CHƯƠN 2 ĐẠI CƯƠNG VỀ SÀN COMPOSITE

Cấu tạo sàn: Sàn thép, cốt thép, bê tông đổ tại chỗ - Khi bê tông đông cứng, kết cấu sàn làm việc như sàn liên hợp thép – BTCT - Thép tấm định hình và bê tông bên trên được liên kết với

Trang 1

- Thi công nhanh và đơn giản

- Sàn công tác an toàn cho công nhân bên dưới

- Bản thép và dầm được sản xuất tại nhà máy nên hạn chế sai số kích thước

1 Giới thiệu

Trang 2

Cấu tạo sàn: Sàn thép, cốt thép, bê tông đổ tại chỗ

- Khi bê tông đông cứng, kết cấu sàn làm việc như sàn liên hợp thép – BTCT

- Thép tấm định hình và bê tông bên trên được liên kết với nhau theo cáchlực cắt theo phương ngang được truyền qua tại bề mặt tiếp xúc giữa théptấm định hình và bê tông

- Phân phối tải trọng

- Gia cường cục bộ tại

các lỗ hở của bản

- Chống cháy, chịu moment âm phía trên và khống chế vết nứt do co ngót của

bê tông

Trang 5

2 Sự làm việc của bản composite

2.1 Tương tác giữa BT và thép

- Liên kết giữa bê tông và

thép là hoàn toàn: tương

tác hoàn toàn

- Giữa thép tấm định hình và

bê tông có chuyển vị dọc

tương đối: tương tác

không hoàn toàn

10

+ Tương tác hoàn toàn: không có trượt giữa thép và bê tông tại mặt tiếp xúc,phá hoại có thể là giòn hoặc dẻo, lực tới hạn Pu lớn nhất

+ Không tương tác: Trượt rất lớn xảy ra tại bề mặt tiếp xúc của bê tông vàthép, gần như không có sự truyền lực cắt, lực tới hạn Pu nhỏ nhất

+ Tương tác một phần: Trượt bé, lực cắt truyền một phần, tải tới hạnPu có giátrị trung gian giữa hai trường hợp trên, phá hoại giòn hoặc dẻo

2.2 Ba dạng làm việc

của bản composite

Trang 6

2.3 Độ cứng của bản composite: phụ thuộc vào hiệu quả của liên kết

-Thể hiện bằng phần đầu của đường cong P – δ

- Độ cứng lớn nhất ứng với tương tác hoàn toàn

- Ba dạng liện kết giữa thép và bê tông:

+ Liên kết hóa lý: bé nhưng luôn tồn tại trong tất cả thép định hình+ Liên kết ma sát: hình thành ngay khi xuất hiện sự trượt vô cùng bé+ Liên kết neo cơ học: xuất hiện sau khi có sự trượt đầu tiên và phụphuộc vào hình dáng mặt tiếp xúc giữa thép và bê tông

12

- Dạng phá hoại I: phá hoại do moment dương (tiết diện I), tức là sức kháng uốn

của bản Mpl.Rd, là dạng nguy hiểm đối với nhịp vừa đến nhịp lớn với mức độ tươngtác cao giữa thép và bê tông

- Dạng phá hoại II: phá hoại do lực cắt dịc lớn, khả năng chịu tải tới hạn đạt được

tại mặt tiếp xúc giữa thép và bê tông Dạng này xảy ra tại tiết diện II dọc theo

chiều dài chịu cắt Ls

- Dạng phá hoại III: phá hoại do lực cắt theo phương đứng lớn gần gối tựa (tiếtdiện III) nơi lực cắt theo phương đứng là quan trọng Dạng này chỉ có thể nguy

hiểm đối với bản có chiều dày lớn và nhịp bản ngắn chịu tải nặng

2.4 Các dạng phá hoại

Trang 7

2.5 Phá hoại giòn và phá hoại dẻo: Phá hoại giòn (hình 7) xảy ra đột ngột

hường không có biến dạng đáng kể có thể quan sát được, phá hoại dẻo xảy

ra với biến dạng đáng kể và tăng dần

Phá hoại giòn hay dẻophụ thuộc vào đặc trưngcủa mặt tiếp xúc thép và

bê tông Bản có thép tấmđịnh hình dạng lồi mở dểứng xử giòn, ngược lạibản có thép tấm định hìnhdạng lõm có xu hướngbiểu hiện ứng xử dẻo

