Kết cấu bê tông cốt thép - Chương 2: Vật liệu dùng trong kết cấu BTCT

pdf 57 trang vanle 19/06/2021 330
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Kết cấu bê tông cốt thép - Chương 2: Vật liệu dùng trong kết cấu BTCT", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfket_cau_be_tong_cot_thep_chuong_2_vat_lieu_dung_trong_ket_ca.pdf

Nội dung text: Kết cấu bê tông cốt thép - Chương 2: Vật liệu dùng trong kết cấu BTCT

  1. CHƯƠNG 2. VVẬẬTT LIỆLIỆUU DÙNGDÙNG TRONG KẾKẾTT CCẤẤUU BTCT 1.Bê tông 2.Cốt thép 3.Bê tông cốt thép Trường Đại học Giao thông Vận tải University of Transport and Communications
  2. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.1. Phân loại bê tông (1/4) a) Phân loại theo tp của bê tông tươi (hỗn hợp bê tông) Bê tông là một loạiđi đá nhân tạo, được tạo thànhth từáừ các vl tp, bao gồm đá dăm hay sỏi (cll), cát (cln), ckd (xmpl), nước và pg (nếu có). Các vl trên sau khi nhào trộn với nhau sẽ đông cứng và có hình dạng theo khuôn đúc. Tùy theo tỷ lệ của các vl thành phần trong hh bê tông, tích chất của bt sau khi đông cứng (bt) sẽ thay đổi. Theo 22 TCN 272-05, bt được phân loại như sau: sydandao@utc.edu.vn 2
  3. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.1. Phân loại bê tông (2/4) Bảng C.5.4.2.1-1. Những đặc trưng của các loạihi hỗn hợp bê tông Lượng XM Tỉ N/XM Phạm vi chứa KT cốt liệu theo Cường độ chịu Loại bê tối thiểu lớn nhất khí AASHTO M43 nén 28 ngày tông Kích thước lỗ kg/m3 kg/kg % MPa sàng vuông (mm) A 362 0,49 - 25 đến 4,75 28 A (AE) 362 0,45 6,0 1,5 25 đến 4,75 28 B 307 0580,58 505,0 151,5 50 đến 4, 75 17 B (AE) 307 0,55 - 50 đến 4,75 17 C 390 0,49 7,0 1,5 12,5 đến 4,75 28 C (CE) 390 0,45 - 12,5 đến 4,75 28 P 334 0,49 Quy định riêng 25 đến 4,75 Quy định riêng S 390 0.58 QQyuy địịgnh riêng 25 đến 4,75 QQyuy đị nh riêng Tỉ trọng 334 Như quy định trong hồ sơ hợp đồng thấp sydandao@utc.edu.vn 3
  4. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.1. Phân loại bê tông (3/4) Việcsdc sd các loạibtđi bt được quy định như sau: BT loại A nhìn chung được sử dụng cho tất cả các cấu kiện trừ khi một loại khác thích hợp hơn, đặc biệt đối với bê tông làm việc trong môi trường nước mặn. BT loại B được sử dụng các loại móng, cọc lớn và tường trọng lực. BT loại C được sử dụng cho các chi tiết có bề dày dưới 100 mm như lan can và các bản sàn đặt lưới thép. Bê tông loại P được sử dụng khi cường độ được yêu cầu lớn hơn 28 MPa. Đối với bê tông dự ứng lực, phải chú ý rằng kích thước cốt liệu không đ ược lớ n hơn 20 mm. Bê tông loại S được dùng cho bê tông đổ dưới nước bịt đáy chống thấm nước trong các khung vây. Bê tông loại “E” – bê tông chứa khí nên dùng cho những nơi bê tông tiếp xúcvc vớini nướcmc mặnhon hoặc cácmôitrc môi trường có hạ i khác. sydandao@utc.edu.vn 4
  5. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.1. Phân loại bê tông (4/4) b) Theo dung trọng của bê tông (concrete density) Theo dung trọng (tỷ trọng) của bê tông, bt được chia thành 2 loại:  Bê tông có dung trọng thông thường: gc = 2150 – 2500 kg/m3;  Bê tông có dung trọng thấp: gc <= 1925 kg/m3. sydandao@utc.edu.vn 5
  6. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông (1/19) Tức thời (ngắn hạn)? a) Cường độ chịu nén Cường độ chịu nén là thông số quan trọng nhất để đánh giá chất lượng và phân loại bê tông. Bê tông thông thường có cđcn từ 15 - 56 Mpa, bt cường độ cao có cđcn từ 56 - 100 Mpa, và bt cường độ siêu cao có cđcn >100 Mpa. Theo TC05, cđcn quy định của bt nên sd trong khoảng f’c = 16 – 70 Mpa. Với bản mặt cầuvà BTCT DƯL thì nênsử dụng f’c>=28 Mpa. * Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén sydandao@utc.edu.vn 6
