KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO 22TCN272-05 VÀ ACI

1

LỜI GIỚI THIỆU

Quyển Kết cấu bê tông này đƣợc biên soạn, trƣớc hết, để dành sinh viên các chuyên ngành
xây dựng, đặc biệt là xây dựng giao thông và xây dựng dân dụng. Trong quá trình biên soạn,
các tác giả đã cố gắng mô tả sự làm việc của các kết cấu bê tông cũng nhƣ các phƣơng pháp
thiết kế chúng dựa trên các tính chất cơ học. Tuy nhiên, khoa học về kết cấu bê tông là khoa
học thực nghiệm nên việc tính toán và thiết kế kết cấu bê tông đòi hỏi phải sử dụng cả các kết
quả thí nghiệm, các công thức thực nghiệm cũng nhƣ các quy định và khuyến nghị của các
Tiêu chuẩn thiết kế. Các tiêu chuẩn đƣợc sử dụng có tính chất ví dụ trong tài liệu này là Tiêu
chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 của Bộ Giao thông vận tải cũng nhƣ Tiêu chuẩn thiết kế
kết cấu bê tông ACI 318-05 của Viện Bê tông Hoa Kỳ. Để so sánh, một số chỗ trong tài liệu
cũng tham khảo cả các tiêu chuẩn khác nhƣ Euro Code, TCXDVN 356-2005, v.v.
Tài liệu này bao gồm 10 chƣơng, giới thiệu một số vấn đề cơ bản nhất trong việc tính toán
và thiết kế các cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép.
Chƣơng 1 giới thiệu các vấn đề tổng quan về kết cấu bê tông và kết cấu bê tông cốt thép
cũng nhƣ các phƣơng pháp tính toán và thiết kế chúng.
Chƣơng 2 tập trung về tính chất cơ bản của các vật liệu đƣợc sử dụng trong kết cấu bê
tông và bê tông cốt thép.
Chƣơng 3 trình bày nguyên lý thiết kế kết cấu bê tông cốt thép theo các trạng thái giới hạn.
Các chƣơng 4, 5, 6 và 7 lần lƣợt đƣợc dành để trình bày cách tính toán ứng xử và thiết kế
theo trạng thái giới hạn cƣờng độ các cấu kiện bê tông cốt thép ở các trạng thái chịu lực cơ
bản nhƣ chịu uốn, chịu cắt, chịu xoắn và chịu nén uốn kết hợp.
Chƣơng 8 giới thiệu cách tính toán và thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép trong trạng thái
giới hạn sử dụng.
Chƣơng 9 đƣợc dành cho việc thiết kế các khu vực không liên tục trong các kết cấu bê
tông cốt thép.
Chƣơng 10 giới thiệu các nguyên lý thiết kế cấu tạo trong các kết cấu bê tông cốt thép.
Việc biên soạn tài liệu đƣợc thực hiện theo sự phân công giữa các tác giả:

TS. Nguyễn Duy Tiến: Chƣơng 3 và một phần của chƣơng 8,
TS. Ngô Đăng Quang: Các phần còn lại và chịu trách nhiệm chung.
Trong quá trình biên soạn, các tác giả đã nhận đƣợc sự giúp đỡ quý báu cả về tinh thần
cũng nhƣ công sức của các tập thể Bộ môn Kết cấu xây dựng, Bộ môn Kết cấu và đặc biệt là
của các thầy giáo có kinh nghiệm trong lĩnh vực kết cấu bê tông nhƣ PGS. TS. Tống Trần
Tùng, GS. TS. Nguyễn Viết Trung, GS. TS. Phạm Duy Hữu. Các tác giả xin bày tỏ sự cám
ơn chân thành và sâu sắc đối với những giúp đỡ quý báu đó.

2

Mặc dù đã áp dụng cho giảng dạy và rút kinh nghiệm trong một thời gian khá dài và rất cố
gắng trong quá trình biên soạn nhƣng các tác giả cũng chắc chắn rằng, tài liệu này vẫn còn có
nhiều sai sót. Các tác giả rất mong nhận đƣợc các ý kiến phản hồi từ độc giả để có thể hiệu
chỉnh và hoàn thiện dần tài liệu này.
Hà Nội, tháng 12/2009
Các tác giả


3

MỤC LỤC
MỤC LỤC 3
HỆ THỐNG KÝ HIỆU 11
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG 15
1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 15
1.1.1 Kết cấu bê tông 15
1.1.2 Bê tông cốt thép 17
1.1.3 Phân loại kết cấu bê tông cốt thép 17
1.1.3.1 Phân loại theo trạng thái ứng suất 17
1.1.3.2 Phân loại theo phương pháp thi công 18

1.1.4 Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng của kết cấu bê tông 19
1.1.5 Các dạng kết cấu bê tông điển hình dùng trong công trình xây dựng 20
1.2 SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA BÊ TÔNG CỐT THÉP 22
1.3 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 23
1.3.1 Thiết kế sơ bộ 23
1.3.2 Phân tích kết cấu 23
1.3.3 Thiết kế chi tiết 24
1.4 TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 24
CHƢƠNG 2 VẬT LIỆU 26
2.1 BÊ TÔNG 26
2.1.1 Thành phần của bê tông 26
2.1.2 Đặc tính của bê tông non 28
2.1.3 Phân loại bê tông 30
2.1.4 Các tính chất cơ lý của bê tông đã đóng rắn 30
2.1.4.1 Cường độ chịu nén dọc trục của bê tông 30
2.1.4.2 Cường độ chịu kéo của bê tông 33
2.1.4.3 Sự làm việc của bê tông khi chịu nén một trục – các định luật vật liệu của bê tông 34
2.1.4.4 Mô đun đàn hồi của bê tông 39
2.1.4.5 Sự làm việc của bê tông khi chịu kéo 40
2.1.4.6 Sự làm việc của bê tông khi chịu tải trọng lặp 41
2.1.4.7 Ảnh hưởng của tốc độ chất tải đến cường độ của bê tông 42
2.1.4.8 Từ biến của bê tông 43
2.1.4.9 Ví dụ 2.1 – Tính toán từ biến 48
2.1.4.10 Co ngót của bê tông 49
2.1.4.11 Các thuộc tính nhiệt của bê tông 51
2.1.4.12 Khối lượng thể tích của bê tông 52
2.1.4.13 Sự làm việc của bê tông khi chịu ứng suất nhiều chiều 53
2.1.5 Cấp bê tông, cấp độ bền và mác bê tông 56
2.1.5.1 Cấp bê tông 56
2.1.5.2 Cấp độ bền và mác bê tông 57

2.2 CỐT THÉP 58
2.2.1 Các loại cốt thép 58
2.2.2 Quan hệ ứng suất – biến dạng của cốt thép 59
2.2.3 Các đặc trưng mỏi của cốt thép 61

4

2.3 BÊ TÔNG CỐT THÉP 62
2.3.1 Sự dính bám giữa bê tông và cốt thép 62
2.3.1.1 Khái niệm 62
2.3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực dính bám 64
2.3.2 Sự tham gia làm việc của bê tông giữa các vết nứt 65
2.3.3 Một số vấn đề về tuổi thọ của kết cấu bê tông cốt thép 65
2.4 BÀI TẬP 70
CHƢƠNG 3 CƠ SỞ THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 73
3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 73
3.2 TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ 73
3.2.1 Thiết kế theo ứng suất cho phép 74
3.2.2 Thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng 75
3.3 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG THEO PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ TẢI TRỌNG VÀ SỨC
KHÁNG 76
3.3.1 Sự biến thiên của tải trọng 77
3.3.2 Sự biến thiên của sức kháng 77
3.3.3 Các trạng thái giới hạn 78
3.3.4 Khái niệm về độ an toàn 79
3.3.4.1 Phân bố thống kê và giá trị trung bình (Mean Value) 79
3.3.4.2 Độ lệch chuẩn (Standard Deviation) 80
3.3.4.3 Hàm mật độ xác suất (Probability Density Function) 81
3.3.4.4 Hệ số độ lệch (Bias Factor) 82
3.3.4.5 Hệ số biến sai (Coefficient of Variation) 83

3.3.4.6 Xác suất phá hoại (Probability of Failure) 83
3.3.4.7 Chỉ số độ an toàn (Safety Index) 85
3.3.4.8 Cách xác định hệ số cường độ và hệ số tải trọng 87
3.4 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ 89
CHƢƠNG 4 THIẾT KẾ CHỊU UỐN 91
4.1 GIỚI THIỆU 91
4.2 ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO 91
4.2.1 Cấu tạo của rầm 91
4.2.1.1 Chiều dày bản cánh 92
4.2.1.2 Chiều dày sườn rầm 92
4.2.1.3 Chiều cao rầm 92
4.2.1.4 Cốt thép rầm 93
4.2.2 Cấu tạo của bản 94
4.3 SỰ LÀM VIỆC CỦA RẦM KHI CHỊU UỐN 95
4.3.1 Tổng quan về sự làm việc của rầm khi chịu uốn 95
4.3.2 Tính toán xác định sự làm việc của rầm chịu uốn thuần tuý 98
4.3.2.1 Các tham số cơ bản 98
4.3.2.2 Điều kiện tương thích về biến dạng 98
4.3.2.3 Điều kiện cân bằng 99
4.3.2.4 Phương pháp xác định sự làm việc của rầm chịu uốn 99
4.3.2.4.1 Phương pháp chia lớp 100
4.3.2.4.2 Phương pháp khối ứng suất 101
4.3.3 Chi tiết về các giai đoạn trong quá trình làm việc chịu uốn thuần tuý của rầm bê tông cốt thép
104

