Bài giảng "Bê tông cơ sở"

Bài giảng "Bê tông cơ sở" giúp sinh viên củng cố kiến thức và đạt điểm cao trong bài thi kết thúc học phần.

Bài ging: BÊTÔNG CƠ S
Chương I. Khái nim chung v bêng ct thép
1
Chương 1
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BÊTÔNG CỐT THÉP (BTCT)
1.1 Tính cht của bêtông ct thép :
Bêtông cốt thép vật liệu xây dựng phức hợp do hai loại vật liệu bêtông thép
đặc trưng học kc nhau cùng phối hợp chịu lực với nhau.
Bêtông là loại vật liệu phức hợp bao gồm xi măng (chất kết dính), cát, si - đá (cốt
liệu) kết lại với nhau dưới tác dụng của ớc. ng độ chịu kéo của bêtông nhhơn
ng độ chu nén rất nhiều (8 - 15 ln).
Cốt thép là loại vật liệu chịu kéo hoặc chịu nén đều rất tốt. Do đó nếu đặt lượng ct
thép thích hợp vào tiết diện của kết cu thì khnăng chịu lực của kết cu tăng lên rất
nhiu. Dầm bêtông cốt thép thể khả năng chịu lực lớn hơn dầm bêtông cùng
kích tớc đến gần 20 lần.
Bêtông và cốt thép cùng làm việc được với nhau là do:
+ Bêtông khi đóng rn lại thì dính chặt với thép cho nên ứng lực có thể truyn từ
vật liu này sang vật liệu kia, lực dính được đảm bảo đầy đủ thì khnăng chịu lực
ca thép mới được khai thác triệt để.
+ Giữa bêtông ct thép không xy ra phn ứng hóa học, ngoài ra hsố giãn
nca cốt thép và bêtông suýt soát bằng nhau:
s
= 0.000012 ;
b
= 0.000010-0.000015
1.2. Phân loi:
Theo phương pháp thi công có th chia thành 3 loi sau:
Bêtông cốt thép toàn khối: ghép cp pha và đ bêtông ti công trình, điu này đảm
bo tính cht m vic toàn khi (liên tc) ca bêtông, làm cho công trình cường đ
độ n định cao.
Bêtông ct thép lp ghép: chế to tng cu kin (móng, ct, dm, n,…) ti nhà
y, sau đó đem lp ghép vào công trình. ch thi công này đảm bo cht lượng
tông trong tng cu kin, thi công nhanh hơn, ít b nh hưng ca thi tiết, nhưng đ
cng toàn khi và độ n định ca c công trình thp.
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)
lOMoARcPSD|36477180
Bài ging: BÊTÔNG CƠ S
Chương I. Khái nim chung v bêtông ct thép
2
Bêtông ct thép bán lp ghép: có mt s cu kin được chế to ti nhà máy, mt s
khác đổ ti công trình đ đm bo độ cng toàn khi độ n đnh cho công trình.
Thương thì sàn được lp ghép sau, n móng, ct, dm đưc đổ toàn khi.
Nếu phân loi theo trng thái ng sut khi chế to ta có:
Bêtông ct thép thường: khi chế to, ct thép trng thái không ng sut, ngi
ni ng sut do co ngót giãn n nhit ca bêtông. Ct thép ch chu ng sut khi cu
kin chu lc ngoài (k c trng lượng bn thân).
Bêtông ct thép ng sut trước: căng trước ct thép đến ng sut cho phép (
sp
),
khi buông ct thép, s co li, to ng sut n trước trong tiết din tông, nhm
mc đích kh ng sut kéo trong tiết din bêtông khi chu lc ngoài hn chế vết
nt độ võng (hình 1.2).
Hình 1.1
Dm bêtông ct thép
thường – võng xung
khi chu ti
Hình 1.2
Dm bêtông ct thép ng sut trước
– th dưi chu nén trước
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)
lOMoARcPSD|36477180
Bài ging: BÊTÔNG CƠ S
Chương I. Khái nim chung v bêng ct thép
3
1.3. Ưu và khuyết điểm ca bêtông ct thép :
Bêtông cốt tp hiện nay là vật liệu y dng được sử dụng rộng rãi các ưu
điểm sau:
Rẻ tiền so với thép khi chúng cùng chịu tải trọng như nhau.
khnăng chịu lực lớn so với gạch đá và gỗ, thể chu được tải trọng động lực
và lực đng đất.
Bền vững, d bảo dưng, sa cha ít tốn kém so với thép và gỗ.
Chịu lửa tốt hơn so vi thép và gỗ.
thđúc thành kết cấu có hình dạng bất kỳ theo các yêu cầu về cấu tạo, về s
dụng cũng như v kiến trúc.
Tuy nhiên bêtông cũng tồn tại một số nhược điểm sau:
Trọng lượng bn thân khá lớn, do đó khó m được kết cấu nhịp lớn. Nhưng nhược
điểm này gần đây được khắc phục bằng cách dùng bêtông nhẹ, bêtông cốt thép ứng lực
trước và kết cấu vỏ mỏng....
Dưới tác dụng của tải trọng, bêtông dphát sinh khe nt làm mt thm m y
thm cho công trình.
Thi công phức tp, tn nhiu cp pha khi thi công toàn khi.
1.4. Phm vi ứng dụng và xu hướng phát trin:
BTCT đưc s dụng trong nhiu lĩnh vc, làm kết cấu chịu lực của nhà, cu, đp,
các công trình cấp thoát nước, máng dẫn nước, tường chắn, nhà máy thy điện,...
BTCT nyng tỏ ra chiếm ưu thế trong các lĩnh vực xây dựng, nhờ vào các tiến
bkhoa học kỹ thuật, đã khắc phục được một số nhược điểm chính ca bêtông, bêtông
ngày càng có khnăng chịu lực tt hơn, thay thế được nhiều kết cấu trong các dng
công trình khác nhau.
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)
lOMoARcPSD|36477180
Bài ging: BÊTÔNG CƠ S
Chương 2. nh cht cơ lý ca vt liu
4
Chương 2 TÍNH CHẤTLÝ CỦA VẬT LIỆU
Tínhng cơ lý của bêtông bao gồm : tính năng cơ học - nghiên cứu về cường đ
tính năng vật - nghiên cứu v biến dạng, co ngót, chống thm và chống ăn mòn
ca bêtông.
Tính năng lý của bêtông phthuộc phn lớn vào chất ợng xi măng, các đặc
trưng ca ct liệu (sỏi, đá dăm, cốt liu rổng,...) cấp phối của bêtông, t lệ ớc, xi
măng và cách thi công. Vì phthuộc nhiều nhân tố nên các tính năng đó không được n
định lắm, tuy vy tính năng lý ca bêtông vẫn thể đảm bảo thỏa mãn các yêu cầu
ca thiết kế nếu chọn vật liệu, tính toán cấp phối thi công theo đúng những qui đnh
ca qui trình chế tạo.
Căn cvào trọng lượng thể tích, bêtông được chia ra hai loại chyếu sau:
- Bêtông nặng : có trọng lượng thể tích t 1800 đến 2500 kgf/m
3
.
- Bêtông nhẹ có trọng lượng th tích từ 800 đến 1800 kgf/m
3
.
2.1. Tính năng cơ lý ca bêtông :
2.1.1. Cường độ bêtông
ng đ đặc trưng học chủ yếu của bêtông. Trong kết cấu bêtông cốt thép,
tông ch yếu chịu nén, cường đchịu nén thể xác đnh tương đối chính xác bằng
thí nghim, vì vậy cường độ chịu nén được dùng m ch tiêu cơ bản của bêtông.
2.1.1.1. Cường độ chu nén :
Mẫu thử khi vuông 15x15x15 hoặc ng tr tròn đường kính 16cm (diện tích
200cm
2
), chiều cao h=2D, tuổi 28 ngày, thành phần và cách pha trộn nc thi
công thc tế, mẫu được dưỡng htrong điều kiện tiêu chuẩn:
F
N
R
P
(MPa hoặc kgf/cm
2
) (2.1)
Trong đó: N
P
: Lc nén phá hoại (N hoc kgf)
F : Diện tích mặt chịu nén của mẫu th (m.m
2
hoc cm
2
).
2.1.1.2. Cường độ chu kéo :
Thông thưng người ta làm mu chu o tiết din vuông, cnh a, hoc chu un:
tiết din bxh, chiu dài L=6h (hình 2.1), hoc th nén ch mu lăng tr tròn (hình
2.1.a)
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)
lOMoARcPSD|36477180
Bài ging: BÊTÔNG CƠ S
Chương 2. Tính cht cơ lý ca vt liu
5
Cường đ chu kéo vi mu (a):
R
(t)
=
LD
P
2
(2.2)
Trong đó: P: ti trng tác dng m ch mu
L: chiu dài mu
D: đường kính mu
Cường đ chu kéo vi mu (b):
R
(t)
=
F
N
k
(2.3)
Cường đ chu kéo vi mu (c):
R
(t)
=
2
5,3
bh
M
(2.4)
2.1.1.3. Quan hệ giữa cường đ chịu kéo và cường độ chịu nén:
Thông thường người ta th tính cưng đ chu kéo thông quan cưng độ chu
nén bng công thc thc nghim mà không cn làm thí nghim chu kéo. Đơn gin nht
là quan h đường thng, theo công thc:
R
(t)
= 0,6 + 0,06R (2.5)
Hoc quan h đường cong:
R
(t)
=
1300
60
150
R
R
R (2.6)
2.1.1.4. S tăng cường độ theo thi gian:
Cường độ của bêtông tăng theo thời gian. ng độ c đu tăng khá nhanh, sau
đó chm dần, đến một vài năm sau thì hầu như là dừng lại.
L= 6h
L/ 3
L
a
L= 4a
Nk
a
D
a
Nk
P
P
b
M
L/ 3
P P
h
Hình 2.1
Các kiu mu th o bêtông
a). Mu th ch; b). mu th kéo
c). mu th un
a)
b)
c)
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)
lOMoARcPSD|36477180
Bài ging: BÊTÔNG CƠ S
Chương 2. nh cht cơ lý ca vt liu
6
Để xác định cường độ của bêtông theo thời gian thể dùng công thực nghiệm
sau:
tR
t
RR lg7,0
28lg
lg
2828
(2.7)
Trong đó : t - tui ca bêtông tính theo ngày.
Công thức trên của tác giả Liên xô - Skrantaep (1935) chcho kết quả phù hợp với
thực tế khi tuổi của bêtông từ 7-300 ny, tùy theo mỗi nước có qui định khác nhau.
2.1.1.5. Gtr tiêu chun ca cường độ bêtông:
Giá tr tiêu chun ca cường độ bêtông hay còn gi cường độ tiêu chuẩn (R
bn
)
được tính như sau (thường được ly vi mu th lăng tr):
R
bn
=
kc
R
ch
(2.8)
Trong đó:
kc
- h s k đến s m vic ca bêtông trong thc tế, th ly
bng 0,7 – 0,8.
