LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại lớp cao học xây dựng 14X3, Khoa đào tạo trên đại học, Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội, dưới sự giảng dạy của các thầy giáo trong khoa,
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
-
NGUYỄN VĂN MINH KHÓA: 2014-2016
TÍNH TOÁN CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU NÉN LỆCH TÂM XIÊN THEO TCVN 5574: 2012
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN
Mã số: 60.58.02.08
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS PHẠM PHÚ TÌNH
Hà Nội - 2016
Trang 2LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại lớp cao học xây dựng 14X3,
Khoa đào tạo trên đại học, Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội, dưới sự giảng
dạy của các thầy giáo trong khoa, sự giúp đỡ tận tình của Ban chủ nhiệm
Khoa và cán bộ công nhân viên trong Khoa, sự cố vấn và hướng dẫn nhiệt
tình của thầy giáo hướng dẫn khoa học, cộng với sự nỗ lực của bản thân, tôi
đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học với đề tài: Tính toán cột bê tông
cốt thép chịu nén lệch tâm xiên theo TCVN 5574: 2012
Tôi xin chân thành cảm ơn các cấp lãnh đạo Trường Đại Học Kiến
Trúc Hà Nội, khoa đào tạo trên đại học và các thầy giáo cùng tập thể cán bộ
công nhân viên trong trường đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá
trình học tập, nghiên cứu tại trường
Tôi đặc biệt cảm ơn thầy giáo TS Phạm Phú Tình – Người đã có công
lớn trong việc hướng dẫn khoa học, tận tình chỉ bảo tôi giúp tôi hoàn thành tốt
luận văn này
Tác giả luận văn
Nguyễn Văn Minh
Trang 3
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Nguyễn Văn Minh
Trang 5MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Bảng ký hiệu và chữ viết tắt sử dụng trong luận văn
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Danh mục các bảng, biểu
MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài 1
Cơ sở khoa học của đề tài 1
Mục đích nghiên cứu 1
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1
Phương pháp nghiên cứu 1
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1
Cấu trúc luận văn 2
NỘI DUNG CHƯƠNG 1 TổNG QUAN Về CÁC PHƯƠNG PHÁP THIếT Kế CộT BÊ TÔNG CốT THÉP CHịU NÉN LệCH TÂM XIÊN 4
1.1 Khái niệm 4
1.2 Một số phương pháp gần đúng tính toán cột chịu nén lệch tâm xiên 6
1.2.1 Phương pháp cộng tác dụng 8
1.2.3 Phương pháp tải trọng nghịch đảo (Reciprocal Load Method) 10
1.2.4 Phương pháp đường viền tải trọng (Load Contour Method) 11
1.3 Tính toán cột lệch tâm xiên theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5574) 16
Trang 6CHƯƠNG 2 XÂY DựNG Họ BIểU Đồ TƯƠNG TÁC MẫU THEO TCVN
5574:2012 19
2.1 Giới thiệu 19
2.2 Xây dựng họ biểu đồ tiết diện chữ nhật cốt thép đặt đối xứng 19
2.3 Xây dựng họ biểu đồ tương tác cho tiết diện chữ nhật có cốt thép được đặt theo chu vi 25
2.3.1 Tiết diện có 8 thanh 27
2.3.2 Tiết diện có 12 thanh 29
2.3.3 Tiết diện có 16 thanh 32
2.3.4 Tiết diện có rất nhiều thanh 37
2.4 Xây dựng họ biểu đồ cho tiết diện tròn 45
2.5 Thẩm định biểu đồ 48
2.5.1 Ví dụ 2.1 48
2.5.2 Ví dụ 2.2 52
2.5.3 Ví dụ 2.3 55
2.5.4 Ví dụ 2.4 56
CHƯƠNG 3 CÁC VÍ Dụ TÍNH TOÁN CủA CộT CHịU NÉN LệCH TÂM XIÊN 59
3.1 Giới thiệu 59
3.2 Các ví dụ tính toán 59
3.2.1 Ví dụ 3.1 59
3.2.2 Ví dụ 3.2 67
3.2.3 Ví dụ 3.3 73
3.2.4 Ví dụ 3.4 79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang 7BẢNG KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Chữ cái Latinh viết hoa
A Diện tích tiết diện ngang
Ab Diện tích vùng bê tông chịu nén
As Diện tích cốt thép chịu kéo
Asc Diện tích cốt thép chịu nén
Rb Cường độ chịu nén tính toán của bê tông
Rs Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép
Rsc Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép
s
Ứng xuất trong cốt thép chịu kéo
Nu Lực nén giới hạn của cột chịu nén lệch tâm xiên
Nx0 Lực nén giới hạn của cột chịu nén lệch tâm phẳng theo phương x
Ny0 Lực nén giới hạn của cột chịu nén lệch tâm phẳng theo phương y
Mx0 Mô men giới hạn đối với trục x, với lực dọc đặt lệch tâm theo
phương y
