Tính toán cốt thép chịu cắt dầm bê tông cốt thép theo các tiêu chuẩn thiết kế (TCVN 55742012; eurocode 2 và ACI 318 2002)

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tôi xin cam đoan thông tin trích dẫn luận văn đƣợc rõ nguồn gốc Hải Phòng, ngày 14 tháng năm 2015 Tác giả KS Phạm Tuấn Hiệp i LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc PGS.TS Hà Xuân Chuẩn tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn, cung cấp tài liệu động viên tác giả trình nghiên cứu hoàn thiện luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy, cô giáo, cán Viện đào tạo sau đại học Trƣờng Đại học Hàng hải Việt Nam bạn đồng nghiệp giúp đỡ, dẫn tận tình trình hoàn thành luận văn này! ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU v DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH ix MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1 Đặc điểm cấu tạo 1.1.1 Cấu tạo hình học 1.1.2 Cấu tạo cốt thép 1.2 Ứng suất dầm bê tông cốt thép 1.2.1 Ứng suất dầm đồng chất [8] .4 1.2.2 Ứng suất dầm không đồng chất [8] .6 1.3 Sự làm việc dầm bê tông cốt thép 1.3.1 Dầm bê tông cốt thép cốt thép chịu cắt [4][8] 1.3.2 Dầm bê tông cốt thép có cốt thép chịu cắt [4][8] 1.4 Các dạng phá hoại dầm cốt thép ngang [4][8] 1.4.1 Dạng phá hoại mô men uốn (Flexural) 1.4.2 Phá hoại ứng suất kéo (Diagonal Tension) .8 1.2.3 Dạng phá hoại nén lực cắt (Shear Compression) .9 1.5 Một số mô hình toán khả chịu cắt dầm bê tông cốt thép 10 1.5.1 Mô hình giàn với xiên nghiêng góc 45o[7] 10 1.5.2 Mô hình giàn với góc nghiêng thay đổi [7] 12 1.5.3 Mô hình chống giằng [7] 13 1.5.4 Mô hình miền nén (Compression Field Theory – CFT)[7] 14 1.5.5 Lý thuyết miền nén cải tiến (Modified Compression Field Theory MCFT)[6][9] .18 CHƢƠNG TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHỊU CẮT DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ 22 2.1 Tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 [1][5][10] 22 iii 2.1.1 Điều kiện tính toán 22 2.1.2 Điều kiện bê tông chịu nén vết nứt xiên .23 2.1.3 Điều kiện độ bền tiết diện nghiêng 24 2.1.4 Tính toán theo giáo trình kết cấu bê tông cốt thép [5] .26 2.2 Tính toán theo tiêu chuẩn Châu Âu EUROCODE [3],[6],[12] 31 2.2.1 Khả chịu cắt bê tông 31 2.2.2 Tính toán cƣờng độ tiết diện nghiêng 33 2.2.3 Tính toán cốt đai 37 2.3 Tính toán theo tiêu chuẩn ACI 318-2002 [4], [8], [11] 38 2.3.1 Khả chịu cắt bê tông 38 2.3.2 Khả chịu cắt cốt đai [4], [8], [11] 39 2.3.3 Quy trình tính toán thép đai 42 2.4 Một số nhận xét đánh giá tiêu chuẩn tính toán, điều kiện áp dụng 43 2.4.1 Nhận xét, đánh giá 43 2.4.2 So sánh đặc điểm tính toán tiêu chuẩn 44 CHƢƠNG VÍ DỤ TÍNH TOÁN 46 3.1 VÍ DỤ 46 3.1.1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 46 3.1.2 Tiêu chuẩn ACI 318 - 2002 49 3.1.3 Tiêu chuẩn Châu âu EUROCODE - .50 3.2 VÍ DỤ 51 3.2.1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 51 3.2.2 Tiêu chuẩn ACI 318 - 2002 53 3.2.3 Tiêu chuẩn Châu âu EUROCODE - .54 