R
ch
- cường độ đặc trưng ca mu th, được tính như sau:
R
ch
= R
m
(1 - S
) (2.9)
Vi R
m
giá tr trung bình (cường độ trung bình) ca mu th =
n
R
i
(n - s lượng mu)
S - h s ph thuc vào xác sut đm bo, vi xác sut đảm bo 95%
thì có th ly S = 1,64.
- h s đồng cht ca bêtông, có th ly như sau:
= 0,135 – cho bêtông có thành phn và cht lượng thi công cao.
= 0,150 – cho bêtông có thành phn và cht lượng thi công thường.
T công thc (2.8) ta cũng thy rng th ly R
bn
bng cường độ đặc trưng ca
mu lăng tr.
2.1.1.6. Cp đ bn và mác ca bêtông:
a). Mác theo cường độ chịu nén (M):
Theo tiêu chun cũ 5574 – 1991,c bêtônghiuM cường độ trung bình
ca mu th khi vuông, cnh a=15cm, tính bng kG/cm
2
. Bêtông các mác sau:
M50, 75, 100, 150, 200, , M600.
b). Cp độ bn chịu nén (B):
Theo tiêu chun mi 356 – 2005 quy đnh phân bit cht lượng bêtông theo cp độ
bn chu nén, hiu B là cường độ đặc trưng (R
ch
) ca mu th khi vuông, cnh
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)
lOMoARcPSD|36477180
Bài ging: BÊTÔNG CƠ S
Chương 2. nh cht cơ lý ca vt liu
7
a=15cm, tính bng MPa. Bêtông các cp độ bn B3,5; B5; B7,5; B10; B12,5; B15;
B20; B25; B30; B35;…; B60.
Tương quan gia cp độ bn B mác M ca cùng mt loi bêtông được th hin
qua ng thc sau:
B =

M (2.10)
Vi :
- là h s đổi đơn v t kG/cm
2
sang MPa, có th ly = 0,1.
- h s chuyn đi t cường độ trung bình sang cường độ đc trưng,
theo ng thc (2.9) thì
= (1 - S
).
2.1.1.7. c yếu t nh hưng đến cường độ của bêtông
a). Yếu t vt liu:
Chất ng và s lượng ximăng: thông thưng trong 1m
3
bêtông cn dùng t
250 500kg ximăng, khi dùng ximăng nhiu thì cường độtông cao hơn, nhưng
để chế to tông cường độ cao (B25, 30, …) ngoài vic tăng lượng ximăng còn
cn phi dùng ximăng mác cao (PC40, 50, ) mi đem li hiu qu kinh tế s
dng. Chng hn như: đ chế to bêtông cp đ bn B7,5; 10; 12,5; 15 th
s dng ximăng PC30, còn khi chế to bêtông có cp độ bn B20; 25; 30 cn dùng
ximăng PC40, nếu s dng ximăng PC30 thì phi dùng vi s lượng nhiu, không
đạt hiu qu kinh tế, đồng thời làm tăng tính co ngót t biến trong bêtông nh
hưởng xu đến cht lưng bêtông.
Độ cng, đ scht l thành phn ct liu (cp phi): thiết kế cp phi hp
lý s đem đến hiu qu s dng cao và tiết kim ximăng.
T l nước ximăng: t l này cao s làm gim cường độ tông tăng tính
co ngót, t biến, nhưng nếu t ly thp (va đủ) thì khó thi công, đc bit khi
bơm bêtông.
a). Yếu t con người:
Ngoài vic s dng vt liu tt, sch, còn yếu t con người nh hưởng đến
cht lượng bêtông, đặc bit trong điu kin thi công toàn khi ti công trình, gm
các yếu t sau:
Cht lượng thi công: thi công k lưng, đầm cht đúng qui cách, s đạt đưc
cường độ tông như mong mun.
Cách thc bo dưng: trong điu kin thi công toàn khi ti ng trình, điu
kin bo dưng khó đt đưc như trong phòng thí nghim, nhưng cn bo dưỡng
tht tt trong điu kin th đ đt được cht lượng bêtông caogim co ngót,
đặc bit là cho sàn.
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)
lOMoARcPSD|36477180
Bài ging: BÊTÔNG CƠ S
Chương 2. nh cht cơ lý ca vt liu
8
Cht lượng bêtông qua kết qu thí nghim đôi khi cũng không phn nh đúng
cht lượng bêtông thc tế, đây yếu t con người tm nh hưởng ln, mà c th
là người làm thí nghim, nó gm các yếu t sau:
Ly mu bo dưỡng mu: ly mu cn tuân th đúng qui trình được qui
định trong
tiêu chuẩn TCVN 3105-1993. Bo dưng mu th bo dưỡng theo
điu kin tiêu chun hoc trong điu kin thc tế cu kin chu nh hưởng ti
công trình.
Qui trình thí nghim: cn tuân th theo tiêu chun 3105-1993, chú ý các yếu
t sau đây làm nh hưởng đến kết qu thí nghim:
o Độ phng mt ca mu th.
o Không bôi trơn mt tiếp xúc ca bàn nén mu.
o Tc đ gia ti: 64 daN/cm
2
trong mt giây.
2.1.2. Biến dạng của bêtông
Bêtông bị biến dạng gm: biến dng ban đu do co ngót, biến dng do tác dụng
ca tải trọng, ca nhiệt độ và biến dng do t biến.
Biến dạng do tải trọng có thể chia làm 3 loại:
- Biến dng do tải trọng tác dụng ngắn hn.
- Biến dng do tải trọng tác dụng dài hạn.
- Biến dng do tải trọng tác dụng lập lại.
2.1.2.1. Biến dạng do tải trọng tác dụng ngắn hn - đun đàn hồi của
bêtông :
1
2
el
pl
0
Hình 2.2 đồ th ng sut
biến dng ca mu th
lăng tr chu nén
b
b
*
b
R
A
B
C
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)
lOMoARcPSD|36477180
Bài ging: BÊTÔNG CƠ S
Chương 2. Tính cht cơ lý ca vt liu
9
Khi thí nghiệm, mẫu thử ng tr với tốc đđặt tải trung bình, quan hgiữa ứng
suất và biến dạng được thành lp theo đồ thị như hình 2.2.
Đường quan hệ ( - ) ngay tđầu đã cong, ng suất càng ng thì cong càng
nhiu. Khi ứng suất đạt tới R thì mẫu thử bị vở (điểm C).
Nếu khi ứng suất đạt đến trị số
b
chng hạn (điểm B), ta dần dn giảm tải thì
được đường (2). Khi
b
= 0 thì mu thử vẫn còn biến dng dư
pl
, điều đó nghĩa là
biến dạng toàn phần
b
ca bêtông gồm có hai phần: 1 phần thkhôi phục lại được,
ứng suất trở về trị số 0, đó là biến dạng đàn hi
el
1 phần không thể khôi phục lại
được đó là biến dạng dẻo
pl
.
b
=
el
+
pl
(2.11)
Như vậy quan hệ ứng suất và biến dng là quan hệ phi tuyến, tuy vậy có thể viết:
E’
b
= tg =
b
b
(2.12)
b
= E
b
.
b
(2.13)
Trị số E
b
thay đi theo
b
vì tương ứng với trị số của
b
, có một góc khác nhau.
E’
b
gi là môđun đàn hồi - do của bêtông. Mặt khác trên đồ thị ta có:
E
b
= tg
o
=
el
b
(2.14)
b
= E
b
.
el
(2.15)
với :
o
- góc nghiêng tiếp tuyến tại góc của đường cong ( - ), góc
nghiêng của đường thng phân chia biên giới giữa biến dng đàn hồi và
biến dng do.
E
b
- là môđun đàn hồi ca bêtông, được cho trong phụ lục 1.
So sánh (2.13) và (2.15) ta có:
b
.E’
b
= E
b
.
el
E
b
= E
b
b
el
=
.E
b
(2.16)
trong đó : =
b
el
gọi là hsố đàn hi của bêtông (2.17)
khi ti càng nh thì càng tiến gn đến 1
Thay (2.11) vào (2.17) ta có:
11
b
pl
b
plb
(2.18)
với :
b
pl
h số dẻo ca bêtông (2.19)
Khi ti càng ln t càng tiến gn đến 1 và khi mu phá hoi thì = 1.
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)
lOMoARcPSD|36477180
Bài ging: BÊTÔNG CƠ S
Chương 2. nh cht cơ lý ca vt liu
10
2.1.2.2. Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn - tính từ biến của bêtông:
Khi tải trọng tác dụng dài hạn, biến dng do của bêtông vn tiếp tục ng theo
thời gian; mới đầu tăng rất nhanh, sau chậm dần và khoảng 3-4 năm sau thì dừng lại.
Hiện ng biến dạng tăng theo thời gian trong lúc ứng suất không đổi gi là nh t
biến của bêtông.
Quan hứng suất - biến dạng và quan hbiến dạng - thời gian do tải trọng tác
dụng dài hạn thể hiện trên đ thị của hình 2.3a và hình 2.3b sau:
Theo kết quả nghiên cứu thí nghiệm, các nhân tố sau đây ảnh hưởng đến tính từ
biến của bêtông:
Khi ứng suất lớn thì biến dạng do từ biến cũng lớn.
Tỉ lệ nước xi măng càng lớn thì biến dng do từ biến càng lớn.
Tuổi bêtông lúc đặt tải càng lớn thì biến dạng từ biến càng bé.
Độ ẩm của môi trường càng lớn thi biến dạng do từ biến càng bé.
Ngoài ra, nh tbiến còn phthuộc vào cốt liệu phương pháp thi công. Trong
tính toán cu kiện bêtông cốt thép, cần chú ý đến ảnh hưởng của tính tbiến của bêtông
làm độ võng của dầm ng lên, làm tăng sự uốn dọc ca cấu kiện chu nén lệch
tâm, làm cho khe nt thêm rộng ra.v.v... Từ biến của bêtông n gây ra s mất mát ứng
suất trong chịu kéo bêtông cốt thép ứng lực tớc.
2.1.2.3. Biến dạng do tải trọng lập lại:
Nếu tải trọng được đặt vào ri ct ra nhiều lần thì biến dng dẻo sẽ được tích y
dần dn, đến khi đạt đến giá tr
*
b
thì mu phá hoi (xem hình 2.4).
b
*
b
b
0
t
b
*
b
0
Đồ th ng sut - biến dng
(

)
Đồ th biến dng - thi gian
(
-
t)
H.2.3b
H.2.3a
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)
lOMoARcPSD|36477180
Bài ging: BÊTÔNG CƠ S
Chương 2. Tính cht cơ lý ca vt liu
11
A
b
R
C
*
b
B
2.1.2.4. Biến dạng do co ngót :
Bêtông khi đông kết lại trong không khí thì nhót lại nhưng nếu đông kết ới
nước thì nở ra chút ít. Hiện tượng đó gọi chung là co ngót của bêtông.
Sau năm đầu tiên bêtông co ngót lại 0,2 - 0,4mm/m, sau đó vẫn tiếp tục co ngót
nhưng tốc độ co ngót giảm dần rồi dừng lại. Hiện tượng co ngót phân bố ở ngoài mặt và
cbsâu, nhưng ngoài mặt co ngót nhiều hơn, cấu kiện có bề mặt lớn so với thể
tích (như sàn mái) thì có độ co ngót lớn.
