Bài giảng môn Kết cấu bê tông cốt thép - Chương 1: Khái niệm chung về kết cấu bê tông cốt thép - Đào Sỹ Đán

Trường Đại học Giao thông Vận tải
Kh Cô t ì h Bô ô Kết Cấoa ng r n – ̣ m n u
BÀI GIẢNG MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 
THEO 22 TCN 272-05 
GIẢNG VIÊN: TS. ĐÀO SỸ ĐÁN
HÀ NỘI, 2016
Trường Đại học Giao thông Vận tải
Kh Cô t ì h Bô ô Kết Cấoa ng r n – ̣ m n u
Giới thiệu môn học
1. Giảng viên: 
Đào Sỹ Đán Phòng 408-A6 Bộ môn Kết cấu Khoa Công trình Đại , , , , 
học GTVT. E-mail: sydandao@utc.edu.vn
2 Môn học. 
 Kết cấu BTCT (theo 22 TCN 272-05) – Reinforced Concrete 
Structures.
 Thời lượng: 3 tín chỉ + BTL môn học.
Hì h thứ thi thi iết 90 hút BTL thi ấ đá n c : v p ; v n p.
3. Tài liệu tham khảo
Bài iả ô h kế ấ BTCT h 22 TCN 272 05 à á ài g ng m n ọc t c u t eo - - v c c t 
liệu liên quan – bmketcau.net/ Tài liệu tham khảo (bắt buộc).
ẩ ế ế ầ
2
 Tiêu chu n thi t k c u 22 TCN 272-05 (tham khảo).
Trường Đại học Giao thông Vận tải
Kh Cô t ì h Bô ô Kết Cấoa ng r n – ̣ m n u
Nội dung
Chương 1. Khái niệm chung về kết cấu BTCT
Chương 2. Vật liệu dùng trong kết cấu BTCT
Chương 3. Nguyên lý tính toán kết cấu BTCT
Chương 4 Tính toán thiết kế cấu kiện chịu uốn. 
Chương 5. Tính toán thiết kế cấu kiện chịu cắt
Chapter 6. Tính toán thiết kế cấu kiện chịu nén
Chapter 7. Tính toán thiết kế kết cấu BTCT theo TTGH sử dụng
ế ấ
3
Chương 8. K t c u BTCT dự ứng lực
CHƯƠNG 1.
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KẾT CẤU 
BTCT
1 Đặc điểm chung của kết cấu BTCT. 
2.Sơ lược về lịch sử phát triển kết cấu BTCT
3.Đặc điểm chung về cấu tạo và chế tạo của 
kết cấu BTCT 
Trường Đại học Giao thông Vận tải
University of Transport and Communications
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (1/7)
BTCT? là vật liệu xd hỗn hợp giữa bê tông và thép một cách hợp lý- . 
Hợp lý?
Bê tô ?- ng 
 Là một loại đá nhân tạo từ các vật liệu thành phần, bao gồm cốt liệu 
lớ hỏ hất kết dí h ớ à h i ( ế ó)n, n , c n , nư c v p ụ g a n u c .
 Đặc điểm: nén >> kéo (10 - 20 lần).
- Thép? 
 Là hợp kim có thành chính là sắt (Fe) và các nguyên tố hóa học 
khác.
 Đặc điểm: nén  kéo >> nén của BT (10 – 20 lần).
- Như vậy, nếu chỉ sử dụng BT cho các ck có us kéo  k hợp lý  
phải sử dụng ct đặt trong BT (cốt thép). Đặt thế nào?  xem 2 TN sau:
5sydandao@utc.edu.vn
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (2/7)
TN1 (với dầm BT):- 
PP
TTH
fcc
Vïng chÞu nÐn
f
Vïng chÞu kÐo
ctVÕt nøt th¼ng gãc duy nhÊt
Thí nghiệm uốn dầm BT không cốt thép
Dưới td của P  fcc & fct (fcc = fct). Khi P tăng, thì fcc & fct tăng. Khi P 
tăng đến một trị số gh nào đó là Pgh1 thì fcc << fccu nhưng fct = fctu , 
 dầm xuất hiện vết nứt duy nhất và phá hoại ngay lập tức (đột ngột, 
giòn) Không hợp lý! ?
6sydandao@utc.edu.vn
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (3/7)
TN2 (với dầm BTCT):- 
ccf
PP
TTH Vïng chÞu nÐn
fs
AsAs Vïng chÞu kÐo
VÕt nøt th¼ng gãc
Thí nghiệm uốn dầm BTCT
Đặt thêm cốt thép dọc vào vùng BT chịu kéo (As)  dầm không ph đột 
ngột và gh chịu lực tăng nhiều? Thật vậy, khi P tăng dần  dầm bị nứt. 
