Bài giảng Kết cấu bê tông cốt thép 1 - Chương 3: Nguyên lý tính toán và cấu tạo KC BTCT - Nguyễn Quốc Thông

Nội dung text: Bài giảng Kết cấu bê tông cốt thép 1 - Chương 3: Nguyên lý tính toán và cấu tạo KC BTCT - Nguyễn Quốc Thông

1. Tác động là các tác nhân không phải là lực nhưng khi tác dụng lên kết cấu vẫn làm cho kết cấu phát sinh nội lực, thí dụ như chuyển vị cưỡng bức của liên kết, sự thay đổi nhiệt độ, động đất. 2.1_Phân loại tải trọng Dựa vào tính chất tác dụng phân tải trọng thành ba loại: Tải trọng thường xuyên Là tải trọng có tác dụng không thay đổi trong suốt quá trình sử dụng kết cấu như trọng lượng bản thân kết cấu, các vách ngăn cố định v.v Để xác định tải trọng thường xuyên cần dựa vào cấu tạo cụ thể của các bộ phận kết cấu. Tải trọng tạm thời Là các tải trọng có thể thay đổi về điểm đặt, giá trị, phương, chiều. Đó là tải trọng do nhười và các đồ vật ở trẹn sàn nhà (tải trọng sử dụng trên sàn), tải trọng do gió, do các phương tiện giao thông v.v Để xác định tải trọng tạm thời cần dựa vào các tiêu chuẩn về tải trọng dựa vào các số liệu thống kê. Tải trọng đặc biệt Là tải trọng rất ít xảy ra như động đất, cháy nổ, bom đạn Dựa vào thời hạn tác dụng phân chia thành 3 loại: Tải trọng tác dụng dài hạn Gồm tải trọng thường xuyên và một phần nào đó của tải trọng tạm thời. Tải trọng tác dụng ngắn hạn Gồm phần còn lại của tải trọng tạm thời. Tải trọng trùng lặp Là tải trọng có trị số thay đổi nhanh, thường theo chu kì (tải trọng rung động). 2.2_Trị số (giá trị) tiêu chuẩn và tính toán của tải trọng c Trị số tiêu chuẩn của tải trọng ( qtc hay q , gọi tắt là tải trọng tiêu chuẩn) - Là các giá trị thường gặp trong quá trình sử dụng công trình. - Trị số này được xác định theo các số liệu thực tế, theo các số liệu thống kê. Trị số tính toán của tải trọng ( q , gọi tắt là tải trọng tính toán) c q nqtc nq (3.1)
2. Để xác định S ph người ta đã dựa vào nhiều kết quả thí nghiệm, xét sự làm việc thực tế có biến dạng dẻo của bêtông và của cốt thép, lập ra công thức tính toán cho các trường hợp chịu lực khác nhau. Phương pháp nội lực phá hoại có tiến bộ hơn phương pháp ứng suất cho phép nhưng việc dùng một số hệ số an toàn chung k chưa phản ảnh đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy (độ an toàn) của kết cấu. Phương pháp trạng thái giới hạn (đang được áp dụng) Hiện nay, trên toàn thế giới dùng phổ biến phương pháp trạng thái giới hạn (TTGH). “ Trạng thái giới hạn là trạng thái mà từ đó trở đi kết cấu không thể thỏa mãn các yêu cầu đề ra cho nó. Có 2 loại yêu cầu: Yêu cầu về độ bền vững (an toàn), tương ứng với nhóm TTGH thứ nhất Yêu cầu về điều kiện làm việc bình thường, tương ứng với nhóm TTGH thứ hai ” 4.2_Trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH I ) Đó là TTGH về độ bền (độ an toàn). Tính toán theo TTGH này nhằm đảm bảo cho kết cấu không bị phá hoại, không bị mất ổn định, không bị hư hỏng vì mỏi (với kết cấu chịu tải trùng lặp, rung động) hoặc chịu tác dụng đồng thời các yếu tố về lực và ảnh hưởng bất lợi của môi trường. Công thức tổng quát của TTGH I: SS gh hay SS   (3.5) trong đó: S – nội lực bất lợi do tải trọng tính toán gây ra Sgh hay S - khả năng chịu lực của kết cấu khi nó làm việc ở TTGH I . Khả năng này phụ thuộc vào kích thước tiết diện, số lượng cốt thép, cường độ tính toán của bêtông và của cốt thép. Biểu thức cụ thể của ứng với các trường hợp chịu lực khác nhau (uốn, cắt, nén, kéo, xoắn ). 