* Các nhân tố ảnh hưởng đến co ngót của bêtông :
Slượng và hoạt tính xi măng : lưng xi măng càng lớn thì co ngót càng
nhiu, tông dùng ximăng số hiệu cao thì co ngót càng lớn.
Tỉ lệ nước, xi măng càng ln co ngót càng nhiều.
Cốt liệu : cát nhỏ hạt và sỏi sốp làm tăng đ co ngót.
Các chất phụ gia đông kết nhanh cũng làm độ co ngót của bêtông tăng lên.
Sco ngót của bêtông m thay đổi kích thước của cấu kiện, y ra các khe nứt
trên bề mặt, do đó làm giảm khả năng chịu lc của cấu kiện.
Biến dng co ngót và biến dạng từ biến liên quan chặt chẽ với nhau. Chúng
khác nhau chỗ biến dạng co ngót là biến dạng khối và xy ra dù không tác dụng
ca tải trọng, còn biến dạng từ biến là biến dạng theo phương lực và xảy ra khi tác
dụng của tải trọng.
2.2. Tính năng cơ lý ca cốt thép:
Cốt thép là thành phần rất quan trng của bêtông ct thép, chủ yếu đchịu lực
kéo trong cu kiện, nng cũng c được dùng đtăng khnăng chu nén. Cốt thép
phải đạt được các yêu cầu bn vtính dẻo, vscùng chung làm việc với bêtông
trong tất cả các giai đoạn chịu lực của kết cấu, và bảo đảm thi công thuận lợi.
Hình 2.4. Đồ th ng sut-
biến dng trường hp ti
trng lp li
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)
lOMoARcPSD|36477180
Bài ging: BÊTÔNG CƠ S
Chương 2. nh cht cơ lý ca vt liu
12
2.2.1. Thép dòn và thép do:
Căn cvào nh năng cơ học của ct thép, có thể phân ra hai loại : cốt thép dẻo
ct thép dòn. Cốt thép dẻo thm chảy rõ ràng tn đồ thứng suất biến dạng, còn ct
thép dòn không có giới hạn chảy rõ ràng, nên đối với loại cốt thép dòn người ta lấy ứng
suất tương ứng với biến dạng dư tỉ đối là 0,2% làm giới hạn chảy qui ước.
2.2.2. Phân loi thép xây dng:
Thép y dựng được phân loại nsau (theo tiêu chun TCVN 1651 1985
tiêu chun Nga):
Nhóm CI, AI: thép tròn trơn, = 4 - 10m.m, thép cuộn, không
hạn chế chiều dài.
Nhóm AII, AIII, CII, CIII: thép gờ (thép gân), = 12 - 40m.m,
là thép thanh có chiều dài chun là 11.7m.
Nhóm AIV, CIV:thép cường độ cao, ít dùng trong xây dựng.
Cường đ của các nhóm cốt thép trên có thể xem trong bảng phụ lục 2.
Hình 2.5
Đ
th ng sut biến dng c
a
ct thép chu kéo
1- ca ct do
2- ca ct dòn
2
1
Thm chy
y
0
s
*
Hình 2.6
Các loi thép xây dng:
a). Thép cun.
b). Thép thanh vn có đánh s
hiu.
c). Mt loi thép vn khác.
d). Bóc thanh thép khi xut
xưởng
a). b). c).
d).
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)
lOMoARcPSD|36477180
Bài ging: BÊTÔNG CƠ S
Chương 2. nh cht cơ lý ca vt liu
13
2.3. Bêtông cốt thép :
Bêtông ct thép có thể cùng chịu lực là nhlực dính giữa bêtông và cốt thép.
Lực dính chủ yếu là lc ma sát tạo nên, lực ma sát sinh ra do sự gồ ghề trên b mặt cốt
thép. Do đó nếu dùng cốt thép g (gân) thì lực ma sát tăng gấp 2-3 ln so với dùng
ct trơn.
Sco ngót của bêtông y ra ứng lực nén vào bmặt ca cốt thép cũng làm tăng
thêm lc dính.
Lực dính giữa bêtông cốt thép đã tạo cho cốt thép khả năng cản trở sự co
ngót của bêtông. Kết quả là ct thép bnén còn bêtông chịu o. Khi có nhiều cốt thép,
ứng suất kéo trong tông tăng lên thđạt đến cường độ chịu kéo và m xuất hiện
khe nt.
Cốt thép cũng cản trở biến dạng từ biến ca tông, do đó khi có tải trọng tác
dụng lâu dài tgiữa bêtông và cốt thép sẽ có s phân phối lại nội lực. Vì vy trongnh
toán kết cấu bêtông cốt thép chịu tác dụng của tải trọng dài hn thì phi xét nh hưởng
ca từ biến.
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)
lOMoARcPSD|36477180
Bài ging: BÊTÔNG CƠ S
Chương 3. Nguyên lý chung v tính toán và cu to
14
Chương 3. NGUN LÝ CHUNG V TÍNH TOÁN và CU TO
3.1. Sphát triển của lý thuyết tính toán cấu kiện bêtông cốt thép :
Tkhi bêtông ct thép xuất hiện cho đến ngày nay, s phát triển và thực hiện
thuyết tính toán cấu kiện bêtông cốt thép đã trãi qua 3 giai đoạn cơ bản:
- Phương pháp tính theo ng suất cho phép: xét cấu kiện làm việc giai đoạn
đàn hồi.
- Phương pháp tính toán theo giai đoạn phá hoại: xét cấu kiện ở trạng thái dẻo.
- Phương pháp tính toán theo trạng thái giới hạn: do PP thứ hai phát triển.
3.2. c giai đoạn của trng thái ứng suất biến dạng của cấu kiện chịu uốn :
Để phân tích rõ skhác nhau gia các phương pháp tính toán trên, lấy d xét
1 cấu kiện bêtông cốt thép chịu uốn, từ lúc mới bắt đu chịu tải trọng tác dụng cho đến
lúc bphá hoại, khi thí nghiệm cu kiện chu uốn thể quan t được 3 giai đon tiêu
biểu của trạng thái ứng suất - biến dạng trên tiết diện thẳng góc với trc ca cấu kiện.
a) Giai đoạn I : Lúc mới đặt tải trọng, môment còn nh, tiết diện làm việc
giai đoạn đàn hi, ứng suất và biến dạng tuân theo định luật Hook. Khi môment tăng
lên, thì miền bêtông chịu kéo xuất hiện biến dng dẻo, đồ ng suất pháp tại miền
chu kéo này bcong đi nhiều, miền bêtông chu nén chủ yếu vẫn làm việc giai đoạn
đàn hồi. Khi ứng suất tại min bêtông chịu kéo đạt tới hạn cường độ chịu kéo R
t
thì tại
miền này sắp xuất hiện khe nứt, lúc đó trạng thái ứng suất biến dạng ở vào giai đoạn I.a
(Hình 3.1a).
b) Giai đoạn II : Khi môment tăng lên thì miền bêtông chịu kéo bnứt ra và
môment càng tăng thì khe nt càng mrộng. phía trên khe nứt vn còn một phần
tông chu kéo, nhưng tại khe nt thì bêtông không chịu kéo được nữa và truyền nội
lực kéo sang cho cốt thép chu. Ở miền bêtông chịu nén xuất hiện biến dạng dẻo, do đó
đồ ứng suất nén dạng đường cong lúc đó ứng suất trong cốt thép là
s
, trạng thái
ứng suất - biến dạng vào giai đon II.
Nếu lượng cốt thép chịu kéo không nhiều lắm thì khi môment tăng lên nữa,
ứng suất trong các cốt thép chu o này đạt tới giới hạn chảy R
s
và trng thái ứng suất -
biến dng của tiết diện ở vào giai đoạn II.a (Hình 3.1b).
c) Giai đoạn III : Giai đoạn III của trạng thái ng suất biến dạng còn gọi là
giai đoạn phá hoại. Khi môment tiếp tc tăng lên thì sơ đồ ứng suất của miền bêtông
chu nén cong đi nhiều vì biến dạng phát triển nhưng din tích miền bêtông chịu nén b
thu hẹp lại vì khe nt kéo dài lên phía trên, ng suất trong cốt tp vẫn giữ trị số R
s
vì
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)
lOMoARcPSD|36477180
Bài ging: BÊTÔNG CƠ S
Chương 3. Nguyên lý chung v tính toán và cu to
15
đây giới hạn chảy, c đó biến dạng của cốt thép tăng chứng suất trong ct thép
không ng, lúc by giờ ng suất trong miền bêtông chịu nén vẫn tiếp tục tăng và khi
ứng suất này đạt tới giới hạn cường độ chịu nén R
b
thì tiết diện bphá hoại, đấy là
trường hợp phá hoại thứ nhất (Hình 3.1c).
Nếu ợng cốt thép chu kéo quá nhiều, trạng thái ứng suất - biến dng của tiết
diện không trải qua giai đoạn II.a mà trực tiếp từ giai đoạn II chuyển sang giai đoạn III.
Khi đó tiết diện bphá hoại là do ng suất trong miền bêtông chịu nén đạt tới cường đ
chu nén R
b
. Nhưng ứng suất trong cốt thép chu kéo lúc tiết diện bị phoại chưa đạt
tới giới hạn chảy (
s
< R
s
) đây trường hợp phá hoại thứ 2 hay còn gi trường hợp
phá hoi dòn.
Trong thiết kế cấu kiện chịu uốn, cần tránh để xảy ra trường hợp này vì:
Cấu kiện bị phoại dòn tức là phá hoại đột ngột rất nguy hiểm vì p hoi
nhanh không biết trước được.
a)
s
t
b
M
I
s
R
t
b
I.a
b)
s
b
M
II
R
s
b
II.a
c)
R
s
R
b
M
III
s
R
b
III.a
Hình 3.1 Các giai đon ca trng thái ng sut biến dng trên tiết
din chu un
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)
lOMoARcPSD|36477180
Bài ging: BÊTÔNG CƠ S
Chương 3. Nguyên lý chung v tính toán và cu to
16
Không tiết kiệm được ct thép vì không tận dụng hết khả năng chịu lực của nó.
Thí nghiệm cho thấy trong quá trình biến đổi trạng thái ứng suất biến dạng từ giai
đoạn này sang giai đoạn khác, trục trung hòa xê dịch vi trí.
Dc theo chiều dài của trục dầm, tùy theo trsố của môment uốn và vtrí của khe
nứt mà các tiết diện thẳng góc với trc dầm th vào các giai đoạn ứng suất biến
dạng khác nhau, tgiai đoạn I đến giai đoạn III.
Quan h ứng suất và biến dạng khi uốn ca cấu kiện bêtông cốt thép trong các giai
đoạn trạng thái ứng suất hoàn toàn khác nhau. ng suất và biến dạng trong vùng chu
nén ca tiết diện dầm quan hvới nhau như trong trường hợp nén trung tâm, còn
trong trường hợp chu kéo như kéo trung tâm.
