Nghiên cứu thiết kế kết cấu dầm bê tông lắp ghép theo tiêu chuẩn châu âu

LỜI CẢM ƠN Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy cô Trường Đại học Thủy lợi; đặc biệt cán bộ, giảng viên; thầy cô Bộ môn Xây dựng dân dụng Công nghiệp, Khoa Công trình, Ban Đào tạo trường Đại học Thủy lợi giúp đỡ tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin cảm ơn sâu sắc đến thầyPGS.TS Nguyễn Anh Dũng,đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả hồn thành luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo đồng nghiệp nơi tác giả công tác quan tâm tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ, giúp đỡ tác giả việc thu thập thơng tin, tài liệu q trình thực luậnvăn Xin cảm ơn gia đình, bạn bè lớp cao học 28XD11 giúp đỡ động viên tác giả q trình học tập nghiên cứu để hoàn thành luận vănnày Do điều kiện thời gian chun mơn cịn hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận dẫn đóng góp ý kiến thầy giáo, cô giáo, nhà khoa học đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả luận văn Bùi Ngọc Sơn LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Bùi Ngọc Sơn MỤC LỤC LỜICẢMƠN i LỜICAMĐOAN ii DANH MỤCHÌNHẢNH .v DANHMỤCBẢNG vii PHẦNMỞĐẦU 1 Lý chọnđềtài Mục đíchnghiêncứu .3 Đối tượng phạm vinghiêncứu Cách tiếp cậnđềtài Phương phápnghiên cứu Dự kiến kết quảđạtđược .3 Kết cấu nội dungluận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ DẦM LẮP GHÉP VÀ TIÊU CHUẨN CHÂU ÂUVỀ THIẾT KẾ KẾT CẤUBÊTÔNG 1.1 Phân loại dầmlắp ghép .5 1.2 Tiêu chuẩn thiết kế châu âu định hướngápdụng 15 1.2.1 Tình hình áp dụng tiêu chuẩn thiết kế kết cấu Việt Nam địnhhướnghộinhập .15 1.2.2 Tổng quan hệ thống tiêu chuẩnChâuÂu 17 1.2.3 Định hướng áp dụng tiêu chuẩn Châu Âu tạiViệtNam 20 1.3 Tình hình áp dụng kết cấu bê tơng lắp ghép tạiViệtNam 21 Kết luậnchương1 .23 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ KẾT CẤU DẦM BTCT LẮP GHÉPTHEO TIÊU CHUẨNCHÂUÂU 24 2.1 Lý thuyết tính tốn dầm bê tơng cốt théplắpghép .24 2.1.1 Sức kháng mômengiớihạn 25 2.1.2 Tính As A’s từ mơ men thiếtkếMEd 28 2.1.3 Sức kháng cắtgiớihạn 29 2.1.4 Tính diện tích thép tổi thiểu, đường kính thép vàkhoảngcách .36 2.1.5 Tính đặc trưng tiết diện tiết diện nứt vàkhôngnứt .39 2.1.6 Thiết kếđếdầm 40 2.2 Lý thuyết tính tốn dầm bê tơng cốt thép bánlắpghép 44 2.2.1 Thiết kế uốn cho dầm bê tông cốt thép bánlắpghép 49 2.2.2 Kiểm tra biến dạng dầm bê tông cốt thép bánlắpghép .51 Kết luậnchương2 57 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ DẦM BÊ TƠNG LẮP GHÉP THEO TIÊUCHUẨNCHÂUÂU 58 3.1 Tính tốn thiết kế dầm bê tông cốt théplắpghép .58 3.2.1 Tính tốn sức kháng mơmen giới hạn sức kháng cắtgiớihạn 58 3.1.2 Tính đặc trưng tiết diện tiết diện nứt vàkhôngnứt .60 3.1.3 Thiết kế đếdầm(Boot) 62 3.2 Tính tốn dầm bê tông cốt thép bánlắpghép .63 Kết luậnchương3 71 KẾT LUẬN VÀKIẾN NGHỊ .72 Kếtluận .72 Kiếnnghị .73 TÀI LIỆUTHAMKHẢO 74 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1.Loạidầm: .8 Hình 1.2 Dầm biên cao tường lửng đỡ sàn chữTghép Hình 1.3 Dầm dạng tưởng lửng biên (dầm cao chữ L) đỡ cấu kiện sàn rỗng: (a) Sửdụng chốt với đầu cột gỡ đỡ; (b) Các lỗ chốt cuối dầm; (c) Sử dụng liên kết tấmhẹp vớimặtcột .11 Hình 1.4 Dầm biên tiết diện chữ L: (a) liên hợp (trái) (b) khơngliênhợp 12 Hình 1.5 Liên kết dầm liên tục nửa cứng (Thí nghiệm Elliot Ferriera Đạihọc Nottingham,VươngquốcAnh) 13 Hình 1.6 Thanh thép chịu kéo cao với f =600N/mm2 15 yk Hình 2.1 (a) Chi tiết thép gia cường cho dầm lắp ghép chữ L; (b) Chi tiết mặt cắt thựccủa dầm biên (Courtesy of Creagh Concrete,Bắc Irelad) .25 Hình 2.2 Phương pháp thiết kế cho sức kháng mômen giới hạn dầm chữ L2 Hình 2.3 Thép (đai) chịu cắt dầm chữ L vàbảnsàn 30 Hình 2.4 Ứng suất cắt tiết diện dầm chữ L: (a) X < hf; (b) X > hf; (c) khiX > hfnhưng ứng suất cắt lớn nằm chân phần phía trêncủadầm .31 Hình 2.5 Thiết kế cắt dầm: (a) Khả chịu cắt cốt đai VRd,s; (b) Khả năngchịu nén thanhgiằngVRd,max 34 Hình 2.6 Thiết kế cốt thép phần đế dầmchữL 42 Hình 2.7 Cốt thép chịu uốn cắt mặt cắt chữ nhật căng ứngsuấttrước 45 Hình 2.8 Dầm bán lắp ghép với khả chịu mơ men âm dọc theo ống ngồi cột4 Hình 2.9 Cốt thép chịu cắt bề mặt tiếp xúc dầm bán lắp ghép: (a) chốt đơn lỗrãnh cấu kiện sàn lõi rỗng (hcu); (b) móc đai lỗ rãnh mặt vát củahcu; (c) móc đai phần đỉnh nửa trêncủasàn 47 Hình 2.10 Làm dốc phần cuối cấu kiện lõi rỗng để tạo chỗ đổ bê tông toàn khốiquanh mối nối chịu cắtchodầm .48 Hình 2.11 Thiết kế trạng thái giới hạn dầm bán lắp ghép (a) giai đoạn bêtơng đổ chỗ cịn ướt, (b) giai đoạn phần đỉnhđãcứng .50 Hình 2.12 Các đặc tính tiết diện giai đoạn biến dạng bê tông bán lắpg h é p (a) Giai đoạn 1: chưa nứt Kul, (b) Giai đoạn 1: nứt Kcrl, (c) Giai đoạn 2: chưa nứtKu2(có phần nứt từ giai đoạn 1), (d) Giai đoạn 2:nứtKcr2, 53 Hình 2.13 Các đặc tính tiết diện giai đoạn biến dạng bê tông bán lắp ghép (e) Mômen biến dạng (cho Mkl> Mcrlvà Mk2> Mcr2) 54 Hình 2.14 Định nghĩa thuật ngữ để kiểm tra biến dạng dầm bánlắpghép 56 Hình 3.1 Dầm BTCT lắp ghép tiết diệnchữL 58 Hình 3.2 (a) Chi tiết thép gia cường cho dầm lắp ghépchữ L .62 Hình 3.3 Chi tiết chovídụ 64 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Danh mục hệ thống tiêu chuẩn xâydựngEurocodes 18 Bảng2.1.Giátrịcủas /bd2tạiphíatrêncủachândầm 32 Bảng 2.2 Giá trịcủa s/bd2 trụctrunghòa .32 Bảng 2.3 Khoảng cách tối đa để kiểm soátvếtnứt .37 PHẦN MỞ ĐẦU Lýdo chọn đềtài Hiện kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) kết cấu sử dụng rộng rãi nước ta Tại Việt Nam, theo thống kê sơ bộ, cơng trình xây dựng từ kết cấu bê tơng cốt thép chiếm 70% tổng số cơng trình xây dựng Kết cấu bê tông cốt thép đượcsử dụng rộng rãinhờ ưu điểm sau: Giá thành thấp: bê tông chế tạo chủ yếu từ vật liệu sẵn có đá, sỏi, cát… Các vật liệu khác xi măng, thép đắt tiền chiếm tỷ trọng khoảng 1/6 đến 1/5 tổng khối lượng; Khả chịu lực lớn: khả chịu lực bê tông cốt thép lớn nhiều so với dạng vật liệu khác gạch, đá, gỗ… Hơn nữa, khác với loại vật liệu xây dựng có nguồn gốc tự nhiên, bê tông cốt thép vật liệu nhân tạo nên thơng qua việc chế tạo lựa chọn tính mong muốn; Độ bền cao: bê tơng loại đá có khả chịu ăn mịn, xâm thực từ mơi trường cao vật liệu thép, gỗ… Chi phí bảo dưỡng thấp hơn; Khả tạo hình khối dễ dàng: trước đơng cứng bê tơng dạng hỗn hợp lỏng dẻo nên có khả tạo hình khối phù hợp yêu cầu kiến trúc nhờ vào hệ thống ván khuôn; Khả chống cháy tốt: ngưỡng 400°C cường độ bê tơng khơng bị suy giảm đáng kể, hệ số dẫn nhiệt bê tông thấp nên giúp bảo vệ cốt thép nhiệt độ cao; Khả hấp thụ lượng tốt: kết cấu làm bê tông cốt thép thường có khối lượng lớn nên có khả hấp thụ lực xung kíchtốt Hiện theo cơng nghệ sản xuất thi công, kết cấu BTCT chia thành BTCT toàn khối truyền thống BTCT lắp ghép Trong BTCT tồn khối sử dụng phổ biến tận dụng nhiều ưu điểm kết cấu BTCT nói chung Tuy nhiên cịn nhiều hạn chế như: Nặng nề: kết cấu xây dựng làm từ bê tơng cốt thép thường có nhịp tương đối nhỏ, chi phí xây dựng móng cao Nhược điểm khắc phục đáng kể việc sử dụng kết cấu bê tông dự ứng lực kết cấu bê tông cường độ cao kết hợp với giải pháp xây dựng hợp lý; Thời gian thi cônglâu:bêtôngcầnthờigianđểđôngcứng,trongthờigiannàychấtlượngbêtông chịu nhiều ảnh hưởng thời tiết, môi trường… Nhược điểm khắc phục cách sử dụng bê tông đúc sẵn lắp ghép bán lắp ghép; Khả tái sử dụng thấp: việc tháo dỡ, vận chuyển tái sử dụng bê tông sau sử dụng tốn tiêu hao nhiều cơng sức; Chi phí cho hệ thống ván khn Thế giới nói chung Việt Nam nói riêng ngày phát triển, nhu cầu xây dựng ngày trọng, tiến độ thực tế phải nhanh hơn, chi phí xây dựng thấp Vì việc nghiên cứu biện pháp vật liệu giúp đẩy nhanh tiến độ xây dựng giảm nhiều chi phí xây lắp Vì lý cấu kiện bê tơng cốt thép lắp ghép phát triển ứng dụng ngày phổbiến Khắc phục nhược điểm tồn BTCT truyền thống.Bê tơng lắp ghép nói chung dầm bê tơng lắp ghép nói riênghiện sử dụng rộng rãi khắp giới Việt Nam đặc biệt cơng trình dân dụng cầu đường Với ưu điểm bật so với BTCT truyền thống sau: Tiêu hao điện cho chế phẩm bê tông cốt thép 1m2 nhà lần so với công nghệ sản xuất bê tông cốt thép nay; Tiêu hao nguyên vật liệu (xi măng, cát, sỏi, đá dăm…) 1,5 lần so với xây dựng liền khối sử dụng panel; Gia tăng 15 – 20% diện tích hữu dụng so với xây gạch; Giảm giá thành kết cấu chịu lực nhà, có tính tới chi phí bồi hồn từ việc gia tăng diện tích; Yêu cầu tay nghề công nhân xây dựng không khắt khe khối lượng công việc không nhiều địa điểm thi cơng dây chuyền cơng nghệ; Ngồi ra, ưu điểm công nghệ xây dựng lắp ghép giúp rút ngắn thời hạn thi công 1,5 lần so với xây gạch xây liền khối; Các kết cấu sản xuất dây chuyền nhà máy, đảm bảo kiểm soát chất lượng; Giảm khối lượng kết cấu chịu lực; Khối lượng kết cấu không lớn, cơng trường thi cơng khơng cần tháp cẩu có sức nâng lớn; Giảm chi phí vận chuyển; Tính đa dạng chi tiết cho phép ứng dụng chúng vào giải pháp kiến trúc thiếtkế Vì việc“Nghiên cứu thiết kế kết cấu dầm bê tông lắp ghép theo tiêu chuẩn châuÂu”là góp phần vào việc phát triển ngành kết cấu BTCT có tính cấp thiết, phù hợp với tình hình phát triển xã hội tương lại đất nước ta nói chung phát triển ngành xây dựng nói riêng