Dầm chuyển và ứng dụng dầm chuyển trong xây dựng

LVTS24 Dầm chuyển và ứng dụng dầm chuyển trong xây dựng Đăng ngày 22072011 12:16:00 PM 1014 Lượt xem 2133 lượt tải Giá : 0 VND Dầm chuyển và ứng dụng dầm chuyển trong xây dựng Hãng sản xuất : Unknown LVTS24 Dầm chuyển và ứng dụng dầm chuyển trong xây dựng Đăng ngày 22072011 12:16:00 PM 1014 Lượt xem 2133 lượt tải Giá : 0 VND Dầm chuyển và ứng dụng dầm chuyển trong xây dựng Hãng sản xuất : Unknown

LờI CảM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Đại Minh đã tận tình giúp đỡ,hớng dẫn, chỉ bảo và đa ra nhiều ý kiến quý báu cũng nh tạo điều kiện thuậnlợi cho tác giả trong quá trình hoàn thành luận văn

Xin chân thành cảm ơn tập thể và ban Giám đốc Công ty MADI, cũng nhgia đình và bạn bè đã động viên và giúp đỡ tác giả trong thời gian học cao học

và trong quá trình hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Với thời gian nghiên cứu cũng nh năng lực của bản thân còn nhiều hạnchế, luận văn chắc không tránh khỏi những thiếu sót, tồn tại Tác giả mongmuốn nhận đợc nhiều ý kiến đóng góp quý báu từ phía các nhà khoa học, cácthầy cô giáo và bạn bè đồng nghiệp để luận văn đợc hoàn thiện hơn

Hà nội, tháng 02 năm 2011

Nguyễn Nhật Tâm

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan công trình khoa học này là của riêng tôi, do tôi trực tiếplàm dới sự hớng dẫn tận tình của TS Nguyễn Đại Minh

Các số liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực cha từng

đợc ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác

Môc lôc

PHÇN Më ®Çu 1 Ch¬ng 1 Tæng quan vÒ dÇm chuyÓn vµ ¸p dônG dÇm chuyÓn trong x©y dùng 2 Ch¬ng 2 20 NGHI£N CøU KH¶ N¡NG CHÞU LùC Vµ Sù øng xö cña dÇm chuyÓn (DÇM CAO) 20 Ch¬ng 3 40

VÝ Dô, KIÕN NGHÞ QUY TR×NH TÝNH TO¸N THIÕT KÕ DÇM CHUYÓN vµ C¸C VÊN §Ò THUéC VÒ CÊU T¹O Vµ THI C¤NG DÇM CHUYÓN TRONG §IÒU KIÖN VIÖT NAM 41

KếT LUậN và kiến nghị 71 tàI liệu tham khảo 72

danh mục các thuật ngữ, ký hiệu và chữ viết tắt

1 Các thuật ngữ

Dầm chuyển (Transfer beams hay Transfer girders): Dầm chuyển BTCT

là một loại dầm thờng có độ cứng và tiết diện hình học tơng đối lớn, có tácdụng thay đổi trạng thái làm việc của hệ kết cấu từ hệ dầm cột chịu lực sang

hệ dầm vách chịu lực hoặc hệ dầm cột nhng với số lợng cột phía trên dầmnhiều hơn số lợng cột phía dới dầm

Dầm cao (Deep beam): Dầm cao BTCT là dầm có tỉ số giữa nhịp và chiều

cao bé hơn hoặc bằng 2,5

2 Các ký hiệu

fcu Độ bền đặc trng của khối bê tông lập phơng

ft Độ bền kéo cắt của khối trụ bê tông

fy Độ bền chảy dẻo đặc trng của cốt thép không ứng suất

trớc

h Chiều cao dầm

h0(ha) Chiều cao làm việc của tiết diện (chiều cao hiệu quả của dầm)

l Nhịp của dầm xác định theo trung tâm của các gối tựa

MU Mômen uốn giới hạn

y Chiều cao tại đó thanh cốt thép sờn dầm điển hình giao

với vết nứt chéo, đợc thể hiện bằng nét chấm trên hình

α Là góc hợp bởi thanh cốt thép đang đợc xem xét với vết

B¶ng 3.2: B¶ng tÝnh chi tiÕt c¸c gi¸ trÞ

B¶ng 3.3: Lùc c¾t t¹i c¸c nót

B¶ng 3.4: ChuyÓn vÞ th¼ng t¶i c¸c nót

B¶ng 3.5: So s¸nh kÕt qu¶ gi÷a ph¬ng ph¸p gi¶i tÝch vµ m« h×nh PTHH

B¶ng 3.6: Mèi liªn hÖ gi÷a fcu vµ fy

International Hotel and Tower - Chicago - Mỹ

Hình 1.5: Vị trí giao nhau của các dầm chuyển - Tòa nhà Trump

International Hotel and Tower - Chicago - Mỹ

Hình 1.6: Dầm chuyển của tòa nhà Grand Street Hotel New York - Mỹ Hình 1.7: Dầm chuyển của tòa nhà Grand Street Hotel New York - Mỹ Hình 1.8: Dầm chuyển của tòa nhà Grand Street Hotel New York - Mỹ Hình 1.9: Dầm chuyển của tòa nhà ideo MORPH 38 - Bangkok - Thái Lan Hình 1.10: Công nhân đang thi công dầm chuyển - Tòa nhà Grand Hyatt

