Giáo trình Kết cấu công trình cầu đường - Trường Cao đẳng Xây dựng TP. Hồ Chí Minh: Phần 1

TRƢỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA XÂY DỰNG

GIÁO TRÌNH
KẾT CẤU CÔNG TRÌNH CẦU ĐƢỜNG

Tp.Hồ Chí Minh-2018

1


MỤC LỤC
Phần 1: KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

CHƢƠNG 1
1.1.

:KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP .........7

ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP. ........................8

1.1.1. Bê tông cốt thép thường (BTCT). .........................................................................8
1.1.2. Bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCTƯST). ..........................................................10
1.1.3. Ưu và nhược điểm của kết cấu BTCT DƯL so với BTCT thường : ..................11
1.2.

ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO CỦA KẾT CẤU BTCT.12

1.2.1. Đặc điểm chung về cấu tạo. ...............................................................................12
1.2.2. Đặc điểm chế tạo : .............................................................................................16
CHƢƠNG 2

2.1.

: TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU ..........................................20

Bê Tông ..............................................................................................................20

2.1.1. Phân loại bê tông ................................................................................................20
2.1.2. Các tính chất tức thời (ngắn hạn) của bê tông cứng .........................................22
2.1.3. Các tính chất dài hạn của bê tông cứng ............................................................25
2.1.4. Hệ số giãn nở nhiệt và hệ số Poát xông (Poisson) ............................................29
2.2.

Cốt Thép .............................................................................................................30

2.2.1. Cốt thép không dự ứng lực (cốt thép thường) ....................................................30
2.2.2. Các Cốt thép dự ứng lực (cốt thép CĐC) ...........................................................32
CHƢƠNG 3

:NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO TIÊU CHUẨN ...........................36

22TCN272-05 ................................................................................................................36
3.1.

Giới thiệu chung về Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 – 05.........................36

3.1.1. Vài nét về Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 18 – 1979 .......................................36
3.1.2. Cơ sở của nội dung Tiêu chuẩn mới 22 TCN 272-05 ........................................36
3.2.

Quan điểm chung về thiết kế ..............................................................................37

3.3.

Thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng LRFD..............................................37
2


3.4.

Nguyên tắc cơ bản của tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 ........................38

3.4.1. Quan điểm thiết kế..............................................................................................38
3.4.2. Các trạng thái giới hạn theo 22 TCN 272-05 ....................................................40
3.5.

Tải trọng và tổ hợp tải trọng...............................................................................43

3.5.1. Phân loại các tải trọng .......................................................................................43
3.5.2. Các tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng tương ứng ............................................44
3.5.3. Hoạt tải xe thiết kế .............................................................................................45
CHƢƠNG 4 ...................................................................................................................48
TÍNH TOÁN KẾT CẤU BTCT THEO TRẠNG THÁI ...............................................48
GIỚI HẠN SỬ DỤNG VÀ TRẠNG THÁI GIỚI HẠN MỎI ......................................48
4.1.

TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG .............................................................48

4.1.1. Kiểm soát nứt của dầm BTCT thường chịu uốn ................................................48
4.1.2. Khống chế biến dạng ..........................................................................................49
4.1.3. Phân tích ứng suất trong BT, CT của dầm BTCT thường chịu uốn ở TTGHSD51

4.1.4. Các giới hạn ứng suất đối với bê tông ...............................................................58
4.1.5. Các giới hạn ứng suất đối với cốt thép dự ứng lực ............................................62
4.2.

TRẠNG THÁI GIỚI HẠN MỎI........................................................................63

CHƢƠNG 5
5.1.

TÍNH TOÁN CẤU KIỆN BTCT CHỊU UỐN Ở TTGH CƢỜNG ĐỘ65

Quy định về cấu tạo ............................................................................................65

5.1.1. Cấu tạo của bản, dầm ........................................................................................65
5.1.2. Chiều cao tối thiểu .............................................................................................67
5.2.

Đặc điểm chịu lực của dầm và các giả thiết cơ bản cho trạng thái giới hạn cường độ
68

5.2.1. Đặc điểm chịu lực của dầm ................................................................................68
5.2.2. Các giả thiết cơ bản ...........................................................................................69
5.2.3. Các giai đoạn của trạng thái us-bd trên tiết diện thẳng góc của dầm BTCT
thƣờng chịu uốn thuần túy.............................................................................................70
3


5.3.

Các giới hạn về cốt thép .....................................................................................72

5.3.1. Tính dẻo và lượng cốt thép chịu kéo tối đa ........................................................72
5.3.2. Cốt thép chịu kéo tối thiểu .................................................................................73
5.4.

Tính toán tiết diện chữ nhật, BTCT thƣờng chịu uốn thuần túy ........................74

5.4.1. Tiết diện chữ nhật đặt cốt thép đơn....................................................................74
5.4.2. Mặt cắt chữ nhật đặt cốt thép kép ......................................................................79
5.5.

Tính toán tiết diện chữ T, BTCT thƣờng chịu uốn thuần túy ............................84

5.5.1. Trường hợp trục trung hòa đi qua sườn dầm (c > hf)........................................85
5.5.2. Trường hợp trục trung hòa đi qua cánh dầm (c ≤ hf) ........................................86
5.6.

Tính toán mặt cắt BTCT DUL chịu uốn thuần túy ............................................90

5.6.1. Trường hợp cốt thép DƯL có dính bám .............................................................90
CHƢƠNG 6

:CẤU KIỆN CHỊU NÉN ....................................................................94

6.1.

Khái niệm ...........................................................................................................94

6.2.

Đặc điểm cấu tạo ................................................................................................94

6.2.1. Mặt cắt ngang.....................................................................................................94
6.2.2. Vật liệu ...............................................................................................................94
6.3.

Phân loại cột theo khả năng chịu lực .................................................................97

6.4.

Các giả thiết tính toán ........................................................................................98

6.5.

Khả năng chịu lực của cột ngắn .........................................................................98

6.5.1. Cột ngắn chịu nén đúng tâm ..............................................................................98
6.5.2. Cột ngắn chịu nén lệch tâm, tiết diện chữ nhật..................................................99
6.6.

Khả năng chịu lực của cột dài( cột mảnh) ........................................................101

PHỤ LỤC ....................................................................................................................104
Tài liệu tham khảo .......................................................................................................107
CHƢƠNG 7
7.1.

:ĐẠI CƢƠNG VỀ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP............................107

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT) ......................................107

4


7.1.1. Ƣu, khuyết điểm và phạm vi sử dụng của KCT ...............................................107
7.2.

Nguyên lý thiết kế theo 22TCN 272-05: giống phần KCBTCT ......................109

7.3.