3.3 Một số nhận xét 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 Chữ viết tắt Giải thích M Mômen uốn Q Lực cắt Rb Cƣờng độ chịu nén tính toán bê tông Rbt Cƣờng độ chịu kéo tính toán bê tông Rsw Cƣờng độ chịu kéo tính toán cốt thép ngang Rsc Cƣờng độ chịu nén tính toán cốt thép Eb Mô đun đàn hồi bê tông Es Mô đun đàn hồi cốt thép b Chiều rộng tiết diện chữ nhật h Chiều cao tiết diện chữ nhật Khoảng cách từ hợp lực cốt thép tƣơng ứng với S S' đến biên gần tiết diện Chiều cao làm việc tiết diện a, a' h0, h' x Chiều cao vùng bê tông chịu nén  Chiều cao tƣơng đối vùng bê tông chịu nén, x/h0 s Khoảng cách cốt thép đai theo chiều dài cấu kiện Bán kính quán tính tiết diện ngang cấu kiện trọng tâm tiết diện Đƣờng kính danh nghĩa cốt thép i d As, A' s As,inc Là diện tích tiết diện cốt thép chịu kéo chịu nén Diện tích tiết diện cốt thép xiên  Hàm lƣợng cốt thép A Diện tích toàn tiết diện ngang bê tông Ab Diện tích tiết diện vùng bê tông chịu nén Mô men quán tính tiết diện bê tông trọng tâm tiết diện cấu kiện I v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode Chữ viết tắt Giải thích E Mô đun đàn hồi F Tải trọng (tác động) G Tải trọng thƣờng xuyên I Mô men quán tính M Mô men uốn Q Tải trọng tạm thời T Mô men xoắn V Lực cắt b Chiều rộng tiết diện ngang d e Chiều cao làm việc tiết diện Khoảng cách từ mép bê tông chịu nén tới trọng tâm cốt thép chịu nén Độ lệch tâm h Chiều cao tiết diện mặt phẳng uốn i Bán kính quán tính k Hệ số l Chiều dài nhịp s Khoảng cách cốt đai t Chiều dày x Khoảng cách từ mép bê tông chịu nén tới trục trung hòa Ac Diện tích tiết diện ngang bê tông As Diện tích tiết diện ngang cốt thép chịu kéo A’ s Diện tích tiết diện ngang cốt thép chịu nén Asw Diện tích tiết diện ngang cốt thép chịu cắt (cốt đai, xiên) Es Mô đun đàn hồi cốt thép a’ vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Tiêu chuẩn ACI 318-2002 Chữ viết tắt Giải thích Mu Mômen ngoại lực tác dụng từ tổ hợp lực tính toán Khả chịu lực cấu kiện , xác định từ điều kiện cụ thể tiết diện Mômen lớn dọc theo trục dầm Mô men quán tính trục qua trọng tâm tiết diện trƣờng hợp tiết diện khe nứt Mô đun đàn hồi cốt thép Mn Ma Icr Es Ec s Mô đun đàn hồi bê tông  's Biến dạng cốt thép chịu nén f 'c Cƣờng độ chịu nén bê tông fr Cƣờng độ chịu kéo bê tông fy Cƣờng độ chịu kéo cốt thép a d’ Chiều cao vùng bê tông chịu nén Khoảng cách từ mép biên vùng nén tới lớp thép chịu kéo Khoảng cách từ mép biên vùng nén tới thép chịu kéo b Bề rộng tiết diện ngang  Hệ số giảm độ bền cấu kiện  Hàm lƣợng cốt thép d As, A’ s Biến dạng cốt thép chịu kéo Diện tích tiết diện ngang cốt thép chịu kéo chịu nén vii DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 2.1 Giá trị hệ số 25 3.1 Kết tính toán cốt đai dầm Các yếu tố ảnh hƣởng tính toán khả chịu cắt cốt đai 50 3.2 viii 55 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Trang 1.1 Các loại tiết diện ngang dầm bê tông cốt thép 1.2 Các loại cốt thép dầm 1.3 Ứng