Tài liệu điều tra chất lượng cốt thép sử dụng tại một số công trình xây dựng tại cam ranh

MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1 1.Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................ 1 2. Mục tiêu nghiên cứu..................................................................................... 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu................................................................ 2 4. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................. 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU CỐT THÉP VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CỐT THÉP TẠI CAM RANH ..................................................................... 3 1.1. Tổng quan về vật liệu cốt thép ........................................................................... 3 1.1.1. Yêu cầu chung ........................................................................................ 3 1.1.2. Phân loại cốt thép và phạm vi sử dụng .................................................. 6 1.1.3. Đặc trưng tiêu chuẩn và đặc trưng tính toán của cốt thép...................... 7 1.2. Tình hình sử dụng cốt thép tại các công trình xây dựng ở Cam Ranh .............. 8 1.2.1. Tình hình chung về đầu tư xây dựng và phát triển đô thị tại Cam Ranh .............................................................................................................. 8 1.2.2. Qui mô kết cấu và tình hình sử dụng cốt thép tại các công trình bê tông cốt thép xây dựng tại Cam Ranh .............................................................. 9 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÍ CỦA CỐT THÉP, LÝ THUYẾT NGẪU NHIÊN VÀ PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY ............... 11 2.1. Các chỉ tiêu cơ lí của cốt thép .......................................................................... 11 2.1.1. Độ bền kéo của cốt thép ....................................................................... 11 2.1.2. Tính uốn của cốt thép ........................................................................... 14 2.1.3. Phương pháp thử nghiệm ..................................................................... 15 2.2. Đánh giá sự phù hợp các chỉ tiêu cơ lí của cốt thép so với các chỉ tiêu thiết kế công trình và các tiêu chuẩn qui định ................................................................ 23 2.2.1. Qui định chung ..................................................................................... 23 2.2.2. Hệ thống chứng nhận ........................................................................... 24 2.2.3. Báo cáo kết quả .................................................................................... 25 2.3. Phân tích độ tin cậy của thành phần hệ thống ................................................. 26 2.4. Cơ sở toán học của phương pháp ngẫu nhiên .................................................. 27 2.4.1. Tính toán cấp độ I ................................................................................ 27 2.4.2. Tính toán cấp độ II ............................................................................... 28 2.4.3. Tính toán cấp độ III .............................................................................. 31 CHƯƠNG 3. THỐNG KÊ VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA CỐT THÉP SỬ DỤNG TẠI MỘT SỐ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Ở CAM RANH . 33 3.1.Thống kê số liệu ................................................................................................ 33 3.1.1. Công trình trường THCS Cam Phú ...................................................... 33 3.1.2. Công trình Trường Dân tộc Nội trú Cam Ranh .................................... 33 3.1.3. Công trình Trường Tiểu học Cam Thuận ............................................. 34 3.1.4. Công trình Trung tâm thương mại Cam Ranh ...................................... 35 3.1.5. Công trình Siêu thị Maximark Cam Ranh ........................................... 37 3.1.6. Công trình Bệnh viện đa khoa khu vực Cam Ranh ............................. 