Khảo sát ảnh hưởng của một số mô hình vật liệu lên độ dẻo tiết diện dầm bê tông cốt thép (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRUỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI LÊ THANH TUẤN KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ MƠ HÌNH VẬT LIỆU LÊN ĐỘ DẺO TIẾT DIỆN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRUỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI LÊ THANH TUẤN KHÓA: 2015-2017 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ MƠ HÌNH VẬT LIỆU LÊN ĐỘ DẺO TIẾT DIỆN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD&CN Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐẶNG VŨ HIỆP Hà Nội - 2017 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo nhiệt tình giảng dạy cung cấp kiến thức, phương pháp nghiên cứu suốt trình đào tạo Thạc sĩ, để tác giả áp dụng vào nghiên cứu giải vấn đề luận văn Đặc biệt, tác giả xin trân trọng cảm ơn TS Đặng Vũ Hiệp nhiệt tình giúp đỡ, hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi q trình thực hồn thành luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy cô giáo, cán khoa Đào tạo Sau Đại học, môn Kết cấu bê tông cốt thép, Thư viện trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội góp ý tạo điều kiện trình học tập nghiên cứu Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè đồng nghiệp góp ý, giúp đỡ q trình thực hồn thành luận văn Tác giả trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Trung tâm Đào tạo thường xuyên, phòng Tổ chức - hành thuộc trường Đại học Xây dựng Miền Tây tạo điều kiện tốt để thực luận văn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình người thân hỗ trợ tin tưởng tơi suốt q trình thực luận văn Hà Nội, 03.2017 Lê Thanh Tuấn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập tơi Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng TÁC GIẢ LUẬN VĂN Lê Thanh Tuấn LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC BẢNG, BIỂU DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài I Mục đích nghiên cứu II Đối tượng phạm vi nghiên cứu III Phương pháp nghiên cứu IV Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ MƠ HÌNH VẬT LIỆU VÀ ĐỘ DẺO TIẾT DIỆN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1 Giới thiệu 1.2 Ứng xử dầm bê tông cốt thép 1.2.1 Các giai đoạn làm việc dầm bê tông cốt thép chịu uốn 1.2.2 Khái niệm độ dẻo dầm bê tông cốt thép chịu uốn 12 1.2.3 Các tham số vật liệu ảnh hưởng tới độ dẻo [9], [12] 13 1.2.4 Đặc tính liên kết 20 1.3 Một số mơ hình vật liệu Bê tơng [8],[17] 21 1.3.1 Mơ hình tính tốn khơng kể đến ảnh hưởng kiềm chế nở ngang 21 1.3.2 Mơ hình tính tốn kể đến ảnh hưởng kiềm chế nở ngang 29 1.4 Một số mơ hình vật liệu cốt thép 42 1.4.1 Mơ hình vật liệu cốt thép theo tiêu chuẩn EN1992-1-1: 2004 [17] 42 1.4.2 Mơ hình vật liệu cốt thép theo ACI Committee 318 (2002) [7] 43 1.5 Nhận xét 44 CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH ĐỘ DẺO DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP BẰNG MỘT SỐ MƠ HÌNH VẬT LIỆU 46 2.1 Giới thiệu 46 2.2 Xây dựng toán tính độ dẻo theo độ cong cho dầm BTCT 46 2.2.1 Trường hợp không kể đến ảnh hưởng kiềm chế nở ngang 46 2.2.2 Trường hợp kể đến ảnh hưởng kiềm chế nở ngang 55 2.3 Các bước giải toán 63 CHƯƠNG 3: VÍ DỤ TÍNH TỐN 64 3.1 Giới thiệu 64 3.2 Bài toán 64 3.2.1 Tính tốn dầm bê