suất dầm đồng chất 1.4 Quỹ đạo ứng suất dầm đồng chất 1.5 Sự làm việc dầm chịu tải trọng 1.6 Phá hoại dầm bê tông cốt thép mô men uốn 1.7 Phá hoại dầm bê tông cốt thép ứng suất kéo 1.8 Phá hoại dầm bê tông cốt thép lực cắt 1.9 Phép tƣơng tự giàn 10 1.10 11 2.2 Cân giàn với góc nghiêng 45 Quan hệ ứng suất - biến dạng bê tông vùng nứt chịu nén Lý thuyết miền nén cải tiến- Cân theo trị số ứng suất trung bình Cân theo ứng suất cục vết nứt Sơ đồ nội lực tiết diện nghiêng với trục dọc cấu kiện bê tông cốt thép tính toán độ bền chịu lực cắt Sơ đồ tính toán cốt đai 2.3 Vị trí lớp cốt xiên dầm 31 2.4 Các mặt cắt nghiêng dùng để tính toán cốt xiên 31 2.5 Mô hình dàn ảo 33 2.6 Sơ đồ tính toán cốt đai 34 2.7 Bố trí thép đai dầm bê tông cốt thép 40 3.1 Sơ đồ tải trọng ví dụ 45 1.11 1.12 1.13 2.1 ix 16 19 19 24 27 MỞ ĐẦU Sự cần thiết đề tài Vì cƣờng độ chịu kéo bê tông nhỏ nhiều so với cƣờng độ chịu nén, nên tải trọng tăng lên vị trí có ứng suất kéo lớn hình thành vết nứt, để hạn chế nguy dầm bị phá hủy cần phải bố trí cốt thép dọc chịu kéo Mặt khác, trình chịu tải, vị trí có lực cắt lớn dầm xuất ứng suất kéo xiên gây vết nứt xiên Sự phá hoại kết cấu bê tông cốt thép lực cắt thƣờng đột ngột xuất vết nứt nghiêng, tiết diện cần đƣợc tính toán có đủ khả chịu cắt không đạt đến trạng thái giới hạn khả chịu cắt Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép Việt Nam hành TCVN 5574:2012 tính toán cốt thép khả chịu cắt dầm BTCTđã đáp ứng đƣợc yêu cầu thiết kế Hiện giới có nhiều tiêu chuẩn thiết kế khác dùng để tính toán thiết kế kết cấu bê tông cốt thép, để làm rõ khác tiêu chuẩn ứng dụng vào công tác thiết kế; đề tài: “Tính toán cốt thép chịu cắt dầm bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế (TCVN 5574:2012; Eurocode ACI 318-2002)” cần thiết có ý nghĩa thực tế Mục đích nghiên cứu Luận văn nghiên cứu tính toán cốt thép chịu cắt dầm bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế (TCVN 5574:2012, Eurocode ACI 318-2002) Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: Dầm bê tông cốt thép - Phạm vi nghiên cứu: Cốt thép chịu cắt Phƣơng pháp nghiên cứu Dùng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết, kế thừa, chuyên gia thực nghiệm tính toán thực tế Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Nhận xét đặc điểm tính toán cốt thép chịu cắt dầm bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế CHƢƠNG VÍ DỤ TÍNH TOÁN 3.1 VÍ DỤ Thiết kế cốt thép chịu cắt cho dầm liên tục có sơ đồ chịu lực nhƣ hình 3.1 Kích thƣớc tiết diện ngang b = 22 cm, h = 45 cm, L = 4500 mm; Bê tông có cƣờng độ chịu nén tính toán 8,5 Mpa cƣờng độ chịu kéo tính toán 0,75 Mpa Cốt thép đai cóRs = Rsc = 225 MPa; Rsw = 175 MPa Tĩnh tải phân bố tính toán g = 20 kN/m, hoạt tải phân bố tính toán p = 15 kN/m p (kN/m) h g (kN/m) A B L D C L b L Hình 3.1 Sơ đồ tải trọng ví dụ 3.1.1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 - Số liệu: + Bê tông có: R b = 8,5 MPa, Rbt = 0,75 MPa + Cốt thép đai có: Rs = Rsc = 225 MPa; Rsw = 175 MPa - Tải trọng tác dụng: q = g + p = 20 + 15 = 35 (kN/m) - Xác định giá trị lực cắt dầm: p (kN/m) h g (kN/m) A B L L Q PB QA D C Q BT Hình 3.2 Biểu đồ nội lực dầm 46 L b Q A = 0,4qL= 0,4 x 35 x 4,5 = 63 (kN) QTB = 0,6qL= 0,6 x 35 x 4,5 = 94,5 (kN) Q PB =0,5qL= 0,5 x 35 x 4,5 = 78,75 (kN)  Qmax  QTB  94,5 (kN) - Chọn a = cm, ho = 45 - = 42 cm - Kiểm tra khả chịu ứng suất nén bụng dầm: Qmax  0,3R b bh o 94500 (N) ≤ 0,3.8,5.220.420 = 235620 (N) Vậy dầm đủ khả chịu ứng suất nén - Tính toán cốt đai: dầm chịu tải trọng phân bố đều, ta có: qsw Q2   (q  0,5p) 4,5R bt bh o 0,75 qsw  945002  (35  0,5.15) 4,5.0,75.220.420 0,75 qsw  31,52 (N / mm) - Tính qsw,min theo (2.42): qsw,min  0,25R bt b  0,25.0,75.220  41,25 (N/ mm) qsw,min  41,25 (N/ mm)  qsw  31,52 (N/ mm) Vậy tính toán cốt đai theo q sw = 41,25 (N/mm) - Kiểm tra Co với qsw = 41,25 (N/mm): 1,5R bt bh o2 Co  0,75qsw  q  0,5p Co  1,5.0,75.220.4202  864,4 (mm) 0,75.41,25  35  0,5.15 Co  864,4 (mm)  2h o  840(mm) Lấy Co = 2ho = 840 (mm) - Tính qsw với C = 840 (mm): 47 1,5R bt bh o2 QDB   (0,75qsw  q  0,5p).c c 1,5R bt bh o2 QDB   (0,75qsw  q  0,5p).2h o 2h o Cho Qmax = QDB, suy ra: Q qsw  qsw  1,5R bt bh o2  (q  0,5p).2h o 2h o 1,5h o 94500  1,5.0,75.220.4202  (35  0,5.15).2.420 2.420 1,5.420 qsw  30,83 (N / mm) - Chọn cốt đai ϕ6, số nhánh n = 2: + Diện tích lớp cốt đai: Asw n2 2.3,14.62    56,52 (mm ) 4 + Khoảng cách lớp cốt đai theo tính toán: Stt  R sw Asw 175.56,52   320,8 (mm) qsw 30,83 + Khoảng cách lớn lớp cốt đai: Smax R bt bh o2 0,75.220.4202    308(mm) Q 94500 + Khoảng cách lớp cốt đai theo cấu tạo: 0,5h o  0,5.420  210 (mm) Sct   300 (mm) Chọn Sct = 200 (mm) + Khoảng cách lớp cốt đai: S = min{Stt ; Smax; Sct } = 200 (mm) Vậy bố trí cốt đai ϕ6, nhánh, khoảng cách S = 200 (mm) 48 3.1.2 Tiêu chuẩn ACI 318 - 2002 - Quy đổi đơn vị ví dụ phù hợp với tiêu chuẩn ACI 318 - 2002 : + Kích thƣớc tiết diện: b = 220 mm = 8,66 in ; h = 450 mm = 17,72 in; ho = 420 mm = 16,54 in; + Bê tông: fc,  8,5 MPa  1232,5 psi + Cốt thép: f y  175 MPa  25375 psi - Giá trị lực cắt Qmax = Vu = 94500 (N) = 21246 (lb) - Tính lực cắt bê tông chịu Vc : Vc  2 fc' b w d  2.1 1232,5.8,66.16,54 Vc  11951 (lb) - Kiểm tra điều kiện chịu lực mặt cắt: (8  2) fc' b w d  10 1232,5.8,66.16,54  59756 (lb) - Lực cắt tính toán tác dụng lên tiết diện : Vn  Vu 21246   24995 (lb) < 59756 (lb)  0,85 Suy ra, thỏa mãn yêu cầu - Ta có : Vu  21246 (lb)  Vc  0,85.11951  10158 (lb) Suy cần phải tính toán bố trí cốt thép đai - Chọn cốt đai thép ϕ8, đai nhánh, diện tích nhánh đai 50,24mm2 : Av  2.50,24  100,48 (mm2 )  0,156(in ) - Tính khoảng cách cốt đai: s A vf yd (Vu / )  Vc  0,156.25375.16,54  5,02 (in)  127,5 (mm) (21246 / 0,85)  11951 - Khoảng cách cốt đai lớn nhất: 49 Xét: Vn  Vc  24995  11951  13044 (lb) 4bw d f c,  4.8,66.16,54 1232,5  23902 (lb) Suy ra: Vn  Vc  4b w d f c, Vậy: s max  d 16,54   8,27 (in)  24 (in) 2 Vậy bố trí