Bài giảng Kết cấu bê tông cốt thép 1 - Chương 2: Những tính năng cơ lý chủ yếu bêtông, thép & bê tông cốt thép (BTCT) - Nguyễn Quốc Thông

Nội dung text: Bài giảng Kết cấu bê tông cốt thép 1 - Chương 2: Những tính năng cơ lý chủ yếu bêtông, thép & bê tông cốt thép (BTCT) - Nguyễn Quốc Thông

1. a/ Maãu thí nghieäm: h H a a a a a D Maãu laäp phöông Maãu laêng truï Maãu hình truï Maãu chuaån laø maãu laäp phöông coù a=15 cm. Maãu laäp phöông coù caùc kích thöôùc khaùc: a=10cm; 20cm; 30cm Maãu hình truï: H=2D, thoâng thöôøng D=15cm. Coù theå gaëp D=; 74.1;10; 20 cm; Neáu söû duïng caùc maãu khoâng phaûi laø maãu chuaån thì caàn coù söï qui ñoåi veà maãu chuaån (Xem chi tieát taïi tieâu chuaån TCVN 3118-1993 : Beâtoâng naëng – Phöông phaùp xaùc ñònh cöôøng ñoä neùn) b/ Thí nghieäm neùn maãu vaø söï phaù hoaïi maãu thí nghieäm. P R Cöôøng ñoä neùn cuûa maãu: F (MPa hay kG/cm2) (MPa = 9.81 kG/cm2 = 10 daN/cm2) P laø löïc neùn gaây phaù hoaïi maãu F laø dieän tích maët caét ngang maãu. Ñoái vôùi maãu chuaån thì F=15 15 (cm2) D2 Ñoái vôùi truï thì F (cm2) 4
2. PK R Ñoái vôùi maãu keùo ñuùng taâm: t1 A PK laø löïc neùn gaây phaù hoaïi maãu A laø dieän tích maët caét ngang maãu 3.5M R Ñoái vôùi maãu keùo khi uoán: t2 bh2 M laø moment uoán cöïc ñaïi khi laøm gaõy maãu 2P R Ñoái vôùi maãu chòu cheû: t3 lD P laø löïc taùc duïng gaây cheû maãu 2.3_Quan heä giöõa cöôøng ñoä chòu neùn vaø keùo cuûa beâtoâng (Xem taøi lieäu [2], trang 18 -19) 2.4_Caùc nhaân toá quyeát ñònh cöôøng ñoä cuûa beâtoâng (Xem taøi lieäu [2], trang 19 -20) 2.5_Söï gia taêng cöôøng ñoä cuûa beâtoâng theo thôøi gian
3. Vôùi coâng ngheä oån ñònh , coù söï kieåm tra chaët cheõ veà thaønh phaàn cuûa beâtoâng vaø chaát löôïng thi coâng, thì coù theå laáy  0.135 . Vôùi ñieàu kieän thi coâng bình thöôøng maø thieáu soá lieäu thoáng keâ thí nghieäm thì coù theå laáy  0.15 . Trong tröôøng hôïp thöû caùc maãu thöû keùo, laáy K 0.165 3.3_Giaù trò ñaëc tröng cuûa cöôøng ñoä (cöôøng ñoä ñaëc tröng) Rch Rch ñöôïc xaùc ñònh vôùi xaùc suaát baûo ñaûm 95% RRSch m (1 ) (2.9) S – heä soá, phuï thuoäc vaøo xaùc suaát baûo ñaûm, vôùi xaùc suaát baûo ñaûm 95% thì laáy S = 1.64.  – heä soá bieán ñoäng cöôøng ñoä beâtoâng. 3.4_ Giaù trò tieâu chuaån cuûa cöôøng ñoä beâtoâng Hay coøn goïi laø cöôøng ñoä tieâu chuaån, ñöôïc xaùc ñònh baèng caùch laáy giaù trò cöôøng ñoä ñaëc tröng nhaân cho heä soá keát caáu  KC (0.7 0.8) nhaèm keå ñeán söï laøm vieäc cuûa beâtoâng trong keát caáu thöïc teá coù khaùc vôùi söï laøm vieäc cuûa maãu thöû beâtoâng. Cöôøng ñoä tieâu chuaån veà neùn: Rbn Cöôøng ñoä tieâu chuaån veà keùo: Rbtn Ghi chuù: Cöôøng ñoä tieâu chuaån veà neùn coù theå laáy baèng cöôøng ñoä ñaëc tröng cuûa maãu thöû hình laêng truï vôùi chieàu cao h=4a vaø thöôøng ñöôïc goïi laø cöôøng ñoä laêng truï 3.5 _Caáp ñoä beàn vaø Maùc cuûa beâtoâng Caáp ñoä beàn vaø Maùc cuûa beâtoâng ñeå bieåu thò chaát löôïng cuûa beâtoâng veà moät tính chaát naøo ñoù. Theo caùc tieâu chuaån thieát keá cuõ thì coù: Maùc theo khaû naêng chòu neùn M Maùc theo khaû naêng chòu keùo K Maùc theo khaû naêng choáng thaám T Maùc theo khoái löôïng rieâng trung bình D
4. Trong caùc coâng thöùc (A.1) vaø (A.2): Bm,Bmt - töông öùng laø caùc giaù trò trung bình thoáng keâ cuûa cöôøng ñoä chòu neùn vaø chòu keùo töùc thôøi, ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: n1B1 n2 B2 nnBn (A.3) Bm Bmt n1 n2 nn ôû ñaây: n1 ,n2 , ,nn - soá löôïng caùc maãu thöû tieâu chuaån coù cöôøng ñoä töông öùng khi neùn (keùo) laø B1 ,B2 , ,Bn Theo ñònh nghóa beân treân thì: Bm  Má c bê t ô ng khi né n Bmt  Má c bê t ô ng khi k é o  - heä soá bieán ñoäng cuûa cöôøng ñoä caùc maãu thöû tieâu chuaån, phuï thuoäc vaøo trình ñoä coâng ngheä saûn xuaát beâ toâng:  = 0,135 öùng vôùi tröôøng hôïp chòu neùn,  = 0,165 öùng vôùi tröôøng hôïp chòu keùo. A.2 Töông quan giöõa caáp ñoä beàn cuûa beâ toâng vaø maùc beâ toâng theo cöôøng ñoä neùn Baûng A.1 Töông quan giöõa caáp ñoä beàn chòu neùn cuûa beâ toâng vaø maùc beâ toâng theo cöôøng ñoä chòu neùn (trích 1 soá giaù trò cöôøng ñoä beâtoâng thoâng duïng) Caáp ñoä beàn Cöôøng ñoä trung bình cuûa maãu Maùc theo cöôøng ñoä chòu neùn thöû tieâu chuaån, MPa chòu neùn B7,5 9,63 M100 B10 12,84 M150 B12,5 16,05 M150 B15 19,27 M200 B20 25,69 M250 B22,5 28,90 M300 B25 32,11 M350 B27,5 35,32 M350 B30 38,53 M400 B35 44,95 M450 B40 51,37 M500 B45 57,80 M600
5. Baûng 11 – Heä soá ñoä tin caäy cuûa moät soá loaïi beâ toâng khi neùn  bc vaø khi keùo  bt Giaù trò vaø khi tính toaùn keát caáu theo traïng thaùi giôùi haïn thöù nhaát Loaïi beâ toâng thöù hai öùng vôùi caáp ñoä  bc , beàn cuûa beâ toâng chòu neùn chòu keùo Beâ toâng naëng, beâ toâng haït nhoû, beâ toâng töï 1,3 1,5 1,3 1,0 öùng suaát, beâ toâng nheï vaø beâ toâng roãng Beâ toâng toå ong 1,5 2,3 – 1,0 Caùc cöôøng ñoä tính toaùn cuûa beâ toâng khi tính toaùn theo caùc traïng thaùi giôùi haïn thöù nhaát Rb vaø Rbt ñöôïc giaûm xuoáng (hoaëc taêng leân) baèng caùch nhaân vôùi caùc heä soá ñieàu kieän laøm vieäc cuûa beâ toâng  bi . Caùc heä soá naøy keå ñeán tính chaát ñaëc thuø cuûa beâ toâng, tính daøi haïn cuûa taùc ñoäng, tính laëp laïi cuûa taûi troïng, ñieàu kieän vaø giai ñoaïn laøm vieäc cuûa keát caáu, phöông phaùp saûn xuaát, kích thöôùc tieát dieän, v.v Giaù trò heä soá ñieàu kieän laøm vieäc cho trong Baûng 15 cuûa TCXDVN 356-2005. R R RR  bn RR  btn b b b b ; bt b bt b  bc  bt
