Xem mẫu
- Bài giảng Kết Cấu Bê Tông theo 22TCN 272 -05
CHƯƠNG1: KHÁI NI ỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU B Ê TÔNG C ỐT
THÉP
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU B Ê TÔNG C ỐT THÉP
1.1.1. Thực chất của b ê tông cốt thép
Bê tông c ốt thép l à một loại vật liệu xây dựng hỗn hợp do hai vật liệu th ành phần có tính chất
cơ học khác nhau l à bê tông và thép cùng c ộng tác chịu lực với nh au một cách hợp lý v à kinh t ế.
Bê tông là m ột loại đá nhân tạ o thành ph ần bao gồm cốt liệu (cát , đá) và ch ất kết dính (xi
măng, nước ...). Bê tông có kh ả năng chịu nén tốt , khả năng chịu kéo rất kém .
Thép là vật liệu chịu kéo hoặc chịu nén đều tốt . Do vậy người ta th ường đặt cốt thép v ào trong
bê tông đ ể tăng cường khả năng chịu lực cho kết cấu từ đó tạo ra bê tông c ốt thép .
Để thấy đ ược sự cộng tác chịu lực giữa b ê tông và cốt thép ta xem thí nghiệm :
- Uốn một dầm b ê tông như trên h ình 1.1a ,trên d ầm chia th ành hai vùng rõ rệt là vùng kéo và
vùng nén . Khi ứng suất kéo trong b ê tông fct vượt quá cường độ chịu kéo của b ê tông thì v ết nứt sẽ
xuất hiện, vết nứt di dần l ên phía trên và d ầm bị g ãy khi ứng suất trong bê tông vùng nén còn khá nh ỏ
so với cường độ chịu nén của b ê tông. Dầm bê tông chưa khai thác h ết được khả năng chịu nén tốt của
bê tông, khả năng chịu mô men của dầm nhỏ.
- Với một dầm nh ư trên đư ợc đặt một l ượng cốt thép hợp lý v ào vùng bê tông chịu kéo h ình
1.1b, khi ứng suất kéo f ct vượt quá cường độ chịu kéo của b ê tông thì vết nứt cũng sẽ xuất hiện .
Nhưng lúc này d ầm ch ưa bị phá hoại , tại tiết diện có vết nứt lực kéo hoàn toàn do c ốt thép chịu , chính
vì vậy ta có thể tăng tải trọng cho tới khi ứng suất trong cốt thép đạt tới giới hạn chảy hoặc bê tông
vùng nén b ị nén vỡ .
Hình 1.1 D ầm bê tông và bê tông c ốt thép
1
- Bài giảng Kết Cấu Bê Tông theo 22TCN 272 -05
Dầm BTCT khai thác hết khả năng chịu nén tốt của b ê tông và khả năng chịu kéo tốt của thép .
Nhờ vậy khả năng chịu mô men hay sức kháng u ốn lớn h ơn hàng ch ục lần so với dầm b ê tông có cùng
kích thư ớc.
Cốt thép chịu chịu kéo v à nén đều tốt n ên nó còn được đặt vào trong các c ấu kiện chịu kéo ,
chịu nén, cấu kiện chịu uốn xoắn để tăng khả năng chịu lực giảm kích th ước tiết diện v à chịu lực kéo
xuất hiện do ngẫu nhi ên.
Bê tông và thép có t hể cùng cộng tác chịu lực l à do:
- Trên bề mặt tiếp xúc giữa b ê tông và thép có lực dính bám khá lớn n ên lực có thể truyền
từ bê tông sang thép và ngư ợc lại. Lực dính b ám có tầm rất quan trọng đố i với BTCT. Nhờ có lực dính
bám mà cư ờng độ của cốt thép mới đ ược khai thác triệt để, bề rộng vết nứt trong vùng kéo m ới được
hạn chế. Do vậy người ta phải tìm mọi cách để tăng c ường lực dính bám giữa b ê tông và c ốt thép.
