Bài giảng môn học: Kết cấu bê tông cơ bản Nguyễn Tấn Chương 1. Tổng quan về kết cấu bê tông 1.1. Các khái niệm cơ bản.  Bêtông là một loại đá nhân tạo hợp thành từ xi măng, cốt liệu và nước theo một tỉ lệ pha trộn nhất định.  Là một vật liệu xây dựng phổ biến do: Sức chịu tải lớn, giá thành rẻ, tận dụng các nguồn nguyên liệu địa phương, dễ tạo hình, chịu lửa, chịu nước, chi phí bảo dưỡng thấp,…  Trong khi có sức chịu nén cao, bê tông lại là vật liệu chịu kéo rất kém  Từ khoảng nửa thế kỷ XIX, cốt thép đã được đặt bên trong bê tông, chủ yếu tại các vị trí chịu lực kéo. Sự kết hợp này tạo thành bêtông cốt thép với tất cả ưu điểm của hai loại vật liệu cấu thành, mở rộng phạm vi ứng dụng đến tất cả các dạng công trình nhà cửa, công trình cầu, đập thủy điện, bể chứa,…  Khi đong cứng, bêtông và cốt thép dính chặt với nhau thông qua lực dính, đảm bảo truyền lực từ bêtông sang cốt thép và ngược lại. Nhằm tăng cường lực lực dính này, các thanh thép thường được chế tạo có gân (gờ) bề mặt.  Một đặc trưng khác giúp bêtông và cốt thép làm việc đồng thời là do giữa chúng không xảy ra phản ứng hóa học nào, mà ngược lại, bêtong còn bao bọc, bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn dưới các tác nhân xâm thực. Ngoài ra bêtông và cốt thép cùng có hệ số giản nở vì nhiệt xấp xỉ nhau, tránh khả năng phát sinh ứng suất do chênh lệch nhiệt độ. 1.2. Phân loại kết cấu BTCT. 1.2.1. Phân loại theo trạng thái ứng suất.  Kết cấu bê tông cốt thép thường. Là loại kết cấu mà khi chế tạo cốt thép và bê tông không được tạo ứng suất trước.  Kết cấu bê tông dự ứng lực. Nhằm mục đích hạn chế sự xuất hiện của bê tông dưới tác dụng của tải trọng và các tác động khác, cốt thép được căng trước, để thông qua lực dính bám hoặc neo, tạo ra lực nén trước trong những khu vực bê tông sẽ chịu kéo. 1.2.2. Phân loại theo phương thức thi công.  Kết cấu bê tông đúc tại chổ Page 1 Bài giảng môn học: Kết cấu bê tông cơ bản Nguyễn Tấn  Kết cấu bê tông lắp ghép.  Kết cấu bê tông bán lắp ghép 1.3. Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng của kết cấu bê tông. 1.3.1. Ưu điểm.  Giá thành thấp.  Có khả năng chịu lực lớn.  Có độ bền cao  Dễ tạo dáng.  Chịu lửa tốt, có khả năng hấp thụ năng lượng tốt. 1.3.2. Nhược điểm.  Có tỷ lệ cường độ so với đơn vị trọng lượng bản thân nhỏ.  BTCT đổ tại chổ yêu cầu thời gian thi công dài và các hệ thống giáo ván khuôn phức tạp.  Khó tháo dỡ, vận chuyển và sử dụng lại. 1.4. Lịch sử phát triển của kết cấu bê tông.  Các cột móc:  Cuối năm 1849: Phát minh ra bêtông cốt thép  Lambot (người Pháp) đã làm một chiếc thuyền bằng lưới sắt trát hai phía bằng vữa xi măng.  Từ năm 1855: Vật liệu bêtong cốt sắt được dùng phổ biến. Cốt thép được đặt cảm tính ở giũa chiều cao tiết diện.  Sau năm 1880: Bắt đầu tiến hành nghiên cứu về cường độ của bêtong, cốt thép và lực dính giữa bêtong và cốt thép Đặt cốt sắt vào vùng bêtông chịu kéo và đến năm 1886 đã kiến nghị phương pháp tính toán cấu kiện BTCT.  