6. * * Baûng 13 - Caùc cöôøng ñoä tính toaùn cuûa beâ toâng Rb , Rbt khi tính toaùn theo caùc traïng thaùi giôùi haïn thöù nhaát, MPa Caáp ñoä beàn chòu neùn cuûa beâ toâng Traïng thaùi Loaïi beâ toâng B1 B1,5 B2 B2,5 B3,5 B5 B7,5 B10 B12,5 B15 B20 B25 B30 B35 B40 B45 B50 B55 B60 M50 M75 M100 M150 M150 M200 M250 M350 M400 M450 M500 M600 M700 M700 M800 Beâ toâng naëng, beâ toâng haït 2,8 4,5 6,0 7,5 8,5 11,5 14,5 17,0 22,0 25,0 – – – – 2,1 19,5 27,5 30,0 33,0 nhoû ((*) laø theo Neùn doïc truïc (3.5) (4.5) (6.5) (6.5) (9.0) (11.0) (15.5) (17.0) (21.5) (25.0) TCVN (cöôøng ñoä 5574:1991) laêng truï) Rb – – – 1,5 2,1 2,8 4,5 6,0 7,5 8,5 11,5 14,5 17,0 19,5 22,0 – – – – Beâ toâng nheï 0,63 0,95 1,3 1,6 2,2 3,1 4,6 6,0 7,0 7,7 – – – – – – – – – Beâ toâng toå ong – – – – 0,26 0,37 0,48 0,57 0,66 0,75 0,90 1,05 1,20 1,30 1,40 1,45 1,55 1,60 1,65 Beâ toâng naëng – – – – 0,26 0,37 0,48 0,57 0,66 0,75 0,90 1,05 1,20 1,30 1,40 – – – – Beâ nhoùm A toâng – – – – 0,17 0,27 0,40 0,45 0,51 0,64 0,77 0,90 1,00 – – – – – – nhoùm B haït – – – – – – – – – 0,75 0,90 1,05 1,20 1,30 1,40 1,45 1,55 1,60 1,65 Keùo doïc truïc nhoû nhoùm C R bt coát lieäu – – – 0,20 0,26 0,37 0,48 0,57 0,66 0,75 0,90 1,05 1,20 1,30 1,40 – – – – Beâ ñaëc toâng nheï coát lieäu – – – 0,20 0,26 0,37 0,48 0,57 0,66 0,74 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 – – – – roãng 0,06 0,09 0,12 0,14 0,18 0,24 0,28 0,39 0,44 0,46 – – – – – – – – – Beâ toâng toå ong Ghi chuù 1. Nhoùm beâ toâng haït nhoû xem ñieàu 5.1.1.3. 2. Kyù hieäu M ñeå chæ maùc beâ toâng theo quy ñònh tröôùc ñaây. Töông quan giöõa caùc giaù trò caáp ñoä beàn cuûa beâ toâng vaø maùc beâ toâng cho trong Baûng A.1 vaø A.2, Phuï luïc A trong tieâu chuaån naøy. 3. Caùc giaù trò cöôøng ñoä cuûa beâ toâng toå ong trong baûng öùng vôùi beâ toâng toå ong coù ñoä aåm laø 10%. 4. Ñoái vôùi beâ toâng Keramzit – Perlit coù coát lieäu baèng caùt Perlit, giaù trò Rbt ñöôïc laáy baèng giaù trò cuûa beâ toâng nheï coù coát lieäu caùt haït xoáp nhaân vôùi 0,85. 5. Ñoái vôùi beâ toâng roãng, giaù trò Rb ñöôïc laáy nhö ñoái vôùi beâ toâng nheï; coøn giaù trò Rbt nhaân theâm vôùi 0,7. 6. Ñoái vôùi beâ toâng töï öùng suaát, giaù trò Rb ñöôïc laáy nhö ñoái vôùi beâ toâng naëng, coøn giaù trò nhaân vôùi 1,2.
