NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN DỰ BÁO NỨT CHO CẤU KIỆN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2016 - 2017 TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN DỰ BÁO NỨT CHO CẤU KIỆN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP Mã số đề tài: XD – 2017 -18 Sinh viên thực hiện, mã số sinh viên, lớp: Lê Viết Dũng 451958 58XD8 Phạm Đình Giang 390058 58XD8 Dương Ngọc Hồng 554558 58XD8 Bùi Ngọc Toàn 449858 58XD8 Giáo viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Bá Duẩn Hà Nội, 2017 i MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU iii DANH MỤC HÌNH VẼ iv DANH MỤC BIỂU ĐỒ v MỞ ĐẦU Tổng quan Mục tiêu phạm vi nghiên cứu 11 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 11 2.2 Phạm vi nghiên cứu 12 CHƯƠNG 1: NHẬN BIẾT VẾT NỨT TRONG KẾT CẤU BTCT 13 1.1 Giới thiệu chung 13 1.2 Vết nứt kết cấu ( Structural cracks ) 13 1.2.1 Vết nứt chịu uốn ( Flexural cracks ) 13 1.2.2 Vết nứt chịu cắt ( Shear cracks ) 14 1.2.3 Vết nứt nội vi mô ( Internal micro-cracks ) 15 1.3 Vết nứt phi kết cấu ( Non-structural cracks ) 16 1.3.1 Vết nứt trạng thái chưa cứng hóa ( Pre-hardening cracks ) 17 1.3.2 Vết nứt trạng thái cứng hóa (Cracks in Hardened Concrete) 20 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN NỨT DẦM THEO CÁC TIÊU CHUẨN 23 2.1 Tính bề rộng vết nứt dầm tiêu chuẩn theo TCVN 5574 2012 23 2.1.1 Khả xảy vết nứt dầm 23 2.1.2 Cơng thức tính bề rộng vết nứt dầm 26 2.2 Tính bề rộng vết nứt dầm tiêu chuẩn theo BS 8110 29 2.3 Tính bề rộng vết nứt dầm tiêu chuẩn theo ACI 318 33 2.3.1 Khả xảy vết nứt dầm 33 2.3.2 Cơng thức tính bề rộng vết nứt dầm 35 2.4 Nhận xét cơng thức tính bề rộng vết nứt theo tiêu chuẩn khác 37 ii CHƯƠNG 3: VÍ DỤ TÍNH TỐN VÀ SO SÁNH THỰC NGHIỆM 38 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 PHỤ LỤC 1 Bảng tính bề rộng vết nứt dầm theo TCVN 5574 2012 Bảng tính bề rộng vết nứt dầm theo BS 8110 Bảng tính bề rộng vết nứt dầm theo ACI 318 iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Bề rộng vết nứt hạn chế thấm cho kết cấu theo TCVN 5574 2012 28 Bảng Bề rộng vết nứt đảm bảo an toàn cho cốt thép theo TCVN 5574 2012 29 Bảng Một số điểm khác tiêu chuẩn 37 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Vết nứt sàn khu đô thị Thành phố giao lưu (Hà Nội) Hình Vết nứt sàn tầng Nhà chiến sĩ (Lương Thế Vinh, Hà Nội) Hình Vết nứt xuyên qua dầm tòa nhà Apex Tower (Hà Nội) Hình Cầu thang bị nứt khu tập thể A Ngọc Khánh, Hà Nội Hình Nứt sàn khu chung cư cũ A3 (Vĩnh Hồ) Hình Vết nứt đáy bể xử lý nước thải – Nhà máy nhiệt điện Mơng Dương 10 Hình Vết nứt sàn cơng trình HH6, khu thị An Khánh, Hà Nội 11 Hình Vết nứt chịu uốn dầm 14 Hình Vết nứt chịu cắt dầm 15 Hình 10 Vết nứt sàn DƯL tòa nhà 97-99 Láng Hạ chuyển vị tường vây 16 Hình 11 Các loại vết nứt phi kết cấu bê tông 17 Hình 12 Vết nứt co ngót sàn phẳng DƯL chưa căng cáp 18 Hình 13 Vết nứt lắng cốt liệu 19 Hình 14 Vết nứt chuyển vị ván khn 20 Hình 15 Vết rạn nứt trạng thái cứng hóa 21 Hình 16 Vết nứt co ngót trạng