Xây dựng chương trình tính toán cốt thép cột tròn, cột vòng khuyên bằng matlab báo cáo nghiên cứu khoa học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH  BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN CỐT THÉP CỘT TRỊN,CỘT VỊNG KHUYÊN BẰNG MATLAB Đồng Nai, tháng năm 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH  BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN CỐT THÉP CỘT TRỊN,CỘT VỊNG KHUN BẰNG MATLAB Đồng Nai, tháng năm 2023 LỜI CẢM ƠN! Hiện phần mềm tính thép cho kết cấu BTCT có nhiều thị trường phải sử dụng theo tiêu chuẩn nước ngoài,khi dùng phần mềm sẻ phí cao Với mong muốn có phần mềm tính thép sử dụng dễ dàng, thuận tiện sử dụng theo tiêu chuẩn Việt Nam, nhóm tác giả ứng dụng ngôn ngữ Matlab việc xây dựng phần mềm tính thép Để có chương trình tính tốn cốt thép cột trịn, cột vịng khun ngày hơm nay, nhóm tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô khoa kỹ thuật cơng trình, tận tình dạy tạo điều kiện giúp đỡ chúng em suốt năm học Đặc biệt nhóm tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy TS ln tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡ động viên nhóm em suốt q trình nghiên cứu hồn thành đề tài nghiên cứu Mặc dù cố gắng nhiều, luận không tránh khỏi thiếu sót, nhóm tác giả mong nhận thơng cảm, dẫn, đóng góp ý kiến thầy cô bạn sinh viên khoa kỹ thuật cơng trình trường đại học Lạc Hồng Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài Mục tiêu nghiên cứu .2 Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Bố cục đề tài .2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CỘT CĨ TIẾT DIỆN TRỊN VÀ VỊNG KHUYÊN 1.1 đại cương cột có tiết diện trịn vịng khun 1.1.1 Hình dạng cấu tạo 1.1.2 Giả thiết cốt thép 1.1.3 Điều kiện tính tốn ,cơng thức .7 1.1.3.1 Nội lực tính tốn .7 1.1.3.2 Điều kiện độ bền 1.1.3.3 Nội lực cốt thép .7 1.1.3.4 Các trường hợp tính tốn CHƯƠNG 2:XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH CỘT TIẾT DIỆN TRỊN .10 2.1 Tính tốn tiết diện trịn 10 2.1.1 Nội lực bê tông vùng nén 10 2.1.2 Công thức .11 2.1.3 Bài toán kiểm tra khả chịu lực 11 2.1.4 Tính tốn cốt thép .12 2.1.5 Đánh giá xử lí kết 13 3.1 Nghiên cứu xây dựng mặt biểu đồ tương tác tiết diện tròn theo tiêu chuẩn việt nam TCXDVN 5574:2018 14 Biểu đồ tương tác .14 3.1.1 3.1.1.1 Lập họ biểu đồ 14 3.1.1.2 Cách dùng biểu đồ 16 3.1.2 Viết chương trình để xây dựng mặt biểu đồ tương tác .16 3.1.3 Hướng dẫn sử dụng phần mềm 18 3.1.4 Ứng dụng tiết diện tròn 23 CHƯƠNG 3:XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH CỘT TIẾT DIỆN VỊNG KHUN 25 4.1 tiết diện vòng khuyên .25 4.1.1 Số liệu tiết diện 25 4.1.2 Điều kiện giả thiết .26 4.1.3 Công thức .27 4.1.4 Kiểm tra khả chịu lực 27 4.1.5 Tính toán cốt thép .28 5.1 nghiên cứu xây dựng mặt biểu đồ tương tác tiết diện vòng khuyên theo TCXDVN 5574:2018 28 5.1.1 Biểu đồ tương tác .28 5.1.2 Viết chương trình để xây dựng mặt biểu đồ tương tác .31 5.1.3 Hướng dẫn sử dụng phần mềm 32 5.1.4 Bố trí cốt thép vịng khun “ lớp ”có kích thước tiết diện cột thông số 37 5.1.5 Ứng dụng tiết diện vòng khuyên 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44 KẾT LUẬN .44 KIẾN NGHỊ 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT  “TCXDVN 5574 - 2018” : Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 5574 – 2018  BTCT : Bê tơng cốt thép DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Tiết diện tròn .3 Hình 1.2 Tiết diện vòng khuyên Hình 1.3 Sơ đồ tính tốn tiết diện Hình 1.4 Sơ đồ ứng suất tính tốn Hình 1.5 Sơ đồ nội lực cốt thép Hình 1.6 Sơ đồ tính nội lực bê tơng 10 Hình 1.7 thí dụ họ biểu đồ tương tác tiết diện trịn .15 Hình 1.8 Kiến trúc cột trụ tròn trường học EB 2/3 Taipas School Bồ Đào Nha .23 Hình 1.9 Khu phức hợp City Park West Vương Quốc Anh .23 Hình 