Liên kết chịu cắt giữa dầm và bản cũng có ảnh hưởng đến dạng phá hoại

14

3 Các điều kiện thiết kế, sự làm việc và độ võng

3.1 Các giai đoạn thiết kế:

- Trong quá trình thi công: thép tấm đóng vai trò như cốp pha

- Khi sử dụng: bê tông và thép làm viêc cùng nhau như kết cấu liên hợp

Trang 8

3.1 Giai đoạn thi công

- Thép tấm định hình phải đủ chịu trọng lượng bê tông ướt và tải trọng thi

- Các tải trọng được xét đến khi tính theo trạng thái giới hạn tới hạn:

Trọng lượng bê tông và sàn thép

Tải trọng thi công

Tải dụng cụ thiết bị

Trọng lượng bê tông tăng lên do võng thép định hình

16

- Theo EC4 trong mỗi diện tích 3mx3m ngoài trọng lượng bê tông, tải thi côngtiêu chuẩn và trọng lượng bê tông thừa do bản võng sẽ được lấy chung 1.5kN/m2

- Trên phần diện tích còn lại, tải tiêu chuẩn 0.75 kN/m2 cộng vào trọng lượngcủa bê tông Các tải này nên được đặt để gây ra moment uốn lớn nhất hay lựccắt lớn nhất

- Không có bê tông, thép tấm định hình cần phải đủ chịu được tải tiêu chuẩn1kN trên 1 diện tích có cạnh 300mm hay tải đường tiêu chuẩn 2kN/m tác dụngvuông góc với bụng trên bề rộng 0.2m, tải này là tải do quá trình vận hành tạora

Trang 9

18

Độ võng của thép tấm định hình dưới tác dụng của trọng lượng bản thân vàtrọng lượng bê tông ướt nhưng ngoại trừ tải trọng thi công không vượt quáL/180 với L là nhịp tính toán giữa các gối

Nếu độ võng tại tâm của thép tấm định hình δ dưới tác dụng của trọng lượngbản thân và bê tông ướt, được tính toán theo trạng thái giới hạn sử dụng, nhỏhơn 1/10 chiều cao bản, ảnh hưởng của sự gia tăng bê tông do bản võng cóthể bỏ qua khi tính toán thép tấm định hình Nếu vượt qua giới hạn này, ảnhhưởng này phải xét đến, chẳng hạn bằng cách giả định trong khi tính toán,chiều dày của bê tông được tăng lên trên toàn nhịp là 0.7δ

Việc chống đỡ có thể làm giảm độ võng, trong trường hợp này các thanh

chống được xem như là các gối tựa Sử dụng thanh chống được hạn chế vìlàm gây trở ngại trong quá trình thi công và làm mất thời gian và tăng kinh phícủa dự án

Trang 10

- Tải trọng bản thân của bản (thép tấm định hình và bê tông)

- Các tải trọng thường xuyên khác

- Phản lực do việc tháo dỡ thanh chống

- Hoạt tải

- Từ biến, co ngót và biến dạng (độ lún)

- Tác động của khí hậu (nhiệt độ, gió…)

Đối với các công trình, sự thay đổi nhiệt độ thường không xét đến

Kiểm tra theo trạng thái giới hạn về sử dụng bao gồm:

Các giá trị giới hạn được kiến nghị trong EC3 là:

- L/350 dưới tác dụng của tải trọng thường xuyên và tải trọng dài hạn thay đổi

- L/300 dưới tác dụng của tải trọng dài hạn thay đổi

- L/350 nếu bản composite mang các phần tử giòn (xi măng hoàn thiện, váchngăn không mềm, …) Độ võng của bản do trọng lượng bản thân và bê tôngướt không được xét đến trong việc kiểm tra này của bản composite

