Tính toán dầm bê tông cốt thép đặt cốt kép theo các tiêu chuẩn thiết kế

Cốt thép được đặt vào vùng chịu nén vì các mục đích như sau:+ Tăng khả năng chịu lực của cấu kiện trong trường hợp tiết diện dầm bị hạn chế do yêu cầu kiến trúc.+ Giảm co ngót và từ biến của bê tông trong dầm và tăng tính dẻo của bê tông vùng chịu nén. Dầm có bố trí cốt thép ở vùng chịu nén có thể chuyển từ phá hoại dòn sang phá hoại dẻo.Ngoài ra hiện nay có nhiều công trình nước ngoài đầu tư vào Việt Nam, việc tính toán thiết kế sử dụng các tiêu chuẩn khác nhau. Thông qua đề tài này sẽ đánh giá được phần nào sự khác nhau về cách tính toán và ảnh hưởng khác nhau của cốt thép của vùng chịu nén trong dầm giữa các tiêu chuẩn khác nhau giúp cho các nhà tư vấn thiết kế lưu ý khi sử dụng các tiêu chuẩn của các nước khi tính toán và kiểm tra

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG VÕ CÔNG TRỨ TÍNH TOÁN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐẶT CỐT KÉP THEO CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ Chuyên ngành:Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 60.58.20 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2013 Công trình được hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học : TS. TRƯƠNG HOÀI CHÍNH Phản biện 1: GS. TS. PHAN QUANG MINH Phản biện 2: TS. TRẦN QUANG HƯNG Lu ậ n v ă n đ ã đượ c b ả o v ệ t ạ i H ộ i đồ ng ch ấ m Lu ậ n văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 27 tháng 9 năm 2013. Có thể tìm hiểu luận văn tại: Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng Thư viện trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng 1 MỞ ĐẦU 1. Tên đề tài Tính toán dầm bê tông cốt thép đặt cốt kép theo các tiêu chuẩn thiết kế. 2. Lý do chọn đề tài Cốt thép được đặt vào vùng chịu nén với các lý do sau: + Nhằm mục đích tăng khả năng chịu lực của cấu kiện trong điều kiện tiết diện dầm bị hạn chế do yêu cầu kiến trúc. + Giảm co ngót và từ biến của bê tông trong dầm và tăng tính dẻo của bê tông vùng chịu nén. Dầm có bố trí cốt thép ở vùng chịu nén có thể chuyển từ phá hoại dòn sang phá hoại dẻo. Ngoài ra hiện nay, có nhiều công trình nước ngoài đầu tư vào Việt Nam, việc thiết kế tính toán sử dụng các tiêu chuẩn khác nhau. Thông qua đề tài này sẽ đánh giá được phần nào sự khác nhau về cách tính toán và ảnh hưởng của cốt thép ở vùng chịu nén trong dầm giữa các tiêu chuẩn và giúp cho các nhà tư vấn thiết kế lưu ý khi sử dụng tiêu chuẩn của các nước để tính toán và kiểm tra. 3. Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu tính toán đặt cốt kép trong dầm bê tông cốt thép theo các tiêu chuẩn và rút ra kết luận. - Để ứng dụng trong công tác thiết kế tính toán kết cấu. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu dầm bê tông cốt thép chịu uốn đặt cốt kép theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012; Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 1992-1-1 và Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-2002, rút ra kết luận về ảnh hưởng của cốt kép và sự khác nhau giữa các tiêu chuẩn. • Bố cục luận văn: Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung luận văn 2 được trình bày gồm có 3 chương: - Chương 1: Tổng quan về hệ kết cấu dầm sàn bê tông cốt thép. - Chương 2: Tính toán dầm bê tông cốt thép đặt cốt kép theo các tiêu chuẩn thiết kế. - Chương 3: Ví dụ tính toán. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ KẾT CẤU DẦM SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1. CÁC HỆ KẾT CẤU SÀN SỬ DỤNG TRONG CÔNG TRÌNH 1.1.1. Sàn có dầm (sàn sườn) a. Sàn sườn toàn khối có bản dầm (sàn làm việc một phương) b. Sàn sườn toàn khối có bản kê bốn cạnh (sàn làm việc hai phương) c. Sàn dày sườn (sàn ô cờ) d. Sàn nhiều sườn e. Sàn Panen (lắp ghép) 1.1.2. Sàn phẳng 1.1.3. Sàn phẳng có dầm bẹt 1.2. ỨNG DỤNG CỦA HỆ SÀN CÓ DẦM TRONG NHÀ CAO TẦNG Ở ĐÀ NẴNG • Công trình Indochina Riverside Tower • Trung tâm công nghệ phần mềm Đà Nẵng • Khối căn hộ - Khu thương mại Vĩnh Trung Plaza • Khối nhà chính – Green Plaza Hotel • Novotel Hotel 3 1.3. NHẬN XÉT Qua các nội dung đã nghiên cứu ở Chương 1, có thể rút ra một số nhận xét như sau: - Trong thực tế, giải pháp kết cấu cho nhà cao tầng bê tông cốt thép luôn đặt ra các yêu cầu thoả mãn đồng thời về khả năng chịu lực của kết cấu cũng như đáp ứng tối đa yêu cầu về công năng và hiệu quả kinh tế của công trình. Do đó tiết diện dầm phải được thiết kế hợp lý và đảm bảo khả năng chịu lực. - Với kết cấu nhịp lớn, dùng hệ sàn có dầm bẹt. Để đảm bảo khả năng chịu lực, dầm bẹt được đặt cốt kép. Ngoài dầm bẹt, dầm có tiết diện thanh mảnh cũng thường được đặt cốt kép. CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐẶT CỐT KÉP THEO CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ 2.1. TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5574:2012 Trong khi tính toán cốt thép đơn, nếu α m = M/R b .b.h 2 o > α R thì có thể đặt cốt thép A ’ s vào vùng bêtông chịu nén 2.1.1. Sơ đồ ứng suất 2.1.2. Các công thức cơ bản để tính cốt thép R s .A s = R b .b.x + R sc .A’ s (2.1.1) M gh = R b .b.x .(h o – x/2) +R sc .A’ s .(h o – a’) (2.1.2) Điều kiện cường độ sẽ như sau: M ≤ R b .b.x .(h o –x/2) +R sc .A’ s .(h o – a’) (2.1.3) R s .A s = ξ.R b .b.h o + R sc .A’ s (2.1.4) M ≤ α m .R b . b.h 2 o +R sc .A’ s .(h o – a’) (2.1.5) 2.1.3. Điều kiện hạn chế x ≤ ξ R .h o hoặc ξ ≤ ξ R hoặc α m ≤ α R (2.1.6) x ≥ 2a’ (2.1.7) 4 2.1.4. Ảnh hưởng của cốt kép đến độ cứng cấu kiện a. Ảnh hưởng đến khả năng chống nứt của dầm serbtbo sosobo crc RS xh III M , ' )(2       + − ++ = αα (2.1.8) b. Ảnh hưởng đến độ võng của dầm trong trường hợp có khe nứt trong vùng kéo , 1 s b o s s b b r e d M r h z E A vE A ψ ψ   = +       (2.1.12) ' , b re d b s n A A A v = + (2.1.15) Độ cong của cấu kiện: 321 1111       +       −       = rrrr (2.1.16) Trong đó: 1 1       r - độ cong do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng; 2 1       r - độ cong do tác dụng ngắn hạn của tải trọng dài hạn; 3 1       r - độ cong do tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn. Biết được độ cong