Slide bài giảng kết cấu bê tông cốt thép 1

Bộ môn: Kết cấu bê tông cốt thép – Gạch đá
Khoa Xây dựng – Trường đại học Kiến trúc Hà nội

Tài liệu học tâp:
Giáo trình chính:
1. Giáo trình kết cấu BTCT – phần 1: “Cấu kiện cơ bản”
2. Giáo trình kết cấu BTCT – phần 2: “Cấu kiện nhà cửa”
Tài liệu tham khảo:
1. TCVN 5574-1991 – Kết cấu BTCT – tiêu chuẩn thiết kế
2. TCVN 356-2005 – Kết cấu BT và BTCT – tiêu chuẩn thiết kế
3. Tiêu chuẩn ACI 318 – Mỹ
4. Lê Văn Kiểm – Hư hỏng, sửa chữa gia cố công trình – NXBĐHQG – TPHCM
5. Vương Hách: Sổ tay xử lý sự cố công trình
Giáo viên Giang dạy: Dương Quang Hùng
ĐT: 0912472670


Ch­¬ng­1.­
Kh¸i­NiÖm­
Chung


ưĐ1.ưThcưchtưcaưbêưtôngưcốtưthépư
1.ưKháiưniệm
Bêtôngưcốtưthépư(BTCT) là một loại vật liệu xây dựng phức hợp do
bê tông và cốt thép cùng kết hợp chịu lực với nhau.
Xi mng

+

ỏ dm (si)

+

Cỏt vng

+

Nc

+

Bờ tụng
Cốtưthép: Là một lợng thép đợc đặt hợp lý trong BT
Đặc điểm:
Bêưtông: Chịu nén tốt, chịu kéo kém
Cốtưthep: chịu nén và kéo tốt

Ph gia


Thí nghiệm: Trên hai dầm cùng kích thớc, cùng chế tạo từ một loại BT
+ Không đặt cốt
+ Có đặt cốt thép:
thép:

a)

1

1

1

b)

b1
t

2

2

2

1

bt > Rbt Dầm

nứt lan dần lên phía trên
P=> Vết nứt

b
3

s

bt > Rbt Dầm

nứt do CT chịu, CT cản
P=> lực kéo

trở sự phát triển của khe nứt

P = P1 dầm gẫy đột ngột <=>
<<< Rb
=> Lãng phí khả năng chịu lực của BT

P =

P2 = R ; = R
b
b
s
s

Nếu P => dầm bị phá hoại

P2 20P1
Nhận xét: Nhờ có cốt thép mà khả năng làm việc của vật liệu đ
ợc khai thác hết (b = Rb s = Rs). Từ đó khả năng chịu lực của
dầm đợc tăng lên (P2 20P1)


NguyênưnhânưđểưBTưvàưCTưưkếtưhợpưlàmưviệcưđượcưvớiưnhau:
- GiữaưBTưvàưCTưcóưlựcưdính: nhờ nó mà ứng lực có thể truyền từ BT
sang CT và ngợc lại.
+ Cờng độ của BT và CT đợc khai thác hết;
+ Bề rộng khe nứt trong vùng kéo đợc hạn chế.
- Giữa BT và CT không xảy ra phản ứng hoá học. BT còn bao bọc bảo vệ
CT.
- BT và cốt thép có hệ số giãn nở nhiệt gần bằng nhau => ứng suất

rất nhỏ, không phá hoại lực dính.


Đ2.ưPhânưloại:

.ưTheoưphươngưphápưthiưcôngư(3loại)ư
a. BTCT toàn khối (BTCT đổ tại chỗ): Lắp đặt cốt thép; cốp pha và
đổ BT tại vị trí thiết kế của kết cấu.


b. BTCT lắp ghép: Phân kết cấu thành các cấu kiện để sản xuất tại nhà
máy hoặc sân bãi. vận chuyển đến công trờng, dùng cần trục lắp ghép
và nối các cấu kiện tại vị trí thiết kế.

c. BTCT lắp ghép: Lăp ghép các
cấu kiện đợc chế tạo cha hoàn
chỉnh. đặt thêm cốt thép, ghép
cốp pha, đổ BT phần còn lại vào
mối nối.


