Kết cấu công trình cầu đường - Trường Cao đẳng Xây dựng TP. Hồ Chí Minh Phần 1

TRƯỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG TP.HỒ CHÍ MINH KHOA XÂY DỰNG‌‌‌‌‌‌‌

GIÁO TRÌNH‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌

KẾT CẤU CÔNG TRÌNH CẦU ĐƯỜNG‌‌‌‌

Tp.Hồ Chí Minh-2018‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌

MỤC LỤC

Phần 1: KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

CHƯƠNG 1 :KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 7

1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 8

1.1.1. Bê tông cốt thép thường (BTCT) 8

1.1.2. Bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCTƯST) 10

1.1.3. Ưu và nhược điểm của kết cấu BTCT DƯL so với BTCT thường 11

1.2. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO CỦA KẾT CẤU BTCT.12 1.2.1. Đặc điểm chung về cấu tạo. 12

1.2.2. Đặc điểm chế tạo 16

CHƯƠNG 2 : TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU 20

2.1. Bê Tông 20

2.1.1. Phân loại bê tông 20

2.1.2. Các tính chất tức thời (ngắn hạn) của bê tông cứng 22

2.1.3. Các tính chất dài hạn của bê tông cứng 25

2.1.4. Hệ số giãn nở nhiệt và hệ số Poát xông (Poisson) 29

2.2. Cốt Thép 30

2.2.1. Cốt thép không dự ứng lực (cốt thép thường) 30

2.2.2. Các Cốt thép dự ứng lực (cốt thép CĐC) 32

CHƯƠNG 3 :NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO TIÊU CHUẨN 36

22TCN272-05 36

3.1. Giới thiệu chung về Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 – 05 36

3.1.1. Vài nét về Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 18 – 1979 36

3.1.2. Cơ sở của nội dung Tiêu chuẩn mới 22 TCN 272-05 36

3.2. Quan điểm chung về thiết kế 37

3.3. Thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng LRFD 37

3.4. Nguyên tắc cơ bản của tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 38

3.4.1. Quan điểm thiết kế 38

3.4.2. Các trạng thái giới hạn theo 22 TCN 272-05 40

3.5. Tải trọng và tổ hợp tải trọng 43

3.5.1. Phân loại các tải trọng 43

3.5.2. Các tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng tương ứng 44

3.5.3. Hoạt tải xe thiết kế 45

CHƯƠNG 4 48

TÍNH TOÁN KẾT CẤU BTCT THEO TRẠNG THÁI 48

GIỚI HẠN SỬ DỤNG VÀ TRẠNG THÁI GIỚI HẠN MỎI 48

4.1. TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG 48

4.1.1. Kiểm soát nứt của dầm BTCT thường chịu uốn 48

4.1.2. Khống chế biến dạng 49

4.1.3. Phân tích ứng suất trong BT, CT của dầm BTCT thường chịu uốn ở TTGHSD51 4.1.4. Các giới hạn ứng suất đối với bê tông 58

4.1.5. Các giới hạn ứng suất đối với cốt thép dự ứng lực 62

4.2. TRẠNG THÁI GIỚI HẠN MỎI 63

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN CẤU KIỆN BTCT CHỊU UỐN Ở TTGH CƯỜNG ĐỘ65 5.1. Quy định về cấu tạo 65

5.1.1. Cấu tạo của bản, dầm 65

5.1.2. Chiều cao tối thiểu 67

5.2. Đặc điểm chịu lực của dầm và các giả thiết cơ bản cho trạng thái giới hạn cường độ