7. Pu b R lt öùng suaát: A ; * bieán daïng: b  b  uc *3 Vôùi maãu hình truï neùn ñuùng taâm, b 2 10 Trong caùc caáu kieän BTCT chòu uoán, taïi meùp ngoaøi cuøng vuøng beâtoâng chòu *3 neùn, b 3.5 10 4.3_Bieán daïng ñaøn hoài vaø bieán daïng deûo cuûa beâtoâng Vaãn tieáp tuïc moâ hình thí nghieäm beân treân, neáu boû löïc P, maãu seõ hoài phuïc nhöng khoâng ñaït ñeán kích thöôùc ban ñaàu maø coøn bò thöøa laïi 1 ñoaïn 2 Phaàn bieán daïng hoài phuïc 1 chính laø bieán daïng ñaøn hoài, phaàn khoâng hoài phuïc ñöôïc laø bieán daïng deûo 2. Ta coù caùc bieán daïng töông ñoái: 1 el l (bieán daïng töông ñoái ñaøn hoài, hay bieán daïng ñaøn hoài) 2  pl l (bieán daïng töông ñoái deûo, hay bieán daïng deûo_thể hiện phần biến dạng dư). Nhö vaäy, beâtoâng laø vaät lieäu ñaøn hoài–deûo
8. / Vaäy: EEbb  (2.14)  0.2 Heä soá nôû ngang cuûa beâtoâng (heä soá Poission): Module choáâng caét cuûa beâtoâng: Gbb 0.4E 4.5_Bieán daïng töø bieán cuûa beâtoâng (do taûi taùc duïng daøi haïn gaây ra) Töø bieán laø hieän töôïng bieán daïng taêmg theo thôøi gian. Thí nghieäm neùn maãu vôùi löïc P ñeán bieán daïng tuyeät ñoái ban ñaàu laø vaø bieán daïng töông ñoái laø  b (töông öùng ñieåm B treân ñoà thò). Giöõ nguyeân giaù trò löïc P trong thôøi gian laâu daøi (töông öùng ñieåm C1 treân ñoà thò) thì nhaän thaáy bieán daïng tuyệt đối seõ taêng theâm 1 löôïng laø c, biến dạng tương ứng laø  c . 1 1 c Bieán daïng töø bieán:  c l Khi b coøn beù,(b< 0.7R), bieán daïng töø bieán coù giôùi haïn (tieäm caän) Khi b khaù lôùn (b 0.85R), thì bieán daïng töø bieán phaùt trieån khoâng ngöøng vaø daãn maãu thöû ñeán phaù hoaïi. Ñoù laø söï giaûm cöôøng ñoä beâtoâng khi chòu taûi taùc duïng laâu daøi. Caùc nhaân toá aûnh höôûng ñeán bieán daïng töø bieán: Xem [2], trang 2829
9. B_ COÁÁT THEÙÙP 1_PHAÂÂN LOAÏÏI THEÙPÙ 1.1_Phaân loaïi theo thaønh phaàn hoùa hoïc vaø phöông phaùp luyeän theùp o Maùc theùp: CT3, CT5 o Theùp caùn noùng o Theùp keùo nguoäi o Coát theùp ñöôïc gia coâng nhieät 1.2_Phaân loaïi theo hình thöùc saûn xuaát o Theùp thanh . Theùp thanh troøn . Theùp thanh troøn coù gôø (gaân, gai, vaèn) . Theùp thanh daïng I , L, C (theùp ñònh hình) o Theùp cuoän o Theùp taám o Theùp sôïi
10. 2.2_Bieán daïng ñaøn hoài; bieán daïng deûo cuûa theùp Khi keùo theùp trong giôùi haïn ñaøn hoài (chöa ñeán ñieåm A) roài giaûm löïc thì toaøn boä bieán daïng ñöôïc khoâi phuïc, ñöôøng bieåu dieãn  –  khi giaûm löïc trôû veà ñieåm goác toaï ñoä O. Phaàn bieán daïng naøy ñöôïc goïi laø bieán daïng ñaøn hoài.
11. 2.4_Söï cöùng nguoäi cuûa coát theùp Ñoù laø hieän töôïng taêng y khi gia coâng nguoäi( keùo nguoäi) coát theùp. Laáy coát theùp deûo ñem keùo nguoäi cho vöôït quaù giôùi haïn chaûy roài giaûm löïc keùo seõ ñöôïc coát theùp keùo nguoäi. Coát theùp keùo nguoäi naøy seõ coù y to hôn coát theùp ban ñaàu nhöng sau vaøi laàn keùo hoaëc chuoát, theàm chaûy AB (treân Hình 2.10a ) seõ khoâng coøn, coát theùp seõ trôû * thaønh coát theùp doøn vôùi cöôøng ñoä ñöôïc taêng cao nhöng bieán daïng cöïc haïn  s seõ giaûm ñi. 2.5_ Ñoä deûo cuûa coát theùp Ñoä deûo cuûa coát theùp ñöôïc ñaùnh giaù baèng bieán daïng deûo toaøn phaàn cuûa maãu thí nghieäm hoaëc ñöôïc ñaùnh giaù baèng caùch uoán nguoäi coát theùp quanh moät truïc coù ñöôøng kính baèng 3 – 5 laàn ñöôøng kính cuûa noù. Ñoái vôùi daây theùp duøng caùch beû gaäp nhieàu laàn. Ñoä deûo cuûa coát theùp aûnh höôûng lôùn ñeán vieäc gia coâng coát theùp (uoán gaäp, uoán moùc ) vaø coù yù nghóa ñoái vôùi söï laøm vieäc cuûa beâtoâng coát theùp. Coát theùp coù ñoä deûo thaáp coù theå bò ñöùt hoaëc gaõy moät caùch ñoät ngoät trong quaù trình thi coâng. 2.6_ Tính haøn ñöôïc cuûa coát theùp Tính haøn ñöôïc cuûa coát theùp bieåu thò bôûi söï ñaûm baûo lieân keát chaéc chaén khi haøn, noái, khoâng coù veát nöùt, khoâng coù khuyeát taät cuûa kim loaïi ôû moái haøn vaø xung quanh. Tính haøn ñöôïc phuï thuoäc vaøo thaønh phaàn cuûa theùp vaø caùch cheá taïo. Caùc loaïi theùp caùn noùng chöùa ít caùcbon vaø theùp hôïp kim thaáp coù tính haøn ñöôïc khaù toát. Khoâng ñöôïc pheùp haøn caùc coát theùp ñaõ qua gia coâng nhieät vì nhieät ñoä cao ôû moái haøn laøm giaûm cöôøng ñoä cuûa theùp.
12. Cöôøng ñoä chòu keùo tính toaùn Rs cuûa coát theùp khi tính toaùn theo caùc traïng thaùi giôùi haïn thöù nhaát vaø thöù hai ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: Rsn Rs (10) –TCXDVN 356-2005  s trong ñoù s - heä soá ñoä tin caäy cuûa coát theùp, laáy theo Baûng 20 cuûa TCXDVN 356-2005 nhö sau: Baûng 20_TCXDVN 356-2005 - Heä soá ñoä tin caäy cuûa coát theùp  s Giaù trò  s khi tính toaùn keát caáu theo caùc traïng thaùi Nhoùm theùp giôùi haïn thöù nhaát vaø thöù hai thöù nhaát thöù hai CI, A-I, CII, A-II 1,05 1,00 CIII, 6  8 1,10 1,00 A-III coù ñöôøng 10  40 1,07 1,00 kính, Theùp mm thanh CIV, A-IV, A-V 1,15 1,00 A-VI, AT-VII 1,20 1,00 coù kieåm soaùt ñoä 1,10 1,00 giaõn daøi vaø öùng suaát A-IIIB chæ kieåm soaùt ñoä 1,20 1,00 giaõn daøi Bp-I 1,20 1,00 Theùp sôïi B-II, Bp-II 1,20 1,00 Theùp caùp K-7, K-19 1,20 1,00 Cöôøng ñoä chòu neùn tính toaùn cuûa coát theùp Rsc duøng trong tính toaùn keát caáu theo caùc traïng thaùi giôùi haïn thöù nhaát khi coù söï dính keát giöõa beâ toâng vaø coát theùp laáy theo Baûng 21 (theùp thanh) vaø Baûng 22 (theùp sôïi) cuûa TCXDVN 356-2005.
