Giáo trình Bê Tông Cốt Thép 1 - Chương 1

2
2
3
σ
b
σ
s
b)
PHẦN I : CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN
Chương I: KHÁI NIỆM CHUNG
1.1. Thực chất của BTCT:
1.1.1. Khái niệm chung:
Bêtông cốt thép (BTCT) là một loại vật liệu xây dựng phức hợp do bê tông và cốt
thép cùng kết hợp chịu lực với nhau.Trong đó:
Bê tông (BT): Được chế tạo từ Xi măng + Cát + Đá răm (hoặc sỏi).
Đặc điểm:
- Chịu nén tốt => Chức năng chủ yếu của BT trong kết cấu BTCT là chịu nén.
- Chịu kéo kém.
Cốt thép (CT): Là một lượng thép được đặt hợp lý trong BT
Đặc điểm:
- Chịu kéo rất tốt => Đặt vào vùng chịu kéo của cấu kiện
- Chịu nén rất tốt => Đặt trong các cấu kiện chịu nén (cột, thanh nén của dàn
v.v..) và trong vùng nén của cấu kiện chịu uốn.
So sánh sự làm việc giữa hai dầm để nêu bật được tác dụng của việc đặt cốt thép
trong dầm: Thí nghiệm trên hai dầm cùng kích thước, cùng chế tạo từ một loại BT
+ Không đặt cốt thép:

σ
bt

>

R
bt
=> dầm nứt;
=> Vết nứt lan dần lên phía trên
P = P
1
<=> σ
b
<<< R
b
=> Lãng phí
Khả năng chịu lực của BT
+ Có đặt cốt thép:


σ
bt
> R
bt
=>
dầm
nứt; P
tăng
=> Lực kéo do cốt thép chịu, cốt thép
cản trở sự phát triển của khe nứt.
Đến khi P = P
2
thì σ
b
= R

b
; σ
s
= R
s
.
Nếu P tiếp tục tăng => Dầm bị phá
hoại.

1
1
1
1
2
σ
t
a)
σ
b1

P
2
≈ 20P
1
Nhận xét:
Nhờ có cốt thép mà khả năng làm việc của vật liệu được khai thác hết
(σ
b
= R
b

; σ
s
= R
s
). Từ đó khả năng chịu lực của dầm được tăng lên (P
2
≈ 20P
1
).
1.1.2. Nguyên nhân để bê tông và cốt thép kết hợp làm việc tốt với nhau:
• Giữa BT và CT có lực dính: Sau khi BT đông cứng nó ôm chặt lấy CT tạo nên lực
dính. Lực dính có ý nghĩa quan trọng hàng đầu với BTCT vì nhờ nó mà ứng lực
có thể truyền từ BT sang CT và ngược lại. Từ đó:
+ Cường độ của BT và CT được khai thác hết;
+ Bề rộng khe nứt trong vùng kéo được hạn chế.
• Giữa BT và CT không xảy ra phản ứng hoá học. Hơn nữa BT còn bao bọc bảo vệ
CT khỏi tác dụng ăn mòn của môi trường.
• BT và cốt thép có hệ số giãn nở nhiệt gần bằng nhau (
tb
α
= 1,2x10
5−
/ độ;
ts
α
=
(1
÷
1,5)x10
5−

/ độ). Do đó khi t
0
 < 100
0
C => Trong cấu kiện xuất hiện ứng
suất rất nhỏ, không phả hoại lực dính giữa BT và CT.
1.2. Phân loại:
1.2.1. Phân loại theo phương pháp thi công
BTCT toàn khối (BTCT đổ tại chỗ): Lắp đặt cốt thép; cốp pha và đổ BT tại vị trí thiết
kế của kết cấu.
- Ưu điểm:
+ Độ cứng của kết cấu lớn;
+ Chịu lực động tốt.
- Nhược điểm:
+ Tốn ván khuôn, cây chống;
+ Thi công chịu ảnh hưởng nhiều vào thời tiết.
BTCT lắp ghép: Phân kết cấu thành các cấu kiện để sản xuất tại nhà máy hoặc sân
bãi. Sau đó vận chuyển đến công trường, dùng cần trục lắp ghép và nối các cấu kiện
thành kết cấu tại vị trí thiết kế.
- Ưu điểm:
+ Có khả năng công nhgiệp hoá cao;
+ Tăng năng suất lao động, rút ngắn được thới gian thi công;
+ Tiết kiệm ván khuôn, cây chống.
- Nhược diểm:
+ Độ cứng tổng thể của kết cấu kém;
+ Tốn kém trong công tác vận chuyển cẩu lắp;
+ Tốn kém vật tư liên kết.
BTCT nửa lắp ghép: Lắp ghép các cấu kiện được chế tạo chưa hoàn chỉnh. Sau dó
đặt thêm cốt thép, ghép cốp pha và đổ BT phần còn lại và mối nối.
- Ưu điểm:

+ Độ cứng của kết cấu cao hơn so với kết cấu lắp ghép;
+ Giảm cốp pha cây chống.
- Nhược diểm:
+ Sản xuất, vận chuyển và lắp ghép phức tạp;
+ Tốn công xử lý mặt tiếp xúc giữa BT cũ và mới.
1.2.2. Phân loại theo trạng thái ứng suất khi chế tạo
BTCT thường: Khi chế tạo cấu kiện, ngoài nội ứng suất do co ngót và giãn nở nhiệt
trong cốt thép không có ứng suất.
Bê tông cốt thép ứng lực trước (BTCT ƯLT): Khi chế tạo, người ta căng cốt thép để
nén vùng kéo của cấu kiện(BT được ƯLT) nhằm khống chế sự xuất hiện và hạn chế
bề rộng khe nứt.
1.3. Ưu khuyết điểm và phạm vi sử dụng
1.3.1. Ưu điểm
- Có khả năng sử dụng vật liệu địa phương(xi măng, cát, đá hoặc sỏi),tiết kiệm
thép là vật liệu đắt tiền;
-Có khả năng chịu lực lớn hơn so với kết cấu gạch đá và gỗ; có thể chịu tốt các
loại tải trọng rung động, kể cả tải trọng động đất;
-Vừa bền vừa tốn ít tiền bảo dưỡng;
- Có khả năng tạo hình phong phú;
-Chịu lửa tốt. Bê tông bảo vệ thép không bị nung nóng nhanh đến nhiệt độ nguy
hiểm. Ví dụ: a
b
= 2,5cm ; t
0
= 1000
0
C => Sau 1h, t
0
s
= 550

0
C.
1.3.2 Nhược điểm
- Trọng lượng bản thân lớn, nên với BTCT thường khó vượt được 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 kết cấu có lỗ
rỗng;
- Thi công BTCT toàn khối tương đối phức tạp chịu ảnh hưởng nhiều vào thời tiết
và kiểm tra chất lượng khó khăn. Biện pháp khắc phục:
+ Dùng BTCT lắp ghép;
+ Công xưởng 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 làm ảnh hưởng tới chất lượng và tuổi thọ của kết cấu.
Để khắc phục:
+ Dùng BTCT ƯLT;
+ Hoặc dùng các biện pháp tính toán, cấu tạo và thi công hợp lý để hạn
chế bề rộng khe nứt.
1.3.3 Phạm vi sử dụng
BTCT được sử dụng phổ biến trong xây dựng dân dụng;, công nghiệp, giao thông và
quốc phòng.
1.4. Sơ lược lich sử phát triển
1.4.1 Giai đoạn phát minh mò mẫm
Lịch sử BTCT được bắt đầu vào cuối năm 1849 với sự kiện Lambot (Người Pháp)
chế tạo một chiếc thuyền bằng lưới sắt được trát từ hai phía bằng vữa xi măng. Sau
đó một số nhà kỹ thuật đã sử dụng bê tông cốt sắt vào một số công trình nhỏ như
chậu hoa, tấm lát, bể nước, sàn và cột.
Đặc điểm của giai đoạn này là đặt cốt sắt theo cảm tính vào giữa chiều cao tiết diện -
khu vực trục trung hoà.
1.4.2 Giai đoạn nghiên cứu lý luận
- Sau 1880 ở Pháp, Đức bắt đầu nghiên cứu về cường độ BT, CT và lực dính