  7. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông (2/19)  Theo ACI, cường độ chịunéncủa bê tông thường được xác định từ thí nghiệm nén dọc trục tiêu chuẩn trên mẫu hình trụ tròn kt dxh = 300 150 mm x 300 mm và được bảo dưỡng trong điều kiện tiêu chuẩn ở 28 ngày tuổi.  Cho P tăng dần đếnphá hoại mẫu, ta xác định được cđcn cho mẫu thứ i như sau: f’ci = Pmax/A = Pmax/( d2/4) 150  Làmnhiều thí nghiệm, ta thấymqh us-bd có dạng điển hình như sau: Sơ đồ thí nghiệm sydandao@utc.edu.vn 7
  8. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông (3/19) Biến dạng, ci ’ 0,002 cui 0,003 ci E ci ci t, f ấ ấ ng su ỨỨ f’ci ’ci , f’ci Quan hệ us-bd điển hình củabta bt chịu nén dọc trục không ki ềmchm chế sydandao@utc.edu.vn 8
  9. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông (4/19) Thí nghiệm nén dọc trục tiêuchuẩn là gì? Là TN được th theo ASTM C39/C39M-16. Theo tiêu chuẩn này thì ma sát giữa mẫu và bàn nén phải được triệt tiêu,tốc độ tăng tải trọng tương ứng với tốc độ tăng us là 0,25 0,05 Mpa. Điều kiện bảo dưỡng tiêuchuẩn là gì? Là đk bảo dưỡng được th theo ASTM C31/C31M-15. Theo tiêu chuẩn này thì việc bảo dưỡng mẫu được chia thành 2 giai đoạn: gđ 48 giờ đầu, mẫu được bd trong đk giữ độ ẩm ở nđộ từ 16 – 270C, gđ sau đó mẫu được bd trong trong nước tự do ở nđộ là 23 20C. sydandao@utc.edu.vn 9
  10. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông (5/19) * Mô đun đàn hồi của bê tông Là trị số được xđ từ thí nghiệm xđ cđcn của bê tông. Nó là góc nghiên của của đường thẳng nối từ gốc tạo độ đến điểm trên đ/c us-bd tương ứng với trị số us bằng 0,4 ffci’ci. Theo A5.4.2.4, mđ đh của bt có thể được xđ theo ct thực nghiệm sau: Trong đó: c = tỷ trọng của bt (kg/m3); f’c = cđcn quy định của bê tông (MPa). sydandao@utc.edu.vn 10
  11. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông (6/19) * Cường độ chịunénquy định của bê tông f’cvà cường độ chịunén trung bình yêu cầuf’cr  Theo ACI 318M-11, cđcn quy định của bê tông, f’c, là cường độ được xđ theo xác suất đảm bảo trên 91% kq thí nghiệm lớn hơn nó, từ tn nén dọc trục tiêu chuẩn trên mẫu hình trụ tròn kt dxh = 150 mm x 300 mm và được bảo dưỡng trong đk tiêu chuẩn ở 28 ngày tuổi.  Xác suất đảm bảo trên 91% là gì? Làm nhiều thí nghiệm giống nhau với cùng một loại bt để xác định cường độ chịu nén. Kết quả cho thấy, cđcn xác định được thường phân phối theo luật phân phối chuẩn (normal distribution) hay phân phối Gauss (Gaussian distribution), có dạng như hình vẽ sau: sydandao@utc.edu.vn 11
  12. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông (7/19) t Ê uu 68,269% TÇn s TÇn Ph©n phèi chuÈn 0 8 8      C−êng®é(MPa)êng ®é (MPa) Phân phối chuẩn cho cđcn của bê tông (pp hình quả chông) Giá trị trung bình Phương sai (độ lệch chuẩn) sydandao@utc.edu.vn 12
  13. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông (8/19)  Từ HV ta thấy, xs đảm bảo cho cđcn > là: S’ = 100% - (100% - 68,269%)/2 = 84,1%. Nhưvậy, người ta nói trị số cđcn = có xs đảm bảo là 84,1%.  Theo đn, cường độ chịu nén quy định của bt, f’c, có xác suất đảm bảo 91%, sẽ được xác định theo công thức tổng quát sau: Z0 = là thông số tra bảng, phụ thuộcvà giá tịtrị củaxsđảm bảo, như bảng sau: sydandao@utc.edu.vn 13
  14. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông (9/19) Bảng tra thông s ố Z0 (Bảng 5.4-ACI 214R-11) STT Z0 S’ (%) 1 0,52 70,00 2 0,67 75,00 30,84 80,00 4 1,00 84,14 5 1,04 85,00 6 1281,28 90, 00 7 1,34 90,99 8 1,64 95,00 9 1,65 94,95 10 1,96 97,50 11 2,00 97,73 12 2,33 99,00 13 2,58 99,50 14 3003,00 99, 87 sydandao@utc.edu.vn 14
