Kiểm toán và tính toán Bê tông Cốt Thép (BTCT) những trạng thái giới hạn và yêu cầu cần trong bản tính

NHỮNG QUY ĐỊNH VÀ YÊU CẦU ĐỐI VỚI TÍNH TOÁN BÊ TÔNG CỐT THÉP

(Trích từ 5574-2018 THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP)

 

5  Yêu cầu đối với tính toán kết cấu bê tông và bê tông cốt thép

5.1  Yêu cầu chung

5.1.1  Tính toán kết cấu bê tông và bê tông cốt thép cần được tiến hành phù hợp với các yêu cầu của TCVN 9379:2012 theo các trạng thái giới hạn, bao gồm:

– Các trạng thái giới hạn thứ nhất, dẫn tới mất hoàn toàn khả năng sử dụng kết cấu;

– Các trạng thái giới hạn thứ hai, làm khó khăn cho sử dụng bình thường hoặc giảm độ bền lâu của nhà và công trình so với thời hạn sử dụng đã dự định.

Các tính toán cần phải đảm bảo được độ tin cậy của nhà và công trình trong suốt thời hạn sử dụng của chúng, cũng như trong quá trình thi công phù hợp với các yêu cầu đề ra đối với chúng.

Các tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất bao gồm:

– Tính toán độ bền;

– Tính toán ổn định hình dạng (đối với kết cấu thành mỏng);

– Tính toán ổn định vị trí (lật, trượt, đẩy nổi).

Tính toán độ bền kết cấu bê tông và bê tông cốt thép cần được tiến hành theo điều kiện mà trong đó nội lực, ứng suất và biến dạng trong kết cấu do các tác động khác nhau có kể đến trạng thái ứng suất ban đầu (ứng suất trước, tác động nhiệt độ và các tác động khác) không được vượt quá các giá trị tương ứng mà kết cấu có thể chịu được.

Tính toán ổn định hình dạng kết cấu, cũng như ổn định vị trí (có kể đến sự làm việc đồng thời của kết cấu và nền, các tính chất biến dạng của chúng, khả năng chống trượt tại bề mặt tiếp xúc với nền và các đặc điểm riêng khác) cần được tiến hành theo các chỉ dẫn của các tiêu chuẩn áp dụng cho các loại kết cấu riêng.

Trong các trường hợp cần thiết, tùy thuộc vào loại, công năng kết cấu cần tiến hành các tính toán theo các trạng thái giới hạn liên quan đến các hiện tượng dẫn đến phải dừng sử dụng nhà và công trình (biến dạng quá mức, trượt trong các liên kết và các hiện tượng khác).

Tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ hai bao gồm:

– Tính toán hình thành vết nứt;

– Tính toán mở rộng vết nứt;

– Tính toán biến dạng.

Tính toán kết cấu bê tông và bê tông cốt thép theo sự hình thành vết nứt cần được tiến hành theo điều kiện mà trong đó nội lực, ứng suất hoặc biến dạng trong kết cấu do các tải trọng không được vượt quá các giá trị giới hạn tương ứng của chúng do kết cấu phải chịu khi hình thành vết nứt.

Tính toán kết cấu bê tông và bê tông cốt thép theo sự mở rộng vết nứt cần được tiến hành theo điều kiện mà trong đó chiều rộng vết nứt trong kết cấu do các tải trọng không được vượt quá các giá trị giới hạn cho phép được quy định phụ thuộc vào các yêu cầu đối với kết cấu, các điều kiện sử dụng kết cấu, tác động của môi trường xung quanh và các đặc trưng vật liệu có kể đến các đặc điểm riêng về ứng xử ăn mòn của cốt thép.

Tính toán kết cấu bê tông và bê tông cốt thép theo biến dạng cần được tiến hành theo điều kiện mà trong đó độ võng, góc xoay, chuyển vị và biên độ dao động của kết cấu do các tải trọng không được vượt quá các giá trị giới hạn cho phép tương ứng.

Đối với kết cấu mà trong đó không cho phép hình thành vết nứt thì cần phải đảm bảo các yêu cầu không xuất hiện vết nứt. Trong trường hợp này, không cần tính toán mở rộng vết nứt.

Đối với các kết cấu khác mà trong đó cho phép hình thành vết nứt thì tính toán theo sự hình thành vết nứt được tiến hành để xác định sự cần thiết phải tính toán theo sự mở rộng vết nứt và kể đến vết nứt trong tính toán biến dạng.

