Thông tin tài liệu
Trang 1LỜI CAM ĐOANEm, Phạm Văn ViễnSinh ngày: 30/9/1970, CMND số: 013104574, cấp ngày: 25/7/2008 ,tại Hà Nội Quê quán: Cam Xuyên — Hà tĩnhNoi ở hiện tại: số 7 nhà D4 Thanh Xuân Bắc - Thanh Xuân — Hà Nội Công tác tại công ty cô phần xây dựng số 1 — Vinaconex1Xin cam đoan luận văn tốt nghiệp cao học “Nghiên cứu tính toán dầm bê tông cốt thép chịu xoắn theo tiêu chuẩn Châu âu và tiêu chuan Việt Nam” là do cá nhân em thực hiện, mọi tham khảo đều dùng trong các bài giảng của thầy giáo và các tài liệu công khai Các số liệu, kết quả trong luận văn hoàn toàn trung thực.Em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực của luận văn này.Hà Nội, 8 /2017Tác giả luận vănPhạm Văn ViễnTrang 2LỜI CẢM ONEm, Phạm Văn Viễn xin khá cốt ghi tâm công ơn day bảo, tình cảm thân thương của(GsTs Nguyễn Tiền Chương, cùng quý thầy, quý cô của trường Đại học Thủy lợiEm xin bay tò sự cảm động với sự giúp đỡ vô điều kiện của các anh, các chi, em, và1g nghiệp để hoàn thành luận văn này.“Trong quá trình nghiên cứu làm luận văn khô tránh khỏi sai sót hoặc nghiên cứu chưasâu, kính mong quý thầy cô chi bảo và thông cam!Hà Nội, 8/2017Trang 3DANH MỤC HÌNH VE x1.1 ch sir các phương pháp tinh toán đầm chịu xoắn 3L2 Vin đề xoắn trong dm BTCT a13 Phân loi chịu xoắm 41.3.1 Khải niệm chung v8 cấu kiện chịu xoắn 5CHUONG 2: TÍNH TOÁN DAM BE TONG COT THÉP CHIU XOÁN THEOTIÊU CHUAN VIỆT NAM VÀ TIÊU CHUAN CHA2.1 Ứng suất tiếp do xoắn rong dim không bị nữt °2.1.1 Cấu kiện đặc °2.12 Cấu kiện tổng thành mong tiết điện kín u2.1.3 ng suit chính trong dim chịu xoắn 22.2 Đặc điểm chịu lự và các I thuyết inh toán dim BTCT chịu xoắn 222:1 Dim be tng ch the chia xoẵn thuẫn iy B2.2.2 Dim bê tông cốt thép chịu đồng thời uốn và xoắn ”333 Cy thay in toán dim BTCT hi xoắn, 152.3 Tinh toán dim Bê tông cốt thép theo TCVN 5574:2012 aTrang 432 Tinh oán heo TCVN 5571 :2012 “33 Tính toán theo Eurcode 2 “KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ CHUNGTrang 5DANH MỤC HÌNH VEHình 1.1-Vết nứt xuất hiện ở dimHình 1.1a Cấu kiện chịu xoắn cân bằngHình 1.1b Câu kiện chịu xoắn trong thíchHình 1.2 Mặt phá hoại của bê tông trong cầu kiện chịu xoắn thuần túyHình 1.3 Mặt phá hoại của bê tông trong cầu kiện chịu tốn và xoắn đồng thờiHình I.4 Các vùng chịu xoắn cân bằng và chịu xoắn trơng thích trong một tôa nhàHình 2.1 Dim tiết điện trồn chịu xoắnHình 2.2 Sự phân bổ ứng suất tiếp tên ễt diện không tron của dim chịu xoắn Hình 23 Dim thành mỏng có ễt diện kí chịu xoắnHình 24 Ứng suất và vết nút nghiêng trong dim BTCT chịu xoắn Hình 2.5 Các dạng phá hoại của dim BTCT chịu đồng thời uén và xoắnHình 2.6 Mô hình giàn ống thành mỏng của dim BTCT chịu xoắnHình 2.7 Sơ đồ để tính lực nén trong các thanh xiên.Hin 2.8 Sơ đồ đ tinh lực kéo trong các hanh ngangHin 29 Dim chịu đồng thời xoắn và tốn theo mô hình giàn Hình 2.10 Dm chịu đồng thời xoắn và cắt theo mô bình giàn.Hình 2.11 Kết quả thí nghiệm dim chịu xoắn và cắt kết hợpHình 2.12 Cốt thép của cấu kiện chịu xoắn.Hình 2.13 So đỗ nội lực trong tiết điện không gian cầu kiện bê tông cốt thép chịu uỗn xoắn đồng thời khi tinh toán theo độ bền.2.14 - Sơ dé vị trí vùng chịu nền của tiết dikhông gianHình 2.15 Hình minh họ inh toán cho sơ đổHình 2.16 hình minh họ inh toán cho sơ đồ 2Hình 2.17 hình minh họa tính toán cho sơ đồ 3 (6 cạnh bị kéo do uốn)29Trang 6Hình 2.18 Mô hình tiết diện rỗng thành mỏng tương đương,inh 2.19 Mô hình tính lực ct lên các thành do mô men xHình 2.20 Mô hình ống thành mỏng chịu xoắnHình 2.21 Biểu đồ tương tác giữa mô men và lực cắt.Hinh 2.22 Biểu đ tương tác của mô men xoắn và tốn inh 3.1 sơ đồ chịu tải trong của dimHình 3.2 sơ đồ tính mô men xoắn, uén, lực cắt của dimHình 3.3 Tiết điện dim tính toán.Hình 3.4 Mặt cắt bồ tí, tính toán thếp dimHình 3.5 Mặt cắt tính toán thép dim theo sơ đồ 2 Hình 3.6 Mặt tính toán thép dầm theo sơ độ 3 Hình 3.7 so đồ tính mô men xoắn, uốn của dầm.Hình 3.8 ết diện dim tỉnh toán và sơ đồ thanh thành mỏng quy đổiHình 3.9 phương án sơ bộ chọn bố trí cốt thép cho dimTHình 3.10 Bồ tí cốt thép dim ở thực tế trên công trình Hình 3.11 Vết nứt xuất hiện ở dim biên.Trang 7MỞ DAU 1 Tính cấp thiết của đề tài“Các sầu kiện bể lông cốt thép chịu xoắn là các cấu kiện đặc biệt it được giảng day ở chương trình đại học, Tiêu chuẩn thiết kế kết sầu bê tông cốt thép của Việt Nam sử dụng mô hình tinh toán theo tiết điện vênh, đây là mô hình tính toán đã được phát triển trong những năm giữa thé ky XX Tiêu chain châu Âu, ngoài mô hình mặt cắt vệnhcồn cho phép tính toán theo mô bình dan dẻo, đây là mô hình mới được thé giới pháttriển trong những năm gin day.Các cấu kiện dim bê tông cốt thép tại các vị trí cuối củcông xôn, các vị ti biên có gắn các dim đua ra để làm biện pháp thi công thường xuất "hiện các vét nứt, cũng cần phải kiểm tra lại.ia mái chéo, các vị trí biên có,Trang 8Vin để xảy ra ở đây là trên thực t các công trình ở Việt Nam sau khi tháo đỡ cốp phathường xuất hiện vất nứt ở đáy dim, đặc biệt là các dim biên và dim của các mái đốc.Các vết nứt này theo thời gian sẽ như thé nào? Ảnh hưởng của xâm thực với khi hậu6 độ âm cao như ở Việt nam sẽ ra sao? Em thấy cũng chưa cổ ti liệu nà theo dõi vàcho kết quả chính xác, vì các tỏa nhà nhiều ting cũng chỉ mới phát triển ở Việt Namnhững thập kỹ gần đây nên cũng chưa kiểm chứng được các vẫn đề này Hình 1.1 trênđây là hình ảnh minh họa được chụp thực tẾ ở công trườngCần có thêm các nghiên cửu về bài toán xoắn, đồng thời xây dựng chương tình tính toán cầu kiện chịu xoắn.Luận văn nảy tiến hành nghiên cứu áp dụng mô hình giản déo dé tính toán dim BTCTchịu xoắn theo Eurocode vả so sánh với phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn Việt[Nam nhằm làm sáng tỏ các mặt wu điểm và nhược điểm của các phương phíp,3 Mục đích của để tài- Nghiên cứu áp dụng mô hình giàn dẻo theo Eurocode để tính toán dầm BTCT chịuSo sinh với phương pháp tính toán theo tiêu chuẫn Việt Nam nhằm làm sing tô cácmặt ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp.3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu- Phương pháp nghiên cứu: nghiên cứu lý thuyết theo các tải liệu, có áp dụng trongtính toán các ví dụ cụ thể,4, Kết quả dự kiến đạt đượcAp dung tính toin dim bề tông cốt thép chịu xoắn theo mô hinh giản déo củachuẩn Châu âu vào tiêu chuẩn Việt Nam.So sánh mức độ giống nhau vả khác nhau giữa phương pháp tính toán của im bé tôngtheo tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn Châu âusốt thép chịu x08Trang 9CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE TÍNH TOÁN KET CAU DAM BÊ TONG COT THÉP CHIU XOAN1.1 Lịch sir các phương pháp tinh toần dim chịu xuấn.Năm 1853 kĩ sư người Pháp Adhemar Jean Barre de Saint-Venant giới thiệu lý thuyếtxoắn cổ điển tại Viện Khoa Học Pháp làm cơ sở cho lý thuyết ngày nay St Venant chỉra ring khi thanh không trờn chịu xoắn, tiết diện ngang trước phẳng sau sẽ không côn phẳng khi chịu xoắn Mặt phẳng tết diện ngang ban đầu sẽ trử nên vệnh Ảnh hưởng- Năm 1899 A.Michell vàcủa vénh phải được kể đến khi thanh chịu xoắn thuần túL.Pandt giới iệu kết quả nghiên cứu 6n định xoắn ubn, - Năm 1903 L Prindd đã khám phá ra sự tương đồng giữa bài toán xoắn và bài toán màng - Năm 1905 một bài oán tổng quất của xoắn hỗn hợp đã được giải in đầu tiên bởi S.Timoshenko.~ V.Z Vlasov(1906-1958) đã phát triển lý thuyết cơ sở của uốn và xoắn đồng thờin địnhvà dao động của thanh thành mỏng mặt cắt ngang hở Năm 1944 Von Karman vàthanh thành mỏng Ông là người đ xây dựng hoàn chỉnh lý thuyết về độ bChristensen đã phát triển lý thuyết xoắn cho thanh mặt cắt ngang kín (lý thuyết gần đồng) Năm 1954 Bensoter đã phát tiển một ý thuyết chính xác hơn cho thanh mặtcất ngang kín Năm 1977, Khan đã giới thiệu phương pháp phân phổi bimômeen đểa thành mỏng chịu xoắn Còn nhiều đóng góp khác nhưng trên đây là<p nổi bật nhất1.2 Vin đề xoắn trong dim BTCTSơ lược tinh hình phát triển nghiên cứu uốn xoắn:“Trong khoảng nửa đầu thé ky 20 các tiêu chuẩn không đưa ra quan điểm thiết kế kếtcấu chịu xoắn Khi tính toán kết cầu người ta gia tăng khả năng chịu xoắn bằng hệ sốsan toàn Càng về sau khoa học ngày cing phát triển, các phương tiện phục vụ cho côngtie thực nghiệm kết cầu cảng nhiều nên cúc phương pháp phân ích kết cấu phát tiễn.“Trong nữa sau d in xoắn xuất hiện với tiết điện kínđặc và rồng Năm 1929 Rausch lần đầu tiên đưa ra phương pháp phân ích giàn (spaceTrang 10struss analogy) dựa trén ứng xử của kết cấu uốn xoắn Năm 1934 Andersen công bốnghiên cứu của ông đựa trên thực nghiệm 48 mẫu dim bêtông va bêtông cốt thép vớisắc giá tr khác nhau của cốt đọc và cốt đai Nghiên cửu Brosler và Pistr dựa trên 24mẫu dim rỗng vào năm 1958 Các nghiên cứu này cùng một số nghiên cứu của các ácgid khác là tiền đề cho tiêu chuẩn vẻ tính toán xoắn xuất hiện lan đầu trong ACI318-63 Các tác giả Evans (1965), ThomasT.C Hsu (1968) đơn ra mô hình tốn xiên(Skew bending model) mà trong đó nghiên cứu TT.C, Tsu đồng vai trò quan trọng.