5

4.3.3.1 Giai đoạn I – Giai đoạn bê tông chưa nứt 104
4.3.3.2 Ví dụ 4.1 – Tính toán mô men gây nứt 105
4.3.3.3 Giai đoạn II – Giai đoạn bê tông vùng kéo đã nứt, bê tông vùng nén làm việc trong giai đoạn đàn

hồi 106
4.3.3.4 Ví dụ 4.2 – Xác định sự làm việc của mặt cắt đã nứt 109
4.3.3.5 Giai đoạn III – Giai đoạn gần phá hoại, rầm ở trạng thái giới hạn về cường độ 111
4.3.4 Quan hệ mô men – độ cong trong các giai đoạn làm việc của rầm 111
4.4 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẶT CẮT CỦA CẤU KIỆN CHỊU UỐN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN VỀ
CƯỜNG ĐỘ 112
4.4.1 Các giả thiết cơ bản 112
4.4.2 Mô hình vật liệu của bê tông và cốt thép 112
4.4.3 Xác định sức kháng uốn của mặt cắt hình chữ nhật đặt cốt thép đơn 114
4.4.4 Tính dẻo dai của rầm và hàm lượng cốt thép chịu kéo tối đa 116
4.4.5 Diện tích cốt thép chịu kéo tối thiểu 121
4.4.6 Tính toán rầm chịu uốn mặt cắt chữ nhật đặt cốt thép đơn 123
4.4.6.1 Sơ đồ khối 123
4.4.6.2 Ví dụ 4.3 – Tính toán diện tích cốt thép tối thiểu 123
4.4.6.3 Ví dụ 4.4 – Tính toán sức kháng uốn của rầm chữ nhật đặt cốt thép đơn 125
4.4.7 Thiết kế mặt cắt rầm chữ nhật chịu uốn đặt cốt thép đơn 129
4.4.7.1 Tổng quan 129
4.4.7.2 Trình tự thiết kế 129
4.4.7.3 Ví dụ 4.5 – Thiết kế mặt cắt chữ nhật đặt cốt thép đơn 131
4.4.8 Tính toán và thiết kế mặt cắt rầm chữ nhật chịu uốn đặt cốt thép kép 133
4.4.8.1 Giới thiệu mặt cắt rầm chữ nhật chịu uốn đặt cốt thép kép 133
4.4.8.2 Phương pháp tính toán 134
4.4.8.3 Ví dụ 4.6 – Tính toán mặt cắt rầm chữ nhật đặt cốt thép kép 136
4.4.8.4 Thiết kế mặt cắt rầm chữ nhật đặt cốt thép kép 139
4.4.8.5 Ví dụ 4.7 – Thiết kế mặt cắt rầm chữ nhật đặt cốt thép kép 140
4.4.9 Tính toán và thiết kế mặt cắt rầm chữ T và L 143
4.4.9.1 Giới thiệu chung 143
4.4.9.2 Xác định bề rộng có hiệu của bản cánh rầm 144
4.4.9.3 Tính toán sức kháng uốn 146
4.4.9.3.1 Tính toán theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 146

4.4.9.3.2 Tính toán theo Tiêu chuẩn ACI 318-05 148
4.4.9.4 Ví dụ 4.8 – Tính toán sức kháng uốn của rầm chữ T theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 150
4.4.9.5 Ví dụ 4.9 – Tính toán sức kháng uốn của rầm chữ T theo Tiêu chuẩn ACI 318-05 151
4.4.9.6 Thiết kế mặt cắt chữ T 154
4.4.9.7 Ví dụ 4.10 – Thiết kế mặt cắt chữ T 155
4.5 BÀI TẬP 158
CHƢƠNG 5 THIẾT KẾ CHỊU CẮT 162
5.1 GIỚI THIỆU CHUNG 162
5.2 SỰ LÀM VIỆC CỦA CẤU KIỆN CHỊU CẮT 162
5.2.1 Cơ sở xác định sự làm việc của cấu kiện chịu cắt 162
5.2.2 Sức kháng cắt của bê tông 164
5.2.2.1 Các dạng phá hoại ở cấu kiện chịu cắt 164
5.2.2.2 Sức kháng cắt sườn 165
5.2.2.3 Sức kháng uốn cắt 165
5.2.2.3.1 Xác định ứng suất dọc trục 166
5.2.2.3.2 Xác định ứng suất tiếp 166

6

5.2.2.3.3 Tính toán sức kháng uốn cắt của bê tông theo tiêu chuẩn ACI 318-05 168
5.2.3 Sự làm việc của rầm bê tông cốt thép sau khi nứt nghiêng 169
5.3 THIẾT KẾ CHỊU CẮT 171
5.3.1 Mô hình giàn 171
5.3.2 Mô hình của Tiêu chuẩn ACI 318-05 174
5.3.3 Ví dụ thiết kế chịu cắt theo tiêu chuẩn ACI 177
5.3.3.1 Ví dụ 5.1 177
5.3.3.2 Ví dụ 5.2 178
5.3.3.3 Ví dụ 5.3 180
5.3.4 Lý thuyết trường nén sửa đổi 184
5.3.4.1 Giới thiệu 184

5.3.4.2 Điều kiện tương thích về biến dạng 185
5.3.4.3 Điều kiện cân bằng 186
5.3.4.4 Quan hệ ứng suất – biến dạng trong bê tông đã nứt 188
5.3.4.4.1 Quan hệ ứng suất – biến dạng khi chịu nén 188
5.3.4.4.2 Quan hệ ứng suất – biến dạng khi chịu kéo 189
5.3.4.4.3 Giới hạn của ứng suất kéo trong bê tông 190
5.3.4.5 Ứng dụng trong thiết kế 192
5.3.4.6 Trình tự thiết kế 197
5.3.4.7 Ví dụ thiết kế chịu cắt theo hương pháp trường nén sửa đổi (Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05) 198
5.4 BÀI TẬP 203
CHƢƠNG 6 THIẾT KẾ CHỊU XOẮN 205
6.1 GIỚI THIỆU CHUNG 205
6.2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU XOẮN 206
6.2.1 Tổng quan 206
6.2.2 Thanh thành mỏng chịu xoắn 208
6.3 SỰ LÀM VIỆC CỦA CẤU KIỆN CHỊU XOẮN 209
6.3.1 Sự làm việc chịu xoắn trước khi nứt 209
6.3.2 Ví dụ 6.1 – Tính toán rầm chịu xoắn trước khi nứt 211
6.3.3 Sự làm việc chịu xoắn sau khi nứt 212
6.3.3.1 Nội lực do xoắn gây ra trong các thành phần cốt thép 213
6.3.3.2 Chiều dày lớp bê tông tham gia chịu xoắn và diện tích chịu xoắn có hiệu 214
6.3.4 Xoắn và uốn đồng thời 217
6.4 THIẾT KẾ CẤU KIỆN CHỊU XOẮN, CẮT VÀ UỐN ĐỒNG THỜI 218
6.4.1 Nguyên tắc cấu tạo 218
6.4.2 Thiết kế chịu xoắn, uốn và cắt đồng thời theo Tiêu chuẩn ACI 318-05 219
6.4.2.1 Mô men xoắn tính toán 219
6.4.2.2 Thiết kế chịu xoắn 220
6.4.2.2.1 Giới hạn kích thước của mặt cắt ngang 220
6.4.2.2.2 Tính toán cốt thép chịu xoắn 221
6.4.2.2.3 Bố trí cấu tạo 222

6.4.3 Thiết kế chịu xoắn, uốn và cắt đồng thời theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 222
6.4.3.1 Mô men xoắn tính toán 223
6.4.3.2 Giới hạn kích thước mặt cắt ngang 223
6.4.3.3 Thiết kế cốt thép chịu xoắn 223
6.4.4 Ví dụ 6.2 – Thiết kế cốt thép ngang cho rầm chịu xoắn, cắt và uốn kết hợp 224
6.5 SỰ PHÂN BỐ LẠI MÔMEN XOẮN TRONG CÁC KẾT CẤU SIÊU TĨNH 227
6.6 BÀI TẬP 230

7

CHƢƠNG 7 THIẾT KẾ CHỊU NÉN UỐN KẾT HỢP 231
7.1 GIỚI THIỆU CHUNG 231
7.2 PHÂN LOẠI CỘT 232
7.3 XÁC ĐỊNH ĐỘ MẢNH CỦA CỘT 234
7.3.1 Khái quát 234
7.3.2 Các đặc trưng hình học và vật liệu 234
7.3.3 Chiều dài có hiệu và bán kính quán tính 235
7.3.3.1 Hệ số chiều dài có hiệu 235
7.3.3.2 Phân biệt khung có chuyển vị ngang và khung không có chuyển vị ngang 236
7.3.3.3 Xác định hệ số chiều dài có hiệu bằng phương pháp biểu đồ 237
7.3.3.4 Xác định hệ số chiều dài có hiệu bằng công thức kinh nghiệm 238
7.3.4 Ví dụ 7.7 – Tính toán hệ số độ mảnh 239
7.4 ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CỦA CỘT 240
7.4.1 Kích thước mặt cắt ngang 240
7.4.2 Cốt thép dọc 241
7.4.2.1 Hàm lượng cốt thép tối thiểu 241
7.4.2.2 Hàm lượng cốt thép dọc tối đa. 241
7.4.2.3 Số lượng thanh cốt thép dọc tối thiểu 241
7.4.3 Bố trí cốt thép đai 241
7.5 NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CỐT ĐAI 242

