Ngày đăng 23/10/2023 | 02:29 PM

Phân tích một số vấn đề về vật liệu sử dụng và cấu tạo trong tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép (TCVN 5574:2018) làm ảnh hưởng đến kết quả thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn

Lượt xem: 142  |  Chia sẻ: 0
(AMC) Phân tích một số vấn đề về vật liệu sử dụng và cấu tạo trong tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép (TCVN 5574:2018) làm ảnh hưởng đến kết quả thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn

PHÂN TÍCH MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ CẤU TẠO TRONG TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP (TCVN 5574:2018) LÀM ẢNH HƯỞNG ĐẾN KẾT QUẢ THIẾT KẾ CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU UỐN

ANALYSIS OF SOME ISSUES ABOUT MATERIALS USED AND DETAILS IN STANDARDS OF DESIGN OF CONCRETE AND REINFORCED CONCRETE STRUCTURES (TCVN 5574: 2018) HAVE SIGNIFICANTLY AFFECTED THE DESIGN RESULTS OF FLEXIBLE STEEL REINFORCED CONCRETE

Ths. Đỗ Trường Giang*

* Khoa Xây dựng-ĐH Kiến trúc Hà Nội

Email: giangdt91@gmail.com

 

Tóm tắt: Bài viết trình bày một số vấn đề về vật liệu sử dụng bao gồm bê tông nặng, cốt thép sử dụng trong kết cấu bê tông cốt thép và các yêu cầu cấu tạo liên quan đến thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn như: lớp bê tông bảo vệ cốt thép chịu lực, chiều dài neo của cốt thép, yêu cầu neo cốt thép tại gối tựa, hàm lượng cốt thép tối thiểu được quy định trong TCVN 5574: 2018 - tiêu chuẩn quốc gia về thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép đã làm ảnh hưởng đáng kể đến kết quả thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn.

Từ khóa: Thép cốt bê tông, hệ số độ tin cậy của cốt thép, giới hạn chảy thép, lớp bê tông bảo vệ, neo cốt thép.

Abstract: This paper presents some issues about materials used including heavy concrete, reinforcement used in reinforced concrete structures and reinforcement detailings requirements related to the design of flexural reinforced concrete members. such as: concrete layer protecting load-bearing reinforcement, anchorage length of reinforcement, reinforcement anchoring requirements at supports, minimum reinforcement content specified in TCVN 5574: 2018 - national design standards Concrete and reinforced concrete structures have significantly affected the design results of flexural reinforced concrete structures.

       Keywords: Steel for the reinforcement of concrete, partial factor of reinforcement, 
                         yield strength of steel, concrete cover, reinforcement anchorage.

 

1. Đặt vấn đề

Tiêu chuẩn thiết kế Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép được ban hành năm 2018 [1] có khá nhiều những thay đổi so với tiêu chuẩn thiết kế được ban hành năm 2012 [2]. Trong đó có những thay đổi về vật liệu sử dụng (với bê tông: mở rộng phạm vi áp dụng cho bê tông nặng từ B70 đến B100, với cốt thép: sử dụng các loại thép cốt cho bê tông theo TCVN 1651:2018 [3] đó là các loại CB240T, CB300T, CB300V, CB400V, CB500V, CB600V đều được sử dụng một hệ số độ tin cậy duy nhất là s=1,15) và cấu tạo (lớp bê tông bảo vệ, chiều dài neo của cốt thép, diện tích cốt thép neo vào gối) và đã làm ảnh hưởng đáng kể đến kết quả thiết kế các cấu kiện chịu uốn. Bài viết này đi vào phân tích, đánh giá những thay đổi trên của TCVN 5574: 2018 khi so sánh với TCVN 5574: 2012.