Kuala Lumpur - Kuala Lumpur - Malaysia

Hình 1.11: Lắp dựng hệ thống dàn đỡ dầm chuyển - Tòa nhà The Issara

Ladprao - Bangkok - Thái Lan

Hình 1.12: Công nhân đang lắp đặt cốt thép dầm chuyển - Tòa nhà The

Issara Ladprao - Bangkok - Thái Lan

Hình 1.13: Dầm chuyển tòa nhà Bộ Công An

Hình 1.14: Dầm chuyển tòa nhà Bộ Công An

Hình 1.15: Thi công dầm chuyển tòa nhà Donphin Plaza

Hình 1.16: Thi công dầm chuyển tòa nhà Donphin Plaza

Hình 1.17: Thi công dầm chuyển tòa nhà Donphin Plaza

Hình 1.18: Thi công dầm chuyển tòa nhà Donphin Plaza

Hình 2.1: Sự phá hoại do uốn

Hình 2.2: Biểu đồ phân bố ứng suất

Hình 2.3: Biểu đồ phân bố ứng suất tại tiết diện giữa và 1/4 nhịp

Hình 2.4: Quỹ đạo ứng suất

Hình 2.5: Sơ đồ tính toán khả năng chịu uốn cho dầm

Hình 2.6: Chế độ phá hoại A

Hình 2.7: Chế độ phá hoại B

Hình 2.8: Chế độ phá hoại C

Hình 2.9: Sơ đồ tính toán khả năng chịu cắt của dầm chuyển

Hình 2.10: ứng suất gối tựa ở phía trên gối tựa dài

Hình 2.11: Biểu đồ phân bố ứng suất ngang trong một mặt phẳng ở dới tải

Hình 2.14: Dầm một nhịp H/L = 2/3 C/L = 1/20 Chịu tác dụng của tải

trọng tập trung tại 2 điểm ở 1/4 nhịp

Hình 3.1: Mô hình chống - giằng trong dầm cao

Hình 3.8: Phân bố ứng suất pháp tại tiết diện ngàm theo PP PTHH

Hình 3.9: Tác dụng của ngẫu lực

Hình 3.10: Ví dụ 1

Hình 3.11: Phân bố ứng suất trong dầm

Hình 3.12: Biểu đồ phân bố ứng suất pháp tại vị trí giữa dầm

Hình 3.13: Sơ đồ cánh tay đòn của cốt thép chịu kéo

Hình 3.14: Bố trí cốt thép chịu cắt

Hình 3.15: Ví dụ 2

Hình 3.16: Phân bố ứng suất trong dầm

Hình 3.17: Biểu đồ phân bố ứng suất pháp tại giữa dầm Hình 3.18: Sơ đồ cánh tay đòn của cốt thép chịu kéo Hình 3.19: Bố trí cốt thép chịu cắt

Hình 3.20: Sơ đồ cấu tạo dầm chuyển

tông ứng lực trớc, bê tông cốt cứng trong các công trình cao tầng dân dụng,việc thiết kế thờng đợc tính toán với hệ số an toàn tổng thể lớn hoặc theo cáctài liệu kỹ thuật chuyên ngành của nớc ngoài Vì vậy, đề tài luận văn này sẽtập trung làm rõ về khả năng chịu lực và sự ứng xử của dầm chuyển khi chịutải trọng lớn (ví dụ: khi sử dụng dầm hay sàn chuyển đỡ các cột, vách và cáccột vách này đỡ nhiều tầng ở phía trên dầm hay sàn chuyển) Trên cơ sở đó,kiến nghị phơng pháp tính toán và thiết kế loại dầm này trong điều kiện ViệtNam (theo Tiêu chuẩn Bê tông Cốt thép hiện hành).

2 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

Các nhiệm vụ chính của đề tài là:

Làm rõ khi nào phải sử dụng dầm chuyển trong kết cấu bê tông cốt thépcao tầng dân dụng (giải pháp kết cấu dầm chuyển đợc sử dụng thích hợp hơn

so với kết cấu dàn, vòm hoặc kết cấu dầm có thêm gối đỡ ở giữa, trên cơ sởcân nhắc các yếu tố kiến trúc công năng sử dụng, kinh tế và kỹ thuật của côngtrình)

Làm rõ khả năng chịu lực (uốn, cắt) ở trạng thái giới hạn thứ nhất (độbền hay cực hạn) và ở trạng thái giới hạn thứ hai (giới hạn sử dụng: võng, nứt)của dầm chuyển khi chịu tải trọng lớn

Làm rõ về vấn đề bố trí cốt thép chịu uốn, chịu cắt Ngoài ra cần lu ý một

số vấn đề khác về cấu tạo dầm và các vấn đề khi đổ bê tông với dầm có chiềucao lớn từ 2m trở lên hoặc tại khu vực bố trí cốt thép quá dày

Kiến nghị phơng pháp tính toán và thiết kế dầm chuyển căn cứ theo Tiêuchuẩn Bê tông Cốt thép hiện hành của Việt Nam, cấp độ bền bê tông, mácthép và cách lựa chọn hệ số độ tin cậy của vật liệu (hệ số an toàn riêng của vậtliệu) hợp lý