7.5.1 Thiết kế cốt đai xoắn 243
7.5.2 Thiết kế cốt đai giằng 245
7.6 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỘT NGẮN, CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM 246
7.6.1 Nguyên tắc chung 246
7.6.2 Sức kháng của cột ngắn chịu nén đúng tâm 246
7.6.3 Ví dụ 7.1 – Tính toán sức kháng của cột ngắn, mặt cắt chữ nhật, cốt đai giằng 247
7.6.4 Ví dụ 7.2 – Tính toán sức kháng nén của cột ngắn, mặt cắt tròn, cốt đai xoắn 248
7.6.5 Ví dụ 7.3 – Thiết kế cột ngắn, chịu nén đúng tâm 249
7.7 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỘT NGẮN CHỊU NÉN LỆCH TÂM 250
7.7.1 Khái niệm về tâm dẻo của mặt cắt 250
7.7.2 Các phương trình cơ bản mô tả sự làm việc của mặt cắt 251
7.7.3 Phương pháp tính toán 254
7.7.4 Ví dụ 7.4 – Tính toán sức kháng của cột chịu nén lệch tâm 255
7.7.5 Tính toán sức kháng của mặt cắt cột trong trường hợp tổng quát 258
7.7.5.1 Mặt cắt chữ nhật 258
7.7.5.2 Mặt cắt tròn 259
7.7.6 Ví dụ 7.5 – Tính toán sức kháng nén của cột tròn 261
7.7.7 Phương pháp gần đúng tính toán sức kháng nén của cột tròn 262
7.7.8 Ví dụ 7.6 – Tính toán sức kháng nén của cột tròn bằng phương pháp Whitney 264
7.7.9 Biểu đồ tương tác P – M 265
7.7.9.1 Xây dựng biểu đồ tương tác P-M 265
7.7.9.2 Đặc điểm của biểu đồ tương tác P-M 271
7.8 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỘT MẢNH 272
7.8.1 Tổng quan về các phương pháp tính toán 272
7.8.2 Phương pháp phóng đại mô men 274
7.8.2.1 Sự phóng đại mô men cho các cột trong khung có giằng theo Tiêu chuẩn ACI 318-05 275
7.8.2.2 Sự phóng đại mô men cho các cột trong khung không giằng theo Tiêu chuẩn ACI 318-05 276
7.8.2.3 Sự phóng đại mô men theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 278

8

7.8.2.4 Ổn định của cột trong khung không có giằng 278
7.8.3 Ví dụ tính toán cột trong khung không có chuyển vị ngang 279
7.8.3.1 Ví dụ 7.8 279
7.8.3.2 Ví dụ 7.9 280
7.8.4 Ví dụ 7.10 – Tính toán cột trong khung có chuyển vị ngang 283
7.9 CẤU KIỆN CHỊU NÉN VÀ UỐN HAI PHƯƠNG 286
7.9.1 Giới thiệu chung 286
7.9.2 Ví dụ 7.11 – Tính toán cột chịu nén uốn theo hai phương 290
7.10 BÀI TẬP 291
CHƢƠNG 8 THIẾT KẾ KẾT CẤU TRONG GIAI ĐOẠN SỬ DỤNG 294
8.1 GIỚI THIỆU CHUNG 294
8.2 CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN 294
8.3 TÍNH TOÁN ĐỘ VÕNG 295
8.3.1 Giới thiệu chung 295
8.3.2 Tính toán độ cứng chống uốn 295
8.3.3 Mô men quán tính của một số dạng mặt cắt phổ biến 297
8.3.3.1 Mặt cắt chữ nhật đặt cốt thép đơn 297
8.3.3.2 Mặt cắt chữ nhật đặt cốt thép kép 297
8.3.3.3 Mặt cắt chữ T 298
8.4 ĐỘ VÕNG DÀI HẠN 300
8.5 TÍNH DUYỆT ĐỘ VÕNG 302
8.6 VÍ DỤ TÍNH TOÁN ĐỘ VÕNG 303
8.6.1 Ví dụ 8.1 – Tính duyệt độ võng của rầm giản đơn theo Tiêu chuẩn ACI 318-05 303
8.6.2 Ví dụ 8.2 – Tính duyệt độ võng của rầm liên tục theo Tiêu chuẩn ACI 318-05 306
8.6.3 Ví dụ 8.3 – Tính duyệt độ võng của rầm cầu theo 22 TCN 272-05 314
8.7 TÍNH TOÁN VÀ HẠN CHẾ ĐỘ MỞ RỘNG VẾT NỨT 316
8.7.1 Các loại vết nứt và nguyên nhân 316
8.7.1.1 Các vết nứt do chịu lực 317
8.7.1.2 Các vết nứt không do chịu lực 318

8.7.2 Bề rộng vết nứt 320
8.7.3 Quá trình hình thành vết nứt 320
8.7.3.1 Sự tăng ứng suất trong cốt thép và sự phá hoại dính bám tại vết nứt đầu tiên 320
8.7.3.2 Khoảng cách giữa các vết nứt trong cấu kiện bê tông cốt thép 322
8.7.3.3 Khoảng cách giữa các vết nứt trong các cấu kiện có chiều dày vùng kéo nhỏ 324
8.7.3.4 Vùng ảnh hưởng của cốt thép 325
8.7.4 Tính toán độ mở rộng vết nứt 326
8.7.5 Tính duyệt độ mở rộng vết nứt 329
8.8 CỐT THÉP TỐI THIỂU ĐỂ KHỐNG CHẾ NỨT 330
8.9 VÍ DỤ TÍNH TOÁN ĐỘ MỞ RỘNG VẾT NỨT 333
8.9.1 Ví dụ 8.3 – Tính toán theo Tiêu chuẩn ACI 318-05 333
8.9.2 Ví dụ 8.4 – Tính toán theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 335
8.10 BÀI TẬP 337
CHƢƠNG 9 THIẾT KẾ VÙNG KHÔNG LIÊN TỤC 341
9.1 KHÁI NIỆM CHUNG 341
9.2 PHÂN TÍCH ỨNG XỬ TRƯỚC KHI BÊ TÔNG NỨT 343
9.2.1 Phân tích đàn hồi 343

9

9.2.2 Phương pháp tương tự rầm cao để thiết kế khu vực đầu rầm 347
9.3 PHÂN TÍCH ỨNG XỬ SAU KHI BÊ TÔNG NỨT 348
9.4 THIẾT KẾ THEO PHƯƠNG PHÁP SƠ ĐỒ HỆ THANH 349
9.4.1 Giới thiệu phương pháp sơ đồ hệ thanh 349
9.4.2 Xây dựng sơ đồ hệ thanh 350
9.4.2.1 Nguyên tắc 350
9.4.2.2 Trình tự chung 350
9.4.2.3 Phương pháp phân chia kết cấu thành các vùng B và vùng D 351
9.4.2.4 Các phương pháp xây dựng sơ đồ hệ thanh 351
9.4.3 Tính toán nội lực của các thanh trong sơ đồ hệ thanh 353

9.4.4 Thiết kế và tính duyệt kết cấu bằng phương pháp sơ đồ hệ thanh 353
9.4.4.1 Xác định kích thước của các nút 354
9.4.4.2 Xác định kích thước của các thanh nén 356
9.4.4.3 Xác định kích thước thanh kéo 358
9.4.5 Ví dụ 9.1 – Thiết kế vùng neo bằng phương pháp SĐHT 359
9.4.6 Ứng dụng phương pháp SĐHT trong tính toán chịu cắt 362
9.4.7 Ví dụ 9.2 – Thiết kế rầm tường (rầm cao) bằng phương pháp SĐHT 364
9.5 SỰ TRUYỀN LỰC CẮT QUA MẶT PHẲNG YẾU – KHÁI NIỆM VỀ MA SÁT CẮT 370
CHƢƠNG 10 THIẾT KẾ CẤU TẠO 373
10.1 GIỚI THIỆU CHUNG 373
10.2 LỚP BÊ TÔNG BẢO VỆ 373
10.3 KHOẢNG CÁCH GIỮA CÁC THANH CỐT THÉP 375
10.3.1 Khoảng cách tối thiểu theo phương ngang giữa các thanh cốt thép 375
10.3.2 Khoảng cách tối đa theo phương ngang giữa các thanh cốt thép 376
10.3.3 Khoảng cách tối thiểu giữa các lớp cốt thép 376
10.4 TRIỂN KHAI CỐT THÉP 377
10.4.1 Khái niệm về chiều dài triển khai 377
10.4.2 Mặt cắt khống chế đối với việc triển khai cốt thép 379
10.4.3 Triển khai cốt thép chịu kéo thông qua lực dính bám 379
10.4.3.1 Chiều dài triển khai cơ sở cho các thanh có gờ và sợi thép có gờ chịu kéo 380
10.4.3.2 Các hệ số điều chỉnh chiều dài triển khai cho các thanh có gờ và sợi thép có gờ chịu kéo 380
10.4.3.3 Chiều dài triển khai cho các bó thanh 381
10.4.4 Ví dụ 10.1 – Tính toán chiều dài triển khai cho cốt thép chịu kéo 382
10.4.5 Triển khai cốt thép chịu kéo có móc và các thiết bị neo 383
10.4.5.1 Cấu tạo móc 383
10.4.5.2 Chiều dài triển khai của cốt thép có móc chịu kéo 384
10.4.5.3 Yêu cầu giằng cho cốt thép có móc chịu kéo 385
10.4.5.4 Các dạng neo cơ khí khác 385
10.4.6 Triển khai cốt thép chịu nén 386
10.5 NỐI CỐT THÉP 388