My0 Mô men giới hạn đối với trục y, với lực dọc đặt lệch tâm theo
phương x
Trang 8Chữ cái Latinh thường
a Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến mép chịu nén
của tiết diện
a’ Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu nén đến mép chịu nén
của tiết diện
b, h Các cạnh của tiết diện
h0 Chiều cao làm việc của tiết diện
ex Độ lệch tâm theo phương x
ey Độ lệch tâm theo phương y
i
Chiều cao tương đối vùng chịu nén của bê tông
s
Ứng xuất trong cốt thép chịu kéo
si
Ứng xuất trong thanh cốt thép dọc thứ i
Trang 9DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Sơ đồ lực nén lệch tâm xiên
Hình 1.2 Quy ước tiết diện chịu nén lệch tâm xiên
Hình 1.3 Các dạng vùng nén
Hình 1.4 Tính toán tiết diện theo phương pháp cộng tác dụng
Hình 1.5 Sơ đồ khuyếch đại độ lệch tâm của Moran
Hình 1.6
Đường cong tương tác ( e e ) cho tiết diện chịu nén lệch x, y
tâm xiên, lực dọc không đổi
Hình 1.7 Sơ đồ tính toán quy nén lệch tâm xiên về lệch tâm phẳng
Hình 1.8 Đường tương tác để xác định hệ số
Hình 1.9 Đồ thị xác định hệ số
Hình 1.10 Sơ đồ tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm
Hình 2.1 Tiết diện cột đặt cốt thép đối xứng
Hình 2.2 Họ biểu đồ tương tác cốt thép đặt đối xứng với / a h =0,07 Hình 2.3 Họ biểu đồ tương tác cốt thép đặt đối xứng với / a h =0,08 Hình 2.4 Sơ đồ chịu lực của cột có cốt thép đặt theo chu vi
Hình 2.5 Tiết diện cột có 8 thanh cốt dọc
Hình 2.6 Tiết diện cột có 12 thanh cốt dọc
Hình 2.7 Tiết diện cột có 16 thanh cốt dọc( xếp thành 5 lớp)
Hình 2.8 Tiết diện cột có 16 thanh cốt dọc( xếp thành 6 lớp)
Hình 2.9 Tiết diện cột có các cạnh có trên 5 thanh trở lên
Hình 2.10 Tiết diện cột có các cạnh có trên 5 thanh trở lên
Hình 2.11 Tiết diện cột vuông có cốt thép phân bố đều theo mỗi cạnh
Hình 2.12 Tiết diện cột có cốt thép phân bố theo cạnh dài
Trang 10Hình 2.13 Cốt thép trong tiết diện tròn
Hình 2.14 Sơ đồ tính toán tiết diện tròn
Hình 2.15 Biểu đồ tương tác cho ví dụ 2.1
Hình 2.16 Biểu đồ tương tác cho ví dụ 2.2
Hình 3.1 Tiết diện cột cho ví dụ 3.1
Hình 3.2 Biểu đồ tương tác cho ví dụ 3.1 với / a h 0,08
Hình 3.3 Biểu đồ tương tác cho ví dụ 3.1 với / a h 0,18 Hình 3.4 Biểu đồ tương tác theo ví dụ 3.1 với / a h 0,1
Hình 3.5 Tiết diện cột cho ví dụ 3.2
Hình 3.6 Biểu đồ tương tác cho ví dụ 3.2 với / a h 0,08 Hình 3.7 Biểu đồ tương tác theo ví dụ 2 với / a h 0,12
Hình 3.8 Biểu đồ tương tác theo ví dụ 3.2 với a h / 0, 09
Hình 3.9 Tiết diện cột cho ví dụ 3.3
Hình 3.10 Biểu đồ tương tác theo ví dụ 3.3 với / a h 0,06
Hình 3.11 Biểu đồ tương tác theo ví dụ 4 với / a r 0,12
Trang 11DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU
Số hiệu bảng,
Bảng 1.1 Giá trị của hệ số
Bảng 1.2 Giá trị trong CP110
Trang 12MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Cột là cấu kiện chịu lực cơ bản trong các công trình bê tông cốt thép, đặc biệt trong công trình cao tầng, cột thường chịu nén lệch tâm xiên
Việc thiết kế cột chịu nén lệch tâm xiên bằng các phương pháp gần đúng
đã được trình bày trong [1 đến 13], và thiết kế dựa vào biểu đồ tương tác đã được trình bày trong [ 4, 5, 9, 10]
Việc thiết kế cột chịu nén lệch tâm xiên theo TCVN 5574 [3] còn chưa được hướng dẫn cụ thể, vì vậy áp dụng các phương pháp gần đúng, hay phương pháp sử dụng biểu đồ tương tác theo TCVN 5574 là rất cần thiết
Cơ sở khoa học của đề tài
Quá trình tính toán được xây dựng trên cơ sở lý thuyết của B Bresler, theo phương pháp tải trọng nghịch đảo, và phương pháp đường viền tải trọng [7]
Mục đích nghiên cứu
Thiết kế và kiểm tra khả năng chịu lực của cột bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm xiên
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Các cột có tiết diện vuông, tròn, chữ nhật chịu nén lệch tâm phẳng, lệch tâm xiên
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu bằng lý thuyết Dùng Excel hoặc Matlab để vẽ biểu đồ tương tác kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện và thiết kế tiết diện
