Vật liệu dùng trong cầu bê tông cốt thép

Giáo trình Cầu BTCT 22

2. Vật liệu dùng trong cầu Bê tông
cốt thép
2.1. Bê tông
2.1.1. Yêu cầu chung

L loại BT nặng

=1.800-2500Kg/m
3


Mác BT
21
>= 150, 200 600; Hiện nay ngời ta đã chế tạo đợc các bê tông có cờng
độ 20.000psi (

1.400Kg/cm
2
) v đang nghiên cứu loại bê tông đạt tới cờng độ
26.000psi (

1.800Kg/cm
2
)
22


Phải đảm bảo đúng mác bê tông, đáp ứng các điều kiện cờng độ v trong những
trờng hợp cần thiết bảo đảm chịu nớc ăn mòn, không thấm nớc, dùng loại xi măng

ít co ngót, đông cứng nhanh, tự đầm..

Bê tông chất lợng cao theo định nghĩa của Viện bê tông Mỹ (ACI) l: loại bê tông
m có hiệu suất đặc biệt v cùng đồng thời thoả mãn yêu cầu m không thể có đợc
bằng những thnh phần thông thờng, những phơng pháp trộn thông thờng v những
cách thức bảo dỡng thông thờng. Những yêu cầu về bê tông chất lợng cao có thể
bao gồm những yếu tố nổi bật sau:
ắ Dễ đổ v hoá cứng không ảnh hởng đến cờng độ.
ắ Những tính chất cơ học di hạn.
ắ Sớm đạt cờng độ cao.
ắ Độ bền cao.
ắ ổn định thể tích.
ắ Tuổi thọ cao trong môi trờng lm việc.
2.1.2. Một số tính năng cơ lý của bê tông
2.1.2.1. Cờng độ
23


Mác BT l cờng độ chịu nén của mẫu thử (15x15x15cm)

Cờng độ chịu nén dọc trục (lăng trụ) .......................................................... R
np
(R
lt
)

Cờng độ chịu nén khi uốn .................................................................................. R
u

Cờng độ chịu kéo ........................................................................................ R
pn
(R
k
)

Cờng độ chịu cắt khi uốn ................................................................................... R
ck

theo QT 79 thì có 12 loại cờng độ của bê tông xem Phụ lục 2 trang 251
Các yếu tố ảnh hởng đến cờng độ của BT
1. Thời gian, môi trờng: Cờng độ tăng lên theo thời gian, 28 ngy đầu thì tăng nhanh v
sau chậm dần (kéo di đến 20 năm lúc đó cờng độ tăng 2,5 - 3 lần); trong điều kiện thuận
Giáo trình Cầu BTCT 23

lợi (nhiệt độ dơng, độ ẩm lớn) cờng độ BT tăng trong nhiều năm; không thuận lợi (khô
hanh hoặc nhiệt độ thấp) sự tăng cờng độ BT trong thời gian sau ny l không đáng kể.
Công thức xác định cờng độ bê tông theo Thời gian:
tR
t
RR
t
lg7,0
28lg
lg
2828
=

2. Độ chặt khít của bê tông cng lớn thì cờng độ của bê tông cng cao. Cờng độ của bê
tông phụ thuộc thnh phần cấp phối, tỷ lệ nớc/xi măng

, đầm nén v bảo dỡng bê tông
2.1.2.2. Biến dạng của BT
Bê tông l vật liệu đn hồi dẻo ặ có cả biến dạng đn hồi (

đh
) v biến dạng dẻo (

d
), các
biến dạng ny phụ thuộc vo tính chất v thời gian tác dụng của tải trọng (Hình 2-1).
Biến dạng cực hạn của bê tông (

ch
) tại thời điểm mẫu bị phá hoại tơng ứng với cờng độ chịu
nén l R
ch
.
Khi gia tải đến một mức no đó (

b
,

b
) rồi giảm tải, biến dạng của BT không phục hồi hon
ton, đờng cong giảm tải không trở về gốc, ta có

b
=

đh

+

d
;
Biến dạng cực hạn: khi chịu nén trung tâm, đạt tới trị số (0,8
ữ
3)10
-3
, thờng lấy trung bình
2.10
-3
. Trong vùng nén của cấu kiện chịu uốn đạt tới (2
ữ
4,5)10
-3
trung bình

3,5.10
-3
trị số ny
tăng khi chiều cao vùng nén giảm
24
. Khi chịu kéo chỉ bằng khoảng (1/20
ữ
1/10) so với chịu
nén, trung bình 1,5.10
-4
.
Tính co ngót: Bê tông giảm thể tích khi đông cứng trong không khí. Sự co đó do đá xi măng
gây ra. Khi đông cứng trong nớc thể tích tăng lên, mức độ nở bằng 1/5-1/2 mức độ co ngót

ặ ảnh hởng đến kết cấu siêu tĩnh. Biến dạng tỷ đối về co ngót có thể đạt trị số trung bình
2
ữ
4
ì
10
-4
.
Từ biến: Khi bê tông chịu tác động của tải trọng di hạn, biến dạng dẻo tăng lên tính chất đó
gọi l từ biến; 3 - 6 tháng đầu tăng nhanh, 4-5 năm sau tăng nhỏ ặ không tăng nữa. Tác hại:
tăng độ võng của kết cấu nhịp, gây nên sự phân bố lại nội lực; ví dụ tăng ứng suất trong cốt
thép, giảm ứng suất trong bê tông nhất l trong kết cấu siêu tĩnh.
Biến dạng nhiệt: Đây l loại biến dạng thể tích do nhiệt độ thay đổi. Giá trị trung bình của hệ
số giãn nở vì nhiệt của bê tông vo khoảng 1
ì
10
-5
/độ

Hình 2-1. Biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng của BT
Gi¸o tr×nh CÇu BTCT 24

2.1.2.3. M« ®uyn ®μn håi (nÐn) vμ m« ®uyn c¾t:
M« ®uyn ®μn håi cña bª t«ng phô thuéc vμo m¸c bª t«ng
M« ®un ®μn håi ban ®Çu vμ m« ®un c¾t ban ®Çu cña bª t«ng
B¶ng 2-1
M« ®un ®μn håi ban ®Çu vμ m« ®un c¾t ban ®Çu cña bª t«ng (kg/cm
2
)
víi nh÷ng sè hiÖu bª t«ng

D¹ng chÞu lùc
cña bª t«ng
Ký
hiÖu
150 200 250 300 400 500 600
Khi nÐn E
b
230000 265000 290000 315000 350000 380000 400000
Khi c¾t G
b
92000 105000 115000 125000 140000 150000 160000
Giáo trình Cầu BTCT 25

2.2. Cốt thép
2.2.1. Yêu cầu:
Bê tông v cốt thép phải lm việc đồng thời với nhau l nhờ l nhờ lực dính bám giữa chúng,
để tăng lực dính bám ngời ta dùng cốt thép có gờ, lm neo, uốn móc khi dùng cốt trơn
Phải lm sạch rỉ cốt thép trớc khi đổ bê tông
Cốt thép cần đủ cờng độ, có tính dẻo cần thiết để dễ gia công v đảm bảo hn đợc
Thi công đúng hình dạng, kích thớc v lớp bảo vệ của của cốt thép trong bê tông
2.2.2. Một số tính năng cơ lý chủ yếu
Dựa vo biểu đồ ứng suất biến dạng phân chia cốt thép thnh loại dẻo v rắn: Loại dẻo có biểu
đồ nh đờng 1, 2, 3, 4 trên Hình 2-2. Chúng hoặc một thềm chảy rõ rng hoặc một vùng
biến dạng dẻo khá rộng, có biến dạng cực hạn khá lớn (10 đến 20%). Loại cốt thép rắn có giới
hạn chảy không rõ rng v gần nh bằng giới hạn bền, có biến dạng cực hạn tơng đối bé (3-
4%), có biểu đồ nh đờng 5, 6 trên Hình 2-2. Đây thờng l các sợi thép cờng độ cao.
Khi kéo thép trong giai đoạn đn hồi rồi giảm tải thì biểu đồ sẽ trở về đờng cũ, đến gốc. Nếu
kéo thép đến phần có biến dạng dẻo rồi giảm tải thì biểu đồ không trở về theo đờng cũ m
theo một đờng song song với đoạn thẳng biểu diễn giai đoạn đn hồi, khi ứng suất giảm đến
hết điểm B trên Hình 2-2. b vẫn còn lại một biến dạng d

d
.
Nếu lại kéo thép một lần nữa thì đờng

-

sẽ l đờng
thẳng BA. Ngời ta lợi dụng tính chất đó để gia công kéo
nguội cốt thép nhằm tăng giới hạn đn hồi của nó. Tất
nhiên thép đã qua gia công nguội sẽ có độ giãn di khi đứt
nhỏ hơn nhỏ hơn thép ban đầu.
Về ứng suất thờng ngời ta qui định ba giới hạn sau:
+
Giới hạn bền

b
lấy bằng giá trị ứng suất lớn
nhất thép chịu đợc trớc khi bị kéo đứt.
+
Giới hạn đn hồi

đh
lấy bằng ứng suất ở cuối
giai đoạn đn hồi.


Hình 2-2. Biểu đồ quan hệ US biến dạng của thép (1,2. Thép cán nóng CT3 v CT5; 3. cốt thép CT5
kéo nguội; 4. Thép hợp kim gia công nhiệt; 5,6. Sợi thép cờng độ cao kéo nguội)

Hình 2-3. Biểu đồ giới hạn đn hồi v
giới hạn chảy quy ớc
Giáo trình Cầu BTCT 26

+
Giới hạn chảy

ch
lấy bằng ứng suất ở đầu giai đoạn chảy.

Đối với các loại thép không có giới hạn đn hồi v giới hạn chảy rõ rng ngời ta qui định các
giới hạn qui ớc. Giới hạn đn hồi qui ớc l giá trị ứng suất

đh
ứng với biến dạng d tỷ đối l
0,02% còn giới hạn chảy qui ớc l giá trị ứng suất

ch
ứng với biến dạng d tỷ đối l 0,2%.
Cờng độ của cốt thép thờng (cốt thép cờng độ cao
: R >6000Kg/cm
2
)
, theo phân loại của
quy trình chúng ta có 3 nhóm AI, AII, AIII
Cờng độ tính toán của cốt thép không căng trớc khi tính về cờng độ.
Bảng 2-2

Loại cốt thép theo điều 5.8
Cờng độ tính toán chịu kéo

v chịu nén tính bằng kg/cm
2
R
n
v R
ac

Loại A-I. Cán nóng, trơn, bằng thép số hiệu BMC
T
3cn 1900
Loại A-II.Cán nóng có gờ bằng thép lò Máctanh số hiệu CT 5cn (đờng kính đến
40mm) v (đờng kính từ 45 -90mm)
2400

Loại A-III.Cán nóng có gờ bằng thép số hiệu 25r 2Cv 5rC đờng kính đến 40mm)
v 18r 2C (đờng kính 6 8mm)

3000
Mô đun đn hồi cốt thép theo quy trình 1979
Bảng 2-3
Số TT Loại cốt thép
Mô đun đn hồi cốt thép (kg/cm
2
)
1 Cốt thép cán nóng bằng thép cấp A-I v A-II
2, 1.10
6

2 Cốt thép cán nóng bằng thép cấp A-III
2, 1.10

6

3 Cốt thép cán nóng bằng thép cấp A-IV
2, 1.10
6

4 Thép sợi cờng độ cao, trơn v có gờ, bó thép sợi cờng độ cao, cốt
thép bện 7 sợi.
1, 8.10
6


2.2.3. Chế tạo cốt thép
Thờng: Chế tạo bán thnh phẩm: Lới cốt thép, Khung cốt thép (chịu lực).
Cốt thép cờng độ cao: Loại bó xoắn đợc chế tạo thnh từng cuộn.
Loại thanh cờng độ cao đợc chế tạo dới dạng thanh.