Đầu thế kỷ XX: Bắt đầu xây dựng lý thuyết tính toán kết cấu BTCT theo ứng suất cho phép( Phương pháp cổ điển). Phương pháp này dựa trên cơ sở các công thức tính toán ứng suất của môn sức bền vật liệu. Page 2 Bài giảng môn học: Kết cấu bê tông cơ bản Nguyễn Tấn Phương pháp tính theo ứng suất cho phép đã được áp dụng, với điều kiện kiểm tra cường độ.    cp Trong đó  là ứng suất do nội lực gây ra tại một tiết diện, và cp là ứng suất cho phép lấy bằng một phần nào đó của cường độ bêtông và cốt thép, và quá thiên về an toàn  Năm 1939: Giáo sư Loleit người Nga cùng với nhiều người khác đã nghiên cứu tính không đồng nhất và đẳng hướng, tính biến dang đàn hồi dẻo của bêtong và kiến nghị phương pháp tính toán theo giai đoạn phá hoại. T Ttd trong đó: k T là nội lực mà tiết diện có thể chịu được tính theo cường độ vật liệu, và Ttd là nội lực mà tiết diện có thể chịu được tính theo cường độ của vật liệu, và k (>1) là hệ số an toàn. Tuy nhiên dùng một hệ số an toàn chung cho cả kết cấu có thể không hợp lý trong điều kiện tải trọng, vật liệu và yêu cầu sử dụng khác nhau của kết cấu, và phương pháp cũng không xét đến các việc tính toán theo biến dạng cũng như hình thành và mở rộng vết nứt.  Năm 1955: Bắt đầu tính toán theo phương pháp mới có tên gọi phương pháp tính theo trạng thái giới hạn. 1.5. Tổng quan về quá trình thiết kế kết cấu bê tông. a. Nội dung, sản phẩm của thiết kế.  Thiết kế kết cấu là việc làm bắt đầu từ các ý tưởng về nó, tiến hành phân tích, tính toán rồi thể hiện kết quả bằng ngôn ngữ và hình ảnh.  Sản phẩm của thiết kế kết cấu bêtông cốt thép thường là các hình vẽ trình bày hình dạng kích thước của kết cấu, chỉ định về vật liệu và những cấu tạo chi tiết của các bộ phận. b. Các bước thiết kế. Quá trình thiết kế kết cấu BTCT gồm hai việc chính: Tính toán và cấu tạo. 1. Mô tả giới thiệu về kết cấu. Trình bày về vị trí, nhiệm vụ, đặc điểm nếu có của kết cấu. Trình bày về việc lựa chọn phương án kết cấu, hình dạng và các kích thước cơ bản của kết cấu. Page 3 Bài giảng môn học: Kết cấu bê tông cơ bản Nguyễn Tấn 2. Chọn kích thước sơ bộ các bộ phận ( chiều dày của bản, dầm, cột, vách cứng,…) và vật liệu 3. Lập sơ đồ tính toán. Xác định các gối tựa, các liên kết, nhịp tính toán của bản và dầm, chiều dài tính toán của cột. Liên kết lý thuyết dùng trong tính toán có các loại như gối kê tự do, gối khớp, liên kết cứng, liên kết ngàm… Việc chuyển từ liên kết thực tế thành các liên kết để tính toán đòi hỏi sự phân tích về khả năng ngăn cản chuyển vị thẳng và chuyển vị xoay của liên kết chứ không thể chỉ dựa vào hình thức bên ngoài của chúng. 4. Xác định loại tải trọng tác dụng lên kết cấu. Với mỗi loại tải trọng cần xác định giá trị phương chiều tác dụng và các trường hợp bất lợi có thể xảy ra. 5. Tính toán, vẽ biểu đồ nội lực, tổ hợp nội lực. Cần tính toán và vẽ biểu đồ nội lực cho từng trường hợp tải trọng sau đó sẽ lựa chọn các giá trị từ các biểu đồ, tổ hợp lại để chọn ra những giá trị bất lợi để tính toán tiếp. 6. Tính toán về bêtông cốt thép Với nội lực đã có cần tiến hành tính toán về bêtong cốt thép nhằm xác định hoặc kiểm tra kích thước tiết diện và các loại cốt thép, đảm bảo cho kết cấu chịu lực được an toàn. 7. Thiết kế chi tiết và thể hiện. Tiến hành chọn và bố trí cốt thép theo các yêu cầu về chịu lực và cấu tạo, thiết kế chi tiết các bộ phận, các thanh cốt thép, thể hiện lên bản vẽ các kết quả của thiết kế để dùng cho việc nhận biết chính xác kết cấu và để thi công. Page 4