- Giữa bê tông và c ốt thép không xảy ra phản ứng hoá học , bê tông còn b ảo vệ cho cốt thép
chống lại tác dụng ăn m òn của môi tr ường .
- Hệ số giãn nở dài vì nhi ệt của b ê tông và cốt thép l à xấp xỉ bằng nhau ( bê tông
=10,8.10 -6/oC, thép -6 o
s=12.10 / C). Do đó khi nghi ệt độ thay đ ổi trong phạm vi thô ng thường (dưới
c
o
100 C) nội ứng suất xuất hiện không đáng kể , không làm phá ho ại lực dính bám giữa b ê tông và c ốt
thép .
1.1.2. Thực chất của b ê tông cốt thép dự ứng lực (D ƯL)
Khi sử dụng BTCT thường người ta thấy xuất hiện các nh ược điểm :
- Nứt sớm giới hạn chống nứt thấp
- Không cho phép s ử dụng hợp lý cốt thép c ường độ cao . Khi ứng suất trong cốt thép chịu kéo
fs=20-30 MPa các khe n ứt đầu tiên trong bê tông s ẽ xuất hiện . Khi dùng thép cư ờng độ cao ứng suất
trong cốt thép chịu kéo có thể đạt 1000 -1200 MPa ho ặc lớn h ơn điều đó l àm xuất hiện các khe nứt rất
lớn vượt quá trị số giới hạn cho phép .
Để khắc phục hai nh ược điểm tr ên người ta đưa ra kết cấu BTCT dự ứng lực (BTCTD ƯL). Hai
nhược điểm tr ên đều xuất phát từ kh ả năng chịu kéo kém của bê tông. Trước khi chịu lực nh ư hình
1.1b ngư ời ta tạo ra trong cấu kiện một trạng thái ứng suất ban đầu ng ược với t rạng thái ứng suất khi
chịu tải, ta sẽ có biểu đồ ứng suất nh ư hình 1.2 và sẽ được kết cấu nứt nhỏ ( fct nhỏ) hoặc không nứt
(fct=0).
Khái ni ệm kết cấu dự ứng lực : kêt cấu dự ứng lực l à loại kết cấu m à khi chế tạo chúng ng ười ta
tạo ra một trạng thái ứng suất ban đầu ng ược với trạng thái ứng suấ t do tải trọng khi sử dụng nhằm
mục đích hạn chế các yếu tố có hại đến khả năng chịu lực của k ết cấu do tính chất chịu lực ké m của
vật liệu.
2
- Bài giảng Kết Cấu Bê Tông theo 22TCN 272 -05
Cốt thép dự ứng lực
Hình 1.2 Ứng suất trong cấu kiện BTCT dự ứng lực
Với bê tông cốt thép, chủ yếu ng ười ta tạo ra ứng suất nén tr ước cho những v ùng của tiết diện
mà sau này dư ới tác dụng của tải trọng khi sử dụng sẽ phát sinh ứng suất kéo . Ứng suất nén tr ước này
có tác dụng làm giảm hoặc triệt ti êu ứng suất k éo do tải trọng sử dụng sinh ra . Nhờ vậy m à vết nứt trên
cấu kiện nhỏ hoặc không c ó vết nứt.
Ta có thể tạo ra các trạng thái ứng suất ban đ ầu khác nhau bằng hai c ách: Thay đ ổi vị trí lực nén
trước, thay đ ổi trị số lực nén tr ước. Như vậy có thể tạo ra các kết cấu tối ưu về mặt chịu lực cũng nh ư
giá thành .
Ưu điểm của kết cấu BTCTD ƯL so v ới BTCT hay tác dụng chính của dự ứng lực:
- Nâng cao gi ới hạn chống nứt do đó c ó tính ch ống thấm cao.
- Cho phép s ử dụng hợp lý cốt thép c ường độ cao , bê tông cư ờng độ cao .
- Độ cứng tăng l ên nên đ ộ võng giảm, vượt được nhịp lớn h ơn so với BTCT th ường.
- Chịu tải đổi dấ u tốt hơn nên s ức kháng mỏi tốt .
- Nhờ có ứng suất tr ước mà phạm vi sử dụng của kết cấu b ê tông cốt thép lắp ghép, phân
đoạn mở rộng ra nhiều . Người ta có thể sử dụng biện pháp ứng lực tr ước để nối các cấu kiện đúc sẵn
cảu một kết cấu lại với nhau.
Nhược điểm của kết cấu BTCTD ƯL so v ới BTCT th ường:
- Ứng lực tr ước không nh ững gây ra ứng suất nén m à còn có th ể gây ra ứng suất kéo ở
phía đối diện l àm cho bê tông có th ể bị nứt .
- Chế tạo phức tạp h ơn yêu c ầu kiểm soát chặt chẽ về kỹ thuật để có thể đạt chất l ượng
như thi ết kế đề ra .
1.2. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO V À CHẾ TẠO KẾT CẤU B Ê TÔNG C ỐT THÉP
1.2.1. Đặc điểm cấu tạo :
Trong bê tông c ốt thép vấn đề giải quyết cấu tạo s ao cho h ợp lý là rất quan trọng . Hợp lý về mặt
chon vật liệu (Mác b ê tông hay c ấp bê tông, nhóm thép hay lo ại thép), hợp lý về ch ọn dạng tiết diện v à
kích thước tiết diện , hợp lý về việc bố trí cốt thép . Giải quyết các liên k ết giữa các bộ phận , chọn giải
pháp bảo vệ kết cấu chống xâm thực … , tính có th ể thi công đ ược (tính kh ả thi).
Dạng tiết diện v à sơ đồ bố trí cốt thép phụ thuộc v ào trạng thái ứng suất tr ên tiết diện.
Trong cấu kiện chịu uốn trạng thái ứng suất tr ên tiết diện có v ùng kéo có vùng nén thì ti ết diện
3
- Bài giảng Kết Cấu Bê Tông theo 22TCN 272 -05
thường được mở rộng ở v ùng nén (như chữ T).Với cấu kiện chỉ chịu lực dọc trục tr ên tiết diện ứng
suất gần nh ư phân b ố đều dạng tiết diện th ường đ ược chon l à đối xứng nh ư vuông, tr òn, chữ nhật.
1.2.1.1. Bê tông c ốt thép th ường:
Cốt thép đ ược đặt v ào trong cấu kiện b ê tông cốt thép để: chịu ứng suất kéo, chịu ứng suất nén,
để định vị các cốt thép khác . Số lượng do tính toán định ra nhưng cũng ph ải thoả m ãn các yêu c ầu cấu
tạo.
Cốt thép chịu ứng suất kéo do nhi ều nguyên nhân gây ra: Mô men u ốn, lực cắt , lực dọc trục, mô
men xoắn, tải cục bộ .
- Cốt thép chịu kéo do mômen uốn gây ra: đó là các c ốt thép dọc chủ đặt ở v ùng chịu kéo của cấu
kiện, đặt theo sự xuất hiện của biểu đồ mô men h ình 1.3, đặt càng xa tr ục trung ho à càng tốt.
Hình 1.3 Bi ểu đồ mô men v à cách đặt cốt thép
- Cốt thép chịu kéo do lực cắt gây ra : đó là các cốt thép đai ( cốt ngang) đ ược đặt theo biểu đồ lực
cắt hình 1.4.
A -A
A
A
Hình 1.4 Bi ểu đồ lực cắt v à cách b ố trí cốt đai
- Cốt thép chịu ứng suất nén : Đó là các cốt dọc chịu nén trong dầm , cột, các cốt thép n ày cùn g
tham gia ch ịu nén với b ê tông.