  15. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông (10/19)  Từ bảng ta thấy, với xs đảm bảo 91% thì Z0 = 1,34. Tương tựvới xs đảm bảo 95% thì Z0 = 1,64. Vậy ta có:  Từ ct trên, ta thấy để bt có cđcn quy định là f’c thì cường độ chịu nén trung bình phải đạt giá trị là ffcr’cr = ffc’c + 1,34 . Giá trị này được gọi là cường độ chịu nén trung bình yêu cầu của bê tông.  Thông thường, trong các hồ sơ thiết kế hay tài liệu hợp đồng, mỗi ck phải được chỉ rõ được thiết kế với một giá trị f’c nào đó. Để ck đạt được f’c này thì nhà thầu thi công phải chế tạo ra bê tông có cđcn trung bình (> 30 mẫu để tăng độ an toàn) >= ffcr’cr = ffc’c + 1,34. sydandao@utc.edu.vn 15
  16. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông (11/19)  Khi không có số liệu thí nghiệm thì ta có thể lấy f’cr = f’c( 1-1,34). Trong đó,  = hệ số biến đông = /. Trị số này phụ thuộc vào công nghệ thi công của các nhà thầu. Với đk thi công bình thường, ta có thể lấy  = 0,15 = 15%.          8 8  Phân phốichui chuẩnvn với cáchc hệ số biếnđn động khác nhau sydandao@utc.edu.vn 16
  17. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông (12/19)  Khi số lượng mẫu thí nghiệm<30 mẫu, để tăng độ an tàtoàn, thì độ lệch chuẩn phải được nhân với hệ số hiệu chỉnh như sau: Hệ số điều chỉnh cho độ lệch chuẩn (Bảng 5.1-ACI 214R-11) Số mẫu thử Hệ số điều chỉnh σ < 15 Theo bảng 5.2-ACI 214R-11 15 1161.16 20 1.08 25 1.03 30 1.00 sydandao@utc.edu.vn 17
  18. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông (13/19) b) Cường độ chịu kéo  Cđck của bê tông được xđ bằng thí nghiệm. Có 2 loại thí nghiệm: . Thí nghiệm kéo trựctiếp; . Thí nghiệm kéo gián tiếp: gồm thí nghiệm uốn phá hoại dầm và thí nghiệm ép chẻ mẫu trụ tròn. sydandao@utc.edu.vn 18
  19. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông (14/19) Các thí nghiệm xác định cường độchịộ chịu kéo của bê tông Theo lý thuyếtđt đànhn hồi (Timoshenko và và Goodier, 1951) sydandao@utc.edu.vn 19
  20. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông (15/19)  Các công thức thực nghiệm xđ cường độ chịu kéo của bê tông: . Theo A.5.4.2.6: fr = 0,63sqrt(f’c) ; . Theo Collins và Mitchell (1991) và Hsu (1993): fcr = 0,33sqrt(f’c) Ta thấy, fr > fcr ? sydandao@utc.edu.vn 20
  21. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông (16/19)  ĐĐờường cong quan hệ us-bđ khi kéo (CClliollins và Mitch ell , 1991): . Nhánh đi lên (1 cr): f1 = 1. 2.fcr/(1+sqrt(5001)). Trong đó, f1 và 1 là us và bd kéo trung bình của bê tông. sydandao@utc.edu.vn 21
  22. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông (17/19) Các hệ số 1 và 2 được quy định nhưsau: 1 là hệ số xét đến đặc trưng dính kết của cốt thép: 1 = 1,0 cho ct có gờ; 1 = 0,7 cho sợi và tao thép có dính bám; 1 = 0 cho cốt thép không dính bám. 2 là hệ số xét đến tính chất của tải trọng: 2 = 1,0 đối với tải trọng ngắn hạn; 2 = 0,7 đối với tải trọng thường xuyên (dài hạn) và tải trọng lặp. Như vậy, nếu không có ct hoặc cốt thép không dính bám thì không có nhánh đi xuống ưs kéo trong bt sau khi nứt bằng không. Tuy nhiên nếu ct có dính bám thì us kéo này còn tồn tại. sydandao@utc.edu.vn 22
  23. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông (18/19) c) Hệ số giãn nở nhiệt Hệ số gnn nên được xác định bằng thí nghiệm trong phòng. Khi không có số liệu chính xác, có thể lấy hệ số gnn như sau: c = 10,8.10-6 /0 C cho bt có tỷ trọng thông thường; c = 19,0.10-6 /0 C cho bt có tỷ trọng thấp. d) Hệ số Poisson HKhi không có số liệuchính xác, có thể lấy hệ số PiPoisson = 0,2. Đối với ck cho phép nứt, có thể không xét đến hiệuứng Poisson. sydandao@utc.edu.vn 23