3 Phạm vi và phơng pháp nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu sự ứng xử của dầm chuyển bê tông cốt thép thờng.Phơng pháp nghiên cứu là phơng pháp lý thuyết (giải tích kết hợp với mô hìnhbằng phơng pháp phần tử hữu hạn), tìm hiểu và sử dụng các kết quả thựcnghiệm và mô hình phá hoại cũng nh các phơng pháp tính toán đã đợc côngnhận và ứng dụng ở nớc ngoài, từ đó kiến nghị chấp nhận áp dụng trong điềukiện Việt Nam với các hệ số an toàn riêng của vật liệu bê tông và cốt thép phùhợp

trong xây dựng 1.1 Lý do sử dụng dầm chuyển trong kết cấu nhà cao tầng

Các tòa nhà cao tầng hiện nay tại các đô thị lớn nh Hà Nội, thành phố HồChí Minh, do mặt bằng không lớn nên có công năng là sự kết hợp của nhiềudịch vụ khác nhau Các khu dới của tòa nhà thờng đợc sử dụng làm bãi đậu xe,trung tâm thơng mại, phòng họp, vờn treo hoặc các không gian mở cho nhữngchức năng theo yêu cầu của chủ đầu t, trong khi đó ở các tầng phía trên thờng

là các căn hộ và văn phòng với hệ kết cấu cột vách phân chia không gian sửdụng Với cấu trúc không giản mở ở phía dới và hệ kết cấu cột vách ở phíatrên, đòi hỏi phải có một kết cấu chuyển vợt nhịp lớn giữa khu trên và khu dớicủa tòa nhà cao tầng Các kết cấu chuyển này cho đến nay đợc chấp nhận sử

sau đó phân phối lại chúng và truyền xuồng hệ kết cấu cột phía dới Trong nhàcao tầng hệ kết cấu chuyển có thể ở dới dạng dầm chuyển, giàn, vòm hay dầm

có thêm gối đỡ ở giữa

Do yêu cầu kết cấu chuyển phải có khả năng vợt nhịp và chịu tải trọnglớn từ trên truyền xuống nên loại kết cấu này thờng có độ cứng và kích thớchình học (chiều cao, bề rộng tiết diện) lớn hơn so với các kết cấu truyềnthống

Đối với kết cấu chuyển dới dạng là vòm hay dầm có thêm gối đỡ ở giữakhi sử dụng sẽ gây chia cắt không gian ở phía bên trong nhà, không đáp ứng

đợc yêu cầu về công năng sử dụng và tính thẩm mỹ

Còn với kết cấu chuyển ở dạng giàn thép với u điểm là khả năng vợt đợcnhịp lớn, nhng để chịu đợc tải trọng lớn thì cần phải có một hệ kết cấu giànvới kích thớc rất lớn mặt khác để thiết kế và thi công với một kết cấu giàn lớn

nh vậy là hết sức phức tạp, dẫn đến chi phí đầu t cao không mang lại hiệu quả

về kinh tế

Vì vậy, trên thực tế ngời ta thờng dùng kết cấu chuyển là dầm chuyển bêtông cốt thép (BTCT) cho nhà cao tầng

1.2 Tổng quan về dầm chuyển

1.2.1 Khái niệm về dầm chuyển (Transfer beams hay Transfer girders)

Dầm chuyển BTCT là một loại dầm thờng có độ cứng và tiết diện hìnhhọc tơng đối lớn, có tác dụng thay đổi trạng thái làm việc của hệ kết cấu từ hệdầm cột chịu lực sang hệ dầm vách chịu lực hoặc hệ dầm cột nhng với số lợngcột phía trên dầm nhiều hơn số lợng cột phía dới dầm

1.2.2 Lý thuyết tính toán

Cấu kiện dầm chịu uốn đợc nghiên cứu và tính toán với hai thông số đặc

trng: chiều cao tiết diện và nhịp dầm Theo quan điểm cơ học thì chiều caocủa dầm cha phản ánh đầy đủ bản chất sự làm việc của cấu kiện này Sự làmviệc của dầm (dầm thông thờng hay dầm cao) thờng căn cứ vào tỷ lệ giữachiều cao và nhịp của dầm hoặc tỷ số giữa nhịp chịu cắt của dầm (khoảngcách từ gối tựa đến điểm đặt lực tập trung) với chiều cao tiết diện dầm

Trong cấu kiện BTCT đối với cấp tải trọng thông thờng, tiết diện hìnhhọc của dầm đợc lựa chọn sơ bộ thông qua tỷ lệ giữa chiều cao và nhịp củadầm thờng khoảng từ 1:12 đến 1:08 đối với dầm chính và 1:20 đến 1:12 đốivới dầm phụ Các dầm này đợc xem là dầm thông thờng và việc tính toán loạicấu kiện này đợc tiến hành theo các lý thuyết quen thuộc của kết cấu BTCT,dựa trên cơ sở chấp nhận một số giả thiết của sức bền vật liệu

Nh đã đề cập, kết cấu dầm chuyển có các đặc điểm là chịu tác dụng củatải trọng lớn, chiều cao dầm là khá lớn Điều này có nghĩa là tỷ lệ giữa chiềucao tiết diện và nhịp của dầm là nhỏ Với loại dầm này thì giả thiết về tiết diệnphẳng không còn thích hợp Hệ quả kéo theo là sự phân bố ứng suất và biếndạng trên mặt cắt dầm có những thay đổi khác hẳn so với kết cấu dầm chịuuốn thông thờng Đây là điểm khác biệt cơ bản của kết cấu dầm chuyển

Vì những lý do này mà phơng pháp tính toán dầm chuyển (transferbeam) đợc dựa trên lý thuyết của tính toán của dầm cao (deep beam) và đã đợcchấp nhận, áp dụng trong tiêu chuẩn thiết kế của một số nớc trên thế giới(CIRIA Guide 2, ACI 318, Eurocode 2, CEB-FIP, CAN3-A23.3-M84) Vì vậy,trong luận văn này, việc tính toán thiết kế dầm chuyển BTCT có thể hiểu làtính toán thiết kế dầm cao BTCT

1.2.3 Lịch sử phát triển lý thuyết tính toán dầm cao (Deep beam)

Lý thuyết tổng quan về tính toán dầm cao BTCT đã đợc trình bày và tổngkết bởi Albritton (1965), Hiệp hội Xi măng và Bê tông (C&CA 1969), Hiệphội Nghiên cứu và Thông tin Công nghệ Xây dựng (CIRIA 1977) Sau đó đã

đợc nghiên cứu bổ sung bởi Tang và Wong (1987), Chemrouk (1988) Nhữngnghiên cứu đầu tiên này, đã chỉ ra rằng hầu hết các dầm cao làm việc tronggiai đoạn đàn hồi Tất nhiên, ngày nay các nghiên cứu dựa trên mô hình đànhồi dễ dàng đợc thực hiện bằng phơng pháp sai phân hữu hạn và phần tử hữuhạn (Coates và cộng sự 1988, Zienkiewicz và Taylor 1989) Tuy nhiên, một bất

nghiên cứu tốt nhất là nghiên cứu thực nghiệm Trong những thập niên 1960,

hệ thống có thể thí nghiệm đến tải trọng giới hạn đợc thử nghiệm bởi Paiva &Siess (1965) và Loenhardt & Walther (1966) Những thử nghiệm này đã đạt đ-

ợc một bớc tiến lớn trong nghiên cứu về dầm cao [16]

Hình 1.1: Thí nghiệm trên một dầm cao lớn (Kông & Kubik 1991) [16]

Trong cuối những năm 1960 của thế kỷ trớc một chơng trình dài hạn đã

đợc khởi xớng bởi GS.Kong và hiện vẫn tiếp tục đợc nghiên cứu tại Đại họcNewcastle upon Tyne (nơi GS Kong làm việc), thí nghiệm phá hoại đã đợcthực hiện trên hơn 490 dầm cao, trong đó bao gồm các mẫu dầm có trọng lợng

4,5 T (Hình 1.1) và các dầm có độ mảnh lớn với tỷ lệ chiều cao (h)/chiều rộng

dầm (b) (hay h/b) lên đến 67 (Kong và cộng sự 1986, Kong & Kubik 1991)

[16]

Các giải pháp của vấn đề dầm cao sử dụng khái niệm dẻo đã đợc báo cáobởi Nielsen (1971), Braestrup & Nielsen (1983) Nghiên cứu của Kong vàRobins năm 1971 đã chỉ ra rằng cốt thép bố trí xiên trong sờn dầm đã đạt hiệuquả đối với dầm cao Điều này cũng đã đợc khẳng định thêm bởi Kong vàSingh (1972) Kong và cộng sự (1972a), ngời cũng đã đề xuất một phơng pháp

so sánh sự ảnh hởng của số lợng các loại cốt thép trong sờn dầm (Kong vàcộng sự 1972b.) [16]

Năm 1973 Kong và Sharp đã tìm ra cờng độ và cách thức phá hoại củadầm cao có thêm lỗ mở, từ đó họ đã đề xuất ra công thức tính toán tải trọnggiới hạn, sau đó đã đợc chỉnh sửa lại vào những năm 1977 và 1978 Cũngtrong năm 1973 Robins và Kong sử dụng phơng pháp phần tử hữu hạn dự

đoán tải trọng giới hạn và sự hình thành các vết nứt trong dầm cao, đến năm

1977 Taner và cộng sự đã chỉ ra rằng phơng pháp phần tử hữu hạn sẽ cho kếtquả tốt nhất khi áp dụng cho dầm cao có cánh [16]

Đến năm 1974 Kong và Singh đã nghiên khả năng làm việc và sự pháhoại của dầm cao dới tác dụng của tải trọng lặp [16]

Năm 1982 Garcia là một trong những ngời đầu tiên thực hiện các thínghiệm về sự mất ổn định trên một loạt các dầm cao bê tông có độ mảnh lớn,sau đó đã đợc Kong và cộng sự tiếp tục thí nghiệm vào năm 1986 [16]

Năm 1987 Mau và Hsu áp dụng các lý thuyết mô hình giàn để tính toáncho dầm cao [16]

Năm 1988 Kotsovos đã nghiên cứu toàn diện dầm cao với nguyên nhâncơ bản là sự phá hoại do cắt [16]

1.3 áp dụng dầm chuyển BTCT trong xây dựng

1.3.1 Các loại dầm chuyển BTCT

Trong xây dựng thông thờng có 2 loại dầm chuyển dới dạng BTCT: dầmthờng và dầm ứng lực trớc Dầm chuyển BTCT thờng là dầm chuyển đợc chế

Trên thế giới dầm chuyển BTCT đợc sử dụng nhiều ở các thành phố lớn

nh Mỹ, Hong Kong, Malaysia, Singapore, Bangkok (Thái Lan) v.v Dới đây làhình ảnh một số kết cấu dầm chuyển BTCT đợc thi công ở Chicago (Mỹ, Hình1.1 - 1.5), ở New York (Hình 1.6 - 1.8), ở Malaysia (Hình 1.9) và ở Bangkok(Hình 1.10 - 1.12) Có thể nói, dầm chuyển thờng đợc sử dụng khi vợt cáckhông gian lớn trong các tòa nhà đa chức năng [20]

H×nh 1.2: DÇm chuyÓn cña tßa nhµ The Legacy at Millennium Park

-Chicago - Mü [20]

H×nh 1.4: DÇm chuyÓn kÕt nèi víi chu vi têng bª t«ng - Tßa nhµ Trump

International Hotel and Tower - Chicago - Mü [20]

H×nh 1.5: VÞ trÝ giao nhau cña c¸c dÇm chuyÓn - Tßa nhµ Trump

International Hotel and Tower - Chicago - Mü [20]

H×nh 1.6: DÇm chuyÓn cña tßa nhµ Grand Street Hotel

New York - Mü [20]

H×nh 1.9: C«ng nh©n ®ang thi c«ng dÇm chuyÓn - Tßa nhµ Grand Hyatt Kuala

Lumpur - Kuala Lumpur - Malaysia [20]

H×nh 1.10: DÇm chuyÓn cña tßa nhµ ideo MORPH 38

Bangkok - Th¸i Lan [20]

Hình 1.11: Lắp dựng hệ thống dàn đỡ dầm chuyển - Tòa nhà The Issara

Ladprao - Bangkok - Thái Lan [20]

Hình 1.12: Công nhân đang lắp đặt cốt thép dầm chuyển - Tòa nhà The

Issara Ladprao - Bangkok - Thái Lan [20]

b ở Việt Nam

Năm 2003, tòa nhà 34 tầng đợc khởi công xây dựng tại Khu đô thị TrungHoà - Nhân Chính cũng sử dụng giải pháp kết cấu dầm chuyển Toà nhà 34tầng là toà nhà cao nhất hiện nay (tòa nhà Keang Nam và một số tòa khác caohơn nhng đang thi công) tại Hà Nội với chiều cao 136m, diện tích xây dựng

3500 m2, tổng diện tích xây dựng 80000 m2 Trong đó có 1 tầng hầm diện tích

5000 m2, 2 tầng dịch vụ văn phòng có diện tích 6000 m2, 31 tầng ở với diệntích xấp xỉ 60000 m2 và 1 tầng nhà hàng đợc bố trí tại tầng 34 Đây là côngtrình siêu cao tầng (hơn 100 m) đầu tiên, vì vậy từ khâu thiết kế đến khâu thicông giám sát chất lợng đều phải tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng cho

dự án nghiêm ngặt Dầm chuyển đợc đặt ở tầng kỹ thuật với kích thớc chiềurộng b=1800-:-2700mm, chiều cao h=2150mm, sàn dày 300mm Khối lợngbêtông >3500m3, dầm sàn bê tông liền khối đổ một lần không để mạch ngừng

Công trình: Trụ sở Bộ công an đang đợc xây dựng trên đờng PhạmHùng, Hà Nội cũng dùng giải pháp kết cấu dầm chuyển Kết cấu của côngtrình là kết cấu thép, do đó, dầm chuyển cũng đợc làm bằng kết cấu thép.Hình 1.13 đến 1.14 dầm chuyển tòa nhà Bộ Công An [20]

Công trình: 29T2 cụm nhà ở cao tầng hỗn hợp xây dựng trên lô N05, khu

đô thị đông nam đờng Trần Duy Hng (Cầu Giấy, Hà Nội) cũng sử dụng giảipháp kết cấu dầm chuyển Dầm chuyển đợc thiết kế ở tầng kỹ thuật có cao độ+25,200 kích thớc bxh là 1400x2050, 890x1400 và 1200x1650

Công trình: Chung c cao tầng 16B Nguyễn Thái Học, Hà Đông, Hà Nộicao 28 tầng và 2 tầng hầm; Chủ đầu t: Công ty xây dựng 319 Bộ Quốc Phòng;(Đơn vị thiết kế: Công ty Cổ phần T vấn Đô thị Việt Nam -VINACITY) Hệdầm chuyển có tiết diện 1x1m, vợt nhịp 10,7m đợc đặt ở tầng 03 (cao độ+10,800m)

Công trình: Toà nhà Donphin Plaza gồm 4 toà tháp cao 28 tầng, chiathành 2 khối, đợc nối với nhau bởi khối đế 3 tầng; Địa điểm xây dựng: 28Trần Bình, Mỹ Đình, Từ Liêm, Hà Nội; Chủ đầu t: Công ty cổ phần TID đợcthiết kế bởi Công ty t vấn DP Architects - DPA (Singapore) và Công ty T vấn

Đại học Xây dựng Hà Nội Dầm chuyển ứng lực trớc có chiều cao 3m vợt nhịplớn nhất là 28,4 m đặt ở sàn tầng 4 (cao độ +32,125m) Hình 1.15 đến 1.18công nhân đang hoàn thiện phần bê tông dầm chuyển [20]

H×nh 1.15: Thi c«ng dÇm chuyÓn tßa nhµ Donphin Plaza [20]

H×nh 1.16: Thi c«ng dÇm chuyÓn tßa nhµ Donphin Plaza [20]

H×nh 1.17: Thi c«ng dÇm chuyÓn tßa nhµ Donphin Plaza [20]

H×nh 1.18: Thi c«ng dÇm chuyÓn tßa nhµ Donphin Plaza [20]

Chơng 2 NGHIÊN CứU KHả NĂNG CHịU LựC Và Sự ứng xử của dầm

chuyển (DầM CAO)

Các nghiên cứu trớc đây về dầm BTCT đều dựa trên lý thuyết đàn hồi và

sử dụng các giả thiết vật liệu là đồng chất, đẳng hớng và tuân theo định luậtHooke Nhng về sau các giả thiết này ngày càng trở nên không hợp lý đối vớikết cấu BTCT đặc biệt là dầm chuyển (dầm cao) sau khi xuất hiện vết nứt,những kết quả thu đợc đã làm rõ sự khác biệt sự ứng xử giữa dầm thông thờng

và dầm chuyển (dầm cao) Có thể thấy rằng phân bố ứng suất trên tiết diện vàkhả năng chịu lực của loại dầm này khác so với dầm thông thờng

Các phơng pháp truyền thống đối với dầm thông thờng chịu uốn, chịu cắtkhó có thể áp dụng đối với dầm cao có tỉ số giữa nhịp và chiều cao bé hơn

- Giả thiết tiết diện phẳng của dầm có thể không thỏa mãn đối với dầmcao.

- Có một vùng chịu ứng suất lớn hai trục tại vị trí gối tựa và đặc biệt là ở

bề mặt của gối tựa

- Chiều cao hiệu dụng của dầm cao đợc xác định căn cứ vào giá trị nhỏnhất giữa chiều cao dầm (h) và nhịp dầm (l) Trong trờng hợp nhịp dầm l nhỏ

hơn chiều cao dầm h thì các phần của dầm ở phía trên chiều cao hiệu dụng chỉ

nh là một bức tờng chịu tải, và không đóng vai trò trong việc đỡ tải giữa cácgối tựa

- Việc truyền lực cắt của các tải trọng tới gối tựa diễn ra trong nửa dớicủa dầm Tuy nhiên, lực cắt ở trên mặt phẳng thẳng đứng gần gối tựa đợc xemxét cùng với ứng suất trực tiếp cái mà tồn tại trong phần diện tích này, để có đ-

ợc ứng suất kéo chính tới hạn ứng suất kéo chính gần nh nằm ngang gần gốitựa

- Biến dạng dọc do cắt trong dầm chuyển (dầm cao) là lớn so với biếndạng uốn, do đó đóng vai trò nhiều hơn đối với tổng biến dạng và lớn hơn đốivới trờng hợp dầm thấp

- Một xu hớng đối với lực gây ra nứt phát sinh dới tác dụng của tải tậptrung và phía trên gối tựa xảy ra thờng xuyên hơn đối với dầm chuyển (dầmcao), nơi ứng suất dọc có thể lớn hơn và hình dạng của ứng suất kéo dới tácdụng của tải trọng tập trung không bị giảm bởi ứng suất nén do uốn

- Dầm chuyển (dầm cao) thờng có vết nứt xuất hiện khá sớm, thông ờng vết nứt đầu tiên xuất hiện khi tải trọng đạt từ 1/3 đến 1/2 giá trị cực hạncủa tải trọng

th ứng suất kéo chính theo phơng ngang tại mép dới của dầm chuyển

(dầm cao) có giá trị hầu nh không thay đổi tại gối này tới gối kia của dầm

- Các vết nứt xuất phát từ đáy dầm phát triển lên có xu thế chụm vào

điểm giữa mép trên của dầm, vết nứt xiên đầu tiên xuất phát từ mép gối dầm

Có 4 dạng phá hoại chính đợc xác định nh sau:

(1) Phá hoại do uốn.

(2) Phá hoại do cắt.

(3) Phá hoại gối tựa.

(4) Phá hoại cục bộ (nén vỡ) ngay dới khu vực đặt tải trọng tập trung.