10.5.1 Mối nối chồng 388
10.5.1.1 Mối nối chồng chịu kéo 389
10.5.1.2 Mối nối chồng chịu nén 389
10.5.2 Mối nối hàn 390
10.5.3 Mối nối bằng thiết bị cơ khí 392
10.6 TRIỂN KHAI CỐT THÉP DỌC CHỊU UỐN 392
10.6.1 Bố trí cốt thép dọc 392
10.6.2 Cắt cốt thép dọc 393

10

10.6.2.1 Giới thiệu chung 393
10.6.2.2 Các quy định về cắt và uốn cốt thép 395
10.6.2.3 Ví dụ 10.2 – Tính toán cắt cốt thép chịu kéo của rầm 396
10.6.2.4 Uốn cốt thép dọc 400
10.7 CẤU TẠO CỐT THÉP NGANG Ở CÁNH VÀ BẦU DẦM 400
10.8 CẤU TẠO CỐT THÉP CHỊU CẮT VÀ XOẮN 403
10.8.1 Lựa chọn và bố trí cốt thép chịu cắt 403
10.8.1.1 Cốt thép đai 403
10.8.2 Lựa chọn và bố trí cốt thép chịu xoắn 404
10.9 CỐT THÉP CHỊU CO NGÓT VÀ NHIỆT ĐỘ 407
10.10 MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP CẤU TẠO ĐẶC BIỆT 409
10.10.1 Thiết kế cốt thép cho rầm có cấu tạo đặc biệt 409
10.10.2 Thiết kế cốt thép cho vai cột, cong-xon 412
TÀI LIỆU THAM KHẢO 414




11

HỆ THỐNG KÝ HIỆU
Ký hiệu
Ý nghĩa


Góc nghiêng của cốt thép sƣờn so với trục rầm
1


Hệ số khối ứng suất
c


Hệ số giãn nở nhiệt của bê tông
s


Hệ số giãn nở nhiệt của thép


Hệ số sức kháng cắt của bê tông
1


Hệ số khối ứng suất
c


Khối lƣợng thể tích của bê tông

Hệ số xét đến độ đặc của bê tông


Độ võng
LT


Độ võng dài hạn


Biến dạng
1


Biến dạng kéo chính
2


Biến dạng nén chính
c


Biến dạng của bê tông
c



Biến dạng ứng với lúc ứng suất trong bê tông đạt đến giá trị cƣờng độ
cc




Biến dạng ứng với lúc ứng suất trong bê tông đƣợc kiềm chế đạt đến
giá trị cƣờng độ
cu


Biến dạng cực hạn của bê tông khi chịu nén
cr


Biến dạng gây nứt trong bê tông khi chịu kéo
CR


Từ biến
cf


Biến dạng của bê tông do ứng suất
cth


Biến dạng của bê tông do nhiệt độ
sh


Biến dạng do co ngót


Hàm lƣợng cốt thép chịu kéo


12




Hàm lƣợng cốt thép chịu nén



Hàm lƣợng cốt thép dọc
t


Hàm lƣợng cốt thép ngang


Hệ số rão


Hệ số từ biến


Độ cong của mặt cắt
A

Diện tích

c
A

Diện tích phần bê tông trong mặt cắt
,c eff
A

Diện tích có hiệu của bê tông quanh cốt thép
s
A

Diện tích phần cốt thép chịu kéo trong mặt cắt
s
A


Diện tích phần cốt thép chịu nén trong mặt cắt
a

Chiều cao khối ứng suất
a

Chiều dài chịu cắt
b

Bề rộng của mặt cắt
eff
b

Bề rộng có hiệu của cánh rầm

f
b

Bề rộng cánh rầm
v
b

Bề rộng chịu cắt
w
b

Bề rộng sƣờn
C

Lực nén
c
C

Lực nén do bê tông sinh ra
s
C


Lực nén do cốt thép sinh ra
c

Chiều cao vùng bê tông chịu nén
d

Chiều cao có hiệu của mặt cắt (Khoảng cách từ mép chịu nén đến trọng

tâm cốt thép chịu kéo)
d


Khoảng cách từ mép chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén
v
d

Chiều cao chịu cắt, bằng khoảng cách giữa trọng tâm vùng nén đến
trọng tâm vùng kéo
E

Mô đun đàn hồi

13

c
E

Mô đun đàn hồi của bê tông
,c adj
E

Mô đun đàn hồi có hiệu, hiệu chỉnh của bê tông
,c eff
E

Mô đun đàn hồi có hiệu của bê tông
s
E

Mô đun đàn hồi của cốt thép
e

Độ lệch tâm
f

Ứng suất
ci
f

Ứng suất trong bê tông ở thời điểm bắt đầu chất tải
c
f


Cƣờng độ chịu nén một trục của bê tông
cc
f


Cƣờng độ chịu nén có kiềm chế của bê tông
2max
f

Cƣờng độ chịu nén của bê tông khi chịu biến dạng nhiều trục
y
f

Cƣờng độ kéo chảy của cốt thép

u
f

Cƣờng độ kéo đứt của cốt thép
h

Chiều cao của mặt cắt rầm
f
h

Chiều cao của cánh rầm
min
h

Chiều cao tối thiểu của mặt cắt thoả mãn yêu cầu độ cứng
I

Mô men quán tính của mặt cắt
g
I

Mô men quán tính của mặt cắt nguyên
cr
I

Mô men quán tính của mặt cắt đã nứt tính đổi
e
I

Mô men quán tính có hiệu của mặt cắt

c
k

Hệ số xét đến ảnh hƣởng của tỷ số thể tích/bề mặt của cấu kiện
f
k

Hệ số cƣờng độ


Chiều dài
a


Khoảng cách giữa các vết nứt
d


Chiều dài triển khai của cốt thép
db


Chiều dài triển khai cơ sở của cốt thép
M

Mô men uốn

14

cr

M

Mô men gây nứt
n
M

Mô men uốn danh định
u
M

Mô men uốn tính toán (mô men uốn đã nhân hệ số)
r
M

Mô men kháng tính toán
N

Lực dọc
P

Lực nén
Q

Hiệu ứng do tải trọng sinh ra
R

Sức kháng
T

Lực kéo

T

Mô men xoắn
T

Nhiệt độ
t

Thời gian
i
t

Thời gian bắt đầu chịu tải của bê tông
u

Ứng suất dính bám

Ứng suất dính bám trung bình
V

Lực cắt
c
V

Lực cắt do bê tông sinh ra
s
V

Lực cắt do cốt thép sinh ra
m

u

CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG
15

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG
1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.1 Kết cấu bê tông
Bê tông là một loại đá nhân tạo đƣợc tạo thành từ việc đóng rắn hỗn hợp xi măng, nƣớc,
cốt liệu mịn, cốt liệu thô (đá, sỏi) và có thể có cả phụ gia cũng nhƣ các chất độn hoạt tính.
Các loại bê tông thông thƣờng có khả năng chịu nén rất lớn nhƣng khả năng chịu kéo lại rất
nhỏ. Cƣờng độ chịu kéo của bê tông chỉ bằng khoảng 1/20 đến 1/10 cƣờng độ chịu nén của
nó. Bên cạnh giá trị thấp, cƣờng độ chịu kéo của bê tông lại rất không ổn định. Ngoài ra, biến
dạng kéo của bê tông khi ứng suất đạt đến cƣờng độ chịu kéo cũng có giá trị rất nhỏ. Vì
những lý do này, khả năng sử dụng riêng bê tông (bê tông không đƣợc gia cƣờng) trong kết
cấu là khá hạn chế. Ví dụ, một cấu kiện chịu uốn, đƣợc làm từ bê tông có cƣờng độ chịu nén
đến 35 MPa, sẽ bị nứt và phá hoại khi ứng suất kéo trong bê tông ở thớ chịu kéo đạt khoảng 2
MPa. Sự phá hoại này xảy ra là do khả năng chịu kéo của bê tông đã bị khai thác hết mặc dù
khả năng chịu nén của nó vẫn rất dƣ thừa. Việc sử dụng vật liệu nhƣ vậy là rất lãng phí. Do
đó, bê tông không đƣợc gia cƣờng chỉ đƣợc sử dụng rất hạn chế cho một số kết cấu chịu lực
có dạng khối lớn nhƣ đập chắn nƣớc, bệ móng, v.v. là dạng kết cấu chịu nén là chủ yếu. Ngay
cả ở những kết cấu này, để hạn chế bề rộng của các vết nứt bề mặt gây ra bởi co ngót và ứng
suất nhiệt, ngƣời ta cũng phải tìm cách gia cƣờng cho bê tông gần bề mặt.
Có rất nhiều giải pháp kết cấu hoặc phối hợp vật liệu có thể giúp khai thác đƣợc khả năng
chịu nén tốt của bê tông và, đồng thời, khắc phục đƣợc khả năng chịu kéo kém của nó. Điển
hình nhất trong số này là sử dụng những vật liệu có khả năng chịu kéo tốt, nhƣ thép hay sợi
thuỷ tinh hoặc chất dẻo, v.v. làm cốt để tăng cƣờng cho vùng chịu kéo của bê tông. Nếu khi
đổ bê tông, các thanh thép hoặc các vật liệu tăng cƣờng khác đƣợc đƣa vào các vị trí thích
hợp thì khả năng chịu lực của kết cấu bê tông sẽ đƣợc tăng lên đáng kể. Trong rất nhiều
trƣờng hợp, bê tông cũng còn đƣợc gia cƣờng cả vùng chịu nén bằng các vật liệu thích hợp

