Nghiên cứu về cách tính toán dầm bẹt bê tông cốt thép đặt cốt thép theo tiêu chuẩn việt nam TCVN55742012Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.17 MB, 70 trang ) LỜI CAM ĐOAN trong sự nghiệp cao quý. Tôi xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................i LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................ii MỤC LỤC................................................................................................................iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU................................................v DANH MỤC CÁC HÌNH........................................................................................ix DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................x MỞ ĐẦU...................................................................................................................1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP.....................3 1.1. KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN................................................................................................................3 1.1.1. Kết cấu bê tông cốt thép..........................................................................3 1.1.2. Phương pháp tính toán.............................................................................4 1.2. CẤU TẠO VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP........4 1.2.1. Cấu tạo của dầm......................................................................................5 1.2.2. Vai trò của cốt thép trong dầm.................................................................5 1.2.3. Sự làm việc của dầm................................................................................7 1.2.4. Các trường hợp phá hoại của dầm...........................................................7 1.3. CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ BÊ TÔNG CỐT THÉP HIỆN HÀNH TẠI VIỆT NAM................................................................................................8 1.4. NHẬN XÉT..............................................................................................11 CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ........................................................................................12 2.1. TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5574: 2012 3 , 6 ..........................12 2.1.1. Cấu kiện đặt cốt đơn..............................................................................12 2.1.2. Cấu kiện đặt cốt kép..............................................................................16 2.2. TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU EUROCODE 1992- 1-1 2 , 4 , 10 ..........20 2.2.1. Cấu kiện đặt cốt đơn..............................................................................20 2.2.2. Cấu kiện đặt cốt kép..............................................................................24 iii 2.3. TIÊU CHUẨN MỸ ACI 318- 2002 7 , 11 ...........................................28 2.3.1. Cấu kiện đặt cốt đơn..............................................................................28 2.3.2. Cấu kiện đặt cốt kép..............................................................................34 CHƯƠNG 3. VÍ DỤ TÍNH TOÁN.................................................................41 3.1. VÍ DỤ 1....................................................................................................41 3.1.1. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012...............................................41 3.1.2. Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 1992-1-1..............................................43 3.1.3. Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318- 2002..............................................................44 3.2. VÍ DỤ 2....................................................................................................46 3.2.1. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012...............................................47 3.2.2. Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 1992-1-1..............................................48 3.2.3. Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318- 2002..............................................................49 3.3. VÍ DỤ 3....................................................................................................50 3.3.1. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012...............................................50 3.3.2. Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 1992-1-1..............................................51 3.3.3. Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318- 2002..............................................................52 3.4. VÍ DỤ 4....................................................................................................54 3.4.1. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012...............................................54 3.4.2. Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 1992-1-1..............................................55 3.4.3. Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318- 2002..............................................................55 3.5. MỘT SỐ NHẬN XÉT RÚT RA TỪ CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN.............56 3.5.1. Nhận xét sự khác nhau giữa các tiêu chuẩn...........................................56 3.5.2.Ưu, nhược điểm và đề xuất phạm vi ứng dụng các tiêu chuẩn..............57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.........................................................................59 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................60 iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU 1. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2012 Chữ viết tắt M Mgh M rp Rb Rs, Rsc Giải thích Mômen uốn lớn nhất mà cấu kiện phải chịu, do tải trọng tính toán gây ra Mômen đảm bảo cho tiết diện không vượt quá trạng thái giới hạn về cường độ Mômen uốn do co ngót gây ra Cường độ chịu nén tính toán của bê tông Cường độ chịu kéo và cường độ chịu nén tính toán của cốt thép x Chiều cao của vùng bê tông chịu nén B Bề rộng của tiết diện ho Chiều cao làm việc của tiết diện h m Chiều cao của tiết diện Khoảng cách từ mép chịu kéo của tiết diện đến trọng tâm của cốt thép chịu kéo và chịu nén Mômen quán tính đối với trục trung hòa của diện tích vùng bê tông chịu nén Mômen quán tính đối với trục trung hòa của diện tích diện tích cốt thép chịu kéo Mômen quán tính đối với trục trung hòa của diện tích cốt thép chịu nén Mômen tĩnh đối với trục trung hòa của diện tích vùng bê tông chịu kéo Ứng suất trong cốt thép Hệ số phụ thuộc vào chiều cao vùng bê tông chịu nén và chiều cao của tiết diện Hệ số phụ thuộc vào chiều cao giới hạn vùng bê tông chịu nén và chiều cao của tiết diện Hệ số qui định điều kiện về phá hoại dẻo của tiết diện R Hệ số qui định điều kiện hạn chế về phá hoại dẻo của tiết diện s Hệ số phụ thuộc vào nhóm cốt thép b Hệ số phụ thuộc vào cấp bền của bê tông U Tải trọng tác dụng được tính toán từ các tổ hợp lực a, a ' Ibo Iso Iso Sbo s R v Hệ số giảm độ bền, phụ thuộc trạng thái biến dạng của kết cấu Rn Độ bền của cấu kiện bê tông cốt thép As, As Asmax, Asmax Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo và chịu nén Diện tích tiết diện ngang lớn nhất của cốt thép chịu kéo và chịu nén 2. Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 1992-1-1 Chữ viết tắt M Mbal Giải thích Mômen uốn lớn nhất mà cấu kiện phải chịu, do tải trọng tính toán gây ra Mômen uốn giới hạn của cấu kiện Es Mô đun đàn hồi của cốt thép Ecm Mô đun đàn hồi của bê tông F Tải trọng ( tác động) Fc Khả năng chịu lực của bê tông chịu nén ( trường hợp đặt cốt đơn) Fcc Khả năng chịu lực của bê tông chịu nén( trường hợp đặt cốt kép) Fcbal Khả năng chịu lực giới hạn của bê tông Fst Khả năng chịu lực của cốt thép chịu kéo Fsc Khả năng chịu lực của cốt thép chịu nén st Biến dạng của cốt thép chịu kéo sc Biến dạng của cốt thép chịu nén cu 2 Biến dạng giới hạn của cốt thép fck Cường độ chịu nén của mẫu trụ bê tông ở 28 ngày tuổi fcd Cường độ chịu nén tính toán của bê tông fsc Ứng suất trong cốt thép chịu nén fyk Cường độ chịu kéo đặc trưng của cốt thép fyd Ứng suất trong cốt thép chịu kéo fctm Giá trị trung bình cường độ chịu kéo của bê tông s hệ số an toàn riêng của cường độ cốt thép c hệ số an toàn riêng của cường độ bê tông x Khoảng cách từ mép bê tông chịu nén tới trục trung hòa x bal z Khoảng cách giới hạn từ mép bê tông chịu nén tới trục trung hòa Cánh tay đòn vi b Bề rộng của tiết diện ngang d Chiều cao làm việc của tiết diện ho Chiều cao làm việc của tiết diện h Chiều cao của tiết diện trong mặt phẳng uốn L Nhịp dầm K K bal Hệ số phụ thuộc vào sự phân bố mômen theo trục dầm MRd Khả năng chịu lực của tiết diện s Hệ số phụ thuộc vào sự phân bố mômen giới hạn theo trục dầm As, As Chiều cao khối ứng suất nén quy đổi Khoảng cách từ mép chịu kéo của tiết diện đến trọng tâm của cốt thép chịu kéo và chịu nén Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo và chịu nén Asmax, Asmax Diện tích tiết diện ngang lớn nhất của cốt thép chịu kéo và chịu nén a, a 3. Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318- 2002 Chữ viết tắt Giải thích Mu Es Mômen do ngoại lực tác dụng từ các tổ hợp lực tính toán Khả năng chịu lực của cấu kiện , xác định từ điều kiện cụ thể của tiết diện Mômen lớn nhất dọc theo trục dầm Mô men quán tính đối với trục đi qua trọng tâm tiết diện trường hợp tiết diện không có khe nứt Mô đun đàn hồi của cốt thép Ec Mô đun đàn hồi của bê tông C Tải trọng động (tác động ) Cc Khả năng chịu lực của bê tông chịu nén T Khả năng chịu lực của cốt thép chịu kéo Cs Khả năng chịu lực của cốt thép chịu nén cu Biến dạng bê tông chịu nén t Biến dạng của cốt thép chịu kéo 's Biến dạng của cốt thép chịu nén f 'c Cường độ chịu nén của bê tông fr Cường độ chịu kéo của bê tông Mn Ma Icr vii fy Cường độ chịu kéo của cốt thép a Chiều cao vùng bê tông chịu nén d Khoảng cách từ mép biên vùng nén tới lớp thép chịu kéo ngoài cùng d Khoảng cách từ mép biên vùng nén tới thép chịu kéo ngoài cùng c : Độ cao vùng bê tông chịu nén trong trường hợp cân bằng b Bề rộng của tiết diện ngang Hệ số giảm độ bền của cấu kiện Hàm lượng cốt thép max yt h As, As Asmax, Asmax Hàm lượng cốt thép lớn nhất Khoảng cách của mép biên chịu kéo của tiết diện đến trọng tâm diện tích đổi Chiều cao của tiết diện trong mặt phẳng uốn Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo và chịu nén Diện tích tiết diện ngang lớn nhất của cốt thép chịu kéo và chịu nén viii DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình vẽ 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 3.1 3.2 3.3 Tên hình vẽ Trang Các dạng tiết diện dầm Các loại cốt thép trong dầm Các dạng khe nứt trong dầm đơn giản Phối cảnh công trình khu thương mại Vĩnh Trung Plaza. Phối cảnh công trình Indochina Riverside tower Sơ đồ ứng suất tiết diện có cốt đơn ( TCVN 5574 : 2012) Sơ đồ ứng suất tiết diện có cốt kép ( TCVN 5574 : 2012) Sơ đồ ứng suất tiết diện có cốt đơn ( Eurocode 1992-1-1) Sơ đồ ứng suất tiết diện có cốt kép (Eurocode 1992-1-1) Sơ đồ ứng suất tiết diện có cốt đơn ( ACI 318 - 2002) Sơ đồ ứng suất tiết diện có cốt kép (ACI 318 - 2002) Sơ đồ tải trọng ví dụ 1 Sơ đồ tải trọng ví dụ 2 Sơ đồ tải trọng ví dụ 3 5 5 7 9 10 12 17 20 24 28 34 41 46 50 ix DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Tên bảng Kết quả tính toán cốt thép ví dụ 1 Kết quả tính toán cốt thép ví dụ 2 Kết quả tính toán cốt thép ví dụ 3 Kết quả tính toán khả năng chịu lực của dầm So