thái cứng hóa 21 Hình 17 Biểu đồ ứng suất xác định mô men uốn kháng nứt Mcrc 24 Hình 18 Biểu đồ ứng suất xác định biến dạng suy giảm 31 Hình 19 Biểu đồ ứng suất xác định bề rộng vết nứt theo BS 8110 32 Hình 20 Khoảng cách từ điểm xét đến bề mặt thép dọc gần 33 Hình 21 Biểu đồ ứng suất xác định chiều cao vùng nén theo ACI 318 34 Hình 22 Sơ đồ tính bề rộng vết nứt theo ACI 318 36 Hình 23 Sơ đồ thí nghiệm nứt dầm bê tơng cốt thép 38 Hình 24 Hình ảnh thí nghiệm nứt dầm bê tơng cốt thép 39 v DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ So sánh kết vết nứt dầm thép 2phi12 40 Biểu đồ So sánh kết vết nứt dầm thép 2phi14 40 MỞ ĐẦU Tổng quan Vết nứt tồn kết cấu bê tông cường độ chịu kéo bê tông thấp Ảnh hưởng vết nứt đến làm việc cơng trình :  Khả chịu lực;  Tuổi thọ cơng trình;  Tính chất chống thấm;  Thẩm mỹ cơng trình Nứt kết cấu bê tơng xảy nhiều thời điểm khác với nhiều nguyên nhân khác Khi vừa thi cơng xong Hình Vết nứt sàn khu thị Thành phố giao lưu (Hà Nội) Hình Vết nứt sàn tầng Nhà chiến sĩ (Lương Thế Vinh, Hà Nội) Hình Vết nứt xuyên qua dầm tòa nhà Apex Tower (Hà Nội) Khi cơng trình tồn nhiều năm Hình Cầu thang bị nứt khu tập thể A Ngọc Khánh, Hà Nội Hình Nứt sàn khu chung cư cũ A3 (Vĩnh Hồ) Vết nứt đặc trưng cho hư hỏng cơng trình Đặc điểm vết nứt (phương, chiều dài, chiều rộng, phát triển) sở cho việc xác định nguyên nhân gây hư hỏng cơng trình Ví dụ dạng vết nứt đáy bể cơng trình bể xử lý nước thải 39 Hình 24 Hình ảnh thí nghiệm nứt dầm bê tơng cốt thép 40 Thí nghiệm TCVN 5574 2012 BS 8110 ACI 318 20 18 16 TẢI TRỌNG P (KN) 14 12 10 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 BỀ RỘNG VẾT NỨT DẦM BXH=15X25CM, 2PHI 12 Biểu đồ So sánh kết vết nứt dầm thép 2phi12 Thí nghiệm TCVN 5574 2012 BS 8110 ACI 318 30 TẢI TRỌNG P (KN) 25 20 15 10 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 BỀ RỘNG VẾT NỨT DẦM BXH=15X25CM, 2PHI 14 Biểu đồ So sánh kết vết nứt dầm thép 2phi14 0.3 0.35 41 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN Các nghiên cứu đạt kết bước đầu sau:  Tìm hiểu việc phân loại, đánh giá nguyên nhân biện pháp khắc phục loại vết nứt kết cấu bê tơng  Lập bảng tính bề rộng vết nứt dầm chịu uốn theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5574 2012), tiêu chuẩn Anh (BS 8110) tiêu chuẩn Mỹ (ACI 318) lập phần mềm Excel;  So sánh kết tính tốn bề rộng vết nứt dầm chịu uốn theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5574 2012), tiêu chuẩn Anh (BS 8110) tiêu chuẩn Mỹ (ACI 318) với kết thí nghiệm nứt dầm đơn giản thu tập từ phòng thí nghiệm trường Đại học Xây Dựng Các kết nhận cho thấy kết tính tốn bề rộng vết nứt dầm chịu uốn theo tiêu chuẩn thực nghiệm có tương đồng; Các nội dung cần làm rõ nghiên cứu sâu hơn:  Tính tốn nứt cấu kiện bê tơng cốt thép dạng sàn, tường vách theo tiêu chuẩn khác nhau;  So sánh kết tính tốn bề rộng vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép dạng sàn, tường vách theo tiêu chuẩn với kết thực tế cơng trình;  Nghiên cứu biện pháp quan trắc dự báo chuyển vị