Vật liệu thép trong xây dựng ............................................................................109

7.3.1. Thành phần hóa học của thép ...........................................................................109
7.3.2. Các sản phẩm thƣơng mại ................................................................................110
7.3.3. Ứng suất dƣ ......................................................................................................110
7.3.4. Gia công nhiệt ..................................................................................................111
7.3.5. Phân loại thép kết cấu ......................................................................................112
CHƢƠNG 8
8.1.

: LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP ..........................................117

LIÊN KẾT BULÔNG ......................................................................................118

8.1.1. Cấu tạo liên kết bulông ....................................................................................118
8.1.2. Tính toán liên kết bu lông chịu cắt. ..................................................................122
8.1.3. Tính toán liên kết bu lông cƣờng độ cao chịu ma sát. .....................................131
8.1.4. Tính toán liên kết bu lông cƣờng độ cao chịu kéo. ..........................................133
8.2.

LIÊN KẾT HÀN. .............................................................................................134

8.2.1. Vật liệu hàn. .....................................................................................................135
8.2.2. Các loại mối hàn ...............................................................................................136
8.2.3. Cấu tạo liên kết hàn ..........................................................................................138
8.2.4. Sức kháng cắt tính toán liên kết hàn ................................................................142
CHƢƠNG 9

:CẤU KIỆN CHỊU KÉO ..................................................................145

9.1.

CÁC DẠNG LIÊN KẾT ..................................................................................145

9.2.

SỨC KHÁNG KÉO .........................................................................................146

9.2.1. Hệ số chiết giảm U ...........................................................................................148
9.2.2. Diện tích thực ...................................................................................................149
9.2.3. Giới hạn độ mảnh .............................................................................................150
9.2.4. Sức kháng cắt khối ...........................................................................................151
CHƢƠNG 10

:CẤU KIỆN CHỊU NÉN ..................................................................152
5


10.1. KHÁI NIỆM ỔN ĐỊNH CỦA KẾT CẤU CHỊU NÉN ...................................152
10.1.1.Chiều dài hữu hiệu của cột ...............................................................................154

10.1.2.Ứng suất dƣ ......................................................................................................155
10.1.3.Độ cong ban đầu ...............................................................................................156
10.2. KHÁI NIỆM MẤT ỔN ĐỊNH QUÁ ĐÀN HỒI .............................................157
10.3. SỨC KHÁNG NÉN .........................................................................................158
10.3.1.Sức kháng nén danh định .................................................................................160
10.3.2.Tỷ số bề rộng/bề dày giới hạn ..........................................................................161
10.3.3.Tỷ số độ mảnh giới hạn ....................................................................................161

6


PHẦN 1: KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

CHƢƠNG 1

:KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

Kết cấu bê tông cốt thép đóng vai trò quan trọng và sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành xây
dựng hiện nay: dân dụng công nghiệp, cầu đƣờng, thủy lợi… và là loại vật liệu khá thông dụng và
phổ biến. Sản phẩm của nó là sự kết hợp giữa bê tông và cốt thép tạo ra các cấu kiện làm các kết
cấu chịu lực cho các công trình. Vì thế, cần nghiên cứu tính toán hợp lý về mặt chọn vật liệu, hợp lý
về hình dạng tiết diện và kích thƣớc tiết diện, hợp lý về việc bố trí cốt thép …để đáp ứng sự chịu
lực cục bộ của các bộ phận kết cấu, của tải trọng, đẹp về mỹ quan, thi công đƣợc và đặc biệt phù
hợp chi phí kinh tế.

Hình 1.1: Công trình cầu sử dụng vật liệu bê tông cốt thép

7

Hình 1.2: Chế tạo dầm bê tông cốt thép.

1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP.
1.1.1. Bê tông cốt thép thường (BTCT).
- Khái niệm: Bê tông cốt thép là một loại vật liệu xây dựng hỗn hợp do hai vật liệu thành phần có
đặc trƣng cơ học khác nhau là bê tông và thép cùng phối hợp chịu lực với nhau một cách hợp lý và
kinh tế.
+ Bê tông là một loại đá nhân tạo, thành phần bao gồm cốt liệu ( đá dăm, sỏi, cát) và chất
kết dính ( xi măng) , nƣớc và phụ gia (nếu có). Bê tông có đặc điểm là khả năng chịu nén tốt hơn
khả năng chịu kéo rất nhiều (10  20 lần).
+ Thép là vật liệu có khả năng chịu kéo và chịu nén đều tốt tƣơng đƣơng nhau.
- Nhƣ vậy, việc sử dụng riêng bê tông để làm các cấu kiện chịu lực có phát sinh ứng suất kéo
(cấu kiện chịu kéo, uốn, kéo nén lệch tâm,...) sẽ là không hợp lý.
- Để thấy đƣợc sự cộng tác chịu lực giữa bê tông và cốt thép ta xem xét hai thí nghiệm sau:
P
TN1:

f cc
Vïng chÞu nÐn

TTH

Vïng chÞu kÐo
VÕt nøt th¼ng gãc duy nhÊt

Hình 1.3 - Dầm bê tông không cốt thép.

8

f ct

+ Khi tải trọng P trong hình 1.1 tăng dần thì tại vùng chịu kéo (thớ dƣới dầm) vết nứt đầu
tiên sẽ xuất hiện tại khu vực giữa dầm (khu vực có M max) khi ứng suất kéo fct  fctu trong khi đó
thì ứng suất nén ở thớ trên fcc << fccu .
+ Khi P tiếp tục tăng thì vết nứt đầu tiên đó sẽ càng mở rộng và nâng cao, phần chịu nén thu
hẹp dần cho tới khi dầm bị phá hoại. Sự phá hoại này sẽ xảy ra trong khi các tiết diện khác của dầm
vẫn chƣa bị phá hoại (chƣa nứt), nên sự phá hoại này là đột ngột (phá hoại giòn). Đồng thời, ta thấy
khi dầm bị phá hoại thì khả năng chịu lực của vật liệu, nhất là khả năng chịu nén của bê tông vẫn
chƣa đƣợc khai thác hết, khả năng chịu mô men của dầm nhỏ  không hợp lý.
+ Nếu ta đặt thêm cốt thép dọc vào vùng chịu kéo của dầm nhƣ hình 1.2 (ta cũng có thể
dùng một số loại cốt liệu khác nhƣ tre nứa, thủy tinh, polime,...)  ta đƣợc một loại vật liệu mới là
BTCT (bê tông có cốt). Nếu lƣợng cốt thép đặt vào là hợp lý thì thì tình hình phá hoại của dầm sẽ
không xảy ra đột ngột nữa (phá hoại dẻo) và khả năng chịu lực của dầm sẽ tăng lên rất nhiều (có thể
tới 20 lần). Thật vậy, khi ứng suất kéo lớn nhất trong dầm fct  fctu, thì vết nứt đầu tiên xuất hiện và
mở rộng dần. Tại đó toàn bộ lực kéo sẽ do cốt thép chịu. Nếu P tiếp tục tăng, thì các tiết diện gần đó
cũng sẽ xảy ra tƣơng tự. Sự phá hoại của dầm sẽ xảy ra khi fst  fstu và fcc  fccu. Nhƣ vậy, cƣờng
độ hay khả năng chịu lực của cả bê tông và cốt thép đều đƣợc khai thác hết.
P
TN2:

f cc
TTH

Vïng chÞu nÐn

As

Vïng chÞu kÐo

As
f s .As

VÕt nøt th¼ng gãc

Hình 1.4 - Dầm bê tông cốt thép.
- Dầm BTCT khai thác hết khả năng chịu nén tốt của bê tông và khả năng chịu kéo tốt của thép
.Nhờ vậy khả năng chịu mô men hay Sức kháng uốn lớn hơn hàng chục lần so với dầm bê tông có
cùng kích thƣớc.
- Trong cấu kiện BTCT, do cốt thép chịu kéo và nén đều tốt, nên nó còn đƣợc đặt vào vùng chịu
nén của cấu kiện để gia cƣờng thêm cho bê tông tại vùng đó  cấu kiện sẽ có kích thƣớc giảm đi,
chịu lực khi vận chuyển, lắp ráp đƣợc tốt hơn,...
- Bê tông và thép có thể kết hợp cùng chịu lực với nhau một cách hợp lý nhƣ trên là do những yếu
tố sau:
+ Trên bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và thép có lực dính bám khá lớn, lực dính bám này giữ cho cốt
thép không bị tuột khỏi bê tông khi chịu kéo, nên lực có thể truyền từ bê tông sang thép và ngƣợc

9


lại. Lực dính bám là yếu tố quan trọng nhất đối với BTCT. Nhờ có lực dính bám mà cƣờng độ của
cốt thép mới đƣợc khai thác, bề rộng vết nứt trong vùng kéo mới đƣợc hạn chế. Do vậy, ngƣời ta
phải tìm mọi cách để tăng cƣờng lực dính bám giữa bê tông và cốt thép.
+ Giữa bê tông và cốt thép không xảy ra phản ứng hoá học nào mà bê tông còn có tác dụng bảo vệ
cho cốt thép chống lại các tác dụng trực tiếp của môi trƣờng, của các đám cháy,...
+ Hệ số giãn nở dài vì nhiệt của bê tông và cốt thép là xấp xỉ bằng nhau ( bê tông c = 1.10-5 
1,5.10-5/oC, thép s = 1,2.10-5/oC ). Do đó khi nghiệt độ thay đổi trong phạm vi thông thƣờng (dƣới
100oC) thì sự giãn dài vì nhiệt của hai vật liệu này không chênh lệch nhau mấy  nội ứng suất phát
sinh sẽ không đáng kể.

1.1.2. Bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCTƯST).
- Ta thấy, BTCT thƣờng (BTCT không DUL) có nhƣợc điểm lớn là vết nứt xuất hiện sớm  giới
hạn chống nứt thấp.
+ Đối với cốt thép thƣờng, ứng suất kéo trong cốt thép fst = 20  30MPa thì lớp bê tông bao bọc
xung quanh cốt thép đã bắt đầu bị rạn nứt. Khi fct = 180  250MPa thì bề rộng vết nứt khoảng 0,2 
0,3mm. Đây cũng là bề rộng vết nứt giới hạn mà các TCTK quy định (quy định này xuất phát từ các
yêu cầu nhƣ bảo vệ cho cốt thép khỏi bị ăn mòn do nƣớc hoặc hơi nƣớc xâm nhập vào, hoặc do điều
kiện tâm lý của ngƣời sử dụng,...)
+ Nhƣ vậy, nếu ta sử dụng cốt thép cƣờng độ cao (fpy = 1000  1600MPa) để chế tạo BTCT thƣờng
thì sẽ không khai thác hết khả năng chịu lực của nó đƣợc, vì giới hạn bề rộng vết nứt cũng chính là
giới hạn trị số ứng suất kéo trong cốt thép nhƣ ở trên.
+ Việc tăng cƣờng độ BT hoặc sử dụng cốt thép có đƣờng kính nhỏ cũng phần nào giảm đƣợc bề
rộng vết nứt, nhƣng hiệu quả của nó rất thấp.
+ Hơn nữa, với những cấu kiện yêu cầu có khả năng chống thấm (chống nứt) thì BTCT thƣờng tỏ ra
bất lực. Thực tế cho thấy kết cấu BTCT thƣờng không có khả năng chống nứt hoặc khả năng chống
nứt rất hạn chế.
- Do vậy, để tăng giới hạn chống nứt cho kết cấu BTCT và sử dụng đƣợc hợp lý cốt thép CĐC cũng
nhƣ bê tông CĐC thì cách tốt nhất là sử dụng BTCT DUL.
+ Khái niệm kết cấu dự ứng lực: Kết cấu dự ứng lực nói chung là loại kết cấu mà khi chế tạo
chúng ngƣời ta tạo ra một trạng thái ứng suất ban đầu ngƣợc với trạng thái ứng suất do tải trọng khi
sử dụng nhằm, nhằm hạn chế các yếu tố có hại đến tình hình chịu lực của kết cấu do tính chất chịu
lực kém của vật liệu sinh ra.

10


+ Với bê tông cốt thép, thì chủ yếu ngƣời ta tạo ra ứng suất nén trƣớc cho những vùng của tiết
diện mà sau này dƣới tác dụng của tải trọng khi sử dụng sẽ phát sinh ứng suất kéo. Ứng suất nén
trƣớc này có tác dụng làm giảm hoặc triệt tiêu ứng suất kéo do tải trọng khi sử dụng sinh ra. Nhờ
vậy mà cấu kiện sẽ không bị nứt hoặc nứt rất nhỏ.

+ Để rõ hơn, ví dụ ta xét một dầm giản đơn BTCT DUL chịu tải trọng nhƣ hìnhvẽ:
P

P
ft

fc

e

+
Aps

N

fc
=

fc
or

N

fc

ft

Do DUL

Do P

ft
DULHT

DULKHT

Hình 1.5 - Dầm BTCT ứng suất trƣớc
Ta thấy, do sử dụng DUL mà ứng suất kéo trong cấu kiện đã bị triệt tiêu (DUL hoàn toàn)
hoặc ứng suất kéo còn rất nhỏ (DUL không hoàn toàn).
- Ta có thể tạo ra các trạng thái ứng suất ban đầu khác nhau bằng hai cách: Thay đổi vị trí lực nén
trƣớc hoặc thay đổi trị số lực nén trƣớc  Nhờ đó ta có thể thiết kế đƣợc kết cấu BTCT DUL một
cách hợp lý và đƣa đến khả năng tiết kiệm vật liệu nhất.

