Khả năng xoay của dầm bê tông cốt thép khi khớp dẻo hình thành (tt)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI LÊ ĐÌNH CHÂU KHẢ NĂNG XOAY CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP KHI KHỚP DẺO HÌNH THÀNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2016... a Khoảng cách từ mép chịu nén

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

LÊ ĐÌNH CHÂU

KHẢ NĂNG XOAY CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

KHI KHỚP DẺO HÌNH THÀNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

LÊ ĐÌNH CHÂU

KHÓA: 2014- 2016

KHẢ NĂNG XOAY CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

KHI KHỚP DẺO HÌNH THÀNH

Chuyên ngành: Xây dựng

Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS ĐẶNG VŨ HIỆP

HÀ NỘI, NĂM 2016

LỜI CẢM ƠN

Tác  giả  xin  gửi  lời  cảm  ơn  tới  các  thầy  cô  giáo  đã  nhiệt  tình  giảng  dạy  và  cung  cấp  kiến  thức,  phương  pháp  nghiên  cứu  trong  suốt  quá  trình  đào  tạo  Thạc  sĩ,  để  tác  giả có  thể  áp  dụng  vào nghiên  cứu  và  giải  quyết  vấn đề  của  luận văn. 

Đặc biệt, tác giả xin trân trọng cảm ơn TS.Đặng Vũ Hiệp đã nhiệt tình giúp 

đỡ, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong quá trình thực hiện và  hoàn thành luận văn. 

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo, các cán bộ khoa Đào tạo Sau  Đại  học,  bộ  môn  Kết  cấu  bê  tông  cốt  thép,  Thư  viện  trường  Đại  học  Kiến  Trúc Hà Nội đã góp ý và tạo mọi điều kiện trong quá trình học tập và nghiên  cứu. 

Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè và đồng nghiệp đã góp ý, giúp đỡ trong  quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn. 

Tác giả trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu, khoa Xây dựng, phòng Tổ chức -  hành chính thuộc trường Đại học Xây dựng Miền Tây đã tạo điều kiện tốt để  thực hiện luận văn. 

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đìnhvà người thân đã hỗ trợ và  tin tưởng tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. 

 

Hà Nội, 06.2016

Lê Đình Châu

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. 

Lê Đình Châu 

MỤC LỤC 

Lời cảm ơn

Lời cam đoan 

Mục lục 

Danh mục các ký hiệu 

Danh mục bảng, biểu 

Danh mục hình, sơ đồ, đồ thị 

PHẦN MỞ ĐẦU   1

I Lý do chọn đề tài   1

II Mục đích nghiên cứu   1

III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu  1

IV Phương pháp nghiên cứu   2

V Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài   2

Cấu trúc luận văn   2

PHẦN NỘI DUNG   4

Chương  1:  Tổng  quan  về  khớp  dẻo  và  các  nhân  tố  ảnh  hưởng  tới  khả  năng  xoay của khớp dẻo   4

