Cột bê tông cốt thép là gì? Nguyên tắc khi thiết kế cột bê tông cốt thép – Cọc bê tông cốt thép là một loại vật liệu xây dựng kết hợp của hai loại vật liệu là bê tông và thép. Sự kết hợp này đem lại nhiều ưu điểm nổi bật cho cọc bê tông cốt thép. Vì thép và bê tông có hệ số giãn nở nhiệt gần giống nhau, do đó tránh được sự ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường. Bê tông bảo vệ cốt thép khỏi sự xâm thực của môi trường, thép định vị bê tông nhằm tránh nứt vỡ. Bê tông có đặc tính chịu kéo và uốn kém, khi có cốt thép nhược điểm này sẽ được khắc phục do thép là vật liệu chịu kéo khá tốt. Cho nên cọc bêtông cốt thép bền vững chống được sự xâm thực của các hóa chất hoà tan trong nước dưới nền.
Cột bê tông cốt thép là một loại kết cấu khá phổ biến trong các công trình cầu đường, nhà dân dụng, như mố trụ cầu, tháp trụ cầu dây văng, cột nhà. Bài viết sẽ trình bày các phương pháp tính toán thiết kế cột bê tông cốt thép và khảo sát sự thay đổi sức kháng nén của cột bê tông cốt thép khi cường độ bê tông, hàm lượng cốt thép dọc chủ và độ mảnh của cột thay đổi theo các tiêu chuẩu thiết kế khác nhau, nhằm góp phần tìm hiểu cách tính toán thiết kế cột bê tông cốt thép theo các tiêu chuẩn hiện hành nói chung, đặc biệt là theo Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05.
Cọc bê tông cốt thép là gì?
Cọc bê tông cốt thép là một vật liệu xây dựng, cấu thành từ bê tông với lõi thép. Bê tông và thép có hệ số giản nỡ tương đương nhau do đó sẽ thích ứng tốt với sự thay đổi của môi trường và vẫn giữ nguyên chất lượng xây dựng. Cốt thép định vị bê tông khỏi nứt, vỡ do bê tông có khả năng chịu kéo, uốn kém; tuy nhiên bê tông lại chống lại được những xâm hại hóa học từ môi trường do đó bê tông bảo vệ cốt thép. Hai vật liệu khắc phục những nhược điểm của nhau tạo thành một sản phẩm xây dựng bền vững, tính ứng dụng cao.
Cọc bê tông cốt thép thường được sử dụng trong xây dựng nhà nhiều tầng hoặc nhà công nghiệp có tải trọng lớn. Cọc móng có tác dụng truyển tải trọng của công trình xuống các lớp đất dưới và xung quanh, do đó chống lại được sụt lún công trình. Đặc biệt với những nền đất yếu, ép cọc là phương án thi công móng bắt buộc thực hiện để đảm bảo công trình an toàn.
- Kích thước cọc bê tông cốt thép xác định tùy theo yêu cầu (tính toán), chiều dài cọc có thể từ 6m đến 20m.
- Hiện nay cọc bê tông cốt thép đúc sẵn được sử dụng phổ biến. Chiều dài cọc có thể lên đến 45m, phụ thuộc vào các yêu cầu và điều kiện thi công.
- Cọc bê tông cốt thép có nhiều loại tiết diện khác nhau: tròn, vuông, tam giác, chữ nhật, chữ T… Trong đó tiết diện vuông được sử dụng nhiều nhất và có thể chế tạo ngay tại công trường.
Nguyên tắc khi thiết kế cột bê tông cốt thép
Về các giả thiết tính toán
Khi tính toán cột bê tông cốt thép thì cả ba tiêu chuẩn thiết kế đều đưa ra các giả thiết tính toán tương đối giống nhau như giả thiết mặt cắt phẳng trước và sau khi biến dạng, giả thiết bỏ qua khả năng chịu kéo của bê tông; giả thiết coi biểu đồ ứng suất nén trong vùng bê tông chịu nén có dạng hình chữ nhật; giả thiết coi thép là vật liệu đàn dẻo lý tưởng.