2. Các thay đổi về quy định vật liệu sử dụng và cấu tạo của TCVN 5574: 2018 so với TCVN 5574: 2012.

2.1. Vật liệu sử dụng.

2.1.1. Bê tông.

    Bê tông nặng được sử dụng trong kết cấu bê tông cốt thép (KCBTCT) theo [1] bao gồm các loại cấp cường độ chịu nén không thấp hơn B15, đó là các loại bê tông có cấp cường độ chịu nén B15, B20, B25, B30, B35, B40, B45, B50, B55, B60, B70, B80, B90 và B100.  Theo [2], các loại bê tông sử dụng trong kết cấu BTCT là B15, B20, B25, B30, B35, B40, B45, B50, B55, B60. So với TCVN 5574: 2012 thì TCVN 5574: 2018 đã căn cứ vào tình hình xây dựng thực tế để mở rộng phạm vi áp dụng cho bê tông nặng từ B70 đến B100, điều này sẽ thuận lợi hơn cho các kỹ sư khi thiết kế những công trình BTCT đòi hỏi phải sử dụng vật liệu có cường độ cao nhằm giảm nhẹ trọng lượng cho công trình và tiết kiệm vật liệu.

2.1.2. Cốt thép.

    Cốt thép được sử dụng trong KCBTCT theo TCVN 5574: 2018 phù hợp với thép cốt cho bê tông đang được sản xuất theo tiêu chuẩn hiện hành TCVN 1651-1&2: 2018 – Thép cốt bê tông phần 1: Thép thanh tròn trơn và phần 2: Thép thanh vằn.

    Theo TCVN 5574: 2012 cốt thép được sử dụng là loại thép cốt được sản xuất theo TCVN 1651: 1985 – Thép cốt bê tông thép cán nóng.

    Cốt thép được sản xuất theo TCVN 1651: 1985 là thép cán nóng , còn thép được sản xuất theo TCVN 1651: 2018  có thể sản xuất theo công nghệ do nhà sản xuất quyết định, điều này phù hợp với sự phát triển của khoa học và công nghệ hiện nay, các đơn vị sản xuất cốt thép được chủ động hơn, miễn là đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật. Các yêu cầu kỹ thuật chính của thép cốt bê tông theo hai tiêu chuẩn nêu trên được tập hợp trong bảng 1 và bảng 2.


Bảng 1. Các yêu cầu kỹ thuật của thép cốt bê tông theo TCVN 1651: 2018 [3]

Mác thép

Đường kính, mm

Giá trị đặc trưng của giới hạn chảy trên ReH Nhỏ nhất (MPa)

Giá trị đặc trưng của giới hạn bền kéo Rm  Nhỏ nhất (MPa)

Giá trị đặc trưng quy định của độ dãn dài (%)

A5

Agt

CB240-T

6-40

240

380

20

2

CB300-T

6-40

300

440

16

2

CB400-T

6-40

400

500

16

8

CB300-V

6-50

300

450

16

8

CB400-V

6-50

400

570

14

8

CB500-V

6-50

500

650

14

8

CB600-V

6-50

600

710

10

8

 

Bảng 2. Các yêu cầu kỹ thuật của thép cốt bê tông theo TCVN 1651: 1985 [4]

Nhóm cốt thép

Đường kính, mm

Giới hạn chảy, N/mm2

Độ bền đứt tức thời, N/mm2

Độ dãn dài tương đối %

Không nhỏ hơn

CI

6-40

240

380

25

CII

10-40

300

500

19

CIII

6-40

400

600

14

CIV

10-32

600

900

6

 

    Nhận xét: Qua các chỉ tiêu kỹ thuật của thép cốt bê tông như hai bảng trên có thể nhận thấy sự tương đương của các cốt thép như sau CI tương đương CB240-T; CII tương đương CB300-V; CIII tương đương CB400-V và CIV tương đương CB600-V.

2.1.3. Hệ số độ tin cậy của cốt thép.[1],[2]

    Hệ số độ tin cậy của cốt thép s liên quan đến việc xác định cường độ tính toán của cốt thép khi tính toán các cấu kiện BTCT theo trạng thái giới hạn thứ nhất. Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5574: 2018 quy định hệ số  s=1,15 chung cho các loại thép, TCVN 5574: 2012 quy định hệ số s=1,05-1,07 cho các loại thép CI (CB240-T), CII (CB300-T,V), CIII (CB400-V), còn các loại thép còn lại hệ số s cũng lấy như quy định của TCVN 5574: 2018.