tơng khơng bị kiềm chế nở ngang 69 3.2.2 Bài toán dầm bê tông bị kiềm chế nở ngang 75 3.3 Nhận xét 79 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Chữ Latinh viết hoa As Tổng diện tích tiết diện ngang cốt thép chịu kéo As' Tổng diện tích tiết diện ngang cốt thép chịu nén Ec Mô đun đàn hồi bê tông Eo Mô đun tổng thể bê tông Es Mô đun đàn hồi cốt thép EcI Độ cứng chống uốn dầm Ecm Môđun đàn hồi bê tông 28 ngày tuổi I Mơ men qn tính tiết diện xem đồng M Mô men uốn tính tốn Mcrc Mơ men lớn cốt thép giai đoạn đàn hồi My Mô men uốn trạng thái chảy dẻo Mu Mô men uốn trạng thái giới hạn Chữ Latinh thường h Chiều cao tiết diện d Chiều cao làm việc tiết diện d' Khoảng cách từ mép chịu nén, kéo tiết diện đến trọng tâm cốt thép chịu kéo b Bề rộng tiết diện h Chiều cao tiết diện kd Chiều cao trục trung hòa fc Cường độ chịu nén vật liệu bê tông fc' Cường độ chịu nén bê tông không kiềm chế nở ngang đại giá trị cực đại f cc' Cường độ chịu nén bê tông kiềm chế nở ngang đại giá trị cực đại f ck Cường độ đặc trưng mẫu trụ vật liệu bê tông fs Cường độ vật liệu thép fy Cường độ vật liệu thép trạng thái chảy fu Cường độ vật liệu thép trạng thái giới hạn f yh Cường độ cốt thép đai r Bán kính cong trục dầm Chữ Hy Lạp c Biến dạng nén bê tông  co Biến dạng nén bê tông khơng bị kiềm chế có giá trị cực đại  cc Biến dạng nén bê tông bị kiềm chế có giá trị cực đại  cu Biến dạng nén bê tông bị kiềm chế trạng thái giới hạn s Biến dạng cốt thép y Biến dạng cốt thép điểm đầu trạng thái chảy  yh Biến dạng cốt thép điểm cuối trạng thái chảy u Biến dạng cốt thép điểm trạng thái giới hạn uk Biến dạngdẻo cốt thép  Hàm lượng cốt thép chịu kéo y Độ cong dầm trạng thái chảy dẻo u Độ cong dầm trạng thái giơi hạn  Độ dẻo dầm bê tông cốt thép DANH MỤC BẢNG, BIỂU Số hiệu bảng, biểu Tên bảng, biểu Bảng 1.1 Các đặc trưng độ bền Biến dạng bê tông Bảng 1.2 Các đặc trưng độ bền Biến dạng bê tông Bảng 1.3 Các tính chất cốt thép Kết tính tốn theo mơ hình vật liệu tiêu chuẩn Châu Âu Bảng 3.1 Eurocode [9] Kết tính tốn theo mơ hình vật liệu bê tơng Hognestad Bảng 3.2 (1951) [10] Kết tính tốn theo mơ hình vật liệu bê tông Kent D C Bảng 3.3 Park R (1971) [11] DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ Số hiệu hình Tên hình Hình 1.1 Sơ đồ xác định độ dẻo độ cong dầm Hình 1.2 Quan hệ M - tam tuyến tính dầm bê tơng cốt thép Hình 1.3 Định nghĩa độ dẻo uốn dầm bê tơng cốt thép Hình 1.4 Mơ hình ứng suất – biến dạng bê tơng theo EN1992-1-1: 2004 [17] Hình 1.5 Mơ hình ứng suất – biến dạng bê tơng theoKent D C Park R [11] Hình 1.6 Mơ hình ứng suất – biến dạng bê tông theo Popovics P [19] Hình 1.7 Mơ hình ứng suất – biến dạng bê tơng theo Hognestad [13] Hình 1.8 Mơ hình ứng suất – biến dạng bê tông theo Tsai W T [23] Hình 1.9 Mơ hình ứng suất – biến dạng bê tơng theo Kent D C Park R [11] Hình 1.10 Mơ hình ứng suất – biến dạng bê tơng theo Razvi S Saatcioglu M [18] Hình 1.11 Mơ hình ứng suất – biến dạng bê tơng theo Mander J.B., Priestley M.J.N Park, R [15] Hình 1.12 Mơ hình ứng suất – biến dạng bê tơng theo Mander J.B [14] Hình 1.13 Mơ hình ứng suất – biến dạng bê tông theo Sheikh S A Uzumeri S M [22] Hình 1.14 Mơ hình ứng suất – biến dạng cốt thép theo EN1992-1-1: 2004[17] Hình1.15 Mơ hình ứng suất – biến dạng cốt thép lúc chịu kéo Mô hình vật liệu cốt thép theo ACI Committee 318 (2002) [7] Hình 2.1 Phân bố ứng suất – biến dạng Bê tông không kể đến ảnh hưởng kiềm chế nở ngang Hình 2.2 Phân bố ứng ứng suất – biến dạng Bê tông kể đến ảnh hưởng kiềm chế nở ngang Hình 2.3 Miền nén Bê tơng Hình 2.3 Số liệu dầm tính PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Độ dẻo đặc tính quan trọng kết cấu mà thiết kế phải dựa vào để thoả mãn yêu cầu nhằm hạn chế hư hỏng khơng sụp đổ cho cấu kiện cơng trình, cơng trình chịu tác động lớn kháng chấn, tĩnh tải, hoạt tải Độ dẻo đánh giá mức cục ( tiết diện cấu kiện, cấu kiện) tổng thể (hệ kết cấu), có nhiều cách để phân loại xác định chúng qua độ dẻo Biến dạng, uốn, chuyển vị thẳng, chuyển vị xoay… nhằm tối ưu hoá vật liệu đưa vào sử dụng Khi hình thành khớp dẻo kéo theo phân bố lại nội lực kết cấu Với sơ đồ khớp dẻo tận dụng vật liệu tốt ,tuy nhiên độ an toàn (kết cấu giảm bậc siêu tĩnh) biến dạng lớn Trong kết cấu bê tông cốt thép, phá hoại dẻo xảy hàm lượng cốt thép chịu kéo đặt hợp lý Khi phá hoại lý tưởng vùng bê tông chịu nén đạt đến cường độ chịu nén tính tốn gần đồng thời cốt thép chịu kéo đạt đến cường độ chảy dẻo, tính theo sơ đồ kể tới biến dạng dẻo vật liệu tận dụng tối đa khả chịu lực cốt thép bê tông Các quan hệ ứng suất – biến dạng bê tông cốt thép ảnh hưởng nhiều tới khả biến dạng (tính dẻo) dầm cốt thép bắt đầu chảy dẻo Vì tác giả chọn đề tài “Khảo sát ảnh hưởng số mơ hình vật liệu lên độ dẻo tiết diện dầm bê tông cốt thép” để hiểu rõ vấn đề I Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng số mơ hình vật liệu (thép, bê tông) lên độ dẻo tiết diện dầm bê tông cốt thép 2 II Đối tượng phạm vi nghiên cứu Dầm Bê tông cốt thép chịu tải trọng tĩnh III Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết, diễn giải IV Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Việc phân tích độ dẻo bê tơng cốt thép tìm tòi, vận dụng mang tính thực tiễn cao, nâng cao kiến thức chun mơn góp phần vào cơng tác giảng dạy Có ý nghĩa nhận biết ứng xử kết cấu làm việc Cấu trúc luận văn PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài PHẦN NỘI DUNG Chương 1: Tổng quan số mơ hình vật liệu độ dẻo tiết diện dầm bê tông cốt thép 1.1 Giới thiệu 1.2 Ứng xử dầm bê tông cốt thép 1.2.1 Các giai đoạn làm việc dầm bê tông cốt thép chịu uốn 1.2.2 Khái niệm độ dẻo dầm bê tông cốt thép chịu uốn 1.2.3 Các tham số vật liệu ảnh hưởng tới độ dẻo a Các nhân tố ảnh hưởng độ dẻo b Đặc trưng vật liệu bê tông c Đặc trưng vật liệu cốt thép 1.3 Một số mô hình vật liệu bê tơng 1.3.1 Mơ hình khơng kể đến ảnh hưởng kiềm chế nở ngang a Mô hình tính tốn theo tiêu chuẩn Eurocode b Mơ hình vật liệu bê tơng theo Kent D C Park R (1971) c Mơ hình vật liệu bê tơng theo Popovics P (1973) d Mơ hình vật liệu bê tơng theo Hognestad (1951) e Mơ hình vật liệu bê tơng theo Tsai W T (1988) 1.3.2 Mơ hình có kể đến ảnh hưởng kiềm chế nở ngang a Mơ hình vật liệu bê tơng theo Kent D C Park R (1971) b Mơ hình vật liệu bê tông theo Razvi S Saatcioglu M (1992) c Mô hình vật liệu bê tơng theo Mander J.B., Priestley M.J.N Park, R (1988) d Mơ hình vật liệu bê tơng theo Mander J.B (1983) e Mơ hình vật liệu bê tông theo Sheikh S A Uzumeri S M (1982) 1.4 Một số mơ hình cho vật liệu cốt thép 1.4.1 Mơ hình tính tốn cốt thép theo tiêu chuẩn Eurocode 1.4.2 Mơ hình tính tốn cốt thép theo mơ hình tính tốn cốt thép theo ACI