thiết kế sàn không dầm bê tông cốt thép ứng lực trước căng sau theo tiêu chuẩn eurocode 2

Lời cảm ơn lời cam đoan Mục lục Trang 1 Bảng ký hiệu và chữ viết tắt sử dụng trong luận văn 4 Mở đầu 6 * Lý do nghiên cứu 6 * Mục đích nghiên cứu 6 * Phơng pháp nghiên cứu 6 * Phạm vi nghiên cứu 6 Chơng 1: tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực tr- ớc và Các quy định chung 7 1.1 Tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực trớc 7 1.2 Các quy định chung 11 1.2.1 Tải trọng 11 1.2.2 Tổ hợp tải trọng 13 1 1.2.3 Bê tông 15 1.2.4 Cốt thép cờng độ cao 16 1.2.5 Các vật liệu khác 21 1.2.6 Khoảng cách, lớp bảo vệ cốt thép 22 1.2.7 Neo 23 1.2.8 Nối chồng 26 1.2.9 Cơ cấu dẫn hớng 27 1.2.10 Cơ cấu ứng suất trớc 28 Chơng 2: Quy trình thiết kế 30 2.1 Các phơng pháp xác định nội lực sàn phẳng 30 2.1.1 Phơng pháp trực tiếp 30 2.1.2 Phơng pháp khung tơng đơng 31 2.1.3 Phơng pháp đờng chảy dẻo 32 2.1.4 Phơng pháp phần tử hữu hạn 32 2 2.2 Xác định chiều dày sàn 33 2.2.1 Xác định theo điều kiện cắt thủng 33 2.2.2 Xác định theo điều kiện hạn chế độ võng 42 2.3 Lực ứng suất trớc 46 2.3.1 Lực ứng suất trớc 46 2.3.2 Lực ứng suất trớc tối đa 47 2.3.3 Giới hạn ứng suất trong bê tông 47 2.3.4 Tải trọng cân bằng 48 2.4 Xác định các tổn hao ứng suất 50 2.4.1 Tổn hao ứng suất do biến dạng tức thời của bê tông 50 2.4.2 Tổn hao ứng suất do co ngót của bê tông 50 2.4.3 Tổn hao ứng suất do chùng cốt thép 52 2.4.4 Tổn hao ứng suất do ma sát 56 2.4.5 Tổn hao ứng suất tại neo 57 3 2.5 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 1 và TTGH 2 58 2.5.1 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 1 58 2.5.2 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 2 65 Chơng 3: ví dụ tính toán 69 3.1 Xây dựng sơ đồ khối về quy trình thiết kế 69 3.2 Tính toán với số liệu cụ thể 70 3.2.1 Các thông số chính 70 3.2.2 Chọn chiều dày sàn và xác định tải trọng 70 3.2.3 Xác đinh nội lực sàn 72 3.2.4 Xác định quỹ đạo cáp và các tổn hao ứng suất 73 3.2.5 Xác định số lợng cáp 77 3.2.6 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 1 78 3.2.7 Kiểm tra tiết diện theo TTGH 2 80 3.3 Xây dựng chơng trình tính tự động hóa 82 4 KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 84 tµi liÖu tham kh¶o 86 5 Bảng ký hiệu và chữ viết tắt sử dụng trong luận văn Chữ cái Latinh viết hoa A Diện tích tiết diện ngang A c Diện tích tiết diện ngang của bê tông A p Diện tích tiết diện cáp ứng lực trớc A s Diện tích tiết diện cốt thép thờng A s, min Diện tích tiết diện tối thiểu cốt thép A sw Diện tích tiết diện cốt thép chịu cắt D Đờng kính độ cong uốn cốt thép E Hệ quả tác động E c Môđun đàn hồi tiếp tuyến của bê tông E cd Môđun đàn hồi tính toán của bê tông E cm Môđun đàn hồi cát tuyến của bê tông E p Môđun đàn hồi tính toán của cốt thép ứng lực trớc E s Môđun đàn hồi tính toán của cốt thép EI Độ cứng uốn F Tác động F d Giá trị tính toán của tác động F k Giá trị đặc trng của tác động G k Tác động thờng xuyên đặc trng I Mômen quán tính của tiết diện bê tông L Chiều dài M Mômen uốn M Ed Giá trị tính toán của mômen uốn N Lực dọc trục N Ed Giá trị tính toán của lực dọc trục P ứng lực trớc 6 P o Lực căng ban đầu tại đầu neo cáp Q k Tác động thay đổi đặc trng R Độ bền SLS Trạng thái giới hạn sử dụng ULS Trạng thái giới hạn độ bền ƯLT ứng lực trớc V Lực cắt V Ed Giá trị tính toán của lực cắt TTGH 1 Trạng thái giới hạn 1 TTGH 2 Trạng thái giới hạn 2 Chữ cái Latinh thờng d Chiều dày sàn f ck Cờng độ chịu nén đặc trng của bê tông f cd Cờng độ chịu nén tính toán của bê tông f p Cờng độ chịu kéo của cáp ứng lực trớc f pk Cờng độ chịu kéo đặc trng của cáp ứng lực trớc f t Cờng độ chịu kéo của cốt thép f tk Cờng độ chịu kéo đặc trng của cốt thép f y Cờng độ chảy dẻo của cốt thép f yk Cờng độ chảy dẻo đặc trng của cốt thép 7 Mở đầu * Lý do nghiên cứu Trong tiến trình hội nhập và phát triển hiện nay, việc hiểu biết tiêu chuẩn thiết kế của các nớc tiên tiến đối với những ngời làm công tác kỹ thuật là cần thiết. Tiêu chuẩn châu âu EN 1992 Thiết kế kết cấu bê tông nằm trong bộ tiêu chuẩn thiết kế kết cấu nhà và công trình do tiểu ban kỹ thuật Châu Âu soạn thảo và tiêu chuẩn hoá để áp dụng cho các nớc thuộc Liên minh Châu Âu. Hiện nay, sàn bê tông ứng lực trớc căng sau đợc ứng dụng ngày càng phổ biến trong các công trình xây dựng. Trong tiêu chuẩn TCXDVN 356 : 2005 đã ban hành chủ yếu đề cập đến thiết kế cấu kiện dầm bêtông ứng lực tr- ớc. Đề tài Thiết kế sàn không dầm bê tông cốt thép ứng lực tr ớc căng sau theo tiêu chuẩn Eurocode 2 sẽ đề cập tổng quan về tiêu chuẩn Eurocode và trình tự thiết kế cụ thể cho sàn không dầm bêtông cốt thép ứng lực trớc. * Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu các quy định về vật liệu, tải trọng và nguyên lý cấu tạo đối với kết cấu bêtông cốt thép trong tiêu chuẩn Eurocode 2. Nghiên cứu quy trình thiết kế sàn không dầm bê tông cốt thép ứng lực trớc theo tiêu chuẩn Eurocode 2. * Phơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu tiêu chuẩn Eurocode 2 và các tài liệu liên quan. * Phạm vi nghiên cứu Sàn không dầm bê tông cốt thép ứng lực trớc căng sau trong nhà cao tầng. 8 Chơng 1 : Tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực trớc và Các quy định chung 1.1 Tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng lực trớc Kết cấu bê tông ứng lực trớc là một dạng kết cấu đặc biệt trong kết cấu bê tông cốt thép đã và đang đợc sử dụng rộng rãi trong xây dựng nhà và công trình. Kết cấu bê tông ứng lực trớc đợc thực hiện theo 2 công nghệ khác nhau tùy thuộc vào phơng thức sản xuất và thi công. Đó là công nghệ căng trớc và công nghệ căng sau [2]. Từ đầu những năm 1990 trở lại đây, trớc yêu cầu xây dựng nhà nhiều tầng, nhà nhịp lớn tăng mạnh và do công nghệ nớc ngoài đợc đa vào nhiều theo cùng với vốn đầu t nớc ngoài, công nghệ ứng lực trớc đã bắt đầu đợc dùng trong kết cấu nhà cửa ở Việt Nam chủ yếu là trong kết cấu sàn, và có xu hớng trở nên phổ biến hơn [9]. Kết cấu bê tông ứng lực trớc đợc nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam khá sớm, từ những năm 60 thế kỷ XX. So với kết cấu bê tông cốt thép thờng u điểm nổi bật của kết cấu bê tông ứng lực trớc là [9]: - Làm tăng độ cứng của kết cấu, do vậy cho phép giảm đợc kích thớc tiết diện, giảm đợc trọng lợng bản thân kết cấu và vợt đợc các khẩu độ lớn; - Có khả năng khống chế sự hình thành vết nứt và độ võng; - Tiết kiệm đợc vật liệu bêtông và cốt thép do việc sử dụng vật liệu cờng độ cao. Trong kết cấu công trình dân dụng, hệ thống sàn đợc quan tâm nhiều nhất khi áp dụng công nghệ ứng lực trớc là do: sàn là bộ phận kết cấu có chi phí đáng kể nhất, chiếm không dới 50% tổng chi phí kết cấu toàn công trình trên một đơn vị diện tích sàn. Việc sử dụng bê tông cốt thép ứng lực trớc sẽ tác động thuận lợi vào giá thành công trình theo hai hớng: 9 - Trọng lợng bản thân sàn đợc giảm nhẹ. Bề dày sàn ứng lực trớc giảm xuống còn khoảng 50 80% bề dày của sàn bê tông cốt thép bình thờng với cùng kích thớc nhịp và điều kiện tải trọng. Khối lợng cốt thép cũng đợc giảm mạnh nhng bù vào đó giá thành thép cờng độ cao rất lớn (gấp 3-4 lần thép xây dựng bình thờng) nên chi phí về cốt thép không thay đổi bao nhiêu. Tuy vậy, việc giảm trọng lợng bản thân sàn sẽ kéo theo việc giảm khối lợng vật t cho nhiều kết cấu khác nh cột, tờng móng, và đảm bảo có lợi cho kết cấu nhà ở vùng chịu động đất do lực ngang quán tính giảm cùng với khối lợng sàn. - Tiến độ thi công sàn tăng nhanh, do sử dụng bê tông mác cao kết hợp với phụ gia. Một số công trình đã đợc xây dựng cho thấy tiến độ thi công trung bình 7-10 ngày/ tầng cho diện tích xây dựng 400-500m 2 /sàn. Công tác và khuôn khá đơn giản nhất là với loại sàn không dầm, đợc sử dụng chủ yếu trong nhà cao tầng có sàn ứng lực trớc. - Ngoài ra việc mở rộng lới cột, giảm chiều cao tầng nhà và các thiết bị, phụ kiện phục vụ cho việc gây ứng lực trớc ngày càng đợc hoàn thiện, gọn nhẹ và hiệu qua, cũng đóng góp nhiều phần quan trọng vào sự thành công của sàn bê bê tông ứng lực trớc. Tuy nhiên sử dụng kết cấu bê tông ứng lực trớc nói chung và công nghệ căng sau nói riêng đều đòi hỏi các nhà t vấn thiết kế, t vấn giám sát, nhà thầu xây dựng cần có những kiến thức và kinh nghiệm nhất định mới đem lại hiệu quả mong muốn. Đặc biệt với thiết kế chịu động đất, hệ sàn đóng vai trò rất quan trọng trong sự làm việc tổng thể của kết cấu chịu động đất. Chúng làm việc nh những tấm cứng ngang, tiếp nhận các lực quán tính sang hệ kết cấu thẳng đứng và bảo đảm cho các hệ kết cấu này cùng nhau làm việc khi chịu tác động của động đất theo phơng ngang [5]. Phơng pháp tạo ứng lực trớc trong sàn: 10 [...]... tạo lực căng xấp xỉ bằng 50% lực căng quy định, bớc hai tạo đủ lực căng Bớc hai chỉ đợc tiến hành sau khi đã kết thúc bớc một cho toàn sàn - Công nghệ căng sau đợc thực hiện việc căng cốt thép gây ứng lực trớc trong kết cấu chỉ sau khi bê tông đổ tại chỗ đạt cờng độ ít nhất 80% cấp độ bền thiết kế Điểm tỳ của thiết bị căng nằm ngay trên cạnh hay trên mặt kết cấu nên còn đợc gọi là căng trên bê tông. .. đợc tính theo cờng độ chịu kéo của bê tông có xét đến ảnh hởng của đờng kính cốt thép và điều kiện neo tốt hay xấu, đợc tính theo công thức sau: fbd = 1,5 fctk (1- 12) Bảng 1.7 Hệ số cờng độ bám dính của bê tông [4] fck(N/mm2) 12 16 20 25 30 32mm 1,6 2, 0 2, 3 2, 7 3,0 >3 2mm 1,1 1,4 1,6 1,9 2, 1 Nếu trong đoạn neo, thanh cốt thép 35 40 45 50 55 60 3,4 3,7 4,0 4,3 4,5 4,7 2, 4 2, 6 2, 8 3,0 3,1 3,3 không thẳng... đờng kính thanh cốt thép và lớn hơn kích thớc 24 lớn nhất của cốt liệu cộng thêm 5mm Quy định đó nhằm đạt đủ lực dính giữa bê tông và cốt thép đồng thời vữa bê tông có thể chảy qua Nếu cốt thép có nhiều lớp trong cùng tiết diện thì các thanh thép phải đợc bố trí thẳng hàng theo phơng chảy của vữa bê tông, không đợc bố trí xen kẽ Lớp bê tông bảo vệ là lớp bê tông phủ ra bên ngoài cốt thép, là khoảng... giữa bề mặt cốt thép lớp ngoài cùng (kể cả cốt đai) và bề mặt bê tông gần nhất Lớp bê tông bảo vệ có tác dụng bảo đảm đủ lực dính giữa cốt thép và bê tông, bảo vệ cốt thép khỏi sự ăn mòn của môi trờng xung quanh, đủ khả năng chịu lửa theo yêu cầu Theo yêu cầu lực dính, chiều dày lớp bê tông bảo vệ c min.b không đợc nhỏ hơn đờng kính của cốt thép Nếu kích thớc danh nghĩa của cốt thép lớn hơn 32mm thì phải...11 - Các sàn bê tông ứng lực trớc ở Việt Nam hiện nay thờng dùng phơng pháp căng sau (post tension) có hoặc không dính kết - Sau khi ván khuôn sàn đợc lắp dựng và kiểm tra theo đúng vị trí thiết kế, tiến hành đặt cốt thép thờng và cốt thép ứng lực trớc cũng nh các thiết bị neo Để đảm bảo cho các cáp ứng lực trớc phát huy tốt khả năng chịu lực, chúng đợc bố trí theo các đờng dải cáp định... học trong khoảng nhiệt độ -20 0C đến 700C Vữa dùng để lấp các khe thi công, các mối nối của cấu kiện lắp ghép, để làm lớp bảo vệ cốt thép và bảo vệ các đầu neo 1 .2. 6 Khoảng cách, lớp bảo vệ cốt thép [4] Cốt thép đặt trong bê tông để tạo thành kết cấu bê tông cốt thép phải đợc liên kết với nhau thành khung cốt thép hoặc lới cốt thép Khoảng cách thông thủy giữa hai thanh cốt thép song song đặt liền kề... các tải trọng đặc biệt 1 .2. 3 Bê tông [4] Cờng độ chịu nén của bê tông đựơc xác định với mẫu tiêu chuẩn hình trụ: D = 150mm, h = 300mm Cờng độ của mẫu bê tông là ứng suất ứng với lực nén N làm mẫu bị phá hoại: fc = N (N/mm2) Ac (1-8) trong đó: Ac Diện tích ngang của mẫu; N Lực nén phá hoại Tiêu chuẩn EC -2 quy định cấp bền của bê tông không nhỏ hơn C30/37 Với cờng độ nh vậy, bê tông sẽ có biến dạng co... m.min = 7 Giá trị m.min bảo đảm cho cốt thép không bị nứt khi uốn và khi cốt thép chịu lực thì phần bê tông trong khu vực uốn không bị ép nát 1 .2. 7 Neo [1] Neo của các thanh thép thờng Neo cốt thép, để cốt thép dạng thẳng không bị tuột khỏi bê tông thì chiều dài neo cơ bản đợc xác định nh sau: lb , rqd = sd 4 f bd (1-11) trong đó: sd - là ứng suất trong thanh thép tại vị trí bắt đầu đo chiều dài... dính giữa bê tông và các thanh căng Khoảng cách thông thủy theo chiều ngang và chiều ứng của các thanh căng đơn theo phơng pháp căng trớc phải đảm bảo tuân theo các khoảng cách 22 trên hình 1 .2 Có thể sử dụng các cách bố trí khác, miễn là các kết quả thí nghiệm chứng minh đợc sự làm việc ở trạng thái giới hạn thỏa mãn về: - Bê tông chịu nén tại neo; - Sự phá vỡ bê tông; - Neo của các thanh căng theo phơng... căng không bám dính đợc nêu trong các tài liệu của tổ chức phê chuẩn kỹ thuật Châu Âu 31 Chơng 2 : Quy trình thiết kế 2. 1 Các phơng pháp xác định nội lực sàn phẳng 2. 1.1 Phơng pháp trực tiếp Kết cấu sàn phẳng cũng là loại kết cấu sàn chịu uốn theo hai phơng Tải trọng trên mặt sàn đợc truyền lên các dải bản nằm theo hàng cột và các dải này gọi là dải cột (tơng tự nh các dầm trong hệ thống kết cấu sàn . 356 : 20 05 đã ban hành chủ yếu đề cập đến thiết kế cấu kiện dầm b tông ứng lực tr- ớc. Đề tài Thiết kế sàn không dầm bê tông cốt thép ứng lực tr ớc căng sau theo tiêu chuẩn Eurocode 2 sẽ đề. lý cấu tạo đối với kết cấu b tông cốt thép trong tiêu chuẩn Eurocode 2. Nghiên cứu quy trình thiết kế sàn không dầm bê tông cốt thép ứng lực trớc theo tiêu chuẩn Eurocode 2. * Phơng pháp nghiên. tiêu chuẩn Eurocode 2 và các tài liệu liên quan. * Phạm vi nghiên cứu Sàn không dầm bê tông cốt thép ứng lực trớc căng sau trong nhà cao tầng. 8 Chơng 1 : Tổng quan về sàn bê tông cốt thép ứng