  24. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông (19/19) Một số hình ảnh thí nghiệm sydandao@utc.edu.vn 24
  25. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.3. Các tính chất dài hạn của bê tông (1/12) a) Cường độ chịunéncủa bê tông theo thời gian  Thông thường, cđcn của bt tăng theo tg và phụ thuộc và nhiều yếu tố, như loại xi măng, tỷ lệ N/X, đk bảo dưỡng. Có nhiều pp xđ cđcn của bê tông, như pp nén p/h mẫu, pp không phá hủy mẫu, pp gián tiếp.  Theo FIP, cđcn của bt theo thời gian có dạng sau: f /f' ci c BTXMPL ®«ng cøng nhanh BTXMPL th−êng 1,5 Cư ờng độ chị u né n của bê tông theo 1,0 thườnggg gian 0,5 0,0 3 7 14 28 56 90 180 360 t (ngμy) sydandao@utc.edu.vn 25
  26. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.3. Các tính chất dài hạn của bê tông (2/12)  Theo Branson (1977), thì cđcn của bt theo thời gian có dạng: fci = t.f’c/( +t) Trong đó: t là thời gian ((gy)ngày); và  là hệ số ppụhụ thuộcvàloạiXMvà đk bảo dưỡng. Với XM loại I, đk bảo dưỡng ẩm thì =4,0và =0,85. Khi đó ta có: fci = t.f’c/(4,0+0,85t) XM liloại I là liloại chẩhuẩn, được sd trong cáccông tìtrình thông thườ ng, nơi không cầncócácthuộc tính đặcbiệt. sydandao@utc.edu.vn 26
  27. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.3. Các tính chất dài hạn của bê tông (3/12) b) Co ngót của bê tông  Co ngót? là ht giảm thể tích, ở nđộ không đổi, khi bt đông cứng.  Phân loại co ngót? Cn có thể được chia thành 2 gđ: cn dẻo và cn khô. CN dẻo là co ngót xảy ra trong vài giờ đầu khi bt bắt đầu đông cứng. Ở gđ này tốc độ cn nhanh, cđộ nhỏ dễ xh những vết nứt bề mặt cần đặc biệt chú ý bảo dưỡng ẩm.  Các nhân tố ảnh hưởng đến co ngót? . Loại XM và lượng XM.Lượng XM càng nhiều, cn càng lớn; . Tỷ lệ N/XM càng lớn, co ngót càng lớn; . Loại cốt liệu sử dụng, cốt liệu có độ rỗng cao và cát mịn, càng co ngót càng cao; . Đk môi trường và đk bảo dưỡng; . Lượng thép sd và tỷ số giữa thể tích/diện tích bề mặt ck. sydandao@utc.edu.vn 27
  28. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.3. Các tính chất dài hạn của bê tông (4/12)  Ảnh hưởng của co ngót đến sự làm việc của kết cấu BTCT Cn nói chung là có hại đến kết cấu btct: . Làm thay đổi hình dạng và kt của kc theo titgian phát sihinh nội us trong bê tông gây các vết nứt, đb là các vết nứt bề mặt xấu và kết cấudễ bị ăn mòn; . Gây mm us trong ct DƯL làm giảm us nén trước trong bt.  Các biện pháp khắc phục . Để giảm cn, chúng ta cần lựa chọn loại xm ít co ngót, giảm XM, giảm N/Xm, cốt liệu ít co ngót, đầm chặt bê tông, bd ẩm tốt cho bt trong gđ đầu; . Để khắc phục co ngót, cta cần đặt ct ở những nơi thích hợp như lưới ct bề mặt, tạo mạch ngừng thi công, các khe co giãn trong kết cấu. sydandao@utc.edu.vn 28
  29. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.3. Các tính chất dài hạn của bê tông (5/12)  Các h xđ biến dạng docongót Cn là một quá trình rất ptạp, phụ thuộc vào nhiều ytố khó xđ. Collins và Mitchell (1991) đưa ra ct thực nghiệm sau: sh =-ks.kh.(t/(35+t)).0,51.10-3 (2.1) Trong đó, t là thời gian khô (ngày), ks là hệ số kt và kh là hệ số độ ẩm. Mối quan hệ giữ iữa k s và tỷ số thể tích/diện tích bề mặt (A5.4.2.3.3-1) sydandao@utc.edu.vn 29
  30. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.3. Các tính chất dài hạn của bê tông (6/12) Độ ẩm tương đối trung bình K của môi trường H (%) h 40 1,43 50 1,29 60 1,14 70 1,00 80 0,86 90 0,43 100 0000,00 Ví d ụ về co ngó ót Côn g thức trên có thể sai số 50%.Vìvậy, khi khôôgng có số liệu chính xác, ta có thể lấy sh = -0,0002 sau 28 ngày và -0,0005 sau 1 năm đông cứng (A5.4.2.3-1). sydandao@utc.edu.vn 30