Nếu tiếp tục tăng P, thì fcc & fs tăng, đồng thời xuất hiện thêm các vết 
nứt khác. Khi P tăng tới một gh nào đó, Pgh2 dầm ph theo 3 t/h sau:
7sydandao@utc.edu.vn
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (4/7)
 TH1 f f & f << f f A là á hiề Khô h lý!: cc = ccu s su = y  s qu n u  ng ợp 
 TH2: fcc << fccu & fs = fy  As là quá ít  Không hợp lý!
 TH3: fcc = fccu & fs = fy  As là vừa đủ  Hợp lý!?
Chú ý: 
As càng đặt xa trục trung hòa càng tốt;
Nếu chỉ đặt cốt thép trong vùng chịu kéo  td đặt ct đơn. Để tăng 
khả năng chịu lực của tiết diện, đặt thêm trong vùng chịu nén  kép.
Tại sao sử dụng cốt thép? 
Lực dính bám lớn;
Khô ó hả ứ hó hng c p n ng a ọc;
Hệ số gn nhiệt xấp xỉ nhau: c = (1,0 – 1,5).10-5/oC; s = 1,2.10-5/oC.
8sydandao@utc.edu.vn
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (5/7)
Ư điểu m:
 Có khả năng sử dụng vật liệu và nhân công địa phương;
 Khả năng chịu lực lớn và dẻo hơn so với BT, vữa, đá xây;
 Bền vững, bảo dưỡng ít tốn kém;
 Chịu lửa tốt;
 Dễ tạo hình .
Nhược điểm:
ấ ế ố ấ ấ Xu t hiện v t nứt sớm hay khả năng ch ng th m th p;
 Thi công tương đối phức tạp, khó thi công lắp ghép;
 Cách âm và nhiệt kém;
 Trọng lượng lớn, khả năng chịu lực chưa cao.
9sydandao@utc.edu.vn
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (6/7)
PVSD:
 Rất rộng rãi trong xây dựng: dd, gt, tl, cn;
 Chủ yếu sử dụng cho các kết cấu nhịp nhỏ (< 10 - 20 m), chịu tải 
trọng tĩnh; 
Một số hình ảnh cho BTCT thường:
10sydandao@utc.edu.vn
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.1. Thực chất của BTCT thường (BTCT) (7/7)
11sydandao@utc.edu.vn
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.2. Thực chất của BTCT DƯL (UST) (1/5)
Nh ở t ê t thấ BTCT th ờ (khô DƯL) ó đ lớ là h ết- ư r n a y, ư ng ng c n n x v 
nứt sớm hay khả năng chống thấm thấp.
 TN cho thấy: khi fs = 20 – 30 Mpa  bắt đầu nứt, khi fs = 200 – 250 
MPa wn = 0 2 – 0 3 mm = [wn] của các tiêu chuẩn TK , , .
 Nếu sd cốt thép CĐC (fpy = 1000 – 1600 MPa)  lãng phí.
 Việc tăng CĐ bê tông, sử dụng cốt thép đk nhỏ có thể giảm wn, 
nhưng hiệu quả thấp.
- Để tăng khả năng chống nứt (thấm) và sử dụng hiệu quả ct CĐC để 
tă k hị l ủ dầ ? Sử d BTCT DƯL BTCT DƯL?ng n c u ực c a m  ụng . 
- KN kết cấu DƯL và BTCT DƯL:
12sydandao@utc.edu.vn
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.2. Thực chất của BTCT DƯL (UST) (2/5)
 Kết cấu DƯL nói chung: khi chế tạo, tạo ra TTUS ban đầu >< với 
TTUS do tải trọng khi sd gây ra hạn chế sự bất lợi do khả năng chịu 
lực kém của vật liệu  tăng kn chịu lực của dầm.
 Kết cấu BTCT DƯL: khi chế tạo, tạo ra TTUS nén trước cho những 
vùng mà sau này dưới td của tt khi sử dụng sẽ phát sinh us kéo. US 
nén trước này sẽ triệt tiêu một phần hoặc hoàn toàn us kéo do tt khi sd 
sinh ra không nứt và tăng kn chịu lực của dầm . 
- Để hiểu rõ hơn, ta xem VD sau:
13sydandao@utc.edu.vn
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.2. Thực chất của BTCT DƯL (UST) (3/5)
P P
tf fc fc fc
+ = or
Aps NN e
Do DUL Do P DULHT DULKHT
fc tf tf
Thí hiệ ố dầ BTCT DƯL
- Ta thấy, do có DƯL  us kéo đã bị triệt tiêu hoàn toàn (DƯL HT) 
 ng m u n m 
hoặc bị triệt tiêu một phần (DƯL KHT). TTUS ban đầu có thể được thay 
đổi bằng việc thay đổi lực nén trước (N) và vị trí của nó (e)  ta có thể 
tính toán thiết kế được kết cấu BTCT DƯL một cách hợp lý nhất  
không nứt và tăng kn chịu lực của dầm
14sydandao@utc.edu.vn
 .