Committee 318 (2002) 1.5 Nhận xét Chương 2: Xác định độ dẻo dầm Bê tông Cốt thép số mô hình vật liệu 2.1 Giới thiệu 2.2 Xây dựng tốn tính tốn độ dẻo theo độ cong cho dầm bê tông cốt thép 2.2.1 Trường hợp không kể đến ảnh hưởng kiềm chế nở ngang a Mơ hình tính tốn theo tiêu chuẩn Eurocode b Mơ hình vật liệu bê tơng theo Hognestad (1951) 2.2.2 Trường hợp kể đến ảnh hưởng kiềm chế nở ngang a Mơ hình vật liệu bê tơng theo Kent D C Park R (1971) b Mơ hình vật liệu bê tông theo Mander J.B., Priestley M.J.N Park, R (1988) 2.3 Các bước giải tốn Chương 3: Ví dụ tính tốn 3.1 Giới thiệu 3.2 Bài tốn 3.2.1 Tính tốn dầm bê tơng khơng bị kiềm chế nở ngang 3.2.2 Tính tốn dầm bê tơng bị kiềm chế nở ngang 3.3 Bài tốn tính dầm có kể đến kiềm chế nở ngang 3.4 Nhận xét KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ THƠNG 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 81 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ Kết luận Luận văn nghiên cứu độ dẻo cong dầm BTCT đặt cốt thép kép sử dụng mơ hình vật liệu bê tơng khác có xem xét đến giai đoạn củng cố (strain hardening) vật liệu thép Các kết luận văn: - Tìm hiểu số mơ hình vật liệu bê tông cốt thép, nhân tố ảnh hưởng tới độ dẻo tiết diện dầm bê tông cốt thép - Thiết lập phương trình để xác định độ dẻo cong dầm bê tông cốt thép sử dụng số mơ hình vật liệu bê tơng - Thiết lập bước giải lặp để tính tốn độ dẻo cong dầm cách xác Kết tính tốn từ ví dụ cho thấy sử dụng mơ hình vật liệu bê tơng có ảnh hưởng đáng kể lên độ dẻo cong dầm bê tông cốt thép Kiến nghị -Tính tốn thêm vài mơ hình vật liệu bê tơng khơng bị kiềm chế bị kiềm chế nở ngang so sánh với kết thực nghiệm để hiểu rõ phạm vi sử dụng mơ hình - Nghiên cứu tiếp độ dẻo cột, vách bê tông cốt thép - Nghiên cứu độ dẻo dầm chịu tải trọng động TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tiếng việt Bộ xây dựng (2004) “Giáo trình Kết cấu bê tơng cốt thép”, Nhà xuất Xây Dựng, Hà Nội Lê Bình Dương (2015) “Phân tích khung bê tơng cốt thép kể tới phân phối lại Mô men”, luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Trung Hòa (2011).“Kết cấu bê tơng cốt thép theo quy phạm Hoa Kỳ”, Nhà xuất Xây Dựng, Hà Nội Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2008).“Kết cấu bê tơng cốt thép – Phần cấu kiện bản”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong (2011).“Kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn châu âu” Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 5574-2012, “Kết cấu bê tông bê tông cốt thép – tiêu chuẩn thiết kế” II Tiếng anh ACI Committee 318 (2002) “Building code requirements for structural concrete (ACI 318-02) and commentary (ACI 318R-02)”, Farmington Hills, Michigan: American Concrete Institute Arthur Nilson (1997), “Design of concrete structures” Dan J Raynor, Dawn E Lehman John F Stanton (2002), "Bond-slip response of reinforcing bars grouted in ducts", Structural Journal 99(5), 568-576 10 Debernardi P G and Taliano M (2002) “On Evaluation of Rotation Capacity for Reinforced Concrete Beams” ACI Structural Journal, vol 99, no 3, pp.360-368, 2002 11 Dudley Charles Kent and Robert Park (1971), "Flexural members with confined concrete", Journal of the Structural Division 12 HEH Roy Mete A Sozen (1965), "Ductility of concrete", Special Publication 12, 213-235 13 Hognestad E (1951) “A study of combined bending and axial load in reinforced concrete members”, Bulletin Series No 399, E ngineering Experiment Station, University of Illinois, Urbana, III 14 Mander J.B (1983), “Seismic design of bridge piers”, University of Canterbury Civil Engineering, 1983 15 Mander J.B., Priestley, M.J.N and Park, R “Theoretical stress-strain model for confined concrete”, J Struct Engin., ASCE 1988 ; 114(8): 1804-26 16 Pier Giorgio Debernardi and Maurizio Taliano, (2002) “On Evaluation of Rotation Capacity for ReinforcedConcrete Beams”, ACI Structural Journal, V 99, No 3, May-June 2002 17 RS Narayanan AW Beeby (2005), “Designers' Guide to EN 1992-1-1 and EN 1992-1-2 Eurocode 2: Design of Concrete Structures: General Rules and Rules for Buildings and Structural Fire Design”, Thomas Telford London, UK 18 Salim Razvi and Murat Saatcioglu (1999), "Confinement model for highstrength concrete", Journal of Structural Engineering 125(3), 281-289 19 Sandor Popovics (1973), "A numerical approach to the complete stressstrain curve of concrete", Cement and concrete research 3(5), 583-599 20 Sargin M (1968) “Stress-strain relationship for concrete and analysis of structural concrete sections” PHD Thesis, University of Waterloo, Ontario, Canada 21 Schickert G and Winkler H (1979) “Results of tests concerning strength and strain of concrete subjected to multiaxial compressive stresses”, Deutscher Ausschuss fur Stahlbeton, Heft 277, Berlin, West Germany 22 Shamim A Sheikh and Suzru M Uzumeri (1980), "Strength and ductility of tied concrete columns", Journal of the structural division 106(ASCE 15388 Proceeding) 23 Srikanth M., Rajesh Kumar G and Giri S (2007) “Moment curvature of reinforced concrete beams using various confinement models and experimental validation”, Department of Civil Engineering, National Institute of Technology, Waragal-506 004, India 24 Tai-Kuang L and Austin D.E (2003) “Estimating the relationship between tension reinforcement and ductility of reinforced concrete beam sections” Engineering Structures 25 (2003) 1057–1067 25 Wan T Tsai(1988), "Uniaxial compressional stress-strain relation of concrete", Journal of Structural Engineering 114(9), 2133-2136 26 Willam K J and Warnke E P (1975) “Constitutive models for the triaxial behavior of concrete Proceedings of the International Assoc” for Bridge and Structural Engineering , vol 19, pp 1- 30 27 Z Z Bai and F T K Au, (2011) “Effects of strain hardening of reinforcement on flexural strength and ductility of reinforced concrete columns”, Struct Design Tall Spec Build 20, 784–800 28 Ziara MM, Haldane D, Kuttab AS (1995) “Flexural behavior of beams with confinement”, ACI Structural Journal 19  ... dầm bê tông cốt thép chịu uốn 1.2.3 Các tham số vật liệu ảnh hưởng tới độ dẻo a Các nhân tố ảnh hưởng độ dẻo b Đặc trưng vật liệu bê tông c Đặc trưng vật liệu cốt thép 1.3 Một số mơ hình vật liệu. .. quan số mơ hình vật liệu độ dẻo tiết diện dầm bê tông cốt thép 1.1 Giới thiệu 1.2 Ứng xử dầm bê tông cốt thép 1.2.1 Các giai đoạn làm việc dầm bê tông cốt thép chịu uốn 1.2.2 Khái niệm độ dẻo dầm. .. vật liệu bê tơng cốt thép, nhân tố ảnh hưởng tới độ dẻo tiết diện dầm bê tơng cốt thép - Thiết lập phương trình để xác định độ dẻo cong dầm bê tông cốt thép sử dụng số mơ hình vật liệu bê tông -