1.1.3. Ưu và nhược điểm của kết cấu BTCT DƯL so với BTCT thường :
-Ƣu điểm của kết cấu BTCTDƢL so với BTCT thƣờng :
+ Nâng cao giới hạn chống nứt, do đó có tính chống thấm cao.
+ Cho phép sử dụng hợp lý cốt thép cƣờng độ cao, bê tông cƣờng độ cao dẫn đến giảm giá
thành và kích thƣớc cấu kiện.
+ Độ cứng tăng lên nên độ võng giảm ,vƣợt đƣợc nhịp lớn hơn so với BTCT thƣờng .
+ Chịu tải đổi dấu tốt hơn nên sức kháng mỏi tốt .
+ Nhờ có ứng suất trƣớc mà phạm vi sử dụng của kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép, phân
đoạn mở rộng ra nhiều. Ngƣời ta có thể sử dụng biện pháp ứng lực trƣớc để nối các cấu kiện đúc
sẵn của một kết cấu lại với nhau.
- Nhƣợc điểm của kết cấu BTCTDƢL so với BTCT thƣờng :

11


+ Ứng lực trƣớc không những gây ra ứng suất nén mà còn có thể gây ra ứng suất kéo ở phía
đối diện làm cho bê tông có thể bị nứt .

+ Chế tạo phức tạp hơn yêu cầu kiểm soát chặt chẽ về kỹ thuật để có thể đạt chất lƣợng nhƣ
thiết kế đề ra.

1.2. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO CỦA KẾT CẤU

BTCT.
1.2.1. Đặc điểm chung về cấu tạo.
Trong bê tông cốt thép, giải quyết vấn đề cấu tạo sao cho hợp lý là rất quan trọng. Hợp lý về mặt
chọn vật liệu (Mác bê tông hay cấp bê tông, nhóm thép hay loại thép), hợp lý về chọn dạng tiết diện
và kích thƣớc tiết diện, hợp lý về việc bố trí cốt thép để có thể đồng thời đáp ứng đƣợc sự chịu lực
cục bộ của các bộ phận kết cấu chƣa đƣợc xem xét đầy đủ trong tính toán nhƣ tính không liên tục
của kết cấu, vị trí đặt tải trọng tập trung,...Giải quyết các liên kết giữa các bộ phận, chọn giải pháp
bảo vệ kết cấu chống xâm thực, có thể thi công đƣợc (tính khả thi),...

1.2.1.1. Kết cấu bê tông cốt thép thường.
Cốt thép đƣợc đặt vào trong cấu kiện bê tông cốt thép thƣờng bao gồm: cốt thép chịu ứng suất kéo,
chịu ứng suất nén, để định vị các cốt thép khác và cốt thép cấu tạo khác. Số lƣợng cốt thép do tính
toán định ra, nhƣng nó cũng phải thoả mãn các yêu cầu cấu tạo.
 Cốt thép chịu ứng suất kéo do nhiều nguyên nhân gây ra nhƣ: Mô men uốn, lực cắt, lực
dọc trục, mô men xoắn , tải cục bộ.
-

Cốt thép chịu kéo do mômen uốn gây ra đó là các cốt thép dọc chủ đặt ở vùng chịu kéo
của cấu kiện, chúng đƣợc đặt theo biểu đồ M trong cấu kiện và đặt càng xa trục trung
hoà càng tốt . Ví dụ:

12


a)

b)

w

w

L

L

2

2

wL /2

wL /8
M
M

Cèt thÐp däc chÞu kÐo do M
c)

Cèt thÐp däc chÞu kÐo do M
w

M

Hình 1.6 - Biểu đồ mô men và cách đặt cốt thép

-

Cốt thép chịu kéo do lực cắt gây ra đó là các cốt thép đai (cốt ngang) hoặc cốt thép xiên,
chúng đƣợc đặt theo sự xuất hiện của biểu đồ lực cắt V trong cấu kiện. Đối với cấu kiện
chịu uốn, ngoài cốt thép dọc chịu kéo, do ảnh hƣờng của lực cắt mà các tiết diện nghiêng
gần gối hoặc nơi có ứng suất tập trung sẽ xuất hiện ứng suất kéo chủ lớn  ta phải đặt
cốt thép đai hoặc cốt thép xiên để chịu ứng suất kéo này. Ví dụ:

Cèt thÐp xiªn

Cèt thÐp ®ai

A

Cèt thÐp däc chÞu nÐn

A-A
A's
As

Cèt thÐp däc chÞu kÐo

A

Hình 1.7- Sơ đồ bố trí cốt thép trong dầm
 Cốt thép chịu ứng suất nén: Đó là các cốt dọc chịu nén trong dầm, cột. Các cốt thép này
cùng tham gia chịu nén với bê tông.
 Cốt thép định vị các cốt thép khác trong thi công.

13

 Cốt thép kiểm soát nứt bề mặt phân bố gần bề mặt cấu kiện làm nhiệm vụ chịu ứng suất
do co ngót, thay đổi nhiệt độ, các cốt dọc và cốt thép ngang là một phần của cốt thép kiểm
soát nứt bề mặt.
Chú ý:
+ Trong cấu kiện chịu uốn khi chỉ có cốt dọc chịu kéo thì đƣợc gọi là tiết diện đặt
cốt thép đơn, còn khi có cả cốt thép dọc chịu kéo và cốt dọc chịu nén thì đƣợc gọi là tiết diện
đặt cốt kép.
+ Sơ đồ bố trí cốt thép trong cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn, chịu kéo lệch tâm lớn
gần giống nhƣ trong cấu kiện chịu uốn .
- Trong cấu kiện chỉ chịu lực dọc trục trên tiết diện các cốt thép dọc thƣờng đƣợc bố trí đối
xứng với trục dọc của cấu kiện.
- Kích thƣớc tiết diện do tính toán định ra nhƣng phải thoả mãn các yêu cầu cấu tạo, kiến trúc,
khả năng bố trí cốt thép và kỹ thuật thi công. Ngoài ra cần phải chú ý đến quy định về bề dày
lớp bê tông bảo vệ cốt thép, khoảng cách trống giữa các cốt thép. Các quy định này đƣợc quy
định trong các tiêu chuẩn ngành.
- Hình dạng tiết diện phụ thuộc vào TTUS của tiết diện khi chịu tải trọng:
+ Trong cấu kiện chịu kéo, nén đúng tâm tiết diện thƣờng có dạng đối xứng nhƣ: Vuông, tròn,
vành khăn, đa giác,...
+ Trong cấu kiện chịu uốn, kéo nén lệch tâm tiết diện thƣờng có dạng hình chữ nhật, chữ T,
thang, hộp,...(sao cho bê tông đƣợc mở rộng thêm ra ở vùng chịu nén để tận dụng tốt khả năng
chịu nén tốt của nó hoặc đƣa vật liệu ra xa trục trung hòa hơn).