1.1 Giới thiệu   4

1.2  Khớp dẻo trong dầm bê tông cốt thép   4

1.2.1  Các giai đoạn làm việc của dầm bê tông cốt thép [3]   4

1.2.2  Quan hệ Mômen – Độ cong [11]  6

1.2.3  Góc xoay dẻo theo yêu cầu và góc xoay dẻo theo khả năng của dầm  [12]  10

1.3  Ảnh hưởng của lực cắt tại khớp dẻo [15]   16

1.4 Chiều dài khớp dẻo l  và góc xoay dẻo  pl qpl (trường hợp khớp dẻo phân  bố).……… 18

1.4.1 Chiều dài khớp dẻo l  [7], [16]   18 pl

1.4.2 Góc xoay dẻo qpl [13]   21

1.5 Một số kết quả thực nghiệm xem xét các nhân tố ảnh hưởngđến góc xoay  dẻo theo khả năng   23

1.5.1 Tỷ lệ cốt thép chịu kéo [8], [14]   23

1.5.2 Ảnh hưởng của khoảng cách cốt thép đai [9]   27

1.5.3 Ảnh hưởng của lực cắt [9]   30

1.5.4 Ảnh hưởng của chiều rộng bản thép chịu tải [10]   32

Chương 2: Xác định khả năng xoay dẻo của dầm bê tông cốt thép   36

2.1  Giới thiệu   36

2.2    Phương  pháp  đơn  giản  tính  khả  năng  xoay  của  dầm  tại  tiết  diện  hình  thành khớp dẻo   36

2.2.1  Phương pháp của R.Park và T.Paulay [15]   36

2.2.2  Đề xuất xác định chiều dài khớp dẻo kể tới ảnh hưởng của lực cắt   47

Chương 3: Ví dụ tính toán   54

3.1  Giới thiệu   54

3.2 Ví dụ 1 - Dầm công xôn chịu tải tập trung tại đầu dầm   54

3.3 Ví dụ 2- Dầm liên tục 2 nhịp chịu tải phân bố đều   61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ   69 TÀI LIỆU THAM KHẢO

 

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

Chữ cái Latinh viết hoa 

s

A   Tổng diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo 

sc

A   Tổng diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu nén 

b

E   Mô đun đàn hồi của bê tông 

s

E   Mô đun đàn hồi của cốt thép 

b b

E I   Độ cứng của tiết diện bê tông chưa nứt 

b cr

E I   Độ cứng của tiết diện bê tông đã nứt 

b

I   Mô men quán tính của tiết diện chưa nứt 

cr

I   Mô men quán tính của tiết diện đã nứt 

M   Mô men uốn tính toán 

u

M   Mô men uốn giới hạn mà tiết diện chịu được 

m

M   Mô men lớn nhất trong cốt thép ở giai đoạn đàn hồi 

e

M   Mô men ứng với ứng suất kéo trong cốt thép cuối giai đoạn đàn 

hồi 

b

R   Cường độ chịu nén tính toán dọc trục của bê tông ứng với trạng 

thái giới hạn thứ nhất 

s

R   Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép ứng với trạng thái giới 

hạn thứ nhất 

 

Chữ cái Latinh thường 

a  Khoảng cách từ mép chịu kéo của tiết diện đến trọng tâm của cốt 

thép chịu kéo 

a   Khoảng cách từ mép chịu nén của tiết diện đến trọng tâm của cốt 

thép chịu nén 

b  Bề rộng tiết diện 

c  Chiều cao trục trung hòa 

’

c

f   Độ bền chịu nén của bê tông 

h  Chiều cao của tiết diện 

0

h   Chiều cao làm việc của tiết diện 

r  Bán kính cong 

x  Chiều cao vùng bê tông chịu nén 

 

 

