Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 5574:2012 về Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế (năm 2012)

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 5574 : 2012

KẾT CẤU BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP - TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ

Concrete and reinforced concrete structures - Design standard

Lời nói đầu

TCVN 5574: 2012 thay thế TCVN 5574:1991

TCVN 5574:2012 được chuyển đổi từ TCXDVN 356:2005 thành Tiêu chuẩn Quốc gia theo quy định tại khoản 1 Điều 69 của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật và điểm b khoản 2 Điều 7 Nghị định số 127/2007/NĐ-CP ngày 1/8/2007 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật.

TCVN 5574:2012 do Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng - Bộ Xây dựng biên soạn, Bộ Xây dựng đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

KẾT CẤU BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP - TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ

Concrete and reinforced concrete structures - Design standard

1. Phạm vi áp dụng

1.1. Tiêu chuẩn này thay thế cho tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005 .

1.2. Tiêu chuẩn này dùng để thiết kế các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép của nhà và công trình có công năng khác nhau, làm việc dưới tác động có hệ thống của nhiệt độ trong phạm vi không cao hơn 50 ⁰C và không thấp hơn âm 70 ⁰C.

1.3. Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu về thiết kế các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép làm từ bê tông nặng, bê tông nhẹ, bê tông hạt nhỏ, bê tông tổ ong, bê tông rỗng cũng như bê tông tự ứng suất.

1.4. Những yêu cầu quy định trong tiêu chuẩn này không áp dụng cho các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép các công trình thủy công, cầu, đường hầm giao thông, đường ống ngầm, mặt đường ô tô và đường sân bay; kết cấu xi măng lưới thép, cũng như không áp dụng cho các kết cấu làm từ bê tông có khối lượng thể tích trung bình nhỏ hơn 500 kg/m³ và lớn hơn 2500 kg/m³, bê tông Polymer, bê tông có chất kết dính vôi - xỉ và chất kết dính hỗn hợp (ngoại trừ trường hợp sử dụng các chất kết dính này trong bê tông tổ ong), bê tông dùng chất kết dính bằng thạch cao và chất kết dính đặc biệt, bê tông dùng cốt liệu hữu cơ đặc biệt, bê tông có độ rỗng lớn trong cấu trúc.

1.5. Khi thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép làm việc trong điều kiện đặc biệt (chịu tác động động đất, trong môi trường xâm thực mạnh, trong điều kiện độ ẩm cao, v.v…) phải tuân theo các yêu cầu bổ sung cho các kết cấu đó của các tiêu chuẩn tương ứng.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau là cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 197:2002, Kim loại. Phương pháp thử kéo.

TCVN 1651:2008, Thép cốt bê tông cán nóng.

TCVN 1691:1975, Mối hàn hồ quang điện bằng tay.

TCVN 2737:1995, Tải trọng và tác động. Tiêu chuẩn thiết kế.

TCVN 3118:1993, Bê tông nặng. Phương pháp xác định cường độ nén.

TCVN 3223:2000, Que hàn điện dùng cho thép các bon và thép hợp kim thấp.

TCVN 3909:2000, Que hàn điện dùng cho thép các bon và hợp kim thấp. Phương pháp thử.

TCVN 3909:2000, Que hàn điện dùng cho thép các bon và hợp kim thấp. Phương pháp thử.

TCVN 4612:1988, Hệ thống tài liệu thiết kế xây dựng. Kết cấu bê tông cốt thép. Ký hiệu quy ước và thể hiện bản vẽ.

TCVN 5572:1991, Hệ thống tài liệu thiết kế xây dựng. Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Bản vẽ thi công.

TCVN 5898:1995, Bản vẽ xây dựng và công trình dân dụng. Bản thống kê cốt thép.

TCVN 6084:1995, Bản vẽ nhà và công trình xây dựng. Ký hiệu cho cốt thép bê tông.

TCVN 6284:1997, Thép cốt bê tông dự ứng lực (Phần 1-5).

TCVN 6288:1997, Dây thép vuốt nguội để làm cốt bê tông và sản xuất lưới thép hàn làm cốt.

TCVN 9346:2012, Kết cấu bê tông cốt thép. Yêu cầu bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường biển.

TCVN 9392:2012, Cốt thép trong bê tông. Hàn hồ quang.

3. Thuật ngữ, đơn vị đo và ký hiệu

3.1. Thuật ngữ

Tiêu chuẩn này sử dụng các đặc trưng vật liệu "cấp độ bền chịu nén của bê tông" và "cấp độ bền chịu kéo của bê tông" thay tương ứng cho "mác bê tông theo cường độ chịu nén" và "mác bê tông theo cường độ chịu kéo" đã dùng trong tiêu chuẩn TCVN 5574:1991 .

3.1.1. Cấp độ bền chịu nén của bê tông (Compressive strength of concrete)

Ký hiệu bằng chữ B, là giá trị trung bình thống kê của cường độ chịu nén tức thời, tính bằng đơn vị MPa, với xác suất đảm bảo không dưới 95 %, xác định trên các mẫu lập phương kích thước tiêu chuẩn (150 mm x 150 mm x 150 mm) được chế tạo, dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn và thí nghiệm nén ở tuổi 28 ngày.

3.1.2. Cấp độ bền chịu kéo của bê tông (Tensile strength of concrete)

Ký hiệu bằng chữ B_t, là giá trị trung bình thống kê của cường độ chịu kéo tức thời, tính bằng đơn vị MPa, với xác suất đảm bảo không dưới 95%, xác định trên các mẫu kéo chuẩn được chế tạo, dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn và thí nghiệm kéo ở tuổi 28 ngày.

3.1.3. Mác bê tông theo cường độ chịu nén (Concrete grade classified by compressive strength)

Ký hiệu bằng chữ M, là cường độ của bê tông, lấy bằng giá trị trung bình thống kê của cường độ chịu nén tức thời, tính bằng đơn vị đềca niutơn trên centimét vuông (daN/cm­²), xác định trên các mẫu lập phương kích thước tiêu chuẩn (150 mm x 150 mm x 150 mm) được chế tạo, dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn và thí nghiệm nén ở tuổi 28 ngày.

3.1.4. Mác bê tông theo cường độ chịu kéo (Concrete grade classified by tensile strength)

Ký hiệu bằng chữ K, là cường độ của bê tông, lấy bằng giá trị trung bình thống kê của cường độ chịu kéo tức thời, tính bằng đơn vị đềca niutơn trên centimét vuông (daN/cm²), xác định trên các mẫu thử kéo chuẩn được chế tạo, dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn và thí nghiệm kéo ở tuổi 28 ngày.

Tương quan giữa cấp độ bền chịu nén (kéo) của bê tông và mác bê tông theo cường độ chịu nén (kéo) xem Phụ lục A.

3.1.5. Kết cấu bê tông (Concrete structure)

Là kết cấu làm từ bê tông không đặt cốt thép hoặc đặt cốt thép theo yêu cầu cấu tạo mà không kể đến trong tính toán. Trong kết cấu bê tông các nội lực tính toán do tất cả các tác động đều chịu bởi bê tông.

3.1.6. Kết cấu bê tông cốt thép (Reinforced concrete structure)

Là kết cấu làm từ bê tông có đặt cốt thép chịu lực và cốt thép cấu tạo. Trong kết cấu bê tông cốt thép các nội lực tính toán do tất cả các tác động chịu bởi bê tông và cốt thép chịu lực.

3.1.7. Cốt thép chịu lực (Load bearing reinforcement)

Là cốt thép đặt theo tính toán.

3.1.8. Cốt thép cấu tạo (Nominal reinforcement)

Là cốt thép đặt theo yêu cầu cấu tạo mà không tính toán.

3.1.9. Cốt thép căng (Tensioned reinforcement)

Là cốt thép được ứng lực trước trong quá trình chế tạo kết cấu trước khi có tải trọng sử dụng tác dụng.

3.1.10. Chiều cao làm việc của tiết diện (Effective depth of section)

Là khoảng cách từ mép chịu nén của cấu kiện đến trọng tâm tiết diện của cốt thép dọc chịu kéo.

3.1.11. Lớp bê tông bảo vệ (Concrete cover)

Là lớp bê tông có chiều dày tính từ mép cấu kiện đến bề mặt gần nhất của thanh cốt thép.

3.1.12. Lực tới hạn (Ultimate force)

Nội lực lớn nhất mà cấu kiện, tiết diện của nó (với các đặc trưng vật liệu được lựa chọn) có thể chịu được.

3.1.13. Trạng thái giới hạn (Limit state)

Là trạng thái mà khi vượt quá kết cấu không còn thỏa mãn các yêu cầu sử dụng đề ra đối với nó khi thiết kế.

3.1.14. Điều kiện sử dụng bình thường (Normal service condition)

Là điều kiện sử dụng tuân theo các yêu cầu tính đến trước theo tiêu chuẩn hoặc trong thiết kế, thỏa mãn các yêu cầu về công nghệ cũng như sử dụng.

3.2. Đơn vị đo

Trong tiêu chuẩn này sử dụng hệ đơn vị đo SI. Đơn vị chiều dài: m; đơn vị ứng suất: MPa; đơn vị lực: N (bảng chuyển đổi đơn vị xem Phụ lục G).

3.3. Ký hiệu và các thông số

3.3.1. Các đặc trưng hình học

b chiều rộng tiết diện chữ nhật, chiều rộng sườn tiết diện chữ T và chữ I;

b_f, b'_f chiều rộng cánh tiết diện chữ T và chữ I tương ứng trong vùng chịu kéo và nén;

h chiều cao của tiết diện chữ nhật, chữ T và chữ I;

h_f, h'_f phần chiều cao của cánh tiết diện chữ T và chữ I tương ứng nằm trong vùng chịu kéo và nén;

a, a' khoảng cách từ hợp lực trong cốt thép tương ứng với S và S' đến biên gần nhất của tiết diện;

h₀, h'₀ chiều cao làm việc của tiết diện, tương ứng bằng h-a và h-a';

x chiều cao vùng bê tông chịu nén;

x chiều cao tương đối của vùng bê tông chịu nén, bằng x/h₀;

s khoảng cách cốt thép đai theo chiều dài cấu kiện;

e_0­ độ lệch tâm của lực dọc N đối với trọng tâm của tiết diện quy đổi, xác định theo chỉ dẫn nêu trong 4.2.12;

e_0p độ lệch tâm của lực nén trước P đối với trọng tâm tiết diện quy đổi, xác định theo chỉ dẫn nêu trong 4.3.6;

e_0,tot độ lệch tâm của hợp lực giữa lực dọc N và lực nén trước P đối với trọng tâm tiết diện quy đổi;

e, e' tương ứng là khoảng cách từ điểm đặt lực dọc N đến hợp lực trong cốt thép S và S';

e_s, e­_sp tương ứng là khoảng cách tương ứng từ điểm đặt lực dọc N và lực nén trước P đến trọng tâm tiết diện cốt thép S;

l nhịp cấu kiện;

l₀ chiều dài tính toán của cấu kiện chịu tác dụng của lực nén dọc; giá trị l₀ lấy theo Bảng 31, Bảng 32 và 6.2.2.16;

i bán kính quán tính của tiết diện ngang của cấu kiện đối với trọng tâm tiết diện;

d đường kính danh nghĩa của thanh cốt thép;

A_s, A'_s tương ứng là diện tích tiết diện của cốt thép không căng S và cốt thép căng S'; còn khi xác định lực nén trước P - tương ứng là diện tích của phần tiết diện cốt thép không căng S và S';

A_{sp, ­­}A'_sp tương ứng là diện tích tiết diện của phần cốt thép căng S và S';

A­_sw diện tích tiết diện của cốt thép đai đặt trong mặt phẳng vuông góc với trục dọc cấu kiện và cắt qua tiết diện nghiêng;

A­_s,inc diện tích tiết diện của thanh cốt thép xiên đặt trong mặt phẳng nghiêng góc với trục dọc cấu kiện và cắt qua tiết diện nghiêng;

m hàm lượng cốt thép xác định như tỉ số giữa diện tích tiết diện cốt thép S và diện tích tiết diện ngang của cấu kiện bh₀, không kể đến phần cánh chịu nén và kéo;

A diện tích toàn bộ tiết diện ngang của bê tông;

A_b diện tích tiết diện của vùng bê tông chịu nén;

A­_bt diện tích tiết diện của vùng bê tông chịu kéo;

A­­­_red diện tích tiết diện quy đổi của cấu kiện, xác định theo chỉ dẫn ở 4.3.6;

A­­_loc1 diện tích bê tông chịu nén cục bộ;

S'_b0,S_b0 mômen tĩnh của diện tích tiết diện tương ứng của vùng bê tông chịu nén và chịu kéo đối với trục trung hòa;

S_s0, S'_s0 mômen tĩnh của diện tích tiết diện cốt thép tương ứng S và S' đối với trục trung hòa;

I mô men quán tính của tiết diện bê tông đối với trọng tâm tiết diện của cấu kiện;

I_red mô men quán tính của tiết diện quy đổi đối với trọng tâm của nó, xác định theo chỉ dẫn ở 4.3.6;

I_s mô men quán tính của tiết diện cốt thép đối với trọng tâm của tiết diện cấu kiện;

I_b0 mô men quán tính của tiết diện vùng bê tông chịu nén đối với trục trung hòa;

I_s0, I'_s0 mô men quán tính của tiết diện cốt thép tương ứng S và S' đối với trục trung hòa;

W­­_red mô men kháng uốn của tiết diện quy đổi của cấu kiện đối với thớ chịu kéo ở biên, xác định như đối với vật liệu đàn hồi theo chỉ dẫn ở 4.3.6.

3.3.2. Các đặc trưng vị trí cốt thép trong tiết diện ngang của cấu kiện

S ký hiệu cốt thép dọc:

- khi tồn tại cả hai vùng tiết diện bê tông chịu kéo và chịu nén do tác dụng của ngoại lực: S biểu thị cốt thép đặt trong vùng chịu kéo;

- khi toàn bộ vùng bê tông chịu nén: S biểu thị cốt thép đặt ở biên chịu nén ít hơn;

- khi toàn bộ vùng bê tông chịu kéo:

+ đối với các cấu kiện chịu kéo lệch tâm: biểu thị cốt thép đặt ở biên chịu kéo nhiều hơn;

+ đối với cấu kiện chịu kéo đúng tâm: biểu thị cốt thép đặt trên toàn bộ tiết diện ngang của cấu kiện;

S' ký hiệu cốt thép dọc:

- khi tồn tại cả hai vùng tiết diện bê tông chịu kéo và chịu nén do tác dụng của ngoại lực: S' biểu thị cốt thép đặt trong vùng chịu nén;

- khi toàn bộ vùng bê tông chịu nén: biểu thị cốt thép đặt ở biên chịu nén nhiều hơn;

- khi toàn bộ vùng bê tông chịu kéo đối với các cấu kiện chịu kéo lệch tâm: biểu thị cốt thép đặt ở biên chịu kéo ít hơn đối với cấu kiện chịu kéo lệch tâm.

