Khảo sát độ võng sàn bê tông cốt thép toàn khối có xét đến ảnh hưởng độ cứng dầm biên

Bài viết Khảo sát độ võng sàn bê tông cốt thép toàn khối có xét đến ảnh hưởng độ cứng dầm biên trình bày kết quả khảo sát mối quan hệ giữa độ võng ngắn hạn của bản sàn BTCT toàn khối với tỷ số độ cứng tương đối của bản và dầm biên trên cơ sở phân tích bằng phần mềm SAFE 2000 mô hình bản BTCT có kích thước và điều kiện biên khác nhau.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 KHẢO SÁT ĐỘ VÕNG SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP TỒN KHỐI CĨ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG DẦM BIÊN Nguyễn Ngọc Thắng Bộ môn XDDD&CN, khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy lợi, email: thangnn@tlu.edu.vn KẾT CẤU SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP (BTCT) Trong kết cấu cơng trình BTCT dân dụng, giải pháp sàn phẳng sử dụng rộng rãi, bên cạnh vai trò chịu tải trọng đứng, kết cấu sàn liên kết thành phần kết cấu chịu tải trọng ngang cột, vách, lõi để tạo độ cứng tổng thể độ ổn định chung cho toàn hệ [1] Dựa vào phương pháp thi công, trạng thái ứng suất vật liệu, sàn BTCT phân thành số loại điển hình như: Sàn BTCT tồn khối; Sàn BTCT lắp ghép, bán lắp ghép; Sàn BTCT ứng suất trước; Sàn BTCT liên hợp… Đặc trưng cho trạng thái làm việc chịu uốn kết cấu độ võng Khi tính tốn kết cấu BTCT theo trạng thái giới hạn 2, với bề rộng vết nứt độ võng cần kiểm soát chặt chẽ Độ võng ô vượt giới hạn cho phép ảnh hưởng trực tiếp đến thẩm mỹ chức làm việc bình thường cơng trình, gây cảm nhận tiêu cực giác quan người; đặc biệt làm giảm độ bền lâu an tồn kết cấu [2] Phương pháp tính toán độ võng BTCT nhiều tác giả đề cập, kết nghiên cứu sử dụng tài liệu dẫn thiết kế tiêu chuẩn BTCT hành [5, 6, 7, 8] Các tiêu chuẩn thiết kế BTCT đưa dẫn lựa chọn chiều dày tối thiểu hmin ô dựa tham chiếu tương quan chiều dày giới hạn độ võng ngắn hạn ô [2, 3, 4] Trong báo tác giả trình bày kết khảo sát mối quan hệ độ võng ngắn hạn sàn BTCT toàn khối với tỷ số độ cứng tương đối dầm biên sở phân tích phần mềm SAFE 2000 mơ hình BTCT có kích thước điều kiện biên khác KHẢO SÁT ĐỘ VÕNG SÀN BTCT THEO TỶ SỐ ĐỘ CỨNG TƯƠNG ĐỐI GIỮA BẢN VÀ DẦM BIÊN (HỆ SỐ ) 2.1 Lựa chọn thông số sàn BTCT Cơng thức tính tốn lựa chọn chiều dày theo [2] đưa đơn giản phù hợp với TCVN [5], đó: a) Chiều dày sàn hb: D hb  L1 m Trong đó: L1 - Cạnh ngắn tính tốn D = 0,81,4 phụ thuộc vào hoạt tải tiêu chuẩn, p = 1000kG/m2 (khá lớn) lấy D = 1,4; p = 400kG/m2 (trung bình) lấy D = 1; p = 150kG/m2 (nhẹ) lấy D = 0,8 m: Chọn khoảng 30-35 với loại dầm; khoảng 40-45 với kê bốn cạnh Ngồi chiều dày sàn khơng nhỏ trị số sau đây: cm sàn mái; 6cm sàn nhà dân dụng 7cm sàn nhà cơng nghiệp b) Chọn kích thước dầm: Chiều