Bài giảng Kết cấu bê tông cốt thép - Đào Sỹ Đán

Nội dung text: Bài giảng Kết cấu bê tông cốt thép - Đào Sỹ Đán

1. Trường Đại học Giao thông Vận tải Khoa Công tìtrình – Bộ môn Kết Cấu BÀI GIẢNG MÔN HỌCKC KẾTCT CẤUBÊTÔNGCU BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO 22 TCN 272-05 GIẢNG VIÊN: TS. ĐÀO SỸ ĐÁN HÀ NỘI, 2016
2. Trường Đại học Giao thông Vận tải Khoa Công tìtrình – Bộ môn Kết Cấu Giới thiệu môn học 1. Giảng viên: Đào Sỹ Đán, Phòng 408-A6, Bộ môn Kếtct cấu, Khoa Công trình, Đại học GTVT. E-mail: sydandao@utc.edu.vn 2. Môn học . Kết cấu BTCT (theo 22 TCN 272-05) – Reinforced Concrete Structures. . Thời lượng: 3 tín chỉ + BTL môn học. . Hìnhthh thức thi: thi v iết 90 phút; BTL thi vấn đáp. 3. Tài liệu tham khảo . Bài giảng môn học kết cấu BTCT th eo 22 TCN-272-05 vàáà các tài liệu liên quan – bmketcau.net/ Tài liệu tham khảo (bắt buộc). . Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 (tham khảo). 2
3. Trường Đại học Giao thông Vận tải Khoa Công tìtrình – Bộ môn Kết Cấu Nội dung Chương 1. Khái niệm chung về kết cấu BTCT Chương 2. Vật liệu dùng trong kết cấu BTCT Chương 3. Nguyên lý tính toán kết cấu BTCT Chương 4. Tính toánthin thiếtkt kế cấukiu kiện chịuuu uốn Chương 5. Tính toán thiết kế cấu kiện chịu cắt Chapter 6. Tính toán thiết kế cấu kiện chịu nén Chapter 7. Tính toán thiết kế kết cấu BTCT theo TTGH sử dụng Chương 8. Kết cấu BTCT dự ứng lực 3
4. CHƯƠNG 11 KHÁKHÁII NINIỆỆMM CHUNG VVỀỀ KẾKẾTT CCẤẤUU BTCT 1. Đặcđic điểm chung củaka kếtct cấuBTCTu BTCT 2. Sơ lược về lịch sử phát triển kết cấu BTCT 3. Đặc điểm chung về cấu tạo và chế tạo của kếtct cấuBTCTu BTCT Trường Đại học Giao thông Vận tải University of Transport and Communications
5. 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (1/7) - BTCT? là vậtlit liệuxdhu xd hỗnhn hợpgip giữa bê tông và thé pmp một cách hợp lý. Hợp lý? - Bê tông ?  Là một loại đá nhân tạo từ các vật liệu thành phần, bao gồm cốt liệu lớn, nhỏ, chấtkt kết dính, nước vàhà phụ gia (nếu có).  Đặc điểm: nén >> kéo (10 - 20 lần). - Thép?  Là hợp kim có thành chính là sắt (Fe) và các nguyên tố hóa học khác.  Đặc điểm: nén kéo >> nén của BT (10 – 20 lần). - Như vậy, nếu chỉ sử dụng BT cho các ck có us kéo k hợp lý phải sử dụng ct đặt trong BT (cốt thép). Đặt thế nào? xem 2 TN sau: sydandao@utc.edu.vn 5
6. 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (2/7) - TN1 (vớidi dầmBT):m BT): P P fcc Vïng chÞu nÐn TTH Vïng chÞu kÐo VÕt nøt th¼ng gãc duy nhÊt fct Thí nghiệm uốn dầm BT không cốt thép Dưới td của P fcc & fct (fcc = fct). Khi P tăng, thì fcc & fct tăng. Khi P tăng đếnmn một trị số gh nàođo đólàó là Pgh1, thì fcc << fccu nhưng fct = fctu dầm xuất hiện vết nứt duy nhất và phá hoại ngay lập tức (đột ngột, giòn) Không hợp lý!?! ? sydandao@utc.edu.vn 6
7. 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (3/7) - TN2 (vớidi dầmBTCT):m BTCT): P P fcc TTH Vïng chÞu nÐn As Vïng chÞu kÐo As f VÕt nøt th¼ng gãc s Thí nghiệm uốn dầm BTCT Đặt thêm cốt thép dọc vào vùng BT chịu kéo (As) dầm không ph đột ngột và gh chịu lực tăng nhiều? Thật vậy, khi P tăng dần dầm bị nứt. Nếu tiếp tục tăng P, thì fcc & fs tăng, đồng thời xuất hiện thêm các vết nứt khác. Khi P tăng tớimi mộtght gh nàođo đó,Pgh, Pgh2 dầm ph theo 3 t/h sau: sydandao@utc.edu.vn 7