3.3.3. Ngoại lực và nội lực

F ngoại lực tập trung;

M mômen uốn;

M­_t mômen xoắn;

N lực dọc;

Q lực cắt.

3.3.4. Các đặc trưng vật liệu

R_b, R_b,ser cường độ chịu nén tính toán dọc trục của bê tông ứng với các trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ hai;

R_bn cường độ chịu nén tiêu chuẩn dọc trục của bê tông ứng với các trạng thái giới hạn thứ nhất (cường độ lăng trụ);

R_bt, R_bt,ser cường độ chịu kéo tính toán dọc trục của bê tông ứng với các trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ hai;

R_btn cường độ chịu kéo tiêu chuẩn dọc trục của bê tông ứng với các trạng thái giới hạn thứ nhất;

R_bp cường độ của bê tông khi bắt đầu chịu ứng lực trước;

R_s, R_s,ser cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép ứng với các trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ hai;

R_sw cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép ngang xác định theo các yêu cầu của 5.2.2.4;

R_sc cường độ chịu nén tính toán của cốt thép ứng với các trạng thái giới hạn thứ nhất;

E­­_b mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông khi nén và kéo;

E­_s mô đun đàn hồi của cốt thép.

3.3.5. Các đặc trưng của cấu kiện ứng suất trước

P lực nén trước, xác định theo công thức (8) có kể đến hao tổn ứng suất trong cốt thép ứng với từng giai đoạn làm việc của cấu kiện;

s_sp , s'_sp  tương ứng là ứng suất trước trong cốt thép S và S' trước khi nén bê tông khi căng cốt thép trên bệ (căng trước) hoặc tại thời điểm giá trị ứng suất trước trong bê tông bị giảm đến không bằng cách tác động lên cấu kiện ngoại lực thực tế hoặc ngoại lực quy ước. Ngoại lực thực tế hoặc quy ước đó phải được xác định phù hợp với yêu cầu nêu trong 4.3.1 và 4.3.6, trong đó có kể đến hao tổn ứng suất trong cốt thép ứng với từng giai đoạn làm việc của cấu kiện;

s_bp ứng suất nén trong bê tông trong quá trình nén trước, xác định theo yêu cầu của 4.3.6 và 4.3.7 có kể đến hao tổn ứng suất trong cốt thép ứng với từng giai đoạn làm việc của cấu kiện;

g_sp hệ số độ chính xác khi căng cốt thép, xác định theo yêu cầu ở 4.3.5.

4. Chỉ dẫn chung

4.1. Những nguyên tắc cơ bản

4.1.1. Các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép cần được tính toán và cấu tạo, lựa chọn vật liệu và kích thước sao cho trong các kết cấu đó không xuất hiện các trạng thái giới hạn với độ tin cậy theo yêu cầu.

4.1.2. Việc lựa chọn các giải pháp kết cấu cần xuất phát từ tính hợp lý về mặt kinh tế - kỹ thuật khi áp dụng chúng trong những điều kiện thi công cụ thể, có tính đến việc giảm tối đa vật liệu, năng lượng, nhân công và giá thành xây dựng bằng cách:

- Sử dụng các vật liệu và kết cấu có hiệu quả;

- Giảm trọng lượng kết cấu;

- Sử dụng tối đa đặc trưng cơ lý của vật liệu;

- Sử dụng vật liệu tại chỗ.

4.1.3. Khi thiết kế nhà và công trình, cần tạo sơ đồ kết cấu, chọn kích thước tiết diện và bố trí cốt thép đảm bảo được độ bền, độ ổn định và sự bất biến hình không gian xét trong tổng thể cũng như riêng từng bộ phận của kết cấu trong các giai đoạn xây dựng và sử dụng.

4.1.4. Cấu kiện lắp ghép cần phù hợp với điều kiện sản xuất bằng cơ giới trong các nhà máy chuyên dụng.

Khi lựa chọn cấu kiện cho kết cấu lắp ghép, cần ưu tiên sử dụng kết cấu ứng lực trước làm từ bê tông và cốt thép cường độ cao, cũng như các kết cấu làm từ bê tông nhẹ và bê tông tổ ong khi không có yêu cầu hạn chế theo các tiêu chuẩn tương ứng liên quan.

Cần lựa chọn, tổ hợp các cấu kiện bê tông cốt thép lắp ghép đến mức hợp lý mà điều kiện sản xuất lắp dựng và vận chuyển cho phép.

4.1.5. Đối với kết cấu đổ tại chỗ, cần chú ý thống nhất hóa các kích thước để có thể sử dụng ván khuôn luân chuyển nhiều lần, cũng như sử dụng các khung cốt thép không gian đã được sản xuất theo mô đun.

4.1.6. Đối với các kết cấu lắp ghép, cần đặc biệt chú ý đến độ bền và tuổi thọ của các mối nối.

Cần áp dụng các giải pháp công nghệ và cấu tạo sao cho kết cấu mối nối truyền lực một cách chắc chắn, đảm bảo độ bền của chính cấu kiện trong vùng nối cũng như đảm bảo sự dính kết của bê tông mới đổ với bê tông cũ của kết cấu.

4.1.7. Cấu kiện bê tông được sử dụng:

a) Phần lớn trong các kết cấu chịu nén có độ lệch tâm của lực dọc không vượt quá giới hạn nêu trong 6.1.2.2.

b) Trong một số kết cấu chịu nén có độ lệch tâm lớn cũng như trong các kết cấu chịu uốn khi mà sự phá hoại chúng không gây nguy hiểm trực tiếp cho người và sự toàn vẹn của thiết bị (các chi tiết nằm trên nền liên tục, v.v…).

CHÚ THÍCH: Kết cấu được coi là kết cấu bê tông nếu độ bền của chúng trong quá trình sử dụng chỉ do riêng bê tông đảm bảo.

4.2. Những yêu cầu cơ bản về tính toán

4.2.1. Kết cấu bê tông cốt thép cần phải thỏa mãn những yêu cầu về tính toán theo độ bền (các trạng thái giới hạn thứ nhất) và đáp ứng điều kiện sử dụng bình thường (các trạng thái giới hạn thứ hai).

a) Tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất nhằm đảm bảo cho kết cấu:

- Không bị phá hoại giòn, dẻo, hoặc theo dạng phá hoại khác (trong trường hợp cần thiết, tính toán theo độ bền có kể đến độ võng của kết cấu tại thời điểm trước khi bị phá hoại);

- Không bị mất ổn định về hình dạng (tính toán ổn định các kết cấu thành mỏng) hoặc về vị trí (tính toán chống lật và trượt cho tường chắn đất, tính toán chống đẩy nổi cho các bể chứa chìm hoặc ngầm dưới đất, trạm bơm, v.v…);

- Không bị phá hoại vì mỏi (tính toán chịu mỏi đối với các cấu kiện hoặc kết cấu chịu tác dụng của tải trọng lặp thuộc loại di động hoặc xung: ví dụ như dầm cầu trục, móng khung, sàn có đặt một số máy móc không cân bằng);

- Không bị phá hoại do tác dụng đồng thời của các yếu tố về lực và những ảnh hưởng bất lợi của môi trường (tác động định kỳ hoặc thường xuyên của môi trường xâm thực hoặc hỏa hoạn).

b) Tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ hai nhằm đảm bảo sự làm việc bình thường của kết cấu sao cho:

- Không cho hình thành cũng như mở rộng vết nứt quá mức hoặc vết nứt dài hạn nếu điều kiện sử dụng không cho phép hình thành hoặc mở rộng vết nứt dài hạn.

- Không có những biến dạng vượt quá giới hạn cho phép (độ võng, góc xoay, góc trượt, dao động).

4.2.2. Tính toán kết cấu về tổng thể cũng như tính toán từng cấu kiện của nó cần tiến hành đối với mọi giai đoạn: chế tạo, vận chuyển, thi công, sử dụng và sửa chữa. Sơ đồ tính toán ứng với mỗi giai đoạn phải phù hợp với giải pháp cấu tạo đã chọn.

Cho phép không cần tính toán kiểm tra sự mở rộng vết nứt và biến dạng nếu qua thực nghiệm hoặc thực tế sử dụng các kết cấu tương tự đã khẳng định được: bề rộng vết nứt ở mọi giai đoạn không vượt quá giá trị cho phép và kết cấu có đủ độ cứng ở giai đoạn sử dụng.

4.2.3. Khi tính toán kết cấu, trị số tải trọng và tác động, hệ số độ tin cậy về tải trọng, hệ số tổ hợp, hệ số giảm tải cũng như cách phân loại tải trọng thường xuyên và tạm thời cần lấy theo các tiêu chuẩn hiện hành về tải trọng và tác động.

Tải trọng được kể đến trong tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ hai cần phải lấy theo các chỉ dẫn 4.2.7 và 4.2.11.

CHÚ THÍCH 1: ở những vùng khí hậu quá nóng mà kết cấu không được bảo vệ phải chịu bức xạ mặt trời thì cần kể đến tác dụng nhiệt khí hậu.

CHÚ THÍCH 2: Đối với kết cấu tiếp xúc với nước (hoặc nằm trong nước) cần phải kể đến áp lực đẩy ngược của nước (tải trọng lấy theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thủy công).

CHÚ THÍCH 3: Các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép cũng cần được đảm bảo khả năng chống cháy theo yêu cầu của các tiêu chuẩn hiện hành.

4.2.4. Khi tính toán cấu kiện của kết cấu lắp ghép có kể đến nội lực bổ sung sinh ra trong quá trình vận chuyển và cẩu lắp, tải trọng do trọng lượng bản thân cấu kiện cần nhân với hệ số động lực, lấy bằng 1,6 khi vận chuyển và lấy bằng 1,4 khi cẩu lắp. Đối với các hệ số động lực trên đây, nếu có cơ sở chắc chắn cho phép lấy các giá trị thấp hơn nhưng không thấp hơn 1,25.

4.2.5. Các kết cấu bán lắp ghép cũng như kết cấu toàn khối dùng cốt chịu lực chịu tải trọng thi công cần được tính toán theo độ bền, theo sự hình thành và mở rộng vết nứt và theo biến dạng trong hai giai đoạn làm việc sau đây:

a) Trước khi bê tông mới đổ đạt cường độ quy định, kết cấu được tính toán theo tải trọng do trọng lượng của phần bê tông mới đổ và của mọi tải trọng khác tác dụng trong quá trình đổ bê tông.

b) Sau khi bê tông mới đổ đạt cường độ quy định, kết cấu được tính toán theo tải trọng tác dụng trong quá trình xây dựng và tải trọng khi sử dụng.

4.2.6. Nội lực trong kết cấu bê tông cốt thép siêu tĩnh do tác dụng của tải trọng và các chuyển vị cưỡng bức (do sự thay đổi nhiệt độ, độ ẩm của bê tông, chuyển dịch của gối tựa, v.v…), cũng như nội lực trong các kết cấu tĩnh định khi tính toán theo sơ đồ biến dạng, được xác định có xét đến biến dạng dẻo của bê tông, cốt thép và xét đến sự có mặt của vết nứt.

Đối với các kết cấu mà phương pháp tính toán nội lực có kể đến biến dạng dẻo của bê tông cốt thép chưa được hoàn chỉnh, cũng như trong các giai đoạn tính toán trung gian cho kết cấu siêu tĩnh có kể đến biến dạng dẻo, cho phép xác định nội lực theo giả thiết vật liệu làm việc đàn hồi tuyến tính.

4.2.7. Khả năng chống nứt của các kết cấu hay bộ phận kết cấu được phân thành ba cấp phụ thuộc vào điều kiện làm việc của chúng và loại cốt thép được dùng.

Cấp 1: Không cho phép xuất hiện vết nứt;

Cấp 2: Cho phép có sự mở rộng ngắn hạn của vết nứt với bề rộng hạn chế a_crc1 nhưng bảo đảm sau đó vết nứt chắc chắn sẽ được khép kín lại;

Cấp 3: Cho phép có sự mở rộng ngắn hạn của vết nứt nhưng với bề rộng hạn chế a_crc1 và có sự mở rộng dài hạn của vết nứt nhưng với bề rộng hạn chế a_crc2.

Bề rộng vết nứt ngắn hạn được hiểu là sự mở rộng vết nứt khi kết cấu chịu tác dụng đồng thời của tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời ngắn hạn và dài hạn.

Bề rộng vết nứt dài hạn được hiểu là sự mở rộng vết nứt khi kết cấu chỉ chịu tác dụng của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn.

Cấp chống nứt của kết cấu bê tông cốt thép cũng như giá trị bề rộng giới hạn cho phép của vết nứt trong điều kiện môi trường không bị xâm thực cho trong Bảng 1 (đảm bảo hạn chế thấm cho kết cấu) và Bảng 2 (bảo vệ an toàn cho cốt thép).

Bảng 1 - Cấp chống nứt và giá trị bề rộng vết nứt giới hạn để đảm bảo hạn chế thấm cho kết cấu

Tải trọng sử dụng dùng trong tính toán kết cấu bê tông cốt thép điều kiện hình thành, mở rộng hoặc khép kín vết nứt lấy theo Bảng 3.

Nếu trong các kết cấu hay các bộ phận của chúng có yêu cầu chống nứt là cấp 2 và 3 mà dưới tác dụng của tải trọng tương ứng theo Bảng 3 vết nứt không hình thành, thì không cần tính toán theo điều kiện mở rộng vết nứt ngắn hạn và khép kín vết nứt (đối với cấp 2), hoặc theo điều kiện mở rộng vết nứt ngắn hạn và dài hạn (đối với cấp 3).

Các yêu cầu cấp chống nứt cho kết cấu bê tông cốt thép nêu trên áp dụng cho vết nứt thẳng góc và vết nứt xiên so với trục dọc cấu kiện.

Để tránh mở rộng vết nứt dọc cần có biện pháp cấu tạo (ví dụ: đặt cốt thép ngang). Đối với cấu kiện ứng suất trước, ngoài những biện pháp trên còn cần hạn chế ứng suất nén trong bê tông trong giai đoạn nén trước bê tông (xem 4.3.7).

4.2.8. Tại các đầu mút của cấu kiện ứng suất trước với cốt thép không có neo, không cho phép xuất hiện vết nứt trong đoạn truyền ứng suất (xem 5.2.2.5) khi cấu kiện chịu tải trọng thường xuyên, tạm thời dài hạn và tạm thời ngắn hạn với hệ số g_f lấy bằng 1,0.

Trong trường hợp này, ứng suất trước trong cốt thép trong đoạn truyền ứng suất được coi như tăng tuyến tính từ giá trị 0 đến giá trị tính toán lớn nhất.