38 3.1.7. Công trình Nhà hành chính, nhà sửa chữa vũ khí, khí tài tàu mặt nước, tàu ngầm/X52 ....................................................................................... 39 3.1.8. Công trình Sân bay Cam Ranh ............................................................. 41 3.1.9. Công trình Trường THCS Nguyễn Khuyến ......................................... 42 3.1.10. Công trình Trường Mẫu giáo Cam Thịnh Đông ................................ 43 3.1.11. Công trình Trường Mầm non 2/4 ....................................................... 44 3.1.12. Công trình Trường Tiểu học Cam Thịnh 1 ........................................ 45 3.1.13. Công trình Trường tiểu học Cam Nghĩa 1.......................................... 46 3.1.14. Công trình Trường tiểu học Cam Nghĩa 1.......................................... 47 3.1.15. Công trình Trường tiểu học Cam Phúc Nam...................................... 48 3.2. Qui đổi số liệu thu thập được từ thực tế về biến số kỳ vọng ........................... 49 3.2.1. Phân tích đánh giá cường độ chịu kéo tính toán thực tế (Rstt) so với cường độ chịu kéo tính toán(Rs) của TCVN 5574:2012 ............................... 49 3.2.2. Phân tích đánh giá Ứng suất bền thực tế (Rmtt) so với mác thép theo TCVN 1651-1:2008 và TCVN 1651-2:2008 (Rmtc) ..................................... 49 3.2.3. Phân tích đánh giá Mô đun đàn hồi thực tế(Ett) so với mô đun đàn hồi theo TCVN 5574:2012 (Etc) .................................................................... 50 3.3. Tìm hàm phân phối xác suất phù hợp nhất bằng phần mềm BESTFIT .......... 60 3.3.1. Giới thiệu phần mềm BESTFIT ........................................................... 60 3.3.2. Kết quả tìm hàm phân phối xác suất phù hợp nhất BESTFIT ............. 62 3.4. Tìm độ tin cậy bằng phần mềm VAP .............................................................. 63 3.4.1. Giới thiệu phần mềm VAP ................................................................. 63 3.4.2. Xây dựng Hàm tin cậy........................................................................ 64 3.4.3. Kết quả tính toán độ tin cậy ................................................................. 65 3.4.4. Kết quả xác định giá trị tính toán ứng với độ tin cậy P=95% .............. 71 3.4.5. Nhận xét, đánh giá kết quả ................................................................... 76 3.4.6. Kết luận chương 3 .............................................................................. 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 81 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN. TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN ĐIỀU TRA CHẤT LƯỢNG CỐT THÉP SỬ DỤNG TẠI MỘT SỐ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TẠI CAM RANH Học viên : Trương Văn Cư Chuyên ngành: Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 Khóa: 33 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Kết cấu bê tông cốt thép đang giữ vai trò chủ đạo trong công trình xây dựng ở nước ta. Các thông số kỹ thuật cơ bản của cốt thép như giới hạn chảy, giới hạn bền và môđun đàn hồi là các chỉ tiêu quan trọng quyết định đến khả năng chịu lực của nó. Khi đưa vật liệu vào thi công công trình, các chỉ tiêu này phải được kiểm tra thông qua thí nghiệm một số mẫu đại diện, tuy vậy vẫn không thể đảm bảo tuyệt đối yêu cầu đưa ra bởi thiết kế. Chính vì thế việc điều tra, thí nghiệm đánh giá chất lượng cốt thép của các công trình cũng rất quan trọng. Nhằm đưa ra kết luận về chất lượng thép đã sử dụng trong các công trình xây dựng trên địa bàn thành phố Cam Ranh, đồng thời đề xuất hướng phát triển tiếp theo trong quản lý chất lượng cốt thép ở các công trình xây dựng tại địa phương, đề tài đã thu thập số liệu thí nghiệm kéo cốt thép của các công trình, dựa vào lý thuyết xác suất thống kê để phân tích đánh giá độ tin cậy của các chỉ tiêu cơ lý của thép trên cơ sở số liệu thu thập được so với yêu cầu thiết kế và các quy định tương ứng trong tiêu chuẩn. Kết quả cho thấy rằng độ tin cậy của Cường độ chịu kéo tính toán thực tế là 96.14%, của Giới hạn bền là 98.64 % nhưng Mô đun đàn hồi chỉ đạt độ tin cậy gần 80%. Từ khóa- Cốt thép; giới hạn chảy; giới hạn bền ; mô-đun đàn hồi ; độ tin cậy. ABSTRACT ASSESSEMENT OF REINFORCED STEEL BAR QUALITY – CASE STUDY IN CAM RANH Student: Truong Van Cu Code: 60.58.02.08 Major: Civil Engineering Course: 33 Polytechnic University – DHDN Abstract – Reinforced concrete structures are playing a leading role in civil engineering in Vietnam. The basic specifications of reinforced steel bar such as yield limit, ultimate strength and modulus of elasticity are important indicators for assessing its bearing capacity. Although these specifications are tested by sampling before using, they seldom abide strictly to required specifications. Therefore, it is also very important to assess and test the quality of reinforced steel bars in buildings. In order to draw conclusions on the quality of steel used in the construction works in Cam Ranh city, and to propose the next step in the quality management of reinforced steel in construction, the research has collected reinforced steel’ punch test data, then using statistical analysis to estimate confidence level of mechanical properties of steel from said data against the design requirements and corresponding provisions in the standard. Research shows that confidence level of computed tensile strength is 96.14%, that of ultimate strength is 98.64%, but that of elasticity modulus is just nearly 80%. Keywords – reinforced steel bar; yield limit; ultimate strength; elasticity modulus; confidence interval. DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang 3.1. Kết quả thí nghiệm thép Trường THCS Cam Phú 33 3.2. Kết quả thí nghiệm thép Trường Dân tộc Nội trú Cam Ranh 34 3.3. Kết quả thí nghiệm thép Trường Tiểu học Cam Thuận 35 3.4. Kết quả thí nghiệm thép Trung tâm thương mại Cam Ranh 36 3.5. Kết quả thí nghiệm thép Siêu thị Maximark Cam Ranh 37 3.6. Kết quả thí nghiệm thép Bệnh viện đa khoa khu vực Cam Ranh 38 3.7. Kết quả thí nghiệm thép Nhà hành chính, nhà sửa chữa vũ khí, khí tài tàu mặt nước, tàu ngầm/X52 40 3.8. Kết quả thí nghiệm thép Sân bay Cam Ranh 41 3.9. Kết quả thí nghiệm thép Trường THCS Nguyễn Khuyến 42 3.10. Kết quả thí nghiệm thép Trường Mẫu giáo Cam Thịnh Đông 43 3.11. Kết quả thí nghiệm thép Trường Mầm non 2/4 44 3.12. Kết quả thí nghiệm thép Trường Tiểu học Cam Thịnh 1 45 3.13. Kết quả thí nghiệm thép Trường tiểu học Cam Nghĩa 1 46 3.14. Kết quả thí nghiệm thép Trường tiểu học Cam Nghĩa 1 47 3.15. Kết quả thí nghiệm thép Trường tiểu học Cam Phúc Nam 48 Bảng tổng hợp kết quả tính toán biến số kỳ vọng của cường độ tính toán (X), Ứng suất bền (Y) và mô đun đàn hồi thực tế (Z) 3.16. của cốt thép ở các công trình so với các tiêu chuẩn: TCVN1651:1985, TCVN1651-1:2008, TCVN1651-2:2008, TCVN5574:1985 và TCVN5574:2012. 51 3.17. Tổng hợp các hàm phân phối phù hợp và các tham số thống kê 63 3.18. Tổng hợp kết quả tính toán độ tin cậy 70 3.19. Kết quả tính toán độ tin cậy P = 95% 76 3.20. Tổng hợp kết quả đánh giá các chỉ tiêu cơ lý của cốt thép 77 DANH MỤC CÁC HÌNH Số Tên hình hiệu 2.1. 2.2. 2.3. Biể u đồ ứng suấ t và biế n da ̣ng Ví dụ về các giới hạn chảy trên và dưới cho các kiểu đường cong khác nhau Các kiểu đường cong ứng suất - biến dạng khác nhau để xác định giới hạn bền kéo, Rm Trang 12 13 14 2.4. Hàm tin cậy biểu diễn trong mặt phẳng RS 26 2.5. Định nghĩa xác suất xảy ra sự cố và chỉ số độ tin cậy 26 3.1. Cửa sổ làm việc của BESTFIT 61 3.2. Đồ thị phân phối các xác suất phù hợp nhất theo BESTFIT 62 3.3. Nhập hàm tin cậy 63 3.4. Nhập hàm phân phối cho các biến ngẫu nhiên 64 3.5. Kết quả giải hàm tin cậy bằng phương pháp FORM 64 3.6. Biểu diễn đồ thị hàm phân phối Lognormal theo X 65 3.7. Biểu diễn đồ thị hàm phân phối Lognormal theo Y 66 3.8. Biểu diễn đồ thị hàm phân phối Lognormal theo Z 66 3.9. Kết quả tính toán độ tin cậy của X bằng phần mềm VAP 67 3.10. Kết quả tính toán độ tin cậy của Y bằng phần mềm VAP 68 3.11. Kết quả tính toán độ tin cậy của Z bằng phần mềm VAP 69 3.12. Kết quả tính toán độ tin cậy của X với Tx=1.015 71 3.13. Kết quả tính toán độ tin cậy của X với Tx=1.018 72 3.14. Kết quả tính toán độ tin cậy của X với Tx=1.02 72 3.15. Kết quả tính toán độ tin cậy của X với Tx=1.025 73 3.16. Kết quả tính toán độ tin cậy của X với Tx=1.05 73 