1.10 sở trường đại học Lạc Hồng, Tp Biên Hòa , Tỉnh Đồng Nai 24 Hình 1.11 sơ đồ tính tốn tiết diện vịng khun .26 Hình 1.12 Biểu đồ tương tác tiết diện vòng khuyên với βa = 0,9 30 Hình 1.13 Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn nhà máy .42 Hình 1.14 cơng trình ép cọc bê tông .42 Hình 1.15 Cọc bê tơng vịng khun đan thép để làm chi tiết móng .43 Hình 1.16 Bố trí cốt thép cột vành khuyên 43 PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Thực tế tính tốn thiết kế phần lớn tính theo lệch tâm phẳng, điều dẫn đến sai lệch thiết kế Do đó, đưa đến yêu cầu cần phải có mơt chương trình mang tính ứng dụng cao với mức độ xác đảm bảo phù hợp với tiêu chuẩn TCXDVN 5574:2018 Và nhóm tác giả nhận thấy cần phải cho đời phần mềm tính thép sử dụng miễn phí với tính dễ sử dụng áp dụng theo tiêu chuẩn Việt Nam Việc xây dựng chương trình máy tính để vẽ đường cong tương tác để kiểm tra khả chịu lực cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm theo TCXDVN 5574:2018 giúp người sử dụng hồn thành tốt cơng việc cách xác nhanh chóng Và lý hình thành nên đề tài: “ Xây dựng chương trình tính tốn cốt thép Matlab” phần đề tài: “Xây dựng phần mềm tính tốn cốt thép Matlab” mà nhóm tác giả thực Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài Hiện giới có nhiều phần mềm tính thép Sap2000, Etabs phần mềm nước lập trình dựa theo tiêu chuẩn thiết kế nước phương Tây, nhóm tác giả nghiên cứu phần mềm Matlab ứng dụng phần mềm Matlab vào việc xây dựng phần mềm tính thép theo tiêu chuẩn Việt Nam MatLab phần mềm chuyên dụng chạy môi trường Windows hãng MathWork sản xuất cung cấp Có thể coi MatLab ngơn ngữ tính tốn, kỹ thuật Nó tích hợp cơng cụ mạnh phục vụ tính tốn, lập trình, thiết kế, mô phỏng,… môi trường dễ sử dụng tốn lời giải biểu diễn theo ký hiệu toán học quen thuộc Trong mơi trường đại học, cơng cụ chuẩn cho khoá học mở đầu cao cấp tốn học, khoa học kỹ thuật.Trong cơng nghiệp, cơng cụ lựa chọn cho việc phân tích, phát nghiên cứu hiệu suất cao Mục tiêu nghiên cứu  Tạo cơng cụ tính thép cột 2D 3D sử dụng ngơn ngữ lập trình Matlab  Cung cấp cho đội ngũ kỹ sư chuyên môn công cụ hỗ trợ, giúp đẩy nhanh xác hóa q trình tính toán thép  Hỗ trợ sinh viên trình học tập thực đồ án chuyên ngành có liên quan Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu  Chương trình xây dựng tính tốn cốt thép cột trịn, vịng khun  Tỉnh Đồng Nai Phương pháp nghiên cứu  Lý thuyết tính tốn cấu kiện bê tơng cốt thép  Ngôn ngữ Matlab  Sử dụng tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông bê tông cốt thép “ TCXDVN 5574:2018” Bố cục đề tài Chương 1: Tổng quan cột có tiết diện trịn vịng khun Chương 2: Xây dựng chương trình tiết diện trịn Chương 3: Xây dựng chương trình tiết diện vịng khuyên CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CỘT CÓ TIẾT DIỆN TRÒN VÀ VÒNG KHUYÊN 1.1 đại cương cột có tiết diện trịn vịng khun 1.1.1 Hình dạng cấu tạo Cột có tiết diện trịn thường dùng nhà dân dụng công cộng theo yêu cầu kiến trúc tiết diện tròn phần lớn vật liệu tập trung gần trục trung hoà Tuy tiết diện trịn có ưu điểm đối xứng với trục qua trọng tâm, độ mảnh theo phương tính tốn khơng cần phân biệt nén lệch tâm phẳng nén lệch tâm xiên Cột tiết diện tròn đặt cốt thép theo chu vi thường có số lượng từ trở lên Tuy với cột có đường kính bé (dưới 25cm) chí cần đặt thanh (nếu đặt theo cấu tạo) Hình 1.1 Tiết diện trịn Nguồn: Gs Ts Nguyễn Đình Cống (2008),tính tốn tiết diện cột bê tơng cốt thép, Nhà xuất Xây dựng Cột có tiết diện vịng khun thường cột lắp ghép chế tạo sẵn phương pháp li tâm Cũng gặp cột đổ chỗ số cơng trình cơng cộng, đình chùa, cột đỡ bầu tháp nước, ống khói… 31 5.1.2 Viết chương trình để xây dựng mặt biểu đồ tương tác 32 5.1.3 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Chọn