Cho phép không áp dụng các yêu cầu trên cho phần tiết diện nằm từ mức trọng tâm tiết diện quy đổi đến biên chịu kéo (theo chiều cao tiết diện) khi có tác dụng của ứng lực trước, nếu trong phần tiết diện này không bố trí cốt thép căng không có neo.

4.2.9. Trong trường hợp, khi chịu tác dụng của tải trọng sử dụng, theo tính toán trong vùng chịu nén của cấu kiện ứng suất trước có xuất hiện vết nứt thẳng góc với trục dọc cấu kiện trong các giai đoạn sản xuất, vận chuyển và lắp dựng, thì cần xét đến sự suy giảm khả năng chống nứt của vùng chịu kéo cũng như sự tăng độ võng trong quá trình sử dụng.

Đối với cấu kiện được tính toán chịu tác dụng của tải trọng lặp, không cho phép xuất hiện các vết nứt nêu trên.

Đối với các cấu kiện bê tông cốt thép ít cốt thép mà khả năng chịu lực của chúng mất đi đồng thời với sự hình thành vết nứt trong vùng bê tông chịu kéo (xem 7.1.2.8), thì diện tích tiết diện cốt thép dọc chịu kéo cần phải tăng lên ít nhất 15 % so với diện tích cốt thép yêu cầu khi tính toán theo độ bền.

Bảng 2 - Cấp chống nứt của kết cấu bê tông cốt thép và giá trị bề rộng vết nứt giới hạn a_crc1 và a_crc2, nhằm bảo vệ an toàn cho cốt thép

Bảng 3 - Tải trọng và hệ số độ tin cậy về tải trọng g_f

4.2.10. Độ võng và chuyển vị của các cấu kiện, kết cấu không được vượt quá giới hạn cho phép cho trong Phụ lục C. Độ võng giới hạn của các cấu kiện thông dụng cho trong Bảng 4.

4.2.11. Khi tính toán theo độ bền các cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép chịu tác dụng của lực nén dọc, cần chú ý tới độ lệch tâm ngẫu nhiên e_a do các yếu tố không được kể đến trong tính toán gây ra.

Độ lệch tâm ngẫu nhiên e_a trong mọi trường hợp được lấy không nhỏ hơn:

- 1/600 chiều dài cấu kiện hoặc khoảng cách giữa các tiết diện của nó được liên kết chặn chuyển vị;

- 1/30 chiều cao của tiết diện cấu kiện.

Bảng 4 - Độ võng giới hạn của các cấu kiện thông dụng

Ngoài ra, đối với các kết cấu lắp ghép cần kể đến chuyển vị tương hỗ có thể xảy ra của các cấu kiện. Các chuyển vị này phụ thuộc vào loại kết cấu, phương pháp lắp dựng, v.v…

Đối với các cấu kiện của kết cấu siêu tĩnh, giá trị độ lệch tâm e₀ của lực dọc so với trọng tâm tiết diện quy đổi được lấy bằng độ lệch tâm được xác định từ phân tích tĩnh học kết cấu, nhưng không nhỏ hơn e_a.

Trong các cấu kiện của kết cấu tĩnh định, độ lệch tâm e_0­­­ được lấy bằng tổng độ lệch tâm được xác định từ tính toán tĩnh học và độ lệch tâm ngẫu nhiên.

Khoảng cách giữa các khe co giãn nhiệt cần phải được xác định bằng tính toán.

Đối với kết cấu bê tông cốt thép thường và kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước có yêu cầu chống nứt cấp 3, cho phép không cần tính toán khoảng cách nói trên nếu chúng không vượt quá trị số trong Bảng 5.

Bảng 5 - Khoảng cách lớn nhất giữa các khe co giãn nhiệt cho phép không cần tính toán

Kích thước tính bằng mét.

4.3. Những yêu cầu bổ sung khi thiết kế kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước

4.3.1. Giá trị của ứng suất trước s_sp và s'_sp tương ứng trong cốt thép căng S và S' cần được chọn với độ sai lệch p sao cho thỏa mãn các điều kiện sau đây:

Trong đó: p tính bằng MPa, được xác định như sau:

- Trong trường hợp căng bằng phương pháp cơ học: p = 0,05 s_sp;

- Trong trường hợp căng bằng phương pháp nhiệt điện và cơ nhiệt điện:

p = 30 +                  (2)

với l là chiều dài thanh cốt thép căng (khoảng cách giữa các mép ngoài của bệ), tính bằng milimét (mm).

Trong trường hợp căng bằng thiết bị được tự động hóa, giá trị tử số 360 trong công thức (2) được thay bằng 90.

4.3.2. Giá trị ứng suất s_con1 và s'_con1 tương ứng trong cốt thép căng S và S' được kiểm soát sau khi căng trên bệ lấy tương ứng bằng s­_sp và s­'_sp (xem 4.3.1) trừ đi hao tổn do biến dạng neo và ma sát của cốt thép (xem 4.3.3).

Giá trị ứng suất trong cốt thép căng S và S' được khống chế tại vị trí đặt lực kéo khi căng cốt thép trên bê tông đã rắn chắc được lấy tương ứng bằng s_con2 và s­'_con2, trong đó các giá trị s_con2 và s­'_con2 được xác định từ điều kiện đảm bảo ứng suất s­_sp và s­'_sp trong tiết diện tính toán. Khi đó s_con2 và s­'_con2 được tính theo công thức:

s_con2 = s_sp - a[ + ]                  (3)

s­'_con2 = s'_sp - a[ - ]                 (4)

Trong các công thức (3) và (4);

s_sp,s'_sp - xác định không kể đến hao tổn ứng suất;

P, e_0p - xác định theo công thức (8) và (9), trong đó các giá trị s_sp và s'_sp có kể đến những hao tổn ứng suất thứ nhất;

y_sp,y'_sp - xem 4.3.6;

a = E_s/E_b.

ứng suất trong cốt thép của kết cấu tự ứng lực được tính toán từ điều kiện cân bằng với ứng suất (tự gây ra) trong bê tông.

ứng suất tự gây của bê tông trong kết cấu được xác định từ mác bê tông theo khả năng tự gây ứng suất S_p có kể đến hàm lượng cốt thép, sự phân bố cốt thép trong bê tông (theo một trục, hai trục, ba trục), cũng như trong các trường hợp cần thiết cần kể đến hao tổn ứng suất do co ngót, từ biến của bê tông khi kết cấu chịu tải trọng.

CHÚ THÍCH: Trong các kết cấu làm từ bê tông nhẹ có cấp từ B7,5 đến B12,5, các giá trị s_con2 và s­'_con2 không được vượt quá các giá trị tương ứng là 400 MPa và 550 MPa.

4.3.3. Khi tính toán cấu kiện ứng lực trước, cần kể đến hao tổn ứng suất trước trong cốt thép khi căng:

- Khi căng trên bệ cần kể đến:

+ Những hao tổn thứ nhất: do biến dạng neo, do ma sát cốt thép với thiết bị nắn hướng, do chùng ứng suất trong cốt thép, do thay đổi nhiệt độ, do biến dạng khuôn (khi căng cốt thép trên khuôn), do từ biến nhanh của bê tông.

+ Những hao tổn thứ hai: do co ngót và từ biến của bê tông.

- Khi căng trên bê tông cần kể đến:

+ Những hao tổn thứ nhất: do biến dạng neo, do ma sát cốt thép với thành ống đặt thép (cáp) hoặc với bề mặt bê tông của kết cấu.

+ Những hao tổn thứ hai: do chùng ứng suất trong cốt thép, do co ngót và từ biến của bê tông, do nén cục bộ của các vòng cốt thép lên bề mặt bê tông, do biến dạng mối nối giữa các khối bê tông (đối với các kết cấu lắp ghép từ các khối).

Hao tổn ứng suất trong cốt thép được xác định theo Bảng 6 nhưng tổng giá trị các hao tổn ứng suất không được lấy nhỏ hơn 100 MPa.

Khi tính toán cấu kiện tự ứng lực chỉ kể đến hao tổn ứng suất do co ngót và từ biến của bê tông tùy theo mác bê tông tự ứng lực trước và độ ẩm của môi trường.

Đối với các kết cấu tự ứng lực làm việc trong điều kiện bão hòa nước, không cần kể đến hao tổn ứng suất do co ngót.

Bảng 6 - Hao tổn ứng suất

4.3.4. Khi xác định hao tổn ứng suất do co ngót và từ biến của bê tông theo mục 8 và 9 trong Bảng 6 cần lưu ý:

a) Khi biết trước thời hạn chất tải lên kết cấu, hao tổn ứng suất cần được nhân thêm với hệ số j_l, xác định theo công thức:

j_l = (5)

Trong đó: t là thời gian tính bằng ngày, xác định như sau:

- khi xác định hao tổn ứng suất do từ biến: tính từ ngày nén ép bê tông;

- khi xác định hao tổn ứng suất do co ngót: tính từ ngày kết thúc đổ bê tông.

b) Đối với kết cấu làm việc trong điều kiện có độ ẩm không khí thấp hơn 40%, hao tổn ứng suất cần được tăng lên 25 %. Trường hợp các kết cấu làm từ bê tông nặng, bê tông hạt nhỏ, làm việc trong vùng khí hậu nóng và không được bảo vệ tránh bức xạ mặt trời hao tổn ứng suất cần tính tăng lên 50%.

c) Nếu biết rõ loại xi măng, thành phần bê tông, điều kiện chế tạo và sử dụng kết cấu, cho phép sử dụng các phương pháp chính xác hơn để xác định hao tổn ứng suất khi phương pháp đó được chứng minh là có cơ sở theo qui định hiện hành.

Bảng 7 - Các hệ số để xác định hao tổn ứng suất do ma sát cốt thép

4.3.5. Trị số ứng suất trước trong cốt thép đưa vào tính toán cần nhân với hệ số độ chính xác khi căng cốt thép g_sp:

g_sp = 1 ± Dg_sp                  (6)

Trong công thức (6), lấy dấu "cộng" khi có ảnh hưởng bất lợi của ứng suất trước (tức là trong giai đoạn làm việc cụ thể của kết cấu hoặc một bộ phận đang xét của cấu kiện, ứng suất trước làm giảm khả năng chịu lực thúc đẩy sự hình thành vết nứt, v.v…); lấy dấu "trừ" khi có ảnh hưởng có lợi.

Trong trường hợp tạo ứng suất trước bằng phương pháp cơ học, giá trị Dg_sp lấy bằng 0,1; khi căng bằng phương pháp nhiệt điện và cơ nhiệt điện Dg_sp được xác định bằng công thức:

Dg_sp = 0,5                         (7)

nhưng lấy không nhỏ hơn 0,1;

Trong công thức (7):

P, s_sp xem 4.3.1;

n_p là số lượng thanh cốt thép căng trong tiết diện cấu kiện.

Khi xác định hao tổn ứng suất trong cốt thép, cũng như khi tính toán theo điều kiện mở rộng vết nứt và tính toán theo biến dạng cho phép lấy giá trị Dg_sp bằng không.

4.3.6. Ứng suất trong bê tông và cốt thép, cũng như lực nén trước trong bê tông dùng để tính toán kết cấu bê tông ứng lực trước được xác định theo chỉ dẫn sau:

Ứng suất trong tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện được xác định theo các nguyên tắc tính toán vật liệu đàn hồi. Trong đó, tiết diện tính toán là tiết diện tương đương bao gồm tiết diện bê tông có kể đến sự giảm yếu do các ống, rãnh và diện tích tiết diện các cốt thép dọc (căng và không căng) nhân với hệ số a là tỉ số giữa mô đun đàn hồi của cốt thép E_s và bê tông E_b. Khi trên tiết diện có bê tông với nhiều loại và cấp độ bền khác nhau, thì phải quy đổi về một loại hoặc một cấp dựa trên tỉ lệ mô đun đàn hồi của chúng.

Ứng lực nén trước P và độ lệch tâm của nó e_0p so với trọng tâm của tiết diện quy đổi được xác định theo các công thức:

P = s_sp A_sp + s'_sp A'_sp - s_s A_s - s'_s A'_s                      (8)

e_0p = (9)

trong đó:

s_s và s'_s tương ứng là ứng suất trong cốt thép không căng S và S' gây nên do co ngót và từ biến trong bê tông;

y_sp, y'_sp, y_s, y'_s tương ứng là các khoảng cách từ trọng tâm tiết diện quy đổi đến các điểm đặt hợp lực của nội lực trong cốt thép căng S và không căng S' (hình 1).

Hình 1 - Sơ đồ lực nén trước trong cốt thép trên tiết diện ngang của cấu kiện bê tông cốt thép

Trong trường hợp cốt thép căng có dạng cong, các giá trị s_sp  và s'_sp cần nhân với cosq và cosq', với q và q' tương ứng là góc nghiêng của trục cốt thép với trục dọc cấu kiện (tại tiết diện đang xét).

Các ứng suất s_sp  và s'_sp được lấy như sau:

a) Trong giai đoạn nén trước bê tông: có kể đến các hao tổn thứ nhất.

b) Trong đoạn sử dụng: có kể đến các hao tổn thứ nhất và thứ hai

Giá trị các ứng suất s_sp  và s'_s lấy như sau:

c) trong giai đoạn nén trước bê tông: lấy bằng hao tổn ứng suất do từ biến nhanh theo 6 Bảng 6.

d) trong giai đoạn sử dụng: lấy bằng tổng các hao tổn ứng suất do co ngót và từ biến của bê tông theo mục 6, 8 và 9 của Bảng 6.

4.3.7. Ứng suất nén trong bê tông s_bp trong giai đoạn nén trước bê tông phải thỏa mãn điều kiện: tỷ số s_bp/R_bp không được vượt giá trị cho trong Bảng 8.

Ứng suất s_bp xác định tại mức thớ chịu nén ngoài cùng của bê tông có kể đến hao tổn theo 1 đến 6 Bảng 6 và với hệ số độ chính xác khi căng cốt thép g_sp = 1.

Bảng 8 - Tỷ số giữa ứng suất nén trong bê tông s_bpở giai đoạn nén trước và cường độ của bê tông R_bp khi bắt đầu chịu ứng lực trước (s_bp/R_bp)

4.3.8. Đối với kết cấu ứng lực trước mà có dự kiến trước đến việc điều chỉnh ứng suất nén trong bê tông trong quá trình sử dụng (ví dụ: trong các lò phản ứng, bể chứa, tháp truyền hình), cần sử dụng cốt thép căng không bám dính, thì cần có các biện pháp có hiệu quả để bảo vệ cốt thép không bị ăn mòn. Đối với các kết cấu ứng suất trước không bám dính, cần tính toán theo các yêu cầu khả năng chống nứt cấp 1.