5.2.1. Đặc điểm chịu lực của dầm 68

5.2.2. Các giả thiết cơ bản 69

5.2.3. Các giai đoạn của trạng thái us-bd trên tiết diện thẳng góc của dầm BTCT thường chịu uốn thuần túy 70

5.3. Các giới hạn về cốt thép 72

5.3.1. Tính dẻo và lượng cốt thép chịu kéo tối đa 72

5.3.2. Cốt thép chịu kéo tối thiểu 73

5.4. Tính toán tiết diện chữ nhật, BTCT thường chịu uốn thuần túy 74

5.4.1. Tiết diện chữ nhật đặt cốt thép đơn 74

5.4.2. Mặt cắt chữ nhật đặt cốt thép kép 79

5.5. Tính toán tiết diện chữ T, BTCT thường chịu uốn thuần túy 84

5.5.1. Trường hợp trục trung hòa đi qua sườn dầm (c > hf) 85

5.5.2. Trường hợp trục trung hòa đi qua cánh dầm (c ≤ hf) 86

5.6. Tính toán mặt cắt BTCT DUL chịu uốn thuần túy 90

5.6.1. Trường hợp cốt thép DƯL có dính bám 90

CHƯƠNG 6 :CẤU KIỆN CHỊU NÉN 94

6.1. Khái niệm 94

6.2. Đặc điểm cấu tạo 94

6.2.1. Mặt cắt ngang 94

6.2.2. Vật liệu 94

6.3. Phân loại cột theo khả năng chịu lực 97

6.4. Các giả thiết tính toán 98

6.5. Khả năng chịu lực của cột ngắn 98

6.5.1. Cột ngắn chịu nén đúng tâm 98

6.5.2. Cột ngắn chịu nén lệch tâm, tiết diện chữ nhật 99

6.6. Khả năng chịu lực của cột dài( cột mảnh) 101

PHỤ LỤC 104

Tài liệu tham khảo 107

CHƯƠNG 7 :ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 107

7.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT) 107

7.1.1. Ưu, khuyết điểm và phạm vi sử dụng của KCT 107

7.2. Nguyên lý thiết kế theo 22TCN 272-05: giống phần KCBTCT 109

7.3. Vật liệu thép trong xây dựng 109

7.3.1. Thành phần hóa học của thép 109

7.3.2. Các sản phẩm thương mại 110

7.3.3. Ứng suất dư 110

7.3.4. Gia công nhiệt 111

7.3.5. Phân loại thép kết cấu 112

CHƯƠNG 8 : LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP 117

8.1. LIÊN KẾT BULÔNG 118

8.1.1. Cấu tạo liên kết bulông 118

8.1.2. Tính toán liên kết bu lông chịu cắt. 122

8.1.3. Tính toán liên kết bu lông cường độ cao chịu ma sát. 131

8.1.4. Tính toán liên kết bu lông cường độ cao chịu kéo. 133

8.2. LIÊN KẾT HÀN. 134

8.2.1. Vật liệu hàn 135

8.2.2. Các loại mối hàn 136

8.2.3. Cấu tạo liên kết hàn 138

8.2.4. Sức kháng cắt tính toán liên kết hàn 142

CHƯƠNG 9 :CẤU KIỆN CHỊU KÉO 145

9.1. CÁC DẠNG LIÊN KẾT 145

9.2. SỨC KHÁNG KÉO 146

9.2.1. Hệ số chiết giảm U 148

9.2.2. Diện tích thực 149

9.2.3. Giới hạn độ mảnh 150

9.2.4. Sức kháng cắt khối 151

CHƯƠNG 10 :CẤU KIỆN CHỊU NÉN 152

10.1. KHÁI NIỆM ỔN ĐỊNH CỦA KẾT CẤU CHỊU NÉN 152

10.1.1.Chiều dài hữu hiệu của cột 154

10.1.2.Ứng suất dư 155

10.1.3.Độ cong ban đầu 156

10.2. KHÁI NIỆM MẤT ỔN ĐỊNH QUÁ ĐÀN HỒI 157

10.3. SỨC KHÁNG NÉN 158

10.3.1.Sức kháng nén danh định 160

10.3.2.Tỷ số bề rộng/bề dày giới hạn 161

10.3.3.Tỷ số độ mảnh giới hạn 161

PHẦN 1: KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

CHƯƠNG 1 :KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

Kết cấu bê tông cốt thép đóng vai trò quan trọng và sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành xây dựng hiện nay: dân dụng công nghiệp, cầu đường, thủy lợi… và là loại vật liệu khá thông dụng và phổ biến. Sản phẩm của nó là sự kết hợp giữa bê tông và cốt thép tạo ra các cấu kiện làm các kết cấu chịu lực cho các công trình. Vì thế, cần nghiên cứu tính toán hợp lý về mặt chọn vật liệu, hợp lý về hình dạng tiết diện và kích thước tiết diện, hợp lý về việc bố trí cốt thép …để đáp ứng sự chịu lực cục bộ của các bộ phận kết cấu, của tải trọng, đẹp về mỹ quan, thi công được và đặc biệt phù hợp chi phí kinh tế.

Hình 1.1: Công trình cầu sử dụng vật liệu bê tông cốt thép

Hình 1.2: Chế tạo dầm bê tông cốt thép.

1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP.

1.1.1. Bê tông cốt thép thường (BTCT).

- Khái niệm: Bê tông cốt thép là một loại vật liệu xây dựng hỗn hợp do hai vật liệu thành phần có đặc trưng cơ học khác nhau là bê tông và thép cùng phối hợp chịu lực với nhau một cách hợp lý và kinh tế.

+ Bê tông là một loại đá nhân tạo, thành phần bao gồm cốt liệu ( đá dăm, sỏi, cát) và chất kết dính ( xi măng) , nước và phụ gia (nếu có). Bê tông có đặc điểm là khả năng chịu nén tốt hơn khả năng chịu kéo rất nhiều (10  20 lần).

+ Thép là vật liệu có khả năng chịu kéo và chịu nén đều tốt tương đương nhau.

- Như vậy, việc sử dụng riêng bê tông để làm các cấu kiện chịu lực có phát sinh ứng suất kéo (cấu kiện chịu kéo, uốn, kéo nén lệch tâm,...) sẽ là không hợp lý.

- Để thấy được sự cộng tác chịu lực giữa bê tông và cốt thép ta xem xét hai thí nghiệm sau:

N1:

Vùng chịu nén

TTH

Vùng chịu kéo