Bài giảng Bê tông cốt thép - Chương 3: Tính toán và cấu tạo kết cấu bê tông cốt thép

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ CẤU TẠO KẾT CẤU BTCT 1. Những nguyên tắc cơ bản Nguyên tắc 1: Kết cấu BTCT cần được xây dựng đảm bảo: - Độ bền vững - Sự làm việc bình thường - Tuổi thọ thích hợp Nguyên tắc 2: Chất lượng của kết cấu được quyết định bởi 3 khâu: - Thiết kế - Thi công - Sử dụng – bảo quản Nguyên tắc 3: Thiết kế kết cấu BTCT gồm 2 khâu: - Tính toán + Xác định tải trọng tác động + Xác định nội lực cho từng trường hợp tải và tổ hợp tải trọng + Xác định khả năng chịu lực của kết cấu hoặc tính toán diện tích cốt thép - Cấu tạo + Chọn vật liệu (BT, CT, ) + Chọn kích thước tiết diện + Chọn và bố trí cốt thép + Liên kết giữa các bộ phận + Chọn giải pháp chống xâm thực, bảo dưỡng 1.1 Tải trọng và tác động Các loại tải trọng và trị số dùng để thiết kế lấy theo TCVN 2737-1995 Phân loại tải trọng: - Về tính chất: + Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải): có tác dụng không thay đổi trong suốt quá trình sử dụng kết cấu như TLBT dầm, sàn, vách + Tải trọng tạm thời (hoạt tải): người, vật dụng, cầu trục, xe, gió + Tải trọng đặc biệt: động đất, cháy, nổ - Về phương, chiều: + Tải trọng đứng: TLBT, người, xe + Tải trọng ngang: gió, động đất, bão - Về trị số: + Tải trọng tiêu chuẩn p c : giá trị của tải trọng thường gặp trong khi sử dụng công trình theo kết quả thống kê hay số liệu thực tế + Tải trọng tính toán p: nhân với hệ số độ tin cậy về tải trọng n, hệ số này xét tới các tình huống bất ngờ, đột xuất mà giá trị vượt quá tải trọng tiêu chuẩn - Về thời hạn tác dụng: + Tải tác dụng dài hạn: tải trọng thường xuyên, 1 phần tải tạm thời + Tải tác dụng ngắn hạn: 1 phần của tải tạm thời còn lại (gió, xe ) 1.2 Nội lực – Tổ hợp nội lực - Xác định nội lực: Xem BT là vật liệu đàn hồi dẻo  dùng lý thuyết dẻo để xác định nội lực. Tuy nhiên, bài toán thường phức tạp  có thể dùng Phương pháp cơ học kết cấu để xác định nội lực (PP gần đúng) hoặc dựa vào sự hỗ trợ của phần mềm tính toán kết cấu (SAP, ETABS ) - Tổ hợp nội lực: Lập các sơ đồ tính Tĩnh tải: luôn luôn có trong các tổ hợp Hoạt tải: THCB1, THCB2 1.3 Tính toán kết cấu BTCT: có 2 dạng bài toán - Kiểm tra khả năng chịu lực: biết kích thước tiết diện và CT  xác định nội lực mà tiết diện đó chịu được (M, N, Q) - Tính cốt thép: xác định diện tích CT cần bố trí để đảm bảo chịu được ngoại lực tác dụng 2. Các phương pháp tính toán kết cấu BTCT * Phương pháp tính theo ứng suất cho phép    Trong đó:  - ứng suất gây ra bởi nội lực  - ứng suất cho phép của VL * Phương pháp tính theo NL phá hoại Có xét đến tính dẻo của BT và CT, có xét đến hệ số n * Phương pháp tính theo TTGH TTGH1: (Tính theo cường độ) Nhằm bảo đảm các yếu tố sau: - Kết cấu không bị phá hoại do tải trọng tác động - Không bị mất ổn định - Không bị phá hoại do mỏi - Không bị phá hoại do tác dụng đồng thời của các nhân tố về lực và những ảnh hưởng bất lợi của môi trường PTCB: Trong đó: P – giá trị nguy hiểm của nội lực, tính với tải trọng tính toán P - khả năng chịu lực của tiết diện đang xét Nhận xét: Tính toán theo TTGH1 là cần thiết cho mọi bộ phận kết cấu công trình BTCT ứng với mọi giai đoạn làm việc: từ chế tạo, vận chuyển, cẩu lắp, sử dụng, sữa chữa trong đó quan trọng nhất là giai đoạn sử dụng. Trong mỗi trường hợp phải có sơ đồ tính phù hợp với sự làm việc thực tế của kết cấu. TTGH2: (Điều kiện sử dụng bình thường) Nhằm bảo đảm kết cấu làm việc bình thường, cần hạn chế khe nứt, không cho mở rộng quá giới hạn cho phép hay không để xuất hiện khe nứt. * Tính toán theo sự hình thành khe nứt Với: - T 1 : NL dùng để kiểm tra, với kết cấu chống nứt cấp 1, 2 thì T 1 tính theo tải trọng tính toán, kết cấu chống nứt cấp 3 thì T 1 tính theo tải tiêu chuẩn. Các quy định về cấp chống nứt xem TCVN 5574 – 91 - Tn: Khả năng chống nứt của tiết diện, là khả năng chịu lực của tiết diện ngay khi xuất hiện vết nứt đầu tiên (giai đoạn I-a trạng thái USBD) * Tính theo sự mở rộng khe nứt Với: - a crc : BRKN tại tiết diện dang xét, dùng tải trọng tiêu chuẩn - a crc  : BKRN giới hạn theo QP 356 – 2005 * Không có các biến dạng quá mức cho phép: độ võng, góc xoay, góc trượt, dao động Với: - f : BD của kết cấu do tải trọng tiêu chuẩn gây ra - f : BD giới hạn, theo QP 356 – 2005, bảng c 1 , trang 158 3. Nguyên lý về cấu tạo cốt thép - Cốt thép đặt trong BT không được để rời mà phải liên kết chúng với nhau thành khung hoặc lưới thép + Dạng khung dùng trong cột (khung nhà) + Dạng lưới dùng trong sàn nhà - Khung + lưới buộc: được tạo thành bởi các thanh thép rời, dây kẽm buộc chặt tại các nút - Khung + lưới hàn: được tạo thành bằng cách dùng máy hàn để hàn các điểm tiếp xúc chỗ thép giao nhau, được sản xuất hàng loạt tại nhà máy. Neo, nối cốt thép: - Khi thiết kế chiều dài thanh thép quá dài L max = 11.7m, người ta bắt buộc phải nối cốt thép, có thể nối hàn hoặc nối buộc + Nối buộc: đặt 2 đầu thanh thép chồng lên nhau một đoạn L an rồi dùng kẽm buộc chúng lại với nhau + Nối hàn: có thể hàn đối đầu hoặc hàn chồng, tất cả đều phải kiểm tra kỹ lưỡng chất lượng đường hàn, L an  10 Ø L an được xác định theo công thức Điều kiện làm việc của CT không căng CT có gờ CT trơn  an  an  an L an  an  an  an L an Không nhỏ hơn Không nhỏ hơn Đoạn neo CT: - Chịu kéo trong BT chịu kéo - Chịu kéo, nén trong BT chịu nén Đoạn nối chồng CT: - Trong BT chịu kéo - Trong BT chịu nén 0.7 0.5 0.9 0.65 11 8 11 8 20 12 20 15 250 200 250 200 1.2 0.8 1.55 1.0 11 8 11 8 20 15 20 15 250 200 250 200 Quy định về khoảng cách thông thủy giữa các lớp CT Việc quy định này đảm bảo cho thi công thuận lợi, đồng thời đảm bảo lực dính giữa BT và CT Lớp bảo vệ cốt đai a 0 : Khi h < 250  a 0 = 10 (mm) Khi h  250  a 0 = 15 (mm) 4. Các giai đoạn của TT US – BD của cấu kiện chịu uốn