Đồ án môn kết cấu

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

1

-

MỤC LỤC
CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP…………… 5
I.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP……………………… 5
I.1.1. Thực chất của bê tông cốt thép thường (BTCT)………………………………… 5
I.1.2. Thực chất của bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCTƯST). …………………………7
I.2. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN KẾT CẤU BTCT……………………………… 8
I.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO CỦA KẾT CẤU BTCT……… 9
I.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo. ……………………………………………………… 9
I.3.2. Đặc điểm chế tạo …………………………………………………………………12
CHƯƠNG II : TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU ………………………………… 17
II.1. BÊ TÔNG……………………………………………………………………………. 17
II.1.1. Phân loại bê tông…………………………………………………………………17
II.1.1.2. Theo tỷ trọng của bê tông. …………………………………………………… 19
II.1.2. Các tính chất tức thời (ngắn hạn) của bê tông cứng. …………………………….19
II.1.3. Các tính chất dài hạn của bê tông cứng…………………………………………. 22
II. 2. CỐT THÉP………………………………………………………………………… 27
II.2.1. Cốt thép không dự ứng lực (cốt thép thường) ………………………………… 27
II.2.2. Cốt thép dự ứng lực (cốt thép CĐC) …………………………………………….30
CHƯƠNG III: NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO TIÊU CHUẨN 22 TCN 272-05 ……33
III.1. Giới thiệu chung về Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 – 05……………………. 33
III.1.1. Vài nét về Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 18 – 1979………………………… 33
III.1.2. Cơ sở của nội dung Tiêu chuẩn mới 22 TCN 272-05 ………………………… 33

III.2. Quan điểm chung về thiết kế……………………………………………………… 34
III.3. Sự phát triển của quá trình thiết kế ………………………………………………….35
III.3.1. Thiết kế theo ứng suất cho phép - ASD (Allowable Stress Design) ……………35
III.3.2.Thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng LRFD (Load and Resistance Factors
Design) ………………………………………………………………………………….35
III.4. Nguyên tắc cơ bản của tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05……………………. 36
III.4.1. Tổng quát ……………………………………………………………………….36
III.4.2. Các trạng thái giới hạn theo 22 TCN 272-05 ………………………………… 38
III.5. Tải trọng và tổ hợp tải trọng ……………………………………………………… 41
Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

2

-

III.5.1. Phân loại các tải trọng ……………………………………………………… 41
III.5.2. Các tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng tương ứng…………………………… 42
III.5.3. Hoạt tải xe thiết kế ……………………………………………………………43
III. 6. Kết cấu bê tông cốt thép…………………………………………………………. 46
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN KẾT CẤU BTCT THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ
DỤNG VÀ TRẠNG THÁI GIỚI HẠN MỎI…………………………………………… 47
IV.1. TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG. ………………………………………… 47
III.1.2. Khống chế biến dạng (A5.7.3.6) ……………………………………………… 49
IV.1.3. Phân tích ứng suất trong BT, CT của dầm BTCT thường chịu uốn ở TTGHSD 51
IV.1.4. Các giới hạn ứng suất đối với bê tông………………………………………… .57
IV.2. TRẠNG THÁI GIỚI HẠN MỎI ………………………………………………… 63
CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP (BTCT) CHỊU UỐN Ở

TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ (TTGHCĐ) ………………………………… 64
V.1. QUY ĐỊNH VỀ CẤU TẠO………………………………………………………… 64
V.1.1. Cấu tạo của bản, dầm…………………………………………………………… 64
V.1.2. Chiều cao tối thiểu……………………………………………………………… 66
V.1. 3. Chiều rộng bản cánh hữu hiệu…………………………………………………. 67
V.2. ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA DẦM VÀ CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN CHO TRẠNG
THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ……………………………………………………………67
V.2.1. Đặc điểm chịu lực của dầm…………………………………………………… 67
V.2.2. Các giả thiết cơ bản …………………………………………………………… 69
V.2.3. Các giai đoạn của trạng thái us-bd trên tiết diện thẳng góc của dầm BTCT thường
chịu uốn thuần túy ………………………………………………………………………70
V. 3. CÁC GIỚI HẠN VỀ CỐT THÉP………………………………………………… 72
V.3.1. Tính dẻo và lượng cốt thép chịu kéo tối đa …………………………………… 72
V.3.2. Cốt thép chịu kéo tối thiểu……………………………………………………… 73
V.4. TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT, BTCT THƯỜNG CHỊU UỐN THUẦN
TÚY………………………………………………………………………………………. 74
V.4.1. Tiết diện chữ nhật đặt cốt thép đơn…………………………………………… 74
V.4.2. Mặt cắt chữ nhật đặt cốt thép kép………………………………………………. 79
V.5. TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN CHỮ T BTCT THƯỜNG CHỊU UỐN THUẦN TÚY…. 85
V.5.1. Trường hợp trục trung hòa đi qua sườn dầm (c > h
f
) ……………………………86
Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

3

-

V.5.2. Trường hợp trục trung hòa đi qua cánh dầm (c ≤ h
f
)…………………………… 87
V.6. TÍNH TOÁN MẶT CẮT BTCT DƯL CHỊU UỐN THUẦN TÚY………………… 91
V.6.1. Trường hợp cốt thép DƯL có dính bám………………………………………… 91
V.6.2. Trường hợp cốt thép DƯL không dính bám……………………………………. 93
V.7. MẤT MÁT DỰ ÚNG LỰC. …………………………………………………………93
V.7.1. Tổng mất mát ứng suất trước…………………………………………………… 93
V.7.2. Các mất mát ứng suất tức thời 93
V.7.3. Các mất mát ứng suất theo thời gian ……………………………………………95
CHƯƠNGVI : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẮT VÀ XOẮN …………………………… 97
VI.1. MÔ HÌNH CHỐNG VÀ GIẰNG (strut and tie models) ………………………… 97
VI.1.1. Nguyên lý chung và phạm vi áp dụng …………………………………………97
VI.1.2. Phân chia kết cấu thành các vùng B và D: ……………………………………99
VI.1.3. Một số mô hình tiêu biểu. …………………………………………………….102
VI.1.4. Các bộ phận của mô hình chống và giằng : ………………………………… 106
VI.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ, CÁC YÊU CẦU CHUNG ………………….108
VI.2.1. Các phương pháp thiết kế …………………………………………………….108
VI.2.2. Các yêu cầu chung ……………………………………………………………108
VI.3. MÔ HÌNH THIẾT KẾ THEO MẶT CẮT ……………………………………….110
CHƯƠNG VII: CẤU KIỆN CHỊU NÉN ……………………………………………… 120
VII.1. KHÁI NIỆM ………………………………………………………………………120
VII.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO ………………………………………………………… 120
VII.2.1. Mặt cắt ngang…………………………………………………………………120
VII.2.2. Vật liệu……………………………………………………………………… 120
VII.3. PHÂN LOẠI CỘT THEO KHẢ NĂNG CHỊU LỰC…………………………… 123
VII.5. KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA CỘT NGẮN…………………………………… 124
VII.5.1. Cột ngắn chịu nén đúng tâm ………………………………………………….124
VII.5.3. Cột ngắn chịu nén lệch tâm, tiết diện tròn ……………………………………129