của dầm có thể tính độ võng của cấu kiện. 2.2. TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU EUROCODE 1992-1-1 Trong khi tính toán cốt thép đơn, nếu K > K bal = 0,167 thì có thể đặt cốt thép A ’ s vào vùng bêtông chịu nén. 2.2.1. Sơ đồ ứng suất 2.2.2. Các công thức cơ bản để tính cốt thép f yd A s = 0,567f ck bs + f sc A’ s (2.2.6) M ≤ M Rd = 0,567f ck z + f sc A’ s (d - a’) (2.2.7) 5 2.2.3. Điều kiện hạn chế x ≤ 0,45d (2.2.8) a’/x ≤ 0,38 (2.2.9) 2.2.4. Ảnh hưởng của cốt kép đến độ cứng cấu kiện a. Ảnh hưởng đến khả năng chống nứt của dầm 2 6 cr c tm b h M f= (2.2.10) b. Ảnh hưởng đến độ võng của dầm trong trường hợp có khe nứt trong vùng kéo Độ cong của dầm tương ứng với tiết diện không bị nứt: , 1 u c c e ff u c M r E I   =     (2.2.11) 3 2 ' 2 ( ) ( ') 3 u c e s e s b h I A d x A x a α α = + − + − (2.2.12) Độ cong của dầm với tiết diện bị nứt: creffc cr IE M r , 1 =       (2.2.13) 3 2 ' 2 ( ) ( ') 3 cr e s e s b x I a A d x a A x a = + − + − (2.2.14) Độ cong trung bình của cấu kiện: 1 1 1 (1 ) cr u c r r r ζ ζ     = + −         (2.2.17) 1 cs e cs S r I ε α = (2.2.19) Độ cong trung bình của cấu kiện do co ngót là: 1 1 1 (1 ) cs cs cs cr u c r r r ζ ζ       = + −             (2.2.20) Độ cong của cấu kiện: csb rrr 111 += (2.2.21) 6 Độ võng lớn nhất của dầm: b r Lk 1 . 2 =∆ (2.2.22) Khi có cốt kép thì mômen quán tính của tiết diện tăng, do đó độ võng của dầm sẽ giảm. 2.3. TIÊU CHUẨN MỸ ACI 318-2002 2.3.1. Sơ đồ ứng suất 2.3.2. Các công thức cơ bản để tính cốt thép 0,85f’ c ab + A’ s f y = A s f y (2.3.1) ' ' 0, 8 5 s y s y c A f A f a f b − = (2.3.2) C s = A’ s (f y – 0,85f’ c ) (2.3.3) 0,85f’ c ab + A’ s (f y – 0,85f’ c ) = A s f y (2.3.4) M n = 0,85f’ c ab(d – a/2) + A’ s f y (d - d’) (2.3.5) - Nếu cốt thép chảy dẻo, áp dụng giá trị cường độ f y để tính toán trong các công thức (2.3.3) và (2.3.5). - Nếu thép không chảy dẻo: M n = 0,85f’ c ab(d – a/2) + A’ s (f s – 0,85f’ c )(d - d’) (2.3.11) 2.3.3. Điều kiện hạn chế 1 0 , 0 0 3 0 , 0 0 3 y s s f d ad c c a E β ε −− = = ≥ (2.3.12) ' ' ' 1 0 , 0 03 0, 0 03 y s s f a d c d c a E β ε − − = = ≥ (2.3.13) 2.3.4. Ảnh hưởng của cốt kép đến độ cứng cấu kiện a. Ảnh hưởng đến khả năng chống nứt của dầm g r c r t I f M y = (2.3.14) 7 b. Ảnh hưởng đến độ võng của dầm trong trường hợp có khe nứt trong vùng kéo 2 m ax n c e M l k E I ∆ = (2.3.15) ( ) 3 cr e c r g cr a M I I I I M   = + −     (2.3.16) 3 2 ' 2 ( ) ( 1) ( ') 3 cr s s bc I nA d c n A c d = + − + − − (2.3.17) Tổng độ võng theo thời gian sẽ là: ∆ LT = ∆ L + λ ∞ ∆ D + λ i ∆ LS (2.3.19) Trong đó: ∆ L – độ võng ban đầu do hoạt tải gây ra trên cấu kiện; ∆ D – độ võng ban đầu do tĩnh tải gây ra trên cấu kiện; ∆ LS – độ võng ban đầu do hoạt tải tác dụng thực tế gây ra (một phần của ∆ L xác định theo tải trọng thực tế này); Khi có xét đến cốt kép trong dầm thì giá trị I cr sẽ tăng, do đó độ võng của dầm sẽ giảm. 2.4. NHẬN XÉT Thông qua các nội dung nghiên cứu ở Chương 2, có thể rút ra những nhận xét sau đây: - Khi xét đến cốt thép đặt trong vùng nén