Tính toán cấu kiện chịu uốn và chịu nén trên tiết diện thẳng góc dựa vào biến dạng (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI LA CƯỜNG QUỐC TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU UỐN VÀ CHỊU NÉN TRÊN TIẾT DIỆN THẲNG GÓC DỰA VÀO BIẾN DẠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ THUẬT XÂY DỰNG C NG TR NH DD & CN HÀ NỘI – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI LA CƯỜNG QUỐC KHÓA 2013 - 2015 TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU UỐN VÀ CHỊU NÉN TRÊN TIẾT DIỆN THẲNG GÓC DỰA VÀO BIẾN DẠNG CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ C NG NGHIỆP MÃ SỐ: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN HOA HỌC: TS PHÙNG NGỌC DŨNG HÀ NỘI - 2015 LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành nhờ kiến thức quý báu má tập thể Thầy, Cô dành nhiều thời gian quý báu để truyền đạt cho chúng em suốt thời gian qua Vĩnh Long Đồng thời nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ Thầy Ban giám hiệu, Thầy, Cô khoa đào tạo sau đại học trường Đại học iến trúc Hà Nội suốt khóa học Chúng xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô Tiểu ban iểm tra tiến độ luận văn, có nhiều ý kiến đóng góp thiết thực cho chúng em hoàn thành tốt luận văn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Thầy TS Phùng Ngọc Dũng, Người trực tiếp hướng dẫn khoa học tận tình chĩ dẫn tạo điều kiện thuận lợi giúp thực tốt luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn tác giả tài liệu mà Luận văn trích dẫn tham khảo, trân trọng cảm ơn bạn đồng nghiệp tận tình giúp đỡ suốt trình học tập nghiên cứu Trong trình thực luận văn thân có cố gắng tránh khỏi thiếu sót, kính mong quan tâm đóng góp ý kiến quý Thầy, Cô, bạn đồng nghiệp để thân hoàn thiện kiến thức có bước nghiên cứu bổ sung phát triển Hà Nội, ngày tháng năm 2015 TÁC GIẢ LUẬN VĂN La Cường Quốc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ công trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng TÁC GIẢ LUẬN VĂN La Cường Quốc MỤC LỤC  Các ký hiệu Tiêu Chuẩn Euro Code  Các ký hiệu Tiêu Chuẩn Việt Nam 5574-2012 Phần mở đầu 1.Lý chọn đề tài Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu: 2.1 Mục đích nghiên cứu: 2.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu: 2.3 Phương pháp nghiên cứu: Chương Giới thiệu 1.1 Tổng quan đặt vấn đề nghiên cứu 1.1.1 Tổng kết thiết kế tiết diện chữ nhật chịu uốn nén theo cường độ tiết diện thẳng góc theo 5574 1.1.1.1 Một số nguyên tắc chung 1.1.1.2 Cấu kiện chịu uốn 1.1.1.3 Cấu kiện chịu nén 1.1.1.4 Trường hợp tổng quát 1.1.2 Một số nhận xét đặt vấn đề nghiên cứu 10 1.1.2.1 Một số nhận xét thiết kế tiết diện theo 5574 11 1.1.2.2 Đặt vấn đề nghiên cứu 13 1.2 Cấu trúc luận văn 13 1.3 Giới hạn nghiên cứu đề tài 14 Chương 2: 15 Tính toán cấu kiện chịu uốn chịu nén tiết diện thẳng góc dựa vào biến dạng theo Eurocode 15 2.1 Giới thiệu 15 2.2 Cấu kiện chịu uốn 15 2.2.1 Quan hệ ứng suất biến dạng 16 2.2.2 Bêtông 16 2.2.3 Cốt thép 18 2.2.4 Phân bố ứng suất biến dạng mặt cắt ngang uốn 19 2.2.5 Mô men uốn khối ứng suất hình chữ nhật tương đương 21 2.2.6 Tiết diện BTCT đặt cốt đơn chịu uốn trạng thái giới hạn cực hạn 23 2.2.6.1 Các phương trình thiết kế cho uốn 23 2.2.6.2 Tiết diện cân 24 2.2.7 Tiết diện hình chữ nhật chịu uốn với cốt thép chịu nén trạng thái giới hạn cực hạn – Tiết diện đặt cốt kép 26 2.3 Cấu kiện chịu nén 30 2.3.1 Tính toán tiết diện cho trường hợp chịu uốn nén trạng thái giới hạn cực hạn 30 2.3.2 Biểu đồ ứng suất hình chữ nhật- parabol 37 2.3.3 hối ứng suất tam giác 39 2.3.4 Tiết diện nứt 40 2.3.5 hối ứng suất tam giác - Tiết diện không nứt 42 2.4.