VII.6. KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA CỘT DÀI (CỘT MẢNH) ………………………130
VII.6.1. Hệ số điều chỉnh chiều dài hữu hiệu K ………………………………………131
VII.6.3. Trình tự tính toán cột mảnh…………………………………………………. 133

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

4

-

VI.7. CỘT CHỊU NÉN LỆCH TÂM THEO HAI PHƯƠNG………………………… 134
CHƯƠNG VIII:CHI TIẾT CỐT THÉP…………………………………………… 140
VIII.1. CÁC MÓC CỐT THÉP VÀ ĐỘ UỐN CONG……………………………… 140
VIII.1.1. Móc tiêu chuẩn (hình 7.1) …………………………………………………140
VIII.1.2. Đường kính uốn cong tối thiểu…………………………………………… 140
VIII.2. KHOẢNG CÁCH BẢO VỆ CỐT THÉP. …………………………………… 141
VIII.2.1. Lớp bảo vệ…………………………………………………………………141
VIII.2.3. Khoảng cách tối đa……………………………………………………… 145
VIII.3. TRIỂN KHAI CỐT THÉP…………………………………………………… 145
VIII.3.1. Triển khai cốt thép chịu kéo……………………………………………….145

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

5

-


CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP
****************************
I.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP.
I.1.1. Thực chất của bê tông cốt thép thường (BTCT).
- Khái niệm: Bê tông cốt thép là một loại vật liệu xây dựng hỗn hợp do hai vật liệu thành phần
có đặc trưng cơ học khác nhau là bê tông và thép cùng phối hợp chịu lực với nhau một cách

hợp lý và kinh tế.
+ Bê tông là một loại đá nhân tạo, thành phần bao gồm cốt liệu ( đá dăm, sỏi, cát) và
chất kết dính ( xi măng) , nước và phụ gia (nếu có). Bê tông có đặc điểm là khả năng chịu nén
tốt hơn khả năng chịu kéo rất nhiều (10  20 lần).
+ Thép là vật liệu có khả năng chịu kéo và chịu nén đều tốt tương đương nhau.
- Như vậy, việc sử dụng riêng bê tông để làm các cấu kiện chịu lực có phát sinh ứng suất kéo
(cấu kiện chịu kéo, uốn, kéo nén lệch tâm, ) sẽ là không hợp lý.
- Để thấy được sự cộng tác chịu lực giữa bê tông và cốt thép ta xem xét hai thí nghiệm sau:
TTH
P
ct
f
f
cc
TN1:
Vïng chÞu nÐn
Vïng chÞu kÐo
VÕt nøt th¼ng gãc duy nhÊt

Hình 1.1 - Dầm bê tông không cốt thép.
+ Khi tải trọng P trong hình 1.1 tăng dần thì tại vùng chịu kéo (thớ dưới dầm) vết nứt
đầu tiên sẽ xuất hiện tại khu vực giữa dầm (khu vực có M max) khi ứng suất kéo f
ct
 f
ctu
(c =
concrete, t = tensile, u = ultimate), trong khi đó thì ứng suất nén ở thớ trên f
cc
<< f
ccu

(c =
concrete, c = compress).
+ Khi P tiếp tục tăng thì vết nứt đầu tiên đó sẽ càng mở rộng và nâng cao, phần chịu
nén thu hẹp dần cho tới khi dầm bị phá hoại. Sự phá hoại này sẽ xảy ra trong khi các tiết diện
khác của dầm vẫn chưa bị phá hoại (chưa nứt), nên sự phá hoại này là đột ngột (phá hoại
giòn). Đồng thời, ta thấy khi dầm bị phá hoại thì khả năng chịu lực của vật liệu, nhất là khả
năng chịu nén của bê tông vẫn chưa được khai thác hết, khả năng chịu mô men của dầm nhỏ
 không hợp lý.
+ Nếu ta đặt thêm cốt thép dọc vào vùng chịu kéo của dầm như hình 1.2 (ta cũng có
thể dùng một số loại cốt liệu khác như tre nứa, thủy tinh, polime, )  ta được một loại vật
Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

6

-

liệu mới là BTCT (bê tông có cốt). Nghiên cứu thêm ta sẽ thấy, nếu lượng cốt thép đặt vào là
hợp lý thì thì tình hình phá hoại của dầm sẽ không xảy ra đột ngột nữa (phá hoại dẻo) và khả
năng chịu lực của dầm sẽ tăng lên rất nhiều (có thể tới 20 lần). Thật vậy, khi ứng suất kéo lớn
nhất trong dầm f
ct
 f
ctu
, thì vết nứt đầu tiên xuất hiện và mở rộng dần. Tại đó toàn bộ lực kéo
sẽ do cốt thép chịu. Nếu P tiếp tục tăng, thì các tiết diện gần đó cũng sẽ xảy ra tương tự. Sự
phá hoại của dầm sẽ xảy ra khi f
st

 f
stu
và f
cc
 f
ccu
. Như vậy, cường độ của hay khả năng
chịu lực của cả bê tông và cốt thép đều được khai thác hết.
TN2:
cc
f
f
s
P
TTH
AsAs
Vïng chÞu kÐo
Vïng chÞu nÐn
VÕt nøt th¼ng gãc
.As

Hình 1.2 - Dầm bê tông cốt thép.
- Dầm BTCT khai thác hết khả năng chịu nén tốt của bê tông và khả năng chịu kéo tốt của
thép .Nhờ vậy khả năng chịu mô men hay Sức kháng uốn lớn hơn hàng chục lần so với dầm
bê tông có cùng kích thước.
- Trong cấu kiện BTCT, do cốt thép chịu kéo và nén đều tốt, nên nó còn được đặt vào vùng
chịu nén của cấu kiện để gia cường thêm cho bê tông tại vùng đó  cấu kiện sẽ có kích thước
giảm đi, chịu lực khi vận chuyển, lắp ráp được tốt hơn,
- Bê tông và thép có thể kết hợp cùng chịu lực với nhau một cách hợp lý như trên là do những
yếu tố sau:

+ Trên bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và thép có lực dính bám khá lớn, lực dính bám
này giữ cho cốt thép không bị tuột khỏi bê tông khi chịu kéo, nên lực có thể truyền từ bê tông
sang thép và ngược lại. Lực dính bám là yếu tố quan trọng nhất đối với BTCT. Nhờ có lực
dính bám mà cường độ của cốt thép mới được khai thác, bề rộng vết nứt trong vùng kéo mới
được hạn chế. Do vậy, người ta phải tìm mọi cách để tăng cường lực dính bám giữa bê tông
và cốt thép.
+ Giữa bê tông và cốt thép không xảy ra phản ứng hoá học nào mà bê tông còn có tác
dụng bảo vệ cho cốt thép chống lại các tác dụng trực tiếp của môi trường, của các đám
cháy,
+ Hệ số giãn nở dài vì nhiệt của bê tông và cốt thép là xấp xỉ bằng nhau ( bê tông 
c
=
1.10
-5
 1,5.10
-5
/
o
C, thép 
s
= 1,2.10
-5
/
o
C ). Do đó khi nhiệt độ thay đổi trong phạm vi thông
Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