Trong thực tế xây dựng hiện nay, cốt thép sử dụng khá phổ biến là các loại thép CB240,300-T; CB300,400-V, do đó việc quy định hệ số s=1,15 của TCVN 5574:2018 đã làm giảm cường độ tính toán của cốt thép khi tính toán theo TCVN 5574: 2012, giá trị giảm cường độ này từ 7,5% đến 9,5%, đồng nghĩa với đó là lượng cốt thép sử dụng trong thiết kế sẽ tăng lên tương ứng. Thực tế sản xuất trong giai đoạn vừa qua cho thấy: chất lượng thép cốt bê tông đều tăng vượt trội so với yêu cầu (xem bảng 3), vì vậy TCVN 5574: 2018 đưa ra hệ số s=1,15 là khá lớn, chưa phù hợp với thực tế sản xuất, gây lãng phí cốt thép trong thiết kế xây dựng.

 

Bảng 3. Kết quả thí nghiệm thép cốt bê tông từ 04 phòng thí nghiệm LAS-XD (LAS-XD640; 674; 834 và 1061)

STT

ĐK (D)

Mác thép

Yêu cầu về giới hạn chảy, giới hạn bền

Lực chảy

Giới hạn chảy ReH

Lực bền

Giới hạn bền Rm 

Biến dạng dài khi đứt

Nhận xét kết quả so với yêu cầu (Tăng:+, Giảm: -)

mm

≥ (N/mm2)

Fy

(N/mm2)

Fm

(N/mm2)

A5(%)

Giới hạn chảy ReH

Giới hạn bền Rm 

BD dài A5

(kN)

(kN)

1

6

CB240-T

ReH≥240

 

Rm≥380

8.5

301

13.5

477

25.6

25%

26%

28%

2

8.3

294

13.2

467

26.7

22%

23%

34%

3

8.4

297

12.7

449

26.5

24%

18%

33%

1

8

14.8

294

23.3

464

25.6

23%

22%

28%

2

15.1

300

23.5

468

26.5

25%

23%

33%

3

15.2

302

23.6

470

24.6

26%

24%

23%

1

16

CB300-V

ReH≥300

 

Rm≥450

73.6

366

109.3

544

21.3

22%

21%

33%

2

74.5

371

111.2

553

20.8

24%

23%

30%

3

76.3

379

110.6

550

21.2

26%

22%

33%

1

18

92.5

364

138.9

546

19.8

21%

21%

24%

2

93.7

368

140.6

553

20.6

23%

23%

29%

3

91.5

360

143.3

563

21.8

20%

25%

36%

1

22

140.3

369

208.9

550

19.8

23%

22%

24%

2

142.1

374

210.3

553

20.9

25%

23%

31%

3

145.3

382

205.6

541

20.4

27%

20%

28%

1

16

CB400-V

ReH≥400

 

Rm≥570

96.8

481

135.5

674

19.5

20%

18%

39%

2

99.6

495

138.6

689

18.7

24%

21%

34%

3

95.9

477

140.3

698

17.9

19%

22%

28%

1

18

121.3

477

172.6

678

18.9

19%

19%

35%

2

125.6

494

176.5

694

18.6

23%

22%

33%

3

126.8

498

180.3

709

17.9

25%

24%

28%

1

22

182.6

480

258.6

680

18.6

20%

19%

33%

2

186.4

490

265.6

699

18.6

23%

23%

33%

3

189.3

498

272.4

717

19.0

24%

26%

36%

1

20

CB500-V

ReH≥500

 

Rm≥650

194

618

241.6

769

18.1

24%

18%

29%

2

190.6

607

243.6

775

17.3

21%

19%

24%

3

198.3

631

240.8

766

18.3

26%

18%

31%

1

22

240.9

634

300.5

791

17.6

27%

22%

26%

2

237.5

625

295.6

778

17.9

25%

20%

28%

3

229.6

604

289.7

762

18.6

21%

17%

33%

1

25

302.5

616

385.6

786

18.9

23%

21%

35%

2

307.3

626

378.9

772

18.1

25%

19%

29%

3

299.7

611

374.6

763

17.9

22%

17%

28%

1

28

370.6

602

487.5

792

19.5

20%

22%

39%

2

365.6

594

470.6

764

18.2

19%

18%

30%

3

360.8

586

481.3

782

17.6

17%

20%

26%

 

Kết quả thí nghiệm trên đây được tập hợp từ số liệu trung bình của 10 tổ mẫu từ các nhà sản xuất thép cán nóng trong nước. Với mỗi loại đường kính bao gồm ba nhà sản xuất: 1. Tập đoàn Hòa Phát; 2. Thép Việt Đức; 3. Công ty cổ phần thép Việt Ý. Trong đó các chỉ tiêu về sai số trọng lượng, độ dãn dài và uốn đều đạt yêu cầu theo TCVN 1651-2018. Bảng kết quả chỉ đề cập đến 02 chỉ tiêu quan trọng là giới hạn chảy và giới hạn bền của các mẫu thép thí nghiệm.