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.2. Thực chất của BTCT DƯL (UST) (4/5)
Ư điểu m:
 Không nứt, tăng khả năng chống thấm;
 Cho phép sd hợp lý CT và BT CĐC  giảm kt và giá thành ck;
 Tăng độ cứng vượt nhịp lớn hơn (> 10 20 m); , – 
 Chịu tải trọng đổi dấu (mỏi) tốt hơn;
 Tăng kn áp dụng của kết cấu BTCT lắp ghép.
Nhược điểm: 
 Gây us kéo ở những thớ đối diện  gây nứt trong gđ thi công nếu tt 
không tốt.
 Công nghệ tc phức tạp, k tận dụng được vl và cn địa phương.
15sydandao@utc.edu.vn
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1.2. Thực chất của BTCT DƯL (UST) (5/5)
PVSD:
 Sử dụng cho các kết cấu vượt nhịp lớn, chịu tải trọng lớn và động 
(> 10 – 20 m), như các công trình cầu.
Một ố hì h ả h h kết ấ BTCT DƯL s n n c o c u :
16sydandao@utc.edu.vn
1 2 SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN KẾT CẤU BTCT. . 
ả ầXem tài liệu tham kh o khác (internet), c n chú ý:
ể1. Thời đi m ra đời
 BTCT: 1849 (Lambot Pháp); , 
 BTCT DƯL: 1928 (Freyssinet, Pháp).
2. Các phương pháp tính toán
 Tính toán theo USCP; 
 Tính toán theo LRFD.
3. Các công trình tiêu biểu ở VN và thế giới
17sydandao@utc.edu.vn
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (1/7)
N ài iệ tí h t á để k hị đ tải t thì ó hải đ thiết- go v c n o n c c u ược rọng, n p ược 
kế hợp lý về cấu tạo? Loại vl (BT và CT), hdạng, kt, cách bố trí ct, lkết, 
khả năng thi công, giải pháp bảo vệ, v.v.
- Loại vật liệu: cđ càng cao, kt ck càng nhỏ. Tuy nhiên cần chú ý đến 
nguồn vl sẵn có trên tt, của cđt, công nghệ tc và các tc hiện hành.
- Hình dạng: phụ thuộc vào loại tải trọng td Tuy nhiên cần đg dễ tc . , , .
- Kích thước: phụ thuộc vào độ lớn tải trọng td. Tuy nhiên, cần chú ý 
ế ẩ ễđ n tính th m mỹ, d thi công.
- Liên kết: như liên kết các thanh cốt thép để tạo thành khung hay lồng 
ct trước khi đổ bt là buộc hay hàn? Chuyển tiếp giữa các bộ phận kc là 
tròn hay vuông?  kỹ sư phải nắm được ưnđ của từng th để qđ.
18sydandao@utc.edu.vn
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (2/7)
- Khả năng thi công: hình dạng? kt? công nghệ? kỹ sư phải nắm được 
ưnđ của từng th cụ thể để qđịnh .
- Giải pháp bảo vệ: cần đơn giản dễ thoát nước, tm chiều dày lớp bt 
bảo vệ.
- Bố trí cốt thép: ct chịu lực (tt) và ct cấu tạo (kn). Ntắc bố trí?
 Với kết cấu BTCT thường: 
Gồm ct chịu kéo & nén do M V & N gây ra Ngoài ra còn có ct cấu tạo , . , , 
phục vụ tc, ct bê mặt chịu us do co ngót, tđổi n/độ. Ví dụ:
19sydandao@utc.edu.vn
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (3/7)
a) b)
2
w
L
2
L
w
Là cốt thép đặt dọc trục 
wL /8
M
wL /2
M
cấu kiện, theo bđ M và 
càng xa TTH càng tốt.
Cèt thÐ d hÞ kÐ d M Cèt thÐ d hÞ kÐ d M
w
c)
 p äc c u o o p äc c u o o 
M
20sydandao@utc.edu.vn Cốt thép chịu kéo do M
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (4/7)
Điển hình về bố trí cốt thép trong dầm giản đơn
21sydandao@utc.edu.vn
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (5/7)
cèt ®ai xo¾n cèt ®ai th−êng 
Bố trí cốt thép cho cột chịu nén đúng tâm
22sydandao@utc.edu.vn
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (6/7)
 Với kết ấ BTCT DƯL c u : 
Ngoài ct thường được bố trí theo ntắc trên, kết cấu BTCT DƯL còn có 
ct CĐC được căng trước trong vùng bt sẽ chịu kéo do td của tt khi sử 
dụng Nguyên tắc: 
 Cấu kiện chịu nén đt:  ct đai. Msố th, kéo cả ct dọc để chịu tải 
t khi thi ôrọng vc, c ng.
