Giáo Trình Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép Phần 2 Tại Trường ĐH Công Nghiệp Quảng Ninh

Giáo trình kết cấu bê tông cốt thép phần 2 cung cấp kiến thức chuyên sâu cho sinh viên ngành xây dựng tại trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh.

• Trường học: Trường ĐH Công Nghiệp Quảng Ninh
• Chuyên ngành: Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép
• Đề tài: Giáo Trình Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép Phần 2
• Loại tài liệu: giáo trình

Mục lục chi tiết

• 7. CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN THỨ HAI (ĐIỀU KIỆN VỠ SƯỜN)
• 7.1. Khái niệm chung
• 7.2. Đặc điểm
• 7.3. Tính để văng của cấu kiện BTCT chịu uốn
• 7.4. Trạng thái ứng suất biến dạng của dầm sau khi xuất hiện khe nứt
• 7.5. Tính để văng của dầm đơn giản có tiết diện không đổi
• 7.6. Sự thay đổi để cong và để cong đặc theo dầm liên tục
• 7.7. Sự văng toàn phần của dầm
• 7.8. Tính bờ rộng của khe nứt
• 7.9. Bờ rộng khe nứt thẳng góc theo tiêu chuẩn thiết kế
• 7.10. Tính ứng suất của bê tông và cốt thép chịu kéo sau khi xuất hiện khe nứt
• 7.11. Bờ rộng khe nứt thẳng góc theo tiêu chuẩn thiết kế (tiếp)
• 8. CHƯƠNG 8: BÊ TÔNG CỐT THÉP DÙ ỨNG LỰC
• 8.1. Khái niệm chung

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép Phần 2

Giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép phần 2 của Trường ĐH Công Nghiệp Quảng Ninh cung cấp kiến thức chuyên sâu về thiết kế và tính toán kết cấu bê tông cốt thép. Nội dung giáo trình được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn hiện hành và các nghiên cứu mới nhất trong lĩnh vực xây dựng. Đặc biệt, giáo trình này không chỉ giúp sinh viên nắm vững lý thuyết mà còn áp dụng vào thực tiễn xây dựng.

1.1. Nội dung chính của giáo trình

Giáo trình bao gồm các chương về tính toán kết cấu, thiết kế các loại kết cấu bê tông cốt thép, và các phương pháp tính toán hiện đại. Mỗi chương đều có ví dụ minh họa cụ thể để sinh viên dễ dàng hiểu và áp dụng.

1.2. Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình này được thiết kế cho sinh viên ngành xây dựng, kỹ sư xây dựng và những người làm việc trong lĩnh vực thiết kế kết cấu. Nó cũng hữu ích cho các giảng viên và nghiên cứu sinh trong việc giảng dạy và nghiên cứu.

II. Thách thức trong thiết kế kết cấu bê tông cốt thép

Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép gặp nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc đảm bảo độ bền và an toàn cho công trình. Các yếu tố như tải trọng, điều kiện môi trường và vật liệu sử dụng đều ảnh hưởng đến chất lượng kết cấu. Việc tính toán chính xác các thông số kỹ thuật là rất quan trọng để tránh những sự cố không mong muốn.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến kết cấu

Các yếu tố như tải trọng tĩnh và động, điều kiện thời tiết, và chất lượng vật liệu đều có thể ảnh hưởng đến độ bền của kết cấu bê tông cốt thép. Việc phân tích và đánh giá các yếu tố này là cần thiết để đảm bảo an toàn cho công trình.

2.2. Nguy cơ từ khe nứt trong kết cấu

Khe nứt có thể xuất hiện do nhiều nguyên nhân, bao gồm sự thay đổi nhiệt độ, tải trọng không đồng đều, và sự lão hóa của vật liệu. Việc phát hiện và xử lý kịp thời các khe nứt là rất quan trọng để duy trì độ bền của kết cấu.

III. Phương pháp tính toán kết cấu bê tông cốt thép hiệu quả

Có nhiều phương pháp tính toán kết cấu bê tông cốt thép, từ các phương pháp truyền thống đến các phương pháp hiện đại sử dụng phần mềm chuyên dụng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa thiết kế và tiết kiệm chi phí.

3.1. Phương pháp truyền thống

Phương pháp truyền thống thường dựa trên các công thức tính toán đã được kiểm chứng qua thời gian. Mặc dù đơn giản, nhưng phương pháp này có thể không đáp ứng được yêu cầu của các công trình hiện đại.

