Chương 2 bê tông cốt thép

Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

2. CÁC TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

2.1 Các tính năng cơ lý của bê tơng
2.2 Các tính năng cơ lý của thép
2.3 BTCT – Sự làm việc chung giữa BT và thép

Chapter 2: Materials

33


Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

2.1 CÁC TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BÊTƠNG
❖

Tính năng cơ lý
•

Tính cơ học: cường độ và biến dạng

•

Tính vật lý: từ biến, co ngót, nở nhiệt

2.1.1 Cường độ và biến dạng bê tơng
•

Cường độ và phương thức xác định cường độ bê tơng

•

Cấp độ bền chịu nén (B) và mác bê tơng (M)

•

Cường độ chịu nén tiêu chuẩn và tính tốn Rbn , Rb

•

Sự thay đổi của cường độ chịu nén theo thời gian

•

Biến dạng của bê tơng

•

Mơ-đun đàn hồi và hệ số Poisson

2.1.2 Tính năng vật lý của bê tơng
Chapter 2: Materials

34

Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

2.1.1 CƯỜNG ĐỘ VÀ BIẾN DẠNG BÊ TÔNG
a) Cường độ và phương thức xác định cường độ
a1) Cường độ chịu nén fc (compressive strength)
•

TCVN 5574 (2012): Qui đổi từ mẫu lập phương (a) thành mẫu lăng trụ (b)

•

Tiêu chuẩn ACI 318 (2008) và EN 1992 1-1 (2004): Mẫu lăng trụ trịn (b)

F
F

Diện tích bề mặt
tiếp xúc lực

150

F
fc =
S

D = 150

300

Bàn nén

150

(a)

150

(b)

F

H. 1-Hình dạng mẫu thử trong thí nghiệm chịu nén dọc trục

Chapter 2: Materials

35


Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

H.2 - Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông

Chapter 2: Materials

36

Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

a2) Cường độ chịu kéo ft (tensile strength)
•

Kéo trực tiếp: phức tạp, rất khó thực hiện
Tiết diện cắt ngang
F

F

ft =

F
S

H. 3 - Mẫu thử hình dog-bone

•

Kéo gián tiếp (Brazilian test): đơn giản, phổ biến
F

Đệm gỗ

2F

ft , sp =
 dh

d

Đệm gỗ

f t = 0.9 f t , sp

F
h = 2d

H. 4 - Mẫu kéo chẻ

Chapter 2: Properties of steel reinforced concrete

37


Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

H.5 - Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo chẻ đôi của bê tông

Chapter 2: Properties of steel reinforced concrete

38

Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

a3) Cường độ chịu kéo uốn ft,fl (flexural strength)
F

F
h = 150
b = 150

a=150

150

6 Fa
f t , fl = 2
bh

a=150

s = 450

F
h = 100
b = 100
s/2

3Fs
f t , fl =

2bh 2

s/2

s = 300

H. 6 – Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo uốn của bê tông

Chapter 2: Properties of steel reinforced concrete

39


Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

b) Cấp độ bền chịu nén (B) và mác bê tông (M)
❖

Là chỉ tiêu cơ bản của bêtơng

❖

Qui trình xác định cấp độ bền B
•

M

Tiến hành nén với số lượng mẫu n

F
n

R

150

RTB = i =1
n
150

150

f’c = B/(1.2~1.25)

(a)
•

(ACI 318)

Cấp độ bền chịu nén B

B=RTB (1 − 1.64 )

fck,cube (EN 1992)
Cường độ chịu nén danh nghĩa mẫu lập phương
Chapter 2: Materials

i

Cường độ chịu nén danh
định mẫu lăng trụ

ν = 0.135
40


Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

c) Cường độ chịu nén tiêu chuẩn dọc trục Rbn
Rbn =B ( 0.77 − 0.001B )

f’c (ACI 318)

d) Cường độ chịu nén tính tốn dọc trục Rb
Rb =

Rbn

 bc

C

fck (EN 1992)

fcd (EN 1992)

γbc = 1.3 – BT nặng, BT hạt nhỏ, BT tự ứng suất, BT nhẹ,

BT rỗng
γbc = 1.5 – BT tổ ong

(Bảng 11, TCVN 5574-2012)

Ví dụ
B20

Rbn =B( 0.77 − 0.001B ) = 20( 0.77−0.00120 ) = 15MPa
R
15
Rb = bn =
= 11.5MPa
 bc 1.3
Kiểm chứng bằng cách tra bảng 12, 13 TCVN 5574-2012

Chapter 2: Materials

41


Chương 2

Chapter 2: Materials

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

42

Chương 2

Chapter 2: Materials

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

43


Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

e) Sự thay đổi của cường độ bê tông theo thời gian (EN 1992-1-1)

H. 7 - Sự thay đổi cường độ bê tông theo thời gian

Chapter 2: Materials

44


Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

e) Sự thay đổi của cường độ bê tông theo thời gian khi chịu tác
dụng của ứng suất nén lớn dài hạn (CEB FIB MC 2010)

Ảnh hưởng của các vết nứt li ti (micro – cracks)