3.17. Kết quả tính toán độ tin cậy của Y với Ty=1.01 74 3.18. Kết quả tính toán độ tin cậy của Y với Ty=1.02 74 3.19. Kết quả tính toán độ tin cậy của Y với Ty=1.022 75 3.20. Kết quả tính toán độ tin cậy của Y với Ty=1.025 75 1 MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, ở nhiều nước trên thế giới, công trình xây dựng bằng bê tông cốt thép chiếm tỷ lệ rất lớn lên tới 70-80%. Ở nước ta, do điều kiện kinh tế và kỹ thuật, kết cấu bê tông cốt thép đang giữ vai trò chủ đạo trong công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp. Sở dĩ kết cấu bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi như vậy bởi bê tông có khả năng chịu nén cao, kết hợp với thép chịu kéo tốt làm cốt tạo nên những kết cấu vừa chịu kéo vừa chịu nén tốt trong các kết cấu chịu uốn, nén lệch tâm là những kết cấu chịu lực chính trong công trình. Chính vì thế việc điều tra, thí nghiệm đánh giá chất lượng bê tông và cốt thép của các công trình cũng rất quan trọng. Các thông số kỹ thuật cơ bản của cốt thép (giới hạn chảy, giới hạn bền và môđun đàn hồi của cốt thép …) là các chỉ tiêu quan trọng để đánh giá khả năng chịu lực của nó, phụ thuộc vào thành phần cấu trúc và công nghệ chế tạo. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của thép đưa và sử dụng trong công trình xây dựng ở nước ta trong giai đoạn hiện nay là phụ thuộc rất nhiều vào các nhà sản xuất thép. Để đánh giá chất lượng thép cần phải có sự điều tra đầy đủ từ khâu chế tạo, khâu cung ứng, thu thập và phân tích các kết quả thí nghiệm đến tình hình sử dụng thép tại các công trình xây dựng. Mặc dù trong khâu chế tạo vật liệu thép có hệ thống quản lý chất lượng nội bộ chặt chẽ, song chủ yếu chỉ có các nhà sản xuất có uy tín trên thế giới mới duy trì tốt hệ thống quản lý chất lượng đó. Thực tế ở Việt nam có nhiều doanh nghiệp chế tạo và cung cấp thép, nhiều sản phẩm do các cơ sở này không ổn định về các chỉ tiêu hình học (đường kính, trọng lượng đơn vị) do đó việc điều tra đánh giá chất lượng thép làm cốt bê tông ở các công trình xây dựng là rất cần thiết . Trên địa bàn TP. Cam Ranh, tỉnh Khánh Hòa thì số lượng các công trình cao tầng còn hạn chế, đa số là các công trình từ 3 tầng trở xuống đã và đang được xây dựng. Để có một sự nhìn nhận, đánh giá một cách khái quát bức tranh về chất lượng cốt thép đã được sử dụng trong các công trình trên địa bàn thành phố, việc thu thập số liệu thí nghiệm kéo cốt thép của một số công trình tại Cam Ranh, đánh giá xem các chỉ tiêu cơ lí có đạt yêu cầu thiết kế không, mức độ đạt như thế nào để đưa ra các kết luận đánh giá chung về chất lượng thép sử dụng trong các công trình xây dựng trên địa bàn thành phố là rất cần thiết. Do đó, việc lựa chọn đề tài: “Điều tra chất lượng cốt thép sử dụng tại một số công trình xây dựng tại Cam Ranh” là một đề xuất hợp lý để giải quyết các vấn đề đã đặt ra. 2 2. Mục tiêu nghiên cứu - Thu thập số liệu thí nghiệm kéo cốt thép của một số công trình tại Cam Ranh; - Đánh giá xem các chỉ tiêu cơ lí có đạt yêu cầu thiết kế không, mức độ đạt như thế nào; - Đưa ra các kết luận đánh giá chung về chất lương thép sử dung trong các công trình xây dựng trên địa bàn thành phố Cam Ranh . 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: Cốt thép sử dụng trong các công trình bê tông cốt thép tại Cam Ranh. - Phạm vi nghiên cứu: Các chỉ tiêu cơ lí như: giới hạn chảy, giới hạn bền và môđun đàn hồi của cốt thép . 4. Phương pháp nghiên cứu - Sử dụng phương pháp thu thập số liệu từ thí nghiệm thực tế thông qua hồ sơ quản lý chất lượng của các công trình đã thực hiện; - Phân tích đánh giá độ tin cậy của các chỉ tiêu cơ lý của thép trên cơ sở số liệu thu thập được đối với các quy định tương ứng trong tiêu chuẩn để đưa ra kết luận và kiến nghị. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU CỐT THÉP VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CỐT THÉP TẠI CAM RANH 1.1. Tổng quan về vật liệu cốt thép 1.1.1. Yêu cầu chung Bê tông cố t thép là mô ̣t loa ̣i vâ ̣t liê ̣u xây dựng hỗn hơ ̣p, trong đó bê tông và cố t thép cùng phố i hơ ̣p làm viê ̣c với nhau như mô ̣t thể thố ng nhấ t. 