Đến năm 1971 tiêu chuẩn mới tương đổi hoàn thiện và về cơ bản các qui định Không dồi đến 1992, Những nghiên cứu tiếp theo đưa các công thức bán thực nghiệm và chỉ áp dụng với bể ông thường không ứng suit trước Đền năm 1995 tiêu chuẩn tính xoắn được điều chỉnh bỗ sung lại và được chấp nhận đến nay Đồ là tinh toán tết điện đặcvà rỗng dựa trên lý thuyết thanh thành mỏng, (Chuyển đổi 1 phn thành phần hộp rỗngtương đương có độ day 1) mô hình hg thanh không gian (Space truss analogy) Lýthuyết này áp dung cả cho bể tông thường và dự ứng lực.;hịu xoắn: Cau kiện chịu xoán la cầu kiện có xuất hiSự làm vi nội lực mô menxoắn M, tác dụng trong mặt phẳng vuông góc với true Thông thường cũng với M, cònxuất hiện mô men uốn M va lực cắt Q Khi làm việc trong bê tông có các ứng suất kéo chính 6, và ứng suất nén chính 6„ Khi chỉ cổ M, (xoắn thuần tiy) các vết nữtthường xiên góc 45° và chạy vòng quanh theo tiết diện Khi có đồng thời M và Q thicác vết nứt xiên xuất hiện theo 3 mỹ mgt thứ tự chịu nn tạo thành tìdiện vệnhtrong không gim Sự phá hoại xây a theo tết điện vénb, ngoài r cấu kiện côn có thểhư hong khi ứng suất nén chính 6,, vượt quá khả năng chịu nén của bê tông,1.3 Phân loại chịu xoắn:Khao sát sự làm việc chịu xoắn người ta chia ra hai trường hợp:XXoắn cân bằng (equilibrium torsion) và xoắn tương thích (compatibility torsion).+ Xodin cân bằng (hình 1a) khỉ mômen xoắn đồng vai tr cân bằng của kết cầu, thựctẾ chúng ta thường gặp ở các vị tí như mái công xôn, các ban công, thậm chí cả bểcảnh được dua ra từ ting 2 để điện tích thoáng cho ting 1, dim ngang chịu xoắn cânbằng,Trang 11Lúc này nếu khả năng chống xoắn không đủ th kết cu sẽ trở mmắt én định và sụp48, Lúc niy mômen xoắn M, không phụ thuộc vào độ cứng chống xoắn B, = GJ, với Glà mô dun dân hỏi chống cắt cia béténg, J là mômen quán tỉnh chống xoắn cña it điện Trường hợp này thường xuất hiện ở các cấu kiện tinh định hoặc M, được truyền đến từ bộ phận tĩnh định.ối lại mômen xoắn cho ~ Xoắn tương thích (hình 1.1b) xuất hiện khi có sự phân ptphần từlền kề như thường thấy ở thục tế các trường hợp chia dim phụ trong sin Khisắc dim biên biển dang gây ra các góc xoay tao nên xon tương thích trong hệ liễnkhối Thường xuất hiện ở các cấu kiện sigu tĩnh khi M, phụ thuộc vào độ cứng chốngxoắn BỊ,1 Khái niệm chung về cầu kiện chịkiện chịu xoắn chịu tác dụng của mô men quanh trụ dọc của cầu kiện và thườngkết hợp với chịu uốnVới dim liên kết cứng với cột và có bản ở một phía, ải trọng trên bản gây ra xoắn chodằm tình 1.13)THình 1-1a Cầu kiện chịu xoắn cân bằngKhung có dim khung liên kết cứng với cột và các dim khung liên kết cứng với dim khung (hình 1,1b), ti trọng trên các trục A, B gây ra mô men xoắn cho dầm khung trục 1, 2 Loại liên kết này chúng ta vẫn thường thấy ở thực tế như mỗi 6 sản chia bởi các dằm chính và dầm phụTrang 12Hình 1.1b Cấu kiện chịu xoắn tương thích.Khả năng chịu xoắn của Bê tông cốt thép kém hơn rất nhiều so với khả năng chịu tổn,do đô trong nhiễu trường hợp mổ men xoắn tuy không lớn cũng gây ra ảnh hướngđáng kể, lâm xuất hiện khe nức Khi thiết kế kết cấu Bê tổng cốt thép chúng ta cingidm được mô men xoắn cing tốtHinh 1.2 Mặt phá hoại cia bê tông trong cầu kiện chịu xoắn thuẫn túy(Thommas T.C Hist ~ 1968)Trang 13“Phá hoại ở mặt bên dimHình 1.3 Mặt phá hoại của bê tông trong cầu kiện chịu uốn và xoắn đồng thời(Dương nguyễn Hong Toàn - 2008)“Trong thực té chúng ta thường thấy trong các ngôi nhà, nhất là với công nghệ xâycdựng như hiện nay,cấu rit phức tạm, cổ những vũng chịu xoắn tươngthời6 sản được chia ra nhiều dim phụ), và xoắn cân bằng như ở những vị tí kim bể bơidua ra ngoài ở tầng 2, hoặc bản sin đua ra để x:trang tí đành khoảng không chotầng 1, sẽ chịu xoắn rất lớn (như hình 1.4 dưới đây)BS BiHình 1.4 Các vùng chịu xoắn cân bằng và chịu xoắn tương thích trong một tòa nhà(Mặt bằng kết cầu tang 2 Tòa 30 ting, Quận Hai Bà Trưng, Hà Nội)Thí nghiệm cấu ki BTCT chịu xoắn thuần túy cho thấy ring các vắt nứt nghiêng với trục góc 45° và chạy vòng quanh cả các phía theo dang cuốn lò xo Nguyên nhân là mô.men son gây rating suất