Đề xuất quy trình tính toán tiết diện dựa tiếp cận biến dạng theo TCVN 5574-2012 44 Chương 48 VÍ DỤ TÍNH TOÁN 48 3.1 Giới thiệu 48 3.2 Cấu kiện chịu uốn 49 3.2.1 Tiết diện đặt cốt đơn 49 Bài toán thiết kế 49 a Thiết kế tiết diện theo 5574: 50 b Thiết kế tiết diện theo EC2 56 Bài toán kiểm tra phân tích khả chịu lực tiết diện 58 a Tính theo Euro code : 58 3.2 Cấu kiện chịu nén 62 3.3 Kết luận 94 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO  Các ký hiệu Tiêu Chuẩn Euro Code A diện tích tiết diện ngang Ac diện tích tiết diện ngang bê tông As diện tích tiết diện cốt thép vùng chịu kéo A’s diện tích tiết diện cốt thép vùng chịu nén Asmin diện tích tiết diện tối thiểu cốt thép Ec mô đun đàn hồi bê tông thông thường Ecd = fcd/c3 - độ cứng hay giá trị mô đuyn tính toán tính toán tiết diện Es Mô đun đàn hồi cốt thép Fcc hợp lực toàn ứng suất vùng chịu nén bê tông, đặt trọng tâm khối ứng suất Fsc lực nén bê tông cốt thép tiết diện A’s điểm đặt trọng tâm tiết diện Fs lực kéo nén tiết diện BTCT điểm đặt trọng tâm tiết diện L chiều dài k1 hệ số phụ thuộc cấp độ bền bê tông k2 hệ số phụ thuộc vào lực dọc trục độ mãnh M momen uốn Mgh moment giới hạn tiết diện MEd giá trị tính toán nội lực mô men uốn N Lực dọc trục NEd giá trị tính toán lực dọc trục ( kéo nén) R độ bền S Nội lực mô men S mô men tĩnh diện tích a khoảng cách Δa độ lệch ( sai số ) b chiều rộng toàn tiết diện ngang bw bề rộng sườn dầm chữ T d đường kính d chiều cao tính toán tiết diện ngang e độ lệch tâm fc cường độ chịu nén bê tông fcd cường độ chịu nén tính toán bê tông fck cường độ chịu nén đặc trưng mẫu trụ bê tông 28 ngày tuổi fcm giá trị trung bình cường độ chịu nén đặc trưng mẫu trụ bê tông fy cường độ chảy dẻo ( giới hạn chảy ) cốt thép fyk cường độ chảy dẻo đặc trưng cốt thép fyd cường độ chảy dẻo tính toán cốt thép ftk cường độ chịu kéo đặc trưng cốt thép h chiều cao h chiều cao toàn tiết diện k hệ số l chiều dài m khối lượng r bán kính l/r độ cong đoạn cấu kiện t chiều dày x chiều cao trục trung hòa z cánh tay đòn α góc; tỷ số β góc; tỷ số; hệ số γ hệ số riêng γc hệ số riêng cho bê tông γs hệ số riêng cho cốt thép thép ứng suất trước εc biến dạng nén bê tông εc3 biến dạng nén giới hạn bê tông εcu3 biến dạng nén cực hạn bê tông εs biến dạng nén cốt thép εst biến dạng cốt thép vùng kéo εsc biến dạng cốt thép vùng nén εy biến dạng chảy thiết kế cốt thép εsu biến dạng nén giới hạn cốt thép εuk biến dạng đặc trưng cốt thép σc ứng suất nén bê tông σcu ứng suất nén bê tông biến dạng nén giới hạn ε cu  Các ký hiệu Tiêu Chuẩn Việt Nam 5574-2012 b chiều rộng tiết diện chữ nhật h chiều cao tiết diện a, a’ khoảng cách từ hợp lực cốt thép tương ứng với S S’ đến biên gần tiết diện h0, h0’ chiều cao làm việc tiết diện tương ứng h-a, h-a’ x chiều cao vùng bê tông chịu nén ξ chiều cao tương đối vùng