Ảnh hưởng của lỗ khoét đến khả năng chịu lực của dầm bê tông cốt thép ứng lực trước (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI --- LÃ VĂN HIỆP ẢNH HƯỞNG CỦA LỖ KHOÉT ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC LUẬN VĂN THẠC S

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

LÃ VĂN HIỆP

ẢNH HƯỞNG CỦA LỖ KHOÉT ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG

LỰC TRƯỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà Nội - 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Lã Văn Hiệp

LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình tới thầy giáo PGS.TS.Nguyễn Ngọc Phương, người đã trực tiếp hướng dẫn luận văn bằng những kiến thức và kinh nghiệm quý báu

Cho phép tôi trân trọng cảm ơn khoa Sau đại học, các thầy cô đã tham gia giảng dạy khóa học, chân thành cảm ơn những nhận xét, góp ý của các thầy cô trong bộ môn Bê tông cốt thép- Trường Đại học Kiến TRúc Hà Nội, các thầy, cô giáo trong khoa xây dựng dân dụng để luận văn được hoàn chỉnh

Tôi xin chân thành cảm ơn đến các thầy giáo chấm phản biện, các thầy cô trong Hội đồng bảo vệ đã cho những nhận xét quý báu để luận văn được hoàn thiện

và phát triển trong tương lai

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, lãnh đạo và các đồng nghiệp những người đã luôn động viên, giúp đỡ tôi suốt quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp

Hà Nội, tháng 3 năm 2017

Tác giả luận văn

Lã Văn Hiệp

PHẦN MỞ ĐẦU 1

TÍNH CấP THIếT CủA Đề TÀI 1

MụC ĐÍCH CủA Đề TÀI 1

ĐốI TƯợNG VÀ PHạM VI NGHIÊN CứU 1

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CứU 1

CƠ Sở KHOA HọC VÀ Ý NGHĨA THựC TIễN CủA Đề TÀI 2

NộI DUNG CủA LUậN VĂN 2

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ DẦM BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC CÓ LỖ KHOÉT 3

1.1 TổNG QUAN Về KếT CấU BÊ TÔNG ứNG LựC TRƯớC 3

1.1.1 Khái niệm 3

1.1.2 Nguyên lý làm việc 3

1.1.3 Lịch sử ra đời và phát triển của bê tông cốt thép ứng lực trước 4

1.1.4 Phân loại bê tông ứng suất trước 5

1.1.5 Ưu điểm của bê tông ứng lực trước 8

1.1.6 Sự khác nhau giữa bê tông ứng lực trước và bê tông cốt thép thường 8

1.2 TổNG QUAN NGHIÊN CứU Về DầM BTCT VÀ BÊ TÔNG ứNG LứC TRƯớC CÓ Lỗ KHOÉT 12

1.2.1 Lỗ khoét trong dầm BTCT và bê tông ứng lực trước 12

1.2.2 Ưu và nhược điểm của lỗ khoét 14

1.2.3 Phân loại lỗ khoét 14

1.2.4 Một số nghiên cứu dầm BTCT và bê tông ứng lực trước có lổ khoét 16

1.2.5 Sự làm việc của dầm BTCT và bê tông ứng lực trước có lỗ khoét 17

1.2.6 Tình hình sử dụng dầm BTCT và bê tông ứng lực trước có lỗ khoét trong nước và nước ngoài 26

CHƯƠNG 2:CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ ẢNH HƯỞNG HÌNH DÁNG CỦA LỖ KHOÉT ĐẾN DẦM BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC 31

2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DầM BÊ TÔNG ứNG LựC TRƯớC 31

2.1.1 Phương pháp tính theo ứng suất cho phép 31

2.1.2 Phương pháp C-line 31

2.1.3 Phương pháp cân bằng tải trọng 31

2.1.4 Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn 32

2.1.5 Kiểm tra phá hoại cắt trong thanh biên 35

2.1.6 Kiểm tra phá hoại uốn trong thanh biên 37

2.1.7 Kiểm tra phá hoại trong thanh chịu kéo 37

2.1.8 Độ võng của dầm ứng lực trước có lỗ mở 38

2.2 SO SÁNH ảNH HƯởNG CủA HÌNH DÁNG Lỗ KHOÉT ĐếN KHả NĂNG CHịU LựC CủA DầM BÊ TÔNG ứNG LựC TRƯớC VÀ DầM BÊ TÔNG THƯờNG 39