sánh quy trình tính toán cốt thép x Trang 46 49 53 55 56 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật nói chung và khoa học xây dựng nói riêng ngày càng tạo thêm nhiều thách thức mới cho các chuyên gia xây dựng, đặc biệt trong giai đoạn phát triển của các ứng dụng công nghệ thông tin và các loại vật liệu mới. Nhiều công trình xây dựng được thiết kế theo các dạng kiến trúc mới, đáp ứng yêu cầu sử dụng đa dạng của xã hội, sử dụng các tiến bộ của khoa học vật liệu, thi công nhanh, giảm giá thành, đòi hỏi nhiều hiểu biết không chỉ về lý thuyết tính toán mà cả thực tế xây dựng nữa. Các tiêu chuẩn thiết kế công trình bê tông cốt thép cũng ngày càng được nghiên cứu, áp dụng rộng rãi ở nhiều nước với nội dung và hình thức có nhiều điểm rất khác nhau. Mỗi phương pháp có những ưu điểm, nhược điểm và phạm vi áp dụng riêng, việc nắm vững và lựa chọn phù hợp các tiêu chuẩn thiết kế là điều kiện cần thiết để có thể hợp tác trao đổi và hội nhập trong các lĩnh vựa khoa học kỹ thuật. Đề tài thực hiện với mục đích sẽ làm rõ sự khác biệt đó và giúp cho các nhà tư vấn thiết kế áp dụng được phương pháp tính toán phù hợp để đạt hiệu quả kỹ thuật và kinh tế. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu tính toán cốt thép trong dầm bê tông cốt thép chịu uốn theo các tiêu chuẩn: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574: 2012 ; Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 1992 - 1- 1 và Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318 - 2002; - Làm sáng tỏ sự khác biệt giữa các Tiêu chuẩn; 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài + Đối tượng: Dầm bê tông cốt thép chịu uốn. + Phạm vi: Cốt thép chịu uốn. 4. Phương pháp nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu kế thừa, chuyên gia; - Áp dụng tính toán thực nghiệm. 1 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài + Ý nghĩa khoa học: Trên cơ sở nghiên cứu, phân tích các Tiêu chuẩn tính toán, đề tài đã đưa ra được các nhận xét tổng quan, so sánh các phương pháp tính toán cốt thép chịu uốn của dầm bê tông cốt thép và đề xuất phạm vi áp dụng của các tiêu chuẩn. + Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu của đề tài có thể làm tài liệu tham khảo hữu ích trong đào tạo, nghiên cứu và áp dụng tính toán thiết kế dầm bê tông cốt thép để đạt hiệu quả cao về kinh tế kỹ thuật. 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1. KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 1.1.1. Kết cấu bê tông cốt thép Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng rất rộng rãi trong xây dựng các công trình dân dụng và công nghiệp, giao thông, cơ sở hạ tầng và công trình thủy lợi. Kết cấu bê tông cốt thép có nhiều ưu điểm so với các dạng kết cấu làm bằng các loại vật liệu khác như thép, gỗ, đá Kết cấu bê tông sử dụng các loại vật liệu có sẵn như thép thanh, thép sợi, xi măng, cốt liệu sỏi, đá, cát..có giá hợp lý, công nghệ xây dựng đơn giản và có khả năng chịu lực tốt, độ bền cao, lâu dài, dễ dàng tạo dáng kiến trúc và ít phải bảo dưỡng như các loại vật liệu khác. Kết cấu bê tông cốt thép được tạo nên từ các cấu kiện cơ bản như dầm, cột, bản , tường. Tùy theo cấu tạo và điều kiện chịu lực mà công trình sẽ được tính toán theo các sơ đồ kết cấu khác nhau: các cấu kiện độc lập hoặc hệ kết cấu tổng thể. Trong quá trình thiết kế các kết cấu bê tông cốt thép, các yếu tố sau đây cần được xem xét để có thể đạt được giải pháp hiệu quả nhất: + Trước hết giá thành công trình phải kinh tế nhất, rẻ hơn các phương án sử dụng vật liệu khác. Ngoài vật liệu, cần phải tiết kiệm các chi phí xây dựng khác bằng cách áp dụng các công nghệ thi công tiên tiến, rút ngắn thời gian thi công. + Đảm bảo điều kiện sử dụng, khai thác thuận lợi, phù hợp yêu cầu kiến trúc và kết cấu. Kết hợp các dạng kết cấu đúc sẵn và tại chỗ, tạo tính đa dạng cho công trình bê tông cốt thép. + Đảm bảo chi phí bảo dưỡng thấp