4.3_Trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH II ) Đó là TTGH về điều kiện làm việc bình thường. Tính toán theo TTGH này nhằm đảm bảo cho kết cấu không có những khe nứt hoặc những biến dạng quá mức cho phép theo các điều kiện: aacrc gh (3.6a) ff gh (3.6b)
3. Khung thép buộc 1 2 3 4 1 2 3 4
4. 5.3_Cốt thép chịu lực và cốt thép cấu tạo Cốt thép chịu lực dùng để chịu các ứng lực phát sinh do tác dụng của tải trọng, chúng được xác định hoặc kiểm tra bằng tính toán (còn gọi là cốt thép tính toán). Cốt thép cấu tạo được đặt vào kết cấu với nhiều tác dụng khác nhau:  để liên kết cốt chịu lực thành khung hoặc lưới,  để giữ vị trí cốt thép chịu lực khi thi công,  để làm giảm co ngót không đều của bêtông,  để chịu ứng suất do nhiệt độ thay đổi,  để ngăn cản sự mở rộng các vết nứt,  để làm phân bố tác dụng của tải trọng tập trung v.v Thực tế thì cốt thép cấu tạo cũng chịu lực nhưng chúng không được tính toán mà được đặt theo các quy định, theo kinh nghiệm. Tuy được gọi là cốt thép cấu tạo nhưng trong một số trường hợp nó đóng vai trò quan trọng. Nếu thiếu cốt thép cấu tạo kết cấu có thể không phát huy hết khả năng chịu lực, bị nứt hoặc bị hư hỏng cục bộ. 5.4_Lớp bêtông bảo vệ cốt thép Chiều dầy lớp bêtông bảo vệ cốt thép  Lớp bêtông bảo vệ cốt thép là khoảng cách từ mép ngoài bêtông đến mép ngoài gần nhất của cốt thép.  Lớp bảo vệ cần để bảo đảm sự là việc đồng thời của cốt thép và bêtông trong mọi giai đoạn, cũng như bảo vệ cốt thép khỏi tác động của không khí, nhiệt độ và các tác động tương tự.  Cần phân biệt lớp bêtông bảo vệ cốt thép của cốt thép dọc chịu lực c2 và lớp bêtông bảo vệ của cốt thép cấu tạo, cốt thép đai c1 Trong mọi tường hợp chiều dày này không được bé hơn đường kính cốt thép tương ứng, ngoài ra còn không được bé hơn trị số C0 được quy định như sau: a. Với cốt thép chịu lực: Trong bản và vách cứng BTCT có chiều dầy: o Từ 100mm trở xuống: = 10mm (15mm) o Trên 100mm : = 15mm (20mm) Trong dầm và sườn có chiều cao tiết diện: o Nhỏ hơn 250mm: C0 = 15mm (20mm) o Lớn hơn hoặc bằng 250mm: = 20mm (25mm) Trong cột: = 20mm (25mm)
5. Khoảng hở thông thủy đối với cốt thép dưới: và 5 1 4 4 3 3 2 t2 3 2 t1 t1 2 t1 t1 t1 t1 t1 t1 t1 t1 t1 1 1 Khoảng hở thông thủy đối với cốt thép trên: và t3 t3 t3 1 t3 t3 t3 t3 t3 t3 4 2 t 3 2 2 t3 t2 3 1 3 4 3 4 5
6. 5.6_Đầu mút cốt thép và đoạn neo cốt thép  Đầu mút cốt thép: Để cốt thép phát huy được khả năng chịu lực cần neo chắc đầu mút của nó vào bêtông ở vùng liên kết (nút khung), và ở gối tựa. Đoạn đầu mút cốt thép có thể để thẳng (neo thẳng), uốn móc gập với góc α = 45 90o hoặc móc neo tiêu chuẩn với góc α = 180o (móc hình chữ U). 0 α =450 α =90 α =1350 α =1800  Theo qui định: Đối với cốt thép trong khung và lưới hàn cũng như cốt thép chịu nén trong cột thì đầu mút cho phép để thẳng (α =00). Cốt thép tròn trơn trong khung và lưới buộc phải được uốn móc vòng α =1800. Cốt thép có gờ trong khung và lưới buộc có thể thẳng hoặc dùng neo gập α =900.  Đoạn neo cốt thép và chiều dài đoạn neo: Cần phân biệt 2 trường hợp khi xác định chiều dài đoạn neo cốt thép