7

-

thường (dưới 100
o
C) thì sự giãn dài vì nhiệt của hai vật liệu này không chênh lệch nhau mấy
 nội ứng suất phát sinh sẽ không đáng kể.
I.1.2. Thực chất của bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCTƯST).
- Ta thấy, BTCT thường (BTCT không DUL) có nhược điểm lớn là vết nứt xuất hiện sớm 
giới hạn chống nứt thấp.
+ Thực nghiệm cho thấy, khi ứng suất kéo trong cốt thép f
st
= 20  30MPa thì lớp bê
tông bao bọc xung quanh cốt thép đã bắt đầu bị rạn nứt. Khi f
ct
= 180  250MPa thì bề rộng
vết nứt khoảng 0,2  0,3mm. Đây cũng là bề rộng vết nứt giới hạn mà các TCTK quy định
(quy định này xuất phát từ các yêu cầu như bảo vệ cho cốt thép khỏi bị ăn mòn do nước hoặc
hơi nước xâm nhập vào, hoặc do điều kiện tâm lý của người sử dụng, )
+ Như vậy, nếu ta sử dụng cốt thép cường độ cao (f
py
= 1000  1600MPa) để chế tạo
BTCT thường thì sẽ không khai thác hết khả năng chịu lực của nó được, vì giới hạn bề rộng
vết nứt cũng chính là giới hạn trị số ứng suất kéo trong cốt thép như ở trên.
+ Việc tăng cường độ BT hoặc sử dụng cốt thép có đường kính nhỏ cũng phần nào
giảm được bề rộng vết nứt, nhưng hiệu quả của nó rất thấp.
+ Hơn nữa, với những cấu kiện yêu cầu có khả năng chống thấm (chống nứt) thì
BTCT thường tỏ ra bất lực. Thực tế cho thấy kết cấu BTCT thường không có khả năng chống
nứt hoặc khả năng chống nứt rất hạn chế.

- Do vậy, để tăng giới hạn chống nứt cho kết cấu BTCT và sử dụng được hợp lý cốt thép CĐC
cũng như bê tông CĐC thì cách tốt nhất là sử dụng BTCT DUL.
+ Khái niệm kết cấu dự ứng lực: Kết cấu dự ứng lực nói chung là loại kết cấu mà khi
chế tạo chúng người ta tạo ra một trạng thái ứng suất ban đầu ngược với trạng thái ứng suất
do tải trọng khi sử dụng nhằm, nhằm hạn chế các yếu tố có hại đến tình hình chịu lực của kết
cấu do tính chất chịu lực kém của vật liệu sinh ra.
+ Với bê tông cốt thép, thì chủ yếu người ta tạo ra ứng suất nén trước cho những vùng
của tiết diện mà sau này dưới tác dụng của tải trọng khi sử dụng sẽ phát sinh ứng suất kéo.
Ứng suất nén trước này có tác dụng làm giảm hoặc triệt tiêu ứng suất kéo do tải trọng khi sử
dụng sinh ra. Nhờ vậy mà cấu kiện sẽ không bị nứt hoặc nứt rất nhỏ.





Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

8

-

+ Để rõ hơn, ví dụ ta xét một dầm giản đơn BTCT DUL chịu tải trọng như hìnhvẽ:
P P
+ = or
Do DUL Do P DULHT DULKHT
t
f

f
c t
f
f
c
f
c
t
f
f
c
Aps
NN
e

Hình 1.3 - Dầm BTCT ứng suất trước
Ta thấy, do sử dụng DUL mà ứng suất kéo trong cấu kiện đã bị triệt tiêu (DUL hoàn toàn)
hoặc ứng suất kéo còn rất nhỏ (DUL không hoàn toàn).
- Ta có thể tạo ra các trạng thái ứng suất ban đầu khác nhau bằng hai cách: Thay đổi vị trí lực
nén trước hoặc thay đổi trị số lực nén trước  Nhờ đó ta có thể thiết kế được kết cấu BTCT
DUL một cách hợp lý và đưa đến khả năng tiết kiệm vật liệu nhất.
- Ưu điểm của kết cấu BTCT DƯL so với BTCT thường hay tác dụng chính của dự ứng lực như
sau:
+ Nâng cao giới hạn chống nứt, do đó có tính chống thấm cao.
+ Cho phép sử dụng hợp lý cốt thép cường độ cao, bê tông cường độ cao dẫn đến giảm
giá thành và kích thước cấu kiện.
+ Độ cứng tăng lên nên độ võng giảm ,vượt được nhịp lớn hơn so với BTCT thường .
+ Chịu tải đổi dấu tốt hơn nên sức kháng mỏi tốt .
+ Nhờ có ứng suất trước mà phạm vi sử dụng của kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép,
phân đoạn mở rộng ra nhiều. Người ta có thể sử dụng biện pháp ứng lực trước để nối các cấu

kiện đúc sẵn của một kết cấu lại với nhau.
- Nhược điểm của kết cấu BTCTDƯL so với BTCT thường :
+ Ứng lực trước không những gây ra ứng suất nén mà còn có thể gây ra ứng suất kéo ở
phía đối diện làm cho bê tông có thể bị nứt .
+ Chế tạo phức tạp hơn yêu cầu kiểm soát chặt chẽ về kỹ thuật để có thể đạt chất lượng
như thiết kế đề ra.
I.2. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN KẾT CẤU BTCT.
Tham khảo các tài liệu khác ( Cầu bê tông cốt thép nhịp giản đơn – GS.TS Nguyễn Viết
Trung)


Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

9

-


I.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO CỦA KẾT CẤU BTCT.
I.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo.
Trong bê tông cốt thép, giải quyết vấn đề cấu tạo sao cho hợp lý là rất quan trọng.
Hợp lý về mặt chọn vật liệu (Mác bê tông hay cấp bê tông, nhóm thép hay loại thép), hợp lý
về chọn dạng tiết diện và kích thước tiết diện, hợp lý về việc bố trí cốt thép để có thể đồng
thời đáp ứng được sự chịu lực cục bộ của các bộ phận kết cấu chưa được xem xét đầy đủ
trong tính toán như tính không liên tục của kết cấu, vị trí đặt tải trọng tập trung, Giải quyết
các liên kết giữa các bộ phận, chọn giải pháp bảo vệ kết cấu chống xâm thực, có thể thi công
được (tính khả thi),

a. Kết cấu bê tông cốt thép thường.
Cốt thép được đặt vào trong cấu kiện bê tông cốt thép thường bao gồm: cốt thép chịu
ứng suất kéo, chịu ứng suất nén, để định vị các cốt thép khác và cốt thép cấu tạo khác. Số
lượng cốt thép do tính toán định ra, nhưng nó cũng phải thoả mãn các yêu cầu cấu tạo.
 Cốt thép chịu ứng suất kéo do nhiều nguyên nhân gây ra như: Mô men uốn, lực cắt,
lực dọc trục, mô men xoắn , tải cục bộ.
- Cốt thép chịu kéo do mômen uốn gây ra đó là các cốt thép dọc chủ đặt ở vùng chịu kéo của
cấu kiện, chúng được đặt theo biểu đồ M trong cấu kiện và đặt càng xa trục trung hoà càng tốt
.
wL /8
2
w
M
a)
c)
b)
M
wL /2
w
L
2
Cèt thÐp däc chÞu kÐo do M Cèt thÐp däc chÞu kÐo do M
L
w
M