8. 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (4/7)  TH1: ff&f<<fffcc = fccu & fs << fsu = fy As là qu á nhiều Không hợp lý!  TH2: fcc << fccu & fs = fy As là quá ít Không hợp lý!  TH3: fcc = fccu & fs = fy As là vừa đủ Hợp lý!? Chú ý: As càng đặt xa trục trung hòa càng tốt; Nếu chỉ đặt cốt théppg trong vùng chịu kéo td đặt ct đơn. Để tăng khả năng chịu lực của tiết diện, đặt thêm trong vùng chịu nén kép. Tạisaosi sao sửdụử dụng cốt thép? Lực dính bám lớn; Không cóhảó phản ứng hóa học; -5 o -5 o Hệ số gn nhiệt xấp xỉ nhau: c = (1,0 – 1,5).10 / C; s = 1,2.10 / C. sydandao@utc.edu.vn 8
9. 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (5/7) ƯđiƯu điểm:  Có khả năng sử dụng vật liệu và nhân công địa phương;  Khả năng chịu lực lớn và dẻo hơn so với BT, vữa, đá xây;  Bền vữnggg, bảo dưỡng ít tốn kém;  Chịu lửa tốt;  Dễtạễ tạo hình. Nhược điểm:  Xuất hiện vết nứt sớm hay khả năng chống thấm thấp;  Thi công tương đối phức tạp, khó thi công lắp ghép;  Cách âm và nhiệt kém;  Trọng lượng lớn, khả năăgng ccịhịu lựccc chưa ưacao cao. sydandao@utc.edu.vn 9
10. 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (6/7) PVSD:  Rất rộng rãi trong xây dựng: dd, gt, tl, cn;  Chủ yếu sử dụng cho các kết cấu nhịp nhỏ (< 10 - 20 m), chịu tải trọng tĩnh; Một số hình ảnh cho BTCT thường: sydandao@utc.edu.vn 10
11. 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (7/7) sydandao@utc.edu.vn 11
12. 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1.2. Thực chất của BTCT DƯL (UST) (1/5) - Như ở têtrên ta th ấy, BTCT thường (không DƯL ) có nđlđ lớn là xh vết nứt sớm hay khả năng chống thấm thấp.  TN cho thấy: khi fs = 20 – 30 Mpa bắt đầu nứt, khi fs = 200 – 250 MPa wn = 0,2 – 0,3 mm = [wn] của cáctiêuchuc tiêu chuẩnTKn TK.  Nếu sd cốt thép CĐC (fpy = 1000 – 1600 MPa) lãng phí.  Việc tăng CĐ bê tông, sử dụng cốt thép đk nhỏ có thể giảm wn, nhưng hiệu quả thấp. - Để tăng khả năng chống nứt (thấm) và sử dụng hiệu quả ct CĐC để tăng kn chịu lực của dầm? Sửdử dụng BTCT DƯL . BTCT DƯL? - KN kết cấu DƯL và BTCT DƯL: sydandao@utc.edu.vn 12
13. 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1.2. Thực chất của BTCT DƯL (UST) (2/5)  Kết cấu DƯL nói chung: khi chế tạo, tạo ra TTUS ban đầu >< với TTUS do tải trọng khi sd gây ra hạnchn chế sự bấtlt lợidoi do khả năng chịu lực kém của vật liệu tăng kn chịu lực của dầm.  Kết cấu BTCT DƯL: khi chế tạo, tạo ra TTUS nén trước cho những vùng mà sau này dưới td của tt khi sử dụng sẽ phát sinh us kéo. US nén trước này sẽ triệt tiêu một phần hoặc hoàn toàn us kéo do tt khi sd sinh ra không nứt và tăng kn chịulu lực củada dầm. - Để hiểu rõ hơn, ta xem VD sau: sydandao@utc.edu.vn 13
14. 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1.2. Thực chất của BTCT DƯL (UST) (3/5) P P fft c fc fc += or N Aps e N fctf ft Do DUL Do P DULHT DULKHT Thí nghihiệm uốn dầm BTCT DƯL - Ta thấy, do có DƯL us kéo đã bị triệt tiêu hoàn toàn (DƯL HT) hoặc bị triệt tiêu một phần (DƯL KHT). TTUS ban đầu có thể được thay đổi bằng việc thay đổi lực nén trước (N) và vị trí của nó (e) ta có thể tính toán thiết kế được kết cấu BTCT DƯL một cách hợp lý nhất không nứt và tăng kn chịulu lực củada dầm. sydandao@utc.edu.vn 14