- Cốt thép định vị c ác cốt thép khác trong thi công .
- Cốt thép kiểm soát nứ t bề mặt phân bố gần bề mặt cấu kiện l àm nhiệm vụ chịu ứng suất dó co
ngót, thay đổi nhiệt độ, các cốt dọc v à cốt thép ngang l à một phần của cốt thép kiểm soát nứt bề mặt.
Trong cấu kiện chịu uốn khi chỉ có cốt dọc chịu kéo th ì được gọi l à tiết diện đặt cố t thép đơn,
còn khi có c ả cốt thép dọc chịu kéo v à cốt dọc chịu nén th ì được gọi l à tiết diện đặt cốt kép.
4
- Bài giảng Kết Cấu Bê Tông theo 22TCN 272 -05
Sơ đồ bố trí cốt thép trong cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn, chịu kéo lệch tâm lớn gần giống nh ư
trong c ấu kiện chịu uốn .
Trong cấu kiện chỉ chịu lực dọc trục tr ên tiết diện các cốt thép dọc th ường được bốt trí đối xứng.
Kích thư ớc tiết diện do tính toán định ra nh ưng ph ải thoả m ãn các yêu c ầu cấu tạo, kiến trúc , khả năng
bố trí cốt thép v à k ỹ thuật thi công .
Ngoài ra c ần phải chú ý đến quy định về bề dày l ớp bê tông b ảo vệ cốt thép , khoảng cách trống
giữa các cốt thép . Các quy đ ịnh này được quy định trong các ti êu chuẩn ngành.
1.2.1.2. Bê tông c ốt thép dự ứng lực:
Trong cấu kiện BTCTDƯL g ồm hai loại cốt thép: Cốt thép th ường (hay cốt thép không kéo
căng) và c ốt thép dự ứng lực ( cốt thép kéo căng). Cốt thép th ường làm nhi ệm vụ v à được bố trí giống
như cấu kiện bê tông cốt thép th ường.
Cốt thép D ƯL có nhi ệm vụ tạo ra ứng suất nén tr ước trong b ê tông. Cốt thép dự ứng lực có thể
đặt theo đ ường thẳng hoặc đường cong hoặc thẳng v à cong, hình 1.5.
Ap
Ap
Ap
Ống tạo lỗ
Bản đệm
Neo
Cốt thép DƯL đặt ngoài
Cốt thép DƯL đặt trong
Lưới thép gia cường
Hình 1.5 S ơ đồ bố trí cốt thép D ƯL
Tại chỗ uốn cong th ường có nội lực tiếp tuyến lớn n ên cần gia cường cho b ê tông tại đó bằng các
lưới cốt thép gia c ường .
Tại đầu neo li ên kết sẽ xuất hi ên lực tập trung lớn cũng cần phải gia c ường cho b ê tông tại các vị
trí này b ằng các cốt thép gia c ường hoặc bản phân bố .
1.2.2. Đặc điểm chế tạo và phân loại :
1.2.2.1. Phân lo ại theo ph ương pháp thi công : 3loại
- Đổ tại chỗ (kết cấu to àn khối)
5
- Bài giảng Kết Cấu Bê Tông theo 22TCN 272 -05
- Lắp ghép
- Bán l ắp ghép
a. Đổ tại chỗ
b. Lắp ghép
c. Bán lắp ghép
Hình 1.6: Các phương pháp thi công
1.2.2.2. Phân lo ại theo trạng thái ứng suất khi chế tạo v à sử dụng:
- Bê tông c ốt thép th ường
- Bê tông c ốt thép dự ứng lực (b ê tông ứng suất tr ước)
1.2.2.3. Phân lo ại BTCTD ƯL theo phương pháp t ạo dự ứng lực :
a. Cấu kiện thi công kéo tr ước (phương pháp c ăng cốt thép tr ên bệ): Hình 1.6
Cốt thép dự ứng lực đ ược neo một đầu cố định v ào bệ còn đầu kia đ ược kéo ra với lực kéo N.
