Hai bài toán khi tính toán kết cấu bê tông cốt thép
Bài toán 1: Bài toán kiểm tra
Trong bài toán này, ta đã biết kích thước tiết diện của kết cấu và biết kết cấu đã bố trí cốt thép ra sao. Việc của chúng ta là kiểm tra xem kết cấu có đủ độ an toàn hay không.
Bài toán 2: Bài toán tính cốt thép trong kết cấu bê tông cốt thép
Là bài toán ngược của bài toán trên, ta biết kích thước tiết diện của kết cấu và phải đi xác định lượng cốt thép cần thiết để đảm bảo khả năng chịu lực và an toàn của kết cấu.
3 phương pháp tính toán kết cấu bê tông cốt thép
Phương pháp 1: Phương pháp ứng suất cho phép
Phương pháp này được sử dụng rộng rãi ở khoảng đầu thế kỷ 20.
Với công thức sử dụng để tính toán là:
σ<σcp
Trong đó:
- σ: Là ứng suất do nội lực gây ra.
- σcp: Là ứng suất cho phép của vật liệu.
Để xác định ứng suất σ do nội lực gây ra, người ta giả thiết vật liệu bê tông cốt thép làm việc hoàn toàn đàn hồi.
Nhược điểm của phương pháp này: Là chưa phản ánh đúng sự làm việc thực tế của bê tông, do bê tông không phải là vật liệu hoàn toàn đàn hồi.
Phương pháp 2: Phương pháp nội lực phá hoại
Phương pháp này được sử dụng rộng rãi ở khoảng giữa thế kỷ 20.
Với công thức sử dụng để tính toán là:
k.Sc<Sph
Trong đó:
- S: Là nội lực do tải trọng tiêu chuẩn gây ra
- Sph: Là nội lực làm phá hoại kết cấu
- k: Là hệ số an toàn, thường lấy k=1,5-2,5
Để xác định Sph người ta đã dựa vào nhiều kết quả thí nghiệm để xét sự làm việc thực tế có biến dạng dẻo của bê tông và của cốt thép và từ đó lập ra công thức tính toán cho các trường hợp chịu lực khác nhau.
Nhược điểm của phương pháp này: Là hệ số an toàn chung chưa phản ánh đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng tới độ tin cậy ( độ an toàn ) của kết cấu.
Phương pháp 3: Phương pháp trạng thái giới hạn trong tính toán kết cấu bê tông cốt thép
Là phương pháp được sử dụng để tính toán kết cấu bê tông cốt thép phổ biến hiện nay.
Trạng thái giới hạn là trạng thái mà từ đó trở đi kết cấu không thể thỏa mãn yêu cầu đề ra cho nó.
Và kết cấu bê tông cốt thép sẽ được tính toán theo 2 nhóm trạng thái giới hạn:
- Trạng thái giới hạn thứ nhất
- Trạng thái giới hạn thứ hai
Trạng thái giới hạn thứ nhất
Là trạng thái giới hạn về độ bền ( độ an toàn )
Trạng thái giới hạn này sinh ra nhằm đảm bảo cho kết cấu không bị phá hoại, không bị mất ổn định, không bị hư hỏng vì mỏi ( với kết cấu chịu tải trọng trùng lặp, rung động ) hoặc chịu tác dụng đồng thời của các yếu tố về lực và ảnh hưởng bất lợi của môi trường
Công thức tính toán về khả năng chịu lực theo trạng thái giới hạn 1.
S <= SghTrong đó:
- S: Là nội lực bất lợi do tải trọng tính toán gây ra.
- Sph: Khả năng chịu lực của kết cấu khi nó làm việc ở trạng thái giới hạn.
Trạng thái giới hạn thứ hai
Là trạng thái giới hạn về điều kiện làm việc bình thường
Trạng thái giới hạn này sinh ra nhằm đảm bảo cho kết cấu không có những khe nứt hoặc những biến dạng quá mức cho phép.
Công thức tính toán theo trạng thái giới hạn 2.
acrc <= agh và f<=fghTrong đó:
- acrc, f: Là bề rộng khe nứt và biến dạng của kết cấu do tải trọng tiêu chuẩn gây ra
- agh, fgh: Là giới hạn cho phép của bề rộng khe nứt, của biến dạng nhằm đảm bảo điều kiện làm việc bình thường. Giá trị này láy theo quy định của tiêu chuẩn thiết kế, và thông thường agh=0,05-0,4mm; độ võng giới hạn của dầm bằng (1/200-1/600) nhịp dầm.