Đồ án môn kết cấu

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải

Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

- 1 -

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP…………… 5

I.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP……………………… 5

I.1.1. Thực chất của bê tông cốt thép thường (BTCT)…………………………………... 5

I.1.2. Thực chất của bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCTƯST). …………………………7

I.2. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN KẾT CẤU BTCT……………………………….. 8

I.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO CỦA KẾT CẤU BTCT……….. 9

I.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo. ………………………………………………………..9

I.3.2. Đặc điểm chế tạo …………………………………………………………………12

CHƯƠNG II : TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU …………………………………..17

II.1. BÊ TÔNG……………………………………………………………………………. 17

II.1.1. Phân loại bê tông…………………………………………………………………17

II.1.1.2. Theo tỷ trọng của bê tông. ……………………………………………………..19

II.1.2. Các tính chất tức thời (ngắn hạn) của bê tông cứng. …………………………….19

II.1.3. Các tính chất dài hạn của bê tông cứng…………………………………………. 22

II. 2. CỐT THÉP………………………………………………………………………….. 27

II.2.1. Cốt thép không dự ứng lực (cốt thép thường) …………………………………...27

II.2.2. Cốt thép dự ứng lực (cốt thép CĐC) …………………………………………….30

CHƯƠNG III: NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO TIÊU CHUẨN 22 TCN 272-05 ……33

III.1. Giới thiệu chung về Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 – 05……………………. 33

III.1.1. Vài nét về Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 18 – 1979………………………… 33

III.1.2. Cơ sở của nội dung Tiêu chuẩn mới 22 TCN 272-05 …………………………..33

III.2. Quan điểm chung về thiết kế………………………………………………………... 34

III.3. Sự phát triển của quá trình thiết kế ………………………………………………….35

III.3.1. Thiết kế theo ứng suất cho phép - ASD (Allowable Stress Design) ……………35

III.3.2.Thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng LRFD (Load and Resistance Factors

Design) ………………………………………………………………………………….35

III.4. Nguyên tắc cơ bản của tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05……………………. 36

III.4.1. Tổng quát ……………………………………………………………………….36

III.4.2. Các trạng thái giới hạn theo 22 TCN 272-05 …………………………………..38

III.5. Tải trọng và tổ hợp tải trọng ………………………………………………………...41

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải

Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

- 2 -

III.5.1. Phân loại các tải trọng ………………………………………………………..41

III.5.2. Các tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng tương ứng…………………………… 42

III.5.3. Hoạt tải xe thiết kế ……………………………………………………………43

III. 6. Kết cấu bê tông cốt thép…………………………………………………………. 46

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN KẾT CẤU BTCT THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ

DỤNG VÀ TRẠNG THÁI GIỚI HẠN MỎI…………………………………………… 47

IV.1. TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG. …………………………………………..47

III.1.2. Khống chế biến dạng (A5.7.3.6) ………………………………………………..49

IV.1.3. Phân tích ứng suất trong BT, CT của dầm BTCT thường chịu uốn ở TTGHSD 51

IV.1.4. Các giới hạn ứng suất đối với bê tông………………………………………… .57

IV.2. TRẠNG THÁI GIỚI HẠN MỎI …………………………………………………...63

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP (BTCT) CHỊU UỐN Ở

TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ (TTGHCĐ) …………………………………..64

V.1. QUY ĐỊNH VỀ CẤU TẠO………………………………………………………… 64

V.1.1. Cấu tạo của bản, dầm…………………………………………………………… 64

V.1.2. Chiều cao tối thiểu……………………………………………………………… 66

V.1. 3. Chiều rộng bản cánh hữu hiệu…………………………………………………. 67

V.2. ĐẶC ĐIỂM CHỊU LỰC CỦA DẦM VÀ CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN CHO TRẠNG

THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ……………………………………………………………67

V.2.1. Đặc điểm chịu lực của dầm……………………………………………………... 67

V.2.2. Các giả thiết cơ bản ……………………………………………………………...69

V.2.3. Các giai đoạn của trạng thái us-bd trên tiết diện thẳng góc của dầm BTCT thường

chịu uốn thuần túy ………………………………………………………………………70

V. 3. CÁC GIỚI HẠN VỀ CỐT THÉP…………………………………………………... 72

V.3.1. Tính dẻo và lượng cốt thép chịu kéo tối đa ……………………………………..72

V.3.2. Cốt thép chịu kéo tối thiểu……………………………………………………… 73

V.4. TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT, BTCT THƯỜNG CHỊU UỐN THUẦN

TÚY………………………………………………………………………………………. 74

V.4.1. Tiết diện chữ nhật đặt cốt thép đơn……………………………………………... 74

V.4.2. Mặt cắt chữ nhật đặt cốt thép kép………………………………………………. 79

V.5. TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN CHỮ T BTCT THƯỜNG CHỊU UỐN THUẦN TÚY…. 85

V.5.1. Trường hợp trục trung hòa đi qua sườn dầm (c > hf) ……………………………86

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải

Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

- 3 -

V.5.2. Trường hợp trục trung hòa đi qua cánh dầm (c ≤ hf)…………………………… 87

V.6. TÍNH TOÁN MẶT CẮT BTCT DƯL CHỊU UỐN THUẦN TÚY………………… 91

V.6.1. Trường hợp cốt thép DƯL có dính bám………………………………………… 91

V.6.2. Trường hợp cốt thép DƯL không dính bám……………………………………. 93

V.7. MẤT MÁT DỰ ÚNG LỰC. …………………………………………………………93

V.7.1. Tổng mất mát ứng suất trước…………………………………………………… 93

V.7.2. Các mất mát ứng suất tức thời.............................................................................. 93

V.7.3. Các mất mát ứng suất theo thời gian ……………………………………………95

CHƯƠNGVI : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẮT VÀ XOẮN ……………………………..97

VI.1. MÔ HÌNH CHỐNG VÀ GIẰNG (strut and tie models) …………………………..97

VI.1.1. Nguyên lý chung và phạm vi áp dụng …………………………………………97

VI.1.2. Phân chia kết cấu thành các vùng B và D: ……………………………………99

VI.1.3. Một số mô hình tiêu biểu. …………………………………………………….102

VI.1.4. Các bộ phận của mô hình chống và giằng : …………………………………..106

VI.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ, CÁC YÊU CẦU CHUNG ………………….108

VI.2.1. Các phương pháp thiết kế …………………………………………………….108

VI.2.2. Các yêu cầu chung ……………………………………………………………108

VI.3. MÔ HÌNH THIẾT KẾ THEO MẶT CẮT ……………………………………….110

CHƯƠNG VII: CẤU KIỆN CHỊU NÉN ………………………………………………..120

VII.1. KHÁI NIỆM ………………………………………………………………………120

VII.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO …………………………………………………………..120

VII.2.1. Mặt cắt ngang…………………………………………………………………120

VII.2.2. Vật liệu………………………………………………………………………..120

VII.3. PHÂN LOẠI CỘT THEO KHẢ NĂNG CHỊU LỰC……………………………..123

VII.5. KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA CỘT NGẮN……………………………………..124

VII.5.1. Cột ngắn chịu nén đúng tâm ………………………………………………….124

VII.5.3. Cột ngắn chịu nén lệch tâm, tiết diện tròn ……………………………………129

VII.6. KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA CỘT DÀI (CỘT MẢNH) ………………………130

VII.6.1. Hệ số điều chỉnh chiều dài hữu hiệu K ………………………………………131

VII.6.3. Trình tự tính toán cột mảnh…………………………………………………. 133

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải

Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

- 4 -

VI.7. CỘT CHỊU NÉN LỆCH TÂM THEO HAI PHƯƠNG………………………… 134

CHƯƠNG VIII:CHI TIẾT CỐT THÉP…………………………………………… 140

VIII.1. CÁC MÓC CỐT THÉP VÀ ĐỘ UỐN CONG……………………………….. 140

VIII.1.1. Móc tiêu chuẩn (hình 7.1) …………………………………………………140

VIII.1.2. Đường kính uốn cong tối thiểu…………………………………………… 140

VIII.2. KHOẢNG CÁCH BẢO VỆ CỐT THÉP. ……………………………………..141

VIII.2.1. Lớp bảo vệ…………………………………………………………………141

VIII.2.3. Khoảng cách tối đa………………………………………………………...145

VIII.3. TRIỂN KHAI CỐT THÉP……………………………………………………..145

VIII.3.1. Triển khai cốt thép chịu kéo……………………………………………….145

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải

Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

- 5 -

CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

****************************

I.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP.