Dưới tác dụng của lực kéo N cốt thép đ ược kéo trong giới hạn đ àn hồi sẽ gi ãn dài ra m ột đoạn l
tương ứng với ứng suất kéo th iết kế xuất hiện trong cốt thép . Sau đó ngư ời ta cố đ ịnh đầu n ày của cốt
thép vào b ệ. Tiếp theo ta đặt cốt thé p thường và đổ bê tông cấu kiện . Khi bê tông c ấu kiện đủ c ường
độ cần thiết, người ta tiến h ành buông c ốt thép. Lúc này cốt thép dự ứng lực có xu h ướng co lại khôi
phục chiều d ài ban đầu và sinh ra ứng suất nén trong bê tông .
6
- Bài giảng Kết Cấu Bê Tông theo 22TCN 272 -05
Bệ kéo
Cốt thép DƯL
Bê tông
Bê tông
Hình 1.6 Sơ đồ phương pháp thi công kéo trư ớc
Để tăng th êm dính bám gi ữa bê tông và c ốt thép D ƯL người ta th ường dùng cốt thép DƯL là
cốt thép có gờ , hoặc cốt thép tr ơn được xoắn lại , hoặc tạo mấu neo đặc biệt ở hai đầu .
Phạm vi áp dụ ng: Dùng cho các c ấu kiện thẳng có nhịp ngắn v à vừa, đặc biệt hiệu quả với các
cấu kiện sản xuất h àng lo ạt ở x ưởng.
b.Cấu kiện thi công kéo sau (phương pháp căng c ốt thép trong b ê tông): Hình 1.7
Trước tiên người ta lắp dựng ván khuôn , cốt thép th ường v à đặt các ống tạo r ãnh (trong đó có
thể đặt trước cốt t hép DƯL ho ặc luồn sau) bằng tôn, kẽm hoặc vật liệu khác . Sau đó đ ổ bê tông cấu
kiện, khi bê tông cấu kiện đủ c ường độ ta tiến h ành luồn cốt thép v à kéo căng đ ến ứng suất thiết kế .
Sau khi căng xong c ốt thép D ƯL được neo chặt v ào đầu cấu kiện. Thông qua các neo được đặt ở hai
đầu cáp cấu kiện sẽ bị nén b ằng lực kéo căng trong cốt thép . Tiếp đó người ta bơm v ữa xi măng v ào
trong ống rãnh để bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn m òn và tạo ra lực dính bám giữa b ê tông v ới cốt thép .
Nhưng cũng có tr ường hợp cốt thép đ ược bảo vệ trong ống r ãnh bằng mỡ chống gỉ, tr ường hợp n ày
được gọi l à cấu kiện D ƯL không dính bám.
Phương pháp này luôn ph ải có neo , khi kéo t ừ một đầu thì đầu kia l à neo ch ết (neo săn một đầu
như: neo móc câu, neo ki ểu múi bưởi, kiểu thòng lọng).
Phạm vi áp dụng của ph ương pháp này : dùng đ ể kéo căng các bó sợi hoặc dây cáp đặt theo
đường thẳng hoặc co ng, dùng cho các c ấu kiện chịu lực lớn nh ư kết cấu cầu . Phương pháp này thư ờng
được thực hiện tại công tr ường.
7
- Bài giảng Kết Cấu Bê Tông theo 22TCN 272 -05
Ống tạo lỗ
Bê tông
Cốt thép DƯL
Cốt thép DƯL
Hình 1.7 Sơ đồ phương pháp thi công kéo sau
8
- Bài giảng Kết Cấu Bê Tông theo 22TCN 272 -05
9
- Bài giảng Kết Cấu Bê Tông theo 22TCN 272 -05
10
nguon tai.lieu . vn