Tuy nhiên, cũng có một vài sự khác nhau giữa các tiêu chuẩn. Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 lấy biến dạng nén giới hạn của bê tông εcu = 0,003 còn tiêu chuẩn EC 2 lại lấy biến dạng nén giới hạn của bê tông εcu = 0,0035; hai tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 và tiêu chuẩn EC 2 đều giả thiết khối ứng suất nén giới hạn hình chữ nhật tương đương có chiều cao nhỏ hơn chiều cao vùng bê tông chịu nén, còn tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005 lại lấy chiều cao khối ứng suất nén giới hạn hình chữ nhật tương đương bằng chiều cao vùng bê tông chịu nén. Về mặt bản chất thì biểu đồ ứng suất nén trong vùng bê tông chịu nén có dạng một đường cong bất kỳ gần với đường parabol, có trị số thay đổi trong khoảng từ không đến f’c. Do vậy, khi quy đổi về khối ứng suất nén hình chữ nhật tương đương, thì trị số của khối ứng suất này phải được triết giảm nhỏ hơn trị số f’c hoặc giảm chiều cao phân bố của khối ứng suất nén hình chữ nhật tương đương so với chiều cao vùng bê tông chịu nén. Ở đây, ta thấy riêng tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005 chỉ triết giảm trị số của khối ứng suất hình chữ nhật tương đương, thông qua trị số cường độ chịu nén tính toán của bê tông Rb.
Về cách phân loại cột theo độ mảnh của cột
Cả ba tiêu chuẩn thiết kế đều đưa ra trị số độ mảnh nhỏ nhất của cột λmin. Nếu cột có độ mảnh λ ≤ λmin thì gọi là cột ngắn (bỏ qua ảnh hưởng của độ mảnh cột), còn nếu λ > λmin thì gọi là cột dài (có xét đến ảnh hưởng của độ mảnh cột). Đối với cột độc lập, không có giằng đỡ ngang thì trị số độ mảnh nhỏ nhất này được quy định khác nhau như sau: Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05 lấy λmin = 22, Tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005 lấy λmin = 28, Tiêu chuẩn Châu âu EC 2 lấy λmin = 20A.B.C./√n (phụ thuộc vào tỷ số từ biến tính toán của cột, hàm lượng cốt thép cơ học của cột, tỷ số mô men ở hai đầu cột và phụ thuộc vào lực dọc tương đối tác dụng vào cột).
Về cách phân loại độ lệch tâm của lực nén dọc
Độ lệch tâm của lực nén dọc sẽ quyết định kiểu phá hoại của tiết diện cột. Nếu độ lệch tâm của cột nhỏ thì chiều cao của vùng bê tông chịu nén sẽ lớn, cốt thép vùng chịu kéo A
Cọc có thể chịu kéo hoặc chịu nén và ứng suất trong nó fs còn nhỏ chưa bị chảy dẻo, nên sự phá hoại của tiết diện thường bắt đầu từ vùng bê tông chịu nén nhiều hơn (phá hoại do nén), ta gọi đây là trường hợp nén lệch tâm bé. Ngược lại, nếu độ lệch tâm của cột lớn thì chiều cao vùng bê tông chịu nén sẽ nhỏ, cốt thép vùng chịu kéo As sẽ nhanh chóng bị chảy dẻo, nên sự phá hoại của tiết diện thường bắt đầu khi cốt thép vùng chịu kéo As bị chảy dẻo nhiều hơn (phá hoại do kéo), ta gọi đây là trường hợp nén lệch tâm lớn.
Khi lượng cốt thép bố trí trong vùng bê tông chịu nén A’svà chịu kéo As hợp lý (không quá nhiều), thì cả ba tiêu chuẩn đều đưa ra tiêu chí để xảy ra nén lệch tâm lớn hay bé giống nhau, đó là kiểm tra chiều cao vùng bê tông chịu nén ở trạng thái giới hạn. Nếu chiều cao vùng bê tông chịu nén nhỏ hơn một trị số quy định ta sẽ có trường hợp nén lệch tâm lớn và ngược lại nếu chiều cao vùng bê tông chịu nén lớn hơn một trị số quy định ta sẽ có trường hợp nén lệch tâm bé.
Tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005 đưa ra tiêu chí cụ thể là nếu chiều cao vùng bê tông chịu nén ở trạng thái giới hạn x ≤ h0.ξR thì ta có trường hợp nén lệch tâm lớn và ngược lại. Hai tiêu chuẩn còn lại (22 TCN 272-05 và EC 2) thì lại không đưa ra tiêu chí cụ thể mà phải căn cứ vào sơ đồ biến dạng của tiết diện cột ở trạng thái giới hạn để phân loại. Nếu chiều cao vùng bê tông chịu nén nhỏ, làm cho cốt thép vùng chịu kéo bị phá hoại trước ta có trường hợp nén lệch tâm lớn (phá hoại do kéo) và ngược lại, nếu chiều cao vùng bê tông chịu nén lớn, làm cho bê tông vùng chịu nén bị phá hoại trước, ta có trường hợp nén lệch tâm nhỏ (phá hoại do nén).
Về cách xác định sức kháng của cột ngắn chịu nén đúng tâm
Khi xác định sức kháng nén của cột ngắn chịu nén đúng tâm thì cả ba tiêu chuẩn thiết kế đều có chung một nguyên tắc. Đó là, nếu bố trí cốt thép của cột nằm trong giới hạn cho phép của tiêu chuẩn thì cột sẽ bị phá hoại khi cả bê tông và cốt thép dọc của cột cùng bị phá hoại. Do đó, sức kháng nén của cột ngắn chịu nén đúng tâm sẽ bằng tổng sức kháng nén giới hạn của phần bê tông và cốt thép dọc. Tuy vậy, riêng tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 còn đưa ra hệ số triết giảm khả năng chịu lực của cột do các sai số ngẫu nhiên của cột trong thực tế có thể làm cột bị lệch tâm.
Về cách xác định sức kháng của cột ngắn chịu nén lệch tâm
Khi xác định sức kháng nén dọc của cột ngắn chịu nén lệch tâm thì hai tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 và tiêu chuẩn EC 2 dựa vào sơ đồ ứng suất và sơ đồ biến dạng ở trạng thái giới hạn, còn tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005 chỉ dựa vào sơ đồ ứng suất ở trạng thái giới hạn.
Với hai tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 và tiêu chuẩn EC 2, ứng suất trong từng thanh cốt thép dọc chịu lực ở trạng thái giới hạn được xác định khá dễ dựa vào sơ đồ biến dạng. Với tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005, việc xác định ứng suất trong từng thanh cốt thép dọc chịu lực ở trạng thái giới hạn sẽ gặp nhiều khó khăn, khi trị số lực nén dọc tác dụng vào cột thay đổi về độ lớn và vị trí tác dụng, hoặc vị trí bố trí của các thanh cốt thép dọc chịu lực trên tiết diện cột thay đổi.
Về cách xác định ảnh hưởng của độ mảnh cột
Để xác định ảnh hưởng của độ mảnh cột, các tiêu chuẩn thiết kế đều xác định thông qua hệ số khuyếch đại mô men. Tức là, nếu cột chịu tác dụng của một lực nén dọc P có độ lệch tâm ban đầu e hay cặp nội lực ban đầu tác dụng vào cột là (P, M = P.e) thì sau khi xét đến ảnh hưởng của độ mảnh cột cặp tải trọng tác dụng vào cột sẽ là (P, M’ = P.ηe). Hệ số η được gọi là hệ số khuyếch đại mô men.
THÔNG TIN CÔNG TY CP SX TM VLXD CMC
Trụ Sở Chính: Landmark 4 – 208 Nguyễn Hữu Cảnh , Vinhomes Tân Cảng – Q. Bình Thạnh – TPHCM
Văn Phòng Giao Dịch 1: 42A Cống Lỡ – P. 15 – Quận Tân Bình – Tp. HCM
Văn Phòng Giao Dịch 2: Cầu An Hạ huyện Củ Chi – Tp. HCM
Văn Phòng Giao Dịch 3: 1/4 Ấp Tiền Lân- Xã Bà Điểm – Huyện Hóc Môn – Tp. HCM
Hotline: 0868.666.000 – 078.666.80.80
Website: vatlieuxaydungcmc.com
Gmail: vatlieusaigoncmc@gmail.com
MXH: Facebook