và sử dụng nguồn nguyên vật liệu tại chỗ, giảm chi phí vận chuyển. + Giảm thiểu những hạn chế đặc thù của vật liệu bê tông cốt thép như khả năng chịu kéo kém, có thể xuất hiện khe nứt ở vùng chịu kéo; chi phí cho thiết kế, lắp dựng và tháo dỡ ván khuôn, giàn giáo; hạn chế do trọng lượng bản thân khá 3 lớn, hạn chế mở rộng nhịp công trình và các yếu tố biến dạng do thay đổi nhiệt độ, độ ẩm, co ngót bê tông 1.1.2. Phương pháp tính toán. Kết cấu bê tông cốt thép được tính toán thiết kế theo phương pháp trạng thái giới hạn. Các trạng thái giới hạn được phân chia thành : a) Trạng thái gới hạn về khả năng chịu lực ( bao gồm về cường độ: không bị phá hủy; không bị mất ổn định từng bộ phận hoặc tổng thể kết cấu; không bị phá hỏng từng bộ phận dẫn đến phá hỏng toàn bộ công trình; không hình thành các khớp dẻo, không xuất hiện biến dạng dẻo, đảm bảo chịu được hiện tượng mỏi do tác động của tải trọng lặp lại nhiều lần) dưới tác động của tải trọng có kể đến các hệ số tải trọng (tải trọng tính toán). b) Trạng thái giới hạn về biến dạng (thực chất là chuyển vị của kết cấu) trong thời gian sử dụng, dưới tác dụng của tải trọng sử dụng (tải trọng tiêu chuẩn) và các yếu tố khác (co ngót, nhiệt độ thay đổi), xuất hiện các vết nứt và mở rộng các vết nứt ở vùng bê tông chịu kéo; kể cả các dạo động bất lợi cho quá trình vận hành, sử dụng công trình. c) Ngoài ra, công trình còn phải được tính toán theo trạng thái giới hạn đặc biệt về khả năng chống lại các tải trọng đặc biệt như lực động đất, nổ, va chạm của các kết cấu di động, ăn mòn vật liệu trong các môi trường xâm thực. Điều kiện an toàn cho kết cấu được biểu diễn theo biểu thức sau: U �R n (1.1) Trong đó : U là tải trọng tác dụng được tính toán từ các tổ hợp lực; Rn là độ bền của cấu kiện bê tông cốt thép; là hệ số giảm độ bền, phụ thuộc trạng thái biến dạng của kết cấu (theo các Tiêu chuẩn từ 1999 trở về, phụ thuộc vào các dạng chịu lực của cấu kiện). 1.2. CẤU TẠO VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP. 4 1.2.1. Cấu tạo của dầm Dầm là cấu kiện mà chiều cao và chiều rộng của tiết diện ngang khá nhỏ so với chiều dài của nó. Tiết diện ngang của dầm có thể là chữ nhật, chữ T, chữ I, hình thang, hình hộpThường gặp nhất là tiết diện chữ nhật và chữ T. Hình 1.1.Các dạng tiết diện dầm Gọi chiều cao h của tiết diện là cạnh nằm theo phương của mặt phẳng uốn thì tiết diện hợp lý là tiết diện có tỷ số h / b 2 �4 . Chiều cao h thường được chọn trong khoảng từ 1/8 đến 1/20 của nhịp dầm. Khi chọn kích thước b và h cần phải xem xét đến yêu cầu kiến trúc và việc định hình hóa ván khuôn. Cốt thép trong dầm bao gồm có: cốt dọc chịu lực, cốt dọc cấu tạo, cốt đai và cốt xiên. 3 2 4 1 2 3 4 1 a) Cốt đai hai nhánh ; b) Cốt đai một nhánh ; c) Cốt đai bốn nhánh ; 1 - cốt dọc chịu lực ; 2 - cốt cấu tạo ; 3 - cốt xiên ; 4 - cốt đai. Hình 1.2. Các loại cốt thép trong dầm 1.2.2. Vai trò của cốt thép trong dầm + Cốt thép chịu lực bao gồm: cốt thép chịu uốn và cốt thép chịu cắt. 5 - Thép chịu uốn là thép chịu mômen âm và mômen dương của dầm. Thép này đặt theo phương song song với chiều dài dầm. Diện tích tiết diện ngang của chúng được xác định theo trị số mômen uốn. 1 Đường kính cốt dọc chịu lực thường từ 10 đến 32 mm và � chiều rộng dầm. Số 10 thanh trong tiết diện thường phụ thuộc vào diện tích yêu cầu và chiều rộng tiết diện. Trong dầm có chiểu rộng từ 15 cm trở lên cần phải có ít nhất hai cốt dọc, khi bề rộng nhỏ hơn có thể đặt một cốt. Cốt dọc chịu lực có thể đặt thành một hoặc nhiều lớp và phải tuân theo các nguyên tắc cấu tạo. Khoảng hở giữa các cốt dọc phải đủ lớn để đảm bảo điều kiện thi công và lực dính bám giữa bê tông và cốt thép. - Thép chịu cắt: chính là cốt đai dùng để chịu lực cắt Q, cốt đai gắn vùng bê tông chịu kéo với vùng bê tông chịu nén để đảm bảo cho tiết diện chịu được mômen. Góc nghiêng của cốt xiên thường là 45o đối với dầm có chiều cao trên 80 