nhƣ thép.
Trong ví dụ trên, nếu vùng chịu kéo của cấu kiện chịu uốn có đặt các thanh cốt thép thì,
sau khi bê tông nứt và không chịu kéo đƣợc nữa, các thanh cốt thép này sẽ chịu hoàn toàn lực
kéo. Nhờ đó, cấu kiện vẫn có khả năng chịu lực sau khi bê tông vùng kéo đã bị nứt. Cấu kiện
bê tông có cốt thép, nếu đƣợc cấu tạo hợp lý, có khả năng chịu lực lớn hơn cấu kiện bê tông
không có cốt đến hàng chục lần.
Hình 1.1 thể hiện sự làm việc của 2 rầm có chiều dài, kích thƣớc mặt cắt và vật liệu bê
tông nhƣ nhau nhƣng rầm A đƣợc làm bằng bê tông không có cốt thép còn rầm B đƣợc làm
từ bê tông nhƣng đƣợc gia cƣờng bằng 3 thanh thép có đƣờng kính 29 mm ở vùng chịu kéo.
Việc so sánh các biểu đồ (b) và (c) cho thấy rằng, trong khi lực gây phá hoại rầm A là khoảng
14 kN thì lực gây phá hoại rầm B là khoảng 140 kN. Điều đó cho thấy rằng, việc bố trí thêm

Kết cấu bê tông
16

các thanh thép làm cốt để tăng cƣờng vùng chịu kéo đã làm tăng khả năng chịu lực của rầm
trong ví dụ này lên khoảng 10 lần.

(a) Sơ đồ kết cấu


(b) Quan hệ lực – độ võng của rầm bê tông không có cốt


(c) Quan hệ lực – độ võng của rầm bê tông có cốt là các thanh thép
Hình 1.1 Sự làm việc của rầm bê tông không có cốt và rầm bê tông có cốt là các thanh thép, kích thƣớc
và độ võng là mm, lực là kN
Kết cấu đƣợc xây dựng từ việc sử dụng phối hợp bê tông với các vật liệu làm cốt nhƣ trên
đƣợc gọi là kết cấu bê tông có cốt. Ở đây, có thể coi bê tông cùng với cốt là một dạng vật liệu
phức hợp, trong đó, bê tông và cốt cùng phối hợp chịu lực. Bê tông có cốt là các thanh thép

đƣợc gọi là bê tông cốt thép. Bên cạnh các loại cốt ở dạng thanh, ngƣời ta cũng sử dụng cốt
tăng cƣờng cho bê tông ở dạng sợi và loại vật liệu này đƣợc gọi là bê tông cốt sợi.
0
20
40
60
80
100
140
120
2
4
6
8
10
12
14
16
Phá hoại
QUAN HỆ LỰC – ĐỘ VÕNG
Độ võng giữa nhịp (mm)
Lực (kN)
600
250
3#29
0
2
4
6
10

12
14
16
8
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
Phá hoại
QUAN HỆ LỰC – ĐỘ VÕNG
Độ võng giữa nhịp (mm)
Lực (kN)
600
250
2000
2000
2000
P
P
Cấu tạo mặt cắt ngang
(mm)
Cấu tạo mặt cắt ngang
(mm)

CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG
17

Ngoài việc bố trí các vật liệu có khả năng chịu kéo lớn vào kết cấu bê tông (để thay thế bê
tông chịu lực kéo), ngƣời ta còn tìm cách nén trƣớc các vùng bê tông sẽ chịu kéo khi chịu các
tác động bên ngoài. Giải pháp này sẽ làm tăng khả năng chống nứt của kết cấu bê tông và,
qua đó, làm tăng khả năng chống thấm, độ cứng và độ bền của nó. Kết cấu bê tông dạng này
đƣợc gọi là kết cấu bê tông dự ứng lực hay kết cấu bê tông ứng suất trƣớc.
Kết cấu bê tông đƣợc sử dụng trong tài liệu này là một khái niệm chung để chỉ các kết cấu
đƣợc làm từ bê tông xi măng nhƣ kết cấu bê tông không có cốt, kết cấu bê tông có cốt, kết
cấu bê tông dự ứng lực, kết cấu bê tông cốt sợi, v.v.
Tài liệu này chỉ tập trung cho kết cấu bê tông cốt thép là dạng kết cấu đang đƣợc sử dụng
phổ biến nhất hiện nay ở nƣớc ta và trên toàn thế giới.
1.1.2 Bê tông cốt thép
Ở các điều kiện sử dụng bình thƣờng, bê tông và cốt thép có thể phối hợp làm việc rất tốt
với nhau nhờ các yếu tố sau:
 Lực dính bám giữa bê tông và bề mặt cốt thép. Lực này hình thành trong quá trình
đông cứng của bê tông và đảm bảo cho cốt thép không bị tuột khỏi bê tông trong quá
trình chịu lực. Do lực dính bám đóng vai trò quyết định trong sự làm việc chung của bê
tông và cốt thép nhƣ là một vật liệu thống nhất nên ngƣời ta luôn tìm mọi cách để làm
tăng độ lớn của lực này.
 Giữa bê tông và cốt thép không có các phản ứng hoá học làm ảnh hƣởng đến từng loại
vật liệu. Ngoài ra, bê tông còn tạo ra trên bề mặt cốt thép một lớp thụ động, có tác
dụng bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn do tác động của môi trƣờng.
 Bê tông và cốt thép có hệ số giãn nở nhiệt gần bằng nhau. Hệ số giãn nở nhiệt của bê
tông là
55
1,0 10 1,5 10
c



   
và hệ số giãn nở nhiệt của thép là
5
1,2 10
s



.
Nhƣ vậy, với phạm vi biến đổi nhiệt độ thông thƣờng, khoảng dƣới 100
o
C, trong bê
tông cốt thép không xuất hiện nội ứng suất làm phá hoại vật liệu.
1.1.3 Phân loại kết cấu bê tông cốt thép
1.1.3.1 Phân loại theo trạng thái ứng suất
Phụ thuộc vào trạng thái ứng suất trong bê tông và cốt thép trƣớc khi chịu lực, có thể có
hai dạng kết cấu bê tông cốt thép là
 Kết cấu bê tông cốt thép thƣờng. Là loại kết cấu bê tông cốt thép mà, khi chế tạo, cốt
thép và bê tông không đƣợc tạo ứng suất trƣớc. Ngoại trừ các nội ứng suất phát sinh do
sự thay đổi nhiệt hay co ngót hoặc trƣơng nở của bê tông, ứng suất trong bê tông và cốt
thép chỉ xuất hiện khi kết cấu bắt đầu chịu lực.
 Kết cấu bê tông dự ứng lực. Nhằm mục đích hạn chế sự xuất hiện của vết nứt trong bê
tông dƣới tác dụng của tải trọng và các tác động khác, cốt thép đƣợc căng trƣớc để,

Kết cấu bê tông
18

thông qua lực dính bám hoặc neo, tạo ra lực nén trƣớc trong những khu vực bê tông sẽ
chịu kéo trong quá trình khai thác. Loại kết cấu bê tông này đƣợc gọi là bê tông dự ứng

lực. Thông qua dự ứng lực, ngƣời ta có thể chủ động tạo ra các trạng thái ứng suất
thích hợp trong kết cấu để hạn chế tối đa các tác động bất lợi từ bên ngoài. Kết cấu bê
tông dự ứng lực còn đƣợc phân loại thành kết cấu bê tông dự ứng lực hoàn toàn và dự
ứng lực một phần. Ở kết cấu bê tông dự ứng lực hoàn toàn, trong bê tông không đƣợc
phép nứt hoặc, thậm chí, không đƣợc xuất hiện ứng suất kéo. Trong khi đó, ở kết cấu
bê tông dự ứng lực một phần, bê tông đƣợc phép xuất hiện vết nứt ở một số tổ hợp tải
trọng nhất định.
1.1.3.2 Phân loại theo phƣơng pháp thi công
Theo phƣơng pháp thi công, kết cấu bê tông cốt thép có thể đƣợc phân loại thành:
 Kết cấu bê tông đổ tại chỗ: là loại kết cấu đƣợc lắp dựng cốt thép và đổ bê tông tại vị
trí thiết kế của nó. Hầu hết các kết cấu bê tông cốt thép có kích thƣớc lớn đều đƣợc thi
công đổ tại chỗ. Kết cấu bê tông cốt thép đƣợc thi công đổ tại chỗ có tính toàn khối
cao, ít mối nối nên có độ bền cao, có độ cứng và khả năng chịu lực lớn theo nhiều
phƣơng. Tuy nhiên, do đƣợc đổ bê tông tại công trƣờng nên thời gian thi công thƣờng
kéo dài, chất lƣợng bê tông khó đƣợc kiểm soát vì chịu ảnh hƣởng nhiều của các tác
động môi trƣờng. Hiện nay, việc sử dụng bê tông thƣơng phẩm và việc hoàn thiện các
công nghệ đổ bê tông tại chỗ đã cơ bản khắc phục đƣợc các nhƣợc điểm này.
 Kết cấu bê tông lắp ghép. Theo phƣơng pháp thi công này, các bộ phận kết cấu bê tông
đƣợc đúc sẵn tại nhà máy hay tại các xƣởng đúc bê tông và, sau đó, đƣợc vận chuyển
đến công trƣờng xây dựng và lắp ghép tại đó. Bê tông đƣợc thi công theo phƣơng pháp
này có chất lƣợng cao hơn nhƣng kết cấu lại có độ toàn khối thấp. Các mối nối đƣợc
thực hiện ở công trƣờng chính là các điểm xung yếu làm giảm độ bền chung của kết
cấu. Phụ thuộc vào năng lực của các thiết bị vận chuyển và thi công, các bộ phận lắp
ghép có thể là các phần nhỏ của kết cấu nhƣ các đốt rầm, các cấu kiện tƣơng đối hoàn
chỉnh nhƣ rầm, cột, tƣờng hoặc các khối kết cấu.
 Kết cấu bê tông bán lắp ghép. Đây là phƣơng pháp thi công kết hợp cả hai phƣơng
pháp nêu trên. Một số bộ phận của kết cấu đƣợc chế tạo ở xƣởng nhƣng ở dạng chƣa
hoàn thiện và, sau khi đƣợc vận chuyển đến vị trí xây dựng, sẽ đƣợc đổ bê tông bổ
sung. Phần bê tông đƣợc đổ mới cũng đóng luôn vai trò của các mối nối thi công. Các
rầm cầu dạng chữ I, T có phạm vi nhịp đến khoảng 40 m thƣờng đƣợc xây dựng theo