Theoưtrạngưtháiưứngưsuấtưkhiưchếưtạoưvàưsửưdụngư(2loại):
a. BTCT thờng:
Khi chế tạo cấu kiện, ngoài nội ứng suất do co ngót và giãn nở nhiệt
trong cốt thép không có ứng suất.
b. Bê tông cốt thép ứng lực trớc(BTCT ƯLT):
Khi chế tạo, ngời ta căng cốt thép để nén vùng kéo của cấu
kiện(BT đợc ƯLT) nhằm khống chế sự xuất hiện và hạn chế bề rộng
khe nứt.

Đ3.ưƯuưnhượcưđiểm,ưphạmưviưsửưdụngưcủaư
1.ưƯuưđiểm:ư
BTCT:
- Có khả năng sử dụng vật liệu địa phơng (Xi măng,Cát,Đá hoặc
Sỏi),tiét
kiệm
thép
- Khả năng
chịu
lực lớn hơn so với kết cấu gạch đá và gỗ; Chịu đợc
động đất;
- Bền, tốn ít tiền bảo dỡng;
- Khả năng tạo hình phong phú;

- Chịu lửa tốt. BTông bảo vệ thép không bị nung nóng nhanh đến nhiệ

2.ưNhượcưvàưbiệnưphápưkhắcưphục:
- Trọng lợng bản thân lớn, nên với BTCT thờng khó vợt đợc nhịp
lớn. Lúc này phải dùng BTCT ƯLT hoặc kết cấ vỏ mỏng v.v..

- Cách âm ,cách nhiệt kém. Khi có yêu cầu cách âm; cách nhiệt dùng kế
- Thi công BTCT toàn khối chịu ảnh hởng nhiều
vào thời tiết
+ Dùng BTCT lắp ghép, nửa lắp ghép;
+ Công xởng hoá công tác trộn BT; ván khuôn và cốt thép;
+ Cơ giới hoá công tác đổ BT (Cần trục, máy bơm BTv.v..)
- BTCT dễ có khe nứt.
+ Dùng BTCT ƯLT;

Đ4.ưBêưtông:

Thànhưphần,ưcấuưtrúcưvàưcácưloạiưBêưtôngư(SGK)

2.ưCườngưđộưcủaưbêưtôngư
Cờng độ là khả năng chịu lực trên một đơn vị diện tích.
+ Cờng độ chịu nén(Rb)
+ Cờng độ chịu kéo( Rbt) v.v
Các phơng pháp xác định cờng độ ( hiện nay):
+ Phơng pháp phá hoại mẫu thử ( độ chính xác cao).
+ Phơng pháp không phá hoại: Sóng
Siêu âm; súng bắn BT( ép lõm viên bi
A
lên bề mặt BT).
TN xác định cờng độ chịu nén:
4a
a= 15cm; D = 16cm; h
A
= 2D
a
a
b

a
a

h

A

D


Mẫu lấy từ kết cấu đã đợc đổ BT
Mẫu trụ h = 1 - 1,5D
D =5cm; 7,5cm; 10cm; 15cm.
TN: Nén (2 kG/cm2.s) đến khi mẫu

bị phá hoại.
P - Lực tơng ứng lúc mẫu bị phá
Rbm =

P
( Mpa )
A

Bàn nén

2
3
1
3
2

+ BT thông thờng có: R = 5 ữ 30
Mpa
+ BT cờng độ cao:
R > 40
MPa

+ BT đặc biệt:
R 80
Mpa

Thí nghiệm Cờng độ chịu nén(Rb)


Các nhân tố ảnh hởng đến cờng độ của
mẫu
ảnh hởng của mặt tiếp xúc:
Không bôi trơn

Bôi trơn

6

5
4

4

6

5

+ Kích thớc mẫu nhỏ R
m
m
Rblt
0,8 Rbkv

R không phụ kích thớc mẫu
m
m
Rblt
0,8Rbkv

Rkhông bôi trơn > Rcó bôi trơn.
Khi nén BT nở hông, lực ma sát tác dụng nh một cái đai ngăn cản sự
nở hông
(Rkhông bôi trơn > Rcó bôi trơn) Tác dụng của cốt đai trong cột;
Càng xa mặt tiếp xúc ảnh hởng của lực ma sát càng giảm
Quy định bớc đai trong cột;




ảnh hởng của tốc độ gia tải:

Gia tải rất nhanh: R = (1,15 ữ 1,2)R
Gia tải rất chậm : R = (0,85 ữ 0,9)R


Điều kiện tiêu chuẩn của thí nghiệm:
+ Không bôi trơn mặt tiếp xúc;
+ Tốc độ gia tải: 2kG/cm2.s

TN xác định cờng độ chịu kéo:
N
[ MPa]

A

Thi nghiệm Cờng độ chịu kéo(

a)
N

N

Rbt =

2P
[ MPa]
Dl

P

c)

D

Rbt =

a

A a

P

Những nhân tố ảnh hởng đến cờng độ của BT:
+ Lợng XM nhiều R cao (Hiệu quả không lớn, làm tăng
biến dạng);
+ XM mác cao R cao;
+ Cấp phối hợp lý; độ cứng và độ sạch của cốt liệu cao R cao;
+ N/X R
+ Chất lợng thi công tốt ( Trộn, đổ, đầm, bảo dỡng tốt) R cao.
Sự tăng cờng độ theo thời gian:

Dùng XMưPooclăng, chế tạo và bảo dỡng bình thờng: R tăng trong
28 ngày đầu;
Dùng XMưPuzolan: Thời gian tăng cờng độ ban đầu là 90 ngày.


t0 < 0; Khô hanh: Cờng độ tăng theo thời gian không đáng kể b = 0
t0 > 0; W lớn: Cờng độ tiép tục tăng trong nhiều năm.

Dùng hơi nớc nóng để bảo dỡng BT cũng nh dùng phụ gia tăng cờng đ
R rất nhanh trong vài ngày đầu, BT giòn và R cuối cùng
thấp hơn b < 1


.ưCườngưđộưtrungưbinhưvàưcườngưđộưtiêuưchuẩn
2.ưCư
Cờng độ trung bình (Giá trị trung bình của cờng độ) Rm
Từ một loại BT đúc n mẫu thử và thí nghiệm, đợc: R1, R2,..., Rn
Rm =

R

i

n
Cờng độ tiêu chuẩn (Giá trị tiêu chuẩn của cờng độ ):

- Cờng độ đặc trng: (còn gọi là giá trị đặc trng của cờng độ) là c
ờng độ lấy theo một xác suất đảm bảo quy định nào đó.

Với BT: Cờng độ đặc trng đợc xác định theo xác suất đảm bảo quy định 95%
Rch=0,78Rm
- Cờng độ tiêu chuẩn của BT (về nén: Rbn ; về kéo: Rbtn)

Rbn = kc Rch

kc - hệ số kết cấu: = 0,7~0,8 tuỳ thuộc Rch , nó kể đến sự làm

kc = 1 Với mẫu thử lang trụ
việc của BT (mẫu thử khối vuông).
Rbn và Rbtn cho trong PL 2


ưCườngưđộưtínhưtoánư(ưvềưnén:ưRbư;ưvềưkéo:ưRbt)
- Cờng độ tính toán gốc:

Rb =

Rbn
bc

Rbt =

Rbtn
bt

(Cho trong PL3)
- Cờng độ tính toán:
R
Rb = bi bn
bc

Rbt = bi

Rbtn
bt

bc , bt - Hệ số độ tin cậy của BT tơng ứng khi nén và khi kéo. Khi tính
theo TTGH thứ nhất bc= 1,3 1,5 và bt= 1,3 2,3 tuỳ loại BT

i - Hệ số điều kiện làm việc của BT ( i = 1,2,10), kể đến kích thớc

tiết diện, tính chất của tải trọng, giai đoạn làm việc của kết cấu,
(cho trong PL4).
- Khi tính toán theo TTGH thứ hai , cờng độ tính toán của BT ký hiệu là
Rbser và đợc xác định với các hệ số =1 (trừ trờng hợp đặc biệt khi tính
kết cấu chịu tải trọng trùng lặp).


