Đang tải... (xem toàn văn)
Giao Trinh BÊ TÔNG CỐT THÉP NÂNG CAO - chương 2
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: Prof. Andrew Whittaker Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Chương 2: VẬT LIỆU BÊ TÔNG CỐT THÉP Chương 2: VẬT LIỆU BÊ TÔG CỐT THÉP 2.1 CỐT THÉP THEO TIÊU CHUẨ MỸ 2.1.1 Kích thước và mác thép Thép tròn theo tiêu chuNn M có kích thưc qui ưc theo ơn v inch và mm như sau: Thanh #18 (φ57) thưng dùng trong công trình cu, ít s dng trong công trình dân dng. Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 2: VT LIU BÊ TÔN G CT THÉP Thép tròn có tit din tròn có gai giúp tăng cưng liên kt neo thép trong bê tông. Gm có 4 loi mác thép (grade): o Grade 40 (f y = 40 ksi = 2800 kG/cm 2 ): s #3 n s #6 o Grade 50-60 (f y = 3500-4200 kG/cm 2 ): s #3 n s #18 o Grade 75 (f y = 5250 kG/cm 2 ): s #6 n s #18 Loi thép mác Grade 60 (xấp xĩ thép CIII của V) là loi thép ph bin nht. Mác thép tương ng vi gii hn chy danh nghĩa (nominal yield strength - f y ). Kích thưc và mác thép ưc óng du trên thanh thép tin nhn dng, như xem hình v dưi ây (sách tham kho ca MacGregor [1]): Thép ưc sn xut tương ng vi các tiêu chuNn k thut ASTM (M). Thép sn xut theo ASTM A616 và A617 dùng cho công trình ưng ray và trc tàu ho, thuc loi thép chuyên dng. Hai loi s dng rng rãi nht tuân theo ASTM A615 và ASTM A706 s ưc mô t chi tit dưi ây. 2.1.2 Tiêu chun ASTM A615: (Standard Specification for Deformed and Plain Billet Steel Bars for Concrete Reinforcement) S dng ph bin nht dng thanh thép có mác Grade 40-60 Có th ng dng trong các công trình chu ti c bit ng t Gii hn bn xp xĩ bng 1,5 ln gii hn chy: f u ≈ 1,5 f y 2.1.3 Tiêu chun ASTM A706: (Sandard Specification for Low-Alloy-Steel Deformed Bars for Concrete Reinforcement) Ch có mt loi mác thép Grade 60 Loi này ng dng trong các công trình hàn, un thép và yêu cu tính do dai ca thép Chiu dài khi kéo t ln hơn thép theo ASTM A615 Gii hn chy f y < 78 ksi = 5450 kG/cm 2 và gii hn bn f u ≥ 1,25 f y Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 2: VT LIU BÊ TÔN G CT THÉP Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 2: VT LIU BÊ TÔN G CT THÉP 2.1.4 Quan hệ ứng suất-biến dạng ưng biu din quan h ng sut-bin dng cho các loi mác thép khác nhau ưc MacGregor trình bày theo hình v dưi ây, trong ó: Mác thép Grade 60 ít do hơn mác thép Grade 40 Mác thép Grade 40 có thm chy do dài hơn mác Grade 60; i vi thép cưng cao, ví d mác thép Grade 75, thm chy do là ngn hoc không tn ti Mô un àn hi ly bng E = 29E3 ksi = 2 x 10 6 kG/cm 2 cho mi loi thép Hin tưng mi tn s cao ( high-cycle fatigue) là mt bài toán thit k ca vt liu thép trong mt s công trình như bn mt cu giao thông: Hai biên ng sut, f max < f y và f min < f y , áp t trong thí nghim mi ca thép phi có ít nht mt giá tr là ng sut kéo: f max > 0 Tham kho thêm t Corley, J. Struct., ASCE, June 1978 và MacGregor [1] Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 2: VT LIU BÊ TÔN G CT THÉP 2.2 BÊ TÔG THEO TIÊU