3.3. Tính toán bêtông cốt thép theo phương pháp trạng thái giới hạn :
Khi mt kết cu chịu lực quá sức bị biến dạng hoặc chuyển vquá lớn hoặc trong
kết cấu hình thành khe nt hay brộng khe nứt quá lớn thì nếu kết cấu ở 1 trong nhưng
trường hợp như vậy gọi là trạng thái giới hạn.
3.3.1. Giới hạn I : Tính theo cường độ hay là tính theo khả năng chịu lực, trạng
thái giới hạn đó trong tính toán đảm bảo cấu kiện :
- Không bị phá hoại do dòn mi.
- Không bị mất ổn định.
- Không bị mất vị trí của cấu kiện.
- Không bị dao động cộng hưởng.
Điều kiện cường độ là :
).(
ii
tc
ici
tc
i
mkRSFnnN
ng lực tính toán khng chịu lực
Trong đó:
tc
i
N : Ứng lực tiêu chuẩn
n
i
: Hệ số t tải; n
c
: Hệ số tổ hợp tải trọng
F : Hàm số tương ứng vi ứng lực tác dụng
S : Đặc trưng hình hc của cấu kiện
R
tc
: Cường độ tiểu chun của vật liệu
k
i
: Hsố đồng chất của vật liệu
m
i
: Hsđiều kiện làm việc của vật liệu.
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)
lOMoARcPSD|36477180
Bài ging: BÊTÔNG CƠ S
Chương 3. Nguyên lý chung v tính toán và cu to
17
3.3.2. Giới hạn II : Điều kiện của trạng thái giới hạn II gm:
Điu kin không bbiến dạng hoc chuyn v quá nhiều (như: võng, xoay)
ff
f : biến dạng hoặc chuyển vị, là mt hàm s của tải trọng tiêu chun,
ca tính cơ hc, tính đàn hi dẻo ca vật liệu, đặc trưng hình học của cấu
kiện.
[ f ] : biến dạng, chuyển vị do quy phạm qui định.
Điu kin không cho nt cấu kiện hoặc cho phép nứt nhưng hạn chế bề
rộng khe nứt còn gi là tính toán theo sự hình thành khe, điều kiện là :
a
crc
[a
crc
]
[a
crc
] : bề rng khe nứt do quy phạm
a
crc
: brộng khe nứt do nội lực gây ra
a
crc
cũng mt hàm s do tải trọng tiểu chuẩn, của tính học và tính
đàn hồi do của vật liệu, của hình dáng và cách bố trí thép trong cấu kiện.
i chung tính theo trng thái giới hạn nhất thiết phải tính theo trạng thái giới
hạn I và tùy công trình thực tế mà tính thêm trng thái giới hạn II.
3.4. Cường độ tiêu chun và cưng độ tính toán :
Giá trtiêu chuẩn là giá trcó khảng xy ra nhiều nhất trong điều kiện sử dụng
bình thưng (giá trị cường đ tiêu chun đã được đcập chương 2), nhưng đđảm
bảo sự an toàn của kết cấu khi tính toán phải xét đến những trường hợp đặc biệt thể
xy ra, c đó tải trọng thực tế thể ợt qtải trọng tiêu chuẩn, vì tải trọng tiêu
chuẩn đưa vào tiêu chuẩn thiết kế là kết quả nghiên cu tĩnh và trong một thời gian dài.
Trong phương pháp tính toán dùng hệ số để phn ánh điu này.
Trong cưng độ vt liu cũng vy, đ an toàn trong tính toán người ta đưa ra khái
nim cưng độ tính toán, được xác đnh như sau:
Cường đ tính toán v nén và kéo ca bêtông:
bc
bnbi
b
R
R
;
bt
btnbi
bt
R
R
(3.1)
Trong đó:
bc
,
bt
: h s đ tin cy ca bêtông, tương ng khi nén khi kéo, cho
trong bng 11 – TCXDVN 356 – 2005 [3].
bi
: h s điu kin m vic ca BT, k đến tính cht ca ti trng, giai
đonm vic ca kết cu, kích thưc ca tiết din….cho trong bng 15 – [3].
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)
lOMoARcPSD|36477180
Bài ging: BÊTÔNG CƠ S
Chương 3. Nguyên lý chung v tính toán và cu to
18
Giá tr R
b
R
bt
khi chưa k đến
bi
gi là cường độ tính toán gc ca bêtông, giá
try cho trong bng ph lc 4 (đối vi bêtông nng).
Cường đ tính toán v kéo ca thép:
s
snsi
s
R
R
(3.2)
Trong đó:
s
: h s độ tin cy ca thép, cho trong bng 20 – [3].
si
: h s điu kin làm vic ca thép, k đến s mi khi chu ti
trng lp, s phân b ng sut không đu, cường độ ca bêtông
bao quanh ct thép…cho trong bng 23 – [3].
Giá tr R
s
khi chưa k đến
si
gi là cường độ tính toán gc, giá tr này cho trong
bng ph lc 2.
3.5. Yêu cu chung v cu to:
đây ch trình bày các yêu cu chung v cu to ct thép trong các dng cu kin,
yêu cu riêng ca tng loi cu kin (chu un, chu n, chu xon…) s được trình
y trong các chương sau.
3.5.1. Neo ct thép:
Để cốt thép bám chc vào bêtông, đối vi thép trơn - đu ct thép cn được un
cong (như hình 3.2b), đối vi thép có g hoc thép chu nén th không cn un cong
hoc un như hình 3.2a.
Chiu dài đon neo ca ct thép vào gi ta l
an
đưc tính như sau:
l
an
=
an
b
s
an
R
R
an
l
min
(3.3)
Các giá tr h s trong công thc (3.3) đưc cho trong bng 3.1 dưi đây:
.
= 45 - 90



Hình 3.2
a). b).
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)
lOMoARcPSD|36477180
Bài ging: BÊTÔNG CƠ S
Chương 3. Nguyên lý chung v tính toán và cu to
19
Bảng 3.1: Các h s ω
an
,
an
,
an
, l
min
trong công thức (3.3).
H sω
an
an
Thép có g Thép tròn trơn
Điu kin làm vic ca ct thép
ω
an
an
ω
an
an
H
s
an
l
min
(m.m)
1. Đon neo ct thép…
- Chu kéo trong vùng BT chu kéo.
- Chu kéo hoc nén trong vùng BT
chu nén.
2. Ni chng ct thép…
- Trong vùng BT chu kéo
- Trong vùng BT chu nén
0,7
0,5
0,9
0,65
20
12
20
15
1,2
0,8
1,55
1
20
15
20
15
11
8
11
8
250
200
250
200
3.5.2. Ni ct thép:
Ct thép phi ni khi :
Chiu dài cu kin quá ln mà chiu dài thanh thép thì hn chế (l= 6 – 12m).
Thi công theo phương đng mà chiu dài thanh thép quá ln làm tr ngi khi
thi công, không th dng ct thép được.
Ct, ni ct thép có đường nh khác nhau chu lc c nhp khác nhau.
th dùng cách ni hàn, buộc, hoặc ni bằng ống lng.
3.5.2.1. Ni hàn:
n đối đầu: được thc hin bng máy hàn chuyên dng, dùng đ ni dài các
thanh thép có 10 m.m, t l đưng kính ca 2 thanh không nh hơn 0,85 - tc là:
1
/
2
≥ 0,85 (xem hình 3.3a).
l
h
1
2
Thép
? ng l?ng
l
h
Hình 3.3
a).
b).
c). d).
ống
mán
g
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)
lOMoARcPSD|36477180
Bài ging: BÊTÔNG CƠ S
Chương 3. Nguyên lý chung v tính toán và cu to
20
Hàn h quang : cho 2 thanh thép tiếp xúc nhau, dùng que hàn hàn chc 2
thanh thép li, nếu 2 thanh thép 25 nên b cong thanh thép (như hình 3.3b) trước
khi hàn để đm bo 2 thanh thép đồng trc nhau; trong mt s trường hp đc bit khi
phi hàn thép ti công trường người ta th hàn gián tiếp bng tm thép (hình 3.3c)
hoc bng ng máng (hình 3.3.d).
Chiu dài đường hàn l
h
: th xác đnh bng tính toán hoc thc nghim để
đảm bo sao cho khi th nghim kéo thì v trí thanh thép đứt là ngoài đường hàn, th
ly như sau:
o l
h
≥ 4 - khi hàn có bn thép (hoc thanh kp), hàn 2 phía.
o l
h
≥ 5 - khi hàn không có bn thép, hàn 2 phía.
o Ly bng gp đôi khi hàn 1 phía.
o Chiuy đường hàn h
h
/4 hoc 4 m.m.
o Chiu rng đưng hàn /2 hoc 10 m.m.
3.5.2.2. Ni buc (ni chng) :
Đặt 2 thanh thép sát nhau và buc li bng dây thép mm (1), có th không cn
buc nhưng phi đảm bo điu kin thi công chiu dài đoàn thép chng vào nhau l
an
theo công thc (3.3). Không đưc ni chng khi thép đưng kính > 36, không nên
ni chng trong vùng bêtông chu kéo.
3.5.2.3. Ni bng ng lng (ng ni) :
Đặt đu 2 thanh thép vào trong ng ni, dùng y ép chuyên dng ép cht ng
ni đ liên kết 2 đu thanh thép bng ma sát hoc th liên kết bng ren hay keo dán,
phương pháp ni này cn tuân th theo tiêu chun y dng TCXD 234 1999. Dng
ni y n gi ni cơ khí, ưu đim ít b chiếm ch do 2 mi thép chng lên
nhau và thanh thépm vic liên tc mà không cn truyn lc qua bêtông, xem hình 3.4,
3.5, 3.6.
Hình 3.4. Mi ni chng chiếm nhiu ch
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)
lOMoARcPSD|36477180
Bài ging: BÊTÔNG CƠ S
Chương 3. Nguyên chung v nh toán và cu to
21
Hình 3.5. So sánh giữa hai kiểu nối
Hình 3.6. Máy ni thép
Mối nối chồng thép
truyền lc vào
bêtông, nếu bêtông
ngay mối nối vra
sẽ ảnh hưởng đến
kh năng chịu lực
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)
lOMoARcPSD|36477180
| 1/21

Preview text:

lOMoARcPSD|36477180
Bài giảng: BÊTÔNG CƠ SỞ Chương 1
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BÊTÔNG CỐT THÉP (BTCT)
1.1 Tính chất của bêtông cốt thép :
Bêtông cốt thép là vật liệu xây dựng phức hợp do hai loại vật liệu là bêtông và thép
có đặc trưng cơ học khác nhau cùng phối hợp chịu lực với nhau.
Bêtông là loại vật liệu phức hợp bao gồm xi măng (chất kết dính), cát, sỏi - đá (cốt
liệu) kết lại với nhau dưới tác dụng của nước. Cường độ chịu kéo của bêtông nhỏ hơn
cường độ chịu nén rất nhiều (8 - 15 lần).
Cốt thép là loại vật liệu chịu kéo hoặc chịu nén đều rất tốt. Do đó nếu đặt lượng cốt
thép thích hợp vào tiết diện của kết cấu thì khả năng chịu lực của kết cấu tăng lên rất
nhiều. Dầm bêtông cốt thép có thể có khả năng chịu lực lớn hơn dầm bêtông có cùng
kích thước đến gần 20 lần.