2.2.1 Lỗ khoét hình vuông 46

2.2.2 Lỗ khoét hình tròn 48

2.2.3 Lỗ khoét hình chữ nhật 53

CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC VÀ VỊ TRÍ LỖ KHOÉT ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA DẦM BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC 56

3.1 ẢNH HƯởNG KÍCH THƯớC Lỗ KHOÉT 56

3.2 ẢNH HƯởNG CủA Vị TRÍ Lỗ KHOÉT ĐếN KHả NĂNG CHịU LựC CủA DầM BÊ TÔNG ứNG LựC TRƯớC 61

2.1.3 Theo phương dọc của dầm 61

3.2.2 Theo phương vuông góc với trục dầm 64

3.3 VÍ Dụ TÍNH TOÁN 68

KẾT LUẬN 75

Số hiệu

Số trang

Hình 1.1 Minh họa đường ống đắt dưới dầm 12 Hình 1.2 Thi công dầm có lỗ khoét 13 Hình 1.3 Dầm có lỗ khoét trên thực tế 13 Hình 1.4 Các loại hình dáng lỗ khoét 15 Hình 1.5 Nứt khi đã gia cố cốt thép 17 Hình 1.6 Nứt khi chưa gia cố cốt thép 18 Hình 1.7 Nội lực giữa các khớp 19 Hình 1.8 Gia cố cốt thép 19 Hình 1.9 Vị trí ứng suất tập trung trong dầm có lỗ mở 20

Hình 1.10

Sự phân bố ứng suất tại lỗ mở trong dầm trong (a) giai đoạn truyền ứng suất, (b) giai đoạn tải sử dụng, (c) giai đoạn lực tới hạn

21

Hình 1.11

Sự phân bố ứng suất cắt tại lỗ mở ;(a) giai đoạn truyền ứng suất, (b) giai đoạn tải sử dụng, (c) giai đoạn lực tới hạn

22

Hình 1.12 Vị trí nguy hiểm của vết nứt 23 Hình 1.13 Sự phát triển vết nứt 24

Hình 1.14 Công trình trung tâm công nghệ cao bưu chính viễn

thông- 18 Hoàng Quốc Việt 26 Hình 1.15 Công trình New Horizion 87 Lĩnh Nam 27 Hình 1.16 Công trình New Horizion 87 Lĩnh Nam 27

Hình 1.17 Qui định bố trí cốt thép gia cường lỗ mở công trình

New Horizion 87 Lĩnh Nam 28

Hình 1.18 Qui định bố trí cốt thép gia cường lỗ mở công trình

New Horizion 87 Lĩnh Nam 28

Hình 1.19 Dầm với lỗ khoét hình tròn của công trình tại

Hình 1.20 Công trình Discovery complex-302 Cầu Giấy,Hà Nội 29

Hình 1.21 Bảng quy định đặt thép gia cố công trình Deawoo

Cleve- Văn Phú-Hà Đông-Hà Nội 30 Hình 2.1 Sơ đồ hình học phần tử Solid 65 40 Hình 2.2 Sơ đồ hình học phần tử Link 8 40

Hình 2.3 Các mô hình cốt thép trong bê tông cốt thép do

Tavares đề xuất năm 2001 41 Hình 2.4 Mô hình trong ansys 44 Hình 2.5 ứng suất chính của dầm ứng lực trước 45 Hình 2.6 Chuyển vị của dầm 45 Hình 2.7 Ứng suất chính trong dầm 47 Hình 2.8 Vết nứt hình thành trong dầm 47 Hình 2.9 Ứng suất chính trên dầm 48 Hình 2.10 Ứng suất chínhtrong dầm 49 Hình 2.11 Vết nứt xuất hiện trong dầm 49 Hình 2.12 Chuyển vị trong dầm 50 Hình 2.13 Mô hình tính toán 51 Hình 2.14 Vết nứt trong dầm 51 Hình 2.15 Chuyển vị trong dầm 52 Hình 2.16 Ứng suất chính trong dầm 52 Hình 2.17 Vết nứt trong dầm 53 Hình 2.18 Ứng suất chính trong dầm 54 Hình 2.19 Vết nứt trong dầm 54 Hình 2.20 Ứng suất chính trên dầm 55 Hình 3.1 Vết nứt trong dầm 56 Hình 3.2 Ứng suất chính trong dầm 57 Hình 3.3 Vết nứt trong dầm 57 Hình 3.4 Ứng suất chính trên dầm 58 Hình 3.5 Quan hệ giữa ứng suất và kích thước lỗ 59 Hình 3.6 Sơ đồ dầm khảo sát 61 Hình 3.7 Biểu đồ quan hệ ứng suất 62 Hình 3.8 Ứng suất tại vị trí a = 3m 62

