CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁCH TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU NÉN LỆCH TÂM 1-1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP [1; 3] Vữa bằng vôi đầu tiên được sử dụng trong nền văn minh Minoan ở Crete khoảng 2000 năm trước Công nguyên và vẫn còn sử dụng đến nay ở nhiều nơi trên thế giới, loại vữa này có nhược điểm là bị hòa tan khi bị ngâm trong nước và do vậy không thể sử dụng cho các mối nối để hở ngoài tự nhiên hoặc các mối nối dưới nước. Khoảng thế kỷ thứ ba trước Công nguyên, người La Mã đã khám phá ra một loại tro núi lửa chứa cát mịn, khi được trộn với vữa vôi cho ra một loại vữa bền chắc và cứng hơn nhiều so với vữa bằng vôi trước đó và có thể sử dụng tốt dưới nước. Loại vữa này có thể coi là loại bê tông sơ khai trong ngành xây dựng.
Kết cấu bê tông đáng lưu ý nhất do người La Mã xây dựng là mái vòm Pantheon ở Roma được hoàn thành vào năm 126 sau Công nguyên. Mái vòm này có khẩu độ khoảng 45m, giữ kỷ lục nhịp dài nhất cho đến tận thế kỷ 19. Bê tông mái vòm này có chứa các mảnh gạch vỡ. Trong phạm vi gần đỉnh mái vòm này, người ta đã sử dụng các vật liệu bê tông nhẹ hơn, sử dụng loại đá bọt tại đỉnh để giảm các mô men tĩnh tải.
Mặc dù bên ngoài được trang trí rất đẹp nhưng người ta vẫn có thể nhận thấy dấu hiệu của ván khuôn khi nhìn từ bên trong. Trong quá trình thiết kế công trình hải đăng Eddystone cách bờ biển phía Nam của Anh trước năm 1800 sau Công nguyên, kỹ sư người Anh, John Smeaton đã phát hiện ra rằng hỗn hợp đá vôi nung và đất sét có thể sử dụng là hỗn hợp vật liệu mà sẽ hoá cứng dưới nước và chịu được nước. Vào những năm tiếp theo, có nhiều người sử dụng vật liệu của Smeaton nhưng điều khó khăn để tìm đá vôi và đất sét ở cùng một mỏ đá d o hạn chế khả năng sử dụng loại hỗn hợp vật liệu này. Vào năm 1824, Joseph Aspdin đã trộn đá vôi và đất sét từ các mỏ khác nhau và nung hỗn hợp này trong một lò để làm xi măng.
Aspdin đã đặt tên cho sản phẩm của 6 mình là xi măng Portland vì bê tông làm từ nó giống như đá Portland, là tên một loại đá vôi cao cấp được khai thác từ đảo Portlanđ ở phía Nam nước Anh. Ximăng này được Brunei sử dụng vào năm 1828 làm vữa đệm lót phần xây lề của một đường hầm dưới sông Thames và vào năm 1835 làm các trụ cầu bê tông khối lớn. Trong thời gian này, đôi khi trong quá trình sản xuất ximăng, hỗn hợp đá vôi và đất sét này bị quá nóng rồi tạo thành xỉ cứng mà được xem như bị hỏng bỏ đi.C Jonhson đã tìm thấy loại xi măng tốt nhất bắt nguồn từ việc nghiền loại xỉ cứng này. Đây là loại vật liệu mà ngày nay được biết đến là xi măng Portland.
VVilkinson ơ Nevvcastle đã đăng ký một bằng sáng chế về hệ thống sàn bê tông cốt thép mà sử dụng các mái vòm làm bằng vữa rồng làm nhiệm vụ của ván khuôn. Các đường gân giữa các ván khuôn được đổ đầy bê tông và được đặt các dây thép ở giữa các đường gân. Ở Pháp, Lambot đã chế tạo một con thuyền bằng bê tông được gia cường bằng dây thép vào năm 1849 và được trao bằng sáng chế vào năm 1855. Bằng sáng chế của ông bao gồm các bản vẽ dầm bê tông cốt thép và một cột được gia cố bằng 4 thanh sắt xung quanh.
Vào năm 1861, kỹ sư Coignet người Pháp đã xuất bản một cuốn sách minh họa cách sử dụng bê tông cốt thép. Kỹ sư người Hoa Kỳ, Thaddeus Hyatt đã thí nghiệm các dầm bê tông cốt thép vào những năm 50 thế kỷ 19. Các dầm của ông có các thanh cốt thép dọc ở vùng kéo và cốt thép đai thẳng để chịu lực cắt. Khi ông xuất bản riêng một cuốn sách mô tả thí nghiệm của ông và xây dựng thành hệ thống vào năm 1877 thì công trình nghiên cứu của ông mới được biết đến.
Có thể nói, động lực lớn nhất cho sự phát triển ban đầu của kiến thức khoa học về dầm bê tông cốt thép bắt nguồn từ công trình của Joseph Monier, ông chủ của một vườn ươm cây ở Pháp. Vào khoảng năm 1850, Monier đã bắt đầu thí nghiệm với các chậu bê tông được gia cố bằng sắt 7 để trồng cây. Ồng đã được cấp bằng sáng chế cho ý tưởng của mình vào năm 1867. Bằng sáng chế này tiếp theo các bằng sáng chế về các ống và các thùng bê tông được gia cố cốt thép năm 1868, tấm phẳng bê tống cốt thép năm 1869, các cầu bê tông cốt thép năm 1873 và cầu thang bê tông cốt thép năm 1875.
Vào năm 1880-1881, Monier đã nhận các bằng sáng chế ở Đức cho nhiều ứng dụng tương tự. Các bằng sáng chế này được cấp phép cho công ty xây dựng VVayss và Preitag và đã uỷ nhiệm cho các giáo sư Moerch và Bach của đại học Stuttgart để làm kiểm định độ bền của b ê tông cốt thép đồng thời uỷ nhiệm cho ông Koenen, trưởng thanh tra xây dựng của Phổ, phát triển phương pháp tính toán độ bền bê tông cốt thép. Cuốn sách của Koenen xuất bản vào năm 1886 đã trình bày sự phân tích mà giả định rằng trục trung hoà nằm ở giữa chiều cao của tiết diện cấu k i ệ n. Vào thời kỳ từ năm 1875 đến năm 1900, khoa học về bê tông cốt thép đã được phát triển qua một loạt các bằng sáng chế Một cuốn sách ở Anh xuất bản vào năm 1904 đã liệt kê 43 hệ thống công trình được cấp bằng sáng chế, 15 hệ thống công trình được cấp bằng sáng chế ở Pháp, 14 ở Đức, Áo, Hungary, 8 ở Mỹ, 3 ở Anh và 3 hệ thống công trình ở những nơi khác.
Phần lớn các hệ thống bằng sáng chế này được phân biệt bằng các hình dạng thanh và kiểu cách mà thanh bị uốn. Từ năm 1890 đến năm 1920, các kỹ sư thực hành dần dần đã nắm được kiến thức về cơ học của bê tông cốt thép, khi các cuốn sách, các bài báo kỹ thuật và các tiêu chuẩn đã thể hiện các lý thuyết ấy. Trong một tài liệu năm 1894 cho Hội kỹ sư Công chính Pháp, Coignet và De Teđeskko đã mở rộng các lý thuyết của Koenen để phát triển phương pháp thiết kế ứng suất làm việc của cấu kiện chịu uốn, sau đó được sử dụng phổ cập từ năm 1900 đến năm 1950. Trong những thập kỷ vừa qua, sự nghiên cứu rộng rãi đã được thể hiện trên các khía cạnh làm việc của bê tông cốt thép khác nhau dẫn đến sự ra đời của các tiêu chuẩn thiết kế và thi công hiện hành.
Kết cấu bê tông dự ứng lực được E.Freyssinet sáng chế và phát 8 triển, vào năm 1928. Ông đã xác định được rằng sử dụng sợi bê tông cường độ cao là cần thiết cho kết cấu dự ứng lực bởi vì sự co ngót của bê tông và nhiều yếu tố khác đã làm tiêu hao phần lớn dự ứng suất nếu sử dụng các thanh cốt thép cường độ bình thường để chế tạo ra dự ứng lực. Freyssinet đã phát triển loại cốt thép vằn cường độ cao và thiết kế xây dựng một số cây cầu và kết cấu tiên tiến thời bấy giờ. Giáo sư Loleit người Nga cùng với nhiều nhà khoa học khác đã nghiên cứu tính không đồng nhất và đẳng hướng, tính biến dạng đàn hồi dẻo của bê tông và kiến nghị phương pháp tính toán theo giai đoạn phá hoại vào năm 1939.
Đến năm 1955 ở Liên xô đã bắt đầu tính toán theo phương pháp mới hơn là phương pháp tính toán theo trạng thái giới hạn. Phương pháp đó ngày càng được hoàn thiện và đang được nhiều nước trên thế giới kể cả nước ta sử dụng trong thiết kế kết cấu bê tông cốt thép. Công trình sử dụng kết cấu bê tông cốt thép đầu tiên ở Mỹ là một ngôi nhà do kỹ sư cư khí W.Ward xây dựng ở Long Island vào năm 1875 ở Caliornia E.Ransome đã thí nghiệm dầm bê tông cốt thép vào năm 1870 và được cấp bằng sáng chế về một thanh cốt thép xoắn vào năm 1884.Ransome đã độc lập phát triển một tập hợp quy trình thiết kế riêng của ông. Vào năm 1888, ông đã xây dựng một tòa nhà có cột đúc thép và hệ thống sàn nhà bằng bê tông cốt thép gồm các dầm và bản sàn làm bằng các vòm kim loại bẹt phủ bê tông.
Vào năm 1890, Ransome đã xây dựng Leland Starứbrd, Jr. Museum ở San Francisco, tòa nhà cao hai tầng có sử dụng dây cáp treo để làm nhiệm vụ như cốt thép của dầm bê tông. Vào năm 1903 ở Pennsylvannia, ông đã xây dựng tòa nhà đầu tiên ở Hoa Kỳ hoàn toàn tạo khung bằng bê tông cốt thép. Ở Việt Nam, bê tông cốt thép cũng đã được du nhập vào từ khoảng đầu thế kỷ 20 trong thời kỳ Pháp thuộc để làm cầu, đập nước, cống và nhà cửa dân dụng công nghiệp.
Khu liên hợp gang thép Thái Nguyên, Nhà máy công cụ số 1 Hà Nội.là những công trình lớn bằng bê tông cốt thép đầu tiên được xây dựng. 9 Bê tông cốt thép đang còn là một loại vật liệu xây dựng chủ yếu ở nước ta cũng như trên thế giới, nó cần phải được nghiên cứu từ lý thuyết cơ bản, lý thuyết tính toán thiết kế và đầu tư kỹ thuật cho việc hiện đại hóa công tác chế tạo cấu kiện trong nhà máy cũng như thi công toàn khối tại hiện trường. CÁCH TÍNH TOÁN VỀ ỔN ĐỊNH CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU NÉN LỆCH TÂM THEO QUY PHẠM LIÊN XÔ CŨ (CHnn - 62) [9] Theo quy phạm Liên xô cũ, cần xét tới ảnh hưởng của tải dài hạn và độ mảnh của thanh chịu nén khi: l0 / ru > 35 (với cột có tiết diện chữ nhật l0 / h 10 ) Trong đó: l0 là chiều dài tính toán tra theo bảng. I ru F I: là bán kính quán tính của tiết diện đối với trục đi qua trọng tâm tiết diện và vuông góc với mặt uốn F: là diện tích của tiết diện Khi xét tới tải dài hạn, lúc này lực dọc tính toán N tt phải thay bằng lực dọc tương đương N tđ N dh N tđ N ngh m.
dh và N tđ tác động với độ lệch tâm e 0tđ N dh eodh N ngh .