5.1.2  Tính toán kết cấu bê tông và bê tông cốt thép (dạng thanh, phẳng, không gian, khối) theo các trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ hai được tiến hành theo ứng suất, nội lực, biến dạng và chuyển vị đã tính được do các tác động ngoài trong các kết cấu và được hình thành trong các hệ được tạo ra từ các kết cấu của nhà và công trình có kể đến tính phi tuyến vật lý (biến dạng không đàn hồi của bê tông và cốt thép), khả năng hình thành vết nứt và trong các trường hợp cần thiết – tính không đẳng hướng, sự tích tụ hư hỏng và tính phi tuyến hình học (ảnh hưởng của biến dạng đến sự thay đổi nội lực trong kết cấu).

Tính phi tuyến vật lý và tính không đẳng hướng cần được kể đến trong các quan hệ giữa ứng suất và biến dạng (hoặc nội lực và chuyển vị), cũng như trong các điều kiện độ bền và độ chống nứt của vật liệu.

Trong các kết cấu siêu tĩnh cần kể đến sự phân bố lại nội lực trong các cấu kiện của hệ kết cấu do hình thành vết nứt và phát triển các biến dạng không đàn hồi trong bê tông và cốt thép đến tận khi xuất hiện trạng thái giới hạn trong cấu kiện. Khi không có các phương pháp tính toán mà có thể kể đến được các tính chất không đàn hồi của bê tông cốt thép, cũng như đối với các tính toán sơ bộ có kể đến các tính chất không đàn hồi của bê tông cốt thép thì cho phép xác định nội lực và ứng suất trong các kết cấu và các hệ siêu tĩnh với giả thiết sự làm việc đàn hồi của các cấu kiện bê tông cốt thép. Khi đó, ảnh hưởng của tính phi tuyến vật lý nên được kể đến bằng cách hiệu chỉnh các kết quả tính toán đàn hồi trên cơ sở các số liệu nghiên cứu thực nghiệm, mô hình phi tuyến, kết quả tính toán các công trình tương tự và các đánh giá chuyên gia.

Khi tính toán kết cấu theo độ bền, biến dạng, hình thành và mở rộng vết nứt trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn thì cần phải kiểm tra các điều kiện độ bền và độ chống nứt đối với tất cả các phần tử hữu hạn tạo nên kết cấu, cũng như các điều kiện xuất hiện các chuyển vị quá mức của kết cấu. Khi đánh giá trạng thái giới hạn về độ bền thì cho phép giả thiết rằng các phần tử hữu hạn riêng lẻ bị phá hoại, nếu như điều này không dẫn đến phá hủy dây chuyền (lũy tiến) nhà hoặc công trình, và khi tác động đang xét thôi tác dụng thì khả năng sử dụng bình thường của nhà hoặc công trình được bảo toàn hoặc có thể khôi phục được.

Xác định các nội lực và biến dạng giới hạn trong các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép cần được tiến hành dựa trên các sơ đồ (mô hình) tính toán phản ánh được thực chất đặc điểm vật lý về sự làm việc của các kết cấu và vật liệu ở trạng thái giới hạn đang xét.

Cho phép xác định khả năng chịu lực của các kết cấu bê tông cốt thép mà có thể chịu được các biến dạng dẻo (ví dụ: khi sử dụng cốt thép có giới hạn chảy thực tế) bằng phương pháp cân bằng giới hạn.

5.1.3  Khi tính toán các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép theo các trạng thái giới hạn thì cần xét các trường hợp tính toán khác nhau phù hợp với TCVN 9379:2012, trong đó có giai đoạn chế tạo, vận chuyển, sử dụng, các trường hợp sự cố, cũng như trường hợp có cháy.

5.1.4  Tính toán kết cấu bê tông và bê tông cốt thép cần được tiến hành với tất cả các loại tải trọng theo chức năng của nhà và công trình, có kể đến ảnh hưởng của môi trường xung quanh (các tác động khí hậu và nước – đối với các kết cấu nằm trong nước), còn trong các trường hợp cần thiết – có kể đến tác động của lửa, các tác động công nghệ, các tác động nhiệt độ và ẩm và các tác động của môi trường hóa học xâm thực.

5.1.5  Tính toán kết cấu bê tông và bê tông cốt thép được tiến hành dưới tác dụng của mô men uốn, lực dọc, lực cắt và mô men xoắn, cũng như dưới tác dụng cục bộ của tải trọng.

5.1.6  Khi tính toán các cấu kiện của các kết cấu lắp ghép chịu tác dụng của nội lực sinh ra khi nâng, vận chuyển và lắp dựng, thì tải trọng do trọng lượng các cấu kiện cần được nhân với hệ số động lực bằng:

1,60 khi vận chuyển;

1,40 khi nâng và lắp dựng.

Khi có cơ sở thì cho phép lấy giá trị hệ số động lực thấp hơn, nhưng không thấp hơn 1,25.

5.1.7  Khi tính toán các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép cần kể đến các đặc điểm riêng của các tính chất của các loại bê tông và cốt thép, ảnh hưởng của đặc điểm tải trọng và môi trường xung quanh đến chúng, biện pháp đặt cốt thép, sự làm việc đồng thời của cốt thép và bê tông (khi có hoặc không có bám dính giữa cốt thép và bê tông), công nghệ chế tạo các loại cấu kiện bê tông cốt thép của nhà và công trình.

5.1.8  Tính toán các kết cấu ứng suất trước cần được tiến hành có kể đến ứng suất ban đầu (ứng suất trước) và biến dạng trong cốt thép và bê tông, hao tổn ứng suất trước và các đặc điểm truyền lực nén trước lên bê tông.

5.1.9  Trong các kết cấu liền khối cần phải đảm bảo được độ bền của các kết cấu có kể đến các mạch ngừng thi công.

5.1.10  Khi tính toán kết cấu lắp ghép cần phải đảm bảo độ bền của các liên kết nút và liên kết đối đầu của các cấu kiện lắp ghép đã được thực hiện bằng cách nối các chi tiết thép đặt sẵn, các đầu thép chờ và đổ bù bằng bê tông.

5.1.11  Khi tính toán các kết cấu phẳng và kết cấu không gian chịu tác dụng của lực theo hai phương vuông góc nhau thì cần xét các phần tử phẳng nhỏ hoặc không gian điển hình tách từ kết cấu với các nội lực tác dụng theo các cạnh bên của phần tử. Khi có các vết nứt thì các nội lực này cần được xác định có kể đến vị trí các vết nứt, độ cứng của cốt thép (độ cứng dọc trục và tiếp tuyến), độ cứng của bê tông (nằm giữa các vết nứt và ở tại các vết nứt) và các đặc điểm riêng khác. Khi không có vết nứt thì nội lực được xác định như đối với vật thể đặc.

Khi có các vết nứt thì cho phép xác định nội lực với giả thiết cấu kiện bê tông làm việc đàn hồi.

Tính toán các cấu kiện cần được tiến hành theo các tiết diện nguy hiểm nhất nằm dưới một góc so với phương nội lực tác dụng lên cấu kiện, trên cơ sở các mô hình tính toán có kể đến sự làm việc của cốt thép chịu kéo ở vị trí có vết nứt và sự làm việc của bê tông giữa các vết nứt trong các điều kiện trạng thái ứng suất phẳng.

5.1.12  Tính toán các kết cấu phẳng và không gian cho phép được tiến hành đối với kết cấu về tổng thể dựa trên phương pháp cân bằng giới hạn, kể cả có kể đến trạng thái biến dạng tại thời điểm gần phá hoại.

5.1.13  Khi tính toán các kết cấu khối chịu tác dụng của lực theo ba phương trực giao thì cần xét các phần tử khối nhỏ điển hình tách từ kết cấu với các nội lực tác dụng theo các mặt của phần tử. Khi đó, các nội lực cần được xác định dựa trên giả thiết tương tự đã được chấp nhận đối với các phần tử phẳng (xem 5.1.11).

Tính toán các cấu kiện cần được tiến hành theo các tiết diện nguy hiểm nhất nằm dưới một góc so với phương nội lực tác dụng lên cấu kiện, trên cơ sở các mô hình tính toán có kể đến sự làm việc của bê tông và cốt thép trong các điều kiện trạng thái ứng suất khối.

5.1.14  Đối với các kết cấu có cấu hình phức tạp (ví dụ, kết cấu không gian) thì ngoài các phương pháp tính toán để đánh giá khả năng chịu lực, khả năng chống nứt và biến dạng, cũng có thể sử dụng các kết quả thử nghiệm mô hình kết cấu.

 

Các điều này cũng được tích hợp trong 1 số bản tính Excel:

EXCEL_Tính toán BTCT theo TCVN 5574-2018, tải trọng TCVN 2737-1995