4.4. Nguyên tắc chung khi tính toán các kết cấu phẳng và kết cấu khối lớn có kể đến tính phi tuyến của bê tông cốt thép

4.4.1. Việc tính toán hệ kết cấu bê tông và bê tông cốt thép (kết cấu tuyến tính, kết cấu phẳng, kết cấu không gian và kết cấu khối lớn) đối với các trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ hai được thực hiện theo ứng suất, nội lực, biến dạng và chuyển vị. Các yếu tố ứng suất, nội lực, biến dạng và chuyển vị đó được tính toán từ những tác động của ngoại lực lên các kết cấu nói trên (tạo thành hệ kết cấu của nhà và công trình) và cần kể đến tính phi tuyến vật lý, tính không đẳng hướng và trong một số trường hợp cần thiết phải kể đến từ biến và sự tích tụ các hư hỏng (trong một quá trình dài) và tính phi tuyến hình học (phần lớn trong các kết cấu thành mỏng).

CHÚ THÍCH: Tính không đẳng hướng là sự không giống nhau về tính chất (ở đây là tính chất cơ học) theo các hướng khác nhau. Tính trực hướng là một dạng của tính không đẳng hướng, trong đó sự không giống nhau về tính chất là theo các hướng thuộc ba mặt phẳng đối xứng vuông góc với nhau từng đôi một.

4.4.2. Cần kể đến tính phi tuyến vật lý, tính không đẳng hướng và tính từ biến trong những tương quan xác định trong quan hệ ứng suất - biến dạng, cũng như trong điều kiện bền và chống nứt của vật liệu. Khi đó cần chia ra làm hai giai đoạn biến dạng của cấu kiện: trước và sau khi hình thành vết nứt.

4.4.3. Trước khi hình thành vết nứt, phải sử dụng mô hình phi tuyến trực hướng đối với bê tông. Mô hình này cho phép kể đến sự phát triển có hướng của hiệu ứng giãn nở và tính không đồng nhất của sự biến dạng khi nén và kéo. Cho phép sử dụng mô hình gần đẳng hướng của bê tông. Mô hình này cho phép kể đến sự xuất hiện của các yếu tố nêu trên theo ba chiều. Đối với bê tông cốt thép, tính toán trong giai đoạn này cần xuất phát từ tính biến dạng đồng thời theo phương dọc trục của cốt thép và phần bê tông bao quanh nó, ngoại trừ đoạn đầu mút cốt thép không bố trí neo chuyên dụng.

Khi có nguy cơ phình cốt thép, cần hạn chế trị số ứng suất nén giới hạn.

CHÚ THÍCH: Sự giãn nở là sự tăng về thể tích của vật thể khi nén do có sự phát triển của các vết vi nứt cũng như các vết nứt có chiều dài lớn.

4.4.4. Theo điều kiện bền của bê tông, cần kể đến tổ hợp ứng suất theo các hướng khác nhau, vì cường độ chịu nén hai trục và ba trục lớn hơn cường độ chịu nén một trục, còn khi chịu nén và kéo đồng thời cường độ đó có thể nhỏ hơn khi bê tông chỉ chịu nén hoặc kéo. Trong những trường hợp cần thiết, cần lưu ý tính dài hạn của ứng suất tác dụng.

Điều kiện bền của bê tông cốt thép không có vết nứt cần được xác lập trên cơ sở điều kiện bền của các vật liệu thành phần khi xem bê tông cốt thép như môi trường hai thành phần.

4.4.5. Lấy điều kiện bền của bê tông trong môi trường hai thành phần làm điều kiện hình thành vết nứt.

4.4.6. Sau khi xuất hiện vết nứt, cần sử dụng mô hình vật thể không đẳng hướng dạng tổng quát trong quan hệ phi tuyến giữa nội lực hoặc ứng suất với chuyển vị có kể đến các yếu tố sau:

- Góc nghiêng của vết nứt so với cốt thép và sơ đồ vết nứt;

- Sự mở rộng vết nứt và trượt của các biên vết nứt;

- Độ cứng của cốt thép:

+ Theo phương dọc trục: có kể đến sự dính kết của cốt thép với dải hoặc đoạn bê tông giữa các vết nứt;

+ Theo phương tiếp tuyến với biên vết nứt: có kể đến độ mềm của phần bê tông tại các biên vết nứt và ứng suất dọc trục và ứng suất tiếp tương ứng trong cốt thép tại vết nứt.

- Độ cứng của bê tông:

+ Giữa các vết nứt: có kể đến lực dọc và trượt của phần bê tông giữa các vết nứt (trong sơ đồ vết nứt giao nhau, độ cứng này được giảm đi);

+ Tại các vết nứt: có kể đến lực dọc và trượt của phần bê tông tại biên vết nứt.

- Sự mất dần từng phần tính đồng thời của biến dạng dọc trục của cốt thép và bê tông giữa các vết nứt.

Trong mô hình biến dạng của cấu kiện không cốt thép có vết nứt, chỉ kể đến độ cứng của bê tông trong khoảng giữa các vết nứt.

Trong những trường hợp xuất hiện các vết nứt xiên, cần kể đến đặc điểm riêng của biến dạng bê tông trong vùng phía trên các vết nứt.

4.4.7. Bề rộng vết nứt và chuyển dịch trượt tương đối của các biên vết nứt cần xác định trên cơ sở chuyển dịch theo hướng khác nhau của các thanh cốt thép so với các biên của vết nứt cắt qua chúng, có xét đến khoảng cách giữa các vết nứt và điều kiện chuyển dịch đồng thời.

4.4.8. Điều kiện bền của cấu kiện phẳng và kết cấu khối lớn có vết nứt cần xác định dựa trên các giả thuyết sau:

- Phá hoại xảy ra do cốt thép bị giãn dài đáng kể tại các vết nứt nguy hiểm nhất, thường nằm nghiêng so với thanh cốt thép và sự phá vỡ bê tông của một dải hay blốc giữa các vết nứt hoặc ngoài các vết nứt (ví dụ: tại vùng chịu nén của bản nằm trên các vết nứt);

- Cường độ chịu nén của bê tông bị suy giảm bởi ứng suất kéo sinh ra do lực dính giữa bê tông và cốt thép chịu kéo theo hướng vuông góc, cũng như do chuyển dịch ngang của cốt thép gần biên vết nứt;

- Khi xác định cường độ của bê tông cần xét đến sơ đồ hình thành vết nứt và góc nghiêng của vết nứt so với cốt thép;

- Cần kể đến ứng suất pháp trong thanh cốt thép hướng theo dọc trục cốt thép. Cho phép kể đến ứng suất tiếp trong cốt thép tại vị trí có vết nứt (hiệu ứng nagen), cho rằng các thanh cốt thép không thay đổi hướng;

- Tại vết nứt phá hoại, các thanh cốt thép cắt qua nó đều đạt cường độ chịu kéo tính toán (đối với cốt thép không có giới hạn chảy thì ứng suất cần được kiểm soát trong quá trình tính toán về biến dạng).

Cường độ bê tông tại các vùng khác nhau sẽ được đánh giá theo các ứng suất trong bê tông như trong một thành phần của môi trường hai thành phần (không kể đến ứng suất quy đổi trong cốt thép giữa các vết nứt được xác định có kể đến ứng suất tại các vết nứt, sự bám dính và sự mất dần từng phần tính đồng thời của biến dạng dọc trục của bê tông với cốt thép).

4.4.9. Đối với các kết cấu bê tông cốt thép có thể chịu được các biến dạng dẻo nhỏ, cho phép xác định khả năng chịu lực của chúng bằng phương pháp cân bằng giới hạn.

4.4.10. Khi tính toán kết cấu theo độ bền, biến dạng, sự hình thành và mở rộng vết nứt theo phương pháp phần tử hữu hạn, cần kiểm tra các điều kiện bền, khả năng chống nứt của tất cả các phần tử của kết cấu, cũng như kiểm tra điều kiện xuất hiện các biến dạng quá mức của kết cấu.

Khi đánh giá trạng thái giới hạn theo độ bền, cho phép một số phần tử bị phá hoại, nếu như điều đó không dẫn đến sự phá hoại tiếp theo của kết cấu và sau khi tải trọng đang xét thôi tác dụng, kết cấu vẫn sử dụng được bình thường hoặc có thể khôi phục được.

5. Vật liệu dùng cho kết cấu bê tông và bê tông cốt thép

5.1. Bê tông

5.1.1. Phân loại bê tông và phạm vi sử dụng

5.1.1.1. Tiêu chuẩn này cho phép dùng các loại bê tông sau:

- Bê tông nặng có khối lượng thể tích trung bình từ 2200 kg/m³ đến 2500 kg/m³;

- Bê tông hạt nhỏ có khối lượng thể tích trung bình lớn hơn 1800 kg/m³;

- Bê tông nhẹ có cấu trúc đặc và rỗng;

- Bê tông tổ ong chưng áp và không chưng áp;

- Bê tông đặc biệt: bê tông tự ứng suất.

5.1.1.2. Tùy thuộc vào công năng và điều kiện làm việc, khi thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép cần chỉ định các chỉ tiêu chất lượng của bê tông. Các chỉ tiêu cơ bản là:

a) Cấp độ bền chịu nén B;

b) Cấp độ bền chịu kéo dọc trục B_t (chỉ định trong trường hợp đặc trưng này có ý nghĩa quyết định và được kiểm tra trong quá trình sản xuất);

c) Mác theo khả năng chống thấm, ký hiệu bằng chữ W (chỉ định đối với các kết cấu có yêu cầu hạn chế độ thấm);

d) Mác theo khối lượng thể tích trung bình D (chỉ định đối với các kết cấu có yêu cầu về cách nhiệt);

e) Mác theo khả năng tự gây ứng suất S_p (chỉ định đối với các kết cấu tự ứng suất, khi đặc trưng này được kể đến trong tính toán và cần được kiểm tra trong quá trình sản xuất).

CHÚ THÍCH 1: Cấp độ bền chịu nén và chịu kéo dọc trục, MPa, phải thỏa mãn giá trị cường độ với xác suất đảm bảo 95%.

CHÚ THÍCH 2: Mác bê tông tự ứng suất theo khả năng tự gây ứng suất là giá trị ứng suất trong bê tông, MPa, gây ra do bê tông tự trương nở, ứng với hàm lượng thép dọc trong bê tông là m = 0,01.

CHÚ THÍCH 3: Để thuận tiện cho việc sử dụng trong thực tế, ngoài việc chỉ định cấp bê tông có thể ghi thêm mác bê tông trong ngoặc. Ví dụ B3O (M400).

5.1.1.3. Đối với kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, qui định sử dụng các loại bê tông có cấp và mác theo Bảng 9:

Bảng 9 - Qui định sử dụng cấp và mác bê tông

5.1.1.4. Tuổi của bê tông để xác định cấp độ bền chịu nén và chịu kéo dọc trục được chỉ định trong thiết kế là căn cứ vào thời gian thực tế từ lúc thi công kết cấu đến khi nó bắt đầu chịu tải trọng thiết kế, vào phương pháp thi công, vào điều kiện đóng rắn của bê tông. Khi thiếu những số liệu trên, lấy tuổi của bê tông là 28 ngày.

5.1.1.5. Đối với kết cấu bê tông cốt thép, không cho phép:

- Sử dụng bê tông nặng và bê tông hạt nhỏ có cấp độ bền chịu nén nhỏ hơn B7,5;

- Sử dụng bê tông nhẹ có cấp độ bền chịu nén nhỏ hơn B3,5 đối với kết cấu một lớp và B2,5 đối với kết cấu hai lớp.

Nên sử dụng bê tông có cấp độ bền chịu nén thỏa mãn điều kiện sau:

- Đối với cấu kiện bê tông cốt thép làm từ bê tông nặng và bê tông nhẹ khi tính toán chịu tải trọng lặp: không nhỏ hơn B15;

- Đối với cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén dạng thanh làm từ bê tông nặng, bê tông hạt nhỏ và bê tông nhẹ: không nhỏ hơn B15;

- Đối với cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén dạng thanh chịu tải trọng lớn (ví dụ: cột chịu tải trọng cầu trục, cột các tầng dưới của nhà nhiều tầng): không nhỏ hơn B25.

5.1.1.6. Đối với các cấu kiện tự ứng lực làm từ bê tông nặng, bê tông hạt nhỏ, bê tông nhẹ, có bố trí cốt thép căng, cấp độ bền của bê tông tùy theo loại và nhóm cốt thép căng, đường kính cốt thép căng và các thiết bị neo, lấy không nhỏ hơn các giá trị cho trong Bảng 10.

Bảng 10 - Qui định sử dụng cấp độ bền của bê tông đối với kết cấu ứng lực trước

Cường độ bê tông tại thời điểm nén trước R_bp (được kiểm soát như đối với cấp độ bền chịu nén) chỉ định không nhỏ hơn 11 MPa, còn khi dùng thép thanh nhóm A-VI, Aт-VI, Aт-VIK và Aт-VII, thép sợi cường độ cao không có neo và thép cáp thì cần chỉ định không nhỏ hơn 15,5 MPa. Ngoài ra, R_bp không được nhỏ hơn 50% cấp độ bền chịu nén của bê tông.

Đối với các kết cấu được tính toán chịu tải trọng lặp, khi sử dụng cốt thép sợi ứng lực trước và cốt thép thanh ứng lực trước nhóm CIV, A-IV với mọi đường kính, cũng như nhóm A-V có đường kính từ 10 mm đến 18 mm, giá trị cấp bê tông tối thiểu cho trong Bảng 10 phải tăng lên một bậc (5 MPa) tương ứng với việc tăng cường độ của bê tông khi bắt đầu chịu ứng lực trước.

Khi thiết kế các dạng kết cấu riêng, cho phép giảm cấp bê tông tối thiểu xuống một bậc là 5 MPa so với các giá trị cho trong Bảng 10, đồng thời với việc giảm cường độ của bê tông khi bắt đầu chịu ứng lực trước.

CHÚ THÍCH 1: Khi tính toán kết cấu bê tông cốt thép trong giai đoạn nén trước, đặc trưng tính toán của bê tông được lấy như đối với cấp độ bền của bê tông, có trị số bằng cường độ của bê tông khi bắt đầu chịu ứng lực trước (theo nội suy tuyến tính).

CHÚ THÍCH 2: Trường hợp thiết kế các kết cấu bao che một lớp đặc làm chức năng cách nhiệt, khi giá trị tương đối của ứng lực nén trước s_bp/R_bp không lớn hơn 0,3 cho phép sử dụng cốt thép căng nhóm CIV, A-IV có đường kính không lớn hơn 14 mm với bê tông nhẹ có cấp từ B7,5 đến B12,5, khi đó R_bp cần chỉ định không nhỏ hơn 80% cấp độ bền của bê tông.

5.1.1.7. Khi chưa có các căn cứ thực nghiệm riêng, không cho phép sử dụng bê tông hạt nhỏ cho kết cấu bê tông cốt thép chịu tải trọng lặp, cũng như cho các kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước có nhịp lớn hơn 12 m dùng thép sợi nhóm B-II, Bp-II, K-7, K-19.

Khi sử dụng kết cấu bê tông hạt nhỏ, nhằm chống ăn mòn và đảm bảo sự dính kết của bê tông với cốt thép căng trong rãnh và trên bề mặt bê tông của kết cấu, cấp độ bền chịu nén của bê tông được chỉ định không nhỏ hơn B12,5; còn khi dùng để bơm vào ống thì sử dụng bê tông có cấp không nhỏ hơn B25.

5.1.1.8. Để chèn các mối nối cấu kiện kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép, cấp bê tông được chỉ định tùy vào điều kiện làm việc của cấu kiện, nhưng lấy không nhỏ hơn B7,5 đối với mối nối không có cốt thép và lấy không nhỏ hơn B15 đối với mối nối có cốt thép.

5.1.2. Đặc trưng tiêu chuẩn và đặc trưng tính toán của bê tông

5.1.2.1. Các loại cường độ tiêu chuẩn của bê tông bao gồm cường độ khi nén dọc trục mẫu lăng trụ (cường độ lăng trụ) R_bn và cường độ khi kéo dọc trục R_btn.

Các cường độ tính toán của bê tông khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất R_b, R_bt và theo các trạng thái giới hạn thứ hai R_b,ser, R_bt,ser được xác định bằng cách lấy cường độ tiêu chuẩn chia cho hệ số tin cậy của bê tông tương ứng khi nén g_bc và khi kéo g_bt. Các giá trị của hệ số g_bc và g_bt của một số loại bê tông chính cho trong Bảng 11.

Bảng 11 - Hệ số độ tin cậy của một số loại bê tông khi nén g_bcvà khi kéog_bt

5.1.2.2. Cường độ tiêu chuẩn của bê tông khi nén dọc trục R_bn (cường độ chịu nén tiêu chuẩn của bê tông) tùy theo cấp độ bền chịu nén của bê tông cho trong Bảng 12 (đã làm tròn).

Cường độ tiêu chuẩn của bê tông khi kéo dọc trục R_btn (cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bê tông) trong những trường hợp độ bền chịu kéo của bê tông không được kiểm soát trong quá trình sản xuất được xác định tùy thuộc vào cấp độ bền chịu nén của bê tông cho trong Bảng 12.

Cường độ tiêu chuẩn của bê tông khi kéo dọc trục R_btn (cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bê tông) trong những trường hợp độ bền chịu kéo của bê tông được kiểm soát trong quá trình sản xuất được lấy bằng cấp độ bền chịu kéo với xác xuất đảm bảo.

5.1.2.3. Các cường độ tính toán của bê tông R_b, R_bt,R_b,ser, R_bt,ser (đã làm tròn) tùy thuộc vào cấp độ bền chịu nén và kéo dọc trục của bê tông cho trong Bảng 13 và Bảng 14 khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất và Bảng 12 khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ hai.

Các cường độ tính toán của bê tông khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất R_b và R_bt được giảm xuống (hoặc tăng lên) bằng cách nhân với các hệ số điều kiện làm việc của bê tông g_bi. Các hệ số này kể đến tính chất đặc thù của bê tông, tính dài hạn của tác động, tính lặp lại của tải trọng, điều kiện và giai đoạn làm việc của kết cấu, phương pháp sản xuất, kích thước tiết diện, v.v… Giá trị hệ số điều kiện làm việc g_bi cho trong Bảng 15.

Bảng 12 - Các cường độ tiêu chuẩn của bê tông R_bn, R­_btn và cường độ tính toán của bê tông khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ hai R_b,ser, R_bt,ser, MPa

Bảng 13 - Các cường độ tính toán của bê tông R_b, R­_bt khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất, MPa

Bảng 14 - Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông R_bt ứng với cấp độ bền chịu kéo của bê tông, MPa

Bảng 15 - Hệ số điều kiện làm việc của bê tông g_bi

Các cường độ tính toán của bê tông khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ hai R_b,ser và R_bt,ser đưa vào tính toán phải nhân với hệ số điều kiện làm việc g_bi = 1; ngoại trừ những trường hợp nêu trong 7.1.2.9, 7.1.3.1, 7.1.3.2.

Đối với các loại bê tông nhẹ, cho phép dùng các giá trị khác của cường độ tính toán khi được phê chuẩn theo quy định.

Cho phép dùng những giá trị trên đối với các loại bê tông nhẹ khi có cơ sở chắc chắn.

CHÚ THÍCH: Đối với các giá trị cấp độ bền bê tông trung gian theo 5.1.1.3 thì các giá trị cho trong Bảng 12, 13 và 17 lấy nội suy tuyến tính.

5.1.2.4. Giá trị mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông E_b khi nén và kéo lấy theo Bảng 17

Trong trường hợp có số liệu về loại xi măng, thành phần bê tông, điều kiện sản xuất v.v…, cho phép lấy các giá trị khác của E_b được các cơ quan có thẩm quyền chấp nhận.

5.1.2.5. Hệ số dãn nở nhiệt a_bt khi nhiệt độ thay đổi từ âm 40 ⁰C đến 50 ⁰C, tùy thuộc vào loại bê tông được lấy như sau:

- Đối với bê tông nặng, bê tông hạt nhỏ và bê tông nhẹ cốt liệu nhỏ loại đặc chắc: 1 x 10^-5 °C^-1;

- Đối với bê tông nhẹ dùng cốt liệu nhỏ loại rỗng: 0,7 x 10^{-5 °}C^-1;

- Đối với bê tông tổ ong và bê tông rỗng: 0,8 x 10^-5 °C^-1.

Trong trường hợp có số liệu về thành phần khoáng chất của cốt liệu, lượng xi măng mức độ ngậm nước của bê tông, cho phép lấy các giá trị a_bt khác nếu có căn cứ và được các cơ quan có thẩm quyền phê duyệt.

5.1.2.6. Hệ số nở ngang ban đầu của bê tông v (hệ số Poát-xông) lấy bằng 0,2 đối với tất cả các loại bê tông. Mô đun trượt của bê tông G lấy bằng 0,4 giá trị E_b tương ứng. Giá trị của E_b cho trong Bảng 17.

Bảng 16 - Hệ số điều kiện làm việc của bê tông g_b1­ khi kết cấu chịu tải trọng lặp

Bảng 17 - Mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông khi nén và kéo, E_b x 10^-3, MPa

5.2. Cốt thép

5.2.1. Phân loại cốt thép và phạm vi sử dụng

5.2.1.1. Các loại thép làm cốt cho kết cấu bê tông cốt thép phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn hiện hành của Nhà nước. Theo TCVN 1651:1985 , có các loại cốt thép tròn trơn CI và cốt thép có gân (cốt thép vằn) CII, CIII, CIV. Theo TCVN 3101:1979 có các loại dây thép các bon thấp kéo nguội. Theo TCVN 3100:1979 có các loại thép sợi tròn dùng làm cốt thép bê tông ứng lực trước.

Trong tiêu chuẩn này có kể đến các loại thép nhập khẩu từ Nga, gồm các chủng loại sau:

a) Cốt thép thanh:

- Cán nóng: tròn trơn nhóm A-I, có gờ nhóm A-II và Ac-II, A-III, A-IV, A-V, A-VI;

- Gia cường bằng nhiệt luyện và cơ nhiệt luyện: có gờ nhóm Aт-IIIC, Aт-IV, Aт-IVC, Aт-IVK, Aт-VCK, Aт-VI, Aт-VIK và Aт-VII.

b) Cốt thép dạng sợi:

- Thép sợi kéo nguội:

+ Loại thường: có gờ nhóm Bp-I;

+ Loại cường độ cao: tròn trơn B-II, có gờ nhóm Bp-II

- Thép cáp:

+ Loại 7 sợi K-7, loại 19 sợi K-19.

Trong kết cấu bê tông cốt thép, cho phép sử dụng phương pháp tăng cường độ bằng cách kéo thép thanh nhóm A-IIIв trong các dây chuyền công nghiệp (có kiểm soát độ giãn dài và ứng suất hoặc chỉ kiểm soát độ giãn dài). Việc sử dụng chủng loại thép mới sản xuất cần phải được các cơ quan có thẩm quyền phê duyệt.

CHÚ THÍCH 1: Đối với các loại thép Nga, trong ký hiệu chữ "C" thể hiện tính "hàn được" (ví dụ AT-IIIC); chữ "K" thể hiện khả năng chống ăn mòn (ví dụ: AT-IVK); chữ "T" dùng trong ký hiệu thép cường độ cao (ví dụ: AT-V). Trong trường hợp thép phải có yêu cầu hàn được và chống ăn mòn thì dùng ký hiệu "CK" (ví dụ: AT-VCK). Ký hiệu "c" dùng cho thép có những chỉ định đặc biệt (ví dụ: AC-II).

CHÚ THÍCH 2: Từ đây trở đi, trong các quy định sử dụng thép, thứ tự các nhóm thép thể hiện tính ưu tiên khi áp dụng. Ví dụ: trong 5.2.1.3 ghi: "Nên sử dụng cốt thép nhóm CIII, A-III, AT-IIIC, AT-IVC, Bp-I, CI, A-I, CII, A-II và Ac-II trong khung thép buộc và lưới" có nghĩa là thứ tự ưu tiên khi sử dụng sẽ là: CIII, sau đó mới đến AIII, AT-IIIC và v.v…

Để làm các chi tiết đặt sẵn và những bản nối cần dùng thép bản cán nóng hoặc thép hình theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép TCXDVN 338:2005 .

Các loại thép được sản xuất theo tiêu chuẩn của các nước khác (kể cả thép được sản xuất trong các công ty liên doanh) phải tuân theo các yêu cầu kỹ thuật của tiêu chuẩn tương ứng và phải cho biết các chỉ tiêu kỹ thuật chính như sau:

- Thành phần hóa học và phương pháp chế tạo đáp ứng với các yêu cầu của thép dùng trong xây dựng;

- Các chỉ tiêu về cường độ: giới hạn chảy, giới hạn bền và hệ số biến động của các giới hạn đó;

- Mô đun đàn hồi, độ giãn dài cực hạn, độ dẻo;

- Khả năng hàn được;

- Với kết cấu chịu nhiệt độ cao hoặc thấp cần biết sự thay đổi tính chất cơ học khi tăng giảm nhiệt độ;

- Với kết cấu chịu tải trọng lặp cần biết giới hạn mỏi.

CHÚ THÍCH: Đối với các loại cốt thép không đúng theo TCVN thì cần căn cứ vào các chỉ tiêu cơ học để quy đổi về cốt thép tương đương khi lựa chọn phạm vi sử dụng của chúng (xem Phụ lục B).

5.2.1.2. Việc lựa chọn cốt thép tùy thuộc vào loại kết cấu, có hay không ứng lực trước, cũng như điều kiện thi công và sử dụng nhà và công trình, theo chỉ dẫn từ 5.2.1.3 và 5.2.1.8 và xét đến sự thống nhất hóa cốt thép dùng cho kết cấu theo nhóm và đường kính, v.v…

5.2.1.3. Để làm cốt thép không căng (cốt thép thường) cho kết cấu bê tông cốt thép, sử dụng các loại thép sau đây:

a) Thép thanh nhóm Aт-IVC: dùng làm cốt thép dọc;

b) Thép thanh nhóm CIII, A-III và Aт-IIIC: dùng làm cốt thép dọc và cốt thép ngang;

c) Thép sợi nhóm Bp-I: dùng làm cốt thép ngang và cốt thép dọc;

d) Thép thanh nhóm CI, A-I, CII, A-II và Ac-II: dùng làm cốt thép ngang cũng như cốt thép dọc (nếu như không thể dùng loại thép thường khác được);

e) Thép thanh nhóm CIV, A-IV (A-IV, Aт-IV, Aт-IVK): dùng làm cốt thép dọc trong khung thép buộc và lưới thép;

f) Thép thanh nhóm A-V (A-V, Aт-V, Aт-VK, Aт-VCK), A-VI (A-VI, Aт-VI, Aт-VIK), Aт-VII: dùng làm cốt thép dọc chịu nén, cũng như dùng làm cốt thép dọc chịu nén và chịu kéo trong trường hợp bố trí cả cốt thép thường và cốt thép căng trong khung thép buộc và lưới thép.

Để làm cốt thép không căng, cho phép sử dụng cốt thép nhóm A-IIIB làm cốt thép dọc chịu kéo trong khung thép buộc và lưới.

Nên sử dụng cốt thép nhóm CIII, A-III, Aт-IIIC, Aт-IVC, Bp-I, CI, A-I, CII, A-II và Ac-II trong khung thép buộc và lưới.

Cho phép sử dụng làm lưới và khung thép hàn các loại cốt thép nhóm A-IIIв, Aт-IVK (làm từ thép mác 10MnSi2, 08Mn2Si) và Aт-V (làm từ thép mác 20MnSi) trong liên kết chữ thập bằng hàn điểm (xem 8.8.1).

5.2.1.4. Trong các kết cấu sử dụng cốt thép thường, chịu áp lực hơi, chất lỏng và vật liệu rời, nên sử dụng cốt thép thanh nhóm CI, A-I, CII, A-II, CIII, A-III và Aт-IIIC và thép sợi nhóm Bp-I.

5.2.1.5. Để làm cốt thép căng cho kết cấu bê tông cốt thép, cần sử dụng các loại thép sau đây:

a) thép thanh nhóm A-V (A-V, Aт-V, Aт-VK, Aт-VCK), A-VI (A-VI, Aт-VI, Aт-VIK) và Aт-VII;

b) thép sợi nhóm B-II, Bp-II; và thép cáp K-7 và K-19.

Cho phép sử dụng thép thanh nhóm CIV, A-IV (A-IV, Aт-IV, Aт-IVC, Aт-IVK) và A-IIIв làm cốt thép căng.

Trong các kết cấu có chiều dài không lớn hơn 12 m nên ưu tiên sử dụng cốt thép thanh nhóm Aт-VII, Aт-VI và Aт-V.

CHÚ THÍCH: Để làm cốt thép căng cho kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước làm từ bê tông nhẹ có cấp B7,5 đến B12,5, nên sử dụng các loại thép thanh sau đây: CIV, A-IV (A-IV, AT-IV, AT-IVC, AT-IVK) và A-IIIB.

5.2.1.6. Để làm cốt thép căng cho kết cấu chịu áp lực hơi, chất lỏng và vật liệu rời nên dùng các loại thép sau đây:

a) Thép sợi nhóm B-II, Bp-I và thép cáp K-7 và K-19.

b) Thép thanh nhóm A-V (A-V, Aт-V, Aт-VK, Aт-VCK), A-VI (A-VI, Aт-VI, Aт-VIK) và Aт-VII;

c) Thép thanh nhóm CIV, A-IV (A-IV, Aт-IV, Aт-IVK, Aт-IVC).

Trong các kết cấu trên cũng cho phép sử dụng thép nhóm A-IIIв.

Để làm cốt thép căng trong các kết cấu làm việc trong môi trường xâm thực mạnh nên ưu tiên dùng thép nhóm CIV, A-IV, cũng như các loại thép nhóm Aт-VIK, Aт-VK, Aт-VCK và Aт-IVK.

5.2.1.7. Khi lựa chọn loại và mác thép làm cốt thép đặt theo tính toán, cũng như lựa chọn thép cán định hình cho các chi tiết đặt sẵn cần kể đến điều kiện nhiệt độ sử dụng của kết cấu và tính chất chịu tải theo yêu cầu trong Phụ lục A và B.

5.2.1.8. Đối với móc cẩu của các cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép lắp ghép cần sử dụng loại cốt thép cán nóng nhóm Ac-II mác 10MnTi và nhóm CI, A-I mác Cт3cn2.

5.2.1.9. Trong tiêu chuẩn này, từ đây trở đi, khi không cần thiết phải chỉ rõ loại thép thanh (cán nóng, nhiệt luyện), ký hiệu nhóm thép sử dụng ký hiệu của cốt thép cán nóng (ví dụ: nhóm thép A-V được hiểu là cốt thép nhóm A-V, Aт-V, Aт-VK và Aт-VCK).

5.2.2. Đặc trưng tiêu chuẩn và đặc trưng tính toán của cốt thép

5.2.2.1. Cường độ tiêu chuẩn của cốt thép R_sn là giá trị nhỏ nhất được kiểm soát của giới hạn chảy thực tế hoặc quy ước (bằng ứng suất ứng với biến dạng dư là 0,2%).

Đặc trưng được kiểm soát nêu trên của cốt thép được lấy theo các tiêu chuẩn nhà nước hiện hành và các điều kiện kỹ thuật của thép cốt đảm bảo với xác xuất không nhỏ hơn 95%.

Cường độ tiêu chuẩn R_sn của một số loại thép thanh và thép sợi cho trong các Bảng 18 và Bảng 19; đối với một số loại thép khác xem Phụ lục B.

5.2.2.2. Cường độ chịu kéo tính toán R_s của cốt thép khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ hai được xác định theo công thức:

R_s =                          (10)

Trong đó:

g_s là hệ số độ tin cậy của cốt thép, lấy theo Bảng 20. Đối với các loại thép khác xem Phụ lục B.

Bảng 18 - Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn R_sn­ và cường độ chịu kéo tính toán của thép thanh khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ hai R_{s, ser}

Bảng 19 - Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn R_sn và cường độ chịu kéo tính toán của thép sợi khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ hai R_s,ser

Bảng 20 - Hệ số độ tin cậy của cốt thép g_s

5.2.2.3. Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép R_sc dùng trong tính toán kết cấu theo các trạng thái giới hạn thứ nhất khi có sự dính kết giữa bê tông và cốt thép lấy theo Bảng 21 và Bảng 22.

Khi tính toán trong giai đoạn nén trước kết cấu, giá trị R_sc lấy không lớn hơn 330 MPa, còn đối với thép nhóm A-IIIB lấy bằng 170 MPa.

Khi không có dính kết giữa bê tông và cốt thép lấy R_sc = 0.

5.2.2.4. Cường độ tính toán của cốt thép khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất được giảm xuống (hoặc tăng lên) bằng cách nhân với hệ số điều kiện làm việc của cốt thép g_si. Hệ số này kể đến sự nguy hiểm do phá hoại vì mỏi, sự phân bố ứng suất không đều trong tiết diện, điều kiện neo, cường độ của bê tông bao quanh cốt thép, v.v…, hoặc khi cốt thép làm việc trong điều kiện ứng suất lớn hơn giới hạn chảy quy ước, sự thay đổi tính chất của thép do điều kiện sản xuất, v.v…

Cường độ tính toán của cốt thép khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ hai R_s,ser đưa vào tính toán với hệ số điều kiện làm việc g_si = 1,0.

Cường độ tính toán của cốt thép ngang (cốt thép đai và cốt thép xiên) R_sw được giảm xuống so với R_s bằng cách nhân với các hệ số điều kiện làm việc g_s1 và g_s2. Các hệ số này lấy như sau:

d) Không phụ thuộc vào loại và mác thép: lấy g_s1 = 0,8 (g_s1 kể đến sự phân bố ứng suất không đều trong cốt thép);

Bảng 21 - Cường độ tính toán của cốt thép thanh khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất

Bảng 22 - Cường độ tính toán của cốt thép sợi khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất, MPa

a) Đối với thép thanh nhóm CIII, A-III có đường kính nhỏ hơn 1/3 đường kính cốt thép dọc và đối với thép sợi nhóm Bp-I trong khung thép hàn: g_s2 = 0,9 (g_s2 kể đến khả năng liên kết hàn bị phá hoại giòn).

Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép ngang (cốt thép đai và cốt thép xiên) R_sw­ có kể đến các hệ số điều kiện làm việc g_s1 và g_s2 nêu trên cho trong Bảng 21 và Bảng 22.

Ngoài ra, các cường độ tính toán R_s, R­­_sc, R_sw­ trong các trường hợp tương ứng cần được nhân với các hệ số điều kiện làm việc của cốt thép. Các hệ số này cho trong các Bảng từ 23 đến Bảng 26.

Bảng 23 - Các hệ số điều kiện làm việc của cốt thép g_si

Bảng 24 - Hệ số điều kiện làm việc của cốt thép g_s3khi kết cấu chịu tải trọng lặp

Bảng 25 - Hệ số điều kiện làm việc của cốt thép g_s4

Bảng 26 - Hệ số điều kiện làm việcg_s9 của cốt thép

5.2.2.5. Chiều dài đoạn truyền ứng suất l_p của cốt thép căng không có neo được xác định theo công thức:

l_p = d                   (11)

trong đó w_p và l_p lấy theo Bảng 27.

Trong trường hợp cần thiết, giá trị R_bp cần được nhân với các hệ số điều kiện làm việc của bê tông, ngoại trừ g_b2.

Giá trị s_sp trong công thức (11) được lấy bằng:

- giá trị lớn hơn trong hai giá trị R_s và s_sp khi tính toán theo độ bền;

- giá trị s_sp khi tính toán cấu kiện theo khả năng chống nứt, ở đây, s_sp được lấy có kể đến hao tổn ứng suất tính theo công thức từ mục 1 đến mục 5 trong Bảng 6.

Trong các cấu kiện làm từ bê tông hạt nhỏ nhóm B và bê tông nhẹ có cốt liệu nhỏ loại rỗng (trừ bê tông cấp B7,5 đến B12,5), giá trị w_p và l_p lấy tăng lên 1,2 lần so với các giá trị cho trong Bảng 27.

Trong trường hợp ứng lực nén trước truyền đột ngột vào bê tông, đối với thép thanh có gờ thì các giá trị w_p và l_p được lấy tăng lên 1,25 lần. Không cho phép truyền ứng lực nén trước đột ngột khi sử dụng cốt thép thanh có đường kính lớn hơn 18 mm.

Đối với thép thanh có gờ của tất cả các nhóm, giá trị l_p lấy không nhỏ hơn 15d.

Đối với thép sợi (trừ thép sợi cường độ cao nhóm Bp-II có các neo ở trong phạm vi đoạn ngàm) thì điểm đầu của đoạn truyền ứng suất trong trường hợp truyền ứng lực nén đột ngột vào bê tông lấy từ điểm cách đầu mút cấu kiện một khoảng cách là 0,25 l_p.

Bảng 27 - Các hệ số để xác định chiều dài đoạn truyền ứng suất l_p của cốt thép căng không có neo

5.2.2.6. Giá trị mô đun đàn hồi E_s của một số loại cốt thép cho trong Bảng 28.

Bảng 28 - Mô đun đàn hồi của một số loại cốt thép

6. Tính toán cấu kiện bê tông, bê tông cốt thép theo các trạng thái giới hạn thứ nhất

6.1. Tính toán cấu kiện bê tông theo độ bền

6.1.1. Nguyên tắc chung

6.1.1.1. Tính toán cấu kiện bê tông theo độ bền cần được tiến hành trên tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện. Tùy vào điều kiện làm việc của cấu kiện, mà trong tính toán có kể đến hoặc không kể đến sự làm việc của vùng chịu kéo.

6.1.1.2. Đối với các cấu kiện chịu nén lệch tâm nêu trong 4.1.7a mà trạng thái giới hạn được đặc trưng bằng sự phá hoại của bê tông chịu nén, thì khi tính toán không kể đến sự làm việc của bê tông chịu kéo. Độ bền chịu nén của bê tông được quy ước là ứng suất nén của bê tông, có giá trị bằng R_b và phân bố đều trên vùng chịu nén của tiết diện - vùng chịu nén quy ước (Hình 2) và sau đây được gọi tắt là vùng chịu nén của bê tông.

Hình 2 - Sơ đồ nội lực và biểu đồ ứng suất trên tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện bê tông chịu nén lệch tâm khi tính theo độ bền không kể đến sự làm việc của bê tông vùng chịu kéo

6.1.1.3. Đối với các cấu kiện nêu trong 4.1.7b, cũng như với các cấu kiện không cho phép nứt theo điều kiện sử dụng kết cấu (cấu kiện chịu áp lực trước, mái đua, tường chắn, v.v…) khi tính toán có kể đến sự làm việc của bê tông vùng chịu kéo. Khi đó trạng thái giới hạn được đặc trưng bằng sự phá hoại của bê tông vùng chịu kéo (xuất hiện vết nứt). Lực tới hạn được xác định dựa trên các giả thuyết sau (Hình 3):

- Tiết diện vẫn được coi là phẳng sau khi biến dạng;

- Độ giãn dài tương đối lớn nhất của thớ bê tông chịu kéo ngoài cùng lấy bằng 2R_bt/E_b;

- Ứng suất trong bê tông vùng chịu nén được xác định với biến dạng đàn hồi của bê tông (trong một số trường hợp có kể cả biến dạng không đàn hồi);

- Ứng suất bê tông vùng chịu kéo được phân bố đều và bằng R_bt;

6.1.1.4. Khi có khả năng hình thành vết nứt xiên (ví dụ: cấu kiện có tiết diện chữ i, T chịu lực cắt), cần tính toán cấu kiện bê tông theo các điều kiện (144) và (145), trong đó cường độ tính toán của bê tông khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ hai R_b,ser và R_bt,ser được thay bằng các giá trị cường độ tính toán tương ứng khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất R_b và R_bt;

6.1.1.5. Ngoài ra, cấu kiện cần được tính toán chịu tác dụng cục bộ của tải trọng theo 6.2.5.1.

Hình 3 - Sơ đồ nội lực và biểu đồ ứng suất trên tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện bê tông chịu uốn (nén lệch tâm) được tính theo độ bền, có kể đến sự làm việc của bê tông vùng chịu kéo

6.1.2. Tính toán cấu kiện bê tông chịu nén lệch tâm

6.1.2.1. Khi tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm, cần tính đến độ lệch tâm ngẫu nhiên e_a của lực dọc. Giá trị e_a được xác định theo 4.2.12.

6.1.2.2. Khi độ mảnh của cấu kiện l₀/i > 14, cần xét đến ảnh hưởng của độ cong trong mặt phẳng lệch tâm của lực dọc và trong mặt phẳng vuông góc với nó đến khả năng chịu lực của cấu kiện bằng cách nhân giá trị của e₀ với hệ số h (xem 6.1.2.5). Trong trường hợp tính toán ngoài mặt phẳng lệch tâm của lực dọc, giá trị e₀ được lấy bằng độ lệch tâm ngẫu nhiên e_a.

Không cho phép sử dụng cấu kiện bê tông chịu nén lệch tâm (trừ các trường hợp nêu trong 4.1.7b) khi độ lệch tâm của điểm đặt lực dọc đã kể đến uốn dọc e₀h vượt quá:

a) Theo tổ hợp tải trọng:

- Cơ bản: ........................................................................................................................ 0,90y

- Đặc biệt:........................................................................................................................ 0,95y

b) Theo loại và cấp bê tông:

- Với bê tông nặng, bê tông hạt nhỏ và bê tông nhẹ có cấp lớn hơn B7,5: ........................... y-10

- Với loại bê tông và cấp bê tông khác: ............................................................................. y-20

(ở đây, y là khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến thớ bê tông chịu nén nhiều hơn, tính bằng mm).

6.1.2.3. Đối với các cấu kiện bê tông chịu nén lệch tâm nêu ở 8.11.2, cần đặt cốt thép cấu tạo.

6.1.2.4. Cấu kiện bê tông chịu nén lệch tâm (Hình 2) cần được tính toán theo điều kiện:

N ≤ aR_bA_b                      (12)

Trong đó: A_b là diện tích bê tông vùng chịu nén, được xác định từ điều kiện trọng tâm vùng chịu nén trùng với điểm đặt của hợp các ngoại lực.

Đối với cấu kiện có tiết diện chữ nhật, A_b được xác định theo công thức:

A_b = bh                    (13)

Đối với các cấu kiện bê tông chịu nén lệch tâm không cho phép xuất hiện vết nứt theo điều kiện sử dụng, ngoài các tính toán theo điều kiện (12) phải kiểm tra thêm điều kiện (14) có kể đến sự làm việc của bê tông vùng chịu kéo (xem 6.1.1, Hình 3):

N ≤              (14)

Đối với cấu kiện tiết diện chữ nhật điều kiện (14) có dạng:

N ≤                        (15)

Việc tính toán cấu kiện bê tông chịu nén lệch tâm nêu trong 4.1.7b cần phải được thực hiện theo các điều kiện (14) và (15)

Trong các công thức từ (12) đến (15):

h là hệ số, xác định theo công thức (19);

a là hệ số, lấy như sau:

+ đối với bê tông nặng, bê tông hạt nhỏ, bê tông nhẹ, bê tông rỗng: 1,00

+ đối với bê tông tổ ong được chưng áp: 0,85

+ đối với bê tông tổ ong không được chưng áp: 0,75

W_pl là mô men kháng uốn của tiết diện đối với thớ chịu kéo ngoài cùng có kể đến biến dạng không đàn hồi của bê tông chịu kéo, được xác định theo công thức (16) với giả thiết không có lực dọc:

W_pl = + S_b0                                              (16)

r là khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến điểm lõi của tiết diện cách xa vùng chịu kéo hơn cả, được xác định theo công thức:

r = j              (17)

j xem ở 7.1.2.4;

Vị trí trục trung hòa được xác định từ điều kiện:

S'_b0 =                  (18)

6.1.2.5. Giá trị hệ số h xét ảnh hưởng của độ cong đến độ lệch tâm e₀ của lực dọc, được xác định theo công thức:

h =                (19)

Trong đó N_cr là lực tới hạn quy ước, được xác định theo công thức

N_{cr =} (20)

Trong công thức (20):

j_l là hệ số kể đến ảnh hưởng của tác dụng dài hạn của tải trọng đến độ cong của cấu kiện ở trạng thái giới hạn lấy bằng:

j_l = 1 + b                     (21)

Nhưng không lớn hơn 1 + b;

Trong đó:

b là hệ số phụ thuộc vào loại bê tông, lấy theo Bảng 29;

M là mô men lấy đối với biên chịu kéo hoặc chịu nén ít hơn cả của tiết diện do tác dụng của tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn và tải trọng tạm thời ngắn hạn;

M_l tương tự M, nhưng do tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn;

L₀ là xác định theo Bảng 30;

d_e là hệ số, lấy bằng e₀/h, nhưng không nhỏ hơn d_e,min:

d_e,min = 0,5 - 0,01           (22)

ở đây: R_b là tính bằng megapascan (MPa).

Nếu mô men uốn (hoặc độ lệch tâm) do toàn bộ tải trọng và do tổng của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn có dấu khác nhau thì j_l lấy như sau:

+ khi giá trị tuyệt đối của độ lệch tâm do toàn bộ tải trọng |e₀| > 0,1h: j_l =1;

+ khi |e₀| ≤ 0,1h: j_l = j_l1 + 10 (1 - j_l1) ,

Trong đó:

j_l1 được xác định theo công thức (21) với M lấy bằng lực dọc N (do tải trọng thường xuyên, tạm thời dài hạn và tạm thời ngắn hạn gây ra) nhân với khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến cạnh bị kéo hoặc bị nén ít hơn cả do tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn gây ra.

Bảng 29 - Hệ số b trong công thức (21)

Bảng 30 - Chiều dài tính toán l₀ của cấu kiện bê tông chịu nén lệch tâm

6.1.2.6. Tính toán cấu kiện bê tông chịu nén cục bộ cần được tiến hành theo 6.2.5.1 và 6.2.5.2.

6.1.3. Cấu kiện chịu uốn

6.1.3.1. Cấu kiện bê tông chịu uốn (Hình 3) cần được tính toán theo các điều kiện:

M ≤ a R_bt W_pl                           (23)

Trong đó:

a là hệ số, lấy theo 6.1.2.4;

W_pl xác định theo công thức (16), đối với cấu kiện có tiết diện chữ nhật W_pl lấy bằng:

W_pl =                     (24)

6.2. Tính toán cấu kiện bê tông cốt thép theo độ bền

6.2.1. Nguyên tắc chung

6.2.1.1. Cấu kiện bê tông cốt thép phải được tính toán trên tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện và tiết diện nghiêng với trục dọc cấu kiện theo hướng nguy hiểm nhất. Khi có mô men xoắn cần kiểm tra độ bền tiết diện không gian được giới hạn bởi các vết nứt dạng xoắn ở vùng chịu kéo theo hướng nguy hiểm nhất có thể xảy ra. Ngoài ra, cần tính toán cấu kiện chịu các tác dụng cục bộ của tải trọng (nén cục bộ, nén thủng, giật đứt).

6.2.1.2. Khi có cốt thép căng không bám dính, tính toán kết cấu theo độ bền tiến hành theo chỉ dẫn riêng.

6.2.2. Tính toán theo tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện

6.2.2.1. Nội lực tới hạn trên tiết diện thẳng góc cần xác định từ các giả thiết sau:

- Bỏ qua khả năng chịu kéo của bê tông;

- Khả năng chịu nén của bê tông là ứng suất, lấy bằng R_b­, được phân bố đều trên vùng chịu nén;

- Biến dạng (ứng suất) trong cốt thép được xác định phụ thuộc vào chiều cao vùng chịu nén của bê tông và có xét đến biến dạng (ứng suất) do ứng lực trước (xem 6.2.2.19);

- Ứng suất kéo trong cốt thép được lấy không lớn hơn cường độ chịu kéo tính toán R_s;

- Ứng suất nén trong cốt thép được lấy không lớn hơn cường độ chịu nén tính toán R_sc.

6.2.2.2. Khi ngoại lực tác dụng trong mặt phẳng đi qua trục đối xứng của tiết diện và cốt thép đặt tập trung theo cạnh vuông góc với mặt phẳng đó, việc tính toán tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện cần được tiến hành phụ thuộc vào sự tương quan giữa giá trị chiều cao tương đối của vùng chịu nén của bê tông x = x/h_0, được xác định từ các điều kiện cân bằng tương ứng và giá trị chiều cao tương đối vùng chịu nén của bê tông x_R (xem 6.2.2.3), tại thời điểm khi trạng thái giới hạn của cấu kiện xảy ra đồng thời với việc ứng suất trong cốt thép chịu kéo đạt tới cường độ tính toán R_s, có kể đến các hệ số điều kiện làm việc tương ứng, ngoại trừ hệ số g_s6 (xem 6.2.2.4).

6.2.2.3. Giá trị x_R được xác định theo công thức:

x_R =                (25)

Trong đó:

w là đặc trưng vùng chịu nén của bê tông, xác định theo công thức:

w = a - 0,008 R_b              (26)

ở đây:

a là hệ số được lấy như sau:

+ đối với bê tông nặng: 0,85

+ đối với bê tông hạt nhỏ (xem 5.1.1.3) nhóm A: 0,80

                                                               nhóm B, C: 0,75

+ đối với bê tông nhẹ, bê tông tổ ong và bê tông rỗng: 0,80

Đối với các loại bê tông được chưng áp (bê tông nặng, bê tông nhẹ, bê tông rỗng), hệ số a lấy giảm 0,05;

R_b tính bằng megapascan (MPa);

s_sR là ứng suất trong cốt thép (MPa), đối với cốt thép:

+ có giới hạn chảy thực tế: CI, A-I, CII, A-II, CIII, A-III, A-IIIв, Bp-I:

s_sR = R_{s -} s_sp ;

+ có giới hạn chảy quy ước: CIV, A-IV, A-V, A-VI và Aт-VII:

s_sR = R_s + 400 - s_sp - Ds_sp ;

+ cường độ cao dạng sợi và cáp: B-II, Bp-II, K-7, K-19:

s_sp = R_s + 400 - s_sp , khi đó (Ds_sp = 0);

ở đây:

R_s là cường độ chịu kéo tính toán có kể đến các hệ số điều kiện làm việc tương ứng

g_si, ngoại trừ g_s6 (xem 6.2.2.4);

s_sp là được lấy với g_sp < 1;

Ds_sp xem ở 6.2.2.19;

s_sc,u là ứng suất giới hạn của cốt thép ở vùng chịu nén, được lấy như sau:

a) Đối với cấu kiện làm từ bê tông nặng, bê tông hạt nhỏ, bê tông nhẹ tùy thuộc vào các yếu tố nêu trong Bảng 15:

+ với loại tải trong tác dụng như tại 2a: 500 MPa

+ với loại tải trong tác dụng như tại 2b: 400 MPa

b) Đối với kết cấu làm từ bê tông rỗng và bê tông tổ ong, trong mọi trường hợp tải trọng đều lấy bằng 400 MPa. Khi tính toán kết cấu trong giai đoạn nén trước giá trị s_sc,u = 330 MPa.

Giá trị x_R được xác định theo công thức (25) đối với các cấu kiện làm từ bê tông tổ ong cần phải lấy không lớn hơn 0,6.

6.2.2.4. Khi tính toán theo độ bền cấu kiện bê tông cốt thép sử dụng cốt thép cường độ cao (có giới hạn chảy quy ước) nhóm CIV, A-IV, A-V, A-VI, Aт-VII, B-II, K-7 và K-19, khi tuân thủ điều kiện x < x_R, cường độ chịu kéo của cốt thép R_s cần được nhân với hệ số g_s6 (xem mục 6 Bảng 23) được xác định theo công thức:

g_s6 = h - (h -1) (2 -1) ≤ h                                             (27)

Trong đó:

h là hệ số, lấy đối với loại cốt thép nhóm:

+ CIV, A-IV: 1,20

+ A-V, B-II, Bp-II, K-7, K-19: 1,15

+ A-VI, Aт-VII: 1,10

Đối với trường hợp chịu kéo đúng tâm, cũng như kéo lệch tâm do lực dọc đặt ở giữa các hợp lực trong cốt thép, giá trị g_s6 được lấy bằng h.

Khi mối nối hàn nằm ở vùng cấu kiện có mô men uốn vượt quá 0,9M_max (M_max là mô men tính toán lớn nhất), giá trị hệ số g_s6 đối với cốt thép nhóm CIV, A-IV, A-V lấy không lớn hơn 1,1; đối với cốt thép nhóm A-VI và Aт-VII lấy không lớn hơn 1,05.

Hệ số g_s6 không kể đến đối với các cấu kiện:

- được tính toán chịu tải trọng lặp;

- được bố trí cốt thép bằng các sợi thép cường độ cao đặt sát nhau (không có khe hở);

- được sử dụng trong môi trường ăn mòn.

6.2.2.5. Đối với cốt thép căng được đặt ở vùng chịu nén, khi chịu tác dụng của ngoại lực hoặc ở giai đoạn nén trước, cường độ chịu nén tính toán R_sc  (xem 6.2.2.6, 6.2.2.7, 6.2.2.11, 6.2.2.18) cần được thay bằng ứng suất s_sc­ = s_sc,u - s'_sp (MPa) nhưng không lớn hơn R_sc, trong đó s'_sp được xác định với hệ số g_sp > 1, s_sc,u lấy theo 6.2.2.3.

A. Cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật, chữ T, chữ I và vành khuyên

6.2.2.6. Đối với các tiết diện chữ nhật của cấu kiện chịu uốn nêu trong 6.2.2.2 (Hình 4), khi x = ≤ x_R cần được tính toán theo điều kiện:

M ≤ R_bbx (h₀ - 0,5x) + R_scA'_s (h₀ - a')        (28)

Trong đó, chiều cao vùng chịu nén x được xác định từ điều kiện:

R_sA_s - R_­sc­A'_s = R_bbx                   (29)

Hình 4 - Sơ đồ nội lực và biểu đồ ứng suất trên tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn khi tính toán theo độ bền

6.2.2.7. Việc tính toán tiết diện có cánh nằm trong vùng chịu nén khi x = x/h_­0 ≤ x_R cần được tiến hành tùy thuộc vào vị trí của biên vùng chịu nén:

a) Nếu biên vùng chịu nén đi qua cánh (Hình 5a), nghĩa là thỏa mãn điều kiện:

R_sA_s ≤ R_bb'_fh'_f + R_scA'_s                (30)

Thì việc tính toán được thực hiện như đối với tiết diện chữ nhật có bề rộng b'_t theo 6.2.2.6.

b) Nếu biên vùng chịu nén đi qua bụng dầm (Hình 5b) nghĩa là không tuân theo điều kiện (30), thì việc tính toán thực hiện theo điều kiện:

M ≤ R_bbx (h₀ - 0,5x) + R_b (b'_f - b)h'_f (h₀ - 0,5h'_f) + R_scA'_s (h­₀ - a')                    (31)

Trong đó, chiều cao bê tông vùng chịu nén x được xác định từ điều kiện:

R_sA_s - R_scA'_s = R_bbx+ R_b (b'_f -b)h'_f­                        (32)

Giá trị b'_f dùng để tính toán được lấy từ điều kiện: bề rộng mỗi bên cánh, tính từ mép bụng dầm không được lớn hơn 1/6 nhịp cấu kiện và lấy b'_f không lớn hơn:

- khi có sườn ngang hoặc khi h'_f ≥ 0,1h: 1/2 khoảng cách thông thủy giữa các sườn dọc;

- khi không có sườn ngang hoặc khi khoảng cách giữa chúng lớn hơn khoảng cách giữa các sườn dọc, h'_f < 0,1 h: 6h'_f;

- khi cánh có dạng công xôn:

+ trường hợp h'_f ≥ 0,1h: 6h'_f

+ trường hợp 0,05h ≤ h'_f < 0,1h: 3 h'_f

+ trường hợp h'_f < 0,05 h: cánh không kể đến trong tính toán.

a - ở cánh; b - ở bụng

Hình 5 - Vị trí biên vùng chịu nén trên tiết diện của cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn

6.2.2.8. Khi tính toán theo độ bền cấu kiện chịu uốn nên tuân theo điều kiện x ≤ x_Rh₀. Trường hợp nếu diện tích cốt thép chịu kéo đặt theo yêu cầu cấu tạo hoặc từ tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ hai được lấy lớn hơn so với cốt thép yêu cầu để tuân theo điều kiện x ≤ x_Rh₀, thì cần tiến hành tính toán theo các công thức dùng cho trường hợp tổng quát (xem 6.2.2.19).

Nếu kết quả tính toán từ công thức (29) hoặc (32) cho thấy x > x_Rh₀, cho phép tính toán theo các điều kiện (28) và (31), khi đó chiều cao vùng chịu nén tương ứng được xác định từ các công thức:

s_sA_s - R_scA'_s = R_sbx                    (33)

s_sA_s - R_scA'_s = R_bbx + R_b (b'_f - b) h'_f                       (34)

Trong đó:

s_s =                          (35)

ở đây

x = x/h₀ (x được tính với giá trị R_s có kể đến các hệ số điều kiện làm việc tương ứng của cốt thép).

s_sp - được xác định với hệ số g_sp > 1,0.

Đối với cấu kiện làm từ bê tông cấp B30 và thấp hơn có cốt thép không căng nhóm CI, A-I, CII, A-II, CIII, A-III và Bp-I, khi x > x_Rh₀ cho phép tính theo điều kiện (28) và (31), trong đó thay vào giá trị x = x_Rh₀.

6.2.2.9. Đối với cấu kiện chịu uốn tiết diện vành khuyên có tỷ số giữa bán kính trong và ngoài r₁/r₂ > 0,5 và đặt cốt thép phân bố đều theo chu vi (số thanh không nhỏ hơn 6), việc tính toán cần được thực hiện như khi tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm trong 6.2.2.12. Khi đó, trong công thức (41), (42) lấy N = 0 và trong công thức (40) thay Ne₀ bằng giá trị mô men uốn M.

B. Cấu kiện chịu nén lệch tâm tiết diện chữ nhật và vành khuyên

6.2.2.10. Khi tính toán cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm cần kể đến độ lệch tâm ngẫu nhiên ban đầu theo 4.2.12, cũng như ảnh hưởng của độ cong đến khả năng chịu lực của cấu kiện theo 6.2.2.15.