  31. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.3. Các tính chất dài hạn của bê tông (7/12) c) Từ biếncủa bê tông  Từ biến? là ht bê tông tăng biến dạng theo tg khi tt td không đổi.  Tải trọng không đổi? là những tt tác dụng lâu dài hay thường xuyên vào kc như tl bản thân, kc bên trên, DƯL  Các nhân tố ảnh hưởng đến từ biến? . Giống co ngót? Loại XM, lượng xm, N/X, cốt liệu, đk bd, lượng thép sd &V/A; . Ngoài ra, nó còn phụ thuộc vào: o Độ lớn của tt không đổi: tt càng lớn tbiến càng nhiều; o Cấp cđ của bt: cđ bt càng cao tbiến càng ít; o Tuổi bt khi bắt đầu chịu tt: tuổi càng cao tbiến càng ít. sydandao@utc.edu.vn 31
  32. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.3. Các tính chất dài hạn của bê tông (8/12)  Ảnh hưởng của từ biến đến sự làm việc của kết cấu BTCT Tb nói chung là có hại, tuy nhiên nó cũng có ích trong một số thợp: . Có hihại: Làm tăng bd (đvõng) của kc; tăng bề rộng vết nứt; Làm tăng mm uốn dọc trong kc btct chịu nén lệch tâm; Gây mm us trong kc btct DƯL. . Có ích: Phân bố lại nội lực (us) trong kc btct theo hướng có lợi.  Các biện pháp khắc phục . Để giảm tb, chúng ta cần chọn loại XM, cốt liệu ít tb, giảm XM, giảm N/Xm, đầm chặt bê tông, tăng độ ẩm, giảm nđộ; . Thêm cthép, cho kc chịu td của tt không đổi khi bê tông đã đạt cđộ. sydandao@utc.edu.vn 32
  33. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.3. Các tính chất dài hạn của bê tông (9/12)  Các h xđ biến dạng do từ biến Tb là một quá trình rất ptạp, phụ thuộc vào nhiều ytố khó xđ. Collins và Mitchell (1991) đưa ra ct thực nghiệm sau: cr(t,ti) = (t,ti). ci (2.2) Trong đó, ci bd tức thời, cr(t,ti) là biến dạng do từ biến ở thời điểm t, (t,ti) là hệ số từ biến, t là tuổi bt (ngày) và ti là tuổi bt tính từ khi tt không đổi td (ngày). Hệ số từ biến được xđ bằng ct tn như sau: 0,6 H 0,118 tt i  t,t 3, 5.kcf .k 1,58 t 0,6 i 120 10 t ti sydandao@utc.edu.vn 33
  34. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.3. Các tính chất dài hạn của bê tông (10/12) Trong đó, H là độ ẩm tương đối củamt (%), kc là hệ số phụ thuộ cvào tỷ số V/A, và kf là hệ số phụ thuộc cấp cđ chịu nén của bt (Mpa) được xđ như sau: kf = 62/(42+ffc)’c) MốiquanhệgiữakcvàtỷMối quan hệ giữa kc và tỷ số thể tích/diện tích bề mặt (A5.4.2.3.2-1) sydandao@utc.edu.vn 34
  35. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.3. Các tính chất dài hạn của bê tông (11/12) Ví dụ về từ biến Do tb phụ thuộc vào nhiều thông số kq của công thức trên có thể sai số 50%. sydandao@utc.edu.vn 35
  36. 2.1. BÊ TÔNG 2.1.3. Các tính chất dài hạn của bê tông (12/12) d) Mô đun đàn hồi cho tải trọng thường xuyên  Như ở trên ta thấy, biến dạng tc của kc do td của tt thường xuyên là:  = c + cr = c + .c = c(1+ ) mđ đh cho tt thường xuyên hay dài hạn là: ELT = fc/  = fc/[c(1+ )]= Ec/(1+ )  Tỷ số mđ đh giữa thép và bê tông . Cho tải trọng tức thời: n = Es/Ec; . Cho tải trọng thường xuyên: nLT = Es/ELT = n(1+ ). Chú ý: . Khi quy đổi thép sang bt trong TTGHSD, ta sd tỷ số n. Theo A5.7.1, n >= 6 và lấy số nguyên dương. . Khitínhbdcủakcchottthườngxuyên,tasdtysốnLT.Tỷsốnày thường thay đổi từ 2n đến 3n. Theo A5.7.1, nLT = 2n. sydandao@utc.edu.vn 36