4.ưCấpưđộưbềnưvàưmácưcủaưBT:
Để biểu thị chất lợng của BT về một tính chất nào đó ngời ta dùng
khái niệm mác hoặc cấp độ bền.

a. Mác theo cờng độ chịu nén:
Mác theo cờng độ chịu nén (M) là trị số lấy bằng cờng độ chịu
nén trung bình tính theo đơn vị KG/cm2 của các mẫu thử khối
vuông cạnh 15cm , có tuổi 28 ngày đợc dỡng hộ và tiến hành thí
nghiệm trong điều kiện tiêu chuẩn.

Với BT nặng: M100; M150; M200; M250; M300; M350; M400; M500
Với BT nhẹ: M50; M75; M100; M150; M200; M250; M300.
Chú ý: Trong kết cấu BTCT phải dùng mác từ 150 trở lên.

b. Cấp độ bền chịu nén:
Cấp độ bền chịu nén (B) là trị số lấy bằng cờng độ đặc trng
tính theo đơn vị Mpa của các mẫu thử khối vuông cạnh 15cm,
có tuổi 28 ngaỳ đợc dỡng hộ và tiến hành thí nghiệm trong
điều B5;
kiệnB7,5;
tiêu chuẩn.
B3,5;
B10; B12,5; B15; B20; B25; B30; B35; B40; B45;
B50; B55; B60.
Bư=ư0,1.0,78.M

c. Cấp độ bền chịu kéo:
Bt0,5; Bt0,8; Bt1,2; Bt1,6; Bt2,0; Bt2,4; Bt2,8; Bt3,2; Bt3,6 ; Bt4,0


5.­BiÕn­d¹ng­cña­BT:
Volume change

H

Self-desiccation

Hydration

W
C

+

P

Contraction

+

H2O

Drying
shrinkage

0

H2O

Shrinkage

+
Admixture

Chemical shrinkage

Expansion

Thermal
deformation

Evaporation
Evaporation

W

Autogenous shrinkage

T [0C]

C

Autogenous
shrinkage

Ex

Artificial
expansion

Ex

Ex

Ex
Expansion

C

Age


a. Biến dạng do co ngót:

o ngót là hiện tợng BT giảm thể tích khi khô cứng trong không khí do:
- Nớc thừa bay hơi;
- Sau quá trình thuỷ hoá đá xi măng giảm thể tích
+ Khi đông cứng trong nớc BT tăng thể tích với mức độ tăng xấp xỉ
bằng 1/5 ~1/2 mức độ giảm thể tích khi đông cứng trong không khí.
Đặc điểm của biến dạng co ngót:
- Co ngót xảy ra chủ yếu ở giai đoạn đông cứng đầu tiên và trong
năm đầu. Rồi giảm dần và dừng hẳn sau vài năm;

- Từ bề mặt vào sâu khối BT, sự co ngót xảy ra không đều,ở ngoài co n
- Cấu kiện có bề mặt lớn so với thể tích (sàn, tờng,) có độ co ngót lớn.

Những nhân tố chính ảnh hởng đến co ngót:
- Số lợng và loại xi măng:
+ BT nhiều XM => co ngót lớn;
+ BT dùng XM mác cao => co ngót lớn;
+ BT dùng XM Alumilat => co ngót lớn.
+

N

lớn => Co ngót lớn.
X


- Cát hạt nhỏ, sỏi xốp => co ngót lớn.
- BT dùng chất phụ gia đông kết nhanh => co ngót lớn.
- BT đợc chng hấp ở áp lực cao => co ngót ít.
- Trong môi trờng khô co ngót nhiều hơn trong môi trờng ẩm.

Hậu quả của co ngót:
- Làm thay đổi kích thớc và hình dạng cấu kiện;
- Do co ngót không đều hoặc khi co ngót bị cản trở BT sẽ bị nứt làm
giảm cờng độ
Biện pháp hạn chế và khắc phục hậu quả của co ngót:
Chọn cấp phối, thành phần cỡ hạt và tính năng cơ học của vật liệu thích hợp;
N
X

- Sử dụng loại XM co ngót ít,

thích hợp;

- Bảo dỡng đúng yêu cầu kỹ thuật đảm bảo cho BT thờng xuyên ẩm ở
giai đoạn đông cứng ban đầu;

Đầm đúng kỹ thuật đảm bảo cho BTđặc chắc và đồng đều;
- Đặt thép cấu tạo ở những vị trí cần thiết;
- Tạo mạch ngừng thi công, tổ chức khe co giãn trong kết cấu (Khe
nhiệt độ khi kích thớc mặt bằng công trình lớn; khe phân cách trên
mặt đờng bộ, sân bay).

b. Biến dạng do tải trọng tác dụng ngắn hạn
a)

b)

D

R lt

P
.

2

1



B

l

.

.

0

C

b

pl. .el
.b

*b



Một phần biến dạng phục hồi đợc (1) - Biến dạng đàn BT là vật
liệu đàn
hồi
Một phần biến dạng không phục hồi đợc (2) - Biến
hồi - dẻo
dạng dẻo
1
=
Biến dạng đàn hồi tỷ đối:
el
l
Tơng ứng: b = el + pl

Biến dạng dẻo tỷ đối: pl = 2
l

el
= số
-Hệ
đàn hồi( Đặc trng cho biến dạng đàn hồi của BT vùng nén)
b


c. Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn Tính từ biến của BT:

Từ biến là tính biến dạng tăng theo thời gian trong khi ƯS không thay đổi
a)


b

b)
B


C

C

b B
0

b

c

0

t

Đặc điểm của từ biến
- Trong vài ba tháng đầu biến dạng từ biến tăng nhanh sau chậm dần
và có thể kéo dài vài chục năm (thờng 3-4 năm)
- Khi b 70%Rb biến dạng từ biến có giới hạn ( Đồ thị Hình b có tiệm
cân
b >70%R biến dạng từ biến tăng không ngừng và dẫn đến phá
- Khi ngang).
hoại mẫu thử. Đó là sự giảm cờng độ của BT khi tải trọng tác dụng lâu
dài.
Giải thích: Trong quá trình sử dụng kết cấub << Rb; b = Rb khi bất
lợi nhất do cả tải trọng dài hạn và ngắn hạn gây ra. Trong đó phần tải
trọng ngắn hạn không gây ra biến dạng từ biến.


d. Biến dạng nhiệt:
Biến dạng nhiệt là sự thay đổi thể tích của BT khi nhiệt đọ thay đổi.
Nó phụ thuộc vào hệ số dãn nở vì nhiệt của BT (Loại XM; cốt liệu; độ
ảm của BT)
e. Mô đun đàn hồi của BT
Khiưnén:

a)

b)

2

1

.

Mô dun đàn hồi dẻo (mô đun biến dạng)
Eb/ = tg =

b

B

l

b
b

D

R lt
.

.


Mô đun đàn hồi Eb(Mpa):
Eb = tg 0 =P b
el

= el = > b = el
b

Khiưkéo:

Eb/ =

b
= E b
el



0

C

0

b

pl. .el
.b

*b

Ebt = Eb
Mô đun đàn hồi:
Ebt/ = t Eb
Mô đun biến dạng:

(t - Hệ số đàn hồi khi kéo)

f. Mô đun chống cắt Gb(Mpa):
,2
Lấy hệ số nở hông (Hệ số Poát xông) àcủa
BT
b =0
Gb =

Eb
= 0,4 Eb
2(1 + à b )




Đ4.ưCốtư
1.ưCácưloạiưcốtưthép
ư
thép:
Phân theo thành phần hoá học:
+ Thép CT3; CT5 ( Tỷ lệ các bon là 3 và 5%0) Tỷ lệ các bon tăng thì c
òng độ của CT tăng, nhng độ dẻo của CT giảm và khó hàn.
+ Thép hợp kim thấp: Trong thành phần của nó còn có một lợng nhỏ các
nguyên tố khác nh măng gan, crôm, silic, ti tan

Phân theo phơng pháp chế tạo:
+ Cốt cán nóng: Là cốt đợc chế tạo bằng cách nung chảy phôi thép rồi
cán qua các khuôn có hình dạng và kích thớc đính trớc.
d 10: dạng thanh, l = 11,7m
d < 10: dạng cuộn < 500 kG
+ Thép đợc gia công nhiệt ( Tôi): Nung CT đến nhiệt độ 9500 C một
phút rồi tôi nhanh vào nớc hoặc dầu, nung lại đến 4000 C và làm
nguội từ từ để giữ cho CT có độ dẻo.