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Lập ra các họ biểu đồ tương tác mẫu phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam là TCVN 5574:2012 để phục vụ cho việc thiết kế cột chịu nén lệch tâm phẳng, cũng như cột chịu nén lệch tâm xiên
Trang 13Cấu trúc luận văn
Ngoài phần MỞ ĐẦU và KẾT LUẬN, luận văn có phần NỘI DUNG bao gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp thiết kế cột bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm xiên
Chương 2: Xây dựng họ biểu đồ tương tác mẫu theo TCVN 5574: 2012 Chương 3: Các ví dụ tính toán của cột chịu nén lệch tâm xiên
Trang 14Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội
TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN
Trang 15Kết luận và kiến nghị
Luận văn đã trình bày phương pháp tính toán cốt dọc cho cột chịu nén lệch tâm xiên dựa vào phương pháp tải trọng nghịch đảo, và phương pháp đường viền tải trọng, được giới thiệu bởi B Bresler Việc tính toán cốt thép tuân theo TCVN 5574 :2012
Căn cứ vào các phương trình cân bằng lực và cân bằng mô men với trục cột, theo TCVN 5574 :2012, luận văn đã trình bày phương pháp xây dựng các họ biểu đồ tương tác Hàng loạt các họ biểu đồ tương tác
đã được xây dựng, không phụ thuộc vào kích thước tiết diện, mà phụ thuộc vào cường độ chịu lực của vật liệu: R b, R s, R , vào tỉ số (hay sc
hàm lượng) tổng cốt thép dọc t, vào tỉ số a
h , với a là khoảng cách từ
trọng tâm cốt thép A A s, s' đến mép cột, và h chiều dài cạnh tiết diện cột
theo phương mặt phẳng uốn
Các họ biểu đồ tương tác đã được xây dựng cho tiết diện vuông hay chữ nhật, cốt thép được bố trí đối xứng, hay đặt theo chu vi với 8 thanh,
12 thanh, 16 thanh hay rất nhiều thanh cốt dọc Các họ biểu đồ tương tác cho tiết diện cột tròn cũng đã được xây dựng
Các họ biểu đồ tương tác được xây dựng cho tiết diện chịu nén lệch tâm phẳng, nhưng có thể áp dụng được cho cả tiết diện chịu nén lệch tâm phẳng và tiết diện chịu nén lệch tâm xiên
Phương pháp tính toán cốt thép dọc bằng cách sử dụng họ biểu đồ tương tác là thuận tiện hơn nhiều so với việc tính toán cốt thép bằng công thức Đây là phương pháp thiết kế thực hành rất phổ biến, thường được giới thiệu trong các sách giáo khoa, cũng như các sổ tay thiết kế
Trang 16 Các kết quả tính diện tích cốt thép dọc theo biểu đồ tương tác và theo các công thức tính toán theo TCVN 5574 :2012 là rất giống nhau, bởi vì biểu
đồ tương tác chính là các công thức tính toán được thể hiện ở dạng biểu đồ
Trang 17TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Nguyễn Đình Cống (2006) Tính toán tiết diện cột bê tông cốt thép Nhà
Xuất bản Xây dựng, Hà Nội
2 P Q Minh, N T Phong, N Đ Cống Kết cấu bê tông cốt thép, phần cấu
kiện cơ bản, tái bản lần thứ ba Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật, Hà
Nội, 2011
3 TCVN 5574:2012 (2012), Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép,
Nhà Xuất bản Xây dựng, Hà Nội
4 A H Nilson, D Darwin, C W Dolan Design of Concrete Structures, 4th
ed (2010) McGraw-Hill Companies, Inc., New York
5 ACI 340R-97 ACI Design Handbook, Design of Structural Reinforced Concrete Elements in Accordance with the Strength Design Method of ACI 318-97
6 AS 3600-2009 Concrete Structures Standards Australia GPO Box 476, Sydney, NSW 2001, Australia
7 B Bresler (1960) Design Criteria for Reinforced Columns under Axial
Load and Biaxial Bending Journal of the American concrete institute
8 BS 8110-1:2005 Structural use of concrete, Part 1: Code of practice for design and construction
9 BS 8110-3:2005 Structural use of concrete, Part 3: Design charts for singly reinforced beams, doubly reinforced beams and rectangular columns
10 R Park and T Paulay (1975) Reinforced concrete structures New York
11 R F Warner, B V Rangan, A S Hall, K A Faukes (1998) Concrete
Structures Addison Wesley Longman Australia Pty Limited
12 T Hsu (1988) Analysis and Design of Square and Rectangular Columns
by Equation of Failure Surface ACI Structural Journal
Trang 1813 V Mavichak and R.W.Furlong (1976) Strength and stiffness of RC
columns under biaxial bending Texas State Department of Highways and
Public Transportation; Transportation Planning Division