cao tiết diện dầm chính: 1  h     Ld ; tiết diện dầm conson:  12  1 1 h     Ld ; chiều cao tiết diện dầm phụ: 5 7  1 h     Ld ; bề rộng tiết diện dầm: b =  12 20  (0.3 - 0.5)h 156 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 Tuy nhiên cơng thức tính tốn lựa chọn tham số sàn BTCT trị số m trị số D dao động khoảng lớn chưa thuận tiện cho toán thiết kế với thông số này, hệ số tương quan độ cứng dầm sàn thường đạt   Ed J d  phù hợp Es J s với ô sàn mà dầm đỡ có độ cứng lớn, chưa thích hợp với sàn khơng dầm sàn dầm mà dầm biên có độ cứng nhỏ 2.2 Ảnh hưởng độ cứng chống uốn dầm tới độ võng ngắn hạn sàn Hình minh họa truyền tải kết cấu sàn BTCT hai phương chịu tải trọng phân bố đều, kê lên dầm cứng Trường hợp trình truyền lực biến dạng võng phụ thuộc vào độ cứng dầm khung [2] thiết kế TCVN [5] phân tích độ võng sàn BTCT hai phương thường dựa công thức thực nghiệm để chọn chiều dày sàn tối thiểu thoả mãn yêu cầu độ võng cho phép Chiều dày phụ thuộc vào yếu tố như: Tỉ lệ cạnh (L2/L1), tỉ số nhịp/chiều cao làm việc (L/h) tương quan độ cứng dầm qua hệ số  Độ cứng chống uốn dầm sàn xác định theo 4Ed J d Eb J b và tỉ số hệ số L L tương quan độ cứng dầm sàn,  tính theo  4Ed J d L E J  d d L 4Es J s Es J s Ed Es tương ứng mô đun đàn hồi bê tông dầm bê tông sàn; Jd Js - mơ men qn tính dầm sàn Cách xác định độ cứng chống uốn dầm ô sàn thể hình L2/2 L2/2 L2/2 bw+2hw (không lớn bw+2(4h) (không lớn 4h) hw hw h h hw bw Mặt cắt tính Ib dầm biên Mặt cắt tính Ib dầm giũa L2/2 L2/2 h h L2/2 Mặt cắt tính Is sn biên Hình Sơ đồ truyền tải sàn BTCT làm vic hai phng Mặt cắt tính Is sn giũa Hỡnh Xác định độ cứng chống uốn dầm sàn Biến dạng ngắn hạn hai phương phụ thuộc nhiều vào dầm biên, nguyên nhân đến từ chuyển vị võng biến dạng xoắn dầm, điều khiến cho gối tựa dải sơ đồ tính khơng cứng Tuy nhiên kích thước dầm biên lớn, độ cứng tương đối dầm so với lớn, nhiều tiêu chuẩn tính tốn [5,7,8] cho phép bỏ qua ảnh hưởng biến dạng xoắn dầm Dựa độ cứng dầm biên ta phân loại hai phương theo làm việc chúng thành hai loại, loại 1: Bản gối lên dầm cứng loại 2: Bản gối lên dầm mềm không dầm Sự làm việc hai loại sàn hồn tồn khác nhau; nội lực, chuyển vị cách tính tốn thiết kế chúng khác Việc xác định độ võng sàn hai phương vấn đề phức tạp khó thực 2.3 Kết khảo sát độ võng sàn a) Mơ hình 1- Khảo sát phụ thuộc độ võng vào tỉ số L/h Thông số mơ hình bảng 1, sàn dày hs = 20 cm, tải trọng phân bố đều, cột BTCT tiết diện 0.3  0.3m bố trí bốn góc 157 Bảng Thơng số mơ hình tốn Tên mơ hình Kích thước L2 h Tải trọng Mơ hình 4m  8m 20 T/m2 Mơ hình 5m  8m 25 T/m2 Mơ hình 6m  8m 30 T/m2 Mơ hình 7m  8m 35 T/m2 Mơ hình 8m  8m 40 T/m2 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 Tỷ số hai cạnh ô bản (L2/L1)        -0.09 -0.07 Độ võng (m) Hình cho kết tính tốn độ võng lớn theo tỷ số nhịp/ chiều dày (L/h), L chiều dài cạnh ngắn Từ kết tính tốn cho thấy tỷ số L/h tăng độ võng tăng lên; nhiên độ dốc đường cong giảm dần, điều cho thấy mức độ gia tăng độ võng cịn phụ thuộc vào tương quan kích thước hai cạnh ô Tốc độ tăng độ võng ô đạt giá trị lớn 29.6% mà tỉ số hai cạnh ô L2/L1 0,5 giảm dần 24.6% mà tỉ số hai cạnh ô L2/L1 đạt giá trị -0.05 -0.03 -0.01 1.25 1.5 1.75 Hình Kết tính tốn độ võng tốn Bảng Mơ hình khảo sát tốn Kết tính tốn cho thấy  lớn độ võng nhỏ, giá trị cực đại độ võng giảm 81% hệ số  tăng từ tăng từ 0.05 (MH1) đến 52.6 (MH6) Mức độ biến thiên độ võng tỷ lệ thuận với tỷ số hai cạnh L2/L1 ô Khi L2/L1 biến thiên từ 1.0 đến 1.25 độ võng tăng 14.4%; L2/L1 biến thiên từ 1.25 đến 2.0 độ võng tăng 47.5% Độ võng ứng với  cực đại khơng đổi, khơng phụ thuộc kích thước ô KẾT LUẬN Độ võng ngắn hạn BTCT hai phương tăng theo tỷ số nhịp/ chiều dày (L/h) tốc độ gia tăng độ võng giảm dần kích thước hai cạnh tiến dần tới Mức độ biến thiên độ võng tỷ lệ nghịch với tương quan độ cứng, hệ số  biến thiên độ võng rõ rệt tỷ số kích thước hai cạnh L2/L1 ≥1,25 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình cho kết tính tốn độ võng với hệ số  khác [1] Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống, 2009, Kết cấu bê tơng cốt thép cấu kiện bản, NXB KHKT, HN [2] Nguyễn Đình Cống, 2010, Sàn bê tơng cốt thép tồn khối, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [3] Lê Ngọc Hồng, 2012, Lý thuyết vỏ, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [4] Nguyễn Viết Trung, 2000, Thiết kế kết cấu BTCT đại theo tiêu chuẩn ACI, NXB giao thông vận tải, Hà Nội [5] TCXDVN 5575: 2012, Kết cấu bê tông bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế [6] D.E, Branson, 1977, Deformation of Concrete Structure, New York [7] BS:8810, 2007, Structural use of Concrete [8] ACI 318, 2010, Control of Deflection in Concrete Str Tỷ số nhịp chiều dày (L/h) 20 25 30 35 40 Độ võng (mm) 10 15 Mơ hình tính tốn 20 Hình Độ võng lớn mơ hình tốn b) Mơ hình tốn - Khảo sát phụ thuộc độ võng vào độ cứng tương đối dầm  158 ... dầm đỡ có độ cứng lớn, chưa thích hợp với sàn không dầm sàn dầm mà dầm biên có độ cứng nhỏ 2.2 Ảnh hưởng độ cứng chống uốn dầm tới độ võng ngắn hạn sàn Hình minh họa truyền tải kết cấu sàn BTCT... khác Việc xác định độ võng sàn hai phương vấn đề phức tạp khó thực 2.3 Kết khảo sát độ võng sàn a) Mơ hình 1- Khảo sát phụ thuộc độ võng vào tỉ số L/h Thơng số mơ hình bảng 1, sàn dày hs = 20 cm,... uốn dầm sàn xác định theo 4Ed J d Eb J b và tỉ số hệ số L L tương quan độ cứng dầm sàn,  tính theo  4Ed J d L E J  d d L 4Es J s Es J s Ed Es tương ứng mô đun đàn hồi bê tông dầm bê tông sàn;