1.2.1.2. Kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực
- Trong cấu kiện BTCTDƢL cốt thép gồm hai loại: Cốt thép thƣờng (hay cốt thép không kéo
căng) và cốt thép Dự ứng lực (cốt thép kéo căng). Cốt thép thƣờng làm nhiệm vụ và đƣợc bố
trí giống nhƣ cấu kiện bê tông cốt thép thƣờng. Cốt thép DƢL có nhiệm vụ tạo ra ứng suất
nén trƣớc trong bê tông để làm giảm hoặc triệt tiêu ứng suất kéo sinh ra do tải trọng. Do đó,
cốt thép DUL đƣợc bố trí theo nguyên tắc sau:

+ Trong cấu kiện chịu nén đúng tâm, cốt thép kéo căng sẽ là các cốt thép đai. Trong một số
trƣờng hợp ngƣời ta kéo căng cả cốt thép dọc để chịu tải trọng trong giai đoạn vận chuyển và
lắp ráp.
+ Trong cấu kiện chịu kéo đúng tâm, cốt thép kéo căng sẽ là các cốt thép dọc.

14


+ Trong cu kin chu un, kộo nộn lch tõm thỡ ct thộp kộp cng bao gm c ct thộp dc v
ct thộp ai.
- Ct thộp d ng lc cú th t theo ng thng, cong, góy khỳc hoc kt hp. Vớ d:
a)

b)

c)

d)

Hỡnh 1.8 - S b trớ ct thộp DL

+ Ct thộp t theo ng cong phc tp hn, nhng nú cú u im l lm vic thay cho ct
thộp xiờn lm cho dm chu lc ct tt hn. Ngoi ra nú cũn to ra khong cỏch trng gia cỏc
u ct thộp ln hn to iu kin thun li cho vic b trớ cỏc neo liờn kt, v gim s tp
trung ng sut ti u dm.
- Ti v trớ u neo cú lc tp trung ln hoc ct thộp ch un cong thng cú ni lc tip
tuyn ln nờn ta cn t ct thộp gia cng cho bờ tụng ti ú hoc t cỏc bn m di neo.
- Ct thộp kộo cng cú th t bờn trong (DUL trong) hoc t bờn ngoi tit din (DUL
ngoi).

a)

Bản đệm

ống tạo lỗ

b)

c)

Neo
L-ới thép gia c-ờng

Cốt thép DUL đặt trong

Hỡnh 1.9- Cỏch b trớ ct thộp DL

15

Cốt thép DUL đặt ngoài


1.2.2. Đặc điểm chế tạo :
1.2.2.1. Phân loại Kết cấu BTCT theo phương pháp thi công: 3loại
 Kết cấu BTCT toàn khối: Là loại kết cấu BTCT đƣợc thi công tại hiện trƣờng theo các bƣớc
sau:
+ Lắp dựng ván khuôn và cốt thép tại hiện trƣờng;
+ Đổ bê tông vào trong ván khuôn thành từng lớp và đầm lèn;
+ Bảo dƣỡng bê tông, tháo dỡ ván khuôn và hoàn thiện.
Ƣu điểm: Kết cấu toàn khối, không có mối nối  các thành phần trong kết cấu cùng

làm việc với nhau một cách chặt chẽ.
Khuyết điểm: Tốn đà giáo ván khuôn, tốn thời gian chờ bảo dƣỡng BT, khó kiểm soát
chất lƣợng do điều kiện làm việc tại hiện trƣờng.
 Kết cấu BTCT lắp ghép: Là kết cấu BTCT mà phần lớn các cấu kiện đƣợc chế tạo sẵn trong
nhà máy, sau đó trở ra hiện trƣờng lắp ghép lại với nhau.
Ƣu điểm: Cơ giới hóa đƣợc quá trình sản suất, tận dụng ván khuôn đƣợc nhiều lần,
thời gian thi công nhanh hơn, kiểm soát đƣợc chất lƣơngj cấu kiện tốt hơn.
Khuyết điểm: Xuất hiện nhiều mối nối  kết cấu làm việc không gian hay tổng thể
kém hơn.
 Kết cấu BTCT bán lắp ghép: Là loại kết cấu kết hợp giữa kết cấu đổ toàn khối và lắp ghép.
Khi đó, trong nhiều trƣờng hợp ta thƣờng lấy luôn phần lắp ghép làm ván khuôn cho phần
đổ tại chỗ.
Ví dụ về các loại kết cấu BTCT theo phƣơng pháp thi công:

16


a) Toµn khèi

b) L¾p ghÐp

c) B¸n l¾p ghÐp

Hình 1.10 - Các biện pháp thi công kết cấu BTCT điển hình

1.2.2.2. Phân loại Kết cấu BTCT theo trạng thái ứng suất khi chế tạo: 2 loại
 Bê tông cốt thép thƣờng (kết cấu BTCT): Là loại kết cấu mà khi chế tạo, cốt thép ở trạng
thái không có ứng suất. Ngoài nội ứng suất do co ngót và giãn nở nhiệt, trong BT và CT chỉ
xuất hiện ứng suất khi có tải trọng sử dụng tác dụng (kể cả trọng lƣợng bản thân).
 Bê tông cốt thép dự ứng lực (bê tông cốt thép ứng suất trƣớc): Là loại kết cấu mà khi chế tạo

ngƣời ta căng trƣớc cốt thép để tạo ứng suất nén trƣớc cho những vùng của tiết diện mà sau
này dƣới tác dụng của tải trọng khi sử dụng sẽ phát sinh ứng suất kéo. Ứng suất nén trƣớc
này có tác dụng làm giảm hoặc triệt tiêu ứng suất kéo do tải trọng khi sử dụng sinh ra. Nhờ
vậy, ta có thể nâng cao khả năng chịu lực, khả năng chống nứt,... của kết cấu.

1.2.2.3. Phân loại Kết cấu BTCT DƯL theo phương pháp tạo dự ứng lực: 2 loại
 Kết cấu BTCT DƢL thi công kéo trƣớc (phƣơng pháp căng cốt thép trên bệ)
B1: Lắp đặt cốt thép CĐC vào ván khuôn và liên kết với bệ kéo đặt biệt;
B2: Kéo căng côt thép CĐC đến trị số thiết kế và đổ bê tông cấu kiện;
B3: Khi bê tông đã đông cứng đủ cƣờng độ yêu cầu, ta buông cốt thép ra khỏi bệ kéo. Cốt
thép sẽ có xu hƣớng co lại chiều dài ban đầu và do có sự dính bám giữa BT và CT tạo
lực nén trƣớc vào BT.

17


B1)
Cèt thÐp C§C

BÖ kÐo
®Æc biÖt

Bª t«ng

B2)

Bª t«ng

B3)

Hình 1.11- Sơ đồ phƣơng pháp thi công kéo trƣớc
Để tăng thêm dính bám giữa bê tông và cốt thép DƢL ngƣời ta thƣờng dùng cốt thép DƢL
là cốt thép có gờ, hoặc cốt thép DUL dƣới dạng tao, hoặc tạo các mấu neo đặc biệt ở hai đầu.
Phạm vi áp dụng: PP này thƣờng dùng khi cốt thép kéo căng đặt theo đƣờng thẳng hơặc gãy
khúc và với những cấu kiện nhỏ và vừa. Do đó PP này đặc biệt hiệu quả với các cấu kiện sản xuất
hàng loạt trong nhà máy.
 Kết cấu BTCT DƢL thi công kéo sau (phƣơng pháp căng cốt thép trên bê tông)
B1: Lắp đặt ván khuôn, cốt thép thƣờng và các ống tạo lỗ (thƣờng làm bằng tôn lƣợn sóng
mạ kẽm). Ống tạo lỗ có thể đƣợc đặt theo đƣờng thẳng hoặc đƣờng cong tùy thuộc vào mục đích
chịu lực của cấu kiện.
B2: Đổ BT cấu kiện và bảo dƣỡng.
B3: Khi bê tông đã đạt đến cƣờng độ yêu cầu, ta luồn cốt thép CĐC vào các lỗ tạo trƣớc,
dùng kích kéo căng cốt thép CĐC trên bê tông đến trị số thiết kế.
B4: Đóng neo và buông kích, bơm vữa xi măng lấp đầy khoảng trống giữa cốt thép CĐC và
ống tạo lỗ để tạo dính bám giữa BT và CT cũng nhƣ chống gỉ cho cốt thép CĐC. Cũng có trƣờng
hợp cốt thép CĐC đƣợc bảo vệ trong ống tạo lỗ bằng mỡ chống gỉ, trƣờng hợp này đƣợc gọi là cấu
kiện DƢL không dính bám.
Phƣơng pháp này luôn phải có neo, khi kéo căng từ một đầu thì đầu kia gọi là neo chết (neo
cố định trƣớc trong bê tông)

18


Phạm vi áp dụng: PP này thƣờng đƣợc áp dụng các kết cấu lớn nhƣ kết cấu cầu và thi công
tại công trƣờng. Ƣu điểm của PP là có thể kéo căng cốt thép CĐC theo đƣờng cong của ống tạo lỗ
đã đặt trƣớc.

èng t¹o lç

B1)

Bª t«ng

B2)

Cèt thÐp C§C

B3)

Cèt thÐp C§C

B4)

Hình 1.12 - Sơ đồ phƣơng pháp thi công kéo sau

Hình 1.13:Hình ảnh về thi công kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực

19


CHƢƠNG 2

: TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU

2.1. Bê Tông
2.1.1. Phân loại bê tông
2.1.1.1. Theo thành phần của bê tông tươi (hỗn hợp bê tông)
- Bê tông là một loại đá nhân tạo đƣợc tạo thành từ các vật liệu thành phần, bao gồm: đá dăm, sỏi
(cốt liệu lớn); cát (cốt liệu nhỏ); xi măng (chất kết dính), nƣớc và phụ gia (nếu có). Các vật liệu này
sau khi nhào trộn đều với nhau sẽ đông cứng và có hình dạng theo khuôn đúc. Tỷ lệ của các vật liệu

thành phần trong hỗn hợp sẽ có ảnh hƣởng đến thuộc tính của bê tông sau khi đông cứng (bê tông).
Trong phần lớn các trƣờng hợp, ngƣời kỹ sƣ cầu sẽ chọn cấp bê tông cụ thể từ một loạt hỗn hợp
thiết kế thử, trên cơ sở cƣờng độ chịu nén mong muốn ở tuổi 28 ngày, fc . Đặc trƣng tiêu biểu đối
với các cấp bê tông khác nhau đƣợc cho trong bảng 2.1 nhƣ sau:

Bảng 2.1 - Các đặc trƣng trộn của bê tông theo cấp

Cấp

bê

tông

Lƣợng

xi

măng

tối

thiểu

Tỉ

lệ

nƣớc/xi
măng

lớn

Độ chứa khí

kg/kg

A

362

0,49

A (AE)

362

0,45

B

307

0,58

B (AE)

307

0,55

C

390

0,49

C (CE)

390

0,45

P

334

0,49

Kích thƣớc lỗ vuông

%

sàng (mm)

-

25 đến 4,75

6,0  1,5

25 đến 4,75

5,0  1,5

50 đến 4,75

-

50 đến 4,75

7,0  1,5

12,5 đến 4,75

định

Quy
riêng

390

theo AASHTO M43

nhất

kg/m3

S

Kích thƣớc cốt liệu

0.58

Quy

định

12,5 đến 4,75
25 đến 4,75 hoặc 19
đến 4,75
25 đến 4,75

riêng
Tỉ trọng
thấp

334

Nhƣ quy định trong hồ sơ hợp đồng

20

Cƣờng

độ

chịu nén 28
ngày

MPa

28
28
17
17
28
28
Quy

định

riêng
Quy
riêng

định




Cấp bê tông A nói chung đƣợc sử dụng đối với tất cả các cấu kiện của kết cấu và đặc biệt đối
với bê tông làm việc trong môi trƣờng nƣớc mặn.



Cấp bê tông B đƣợc sử dụng trong móng, bệ móng, thân trụ và tƣờng chịu lực.



Cấp bê tông C đƣợc sử dụng trong các chi tiết có bề dày dƣới 100 mm nhƣ tay vịn cầu thang và
các bản sàn đặt lƣới thép.



Cấp bê tông P đƣợc sử dụng khi cƣờng độ đƣợc yêu cầu lớn hơn 28 MPa. Đối với bê tông dự
ứng lực, phải chú ý rằng, kích thƣớc cốt liệu không đƣợc lớn hơn 20 mm.



Bê tông loại S đƣợc dùng cho bê tông đổ dƣới nƣớc bịt đáy chống thấm nƣớc trong các khung
vây.