2.1.1 Phá hoại do uốn

Phá hoại do uốn của dầm chuyển (dầm cao) BTCT là dạng phá hoạikhông đàn hồi (dẻo) Sự phát triển các vết nứt theo chiều dọc xuất phát từbụng dầm và dần lên phía trên, cùng với sự gia tăng tải trọng trên hầu hết

Vết nứt lớn gây

ra phá hoại

Vết nứt nhỏ trong vùng chịu kéo do uốn

a Sự phân bố ứng suất trên tiết diện dầm

h

l

Trục trung hòa

x

Trục trung hòa

Biểu đồ phân bố ứng suất của dầm

thờng Biểu đồ phân bố ứng suất của dầm chuyển (dầm cao)

Hình 2.2: Biểu đồ phân bố ứng suất

Các kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng dầm chuyển (dầm cao) BTCT làmviệc hoàn toàn khác với dầm BTCT thông thờng Trong giai đoạn đàn hồi ứngsuất theo phơng ngang trong bê tông tại các tiết diện phân bố theo quy luậtphân bố phi tuyến khá phức tạp (Hình 2.2) [17]

Hình 2.2 cho thấy sự phân bố ứng suất do uốn tại tiết diện giữa nhịp sosánh với sự phân bố ứng suất tuyến tính, ta thấy trục trung hòa đợc hạ thấpxuống, có một đỉnh cao của ứng suất kéo và khu vực chịu nén đợc tăng lên[17]

Hình 2.3 cũng cho thấy sự phân bố ứng suất chịu kéo ở mép biên kéo lớnhơn nhiều so với mép biên chịu nén, giá trị ứng suất kéo tại mép biên dới củadầm thay đổi không nhiều tại tiết diện giữa và ở một phần t nhịp [11]

l

h

ứng suất nén

ứng suất kéo

Hình 2.3: Biểu đồ phân bố ứng suất tại tiết diện giữa và 1/4 nhịp [11]

Những phân tích đàn hồi đối với dầm cao ở trạng thái cha nứt chỉ có ýnghĩa trớc khi hình thành vết nứt Trong một dầm cao, sự hình thành vết nứt sẽxuất hiện khi tải trọng đạt 1/3 – 1/2 giá trị tải trọng cực hạn (giới hạn) Sở dĩcấu kiện dầm cao hình thành vết nứt sớm là do ứng suất chịu kéo tại mép dớicủa dầm có giá trị lớn và phát triển nhanh [11]

Sau khi các vết nứt phát triển, sự phân bố lại các ứng suất chính là cầnthiết vì có thể không có lực kéo ngang qua vết nứt Kết quả phân tích đàn hồi

là mối quan tâm chủ yếu vì chúng thể hiện sự phân bố các ứng suất gây ra vết

của ứng suất nén chính Trong một số trờng hợp khe nứt cũng có thể xuất hiệnthẳng đứng hoặc nghiêng khi dầm bị phá hoại do lực cắt [5,11].

l h

Hình 2.4: Quỹ đạo ứng suất [5,11]

Cũng từ hình vẽ trên nhận thấy quỹ đạo ứng suất kéo chính và ứng suấtnén chính dày hơn tại vị trí gối biên của dầm, tức là phản ánh sự tập trung ứngsuất nén chính tại gối dầm Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng quỹ đạo ứng suấtphù hợp với trạng thái đàn hồi trớc khi vết nứt xuất hiện Tuy nhiên, sự xuấthiện của vết nứt do quá tải lại phá vỡ dạng điệu tuyến tính đàn hồi của dầm[11]

b Sự hình thành và phát triển vết nứt

Việc phân tích dầm cao BTCT ngay cả trong giai đoạn cha hình thành vếtnứt cũng là bài toán phức tạp Giai đoạn cha hình thành vết nứt không hoàntoàn đồng nghĩa với giai đoạn đàn hồi Giai đoạn cha có vết nứt đợc hiểu làcha xuất hiện các vết nứt ở vùng mép dới dầm Trong thực tế các vết nứt nhỏ

có thể xuất hiện tại một số vùng tập trung ứng suất

Tại một số vùng tập trung ứng suất và một số vùng khác nh tại mép trêngiữa dầm có thể xuất hiện các biến dạng dẻo Trong khi xem xét bài toán loạinày thông thờng cần phải sử dụng các giả thiết để bài toán trở nên đơn giản

ở dầm cao nh đã nói ở trên, các mặt phẳng tiết diện dọc dầm không tuântheo giả thiết về tiêt diện phẳng Từ hình vẽ sự phân bố ứng suất trong dầmcao cho thấy dòng ứng suất phát triển lan ra một khoảng cách tơng đối lớntheo phơng dọc dầm Điều này chỉ ra sự phân bố tải trọng xuống các gối đỡ đ-

ợc thực hiện ở nửa dới của dầm Từ hình 2.4 cũng có thể nhận thấy rằng ứngsuất kéo chính hầu nh là nằm ngang [11]

Vết nứt do uốn kéo dài có xu hớng tăng kích thớc cánh đòn và giảm diệntích bê tông vùng nén, đặc biệt tại vùng giữa nhịp của dầm Độ lệch từ dạng