Đối với nhịp giữa, độ võng được xác định bằng cách sử dụng gần đúng:

moment quán tính lấy bằng giá trị trung bình của tiết diện nứt và không nứtĐối với bê tông có khối lượng riêng trung bình, giá trị trung bình của hệ sốtính đổi n = Ea/Ec đối với ảnh hưởng dài hạn và ngắn hạn được sử dụng

Trang 11

3.2.2 Trượt biên (End Slip)

+ Đối với các nhịp biên, trượt biên có ảnh hưởng quan trọng đến độ võng + Đối với sự làm việc nửa dẻo, trượt biên sẽ làm tăng độ võng

+ Neo đầu có thể cần thiết để ngăn cản trượt biên khi tính theo trạng thái giớihạn sử dụng

+ Trượt biên được xem như đáng kể khi lớn hơn 0.5mm

+ Thường không tính đến trượt biên nếu thỏa giới hạn độ võng với tải trọng bằng 1.2 lần tải trọng sử dụng

+ Nơi trượt biên vượt quá 0.5mm xảy ra với tải bé hơn 1.2 lần tải sử dụng tínhtoán, thì các neo đầu được bố trí hoặc độ võng phải được tính toán có xét đến

độ võng của trượt biên

+ Thường bề rộng tối đa của vết nứt là 0.3mm

+ Nếu bề rộng vết nứt lớn hơn giá trị này, cốt thép cần được bổ sung theo quyđịnh của bê tông cốt thép thông thường

+ Khi bản liên tục được thiết kế như một loạt bản đơn giản, tiết diện ngang củacốt thép chống nứt lấy không nhỏ hơn 0.2% tiết diện ngang của bê tông ở phíatrên thép tấm định hình đối với kết cấu không sử dụng thanh chống và 0.4%đối với kết cấu có sử dụng thanh chống

Trang 12

4 Phân tích các nội lực và moment

4.1 Thép tấm định hình đóng vai trò như cốp pha

Theo EC4, khi thép tấm định hình được xem như liên tục, độ cứng chống uốn

có thể được xác định không xét đến sự thay đổi độ cứng do các phần tiết diệnngang chịu nén không hoàn toàn có ích

Moment quán tính là không đổi và được tính toán xét đến tiết diện ngang là cóích hoàn toàn

Sự đơn giản hóa chỉ được cho phép đối với phân tích đàn hồi tổng thể, không

sử dụng cho tính khả năng chịu lực và kiểm tra độ võng

4.2 Bản composite

Các phương pháp phân tích sau đây có thể được sử dụng:

- Phân tích tuyến tính không có sự phân phối lại moment tại các gối nếu xét

đến ảnh hưởng của nứt bê tông

- Phân tích tuyến tính có sự phân phối lại moment tại gối giữa (giới hạn 30%)

không xét đến ảnh hưởng của nứt bê tông

24

4 Phân tích các nội lực và moment

Các phương pháp phân tích sau đây có thể được sử dụng:

- Phân tích dẻo – cứng miễn là tiết diện có khả năng đủ xoay tại nơi có yêu

cầu xoay dẻo

- Phân tích đàn hồi - dẻo có xét đến đặc trưng phi tuyến của vật liệu

+ Phương pháp phân tích tuyến tính thích hợp đối với SLS và ULS

+ Phương pháp phân tích dẻo được sử dụng cho ULS

+ Bản liên tục có thể được thiết kế như các nhịp đơn giản và cốt thép cần bố

trí trên các gối giữa

+ Tải tập trung hoặc tải đường song song với nhịp bản:

- Xem như phân bố trên toàn bề rộng tính toán

- Bố trí thép ngang để đảm bảo phân bố tải đường hay tải tập trung trên

bề rộng tính toán

- Nếu hoạt tải tiêu chuẩn < 7.5 kN hay 5 kN/m2: diện tích cốt thép ngang

>0.2% diện tích phần bê tông phía trên bụng thép tấm và kéo dài hơn bề rộng tính

toán

Trang 13

5 Kiểm tra tiết diện

5.1 Kiểm tra thép tấm định hình đóng vai trò cốp pha theo trạng thái giới hạn tới hạn (ULS)

- Trường hợp tải trọng thi công (tải thi công và bê tông ướt) là môt trong

những trường hợp nguy hiểm nhất

- Kiểm tra theo phần 1.3 EC3

- Bề rộng tính toán được tính có kể đến ảnh hưởng của mất ổn định cục bộ

- Xác định I eff và W eff

Sức kháng moment uốn của tiết diện:

ap

eff yp Rd

W f

M

g

26

5.2 Kiểm tra thép tấm định hình đóng vai trò cốp pha theo trạng thái giới hạn sử dụng (SLS)

Độ võng được xác định với bề rộng moment quán tính tính toán của thép tấm địnhhình như trên (5.1) Độ võng của sàn dưới tác dụng của tải phân bố đều (p) được

xác định theo:

(2)

effEI

với L là khoảng cách tính toán giữa các gối

k = 1.00 đối với sàn gối đơn

k = 0.41 đối với sàn có hai nhịp bằng nhau

k = 0.52 đối với dầm có ba nhịp bằng nhau

k = 0.49 với sàn có bốn nhịp bằng nhau

Trang 14

5.3 Kiểm tra bản composite theo trạng thái giới hạn tới hạn (ULS)

5.3.1 Kiểm tra khả năng chịu moment dương

- Dạng phá hoại I do moment chịu moment dương: thép tấm định hình đạt giớihạn dẻo hay bê tông đạt đến cường độ chịu nén

- Cốt thép bổ sung trong vùng kéo có thể được tính vào sức chịu tải

- Ứng xử của vật liệu thường được lý tưởng hóa với biểu đồ khối ứng suất dẻo cứng

- Kiểm tra ULS, ứng suất trong thép là giới hạn chảy tính toán fyp/γap, ứng suấttrong bê tông là cường độ tính toán 0.85fck/γc và ứng suất trong cốt thép bổsung là cường độ tính toán fsk/γs

- Cốt thép chống nứt hay cốt thép chịu kéo đối với moment âm có thể được bốtrí trong phạm vi chiều cao của bản bê tông Cốt thép này thường chịu nén khichịu moment dương và thường bỏ qua khi tính toán khả năng chịu momentdương Hai trường hợp cần xét đến tùy theo vị trí trục trung hòa dẻo

28

Trường hợp 1: Trục trung hòa nằm trên thép tấm định hình

- Bỏ qua phần bê tông chịu kéo

- Lực kéo Np trong thép tấm

ap

yp pe p

f A N

g

Trang 15

c

ck pl

cf

f bx

N

g

85 0

=

c ck ap

yp pe

pl

bf

f A x

g

g 85 0

=

x d

z = p - 0 5

z N

M ps.Rd = p

÷ ø

ö ç

è

æ -

=

2

.

x d

f A

ap

yp pe Rd

- Lực chịu nén trong bê tông Ncf

30

Trường hợp 2: Trục trung hòa dẻo qua thép tấm định hình

-Khi trục trung hòa dẻo cắt qua thép tấm định hình, một phần tiết diện thép tấmđịnh hình chịu nén

- Bỏ qua phần bê tông ở bụng và bê tông chịu nén

- Hình 11 cho thấy, biểu đồ ứng suất có thể phân thành hai biểu đồ, mỗi

biểu đổ biểu diện một phần moment kháng tính toán M ps.Rd .

- Biểu đồ thứ nhất miêu tả cân bằng lực N cf tương ứng với khả năng chịu tảicủa bản bê tông (chiều cao hc) được cân bằng bởi một phần lực kéo N p trong

thép tấm định hình Cánh tay đòn z phụ thuộc vào đặc trưng hình học của thép tấm Moment tương ứng biểu đồ này là N cf z Tính toán cánh tay đòn z bằng

phương pháp gần đúng

- Biểu đồ thứ hai tương ứng với cập lực cân bằng trong thép tấm định hình

Moment tương ứng M pr được gọi là moment dẻo bị giảm của thép tấm,

và phải được cộng thêm N cf z

Trang 16

Moment kháng uốn: M ps.Rd = Ncf z + M pr

c c

=

(9)