của dầm độ cứng chống uốn của dầm được tăng lên và độ võng của dầm sẽ giảm. - Khi diện tích cốt thép chịu nén lớn thì ứng suất tập trung tại vùng nén lớn do đó khi cường độ bê tông không đảm bảo thì dẫn đến phá hoại của vùng nén. 8 CHƯƠNG 3 VÍ DỤ TÍNH TOÁN 3.1. VÍ DỤ 1 Xét dầm đơn giản chịu tải trọng phân bố đều với các số liệu như sau: nhịp l = 10 m; b = 80 cm; h = 50 cm; Tĩnh tải tiêu chuẩn g c = 46 kN/m, hoạt tải tiêu chuẩn p c = 59 kN/m. Cấp bền của bê tông là B30, nhóm cốt thép AIII. Xác định diện tích cốt thép của dầm. 10000 (800x500) p c =59 (kN/m) g c =46 (kN/m) Hình 3.1. Sơ đồ tải trọng của ví dụ 1 3.1.1. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012: R b = 17 MPa; R sc = R s = 365 MPa. Tĩnh tải tính toán: g tt = n.g c = 1,3x46 = 59,8 kN/m; Hoạt tải tính toán: p tt = n.p c = 1,2x59 = 70,8 kN/m; Tổng tải trọng tính toán: q tt = g tt + p tt = 130,6 kN/m. 2 2 130, 6 10 1632, 5( . ) 8 8 tt q l M kN m × = = = Giả thiết a = 7 cm, tính được h o = 50 – 7 = 43 cm. , 0,85 0,008 17 0,541 365 0,85 0,008 17 1 1 1 1 1,1 400 1,1 R s sc u R ω ξ ω σ − × = = = − ×     + − + −         α R = ξ R (1 – 0,5ξ R ) = 0,541(1 – 0,541 x 0,5) = 0,395 6 2 2 1632, 5 10 0, 649 0, 395 17 800 430 m R b o M R bh α α × = = = > = × × Do đó phải đặt cốt thép kép Giả thiết a’ = 5 cm. Tính A’ s : [...]... ngh Nên xem xét gi i pháp tăng trí c t thép trong vùng nén 3 Hư ng phát tri n c a ng th i b r ng c a d m và b t hi u qu kinh t cao hơn tài Nghiên c u v cách tính toán d m b t bê tông c t thép kép theo Tiêu chu n Vi t Nam TCVN 5574:2012 tc t 24 DANH M C TÀI LI U THAM KH O Ti ng Vi t [1] Nguy n ình C ng (2009), Tính toán th c hành c u ki n bê tông c t thép theo Tiêu chu n TCXDVN 356-2005, Nhà xu t b... (cm ) 2 Di n tích thép 19 th th hi n nh hư ng c a c t thép ch u nén n 20 3.3 NH N XÉT TÍNH TOÁN THEO CÁC TIÊU CHU N 3.3.1 Quy trình tính toán a Tiêu chu n Vi t Nam TCVN 5574:2012 - Kh ng ch chi u cao c a vùng bê tông ch u nén h t kh năng ch u nén c a bê tông và t n d ng cho ng su t c t thép ch u nén t t i tr s Rsc: x ≤ ξR.ho ho c ξ ≤ ξR ho c αm ≤ αR =0,5 và x ≥ 2a’ - Di n tích c t thép ch u kéo l n... t thép thi t k theo Tiêu chu n Châu Âu, Nhà xu t b n Khoa h c k thu t, Hà N i [5] Tiêu chu n Vi t Nam TCXDVN 356-2005 (2005), Nhà xu t b n Xây d ng, Hà N i [6] Tiêu chu n Vi t Nam TCVN 5574-2012: K t c u bê tông và bê tông c t thép – Tiêu chu n thi t k [7] Tr n M nh Tuân (2009), Tính toán k t c u bê tông c t thép theo tiêu chu n ACI 318-2002, Nhà xu t b n Xây d ng, Hà N i Ti ng Anh [8] EN 1992 Eurocode... [2] Nguy n Trung Hoà (2006), Tiêu chu n Châu Âu Eurocode EN 1992-1-1 - Thi t k k t c u bê tông và bê tông c t thép, Nhà xu t b n Xây d ng, Hà N i [3] Phan Quang Minh, Ngô Th Phong, Nguy n ình C ng (2008), K t c u bê tông c t thép – Ph n c u ki n cơ b n, Nhà xu t b n Khoa h c k thu t, Hà N i [4] Phan Quang Minh, Ngô Th Phong (2010), K t c u bê tông c t thép thi t k theo Tiêu chu n Châu Âu, Nhà xu t... t thép ch u nén Do ó khi t ng di n tích c t thép l n, vi c b trí c t thép vùng kéo g p khó khăn th a mãn các i u ki n v c u t o và thi công - Khi công trình òi h i ph i thi t k kháng ch n A’s > 50%As thì vi c tính toán b trí c t thép không kinh t b Tiêu chu n Châu Âu Eurocode 1992-1-1 - Kh ng ch chi u cao c a vùng bê tông ch u nén h t kh năng ch u nén c a bê tông và nén t n d ng cho ng su t c t thép. .. h n tính toán - Di n tích c t thép ch u kéo và di n tích c t thép ch u nén chênh l ch nhau không vư t quá 2 l n Do ó khi t ng di n tích c t 21 thép l n, vi c b trí c t thép d dàng, th a mãn các i u ki n v c u t o và thi công - Khi công trình òi h i ph i thi t k kháng ch n A’s > 50%As thì vi c tính toán b trí c t thép s kinh t 3.3.2 nh hư ng c a c t thép ch u l c trong vùng nén n võng c a d m a Tiêu. .. tích c t thép ch u kéo và di n tích c t thép ch u nén chênh l ch nhau không vư t quá 2 l n Do ó khi t ng di n tích c t thép l n, vi c b trí c t thép d dàng, th a mãn các i u ki n v c u t o và thi công - Khi công trình òi h i ph i thi t k kháng ch n A’s > 50%As thì vi c tính toán b trí c t thép s kinh t c Tiêu chu n M ACI 318-2002 - Xem xét i u ki n c t thép vùng nén ch y d o theo hàm lư ng thép và... t thép ch u nén n võng không áng k Khi tăng di n tích c t thép ch u nén lên b ng 50% di n tích c t thép ch u kéo thì võng c a d m gi m 15% 3.3.3 Nh n xét Thông qua các ví d tính toán Chương 3, có th rút ra nh ng nh n xét sau ây: - V di n tích c t thép ch u nén: Theo Tiêu chu n TCVN 5574:2012 có giá tr nh nh t trong ba Tiêu chu n (TCVN 5574:2012; Eurocode 1992-1-1 và ACI 318-2002) Tuy nhiên n u tính. .. t thép ch u kéo thì võng c a d m gi m 27% b Tiêu chu n Châu Âu Eurocode 1992-1-1 - Khi tính toán mômen kháng n t c a d m ch d a trên giá tr cư ng ch u kéo c a bê tông fctm và không xét - nh hư ng c a c t thép ch u nén xác nh d a trên n n c t thép võng c a d m ư c võng trung bình do t i tr ng và võng trung bình do co ngót - nh hư ng c a c t thép ch u nén n võng không áng k Khi tăng di n tích c t thép. .. tính t ng di n tích c t thép ch u l c vùng kéo và nén thì giá tr x p x g n b ng nhau - V kh năng ch ng n t c a d m: Ch có Tiêu chu n TCVN 5574:2012 khi tính toán có xét -V n di n tích c t thép ch u nén võng c a d m: Vi c b trí c t thép ch u nén làm tăng c ng ch ng u n c a d m, do ó làm gi m võng, tuy nhiên hi u qu là không quá l n so v i lư ng thép ch u nén ph i b trí - Trong các ví d chưa c p n kh . Việt Nam TCVN 5574:2012 R b,ser = 22 MPa; R bt,ser = 1,8 MPa; E b = 32,5 x 10 3 MPa; E a = 20 x 10 4 MPa. R sc = R s = 330 MPa. 2 2 ( ) (50 60) 10 1375( . ) 8 8 tc tc g p l M. đặt cốt kép. CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐẶT CỐT KÉP THEO CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ 2.1. TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5574:2012 Trong khi tính toán cốt thép đơn, nếu α m = M/R b .b.h 2 o . theo các tiêu chuẩn và rút ra kết luận. - Để ứng dụng trong công tác thiết kế tính toán kết cấu. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu dầm bê tông cốt thép chịu uốn đặt cốt kép theo