Chữ cái Hy Lạp 

c

   Biến dạng nén của bê tông 

u

   Biến dạng giới hạn của bê tông tại thớ biên chịu nén 

s

   Biến dạng cốt thép 

0

   Là hệ số phụ thuộc hình dáng của dầm và cách đặt tải 

r

q   Góc xoay dẻo yêu cầu 

u

q   Góc xoay dẻo khả năng 

pl

q   Góc xoay dẻo tới hạn 

s

   Ứng suất trong cốt thép 

b

   Ứng suất trong bê tông 

DANH MỤC BẢNG, BIỂU 

Số hiệu

Bảng 1.1 Công thức thực nghiệm l của một số tác giả trên thế giới pl

Bảng 1.2 Diện tích cốt thép trong các mẫu thử

Bảng 1.3 Đặc tính hình học và cơ học

Bảng 1.4 Kết quả thí nghiệm

Bảng 2.1 Giá trị l pl và qpl theo một số tác giả

Bảng 3.1

Kết quả tính toán chiều dài vùng dẻo khi khoảng cách cốt đai

thay đổi

Bảng 3.2

Kết quả tính toán góc xoay dẻo tương ứng với khoảng cách

cốt đai và chiều dài vùng dẻo

Bảng 3.3

Kết quả tính toán chiều dài vùng dẻo khi khoảng cách cốt đai

thay đổi

Bảng 3.4 Kết quả tính toán góc xoay dẻo tương ứng với khoảng cách

cốt đai và chiều dài vùng dẻo

DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ

Số hiệu

Hình 1.1 Các giai đoạn của trạng thái ứng suất biến dạngtrên tiết diện

thẳng góc

Hình 1.2 Độ cong đơn vị của dầm chịu uốn

Hình 1.3 Quan hệ mô men - độ cong trong giai đoạn đàn hồi

Hình 1.4 Quan hệ mô men - độ cong cho tiết diện đặt cốt đơn

Hình 1.5 Quan hệ mô men - độ cong được lí tưởng hoá bởi ba đoạn

thẳng

Hình 1.6 Quan hệ mô men - độ cong được lí tưởng hoá bởi hai đoạn

thẳng

Hình 1.7 Sơ đồ tải trọng và biểu đồ mô men uốn đàn hồi

Hình 1.8 Góc xoay dẻo ở vùng dẻo do tải trọng điểm Q  Đường cong

mô men – độ cong cho dầm

Hình 1.9 Phân bố cong dọc theo chều dài l0

Hình 1.10 Phân bố lực của cốt thép tại vùng dẻo bị ảnh hưởng bởi lực

cắt

Hình 1.11 Xác định chiều dài khớp dẻo l dựa trên biểu đồ mô men uốn pl

cho trường hợp chịu tải tập trung

Hình 1.12 Sơ đồ xác định biến dạng dọc trong thép chịu kéo

Hình 1.13 Kích thước dầm và chi tiết cốt thép của dầm thí nghiệm

Hình 1.14

Dầm thí nghiệm điển hình.A-Hướng tải trọng áp dụng, B- Hộp gia tải, C- Dầm thép D- Con lăn gối tựa, E- Dụng cụ đo demecs, F- Dụng cụ đo chuyển vị thẳng, G- Dầm thí nghiệm

Hình1.15a Đường cong xoay - biến dạng (loại A)

Hình 1.15b Đường cong xoay- biến dạng (loại C )

Hình 1.16 Mối quan hệ    đối với bê tông có và không có nở hông

Hình 1.17 Mối quan hệ giữa qpl , tham số x/h 0 và khoảng cách cốt đai

khác nhau đối với bê tông C25/30

Hình 1.18 Mối quan hệ giữa qpl , tham số x h và khoảng cách cốt đai / 0

khác nhau đối với bê tông C90/105

Hình 1.19 Ảnh hưởng của lực cắt đối với việc tính toán sự uốn dẻo

Hình 1.20 Chi tiết dầm thí nghiệm

Hình 1.21 Mối quan hệ giữa mô men – độ cong của dầm thí nghiệm

Hình 1.22 Ảnh hưởng của chiều dày bản tải trọng lên góc xoay dẻo

Hình 2.1 Độ cong trong dầm tại các thời điểm khác nhau, (a) Dầm, (b)

Biểu đồ mô men, (c) Hình dạng độ cong

Hình 2.2 (a) Dầm công xôn, (b) Biểu đồ mô men, (c) Góc xoay đơn vị

được đơn giản hóa

Hình 2.3 Mô hình xác định chiều dài vùng dẻo kể tới ảnh hưởng của

lực cắt

Hình 2.4 Tiết diện tính toán thẳng góc xem xét ảnh hưởng bó (chống

nở ngang) của cốt đai

Hình 2.5 Quan hệkhoảng cách cốt đai s và chiều dài vùng dẻo l pl

Hình 2.6 Sơ đồ khối trình tự tính toán góc xoay dẻoqpl

Hình 3.1 Dầm công xôn chịu tải trọng phân bố

Hình 3.2

Tiết diện tính toán thẳng góc xem xét ảnh hưởng bó (chống

nở ngang) của cốt đai

Hình 3.3 Quan hệ khoảng cách cốt đai s và chiều dài vùng dẻo l pl

Hình 3.4 Quan hệgóc xoay dẻoqpl và khoảng cách cốt đail pl

Hình 3.5 Quan hệ góc xoay dẻoqpl và chiều dài vùng dẻo s

Hình 3.6 Dầm 2 nhịp chịu tải trọng phân bố đều

Hình 3.7

Tiết diện tính toán thẳng góc xem xét ảnh hưởng bó (chống

nở ngang) của cốt đai

Hình 3.8 Quan hệ khoảng cách cốt đai s và chiều dài vùng dẻo l pl

Hình 3.9 Quan hệ góc xoay dẻo qpl và khoảng cách cốt đai l pl

Hình 3.10 Quan hệ góc xoay dẻo qpl và chiều dài vùng dẻo s

PHẦN MỞ ĐẦU

 

