Tại sao chúng ta sử dụng nhiều thanh cốt thép thay vì một thanh có đường kính lớn trong bê tông cốt thép?

Tại sao chúng ta sử dụng nhiều thanh cốt thép thay vì một thanh có đường kính lớn trong bê tông cốt thép?

Liệu việc tăng số lượng thanh cốt thép có nghĩa là bê tông cốt thép sẽ có cường độ kéo cao hơn?

Có một vài lý do.

Trước tiên tôi sẽ cho rằng bạn đang nói về việc thay thế một loạt các thanh cốt thép nhỏ bằng một kích thước hợp lý duy nhất: tức là thay vì (7,54 cm ² ), sử dụng (8,04 cm ² ).$15\phi8$$1\phi32$

Một lý do là để cải thiện dễ dàng xây dựng. Dầm bê tông cốt thép cũng có cốt thép ngang, và rất phổ biến là đặt thanh cốt thép ở bốn góc của cốt thép ngang để buộc mọi thứ lại với nhau trong một lồng tự hỗ trợ (điều này cũng ức chế việc nghiền bê tông ở các góc của cốt thép ngang). Nhưng điều đó chỉ có nghĩa là bạn nên đặt ranh giới dưới 2 thanh cốt thép ở mỗi mặt (trên và dưới). Nhưng tại sao không áp dụng (8,04 cm ² ) thay vì ?$4\phi16$$15\phi8$

Nhiều thanh cốt thép nhỏ cải thiện hoạt động của giao diện bê tông-thép. Tổng diện tích bề mặt để truyền lực kéo từ thép đến bê tông tại các neo là lớn hơn, làm giảm ứng suất kéo và do đó rút ngắn độ dài neo và mối nối. Điều này cũng làm giảm các vết nứt sẽ phát triển trong bê tông.

Cuối cùng, người ta thường cũng có thể hiệu quả hơn với thanh cốt thép nhỏ hơn: nếu thứ bạn thực sự cần là 7,5 cm ² , bạn sẽ cần (7,54 cm ² ), (7,85 cm ² ), (8,59 cm ² ), (8,04 cm ² ), (9,42 cm ² ), (9,82 cm ² ) hoặc (8,04 cm ² ). cho phép sử dụng thép hiệu quả nhất, đặt càng ít càng tốt. Rõ ràng, tuy nhiên, điều này không phải lúc nào cũng đúng. Nó chỉ thường là như vậy.$15\phi8$$10\phi10$$7\phi12.5$$4\phi16$$3\phi20$$2\phi25$$1\phi32$$\phi8$

Bây giờ tôi sẽ giả sử bạn đang nói về việc sử dụng một thanh thép lớn một cách lố bịch: tức là thay vì (68,2 cm ² ), sử dụng . Một số điểm nêu ra ở đây vẫn hợp lệ ngay cả khi bạn đang nói về việc hợp lý, nhưng ý nghĩa của chúng bị giảm đi.1 ϕ $20\phi20$$1\phi94$

Một lý do là chi phí. Khái niệm này ngụ ý trong việc tạo thanh cốt thép có đường kính tùy chỉnh cho mỗi chùm (nếu không, tất cả những gì bạn nói là thanh cốt thép hiện tại quá nhỏ), điều này sẽ cản trở việc sử dụng quy mô để giảm chi phí. Một nhà máy có thể giảm chi phí đơn vị của thanh bằng cách tạo ra hàng triệu trong số đó. Nếu mỗi chùm tia trong mỗi trang web việc làm sẽ yêu cầu đường kính tùy chỉnh, thì việc tiết kiệm chi phí đó là không thể.$\phi10$

Ngoài ra, một thanh cốt thép sẽ nặng gần 54 kg / m, nghĩa là bạn cần sử dụng cần cẩu để đặt nó vào vị trí, trong khi có thể dễ dàng đặt bằng tay bởi một công nhân, mỗi lần một công việc.20 φ $\phi94$$20\phi20$

Đồng thời, tại các điểm cực của dầm của bạn, thép có thể sẽ cần phải được uốn cong. Đường kính của cốt thép càng lớn, bán kính uốn của nó càng lớn.

