chương 8 kết cấu bê tông cốt thép

126
7.8. cột chịu nén Cột có cốt thép cứng
7.8.1.Đặc điểm cấu tạo.


Năm 1963 loại cột có cốt thép cứng đợc sử dụng đầu tiên trong các công
trình ga tu điện ngầm. Nhiều năm sau đó nó đợc sử dụng trong công trình
cầu, đặc biệt l công trình chịu động đất

Loại cột ny có cốt thép cứng l thép hình chữ I,U,L, ống thép. Trong quá
trình thi công tận dụng cốt thép cứng lm kết cấu chịu tải trọng nh: ván
khuôn, bê tông mới đổ v các loại tải trọng khác. Sau khi bê tông khô cứng v
tháo ván khuôn, lúc ny bê tông v cốt thép cứng cùng phối hợp chịu lực một
cách thống nhất

Mặt cắt ngang cột phải có ít nhất một trục đối xứng

Cờng độ nén của bê tông : 20 MPa : 55 MPa.

Cờng độ chảy của thép hình v cốt thép dọc sử dụng phải nhỏ hơn 420
MPa.

Nếu trên tiết diện bố trí nhiều thép hình của cột thì phải đợc liên kết với
nhau bằng cốt thép đai v các bản giằng hoặc thanh giằng để đề phòng mất
ổn định các thép hình riêng lẻ trớc khi bê tông đông cứng.

Các thép hình bọc bê tông phải đợc tăng cờng bằng cốt thép dọc v cốt
thép đai. Cốt thép dọc v cốt thép đai phải đợc cấu tạo tuỳ theo trạng thái
giới hạn đợc xét. ở TTGH cờng độ cốt thép ngang đợc quy định nh trong
cột có cốt thép mềm, đồng thời bớc cốt thép đai không đợc lớn hơn:16 lần
đờng kính thanh thép dọc, 48 lần đờng kính thanh giằng v 0,5 kích thớc

nhỏ nhất của tiết diện. ở TTGH đặc biễt tham khảo quy trình.

Thép ống hình tròn v hình chữ nhật phải thoả mãn yêu cầu ổn định

Sự truyền tất cả tải trọng trong cột liên hợp phải đợc xem xét trong thiết
kế các thnh phần đỡ.
127

Nếu hm lợng cốt thép cứng trên tiết diện nhỏ hơn 4% thì tính
toán cột có cốt thép cứng nh cột có cốt thép mềm. Nếu ngợc lại thì
tính toán nh sau:

7.8.2Đặc điểm chịu lực.
7.8.2.1 Cột chịu nén đúng tâm
7.8.2.1
.1. ổn định tổng thể

Sức kháng nén danh định của cột :
Nếu
2.25 thì P
n
= 0.66

F
e
A
s

Nếu > 2.25 thì P
n

=
l
A0,88F
se

với :
e
e
2
s
E
F
r
K






=




F
e
= F
y
+ C

1
F
yr









s
r
A
A
+ C
2
c
f

s
r
A
A























+=
s
c3

e
A
A
n
C
1EE

Sức kháng nén ổn định tổng thể tính toán: P
r
=
c
P
n

trong đó
:

c
= hệ số sức kháng(0,90)
A
s
= diện tích mặt cắt ngang của mặt cắt thép (mm
2
)
A
c
= diện tích mặt cắt ngang của bê tông (mm
2
)
A

r
= tổng diện tích mặt cắt ngang của cốt thép dọc (mm
2
)
F
y
= cờng độ chảy nhỏ nhất quy định của mặt cắt thép (MPa)
F
yr
= cờng độ chảy nhỏ nhất quy định của cốt thép dọc (MPa)
c
f

= cờng độ nén 28 ngy nhỏ nhất quy định của bê tông (MPa)
E =
môđun đn hồi của thép (MPa)
=
chiều di không giằng của cột (mm)
K =
hệ số chiều di hiệu dụng
n =
tỷ số môđun của bê tông
r
s
= bán kính hồi chuyển của mặt cắt thép trong mặt phẳng uốn, nhng
không nhỏ hơn 0,3 lần chiều rộng của bộ phận liên hợp trong
128
mặt phẳng uốn đối với các thép hình đợc bọc bê tông liên hợp
(mm)
C

1
, C
2
, C
3
= hằng số cột liên hợp đợc quy định trong

C
1
C
2
C
3

Các ống đợc nhồi
đầy
Các thép hình đợc
bọc
C
1
1,0 0,70
C
2
0,85 0,60
C
3
0,40 0,20
7.8.2.1.2. ổn định cục bộ
Độ mảnh của các bản phải thỏa mãn:
y

F
E
k
t
b

(6.9.4.2.1)
trong đó:
k =
hệ số oằn của bản theo quy định trong bảng
b =
chiều rộng của bản nh quy định trong bảng
t =
chiều dy bản
Chiều dy vách của các ống phải thỏa mãn:
+Đối với các ống tròn :

y
F
E
2.8
t
D



+Đối với các ống chữ nhật :
y
F
E

1.7
t
b


trong đó:
D = đờng kính ống (mm)
b = chiều rộng mặt (mm)
t = chiều dy ống (mm)
Các tỷ số chiều rộng - chiều dày giới hạn
Các bản đợc đỡ dọc một mép K b

Chiều rộng nửa bản cánh của các mặt cắt I

Chiều rộng toàn bản cánh của các thép [
Các bản cánh và các cạnh nhô ra hoặc
các bản
Khoảng cách giữa mép tự do và hàng
bulông thứ nhất hoặc các đờng hàn trong
các bản