Hình 1.4 - Biểu đồ mô men và cách đặt cốt thép
Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

10

-

- Cốt thép chịu kéo do lực cắt gây ra đó là các cốt thép đai (cốt ngang) hoặc cốt thép xiên,
chúng được đặt theo sự xuất hiện của biểu đồ lực cắt V trong cấu kiện. Đối với cấu kiện chịu
uốn, ngoài cốt thép dọc chịu kéo, do ảnh hường của lực cắt mà các tiết diện nghiêng gần gối
hoặc nơi có ứng suất tập trung sẽ xuất hiện ứng suất kéo chủ lớn  ta phải đặt cốt thép đai
hoặc cốt thép xiên để chịu ứng suất kéo này.
A
A
Cèt thÐp däc chÞu kÐo
Cèt thÐp däc chÞu nÐn
Cèt thÐp xiªn Cèt thÐp ®ai
A-A
A's
As

Hình 1.5 - Sơ đồ bố trí cốt thép trong dầm
 Cốt thép chịu ứng suất nén: Đó là các cốt dọc chịu nén trong dầm, cột. Các cốt thép
này cùng tham gia chịu nén với bê tông.
 Cốt thép định vị các cốt thép khác trong thi công.
 Cốt thép kiểm soát nứt bề mặt phân bố gần bề mặt cấu kiện làm nhiệm vụ chịu ứng
suất do co ngót, thay đổi nhiệt độ, các cốt dọc và cốt thép ngang là một phần của cốt
thép kiểm soát nứt bề mặt.
Chú ý:
+ Trong cấu kiện chịu uốn khi chỉ có cốt dọc chịu kéo thì được gọi là tiết diện đặt cốt
thép đơn, còn khi có cả cốt thép dọc chịu kéo và cốt dọc chịu nén thì được gọi là tiết diện đặt

cốt kép.
+ Sơ đồ bố trí cốt thép trong cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn, chịu kéo lệch tâm lớn gần
giống như trong cấu kiện chịu uốn .
- Trong cấu kiện chỉ chịu lực dọc trục trên tiết diện các cốt thép dọc thường được bố trí đối
xứng với trục dọc của cấu kiện.
- Kích thước tiết diện do tính toán định ra nhưng phải thoả mãn các yêu cầu cấu tạo, kiến trúc,
khả năng bố trí cốt thép và kỹ thuật thi công. Ngoài ra cần phải chú ý đến quy định về bề dày
lớp bê tông bảo vệ cốt thép, khoảng cách trống giữa các cốt thép. Các quy định này được quy
định trong các tiêu chuẩn ngành.
- Hình dạng tiết diện phụ thuộc vào TTUS của tiết diện khi chịu tải trọng:
+ Trong cấu kiện chịu kéo, nén đúng tâm tiết diện thường có dạng đối xứng như:
Vuông, tròn, vành khăn, đa giác,
Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

11

-

+ Trong cấu kiện chịu uốn, kéo nén lệch tâm tiết diện thường có dạng hình chữ nhật,
chữ T, thang, hộp, (sao cho bê tông được mở rộng thêm ra ở vùng chịu nén để tận dụng tốt
khả năng chịu nén tốt của nó hoặc đưa vật liệu ra xa trục trung hòa hơn).
b. Kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực
- Trong cấu kiện BTCTDƯL cốt thép gồm hai loại: Cốt thép thường (hay cốt thép không kéo
căng) và cốt thép Dự ứng lực (cốt thép kéo căng). Cốt thép thường làm nhiệm vụ và được bố
trí giống như cấu kiện bê tông cốt thép thường. Cốt thép DƯL có nhiệm vụ tạo ra ứng suất
nén trước trong bê tông để làm giảm hoặc triệt tiêu ứng suất kéo sinh ra do tải trọng. Do đó,
cốt thép DUL được bố trí theo nguyên tắc sau:

+ Trong cấu kiện chịu nén đúng tâm, cốt thép kéo căng sẽ là các cốt thép đai. Trong một
số trường hợp người ta kéo căng cả cốt thép dọc để chịu tải trọng trong giai đoạn vận chuyển
và lắp ráp.
+ Trong cấu kiện chịu kéo đúng tâm, cốt thép kéo căng sẽ là các cốt thép dọc.
+ Trong cấu kiện chịu uốn, kéo nén lệch tâm thì cốt thép kép căng bao gồm cả cốt thép
dọc và cốt thép đai.
- Cốt thép dự ứng lực có thể đặt theo đường thẳng, cong, gãy khúc hoặc kết hợp. Ví dụ:
a) b)
d)c)


Hình 1.6 - Sơ đồ bố trí cốt thép DƯL
+ Cốt thép đặt theo đường cong phức tạp hơn, nhưng nó có ưu điểm là làm việc thay
cho cốt thép xiên làm cho dầm chịu lực cắt tốt hơn. Ngoài ra nó còn tạo ra khoảng cách trống
giữa các đầu cốt thép lớn hơn tạo điều kiện thuận lợi cho việc bố trí các neo liên kết, và giảm
sự tập trung ứng suất tại đầu dầm.
- Tại vị trí đầu neo có lực tập trung lớn hoặc cốt thép chỗ uốn cong thường có nội lực tiếp
tuyến lớn nên ta cần đặt cốt thép gia cường cho bê tông tại đó hoặc đặt các bản đệm dưới neo.
- Cốt thép kéo căng có thể đặt bên trong (DUL trong) hoặc đặt bên ngoài tiết diện (DUL
ngoài).
B mụn kt cu i hc giao thụng vn ti
Nguyn ng im Bi ging KCBTCT

-

12

-

a)

Lới thép gia cờng
Neo
Bản đệm ống tạo lỗ
Cốt thép DUL đặt trong Cốt thép DUL đặt ngoài
b) c)