Hình 3.9 Vết nứt xuất hiện khi a= 5.7m 63 Hình 3.10 Sơ đồ dầm khảo sát 64 Hình 3.11 Biểu đồ ứng suất theo phương vuông góc với dầm 65 Hình 3.12 Ứng suất chính trong dầm có h b = 0,2m 65 Hình 3.13 Ứng suất chính trong dầm có h b = 0,25m 66 Hình 3.14 Ứng suất chính trong dầm có h b = 0,3m 66 Hình 3.15 Ứng suất chính trong dầm có h b = 0,35m 67 Hình 3.16 Kích thước tính toán dầm ứng lực trước có lỗ khoét 69

Số hiệu

Số trang

Bảng

3.1

Kết quả khảo sát dầm ứng lực trước thay đổi kích

thước lỗ khoét 59

Bảng

3.2

Kết quả khảo sát dầm ứng lực trước có lỗ khoét thay

đổi vị trí theo phương dọc dầm 51

Bảng

3.3 Kết quả ứng suất theo phương vuông góc với dầm 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tham khảo trong nước

1 Trần Việt Dũng “ ảnh hưởng của lỗ khoét đến khả năng chịu lực của dầm BTCT”

2 Lê Ngọc Lan “ khả năng chịu lực cắt của dầm bê tông cốt thép có lỗ

ở gần gối tựa”

3 Tăng Văn Lâm,’’Bài giảng bê tông ứng lực trước’’

4 Hoàng Văn Lợi- Đình Bá Trụ, (2003),“Hướng dẫn sử dụng ansys”,

Học viện kỹ thuật quân sự

5 Ngô Đăng Quang,’’Bài giảng bê tông ứng lực trước’’

6 Nguyễn Mạnh Yên,“Bài giảng phương pháp phần tử hữu hạn”

7 Lê Viết Thành,’’Công nghệ bê tông ứng lực’’

8 Cổng thông tin điện tử Wiki pedia, ’’ bê tông ứng lực trước’’

9 Hồ sơ bản vẽ thiết kế thi công công trình Deawoo- Văn phú- Hà Đông- Hà Nội

10 Hồ sơ bản vẽ thiết kế thi công công trình Discovery 302 Cầu Giấy-

Hà Nội

11 Hồ sơ bản vẽ thiết kế thi công công trình New Horizion 87- Lĩnh Nam- Hoàng Mai- Hà Nội

12 Tiêu chuẩn ACI 318-2011

Tài liệu tham khảo nước ngoài

13 M.A Mansur-Kiang Hwee Tan, (1999), “Concrete beam with

opening- Analysis and design”

14 Anthony J Wolanski, BS (2004), Flexural behaviour of reinforced

concrete and prestressed beams with opening

15 Hany Ahmed Aly.Ablada (1993) , ” Static and Dynamic responses

of prestressed concrete beams with openings”

16 Hany Ahmed Aly.Ablada , Jond B Kennedy(1995),” Design

Against Cracking at Openings in Prestressed Concrete Beams”

1

PHẦN MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài

Bê tông ứng suất trước ngày càng được sử dụng rộng rãi ở hầu hết các kết cấu nhà cao tầng hiện nay.Với sự phát triển vượt bậc không ngừng, rất nhiều máy móc thiết bị được sử dụng trong các công trình cao tầng, đi cùng với đó là những đường kỹ thuật (ví dụ: đường điện, đường cáp,thông gió,…) được đặt trong các đường ống, ống dẫn Các đường ống, ống dẫn này thường được đặt dưới dầm gây mất thẩm mỹ, tăng không gian chết, tăng chi phí xây dựng… Do vậy, giải pháp được đưa ra là sử dụng các lỗ khoét trong dầm bê tông và dầm bê tông ứng lực trước nhằm tạo ra được không gian thoáng, thẩm

mỹ, tiết kiệm chi phí cho công trình Tuy nhiên, việc sử dụng lỗ khoét trong dầm bê tông cốt thép và dầm bê tông ứng lực trước sẽ làm ảnh hưởng đến độ cứng, gây nứt, gãy và nhiều yếu tố khác Vì vậy, đề tài “ ảnh hưởng của lỗ khoét đến khả năng chịu lực của dầm bê tông ứng lực trước” sẽ làm rõ vấn đề trên