6.2.2.11. Việc tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm tiết diện chữ nhật nêu trong 6.2.2.2 cần được thực hiện:

a) Khi x = x/h₀ ≤ x_R (Hình 6) theo điều kiện:

Ne ≤ R_bbx (h₀ - 0,5x) + R_scA'_s (h₀ - a')                   (36)

Trong đó, chiều cao vùng chịu nén được xác định theo công thức:

N + R_sA_s - R_scA'_s = R_bbx                         (37)

Hình 6 - Sơ đồ nội lực và biểu đồ ứng suất trên tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm khi tính theo độ bền

b) Khi x = x/h₀ > x_R - cũng theo điều kiện (36), nhưng chiều cao vùng chịu nén được xác định như sau:

£ Đối với cấu kiện làm từ bê tông có cấp nhỏ hơn hoặc bằng B30, cốt thép nhóm CI, A-I, CII, A-II, CIII, A-III, x được xác định theo công thức:

N + s_sA_s - R_scA'_s = R_bbx                         (38)

Trong đó:

s_s =                 (39)

£ Đối với cấu kiện làm từ bê tông cấp lớn hơn B30 cũng như đối với cấu kiện sử dụng cốt thép nhóm cao hơn A-III (không ứng lực trước hoặc có ứng lực trước) - x được xác định theo các công thức (66), (67) hoặc (68).

6.2.2.12. Đối với cấu kiện chịu nén lệch tâm tiết diện vành khuyên có tỷ số giữa bán kính trong và bán kính ngoài r₁/r₁ ≥ 0,5, cốt thép phân bố đều theo chu vi (số thanh cốt thép dọc không nhỏ hơn 6), việc tính toán cần được tiến hành theo điều kiện:

Ne₀ ≤ (R_bAr_m + R_scA_s,totr_s) + R_sA_s,totj_sz_s                                      (40)

Trong đó, diện tích tương đối của bê tông vùng chịu nén được xác định từ công thức:

x_cir =                 (41)

Nếu kết quả tính toán theo công thức (41) cho thấy giá trị x_cir < 0,15, thì trong công thức (40) giá trị x_cir được xác định theo công thức:

x_cir =                      (42)

Trong đó, giá trị j_s và z_s được xác định theo các công thức (43) và (44) với x_cir = 0,15.

Trong các công thức từ (40) đến (42):

r_m là giá trị trung bình của bán kính trong và bán kính ngoài của tiết diện;

r_s là bán kính đường tròn đi qua trọng tâm cốt thép;

A_s,tot là diện tích toàn bộ tiết diện cốt thép dọc;

j_s là hệ số, xác định theo công thức:

j_s = w₁ - w₂x_cir (43)

z_s là khoảng cách từ hợp lực của cốt thép chịu kéo đến trọng tâm tiết diện được xác định theo công thức (44) nhưng lấy không lớn hơn r_s:

z_s = (0,2 + 1,3x_cir) r_s                    (44)

s_sp là được xác định với hệ số g_sp >1;

w₁ là hệ số, xác định theo công thức:

w₁ = h_r -                   (45)

ở đây:

h_r là hệ số, lấy đối với cốt thép:

+ có giới hạn chảy thực tế (nhóm CI, A-I, CII, A-II, CIII, A-III): 1,0

+ có giới hạn chảy quy ước (nhóm CIV, A-IV, A-V, A-VI, Aт-VII, B-II, Bp-II, K-7, K-19): 1,1

CHÚ THÍCH: Đối với các loại thép không theo Tiêu chuẩn Việt Nam, xem Phụ lục B.

w₂ là hệ số, được xác định theo công thức:

w₂ = w₁d                        (46)

Trong đó giá trị d được lấy bằng:

d = 1,5 + 6R_s10^-4                        (47)

R_s tính bằng megapascan (MPa).

Nếu kết quả tính toán theo công thức (43) cho giá trị j_s ≤ 0 thì trong công thức (40) thay j_s = 0 và giá trị x_cir tính từ công thức (41) với w_1­ = w­₂ = 0.

6.2.2.13. Cấu kiện có tiết diện đặc làm từ bê tông nặng, bê tông hạt nhỏ đặt cốt thép gián tiếp cần được tính toán theo các chỉ dẫn ở 6.2.2.11 và 6.2.2.19. Tiết diện đưa vào tính toán chỉ là phần tiết diện bê tông A_ef, giới hạn bởi trục các thanh cốt thép ngoài cùng của lưới thép hoặc trục của cốt thép đai dạng xoắn (hình 7). Khi đó R_b trong các công thức từ (36) đến (38), (65) và (66) được thay bằng cường độ lăng trụ quy đổi R_b,red, còn khi có cốt thép sợi cường độ cao, R_sc được thay bằng R_sc,red.

Độ mảnh l₀/i_ef của cấu kiện đặt cốt thép gián tiếp không được vượt quá giá trị:

+ 55, khi cốt thép gián tiếp là lưới thép;

+ 35, khi cốt thép gián tiếp có dạng xoắn.

Trong đó: i_ef là bán kính quán tính của phần tiết diện đưa vào tính toán.

Hình 7 - Cấu kiện chịu nén có đặt cốt thép gián tiếp

Giá trị R_b,red được xác định theo các công thức sau:

a) Khi cốt thép gián tiếp là lưới thép, R_b,red được tính như sau:

R_b,red = R_b + jm_xyR_s,xy                   (48)

Trong đó, R_s,xy là cường độ tính toán của thanh trong lưới thép;

m_xy =                   (49)

ở đây:

n_x, A_sx, l_x­ là tương ứng là số thanh, diện tích tiết diện ngang và chiều dài thanh trong lưới thép (tính theo khoảng cách giữa trục của các thanh cốt thép ngoài cùng) theo một phương;

n_y, A_sy, l_y là tương tự, nhưng theo phương kia;

A_ef là diện tích bê tông nằm trong phạm vi lưới thép;

s là khoảng cách giữa các lưới thép;

j là hệ số kể đến ảnh hưởng của cốt thép gián tiếp, được xác định theo công thức:

j =                 (50)

Với y =                          (51)

R_s,xy, R_b tính bằng megapascan (MPa).

Đối với cấu kiện làm từ bê tông hạt nhỏ, hệ số j lấy không lớn hơn 1,0.

Diện tích tiết diện của các thanh trong lưới thép hàn trên một đơn vị chiều dài theo phương này hay phương kia không được khác nhau quá 1,5 lần.

b) Khi đặt cốt thép gián tiếp có dạng xoắn hoặc vòng, R_b,red được tính theo công thức:

R_b,red = R_b + 2m_cirR_s,cir (1 - )               (52)

Trong đó:

e₀ là độ lệch tâm của lực dọc (không kể đến ảnh hưởng của độ cong);

R_s,cir là cường độ tính toán của cốt xoắn;

m_cir là hàm lượng cốt thép, lấy bằng:

m_cir =                   (53)

ở đây:

A_s,cir là diện tích tiết diện của cốt xoắn;

d_ef­là đường kính tiết diện nằm trong cốt xoắn;

s là bước xoắn.

Giá trị hàm lượng cốt thép được xác định theo các công thức (49) và (53), đối với cấu kiện làm từ bê tông hạt nhỏ lấy không lớn hơn 0,04.

Cường độ chịu nén tính toán quy đổi R_sc,red của cốt thép dọc cường độ cao nhóm CIV, A-IV, A-V, A-VI và Aт-VII, đối với cấu kiện làm từ bê tông nặng có cốt thép gián tiếp là lưới thép hàn được xác định theo công thức (54):

R_sc,red = R_sc                       (54)

Nhưng lấy không lớn hơn R_s.

Trong công thức (54):

d₁ =                  (55)

Trong đó:

q = 0,8 + h

ở đây:

h là hệ số, lấy như sau:

+ đối với nhóm cốt thép CIV, A-IV: 10

+ đối với nhóm cốt thép A-V, A-VI, Aт-VII: 25

A_s,tot là diện tích toàn bộ tiết diện các thanh cốt thép dọc cường độ cao;

A_ef là như trong công thức (49);

R_b là tính bằng megapascan (MPa);

Giá trị q lấy không nhỏ hơn 1,0 và không lớn hơn:

+ với cốt thép nhóm CIV, A-IV: 1,2

+ với cốt thép nhóm A-V, A-VI, Aт-VII: 1,6

Khi xác định giá trị giới hạn của chiều cao tương đối vùng chịu nén đối với tiết diện có cốt thép gián tiếp theo công thức (25), thì giá trị w trong đó được lấy theo công thức:

w = a - 0,008 R_b + d₂­ ≤ 0,9                      (56)

Trong đó:

a là hệ số, lấy theo 6.2.2.3;

d₂ là hệ số, lấy bằng 10m, nhưng không lớn hơn 0,15;

ở đây, m là hàm lượng cốt thép m_xy hoặc m_cir được xác định theo công thức (49) và (53) tương ứng với cốt thép gián tiếp dạng lưới thép hoặc xoắn.

Giá trị s_sc,u trong công thức (25) đối với cấu kiện có cốt thép cường độ cao lấy bằng:

s_sc,u = (2 + 8,5yq)E_s x 10^-3                      (57)

Nhưng không lớn hơn:

- 900 MPa đối với cốt thép nhóm CIV, A-IV;

- 1200 MPa đối với cốt thép nhóm A-V, A-VI, Aт-VII.

Khi xét ảnh hưởng của độ cong đến khả năng chịu lực của cấu kiện được đặt cốt thép gián tiếp, cần sử dụng các chỉ dẫn ở 6.2.2.15 khi xác định mô men quán tính của phần tiết diện giới hạn bởi các thanh của lưới thép hoặc phần nằm trong phạm vi đai xoắn. Giá trị N_cr­ tính được từ công thức (58) cần phải nhân với hệ số j₁ = 0,25 + 0,05l₀/c_ef ≤ 1,0 (ở đây: c­­_ef bằng chiều cao hoặc đường kính của phần tiết diện bê tông kể đến trong tính toán), còn khi xác định d_e,min,số hạng thứ hai trong vế phải của công thức (22) được thay bằng 0,01(l₀/c_ef­)j₂, với j₂ = 0,1 (l₀/c_ef­) - 1 ≤ 1,0.

Cốt thép gián tiếp được kể đến trong tính toán với điều kiện khi khả năng chịu lực của cấu kiện xác định theo các chỉ dẫn ở điều này (với A_{ef­ và} R_b,red­)vượt quá khả năng chịu lực của nó nhưng được xác định theo tiết diện nguyên A và giá trị cường độ tính toán của bê tông R_b­ không kể đến ảnh hưởng của cốt thép gián tiếp.

Ngoài ra, cốt thép gián tiếp cần thỏa mãn các yêu cầu cấu tạo theo 8.7.3.

6.2.2.14 .Khi tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm có cốt thép gián tiếp, bên cạnh việc tính toán độ bền theo 6.2.2.13 cần tính toán chống nứt cho lớp bê tông bảo vệ.

Việc tính toán được thực hiện theo các chỉ dẫn ở 6.2.2.11 và 6.2.2.19 theo giá trị sử dụng tải trọng tính toán (g_f = 1,0) với toàn bộ diện tích tiết diện bê tông và cường độ tính toán lấy bằng R_b,ser và R_s,ser dùng cho các trạng thái giới hạn thứ hai, cường độ chịu nén tính toán của cốt thép lấy bằng giá trị R_s,ser nhưng không lớn hơn 400 MPa.

Khi xác định giá trị giới hạn của chiều cao tương đối của vùng chịu nén trong các công thức (25) và (69), lấy s_sc,u = 400 MPa, còn trong công thức (26) hệ số 0,008 thay bằng 0,006.

Khi xét đến ảnh hưởng của độ mảnh cần tuân theo các chỉ dẫn ở 6.2.2.15, trong đó d_e­ được xác định theo công thức (22) nhưng thay 0,01 R_b bằng 0,008 R_b,ser.

6.2.2.15. Khi tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm, cần xét ảnh hưởng của độ cong đến khả năng chịu lực của cấu kiện bằng cách tính toán kết cấu theo sơ đồ biến dạng (xem 4.2.6).

Cho phép tính toán kết cấu theo sơ đồ không biến dạng nếu xét ảnh hưởng của độ cong (khi độ mảnh l/i > 14) đến độ bền, được xác định theo điều kiện (36), (40), (65), bằng cách nhân e_­0 với hệ số h. Khi đó lực tới hạn quy ước trong công thức (19) để tính h được lấy bằng:

N_cr =                 (58)

Trong đó:

l₀ lấy theo 6.2.2.16;

d_e là hệ số, lấy theo 6.1.2.5;

j_l là hệ số, được xác định theo công thức (21), trong đó mô men M, T được xác định đối với trục song song với đường biên vùng chịu nén và đi qua trọng tâm các thanh cốt thép chịu kéo nhiều nhất hoặc trọng tâm các thanh cốt thép chịu nén ít nhất (khi toàn bộ tiết diện bị nén). M do tác dụng của toàn bộ tải trọng gây ra, T do tác động của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn gây ra. Nếu các mô men (hoặc độ lệch tâm) trên có dấu khác nhau, cần tuân theo các chỉ dẫn ở 6.1.2.5.

j_p là hệ số xét ảnh hưởng của cốt thép căng đến độ cứng của cấu kiện. Khi lực nén trước được phân bố đều trên tiết diện, j_p xác định theo công thức:

j­_p = 1 + 12                       (59)

ở đây:

s­_bp được xác định với hệ số g_sp­ < 1,0;

R_b được lấy không xét đến các hệ số điều kiện làm việc của bê tông;

Giá trị e_­0­/h lấy không lớn hơn 1,5.

a = E_s/E_b.

Đối với các cấu kiện làm từ bê tông hạt nhỏ nhóm B, trong công thức (58) giá trị 6,4 được thay bằng 5,6.

Khi tính toán tác dụng của mô men uốn ngoài mặt phẳng, độ lệch tâm của lực dọc e₀ được lấy bằng độ lệch tâm ngẫu nhiên (xem 4.2.12).

6.2.2.16. Chiều dài tính toán l_­0­ của cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm nên xác định như đối với cấu kiện của kết cấu khung có kể đến trạng thái biến dạng của nó khi tải trọng đặt ở vị trí bất lợi nhất cho cấu kiện, có xét tới các biến dạng không đàn hồi của vật liệu và sự có mặt của các vết nứt trên cấu kiện.

Đối với cấu kiện các kết cấu thường gặp, cho phép lấy chiều dài tính toán l₀ của các cấu kiện như sau:

a) Đối với cột nhà nhiều tầng có số nhịp không nhỏ hơn hai, liên kết giữa dầm và cột được giả thiết là cứng khi kết cấu sàn là:

+ lắp ghép: l₀ = H;

+ đổ toàn khối: l₀­ = 0,7H,

ở đây H là chiều cao tầng (khoảng cách giữa tâm các nút);

b) Đối với cột nhà một tầng liên kết khớp với kết cấu chịu lực mái (hệ kết cấu mái được xem là cứng trong mặt phẳng của nó, có khả năng truyền lực ngang), cũng như cột của các cầu cạn: l₀ lấy theo Bảng 31.

c) Đối với các cấu kiện của giàn và vòm: l₀ lấy theo Bảng 32.

Bảng 31 - Chiều dài tính toán l₀ của cột nhà một tầng

Bảng 32 - Chiều dài tính toán l₀ của cấu kiện giàn và vòm