Bài giảng kết cấu bê tông cốt thép 1
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (20.9 MB, 260 trang )
KẾT CẤU BÊ TÔNG 1
Design of Concrete Structures
KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 1
(CẤU KIỆN CƠ BẢN)
Tài liệu tham khảo
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
TCXDVN356-2005, Tiêu chuẩn thiết kế bê tông và bêtông cốt thép, Nhà
xuất bản Xây dựng, 2006.
TCVN 2737-1995, Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế, Nhà xuất
bản Xây dựng, 1995.
Kết cấu bê tông cốt thép – Cấu kiện cơ bản (Tập 1), Võ Bá Tầm, Nhà xuất
bản ĐHQG TP. HCM, 2006.
Kết cấu bê tông cốt thép – Phần cấu kiện cơ bản, Phan Quang Minh (chủ
biên), Nhà xuất bản KHKT, 2006.
Nilson, A. H., Darwin, D and Dolan, C. W. : Design of Concrete
Structures, Thirteen Edition, McGraw-Hill, Boston, Massachusetts, 2004
Martin, L. H. and Purkiss, J. A. : Concrete Design to EC2, Second Edition,
Butterworth-Heinemann, Elsevier, London, 2006
BỘ MÔN CÔNG TRÌNH
Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng
ĐH Bách Khoa, TP. HCM
GV: TS. Nguyễn Minh Long
E-mail:
KẾT CẤU BÊ TÔNG 1
Design of Concrete Structures
Tóm tắt nội dung môn học
1.
2.
3.
Các tính năng cơ lý của vật liệu bêtông, thép, bêtông cốt thép
(BTCT).
Tìm hiểu sự làm việc của các cấu kiện BTCT căn bản: cấu
kiện chịu uốn, cắt, xoắn, nén và chịu kéo.
Phân tích, tính toán hàm lượng cốt thép và kiểm tra khả năng
chịu lực cho các cấu kiện cơ bản theo các Trạng thái giới hạn
bền và sử dụng (TTGH 1 và 2).
Các nguyên lí cơ bản
Qui trình cụ thể
3.
Các nguyên tắc cấu tạo và bố trí cốt thép cho các cấu kiện cơ
bản.
Chương trình học và cấu trúc môn học
BỘ MÔN CÔNG TRÌNH
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
GV: TS. Nguyễn Minh Long
E-mail:
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
CHƯƠNG 1 - KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BTCT
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
Khái niệm chung
Sơ lược lịch sử phát triển của BT và BTCT
Ưu, khuyết điểm của BTCT và phạm vi ứng dụng
Phương hướng phát triển
Phân loại bêtông và công trình bêtông
Chapter 1: Introduction
1
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BT VÀ BTCT
BT (concrete) là vật liệu phức hợp, được tạo thành từ sự kết hợp các
thành phần vật liệu khác nhau như: xi-măng (cement), đá sỏi (gravel),
cát (sand), nước (water) và một số chất phụ gia (plasticizer, … ) tùy vào
mục đích và yêu cầu sử dụng của từng công trình.
BT = xi-măng + đá, sỏi + cát + nước + chất phụ gia
BTCT (steel reinforced concrete) là vật liệu phức hợp, được tạo thành từ
sự kết hợp của vật liêu BT và cốt thép (steel reinforcing bar).
BT + Cốt thép = BTCT
Chịu nén tốt,
kéo kém
Chapter 1: Introduction
Chịu kéo tốt
Cải thiện khả năng
chịu kéo của BT
2
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
Tại sao BTCT có thể chịu lực và cải thiện được khả năng
chịu kéo của bêtông ?