tgp.Trang 14Hop lực của + tạo ra ứng suất kéo chính và ứng suit nén chỉnh theo phương 4Š” Khi ứng suất kéo chính vượt quá cường độ chịu kéo của bê tông sẽ gây ra vết nứt, nêu ứng suất nén chính quá lớn sẽ lm bê tông bị nén vỡ.Trường hợp dầm chịu uốn và xoắn đồng thời thi sự làm việc phức tap hom, các vết nứtxuất hiện trên ba mặt dm, mặt còn lại chịu nén, tạo thành tiết diện vênh Sự phá hoạixây ra theo tiế diện vệnh đó1.4 Tính toán dam bê tông cốt thép chịu xoắn"rong các cấu kiện chịu xoắn thường kết hợp với lực cắt, hay kết hợp với lực tốn, hay cả lực uốn và lực cắt.Tinh toán cầu kiện bê tông cốt thép chịu xoắn trên thể giới hiện có ha lí thuyết tínhtoán khác nhau,Thứ nhất dếdiya trên sự phá hoại trên ết diện nghiêng của cầu kiện bê tông cất thépchịu uốn và chịu xoắn được Lessig (Nga)ây dựng, sau đó được phát triển bởi Hsu(Hoa Kỳ), hiện nay lítbuyết này là cơ sỡ để tính toán cu kiện bê tông chịu xoắn trungnhiều tiêu chuẩn t bê tông cốt thép chịu xoắn trên thé giới trong đó có ViệtTrường hợp nảy trong tinh toán thường kết hợp uốn và xoắn mà không tách biệt; Nhưvậy, vấn để cần xem xét và khó thể hiện ở chỗ lực xoắn lớn hon hay lực uốn lớn hơnhoặc là wu tiên cho uốn hay cho xoắn ?Hai là inh toán theo mô hình giản déo:Lý thuyết thiết kế thứ hai dựa trên một mô hình khung thành mỏng, tương tự như sựtương đồng bằng mô hình giàn déo Lý thuyết của ông, được tinh bày bởi Lam-pert &Thurlimann và Lampert and Collins tạo thành cơ sở của các quy định tính toán xoắn trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu be tông cốt thép chị xoắn mới nhất trên th giới trong đó có Châu Âutính toán kết chịu xoắn theo mô hitDo phương phá iu bê tông cốt the}giàn đèo vàvà phương pháp tính toán trên tiết điện nghiêng giữa tiêu chuẩn Châu âu và tiêu chuẩn"Việt Nam có sự khác nhau nên trong luận văn này chúng ta cùng nghiên cứu cả hai lithuyế vin đềlễ làm sáng tỏ mộtTrang 15CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN DAM BÊ TONG COT THÉP CHỊU XOANTHEO TIÊU CHUAN VIỆT NAM VÀ TIÊU CHUAN CHAU AU2.1 Ứng suất tiếp do xoắn trong dim không bj nứtBài oán đầm in hồi chịu mô men xoắn đã được xem xết trong lý thuyết Site bn vật liệu 6 đây chúng ta có thé phân biệt hai loại cầu kiện: cấu kiện đặc và cầu kiện rồng thànhmỏng tiết diện kin,2.1.1 Cấu kiện đặc:C6 nhiều loại tết diện trong thực tẾ nhưng ở đây ta xét một số trường hợp tổng quất.hay có thé nói, tạm chia thành các loại tiết điện như sau:+ X£t trường hợp dim có it diện tron (như được thể hiện trên hình 2.1)G trường hợp này trên mặt cắt ngang dim ứng suất tiếp có giá trị bằng không (0) tạitâm và phân bổ tuyển tính tới giá rỉ cực đại trên mép, ạo thành hình rẻ quạt như trênhình (2.1b) và ứng suất tiếp được xác định theo công thức (2.1) b) Phan bổ ứng suất tiếp trên tiết diện dim chịu xoắnHình 2.1 Dim tiết dign tròn chịu xoắnTrang 16ứng suất ip lớn nhất,2 — Mô men quần tính cực:bán kính tiết diện dằm.+ Xét trường hợp dim có tit diện ình chữ nhật đình 224)Lúc này ứng suắt ếp thay đồi từ tại tâm tới gi tri cục đại tại điểm giữa của cạnh đài(hình 2.2a) Quanh chu vi của dam, ứng suất tiếp thay đổi từ 0 tạicực đại tại điểm giữa mỗi cạnh như được thể hiện trên hình (2.2a) Giá trị ứng suất tiếpayTiét dign hình chữ nhật b) Tiết diện gồm các hình chữ nhật mỏng.Hình 22: Sự phân bổ ứng suất tiếp trên tiết n không tron cia dim chịu xoắnTrang 173418plà hệ số có giá tị thay di từ 0,208 (đối với tiết diện vuông xy) đếngiá trị 0.333 (đối với trường hợp x/y'=œ)+ Xét trường hợp dim só tiết điện ngang được tạo ra bởi các hình chữ nhật mỏng (hình“Trường hợp này giá trị ứng suất tiếp cực đại s„ được xác định theo công thức (2.3):T= FD 23)tạng ** được ude lượng cho mỗi hình chữ nhật của tiết diện2.1.2 Cấu kiện rỗng thành móng tiết diện kinvan 4Ung suất tiếp 6) Sơ đồ để xác định các đặc trưng tiệt điệnHình 2.3 Dim thành mỏng có iết diện kín chịu xoắn.inTrang 18Đối vịphân bổ đều trên chigu dày thành và tạo thành dòng lực cắt q- Mô men xoắn do đồngtrường hợp dim rồng thành mỏng tiết điện kin người ta giả thiết ứngIe cắt gây ra được xác định theo công thức (24)+- độ đầy của thành mồng tại vị trí xem xét.2.1.3 Ủng suất chính trong dim chịu xDưới tác dung của mô men xoắn, dm làm việc theo sơ đồ không gian, Trên đây đãxem xét sự phân bổ ứng suất ip trên mặt cắt ngang Trên hình 2a thsuất tiếp trên mặt bên của dim, còn các ứng suit chính trong dim chịu xoắn thudđược thé hiện trên hình 2.4b.a) Ứng suất tiếpTrang 19b) Ứng suất chínhVt nứt do xoắn©) Nit do xoăn.Hình 2.4 Ứng suất và vết nứt nghiêng trong dim BTCT chịu xoắn 2.2 Đặc điểm chịu lực và các lý thuyết tinh toán dim BTCT chịu xoắn 2.2.1 Diim bê tông cốt thép chịu xoẳn thuân tityKhi dim bê tông chịu xoắn thuần túy, ứng suất tiếp và ứng suất chính trong dầm đượcthể hiện trê hình (2.44) và hình (2.40) Các vết nứt xiên xuất hiện và phát triển trong «dim có dạng như được thể hiện trên hình (2.4) Sự phát riển đột ngột các vắt nứt xiên làm cho dim bê tông không cốtthép bị phá hoại nhanh chóng Nếu trong dim chỉ đặc sắc thanh cốt thép dọc thì cường độ chịu xoắn của dim cũng không được ci thiện baonhiêu Khi trong dim có các thanh cốt thếp dọc đạt tại các sóc và các thanh cốt thép,ai thì khả năng chịu mô men xoắn của dim sau khi bị nứt vẫn được duy tỉ và tăng lênđáng kể.So sánh dầm đặc và dim rỗng hình chữ nhật có cùng kích thước bao ngoài và cùnglượng cốt thép dọc và cốt thép dai, Mặc dit mô men xoắn gây nit dim rồng bé hơn sovới dim đặc, mô men phá hoại của hai dim là gần như nhau Điễu này nói lên rằng,Trang 20lốp v6 bọc hoặc dng bên ngoài của bê tông chứa cốt thép chỉ phối độ ben của dim bêtổng cốt thép bị nứt chịu mô men xoắnSau khi dim bê tông cốt thép bi nứt, sự phá hoại của dim có thể tuân theo một số dạng Các thanh cốt thép đại hay cốt thép dọc, hoặc cả hai loại có th bị chây déo, hoc: đối với dim có qué nhiễu cốt thép bị xoắn thì bê tông gia các vất nút xiên có th bị nến vỡ trước khi cốt thép bị chảy do Sự ầm việc déo dai nhất khi chịu xoắn của dima tường hợp cả cốt thép dai và cốt thếp dọc chảy dẻo.2.2.2 Đầm bê tông cốt tháp chịu đằng thời uốn và xoắnXXoẳn hiểm khi xuất hiện một mình, thường thi nó kết hợp đồng thời với các mô men tốn và các lực cắt Các dạng phá hoại của dm bê tông cất thép chịu xoắn và uốn đồng được thể hiện trên hình 2.5 Sự phá hoại dim BTCT như trên hình 2.5 thường được gọi Tà phá hoại theo tết diện vệnh.Trang 21Hình 5 Các dạng phá hoại của dim BTCT chị đồng thời uốn và xoắn 2.2.3 Các lý tuyết tính toán đầm BTCT chịu xo“Cố hai lý thuyết tính toán độ bền của dim BTCT chịu xoắn Lý thuyết dựa trên sự pháhoại theo tết diện vénh được nhà khoa học Nga Lessig phát tiễn đã được áp dungrãi tên Thể giới Lý thuyết này thường được gọi là lý thuyết uốn nghiêngchuẩn Việt Nam TCVN 5574Phuong pháp tính toán dim BTCT chịu xoắn trong ti2012 đang áp dụng lý thuyết uén nghiêng.Lý thuyết thứ hai dựa trên mô hình giàn déo - ống thành mỏng tương tự như mô hình giàn déo tong lý thuyết tinh toán dim chịu cất Lý thuyết này do Lampert ='Thuerlimann-Collins phát'CEB._FIP Model Code, tiêu chuẩn Châu Âu, tiêu chuẩn ACT, tiêu chuẩn Canada1 hiện đã được đưa vào áp dụng trong các tiêu chuẩn.2.2.3.1 Ma hình giàn - dng thành mỏng cho dần BTCT chiu xoắn thuần tyKhả năng chịu xoắn của dim bê tông cốt thép được tinh toán trên cơ sở mô hình ốngthành mỏng,Theo mô này, cả cấu kiện đặc và cấu kiện rỗng đều được coi là các ống Kết quả nứt do xoắn xuấtthí nghiệm các dim đặc và dầm rỗng đưa ra giả thiết là một khihiện phần bê tông trong lõi cấu kiện ít có ảnh hưởng đến độ bin chống xoắn của cấu kiện và do vậy trong tính toán có thể bỏ qua Trong tính toán độ bén khi chịu xoắn, cấu.kiện được mô hình hóa bằng cấu kiện ống tương đươngMô men xoắn gây ra các lực cắt trên các thành ông, làm cho các thành làm việc như kiện chịu lực cắt Chính các lực cắt này làm xuất hiện các vắt nứt xiên nhưtrên hình 2.6 Trong tính toán, các thành ống được mô hình hóa bằnggiàn phẳng.“Tập hop các giàn phẳng ucác thành ống tạo thành hệ giàn không gian, gồm cácthành phần: các thanh dọc cốt thép dọc), các thanh ngang cốt đi) và các thanh siên(hanh bê tông), tạo với thánh dọc góc Ø (hinh 2.6) Đây chính là mô hình giản - ống thành mỏng của dim bê tông cốt thép chịu xoắnTrang 22Chiễu diy trơng đương của thành ống được xác định bằng tỷ số giữa điện tích và chữvi của tiết điện Khi tiết điện là rỗng, diện tích tiết diện được lấy như tiết diện đặc,nhưng chigu diy tương đương của thành ống lấy không lớn hơn chiều diy thành ống thực t8 Ngoài ra, chiễu dây tương đương của thành ống phải có giá tr không nhỏ hom hai lần chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép dọc.Cốt thép dọc“được tập trung tạ các gócChiều diy củaống thành mỏng 3) Mô hình ống thành méng và giànby Mit cit ngang ống thành mỏngHình 2.6 Mô hình giàn - ống thành mỏng của dim BTCT chịu xoắn 2.2.3.2 Tinh toán dm chịu xoắn theo mô hình giản{ing suất iếp do mô men xoắn gây ra được xem là phân bổ đều trên các thành ông và tạo nên dong lục cit Tương tự như đối với dim thành mỏng it diện kin, ở đây đôngIve cất trên các thành mỏng được xác định theo công thức:Đại lượng Ay à điện tích của phần dết diện được giới hạn bởi đường rung bình ciathành mông,Trang 23X61 mô hình giàn của dầm BTCT có tết diện chữ nhật Thành bên của ồn thành mông có chiễu ao thành ys, chiều day thành tạ góc nghiêng của thanh xiên Ø, đồng=Sin0 = sin0 = ZAysind 2.10)~ Ung suất nén trong dai nghiêng (f,) được tính toán như sau;Tagged * Tessie enDai lương /, là độ bền của bê tông trong dái nền nghiêng Từ (2.11) ta có:Ty =2t2Afs„ sin0cos0 G12)Bay là biểu thức xác định khả năng chịu xoắn của dim theo độ bén chịu nén của bêtông trong các dải nếLực kéo dọc trục được tinh theo sơ đồ trên 2.6:XXết trên toàn bộ các thành, ta có:NEÈN = 55, 5 ,cot0 = 74 %2a, co (2.14)“Trong đồ: uy là chu vi của đường trungTrang 24in cốt thép doc chịu xoắn Các cốt thép doc được bổ trí ít nhấtthép, còn lại phân bổ đều theo chu vi.Xét phần thành đứng được thể hiện trên hình (2.7) ta có:Trang 252.2.3.3 Xodin vã uốn kế hợpkiện ngay cả khi mô men uốn dat giá t 80% độ ben chịu un thì độ cấu kiện vẫn đảm nứt thẳng góc do tốn làm giảm không đáng kể khả năng chịu xoắn của cấu bao khả năng chịu xoắn.Hiện tượng xoắn gây ra lực kéo đọc trục N Một nửa lực này được giả định tác dungMô men uốn gây ra ngẫu lực kéo ~ nén Sq Trường hợp xoắn và uốn kết hợp,những nội lực này cộng tác dụng với nhau như trên hình 2.6 Tại biên dưới, mô mentốn cung cắp lực kéo T và mô men xoắn cung cấp lực kéo S Các lực này được cộnglại với nhau.do xoắn ta bien này được giảm đi một lượng thích hợpAa)a) Xoin b)Uốn (©) Xoin và uốnHình 2.9 Dim chịu đồng thời xoắn và uốn theo mô hình giàn2.2.34 Dim chịu đồng thi cất và xuắnỨng suất tiếp do xoắn và lục cất gây ra trên tếthành đứng bên phải, các ứng suit này có cùng một hưởng (cộng tác dung), tại thành bên trái các ứng suất này lại có xu hướng ngược nhau Tại thành trên và dưới các ứng suất tiếp này không cùng phương.19Trang 26HỆ itt) |HỊ |H th H111Xoin các Xoắn cáa) Ứng suất tiếp trong tiết diện rỗng b) Ứng suất tiếp trên tiết diện đặc.Hình 2.10 Dam chịu đồng thời xoắn và cắt theo mô hình giàn.Các vết nứt xiên bắt đầu từ mặt bên mà ở đó mô men xoắn và lực cắt cộng tae dụng.Kết quả thí nghiệm cho thấy nếu xét bài ton tương tác xoắn — lự cắt thì miễn an toàncủa tiết diện là một min lồi dạn hình clip tình 2.11)+ | *Ìy Qin“Trong tinh toán, nếu ta xem tương tác này là cộng tác dụng thìct quả tính toán thiênvề an toàn Nhưng cần lưu ý rằng, cả lực cắt và mô men xoắn đều gây ra lực kéo dọc trục cấu kiện.Hình 2.11 Kết quả thí nghiệm dim chịu xoắn và cắt kết hợp,20Trang 272.3 Tính toán dầm Bê tông cốt thép theo TCVN 5574:2012Tiêu chuẩn này ding các kết cầu bê tông và bể tông cốt thếp của nhà vàsông trình có công năng khác nhau, làm việc đưới ác động của nhiệt độ trong phạm vi` không áp dụng cho các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép các.công tình thủy công, ch, đường him giao thông, đường ông mgm, mặt đường ôtô và từ -70°C đến +50"đường sân bay; cũng không áp dụng cho các kết cấu làm từ bê tông có khối lượng thể tích trung bình nhỏ thua 500 kg/m? và lớn hơn 2500 kg/ m*Tiêu chuẩn này sử dụng các đặc trưng vật liệu "cấp độ bên chịu nền của bê tông" vàấp độchịu nền” và "mắc bê tông theo cường độ chịu kéo" đã dùng trong tiêu chun TCVN,5574:1991én chịu kéo của bê tông” thay tương ứng cho "mác bé tông theo cường đội Cp độ bền chịu nén của bê tông (Compressive strength of concrete) Ký hiệu bằng chữ8,18 giá tị trung bình thống kê của cường độ chịu nén tức thời, tính bằng đơn vị MPa,với xác suất dim bảo không dưới 95 %, xác định trên các mẫu lập phươngtiêu chuẩn (150 mm x 150 mm x 150 mm) được chế tạo, dưỡng hộ trong điều kiện tuchuẩn va thí nghiệm nén ở tuổi 28 ngày.Cấp độ bồn chịu kéo của bé tông (Ter le strength of concrete) ký hiệu bằng chữ B,,là giá trị trung bình thống kê của cường độ chịu kéo tức thời, tính bằng đơn vị MPa,với ắc suất dim bào không dưới 95%, xác định tên các mẫu kéo chun được chế to,dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn và thí nghiệm kéo ở tuổi 28 ngây Mác bê tôngtheo cường độ chịu nén (Concrete grade classiod by compressive strength) ký hiệuchữ M, là cường độ của bê tông, lẤy bằng gid tị tng bình thống kế của cường độ chịu nén tức thời, tinh bằng đơn vị đềca Niutơn trên centimét vuông (daN/em’), xácđịnh trên các mẫu lập phương kích thước tiêu chuẩn (150 mm x 150 mm x 150 mm)du, Kết cầu bê tông (Conerete structure) là kết cấu làm từ bê tông không đặt cốt thép hoặc dat cốtthp theo yêu cầu cầu tgo ma không kể đến trong tính ton, Trong kết cầu bê tông các nội lựctính toán do tht cd các ác động đều chịu bởi bệ tông21Trang 28(Reinforced concrete structure) là kết cu làm từ.Kết cấu bê tông cốt ttông có.đặt cốt thép chịu lực và cốt thép edu tạo Trong kết cấu bê tong cốt thép các nội lựctính toán do tắt cả các tác động chịu bối bê tông và cốt thép chịu lựcCCốt thép chịu lực (Load bearing reinforcement) là cốt thép đặt theo tính toán Cốt thép cấu tạo (Nominal reinforcement) là cốt thép đặt theo yêu cảu cấu tạo mà không tính Chiều cao kim việc của tiết diện (Effective depth of section) là khoảng cách từ mép.chịu nén của cấu kiđến trọng tâm tiết dicủa cốt thép dọc chịu kéoLớp bê tông bảo về (Concrete cover) là lớp bê tông có chiều day tính từ mép cấu kiệnđến bề mặt gần nhất của thanh.Lye tới han (Ultimate force) là nội lực lớn nhất ma cấu kiện, tiết diện của nó (với cácđặc trưng vật liệu được lựa chọn) có thể chịu được.‘Trang thải giới hạn (Limit state) là trạng thái mã khi vượt quá kết cầu không còn thỏamãn các yêu cầu sử dụng đề ra đổi với nó khi thiết kế.thường (Normal service condition) là điều kiện sử dụng tuân theo các yêutrước theo tiêu chuẩn hoặc trong thiết kế, thỏa mãn các yêu cầu về công nghệ cũng như.sử dụng,Đơn vị do trong tiêu chuẩn nảy sử dụng hệ đơn vị do SI Don vị chiều dài: m; đơn vịng suất MPa; đơn vị lực N (bảng chuyển đổi đơn vị xem Phụ lục).2.3.1 Cấu tạo cắt thépĐể chịu momnen xoắn phải đặt cốt dọc theo chu vi cấu kiện và cốt đai phải khép kinMột phần cốt dọc đặt trong ving kéo do uỗn với lượng thép it nhất bằng diện tích thép2Trang 29tinh toán do chịu uốn, phần còn lại phân bổ theo chu vi, Các cốt dọc cần được neochắc chấn vào gối tựa với chiều dài lạ,Hình 2.12 Cắt thép của edu kiện chịu xoắnCt đại rong khung buộc cần phải tạo thành vòng kin và neo chắc chin hai đầu, đoạn chấp vào nhau không nhỏ hơn 30d (d đường kinh cốt đai) Dầu mút cốt đai tốn móc: in lảm thành vòng kín, đầu mút hàn chắc với và ôm lấy thép dọc Nếu khung hàn ~cốt dọc. với tết điện chữ T, chữ I cần đặt cốt đai thành vòng kin trong cả sườn và cánh mỗi nói chẳng >30d (d là dường kính cốt thép đai) ( Hình 2.12) Khi cạnh tiết điện h < 200 cần ít nhất hai cốt dọc, h>200 nhất ba cốt doc đọc theo cạnh tiếtđiện.Những nguyên tắc cơ bản: Các kết cầu bê tông và bê tông cốt thấp cẩn được tính oán và cấu tạo, lựa chọn vật liệu và kích thước sao cho trong các kết cầu đó không xuất hiện các trang thai giới hạn với độ tin cậy theo yêu cầu Việc lựa chọn các giải pháp23Trang 30kết cấu Ân xuất phát từ tính hợp lý về mặt ính tế kỹ thuật khi áp dung ching trongnhững điều kiện thi công cụ thể, có tính đến việc giảm tối đa vật liệu, năng lượng,nhân công và giá thành xây dựng bằng cách:+ Sử dụng các vậtliệu và kết cầu có hiệu quả: ~ Giảm trọng lượng kết cầu;= Sử đụng tối da đặc tag cơ lý củ vật lều: - Sử dụng vật liệu tại chỗ,chọn kích thước tiết điện và bổ triKhi thiết kế nhà và công tình, cần tạo sơ đổsốt thép đảm bảo được độ bén, độ én định và sự bit biển hình không gian xết tongtổng thé cũng như riêng từng bộ phận của kết cấu trong các giai đoạn xây dựng va sử2.3.2 nguyên tắc tinh toánKhi tính toán tiết diện ta dựa trên các giả thiết sau:- Bỏ qua khả năng chịu kéo của bé tông;~ Vũng chịu nén của tết điện được coi là phẳng, nằm nghiêng một góc 0 với trục dọccấu kiện, khả năng chịu nén của bể lông lấy bằng Rysin’0 và xem như phân bổ đềutrên vùng chịu nén x;~ Ứng suất kéo, nền trong cốtthép doe và cỐtthép ngang cắt qua vùng chịu kéo của it diện không gi lấy bằng cường độ tinh toán R, Ry và Ro= Ứng suất của cốt thép nằm trong vùng chịu nén lấy bằng Ry đối với cốt thép khôngTỉnh toán cấu kiện chịu uốn xoắn thì tương đổi phức tạp nên ở đây ta chỉ thực hiện baitoán kiểm tra Từ momen uốn tinh sơ bộ được cốt thép chịu kéo As, chọn đặt cốt thép.tăng hơn