cm thì = 60o, đối với dầm thấp hoặc bản thì = 30o. Đường kính cốt đai thường lấy từ 6 đến 10 mm. Khi h dầm đạt 80 cm phải dùng đai 8 , hoặc lớn hơn. Cốt đai có thể có thể hai nhánh, có một nhánh hoặc nhiều nhánh. Khoảng cách, diện tích cốt xiên và cốt đai được xác định theo tính toán. + Cốt dọc cấu tạo có thể là : - Cốt giá dùng để giữ vị trí của cốt đai trong lúc thi công (đối với dầm mà theo tính toán chỉ cần cốt dọc chịu kéo) và chịu các ứng suất do co ngót và nhiệt độ. Khi đó thường dùng cốt thép có đường kính 10 đến 12 mm. - Cốt thép phụ đặt thêm vào mặt bên của tiết diện dầm khi dầm có chiều cao tiết diện vượt quá 70 cm. Các cốt này chịu các ứng suất do co ngót và nhiệt độ và giữ cho khung cốt thép khỏi bị lệch khi đổ bêtông. Tổng diện tích của cốt cấu tạo nên lấy khoảng 0,1% đến 0,2% diện tích của sườn dầm. 6 1.2.3. Sự làm việc của dầm Đem thí nghiệm một dầm đơn giản với tải trọng tăng dần, ta thấy khi tải trọng nhỏ, dầm còn nguyên vẹn chưa có khe nứt. Khi tải trọng đủ lớn sẽ thấy xuất hiện những khe nứt thẳng góc với trục dầm tại khu vực có mômen lớn và những khe nứt nghiêng ở khu vực gần gối tựa là nơi có lực cắt lớn. Khi tải trọng khá lớn thì dầm có thể bị phá hoại tại tiết diện có khe nứt thẳng góc hoặc tại tiết diện có khe nứt nghiêng. Cốt thép dọc được tính toán và bố trí để tăng khả năng chịu lực của dầm, cốt xiên được tính toán và bố trí để chống lại ứng suất kéo xiên tại vùng có lực cắt lớn. Việc tính toán dầm theo cường độ chính là đảm bảo cho dầm không bị phá hoại trên tiết diện thẳng góc tính toán cường độ trên tiết diện thẳng góc và không bị phá hoại trên tiết diện nghiêng tính toán cường độ trên tiết diện nghiêng. Khe nøt th¼ ng gãc Khe nøt nghiªng Hình 1.3. Các dạng khe nứt trong dầm đơn giản 1.2.4. Các trường hợp phá hoại của dầm Tùy theo đặc trưng hình học của mặt cắt, các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu và tải trọng tác dụng, dầm bê tông cốt thép có thể bị phá hoại trong các trường hợp sau: a) Phá hoại dẻo: Cốt thép bị biến dạng chảy dẻo và bị kéo đứt trước khi bê tông bị phá hủy, đạt đến giới hạn . Dầm bê tông cốt thép như vậy được xem là có ít cốt thép ( hàm lượng cốt thép nhỏ, min ). b) Phá hoại dòn: Bê tông vùng nén bị ép vỡ trước khi cốt thép ở vùng chịu kéo đạt đến giới hạn chảy và bị kéo đứt. Dầm bê tông như thế được xem là có quá nhiều thép ( hàm lượng cốt thép lớn, m ax ). c) Phá hoại cân bằng: Trường hợp kinh tế nhất trong thiết kế kết cấu bê tông cốt thép là khi phá hoại, bê tông chịu nén bị phá hủy đồng thời với cốt thép vùng bị 7 kéo đứt. Đây là trường hợp phá hoại cân bằng và dầm bê tông cốt thép như thế gọi là có hàm lượng cốt thép vừa phải ( hàm lượng cân bằng). 1.3. CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ BÊ TÔNG CỐT THÉP HIỆN HÀNH TẠI VIỆT NAM Năm 1995, lần đầu tiên trên thế giới, Liên Xô đã đưa ra lý thuyết tính bê tông cốt thép theo trạng thái giới hạn. Đó là trạng thái mà kết cấu không còn đáp ứng được những yêu cầu người ta đã đề ra cho nó (bị hỏng, bị phá hoại do mỏi, bị mất ổn định hoặc bị võng, bị nứt quá mức). Các nước khác nhau sẽ thiết lập tiêu chuẩn tính toán kết cấu bê tông khác nhau dựa trên nền tảng có thể là tiêu chuẩn của các nước khác hoặc khu vực. Hiện nay tại Việt Nam phổ biến một số tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép như sau: Tiêu chuẩn ACI 318- 2002; Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 1992 -1-1; Tiêu chuẩn TCVN 5574: 2012; Tiêu chuẩn Anh Quốc BS 8110 1997 Trong xu thế hội nhập thế giới, các công trình hạ tầng vay vốn nước ngoài, các công trình liên doanh, 100% vốn nước ngoài thường do tư vấn nước ngoài thiết kế. Căn cứ các quy định tại điều 3, điều 4 và điều 6 của Quy chế áp dụng Tiêu chuẩn xây dựng nước ngoài trong hoạt động xây dựng ở Việt Nam do Bộ Xây dựng ban hành kèm theo quyết định số 09/2005/ QĐ-BXD ngày 07/4/ 2005. Bộ xây dựng chấp thuận áp dụng các Tiêu chuẩn nước ngoài như (Tiêu chuẩn Eurocode 1992 -1-1 ; Tiêu chuẩn ACI 318-2002) .Việc đó sẽ tạo ra nhiều hơn các phương án lựa chọn giải pháp kết cấu phù hợp tiết kiệm được tổng mức đầu tư. Do vậy việc nghiên cứu và áp dụng nhiều Tiêu chuẩn khác nhau trong việc thiết kế tính toán kết cấu bê tông cốt thép là tất yếu. Một số công trình nhà cao tầng có dầm bê tông cốt thép thiết kế theo các Tiêu chuẩn tại Việt Nam. * Khối căn hộ - khu thương mại Vĩnh Trung plaza - Địa điểm xây dựng: Số 255- 257 đường Hùng Vương, Quận Hải Châu, Thành phố Đà Nẵng. - Chủ đầu tư: Công ty TNHH Đức Mạnh DMC. 8 - Đơn vị thiết kế: Công ty tư vấn Gama ( thiết kế kiến trúc), Trung tâm tư vấn kỹ thuật Xây dựng Đà Nẵng Sở Xây dựng ( thiết kế kết cấu). Khối căn hộ là nhà 18 tầng và 1 tầng hầm, chiều cao 71,4m. Móng bè đặt trên nền gia cố cọc vữa xi măng. Kết cấu chính của công trình có hệ kết cấu kết hợp khung và vách cứng bê tông cốt thép. Vách lõi cứng bê tông cốt thép có chiều dày 200mm. Bước cột chính 9x9 m. Sàn được thiết kế ứng lực trước. Dầm gia cường có kích thước 800x 500, 800x400, 700x400 mm Hình 1.4. Phối cảnh công trình khu thương mại Vĩnh Trung Plaza. * Công trình Indochina Riverside Tower 9 - Địa điểm xây dựng: Số 74 đường Bạch Đằng (tiếp giáp 3 mặt tiền đường Bạch Đằng Phan Đình Phùng Trần Phú), Quận Hải Châu, Thành phố Đà Nẵng. - Chủ đầu tư: Công ty TNHH Indochina Riverside tower. - Đơn vị thiết kế: Kiến trúc sư Ben Wood và công ty Gravity Partnership (thiết kế kiến trúc). Công trình là khu thương mại, dịch vụ, giải trí, văn phòng cho thuê và căn hộ, gồm 3 khối: Khối chân đế Podium, khối văn phòng và khối căn hộ. Công trình có 1 tầng hầm. - Khối văn phòng là nhà có 12 tầng, chiều cao 66m. Móng cọc khoan nhồi. Kết cấu công trình là hệ khung kết hợp lõi cứng bê tông cốt thép chịu lực. Vách lõi có chiều dày 200, 300, 450mm. Bước cột chính 8,4 x 8,4 m. Sàn thiết kế theo phương án sàn sườn toàn khối dày 220 mm; hệ dầm bẹt theo phương ngang nhà có kích thước 1500x500, 1200x500 mm. Hình 1.5. Phối cảnh công trình Indochina Riverside tower 10 - Khối căn hộ là nhà có 24 tầng, chiều cao 95,3m. Móng cọc khoan nhồi . Kết cấu công trình là hệ khung kết hợp lõi cứng bê tông cốt thép chịu lực. Bước cột chính 6,6 x6,9m. Vách, lõi có chiều dày 200, 300, 450 mm. Sàn thiết kế theo phương án sàn sườn toàn khối dày 220mm, hệ dầm bẹt theo phương ngang nhà có kích thước 1000 x 450, 1000 x 400 mm. 1.4. NHẬN XÉT Qua các nội dung nghiên cứu ở chương 1, có thể rút ra một số nhận xét sau như sau: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng rất rộng rãi trong xây dựng. Trong thực tế, giải pháp kết cấu cho các công trình xây dựng đặc biệt là các tòa nhà cao tầng luôn đặt ra các yêu cầu thỏa mãn đồng thời về khả năng chịu lực của kết cấu cũng như yêu cầu về công năng và hiệu quả kinh tế của công trình. Tiết diện dầm phải được thiết kế hợp lý và đảm bảo khả năng chịu lực. Vì vậy việc áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế vào tính toán dầm bê tông cốt thép là tất yếu. Chương 2 sẽ nghiên cứu về lý thuyết tính toán cốt thép chịu uốn dầm BTCT theo ba tiêu chuẩn thông dụng trong thiết kế kết cấu: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574: 2012; Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 1992 - 1- 1 và Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318 - 2002. 