Nghiên cứu tính toán cấu kiện bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn châu âu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN CẤU KIỆN BÊ TƠNG CỐT THÉP THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU MÃ SỐ: SV2021 - 64 SKC007618 Tp Hồ Chí Minh, tháng 6/2021 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU Mã số đề tài: SV2020-64 Chủ nhiệm đề tài: LÊ THỊ HUYỂN TRÂN TP Hồ Chí Minh, 06/2021 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN CẤU KIỆN BÊ TƠNG CỐT THÉP THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU Mã số đề tài: SV2020-64 Thuộc nhóm ngành khoa học: QUI HOẠCH – KIẾN TRÚC – ĐÔ THỊ SV thực hiện: Lê Thị Huyền Trân – MSSV : 17149160 Huỳnh Ngọc Tú Tú – MSSV : 17149167 Nguyễn Võ Tánh – MSSV : 17149140 Dân tộc: Kinh Lớp : 17149CL2 Khoa: Đào tạo chất lượng cao Năm thứ: /Số năm đào tạo: Ngành học: Cơng nghệ kỹ thuật cơng trình xây dựng Người hướng dẫn: TS Trần Tuấn Kiệt TP Hồ Chí Minh, 06/2021 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.3 Tính cấp thiết đề tài 1.4 Mục tiêu đề tài 1.5 Nhiệm vụ đề tài 1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.7 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.7.1 Ý nghĩa khoa học 1.7.2 Ý nghĩa thực tiễn CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU 2.1 Giới thiệu chung hệ thống tiêu chuẩn Châu Âu (Eurocode) .5 2.2 Giới thiệu chung tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép Eurocode .6 2.3 Một số kí hiệu định nghĩa 2.4 Vật liệu 12 2.4.1 Bê tông 12 2.4.2 Cốt thép 15 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHẦN MỀM ETABS 17 3.1 Xây dựng mơ hình ETABS 17 3.2 Khai báo tải trọng trường hợp tổ hợp tải trọng 24 3.2.1 Khai báo tải trọng 25 3.2.2 Khai báo trường hợp tổ hợp tải trọng 27 3.2.3 Gán tải trọng 28 3.3 Phân tích nội lực 32 3.3.1 Kiểm tra mô hình phân tích nội lực 32 3.3.2 Xem thông tin nội lực 33 3.4 Tính tốn cốt thép 36 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 3.4.1 Chọn tổ hợp tính tốn cốt thép 36 3.4.2 Tính tốn cốt thép 37 CHƯƠNG 4:THIẾT KẾ DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU (EUROCODE 2) 40 4.1 Phương pháp thiết kế 40 4.2 Khả chống cháy 40 4.3 Thiết kế dầm bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn eurocode .44 4.3.1 Uốn dẻo 44 4.3.2 Cắt dọc 47 4.3.3 Chuyển vị 50 4.3.4 Dầm có cánh 53 4.3.5 Quy tắc khoảng cách số lượng gia cố 57 4.8 Bài tập vận dụng 58 4.8.1 Thiết kế dầm theo Eurocode 58 4.8.2 Thiết kế dầm ETABS 18.1.1 theo Eurocode 65 4.9 Kết luận: 71 CHƯƠNG 5:.THIẾT KẾ CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU (EUROCODE 2) 72 5.1 Phương pháp thiết kế 72 5.2 Khả chống cháy 72 5.3 Thiết kế cột 75 5.3.1 Phân tích kết cấu 75 5.3.2 Mô men thiết kế cột 76 5.3.3 Chiều cao làm việc cột 78 5.3.4 Độ mảnh 81 5.3.5 Thiết kế cột chống 82 5.3.6 Thiết kế cột uốn theo trục 83 5.3.7 Cột không giằng 86 5.3.8 Quy tắc khoảng cách số lượng cố thép 86 5.4 Bài tập vận dụng 88 5.4.1 Thiết kế cột theo Eurocode 88 5.4.2 Thiết kế cột ETABS 19 theo Eurocode 92 5.5 Kết luận: 100 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 101 6.1 Kết luận 101 6.2 Hướng phát triển đề tài 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Bảng tra mác bê tông Bảng 2.2: Các quy trình hàn cho phép ví dụ áp dụng Bảng 2.3: Bảng diện tích cốt thép ( mm Bảng 4.1: Quy trình thiết kế dầm Bảng 4.2: Kích thước khoảng cách trục tối thiểu dầm làm bê tông cốt thép chịu lửa Bảng 4.3:Moment uốn hệ số cắt cho dầm Bảng 4.4: Giá trị K’ Bảng 4.5: Tỷ số z/d cho gia cố riêng lẻ mặt cắt hình chữ nhật Bảng 4.6: Tỷ lệ phần trăm tối thiểu gia cố cần thiết Bảng 4.7: Khả cắt tối thiểu tối đa chống bê tông chịu áp lực Bảng 4.8: Khả chịu cắt dọc chống bê tơng dầm có cánh Bảng 4.9: Giá trị Bảng 5.1: Quy trình thiết kế cột Bảng 5.2: Kích thước cột tối thiểu khoảng cách trục để chống cháy Bảng 5.3: Kích thước vách bê tơng cốt thép tối thiểu khoảng cách trục để chịu tải cho khả chống cháy Bảng 5.4: Hệ số chiều dài hiệu dụng F cột có giằng Bảng 5.5: Giá trị cho tiết diện hình chữ nhật TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Hệ thống tiêu chuẩn Châu Âu Hình 2.2: Sơ đồ Tiêu chuẩn thiết kế cấu kiện bê tông (Eurocode 2) Hình 2.3:Luật ứng suất – biến dạng tính tốn bêtơng theo Eurocode .12 Hình 2.4: Biểu đồ ứng suất-biến dạng cốt thép 15 Hình 4.1:Mặt cắt thơng qua thành phần cấu trúc, cho thấy khoảng cách trục danh nghĩa a asd 43 Hình 4.2: Khối ứng suất hình chữ nhật đơn giản hóa cho bê tơng lên đến cấp C50/60 từ Eurocode 43 Hình 4.3: Quy trình xác định cốt thép chịu uốn 45 Hình 4.4: Phương pháp nghiêng chống 48 Hình 4.5: Quy trình xác định cốt thép chịu cắt dọc 49 Hình 4.6: Tỷ lệ nhịp chiều sâu hiệu 50 Hình 4.7: Xác định cường độ thép 51 Hình 4.8: Quy trình đánh giá chuyển vị dầm 52 Hình 4.9: Định nghĩa lo để tính tốn chiều rộng cánh hiệu dụng 53 Hình 4.10: Thơng số chiều rộng cánh hiệu 53 Hình 4.11: Quy trình xác định khả chịu uốn dầm có cánh 54 Hình 4.12: Đặt cốt thép căng tiết diện cánh 55 Hình 4.13: Các ký hiệu cho kết nối cánh bụng 56 Hình 4.14: Quy trình xác đinh khả chịu cắt dọc dầm có cánh 57 Hình 4.15: Tiết diện dầm 58 Hình 4.17: Mặt cắt dầm 59 Hình 4.18: Khối ứng suất lực dầm 59 Hình 4.18 Tiết diện dầm 60 Hình 4.19: Sơ đồ tính dầm 60 Hình 4.20: Mặt dầm sàn 61 Hình 4.21: Mặt cắt dầm 61 Hình 4.23: Mặt cắt sàn A-A 61 Hình 4.23: Sơ đồ tính dầm 62 Hình 4.24: Phát triển vết nứt dầm 63 Hình 4.25: Biểu đồ lực cắt 63 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Hình 5.1: Mặt cắt tiết diện cột thể khoảng cách a 73 Hình 5.2: Momen uốn thiết kế 76 Hình 5.3: Lưu đồ thiết kế cho cột có giằng 77 Hình 5.4: Chiều dài tính tốn cho cột đơn lẻ 78 Hình 5.5: Lưu đồ cho cột mảnh (phương pháp độ cong danh nghĩa) 80 Hình 5.6: Tính tốn hệ số C 82 Hình 5.7: Sơ đồ ứng suất cho cột 82 Hình 5.8: Biểu đồ biến dạng cho cột 82 84 Hình 5.10: Biểu đồ thiết kế cột cho cột hình chữ nhật 2/ℎ = 0.10 85 85 85 86 Hình 5.9: Biểu đồ thiết kế cột cho cột hình chữ nhật 2/ℎ = 0.05 Hình 5.11: Biểu đồ thiết kế cột cho cột hình chữ nhật 2/ℎ = 0.15 Hình 5.12: Biểu đồ thiết kế cột cho cột hình chữ nhật 2/ℎ = 0.20 Hình 5.13: Biểu đồ thiết kế cột cho cột hình chữ nhật 2/ℎ = 0.25 Hình 5.14: Tiết diện cột 88 Hình 5.15: Biểu đồ thiết kế cho cột 89 Hình 5.16: Mặt cắt cột 89 Hình 5.17: Tiết diện cột 90 Hình 5.18: Biểu đồ thiết kế cột 91 Hình 5.19: Mặt cắt cột 92 Hình 5.20: Mơ hình ETABS 93 Hình 5.21: Mơ hình kiểm tra thép 97 Hình 5.22: Thép cột tầng 98 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Tính tốn cốt đai: Đường kính cốt đai nên lớn mm phần tư cốt thép chính: ϕ/4 = 20/4 = 5m Vậy đường kính cốt đai chọn ban đầu hợp lí Khoảng cách cốt đai: 20ϕ = 20 × 20 = 400mm Bề rộng cột 600mm Khoảng cách tối đa 400mm Vì chọn khoảng cách 300mm Hình 5.19: Mặt cắt cột 5.4.2 Thiết kế cột ETABS 19 theo Eurocode Bước 1: Vẽ lưới trục, chiều cao tầng 92 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Hình 5.20: Mơ hình ETABS Bước 2: Vào Design → Concrete Frame Design → View/Revise Preferences khai báo tiêu chuẩn tính tốn theo Eurocode 93 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Bước 3: Khai báo vật liệu ✓ Vật liệu bê tông C40/50 ✓ Vật liệu thép 94 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Bước 4: Khai báo tiết diện cho toàn cột 95 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Bước 5: Khai báo trường hợp tải Bước 6: Khai báo tổ hợp tải Bước 7: Gán tải Tĩnh tảiHoạt tải 96 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Bước 8: Tiếp tục vào Design → Concrete Frame Design → Select Design Combinations để chọn tổ hợp tính cho dầm theo Eurocode Bước 9: Chạy mơ hình kiểm tra Tiến hành chọn kiểm tra cột lượng thép Hình 5.21: Mơ hình kiểm tra thép 97 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Nếu cột màu đỏ chữ O/S phải kiểm tra lại chi tiết cột phần Define đường kính thép, số lượng thép: Chọn cột tầng trục 2B để xem chi tiết tính tốn Hình 5.22: Thép cột tầng 98 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Có lượng thép tính tốn 3770 Kết tính tốn lấy từ ETABS: ETABS Concrete Frame Design Eurocode 2-2004 Column Section Design Column Element Details Type: DC High Level Element Story3 C6 b (mm) 600 Ec (MPa) 35000 ɣC 1.5 Design NEd kN 8268.2686 Major Bend(M3) Minor Bend(M2) Co Major, VEd2 Minor, VEd3 99 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 5.5 Kết luận: Bài nghiên cứu tính tốn diện tích cốt thép cột bê tơng cốt thép có tiết diện chữ nhật theo Tiêu chuẩn Eurocode tính toán trực tiếp phần mềm ETABS 19 Trong phạm vi nghiên cứu bài, nhóm tác giả rút số kết luận sau: − Kết tính tốn cốt thép dọc cột bê tơng cốt thép tiết diện hình chữ nhật theo Tiêu chuẩn Eurocode tính tốn trực tiếp phần mềm ETABS cho kết gần giống nhau; đó, kết tính cốt thép theo Tiêu chuẩn Eurocode cho kết nhỏ phần mềm ETABS (sai số lên đến 5%) Cụ thể tính tay ta kết 2 diện tính cốt thép 3600 mm (trang 91) nhỏ kết tính máy 3770 mm − Do kết tính thép sử dụng Tiêu chuẩn Eurocode nhỏ so với phần mềm ETABS nên để có độ xác cao nhanh chóng thiết kế với Tiêu chuẩn Eurocode nên sử dụng phần mềm hỗ trợ tính tốn 100 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 6.1 Kết luận Trong xu hội nhập toàn cầu, việc nghiên cứu áp dụng nhiều loại tiêu chuẩn việc thiết kế kết cấu bê tông cốt thép tất yếu Căn quy định Điều 3, Điều Điều “Quy chế áp dụng tiêu chuẩn xây dựng nước hoạt động xây dựng Việt Nam” Bộ Xây dựng ban hành kèm theo định số 09/2005/QĐ-BXD ngày 07/04/2005; Bộ Xây dựng chấp thuận áp dụng tiêu chuẩn nước Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2-2004, Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-2002 chủ đầu tư áp dụng cho dự án Hiểu điều đó, nhóm tác giả định nghiên cứu tính tốn kết cấu bê tơng cốt thép theo Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 22004, đưa cách giải toán thiết kế kết cấu cho dầm cột Từ đó, giúp người đọc, đặc biệt bạn sinh viên có nhìn khái qt Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2-2004 chuẩn bị tốt hành trang để làm sau