giá tị tính được, bổ tí thêm cốt dọc theo phương cạnh h Từ lực cất ta tính racốt dai, chọn khoảng cách bé hơn giá trị tinh được Sau khi sơ bộ tính và bé trí théphành tính toán kiểm tra xoắn theo trình tự sau: dọc và dai ta tiế24Trang 31ứng suất nền chínhM,<0.1R,b°h (218) Nếu b#tông có cấp độ bin > B30 thi lấy Rb ứng với cắp B30 để tính~ Điều kiện về khả năng chịu lực tiết điện vênh:“Tính toán tiết diện ngang theo độ bên (hình 2,13) cin thực hiện theo điều kiệnRee Are’Hình 2.13 - Sơ đồ nội lực trong tiết điện không gian cắu kiện bê tông cốt thép chịu tốn xoắn đồng thời khi tinh toán theo độ ben“Chiều cao vùng nén x xác định theo công thức:RA Rud, Rjbx 2.20)(Nên hạn chế 2a” < x < ER, với 8, À ede ti số cạnh tiết diện tương ứng song songvà vuông góc với đường giới hạn vùng chịu nén)Việc tính toán cần được tiến hành với 3 sơ đồ vị trí vùng chịu nền của tiết điện không.25Trang 32@) &) ©(a) - ở cạnh bị nén do uốn; (b) - ở cạnh song song với mat phẳng tác dụng,của mô men tốn; (c) - ở cạnh bị kéo do ồnHình 2.14 - Sơ đồ vị trí vùng chịu nén của tiết diện không gianKY hiệu trong các công thức như sau:b là kích thước cạnh song song vũng nén; (m, em)h là kích thước cạnh vuông góc với đường giới hạn vùng nén: (m, em)a a! khoảng cách từ hợp lục trong cốt thép tương ứng với S và S' đến biên gin nhấcủa tiết dihọ, hg chiều cao làm việc của tiết diện, tương ứng bằng ha và x chiều cao vũng bê tông chịu nên;& chiều cao tương đối của vùng bề tông chịu nén, bằng xi; Ag la diện tích cốt thép dọc đặt theo cạnh b trong vùng nén; (cm?) [A là điện tích cốt thép đọc đặt theo cạnh b đối diện vũng nén: (em)Lin lượt là cường độ tính toán vé kéo và nén của cốt thép đọc thép ứng với các(MPa)trạng thái giới hạn thứ atRy là cường độ tính toán cốt thép ngang; (MPa)‘Acor là điện tích tiết diện của một thanh cốt dai nằm ở cạnh phía cốt thép A, của sơ đồ dang xét (cm)26Trang 33sla khoảng cách của cốt đai: (m, em, mm)M Li momen uốn, (sơ đồ 2 lấy M = 0, sơ đồ 3 lấy M_véi du" ; (Nm, KNm ) M,là mô men xoắn (Nm, KNm )M, là mô men uốn lớn nhất mà tết diện thẳng góc với tre dọc của cấu kiện chịuđược; (Nm, KNm ).Mạ, là mô men tốn lớn nhất mà tiết điện vênh của cầu kiện chịu được: (Nm, KNm )090% — được xác định theo từng sơ đồQj -là khả năng chịu lực cắt của bể tông (N)Que - khả năng chịu ct của cốt dai ại it điện cắt thuyết CN)uu —Khả năng chịu cất cũa cốt đá- Sơ đồ 1: ở cạnh bị nên do ốn của cầu kiện (Hình 2.15):Hình 2.15 Hình minh họa tính toán cho sơ đồ 1~ Công thức xác định Mạ,p Phương trình mô men đối với trụ đi qua hợp ực cũa vùng nền và theo phương„A„Z,sin0 + ER„„A „„Z„cos0 (221a)AB ta có: Msin0 + Mcos0 =“rong đó: Z,.Zy là cánh tay đồn nội lực của cốt thép đọc và cốt thép đai, có thể chấpnhận Z, = thụ -Š) Đặt ẢN,, biến đổi phương ình (6.214) thành(RsAstg8 + ERA IZIn] 210)7Trang 34thức 2.218 là phương trình cân bằng Liên hệ với điều kiện về khả năng chịu lựcthấy rằng về phải chính là khả năng chịu xoắn của tiết điện vênh, được kí hệ là My,Sau khi diing một số công thức biến đổi toán học để biéu diễn Mạ, thành dạng dễ vận 1+ 0,81?đụng hơn ta có công thức: Mạ = RAS G5 (họ =0.5x) ~ Khi tinh toán theo sơ đồ 1Me a=(Thông thường chọn As, As’, Asw, sồi tiến hành tinh toán Xác định x theo công thức (2.20), kiểm tra 2a” < x <ERhp, Nếu x > ERhu cần tăng AS’, b, họ )= Sơ đồ 2: ở cạnh của cấu kiện, song song với mặt phẳng tác dụng của mô men uốn(đình 2.16)nh 216 hình minh họa tính toán cho sơ đồ 2 -(ở cạnh song song với mặt phông tc dụng của mô men tốn)= khi tinh toán theo sơ đỗ 2:Lạy = ee"Trường hợp M, > 0.5Qb cần kiểm ta theo tiết di wen tức àM,<SM„=R.A, epee (ho 0.5x) theo (2.19)28Trang 35sắc bước tinh giống như sơ đồ 1, không cin xác định Mu vi lấy 04 như sau:Néux<2a'thi trong (2.19) lấy= TIẤMx = minQa'x1) 630Chon (0u, = 0.5 và ọy 2ø; = 1.5, Lúc này vị trí ving nền song song theo cạnh h nêncác cạnh b, b hoán đổi nhau, As và As” lấy theo hình 15a“Trường hợp M, <0.5Qb,(Can kiểm tra theo điều kiện: Q < Que ="rong đó: Qy 8 khả năng chịu lực cất của bê tôngcyđược Cụ6 giá nhỏ nhất, tức làta đạo hàm bậc hai của về phải và ho bằng không sẽ tim~ Sa đồ 3: ở cạnh bị kéo do uốn của cầu kiện (Hình 2.17).Hình 2.17 hình minh hoa tỉnh toán cho sơ đồ 3 (ở cạnh bị kéo do nốn) ~ khi tính toán theo sơ dé 3:“Trong các công thức (2.19) và (2.20):29
Ngày đăng: 29/04/2024, 11:26
Xem thêm:
