Bài giảng Kết cấu bê tông cốt thép - Đào Sỹ Đán - Chương 2: Vật liệu dùng trong kết cấu BTCT

ợc sd cốt thép thanhy u . ư có giới hạn chảy < 420 Mpa khi có sự 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: 42sydandao@utc.edu.vn 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: 43sydandao@utc.edu.vn 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 ha mđ đh Es 2 105 Mpa (A5 4 3 2)y = . . . . ; fs = Es.s với s <= y = fy/Es (bdạng 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 lớ hất à bd t ứus n n v ương ng fs = f(s) với h < s <= b 44sydandao@utc.edu.vn 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: S i (th ờ 3 5 ) ợ ư ng – mm ;  Tao (thường gồm 7 sợi xoắn lại với nhau, T13 & T15); ồ ề ề ắ Cáp g m nhi u sợi hoặc nhi u tao đặt // hoặc xo n lại với nhau;  Thanh thép CĐC. ầ Theo AASHTO, trong các ct c u 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. 45sydandao@utc.edu.vn 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 ốt thé CĐCc p . Phân loại thép CĐC theo cường độ (A5.4.4.1) Vật liệu Loại hoặc cấp thép Đường kính (mm) Cường độ chịu kéo min, fpu (MPa) Cường độ chảy min, fpy (MPa) Tao cáp Cấp 1725 (Grade 250) 6,35 15,24 1725 85%fpu, ngoại trừ 90%f đối với tao thép pu tự chùng thấp Cấp 1860 (Grade 270) 9,35  15,29 1860 Thép thanh Loại 1, tròn trơn 19 35 1035 85%fpu Loại 2, có gờ 15  36 1035 80%fpu 46sydandao@utc.edu.vn 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) ốS hiệu Đường kính (mm) Diện tích (mm2) TLĐV (kg/m) 6 6,4 23,2 182 8 7 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 ấC p 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 47sydandao@utc.edu.vn 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 48sydandao@utc.edu.vn 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 197000 ®èi víi 0 008    , 0,4 1710 < 0,98 ®èi víi 0,008 0 006 ps ps ps pu ps f f         Grade 250 Mô đun đàn ồ ,ps  197000 ®èi víi 0 008    h i , 0,517 1848 < 0,98 ®èi víi 0,008 0 0065 ps ps ps pu ps f f         Grade 270 ,ps  207000 ®èi víi 0,004ps ps     Th h 0,192 1020 < 0,98 ®èi víi 0,004 0,003 ps pu ps ps f f        an thép cđc 49sydandao@utc.edu.vn 2.3. BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.3.1. Lực dính bám giữa bê tông và cốt thép (1/4) ) Khái iệa n m 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);  Tiến hành thí nghiệm: kéo (có thể nén) C tụt thanh thép khỏi khối bê tông; 50sydandao@utc.edu.vn 2.3. BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.3.1. Lực dính bám giữa bê tông và cốt thép (2/4)  L dí h bá t bì h iữ bt à t ẽ làực n m rung n g a v c s : P   Để thanh thép bị kéo tụt ra khỏi bê tông thì chiều dài chôn l phải hạn l chế trong một phạm vi nào đó. Nếu l quá lớn thì thanh thép có thể bị ké hả h ặ đứt à khô bị ké t t khỏi bto c y o c m ng o ụ ra  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:   = .max max = /  = P/(l)1 1C l     = hệ số hiệu chỉnh biểu đồ lực dính < 1,0. 4 3  51sydandao@utc.edu.vn 2.3. BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.3.1. Lực dính bám giữa bê tông và cốt thép (3/4) ) Cá hâ tố t ê l dí h bác c n n ạo n n ực n m 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; L t tá h ới ốt thé ó ờ hầ bt ằ iữ á ờ ực ương c cơ ọc: v c p c g , p n n m g a c c g chống lại sự trượt của thanh ct;  Lực dán hóa học: keo xm có tác dụng như một thứ hồ dán ct vào bt. Nhậ ét Với t t ò t thì l là hủ ế Với t ớ ờ thì ln x : c r n rơn ực ms c y u. c c g ực tương tác cơ học là quan trọng. Lực dán hóa học chỉ chiếm một phần nhỏ trong lực dính bám. 52sydandao@utc.edu.vn 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 ;  Cường độ và thành phần của bê tông;  Bề dày lớp bê tông bảo vệ;  Đường kính cốt thép;  Vị trí cốt thép khi đổ bê tông. 53sydandao@utc.edu.vn 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 hiề dài hô t ở ê đủ lớ th h thé ẽ bị hả dẻ h ặ bị đứtc u c n r n n n, an p s c y o o c mà không bị kéo tuột khỏi bt (HV). Chiều dài chôn tối thiểu, cần thiết để ả ẻ ề ể ềthanh thép bị ch y d o gọi là chi u dài phát tri n lực, ld. Chi u dài phát triển lực, ld, được sử dụng như là một giá trị chỉ thị cho đặc trưng dính ốbám của các thanh c t thép. Định nghĩa về chiều dài phát triển lực 54sydandao@utc.edu.vn 2.3. BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.3.3. Các dạng phá hoại và hư hỏng của bê tông cốt thép (1/3) ) Phá h i d hị la oạ o c u ực  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 kiện chịu nén: sự phá hoại bắt đầu khi ứng suất nén trong 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 ắ ầthép chịu kéo vừa phải, sự phá hoại sẽ b t đ u 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. 55sydandao@utc.edu.vn 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 h i d biế d ỡ bứoạ o n ạng cư ng c 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. 56sydandao@utc.edu.vn 2.3. BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.3.3. Các dạng phá hoại và hư hỏng của bê tông cốt thép (3/3)  Tá độ hó h bt ó thể bị ă ò d á hó hất h ít bc ng a ọc: c n m n o c c a c , n ư ax , a dơ, muối, có trong môi trường. Các chất này phản ứng với bt tạo ra các ấ ố ểch t hòa tan hoặc làm giảm cđộ bt. C t thép trong bt cũng có th 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 gây hư hỏng bt do tác dụng 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 57sydandao@utc.edu.vn .