bê tông chịu nén, x/h0 e0 độ lệch tâm lực nén trước P trọng tâm tiết diện quy đổi l nhịp cấu kiện l0 chiều dài tính toán cấu kiện d đường kính danh nghĩa cốt thép As, A’s diện tích cốt thép không căng S cốt thép căng S’ Asw diện tích tiết diện cốt thép đặt mặt phẳng vuông góc với trục dọc cấu kiện cắt qua tiết diện nghiêng µ hàm lượng cốt thép xác định tỉ số diện tích tiết diện cốt thép S diện tích tiết diện ngang cấu kiện bh0, không kể đến phần cánh chịu nén kéo A diện tích toàn tiết diện ngang bê tông Ab diện tích tiết diện vùng bê tông chịu nén Abt diện tích tiết diện vùng bê tông chịu kéo Ared diện tích tiết diện quy đổi cấu kiện F ngoại lực tập trung M mô men uốn Mt mô men xoắn N lực dọc Rb, Rb,ser cường độ chịu nén tính toán dọc trục bê tông ứng với trạng thái giới hạn thứ thứ hai Rbn cường độ chịu nén dọc trục bê tông ứng với trạng thái giới hạn thứ Rbt, Rbt,ser cường độ chịu kéo tính toán dọc trục bê tông ứng với trạng thái giới hạn thứ thứ hai Rbtn cường độ chịu kéo tiêu chuẩn dọc trục bê tông ứng với trạng thái giới hạn thứ Rs, Rs,ser cường độ chịu kéo tính toán dọc trục cốt thép ứng với trạng thái giới hạn thứ thứ hai Rsw cường độ chịu kéo tính toán cốt thép ngang Rsc cường độ chịu nén tính toán cốt thép ứng với trạng thái giới hạn thứ Eb mô đun đàn hồi bê tông Es mô đun đàn hồi cốt thép Phần mở đầu 1.Lý chọn đề tài Việc thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép (BTCT) chịu nén chịu uốn theo trạng thái giới hạn cường độ theo tiêu chuẩn Việt nam TCVN 5574-2012 thực với tiếp cận ứng suất Điều dẫn đến nhiều khó khăn cho kỹ sư kết cấu thiết kế cấu kiện vùng chịu động đất, mà điều kiện biến dạng tiết diện cần xác định rõ ràng để đảm bảo khả phân tán lượng thông qua biến dạng đàn hồi tiết diện kết cấu Thông qua giá trị biến dạng tương ứng với mức độ biến dạng dẻo khác tiết diện, xác đinh độ dẻo chúng Độ dẻo yếu tố sử dụng để đánh giá khả chịu động đất kết cấu nói chung kết cấu khung bê tông cốt thép (BTCT) nói riêng Do việc xác định biến dạng tiết diện ứng với cấp dẻo khác cấu kiện đóng vai trò quan trọng thiết kế kháng chấn Các yêu cầu biến dạng dẻo theo tiêu chuẩn kháng chấn TCVN 9386-2012 (dựa Eurocode 8) cho cấu kiện dầm, cột rõ ràng Tuy nhiên, để tính toán độ dẻo cấu kiện nói cho phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép TCVN 5574 – 2012 (gọi tắt 5574) lại việc dễ dàng Nguyên nhân vấn đề nằm chỗ, 5574 chưa có quy định rõ ràng thiết kế tiết diện cho cấu kiện dầm hay cột (chịu uốn hay chịu nén lệch tâm) dựa tiếp cận biến dạng, yếu tố chủ yếu để xác định độ dẻo cho dầm hay cột Với mục đích làm sở cho việc xác định độ dẻo dầm, cột theo 5574, việc thiết kế tiết diện chịu uốn nén lệch tâm theo 5574 dựa tiếp cận biến dạng nghiên cứu 2 Mục đích, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: 2.1 Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu tính toán tiết diện dầm, cột khung phẳng bê tông cốt thép theo TCVN 5574-2012 dựa biến dạng 2.