3.2. Sử dụng phần mềm trong tính toán

Phần mềm tính toán kết cấu hiện đại giúp mô phỏng và phân tích các yếu tố phức tạp trong thiết kế. Việc sử dụng phần mềm không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác trong tính toán.

IV. Ứng dụng thực tiễn của kết cấu bê tông cốt thép

Kết cấu bê tông cốt thép được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng các công trình như cầu, nhà cao tầng, và các công trình hạ tầng. Sự bền vững và khả năng chịu lực tốt của nó làm cho bê tông cốt thép trở thành lựa chọn hàng đầu trong ngành xây dựng.

4.1. Các công trình tiêu biểu

Nhiều công trình nổi tiếng trên thế giới sử dụng kết cấu bê tông cốt thép, như cầu Golden Gate và tòa nhà Burj Khalifa. Những công trình này không chỉ thể hiện tính thẩm mỹ mà còn đảm bảo độ bền và an toàn.

4.2. Lợi ích kinh tế từ việc sử dụng kết cấu bê tông cốt thép

Việc sử dụng kết cấu bê tông cốt thép giúp giảm chi phí bảo trì và sửa chữa trong suốt vòng đời của công trình. Điều này mang lại lợi ích kinh tế lớn cho các nhà đầu tư và chủ đầu tư.

V. Kết luận và tương lai của kết cấu bê tông cốt thép

Kết cấu bê tông cốt thép sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong ngành xây dựng. Với sự phát triển của công nghệ và vật liệu mới, các phương pháp thiết kế và thi công sẽ ngày càng được cải tiến, mang lại hiệu quả cao hơn cho các công trình.

5.1. Xu hướng phát triển trong thiết kế

Xu hướng hiện nay là sử dụng các vật liệu mới và công nghệ tiên tiến trong thiết kế kết cấu bê tông cốt thép. Điều này không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường.

5.2. Tương lai của ngành xây dựng

Ngành xây dựng sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ với sự xuất hiện của các công nghệ mới. Kết cấu bê tông cốt thép sẽ vẫn là lựa chọn hàng đầu cho các công trình lớn và phức tạp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ch−¬ng 7 TÝnh to¸n cÊu kiÖn bª t«ng cèt thÐp theo tr¹ng th¸i giíi h¹n thø hai (®iÒu kiÖn vÒ sö dông) 7. Kh¸i niÖm chung Ngµy nay kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp l¾p ghÐp víi c¸c tiÕt diÖn thanh m¶nh, c¸c lo¹i vËt liÖu cã träng l−îng cao ngµy cµng ®−îc sö dông réng r·i. §iÒu ®ã cã thÓ lµm cho kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp bÞ vâng xuèng trong qu¸ tr×nh sö dông vµ cã nguy c¬ më réng khe nøt. MÆt kh¸c trong x©y dùng ngµy nay cã nh÷ng c«ng tr×nh yªu cÇu chèng nøt bª t«ng rÊt cao (kh«ng cho phÐp vÕt nøt).

Do ®ã cÇn thiÕt ph¶i cã nghiªn cøu vµ tÝnh to¸n kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp theo tr¹ng t¸i giíi h¹n thø 2 tr¹ng th¸i vÒ sö dông( ®é vâng vµ ®é më khe nøt). TÝnh ®é vâng cña cÊu kiÖn BTCT chÞu uèn 7. §Æc ®iÓm CÊu kiÖn cã ®é vâng qu¸ lín sÏ cã ¶nh h−ëng ®Õn viÖc sö dông kÕt cÊu mét c¸ch b×nh th−êng: lµm mÊt mü quan, lµm bong líp èp, tr¸t hoÆc g©y t©m lý sî h·i cho ng−êi sö dông. V× vËy, trong thiÕt kÕ ®ßi hái ph¶i cã tiªu chuÈn vÒ ®é vâng do t¶i träng g©y ra kh«ng ®−îc v−ît qu¸ nh÷ng giíi h¹n cho phÐp.1: Mét sè giíi h¹n vÒ ®é vâng lín nhÊt cho phÐp cña kÕt cÊu BTCT Tªn cÊu kiÖn Giíi h¹n ®é vâng 1.