7. 1) Chiều dài đoạn neo cốt thép lan kể từ mút thanh cốt thép đến tiết diện vuông góc với trục dọc của cấu kiện mà ở đó nó được sử dụng toàn bộ khả năng chịu lực (tính với toàn bộ cường độ tính toán): Rs lmin lan ( an  an )  và (3.10) hay Rb an R (s  )  anR an b lan (3.10a) an lmin trong đó, các hệ số thực nghiệm được xác định như sau: Theo bảng 36 điều 8.5.2 của TCXDVN 356-2005, các hệ số để xác định đoạn neo cốt thép không căng như sau : Các hệ số để xác định đoạn neo cốt thép không căng Cốt thép có gờ Cốt thép trơn Điều kiện làm việc của cốt thép Không không căng Không nhỏ    an  nhỏ an hơn an an hơn l min (mm) (mm) 1. Đoạn neo cốt thép a. Chịu kéo trong bê tông chịu kéo 0,7 11 20 250 1,2 11 20 250 b. Chịu nén hoặc kéo trong vùng chịu nén của bê tông 0,5 8 12 200 0,8 8 15 200 2. Nối chồng cốt thép a. Trong bê tông chịu kéo 0,9 11 20 250 1,55 11 20 250 b. Trong bê tông chịu nén 0,65 8 15 200 1 8 15 200 2) Đoạn neo cốt thép kể từ mút thanh cốt thép đến tiết diện vuông góc với trục dọc của cấu kiện mà ở đó nó xem như không còn chịu lực (neo cốt thép dọc tại gối biên kê tự do của cấu kiện chịu uốn (nơi có lực cắt lớn và M = 0)) cần tuân theo các chỉ dẫn về cấu tạo cốt thép dọc chịu uốn trên tiết diện nghiêng. (Sẽ khảo sát ở chương 4) GHI CHÚ:
8. Kích thước đường hàn quy định như sau: 1 chiều dày h , lấy bằng đường kính cốt thép nhưng không dưới 4 mm, h 4 bề rộng bằng nửa đường kính cốt thép nhưng không dưới 10 mm. Chiều dài đường hàn lh được xác định bằng tính toán hoặc bằng thực nghiệm để đảm bảo khả năng chịu lực (theo phương pháp tính toán liên kết hàn) nhưng cũng không được nhỏ hơn lmin . Xác định như sau : o = 4 khi dùng thanh kẹp, hàn hai bên , o = 5 khi không dùng thanh kẹp, hàn hai bên. o Trường hợp chỉ hàn một bên thì tăng gấp đôi, thành = 8 hoặc = 10. b._Nối chồng hay nối buộc (thường được sử dụng) Nối chồng là cách đặt hai đầu cốt thép chập vào nhau một đoạn lan. Thông thường đặt mép của hai thanh sát vào nhau và dùng dây thép mềm buộc lại (hình_a). Trường hợp nối một thanh với hai thanh khác (hình_b) thì giữa mép của các thanh có thể có một khoảng nào nó. Trong phạm vi mối nối chồng, lực từ thanh thép ① được truyền vào bêtông nhờ lực dính bám rồi lại từ bêtông truyền vào thanh thép ② như vậy trong phạm vi nối chồng cốt thép, bêtông phải làm việc nhiều hơn và phức tạp hơn ở những nơi khác, chính vì vậy trong phạm vi đó phải tăng cường cốt thép đai (đối với cột) và khi thi công và phải chú ý đảm bảo chất lượng của bêtông. Chiều dài đoạn chập lên nhau của mối nối chồng là lan lấy theo công thức (3.10). Không nên nối chồng các thanh có đường kính  > 30 mm. Không được nối chồng các thanh có đường kính  > 36 mm. Không nên nối chồng trong vùng chịu kéo của cấu kiện chịu uốn và nén, kéo lệch tâm tại những nơi cốt thép được dùng hết khả năng chịu lực.
9. Coupler_Nối kiểu ren
10. MÁY UỐN THÉP