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Các cấu kiện dầm cột khung phẳng bê tông cốt thép 2.3 Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết, dựa tổng hợp tiêu chuẩn nước tính toán tiết diện theo biến dạng để đề xuất quy trình phù hợp với TCVN 5574-2012 THÔNG BÁO Để xem phần văn 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 Email: digilib.hau@gmail.com TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 94 Kết luận kiến nghị ết luận Một số kết luận rút sau: - Quan hệ ứng suất biến dạng bê tông cốt thép yếu tố quan trọng không việc phân tích, tính toán nội lực hay biến dạng kết cấu mà việc tính toán thiết kế tiết diện chịu uốn nén Do đó, hầu hết tiêu chuẩn thiết kế nước ngoài, quan hệ ứng suất biến dạng đề cập chi tiết với giả thiết thiết kế khác - Việc thiết kế tiết diện dựa vào biến dạng giúp giải số vấn đề mà dựa vào khối ứng suất khó thực xác định khả chịu lực cấu kiện chịu uốn mà cốt thép vùng nén nhiều cốt thép vùng kéo hay xác định giá trị mô men tương ứng với cốt thép lúc bắt đầu chảy dẻo - Thiết kế tiết diện dựa vào biến dạng giúp cho kỹ sư thiết kế có nhìn sâu ứng xử tiết diện Dựa vào biến dạng, quan hệ mô men độ cong tiết diện xác định, từ đó, xác định độ dẻo, khả biến dạng dẻo hay hệ số vượt cường độ tiết diện Đó tham số để đánh giá làm việc tiết diện làm việc miền đàn hồi trường hợp thiết kế kể đến tính phi tuyến vật liệu hay chịu tác động động đất iến Nghị - Cần có nghiên cứu thực nghiệm để đưa quan hệ ứng suất biến dạng bê tông cốt thép vào TCVN 5574-2012, phù hợp với điều kiện Viêt Nam - Cần có nghiên cứu lý thuyết lẫn thực nghiệm để đưa biến dạng vào tiêu chuẩn 5574 thiết kế tiết diện chịu uốn chịu nén tiết diện thẳng 95 Hướng phát triển đề tài Nghiên cứu đề xuất quy trình tính toán cấu kiện chịu uốn chịu nén lệch tâm cấu kiện khác theo biến dạng áp dụng cho Tiêu chuẩn Việt Nam 5574 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Nguyễn Đình Cống (2009), Tính toán thực hành cấu kiện bê tông cốt thép theo Tiêu chuẩn TCXDVN 356-2005, Nhà xuất xây dựng Hà Nội [2] Nguyễn Trung Hòa (2006), Tiêu chuẩn Châu Âu EuroCode EN 1992-1-1 – Thiết kế kết cấu bê tông bê tông cốt thép, Nhà xuất xây dựng Hà Nội [3] Phan Văn Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2008), ết câu bê tông cốt thép – Phần cấu kiện bản, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội [4] Phan Văn Minh, Ngô Thế Phong (2010), ết cấu bê tông cốt thép theo Tiêu chuẩn châu Âu, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội [5] Tiêu chuẩn TCVN 5574-2012, ết cấu bê tông bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế [6] Trần Mạnh Tuân (2009), Tính toán cấu kiện bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn ACI 318-2012, Nhà xuất xây dựng Hà Nội Tiếng Anh [7] EN 1992 Eurocode 2; Design of the concrete structures [8] ACI 318-2002: buiding code requirement for structural concrete and commentary  ... biến dạng vào tiêu chuẩn 5574 thiết kế tiết diện chịu uốn chịu nén tiết diện thẳng 95 Hướng phát triển đề tài Nghiên cứu đề xuất quy trình tính toán cấu kiện chịu uốn chịu nén lệch tâm cấu kiện. .. cấu kiện chịu uốn chịu nén tiết diện thẳng góc dựa vào biến dạng theo Eurocode 15 2.1 Giới thiệu 15 2.2 Cấu kiện chịu uốn 15 2.2.1 Quan hệ ứng suất biến dạng. ..BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI LA CƯỜNG QUỐC KHÓA 2013 - 2015 TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU UỐN VÀ CHỊU NÉN TRÊN TIẾT DIỆN THẲNG GÓC DỰA VÀO BIẾN DẠNG CHUYÊN NGÀNH: