CHƯƠN 2 ĐẠI CƯƠNG VỀ SÀN COMPOSITE

1 ĐẠI CƯƠNG VỀ SÀN COMPOSITE CHƯƠNG 2 2 1.1 Bản composite - Dải một phương - Nhịp điển hình 3.5m - Dãi đặt trên các dầm phụ - Dầm phụ đặt trên dầm chính - Hệ lưới chữ nhật - Bản không được chống trong suốt quá trình xây dựng Ưu điểm - 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 3 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 cách lực cắt theo phương ngang được truyền qua tại bề mặt tiếp xúc giữa thép tấm định hình và bê tông 1. Giới thiệu 4 1. Giới thiệu + a b < 3.5m: không cần thanh chống phụ trong quá trình đổ bê tông sàn + a b ≥ 3.5m: cần bố trí các thanh chống phụ trong quá trình đổ bê tông. Cốt hép trong bản liên hợp thép – BTCT dùng để: - 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 5 1.2. Các dạng thép tấm định hình: - Bề dày từ 0.75 ÷ 1.5mm, thường dùng 0.75mm ÷ 1.0mm - Chiều cao từ 40mm ÷ 80mm - Có lớp mạ kẽm mỏng ở hai mặt để chống ăn mòn - Thép tấm định hình là thép dập nguội. Sự dập nguội làm tăng độ bền cơ học của thép dẫn đến làm tăng khả năng chịu lực của tiết diện. 1. Giới thiệu 6 1. Giới thiệu 7 1.3 Các dạng liên kết giữa thép và BTCT: 1. Giới thiệu 8 1.4 Yêu cầu cấu tạo: - h ≥ 80mm và h c ≥ 40 mm - h ≥ 90mm và hc ≥ 50 mm khi bản làm việc phối hợp với dầm hay bản được sử dụng như một vách cứng ngang - Kích thước cốt liệu : 0.4h c (h c – chiều cao bê tông phía trên sườn) b 0 / 3 (b 0 – bề rộng trung bình của cánh) 31.5mm Các điều kiện trên đây để đảm bảo rằng cốt liệu dể dàng đi qua các cánh 1. Giới thiệu 9 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 2. Sự làm việc của bản composite + 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 P u lớn nhất + Không tương tác: Trượt rất lớn xảy ra tại bề mặt tiếp xúc của bê tông và thép, gần như không có sự truyền lực cắt, lực tới hạn P u nhỏ nhất + Tương tác một phần: Trượt bé, lực cắt truyền một phần, tải tới hạnP u có giá trị trung gian giữa hai trường hợp trên, phá hoại giòn hoặc dẻo 2.2 Ba dạng làm việc của bản composite 11 2. Sự làm việc của bản composite 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 phụ phuộc vào hình dáng mặt tiếp xúc giữa thép và bê tông. 12 2. Sự làm việc của bản composite - Dạng phá hoại I: phá hoại do moment dương (tiết diện I), tức là sức kháng uốn của bản M pl.Rd , là dạng nguy hiểm đối với nhịp vừa đến nhịp lớn với mức độ tương tác 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 L s - Dạng phá hoại III: phá hoại do lực cắt theo phương đứng lớn gần gối tựa (tiết diện 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 13 2. Sự làm việc của bản composite 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 dẻo phụ thuộc vào đặc trưng của mặt tiếp xúc thép và bê tông. Bản có thép tấm định hình dạng lồi mở dể ứng xử giòn, ngược lại bản có thép tấm định hình dạng lõm có xu hướng biểu 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 15 3. Các điều kiện thiết kế, sự làm việc và độ võng 3.1 Giai đoạn thi công - Thép tấm định hình phải đủ chịu trọng lượng bê tông ướt và tải trọng thi công. - Mặc dù sàn thép có thể chống đỡ tạm thời trong suốt thời gian thi công, nó thích hợp hơn nếu không sử dụng thanh chống. - Kiểm tra thép tấm định hình theo trạng thái giới hạn tới hạn và trạng thái giới hạn sử dụng theo EC3 (phần 1.3). - 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 3. Các điều kiện thiết kế, sự làm việc và độ võng - Theo EC4 trong mỗi diện tích 3mx3m ngoài trọng lượng bê tông, tải thi công tiêu chuẩn và trọng lượng bê tông thừa do bản võng sẽ được lấy chung 1.5 kN/m 2 . - Trên phần diện tích còn lại, tải tiêu chuẩn 0.75 kN/m 2 cộng vào trọng lượng của bê tông. Các tải này nên được đặt để gây ra moment uốn lớn nhất hay lực cắt lớn nhất. - Không có bê tông, thép tấm định hình cần phải đủ chịu được tải tiêu chuẩn 1kN trên 1 diện tích có cạnh 300mm hay tải đường tiêu chuẩn 2kN/m tác dụng vuông góc với bụng trên bề rộng 0.2m, tải này là tải do quá trình vận hành tạo ra 17 3. Các điều kiện thiết kế, sự làm việc và độ võng 18 3. Các điều kiện thiết kế, sự làm việc và độ võng Độ võng của thép tấm định hình dưới tác dụng của trọng lượng bản thân và trọng lượng bê tông ướt nhưng ngoại trừ tải trọng thi công không vượt quá L/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 lượng bản thân và bê tông ướt, được tính toán theo trạng thái giới hạn sử dụng, nhỏ hơn 1/10 chiều cao bản, ảnh hưởng của sự gia tăng bê tông do bản võng có thể bỏ qua khi tính toán thép tấm định hình. Nếu vượt qua giới hạn này, ảnh hưởng 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 vì làm gây trở ngại trong quá trình thi công và làm mất thời gian và tăng kinh phí của dự án. 19 3. Các điều kiện thiết kế, sự làm việc và độ võng 3.2. Bản composite Kiểm tra bản composite theo trạng thái của bản sau khi bê tông đóng rắn và khi việc chống đỡ tạm thời đã được tháo dỡ. Các tải được xét đến như sau: - 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: - Độ võng - Độ trượt giữa bản bê tông và sàn thép tại đầu bản, gọi là END SLIP - Nứt bê tông 20 3. Các điều kiện thiết kế, sự làm việc và độ võng 3.2.1 Độ võng 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, vách ngăn không mềm, …) Độ võng của bản do trọng lượng bản thân và bê tông ướt 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 nứt Đối với bê tông có khối lượng riêng trung bình, giá trị trung bình của hệ số tính đổi n = E a /E c đối với ảnh hưởng dài hạn và ngắn hạn được sử dụng. [...]... dương, xem bê tông trong miền chịu kéo không nứt, Icc tính theo: 2 I cu h ö æ bhc ç xu - c ÷ 3 bm h p bm h p bhc3 2 è + + = + n n 12n 12n 2 h ö æ ç ht - xu - p ÷ + A p (d p - xu )2 + I p ç 2 ÷ ø è (25 ) Với xu = ∑Aizi / ∑Ai là vị trí trục trung hòa đàn hồi đối với mặt trên của bản Hệ số tính đổi n= Ea E ' m = Ea E ö 1æ ç E cm + cm ÷ 2 3 ø (26 ) 49 ... tông chịu kéo được xem như bị nứt, như tiết diện hình 20 , moement quán tính Icc được tính: 2 I cc æx ö bx c ç c ÷ bx c3 è 2 ø + A (d - x )2 + I = + p p c p 12n n (23 ) Ip - moment quán tính của thép tấm định hình n – hệ số tính đổi xc – vị trí trục trung hòa dẻo đến mặt trên của bản tính theo công thức ö nA p æ 2bd p ç 1+ xc = -1÷ ÷ b ç nA p è ø (24 ) 48 5 Kiểm tra tiết diện Tiết diện chịu moment dương,... của bản composite trên bề rộng bằng khoảng cách giữa các tâm các sườn xác định theo: Vv.Rd = b0dpk1k2τRd (21 ) b0 bề rộng trung bình của các sườn cường độ chịu cắt lấy bằng 0 .25 fck /γc fctk xấp xỉ 0.7 lần khả năng chịu kéo trung bình của bê tông fctm Ap diện tích tính toán của thép tấm định hình chịu kéo với bề rộng b0 k 1 = (1.6 – dp) ≥ 1 với dp tính bằng m k 2 = 1 .2 + 40ρ với ρ = Ap/(b0dp) < 0. 