trường Trong trình nghiên cứu, nhóm tác giả nhận thấy Tiêu chuẩn Eurocode có nhiều ưu điểm: − Đưa tiêu chí phương pháp thiết kế chung nhằm đáp ứng yêu cầu độ bền, ổn định, khả chịu lửa tuổi thọ cơng trình − Đưa cách hiểu thống thiết kế chủ đầu tư, người thiết kế, nhà thầu, nhà quản lý… − Tạo điều kiện thuận lợi cho việc trao đổi dịch vụ xây dựng quốc gia, thương mại sản phẩm xây dựng − Là sở thống cho việc nghiên cứu phát triển công nghiệp xây dựng − Cho phép tạo công cụ hỗ trợ thiết kế phần mềm thiết kế chung − Tăng cường hợp tác chặt chẽ tổ chức, nhân nước hoạt động xây dựng 6.2 Hướng phát triển đề tài Kết nghiên cứu đề tài bước đầu cho việc nghiên cứu sâu Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2-2004 Trong tương lai, đề tài tiếp tục nghiên cứu tính tốn thêm cho cấu kiện kết cấu sàn, khung, móng, …và hồn thiện tính tốn quy đổi thơng số vật liệu cho phù hợp với Tiêu chuẩn TCVN 5574-2018 để áp dụng vào thực tiễn xây dựng Việt Nam 101 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] BRITISH STANDARDS INSTITUTION BS EN 1992–1–1, Eurocode 2: Design of concrete structures General rules and rules for buildings BSI, 2004 [2] BRITISH STANDARDS INSTITUTION BS 8110–1, Structural use of concrete – Part 1, Code of practice for design and construction BSI, 2004 [3] NARAYANAN, R S & BROOKER, O How to design concrete structures using Eurocode 2: Introduction The Concrete Centre, 2005 [4] GOODCHILD, C H Economic concrete frame elements BCA 1997 [5] BRITISH STANDARDS INSTITUTION BS EN 1992–1–2 Eurocode 2: Design of concrete structures General rules – structural fire design BSI, 2004 [6] DEPARTMENT OF COMMUNITIES AND LOCAL GOVERNMENT Handbook to EN 1992–1–2 DCLG, due 2006 [7] GOODCHILD, C H WEBSTER, R M Spreadsheets for concrete design to BS 8110 and Eurocode 2, version The Concrete Centre, 2006 [8] BRITISH STANDARDS INSTITUTION Background paper to the UK National Annex to BS EN 1992–1–1 and BS EN 1992–1–2 BSI, due 2006 [9] MOSS, R M & BROOKER, O How to design concrete structures using Eurocode 2: Beams The Concrete Centre, 2006 [10] CIRIA Report 102: Design of shear wall buildings CIRIA, 1984 [11] THE CONCRETE SOCIETY Technical Report No 62: Self-compacting concrete A review The Society, 2005 [12] Ks Đặng Minh Phương Ths Trương Thị Hồng Thúy Viện, Giới Thiệu Hệ Thống Tiêu Chuẩn Châu Âu Eurocode, KHCN Xây Dựng [13] TS Nguyễn Trung Hòa (dịch), Thiết kế kết câu bê tông bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode EN 1992-1-1, NXB Xây Dựng 102 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com ... thống tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode Tìm hiểu nghiên cứu cách tính tốn dầm bê tơng cốt thép theo Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode − Tìm hiểu nghiên cứu cách tính tốn cột bê tơng cốt thép theo Tiêu chuẩn Châu. .. thống tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode Tìm hiểu nghiên cứu cách tính tốn dầm bê tơng cốt thép theo tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode − Tìm hiểu nghiên cứu cách tính tốn cột bê tơng cốt thép theo tiêu chuẩn Châu. .. lý làm việc bê tông cốt thép, nguyên tắc chung tính tốn cấu tạo cấu kiện bê tông cốt thép, đồng thời sâu vào thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép theo Tiêu chuẩn châu Âu − Tạo điều kiện thuận lợi