DÇm cÇn trôc ch¹y ®iÖn (1/600)L 2. Sµn cã trÇn ph¼ng, cÊu kiÖn cña m¸i Khi nhÞp L < 6m (1/200)L Khi 6L ≤ 7,5m 3cm Khi L > 7,5m (1/250)L ë ®©y L lµ nhÞp tÝnh to¸n cña dÇm hoÆc b¶n kª lªn hai gèi. Khi tÝnh to¸n ®é vâng cho cÊu kiÖn, ta ph¶i tÝnh víi t¶i träng tiªu chuÈn v× ®Êy lµ t¶i träng t¸c dông lªn kÕt cÊu khi lµm viÖc b×nh th−êng. Trong tr−êng hîp cã v−ît t¶i còng chØ lµ nhÊt thêi, ®é vâng t¨ng lªn nhÊt thêi sau ®ã sÏ trë l¹i b×nh th−êng.

Do ®ã khi tÝnh to¸n cÇn ph©n biÖt t¶i träng t¸c dông dµi h¹n vµ t¶i träng t¸c dông ng¾n h¹n. T¶i träng dµi h¹n bao gåm träng l−îng b¶n th©n vµ mét phÇn cña t¶i träng sö dông, trong tiªu chuÈn cña nhµ n−íc "t¶i träng vµ t¸c ®éng " (TCVN- 2737-90) cã ®−a ra nh÷ng quy ®Þnh cô thÓ. §é cong cña trôc dÇm vµ ®é cøng cña dÇm §é cøng cña dÇm cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau (trong m«n SBVL): 1 M = (7.1) ρ EJ Trong ®ã: M - m« men g©y uèn 1/ρ - ®é cong cña trôc dÇm EJ - ®é cøng cña dÇm víi vËt liÖu lµ ®µn håi ®ång nhÊt vµ ®¼ng h−íng. Bª t«ng cèt thÐp lµ vËt liÖu ®µn håi dÎo, kh«ng ®ång nhÊt ®¼ng h−íng, th−êng cã khe nøt ë vïng chÞu kÐo lªn kh«ng thÓ lÊy EJ lµm ®é cøng cña dÇm ®−îc.

Ng−êi ta th−êng gäi ®é cøng cña dÇm bª t«ng cèt thÐp lµ B theo mèi quan hÖ sau: 85 1 M = (7. Tr¹ng th¸i øng suÊt biÕn d¹ng cña dÇm sau khi xuÊt hiÖn khe nøt XÐt qu¸ tr×nh lµm viÖc cña mét dÇm BTCT chÞu uèn thuÇn tuý, sau khi xuÊt hiÖn kh− nøt th× tr¹ng th¸i øng suÊt biÕn d¹ng cã mét sè ®Æc ®iÓm sau: - Trôc trung hoµ cã h×nh l−în sãng. ChiÒu cao vïng chÞu nÐn ë tiÕt diÖn cã khe nøt sÏ cã gi¸ trÞ nhá nhÊt lµ x nh− h×nh vÏ (7. xtb xtb x c c M M h0 σb c σtba σa M σ bk Z1 σa Fa ln ln H×nh 7.

Tr¹ng th¸i øng su©t biÕn d¹ng cña dÇm sau khi xuÊt hiÖn khe nøt T¹i vÞ trÝ khe nøt th× øng suÊt nÐn cña thí bª t«ng ngoµi cïng kÝ hiÖu lµ σb. Gäi xtb lµ chiÒu cao trung b×nh cña vïng chÞu nÐn vµ σtb lµ øng suÊt trung b×nh cña thí bª t«ng ngoµi cïng vïng chÞu nÐn th× ta cã mèi quan hÖ nh− sau: σtb = ψbσb (7.3) víi ψb ≤ 1 §ång thêi b»ng thùc nghiÖm ng−êi ta còng x¸c ®Þnh ®−îc quan hÖ cña x vµ xtb nh− sau: 0,7 x = x tb (1 − ) (7.4) 100 µ + 1 - T¹i tiÕt diÖn cã khe nøt, øng suÊt cña cèt thÐp cã gi¸ trÞ lín nhÊt v× bª t«ng kh«ng cã t¸c dông chÞu kÐo n÷a vµ kÝ hiÖu gi¸ trÞ øng suÊt max ®ã lµ σa. Cµng xa khe nøt th× øng suÊt trong cèt thÐp cµng gi¶m v× cã sù truyÒn lùc qua l¹i (th«ng qua lùc dÝnh) gi÷a cèt thÐp vµ bª t«ng vïng chÞu kÐo, hay bª t«ng còng chÞu kÐo mét phÇn cïng cèt thÐp. Kh¶ n¨ng chÞu kÐo cña bª t«ng ch−a ®Õn tr¹ng th¸i giíi h¹n.