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. Giữ vai trò chủ đạo trong công trình xây dựng, bê tông có khả năng chịu nén cao, kết hợp với thép chịu kéo tốt làm cốt tạo nên những kết cấu vừa chịu kéo vừa chịu nén tốt trong các kết cấu chịu uốn, nén lệch tâm là những kết cấu chịu lực chính trong công trình. Cốt thép dùng trong thiết kế bê tông cốt thép phải đảm bảo các yêu cầu của thiết kế, đồng thời phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5574 : 2012 “Kết cấu bê tông cốt thép” và TCVN 1651 : 2008 “Thép cốt bê tông”. Đối với thép nhập khẩu cần có các chứng chỉ kỹ thuật kèm theo và cần lấy mẫu thí nghiệm kiểm tra theo TCVN 197: 1985 “Kim loại – Phương pháp thử kéo” và TCVN 198 : 1985 “Kim loại – Phương pháp thử uốn”.TCVN 1971:2014 - Vật liệu kim loại - Thử kéo - Phần 1: Phương pháp thử ở nhiệt độ phòng. Cốt thép có thể gia công tại hiện trường hoặc tại nhà máy nhưng nên đảm bảo mức độ cơ giới phù hợp với khối lượng thép tương ứng cần gia công. Không nên sử dụng trong cùng một công trình nhiều loại thép có hình dáng và kích thước hình học như nhau, nhưng tính chất cơ lý khác nhau. Cốt thép trước khi gia công và trước khi đổ bê tông cần đảm bảo: Bề mặt sạch, không dính bùn đất, dầu mỡ, không có vẩy sắt và các lớp gỉ; Các thanh thép bị bẹp, bị giảm tiết diện do làm sạch hoặc do các nguyên nhân khác không vượt quá giới hạn cho phép là 2% đường kính. Nếu vượt quá giới hạn này thì loại thép đó được sử dụng theo diện tích tiết diện thực tế còn lại; Cốt thép cần được kéo, uốn và nắn thẳng. 1.1.1.1. Nguyên tắc cơ bản về sử dụng vật liệu cốt thép Vật liệu 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 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. 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. 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. Đối với các kết cấu lắp ghép, cần đặc biệt chú ý đến độ bền và tuổi thọ của các mối nối. 1.1.1.2. Nguyên tắc cơ bản về tính toán kết cấu bê tông cốt thép 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): - 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; Không bị mất ổn định về hình dạng hoặc về vị trí; Không bị phá hoại vì mỏi; Không bị phá hoại do tác dụng đồng thời của các yếu tố về lực và những ảnh hưởng bất lợi của môi trường. - 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). 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. 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. Khả năng chống nứt của các kết cấu hay bộ phận kết cấu được phân thành ba cấp 5 phụ thuộc vào điều kiện làm việc của chúng và loại cốt thép được dùng. Độ võng và chuyển vị của các cấu kiện, kết cấu không được vượt quá giới hạn cho phép. 1.1.1.3. Nguyên tắc chung khi tính toán vật liệu cốt thép có kể đến tính phi tuyến của bê tông cốt thép 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). 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. 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. 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. 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. 6 1.1.2. Phân loại cốt thép và phạm vi sử dụng 1.1.2.1. Phân loại cố t thép 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. Theo tiêu chuẩn TCVN 5574 :2012 hiện hành và tiêu chuẩn 1651:2008 cốt thép chia thành các 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, AV, A-VI; - Gia cường bằng nhiệt luyện và cơ nhiệt luyện: có gờ nhóm Aт-IIIC, AтIV, 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. 1.1.2.2. Phạm vi sử dụng a) Cốt thép không căng (cốt thép thường, hay dùng cho BTCT) - Thép thanh nhóm Aт-IVC: dùng làm cốt thép dọc; - Thép thanh nhóm CIII, A-III và Aт-IIIC: dùng làm cốt thép dọc và cốt thép ngang; - Thép sợi nhóm Bp-I: dùng làm cốt thép ngang và cốt thép dọc; - 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); - Thép thanh nhóm CIV, A-IV (A-IV, Aт-IV, Aт-IVK): dùng làm cốt thép dọc trong khung thép buộc và lưới thép; - Thép thanh nhóm A-V (A-V, Aт-V, Aт-VK, Aт-VCK), A-VI (A-VI, AтVI, 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. b). Cốt thép căng (cho kết cấu chịu áp lực) - Thép sợi nhóm B-II, Bp-I và thép cáp K-7 và K-19; - Thép thanh nhóm A-V (A-V, Aт-V, Aт-VK, Aт-VCK), A-VI (A-VI, AтVI, Aт-VIK) và Aт-VII; - Thép thanh nhóm CIV, A-IV (A-IV, Aт-IV, Aт-IVK, Aт-IVC). 