I Lý do chọn đề tài 

   Khi thiết kế dầm bê tông cốt thép trong nhà cao tầng, tại vị trí gối nơi dầm  liên kết với cột hoặc vách, lõi giá trị mô men âm và lực cắt thường khá lớn.  Diện tích thép dọc, cốt thép đai để đảm bảo dầm chịu được mô men thiết kế 

sẽ gây khó khăn cho việc bố trí, thi công đổ bê tông. Thông thường người ta  phải  lợi  dụng  việc  phân phối lại  mô  men  (do biến dạng  dẻo  vật liệu) tại gối  xuống  nhịp  dầm  để  giảm  bớt  lượng  cốt  thép  trên  gối.  Sự  phân  phối  lại  mô  men âm nhiều hay ít phụ thuộc vào khả năng xoay tại gối tựa đầu dầm.  

  Hơn  nữa,  trong  một  số  trường  hợp  dầm  có  thể  phải  chịu  tải  trọng  tức  thời  vượt quá tải trọng thiết kế (tải trọng động đất). Trong trường hợp này tính dẻo  tại vùng đầu dầm đóng vai trò quan trọng sự làm việc của dầm. Nếu vùng đầu  dầm có tính dẻo cao hay khả năng xoay tốt thì dầm có thể chịu được tải trọng  vượt quá tải trọng thiết kế mà chưa sụp đổ. Sự xuất hiện khớp dẻo ảnh hưởng  rất nhiều đến khả năng mang tải và khả năng biến dạng của dầm. Hiểu biết kỹ 

về khả năng xoay của dầm cho phép chúng ta khai thác một cách an toàn vật  liệu bê tông và cốt thép. Vì vậy tác giả chọn nghiên cứu về khả năng xoay của  dầm bê tông cốt thép khi khớp dẻo hình thành có xem xét ảnh hưởng của lực  cắt.  

II Mục đích nghiên cứu

   Nghiên cứu về khả năng xoay dẻo thực tế của tiết diện đầu dầm, nơi có mô  men và lực cắt lớn, khi hình thành khớp dẻo. 

III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Dầm bê tông cốt thép chịu tải trọng tĩnh.  

IV Phương pháp nghiên cứu

   Nghiên cứu lý thuyết và áp dụng tính toán.  

V Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

   Việc  phân  tích  khả  năng  xoay  dẻo  của  dầm  bê  tông  cốt  thép  tại  vị  trí  có  khớp dẻo là  một sự tìm tòi, vận dụng  mang tính thực tiễn cao góp phần vào  củng cố cơ sở khoa học để thiết kế dầm bê tông cốt thép. 

Cấu trúc luận văn

PHẦN MỞ ĐẦU 

Lý do chọn đề tài 

Mục đích nghiên cứu 

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 

Phương pháp nghiên cứu 

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 

PHẦN NỘI DUNG 

Chương  1:  Tổng  quan  về  khớp  dẻo  và  các  nhân  tố  ảnh  hưởng  tới  khả  năng  xoay của khớp dẻo

1.1Giới thiệu

1.2  Khớp dẻo trong dầm bê tông cốt thép

1.3  Ảnh hưởng của lực cắt tại khớp dẻo

1.4  Chiều  dài  khớp  dẻo l   và  góc  xoay  dẻo  pl qpl(trường  hợp  khớp  dẻo  phân  bố)

1.5 Một số kết quả thực nghiệm xem xét các nhân tố ảnh hưởng đến góc xoay  dẻo theo khả năng

1.5.4 Ảnh hưởng của chiều rộng bản thép chịu tải

Chương 2: Xác định khả năng xoay dẻo của dầm bê tông cốt thép

2.1  Giới thiệu

2.2    Phương  pháp  đơn  giản  tính  khả  năng  xoay  của  dầm  tại  tiết  diện  hình  thành khớp dẻo

Chương 3: Ví dụ tính toán

3.1  Giới thiệu

3.2 Ví dụ 1- Dầm công xôn chịu tải tập trung tại đầu dầm

3.3 Ví dụ 2- Dầm liên tục 2 nhịp chịu tải phân bố đều

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO 

 