  37. 2.2. CỐT THÉP 2.2.1. Cốt thép thường (cốt thép không dưl) (1/8) a) Phân liloại cốt thép thườ ng  Theo hdạng, ctt được chia thành 3 loại: . Ct thanh: có gờ hay ttrơn, Lmax = 11700 mm, thường D >= 10 mm; . Ct cuộn ((ợ)sợi):cógờhay tròn trơn, thường D < 10 mm; . Lưới cốt thép hàn. Để tăng sự dính bám giữa bt và ct, ct thường được tạo gờ ct cớ gờ (vằn, tròn đốt). Theo A5.4.3.1, ct phải là loại có gờ, trừ khi được sd làm ct đai xoắn, móc treo hoặc lưới ct hàn.  Theo cường độ chảy (fy), ctt thường theo ASTM A615M được chia thành 3 cấp: Cấp 300 (grade 40), Cấp 420 (grade 60) và Cấp 520 (grade 75). Dưới đây là một số đặc điểm của ctt theo ASTM A615M. sydandao@utc.edu.vn 37
  38. 2.2. CỐT THÉP 2.2.1. Cốt thép thường (cốt thép không dưl) (2/8) Phân loại ctt theo cường độ chảy (ASTM A615M, Bảng 2) Loại thép Giới hạn Giới hạn hay cấp chảy min, fy bền min, fu Độ giãn dài min (%) thép (MPa) (MPa) Cấp 300 300 500 D10=11; D13, 16, 19 =12 D10, 13, 16, 19 = 9; D22, 25 = 8; Cấp 420 420 620 D29, D32, 36, 43, 57 = 7 D19, 22, 25 = 7; D29, 32, 36, 43, Cấp 520 520 690 57 = 6 sydandao@utc.edu.vn 38
  39. 2.2. CỐT THÉP 2.2.1. Cốt thép thường (cốt thép không dưl) (3/8) Các loại đường kính cốt thép (ASTM A 615MBảngM, Bảng 1) Các giá trị danh định Số hiệu thanh Đường kính (mm) Diện tích (mm2) Trọng lượng (kG/m) 10 9,5 71 0,560 13 12,7 129 0,994 16 15,9 199 1,552 19 19, 1 284 2, 235 22 22,2 387 3,042 25 25,4 510 3,973 29 28,7 645 5,060 32 32,3 819 6,404 36 35,8 1006 7,907 43 43,0 1452 11,38 57 57, 3 2581 20, 24 sydandao@utc.edu.vn 39
  40. 2.2. CỐT THÉP 2.2.1. Cốt thép thường (cốt thép không dưl) (4/8) Phân loại ctt vằn theo cường độ chảy (TCVN 1651:2-2008, Bảng 6) Giới hạn chảy Giới hạn bền Độ giãn dài khi Độ giãn dài tại lực kéo Mác thép min, fy (MPa) min, fu (MPa) đứt min (%) lớn nhất min (%) CB300-V 300 450 19 8 CB400-V 400 570 14 8 CB500-V 500 650 14 8 sydandao@utc.edu.vn 40
  41. 2.2. CỐT THÉP 2.2.1. Cốt thép thường (cốt thép không dưl) (5/8) Các loại đường kính cốt thép (TCVN 1651:2-2008, Bảng 2) Các giá trị danh định Đường kính danh nghĩa Diện tích (mm2) Khối lượng (kg/m) 6 23,8 0,222 8 50,3 0,395 10 78,5 0,617 12 113 0,888 14 154 1,21 16 201 1581,58 18 254,5 2,00 20 314 2,47 22 380,1 2,98 25 491 3,85 28 616 4,84 32 804 6,31 36 1017,9 7,99 40 1257 9,86 sydandao@utc.edu.vn 41
  42. 2.2. CỐT THÉP 2.2.1. Cốt thép thường (cốt thép không dưl) (6/8) Chú ý: Theo A.5.4.3.1, giới hạn chảy của cốt thép phải được chỉ rõ trong hồ sơ thiết kế (hay tài liệu hợp đồng). Chỉ đợcđược sd cốt thép thanh có giới hạnchảy < 420 Mpakhicósự chấp thuật của chủ đầu tư. b) Đường cong quan hệ us-bd của ctt  Đ/c quan hệ us-bd điển hình của ct trần có dạng như sau: sydandao@utc.edu.vn 42
  43. 2.2. CỐT THÉP 2.2.1. Cốt thép thường (cốt thép không dưl) (7/8) Cấp 300 (Cấp 40) Đ/c quan hệ us -bd của cốt thép trần  Theo HV, ta thấy sự làm việc của ct trần có thể chia thành 3 gđ: sydandao@utc.edu.vn 43
  44. 2.2. CỐT THÉP 2.2.1. Cốt thép thường (cốt thép không dưl) (8/8) Gđ AB (gđ đàn hồi): qhệ us-bd là tuyến tính, đặc trưng bởi độ nghiêng của nó hay mđ đh Es = 2.105 Mpa (A5.4.3.2); fs = Es.svớis<=y =fy/Es ((ạgbdạng chảy); Gđ BC (gđ chảy dẻo): us không tăng nhưng biến dạng vẫn tăng fs = fy với y<s<=h; Gđ CDE (gđ tái bền): qhệ us-bd là phi tuyến. Trong gđ này, (fu và u) là us lớnnhất và bd tương ứng fs = f(s) với h<s<=b sydandao@utc.edu.vn 44
  45. 2.2. CỐT THÉP 2.2.2. Cốt thép cường độ cao (cốt thép dưl) (1/5) a) Phân loại cốt thép CĐC  Theo hd, cốt thép cđc gồm: . SiSợi (thư ờng 3 – 5 mm); . Tao (thường gồm 7 sợi xoắn lại với nhau, T13 & T15); . Cáp gồm nhiều sợi hoặc nhiều tao đặt // hoặc xoắn lại với nhau; . Thanh thép CĐC.  Theo AASHTO, trong các ct cầu thường sd 3 loại sau: . Tao thép cđc không bọc khử us dư hoặc độ tự chùng thấp (<2,5%); . Thanh thép cđc không bọc tròn trơn hoặc có gờ.  Loại thép cđc không khử us dư có mm ưs do tự chùng cao nên không sd trong ct cầu. sydandao@utc.edu.vn 45