11 CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ 2.1. TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5574: 2012 3 , 6 2.1.1. Cấu kiện đặt cốt đơn 2.1.1.1. Sơ đồ ứng suất x h h ho x Rb M gh As a RsAs b Hình 2.1. Sơ đồ ứng suất của tiết điện có cốt đơn Lấy trường hợp phá hoại thứ nhất (phá hoại dẻo) làm cơ sở tính toán. Sơ đồ ứng suất dùng để tính toán tiết diện theo trạng thái giới hạn lấy như sau: ứng suất trong cốt thép chịu kéo As đạt tới cường độ chịu kéo tính toán R s, ứng suất trong vùng bê tông chịu nén đạt đến cường độ tính toán chịu nén Rb và sơ đồ ứng suất có dạng hình chữ nhật, cùng bê tông chịu kéo không được tính toán chịu lực vì đã nứt. 2.1.1.2. Công thức cơ bản Vì hệ lực gồm có các lực song song nên chỉ có hai phương trình cân bằng có ý nghĩa độc lập. - Tổng hình chiếu các lực lên phương của trục dầm phải bằng không, do đó: R s A s R b bx 0 � R b bx R s A s (2.1) - Tổng mô men của các lực đối với điểm đặt hợp lực của cốt thép chịu kéo và thẳng góc với mặt phẳng uốn phải bằng không do đó: � x� � x� M gh R b bx � h o � 0 � M gh R b bx � ho � � 2� � 2� (2.2) Điều kiện cường độ khi tính toán theo trạng thái giới hạn ( tức là điều kiện đảm bảo cho tiết diện không vượt quá trạng thái giới hạn về cường độ ) như sau: M �M gh 12 Từ (2.2) ta có � x� M �R b bx � ho � � 2� (2.3) Kết hợp (2.1) và (2.3) ta có : � x� M �R s A s � ho � � 2� (2.4) Công thức (2.1) và (2.3) là các công thức cơ bản để tính cấu kiện chịu uốn có tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn. 2.1.1.3. Điều kiện hạn chế Để đảm bảo xảy ra phá hoại dẻo thì cốt thép A s phải không được quá nhiều, tức là phải hạn chế As và tương ứng với nó là hạn chế chiều cao vùng nén x (xem công thức 2.1). Các nghiên cứu thực nghiệm cho biết trường hợp phá hoại dẻo sẽ xảy ra khi: x x �R R ho ho R � � 1 s � 1 sc,u � 1,1 � � (2.5) Trong đó: - Đặc trưng tính chất biến dạng của vùng bê tông chịu nén 0,008R b (2.6) = 0,85 đối với bê tông nặng, sẽ có giá trị khác đối với bê tông nhẹ và bê tông hạt nhỏ; sc,u - ứng suất giới hạn của cốt thép trong vùng bê tông chịu nén (khi bê tông đạt đến biến dạng cực hạn), sc,u = 500 Mpa đối với tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn, sc,u = 400 Mpa đối với tải trọng tác dụng ngắn hạn và tải trọng đặc biệt. Các giá trị R đối với một số trường hợp cụ thể được cho trong phụ lục 6. Thay (2.4) vào (2.1) ta có: As R b bx R R b bh o � As,max Rs Rs 13 (2.7) Gọi As là hàm lượng cốt thép của tiết diện sẽ là: bh o max R Rb Rs (2.8) Song nếu cốt thép ít quá sẽ xảy ra phá hoại đột ngột (phá hoại giòn) ngay sau khi bê tông bị nứt (toàn bộ lực kéo do cốt thép chịu). Để tránh điều đó cần đảm bảo: � min Giá trị min được xác định từ điều kiện khả năng chịu mô men của dầm bêtông cốt thép không nhỏ hơn khả năng chịu mô men của dầm bê tông không có cốt thép. Thông thường lấy min 0,05% đối với cấu kiện chịu uốn. 2.1.1.4. Tính toán tiết diện Đặt x các công thức cơ bản sẽ có dạng: ho R s As R b bh o (2.9) M �R b bh o2(1 0,5) m R b bh o2 (2.10) M �R s A s h o (1 0,5) R s As h o (2.11) Trong đó : m (1 0,5) ; (1 0,5) Điều kiện hạn chế viết thành: m � R R (1 0,5R ) (2.12) a. Bài toán thiết kế. Biết mô men M, kích thước tiết diện b x h, cấp độ bền chịu nén của bê tông và nhóm cốt thép. Yêu cầu xác định kích thước tiết diện b x h; tính diện tích cốt thép As ? * Xác định kích thước tiết diện + Căn cứ và cấp độ bền của bêtông và nhóm cốt thép, tra bảng và tính được Rb ; Rs; R ; R . 14 Tính ho = h a, trong đó a được giả thiết: a = 1,5 �2 cm đối với bản có chiều dày 6 �12 cm. a = 3 �6 cm đối với dầm. + Giả thiết b và để tính h và As. Có tra bảng phụ lục 5 ra m + Tính ho : ho = 1 m M R bb Chiều cao tiết diện h = ho + a phải được chọn phù hợp với các yêu cầu cấu tạo của dầm. Sau khi tính được h, nếu thấy bất hợp lý thì có thể giả thiết lại b và tính lại h. * Tính As khi biết b x h: + Tính m m M R b bh o2 - Nếu m � R R (1 0,5R ) thì dầm đặt cốt đơn. Tra bảng phụ lục 5 ra Diện tích cốt thép được tính theo công thức: AS = Tính M R s h o As và phải đảm bảo � min bh o Chọn và bố trí cốt thép. - Nếu m � R R (1 0,5R ) thì phải tăng kích thước tiết diện hoặc tăng cấp độ bền để đảm bảo điều kiện hạn chế m � R R (1 0,5 R ) . Cũng có thể đặt cốt kép. b. Bài toán kiểm tra cường độ Biết kích thước tiết diện b x h, diện tích cốt thép As, cường độ chịu nén của bê tông và nhóm cốt thép. Yêu cầu tính khả năng chịu lực Mgh? 15 |