13. Baûng 22 - Cöôøng ñoä tính toaùn cuûa coát theùp sôïi khi tính toaùn theo caùc traïng thaùI giôùi haïn thöù nhaát, MPa Cöôøng ñoä chòu keùo tính toaùn Cöôøng ñoä chòu Ñöôøng kính Nhoùm theùp sôïi Coát theùp ngang (coát theùp neùn tính toaùn theùp sôïi, mm Coát theùp doïc Rs ñai, coát theùp xieân) Rsw Rsc Bp-I 3; 4; 5 410 290* 375 B-II coù caáp ñoä beàn 1500 3 1250 1000 1400 4; 5 1170 940 1300 6 1050 835 1200 7 1000 785 1100 8 915 730 Bp-II coù caáp ñoä beàn 500 1500 3 1250 1000 1400 4; 5 1170 940 1200 6 1000 785 1100 7 915 730 1000 8 850 680 K-7 coù caáp ñoä beàn 1500 6; 9; 12 1250 1000 1400 15 1160 945 K-19 14 1250 1000 * Khi söû duïng theùp sôïi trong khung theùp buoäc, giaù trò Rsw caàn laáy baèng 325 MPa. Caùc giaù trò Rsc neâu treân ñöôïc laáy khi tính toaùn keát caáu laøm töø beâ toâng naëng, beâ toâng haït nhoû, beâ toâng nheï chòu caùc taûi troïng laáy theo muïc 2a trong Baûng 15; khi tính toaùn keát caáu chòu caùc taûi troïng laáy theo muïc 2b trong Baûng 15 thì giaù trò Rsc = 400 MPa cuõng nhö khi tính toaùn caùc keát caáu laøm töø beâ toâng toå ong vaø beâ toâng roãng chòu moïi loaïi taûi troïng, giaù trò Rsc laáy nhö sau: ñoái vôùi sôïi theùp Bp-I laáy baèng 340 MPa, ñoái vôùi B-II, Bp-II, K-7 vaø K-19: laáy baèng 400 MPa.
14. P    (2.17) max max  l 1.2_Caùc nhaân toá taïo neân löïc dính Xem taøi lieäu [2] trang 40. 1.3_Caùc nhaân toá aûnh höôûng ñeán löïc dính Xem taøi lieäu [2] trang 40. 1.4_Trò soá löïc dính theo coâng thöùc thöïc nghieäm Phuï thuoäc vaøo caùc yeáu toá: Chaát löôïng beâtoâng (cöôøng ñoä beâtoâng) Traïng thaùi beà maët coát theùp Traïng thaùi chòu löïc (neùn hay keùo thanh theùp tuït ra khoûi khoái beâtoâng)  Theo caùc coâng thöùc cuûa Lieân Xoâ cuõ (NGA) R  bn (2.18) max m trong ñoù m – heä soá, phuï thuoäc traïng thaùi beà maët coát theùp, Ñoái vôùi theùp troøn, trôn: m = 56 Ñoái vôùi theùp troøn, coù gôø: m = 33.5 – heä soá, phuï thuoäc traïng thaùi chòu löïc, khi thanh theùp chòu keùo: = 1 khi thanh theùp chòu neùn: =1.5  Theo caùc taøi lieäu cuûa PHAÙP:   R btn trong ñoù:  – giaù trò trung bình cuûa löïc dính R – cöôøng ñoä keùo tieâu chuaån cuûa beâtoâng btn  – heä soá, vôùi coát theùp chòu keùo:  0.6 ; chòu neùn:  1.0  – heä soá, vôùi coát theùp troøn, trôn:  1 1.2; vôùi coát theùp troøn, coù gôø:  1.8 2.0 2_SÖÏÏ LAØØM VIEÄÄC CHUNG GIÖÕÕA BEÂTÂ OÂÂNG VAØØ COÁÁT THEÙÙP Xem töøø trang 41 cuûûa [2]