Gäi gi¸ trÞ trung b×nh cña øng suÊt trong cèt thÐp chÞu kÐo lµ σatb ta cã: σatb = ψaσa (7.5) Trong ®ã: ψa - hÖ sè xÐt ®Õn sù lµm viÖc chÞu kÐo cña bª t«ng n»m gi÷a hai khe nøt ψa ≤ 1 - Cµng xa khe nøt th× øng suÊt kÐo trong bª t«ng cµng t¨ng vµ ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i ë tiÕt diÖn gi÷a 2 khe nøt. 86 - ChÊp nhËn gi¶ thiÕt tiÕt diÖn ngang lu«n th¼ng gãc víi mét dÇm quy −íc cã chiÒu cao vïng nÐn lµ xtb, biÕn d¹ng tØ ®èi cña vïng bª t«ng nÐn lµ εbtb vµ biÕn d¹ng tØ ®èi cña cèt thÐp lµ εatb ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: σ atb σa εatb = =ψa (7.6) Ea Ea σ btb σb εbtb = =ψb (8.7) Eba νEb Ng−êi ta th−êng lÊy ψb = 0,9 cßn gi¸ trÞ ψa ®−îc x¸c ®Þnh b»ng tÝnh to¸n. - T¹i tiÕt diÖn cã khe nøt, biÓu ®å øng suÊt trong vïng bª t«ng chÞu nÐn ®−îc coi nh− h×nh ch÷ nhËt nh− h×nh vÏ (7. C©n b»ng m« men néi lùc vµ ngo¹i lùc ta cã: Mc σa = (7.9) Fb Z1 Trong ®ã: Fa - diÖn tÝch cèt thÐp chÞu kÐo Fb - diÖn tÝch vïng bª t«ng chÞu nÐn Z1 - c¸nh tay ®ßn cña néi ngÉu lùc t¹i tiÕt diÖn cã khe nøt.

Trong tr−êng hîp cã ®Æt cèt thÐp ë c¶ vïng chÞu nÐn vµ vïng chÞu kÐo, ph¶i qui ®æi diÖn tÝch cèt thÐp chÞu nÐn Fa/ thµnh diÖn tÝch bª t«ng t−¬ng ®−¬ng, khi ®ã: Mc σb = (7.10) Fbq Z1 Trong ®ã: Fbq - DiÖn tÝch quy ®æi cña vïng bª t«ng chÞu nÐn n Fbq = Fb + Fa/ (7.11) v Ea ë ®©y: n - tû sè m« ®un ®µn håi cña cèt thÐp vµ bª t«ng n = Eb ν - HÖ sè ®µn håi ®Æc tr−ng cho tÝnh ®µn håi dÎo cña bª t«ng vïng nÐn, phô thuéc vµo ®é Èm cña m«i tr−êng vµ tÝnh chÊt dµi h¹n, ng¾n h¹n cña t¶i träng. ν = 0,45 ®èi víi t¶i träng ng¾n h¹n ν = 0,15 ®èi víi t¶i träng dµi h¹n vµ ®é Èm cña m«i tr−êng l¬n h¬n 40%. §é cong cña trôc dÇm vµ ®é cøng cña dÇm XÐt ®o¹n dÇm n»m gi÷a hai khe nøt, kho¶ng c¸ch gi÷a hai khe nøt trªn trôc trung hoµ lµ ln b¸n kÝnh cong trung b×nh cña ®o¹n dÇm lµ ρ s¬ ®å tÝnh nh− h×nh vÏ (7. Tõ phÐp tÝnh ®ång d¹ng trong tam gi¸c ta cã: ln (ε atb + ε btb )ln = (7.12) ρ h0 Tõ ®ã rót ra ®−îc ®é cong cña trôc dÇm ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: 1 (ε atb + ε btb ) = (7.2: S¬ ®å x¸c ®Þnh ®é cong cña trôc dÇm Thay c¸c gi¸ trÞ cña (7.13) ta cã ®é cong cña trôc dÇm nh− sau: 1 Mc ψa ψb = ( + ) (7.14) ρ h0 Z1 Ea Fa νEb Fbq 1 M MÆt kh¸c = Nªn ta cã: ρ B M M c ψa ψb = ( + ) tõ ®©y ta cã thÓ suy ra ®−îc ®é cøng cña dÇm B nh− sau: B h0 Z1 Ea Fa νEb Fbq h0 Z1 B= (7.15) ψa ψb + Ea Fa νEb Fbq Tõ c«ng thøc (7.15) ta thÊy r»ng ®é cøng cña dÇm BTCT kh«ng nh÷ng phô thuéc vµo ®Æc tr−ng h×nh häc h0, Z1 cña tiÕt diÖn dÇm, mµ cßn phô thuéc vµo tÝnh chÊt ®µn håi dÎo cña bª t«ng.