Hỡnh 1.7 - Cỏch b trớ ct thộp DL
I.3.2. c im ch to
* Phõn loi Kt cu BTCT theo phng phỏp thi cụng:
1. Kt cu BTCT ton khi: L loi kt cu BTCT c thi cụng ti hin trng theo cỏc
bc :
+ Lp dng vỏn khuụn v ct thộp ti hin trng;
+ bờ tụng vo trong vỏn khuụn thnh tng lp v m lốn;
+ Bo dng bờ tụng, thỏo d vỏn khuụn v hon thin.
u im: Kt cu ton khi, khụng cú mi ni cỏc thnh phn trong kt cu cựng lm vic
vi nhau mt cỏch cht ch.
Khuyt im: Tn giỏo vỏn khuụn, tn thi gian ch bo dng BT, khú kim soỏt cht
lng do iu kin lm vic ti hin trng.
2. Kt cu BTCT lp ghộp: L kt cu BTCT m phn ln cỏc cu kin c ch to sn
trong nh mỏy, sau ú tr ra hin trng lp ghộp li vi nhau.
u im: C gii húa c quỏ trỡnh sn sut, tn dng vỏn khuụn c nhiu ln, thi gian
thi cụng nhanh hn, kim soỏt c cht lngj cu kin tt hn.
Khuyt im: Xut hin nhiu mi ni kt cu lm vic khụng gian hay tng th kộm hn.
3.Kt cu BTCT bỏn lp ghộp: L loi kt cu kt hp gia kt cu ton khi v lp ghộp.
Khi ú, trong nhiu trng hp ta thng ly luụn phn lp ghộp lm vỏn khuụn cho phn
ti ch.

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

13

-


Ví dụ về các loại kết cấu BTCT theo phương pháp thi công:
a) Toµn khèi
b) L¾p ghÐp
c) B¸n l¾p ghÐp

Hình 1.8 - Các biện pháp thi công kết cấu BTCT điển hình
a. Phân loại Kết cấu BTCT theo trạng thái ứng suất khi chế tạo: 2 loại
Bê tông cốt thép thường (kết cấu BTCT): Là loại kết cấu mà khi chế tạo, cốt thép ở trạng
thái không có ứng suất. Ngoài nội ứng suất do co ngót và giãn nở nhiệt, trong BT và CT chỉ
xuất hiện ứng suất khi có tải trọng sử dụng tác dụng (kể cả trọng lượng bản thân).
Bê tông cốt thép dự ứng lực (bê tông cốt thép ứng suất trước): Là loại kết cấu mà khi chế
tạo người ta căng trước cốt thép để tạo ứng suất nén trước cho những vùng của tiết diện mà
sau này dưới tác dụng của tải trọng khi sử dụng sẽ phát sinh ứng suất kéo. Ứng suất nén trước
này có tác dụng làm giảm hoặc triệt tiêu ứng suất kéo do tải trọng khi sử dụng sinh ra. Nhờ
vậy, ta có thể nâng cao khả năng chịu lực, khả năng chống nứt, của kết cấu.
b. Phân loại Kết cấu BTCT DƯL theo phương pháp tạo dự ứng lực: 2 loại
 Kết cấu BTCT DƯL thi công kéo trước (phương pháp căng cốt thép trên bệ)

B1: Lắp đặt cốt thép CĐC vào ván khuôn và liên kết với bệ kéo đặt biệt;
B2: Kéo căng côt thép CĐC đến trị số thiết kế và đổ bê tông cấu kiện;
B3: Khi bê tông đã đông cứng đủ cường độ yêu cầu, ta buông cốt thép ra khỏi bệ
kéo. Cốt thép sẽ có xu hướng co lại chiều dài ban đầu và do có sự dính bám giữa BT
và Ct  tạo lực nén trước vào BT.

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

14

-

B1)
Cèt thÐp C§C
BÖ kÐo
B2)
Bª t«ng
B3)
Bª t«ng
®Æc biÖt

Hình 1.9 - Sơ đồ phương pháp thi công kéo trước
Để tăng thêm dính bám giữa bê tông và cốt thép DƯL người ta thường dùng cốt thép
DƯL là cốt thép có gờ, hoặc cốt thép DUL dưới dạng tao, hoặc tạo các mấu neo đặc biệt ở hai
đầu.
Phạm vi áp dụng: PP này thường dùng khi cốt thép kéo căng đặt theo đường thẳng
hơặc gãy khúc và với những cấu kiện nhỏ và vừa. Do đó PP này đặc biệt hiệu quả với các cấu

kiện sản xuất hàng loạt trong nhà máy.
 Kết cấu BTCT DƯL thi công kéo sau (phương pháp căng cốt thép trên bê tông)
B1: Lắp đặt ván khuôn, cốt thép thường và các ống tạo lỗ (thường làm bằng tôn lượn
sóng mạ kẽm). ống tạo lỗ có thể được đặt theo đường thẳng hoặc đường cong tùy thuộc vào
mục đích chịu lực của cấu kiện.
B2: Đổ BT cấu kiện và bảo dưỡng.
B3: Khi bê tông đã đạt đến cường độ yêu cầu, ta luồn cốt thép CĐC vào các lỗ tạo
trước, dùng kích kéo căng cốt thép CĐC trên bê tông đến trị số thiết kế.
B4: Đóng neo và buông kích, bơm vữa xi măng lấp đầy khoảng tróng giữa cốt thép
CĐC và ống tạo lỗ để tạo dính bám giữa BT và CT cũng như chống gỉ cho cốt thép CĐC.
Cũng có trường hợp cốt thép CĐC được bảo vệ trong ống tạo lỗ bằng mỡ chống gỉ, trường
hợp này được gọi là cấu kiện DƯL không dính bám.
Phương pháp này luôn phải có neo, khi kéo căng từ một đầu thì đầu kia gọi là neo chết
(neo cố định trước trong bê tông)
Phạm vi áp dụng: PP này thường được áp dụng các kết cấu lớn như kết cấu cầu và thi
công tại công trường. Ưu điểm của PP là có thể kéo căng cốt thép CĐC theo đường cong của
ống tạo lỗ đã đặt trước.
Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

15

-


èng t¹o lç
B1)
B2)

Bª t«ng
Cèt thÐp C§C
B3)
B4)
Cèt thÐp C§C


Hình 1.10 - Sơ đồ phương pháp thi công kéo sau















Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

16

-

Một vài hình ảnh về kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực

















Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

17

-

CHƯƠNG II : TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU
*****************************
II.1. BÊ TÔNG.
II.1.1. Phân loại bê tông.
II.1.1.1. Theo thành phần của bê tông tươi (hỗn hợp bê tông)
- Bê tông là một loại đá nhân tạo được tạo thành từ các vật liệu thành phần, bao gồm: đá dăm, sỏi
(cốt liệu lớn); cát (cốt liệu nhỏ); xi măng (chất kết dính), nước và phụ gia (nếu có). Các vật liệu
này sau khi nhào trộn đều với nhau sẽ đông cứng và có hình dạng theo khuôn đúc. Tỷ lệ của các
vật liệu thành phần trong hỗn hợp sẽ có ảnh hưởng đến thuộc tính của bê tông sau khi đông cứng
(bê tông). Trong phần lớn các trường hợp, người kỹ sư cầu sẽ chọn cấp bê tông cụ thể từ một loạt
hỗn hợp thiết kế thử, trên cơ sở cường độ chịu nén mong muốn ở tuổi 28 ngày,
c
f

