Bài giảng môn học Kết cấu bê tông cốt thép

Trường Đại học Giao thông Vận tải Kh Cô t ì h Bô ô Kết Cấoa ng r n – ̣ m n u BÀI GIẢNG MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO 22 TCN 272-05 GIẢNG VIÊN: TS. ĐÀO SỸ ĐÁN HÀ NỘI, 2016 Trường Đại học Giao thông Vận tải Kh Cô t ì h Bô ô Kết Cấoa ng r n – ̣ m n u Giới thiệu môn học 1. Giảng viên: Đào Sỹ Đán Phòng 408-A6 Bộ môn Kết 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. Hì h thứ thi thi iết 90 hút BTL thi ấ đá n c : v p ; v n p. 3. Tài liệu tham khảo Bài iả ô h kế ấ BTCT h 22 TCN 272 05 à á ài g ng m n ọc t c u t eo - - v c c t liệu liên quan – bmketcau.net/ Tài liệu tham khảo (bắt buộc). ẩ ế ế ầ 2  Tiêu chu n thi t k c u 22 TCN 272-05 (tham khảo). Trường Đại học Giao thông Vận tải Kh Cô t ì h Bô ô Kết Cấoa ng r n – ̣ m n u 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 toán thiết kế cấu kiện chịu 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 ế ấ 3 Chương 8. K t c u BTCT dự ứng lực CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU BTCT 1 Đặc điểm chung của kết cấu BTCT. 2.Sơ lược về lịch sử phát triển kết cấu BTCT 3.Đặc điểm chung về cấu tạo và chế tạo của kết cấu BTCT Trường Đại học Giao thông Vận tải University of Transport and Communications 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (1/7) BTCT? là vật liệu xd hỗn hợp giữa bê tông và thép một cách hợp lý- . Hợp lý? Bê tô ?- ng  Là một loại đá nhân tạo từ các vật liệu thành phần, bao gồm cốt liệu lớ hỏ hất kết dí h ớ à h i ( ế ó)n, n , c n , nư c v p ụ g a n u c .  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: 5sydandao@utc.edu.vn 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (2/7) TN1 (với dầm BT):- PP TTH fcc Vïng chÞu nÐn f Vïng chÞu kÐo ctVÕt nøt th¼ng gãc duy nhÊt 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 đến một trị số gh nào đó 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! ? 6sydandao@utc.edu.vn 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (3/7) TN2 (với dầm BTCT):- ccf PP TTH Vïng chÞu nÐn fs AsAs Vïng chÞu kÐo VÕt nøt th¼ng gãc 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 tới một gh nào đó, Pgh2 dầm ph theo 3 t/h sau: 7sydandao@utc.edu.vn 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (4/7)  TH1 f f & f << f f A là á hiề Khô h lý!: cc = ccu s su = y  s qu n u  ng ợp  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 thép trong vùng chịu kéo  td đặt ct đơn. Để tăng khả năng chịu lực của tiết diện, đặt thêm trong vùng chịu nén  kép. Tại sao sử dụng cốt thép? Lực dính bám lớn; Khô ó hả ứ hó hng c p n ng a ọc; Hệ số gn nhiệt xấp xỉ nhau: c = (1,0 – 1,5).10-5/oC; s = 1,2.10-5/oC. 8sydandao@utc.edu.vn 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (5/7) Ư điểu m:  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 vững, bảo dưỡng ít tốn kém;  Chịu lửa tốt;  Dễ tạo hình . Nhược điểm: ấ ế ố ấ ấ Xu t hiện v t nứt sớm hay khả năng ch ng th m th p;  Thi công tương đối phức tạp, khó thi công lắp ghép;  Cách âm và nhiệt kém;  Trọng lượng lớn, khả năng chịu lực chưa cao. 9sydandao@utc.edu.vn 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: 10sydandao@utc.edu.vn 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (7/7) 11sydandao@utc.edu.vn 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1.2. Thực chất của BTCT DƯL (UST) (1/5) Nh ở t ê t thấ BTCT th ờ (khô DƯL) ó đ lớ là h ết- ư r n a y, ư ng ng c n n x v 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 các tiêu chuẩn 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 tă k hị l ủ dầ ? Sử d BTCT DƯL BTCT DƯL?ng n c u ực c a m  ụng . - KN kết cấu DƯL và BTCT DƯL: 12sydandao@utc.edu.vn 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 hạn chế sự bất lợi 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 chịu lực của dầm . - Để hiểu rõ hơn, ta xem VD sau: 13sydandao@utc.edu.vn 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1.2. Thực chất của BTCT DƯL (UST) (3/5) P P tf fc fc fc + = or Aps NN e Do DUL Do P DULHT DULKHT fc tf tf Thí hiệ ố dầ BTCT DƯL - Ta thấy, do có DƯL  us kéo đã bị triệt tiêu hoàn toàn (DƯL HT) ng m u n m 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 chịu lực của dầm 14sydandao@utc.edu.vn . 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1.2. Thực chất của BTCT DƯL (UST) (4/5) Ư điểu m:  Không nứt, tăng khả năng chống thấm;  Cho phép sd hợp lý CT và BT CĐC  giảm kt và giá thành ck;  Tăng độ cứng vượt nhịp lớn hơn (> 10 20 m); , –  Chịu tải trọng đổi dấu (mỏi) tốt hơn;  Tăng kn áp dụng của kết cấu BTCT lắp ghép. Nhược điểm:  Gây us kéo ở những thớ đối diện  gây nứt trong gđ thi công nếu tt không tốt.  Công nghệ tc phức tạp, k tận dụng được vl và cn địa phương. 15sydandao@utc.edu.vn 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 ố hì h ả h h kết ấ BTCT DƯL s n n c o c u : 16sydandao@utc.edu.vn 1 2 SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN KẾT CẤU BTCT. . ả ầXem tài liệu tham kh o khác (internet), c n chú ý: ể1. Thời đi m 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 17sydandao@utc.edu.vn 1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (1/7) N ài iệ tí h t á để k hị đ tải t thì ó hải đ thiết- go v c n o n c c u ược rọng, n p ược 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 cần đg dễ tc . , , . - Kích thước: phụ thuộc vào độ lớn tải trọng td. Tuy nhiên, cần chú ý ế ẩ ễđ n tính th m mỹ, d 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 tròn hay vuông?  kỹ sư phải nắm được ưnđ của từng th để qđ. 18sydandao@utc.edu.vn 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 của từng th cụ thể 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: Gồm ct chịu kéo & nén do M V & N gây ra Ngoài ra còn có ct cấu tạo , . , , phục vụ tc, ct bê mặt chịu us do co ngót, tđổi n/độ. Ví dụ: 19sydandao@utc.edu.vn 1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (3/7) a) b) 2 w L 2 L w Là cốt thép đặt dọc trục  wL /8 M wL /2 M cấu kiện, theo bđ M và  càng xa TTH càng tốt. Cèt thÐ d hÞ kÐ d M Cèt thÐ d hÞ kÐ d M w c) p äc c u o o p äc c u o o M 20sydandao@utc.edu.vn Cốt thép chịu kéo do M 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 21sydandao@utc.edu.vn 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 22sydandao@utc.edu.vn 1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (6/7)  Với kết ấ BTCT DƯL c u : 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 t khi thi ôrọng vc, c ng.  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: 23sydandao@utc.edu.vn 1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (7/7) a) b) d)c) 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). 24sydandao@utc.edu.vn 1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 1.3.2. Đặc điểm chung về chế tạo (thi công) (1/6) ) Phâ l i kết ấ BTCT th h há thi ô (3 l i)a n oạ c u eo p ương p p c ng oạ ốToàn kh i Lắp ghép Bán lắp ghép 25sydandao@utc.edu.vn 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) Phâ l i kết ấ BTCT th TTUS khi hế t (2 l i) n oạ c u eo c ạo oạ  BTCT th ờ khi hế t ốt thé ở t thái khô ứ ất ư ng: c ạo, c p rạng ng ng su . 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 tạo us nén trước cho những vùng mà sau này sẽ chịu us kéo do td của tải trọng khi sd. Us nén trước này sẽ triệt tiêu một phần hoặc toàn bộ ké d tải t khi d â Nhờ ậ k tă k hị l à kus o o rọng s g y ra. v y, c ng n c u ực v n chống thấm. 26sydandao@utc.edu.vn 1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO 1.3.2. Đặc điểm chung về chế tạo (thi công) (3/6) ) Phâ l i kết ấ BTCT UST th h há t ƯST (2 l i)c n oạ c u eo p ương p p ạo oạ B1) Cèt thÐp C§C BÖ kÐo ®Æc biÖt B2) Bª t«ng Bª t«ng B3) Các bước thi công của phương pháp thi công kéo trước 27sydandao@utc.edu.vn 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 ố ếgi ng nhau, được ch tạo hàng loạt trong nhà máy. 28sydandao@utc.edu.vn 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) B2) Bª t«ng Cèt thÐp C§C B3) B4) Cèt thÐp C§C Các bước thi công của phương pháp thi công kéo sau 29sydandao@utc.edu.vn 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. 30sydandao@utc.edu.vn 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) 31sydandao@utc.edu.vn 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) 32sydandao@utc.edu.vn