CHUẨ MỸ Bê tông là hn hp ca ximăng, nưc, ct liu á, cát và các ph gia. Có 3 loi bê tông: Bê tông thưng (ormalweight concrete - N WC) o Trng lưng riêng xp xĩ 150 lb/ft 3 = 2400 kg/m 3 o Ct liu ln có cưng cao (ví d á thch anh) o Bê tông b phá hoi do nt mch va xi măng mà hu như không xy ra hin tưng phá hy qua ct liu ln o ây là loi bê tông s dng ph bin Bê tông nh (Lightweight concrete - LWC) o Trng lưng riêng xp xĩ 90-120 lb/ft 3 = 1400-1900 kg/m 3 o Ct liu ln có trng lưng nh như á bt (pumice) hay á nhân to sn xut t á phin sét (shale) hay á phin (slate) bng cách gia công nhit o Thưng dùng trong h thng sàn gim ti trng truyn xung áy móng, o c tính cơ hc khác vi N WC; tham kho chi tit ACI 318 hay MacGregor [1] o Mô un àn hi thp hơn N WC Bê tông nng (Heavyweight concrete - HWC) o Trng lưng riêng xp xĩ 200-300 lb/ft 3 = 3200-4800 kg/m 3 o Thưng dùng cho công trình chn phóng x hoc cha cht phóng x o Ct liu ln thông dng ưc thay th hoc trn b sung các viên st, thép CÔG THỨC QUI ĐỔI CƯỜG ĐỘ BÊ TÔG (mác bê tông Vit nam R = R 150 ly theo mu nén tiêu chuNn 150 x 150 x 150 mm) Chng loi mu nén Kích thưc mu (mm) H s tính i α = R 150 / R mu Ghi chú 100 x 100 x 100 0.91 150 x 150 x 150 1.00 TCV 3118-93 200 x 200 x 200 1.05 Lp phương 300 x 300 x 300 1.10 D = 100 , H = 200 1.16 D = 150 , H = 300 1.20 ACI 318-05 ⇒ ⇒⇒ ⇒ f’ c = R 150 / 1.2 Hình tr D = 200 , H = 400 1.24 w = 150 h = 150 P 2 w P f c = 2 4 D P f c π = D = 150 H = 300 P w = 150 h = 150 P 2 w P f c = w = 150 h = 150 P w = 150 h = 150 P 2 w P f c = 2 4 D P f c π = D = 150 H = 300 P 2 4 D P f c π = D = 150 H = 300 P D = 150 H = 300 P Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 2: VT LIU BÊ TÔN G CT THÉP ưng cong ng sut-bin dng in hình cho mu bê tông hình tr chu nén ưc trình bày dui ây. Chú ý xu hưng gia tăng cng, gia tăng cưng nén, và xu hưng suy gim kh năng bin dng ca bê tông. Bê tông thưng ưc mô t bng cưng nén danh nghĩa (nominal compressive strength, f’ c ) Cưng nén mt phương thit lp t thí nghim nén mu hình tr tiêu chuNn sau 28 ngày dưng h: thưng dùng kim tra cưng bê tông trong kim soát cht lưng sn phNm hay giám nh Cưng bê tông b nh hưng bi t l N /X, loi xi măng, thành phn ct liu, ph gia, iu kin dưng h, tc gia ti (v ↑ ⇒ f’ c ↑ ), tui thí nghim N hà cung cp hay nhà sn xut c gng phát trin các thit k cp phi bê tông cưng nén trung bình mc tiêu (target mean compressive strength) cao hơn, và ôi khi cao hơn áng k so vi giá tr lý thuyt tránh các giá tr cưng thp và kh năng bê tông b loi b (sau khi bê tông ti công trình). Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 2: VT LIU BÊ TÔN G CT THÉP Cơ ch phá hy ca bê tông N WC t do (unconfined) nói chung gây ra do hin tưng nt ti mt tip giáp gia va xi măng và ct liu ln, và sau cùng do hin tưng nt trong mch va gia các ct liu o dưi tác ng ca ti theo chu kỳ, quá trình phá hy phát trin làm cho cưng bê tông ngày càng suy gim tương ng vi s gia tăng s chu kỳ lp ti o dưi tác ng ca ti duy trì (sustained loading), hin tưng