Nhận xét: Giới hạn chảy của các loại thép sau thí nghiệm đều tăng từ 17% đến 27% so với yêu cầu của các mác thép. Giới hạn bền: so với yêu cầu tăng từ 17% đến 26%. Biến dạng dài sau khi đứt A5 tăng từ 23% đến 39%. Có thể thấy rằng: chất lượng chế tạo các loại thép cốt bê tông ở giai đoạn hiện nay là rất tốt nhờ sự tiến bộ không ngừng của khoa học và công nghệ sản xuất, do vậy cần quy định hệ số độ tin cậy giảm bớt so với quy định của TCVN 5574: 2018 để tránh lãng phí lượng thép sử dụng trong xây dựng.

 

2.2. Các quy định về cấu tạo.

Các quy định về cấu tạo có thay đổi giữa TCVN 5574: 2012 và TCVN 5574: 2018 liên quan đến cấu kiện chịu uốn được trình bày trong bảng 4.


 

Bảng 4. Các quy định có thay đổi về cấu tạo trong cấu kiện chịu uốn [1], [2]

STT

Các quy định có thay đổi về cấu tạo trong cấu kiện chịu uốn của 02 tiêu chuẩn thiết kế

TCVN 5574: 2012

TCVN 5574: 2018

1

Lớp bê tông bảo vệ cốt thép chịu lực trong điều kiện thông thường

1. Bản có chiều dày 100mm

10

20

2. Bản có chiều dày >100mm

15

20

3. Dầm có chiều cao <250mm

15

20

4. Dầm có chiều cao 250mm

20

20

2

Diện tích cốt thép neo tại gối so với diện tích tính toán lớn nhất (As)

Bản sàn

1/3 As

1/3 As

Dầm với bề rộng b<150mm

Không quy định

1/2 As

Dầm với bề rộng b150mm

3

Hàm lượng cốt thép tối thiểu

Bản và dầm

0,05%

0,1%

 

Nhận xét: Với cấu kiện chịu uốn trong điều kiện môi trường thông thường lớp bê tông bảo vệ của cốt thép bản theo tiêu chuẩn hiện hành được lấy nhiều hơn 10mm so với TCVN 5574: 2012, điều này làm cho chiều dày tối thiểu của bản tăng thêm 20mm và gây bất lợi cho sự làm việc của bản khi chịu momen uốn đó là làm giảm đáng kể chiều cao làm việc của bản (h0), với bản có chiều dày≤100mm thì chiều cao h0 bị giảm hơn 10%, với bản có chiều dày ≤150mm thì h0 bị giảm từ 4% đến 5%. Điều đó sẽ làm cho lượng cốt thép sử dụng trong bản tăng lên tương ứng. Với cấu kiện chịu uốn là dầm:  do chiều cao của dầm khá lớn nên việc tăng thêm lớp bê tông bảo vệ của cốt thép chịu lực làm giảm chiều cao làm việc h0 của dầm không đáng kể.

Diện tích cốt thép neo vào gối của dầm theo quy định của TCVN 5574: 2018 cũng tăng khá nhiều so với quy định của TCVN 5574: 2012.

 

3. Kết quả thiết kế cốt thép chịu mô men.

Để thấy rõ ảnh hưởng của việc thay đổi vật liệu thép và các quy định cấu tạo đến kết quả thiết kế cấu kiện chịu uốn, ví dụ được cho trong bảng tính cốt thép chịu mô men của cấu kiện chịu uốn sau đây sẽ chỉ ra chênh lệch về diện tích cốt thép khi thiết kế theo TCVN5574: 2018 và TCVN 5574: 2012.

