Bài giảng kết cấu bê tông cốt thép trong xây dựng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CƠNG TRÌNH
BỘ MƠN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH

Bài giảng
KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP
TRONG XÂY DỰNG
RCSB315

Hà Nội- 3/2020


5/18/2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CƠNG TRÌNH

BỘ MƠN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH

MƠN HỌC :
KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP
CHO NGÀNH XÂY DỰNG DÂN
DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP
(RCSB315)
Giảng viên: PHẠM NGUYỄN HỒNG
Email:
18/05/2020

XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

1

KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP
Chương 1. Khái niệm chung về Bê tông cốt thép
Chương 2. Tính chất cơ lý của vật lieu
Chương 3. Phương pháp tính tốn và ngun lý
cấu tạo
Chương 4. Cấu kiện chịu uốn
Chương 5. Cấu kiện chịu nén
Chương 6. Cấu kiện chịu kéo
Chương 7. Tính tốn theo TTGH 2
Chương 8. Sàn phẳng
18/05/2020

2


5/18/2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CƠNG TRÌNH

BỘ MƠN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH

CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM
CHUNG VỀ BÊ TƠNG
CỐT THÉP
Giảng viên: PHẠM NGUYỄN HỒNG
Email:
18/05/2020

XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP

3

CHƯƠNG 1
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BTCT
I. Thế nào là Bê tông cốt thép
II. Phân loại Bê tông cốt thép
III. Ưu điểm và nhược điểm của Bê tông cốt thép
IV. Sơ lược lịch sử phát triển của Bê tông cốt thép

18/05/2020

4


5/18/2020

I. Thế nào là Bê tơng cốt thép
I.1. Định nghĩa
• Bê tông cốt thép
Là một loại vật liệu xây dựng phức hợp
do bê tông và cốt thép cùng cộng tác
chịu lực với nhau.
• Bê tơng (BT)
+ Thành phần: cốt liệu, chất kết dính,
phụ gia
+ Tính chất cơ học: chịu nén tốt, chịu
kéo kém
• Cốt thép (CT)

+ Kéo và nén đều tốt

5

I. Thế nào là Bê tông cốt thép
I.2. Nguyên tắc cấu tạo
• Bố trí cốt thép để chịu ứng suất kéo
• Bố trí cốt thép ở vùng nén (cấu tạo, trợ lực cho bê tơng)
• BTCT:

Vật liệu xây dựng hỗn hợp
BT & CT cùng phối hợp làm việc
P

P

+
6


5/18/2020

I. Thế nào là Bê tông cốt thép
I.3. Các yếu tố giúp làm việc chung

 BT và CT có hệ số giãn
nở vì nhiệt xấp xỉ nhau:
BT=11,5.10-5;
CT=1,2.10-5

 BT bao bọc, bảo vệ cốt
thép khỏi tác động ăn
mịn hóa lý của mơi
trường, khơng phản ứng
hố học.

 Lực dính giúp truyền
ứng suất.
7

II. Phân loại kết cấu BTCT
• Theo phương pháp thi cơng
+ Toàn khối
+ Lắp ghép
+ Nửa lắp ghép

8


5/18/2020

Thi cơng kết cấu BTCT tồn khối

9

Thi cơng kết cấu BTCT toàn khối

10

5/18/2020

Thi cơng kết cấu BTCT tồn khối

-

11

Quy trình thi cơng BTCT toàn khối
1. Chuẩn bị cốt thép theo bản vẽ thiết kế
2. Chuẩn bị khn theo hình dáng kết cấu
3. Lắp dựng cốt thép vào khn, cố định vị trí
4. Trộn và đổ Bê tông
5. Đầm chắc Bê tông và hồn thiện bề mặt
6. Dưỡng hộ bê tơng
7. Tháo khn khi đủ cường độ
12


5/18/2020

Kết cấu BTCT lắp ghép

-

13

II. Phân loại kết cấu BTCT
• Theo trạng thái ứng suất khi chế tạo và sử dụng:
+ BTCT thường

+ BTCT ứng suất trước

14


5/18/2020

KCBTCT thường
(- )

P

P

(+ )

KCBTCT ứng suất trước
(N)

(P)
(- )
(+ )

+

P

(+ )

P

(- )

N

N
15

• Căng trước (trên bệ)

• Căng sau (trên Bê tơng)

16


5/18/2020

KC BTCT ứng suất trước

17

KC BTCT ứng suất trước

18


5/18/2020

III. Ưu điểm và nhược điểm
•

Ưu điểm
+ Khả năng chịu lực cao
+ Sử dụng được vật liệu tại
địa phương
+ Dễ dàng tạo dáng theo
yêu cầu kiến trúc
+ Bền, ít tiền bảo dưỡng
+ Chịu lửa tốt

•
Nhược điểm
+ Trọng lượng bản
thân lớn
+ Khả năng chống
nứt kém
+ Cách âm, cách
nhiệt kém

19

IV. Sơ lược lịch sử phát triển
1850: Ra đời cùng với xi măng
1880: Nghiên cứu ra Rs, Rb, lực dịnh, đặt cốt thép
vào giữa chiều cao tiết diện
1886: Đặt cốt thép vào vùng kéo
1890: Tính tốn kết cấu BTCT theo phương pháp
“Ứng suất cho phép”
1920: Tính tốn theo phương pháp “Nội lực phá
hoại”
1955: Tính tốn theo phương pháp “Trạng thái

giới hạn”
20


5/18/2020

IV. Sơ lược lịch sử phát triển
Từ đó đến nay: Vẫn tiếp tục phát triển theo 2 hướng
+ Vật liệu và cơng nghệ chế tạo
+ Phương pháp tính
Vật liệu & cơng nghệ
• BT cường độ cao
• BT khối lớn đầm lăn
• BT tự đầm
• BT phun

Phương pháp tính
• Sơ đồ khớp dẻo

21


5/18/2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CƠNG TRÌNH

BỘ MƠN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH

CHƯƠNG 2. TÍNH CHẤT

CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU
Giảng viên: PHẠM NGUYỄN HỒNG
Email:
18/05/2020

XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP

1

CHƯƠNG 2
TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU
I. Tính chất cơ lý của bê tơng
II. Tính chất cơ lý của cốt thép
III. Một số tính chất của Bê tơng cốt thép

18/05/2020

2


5/18/2020

I. Tính chất cơ lý của bê tơng
1. Phân loại bê tông
 Theo cấu trúc: Bê tông đặc chắc (bê tơng thơng thường), bê
tơng có lỗ rỗng, bê tơng tổ ong, bê tông xốp…
 Theo trọng lượng riêng: Bê tông đặc biệt nặng >2,5 T/m3,
bê tông nặng =1,8  2,5 T/m3, bê tơng nhẹ <1,8 T/m3
 Theo chất kết dính: Bê tông dùng ximăng, bê tông dùng chất
dẻo, bê tông dùng thạch cao …

 Theo phạm vi sử dụng: Bê tông làm kết cấu chịu lực, bê
tông cách nhiệt, bê tông chống xâm thực …
 Theo thành phần cốt liệu: Bê tông thường, bê tông cốt liệu
bé, bê tông lèn đá hộc…
3

2. Cường độ của bê tông
 Cường độ (strength) là một chỉ tiêu cơ học thể hiện khả
năng chịu lực của vật liệu.

 Khi mới trộn, bê tông ở trạng thái nhão mềm, chưa có
cường độ.

 Khi đơng cứng, cường độ ban đầu tăng nhanh sau đó
tăng chậm dần (đạt cường độ cơ bản sau 28 ngày
với bê tông dùng XM Portland trong điều kiện bình
thường).

 Các loại cường độ: KÉO (tensile), NÉN (compressive),
cắt (shear), tính mỏi (fatigue)…
4


5/18/2020

Cường độ chịu nén
 Chế tạo các mẫu thí nghiệm hình lập
phương cạnh a = 10, 15, 20 cm hoặc các
mẫu lăng trụ tròn (A=200 cm2; h=2D=320
mm), dưỡng hỗ 28 ngày ở đktc

(t0=2020C, w>90%).
 Đem nén mẫu đến khi bị phá hoại,đo
được:
R = P/A

(MPa)

P - Lực nén phá hoại mẫu.
A - Diện tích tiết diện ngang mẫu.
1MPa =106Pa=106N/m2=9,81 kG/cm2.
Bê tơng thơng thường có R=530 MPa. Bê
tơng có R > 40 MPa là loại cường độ cao.
5

Cường độ chịu kéo
 Cường độ chịu kéo Rt xác định thơng qua các thí nghiệm:
 Mẫu chịu kéo
 Mẫu chịu uốn
 Mẫu chịu nén tách
(tensile splitting test)
Rt 



2P
 lD

P: tải trọng tác dụng làm chẻ mẫu .
l: chiều dài mẫu.
D: đường kính mẫu.

Thơng thường: Rt (1/10  1/20)R và có thể lấy theo cơng
thức kinh nghiệm. Ví dụ: Rt = t.R0,5 (R: MPa; t = 0,280,30)
6


5/18/2020

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến
cường độ BT
1) Chất lượng Xi măng
2) Tỷ lệ Nước/Xi măng
3) Cường độ và độ sạch của cốt liệu
4) Lực dính giữa vữa xi măng và cốt liệu
5) Phương pháp trộn hợp lý
6) Đổ, đầm và dưỡng hộ đúng cách
7) Dưỡng hộ ở nhiệt độ trên 100C khi bê tông đang tăng
cường độ.
8) Lượng clorua không vượt quá 0,15% với BTCT làm việc
trong môi trường có clorua và 1,5% trong mơi trường khơ.
7

4. Mác bê tông, cấp độ bền bê tông
 Mác bê tông theo khả năng chịu nén (M): giá trị trung bình
thống kê của cường độ chịu nén tức thời (kG/cm2) xác định
trên các mẫu lập phương cạnh a = 15 cm, chế tạo và dưỡng
hộ trong điều kiện tiêu chuẩn và thí nghiệm nén ở tuổi 28
ngày.
Bê tơng nặng có các mác: M100, M150, M200, M250, M300,
M350, M400, M500, M600
 Mác bê tông theo khả năng chịu kéo (K): giá trị trung bình

thống kê của cường độ chịu kéo tức thời (daN/cm2) xác định
trên các mẫu thử kéo tiêu chuẩn, chế tạo và dưỡng hộ trong
điều kiện tiêu chuẩn và thí nghiệm kéo ở tuổi 28 ngày.
Ví dụ: K10, K15, K20, K25, K30, K35, K40
 Mác bê tông theo khả năng chống thấm (W):
Lấy bằng giá trị áp suất lớn nhất (atm) mà mẫu chịu được để
nước khơng thấm qua.
Ví dụ: W2, W4, W6, W8, W10, W12

8


5/18/2020

4. Mác bê tông, cấp độ bền bê tông
 Cấp độ bền chịu nén (B): là giá trị lấy bằng giá trị đặc trưng
của cường độ chịu nén (Rch). Giá trị đặc trưng của cường độ
chịu nén Rch (MPa) được xác định theo xác suất bảo đảm
không dưới 95% xác định trên các mẫu tiêu chuẩn lập phương
cạnh a=15cm chế tạo, dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn, thí
nghiệm nén ở 28 ngày tuổi.
Ví dụ: B7,5; B10; B12,5; B15; B20; B22,5; B25; B27,5; B30;
B35; B40; B45
 Cấp độ bền chịu kéo (Bt ): là giá trị lấy bằng giá trị đặc trưng
của cường độ chịu kéo (Rcht). Giá trị đặc trưng của cường độ
chịu kéo Rcht (MPa) được xác định theo xác suất bảo đảm
không dưới 95% xác định trên các mẫu tiêu chuẩn.
Ví dụ: Bt0,4; Bt0,8; Bt1,2; Bt1,6; Bt2,0; Bt2,4; Bt2,8; Bt3,2
Bảng qui đổi từ mác sang cấp độ bền: PHỤ LỤC A trang
150 TCVN 356: 2005.

9

5. Biến dạng của Bê tông
A. Biến dạng do tải trọng ngắn hạn
(elastic strain)
B. Biến dạng do tải trọng dài hạn - Từ
biến (Creep)
C. Biến dạng do co ngót (Shrinkage)
D. Biến dạng cực hạn (Ultimate
strain)

10


5/18/2020

A. Biến dạng do tải trọng ngắn hạn
- Môđun đàn hồi:
 Thí nghiệm: Nén mẫu lăng trụ
với tải trọng ngắn hạn đến khi
mẫu bị phá huỷ  đường cong
-.
 Nén mẫu đến A rồi giảm tải 
đường cong - không quay lại
điểm O mà về điểm C  BT
không phải là VL đàn hồi hoàn
toàn mà là VL đàn hồi dẻo.

A



o



b=đh+d

đh d

=đh/b - Hệ số đàn hồi
=d/b - Hệ số dẻo
+=1



đh

d

0

B





11

 Khi tải trọng nhỏBT vẫn làm việc trong giai đoạn đàn hồi1; 0.
Môđun đàn hồi ban đầu của BT (Modulus of elasticity):
Eb= tg0 = b/đh
Môđun đàn hồi ban đầu của bê tơng Eb  tra PL6 giáo trình BTCT.
 Khi tải lớn  BT bắt đầu xuất hiện biến dạng dẻo  giảm;  tăng
Môđun biến dạng khi chịu nén của BT:
Eb’ = tg = b/b = b/đh = Eb
 Mô đun chống cắt:
Gb = Eb/2(1+)
với  = 1/5  1/7 - Hệ số nở ngang (hệ số poisson)

12


5/18/2020

B. Biến dạng do tải trọng dài hạn - Từ
biến:
 Biến dạng từ biến: Biến dạng tăng thêm khi tải trọng khơng
tăng.

13

C. Biến dạng do co ngót
 Co ngót dẻo: Xảy ra vài giờ đầu sau khi đổ bê tông. Hơi
ẩm ở bề mặt bốc hơi nhanh so với tốc độ nước thốt ra
từ các lớp phía trong.
 Co ngót khô: Xảy ra sau khi bê tông đã đông cứng và
phần lớn q trình hyđrát hóa trong vữa xi măng đã hồn
thành. Co ngót khơ làm giảm thể tích bê tông do bốc hơi.

14


5/18/2020

D. Biến dạng cực hạn
 Là biến dạng lớn nhất trong
kết cấu trước khi bị phá hoại.
 Cấu kiện chịu nén đúng tâm:
ch= (1 3)10-3
 Vùng chịu nén của CK chịu
uốn: ch= (2 4)10-3
 Cấu kiện chịu kéo:

ch = (1/20  1/10) chnén

15

II. Tính chất cơ lý của cốt thép
1. Phân loại cốt thép
2. Tính chất cơ lý

16


5/18/2020

1. Phân loại cốt thép
 Theo hình dạng bề mặt:

– Cốt thép trịn trơn
– Cốt thép có gờ (cốt thép vằn)
 Theo thành phần hóa học:
– Thép cácbon: CT3, CT5 hàm lượng cácbon tương ứng
0,003 và 0,005. Tỉ lệ cácbon tăng, cường độ tăng, độ dẻo
giảm, khó hàn.
– Thép hợp kim thấp: Mn, Cr, Ti, Si… nâng cao cường độ
và cải thiện một số tính chất khác.
 Theo phương pháp chế tạo:
– Cốt thép cán nóng: d>10mm, thanh dài 11,7m, d<10,
cuộn<0,5T
– Cốt thép kéo nguội (Sau khi cán nóng)
– Cốt thép gia công nhiệt: nung đến 9500C, tôi nhanh vào
nước hoặc dầu, nung đến 4000C rồi làm nguội từ từ, cường
độ cao hơn.

17

2 Tính chất cơ lý của cốt thép
 Biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng:
Thí nghiệm: Kéo các mẫu thép và thiết lập quan hệ  - 
B

B

T
đh

T
đh

Thép dẻo

Thép rắn

0,02 0,2

18


5/18/2020

 B - Giới hạn bền: giá trị ứng suất lớn nhât trước khi mẫu
thép bị đứt
 T (ch ) - Giới hạn chảy
Thép dẻo: T = ứng suất tại thềm chảy
Thép dòn: T quy ước lấy bằng ứng suất tương ứng với
biến dạng dẻo = 0,2%
 đh - Giới hạn đàn hồi
Thép dẻo:đh = ứng suất tại điểm cuối giai đoạn đàn hồi
Thép dòn: đh quy ước lấy bằng ứng suất tương ứng với
biến dạng dẻo = 0,02%
 Cường độ chịu kéo và chịu nén của cốt thép Rs, Rsc  tra
phụ lục 5 giáo trình BTCT
 Mơđun đàn hồi Es  tra PL7
19

III. Một số tính chất của BTCT
 Lực dính giữa BT và CT:
 Lực dính là yếu tố quan
trọng đảm bảo sự làm việc

chung giữa BT và CT, nhờ
có lực dính mà ứng suất có
thể truyền từ BT sang CT và
ngược lại.
 Các nhân tố tạo nên lực
dính:
o Bề mặt ghồ ghề của CT
 phần BT nằm giữa
các gờ ngăn cản sự dịch
chuyển của CT so với
BT.
o Khi BT co ngót, nó sẽ ơm
chặt lấy CT làm tăng lực
ma sát giữa chúng.

20


5/18/2020

d

 Thí nghiệm xác định lực dính:
 Kéo hoặc đẩy một thanh thép ra khỏi khối BT.



l - Chiều dài đoạn cốt thép neo trong BT
d - Đường kính thanh thép

max

P - Lực kéo tuột thanh thép khỏi BT
max - Ứng suất tiếp lớn nhất
 - Ứng suất tiếp trung bình  =2040 kG/cm2

P

 Xác định chiều dài l = ? để thanh thép không bị tuột khỏi khối BT
Khi tăng N  có 2 khả năng xảy ra với đoạn cốt thép: Đứt và
tuột  Lực kéo tuột > lực kéo đứt để đoạn cốt thép đứt rồi mà
vẫn chưa tuột: Ptuột = dl  Pđứt = Td2/4  l  Td/4

21

 Ứng suất nội tại trong BTCT:
 Ứng suất ban đầu do sự co ngót của bêtơng:
• Khi BT khơng có CT  BT co ngót tự do.
• Khi có CT  do lực dính CT cản trở sự co ngót của BT  BT
chịu ứng suất kéo còn CT chịu ứng suất nén.
 Sự phân phối lại ứng suất do từ biến:
• CT cũng cản trở biến dạng từ biến của BT giống như cản trở sự
co ngót.
• Trong CK chịu nén, biến dạng do từ biến của BT bị CT cản trở 
ƯS nén trong BT giảm, ƯS nén trong CT tăng  ƯS trong BT và
CT được phân phối lại do từ biến.
• Ngồi ra, sự thay đổi nhiệt độ, độ ẩm, sự hình thành khe nứt,
biến dạng dẻo của BT và CT cũng gây ra sự phân phối lại ứng
suất trong BT và CT.
22

5/18/2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CƠNG TRÌNH

BỘ MƠN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH

CHƯƠNG 3. PHƯƠNG
PHÁP TÍNH TỐN VÀ
NGUN LÝ CẤU TẠO
Giảng viên: PHẠM NGUYỄN HỒNG
Email:
18/05/2020

XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP

1

CHƯƠNG 3
PHƯƠNG PHÁP PHÁP TÍNH TỐN VÀ
NGUN LÝ CẤU TẠO
3.1. Ngun lý tính tốn Bê tơng cốt thép
3.2. Ngun lý cấu tạo Bê tông cốt thép

18/05/2020

2

5/18/2020

3.1.Phương pháp tính tốn BTCT
1. Phương pháp ứng suất cho phép
2. Phương pháp nội lực phá hoại
3. Phương pháp trạng thái giới hạn (TTGH)

3

1.Phương pháp ứng suất cho phép
 Công thức:   cp
 - Ứng suất trong BT và CT
cp - Ứng suất cho phép của vật liệu
 Giả thiết:
– Vật liệu làm việc trong giai đoạn “đàn hồi”:  =  (ĐL Hooke)
– Tiết diện phẳng (GT Becnuli)
– Qui đổi tiết diện
– Bê tơng hồn tồn khơng chịu kéo
 Nhược điểm:
– Giả thiết không phù hợp
– Không tiết kiệm vật liệu
4