7 1.1.3. Đặc trưng tiêu chuẩn và đặc trưng tính toán của cốt thép Cường độ tiêu chuẩn của cốt thép Rsn 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 chịu kéo tính toán Rs của cốt thép khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ hai được xác định theo công thức (1.1): Rs = R sn s (1.1) trong đó :  s : Hệ số độ tin cậy của cốt thép; Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép Rsc 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 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  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 chịu kéo tính toán của cốt thép ngang (cốt thép đai và cốt thép xiên) Rsw có kể đến các hệ số điều kiện làm việc  s1 và  s 2 . Ngoài ra, các cường độ tính toán Rs, Rsc, Rsw trong các trường hợp tương ứng cần được nhân với các hệ số điều kiện làm việc của cốt thép. Môđun đàn hồi Es là tỷ số giữa ứng suất kéo hoặc nén trên độ biến dạng do ứng suất kéo hoặc nén đó gây ra, trong vùng biến dạng đàn hồi. Giá trị mô đun đàn hồi Es của một số loại cốt thép được tra theo nhóm và loại cốt thép. Bảng 1.1. Môđun đàn hồi của một số loại cốt thép Nhóm cốt thép CI, A-I, CII, A-II CIII, A-III CIV, A-IV, A-V và A-VII Es.10-4, MPa 21 20 19 8 1.2. Tình hình sử dụng cốt thép tại các công trình xây dựng ở Cam Ranh 1.2.1. Tình hình chung về đầu tư xây dựng và phát triển đô thị tại Cam Ranh 1.2.1.1.Hiện trạng nhà ở Đất ở khu vực nội thành phố là 454,9ha. Tổng quỹ nhà ở năm 2016 của khu vực nội thành phố Cam Ranh là 1.184.040 m2sàn. Diện tích nhà ở bình quân đầu người đạt 12,6 m2sàn/người. Tỷ lệ nhà kiên cố so với tổng quỹ nhà ở đạt 42%. Đến nay, số lượng nhà ở thành phố đã phát triển nhanh về số lượng và được cải tạo nâng dần chất lượng. Tỷ lệ nhà kiên cố có thể tăng cao hơn trong những năm tới. Điều kiện về nhà ở của người dân thành phố sẽ được cải thiện nhiều về số lượng cũng như chất lượng do thành phố hiện đang triển khai nhiều dự án quy hoạch khu ở mới. 1.2.1.2 Hiện trạng công trình công cộng a)Hiện trạng trung tâm hành chính: Bao gồm trụ sở Thành ủy, HĐND, UBND thành phố Cam Ranh, Trung tâm chính trị -Văn hóa thành phố, cơ quan công an thành phố, các cơ quan trực thuộc tỉnh và Trung ương, …và hầu hết các đơn vị được cải tạo cơ sở vật chất khang trang. b)Hiện trạng cơ sở dịch vụ công cộng: Bao gồm bưu điện, bệnh viện, các ngân hàng, chợ trung tâm thành phố các cửa hàng thương mại dịch vụ tổng hợp,hệ thống các siêu thị, nhà ga sân bay, bến cảng... c)Hiện trạng cơ sở y tế: Thành phố có 1 bệnh viện gồm 20 khoa phòng với quy mô 250 giường bệnh, đã được đầu tư xây dựng nâng cấp phát triển thành Bệnh viện Đa khoa khu vực phía Nam của tỉnh; có 01 Trung tâm y tế là đơn vị sự nghiệp trực thuộc Sở y tế quy mô 20 giường, có 1 Phòng khám khu vực và các trạm y tế ở 15 xã, phường. Có 14/15 xã được xây dựng cơ sở vật chất trạm đạt chuẩn quốc gia về y tế. Mạng lưới y tế tư nhân có 19 phòng khám y khoa, 15 cơ sở đông y, 7 nhà thuốc và 33 đại lý. Quỹ đất dành cho các cơ sở y tế mới có trung tâm y tế TP có diện tích 1,876ha và các trạm y tế 1,58 ha, cơ sở vật chất đa số là nhà cấp III và cấp IV xây dựng từ những năm 2003-2004. d)Hiện trạng cơ sở Giáo dục: Năm học 2016-2017, thành phố có 56 trường học các cấp với 962 lớp học, tổng số học sinh các cấp là 29.923 học sinh, chiếm 24,47% dân số toàn thành phố. Trong đó có 3 trường phổ thông trung học, 12 trường trung học cơ sở, 22 trường tiểu học, 18 trường mầm non. Tất cả các cơ sở giáo dục đều có qui mô xây dựng từ 3 tầng trở xuống và đại đa số là các công trình Bê tông cốt thép 2 tầng . Đào tạo nghề: Có 1 Trung tâm giáo dục thường xuyên, 01 trường Trung cấp nghề. Trong thời gian vừa qua, Thành phố đã đào tạo nghề cho khoảng 6.449 9 người. Công tác đào tạo nghề vẫn chủ yếu dựa vào các cơ sở đào tạo công lập (3.626 người, chiếm 56,22%), cơ sở tư nhân đào tạo 1.209 người, chiếm 18,75% và các doanh nghiệp đào tạo tại cơ sở sản xuất 1.500 người, chiếm 23,26%. Hàng năm trên địa bàn thành phố mức độ đầu tư công trình nhà ở và hạ tầng xã hội chậm, ngân sách Nhà nước chủ yếu là tập trung đầu tư vào hệ thống trường học phục vụ cho hệ thống