điệu tuyến tính đàn hồi trở nên lớn hơn cùng với sự lớn hơn của kích thớc và

số lợng của các vết nứt Leonhardt (1970) đã chỉ ra rằng vết nứt hoàn toàn cóthể kiểm soát đợc và dầm có thể giữ đợc trạng thái đàn hồi thông qua việc bốtrí cốt thép phù hợp triệt tiêu ứng suất kéo, nguyên nhân làm mở rộng vết nứt[11]

c Tính toán khả năng chịu uốn

- Mômen kháng giới hạn (độ bền chịu uốn giới hạn) của dầm chuyển (dầmcao) đợc xác định theo công thức sau [15]:

- Giá trị cánh tay đòn z đợc lấy dựa trên sự phân bố ứng suất

đàn hồi của dầm chuyển (dầm cao) trớc khi bị phá hoại

- Dựa vào biểu đồ phân bố ứng suất có thể xác định đợc khoảngcách thực tế từ trọng tâm vùng cốt thép chịu kéo đến trọngtâm vùng diện tích bê tông chịu nén, trong tính toán và thiết

kế tùy thuộc vào công trình đòi hỏi cần hệ số an toàn cao haythấp mà giá trị cánh tay đòn z sẽ đợc lấy càng giảm hay tăng

nhng luôn phải nhỏ hơn so với giá trị thực tế

- Theo Kong&Evans "Reinforced and Prestressed Concrete"pp.220 thì giá trị cánh tay đòn z đợc lấy nh sau:

h: Chiều cao của dầm.

ha: Chiều cao hiệu quả của dầm (chiều cao hiệu dụng)

- Diện tích cốt thép chịu kéo A s đợc tính theo công thức sau:

.

(2.2)

m s

y

M A

f z

γ

=

Trong đó:

M : Mômen thiết kế giới hạn

Cốt thép chịu kéo tính toán cần đợc bố trí trong khoảng

loại hay vị trí đặt tải Còn đối với sự phá hoại do cắt thì lại đợc đặc trng bởi sự

mở rộng của các vết nứt xiên, sự phá hoại của bê tông vùng chịu nén (crushing

- nghiền nát của bê tông ở vùng chịu nén) và đặc biệt là phụ thuộc vào vị trí và

Xem xét đối với dầm cao có gối tựa trực tiếp chịu tác dụng của tải trọngphía trên, thì sự phá hoại đợc bắt dầu khi tải trọng đạt tới 0,6 đến 0,9 tải trọnggiới hạn (cực hạn) Bắt đầu bằng một vết nứt xiên nằm trực tiếp dọc theo đờngnối của điểm đặt lực với vị trí mặt gối tựa Vết nứt mở ban đầu vào khoảngmột phần ba chiều cao dầm [17].

Khả năng chịu cắt đợc tăng lên và sự phát triển của vết nứt phụ thuộc vào

số lợng, cách bố trí và sự hiệu quả của các thanh cốt thép Trong hình 2.6 2.8, ba cách phá hoại đợc đa ra theo thứ tự hiệu quả ngày càng tăng của cácthanh cốt thép [17]

-Dầm bị phá hoại bởi vết nứt trên toàn bộ chiều cao

Hình 2.6: Dạng phá hoại A [17]

Dạng A: Vết nứt phát triển từ phía trên (vị trí đặt lực) đến phía dới (gốitựa), tách dầm ra làm đôi Đây là dạng phá hoại đặc trng do cắt Trong trờnghợp này bê tông vùng nén cha bị phá hoại

Dầm bị phá hoại bởi sự nghiền nát trong một vùng

Hình 2.7: Dạng phá hoại B [17]

Dạng B: Các vết nứt chéo mới đợc hình thành chạy song song với các vếtnứt cũ tạo thành một loạt các thanh chống bê tông chịu nén nằm giữa các vếtnứt Dới tác dụng của lực nén truyền từ điểm đặt lực tập trung đến gối tựa, mộttrong những thanh chống nằm giữa các vết nứt xiên bị phá hoại do nén (nénvỡ)

Dầm bị phá hoại bởi sự nghiền nát

d ới điểm đặt tải

Hình 2.8: Dạng phá hoại C [17]

Dạng C: Vết nứt chéo phát triển xuyên thẳng tới vùng chịu nén của bêtông ở ngay dới vị trí đặt tải, làm cho vùng chịu nén của bê tông bị thu nhỏ(giảm đáng kể) và bê tông ở khu vực này bí phá hoại (bị nghiền vỡ)

Trong khu vực chịu cắt của dầm chuyển (dầm cao), các thanh chống bê

trí hiệu quả nhất phụ thuộc vào góc nghiêng của các vết nứt ngang hay tỷ lệcủa nhịp cắt/chiều cao hiệu quả (a v /h 0) Khi tỷ lệ này thấp hơn 0,3 thanh cốtthép ngang có hiệu quả hơn so với thanh cốt thép đứng Điều ngợc lại là đúngkhi tỷ lệ này là cao hơn khoảng 0,7 Đối với tất cả các giá trị của a v /h 0 thì việc

bố trí các thanh cốt thép chéo là đạt hiệu quả nhất

Những yếu tố này sẽ đợc phản ánh trong công thức mà Kong đã đa radành cho cờng độ chịu cắt

av

Cốt thép chính

CL

Hình 2.9: Sơ đồ tính toán khả năng chịu cắt của dầm chuyển

Phơng pháp này đợc áp dụng đối với dầm có tỉ số nhịp/chiều cao l/h