  46. 2.2. CỐT THÉP 2.2.2. Cốt thép cường độ cao (cốt thép dưl) (2/5)  Tao thép cđc 7 sợi được quy định trong ASTM A416M và thanh thép cđc được quy định trong ASTM A722. Dưới đây là một số đặc điểm của cốt thép CĐC. Phân loại thép CĐC theo cường độ (A5.4.4.1) Loại hoặc cấp Đường kính Cường độ chịu Cường độ chảy Vật liệu thép (mm) kéo min, fpu (MPa) min, fpy (MPa) Cấp 1725 6,35 15,24 1725 85%f , ngoại trừ Tao cáp (Grade 250) pu 90%f đối với tao thép Cấp 1860 pu 9,35  15,29 1860 tự chùng thấp (Grade 270) Thép Loại 1, tròn trơn 19 35 1035 85%fpu thanh Loại 2, có gờ 15  36 1035 80%fpu sydandao@utc.edu.vn 46
  47. 2.2. CỐT THÉP 2.2.2. Cốt thép cường độ cao (cốt thép dưl) (3/5) Các loại tao thép cđc (ASTM A416M, Bảng 1) Cấp 1725 (Grade 250) Số hiệu Đường kính (mm) Diện tích (mm2) TLĐV (kg/m) 6 6,4 23,2 182 8 797,9 37, 4 294 9 9,5 51,6 405 11 11,1 69,7 548 13 12,7 92,9 730 15 15,2 139,4 1094 Cấp 1860 (Grade 270) 9 9,53 54,8 432 11 11, 11 74, 2 582 13 12,7 98,7 775 15 15,24 140,0 1102 sydandao@utc.edu.vn 47
  48. 2.2. CỐT THÉP 2.2.2. Cốt thép cường độ cao (cốt thép dưl) (4/5) b) Đường cong us biến dạng của thép cđc sydandao@utc.edu.vn 48
  49. 2.2. CỐT THÉP 2.2.2. Cốt thép thường (cốt thép không dưl) (5/5) Từ HV, ta thấy đc qh us-bd có 2 gđ: đàn hồi tuyến tính và kđh phi tuyến Mô 197000ps ®èi víi ps 0 ,008 đun f 0, 4  Grade 250 đàn ps 1710 < 0,98f ®èi víi  0,008 pu ps hồi  ps 0, 006 197000 ps ®èi víi ps 0, 008 f 0,517  Grade 270 ps 1848 < 0,98f ®èi víi  0,008 pppu ps  ps 000650,0065 207000ps ®èi víi ps 0,004  Than h f 0,192  ps 1020 < 0,98f ®èi víi  0,004 thép cđc pu ps  ps 0,003 sydandao@utc.edu.vn 49
  50. 2.3. BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.3.1. Lực dính bám giữa bê tông và cốt thép (1/4) a) Khái niệm Lực dính bám giữa bê tông và cốt thép là yếu tố cơ bản đảm bảo sự làm việc chung giữa hai loại vật liệu, làm cho bê tông và cốt thép có cùng biến dạng với nhau và có sự truyền lực qua lại giữa chúng. b) Thí nghiệm xác định lực dính bám  Mẫu thí nghiệm: mẫu được chế tạo bằng cách đổ bê tông ôm lấy một đoạn cốt thép (HV); C  Tiến hành thí nghiệm: kéo (có thể nén) tụt thanh thép khỏi khối bê tông; sydandao@utc.edu.vn 50
  51. 2.3. BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.3.1. Lực dính bám giữa bê tông và cốt thép (2/4)  Lực dính bám trung bình giữa bt và ct sẽ là: P  l  Để thanh thép bị kéo tụt ra khỏi bê tông thì chiều dài chôn l phải hạn chế trong một phạm vi nào đó. Nếu l quá lớn thì thanh thép có thể bị kéochảy hặhoặc đứt mà không bị kéo tttụt ra khỏi bt  TN cho thấy lực db dọc theo thanh ct là không đều, nó bằng không ở hai đầu và max điểm các tiết diện đầu tiên một đoạn C: 11  = .  = /  = P/( l) Cl  max max 43  = hệ số hiệu chỉnh biểu đồ lực dính < 1,0. sydandao@utc.edu.vn 51
  52. 2.3. BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.3.1. Lực dính bám giữa bê tông và cốt thép (3/4) c) Cácnhân tố tạo nên lực dính bám Bằng suy luận lý thuyết cũng như TN, ta thấy rằng ldb giữa bt và ct được tạo nên bởi các nhân tố chủ yếu sau: . Lực ma sát: khi bt đông cứng, do ảnh hưởng của co ngót nên bt ôm chặt lấy cốt thép tạo nên lực ma sát giữa chúng; . Lực tương táccơhọc: với cốt thépcó gờ,phần bt nằmgiữacácgờ chống lại sự trượt của thanh ct; . Lực dán hóa học: keo xm có tác dụng như một thứ hồ dán ct vào bt. Nhậnxét: Với ct tòtròn trơn thì lực ms là chủ yếu. Với ct cớ gờ thì lực tương tác cơ học là quan trọng. Lực dán hóa học chỉ chiếm một phần nhỏ trong lực dính bám. sydandao@utc.edu.vn 52