Một số tác giả đề xuất công thức gần đúng M pr moment kháng dẻo quy đổi của

thép tấm định hình có thể được suy ra từ moment kháng dẻo tính toán M pa

của tiết diện tính toán thép tấm định hình

32

Trang 17

pa ap

yp p cf

pa

N M

è

æ -

=

g

1 25

cf p

p c t

f A

N e e e

h h

z

g

+

-

5.3.2 Kiểm tra sức kháng moment âm

-Dạng phá hoại I là do sức kháng moment âm

- Trục trung hòa dẻo thường nằm trong phạm vi chiều cao thép tấm định hình

- Bỏ qua thép tấm định hình chịu nén

- Bỏ qua bê tông chịu nén

- Chỉ các thanh thép trong bản chịu kéo khi chịu moment âm Sức kháng âmbằng fys/γs đối với cốt thép (hình 13)

Khả năng chịu lực của các thanh cốt thép:

s

ys s s

f

A N

g

Trang 18

c

ck pl c c

f x b N

g

85 0

=

Nội lực trong bê tông (xấp xỉ):

(14)

Với bc là bề rộng của bê tông chịu nén lấy bằng bề rộng trung bình của sườn

bê tông trên 1m

36

c

ck c s

sp s pl

f b

f A x

g

85.0

=

z

f

A M

s

ys s Rd

Trang 19

5.3.3 Lực cắt theo phương dọc

Dạng phá hoại II tương ứng với sức kháng chống cắt theo phương dọc

Phương pháp kiểm tra là để đánh giá sức chịu cắt theo phương dọc τ u tồn tại

trên đoạn chịu cắt L s và so sánh với lực tác dụng Khả năng chịu cắt τ u phụthuộc vào dạng thép tấm định hình và phải được thiết lập riêng cho tất cả cácthép tấm định hình vì giá trị của nó là hàm số của sự bố trí cụ thể của hướngdập nổi, điều kiện bề mặt…v.v

Khả năng chịu cắt dọc của bản được xác định theo phương pháp bán thựcnghiệm gọi là phương pháp m-k được đề xuất bởi Porter và Ekberg (1976)

Phương pháp này không dựa vào sức kháng trung bình τ u nhưng sử dụng lực

cắt theo phương đứng V t để kiểm tra phá hoại do lực cắt dọc dọc theo đoạn

chịu cắt L s Quan hệ trực tiếp giữa lực cắt đứng và lực cắt dọc chỉ được biếtđến đối với ứng xử đàn hồi, nếu ứng sử là đàn hồi dẻo thì quan hệ không đơngiản vả phương pháp m-k được sử dụng

38

Phương pháp bán thực nghiệm m-k

Trang 20

d p chiều cao trung bình của bản composite

Hình 14 cho thấy đường m-k được xác định với 6 thí nghiệm bản với tỉ lệ thực ược chia thành 2 nhóm cho mỗi loại thép tấm định hình Tung độ là giá trị ứng

suất và phụ thuộc vào lực cắt đứng V t kể cả trọng lượng bản thân của bản.Trục hoành là số không thứ nguyên và thể hiện tỉ số diện tích thép tấm và diện

tích chịu cắt dọc Nhân tỉ số này với f y /τ u và để ý đến trục đứng, quan hệ trựctiếp được thiết lập với khả năng chịu cắt dọc của thép tấm

40

Theo EC4, lực cắt đứng lớn nhất Vt.Sd đối với bầ rộng bản b, được giới hạn dokhả năng chịu cắt dọc VL.Rd là:

VS s

p p

Rd

bL

A m bd V

ç è

Hệ số m và k nhận được từ các thí nghiệm thực tiêu chuẩn Các giá trị m và k

phụ thuộc vào dạng thép tấm và kích thước của tiết diện bản và thường chobởi nhà sản xuất thép tấm

EC4 không xét ảnh hưởng nào của bê tông và giá trị đặc trưng đối với mỗi nhóm được cho rằng lấy giảm 10% giá trị bé nhất Đường thẳng qua các giá trịđặc trưng của hai nhóm tạo thành mối quan hệ thiết kế Bê tông thường được

bỏ qua vì trong các công trình khả năng chịu lực của nó không ảnh hưởng nếu

fck nằm trong khoảng 25 MPa đến 35 MPa

Định dạng
Số trang	25
Dung lượng	2,36 MB