Và sau đó là thế này:

Vì trọng tâm của thép của bạn sẽ ở xa mặt bê tông hơn, nên nó cũng sẽ kém hiệu quả hơn: bạn sẽ cần nhiều thép hơn để đạt được cường độ tương tự. Điều này cũng áp dụng cho phần đầu tiên của câu trả lời này, nơi chúng ta đã nói về kích thước hợp lý, nhưng sau đó sự khác biệt rõ ràng là nhỏ hơn nhiều.

Nhưng tại sao không sử dụng một tấm thép sau đó, thay vì một thanh cốt thép tròn lớn? Chết tiệt, vì nó sẽ không còn khoảng trống giữa thanh cốt thép, bạn có thể chọn một tấm mỏng hơn đường kính của nhiều thanh cốt thép, và do đó cũng hiệu quả hơn! Nhưng sau đó diện tích bề mặt của bạn sẽ được giảm xuống, làm tăng ứng suất chuyển và do đó độ dài mối nối neo và vạt áo. Ngoài ra, một tờ là một yếu tố hai chiều, do đó, có thể có các hành vi chuyển đổi khác có thể dẫn đến các vấn đề. Ngoài ra, làm thế nào bạn sẽ đổ bê tông cho mặt dưới của dầm?

Vào cuối ngày, nguyên tắc tốt nhất (hay, tốt nhất là cách tôi cố gắng sử dụng) là cố gắng hết sức để phù hợp với mọi thứ vào càng ít lớp cốt thép càng tốt, nhưng lấp đầy các lớp đó càng nhiều càng tốt ( trong khi vẫn để lại không gian thoải mái cho việc đổ bê tông thích hợp, bao gồm cả không gian cần thiết cho máy rung). Ngoại lệ duy nhất là lớp cuối cùng (xa nhất so với mặt có liên quan của chùm tia), có thể bỏ trống (nhưng tốt nhất là với một số thanh cho phép nó đi theo mô hình đối xứng của các lớp trước). Chà, cân bằng với hiệu quả với thép: nếu điều này đòi hỏi phải sử dụng cốt thép lớn và dẫn đến diện tích thép được sử dụng lớn hơn nhiều so với nếu một lớp khác được thêm vào bằng cốt thép nhỏ hơn, thì có lẽ lớp khác là tốt nhất.

Mục đích chính của cốt thép là cải thiện cường độ kéo của bê tông và trong thực tế, hầu hết các tải trọng này đến từ uốn cong chứ không phải là sức căng thuần túy.

Khi một chùm tia chịu lực uốn, ứng suất lớn nhất nằm ở các cạnh và mặt của chùm tia, vì vậy chỉ cần có một thanh lớn chạy xuống trung tâm sẽ không làm được gì nhiều vì phần này của cấu trúc nhìn thấy rất ít tải cho đến khi nó bắt đầu Thất bại.

Có thanh cốt thép có đường kính nhỏ hơn được phân bổ trong toàn bộ cấu trúc cũng phân phối tải trọng từ bê tông đến thép hiệu quả hơn vì có diện tích tiếp xúc lớn hơn để bám dính giữa hai loại.

Trong thực tế, kích thước và vị trí của cốt thép sẽ được xác định bởi tải trọng dự kiến ​​trên kết cấu và là sự thỏa hiệp giữa cường độ, trọng lượng, chi phí và thực tiễn của việc lắp ráp kết cấu thép trong quá trình thi công.

Từ quan điểm hoàn toàn về mặt khái niệm, một thanh lớn có cùng diện tích với nhiều thanh nhỏ hơn cung cấp cùng một công suất mô men cho dầm bê tông. Điều này giả định rằng trung tâm của các thanh đều ở cùng độ sâu.