  53. 2.3. BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.3.1. Lực dính bám giữa bê tông và cốt thép (4/4) d) Các yếu tố ảnh hưởng đến lực dính bám . Diện tích gờ tính đổi của cốt thép; . Cườnggộ độ và thành phần của bê tôn g; . Bề dày lớp bê tông bảo vệ; . Đường kính cốt thép; . Vị trí cốt thép khi đổ bê tông. sydandao@utc.edu.vn 53
  54. 2.3. BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.3.2. Chiều dài phát triển lực (triển khai cốt thép)  Khái niệm: Lực cần thiết để kéo một thanh cốt thép ra khỏi một khối bê tông sẽ tăng lên khi chiều dài chôn của thanh này tăng lên. Khi chiều dài chôn tởtrở nên đủ lớn, than h thépsẽ bị chảy dẻo hặhoặc bị đứt mà không bị kéo tuột khỏi bt (HV). Chiều dài chôn tối thiểu, cần thiết để thanh thép bị chảydẻo gọi là chiều dài phát triểnlực,ld.Chiều dài phát triển lực, ld, được sử dụng như là một giá trị chỉ thị cho đặc trưng dính bám của các thanh cốt thép. Định nghĩa về chiều dài phát triển lực sydandao@utc.edu.vn 54
  55. 2.3. BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.3.3. Các dạng phá hoại và hư hỏng của bê tông cốt thép (1/3) a) Phá hihoại dochịu lực  Cấu kiện chịu kéo: sau khi bt bị nứt, toàn bộ lực kéo do cốt thép chịu. Sự phá hoại xảy ra khi cốt thép đạt đến giới hạn chảy.  Cấu kiệệịn chịu nén: sựựp phá ho ại bắt đầu khi ứn g suất nén tron g bê tông đạt đến cường độ chịu nén và bê tông bị nén vỡ.  Cấu kiện chịu uốn: sự phá hoại có thể bắt nguồn từ vùng nén hoặc vùng kéo tùy thuộc vào hàm lượng cốt thép chịu kéo. Nếu lượng cốt thép chịu kéo vừa phải, sự phá hoại sẽ bắầắt đầu từ vùng chịu kéo khi cốt thép bị chảy, có biến dạng lớn và vết nứt mở rộng. Nếu lượng cốt thép chịu kéo quá nhiều, sự phá hoại sẽ bắt đầu từ vùng bê tông chịu nén khi bê tông vùng nén đạt đến cường độ giới hạn và bị nén vỡ. sydandao@utc.edu.vn 55
  56. 2.3. BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.3.3. Các dạng phá hoại và hư hỏng của bê tông cốt thép (2/3) b) Phá hihoại do biến dạng cưỡng bức Biến dạng cưỡng bức gây ra do chuyển vị của các liên kết (gối tựa), do thay đổi nhiệt độ, do co ngót của bê tông,v.v. Trong kết cấu tĩnh định biến dạng cưỡng bức không gây ra nội lực, nhưng trong kết cấu siêu tĩnh biến dạng cưỡng bức thường bị ngăn cản, làm phát sinh nội lực và có thể làm kết cấu bị hư phá hoại, giống như phá hoại do chịu lực. c) Phá hoại hay hư hỏng do tác động của môi trường Do tác động của mt, btct có thể bị hư hỏng do các tác động sau:  Tác động cơ lý: như bt có thể bị bào mòn do mưa, dòng chảy, bị nóng do mặt trời, bị lạnh do băng tuyết và bị lão hóa theo thời gian. sydandao@utc.edu.vn 56
  57. 2.3. BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.3.3. Các dạng phá hoại và hư hỏng của bê tông cốt thép (3/3)  Tác động hóa học: bt có thể bị ănmòn docác hóachất,nhưaxít, ba dơ, muối, có trong môi trường. Các chất này phản ứng với bt tạo ra các chất hòa tan hoặc làm giảm cđộ bt. Cốt thép trong bt cũng có thể bị hòa tan bởi các hóa chất của mt. Nó cũng có thể bị gỉ nếu không được bảo vệ tốt hoặc bề rộng vết nứt lớn. Gỉ làm cho ct tăng nhanh thể tích và có thể làm bt xung quanh bị nứt vỡ.  Tác động sinh vật: các sinh vật như rong rêu, hà và vi khuẩn cũng có thể ggyây hư hỏng bt do tác dụụgng của các chất hh do chúng tiết ra. d) Các biện pháp bảo vệ  Bảo đảm lớp bt bảo vệ, công trình đg, thông thoáng, dễ thoát nước;  Làm sạch bề mặt ct trước khi đổ bt, sơn bảo vệ mặt ngoài bêtông.  Dùng cốt liệu và nước sạch để đổ bêtông. sydandao@utc.edu.vn 57