Chapter 2: Materials

45


Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

f) Biến dạng của bê tơng (concrete strain)
•

Biến dạng do tải trọng

•

Biến dạng do co ngót, từ biến và do nhiệt

σ

Bê tơng là vật liệu đàn-dẽo

fcm

ε = ΔH/H
εp= ΔD/D

σc,cr≈0.4fcm

F
α

ΔH

εc,r

εc
εcu ε
H. 8 - Quan hệ ứng suất-biến dạng của bê
tông khi nén dọc trục

F

ΔD

D

H

Bàn nén
Chapter 2: Materials

46


Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

e) Biến dạng của bê tông (concrete strain)
σ
(RTB) fcm

σc,cr≈0.4fcm
H. 8: Quan hệ ứng suất-biến dạng của bê
tông khi nén dọc trục (EN 1992-1-1)

α

σ

εc,r

εc1

εcu1 ε

σ
(Rbn) fck

(Rbn) fck

(Rb) fcd

(Rb) fcd

εc2

εcu2

ε

εc3

εcu3

ε

H. 9: Quan hệ ứng suất-biến dạng của bê tông nén dọc trục sau khi được đơn giản hóa
Chapter 2: Materials

47


Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

g) Mơ-đun đàn hồi Eb và hệ số Poisson ν (Young’s modulus and
Poisson’s ratio)
σ

Bê tông là vật liệu đàn-dẽo
F

fcm

F
ΔH

σc,cr≈0.4fcm

ΔD

D

H

α

εc,r

εc

εcu

ε

Quan hệ ứng suất-biến dạng của bê tông chịu nén dọc trục
Mô-đun đàn hồi:

Eb = tanα = σc,cr/εcr

Hệ số Poisson:

ν = εp / ε ≈ 0.2

Chapter 2: Materials

ε = ΔH/H
εp= ΔD/D

48


Chương 2

Chapter 2: Materials

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

49


Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

2.1.2 TÍNH NĂNG VẬT LÝ
❖

Từ biến (creep)

•

Hiện tượng cấu trúc của vữa xi măng trong bê tông bị thay đổi (do bị
mất nước) dưới tác động của tải trọng dài hạn.

•

Hiện tượng từ biến gây nên tác động xấu, làm tăng giá trị biến dạng
của bê tơng.

•

Các yếu tố ảnh hưởng đến tính năng từ biến của bê tông:
- Các thành phần trong bê tơng (hàm lượng xi-măng, tỉ lệ nước/xi
măng, kích thước cốt liệu) và khâu đầm, nén trong q trình đổ bê
tơng.
- Độ ẩm mơi trường và kích thước cấu kiện
- Thời gian chịu tải

Chapter 2: Materials

50


Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

2.1.2 TÍNH NĂNG VẬT LÝ
❖

Từ biến (creep)

Eci

- Mô đun đàn hồi của bê tông khi đạt 28 ngày tuổi

σc(to)

- Ứng suất nén gây ra bởi tải trọng dài hạn vào thời điểm to

φ (t, to)

- Hệ số từ biến

φo

- Hệ số từ biến danh định

βc(t,to)

- Hệ số miêu tả sự phát triển của từ biến theo thời gian kể từ
khi chịu tác dụng của tải trọng dài hạn

Chapter 2: Materials

51


Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

2.1.2 TÍNH NĂNG VẬT LÝ
❖

Từ biến (creep)

RH

- Độ ẩm của mơi trường (%)

h
Ac

- kích thước hình học qui ước của cấu kiện, = 2 Ac /u
- Diện tích tiết diện của cấu kiện (mm2)

u

- Chu vi mặt tiếp xúc của cấu kiện với môi trường (mm)

Chapter 2: Materials

52


Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

2.1.2 TÍNH NĂNG VẬT LÝ
❖

Từ biến (creep)

Chapter 2: Materials

53


Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

2.2 TÍNH NĂNG VẬT LÝ

❖

Co ngót (shrinkage)

•

Hiện tượng bê tơng bị giảm thể tích khi khơ cứng trong khơng khí

•

Hiện tượng co ngót gây nên tác động xấu đến bê tông (các vết nứt
chân chim, …).

•

Các yếu tố ảnh hưởng đến tính năng co ngót của bê tơng:
- Diện tích của bề mặt cấu kiện (càng rộng, co ngót càng nhiều)
- Độ ẩm mơi trường (càng nhỏ, co ngót càng nhiều)
- Các thành phần trong BT (hoạt tính xi-măng, tỉ lệ nước/xi

măng) và khâu đầm, nén trong q trình đổ bê tơng.

❖

Co ngót tự nhiên (autogenous shrinkage) và co ngót do
khơ hóa (drying shrinkage)

Chapter 2: Materials

54


Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

2.2 TÍNH NĂNG VẬT LÝ

❖

Co ngót tự nhiên (autogenous shrinkage)

εcas0 (fcm) - Biến dạng co ngót tự nhiên danh định
βas (t)

Chapter 2: Materials

- Hàm thời gian

55

Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

2.2 TÍNH NĂNG VẬT LÝ

❖

Co ngót do sự khơ hóa (drying shrinkage)

Chapter 2: Materials

56


Chương 2

TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA BTCT

2.2 TÍNH NĂNG VẬT LÝ
❖

Nở nhiệt (thermal expansion)

•

Hiện tượng bê tơng bị giản nở dưới tác động của nhiệt
Hệ số nở nhiệt:

Chapter 2: Materials

α = 7~12×10-6 C-1

57