 

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

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận

Luận văn đã nghiên cứu khả năng xoay tại đầu dầm khi khớp dẻo hình thành 

có  xem  xét  đến  chiều  dài  vùng  dẻo  và  ảnh  hưởng  của  lực  cắt.  Các  kết  quả  chính của luận văn: 

- Tìm hiểu các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng xoay dẻo của dầm bê tông cốt  thép. 

- Tìm hiểu một phương pháp đơn giản tính toán khả năng xoay của dầm dựa  trên kết quả thực nghiệm của một số tác giả trên thế giới. 

-  Đề  xuất được  một  phương  pháp  xác địnhchiều dài  vùng  dẻol và  tính  góc  pl

xoay dẻoqplcó xét ảnh hưởng của lực cắt tại đầu dầm. 

 - So sánh kết quả thực nghiệm và kết quả từ phương pháp đề xuất cho thấy có  thể  sử  dụng  phương  pháp  đề  xuất  để  xác  định  chiều  dài  vùng  dẻol và  góc  pl

xoay dẻo qplcho cấu kiện chịu uốn. 

Kiến nghị

-Nghiên cứu tiếp khả năng xoay của cột,vách bê tông cốt thép. 

- Nghiên cứu khả năng xoay dẻo của dầm khi chịu tải trọng động. 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt :

1 Lê Bình Dương (2015), Phân tích khung bê tông cốt thép kể tới sự phân

phối lại mô men, luận văn thạc sĩ kỹ thuật. 

2 Nguyễn Trung Hòa (2011), Kết cấu bê tông cốt thép theo quy phạm Hoa

Kỳ, Nhà xuất bản Xây Dựng, Hà Nội. 

3 Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2008), Kết cấu

bê tông cốt thép – Phần cấu kiện cơ bản, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ 

thuật, Hà Nội. 

4 Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 5574-2012, Kết cấu bê tông và bê tông

cốt thép – tiêu chuẩn thiết kế. 

5 Trần Thị Ngọc Hoa (2014), Ảnh hưởng của sự bố trí cốt đai tới ứng xử

chịu uốn của dầm bê tông cốt thép, luận văn thạc sĩ kỹ thuật. 

Tiếng Anh :

6 ACI-ASCE committee 428 (1968), progress report on code clauses for

“limit design”

7 Atul  Gopinath,  Nambiyanna  B,  Dr  Nakul  R,  Dr.  Prabhacara  R  (2014), 

Parametric Study on Rotation and Plastic Hinge Formation in RC Beams

8 Bernardo Lúis F.A. and Loper Sérgio M.R. (2009),  Plactic analysis of

HSC beams in flexure

9 Carmo  R.N.F.do  and  Lopes  S.M.  (2005),  Influence of the shear force

and transverse reinforcement ratio on plastic rotation capacity

10 Chandrasekhar C.S. and Falkner H.A. (1974), Influence of the Width of

Loading Plate on the Rotation Capacity of Reinforced Concrete Members

11 Eurocode 2 (1992), Design of concrete structures

12 Erik  Plem  (1981),The  rotation  capacity  of  plactic  hings  in  reinforced 

concrete beams – a theoretical study Lund institute of technolgy, Lund,

Sweden

13 Gamino  A.L.  and  Bittencounrt  T.N.(2007),  Numerical evaluation of

plastic rotation capacity in RC beams

14 Hasan  Walid  M.,  Moh’d  El-Khatieb  and  Hamid  Al-Ani  (2011),  Steel

Reinforcement Ration Dependency of Plastic Rotational Capacity of Reinforced Beams

15 Park R. and Paulay T. (1975), Reinforced concrete structures

16 Xuemei  Zhao,  Yu-Fei  Leung  Wu,  A.Yt.  and  Heung  Fai  Lam  (2011), 

Plastic Hinge Length in Reinforced Concrete Flexural Member