02 46... - 0.5 x Moment kháng tính toán: Hay: (6) M ps Rd = N p z M ps Rd = A pe (7) f yp æ xö çd p - ÷ g ap è 2 (8) Diện tích tính toán Ap của sàn thép là diện tích tiết diện thực không xét đến chiều dày mạ kẽm (thường 2x0. 02= 0.04mm) và bề rộn của phần dập nổi và 29 vết lõm 5 Kiểm tra tiết diện 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... Weff g ap (1) 25 5 Kiểm tra tiết diện 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 định hình như trên (5.1) Độ võng của sàn dưới tác dụng của tải phân bố đều (p) được xác định theo: d =k 5 1 pL4 384 EI eff (2) với L là khoảng cách tính toán giữa các gối k = 1.00 đối với sàn gối đơn... định theo: d =k 5 1 pL4 384 EI eff (2) 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 26 5 Kiểm tra tiết diện 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... sử dụng + Nơi trượt biên vượt quá 0.5mm xảy ra với tải bé hơn 1 .2 lần tải sử dụng tính toán, thì các neo đầu được bố trí hoặc độ võng phải được tính toán có xét đến độ võng của trượt biên 21 3 Các điều kiện thiết kế, sự làm việc và độ võng 3 .2. 3 Nứt bê tông + Bê rộng khe nứt trong miền moment âm của bản liên tục cần được kiểm tra theo EC2 + Thường bề rộng tối đa của vết nứt là 0.3mm + Nếu bề rộng vết... 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%) 23 không xét đến ảnh hưởng của nứt bê tông 4 Phân tích các nội lực và moment... thể được suy ra từ moment kháng dẻo tính toán M pa của tiết diện tính toán thép tấm định hình 31 5 Kiểm tra tiết diện 32 5 Kiểm tra tiết diện N cf æ ç A p f yp ç = 1 .25 M pa ç1 g ap ç ç è Cánh tay đòn: ö ÷ ÷ M pr ÷ £ M pa ÷ ÷ ø N cf z = ht - 0.5hc - e p + (e p - e ) A p f yp (11) ( 12) g ap ep – khoảng cách trục trung hòa dẻo của tiết diện tính toán của thép tấm định hình đến cánh dưới của thép tấm e... trong khoảng 25 MPa đến 35 MPa 5 Kiểm tra tiết diện Đối thiết kế, Ls phụ thuộc vào loại tải trọng Đối với tải phân bố đều tác dụng trên toàn nhịp L của dầm đơn giản, L s = L/4 Giá trị này nhận được bằng cách cân bằng diện tích dưới biểu đồ lực cắt đối với tải phân bố đều do đối xứng 2 điểm đặt tải tại khoảng cách L s kể từ gối Đối với cách chất tải khác, Ls nhận được bằng cách tương tự Nơi bản composite . 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ SÀN COMPOSITE CHƯƠNG 2 2 1.1 Bản composite - Dải một phương - Nhịp điển hình 3.5m - Dãi đặt trên các dầm phụ -. giữa hai trường hợp trên, phá hoại giòn hoặc dẻo 2. 2 Ba dạng làm việc của bản composite 11 2. Sự làm việc của bản composite 2. 3 Độ cứng của bản composite: phụ thuộc vào hiệu quả của liên kết -Thể. nguy hiểm đối với bản có chiều dày lớn và nhịp bản ngắn chịu tải nặng 2. 4 Các dạng phá hoại 13 2. Sự làm việc của bản composite 2. 5 Phá hoại giòn và phá hoại dẻo: Phá hoại giòn (hình 7) xảy ra đột