•
Lực kết dính giữa BT và cốt thép (Bond strength)
•
Không xảy ra phản ứng hóa học giữa BT và thép
•
BT bảo vệ cốt thép khỏi sự ăn mòn
•
BT và cốt thép có hệ số giản nở nhiệt gần bằng nhau
Chapter 1: Introduction
3
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
1.2 SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA BT VÀ BTCT
Bêtông là vật liệu xây dựng có tuổi đời tương đối trẻ so với đá, gỗ và kể cả
thép
Thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên (CN): Puzzolan xi-măng, người La Mã
70-80 AD
H. 1 – Đấu trường Colosseum, Roma, Ý
(www.wikipedia.org)
Chapter 1: Introduction
50 AD
H. 2 – Cầu Pont du Gard, Pháp
(www.wikipedia.org)
4
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
Năm 1774: Xi-măng cứng trong nước, John Smeaton
1796
H. 3 – Cảng West India Docks, England
(www.wikipedia.org)
Năm 1824: Portland xi-măng, Joseph Aspdin
Năm 1849: BTCT, J. L. Lambot
Năm 1867: BTCT, Joseph Monier
Chapter 1: Introduction
5
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
Năm 1895: BTCT toàn khối, Francois Hennebique
H. 4 – Cách bố trí thép trong dầm theo
Hennebique
H. 5 – Cách bố trí thép trong cột theo
Hennebique
Năm 1928: BTCT ứng lực trước, E. Freyssinet
Chapter 1: Introduction
6
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
1.3 ƯU-KHUYẾT ĐIỂM CỦA BTCT VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG
1.3.1. Ưu điểm
Chịu lực tốt hơn so với gạch, đá và gỗ, đặc biệt là khả năng chịu nén
•
•
•
•
1920s : ~15 MPa
1950s : ~50 MPa
1992 : ~135 MPa (Petronas Tower, Kuala-Lumpur, Malaysia)
Hiện tại: ~800 MPa (Phòng Thí nghiệm, Pháp)
Các thành phần vật liệu tạo nên bê tông rất phổ biến trong tự nhiên
Dễ dàng sản xuất, bất ký lúc nào và bất kỳ đâu.
Chịu được mọi loại tải trọng, kể cả động đất, cháy, nổ…
Bền vững theo thời gian, chi phí bảo trì thấp
Có khả năng chịu nhiệt tốt
Có khả năng tái sử dụng cao
Chapter 1: Introduction
7
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
1.3 ƯU, KHUYẾT ĐIỂM CỦA BTCT VÀ PHẠM VI ỨNG
DỤNG
1.3.2 Khuyết điểm
Trọng lượng bản thân tương đối lớn (1800-2500 kG/m3), nên khó làm các
kết cấu chịu lực có nhịp lớn. Biện pháp khắc phục:
•
•
•
Sử dụng bêtông cường độ cao
Bê tông thép liên hợp
Bê tông ứng lực trước
Thời gian thi công kéo dài. Biện pháp khắc phục: Sử dụng BTCT đúc sẵn
Thể tích thay đổi theo thời gian do đặc tính từ biến và co ngót của bêtông
Có khả năng cách âm kém. Biện pháp khắc phục: Sử dụng BTCT có cấu
trúc rỗng.
Chapter 1: Introduction
8
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
1.3 ƯU, KHUYẾT ĐIỂM CỦA BTCT VÀ PHẠM VI ỨNG
DỤNG
1.3.3 Phạm vi ứng dụng
Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp
•
1902 – Ingalls Building, Tòa nhà cao tầng BTCT đầu tiên
H. 8 – Cao ốc Ingalls Building, Ohio, USA
(www.wikipedia.org)
Chapter 1: Introduction
9
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
1.3.3 Phạm vi ứng dụng
•
Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp
1959 – 1973 Nhà hát Opera Sydney
183 m – long
120 m – width
1.8 ha – area
•
1963-1967 Nhà thi đấu thể thao
Assembly Hall, ĐH Illinois, USA
H. 7 – Nhà hát Opera Sydney, Úc
(www.wikipedia.org)
H. 8 - Assembly Hall, ĐH Illinois, USA
(www.wikipedia.org)
Chapter 1: Introduction
10
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
1.3.3 Phạm vi ứng dụng
•
Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp
1975– Cao ốc Water Tower Place,
Chicago, USA
262 m – height
74 – floors
•
1973-1976 Tháp truyền hình,
Toronto, Canada
553 m – height
H. 10 – CN Tower, Toronto, Canada
(www.wikipedia.org)
H. 9 – Water Tower Place, Chicago, USA
(www.wikipedia.org)
11
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
1.3.3 Phạm vi ứng dụng
Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp
•
1992-1998 Tháp Petronas, KualaLumpur, Malaysia
•
1998– Tháp Jin Mao, Thượng Hải,
Trung Quốc
421 m – height
88 – floors
200 km/h
7 độ Ritter