15. 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1.2. Thực chất của BTCT DƯL (UST) (4/5) ƯđiƯu điểm:  Không nứt, tăng khả năng chống thấm;  Cho phép sd hợp lý CT và BT CĐC giảm kt và giá thành ck;  Tăng đ ộ cứng, vượt nhịplp lớnhơn(>n hơn (> 10 – 20 m);  Chịu tải trọng đổi dấu (mỏi) tốt hơn;  Tăng kn áp dụng của kết cấu BTCT lắp ghép. Nhượcđic điểm:  Gây us kéo ở những thớ đối diện gây nứt trong gđ thi công nếu tt không tốt.  Công nghệ tc ph ức tạp, ktậnk tận dụng được vl và cn địa phương. sydandao@utc.edu.vn 15
16. 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1.2. Thực chất của BTCT DƯL (UST) (5/5) PVSD:  Sử dụng cho các kết cấu vượt nhịp lớn, chịu tải trọng lớn và động (> 10 – 20 m), như các công trình cầu. Một sốhìố hình ảnhhkh cho kết cấu BTCT DƯL: sydandao@utc.edu.vn 16
17. 1.2. SƠ LƯỢC LỊCH SỬPHÁỬ PHÁTTRIT TRIỂNKN KẾTCT CẤUBTCTU BTCT Xem tài liệu tham khảo khác (internet), cần chú ý: 1. Thời điểm ra đời  BTCT: 1849 (Lambot, Pháp);  BTCT DƯL: 1928 (Freyssinet, Pháp). 2. Các phương pháp tính toán  Tính toán theo USCP;  Tính toán theo LRFD. 3. Các công trình tiêu biểu ở VN và thế giới sydandao@utc.edu.vn 17
18. 1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (1/7) - NàNgoàiii việc tính tátoán để kc chịu được tải trọng, thì nó phả iđi được thiết kế hợp lý về cấu tạo? Loại vl (BT và CT), hdạng, kt, cách bố trí ct, lkết, khả năng thi công, giải pháp bảo vệ, v.v. - Loại vật liệu: cđ càng cao, kt ck càng nhỏ. Tuy nhiên cần chú ý đến nguồn vl sẵn có trên tt, của cđt, công nghệ tc và các tc hiện hành. - Hình dạng: phụ thuộc vào loại tải trọng td. Tuy nhiên , cầnđgn đg, dễ tc. - Kích thước: phụ thuộc vào độ lớn tải trọng td. Tuy nhiên, cần chú ý đến tính thẩm mỹ, dễ thi công. - Liên kết: như liên kết các thanh cốt thép để tạo thành khung hay lồng ct trước khi đổ bt là buộc hay hàn? Chuyển tiếp giữa các bộ phận kc là ttòròn hay v uôn g? kỹ sư ppảhải nắm đượccư ưn đ củaat từnggt th để qđ. sydandao@utc.edu.vn 18
19. 1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (2/7) - Khả năng thi công: hình dạng? kt? công nghệ? kỹ sư phải nắm được ưnđ củata từng th cụ thểđểể để qđịnh. - Giải pháp bảo vệ: cần đơn giản dễ thoát nước, tm chiều dày lớp bt bảo vệ. - Bố trí cốt thép: ct chịu lực (tt) và ct cấu tạo (kn). Ntắc bố trí?  Với kết cấu BTCT thường: Gồmctm ct chịu kéo & néndoMn do M, V & N gây ra. Ngoàirai ra, còn có ct c ấu tạo, ppụhục vụ tc, ct bê mặt chịu us do co ngót, tđổi n/độ. Ví dụ: sydandao@utc.edu.vn 19
20. 1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (3/7) a) b) w w L Là cốt théL p đặt dọc trục 2 2 wL /2 cấu kiện, theo bđ M và wL /8 M M càng xa TTH càng tốt. CètthÐdCèt thÐp däc c hÞkÐdMhÞu kÐo do M CètthÐdCèt thÐp däc c hÞkÐdMhÞu kÐo do M c) w M sydandao@utc.edu.vn Cốt thép chịu kéo do M 20
21. 1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (4/7) Điển hình về bố trí cốt thép trong dầm giản đơn sydandao@utc.edu.vn 21
22. 1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (5/7) cèt ®ai xo¾n cèt ®ai th−êng Bố trí cốt thép cho cột chịu nén đúng tâm sydandao@utc.edu.vn 22
23. 1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (6/7)  Vớiki kết cấu BTCT DƯL : Ngoài ct thường được bố trí theo ntắc trên, kết cấu BTCT DƯL còn có ct CĐC được căng trước trong vùng bt sẽ chịu kéo do td của tt khi sử dụng Nguyên tắc: . Cấu kiện chịu nén đt: ct đai. Msố th, kéo cả ct dọc để chịu tải trọng khi vc, thi c ông. . Cấu kiện chịu kéo đúng tâm: ct dọc. . Cấu kiện chịu uốn, kéo nén lệch tâm gồm cả ct dọc và đai. Nó có thể thẳng, cong hoặc gãy khúc. Ví dụ: sydandao@utc.edu.vn 23
24. 1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (7/7) a) b) c) d) Sơ đồ bố trí cốt thép CĐC cho dầm giản đơn . Cong phức tạp, nhưng có nhiều ưu điểm? . Tại đầu neo hoặc chỗ chuyển hướng có lực tập trung lớn lưới thép gc hoặc các bản đệm dưới neo. . Ct DƯL có thể đặt bên trong (DƯL trong) or bên ngoài td (DƯL ngoài). sydandao@utc.edu.vn 24
25. 1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 1.3.2. Đặc điểm chung về chế tạo (thi công) (1/6) a) Phân loạiki kết cấu BTCT theo ph ương pháp thi c ông (3 loại) Toàn khối Lắp ghép Bán lắp ghép sydandao@utc.edu.vn 25
26. 1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 1.3.2. Đặc điểm chung về chế tạo (thi công) (2/6) b) Phân loạiki kết cấu BTCT theo TTUS khi c hếtế tạo (2 loại)  BTCT thường: khi c hếtế tạo, cốt thép ởtở trạng tháikhôi không ứng suất. Trong BT và CT chỉ có ứng khi có tải trọng tác dụng hoặc do cn, tb, nđộ, cvị.  BTCT DƯL (ƯST): khi chế tạo, cốt thép CĐC được căng trước để tạouso us néntrn trướcchonhc cho những vùng mà sau này sẽ chịuusu us kéodotdo do td của tải trọng khi sd. Us nén trước này sẽ triệt tiêu một phần hoặc toàn bộ us kéo do tải trọng khi s d g ây ra. Nhờ vậy, ktăkkc tăng kn chịu lực và kn chống thấm. sydandao@utc.edu.vn 26
27. 1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 1.3.2. Đặc điểm chung về chế tạo (thi công) (3/6) c) Phân loạiki kết cấu BTCT UST th eo ph ương pháp tạo ƯST (2 loại) B1) BÖ kÐo ®Æc biÖt Cèt thÐp C§C Bª t«ng B2) Bª t«ng B3) Cácbc bước thi công củaphươnga phương phápthicôngp thi công kéotro trước sydandao@utc.edu.vn 27
28. 1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 1.3.2. Đặc điểm chung về chế tạo (thi công) (4/6)  Phương pháp thi công kéo trước (căng trên bệ) thường không dùng neo do lực dính bám tốt giữa BT và ct CĐC. Để tăng ldb, người ta thường dùng ct CĐC dưới dạng nhiều sợi hoặc nhiều tao.  PP này thường dùng cho các ck nhỏ và vừa, có khi CT CĐC đặt theo đường thẳng hoặc gãy khúc. Nó đặc biệt hiệu quả cho các ck giống nhau, được chế tạo hàng loạt trong nhà máy. sydandao@utc.edu.vn 28
29. 1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 1.3.2. Đặc điểm chung về chế tạo (thi công) (5/6) èng t¹o lç B1) Bª t«ng B2) Cèt thÐp C§C B3) Cèt thÐp C§C B4) Cácbc bước thi công củaphươnga phương phápthicôngp thi công kéosauo sau sydandao@utc.edu.vn 29
30. 1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 1.3.2. Đặc điểm chung về chế tạo (thi công) (6/6)  Phương pháp thi công kéo sau (căng trên bê tông) luôn phải dùng neo. Neo có hai loại là neo chủ động và neo bị động.  PP này thường dùng cho các kết cấu lớn (như kc cầu), thi công tại chỗ. Ưu điểm của pp này là ct CĐC có thể đặt theo đường công bất kỳ của ống tạo lỗ. sydandao@utc.edu.vn 30
31. 1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 1.3.3. Một số hình ảnh về kết cấu BTCT DƯL (1/2) sydandao@utc.edu.vn 31
32. 1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 1.3.3. Một số hình ảnh về kết cấu BTCT DƯL (2/2) sydandao@utc.edu.vn 32