- Tỉ lệ nƣớc/xi măng (W/C) theo trọng lƣợng là thông số quan trọng nhất ảnh hƣởng đến cƣờng độ
bê tông. Tỉ lệ W/C càng gần mức tối thiểu thì cƣờng độ càng lớn. Hiển nhiên là, đối với một lƣợng
nƣớc đã cho trong hỗn hợp, việc tăng hàm lƣợng xi măng sẽ làm tăng cƣờng độ bê tông. Đối với
mỗi cấp bê tông đều có quy định rõ lƣợng xi măng tối thiểu tính bằng kG/m 3. Khi tăng lƣợng xi
măng trên mức tối thiểu này, có thể tăng lƣợng nƣớc và vẫn giữ nguyên tỉ lệ W/C. Sự tăng lƣợng
nƣớc có thể không tốt vì lƣợng nƣớc thừa, không cần thiết cho phản ứng hoá học với xi măng và
làm ƣớt bề mặt cốt liệu, khi bốc hơi sẽ gây ra hiện tƣợng co ngót, làm bê tông kém đặc chắc. Do
vậy, Tiêu chuẩn quy định lƣợng xi măng tối đa là 475 kG/m3 để hạn chế lƣợng nƣớc của hỗn hợp.
- Bê tông AE (bê tông bọt) phát huy đƣợc độ bền lâu dài khi làm việc trong các môi trƣờng lạnh. Bê
tông bọt đƣợc chế tạo bằng cách thêm vào hỗn hợp một phụ gia dẻo để tạo ra sự phân bố đều các lỗ
rỗng rất nhỏ. Sự phân bố đều các lỗ rỗng nhỏ này trong bê tông tránh hình thành các lỗ rỗng lớn và
cắt đứt đƣờng mao dẫn từ mặt ngoài vào cốt thép.
- Để đạt đƣợc chất lƣợng của bê tông là độ bền lâu dài và chịu lực tốt, cần phải hạn chế hàm lƣợng
nƣớc. Nhƣng nƣớc làm tăng độ lƣu động của hỗn hợp bê tông, đặc biệt làm cho bê tông dễ đúc
trong khuôn. Để cải thiện tính công tác của hỗn hợp bê tông mà không phải tăng lƣợng nƣớc, ngƣời
ta đƣa vào các phụ gia hoá học. Các phụ gia này đƣợc gọi là phụ gia giảm nƣớc mạnh (phụ gia siêu
dẻo), rất có hiệu quả trong việc cải thiện thuộc tính của cả bê tông ƣớt và bê tông đã đông rắn. Các
phụ gia này phải đƣợc sử dụng rất thận trọng và nhất thiết phải có chỉ dẫn của nhà sản xuất vì chúng
có thể có những ảnh hƣởng không mong muốn nhƣ làm rút ngắn thời gian đông kết. Vì vậy trƣớc

khi sử dụng cần làm các thí nghiệm để xác minh chất lƣợng của cả bê tông ƣớt lẫn bê tông cứng.
- Trong vài năm gần đây, ngƣời ta đã chế tạo đƣợc bê tông có cƣờng độ rất cao, cƣờng độ chịu nén
có thể tới 200MPa. Mấu chốt của việc đạt cƣờng độ này cũng nhƣ độ chắc chắn là đảm bảo cấp
phối tốt nhất, sao cho tất cả các lỗ rỗng đều đƣợc lấp đầy bằng các hạt mịn cho đến khi không còn

21


lỗ rỗng nữa. Trƣớc đây ngƣời ta chỉ chú ý tới cấp phối tốt nhất của cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ là đá
và cát. Việc lấp đầy các khe hở giữa các hạt nhỏ có thể là các hạt xi măng Poóc lăng, mà sau này
phản ứng với nƣớc sẽ tạo lực dính và gắn kết thành khối. Trong bê tông CĐC và rất cao, ngƣời ta
còn tiến thêm một bƣớc nữa là chèn thêm vào khe hở giữa các hạt xi măng Poóc lăng. Các loại vật
liệu mịn để chèn này có thể là đất Puzolan hạt nhỏ, tro bay, muội silíc,... Chúng có thể thay thế một
phần cho XM và vẫn giữ nguyên lƣợng XM tối thiểu và tỉ lệ W/C.

2.1.1.2. Theo tỷ trọng của bê tông:
Theo tỷ trọng, bê tông đƣợc phân thành
- Bê tông tỷ trọng thƣờng: Là BT có tỷ trọng trong khoảng 2150  2500kG/m3.
- Bê tông tỷ trọng thấp: Là BT có chứa cấp phối nhẹ và có tỷ trọng khi khô không vƣợt quá
1925kG/m3.

2.1.2. Các tính chất tức thời (ngắn hạn) của bê tông cứng
- Các tính chất của bê tông xác định từ thí nghiệm phản ánh sự làm việc ngắn hạn khi chịu tải vì các
thí nghiệm này thƣờng đƣợc thực hiện trong vòng vài phút, khác với tải trọng tác dụng lên công
trình có thể kéo dài hàng tháng, thậm chí hàng năm. Các thuộc tính ngắn hạn này rất hữu dụng trong
đánh giá chất lƣợng của bê tông và sự làm việc chịu lực ngắn hạn nhƣ dƣới hoạt tải xe cộ, gió, động
đất,... Tuy nhiên, những thuộc tính này phải đƣợc điều chỉnh khi chúng đƣợc sử dụng để đánh giá
sự làm việc dƣới tải trọng tác dụng kéo dài (thƣờng xuyên) nhƣ trọng lƣợng bản thân của dầm, lớp
phủ mặt cầu, lan can,…

2.1.2.1. Cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi
- Cƣờng độ chịu nén của bê tông đƣợc xác định bằng thí nghiệm nén dọc trục phá hoại mẫu trụ tròn
có kích thƣớc (hxd). Ký hiệu cƣờng độ chịu nén của bê tông là fc, ta có:
fc 

Pmax
P
 max
A
d 2 / 4

- Cƣờng độ chịu nén của bê tông khi đƣợc thí nghiệm trong điều kiện tiêu chuẩn quy định (tuổi
bêtông là 28 ngày; mẫu trụ tròn có kích thƣớc (hxd) = (300x150)mm, bảo dƣỡng ở điều kiện tiêu
chuẩn (bảo dƣỡng ẩm,...); lực nén dọc trục không kiềm chế) đƣợc gọi là cƣờng độ chịu nén quy
định hay cƣờng độ chịu nén thiết kế của bê tông, ký hiệu là f'c. Bêtông có f'c càng lớn thì chất lƣợng
càng tốt và ngƣợc lại.
- Hình 2.1 biểu diễn đƣờng cong ứng suất-biến dạng điển hình của mẫu thử hình trụ khi chịu nén
dọc trục không có kiềm chế (không có cản trở biến dạng ngang).

22


Hình 2.1 - Đƣờng cong ứng suất-biến dạng parabol điển hình đối với bê tông chịu nén không
có kiềm chế
- Biến dạng tại đỉnh ứng suất nén fc là 'c  0,002 và biến dạng có thể lớn nhất cu  0,003. Một
quan hệ đơn giản đối với bê tông có cƣờng độ nhỏ hơn 40 MPa đƣợc đƣa ra dƣới một hàm bậc hai
nhƣ sau:

      2 
f c  f c  2  c    c  

   c    c  

(2.1)

Trong đó:
fc = là cƣờng độ chịu nén tƣơng ứng với độ biến dạng c,

fc = là ứng suất lớn nhất từ thí nghiệm khối trụ

c = là độ biến dạng ứng với ứng suất fc .
Quy ƣớc dấu ở đây là ứng suất nén và biến dạng nén mang giá trị âm.
- Mô đun đàn hồi của bê tông theo TC 05 độ nghiêng của đƣờng thẳng đi từ gốc toạ độ qua điểm
của đƣờng cong us-bd có ứng suất bằng 0,4 fc . Khi bê tông có tỷ trọng từ 1440  2500kG/m3, thì Ec
có thể đƣợc xác định theo công thức sau:

Ec  0, 043. c1,5 . fc

(MPa)

(2.2)

Trong đó:

c = Tỷ trọng của bê tông (kG/m3)
fc = Cƣờng độ chịu nén quy định của bê tông (MPa).
Ví dụ: Đối với bê tông có: c = 2300 kg/m3 và fc = 28 MPa

23

 Ec  0,043.  2300  . fc  4800. fc  4800. 28  25GPa
1,5

- TC 05 quy định (A5.4.2.1), cƣờng độ chịu nén quy định ở tuổi 28 ngày (f'c) tối thiểu là 16 MPa
đƣợc khuyến cáo đối với tất cả các bộ phận của kết cấu và cƣờng độ chịu nén tối đa đƣợc quy định
là 70 MPa, trừ khi có những thí nghiệm bổ sung. Các bản mặt cầu và BTCT DUL thì f'c ít nhất là 28
MPa.

2.1.2.2. Cường độ chịu kéo
Cƣờng độ chịu kéo của bê tông có thể đƣợc đo trực tiếp hoặc gián tiếp. Thí nghiệm kéo trực tiếp
[hình 2.2(a)] đƣợc sử dụng để xác định cƣờng độ nứt của bê tông, đòi hỏi phải có thiết bị đặc biệt
(chuyên dụng). Thông thƣờng, ngƣời ta tiến hành các thí nghiệm gián tiếp nhƣ thí nghiệm uốn phá
hoại dầm và thí nghiệm ép chẻ khối trụ. Các thí nghiệm này đƣợc mô tả trên hình 2.2.

Hình 2.2 - Thí nghiệm kéo bê tông trực tiếp và gián tiếp
a)

Thí nghiệm kéo trực tiếp

b)

Thí nghiệm phá hoại dầm

c)

Thí nghiệm chẻ khối trụ

- Thí nghiệm uốn phá hoại dầm [hình 2.2(b)] đo cƣờng độ chịu kéo khi uốn của bê tông với một
dầm bê tông giản đơn chịu lực nhƣ trên hình vẽ. Ứng suất kéo lớn nhất ở đáy dầm khi phá hoại gọi
là ứng suất kéo uốn giới hạn, đƣợc ký hiệu là fr. TC 05 đƣa ra các công thức xác định fr nhƣ sau:

f r  0,63. f c,

+ Đối với bê tông tỷ trọng thông thƣờng

24

(2.3)


+ Đối với bê tông cát tỷ trọng thấp

f r  0,52. f c,

+ Đối với bê tông tỷ trọng thấp các loại

f r  0,45. f c,

- Trong thí nghiệm ép chẻ khối trụ [hình 2.2(c)], khối trụ tiêu chuẩn đƣợc đặt nằm và chịu tải trọng
đƣờng phân bố đều. Ứng suất kéo gần nhƣ phân bố đều xuất hiện vuông góc với ứng suất nén sinh
ra do tải trọng thẳng đứng. Khi các ứng suất kéo này đạt tới giới hạn cƣờng độ, khối trụ bị chẻ làm
đôi dọc theo mặt chịu tải. Theo một lý thuyết về sự làm việc đàn hồi (Timoshenko và Goodier,
1951), công thức tính ứng suất kéo chẻ fsp đƣợc đƣa ra nhƣ sau:
f sp 

2 Pcr / L
D

(2.4)

trong đó Pcr là toàn bộ tải trọng gây chẻ khối trụ, L là chiều dài của khối trụ và D là đƣờng kính của
khối trụ.
- Cả hai giá trị ứng suất kéo uốn (fr) và ứng suất kéo chẻ (fsp) đều đƣợc xác định lớn hơn so với ứng
suất kéo dọc trục (fcr) đƣợc xác định trong thí nghiệm kéo trực tiếp [hình 2.2(a)]. Các tác giả Collins
và Mitchell (1991) và Hsu (1993) đƣa ra công thức xác định cƣờng độ chịu kéo trực tiếp fcr nhƣ sau:

fcr  0,33. fc

(2.5)

- Tuy nhiên, khả năng chịu kéo của bê tông thƣờng đƣợc bỏ qua trong tính toán cƣờng độ các cấu
kiện BTCT vì cƣờng độ chịu kéo của bê tông rất nhỏ.
- Mô đun đàn hồi của bê tông khi chịu kéo có thể đƣợc lấy nhƣ khi chịu nén.

2.1.3. Các tính chất dài hạn của bê tông cứng
2.1.3.1. Cường độ chịu nén của bê tông theo thời gian
- Tính chất của BT đƣợc đặc trƣng bởi cƣờng độ chịu nén quy định ở tuổi 28 ngày (f'c). Tuy nhiên
trong một số trƣờng hợp, nhƣ đối với BTCT DUL thì ta cần phải biết cƣờng độ chịu nén fci và Eci
của BT ở thời điểm căng cốt thép DUL, cũng nhƣ ở các thời điểm khác trong lịch sử chịu tải của kết
cấu.
- Thông thƣờng, cƣờng độ chịu nén của BT có xu hƣớng tăng theo thời gian và phụ thuộc vào nhiều
tham số nhƣ loại XM, điều kiện bảo dƣỡng,... Có các phƣơng pháp không phá huỷ để xác định
cƣờng độ chịu nén, thƣờng bằng con đƣờng gián tiếp thông qua việc xác định trƣớc hết mô đun đàn
hồi rồi tính ngƣợc trở lại để tìm cƣờng độ chịu nén. Theo một phƣơng pháp khác, ngƣời ta đo độ
nảy lên của một viên bi bằng thép, viên bi này đã đƣợc định kích thƣớc dựa vào độ nảy trên bê tông
đã biết cƣờng độ chịu nén. Hiệp hội quốc tế BTCT DUL (FIP) kiến nghị xác định cƣờng độ chịu
nén của BT theo thời gian theo biểu đồ có dạng nhƣ sau:

25