0,56
Toàn chiều rộng của cạnh bên nhô ra đối
với các đôi thép góc trong tiếp xúc liên tục
Các thân của thép T cán 0,75
Toàn chiều cao của T
129

Các cấu kiện nhô ra khác
Toàn chiều rộng của cạnh bên nhô ra đối

với thanh chống thép góc đơn hoặc thanh
chống thép góc đôi với tấm ngăn


0,45
Toàn chiều rộng nhô ra đối với các cấu
kiện khác
Các bản đợc đỡ dọc hai mép
k
b
Các bản cánh hộp và các bản táp
Khoảng cách tĩnh giữa các bản bụng trừ đi
bán kính góc trong trên mỗi bên đối với các
bản cánh hộp

1,40
Khoảng cách giữa các đờng hàn hoặc
bulông đối với các bản phủ bản cánh
Các bản bụng và các cấu kiện bản khác
Khoảng cách tĩnh giữa các bản cánh trừ đi
các bán kính đờng hàn đối với các bản
bụng của các dầm cán

1,49
Khoảng cách tĩnh giữa các thanh đỡ mép
đối với tất cả các cấu kiện khác
Các bản táp có khoét lỗ 1,86
Khoảng cách tĩnh giữa các thanh đỡ mép

7.8.2.1.3. Độ mảnh giới hạn

+Đối với các bộ phận chính:



s
K
120
r


+Đối với các bộ phận liên kết:


s
K
140
r

trong đó:
K =
hệ số chiều di hiệu dụng
= chiều di không giằng (mm)
r
s
= bán kính hồi chuyển nhỏ nhất (mm)
7.8.2.2. Cột chịu nén lệch tâm theo một phơng
7.8.2.2.
1. Sức kháng nén cột
Nh nén đúng tâm
7.8.2.2. 2. Sức kháng uốn của cột

7.8.2.2. 2.1.Cột có cốt thép cứng l ống thép
Nếu vấn đề ổn định cục bộ đợc đảm bảo, nghĩa l:
+Đối với các ống tròn :

y
F
E
2.8
t
D


Thì sức kháng uốn tính toán:
.
rfn
M
M

=

130
0,3
.

u
cn
P
P

,

(2.) .
(3)
321,7


=+ +


ryr wy
ny wy
c
dcAF AF
d
MZF AF
fb
0, 0 0,3
.

u
cn
P
P

u
P
Trong đó:
f

: Hệ số sức kháng uốn(1,0)
Nếu

2, 0
y
D
E
tF
<
thì
nps
M
M=

Nếu
2, 0 8,8
y
y
E
DE
Ft F
<<
thì
nyc
M
M
=

ps
M
: Mô men dẻo của riêng tiết diện cốt thép cứng
y
c

M
: Mô men chảy của ton bộ tiết diện cột

7.8.2.2. 2.2.Cột có cốt thép cứng thép hình U,C,L

Khi thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ thì sức kháng uốn danh định lấy
trị số nhỏ hơn

Nếu thì

Nếu thì Mn đợc xác định bằng nội suy tuyến tính giữa
Mn cho bởi phơng trình (1)(2) khi Pu=0 v Mn cho bởi
phơng trình (3)
Trong đó:

: Lực nén dọc trục do tải trọng tính toán

Z : Mô men chống uốn dẻo theo của mặt cắt thép hình theo trục uốn
a
w
: Diện tích bản bụng thép hình
c : Khoảng cách từ tim cốt thép dọc đến bề mặt gần nhất của bộ phận
trong mặt phẳng uốn
d : Chiều cao của bộ phận ở trong mặt phẳng uốn
b : Chiều rộng của bộ phận thẳng góc với mặt phẳng uốn
F
yr
: Giới hạn chảy nhỏ nhất của cốt thép dọc

7.8.2.2. 2.3.Phơng pháp khuyết đại mômen

Nh phần cột có cốt thép mềm nhng Chú ý rằng:Khi xác định sự
khuyết đại mômen đối với các bộ phận liên hợp chịu nén dọc trục v uốn kết
hợp, phải áp dụng phơng trình sau :
P
e
=

es
FA

(1)
(2)
=
=
nps
nyc
MM
MM
131


7.8.2.3. Cột chịu nén lệch tâm theo Hai phơng

Tải trọng nén dọc trục Pu v các mômen xảy ra đồng thời, M
ux
v M
uy
,
tính toán đối với các tải trọng tính toán bằng các phơng pháp giải tích đn
hồi phải thỏa mãn mối quan hệ sau :

Nếu
0,2
r
P
u
P
<
, thì
1,0
M
M
M
M
2,0P
P
ry
uy
rx
ux
r
u

++

Nếu 0,2
P
P
r
u
, thì
1,0
M
M
M
M
9,0
8,0
P
P
ry
uy
rx
ux
r
u

++

P
r
= sức kháng nén tính toán dọc trục nh trên
M
rx
= sức kháng uốn tính toán theo trục x nh trên
M
ry
= sức kháng uốn tính toán theo trục y nh trên
M
ux
= mômen uốn tính toán theo trục x đợc tính toán theo quy định ở
bên dới

M
uy
= mômen uốn tính toán theo trục y đợc tính toán theo quy định ở
bên dới

Các mômen Mux v Muy theo các trục đối xứng, có thể đợc xác định
bằng Sự phân tích đn hồi bậc hai, có tính đến độ khuyếch đại mômen gây ra
bởi tải trọng trục tính toán