Cốt thép tối thiểu trong dầm: EC2 bảo vệ điều gì

Một dầm chịu mô men nhỏ chỉ cần rất ít cốt thép để đủ cường độ. Kiểm tra chịu uốn có thể cho ra một diện tích cốt thép rất nhỏ. Vấn đề nằm ở thời điểm bê tông bắt đầu nứt.

Dạng phá hoại mà quy định ngăn chặn

Trước khi nứt, bê tông vùng kéo chịu lực kéo. Khi đạt mô men gây nứt, lực kéo đó được giải phóng gần như tức thời và phải chuyển sang cốt thép. Nếu cốt thép không đủ khả năng tiếp nhận, thép chảy dẻo ngay lập tức và dầm phá hoại mà gần như không có dấu hiệu báo trước. Quy định cốt thép tối thiểu tồn tại để đảm bảo cốt thép chịu được lực mà bê tông nhả ra khi nứt.

Đó là lý do quy định được viết theo cường độ chịu kéo của bê tông, chứ không theo tải trọng tác dụng.

Công thức của EC2

EN 1992-1-1 mục 9.2.1.1 quy định diện tích cốt thép chịu kéo dọc tối thiểu:

$$A_{s,min} = 0.26\,\frac{f_{ctm}}{f_{yk}}\,b_t\,d \;\ge\; 0.0013\,b_t\,d$$

trong đó $b_t$ là bề rộng trung bình của vùng kéo và $d$ là chiều cao làm việc. Cùng điều khoản giới hạn cốt thép ngoài vùng nối chồng ở mức $A_{s,max} = 0.04\,A_c$.

Bê tông cấp cao hơn cần nhiều cốt thép tối thiểu hơn

Vì $f_{ctm}$ tăng theo cấp bê tông nên tỷ lệ tối thiểu cũng tăng. Với $f_{yk} = 500$ MPa:

Điều này thường gây bất ngờ. Chọn cấp bê tông cao hơn "cho an toàn" làm tăng lực gây nứt, nên cũng làm tăng lượng thép cần để tiếp nhận lực đó. Dưới khoảng C25/30, giá trị sàn 0.0013 là giá trị quyết định.

Ví dụ nhanh

Dầm 300 x 600 mm, bê tông C30/37, $d = 550$ mm:

$$A_{s,min} = 0.00151 \times 300 \times 550 \approx 249\ \text{mm}^2$$

Hai thanh Ø12 cho 226 mm², không đạt quy định dù kiểm tra mô men chỉ yêu cầu 150 mm². Hai thanh Ø16 cho 402 mm² và đạt. Giới hạn trên còn rất xa: $0.04 \times 300 \times 600 = 7200$ mm².

Không giống cốt thép chống nứt

EC2 còn một giá trị tối thiểu khác ở mục 7.3.2 để kiểm soát vết nứt do biến dạng bị cản trở, ví dụ co ngót của tường bị giữ ở chân. Điều khoản đó dùng diện tích vùng kéo và ứng suất cho phép của cốt thép. Một dầm có thể đạt mục 9.2.1.1 nhưng vẫn cần thêm thép theo mục 7.3.2, vì vậy cần kiểm tra cả hai khi có biến dạng bị cản trở.

Điểm chính

• Cốt thép tối thiểu liên quan đến lực gây nứt, không phải mô men thiết kế.

• Tỷ lệ tăng theo cấp bê tông; từ C25/30 trở lên số hạng $0.26 f_{ctm}/f_{yk}$ quyết định.

• Luôn kiểm tra với cấu kiện chịu tải nhỏ, vì đó chính là nơi quy định này có tác dụng.

• Cốt thép tối thiểu chống nứt (mục 7.3.2) là một kiểm tra khác.

#eurocode2 #cautaocotthep