 Bêtông và cốt thép cùng làm việc được với nhau là do:
+ Bêtông khi đóng rắn lại thì dính chặt với thép cho nên ứng lực có thể truyền từ
vật liệu này sang vật liệu kia, lực dính có được đảm bảo đầy đủ thì khả năng chịu lực
của thép mới được khai thác triệt để.
+ Giữa bêtông và cốt thép không xảy ra phản ứng hóa học, ngoài ra hệ số giãn
nở của cốt thép và bêtông suýt soát bằng nhau: s = 0.000012 ;
b = 0.000010-0.000015 1.2. Phân loại:
Theo phương pháp thi công có thể chia thành 3 loại sau:
Bêtông cốt thép toàn khối: ghép cốp pha và đổ bêtông tại công trình, điều này đảm
bảo tính chất làm việc toàn khối (liên tục) của bêtông, làm cho công trình có cường độ
và độ ổn định cao.
Bêtông cốt thép lắp ghép: chế tạo từng cấu kiện (móng, cột, dầm, sàn,…) tại nhà
máy, sau đó đem lắp ghép vào công trình. Cách thi công này đảm bảo chất lượng
bêtông trong từng cấu kiện, thi công nhanh hơn, ít bị ảnh hưởng của thời tiết, nhưng độ
cứng toàn khối và độ ổn định của cả công trình thấp.
Chương I. Khái niệm chung về bêtông cốt thép 1
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com) lOMoARcPSD|36477180
Bài giảng: BÊTÔNG CƠ SỞ
Bêtông cốt thép bán lắp ghép: có một số cấu kiện được chế tạo tại nhà máy, một số
khác đổ tại công trình để đảm bảo độ cứng toàn khối và độ ổn định cho công trình.
Thương thì sàn được lắp ghép sau, còn móng, cột, dầm được đổ toàn khối.
Nếu phân loại theo trạng thái ứng suất khi chế tạo ta có:
Bêtông cốt thép thường: khi chế tạo, cốt thép ở trạng thái không có ứng suất, ngoài
nội ứng suất do co ngót và giãn nở nhiệt của bêtông. Cốt thép chỉ chịu ứng suất khi cấu
kiện chịu lực ngoài (kể cả trọng lượng bản thân). Hình 1.1
Dầm bêtông cốt thép
thường – võng xuống khi chịu tải
Bêtông cốt thép ứng suất trước: căng trước cốt thép đến ứng suất cho phép (sp),
khi buông cốt thép, nó sẽ co lại, tạo ứng suất nén trước trong tiết diện bêtông, nhằm
mục đích khử ứng suất kéo trong tiết diện bêtông khi nó chịu lực ngoài  hạn chế vết
nứt và độ võng (hình 1.2). Hình 1.2
Dầm bêtông cốt thép ứng suất trước
– thớ dưới chịu nén trước
Chương I. Khái niệm chung về bêtông cốt thép 2
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com) lOMoARcPSD|36477180
Bài giảng: BÊTÔNG CƠ SỞ
1.3. Ưu và khuyết điểm của bêtông cốt thép :
Bêtông cốt thép hiện nay là vật liệu xây dựng được sử dụng rộng rãi vì có các ưu điểm sau:
 Rẻ tiền so với thép khi chúng cùng chịu tải trọng như nhau.
 Có khả năng chịu lực lớn so với gạch đá và gỗ, có thể chịu được tải trọng động lực và lực động đất.
 Bền vững, dễ bảo dưỡng, sửa chữa ít tốn kém so với thép và gỗ.
 Chịu lửa tốt hơn so với thép và gỗ.
 Có thể đúc thành kết cấu có hình dạng bất kỳ theo các yêu cầu về cấu tạo, về sử
dụng cũng như về kiến trúc.
Tuy nhiên bêtông cũng tồn tại một số nhược điểm sau:
 Trọng lượng bản thân khá lớn, do đó khó làm được kết cấu nhịp lớn. Nhưng nhược
điểm này gần đây được khắc phục bằng cách dùng bêtông nhẹ, bêtông cốt thép ứng lực
trước và kết cấu vỏ mỏng. .
 Dưới tác dụng của tải trọng, bêtông dễ phát sinh khe nứt làm mất thẫm mỹ và gây thấm cho công trình.
 Thi công phức tạp, tốn nhiều cốp pha khi thi công toàn khối.
1.4. Phạm vi ứng dụng và xu hướng phát triển:
BTCT được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, làm kết cấu chịu lực của nhà, cầu, đập,
các công trình cấp thoát nước, máng dẫn nước, tường chắn, nhà máy thủy điện,...
BTCT ngày càng tỏ ra chiếm ưu thế trong các lĩnh vực xây dựng, nhờ vào các tiến
bộ khoa học kỹ thuật, đã khắc phục được một số nhược điểm chính của bêtông, bêtông
ngày càng có khả năng chịu lực tốt hơn, thay thế được nhiều kết cấu trong các dạng công trình khác nhau.
Chương I. Khái niệm chung về bêtông cốt thép 3
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com) lOMoARcPSD|36477180
Bài giảng: BÊTÔNG CƠ SỞ Chương 2
TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU
Tính năng cơ lý của bêtông bao gồm : tính năng cơ học - nghiên cứu về cường độ
tính năng vật lý - nghiên cứu về biến dạng, co ngót, chống thấm và chống ăn mòn của bêtông.
Tính năng cơ lý của bêtông phụ thuộc phần lớn vào chất lượng xi măng, các đặc
trưng của cốt liệu (sỏi, đá dăm, cốt liệu rổng,. .) cấp phối của bêtông, tỷ lệ nước, xi
măng và cách thi công. Vì phụ thuộc nhiều nhân tố nên các tính năng đó không được ổn
định lắm, tuy vậy tính năng cơ lý của bêtông vẫn có thể đảm bảo thỏa mãn các yêu cầu
của thiết kế nếu chọn vật liệu, tính toán cấp phối và thi công theo đúng những qui định của qui trình chế tạo.
Căn cứ vào trọng lượng thể tích, bêtông được chia ra hai loại chủ yếu sau:
- Bêtông nặng : có trọng lượng thể tích từ 1800 đến 2500 kgf/m3 .
- Bêtông nhẹ có trọng lượng thể tích từ 800 đến 1800 kgf/m3.
2.1. Tính năng cơ lý của bêtông :
2.1.1. Cường độ bêtông
Cường độ là đặc trưng cơ học chủ yếu của bêtông. Trong kết cấu bêtông cốt thép,
bêtông chủ yếu chịu nén, cường độ chịu nén có thể xác định tương đối chính xác bằng
thí nghiệm, vì vậy cường độ chịu nén được dùng làm chỉ tiêu cơ bản của bêtông.
2.1.1.1. Cường độ chịu nén :
Mẫu thử khối vuông 15x15x15 hoặc lăng trụ tròn đường kính 16cm (diện tích
200cm2), chiều cao h=2D, có tuổi 28 ngày, có thành phần và cách pha trộn như lúc thi
công thực tế, mẫu được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn: N R P (MPa hoặc kgf/cm2) (2.1) F
Trong đó: NP : Lực nén phá hoại (N hoặc kgf)
F : Diện tích mặt chịu nén của mẫu thử (m.m2 hoặc cm2).
2.1.1.2. Cường độ chịu kéo :
Thông thường người ta làm mẫu chịu kéo tiết diện vuông, cạnh a, hoặc chịu uốn:
tiết diện bxh, chiều dài L=6h (hình 2.1), hoặc có thể nén chẻ mẫu lăng trụ tròn (hình 2.1.a)
Chương 2. Tính chất cơ lý của vật liệu 4
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com) lOMoARcPSD|36477180
Bài giảng: BÊTÔNG CƠ SỞ L Hình 2.1 P
Các kiểu mẫu thử kéo bêtông a)
a). Mẫu thử chẻ; b). mẫu thử kéo D c). mẫu thử uốn P a L/ 3 P P L/ 3 b a h N a k Nk M L= 4a L= 6h c) b)
 Cường độ chịu kéo với mẫu (a): 2P R(t) = (2.2) LD Trong đó:
P: tải trọng tác dụng làm chẻ mẫu L: chiều dài mẫu D: đường kính mẫu
 Cường độ chịu kéo với mẫu (b): N R k (t) = (2.3) F
 Cường độ chịu kéo với mẫu (c): M R 5 , 3 (t) = (2.4) 2 bh
2.1.1.3. Quan hệ giữa cường độ chịu kéo và cường độ chịu nén:
Thông thường người ta có thể tính cường độ chịu kéo thông quan cường độ chịu
nén bằng công thức thực nghiệm mà không cần làm thí nghiệm chịu kéo. Đơn giản nhất
là quan hệ đường thẳng, theo công thức:
R(t) = 0,6 + 0,06R (2.5)
Hoặc quan hệ đường cong: R  150 R(t) R = (2.6) 60R  1300
2.1.1.4. Sự tăng cường độ theo thời gian:
Cường độ của bêtông tăng theo thời gian. Cường độ lúc đầu tăng khá nhanh, sau
đó chậm dần, đến một vài năm sau thì hầu như là dừng lại.
Chương 2. Tính chất cơ lý của vật liệu 5
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com) lOMoARcPSD|36477180
Bài giảng: BÊTÔNG CƠ SỞ
Để xác định cường độ của bêtông theo thời gian có thể dùng công thực nghiệm sau: lg t R R   , 0 7  R  lg t (2.7) 28 lg 28 28
Trong đó : t - tuổi của bêtông tính theo ngày.
Công thức trên của tác giả Liên xô - Skrantaep (1935) chỉ cho kết quả phù hợp với
thực tế khi tuổi của bêtông từ 7-300 ngày, tùy theo mỗi nước có qui định khác nhau.
2.1.1.5. Giá trị tiêu chuẩn của cường độ bêtông:
Giá trị tiêu chuẩn của cường độ bêtông hay còn gọi là cường độ tiêu chuẩn (Rbn)
được tính như sau (thường được lấy với mẫu thử lăng trụ): Rbn = kcRch (2.8) Trong đó:
kc - hệ số kể đến sự làm việc của bêtông trong thực tế, có thể lấy bằng 0,7 – 0,8.
Rch - cường độ đặc trưng của mẫu thử, được tính như sau:
Rch = Rm(1 - S) (2.9) R Với R i
m – giá trị trung bình (cường độ trung bình) của mẫu thử = n (n - số lượng mẫu)
S - hệ số phụ thuộc vào xác suất đảm bảo, với xác suất đảm bảo là 95%
thì có thể lấy S = 1,64.
- hệ số đồng chất của bêtông, có thể lấy như sau:
= 0,135 – cho bêtông có thành phần và chất lượng thi công cao.
= 0,150 – cho bêtông có thành phần và chất lượng thi công thường.
Từ công thức (2.8) ta cũng thấy rằng có thể lấy Rbn bằng cường độ đặc trưng của mẫu lăng trụ.