 Cấu kiện chịu kéo đúng tâm:  ct dọc.
 Cấu kiện chịu uốn, kéo nén lệch tâm  gồm cả ct dọc và đai. Nó có 
thể thẳng, cong hoặc gãy khúc. 
Ví dụ:
23sydandao@utc.edu.vn
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.1. Đặc điểm chung về cấu tạo (7/7)
a) b)
d)c)
Sơ đồ bố trí cốt thép CĐC cho dầm giản đơn
 Cong  phức tạp, nhưng có nhiều ưu điểm?
 Tại đầu neo hoặc chỗ chuyển hướng có lực tập trung lớn  lưới 
thép gc hoặc các bản đệm dưới neo.
 Ct DƯL có thể đặt bên trong (DƯL trong) or bên ngoài td (DƯL ngoài).
24sydandao@utc.edu.vn
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.2. Đặc điểm chung về chế tạo (thi công) (1/6)
) Phâ l i kết ấ BTCT th h há thi ô (3 l i)a n oạ c u eo p ương p p c ng oạ
ốToàn kh i
Lắp ghép
Bán lắp ghép
25sydandao@utc.edu.vn
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.2. Đặc điểm chung về chế tạo (thi công) (2/6)
b) Phâ l i kết ấ BTCT th TTUS khi hế t (2 l i) n oạ c u eo c ạo oạ
 BTCT th ờ khi hế t ốt thé ở t thái khô ứ ất ư ng: c ạo, c p rạng ng ng su . 
Trong BT và CT chỉ có ứng khi có tải trọng tác dụng hoặc do cn, tb, 
nđộ, cvị.
 BTCT DƯL (ƯST): khi chế tạo, cốt thép CĐC được căng trước để 
tạo us nén trước cho những vùng mà sau này sẽ chịu us kéo do td của 
tải trọng khi sd. Us nén trước này sẽ triệt tiêu một phần hoặc toàn bộ 
ké d tải t khi d â Nhờ ậ k tă k hị l à kus o o rọng s g y ra. v y, c ng n c u ực v n 
chống thấm.
26sydandao@utc.edu.vn
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.2. Đặc điểm chung về chế tạo (thi công) (3/6)
) Phâ l i kết ấ BTCT UST th h há t ƯST (2 l i)c n oạ c u eo p ương p p ạo oạ
B1)
Cèt thÐp C§C
BÖ kÐo
®Æc biÖt
B2)
Bª t«ng
Bª t«ng
B3)
Các bước thi công của phương pháp thi công kéo trước
27sydandao@utc.edu.vn
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.2. Đặc điểm chung về chế tạo (thi công) (4/6)
 Phương pháp thi công kéo trước (căng trên bệ) thường không dùng 
neo do lực dính bám tốt giữa BT và ct CĐC. Để tăng ldb, người ta 
thường dùng ct CĐC dưới dạng nhiều sợi hoặc nhiều tao.
 PP này thường dùng cho các ck nhỏ và vừa, có khi CT CĐC đặt 
theo đường thẳng hoặc gãy khúc. Nó đặc biệt hiệu quả cho các ck 
ố ếgi ng nhau, được ch tạo hàng loạt trong nhà máy.
28sydandao@utc.edu.vn
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.2. Đặc điểm chung về chế tạo (thi công) (5/6)
èng t¹o lç
B1)
B2)
Bª t«ng
Cèt thÐp C§C
B3)
B4)
Cèt thÐp C§C
Các bước thi công của phương pháp thi công kéo sau
29sydandao@utc.edu.vn
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.2. Đặc điểm chung về chế tạo (thi công) (6/6)
 Phương pháp thi công kéo sau (căng trên bê tông) luôn phải dùng 
neo. Neo có hai loại là neo chủ động và neo bị động.
 PP này thường dùng cho các kết cấu lớn (như kc cầu), thi công tại 
chỗ. Ưu điểm của pp này là ct CĐC có thể đặt theo đường công bất kỳ 
của ống tạo lỗ.
30sydandao@utc.edu.vn
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.3. Một số hình ảnh về kết cấu BTCT DƯL (1/2)
31sydandao@utc.edu.vn
1.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHẾ TẠO
1.3.3. Một số hình ảnh về kết cấu BTCT DƯL (2/2)
32sydandao@utc.edu.vn