giữa BT và CT. Kỹ sư Koenen (Người Đức) là một trong những người đầu tiên kiến
nghị đặt cốt thép vào vùng BT chịu kéo và năm 1886 đã kiến nghị phương pháp tính
toán cấu kiện BTCT.
- Đầu thế kỷ 20, xây dựng được lý thuyết tính toán kết cấu BTCT theo ứng suất
cho phép:
σ
b
≤ [σ
b
] ; σ
s
≤ [σ
s
].
(ứng suất trong BT và cốt thép được xác định dựa trên cơ sở của môn SBVL).
Năm 1928, kỹ sư Freyssinet (Người Pháp) nghiên cứu thành công BTCT ƯLT.
Năm1939 giáo sư Loleit (Người Nga) với nhiều người khác đã nghiên cứu tính
không đồng nhất; không đẳng hướng; tính biến dạng đàn hồi dẻo của BT và đưa ra
phương pháp tính toán theo giai đoạn phá hoại:
kT
ser
≤ T
p
k - Hệ số an toàn chung cho kết cấu (k = 1,7
÷
2);
T
ser
- Nội lực trong kết cấu do tải trọng tiêu chuẩn gây ra;
T

p
- Nội lực do kết cấu chịu được khi nó ở vào giai đoạn phá hoại
- Năm 1955 Liên Xô (cũ) đã sử dụng phương pháp tính theo trạng thái giới hạn
(TTGH). Phương pháp này ngày càng được hoàn thiện và được nhiều nước sử
dụng trong thiết kế kết cấu BTCT đến ngày nay.
1.4.3 Giai đoạn phát triển hiện tại
Ngày nay kết cấu BTCT đã chiếm một vị trí quan trọng trong các ngành xây dựng cơ
bản và đã đạt được những thành tựu lớn:
Trên thế giới
+ Vòm có nhịp L = 260m (Thuỵ Điển);
+ Mái nhà có nhịp L = 200m (Pháp);
+ Nhà 109 tầng, cao 442m (Mỹ);
+Tháp Đôi cao 451,9m (Malaixia);
+ Tháp vô tuyến cao trên 500m (Liên Xô (cũ) và Canađa).v.v..
Ở Việt Nam
+ Những công trình quy mô lớn như nhà máy thuỷ điện Sông Đà (Hoà Bình); nhà
máy thuỷ điện YALY; ống khói nhà máy nhiệt diện Phả Lại cao200m đã được xây
dựng và làm việc rất an toàn, hiệu quả;
+ Nhiều chung cư; nhà làm việc; khách sạn cao tầng đã được mọc lên ( khu đô thị
mới Nam Long; Trung Hoà - Nhân Chính; Linh Đàm; Tháp Hà Nội v.v...);
+ BTCT ƯLT đã được sử dụng rộng rãi trong xây dựng cầu và sàn không dầm
(Cầu Phù Lỗ với nhịp 18m; cầu Thăng Long với nhịp 33m.v.v..).
BTCT đang là một loại vật liệu xây dựng chủ yếu của nước ta. Bởi vậy nó cần được
nghiên cứu từ lý thuyết cơ bản, lý thuyết tính toán thiết kế đến công nghệ thi công
và cần được đầu tư kỹ thuật cho việc hiện đại hoá công tác chế tạo cấu kiện trong
nhà máy cũng như thi công toàn khối tại hiện trường.