2.1.1.6. Cấp độ bền và mác của bêtông:
a). Mác theo cường độ chịu nén (M):
Theo tiêu chuẩn cũ 5574 – 1991, mác bêtông ký hiệu là M là cường độ trung bình
của mẫu thử khối vuông, cạnh a=15cm, tính bằng kG/cm2. Bêtông có các mác sau:
M50, 75, 100, 150, 200, …, M600.
b). Cấp độ bền chịu nén (B):
Theo tiêu chuẩn mới 356 – 2005 quy định phân biệt chất lượng bêtông theo cấp độ
bền chịu nén, ký hiệu là B là cường độ đặc trưng (Rch) của mẫu thử khối vuông, cạnh
Chương 2. Tính chất cơ lý của vật liệu 6
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com) lOMoARcPSD|36477180
Bài giảng: BÊTÔNG CƠ SỞ
a=15cm, tính bằng MPa. Bêtông có các cấp độ bền B3,5; B5; B7,5; B10; B12,5; B15; B20; B25; B30; B35;…; B60.
Tương quan giữa cấp độ bền B và mác M của cùng một loại bêtông được thể hiện qua công thức sau: B = M (2.10)
Với : - là hệ số đổi đơn vị từ kG/cm2 sang MPa, có thể lấy = 0,1.
- là hệ số chuyển đổi từ cường độ trung bình sang cường độ đặc trưng,
theo công thức (2.9) thì  = (1 - S).
2.1.1.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của bêtông
a). Yếu tố vật liệu:
Chất lượng và số lượng ximăng: thông thường trong 1m3 bêtông cần dùng từ
250 – 500kg ximăng, khi dùng ximăng nhiều thì cường độ bêtông cao hơn, nhưng
để chế tạo bêtông cường độ cao (B25, 30, …) ngoài việc tăng lượng ximăng còn
cần phải dùng ximăng mác cao (PC40, 50, …) mới đem lại hiệu quả kinh tế và sử
dụng. Chẳng hạn như: để chế tạo bêtông có cấp độ bền B7,5; 10; 12,5; 15 có thể
sử dụng ximăng PC30, còn khi chế tạo bêtông có cấp độ bền B20; 25; 30 cần dùng
ximăng PC40, nếu sử dụng ximăng PC30 thì phải dùng với số lượng nhiều, không
đạt hiệu quả kinh tế, đồng thời làm tăng tính co ngót và từ biến trong bêtông ảnh
hưởng xấu đến chất lượng bêtông.
Độ cứng, độ sạch và tỉ lệ thành phần cốt liệu (cấp phối): thiết kế cấp phối hợp
lý sẽ đem đến hiệu quả sử dụng cao và tiết kiệm ximăng.
Tỉ lệ nước – ximăng: tỉ lệ này cao sẽ làm giảm cường độ bêtông và tăng tính
co ngót, từ biến, nhưng nếu tỉ lệ này thấp (vừa đủ) thì khó thi công, đặc biệt là khi bơm bêtông.
a). Yếu tố con người:
Ngoài việc sử dụng vật liệu tốt, sạch, còn có yếu tố con người ảnh hưởng đến
chất lượng bêtông, đặc biệt là trong điều kiện thi công toàn khối tại công trình, gồm các yếu tố sau:
Chất lượng thi công: thi công kỹ lưỡng, đầm chặt đúng qui cách, sẽ đạt được
cường độ bêtông như mong muốn.
Cách thức bảo dưỡng: trong điều kiện thi công toàn khối tại công trình, điều
kiện bảo dưỡng khó đạt được như trong phòng thí nghiệm, nhưng cần bảo dưỡng
thật tốt trong điều kiện có thể để đạt được chất lượng bêtông cao và giảm co ngót,
đặc biệt là cho sàn.
Chương 2. Tính chất cơ lý của vật liệu 7
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com) lOMoARcPSD|36477180
Bài giảng: BÊTÔNG CƠ SỞ
Chất lượng bêtông qua kết quả thí nghiệm đôi khi cũng không phản ảnh đúng
chất lượng bêtông thực tế, ở đây yếu tố con người có tầm ảnh hưởng lớn, mà cụ thể
là người làm thí nghiệm, nó gồm các yếu tố sau:
Lấy mẫu và bảo dưỡng mẫu: lấy mẫu cần tuân thủ đúng qui trình được qui
định trong tiêu chuẩn TCVN 3105-1993. Bảo dưỡng mẫu có thể bảo dưỡng theo
điều kiện tiêu chuẩn hoặc trong điều kiện thực tế mà cấu kiện chịu ảnh hưởng tại công trình.
Qui trình thí nghiệm: cần tuân thủ theo tiêu chuẩn 3105-1993, chú ý các yếu
tố sau đây làm ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm: o
Độ phẳng mặt của mẫu thử. o
Không bôi trơn mặt tiếp xúc của bàn nén mẫu. o
Tốc độ gia tải: 64 daN/cm2 trong một giây.
2.1.2. Biến dạng của bêtông
Bêtông bị biến dạng gồm có: biến dạng ban đầu do co ngót, biến dạng do tác dụng
của tải trọng, của nhiệt độ và biến dạng do từ biến.
Biến dạng do tải trọng có thể chia làm 3 loại:
- Biến dạng do tải trọng tác dụng ngắn hạn.
- Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn.
- Biến dạng do tải trọng tác dụng lập lại.
2.1.2.1. Biến dạng do tải trọng tác dụng ngắn hạn - môđun đàn hồi của bêtông :   R C b   el B pl  1
Hình 2.2 đồ thị ứng suất
biến dạng của mẫu thử
lăng trụ chịu nén A 2   0    b *b
Chương 2. Tính chất cơ lý của vật liệu 8
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com) lOMoARcPSD|36477180
Bài giảng: BÊTÔNG CƠ SỞ
Khi thí nghiệm, mẫu thử lăng trụ với tốc độ đặt tải trung bình, quan hệ giữa ứng
suất và biến dạng được thành lập theo đồ thị như hình 2.2.
Đường quan hệ ( - ) ngay từ đầu đã cong, ứng suất càng tăng thì cong càng
nhiều. Khi ứng suất đạt tới R thì mẫu thử bị vở (điểm C).
Nếu khi ứng suất đạt đến trị số b chẳng hạn (điểm B), ta dần dần giảm tải thì
được đường (2). Khi b = 0 thì mẫu thử vẫn còn biến dạng dư  , điều đó có nghĩa l pl à
biến dạng toàn phần b của bêtông gồm có hai phần: 1 phần có thể khôi phục lại được,
ứng suất trở về trị số 0, đó là biến dạng đàn hồi el và 1 phần không thể khôi phục lại
được đó là biến dạng dẻo pl. b = el + pl (2.11)
Như vậy quan hệ ứng suất và biến dạng là quan hệ phi tuyến, tuy vậy có thể viết: E’ b b = tg = (2.12) b  b = E’b .b (2.13)
Trị số E’ thay đổi theo b
b vì tương ứng với trị số của b, có một góc  khác nhau.
E’b gọi là môđun đàn hồi - dẻo của bêtông. Mặt khác trên đồ thị ta có: E b b = tgo = (2.14)  el
b = Eb .el (2.15)
với : o - là góc nghiêng tiếp tuyến tại góc của đường cong ( - ), và là góc
nghiêng của đường thẳng phân chia biên giới giữa biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo.
Eb - là môđun đàn hồi của bêtông, được cho trong phụ lục 1.
So sánh (2.13) và (2.15) ta có: el
b .E’b = Eb . el  E’b = Eb = .E b (2.16) b
trong đó :  = el gọi là hệ số đàn hồi của bêtông (2.17) b
khi tải càng nhỏ thì  càng tiến gần đến 1
Thay (2.11) vào (2.17) ta có: b pl pl  1  1  (2.18) b b  pl
với : là hệ số dẻo của bêtông (2.19) b
Khi tải càng lớn thì  càng tiến gần đến 1 và khi mẫu phá hoại thì  = 1.
Chương 2. Tính chất cơ lý của vật liệu 9
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com) lOMoARcPSD|36477180
Bài giảng: BÊTÔNG CƠ SỞ
2.1.2.2. Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn - tính từ biến của bêtông:
Khi tải trọng tác dụng dài hạn, biến dạng dẻo của bêtông vẫn tiếp tục tăng theo
thời gian; mới đầu tăng rất nhanh, sau chậm dần và khoảng 3-4 năm sau thì dừng lại.
Hiện tượng biến dạng tăng theo thời gian trong lúc ứng suất không đổi gọi là tính từ biến của bêtông.
Quan hệ ứng suất - biến dạng và quan hệ biến dạng - thời gian do tải trọng tác
dụng dài hạn thể hiện trên đồ thị của hình 2.3a và hình 2.3b sau:  * b b H.2.3b H.2.3a  b 0  t 0 * b b
Đồ thị ứng suất - biến dạng ()
Đồ thị biến dạng - thời gian(-t)
Theo kết quả nghiên cứu thí nghiệm, các nhân tố sau đây có ảnh hưởng đến tính từ biến của bêtông:
 Khi ứng suất lớn thì biến dạng do từ biến cũng lớn.
 Tỉ lệ nước xi măng càng lớn thì biến dạng do từ biến càng lớn.
 Tuổi bêtông lúc đặt tải càng lớn thì biến dạng từ biến càng bé.
 Độ ẩm của môi trường càng lớn thi biến dạng do từ biến càng bé.
Ngoài ra, tính từ biến còn phụ thuộc vào cốt liệu và phương pháp thi công. Trong
tính toán cấu kiện bêtông cốt thép, cần chú ý đến ảnh hưởng của tính từ biến của bêtông
vì nó làm độ võng của dầm tăng lên, làm tăng sự uốn dọc của cấu kiện chịu nén lệch
tâm, làm cho khe nứt thêm rộng ra.v.v. . Từ biến của bêtông còn gây ra sự mất mát ứng
suất trong chịu kéo bêtông cốt thép ứng lực trước.
2.1.2.3. Biến dạng do tải trọng lập lại:
Nếu tải trọng được đặt vào rồi cất ra nhiều lần thì biến dạng dẻo sẽ được tích lũy
dần dần, đến khi đạt đến giá trị *b thì mẫu phá hoại (xem hình 2.4).
Chương 2. Tính chất cơ lý của vật liệu 10
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com) lOMoARcPSD|36477180
Bài giảng: BÊTÔNG CƠ SỞ  R B A 
Hình 2.4. Đồ thị ứng suất- b C
biến dạng trường hợp tải trọng lặp lại *  b
2.1.2.4. Biến dạng do co ngót :
Bêtông khi đông kết lại trong không khí thì nhót lại nhưng nếu đông kết dưới
nước thì nở ra chút ít. Hiện tượng đó gọi chung là co ngót của bêtông.
Sau năm đầu tiên bêtông co ngót lại 0,2 - 0,4mm/m, sau đó vẫn tiếp tục co ngót
nhưng tốc độ co ngót giảm dần rồi dừng lại. Hiện tượng co ngót phân bố ở ngoài mặt và
ở cả bề sâu, nhưng ở ngoài mặt co ngót nhiều hơn, cấu kiện có bề mặt lớn so với thể
tích (như sàn mái) thì có độ co ngót lớn.
* Các nhân tố ảnh hưởng đến co ngót của bêtông :
 Số lượng và hoạt tính xi măng : lượng xi măng càng lớn thì co ngót càng
nhiều, bêtông dùng ximăng số hiệu cao thì co ngót càng lớn.
 Tỉ lệ nước, xi măng càng lớn co ngót càng nhiều.
 Cốt liệu : cát nhỏ hạt và sỏi sốp làm tăng độ co ngót.
 Các chất phụ gia đông kết nhanh cũng làm độ co ngót của bêtông tăng lên.
Sự co ngót của bêtông làm thay đổi kích thước của cấu kiện, gây ra các khe nứt
trên bề mặt, do đó làm giảm khả năng chịu lực của cấu kiện.
Biến dạng co ngót và biến dạng từ biến có liên quan chặt chẽ với nhau. Chúng
khác nhau ở chỗ biến dạng co ngót là biến dạng khối và xảy ra dù không có tác dụng
của tải trọng, còn biến dạng từ biến là biến dạng theo phương lực và xảy ra khi có tác dụng của tải trọng.
2.2. Tính năng cơ lý của cốt thép:
Cốt thép là thành phần rất quan trọng của bêtông cốt thép, nó chủ yếu để chịu lực
kéo trong cấu kiện, nhưng cũng có lúc được dùng để tăng khả năng chịu nén. Cốt thép
phải đạt được các yêu cầu cơ bản về tính dẻo, về sự cùng chung làm việc với bêtông
trong tất cả các giai đoạn chịu lực của kết cấu, và bảo đảm thi công thuận lợi.
Chương 2. Tính chất cơ lý của vật liệu 11
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com) lOMoARcPSD|36477180
Bài giảng: BÊTÔNG CƠ SỞ
2.2.1. Thép dòn và thép dẻo:
Căn cứ vào tính năng cơ học của cốt thép, có thể phân ra hai loại : cốt thép dẻo
cốt thép dòn. Cốt thép dẻo có thềm chảy rõ ràng trên đồ thị ứng suất biến dạng, còn cốt
thép dòn không có giới hạn chảy rõ ràng, nên đối với loại cốt thép dòn người ta lấy ứng
suất tương ứng với biến dạng dư tỉ đối là 0,2% làm giới hạn chảy qui ước. Hình 2.5
Đồ thị ứng suất biến dạng của 2
cốt thép chịu kéo 1 Thềm chảy 1- của cốt dẻo  y 2- của cốt dòn 0
2.2.2. Phân loại thép xây dựng:  * s
Thép xây dựng được phân loại như sau (theo tiêu chuẩn TCVN 1651 – 1985 và tiêu chuẩn Nga):
 Nhóm CI, AI: là thép tròn trơn, có  = 4 - 10m.m, là thép cuộn, không hạn chế chiều dài.
 Nhóm AII, AIII, CII, CIII: là thép có gờ (thép gân), có  = 12 - 40m.m,
là thép thanh có chiều dài chuẩn là 11.7m.
 Nhóm AIV, CIV: là thép cường độ cao, ít dùng trong xây dựng.
Cường độ của các nhóm cốt thép trên có thể xem trong bảng phụ lục 2. a). b). c). Hình 2.6
Các loại thép xây dựng: d). a). Thép cuộn.
b). Thép thanh vằn có đánh số hiệu.
c). Một loại thép vằn khác.
d). Bó các thanh thép khi xuất xưởng
Chương 2. Tính chất cơ lý của vật liệu 12
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com) lOMoARcPSD|36477180
Bài giảng: BÊTÔNG CƠ SỞ
2.3. Bêtông cốt thép :
Bêtông và cốt thép có thể cùng chịu lực là nhờ lực dính giữa bêtông và cốt thép.
Lực dính chủ yếu là lực ma sát tạo nên, lực ma sát sinh ra do sự gồ ghề trên bề mặt cốt
thép. Do đó nếu dùng cốt thép có gờ (gân) thì lực ma sát tăng gấp 2-3 lần so với dùng cốt trơn.
Sự co ngót của bêtông gây ra ứng lực nén vào bề mặt của cốt thép cũng làm tăng thêm lực dính.
Lực dính giữa bêtông và cốt thép đã tạo cho cốt thép có khả năng cản trở sự co
ngót của bêtông. Kết quả là cốt thép bị nén còn bêtông chịu kéo. Khi có nhiều cốt thép,
ứng suất kéo trong bêtông tăng lên có thể đạt đến cường độ chịu kéo và làm xuất hiện khe nứt.
Cốt thép cũng cản trở biến dạng từ biến của bêtông, do đó khi có tải trọng tác
dụng lâu dài thì giữa bêtông và cốt thép sẽ có sự phân phối lại nội lực. Vì vậy trong tính
toán kết cấu bêtông cốt thép chịu tác dụng của tải trọng dài hạn thì phải xét ảnh hưởng của từ biến.
Chương 2. Tính chất cơ lý của vật liệu 13
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com) lOMoARcPSD|36477180
Bài giảng: BÊTÔNG CƠ SỞ
Chương 3. NGUYÊN LÝ CHUNG VỀ TÍNH TOÁN và CẤU TẠO
3.1. Sự phát triển của lý thuyết tính toán cấu kiện bêtông cốt thép :
Từ khi bêtông cốt thép xuất hiện cho đến ngày nay, sự phát triển và thực hiện lý
thuyết tính toán cấu kiện bêtông cốt thép đã trãi qua 3 giai đoạn cơ bản:
- Phương pháp tính theo ứng suất cho phép: xét cấu kiện làm việc ở giai đoạn đàn hồi.
- Phương pháp tính toán theo giai đoạn phá hoại: xét cấu kiện ở trạng thái dẻo.
- Phương pháp tính toán theo trạng thái giới hạn: do PP thứ hai phát triển.
3.2. Các giai đoạn của trạng thái ứng suất biến dạng của cấu kiện chịu uốn :
Để phân tích rõ sự khác nhau giữa các phương pháp tính toán trên, lấy ví dụ xét
1 cấu kiện bêtông cốt thép chịu uốn, từ lúc mới bắt đầu chịu tải trọng tác dụng cho đến
lúc bị phá hoại, khi thí nghiệm cấu kiện chịu uốn có thể quan sát được 3 giai đoạn tiêu
biểu của trạng thái ứng suất - biến dạng trên tiết diện thẳng góc với trục của cấu kiện.
a) Giai đoạn I : Lúc mới đặt tải trọng, môment còn nhỏ, tiết diện làm việc ở
giai đoạn đàn hồi, ứng suất và biến dạng tuân theo định luật Hook. Khi môment tăng
lên, thì ở miền bêtông chịu kéo xuất hiện biến dạng dẻo, sơ đồ ứng suất pháp tại miền
chịu kéo này bị cong đi nhiều, miền bêtông chịu nén chủ yếu vẫn làm việc ở giai đoạn
đàn hồi. Khi ứng suất tại miền bêtông chịu kéo đạt tới hạn cường độ chịu kéo Rt thì tại
miền này sắp xuất hiện khe nứt, lúc đó trạng thái ứng suất biến dạng ở vào giai đoạn I.a (Hình 3.1a).
b) Giai đoạn II : Khi môment tăng lên thì miền bêtông chịu kéo bị nứt ra và
môment càng tăng thì khe nứt càng mở rộng. Ở phía trên khe nứt vẫn còn một phần
bêtông chịu kéo, nhưng tại khe nứt thì bêtông không chịu kéo được nữa và truyền nội
lực kéo sang cho cốt thép chịu. Ở miền bêtông chịu nén xuất hiện biến dạng dẻo, do đó
sơ đồ ứng suất nén có dạng đường cong lúc đó ứng suất trong cốt thép là s , trạng thái
ứng suất - biến dạng ở vào giai đoạn II.
Nếu lượng cốt thép chịu kéo không nhiều lắm thì khi môment tăng lên nữa,
ứng suất trong các cốt thép chịu kéo này đạt tới giới hạn chảy Rs và trạng thái ứng suất -
biến dạng của tiết diện ở vào giai đoạn II.a (Hình 3.1b).
c) Giai đoạn III : Giai đoạn III của trạng thái ứng suất biến dạng còn gọi là
giai đoạn phá hoại. Khi môment tiếp tục tăng lên thì sơ đồ ứng suất của miền bêtông
chịu nén cong đi nhiều vì biến dạng phát triển nhưng diện tích miền bêtông chịu nén bị
thu hẹp lại vì khe nứt kéo dài lên phía trên, ứng suất trong cốt thép vẫn giữ trị số Rs
Chương 3. Nguyên lý chung về tính toán và cấu tạo 14
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com) lOMoARcPSD|36477180
Bài giảng: BÊTÔNG CƠ SỞ
đây là giới hạn chảy, lúc đó biến dạng của cốt thép tăng chứ ứng suất trong cốt thép
không tăng, lúc bấy giờ ứng suất trong miền bêtông chịu nén vẫn tiếp tục tăng và khi
ứng suất này đạt tới giới hạn cường độ chịu nén Rb thì tiết diện bị phá hoại, đấy là
trường hợp phá hoại thứ nhất (Hình 3.1c). a) I I.a b b M s s R t t b) II II.a b b M R s s c) III R III.a R b b M R s s
Hình 3.1 Các giai đoạn của trạng thái ứng suất biến dạng trên tiết diện chịu uốn
Nếu lượng cốt thép chịu kéo quá nhiều, trạng thái ứng suất - biến dạng của tiết
diện không trải qua giai đoạn II.a mà trực tiếp từ giai đoạn II chuyển sang giai đoạn III.
Khi đó tiết diện bị phá hoại là do ứng suất trong miền bêtông chịu nén đạt tới cường độ
chịu nén Rb. Nhưng ứng suất trong cốt thép chịu kéo lúc tiết diện bị phá hoại chưa đạt
tới giới hạn chảy (s < Rs) đây là trường hợp phá hoại thứ 2 hay còn gọi là trường hợp phá hoại dòn.
Trong thiết kế cấu kiện chịu uốn, cần tránh để xảy ra trường hợp này vì:
 Cấu kiện bị phá hoại dòn tức là phá hoại đột ngột rất nguy hiểm vì phá hoại
nhanh không biết trước được.
Chương 3. Nguyên lý chung về tính toán và cấu tạo 15
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com) lOMoARcPSD|36477180
Bài giảng: BÊTÔNG CƠ SỞ
 Không tiết kiệm được cốt thép vì không tận dụng hết khả năng chịu lực của nó.
Thí nghiệm cho thấy trong quá trình biến đổi trạng thái ứng suất biến dạng từ giai
đoạn này sang giai đoạn khác, trục trung hòa xê dịch vi trí.
Dọc theo chiều dài của trục dầm, tùy theo trị số của môment uốn và vị trí của khe
nứt mà các tiết diện thẳng góc với trục dầm có thể ở vào các giai đoạn ứng suất biến
dạng khác nhau, từ giai đoạn I đến giai đoạn III.
Quan hệ ứng suất và biến dạng khi uốn của cấu kiện bêtông cốt thép trong các giai
đoạn trạng thái ứng suất hoàn toàn khác nhau. Ứng suất và biến dạng trong vùng chịu
nén của tiết diện dầm có quan hệ với nhau như trong trường hợp nén trung tâm, còn
trong trường hợp chịu kéo như kéo trung tâm.
3.3. Tính toán bêtông cốt thép theo phương pháp trạng thái giới hạn :
Khi một kết cấu chịu lực quá sức bị biến dạng hoặc chuyển vị quá lớn hoặc trong
kết cấu hình thành khe nứt hay bề rộng khe nứt quá lớn thì nếu kết cấu ở 1 trong nhưng
trường hợp như vậy gọi là trạng thái giới hạn.
3.3.1. Giới hạn I : Tính theo cường độ hay là tính theo khả năng chịu lực, trạng
thái giới hạn đó trong tính toán đảm bảo cấu kiện :
- Không bị phá hoại do dòn mỏi.
- Không bị mất ổn định.
- Không bị mất vị trí của cấu kiện.
- Không bị dao động cộng hưởng.
Điều kiện cường độ là : tctc N n n F S R k m i i c ( . ) i i i
ứng lực tính toán khả năng chịu lực Trong đó: tc
Ni : Ứng lực tiêu chuẩn
ni : Hệ số vượt tải; nc : Hệ số tổ hợp tải trọng
F : Hàm số tương ứng với ứng lực tác dụng
S : Đặc trưng hình học của cấu kiện
Rtc : Cường độ tiểu chuẩn của vật liệu
ki : Hệ số đồng chất của vật liệu
mi : Hệ số điều kiện làm việc của vật liệu.
Chương 3. Nguyên lý chung về tính toán và cấu tạo 16
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com) lOMoARcPSD|36477180
Bài giảng: BÊTÔNG CƠ SỞ
3.3.2. Giới hạn II : Điều kiện của trạng thái giới hạn II gồm:
 Điều kiện không bị biến dạng hoặc chuyển vị quá nhiều (như: võng, xoay) f   f
f : biến dạng hoặc chuyển vị, nó là một hàm số của tải trọng tiêu chuẩn,
của tính cơ học, tính đàn hồi dẻo của vật liệu, đặc trưng hình học của cấu kiện.
[ f ] : biến dạng, chuyển vị do quy phạm qui định.
 Điều kiện không cho nứt cấu kiện hoặc cho phép nứt nhưng hạn chế bề
rộng khe nứt còn gọi là tính toán theo sự hình thành khe, điều kiện là : acrc ≤ [acrc]
[acrc] : bề rộng khe nứt do quy phạm
acrc : bề rộng khe nứt do nội lực gây ra
acrc cũng là một hàm số do tải trọng tiểu chuẩn, của tính cơ học và tính
đàn hồi dẻo của vật liệu, của hình dáng và cách bố trí thép trong cấu kiện.
Nói chung tính theo trạng thái giới hạn nhất thiết phải tính theo trạng thái giới
hạn I và tùy công trình thực tế mà tính thêm trạng thái giới hạn II.
3.4. Cường độ tiêu chuẩn và cường độ tính toán :
Giá trị tiêu chuẩn là giá trị có khả năng xảy ra nhiều nhất trong điều kiện sử dụng
bình thường (giá trị cường độ tiêu chuẩn đã được đề cập ở chương 2), nhưng để đảm
bảo sự an toàn của kết cấu khi tính toán phải xét đến những trường hợp đặc biệt có thể
xảy ra, lúc đó tải trọng thực tế có thể vượt quá tải trọng tiêu chuẩn, vì tải trọng tiêu
chuẩn đưa vào tiêu chuẩn thiết kế là kết quả nghiên cứu tĩnh và trong một thời gian dài.
Trong phương pháp tính toán dùng hệ số  để phản ánh điều này.
Trong cường độ vật liệu cũng vậy, để an toàn trong tính toán người ta đưa ra khái
niệm cường độ tính toán, được xác định như sau:
 Cường độ tính toán về nén và kéo của bêtông:  R  R bi bn R  ; bi btn R  (3.1) b bt bc bt Trong đó:
bc, bt : hệ số độ tin cậy của bêtông, tương ứng khi nén và khi kéo, cho
trong bảng 11 – TCXDVN 356 – 2005 [3].
bi : hệ số điều kiện làm việc của BT, kể đến tính chất của tải trọng, giai
đoạn làm việc của kết cấu, kích thước của tiết diện….cho trong bảng 15 – [3].
Chương 3. Nguyên lý chung về tính toán và cấu tạo 17
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com) lOMoARcPSD|36477180
Bài giảng: BÊTÔNG CƠ SỞ
Giá trị RbRbt khi chưa kể đến bi gọi là cường độ tính toán gốc của bêtông, giá
trị này cho trong bảng phụ lục 4 (đối với bêtông nặng).
 Cường độ tính toán về kéo của thép:  R si sn R  (3.2) s  s Trong đó:
s : hệ số độ tin cậy của thép, cho trong bảng 20 – [3].
si : hệ số điều kiện làm việc của thép, kể đến sự mỏi khi chịu tải
trọng lặp, sự phân bố ứng suất không đều, cường độ của bêtông
bao quanh cốt thép…cho trong bảng 23 – [3].
Giá trị Rs khi chưa kể đến si gọi là cường độ tính toán gốc, giá trị này cho trong bảng phụ lục 2.
3.5. Yêu cầu chung về cấu tạo:
Ở đây chỉ trình bày các yêu cầu chung về cấu tạo cốt thép trong các dạng cấu kiện,
yêu cầu riêng của từng loại cấu kiện (chịu uốn, chịu nén, chịu xoắn…) sẽ được trình bày trong các chương sau.
3.5.1. Neo cốt thép:
Để cốt thép bám chắc vào bêtông, đối với thép trơn - đầu cốt thép cần được uốn
cong (như hình 3.2b), đối với thép có gờ hoặc thép chịu nén có thể không cần uốn cong hoặc uốn như hình 3.2a.  . = 45 - 90   Hình 3.2 a). b). 
Chiều dài đoạn neo của cốt thép vào gối tựa lan được tính như sau:  Rl s an=    an
an  ≥ an và lmin (3.3)  Rb
Các giá trị hệ số trong công thức (3.3) được cho trong bảng 3.1 dưới đây:
Chương 3. Nguyên lý chung về tính toán và cấu tạo 18
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com) lOMoARcPSD|36477180
Bài giảng: BÊTÔNG CƠ SỞ
Bảng 3.1: Các hệ số ωan, an, ∆an, lmin trong công thức (3.3). Hệ số ωan và an Hệ lmin Thép có gờ Thép tròn trơn
Điều kiện làm việc của cốt thép số ω ∆ (m.m) an an ωan an an 1. Đoạn neo cốt thép…
- Chịu kéo trong vùng BT chịu kéo. 0,7 20 1,2 20 11 250
- Chịu kéo hoặc nén trong vùng BT 0,5 12 0,8 15 8 200 chịu nén.
2. Nối chồng cốt thép… - Trong vùng BT chịu kéo 0,9 20 1,55 20 11 250 - Trong vùng BT chịu nén 0,65 15 1 15 8 200
3.5.2. Nối cốt thép:
Cốt thép phải nối khi :
 Chiều dài cấu kiện quá lớn mà chiều dài thanh thép thì hạn chế (l= 6 – 12m).
 Thi công theo phương đứng mà chiều dài thanh thép quá lớn làm trở ngại khi
thi công, không thể dựng cốt thép được.
 Cắt, nối cốt thép có đường kính khác nhau chịu lực ở các nhịp khác nhau.
Có thể dùng cách nối hàn, buộc, hoặc nối bằng ống lồng. 3.5.2.1. Nối hàn:
 Hàn đối đầu: được thực hiện bằng máy hàn chuyên dụng, dùng để nối dài các
thanh thép có  ≥ 10 m.m, tỉ lệ đường kính của 2 thanh không nhỏ hơn 0,85 - tức là:
1/2 ≥ 0,85 (xem hình 3.3a).  1  2 lh a). b). lh Thép c). d). ? ng l?ng ống máng
Hình 3.3
Chương 3. Nguyên lý chung về tính toán và cấu tạo 19
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com) lOMoARcPSD|36477180
Bài giảng: BÊTÔNG CƠ SỞ
 Hàn hồ quang : cho 2 thanh thép tiếp xúc nhau, dùng que hàn hàn chặc 2
thanh thép lại, nếu 2 thanh thép có  ≥ 25 nên bẻ cong thanh thép (như hình 3.3b) trước
khi hàn để đảm bảo 2 thanh thép đồng trục nhau; trong một số trường hợp đặc biệt khi
phải hàn thép tại công trường người ta có thể hàn gián tiếp bằng tấm thép (hình 3.3c)
hoặc bằng ống máng (hình 3.3.d).
 Chiều dài đường hàn lh : có thể xác định bằng tính toán hoặc thực nghiệm để
đảm bảo sao cho khi thử nghiệm kéo thì vị trí thanh thép đứt là ngoài đường hàn, có thể lấy như sau: o lh ≥ 4
- khi hàn có bản thép (hoặc thanh kẹp), hàn 2 phía. o lh ≥ 5
- khi hàn không có bản thép, hàn 2 phía.
o Lấy bằng gấp đôi khi hàn 1 phía.
o Chiều dày đường hàn hh ≥ /4 hoặc 4 m.m.
o Chiều rộng đường hàn ≥ /2 hoặc 10 m.m.
3.5.2.2. Nối buộc (nối chồng) :
Đặt 2 thanh thép sát nhau và buộc lại bằng dây thép mềm (1), có thể không cần
buộc nhưng phải đảm bảo điều kiện thi công và chiều dài đoàn thép chồng vào nhau lan
theo công thức (3.3). Không được nối chồng khi thép có đường kính > 36, không nên
nối chồng trong vùng bêtông chịu kéo.
3.5.2.3. Nối bằng ống lồng (ống nối) :
Đặt đầu 2 thanh thép vào trong ống nối, dùng máy ép chuyên dụng ép chặt ống
nối để liên kết 2 đầu thanh thép bằng ma sát hoặc có thể liên kết bằng ren hay keo dán,
phương pháp nối này cần tuân thủ theo tiêu chuẩn xây dựng TCXD 234 – 1999. Dạng
nối này còn gọi là nối cơ khí, có ưu điểm là ít bị chiếm chỗ do 2 mối thép chồng lên
nhau và thanh thép làm việc liên tục mà không cần truyền lực qua bêtông, xem hình 3.4, 3.5, 3.6.
Hình 3.4. Mối nối chồng chiếm nhiều chỗ
Chương 3. Nguyên lý chung về tính toán và cấu tạo 20
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com) lOMoARcPSD|36477180
Bài giảng: BÊTÔNG CƠ SỞ
Mối nối chồng thép truyền lực vào bêtông, nếu bêtông ngay mối nối vỡ ra
sẽ ảnh hưởng đến
khả năng chịu lực
Hình 3.5. So sánh giữa hai kiểu nối
Hình 3.6. Máy nối thép
Chương 3. Nguyên lý chung về tính toán và cấu tạo 21
Downloaded by Ng?c Di?p ??ng (ngocdiep10012000@gmail.com)