cốt đai thépϕ8, đai nhánh, khoảng cách s = 5,02 (in) (127,5 mm) 3.1.3 Tiêu chuẩn Châu âu EUROCODE - - Bê tông nặng quy đổi sang tiêu chuẩn EUROCODE - có: fck  8,5 (MPa), f ctk  0,75 (MPa) - Cốt thép: f yk  225 (MPa),f yd  175 (MPa) - Lực cắt tính toán: VEd = 94500 (N) - Khả chịu cắt bê tông: VRd,c  0,12k(1001f ck )1/3  k1cp  b w d k 1 200  1,69  420 1 : hàm lƣợng cốt thép chịu kéo; giả sử cốt dọc chịu kéo 3ϕ25 (Asl = 1473 mm2) 1  1473  0,016  0,02 220.420 Thay số ta có : VRd,c  0,12.1,69.(100.0,016.12)1/3  220.420  70963 (N) VEd =94500 (N)>VRd,c  70963 (N) Vậy cần phải tính toán cốt đai - Kiểm tra điều kiện (2.62) với θ = 22o : VRd,max(22)  0,124b w d(1  50 f ck )f ck 250 VRd,max(22)  0,124.220.420.(1  12 ).12  130891 (N) 250 VEd  94500 (N)  VRd,max(22)  130891 (N)  Thỏa mãn - Chọn cốt đai ϕ6, hai nhánh có asw = 28,26 mm2, diện tích lớp cốt đai là: Asw n. d 2.3,14.62    56,52 (mm ) 4 - Khoảng cách lớp cốt đai: s VEd 0,9df ywd Asw cot g s 94500  165,6(mm) 0,9.420.175.56,52.cotg 22 Bảng 3.1 Kết tính toán cốt đai dầm STT Tiêu chuẩn Đƣờng kính ϕ Khoảng cách s TCVN 5574 – 2012 mm 200 mm EUROCODE mm 165,6 mm ACI 318 mm 127,5 mm 3.2 VÍ DỤ - Cho dầm bê tông cốt thép có số liệu sau: +Kích thƣớc tiết diện ngang b = 22 cm, h = 60 cm, L = 6000 mm; +Bê tông có cƣờng độ chịu nén tính toán Rb = 11,5 (Mpa) cƣờng độ chịu kéo tính toán Rbt = 0,9 Mpa, Eb = 23000 (MPa) +Cốt thép đai cóRs = Rsc = 225 MPa; Rsw = 175 MPa; Es = 210000 (MPa) +Cốt thép đai bố trí dầm: ϕ8a150 + Giá trị lực cắt lớn dầm: Qmax = 200 (kN) - Yêu cầu: Tính toán, kiểm tra khả chịu cắt dầm 3.2.1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 - Số liệu: + Bê tông có: R b = 11,5 MPa, Rbt = 0,9 MPa + Cốt thép đai có: Rs = Rsc = 225 MPa; Rsw = 175 Mpa 51 - Tính toán: a Kiểm tra khoảng cách s (s=150 mm) - Chiều cao làm việc dầm: ho = h – abv = 600 – 40 = 560 (mm) - Điều kiện cấu tạo: h = 600 mm > 450 mm  h 600   200mm    s  150mm   3  500mm  - Kiểm tra điều kiện: s  smax : s max  b4 (1  n )R bt bh o2 1,5.0,9.220.5602   465,7 mm Qmax 200000 s  150mm  smax  465,7mm Vậy khoảng cách s = 150 (mm) đảm bảo điều kiện tính toán b Kiểm tra điều kiện bê tông chịu nén vết nứt xiên - Khả chịu lực bê tông: Qbt  0,3w1b1R b bh w   Asw 2.50,24   0,003 bs 220.150 Es 210000   9,13 E b 23000 w1   5w   5.9,13.0,003  1,14  1,3 b1   R b   0,01.11,5  0,885 Vậy: Qbt  0,3w1b1R b bh  0,3.1,14.0,885.11,5.220.560 Qbt  428822,9(N) Thỏa mãn điều kiện: Qmax  200000(N)  Qbt  428822,9(N) c Kiểm tra điều kiện độ bền tiết diện nghiêng Mb  b2 (1  f  n )R bt bh 02  2.0,9.220.5602 52 Mb  124,2.106 (Nmm) qsw  R sw Asw 175.50,24   58,61(N / mm) s 150 Mb 124,2.106 C   1456(mm) >2ho = 1120 mm qsw 58,61 Lấy C = 2ho = 1120 mm: M b 124,2.106 Qb    110893(N)  110,893(kN) C 1120 Qsw = qsw.C = 58,61.1120 = 65643 (N) = 65,643 (kN) Qb + Qsw = 176,536 (N)< Qmax = 200(kN) Vậy dầm đảm bảo khả chịu lực 3.2.2 Tiêu chuẩn ACI 318 - 2002 - Quy đổi đơn vị ví dụ phù hợp với tiêu chuẩn ACI 318 - 2002 : + Kích thƣớc tiết diện: b = 220 mm = 8,66 in ; h = 600 mm = 23,62 in; ho = 560 mm = 22,05 in; + Bê tông: fc,  11,5 MPa  1667,5 psi + Cốt thép: f y  175 MPa  25375 psi - Giá trị lực cắt Qmax = Vu = 200000 (N) = 44960 (lb) - Dầm bố trí cốt đai hai nhánh ϕ8a150 có: Av  2.50,24  100,48 (mm2 )  0,156(in ) - Tính lực cắt bê tông chịu Vc : Vc  2 fc' b w d  2.1 1667,5.8,66.22,05 Vc  15595 (lb) - Kiểm tra điều kiện chịu lực mặt cắt: (8  2) fc' bw d  10 1667,5.8,66.22,05  77976 (lb) - Lực cắt tính toán tác dụng lên tiết diện : 53 Vn  Vu 44960   52894(lb) < 77976 (lb)  0,85 Suy ra, đảm bảo khả chịu lực - Kiểm tra khoảng cách cốt đai: s = 150 (mm) = 5,955 (in) + Khoảng cách cốt đai lớn nhất: Xét: Vn  Vc  52894  15595  37299 (lb) 4bw d f c,  4.8,66.22,05 1667,5  31190 (lb) Suy ra: Vn  Vc  4b w d f c, Vậy: s max  d 22,05   5,51 (in)  12 (in) 4 Vậy điều kiện giới hạn đƣờng kính khoảng cách cốt đai không đảm bảo (thay đổi kích thƣớc hình học dầm tăng đƣờng kính giảm khoảng cách cốt đai) 3.2.3 Tiêu chuẩn Châu âu EUROCODE - - Bê tông nặng quy đổi sang tiêu chuẩn EUROCODE - có: fck  8,5 (MPa), f ctk  0,75 (MPa) - Cốt thép: f yk  225 (MPa),f yd  175 (MPa) - Lực cắt tính toán: VEd = 200000 (N) - Khả chịu cắt bê tông: VRd,c  0,12k(1001f ck )1/3  k1cp  b w d k 1 220  1,63  560 1 : hàm lƣợng cốt thép chịu kéo; giả sử cốt dọc chịu kéo 3ϕ25 (Asl = 1473 mm2) 1  1473  0,012  0,02 220.560 Thay số ta có : 54 VRd,c  0,12.1,63.(100.0,012.12)1/3  220.560  115670 (N) - Kiểm tra điều kiện (2.62) để bê tông không bị nén vỡ ứng suất nén chính: VRd,max(22)  0,18b w d(1  f ck )f ck 250 VRd,max(22)  0,18.220.560.(1  11,5 ).11,5  243293 (N) 250 VEd  200000 (N)  VRd,max(22)  243293 (N)  Đảm bảo khả chịu ứng suất nén - Cốt đai ϕ8, hai nhánh có asw = 50,24 mm2, diện tích lớp cốt đai là: Asw n. d 2.3,14.82    100,48 (mm ) 4 - Khả chịu lực cốt đai: Vrd,w  0,9df ywdsAsw cot g Vrd,w  0,9.22,05.175.150.100,48.cot g22  129554(N) - Khả chịu lực cắt dầm: Vrd,c  Vrd,w  115670  129554  245224(N)  VEd  200000(N) - Kiểm tra khoảng cách cốt đai: s = 150 mm + Khoảng cách lớn cốt đai: s b,max= 0,75d = 0,75.560 = 420 (mm) > s = 150 mm + Khoảng cách nhỏ cốt đai: s = 80 mm < s = 150 mm Vậy khoảng cách cốt đai đảm bảo điều kiện 3.3 Một số nhận xét Các tiêu chuẩn có quan điểm khả chịu cắt dầm khả chịu cắt cốt đai khả chịu cắt bê tông, nhƣng cách xác định khả chịu cắt bê tông cách tính toán tiêu chuẩn có khác : 55 Khác yếu tố ảnh hƣởng đến khả chịu cắt đƣợc kể đến, so sánh đƣợc thể qua bảng 3.2: Bảng 3.2 Các yếu tố ảnh hƣởng tính toán khả chịu cắt cốt đai Các yếu tố TCVN 5574-2012 Lực nén x Lực kéo x Momen uốn Tiêu Tiêu chuẩn chuẩn ACI EUROCODE 318-2002 x x x x x x Bề rộng tiết diện x x x Chiều cao tiết diện x x x Đặc trƣng cƣờng độ bê tông x x x x x Hàm lƣợng thép dọc Tiết diện nghiêng c x Bê tông vùng kéo - Cách xác định khả chịu cắt bê tông cốt đai theo tiêu chuẩn TCVN 5574-2012 phức tạp, phụ thuộc vào nhiều hệ số biến số, phân nhiều trƣờng hợp tải trọng khác + Khả chịu cắt bê tông biến thiên tƣơng đối lớn nhịp chịu cắt thay đổi Qb  b2 (1  f  n )R bt bh 02 M b  b3 (1  f  n )R bt bh  Qb    2,5R bt bh  Qb max c c b2 (1  n  f )  h  cmin  c  cmax  b2 h 2,5 b3 + Tiết diện nghiêng c0 trình tính toán cốt đai đƣợc gới hạn: h  c  2h , tiêu chuẩn nƣớc thi xét c0  h Điều cho kết khả chịu cắt cốt đai theo TCVN 5574:2012 lớn nhiều (có thể gấp đôi) so với tiêu chuẩn nƣớc 56 - Có thể thấy TCVN 5574:2012 tính toán khả chịu cắt dầm bê tông cốt thép đƣợc xác định theo mặt cắt nghiêng thay đổi nhƣ số tiêu chuẩn tiên tiến khác Tuy nhiên ACI 318 - 2012, EUROCODE đƣa nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến khả chịu cắt vào tính toán nhƣ ảnh hƣởng hàm lƣợng cốt dọc, mômen uốn, bê tông vùng kéo… Còn tiêu chuẩn Việt nam chƣa xét yếu tố - Cách xác định khả chịu cắt bê tông cốt đai theo tiêu chuẩn nƣớc đơn giản ngƣời ta quan niệm tiết diện nghiêng nguy hiểm vết nứt xiên cắt qua thép đai có góc nghiêng 45 so với phƣơng trục dầm, chiều dài hình chiếu vết nứt xiên xấp xỉ chiều cao làm việc tiết diện ngƣời ta lấy chiều cao làm việc để tính toán - Việc tính toán vào hình bao biểu đồ nội lực, không phân biệt toán tải trọng tập trung hay phân bố, không phân chia nhiều trƣờng hợp để tính toán tùy độ lớn tải trọng nhƣ TCVN 5574-2012 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A Kết luận Từ kết nghiên cứu lý thuyết thông ví dụ cụ thể tính toán cốt thép chịu cắt dầm bê tông cốt thép cho kết luận sau: ACI 318 TCVN 5574:2012 chủ yếu dựa làm việc thựcnghiệm để hình thành công thức tính toán cốt thépđai Cả hai tiêu chuẩn kể đến đóng gópcủa bê tông vào khả chịu cắt tổng thể dầm.Trong EC2 dựa thực nghiệm lẫn môhình giàn ảo dùng để xác định nội lực thànhphần dầm EC2 không kể đến đóng góp củabê tông tới khả chịu cắt tổng thể dầm cócốt thép đai; Việc thiết kế cốt thép đai ACI 318 dựa thực nghiệm với vết nứt nghiêng với trục hoành góc khoảng 45o; TCVN 5574:2012 dựa tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất, thông qua mô hình đại số; EC2 dựa thực nghiệm mô hình giàn ảo đơn giản với góc nghiêng thay đổi từ 22o đến 45o, phụ thuộc vào tải trọng dạng liên kết dầm; Khi thiết kế cốt thép đai TCVN 5574:2012 không kể đến tƣơng tác mô men uốn lực cắt có mặt cốt thép dọc; ACI 318 EC2 kể đến tính toán khả chịu lực cắt bê tông; Với công thức lập đƣợc, việc tính toán cốt thép đai ba tiêu chuẩn giống nhau, dựa phƣơng pháp thử sai dựa việc giả thiết đƣờng kính cốt thép đai, số nhánh tính toán khoảng cách cần thiết để chịu đủ lực cắt ngoại lực tiết diện nghiêng; Với việc sử dụng mô hình giàn ảo, EC2 cho hiểu rõ nguyên nhân cần kéo dài cốt thép dọc chịu kéo phía dƣới cấu kiện, với mục đích đảm bảo khả chịu lực phụ thêm cốt thép dọc chịu kéo lực cắt gây Trong TCVN nhiều yếu tố ảnh hƣởng khác nhƣ bê tông vùng kéo, hàm lƣợng cốt dọc, momen uốn, góc nghiêng vết nứt chƣa đƣợc đề cập tới, 58 quy trình tính toán khả chịu cắt dầm bê tông cốt thép phức tạp phụ thuộc vào nhiều hệ số Nhịp chịu cắt tiêu chuẩn TCXDVN 5574-2012 ảnh hƣởng đến khả chịu cắt bê tông lớn Trong tiêu chuẩn ACI 318-2002, EUROCODE 1992-1-1 không kể đến ảnh hƣởng Vì cần cân nhắc xét đến yếu tố ảnh hƣởng đến khả chịu cắt theo TCVN B Đề xuất, kiến nghị phƣơng pháp nghiên cứu tiếp Việc áp dụng ACI 318 dễ dàng điều khoản tính toán rõ ràng đơn giản EC2 tiêu chuẩn thể rõ làm việc dầm chịu uốn cắt Cần có nghiên cứu thực nghiệm để có kết phán ánh xác ảnh hƣởng yếu tố đến khả chịu cắt bê tông cốt thép chịu cắt Cần xét thêm ảnh hƣởng phần cánh tính toán dầm bê tông cốt thép có tiết diện chữ T 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đình Cống (2009), Tính toán thực hành cấu kiện bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn TCVN365-2005, NXB Xây dựng , Hà Nội Phùng Ngọc Dũng, Lê Thị Thanh Hà (2014), Phân tích thiết kế dầm bê tông cốt thép chịu uốn tiết diện nghiêng theo ACI 318, EUROCODE TCVN 5574 :2012, Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng T.S Nguyễn Trung Hòa (2006), Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode EN1992-11-Thiết kế kết cấu bê tông bê tông cốt thép, NXB Xây dựng, Hà Nội T.S Nguyễn Trung Hòa (2003), Kết cấu bê tông cốt thép theo quy phạm Hoa Kỳ, NXB Xây dựng, Hà Nội Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2014), Kết cấu bê tông cốt thép- phần cấu kiện bản, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong (2010), Kết cấu bê tông cốt thép thiết kế theo tiêu chuẩn Châu Âu, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Ngọc Phƣơng (2008), Khả chịu cắt dầm bê tông cốt thép ứng lực trước, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trƣờng Đại học Kiến trúc, Hà Nội Trần Mạnh Tuân (2009), Tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn ACI 318-2002, NXB Xây dựng, Hà Nội Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 365 -2005 (2005), NXB Xây dựng, Hà Nội 10 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2012: Kết cấu bê tông bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế 11 ACI 318 -2002: Building code requirement for structural concrete and commentary 12 EN 1992 Eurocode 2: Design of concrete structures 60 ... thép chịu cắt dầm bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế - So sánh kết tính toán cốt thép chịu cắt dầm bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế (Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574 :20 12; Tiêu chuẩn. .. khả chịu cắt dầm nhƣ MCFT tiếp tục đƣợc nghiên cứu 21 CHƢƠNG2 TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHỊU CẮT DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ 2. 1 Tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574 :20 12. .. thép chịu cắt dầm bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế (TCVN 5574 :20 12; Eurocode ACI 318 -20 02) ” cần thiết có ý nghĩa thực tế Mục đích nghiên cứu Luận văn nghiên cứu tính toán cốt thép chịu cắt