Đang tải... (xem toàn văn)
Trong kết cấu khung bê tông cốt thép (BTCT), nút là vùng giao của cột và dầm nhằm liên kết các cấu kiện để phát triển và duy trì đến khả năng làm việc cực hạn của chúng. Bài viết Yêu cầu cấu tạo nút khung bê tông cốt thép theo một số tiêu chuẩn trên thế giới & Việt Nam trình bày các vấn đề chung về nút khung; Cấu tạo nút theo các TC.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 YÊU CẦU CẤU TẠO NÚT KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN TRÊN THẾ GIỚI & VIỆT NAM Nguyễn Tiến Chương1, Nguyễn Thị Thanh Thúy1 Trường Đại học Thủy lợi, email: chuongnt@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Trong kết cấu khung bê tông cốt thép (BTCT), nút vùng giao cột dầm nhằm liên kết cấu kiện để phát triển trì đến khả làm việc cực hạn chúng Kết cấu bị phá hoại mong muốn xuất phát từ dầm, cột cuối phá hoại nút Trước quy định tiêu chuẩn dừng lại cấu tạo nút gồm: cốt thép dầm neo vào cột cốt thép đai nút Khi xem xét quy định cấu tạo nút có nhiều thay đổi theo phiên tiêu chuẩn thiết kế kết cấu quốc gia tiêu chuẩn quốc gia giới có khác cho thấy mức độ quan tâm nhận thức tầm quan trọng nút khung đến ứng xử tổng thể khung đặc biệt chịu tải trọng động đất Hiện tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông BTCT Việt Nam gồm nhiều phiên theo năm, chuyển dịch từ tiêu chuẩn Nga, cụ thể: (i) TCVN 5574:1991; (ii) TCVN 5574:2012 [1]; (iii) tiêu chuẩn phát hành TCVN 5574:2018 [5] quy định chiều dài neo cốt thép thay đổi theo hướng gần giống Eurocode Ngoài ra, TC thiết kế kháng chấn TCVN 9386:2012 [7] chuyển dịch từ tiêu chuẩn Eurocode quy định chiều dài neo cốt thép cần tuân theo EN 1992-1-1:2004 [3] Với nhiều nguồn tài liệu vậy, quy định TCVN nút khung chưa đồng gây khó khăn cho kỹ sư thực hành tính tốn thiết kế cấu tạo nút khung đánh giá làm việc kết cấu khung BTCT có sẵn Từ vấn đề nêu trên, báo nghiên cứu quy định cấu tạo nút khung theo phiên tiêu chuẩn Việt Nam xem xét quy định tiêu chuẩn quốc tế thông dụng gồm ACI 318M11, NZS 3101 Phần 1:1995 EN 1992-11:2004 Lập bảng so sánh nguyên tắc cấu tạo, đồng thời tính tốn so sánh cụ thể cho trường hợp nút khung biên Từ cho thấy khác tiêu chuẩn mối tương quan đến tiêu chuẩn Việt Nam vấn đề kết luận, kiến nghị có liên quan NÚT KHUNG - VẤN ĐỀ CHUNG 2.2 Các dạng phá hoại nút khung Yêu cầu cho nút khung tất lực tồn cuối cấu kiện dầm cần truyền qua nút tới cấu kiện đỡ Trạng thái ứng suất phức tạp tồn nút dầm - cột có khơng liên tục phương nội lực nên điều cần thiết phải xem xét phân phối ứng suất cục vùng nút Các cấu phá hoại nút là: (i) Phá hoại cắt (ii) Phá hoại neo (iii) Phá hoại bám dính dầm cột qua nút Cần thiết phải ngăn ngừa cấu phá hoại nút dầm - cột, thông qua thiết kế phù hợp chi tiết cấu tạo 2.2 Chiều dài neo thép bê tông Công thức tiêu chuẩn tiên tiến giới Việt Nam sử dụng để xác định chiều dài neo thép sau: l0,n = fyd/4γsτtb 60 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 Trong đó: τtb cường độ bám dính trung bình bê tông thép trạng thái giới hạn; fy giới hạn chảy thép; γs hệ số độ tin cậy thép; d đường kính danh nghĩa thép Công thức dựa giả thiết lực dính phân bố đoạn chiều dài neo CẤU TẠO NÚT THEO CÁC TC 3.1 Quy định theo tiêu chuẩn Việt Nam a) TCVN 5574:1991 TCVN 5574:2012 - Chiều dài neo tính tốn theo cơng thức sau: lan = (ωanRs/Rb + Δλan)d ≥ λa Neo cốt thép có gờ vùng kéo: ωan = 0.7 Δλ = 11; lan ≥ 250mm λan = 25 (1991) λan= 20 (2012) Neo cốt thép có gờ vùng nén: ωan = 0.5 Δλ = 8; lan ≥ 200mm; λan= 15 (1991) λan = 12 (2012); (Giải thích ký hiệu xem mục 8.5 [4]) - Cốt thép đai vùng nút khung: theo sách thực hành cấu tạo, yêu cầu vùng nút cần đặt cốt đai bổ sung, khoảng cách đai vùng cột lân cận b) TCVN 5574:2018 Quy định neo chuyển dịch theo hướng gần giống tiêu chuẩn Châu Âu: - Chiều dài neo sở (công thức 239): l0,an = RsAs/Rbondus Trong đó; cường độ bám dính: Rbond = η1η2Rbtvà chiều dài neo yêu cầu: (công thức 241) lan = αl0,anAs,cal/As ≥15d ≥200mm (Giải thích ký hiệu xem mục 10.3.6.2[5]) - Cốt thép đai vùng nút khung: cần bố trí đai ngang dạng đai khép kín chữ U, chưa có hướng dẫn cụ thể (theo mục 10.4.11 [5]) c) TCVN 9386:2012: theo quy định EN- 1992, xem nội dung cột Bảng 3.2 Cấu tạo nút theo TC nước Các tiêu chuẩn đại xác định cường độ lực dính bê tơng cốt thép dựa thực nghiệm có kể đến yếu tố ảnh hưởng như: đặc trưng vật liệu bê tông, cốt thép, hình dạng cốt thép, ảnh hưởng hiệu ứng chống nở hông… Do khuôn khổ giới hạn báo, tác giả trình bày theo Bảng 1, ghi mục cơng thức tiêu chuẩn kèm, để người đọc xem giải trình ký hiệu tương ứng Bảng So sánh yêu cầu cấu tạo nút theo tiêu chuẩn Mỹ, Newzealand Châu Âu Các mục so sánh Chiều dài neo thẳng ACI 318M:14 [1] NZS 3101:1 (2006) [2] EN1992-1-1 [3] (TCVN 9386:2012 [7]) -Neo vùng kéo (mục -Neo vùng kéo (công Chiều dài neo sở (công thức 25.4.2.3a) 8.3): thức 8.2 8.3) lb,rqd = (φ / 4)σ sd / fbd f y ⎛ ψ tψ eψ s ⎞ 0,5α a f y ld = Ldb = ; ⎜ (c + K ) ⎟ d b Ứng suất bám dính cực hạn thiết ′ 1,1λ f c ⎜ b tr f c′ ; ⎟ ⎜ ⎝ db ⎟ ⎠ -Trong vùng nén (mục 25.4.9.2): ldc = 0, 24ψ r f y λ f c′ db ≥ 0, 043 f yψ r db ≥ 200mm ≥ 0, 043 f yψ r db ≥ 200mm ld = ab α cα d Ldb ≥ 300mm kế (công thức 8.2) fbd = 2.25η1η2fctd Chiều dài neo thiết kế: lbd=α1 α2 α3 α4 α5lb,rqd ≥ lb,min (công thức 8.4) Neo vùng kéo: ≥ 0, 043 f yψ r db ≥ 200mm - Trong vùng nén (Công thức l >max{0.3l ;10φ;100mm} b,min b,rqd 8.7): Neo vùng nén: 0, 22 f y lb,min>max{0.6lb,rqd;10φ;100mm} Lab = ≥ 0, 04 f y db f c′ ≥ 200mm Lbc = αbαeLdb 61 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 Các mục so sánh ACI 318M:14 [1] NZS 3101:1 (2006) [2] EN1992-1-1 [3] (TCVN 9386:2012 [7]) Chiều dài Đoạn neo thẳng (Mục Đoạn neo thẳng Công thức Không quy định; lb: chiều dài đoạn neo neo bản; lbd:chiều dài neo 25.4.3.1) 8.12: thiết kế (chỉ có yêu cầu tổng thẳng 0, 24ψ cψ r f y f y db ldh = db ≥ 8d b ldh = 0, 24α bα1α chiều dài neo≥lb,min) thép bẻ góc λ f c′ f c′ 900 tiêu ≥ 8db , 150mm chuẩn : Khoảng cách đứng đai ngang; lượng đai ngang (hc/4; 6db; sx); sx = 100 + (350-hx)/3; 100 < sx < 150 Trong đoạn ldh yêu cầu s ≤ 3db; đai cách móc neo ≤ 2db Ít có hai đai thép dọc lớp dầm (ACI 352R02 mục 4.2.1.3) s = (10φcột min; 200mm) (mục15.4.4.3 15.4.4.4.) đặt khu vực mặt phẳng phá hoại chéo tiềm 3.3 Ví dụ tính tốn Để so sánh tiêu chuẩn trên, tính toán cho nút khung biên xét trường hợp đơn giản với thông số chung vật liệu: Bê tơng có cường độ đặc trưng mẫu lập phương tiêu chuẩn 30 MPa (B30), cốt thép loại cán nóng có gờ, đường kính 20mm, giới hạn chảy 400 MPa (CB-400V) Quy đổi fc′ = 0.8*30 = 24 MPa để tính theo tiêu chuẩn ACI 318-14 Bảng Chiều dài neo tính tốn cho nút biên BTCT có bẻ móc 90o Tiêu chuẩn Tỷ lệ chiều dài neo/đường kính vùng kéo vùng nén ACI 318 35.6 19.6 NZS 3101 40.8 18 EN 1992 TCVN 5574:2012 TCVN 5574:2018 29 29 27.5 19.8 29 21.7 Số đai ngang theo cấu tạo ≥ đai Có, theo thiết kế ≥ đai Có, giống đai cột Có, không cụ thể KẾT LUẬN Từ nghiên cứu tính tốn ta có số kết luận sau: (bc/2;8db;175) Mục 8.4.1: cốt thép ngang nên cung cấp cần thiết Theo [9]: diện tích đai ngang nên ≥ 25% diện tích neo Ít có đai đặt vùng bẻ móc - Tiêu chuẩn Việt Nam với bốn tiêu chuẩn liên quan có khác đáng kể quy định cấu tạo cho nút khung BTCT có xu hướng tăng dần nhận thức vai trò ngày quan trọng nút kết cấu - Kết cho thấy chiều dài neo cốt thép tính theo TCVN 5574:2012 thấp nhiều so với TC khác Nhưng TC phát hành TCVN 5574:2018 có thay đổi lớn gần giống theo tiêu chuẩn Eurocode - Cùng với nghiên cứu khác nút dầm – cột BTCT đặc biệt cho nút có thiết kế kháng chấn, nhìn định NZS nghiêm ngặt nhất, quy định tiêu chuẩn ACI tự Tiêu chuẩn EN theo lối trung bình: số quy định gần giống với tiêu chuẩn NZS, số lại gần với quy định ACI Tiêu chuẩn Việt Nam theo hướng EN có nhiều khả tiêu chuẩn EN đưa mơ hình tốt cho quốc gia trình phát triển tiêu chuẩn riêng quốc gia TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ACI 318-2014, Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary, ACI, Farmington Hills [2] NZS 3101:1:2006 Concrete Structures Standard; [3] EN 1992-1-1:2004 Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1 [4] [5] [6] TCVN 5574:2012, TCVN 5574:2018, TCVN 5574:1991 Kết cấu Bê tông Bê tông cốt thép Tiêu chuẩn thiết kế 62 ... bình bê tơng thép trạng thái giới hạn; fy giới hạn chảy thép; γs hệ số độ tin cậy thép; d đường kính danh nghĩa thép Cơng thức dựa giả thiết lực dính phân bố đoạn chiều dài neo CẤU TẠO NÚT THEO. .. Neo cốt thép có gờ vùng nén: ωan = 0.5 Δλ = 8; lan ≥ 200mm; λan= 15 (1991) λan = 12 (2012); (Giải thích ký hiệu xem mục 8.5 [4]) - Cốt thép đai vùng nút khung: theo sách thực hành cấu tạo, yêu cầu. .. cụ thể (theo mục 10.4.11 [5]) c) TCVN 9386:2012: theo quy định EN- 1992, xem nội dung cột Bảng 3.2 Cấu tạo nút theo TC nước Các tiêu chuẩn đại xác định cường độ lực dính bê tơng cốt thép dựa