sơ hợp đồng thấp 20