§Ó t¨ng ®é cøng cña cÊu kiÖn (gi¶m ®é vâng) th× t¨ng chiÒu cao tiÕt diÖn lµ cã hiÖu qu¶ nhÊt so víi t¨ng diÖn tÝch cèt thÐp, t¨ng sè hiÖu cña bª t«ng hay t¨ng bÒ réng cña tiÕt diÖn. X¸c ®Þnh diÖn tÝch quy ®æi Fbq cña vïng bª t«ng chÞu nÐn - X¸c ®Þnh chiÒu cao vïng bª t«ng chÞu nÐn: 0,7 Cã thÓ x¸c ®Þnh x th«ng qua c«ng thøc x = xtb (1 − ). Tuy nhiªn nh− vËy ph¶i 100 µ + 1 sö dông nhiÒu hÖ sè thùc nghiÖm. Tiªu chuÈn cho phÐp tÝnh chiÒu cao x theo c«ng thøc thùc nghiÖm víi tiÕt diÖn ch÷ I (H×nh 7.3) nh− sau: 88 Bc σb σa Fa hc x D c M h0 h Z1 σa Fa hc H×nh 9.3: TiÕt diÖn ch÷ I vµ s¬ ®å øng suÊt x 1 ξ= = (7.16) h0 1,8 + 1 + 5( L + T ) 10µn Trong ®ã: n ( Bc − b)hc/ + ( ) Fa/ Mc δ′ h/ F E v L= ; T = γ ′(1 − ) ; δ ′ = c ; µ = a ; n = a ; γ ′ = Rncbh 20 2 h0 bh0 Eb bh0 §èi víi tiÕt diÖn ch÷ nhËt hay ch÷ T cã c¸nh n»m trong vïng kÐo, cho hc/ = 0.

Khi hc/ ξ< th× tÝnh to¸n nh− ®èi víi tiÕt diÖn ch÷ nhËt cã chiÒu réng lµ Bc h0 2 a′ §èi víi tiÕt diÖn ch÷ nhËt cã kÓ ®Õn cèt chÞu nÐn Fa/ th× lÊy δ ′ =. h0 a′ NÕu ξ < th× ph¶i tÝnh l¹i víi ®iÒu kiÖn kh«ng kÓ ®Õn cèt thÐp Fa/. h0 BiÕt chiÒu cao t−¬ng ®èi cña vïng bª t«ng chÞu nÐn cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc diÖn tÝch bª t«ng quy ®æi cña vïng nÐn. X¸c ®Þnh c¸nh tay ®ßn Z1 Z1 lµ kho¶ng c¸ch tõ träng t©m cèt thÐp Fa ®Õn ®iÓm ®Æt cña hîp lùc vïng nÐn t¹i tiÕt diÖn cã khe nøt (tøc lµ lùc D trong h×nh 7.

Víi gi¶ thiÕt biÓu ®å øng suÊt cña vïng bª t«ng chÞu nÐn cã d¹ng h×nh ch÷ nhËt, th× trÞ sè Z1 ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: n Sbq Sb + Fa′(h0 − a′) Z1 = = v (7.18) Fbq (γ ′ + ξ )bh0 Trong ®ã: Sbq - m« men tÜnh cña diÖn tÝch vïng nÐn ®· ®−îc quy ®æi víi trôc ®i qua träng t©m cèt chÞu kÐo. Fbq - DiÖn tÝch bª t«ng quy ®æi vïng nÐn Sau khi biÕn ®æi ta cã Z1 ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau: 89 ⎡ δ ′γ ′ + ξ 2 ⎤ Z1 = ⎢1 − ⎥ h0 (7. X¸c ®Þnh hÖ sè ψa Cã thÓ x¸c ®Þnh ψa theo c«ng thøc thùc nghiÖm sau: RkcWn ψ a = 1,25 − S ≤1 (7.20) Mc Trong ®ã: S - hÖ sè xÐt ®Õn ¶nh h−ëng cña t¶i träng dµi h¹n vµ lo¹i cèt thÐp. + Khi t¶i träng ng¾n h¹n: S = 1,1 víi cèt thÐp cã gê; S = 1,0 víi cèt trßn tr¬n.