452 m – height
88 – floors
H. 11 –Petronas Tower, Kuala-Lumpur,
Malaysia (www.wikipedia.org)
H. 12 – Jin Mao Tower, Thượng Hải, TQ
(www.wikipedia.org)
12
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
1.3.3 Phạm vi ứng dụng
Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp
•
2004-2009 Tháp Dubai, Các tiểu
Vương quốc Ả rập Thống nhất (UAE)
818 m – height
164 – floors
H. 13 – Dubai Tower, UAE
(www.wikipedia.org)
13
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
1.3.3 Phạm vi ứng dụng
•
Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp
1931-1936 Đập Hoover, Nevada-Arizona, USA
379 m – long
221 m – height
183-14 m – thick
2.5 triệu m3 -BT
H. 14 – Hoover Dam, USA
(www.wikipedia.org)
14
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
1.3.3 Phạm vi ứng dụng
Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp
•
1994-2011 Đập Tam Hiệp, Trung Quốc
2309 m – long
101 m – height
115-40 m – thick
27 triệu m3 -BT
H. 15 – Three Gorges Dam, China
(www.wikipedia.org)
15
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
1.3.3 Phạm vi ứng dụng
•
Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp
1979-1994 Đập Hòa Bình, Việtnam
734 m – long
128 m – height
1.89 triệu m3 -BT
H. 16 – Hoa Binh Dam, Vietnam (www.wikipedia.org)
Xây dựng Giao thông-Thủy lợi
Xây dựng đặc biệt : các công trình quốc phòng, các nhà máy điện
nguyên tử…
16
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
1.3.3 Phạm vi ứng dụng
Xây dựng Giao thông-Thủy lợi
•
?-1997 Cầu vòm Wanxian, Trùng Khánh, Trung Quốc
425 m – span
H. 17 – Wanxian Bridge, Chongqing, China
(www.wikipedia.org)
17
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
1.3.3 Phạm vi ứng dụng
•
Xây dựng Giao thông-Thủy lợi
2003-2008 Cầu dây văng Sutong, Giang Tô, Trung Quốc
1088 m – span
425 m – span
8206 m - long
H. 18 – Sutong Bridge, Jiangsu, China (www.wikipedia.org)
Xây dựng đặc biệt : các công trình quốc phòng, các nhà máy điện
nguyên tử…
18
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
1.3.3 Phạm vi ứng dụng
•
Xây dựng Giao thông-Thủy lợi
1997-2000 Cầu dây văng Mỹ Thuận, Vĩnh Long, Việtnam
350 m – span
1535 m - long
H. 19 – My Thuan Bridge, Vinh Long, Vietnam
(www.wikipedia.org)
19
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
1.3.3 Phạm vi ứng dụng
•
Xây dựng Giao thông-Thủy lợi
1971-1988 Hầm đường sắt Seikan, Japan
53.85 km - long
H. 20 – Seikan Tunnel, Japan (www.wikipedia.org)
20
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
1.3.3 Phạm vi ứng dụng
•
Xây dựng Giao thông-Thủy lợi
50.45 km - long
1988-1994 Hầm qua eo biển Manche
H. 21 – Channel Tunnel, England-France
Xây dựng đặc biệt : các công trình quốc phòng, các nhà máy điện
nguyên tử…
21
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
1.4 PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Nghiên cứu, tạo ra các loại vật liệu bêtông có các tính năng ưu việt
hơn
•
•
Cường độ - Bê tông siêu cường độ (UHSC)
Ứng xử - Bê tông có tính dẽo, khả năng ứng xử tốt hơn (HPFRCC)
Phát triển các thiết bị, phương pháp thí nghiệm hiện đại nhằm phục
vụ cho các thí nghiệm về mặt vật liệu, kết cấu và chăm sóc sức khỏe
cho công trình
Phát triển các phương pháp lý thuyết mới về phân tích, tính toán nội
lực và thiết kế kết cấu BTCT.
•
•
Lý thuyết Ứng suất cho phép
Lý thuyết Trạng thái giới hạn
12
Chương 1
Khái niệm chung về BTCT
1.5 PHÂN LOẠI BÊTÔNG VÀ CÁC CÔNG TRÌNH BÊTÔNG
Phân loại theo kết cấu
•
•
•
•
•
Phân loại theo khối lượng thể tích
•
•
•
Bêtông thường (plain concrete)
Bêtông gia cố thép yếu (slightly steel reinforced concrete)
BTCT (steel reinforced concrete)
BT Ứng lực trước (presstresed)
BT-Thép liên hợp
Bêtông nặng có khối lượng riêng 2200-2500 kg/m3 (normal weight
concrete)
Bêtông nhẹ (light weight concrete)
Bêtông siêu nặng > 2600 kg/m3 (heavy weight concrete)
Phân loại dựa theo cấu trúc
•
•
•
Bêtông đặc
Bêtông tổ ong
Bêtông hạt nhỏ
23