t bin gây ra s phân phi li ng sut ni và s phá hoi xy ra t t; dưi tác ng ca ti nén duy trì, cưng bê tông ch xp xĩ 0,75 → 0,85 f’ c ; xem hình v bên dưi ca MacGregor: Mô un àn hi ca bê tông ph thuc vào loi ct liu ln ưc dùng. Ví d, mô un àn hi ca bê tông thưng (N WC) bng 1,5 → 5 ln mô un àn hi ca va. Vi bê tông thưng có trng lưng riêng 145 lb/ft 3 = 2300 kg/m 3 , công thc ACI cho bit: E c = 57000 (f’ c ) 1/2 (ơn v psi) (2-1a) E c = 4700 (f’ c ) 1/2 (ơn v MPa) (2-1b) Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 2: VT LIU BÊ TÔN G CT THÉP Bây gi hãy xem xét các mt khác trong ng x cơ hc ca bê tông: áp ng khi gia ti 2 phương, áp ng khi gia ti 3 phương, bao gm nén thy tĩnh. Xét ng x ca mu bê tông lp phương trong thí nghim gia ti 2 phương ưc trình bày dưi ây. Các mũi tên ch th kiu gia ti nén. Cưng nén trong hình v ưc qui chuNn (normalized) theo cưng nén mt phương, f u Vi trưng hp kéo 2 phương , cưng gn bng cưng kéo mt phương. Vi trưng hp nén 2 phương , các ng sut f 1 và f 2 có th vưt quá 120 % cưng nén mt phương Vi trưng hp nén-kéo 2 phương , bê tông b phá hy ti các ng sut thp hơn giá tr cưng khi ch nén hay kéo mt phương. Cưng và tính do (ductility) ca bê tông dưi ti trng nén 3 phương vưt quá cưng nén mt phương f’ c = 3,66 ksi, như trong hình v dưi ây. Hình này trình bày các ưng cong ng sut-bin dng ca mu bê tông hình tr chu các áp lc nén ngang σ 3 không i ( confining) trong lúc ó ng sut dc trc σ 1 tăng dn n khi b phá hoi. Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 2: VT LIU BÊ TÔN G CT THÉP Các s liu thí nghim vào năm 1928 ca i hc Illinois ti Urbana, ưc s dng thit lp quan h sau ây gia ng sut phá hoi dc trc (σ 1 ), cưng nén mt phương (f’ c ), và ng sut nén ngang (σ 3 ): σ 1 = f’ c + 4,1 σ 3 (2-2) Kh năng bin dng là vn rt quan trng trong k thut chng ng t và chng năng lưng n. Trong công trình nhà BTCT ưc thit k chng các tác ng này, các thành phn kt cu như ct, dm, và nút dm-ct ưc thit k chi tit vi các ct ai thép ging kín (ties, spirals). Khi mt thành phn kt cu bê tông chu ti trng nén ln, toàn b hay mt phn b rng ca kt cu bê tông b gia tăng do nh hưng Poisson và làm xut hin các vt nt li ti (microcracking), trong các ct ai thép ging hình thành các ng sut kéo, và do ó to nên mt ng sut nén bù trong vùng bê tông b ép ngang. Trng thái ng sut nén ba phương hình thành trong vùng bê tông b ép ngang gây ra do ct ai thép ging làm tăng cưng và tính do ca kt cu BTCT. Các mô hình cho bê tông b ép ngang như trên s ưc trình bày chi tit trong Chương 3 tip theo ca giáo trình này. Hu qu khi chu bin dng ln không àn hi ca các thành phn kt cu BTCT không ép ngang (unconfined) xy ra như th nào? Xem các hình chp dưi ây thuc toà nhà Imperial County Services N am California b phá hoi nghiêm trng do ng t năm 1979. Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 2: VT LIU BÊ TÔN G CT THÉP PHỤ LỤC 1 (dùng trong SAP, ETABS, SAFE) a)- ưng cong (σ−ε) ca bê tông thông thưng: b)- ưng cong (σ−ε) ca ct thép thông thưng: