Giáo trình Kết cấu công trình cầu đường - Trường Cao đẳng Xây dựng TP. Hồ Chí Minh: Phần 2

Nối tiếp phần 1, phần 2 "Giáo trình Kết cấu công trình cầu đường" với các nội dung cấu kiện chịu nén; đại cương về thiết kế kết cấu thép; liên kết trong kết cấu thép; cấu kiện chịu kéo; cấu kiện chịu nén.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Kết cấu công trình cầu đường - Trường Cao đẳng Xây dựng TP. Hồ Chí Minh: Phần 2 CHƢƠNG 6 :CẤU KIỆN CHỊU NÉN 6.1. Khái niệm - Cấu kiện chịu nén là cấu kiện chịu tác dụng của lực nén dọc (lực nén có phƣơng song song với trục dọc cấu kiện). Khi lực nén dọc đặt tại trọng tâm mặt cắt ngang, ta có cấu kiện chịu nén đúng tâm hay cấu kiện chịu nén dọc trục. Khi lực nén đặt lệch so với trọng tâm mặt cắt ngang, ta có cấu kiện chịu nén lệch tâm. Gọi P là lực nén dọc đặt lệch tâm, e là độ lệch tâm của nó. Khi đó tải trọng P đặt lệch tâm có thể quy về thành tải trọng P đặt đúng tâm và mô men uốn M = P.e, nên cấu kiện chịu nén lệch tâm còn đƣợc gọi là cấu kiện chịu nén dọc trục và mô men uốn kết hợp. Cấu kiện chịu nén có thể là thẳng đứng, nghiêng hoặc nằm ngang. Sau đây ta chỉ nghiên cứu trƣờng hợp cấu kiện chịu nén đặt thẳng đứng là trƣờng hợp thƣờng gặp nhất trong thực tế hay còn gọi là cột. - Các cấu kiện chịu nén thƣờng gặp trong thực tế có thể kể đến là các cột của hệ khung nhà, các thanh nén trong giàn, thân vòm, mố và trụ cầu,... 6.2. Đặc điểm cấu tạo 6.2.1. Mặt cắt ngang - Mặt cắt ngang của cấu kiện chịu nén nên chọn đối xứng theo hai trục và có độ cứng theo hai phƣơng không chênh lệch nhau quá. Do vậy, mặt cắt ngang của cấu kiện chịu nén trong thực tế thƣờng có dạng hình vuông, hình tròn, hình vành khăn, đa giác đều,... - Kích thƣớc mặt cắt cột đƣợc xác định bằng tính toán. Tuy nhiên, để dễ thống nhất ván khuôn, nên chọn kích thƣớc mặt cắt là bội số của 5 cm. Đồng thời, để đảm bảo dễ đổ bê tông, không nên chọn mặt cắt cột nhỏ hơn 2525cm2. 6.2.2. Vật liệu 6.2.2.1. Bê tông - Bê tông dùng cho cột thƣờng có cƣờng độ chịu nén quy định f’c trong khoảng 20  28MPa. 6.2.2.2. Cốt thép - Cốt thép trong cấu kiện chịu nén bao gồm cốt thép dọc chủ và cốt thép đai a) Cốt thép dọc chủ: Là cốt thép đặt dọc theo chiều dài cấu kiện, để tham gia chịu lực chính cùng với bê tông. Khi tính toán bố trí cốt thép dọc chủ, ta cần chú ý các điểm sau: + Cốt thép dọc phải đƣợc bố trí đối xứng với trục dọc của cấu kiện. + Khoảng cách giữa các cốt thép dọc không đƣợc vƣợt quá 450 mm. 94 + Khi khoảng cách trống giữa hai cốt thép dọc lớn hơn 150 mm, phải bố trí cốt đai phụ (hình 7.1). + Số lƣợng cốt thép dọc tối thiểu trên mặt cắt ngang của cột hình chữ nhật là 4, của cột hình tròn (hoặc tƣơng tự tròn) là 6, kích cỡ thanh tối thiểu là 16 . + Nên bố trí cốt thép dọc quanh chu vi tiết diện. - Cốt thép dọc chủ đƣợc đặt theo tính toán nhƣng phải đảm bảo quy định về lƣợng cốt thép tối đa và tối thiểu. Ast  st    max  0,08 (6.1) Ag và Ast f'  st    min  0,135. c (6.2) Ag fy Trong đó: Ast = Diện tích cốt thép thƣờng dọc chịu nén (mm2) Ag = Diện tích tiết diện nguyên của mặt cắt (mm2) fy = Cƣờng độ chảy quy định của cốt thép thƣờng (MPa) f’c = Cƣờng độ chịu nén quy định của bê tông (MPa). b) Cốt thép đai: - Cốt thép đai trong cấu kiện chịu nén có tác dụng liên kết các cốt thép dọc thành khung cốt thép khi đổ bê tông, giữ ổn định cho cốt thép dọc và tham gia chịu lực cắt khi cột bị uốn. Cốt thép đai khi đƣợc bố trí với khoảng cách khá nhỏ còn có tác dụng cản trở biến dạng ngang của bê tông, làm tăng đáng kể khả năng chịu nén của phần lõi bê tông. - Cốt thép đai có hai loại: cốt đai ngang và cốt đai xoắn. *) Cốt thép đai ngang (đai thƣờng): - Cốt đai ngang có cấu tạo dạng khung khép kín với đầu mút đƣợc neo với cốt thép dọc bằng cách uốn góc 900 hoặc 1350. Đƣờng kính nhỏ nhất yêu cầu đối với cốt thép đai ngang là thanh 10 cho các thanh cốt thép dọc chủ 32 hoặc nhỏ hơn, là thanh 16 cho các thanh cốt thép dọc chủ 36 hoặc lớn hơn và là thanh 13 cho các bó thanh. Cự ly giữa các cốt đai ngang không đƣợc vƣợt quá hoặc kích thƣớc nhỏ nhất của cột và 300mm. Khi hai hoặc nhiều thanh 36 đƣợc bó lại, cự ly này không đƣợc vƣợt quá hoặc một nửa kích thƣớc nhỏ nhất của cột và 150mm. *) Cốt thép đai xoắn: - Cốt đai xoắn có cấu tạo dạng lò xo, làm bằng cốt thép trơn, cốt thép có gờ hoặc dây thép với đƣờng kính tối thiểu 9,5 mm. Cốt đai xoắn thích hợp với các cột có mặt cắt tròn hoặc tƣơng tự tròn, 95 cũng nhƣ ở các vùng chịu lực nén cục bộ lớn (ví dụ khu vực dƣới neo dự ứng lực) hoặc các cột ở vùng có động đất. Khoảng cách trống giữa các thanh đai xoắn không đƣợc nhỏ hơn 25 mm và 1,33 lần kích thƣớc cốt liệu lớn nhất. Khoảng cách tim đến tim của các cốt thép này không đƣợc vƣợt quá 6 lần đƣờng kính cốt thép dọc và 150 mm. - Hàm lƣợng cốt đai xoắn so với phần lõi bê tông tính từ mép ngoài của cốt thép đai không đƣợc nhỏ hơn  Ag  f  s,min  0,45  1  c (6.3)  Ac  f yh Trong đó: Ag = Diện tích mặt cắt nguyên của cột (mm2), Ac = Diện tích của lõi bê tông, tính từ đƣờng kính mép ngoài của cốt đai xoắn (mm2), f 'c = Cƣờng độ chịu nén quy định của bê tông (MPa), fyh = Giới hạn chảy quy định của cốt thép đai xoắn (MPa). - Hàm lƣợng cốt thép đai xoắn đƣợc định nghĩa nhƣ sau: Asp Lsp 4 Asp s   (6.4) Ac Lc sDc Trong đó: Asp = Diện tích của thanh cốt thép đai xoắn =  d sp2 4 , với dsplà đƣờng kính cốt thép đai xoắn, Lsp = Độ dài một vòng cốt đai xoắn, =  Dc , Dc = Đƣờng kính lõi bê tông, tính tới mép ngoài vòng cốt đai xoắn, Ls = Bƣớc cốt đai xoắn. 96 Hình 6.1 - Cách bố trí cốt thép đai ngang 6.3. Phân loại cột theo khả năng chịu lực - Tuỳ theo vị trí tác dụng của lực dọc trên mặt cắt ngang, cột đƣợc phân thành cột chịu nén đúng tâm và cột chịu n ...