. Đặc trưng
tiêu biểu đối với các cấp bê tông khác nhau được cho trong bảng 2.1 như sau:
Bảng 2.1 - Các đặc trưng trộn của bê tông theo cấp
Lượng xi
măng tối
thiểu
Tỉ lệ
nước/xi
măng lớn
nhất
Độ chứa khí
Kích thước cốt liệu
theo AASHTO M43
Cường độ
chịu nén 28
ngày

Cấp bê
tông
kg/m
3
kg/kg %
Kích thước lỗ vuông
sàng (mm)
MPa
A
A (AE)
B
B (AE)
C
C (CE)
P

S
362
362
307
307
390
390
334

390
0,49
0,45
0,58
0,55

0,49
0,45
0,49

0.58

-
6,0  1,5
5,0  1,5
-
7,0  1,5
-
Quy định
riêng
Quy định
riêng
25 đến 4,75
25 đến 4,75
50 đến 4,75
50 đến 4,75
12,5 đến 4,75
12,5 đến 4,75
25 đến 4,75 hoặc 19
đến 4,75
25 đến 4,75
28
28
17
17
28

28
Quy định
riêng
Quy định
riêng
Tỉ trọng
thấp
334 Như quy định trong hồ sơ hợp đồng

 Cấp bê tông A nói chung được sử dụng đối với tất cả các cấu kiện của kết cấu và đặc biệt
đối với bê tông làm việc trong môi trường nước mặn.
Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

18

-

 Cấp bê tông B được sử dụng trong móng, bệ móng, thân trụ và tường chịu lực.
 Cấp bê tông C được sử dụng trong các chi tiết có bề dày dưới 100 mm như tay vịn cầu
thang và các bản sàn đặt lưới thép.
 Cấp bê tông P được sử dụng khi cường độ được yêu cầu lớn hơn 28 MPa. Đối với bê tông
dự ứng lực, phải chú ý rằng, kích thước cốt liệu không được lớn hơn 20 mm.
 Bê tông loại S được dùng cho bê tông đổ dưới nước bịt đáy chống thấm nước trong các khung
vây.
Tỉ lệ nước/xi măng (W/C) theo trọng lượng là thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến
cường độ bê tông. Tỉ lệ W/C càng gần mức tối thiểu thì cường độ càng lớn. Hiển nhiên là, đối
với một lượng nước đã cho trong hỗn hợp, việc tăng hàm lượng xi măng sẽ làm tăng cường độ

bê tông. Đối với mỗi cấp bê tông đều có quy định rõ lượng xi măng tối thiểu tính bằng kG/m
3
.
Khi tăng lượng xi măng trên mức tối thiểu này, có thể tăng lượng nước và vẫn giữ nguyên tỉ
lệ W/C. Sự tăng lượng nước có thể không tốt vì lượng nước thừa, không cần thiết cho phản
ứng hoá học với xi măng và và làm ướt bề mặt cốt liệu, khi bốc hơi sẽ gây ra hiện tượng co
ngót, làm bê tông kém đặc chắc. Do vậy, Tiêu chuẩn quy định lượng xi măng tối đa là 475
kG/m
3
để hạn chế lượng nước của hỗn hợp.
Bê tông AE (bê tông bọt) phát huy được độ bền lâu dài khi làm việc trong các môi trường
lạnh. Bê tông bọt được chế tạo bằng cách thêm vào hỗn hợp một phụ gia dẻo để tạo ra sự phân
bố đều các lỗ rỗng rất nhỏ. Sự phân bố đều các lỗ rông nhỏ này trong bê tông tránh hình thành
các lỗ rỗng lớn và cắt đứt đường mao dẫn từ mặt ngoài vào cốt thép.
Để đạt được chất lượng của bê tông là độ bền lâu dài và chịu lực tốt, cần phải hạn chế hàm
lượng nước. Nhưng nước làm tăng độ lưu động của hỗn hợp bê tông, đặc biệt làm cho bê tông
đẽ đức trong khuôn. Để cải thiện tính công tác của hỗn hợp bê tông mà không phải tăng lượng
nước, người ta đưa vào các phụ gia hoá học. Các phụ gia này được gọi là phụ gia giảm nước
mạnh (phụ gia siêu dẻo), rất có hiệu quả trong việc cải thiện thuộc tính của cả bê tông ướt và
bê tông đã đông rắn. Các phụ gia này phải được sử dụng rất thận trọng và nhất thiết phải có
chỉ dẫn của nhà sản xuất vì chúng có thể có những ảnh hưởng không mong muốn như làm rút
ngắn thời gian đông kết. Vì vậy trước khi sử dụng cần làm các thí nghiệm để xác minh chất
lượng của cả bê tông ướt lẫn bê tông cứng.
Trong vài năm gần đây, người ta đã chế tạo được bê tông có cường độ rất cao, cường độ
chịu nén có thể tới 200MPa. Mấu chốt của việc đạt cường độ này cũng như độ chắc chắn là
đảm bảo cấp phối tốt nhất, sao cho tất cả các lỗ rỗng đều được lấp đầy bằng các hạt mịn cho
đến khi không còn lỗ rỗng nữa. Trước đây người ta chỉ chú ý tới cấp phối tốt nhất của cốt liệu
Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

19

-

lớn và cốt liệu nhỏ là đá và cát. Việc lấp đầy các khe hở giữa các hạt nhỏ có thể là các hạt xi
măng Poóc lăng, mà sau này phản ứng với nước sẽ tạo lực dính và gắn kết thành khối. Trong
bê tông CĐC và rất cao, người ta còn tiến thêm một bước nữa là chèn thêm vào khe hở giữa
các hạt xi măng Poóc lăng. Các loại vật liệu mịn để chèn này có thể là đất Puzolan hạt nhỏ, tro
bay, muội silíc, Chúng có thể thay thế một phần cho XM và vẫn giữ nguyên lượng XM tối
thiểu và tỉ lệ W/C.
II.1.1.2. Theo tỷ trọng của bê tông.
Theo tỷ trọng, bê tông được phân thành
- Bê tông tỷ trọng thường: Là BT có tỷ trọng trong khoảng 2150  2500kG/m
3
.
- Bê tông tỷ trọng thấp: Là BT có chứa cấp phối nhẹ và có tỷ trọng khi khô không vượt quá
1925kG/m
3
.
II.1.2. Các tính chất tức thời (ngắn hạn) của bê tông cứng.
Các tính chất của bê tông xác định từ thí nghiệm phản ánh sự làm việc ngắn hạn khi
chịu tải vì các thí nghiệm này thường được thực hiện trong vòng vài phút, khác với tải trọng
tác dụng lên công trình có thể kéo dài hàng tháng, thậm chí hàng năm. Các thuộc tính ngắn
hạn này rất hữu dụng trong đánh giá chất lượng của bê tông và sự làm việc chịu lực ngắn hạn
như dưới hoạt tải xe cộ, gió, động đất, Tuy nhiên, những thuộc tính này phải được điều
chỉnh khi chúng được sử dụng để đánh giá sự làm việc dưới tải trọng tác dụng kéo dài
(thường xuyên) như trọng lượng bản thân của dầm, lớp phủ mặt cầu, lan can,
II.1.2.1. Cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi.

- Cường độ chịu nén của bê tông được xác định bằng thí nghiệm nén dọc trục phá hoại mẫu
trụ tròn có kích thước (hxd). Ký hiệu cường độ chịu nén của bê tông là f
c
, ta có:
4
/
2
maxmax
d
P
A
P
f
c


- Cường độ chịu nén của bê tông khi được thí nghiệm trong điều kiện tiêu chuẩn quy định
(tuổi bêtông là 28 ngày; mẫu trụ tròn có kích thước (hxd) = (300x150)mm, bảo dưỡng ở điều
kiện tiêu chuẩn (bảo dưỡng ẩm, ); lực nén dọc trục không kiềm chế) được gọi là cường độ
chịu nén quy định hay cường độ chịu nén thiết kế của bê tông, ký hiệu là f'
c
. Bêtông có f'
c

càng lớn thì chất lượng càng tốt và ngược lại.
- Hình 2.1 biểu diễn đường cong ứng suất-biến dạng điển hình của mẫu thử hình trụ khi chịu
nén dọc trục không có kiềm chế (không có cản trở biến dạng ngang).
Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

20

-


Hình 2.1 - Đường cong ứng suất-biến dạng parabol điển hình đối với bê tông chịu nén
không có kiềm chế
- Biến dạng tại đỉnh ứng suất nén
c
f

là '
c
 0,002 và biến dạng có thể lớn nhất 
cu
 0,003.
Một quan hệ đơn giản đối với bê tông có cường độ nhỏ hơn 40 MPa được đưa ra dưới một
hàm bậc hai như sau:
2
2
 
 
 
   

 
 
   

 
 
   
 
c c
c c
c c
f f
(2.1)
Trong đó:
f
c
= là cường độ chịu nén tương ứng với độ biến dạng

c
,

c
f

= là ứng suất lớn nhất từ thí nghiệm khối trụ

c


= là độ biến dạng ứng với ứng suất
c
f

.

Quy ước dấu ở đây là ứng suất nén và biến dạng nén mang giá trị âm.
- Mô đun đàn hồi của bê tông theo TC 05 độ nghiêng của đường thẳng đi từ gốc toạ độ qua
điểm của đường cong us-bd có ứng suất bằng 0,4
c
f

. Khi bê tông có tỷ trọng từ 1440 
2500kG/m
3
, thì E
c
có thể được xác định theo công thức sau:
1,5
0,043. .



c c c
E f
(MPa)

(2.2)
Trong đó:


c
= Tỷ trọng của bê tông (kG/m
3
)
c

f

= Cường độ chịu nén quy định của bê tông (MPa).
- TC 05 quy định (A5.4.2.1), cường độ chịu nén quy định ở tuổi 28 ngày (f'
c
) tối thiểu là 16
MPa được khuyến cáo đối với tất cả các bộ phận của kết cấu và cường độ chịu nén tối đa
Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

21

-

được quy định là 70 MPa, trừ khi có những thí nghiệm bổ sung. Các bản mặt cầu và BTCT
DUL thì f'
c
ít nhất là 28 MPa.
II.1.2.2. Cường độ chịu kéo.
Cường độ chịu kéo của bê tông có thể được đo trực tiếp hoặc gián tiếp. Thí nghiệm kéo
trực tiếp [hình 2.2(a)] được sử dụng để xác định cường độ nứt của bê tông, đòi hỏi phải có thiết
bị đặc biệt (chuyên dụng). Thông thường, người ta tiến hành các thí nghiệm gián tiếp như thí
nghiệm uốn phá hoại dầm và thí nghiệm ép chẻ khối trụ. Các thí nghiệm này được mô tả trên
hình 2.2.

Hình 2.2 - Thí nghiệm kéo bê tông trực tiếp và gián tiếp
a) Thí nghiệm kéo trực tiếp
b) Thí nghiệm phá hoại dầm

c) Thí nghiệm chẻ khối trụ
- Thí nghiệm uốn phá hoại dầm [hình 2.2(b)] đo cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông với
một dầm bê tông giản đơn chịu lực như trên hình vẽ. Ứng suất kéo lớn nhất ở đáy dầm khi
phá hoại gọi là ứng suất kéo uốn giới hạn, được ký hiệu là f
r
. TC 05 đưa ra các công thức xác
định f
r
như sau:
+ Đối với bê tông tỷ trọng thông thường
,
.63,0
cr
ff  (2.3)
+ Đối với bê tông cát tỷ trọng thấp
,
.52,0
cr
ff 

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

22

-

+ Đối với bê tông tỷ trọng thấp các loại

,
.45,0
cr
ff 
- Trong thí nghiệm ép chẻ khối trụ [hình 2.2(c)], khối trụ tiêu chuẩn được đặt nằm và chịu tải
trọng đường phân bố đều. Ứng suất kéo gần như phân bố đều xuất hiện vuông góc với ứng
suất nén sinh ra do tải trọng thẳng đứng. Khi các ứng suất kéo này đạt tới giới hạn cường độ,
khối trụ bị chẻ làm đôi dọc theo mặt chịu tải. Theo một lý thuyết về sự làm việc đàn hồi
(Timoshenko và Goodier, 1951), công thức tính ứng suất kéo chẻ f
sp
được đưa ra như sau:
2 /


cr
sp
P L
f
D
(2.4)
trong đó P
cr
là toàn bộ tải trọng gây chẻ khối trụ, L là chiều dài của khối trụ và D là đường
kính của khối trụ.
- Cả hai giá trị ứng suất kéo uốn (f
r
) và ứng suất kéo chẻ (f
sp
) đều được xác định lớn hơn so
với ứng suất kéo dọc trục (f

cr
) được xác định trong thí nghiệm kéo trực tiếp [hình 2.2(a)]. Các
tác giả Collins và Mitchell (1991) và Hsu (1993) đưa ra công thức xác định cường độ chịu
kéo trực tiếp f
cr
như sau:
0,33.


cr c
f f
(2.5)
- Tuy nhiên, khả năng chịu kéo của bê tông thường được bỏ qua trong tính toán cường độ các
cấu kiện BTCT vì cường độ chịu kéo của bê tông rất nhỏ.
- Mô đun đàn hồi của bê tông khi chịu kéo có thể được lấy như khi chịu nén.
II.1.3. Các tính chất dài hạn của bê tông cứng.
II.1.3.1. Cường độ chịu nén của bê tông theo thời gian.
- Tính chất của BT được đặc trưng bởi cường độ chịu nén quy định ở tuổi 28 ngày (f'
c
). Tuy
nhiên trong một số trường hợp, như đối với BTCT DUL thì ta cần phải biết cường độ chịu nén
f
ci
và E
ci
của BT ở thời điểm căng cốt thép DUL, cũng như ở các thời điểm khác trong lịch sử
chịu tải của kết cấu.
- Thông thường, cường độ chịu nén của BT có xu hướng tăng theo thời gian và phụ thuộc vào
nhiều tham số như loại XM, điều kiện bảo dưỡng, Có các phương pháp không phá huỷ để
xác định cường độ chịu nén, thường bằng con đường gián tiếp thông qua việc xác định trước

hết mô đun đàn hồi rồi tính ngược trở lại để tìm cường độ chịu nén. Theo một phương pháp
khác, người ta đo độ nảy lên của một viên bi bằng thép, viên bi này đã được định kích thước
dựa vào độ nảy trên bê tông đã biết cường độ chịu nén. Hiệp hội quốc tế BTCT DUL (FIP)
kiến nghị xác định cường độ chịu nén của BT theo thời gian theo biểu đồ có dạng như sau:
Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