nứt kết cấu phức tạp dầm, sàn tường hầm chịu áp lực đất 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Quang Minh – Ngô Thế Phong – Nguyễn Ðình Cống (2008), Kết cấu bê tơng cốt thép phần cấu kiện bản, NXB Khoa học kỹ thuật [2] Nguyễn Ðình Cống (2011), Tính tốn thực hành Cấu Kiện Bê Tông Cốt Thép theo TCXDVN 356-2005, NXB Xây dựng [3] Nguyễn Tất Tùng - Lê Thọ Mẫn (2016), “Kiểm tra tính tốn biến dạng cấu kiện chịu uốn bê tông cốt thép”, Truờng Ðại Học Lạc Hồng [4] Nguyễn Đại Minh (2006), “Vấn đề nứt kết cấu bê tông cốt thép cao tầng”, TP Hồ Chí Minh [5] Phạm Tuấn Hiệp (2015), “Tính tốn cốt thép chịu cắt dầm bê tơng cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế (TCVN 5574:2012; Eurocode ACI 318-2002)”, Đại học Hàng hải Việt Nam [6] Nguyễn Trung Hiếu (2017), “Một số vấn đề nứt kết cấu bê tông bê tông cốt thép“, Đại học Xây dựng Hà Nội [7] “Kết thí nghiệm nứt dầm đơn giản”, Phòng thí nghiệm Trường Đại học Xây dựng [8] Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5574:2012 – Kết cấu bê tông bê tông cốt thép [9] Nguyễn Trung Hòa (2003), Quy phạm Anh Quốc BS 8110-1997 Kết cấu bê tông bê tông cốt thép, NXB Xây dựng [10] Nguyễn Trung Hòa (2003), Kết cấu bê tông cốt thép theo quy phạm Hoa Kỳ, NXB Xây dựng [11] C D Turton (1992), “Non-structural cracks in concrete (1992) “, Concrete society technical report No.22 43 [12] Longhu Li (2012), “Cracks in Different Types of Concrete Construction and Renovation”, VIA University College, Horsens, Denmark [13] BS 8110:1985 Structural use of concrete, British Standard [14] ACI 318: Building Code Requirements for Reinforced Concrete, American Concrete Institute 01 PHỤ LỤC Bảng tính bề rộng vết nứt dầm theo TCVN 5574 2012 02 I BỀ RỘNG KHE NỨT DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP-TCVN 5574:2012 Số liệu tính toán Rbt, ser = 14.000 KG/cm2 Rb, ser = 150.000 KG/cm2 Eb = 270000.000 KG/cm Nhịp tính tốn l: l= 8.000 m Bề rộng dầm b: b= 15.000 cm Chiều cao dầm h: h= 25.000 cm Chiều dày lớp bảo vệ vùng nén a= 1.500 cm Chiều dày lớp bảo vệ vùng kéo a' = 1.500 cm Chiều cao tính tốn: h0 = 22.000 cm Cơt thép chịu kéo CII: d= 1.2 cm As = 2.262 cm2 d' = 1.000 cm A's = 1.571 cm2 Môđun đàn hồi thép CII: Es = 2100000.000 KG/cm Cường độ tính tốn thép CII: Rs = 2800.000 KG/cm Tải trọng tác dụng (ngắn hạn) P= 2300 KG Cấp độ bền bê tông B20: Côt thép chịu nén CII: 2 Khả chống nứt tiết diện Chiều cao vùng nén x= 12.901 cm Momen quán tính vùng bê tơng chịu nén Ibo= 10735.694 cm4 Momen qn tính cốt thép chịu kéo Iso= 99.352 cm4 Momen quán tính cốt thép chịu kéo I'so= 129.981 cm4 Momen tĩnh vùng bê tông chịu kéo Sbo= 1097.912 cm3 Mô men uốn kháng nứt Mcrc= 443.446 KG.m 03 Bề rộng khe nứt acrc1t : = Với = 20(3,5 100 ) = 0.293 = cấu kiện chịu uốn = cốt thép có gờ = tải trọng ngắn hạn = 0.45 tải trọng ngắn hạn = 1 + 5( + ) + 10 = 2300.000 = 0.105 β=1.8 ,đối với bê tông nặng bê tông nhẹ = 0.211 = = 7.780 = = 0.004 = 0.026 = 0.140 = , = = mm KG.m 04 = (1 ) = 0.024 ) = 20.772 cm = 9227.003 KG/cm2 + = (1 2( + ) = Vậy = 0.293 < 0.3 mm 05 Bảng tính bề rộng vết nứt dầm theo BS 8110 06 II BỀ RỘNG KHE NỨT DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP-BS 8110 Số liệu tính tốn Rbt, ser = 14.0 KG/cm2 Rb, ser = 150.0 KG/cm2 Eb = 270000 KG/cm Nhịp tính toán l: l= m Bề rộng dầm b: b= 15.0 cm Chiều cao dầm h: h= 25.0 cm Chiều dày lớp bảo vệ vùng nén a= 1.5 cm Chiều dày lớp bảo vệ vùng kéo a' = 1.5 cm Chiều cao tính tốn: h0 = 22.0 cm Cơt thép chịu kéo: d= 1.2 cm As = 2.26 cm2 d' = 1.0 cm A's = 1.57 cm2 Es = 2100000 KG/cm Rs = 2800 KG/cm P= 2300.0 KG Cường độ đặc trưng fcu= 200.0 KG/cm Mô đun đàn hồi bê tông Ec = 240000.0 KG/cm2 Cấp độ bề bê tông B20: Côt thép chịu nén: Môđun đàn hồi thép: Tải trọng tác dụng (ngắn hạn) 2 Quy đổi số đặc trưng vật liệu Suy = / = 8.8 07 Khả chống nứt tiết diện Chiều cao vùng nén nghiệm phương trình cân mơ men quanh trục trung hòa + =0 Suy x= Gía trị mơ men uốn tải trọng Ms= 6.67 cm 230000 KG.cm 0.273 mm 5.2 cm 10.8 cm Xác định bề rộng vết nứt Bề rộng vết nứt = = 1+2 Khoảng cách từ điểm xét đến bề mặt thép dọc gần nhất: = + + 2 = Khoảng cách tính từ tâm hai cốt thép kề S= εm=ε1-ε2= Biến dạng trung bình cốt thép 0.002457 Biến dạng vị trí xét (bỏ qua ảnh hưởng độ cứng phần bê tông vùng kéo) = h d x = x 0.002478 fs ứng suất cốt thép tải trọng sử dụng gây = /3 = 4779 Kg/cm Biến dạng suy giảm vị trí xét (kể đến ảnh hưởng độ cứng phần bê tông vùng kéo) = Vậy ( w= ) = 0.000021 0.273 < 0.3 mm 08 Bảng tính bề rộng vết nứt dầm theo ACI 318 09 III BỀ RỘNG KHE NỨT DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP-ACI:318 Số liệu tính toán Rbt, ser = 14.0 KG/cm2 Rb, ser = 150.0 KG/cm2 Eb = 270000 KG/cm2 Nhịp tính tốn l: l= m Bề rộng dầm b: b= 15.0 cm Chiều cao dầm h: h= 25.0 cm Chiều dày lớp bảo vệ vùng nén a= 1.5 cm Chiều dày lớp bảo vệ vùng kéo a = 1.5 cm Chiều cao tính tốn: h0 = 22.0 cm Cơt thép chịu kéo: d= 1.2 cm As = 2.26 cm d' = 1.0 cm A's = 1.57 cm Es = 2100000 KG/cm2 Rs = 2800 KG/cm P= 2300.0 KG Cường độ chịu nén bê tông (mẫu trụ) f'c f'c= 125.0 KG/cm2 Cường độ chịu kéo bê tông (mẫu trụ) fr fr= 22.4 KG/cm2 Mô đun đàn hồi bê tông Ec = 167705 KG/cm2 Cấp độ bề bê tông B20: ' Côt thép chịu nén: Môđun đàn hồi thép: Tải trọng tác dụng (ngắn hạn) 2 Quy đổi số đặc trưng vật liệu Suy = / = 12.52 10 Khả chống nứt tiết diện Chiều cao vùng nén nghiệm phương trình cân mơ men quanh trục trung hòa + =0 Suy x= 7.72 cm Khoảng cách trục trung hòa đến mặt kéo yt= 17.28 cm Mơ men qn tính tiết diện Ig= 19531.3 cm4 Mcrc=Igfr/yt= 25272.8 KG.m Gía trị mơ men uốn tải trọng Ms= 230000 KG.cm Khoảng cách từ mặt dầm chịu kéo đến trọng tâm cốt thép gần dc = 2.10 cm A= 63 cm2 0.322 mm 24759 kg/cm Mơ men giới hạn nứt Diện tích bê tông bao quanh cốt thép chịu kéo Xác định bề rộng vết nứt / w = 1.083 Đặt = 10 = / Trong : dc : chiều dày lớp bê tông bảo vệ, đo từ mặt dầm chịu kéo đến trọng tâm cốt thép nằm sát với mặt đó, cm β = 1,2 cấu kiện dầm fs ứng suất cốt thép tải trọng sử dụng gây = = /3 Đối với cấu kiện dầm không trực tiếp tiếp xúc với mơi trường bên ngồi z