giáo dục đạt chuẩn quốc gia, nhà ở tư nhân thì đầu tư với qui mô hộ gia đình nhỏ lẻ, diện tích đất ở tương đối nhiều nên chưa đặt đến vấn đề xây dựng các khu chung cư cao tầng. Các cơ sở dịch vụ công cộng được đầu tư trên diện tích đất lớn nên rất hạn chế tăng qui mô số tầng. Tổng vốn đầu tư hàng năm cho đầu tư phát triển công trình công cộng trên địa bàn thành phố hơn 100 tỷ đồng nên việc phát triển về cơ sở vật chất- hạ tầng xã hội qui mô lớn cũng gặp khá nhiểu khó khăn, mặt khác Cam Ranh là đô thị vệ tinh của thành phố Nha Trang nằm ở cực Nam của tỉnh Khánh Hòa, khả năng tăng dân số cơ học ít nên việc huy động vốn đầu tư từ nguồn ngoài ngân sách trong giai đoạn vừa qua cũng là một mặt hạn chế ảnh hưởng đến việc phát triển qui mô các công trình trong thành phố . 1.2.2. Qui mô kết cấu và tình hình sử dụng cốt thép tại các công trình bê tông cốt thép xây dựng tại Cam Ranh Qui mô các công trình xây dựng đại đa số từ 3 tầng trở xuống, nhưng tất cả các công trình đều được xây dựng tương đối kiên cố, sử dụng kết cấu bê tông cốt thép là chủ yếu, do đó hàng năm số lượng thép tiêu thụ trong các công trình xây dựng trên toàn thành phố tương đối lớn nhưng mác thép thường sử dụng CB300-T, CB300-V và CB400V. Theo khảo sát sơ bộ, hiện nay trên địa bàn toàn tỉnh Khánh Hòa chưa có nhà máy sản xuất thép, tuy nhiên hiện nay có rất nhiều Đại lý cấp I của các công ty chuyên về thép xây dựng: Thép Miền nam (VPĐD ở Nha Trang), thép Hòa Phát (VPĐD ở Cam Ranh), thép Việt – Ý (Pomina Nha Trang), thép Việt - Nhật, thép Việt – Úc, …với rất nhiều thương hiệu như vậy, việc chọn lựa thép cho các công trình xây dựng gặp không ít khó khăn. Đối với các công trình sử dụng vốn ngân sách, việc lựa chọn thép cho công trình phải đảm bảo yêu cầu thiết kế và các đặc trưng tiêu chuẩn theo qui định, Chủ đầu tư không được phép chỉ định thương hiệu vật tư trong quá trình lựa chọn nhà thầu. Bên cạnh đó, trong giai đoạn hiện nay, thành phố Cam Ranh đang bắt đầu phát triển các công trình vốn ngoài ngân sách, vốn của doanh nghiệp (hiện tại thì chưa nhiều). Theo qui luật cạnh tranh, nhiều chủng loại thép được đưa vào thị trường, chất lượng thép của công ty nào đạt các chỉ tiêu về cơ lý phù hợp theo 10 tiêu chuẩn (TCVN1651-2008) và giá bán rẻ hơn thì sẽ được ưu tiên lựa chọn nhưng trong thực tế thi công, mỗi thương hiệu thép đều có những đặc điểm khác nhau, một số nhãn hiệu khi bảo quản ngoài trời, thép có lớp chống rỉ sét do hơi ẩm từ nước biển, mưa gió rất tốt (vị trí địa lý Cam Ranh nằm gần biển), được nhiều công trình có yêu cầu cao lựa chọn. Một số thương hiệu do hàm lượng cacbon và các hợp chất pha tạp nhiều, khi gia công uốn góc 90° vài lần (nhất là các công trình nhỏ, đội ngũ kỹ thuật không có, gia công thép thủ công, sai và sửa lại) sẽ xảy ra hiện tượng răng chân chim trên thanh thép tại vị trí uốn, hoặc khi vận chuyển để giảm giá thành không dùng xe chở thép chuyên dụng, một số công trình thường gập đôi thanh thép dài 11.7m khi đó tại vị trí gập xảy ra hiện tượng rỉ sét nếu để thép ngoài trời. Ngoài ra, trên thị trường còn nhiều chủng loại thép khác mà logo thương hiệu lại dễ gây nhầm lẫn cho khách hàng bình thường mặc dù các thông số kỹ thuật đều nằm trong phạm vi cho phép . Các công trình xây dựng ở Cam Ranh hầu hết có qui mô không lớn, đường kính thép sử dụng chủ yếu từ D22, D25 trở xuống, đại đa số các công trình nghiên cứu trong luận văn này sử dụng loại thép tròn trơn từ D6 đến D8, thép có đường kính từ D10 trở lên dùng thép thanh vằn. Xuất phát từ những thực tiễn khách quan đó, đòi hỏi chúng ta phải điều tra, nghiên cứu các đặc trưng của thép đã sử dụng trong thực tế trên địa bàn thành phố để có đánh giá khách quan và đưa ra những kiến nghị điều chỉnh cho hợp lý nhằm góp phần nâng cao chất lượng thép nói riêng và chất lượng công trình xây dựng trên địa bàn thành phố nói chung trong thời gian tới. 11 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÍ CỦA CỐT THÉP, LÝ THUYẾT NGẪU NHIÊN VÀ PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY 2.1. Các chỉ tiêu cơ lí của cốt thép 2.1.1. Độ bền kéo của cốt thép Ứng suất kéo của cố t thép là trạng thái ứng suất khi cố t thép chịu tác động kéo căng hướng trục. Ứng suất kéo luôn thể hiện khả năng liên kết các vi tinh thể của cố t thép. Khi cố t thép bị kéo bằng hai lực ngược chiều nhau, thì phần lớn các cố t thép sẽ bị đứt ở một giới hạn ứng suất nào đó. Tại thời điểm vật liệu bị kéo đứt, thông số ứng suất đó được ghi nhận và được xem như độ bền kéo của vật liệu đó. Là đặc tính chịu được lực kéo đứt vật liệu. Đơn vị tính thông thường là Kg/cm², hay N/mm². Độ bền (kéo) của bêtông được tăng lên nếu có cốt thép. Vật liệu này được tạo thành bằng cách đặt các thanh, dây, lưới trong hỗn hợp bêtông tươi. Cốt thép trong khối sẽ làm cho kết cấu chịu kéo, nén, uốn tốt hơn và nếu nứt có phát triển trong bêtông cũng bị ngăn trở bởi cốt thép. Sở dĩ thép được dùng làm cốt trong bêtông là vì ngoài có độ bền kéo cao và dẻo thép có hệ số giãn nở nhiệt gần giống như bêtông, không bị ăn mòn nhanh trong môi trường bêtông và có dính kết tương đối chắc với bêtông. Sự dính kết càng tốt hơn nếu làm tăng bề mặt tiếp súc và khóa hãm khi trên thanh thép có gân. Độ bền kéo có thể được hiểu như là khi một lực tác động tăng dần đến khi vật liệu dạng sợi hay trụ bị đứt. Ở giá trị lực kéo giới hạn cho sự đứt của vật liệu được ghi lại được ký hiệu σk. Độ bền kéo được ứng dụng rất nhiều cho các vật liệu trong các lĩnh vực như thiết kế chế tạo máy, xây dựng, khoa học vật liệu. Công thức tính toán ứng suất kéo:  = F A (2.1) Trong đó F(N) là lực kéo đứt vật liệu có thiết diện A(mm2) - Ban đầu, khi tải trọng tăng, độ dãn dài tăng theo quy luật đường thẳng và chậm (đoạn OA). Khi bỏ tải trọng, kích thước mẫu lại trở về vị trí ban đầu. Giai đoạn này gọi là biến dạng đàn hồi. 12 - Khi tải trọng vượt quá giá trị nhất định (điểm A), biến dạng tăng nhanh, nếu bỏ tải trọng, kích thước mẫu l dài hơn trị số ban đầu lo. Giai đoạn này gọi là biến dạng dẻo đi kèm biến dạng đàn hồi (ví dụ: điểm K trên biểu đồ). - Khi tải trong đạt giá trị lớn nhất (điểm C), trên vùng nào đó của mẫu xuất hiện biến dạng tập trung, tiết diện mẫu giảm nhanh tại đó vết nứt xuất hiện, kích thước vết nứt tăng nhanh và cuối cùng gây phá hủy mẫu. Đó là giai đoạn phá hủy. Hình 2.1. Biể u đồ ứng suấ t và biế n da ̣ng Từ biểu đồ hình 2.1 và mục 3.9, 3.10 của TCVN 197:2014, trong quá trình thí nghiệm, tính toán ta có các khái niệm: - Lực lớn nhất ( Fm) là lực lớn nhất mà mẫu thử phải chịu trong quá trình thử. (Đối với các vật liệu không có biểu hiện chảy không liên tục). Xem Hình 2.3 a) và b). - Ứng suất là tỷ số của lực và diện tích mặt cắt ngang ban đầu, của mẫu thử tại bất cứ thời điểm nào trong quá trình thử. - Giới hạn chảy : Khi vật liệu kim loại biểu lộ hiện tượng chảy, ứng suất tương ứng với điểm đạt được trong quá trình thử tại đó xảy ra biến dạng dẻo mà không có bất cứ sự tăng lên nào của lực. + Giới hạn chảy trên (ReH) là Giá trị lớn nhất của ứng suất trước khi có sự giảm lần đầu tiên của lực .Xem Hình 2.2. 13 + Giới hạn chảy dưới (ReL) là Giá trị thấp nhất của ứng suất trong quá trình chảy dẻo khi bỏ qua bất cứ các ảnh hưởng chuyển tiếp ban đầu nào. Xem Hình 2.2. Hình 2.2. Ví dụ về các giới hạn chảy trên và dưới cho các kiểu đường cong khác nhau * CHÚ DẪN: + e độ giãn dài tương đối + R ứng suất + ReH giới hạn chảy trên + ReL giới hạn chảy dưới + a hiệu ứng chuyển tiếp ban đầu - Giới hạn bền kéo (R m) là Ứng suất tương ứng với lực lớn nhất, F m . Xem hình 2.3. 14 c) Trường hợp đặc biệt của trạng thái a ứng suất - độ giãn dài tương đối Hình 2.3. Các kiểu đường cong ứng suất - biến dạng khác nhau để xác định giới hạn bền kéo, Rm * CHÚ DẪN: + e độ giãn dài tương đối + R ứng suất + ReH giới hạn chảy trên + Rm giới hạn bền kéo 2.1.2. Tính uốn của cốt thép Thí nghiê ̣m uố n cố t thép tiế n hành với mẫu thử có mă ̣t cắ t hiǹ h chữ nhâ ̣t, hiǹ h tròn hay hình đa giác không thay đổ i trên chiề u dài mẫu. Mẫu thử làm viê ̣c trong miề n biế n da ̣ng dẻo và chiụ uố n trong cùng mô ̣t mă ̣t phẳ ng Phương pháp thử uố n có thể chia thành 3 loa ̣i sau: - Góc uố n đa ̣t đế n góc  đã quy đinh ̣ - Uố n tới khi 2 ca ̣nh của mẫu thử song song với nhau - Uố n tới khi 2 ca ̣nh của mẫu tiế p xúc với nhau - Căn cứ theo yêu cầ u kỹ thuâ ̣t của cấ u kiê ̣n mà cho ̣n lấ y mô ̣t trong các phương pháp trên