 

Bảng 5. So sánh cốt thép chịu Momen khi thiêt kế theo 02 tiêu chuẩn

Cấu kiện

Momen

Tiết diện

Loại bê tông sử dụng

Loại thép sử dụng

TCVN 5574: 2012

TCVN 5574: 2018

Chênh lệch As2 và As1 (%)

(kNm)

b (mm)

h (mm)

B (MPa)

Rb (MPa)

h0

Rs (MPa)

As1 (mm2)

h0

Rs (MPa)

As2 (mm2)

mm

mm

Bản

4.00

1000

80

15

8.5

CB240T

65

225

291

55

210

378

30%

6.00

1000

90

20

11.5

 B300T

75

280

300

65

260

380

27%

7.00

1000

100

25

14.5

CB400V

85

365

234

75

350

279

19%

8.00

1000

110

25

14.5

CB400V

90

225

386

85

210

467

21%

9.00

1000

120

25

14.5

CB400V

100

280

315

95

260

378

20%

16.00

1000

130

25

14.5

CB400V

110

365

399

105

350

460

15%

18.00

1000

140

25

14.5

CB400V

120

365

412

115

350

470

14%

20.00

1000

150

25

14.5

CB400V

130

365

423

125

350

479

13%

Dầm

100.00

220

500

15

8.5

CB300V

450

280

941

440

260

1047

11%

130.00

220

500

20

11.5

CB400V

450

365

930

440

350

1002

8%

200.00

220

500

30

17

CB600V

450

510

1033

440

520

1047

1%

150.00

220

600

15

8.5

CB300V

550

280

1156

540

260

1279

11%

190.00

220

600

20

11.5

CB400V

550

365

1107

540

350

1185

7%

250.00

220

600

30

17

CB600V

550

510

1020

540

520

1026

1%

 

Nhận xét: So với TCVN 5574: 2012, tiêu chuẩn thiết kế hiện hành TCVN 5574: 2018 đã quy định hệ số độ tin cậy của cốt thép và cấu tạo lớp bê tông bảo vệ cốt thép chịu lực được tăng thêm những điều này đã làm cho kết quả thiết kế cốt thép chịu Momen trong bản tăng lên rất đáng kể, cụ thể là: với bản có chiều dày ≤100mm, diện tích cốt thép chịu lực tăng lên từ 20% đến 30%, với bản có chiều dày ≤150mm thì diện tích cốt thép chịu lực tăng thêm từ 10% đến 20%, với dầm khi sử dụng cốt thép có giới hạn chảy ≤400MPa thì lượng cốt thép chịu lực tăng thêm gần 10%.

4. Kết luận, kiến nghị.

Các quy định về vật liệu thép và cấu tạo của TCVN 5574: 2018 đã làm thay đổi đáng kể kết quả thiết kế cấu kiện chịu uốn khi tính toán với Momen. Trong bản sàn, lượng cốt thép sử dụng tăng đến 30%, trong dầm lượng cốt thép sử dụng tăng đến 10% khi so sánh với việc thiết kế theo TCVN 5574: 2012.

Kiến nghị: Điều chỉnh hệ số độ tin cậy của cốt thép giảm xuống cho phù hợp với thực tế sản xuất, giá trị này nên lấy là 1,05 với thép cán nóng có giới hạn chảy không quá 500MPa (tương ứng với mác thép CB240,300,400).

Giảm bớt chiều dày lớp bê tông bảo vệ cho thép bản (nên giảm 5-10mm)

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1. TCVN 5574: 2012, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế.

2. TCVN 5574: 2018, Tiêu chuẩn quốc gia. Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.

3. TCVN 1651-1: 2018, Thép cốt bê tông (Phần 1: Thép thanh tròn trơn)

4. TCVN 1651-2: 2018, Thép cốt bê tông ( Phần 2: Thép thanh vằn).

5. TCVN 1651:1985, Thép cốt bê tông cán nóng.

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

7. TCVN 197-1:2014,  Vật liệu kim loại - thử kéo - phần 1: Phương pháp thử ở nhiệt độ phòng.

8.  Lê Minh Long (2017), “Một số điểm mới trong dự thảo TCVN 5574:2017” Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, 2, trang 55-61.

9. Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2011),  Kết cấu BTCT - Phần cấu kiện cơ bản, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.

 

 

 

 

 

Tạp chí xây dựng và đô thị
Lượt xem: 142  |  Chia sẻ: 0

Tin có liên quan

Loading ...