Sự phân bố của các thanh (nhiều thanh nhỏ hơn) giúp hạn chế các vết nứt bằng cách lan truyền lực căng qua chiều rộng lớn hơn của bê tông.

Nhiều thanh nhỏ hơn cũng giúp khi nhìn vào sự tương tác tại giao diện của bê tông và cốt thép. Một thanh lớn duy nhất có diện tích bề mặt ít hơn nhiều thanh nhỏ hơn. Điều này có nghĩa là đối với một tải trọng nhất định, ứng suất giữa bề mặt của thanh và bê tông sẽ lớn hơn trong trường hợp thanh đơn. Điều này có các ứng dụng cho chiều dài phát triển của cốt thép.

Ngoài câu trả lời của Wasabi - rất hay - các thanh có đường kính lớn cần chiều dài phát triển điên cuồng và chiều dài vòng đua .

Một quy tắc ước tính ngón tay cái cho sự phát triển và chiều dài vòng đua là 40 đường kính. Đối với các thanh 20 mm là 80 cm lớn nhưng hợp lý, nhưng nó có 128 cm cho các thanh 32 mm và 2 mét cho các thanh 50 mm.

Vấn đề về chiều dài có thể tránh được bằng cách sử dụng các đầu nối cơ học, nhưng chiều dài phát triển 2 mét sẽ lãng phí rất nhiều thép và cần một không gian rộng, thường không có sẵn.

Bê tông và Thép hoạt động theo những cách khác nhau: bê tông được cho là không thể chịu bất kỳ ứng suất kéo nào ngay khi vết nứt đầu tiên xuất hiện trong khi thép là vật liệu lý tưởng cho ứng suất kéo. Tối ưu hóa sẽ là lý tưởng để có những sợi thép nhỏ mỏng so với vài sợi lớn, tương tự như cách sợi thủy tinh hoạt động đồng nhất.
Đặc biệt vì chúng tôi biết các giả định thiết kế của chúng tôi rất đơn giản hóa để làm cho công việc của kỹ thuật thực tế. Những thứ như khí hậu và tiếp xúc với ánh nắng mặt trời, độ ẩm, thấm các tác nhân ăn mòn thông qua các vết nứt trong thành viên, tất cả đều tác động đến hành vi của một thành viên. Cũng như đã đề cập ở trên, diện tích và bề mặt tiếp xúc của thanh thép có liên quan đến tỷ lệ bất lợi của công suất hai đối với diện tích của thanh truyền lực căng qua ma sát da với bê tông.
Mặt khác, các yêu cầu thực tế trong quá trình xây dựng như các thanh không dễ bị biến dạng dưới giao thông chân của công nhân hoặc không gian lưu trú để cho phép đi qua các đường ống hoặc ống dẫn thoáng qua. đó là các mã kỹ thuật được sử dụng để tạo ra một kế hoạch trò chơi thống nhất và có thể dự đoán được. vì vậy kỹ sư cơ khí hoặc nhà thiết kế phần cứng biết những gì họ chỉ định hoặc mong đợi sẽ hoạt động.

đường kính nhỏ của trọng tâm thanh gần với bề mặt bê tông. đường kính lớn hơn của trọng tâm thanh cách xa bề mặt bê tông. đường kính nhỏ của thanh dễ dàng để handla sau đó đường kính lớn hơn của thanh. Đường kính của cốt thép càng lớn, bán kính uốn của nó càng lớn.

Tôi nghĩ rằng 4 thanh D1 sẽ tốt hơn 1 thanh D2 (cùng diện tích kéo, nhưng bề mặt liên kết nhiều hơn).

Thêm vào đó, các thanh lớn hơn giòn hơn trong khi các thanh nhỏ hơn có năng suất bề mặt vượt trội (đàn hồi và dẻo hơn giòn). Nó thêm an toàn khi thất bại xảy ra.