I.1.1. Thực chất của 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 trưng 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) , nước 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 tương đương nhau.

- Như 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 được sự cộng tác chịu lực giữa bê tông và cốt thép ta xem xét hai thí nghiệm sau:

TTH

P

ct f

fcc

TN1:

Vïng chÞu nÐn

Vïng chÞu kÐo

VÕt nøt th¼ng gãc duy nhÊt

Hình 1.1 - Dầm bê tông không cốt thép.

+ Khi tải trọng P trong hình 1.1 tăng dần thì tại vùng chịu kéo (thớ dưới dầm) vết nứt

đầu tiên sẽ xuất hiện tại khu vực giữa dầm (khu vực có M max) khi ứng suất kéo fct  fctu (c =

concrete, t = tensile, u = ultimate), trong khi đó thì ứng suất nén ở thớ trên fcc << fccu (c =

concrete, c = compress).

+ 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 chưa bị phá hoại (chưa 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 chưa được 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 như hình 1.2 (ta cũng có

thể dùng một số loại cốt liệu khác như tre nứa, thủy tinh, polime,...)  ta được một loại vật

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải

Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

- 6 -

liệu mới là BTCT (bê tông có cốt). Nghiên cứu thêm ta sẽ thấy, nếu lượng 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 tương tự. Sự

phá hoại của dầm sẽ xảy ra khi fst  fstu và fcc  fccu. Như vậy, cường độ của hay khả năng

chịu lực của cả bê tông và cốt thép đều được khai thác hết.

TN2:

fcc

fs

P

TTH

As As Vïng chÞu kÐo

Vïng chÞu nÐn

VÕt nøt th¼ng gãc .As

Hình 1.2 - 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 thước.

- Trong cấu kiện BTCT, do cốt thép chịu kéo và nén đều tốt, nên nó còn được đặt vào vùng

chịu nén của cấu kiện để gia cường thêm cho bê tông tại vùng đó  cấu kiện sẽ có kích thước

giảm đi, chịu lực khi vận chuyển, lắp ráp được tốt hơn,...

- Bê tông và thép có thể kết hợp cùng chịu lực với nhau một cách hợp lý như 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 ngược lại. Lực dính bám là yếu tố quan trọng nhất đối với BTCT. Nhờ có lực

dính bám mà cường độ của cốt thép mới được khai thác, bề rộng vết nứt trong vùng kéo mới

được hạn chế. Do vậy, người ta phải tìm mọi cách để tăng cường 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 trường, 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 nhiệt độ thay đổi trong phạm vi thông

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải

Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

- 7 -

thường (dưới 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.

I.1.2. Thực chất của bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCTƯST).

- Ta thấy, BTCT thường (BTCT không DUL) có nhược điểm lớn là vết nứt xuất hiện sớm 

giới hạn chống nứt thấp.

+ Thực nghiệm cho thấy, khi 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 như bảo vệ cho cốt thép khỏi bị ăn mòn do nước hoặc

hơi nước xâm nhập vào, hoặc do điều kiện tâm lý của người sử dụng,...)

+ Như vậy, nếu ta sử dụng cốt thép cường độ cao (fpy = 1000  1600MPa) để chế tạo

BTCT thường thì sẽ không khai thác hết khả năng chịu lực của nó được, vì giới hạn bề rộng

vết nứt cũng chính là giới hạn trị số ứng suất kéo trong cốt thép như ở trên.

+ Việc tăng cường độ BT hoặc sử dụng cốt thép có đường kính nhỏ cũng phần nào

giảm được bề rộng vết nứt, nhưng hiệu quả của nó rất thấp.

+ Hơn nữa, với những cấu kiện yêu cầu có khả năng chống thấm (chống nứt) thì

BTCT thường tỏ ra bất lực. Thực tế cho thấy kết cấu BTCT thường 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 được hợp lý cốt thép CĐC

cũng như 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 người ta tạo ra một trạng thái ứng suất ban đầu ngược 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.

+ Với bê tông cốt thép, thì chủ yếu người ta tạo ra ứng suất nén trước cho những vùng

của tiết diện mà sau này dưới tác dụng của tải trọng khi sử dụng sẽ phát sinh ứng suất kéo.

Ứng suất nén trước 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.

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải

Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

- 8 -

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

P P

+ = or

Do DUL Do P DULHT DULKHT

t

f

fc t

f

fc fc

t

f

fc

N Aps e

N

Hình 1.3 - Dầm BTCT ứng suất trước

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 trước hoặc thay đổi trị số lực nén trước  Nhờ đó ta có thể thiết kế được kết cấu BTCT

DUL một cách hợp lý và đưa đến khả năng tiết kiệm vật liệu nhất.

- Ưu điểm của kết cấu BTCT DƯL so với BTCT thường hay tác dụng chính của dự ứng lực như

sau:

+ Nâng cao giới hạn chống nứt, do đó có tính chống thấm cao.

+ Cho phép sử dụng hợp lý cốt thép cường độ cao, bê tông cường độ cao dẫn đến giảm

giá thành và kích thước cấu kiện.

+ Độ cứng tăng lên nên độ võng giảm ,vượt được nhịp lớn hơn so với BTCT thường .

+ Chịu tải đổi dấu tốt hơn nên sức kháng mỏi tốt .

+ Nhờ có ứng suất trước mà phạm vi sử dụng của kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép,

phân đoạn mở rộng ra nhiều. Người ta có thể sử dụng biện pháp ứng lực trước để nối các cấu

kiện đúc sẵn của một kết cấu lại với nhau.

- Nhược điểm của kết cấu BTCTDƯL so với BTCT thường :

+ Ứng lực trước 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 lượng

như thiết kế đề ra.

I.2. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN KẾT CẤU BTCT.

Tham khảo các tài liệu khác ( Cầu bê tông cốt thép nhịp giản đơn – GS.TS Nguyễn Viết

Trung)

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải

Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

- 9 -

I.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO CỦA KẾT CẤU BTCT.

I.3.1. 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 thước tiết diện, hợp lý về việc bố trí cốt thép để có thể đồng

thời đáp ứng được sự chịu lực cục bộ của các bộ phận kết cấu chưa được xem xét đầy đủ

trong tính toán như 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

được (tính khả thi),...

a. Kết cấu bê tông cốt thép thường.

Cốt thép được đặt vào trong cấu kiện bê tông cốt thép thường 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

lượng cốt thép do tính toán định ra, nhưng nó cũng phải thoả mãn các yêu cầu cấu tạo.

 Cốt thép chịu ứng suất kéo do nhiều nguyên nhân gây ra như: 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 được đặt theo biểu đồ M trong cấu kiện và đặt càng xa trục trung hoà càng tốt

.

wL /8 2

w

M

a)

c)

b)

M

wL /2

w

L

2

Cèt thÐp däc chÞu kÐo do M Cèt thÐp däc chÞu kÐo do M

L

w

M

Hình 1.4 - Biểu đồ mô men và cách đặt cốt thép

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải

Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

- 10 -

- Cốt thép chịu kéo do lực cắt gây ra đó là các cốt thép đai (cốt ngang) hoặc cốt thép xiên,

chúng được 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 hường 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.

A

Cèt thÐp däc chÞu kÐo A

Cèt thÐp xiªn Cèt thÐp ®ai Cèt thÐp däc chÞu nÐn A-A

A's

As

Hình 1.5 - 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.

 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 được gọi là tiết diện đặt cốt

thép đơn, còn khi có cả cốt thép dọc chịu kéo và cốt dọc chịu nén thì được 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 như trong cấu kiện chịu uốn .

- Trong cấu kiện chỉ chịu lực dọc trục trên tiết diện các cốt thép dọc thường được bố trí đối

xứng với trục dọc của cấu kiện.

- Kích thước tiết diện do tính toán định ra nhưng 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 được 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 thường có dạng đối xứng như:

Vuông, tròn, vành khăn, đa giác,...

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải

Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

- 11 -

+ Trong cấu kiện chịu uốn, kéo nén lệch tâm tiết diện thường có dạng hình chữ nhật,

chữ T, thang, hộp,...(sao cho bê tông được mở rộng thêm ra ở vùng chịu nén để tận dụng tốt

khả năng chịu nén tốt của nó hoặc đưa vật liệu ra xa trục trung hòa hơn).

b. Kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực

- Trong cấu kiện BTCTDƯL cốt thép gồm hai loại: Cốt thép thường (hay cốt thép không kéo

căng) và cốt thép Dự ứng lực (cốt thép kéo căng). Cốt thép thường làm nhiệm vụ và được bố

trí giống như cấu kiện bê tông cốt thép thường. Cốt thép DƯL có nhiệm vụ tạo ra ứng suất

nén trước trong bê tông để làm giảm hoặc triệt tiêu ứng suất kéo sinh ra do tải trọng. Do đó,

cốt thép DUL được 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 trường hợp người 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.

+ Trong cấu kiện chịu uốn, kéo nén lệch tâm thì cốt thép kép căng bao gồm cả cốt thép

dọc và cốt thép đai.

- Cốt thép dự ứng lực có thể đặt theo đường thẳng, cong, gãy khúc hoặc kết hợp. Ví dụ:

a) b)

c) d)

Hình 1.6 - Sơ đồ bố trí cốt thép DƯL

+ Cốt thép đặt theo đường cong phức tạp hơn, nhưng nó có ưu điểm là làm việc thay

cho cốt thép xiên làm cho dầm chịu lực cắt tốt hơn. Ngoài ra nó còn tạo ra khoảng cách trống

giữa các đầu cốt thép lớn hơn tạo điều kiện thuận lợi cho việc bố trí các neo liên kết, và giảm

sự tập trung ứng suất tại đầu dầm.

- Tại vị trí đầu neo có lực tập trung lớn hoặc cốt thép chỗ uốn cong thường có nội lực tiếp

tuyến lớn nên ta cần đặt cốt thép gia cường cho bê tông tại đó hoặc đặt các bản đệm dưới neo.

- Cốt thép kéo căng có thể đặt bên trong (DUL trong) hoặc đặt bên ngoài tiết diện (DUL

ngoài).

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải

Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

- 12 -

a)

L­íi thÐp gia c­êng

Neo

B¶n ®Öm èng t¹o lç

Cèt thÐp DUL ®Æt trong Cèt thÐp DUL ®Æt ngoµi

b) c)

Hình 1.7 - Cách bố trí cốt thép DƯL

I.3.2. Đặc điểm chế tạo

* Phân loại Kết cấu BTCT theo phương pháp thi công:

1. Kết cấu BTCT toàn khối: Là loại kết cấu BTCT được thi công tại hiện trường theo các

bước :

+ Lắp dựng ván khuôn và cốt thép tại hiện trường;

+ Đổ bê tông vào trong ván khuôn thành từng lớp và đầm lèn;

+ Bảo dưỡng bê tông, tháo dỡ ván khuôn và hoàn thiện.

Ưu 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 dưỡng BT, khó kiểm soát chất

lượng do điều kiện làm việc tại hiện trường.

2. Kết cấu BTCT lắp ghép: Là kết cấu BTCT mà phần lớn các cấu kiện được chế tạo sẵn

trong nhà máy, sau đó trở ra hiện trường lắp ghép lại với nhau.

Ưu điểm: Cơ giới hóa được quá trình sản suất, tận dụng ván khuôn được nhiều lần, thời gian

thi công nhanh hơn, kiểm soát được chất lươngj cấu kiện tốt hơn.

Khuyết điểm: Xuất hiện nhiều mối nối  kết cấu làm việc không gian hay tổng thể kém hơn.

3.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 trường hợp ta thường lấy luôn phần lắp ghép làm ván khuôn cho phần đổ

tại chỗ.

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải

Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

- 13 -

Ví dụ về các loại kết cấu BTCT theo phương pháp thi công:

a) Toµn khèi

b) L¾p ghÐp

c) B¸n l¾p ghÐp

Hình 1.8 - Các biện pháp thi công kết cấu BTCT điển hình

a. Phân loại Kết cấu BTCT theo trạng thái ứng suất khi chế tạo: 2 loại

Bê tông cốt thép thường (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 lượng bản thân).

Bê tông cốt thép dự ứng lực (bê tông cốt thép ứng suất trước): Là loại kết cấu mà khi chế

tạo người ta căng trước cốt thép để tạo ứng suất nén trước cho những vùng của tiết diện mà

sau này dưới tác dụng của tải trọng khi sử dụng sẽ phát sinh ứng suất kéo. Ứng suất nén trước

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.

b. Phân loại Kết cấu BTCT DƯL theo phương pháp tạo dự ứng lực: 2 loại

 Kết cấu BTCT DƯL thi công kéo trước (phương 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 cường độ yêu cầu, ta buông cốt thép ra khỏi bệ

kéo. Cốt thép sẽ có xu hướng co lại chiều dài ban đầu và do có sự dính bám giữa BT

và Ct  tạo lực nén trước vào BT.

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải

Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

- 14 -

B1)

Cèt thÐp C§C

BÖ kÐo

B2)

Bª t«ng

B3)

Bª t«ng

®Æc biÖt

Hình 1.9 - Sơ đồ phương pháp thi công kéo trước

Để tăng thêm dính bám giữa bê tông và cốt thép DƯL người ta thường dùng cốt thép

DƯL là cốt thép có gờ, hoặc cốt thép DUL dưới dạng tao, hoặc tạo các mấu neo đặc biệt ở hai

đầu.

Phạm vi áp dụng: PP này thường dùng khi cốt thép kéo căng đặt theo đường 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 DƯL thi công kéo sau (phương pháp căng cốt thép trên bê tông)

B1: Lắp đặt ván khuôn, cốt thép thường và các ống tạo lỗ (thường làm bằng tôn lượn

sóng mạ kẽm). ống tạo lỗ có thể được đặt theo đường thẳng hoặc đường cong tùy thuộc vào

mục đích chịu lực của cấu kiện.

B2: Đổ BT cấu kiện và bảo dưỡng.

B3: Khi bê tông đã đạt đến cường độ yêu cầu, ta luồn cốt thép CĐC vào các lỗ tạo

trước, 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 tróng giữa cốt thép

CĐC và ống tạo lỗ để tạo dính bám giữa BT và CT cũng như chống gỉ cho cốt thép CĐC.

Cũng có trường hợp cốt thép CĐC được bảo vệ trong ống tạo lỗ bằng mỡ chống gỉ, trường

hợp này được gọi là cấu kiện DƯL không dính bám.

Phương pháp này luôn phải có neo, khi kéo căng từ một đầu thì đầu kia gọi là neo chết

(neo cố định trước trong bê tông)

Phạm vi áp dụng: PP này thường được áp dụng các kết cấu lớn như kết cấu cầu và thi

công tại công trường. Ưu điểm của PP là có thể kéo căng cốt thép CĐC theo đường cong của

ống tạo lỗ đã đặt trước.

Bộ môn kết cấu Đại học giao thông vận tải

Nguyễn Đăng Điềm Bài giảng KCBTCT

- 15 -

èng t¹o lç

B1)

B2)

Bª t«ng

Cèt thÐp C§C

B3)

B4)

Cèt thÐp C§C

Hình 1.10 - Sơ đồ phương pháp thi công kéo sau