chương trình tính cột 2D Khởi động chương trình: xuất giao diện 2D 33 Gán liệu vào đầu toán 34 Sau gán liệu xong, click chuột vào “ tính cốt thép” xuất kết diện tích thép (As), click chọn “ đường kính thép” “số lượng thép” (thanh) sẻ tự động tính bố trí theo phương:phương x phương y 35 Click vào “ bố trí cốt thép” xuất mặt cắt ngang tiết diện bố trí thép 36 Click chọn vào “ biểu đồ tương tác” Biểu đồ tương tác không thứ nguyên thể mối quan hệ lực dọc mômen đánh giá khả chịu lực tiết diện, lực dọc thay đổi khả chịu mô men thay đổi ngược lại.Với tiết diện cốt thép biết trên, biểu đồ tương tác thể tồn khả chịu lực ứng với giá trị moment lực dọc.Nằm vùng làm việc cốt thép đảm bảo đủ điều kiện an toàn cho cột Nếu nằm vùng làm việc cốt thép phải: + tăng tiết diện cột lên + tăng đường kính cốt thép + tăng mác bê tơng lên 37 5.1.4 Bố trí cốt thép vịng khun “ lớp ”có kích thước tiết diện cột thông số Chọn chương trình tính cột 2D Khởi động chương trình: xuất giao diện 2D 38 Gán liệu vào đầu toán 39 Sau gán liệu xong, click chuột vào “ tính cốt thép” xuất kết diện tích thép (As), click chọn “ đường kính thép” “số lượng thép” (thanh) sẻ tự động tính bố trí theo phương:phương x phương y 40 Click vào “ bố trí cốt thép” xuất mặt cắt ngang tiết diện bố trí thép 41 Click chọn vào “ biểu đồ tương tác” Biểu đồ tương tác không thứ nguyên thể mối quan hệ lực dọc mômen đánh giá khả chịu lực tiết diện, lực dọc thay đổi khả chịu mô men thay đổi ngược lại.Với tiết diện cốt thép biết trên, biểu đồ tương tác thể tồn khả chịu lực ứng với giá trị moment lực dọc.Nằm vùng làm việc cốt thép đảm bảo đủ điều kiện an toàn cho cột Nếu nằm vùng làm việc cốt thép phải: + tăng tiết diện cột lên + tăng đường kính cốt thép + tăng mác bê tông lên 42 5.1.5 Ứng dụng tiết diện vòng khuyên Hầu hết tất tỉnh thành khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long vùng đầm lầy trầm tích tam giác châu mới, đất sét yếu chiếm phần lớn lãnh thổ.Ép cọc bê tông xây nhà phương pháp xây dựng mang đến nhiều tác dụng: Gia cố đất yếu, chống sụt lún cho cơng trình xây dựng Chịu tải trọng cơng trình truyền xuống, gia tăng khả chịu lực Gia cố móng bê tơng, giúp cơng trình bền vững theo thời gian Hình 1.13 Cọc bê tơng cốt thép đúc sẵn nhà máy Hình 1.14 cơng trình ép cọc bê tơng 43 Hình 1.15 Cọc bê tơng vịng khun đan thép để làm chi tiết móng Hình 1.16 Bố trí cốt thép cột vành khuyên 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Qua nghiên cứu thử nghiệm, nhóm tác giả nhận thấy rằng:  Chương trình vẽ đường cong cắt ngang mặt biểu đồ tương tác theo N,M cho kết nhanh thuận lợi cho việc kiểm tra khả chịu nén lệch tâm tiết diện bố trí cốt thép cho trước  Việc áp dụng chương trình vẽ đường cong cắt ngang mặt biểu đồ tương tác mang lại nhiều ứng dụng việc kiểm tra thiết kế tính tốn thiết kế cấu kiện cột bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm KIẾN NGHỊ  Hướng nghiên cứu nhóm viết chương trình tính tốn cho tiết diện chữ T, chữ I,vách cứng….,hiện nhóm viết chương trình tính tốn tiết diện trịn, tiết diện vịng khuyên …  Nhóm tác giả kiến nghị nhà trường tạo điều kiện để nhóm giới thiệu sản phẩm đến đơn vị để phát triển sản phẩm 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS TS Nguyễn Đình Cống (2008),tính tốn tiết diện cột bê tông cốt thép, Nhà xuất Xây dựng [2] Nguyễn Phùng Quang, Matlab Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [3] Võ Bá Tầm (2009), Kết cấu bê tông cốt thép – Cấu kiện (tập 1), Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh [4] TS Hồ Văn Sung, Thực hành xử lý số tín hiệu máy tính PC với Matlap, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [5] PGS TS Bùi Quốc Bảo TCXDVN 5574-2018 : Thiết kế kết cấu bê tông bê tông cốt thép, Nhà xuất Xây dựng