phƣơng pháp này (Hình 1.2). Các kết cấu đƣợc thi công theo phƣơng pháp này có thể
phần nào khắc phục đƣợc nhƣợc điểm và phát huy ƣu điểm của hai phƣơng pháp trên.
Tuy nhiên, để đảm bảo cho sự làm việc chung của phần bê tông đúc sẵn và bê tông đổ
tại chỗ cần có các giải pháp thiết kế và thi công thích hợp.
Một dạng đặc biệt của kết cấu bê tông bán lắp ghép là kết cấu bê tông đƣợc đổ bê tông trên
các “ván khuôn chết” (Stay-In-Place Formwork systems). Ván khuôn ở đây là các cấu kiện bê
tông đƣợc chế tạo sẵn và đƣợc gia công theo một số yêu cầu đặc biệt. Ở một số công trình

CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG
19

nhà ở, ván khuôn này là các cấu kiện tƣờng hoặc cột rỗng có bề mặt nhẵn. Bê tông đổ tại chỗ
sẽ làm đầy các cấu kiện này.

Hình 1.2 Kết cấu bê tông cốt thép bán lắp ghép
1.1.4 Ƣu, nhƣợc điểm và phạm vi áp dụng của kết cấu bê tông
Kết cấu bê tông là một trong những dạng kết cấu đƣợc sử dụng phổ biến nhất hiện nay do
có những ƣu điểm nổi bật sau:
 Giá thành thấp do bê tông có thể đƣợc chế tạo chủ yếu từ các vật liệu địa phƣơng nhƣ
đá, sỏi, cát, v.v. Các vật liệu đắt tiền, đƣợc chế tạo công nghiệp nhƣ xi măng và thép
chỉ chiếm một tỷ trọng nhỏ, khoảng 1/5 đến 1/6 khối lƣợng toàn bộ.
 Có khả năng chịu lực lớn. So với các dạng vật liệu khác nhƣ gạch, đá, gỗ, v.v. bê tông
cốt thép có khả năng chịu lực lớn hơn hẳn. Đặc biệt, với sự xuất hiện của bê tông
cƣờng độ cao và cực cao, khả năng chịu lực của bê tông cốt thép đã có thể so sánh
đƣợc với thép. Ngoài ra, do bê tông là vật liệu nhân tạo nên ngƣời dùng có thể, thông
qua việc khống chế các thành phần của nó, chế tạo đƣợc bê tông có các tính năng nhƣ
mong muốn.
 Có độ bền cao. So với các vật liệu khác nhƣ thép, gỗ, v.v. kết cấu bê tông cốt thép có
độ bền chịu tác động của môi trƣờng cao hơn và, do đó, yêu cầu chi phí bảo dƣỡng
thấp hơn.

 Dễ tạo dáng. Do bê tông đóng rắn từ hỗn hợp dẻo nên việc tạo dáng cho các cấu kiện
phù hợp với yêu cầu kiến trúc là khá dễ dàng.
 Chịu lửa tốt. Cƣờng độ của bê tông bị suy giảm không đáng kể khi nhiệt độ lên đến
400
o
C. Ngoài ra, hệ số dẫn nhiệt của bê tông khá thấp (khoảng từ 1 đến 2,6
o
W m C
)
nên nó có thể bảo vệ đƣợc cốt thép không bị chảy khi nhiệt độ cao.
 Có khả năng hấp thụ năng lƣợng tốt. Các kết cấu bằng bê tông cốt thép thƣờng có khối
lƣợng lớn nên có khả năng hấp thụ năng lƣợng xung kích tốt.
Bên cạnh các ƣu điểm kể trên, bê tông cốt thép cũng có một số nhƣợc điểm quan trọng
sau:
Phần bê tông
đúc sẵn
Phần bê tông đổ tại chỗ
Ván khuôn ở
công trƣờng

Kết cấu bê tông
20

 Có tỷ lệ cƣờng độ so với đơn vị trọng lƣợng bản thân nhỏ. Do đó, các kết cấu đƣợc xây
dựng từ vật liệu này thƣờng có nhịp tƣơng đối nhỏ và chi phí cho việc xây dựng kết
cấu nền móng lớn. Tuy nhiên, việc sử dụng bê tông dự ứng lực cƣờng độ cao hoặc các
giải pháp kết cấu hợp lý đã khắc phục đƣợc đáng kể nhƣợc điểm này.
 Bê tông đổ tại chỗ đòi hỏi thời gian thi công dài và các hệ thống đà giáo ván khuôn
phức tạp. Do thời gian thi công kéo dài nên chất lƣợng bê tông chịu nhiều ảnh hƣởng
của thời tiết và, do đó, khó kiểm soát. Việc sử dụng bê tông lắp ghép hay bán lắp ghép

là một số trong những giải pháp có thể khắc phục nhƣợc điểm này.
 Sau khi thi công xong, kết cấu làm từ bê tông cốt thép rất khó đƣợc tháo dỡ, vận
chuyển và sử dụng lại.
 Do khả năng chịu kéo kém của bê tông nên bê tông cốt thép thƣờng dễ bị nứt, làm ảnh
hƣởng đến độ bền, tính mỹ quan công trình và, đặc biệt là, tâm lý ngƣời sử dụng. Bê
tông dự ứng lực có khả năng khắc phục đƣợc phần nào nhƣợc điểm này nhƣng lại có
giá thành cao hơn.
1.1.5 Các dạng kết cấu bê tông điển hình dùng trong công trình xây
dựng
Kết cấu bê tông đang là loại kết cấu đƣợc sử dụng phổ biến nhất trong các lĩnh vực xây
dựng. Kết cấu bê tông có mặt trong xây dựng dân dụng, công nghiệp, cầu, đƣờng, sân bay,
thuỷ lợi, v.v. Trong các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, kết cấu bê tông đƣợc
sử dụng làm kết cấu chịu lực, kết cấu sàn, kết cấu móng cũng nhƣ các kết cấu bao che. Trong
các công trình cầu, kết cấu bê tông đƣợc sử dụng làm rầm, kết cấu mặt cầu, kết cấu trụ, tháp,
kết cấu móng, v.v. Kết cấu bê tông cũng đƣợc sử dụng khá phổ biến để làm mặt đƣờng cứng
cũng nhƣ sân bay.
Hầu hết các kết cấu nhà cao tầng, cầu cũng nhƣ đập thuỷ lợi, thuỷ điện đƣợc xây dựng ở
nƣớc ta thời gian qua đều là các kết cấu bê tông. Theo các thống kê chƣa đầy đủ thì công
trình bằng kết cấu bê tông chiếm khoảng 70% số công trình xây dựng ở nƣớc ta hiện nay.
Sự phong phú về dạng kết cấu bê tông đã thể hiện đƣợc tính phổ biến của vật liệu này
trong xây dựng. Một số dạng kết cấu bê tông điển hình đƣợc giới thiệu tóm tắt nhƣ sau:
Nhà nhiều tầng là dạng công trình phổ biến nhất sử dụng kết cấu bê tông. Các công trình
này đƣợc xây dựng chủ yếu theo cách “chồng” lên nhau các tầng có cấu trúc tƣơng đối giống
nhau. Do lợi thế về khả năng chống cháy, bê tông có ƣu điểm rõ rệt so với các vật liệu khác
nhƣ thép và gỗ. Hơn nữa, nhờ có độ cứng lớn, kết cấu bê tông cốt thép rất thích hợp khi chịu
tải trọng ngang. Độ nhạy cảm đối với dao động trong các kết cấu bằng bê tông cốt thép cũng
nhỏ hơn đáng kể so với khi làm bằng vật liệu khác. Những lợi thế này có vai đặc biệt đối với
hệ thống chịu lực của các toà nhà chọc trời.
Các công trình mái có khẩu độ lớn bằng kết cấu bê tông đƣợc xây dựng để phục vụ cho
những mục đích khác nhau. Đặc điểm cơ bản và chung nhất của các công trình loại này là có

CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG
21

mái bao phủ một diện tích lớn với số lƣợng cột đỡ ít đến mức có thể. Thay cho cách thức xây
dựng truyền thống đơn giản với vì kèo, xà gồ và các tấm lợp, trong kết cấu mái có khẩu độ
lớn bằng kết cấu bê tông, ngƣời ta sử dụng các kết cấu không giản vỏ mỏng nhiều lớp hoặc
kết cấu vòm cuốn (Hình 1.3).

Hình 1.3 Mái vỏ Isler bằng BTCT ở gần thành phố Bern, Thuỵ sỹ [7]
Cầu là các công trình kỹ thuật để đƣa các tuyến giao thông vƣợt qua chƣớng ngại vật
(Hình 1.4). Theo loại hình giao thông, cầu đƣợc phân loại thành cầu cho ngƣời đi bộ, cầu
đƣờng ô tô hay cầu đƣờng sắt. Theo loại chƣớng ngại vật phải vƣợt qua, cầu đƣợc phân biệt
thành cầu qua thung lũng, cầu qua sƣờn núi hay cầu qua sông, biển hoặc cầu phục vụ cho các
đƣờng giao thông trên cao. Các công trình cầu bao gồm kết cấu phần trên và kết cấu phần
dƣới. Kết cấu phần trên bao gồm kết cấu chịu lực và hệ mặt cầu. Tuỳ theo hình dạng và đặc
điểm chịu lực mà kết cấu này đƣợc phân biệt thành cầu bản, cầu rầm, cầu khung, cầu vòm,
cầu dây văng, cầu dây võng và các dạng cầu hỗn hợp khác nhƣ cầu extradosed, v.v. Kết cấu
phần dƣới bao gồm móng, mố và trụ. Các công trình cầu chịu tác động của thời tiết và ảnh
hƣởng của môi trƣờng mạnh hơn rõ rệt so với các công trình nhà cửa. Do ƣu điểm về tuổi thọ,
bê tông cốt thép đƣợc sử dụng rất phổ biến trong xây dựng cầu. Nhƣợc điểm vì trọng lƣợng
bản thân lớn đã phần nào đƣợc khắc phục nhờ kết cấu bê tông dự ứng lực.

Hình 1.4 Cầu Bãi Cháy, cầu dây văng một mặt phẳng dây với rầm chính bằng kết cấu bê tông
Tháp và cột tháp, về tổng thể, là những cấu kiện kiểu công son liên kết cứng với nền
móng. Thí dụ về dạng kết cấu này là các loại tháp đứng độc lập, nhƣ tháp truyền hình, tháp
thông tin, ống khói, tháp chuông, v.v. Ngoài ra, có những kết cấu dạng tháp làm việc nhƣ là
các bộ phận của một công trình, nhƣ trụ cầu và tháp cầu, chân giàn khoan trên biển. Tháp có
tác dụng thu hút sự chú ý và nhờ độ cao của chúng, có một ý nghĩa đặc biệt về kiến trúc. Do

Kết cấu bê tông
22

có tuổi thọ cao và khả năng tạo dáng dễ dàng, bê tông rất hay đƣợc sử dụng đối với các công
trình tháp và cột tháp.
Các kết cấu bể chứa đƣợc chia thành silô và bunker, dùng để chứa các chất nhớt, dùng
làm bể chứa chất lỏng và kết cấu bảo vệ. Do chịu áp lực từ bên trong, thành bể chứa chủ yếu
chịu kéo hoặc kéo uốn kết hợp. Do vậy, trong rất nhiều trƣờng hợp, các bể này đƣợc xây
dựng bằng kết cấu bê tông dự ứng lực.
1.2 SƠ LƢỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA BÊ TÔNG CỐT THÉP
Bê tông, với khái niệm là một vật liệu hỗn hợp đƣợc chế tạo từ cốt liệu và chất kết dính, đã
đƣợc sử dụng nhƣ là một vật liệu xây dựng ngay từ thời La Mã. Tuy nhiên vào những năm
đầu của thế kỷ 19, khi xi măng đƣợc phát minh, bê tông sử dụng xi măng làm chất kết dính
mới bắt đầu đƣợc sử dụng rộng rãi. Năm 1801, Coignet đã công bố nghiên cứu của mình về
các nguyên tắc xây dựng bằng bê tông cũng nhƣ các hiểu biết về khả năng chịu kéo kém của
bê tông. Năm 1850, Lambot, lần đầu tiên, đã chế tạo một thuyền bằng vữa xi măng lƣới thép
và thuyền này đã đƣợc triển lãm tại Paris năm 1855. Koennen, một kỹ sƣ ngƣời Đức, đã lần
đầu tiên đề xuất đƣa cốt sắt vào vùng bê tông chịu kéo và, năm 1886, đã công bố các bản thảo
về lý thuyết và thiết kế kết cấu bê tông cốt thép. Những năm sau đó, rất nhiều tiến bộ trong
lĩnh vực bê tông cốt thép đã đạt đƣợc ở nhiều nƣớc nhƣ Pháp, Đức và dẫn đến việc thành lập
Hiệp hội bê tông Đức vào năm 1910 và sau đó là các Hiệp hội bê tông Áo cũng nhƣ các Viện
nghiên cứu bê tông Anh, Viện nghiên cứu bê tông Mỹ. Bên cạnh các viện nghiên cứu quốc
gia, các tổ chức quốc tế về bê tông cũng đã đƣợc thành lập. Liên đoàn bê tông dự ứng lực
quốc tế (FIP) đƣợc thành lập năm 1952 và Uỷ ban Bê tông châu Âu (CEB) đƣợc thành lập
năm 1953, từ năm 1998, CEB và FIP hợp nhất thành Liên đoàn bê tông quốc tế (fédération
internationale du béton, viết tắt là fib).
Bê tông dự ứng lực đã đƣợc Freyssinet, một kỹ sƣ ngƣời Pháp, đề xuất và chế tạo thành
công vào năm 1928. Từ đó, kết cấu bê tông cốt thép và kết cấu bê tông dự ứng lực đƣợc sử
dụng ngày càng nhiều cho các ứng dụng khác nhau.
Các lý thuyết về cƣờng độ tới hạn đã đƣợc sử dụng trong tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê

tông cốt thép tại Liên Xô (cũ) từ năm 1938. Lý thuyết này, sau đó, đƣợc sử dụng tại Anh và
Mỹ vào năm 1956. Phƣơng pháp thiết kế theo các trạng thái giới hạn đã đƣợc sử dụng ở Liên
Xô (cũ) từ năm 1955. Hiện nay, phƣơng pháp này đang đƣợc hoàn thiện và đƣợc sử dụng phổ
biến ở rất nhiều nƣớc trên thế giới nhƣ Mỹ, Châu Âu, Nhật, v.v. Các Tiêu chuẩn tính toán,
thiết kế kết cấu bê tông cốt thép của nƣớc ta cũng áp dụng phƣơng pháp các trạng thái giới
hạn.
Với việc phát hiện ra thành phần vật liệu và nguyên tắc phối hợp mới, bê tông tính năng
cao hiện nay đã có thể đạt đến cƣờng độ chịu nén đến 140 MPa, thậm chí đến 200 MPa. Để
khai thác một cách có hiệu quả các loại bê tông này đòi hỏi phải có những dạng kết cấu mới.
Trong thời gian gần đây, các dạng kết cấu liên hợp, kết cấu lai (hybrid structures) đang đƣợc
nghiên cứu phát triển mạnh mẽ.

CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG
23

1.3 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG
CỐT THÉP
Thiết kế kết cấu bê tông, cũng nhƣ khi thiết kế các kết cấu khác, có thể đƣợc xem nhƣ là
một quá trình thử dần bao gồm các giai đoạn có liên quan chặt chẽ với nhau là thiết kế sơ bộ,
phân tích và thiết kế chi tiết.
1.3.1 Thiết kế sơ bộ
Thiết kế sơ bộ là phần quan trọng và sáng tạo nhất của quá trình thiết kế. Trong giai đoạn
này, các kỹ sƣ thiết kế sẽ xác định dạng kết cấu, kích thƣớc sơ bộ của các bộ phận cũng nhƣ
tải trọng dự kiến. Để thoả mãn các chức năng yêu cầu của công trình, ngƣời kỹ sƣ thiết kế
phải vận dụng nghệ thuật, kinh nghiệm, các kiến thức về kỹ thuật xây dựng, tính trực quan và
tính sáng tạo. Kinh nghiệm thƣờng đóng vai trò quan trọng trong việc tìm ra các giải pháp
phù hợp nhất trên cơ sở hài hoà các yếu tố nhƣ yêu cầu của chủ đầu tƣ, yêu cầu kiến trúc, tiêu
chuẩn, điều kiện môi trƣờng, sự sẵn có của các vật liệu thành phần cũng nhƣ điều kiện và khả
năng thi công, v.v.
1.3.2 Phân tích kết cấu