Mục đích của đề tài

Nghiên cứu ảnh hưởng của lỗ khoét đến khả năng chịu lực của dầm bê tông ứng lực trước từ đó có những nhận xét, kiến nghị đối với công tác thiết kế kết cấu dầm ứng lực trước khi có lỗ khoét

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: dầm bê tông ứng lực trước có lỗ khoét

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu vị trí, hình dạng, kích thước của lỗ khoét ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của dầm bê tông ứng lực trước

Phương pháp nghiên cứu

Dựa trên các phương pháp tính toán dầm bê tông cốt thép thường và bê tông ứng lực trước

2

Nghiên cứu lý thuyết, sử dụng phần mềm phân tích kết cấu ansys để khảo sát và các tính toán minh họa

Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Cơ sở khoa học : dựa trên các tiêu chuẩn và lý thuyết tính toán dầm bê tông cốt thép thường và bê tông ứng lực trước

Ý nghĩa thực tiễn: tạo cơ sở cho các tính toán thiết kế các công trình sử dụng bê tông ứng lực trước phổ biến hiện nay

Nội dung của luận văn

Luận văn nghiên cứu tổng quan về ảnh hưởng lỗ khoét đến khả năng chịu lực của dầm bê tông ứng lực trước

Chương 1 nghiên cứu tổng quan về dầm bê tông thường và bê tông ứng lực trước có lỗ khoét

Chương 2 nghiên cứu về các phương pháp tính toán và kiểm tra dầm bê tông ứng lực trước có lỗ khoét, ảnh hưởng của hình dáng kích thước lỗ khoét đến dầm bê tông ứng lực trước và chọn ra được hình dáng phù hợp để phục

vụ chương 3

Chương 3 nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước và vị trí lỗ khoét đến khả năng chịu lực của dầm bê tông ứng lực trước, đưa ra được vị trí tối ưu và nếu ví dụ tính toán, kiểm tra khả năng chịu lực tại vị trí tối ưu đó

THÔNG BÁO

Để 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

75

KẾT LUẬN Qua các kết quả nghiên cứu và lý thuyết đưa ra ta có thể rút ra một số nhận xét về ảnh hưởng của lỗ khoét đến khả năng chịu lực của dầm bê tông ứng lực trước như sau:

Sự xuất hiện lỗ trên thân dầm làm tăng ứng suất trong dầm từ đó giảm khả năng chịu lực của dầm Lỗ làm gián đoạn sự phân phối ứng suất giảm tiết diện gây tập trung ứng suất tạo ra sự tập trung ứng suất và gây ra các vết nứt hình thành xung quanh lỗ khoét

Khi kích thước lỗ nhỏ sự làm việc của dầm tương tự như dầm đặc Khả năng chịu lực của dầm không bị ảnh hưởng nhiều Với các loại kích thước khác nhau cho thấy sự phát triển lỗ khoét theo chiều cao của dầm có ảnh hưởng nhiều và nguy hiểm hơn so với việc lỗ phát triển theo chiều dọc của dầm Các lỗ có diện tích tương đương nhau gây ảnh hưởng lên dầm cũng tương đương nhau nếu bố trí hợp lý Khi kích thước lỗ lớn ảnh hưởng đáng

kể đến khả năng chịu lực và tính toán thiết kế dầm Lỗ lớn chia dầm thành 2 thanh: Thanh phía trên và thanh phía dưới Quá trình tính toán sẽ tính độc lập cho 2 thanh này

Về vị trí lỗ đối với trường hợp lỗ khoét nằm theo phương dọc dầm thì vị trí đặt lỗ hợp lý là khi lỗ cách gối tựa từ 1/4 đến 1/8 nhịp dầm Và theo

phương vuông góc với trục dầm lỗ đặt ở vùng trục trung hòa thì sự ảnh hưởng đến dầm là bé nhất Khu vực đặt lỗ càng ở vị trí có momen lớn thì sự ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của dầm càng bất lợi

76

1

1