Tính toán sự hình thành và mở rộng vết nứt của các kết cấu bê tông cốt thép là yêu cầu thuộc trạng thái giới hạn thứ hai của kết cấu. Đây là yếu tố quan trọng cần tính toán, kiểm tra để đảm bảo cảm quan cũng như độ bền lâu của nhà và công trình.
1. Lý thuyết tính toán.
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 ứng suất hoặc biến dạng trong kết cấu do các tác động khác nhau 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 tác động khác nhau 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 chúng, 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.
Quy trình tính toán thể hiện trong mục 8.2.2 TCVN 5574:2018.
1.1. Điều kiện hình thành vết nứt.
Việc tính toán theo sự hình thành vết nứt của cấu kiện bê tông cốt thép được tiến hành trong các trường hợp:
M > Mcrc
trong đó:
M là mô men uốn do ngoại lực đối với trục vuông góc với mặt phẳng tác dụng của mô men uốn và đi qua trọng tâm tiết diện ngang quy đổi của cấu kiện;
Mcrc là mô men uốn do tiết diện thẳng góc của cấu kiện chịu khi hình thành vết nứt, được xác định theo công thức sau:
Mcrc = Wpl * Rbt,ser ± N * ex
trong đó:
Wpl là mô men kháng uốn đàn dẻo của tiết diện đối với thớ bê tông chịu kéo ngoài cùng.
ex là khoảng cách từ điểm đặt lực dọc N (nằm ở trọng tâm tiết diện quy đổi của cấu kiện) đến điểm lõi nằm xa hơn cả so với vùng chịu kéo mà ở đó sự hình thành vết nứt cần được kiểm tra.
1.2. Tính chiều rộng vết nứt.
Chiều rộng vết nứt thẳng góc acrc được xác định theo công thức:
acrc,i = φ1 * φ2 * φ3 * ψs * σs * Ls / Es
trong đó:
σs là ứng suất trong cốt thép dọc chịu kéo tại tiết diện thẳng góc có vết nứt do ngoại lực tương ứng;
Ls là khoảng cách cơ sở (không kể đến ảnh hưởng của loại bề mặt cốt thép) giữa các vết nứt thẳng góc kề nhau;
ψs là hệ số, kể đến sự phân bố không đều biến dạng tương đối của cốt thép chịu kéo giữa các vết nứt;
φ1 là hệ số, kể đến thời hạn tác dụng của tải trọng;
φ2 là hệ số, kể đến loại hình dạng bề mặt của cốt thép dọc;
φ3 là hệ số, kể đến đặc điểm chịu lực;
2. Giới hạn bề rộng vết nứt.
– Tính toán cấu kiện bê tông cốt thép cần được tiến hành theo sự mở rộng dài hạn và ngắn hạn của các vết nứt thẳng góc và xiên.
Chiều rộng vết nứt dài hạn được xác định theo công thức:
acrc = acrc,1
Chiều rộng vết nứt ngắn hạn được xác định theo công thức:
acrc = acrc,1 + acrc,2 – acrc,3
trong đó:
acrc,1 là chiều rộng vết nứt do tác dụng dài hạn của tải trọng thường xuyên và tạm thời dài hạn;
acrc,2 là chiều rộng vết nứt do tác dụng ngắn hạn của tải trọng thường xuyên và tạm thời (dài hạn và ngắn hạn);
acrc,3 là chiều rộng vết nứt do tác dụng ngắn hạn của tải trọng thường xuyên và tạm thời dài hạn.
– Kiểm tra chiều rộng vết nứt được tiến hành theo điều kiện:
acrc ≤ acrc,u
trong đó:
acrc là chiều rộng vết nứt do tác dụng của ngoại lực, xác định ở trên.
acrc,u là chiều rộng vết nứt giới hạn cho phép, lấy theo bảng sau:
3. File tính.
Các bước tính chiều rộng vết nứt acrc của từng trường hợp 1,2,3 khá dài, các bạn tham khảo theo tiêu chuẩn.
Hoặc có thể sử dụng file tính “Tính toán hình thành vết nứt” để tham khảo.