23

-

0,0
0,5
1,0
1,5
3 7 14 28 56 90 180 360 t (n g µy )
c
f /f'
c
BTXM PL t h  ê n g BTXM PL ®« n g c øn g n han h


+ Theo Branson (1977) thì biểu thức xác định cường độ chịu nén của BT theo thời gian có
dạng như sau:
,
.
.
cci

f
t
t
f



Trong đó:
t = thời gian tính theo ngày;
,  = là hệ số phụ thuộc vào loại XM và điều kiện bảo dưỡng. Đối với XM loại I, điều kiện
bảo dưỡng ẩm thì  = 4,0;  = 0,85. Khi đó:
,
.
.85,00,4
cci
f
t
t
f


- Tiêu chuẩn ASTM (C150) quy định có 5 lọai XM cơ bản được sản xuất như sau:
+ XM loại I: Là loại chuẩn, được sử dụng trong các công trình bình thường, nơi không cần
phải có các thuộc tính đặc biệt.
+ Loại II: Là loại đã được biến đổi, nhiệt thủy hóa thấp hơn laọi I, loại này thường được sử
dụng ở nơi chịu ảnh hưởng vừa phải của sự ăn mòn do sunfat hoặc ở nơi mong muốn có nhiệt
thủy hóa vừa phải.
+ Loại III: Là loại có CĐC sớm, được sử dụng khi mong muốn BT đạt CĐC sớm, nhiệt thủy
hóa cao hơn nhiều so với laọi I.
+ loại IV: Là loại tỏa nhiệt thấp, được sử dụng trong các đập BT khối lớn và các kết cấu khác

mà nhiệt thủy hóa giảm chậm.
+ Loại V: là loại chịu được sunfat, thường được sử dụng trong các đế móng, tường hầm, cống
rãnh, , nơi tiếp xúc với đất chứa sunfat.
II.1.3.2. Co ngót của bê tông
- KN: Co ngót của bê tông là hiện tượng giảm thể tích dưới nhiệt độ không đổi do hơi nước
bốc hơi khi bê tông đã đông cứng.
- Co ngót thay đổi theo thời gian và nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: hàm lượng nước của
bê tông tươi, vào loại xi măng và cốt liệu được sử dụng, vào điều kiện môi trường (nhiệt độ,
độ ẩm và tốc độ gió) tại thời điểm đổ bê tông, vào quá trình bảo dưỡng, vào lượng cốt thép và
vào tỉ số giữa thể tích và diện tích bề mặt cấu kiện.
Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

24

-

- Có hai loại co ngót cơ bản:
+ Co ngót dẻo: Là loạico ngót xuất hiện trong vòng ít giời đầu tiên sau khi đúc BT
tươi trong ván khuôn. ở giai đoạn này do phần bề mặt khối bê tông co ngót nhanh hơn và
cường độ BT cờn nhỏ  thường gây ra các vết nứt bề mặt có dạng chân chim. Do đó, để hạn
chế các vết nứt bề mặt này người ta thường chú ý bảo dưỡng tốt hơn trong những ngày đầu
bảo dưỡng bê tông.
+ Co ngót khô: Là loại co ngót xuất hiện sau khi BT đã hoàn toàn ninh kết và các phản
ứng thủy hóa đã hoàn thành.
- Trường hợp BT nằm trong môi trường ẩm ướt và BT chưa bão hòa nước thì nước sẽ thấm
vào BT làm tăng thể tích BT  gọi là hiện tượng nở ướt. Khi BT đã hoàn toàn bão hòa nước
thì sẽ không xảy ra hiện tượng nở ướt.

- Co ngót là một quá trình rất phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố. TC 05 đưa ra công thức
kinh nghiệm để tính biến dạng do co ngót (Trường hợp bảo dưỡng ẩm và cốt liệu không co
ngót) như sau:
3
. . .0,51.10
35
sh s h
t
k k
t


 
 
 

 
(2.6)
Trong đó:
t = là thời gian khô tính bằng ngày,
k
s
= là một hệ số kích thước được tra từ hình 2.3,
k
h
= là hệ số độ ẩm được lấy theo bảng 2.2.

Hình 2.3 - Hệ số k
s
đối với tỉ số thể tích/diện tích bề mặt

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải
Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

-

25

-


Bảng 2.2 - Hệ số k
h
đối với độ ẩm tương đối H
Độ ẩm tương đối
trung bình của môi
trường H (%)
k
h
40
50
60
70
80
90
100

1,43
1,29
1,14
1,00
0,86
0,43
0,00
1.3.3. Từ biến của bê tông
- Từ biến của BT là hiện tượng tăng biến dạng theo thời gian khi tải trọng không đổi.
- Tải trọng không đổi là tải trọng tác dụng lâu dài - dài hạn - thường xuyên lên kết cấu. Ví dụ
độ võng của dầm, biến dạng dọc trục trong cột tăng theo thời gian khi chúng chịu tác dụng
của tải trọng thường xuyên tác dụng lên như trọng lượng bản thân, trọng lượng kết cấu bên
trên, Trong dầm BTCT DUL, dưới tác dụng dài lâu của UST làm cho BT bị co lại theo thời
gian  làm mất mát ứng suất trong cốt thép DUL.
- Sự thay đổi biến dạng theo thời gian cũng phụ thuộc vào các nhân tố có ảnh hưởng đối với
biến dạng co ngót, ngoài ra còn phải kể đến độ lớn và khoảng thời gian tồn tại của ứng suất
nén, cường độ chịu nén của bê tông và tuổi của bê tông khi bắt đầu chịu tải trọng dài hạn.
- Từ biến của bê tông là một quá trình phức tạp, TC 05 đưa ra công thức kinh nghiệm xác
định biến dạng do từ biến như sau:




 
 
, , .
CR i i ci
t t t t (2.7)
Trong đó:
t = là tuổi của bê tông tính bằng ngày kể từ thời điểm đổ bê tông;

t
i
= là tuổi của bê tông tính bằng ngày kể từ khi tải trọng thường xuyên tác
dụng.
(t, ti) = hệ số từ biến, được xác định như sau:
 
 
 

 

 
 
  
 
 
 
 
 
0,6
0,118
0,6
, 3,5 1,58
120
10
i
i c f i
i
t t
H

t t k k t
t t
(2.8)
Trong đó: