Tài liệu GS. Nguyễn viết Trung - Chương 3: Trạng thái ứng suất của cột ống thép nhồi bêtông pptx

GS.NguyÔn viÕt Trung Ch-¬ng 3: Tr¹ng th¸i øng suÊt cña cét èng thÐp nhåi bª t«ng

39

CHƯƠNG 3

TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT CỦA CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊTÔNG

3.1. KHÁI QUÁT

Các cột liên hợp bêtông cốt thép thông thường được phân loại ra: loại cột ngắn và loại cột

mảnh. Các loại này thường được phân biệt xác định bằng tỷ số giữa kích thước mặt cắt ngang

với chiều dài, hoặc bằng các dạng phá hoại. Sức chịu tải của loại cột ngắn CSFT bị khống

chế bởi cường độ (độ bền) mặt cắt của nó, khả năng của mặt cắt ngang chịu tải trọng dọc trục

và chịu mômen phụ thuộc hoàn toàn vào cường độ vật liệu của mặt cắt; (xem Oehlers và

Bradford-1995). Sức chịu tải của loại cột mảnh CSFT bị chi phối một phần bởi cường độ của

nó, vì sức chịu tải phụ thuộc không chỉ vào đặc tính vật liệu mà còn phụ thuộc vào đặc trưng

hình học của toàn bộ cấu kiện. Nếu sức chịu tải bị giảm nhiều bởi mômen thứ cấp (đã gây ra

biến dạng cột), thì cột được coi như là loại cột mảnh; Nếu khác đi thì sẽ được coi như loại cột

ngắn.

3.2. CỘT NGẮN CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

3.2.1 Khái quát chung

Trạng thái cơ học của các cột ngắn ống thép nhồi bêtông cũng phụ thuộc vào điều kiện

chịu nén đúng tâm. Như đã nói ở trên, các cột ngắn liên hợp thường phát huy được hết các

hiệu quả cường độ mặt cắt ngang, vì vậy sự hư hỏng của cột này phụ thuộc vào cường độ của

các vật liệu thành phần, cụ thể là phụ thuộc vào cường độ chịu nén của bêtông và giới hạn

chảy của thép. Tuy nhiên, trong cột ngắn CSFT, lõi bêtông gây ra áp lực thành bên hay gọi là

áp lực nở hông tác dụng lên ống thép, và với kết quả là mặt cắt cột liên hợp chịu được tải

trọng dọc trục lớn hơn so với khi chỉ có riêng mặt cắt bêtông. Hơn nữa, quan trọng nhất có

thể là trạng thái của bêtông được bọc bằng ống thép sẽ có ảnh hưởng đến toàn bộ trạng thái

làm việc của kết cấu.

3.2.2 Sự kiềm chế bị động trong lõi bêtông

Trước hết cần xét ảnh hưởng của việc bố trí vỏ thép để chịu lực ngang trong cột BTCT.

Vỏ thép này sẽ hạn chế sự giãn nở ngang của bê tông khi bêtông chịu nén, nghĩa là gây ra áp

lực kiềm chế bị động trong lõi bêtông. Bình thường thì sự giãn nở của bêtông tuỳ thuộc vào

mức độ nén dọc. Khi tải trọng nén tăng thêm, sự giãn nở của bêtông tăng và dẫn đến tăng áp

lực kiềm chế. Do đó áp lực kiềm chế bị động được quy định bởi vỏ thép là không cố định, nó

phụ thuộc vào biến dạng bên của lõi bêtông dưới tác dụng của tải trọng dọc trục và quan hệ

ứng suất- biến dạng của ống thép kiềm chế khả năng biến dạng nở hông. Khi ống thép bị

cong oằn, áp lực kiềm chế còn lại rõ ràng không đổi cho đến khi ống thép phát huy hết khả

năng chịu lực, kết quả là đã hạn chế được khả năng tăng áp lực kiềm chế. Tuy nhiên, tác

động kiềm chế của cốt thép thành bên có ưu điểm là đã làm chậm được các phá hoại vi cấu

trúc trong bê tông, ngăn cản sự phát triển của các vết nứt, khuyết tật trong bê tông, làm tăng

khả năng chịu tải và giảm khả năng biến dạng của bêtông.

Đối với cột bêtông cốt thép thông thường, khi cột chịu tải trọng nén đúng tâm, lớp bêtông

bảo vệ không bị kiềm chế và trở nên không hiệu quả sau khi nó đạt giới hạn chịu nén. Mặt

khác, thể tích có hiệu của bêtông được hạn chế ít hơn lõi bêtông được bao bằng đường tim

của cốt thép đai, và được xác định bằng hình dạng và khoảng cách cốt đai. Theo Cusson và