Mục đích của quá trình phân tích kết cấu là xác định nội lực, chuyển vị, tần số dao động,
độ ổn định, v.v. của toàn kết cấu cũng nhƣ của các bộ phận của nó dƣới các tác động bên
ngoài với các thông số hình học và vật liệu đã đƣợc lựa chọn trong bƣớc thiết kế sơ bộ. Để
thực hiện việc phân tích, kết cấu thật đƣợc mô hình hoá thành các sơ đồ tính với việc sử dụng
các giả thiết phù hợp với các nguyên lý thiết kế và sự làm việc thực tế của kết cấu ở các trạng
thái khác nhau.
Để phân tích tổng thể kết cấu trong giai đoạn khai thác chịu các tác động thông thƣờng, sơ
đồ tính thƣờng đƣợc xây dựng bằng việc áp dụng các giả thiết đã đƣợc sử dụng trong các
môn học nhƣ Sức bền vật liệu, Cơ học kết cấu, v.v. Theo đó, vật liệu trong các kết cấu bê
tông vẫn đƣợc giả thiết là đồng nhất, đẳng hƣớng và làm việc đàn hồi tuyến tính. Những giả
thiết này làm giảm đáng kể khối lƣợng tính toán, đồng thời, vẫn phản ánh tƣơng đối chính
xác sự làm việc thực tế của kết cấu.
Khi chịu các tác động đặc biệt nhƣ động đất, gió bão lớn, va tàu, v.v. kết cấu đƣợc thiết kế
làm việc ở các trạng thái giới hạn về cƣờng độ. Lúc đó, bê tông hoặc bê tông cốt thép cần
phải đƣợc xem xét nhƣ là một vật liệu đàn dẻo và dị hƣớng do sự hình thành và phát triển của
các vết nứt. Do khối lƣợng tính toán lớn, các phân tích dạng này thƣờng đƣợc thực hiện trên
các chƣơng trình máy tính hiện đại.
Khi phân tích kết cấu trong giai đoạn thi công, bê tông hoặc bê tông cốt thép cũng thƣờng
đƣợc mô hình hoá là vật liệu làm việc đàn hồi tuyến tính dƣới tác dụng của ngoại lực. Tuy
nhiên, ở giai đoạn này, do bê tông có tuổi khá nhỏ nên những yếu tố có liên quan đến thời
gian nhƣ co ngót, từ biến, sự biến thiên cƣờng độ và độ cứng của nó có ảnh hƣởng đáng kể

Kết cấu bê tông
24

đến biến dạng, chuyển vị và nội lực của kết cấu. Do vậy, việc phân tích kết cấu trong giai
đoạn thi công cần xem xét đến những yếu tố này.
1.3.3 Thiết kế chi tiết
Trong giai đoạn này, ngƣời thiết kế sẽ tính toán các kích thƣớc chi tiết cũng nhƣ xác định
số lƣợng và bố trí vật liệu thích hợp cho từng bộ phận kết cấu trên cơ sở các thành phần nội

lực đã đƣợc xác định từ phân tích tổng thể. Mặc dù nội lực của các bộ phận kết cấu thƣờng
đƣợc xác định trên các sơ đồ tính với giả thiết về sự làm việc đàn hồi tuyến tính của bê tông
nhƣng khi thiết kế chi tiết, ngƣời thiết kế cần phải tính đến các ứng xử thật và phức tạp của
vật liệu này.
Thiết kế chi tiết cũng là một quá trình thử dần với việc xác định kích thƣớc, lựa chọn và bố
trí vật liệu và tính duyệt để đảm bảo rằng, mọi bộ phận kết cấu đều thoả mãn các yêu cầu về
cƣờng độ, độ bền, độ cứng, độ ổn định, v.v. Đối với kết cấu bê tông, đây là một quá trình đòi
hỏi phải xử lý rất nhiều tham số khác nhau nhƣ kích thƣớc của mặt cắt, chủng loại và diện
tích của cốt thép, mô hình làm việc của bê tông và cốt thép, v.v. Bên cạnh những mô hình vật
liệu đƣợc đề xuất theo các triết lý thiết kế, các kỹ sƣ phải phối hợp rất nhiều phƣơng pháp và
kỹ thuật khác nhau nhƣ các công thức kinh nghiệm (ví dụ, công thức để tính toán độ mở rộng
vết nứt hay công thức tính cƣờng độ kháng cắt), các phƣơng pháp gần đúng (ví dụ, tính duyệt
mặt cắt với giả thiết là ứng suất trong bê tông phân bố dạng chữ nhật) cũng nhƣ các mô hình
suy luận (ví dụ, giả thiết mặt cắt phẳng khi chịu uốn).
Tuỳ thuộc vào đặc điểm cấu tạo và chịu lực, cách tính toán đối với từng bộ phận trong kết
cấu bê tông cũng khác nhau. Các khu vực ở xa điểm đặt lực có thể đƣợc thiết kế và tính toán
bằng các phƣơng pháp mặt cắt thông thƣờng. Tuy nhiên, các khu vực ở gần điểm đặt lực hoặc
có cấu tạo phức tạp cần đƣợc thiết kế theo các phƣơng pháp thích hợp hơn nhƣ phƣơng pháp
dòng lực hay phƣơng pháp sơ đồ hệ thanh, v.v.
1.4 TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ KẾT
CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP
Các lý thuyết và phƣơng pháp tính toán, thiết kế kết cấu bê tông đã đạt đƣợc rất nhiều tiến
bộ cùng với sự phát triển của công nghệ vật liệu, phƣơng pháp và thiết bị thí nghiệm cũng
nhƣ khả năng tính toán trong thời gian qua.
Trong giai đoạn đầu thế kỷ 20, kết cấu bê tông đƣợc tính toán và thiết kế theo ứng suất
cho phép, theo đó, các vật liệu trong kết cấu đƣợc giả thiết là làm việc đàn hồi tuyến tính cho
đến khi bị phá hoại. Điều kiện an toàn của một kết cấu đƣợc xác định trên cơ sở so sánh ứng
suất lớn nhất do tác động bên ngoài sinh ra với ứng suất cho phép, là giá trị đƣợc có đƣợc từ
ứng suất gây phá hoại vật liệu và đƣợc chiết giảm bằng hệ số an toàn. Hệ số an toàn đƣợc xác
định từ việc xem xét các yếu tố nhƣ tính đồng nhất và chất lƣợng của vật liệu, độ chính xác

của việc chế tạo, sự sai lệch giữa tải trọng thực tế với tải trọng tính toán cũng nhƣ tầm quan
trọng của kết cấu. Phƣơng pháp ứng suất cho phép là một trong những phƣơng pháp thiết kế

CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG
25

đƣợc sử dụng rộng rãi trong thế kỷ 20. Cho đến nay, phƣơng pháp này vẫn đƣợc sử dụng
trong một số tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép. Tuy nhiên, việc áp dụng phƣơng pháp ứng suất
cho phép để thiết kế kết cấu bê tông tỏ ra là không thật thích hợp do bê tông là vật liệu có tính
đàn dẻo cao và trạng thái ứng suất của nó chịu nhiều ảnh hƣởng của các yếu tố phụ thuộc thời
gian nhƣ co ngót, từ biến, v.v.
Từ giữa thế kỷ 20, một phƣơng pháp tính toán và thiết kế khác đƣợc phát triển là phƣơng
pháp theo nội lực phá hoại. Theo phƣơng pháp này, điều kiện an toàn của kết cấu đƣợc xác
định trên cơ sở so sánh nội lực lớn nhất trong kết cấu do tải trọng tiêu chuẩn sinh ra với nội
lực làm phá hoại kết cấu (nội lực phá hoại). Nội lực phá hoại đƣợc xác định dựa trên các kết
quả thí nghiệm và có xét đến sự làm việc có biến dạng dẻo của bê tông và cốt thép. Phƣơng
pháp nội lực phá hoại đã phần nào khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của phƣơng pháp ứng suất
cho phép nhƣng do vẫn sử dụng một hệ số an toàn chung nên chƣa phản ánh đƣợc đày đủ các
yếu tố ảnh hƣởng đến độ an toàn của kết cấu.
Phƣơng pháp tính toán và thiết kế đƣợc sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là phƣơng pháp
trạng thái giới hạn. Theo phƣơng pháp này, độ an toàn của kết cấu đƣợc xác định trên cơ sở
so sánh sức kháng của kết cấu với hiệu ứng của tải trọng ở từng trạng thái giới hạn. Trạng
thái giới hạn là trạng thái mà, tại đó, kết cấu có thể bị phá hoại hoặc không tiếp tục sử dụng
bình thƣờng đƣợc nữa. Theo một số tiêu chuẩn thiết kế tiên tiến hiện nay, các trạng thái giới
hạn thƣờng đƣợc chia thành trạng thái giới hạn về cƣờng độ, trạng thái giới hạn về sử dụng,
trạng thái giới hạn mỏi và trạng thái giới hạn đặc biệt. Sự biến thiên của từng loại tải trọng và
sức kháng của kết cấu đƣợc xác định theo phƣơng pháp xác suất thống kê và đƣợc xét đến
trong tính toán thông qua các hệ số. Các hệ số tải trọng và sức kháng đƣợc quy định khác
nhau cho các trạng thái giới hạn khác nhau.
Nhiệm vụ của kỹ sƣ thiết kế là đảm bảo cho kết cấu không bị rơi vào các trạng thái giới

hạn trong thời gian phục vụ dự kiến của nó. Phƣơng pháp tính toán, thiết kế theo trạng thái
giới hạn đang đƣợc coi là phƣơng pháp tiên tiến nhất do có cơ sở khoa học rõ ràng, có khả
năng tuỳ biến theo yêu cầu cho từng công trình cụ thể.