Phân tích phi tuyến sàn bê tông cốt thép có các vùng bị giảm yếu cục bộ (tt)

LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ ngành Xây dựng dân dụng và công nghiệp với đề tài “Phân tích phi tuyến sàn bê tông cốt thép có các vùng bị giảm yếu cục bộ” được hoàn thành với sự

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRUỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

TĂNG KHÁNH ĐOÀN

PHÂN TÍCH PHI TUYẾN SÀN BÊTÔNG CỐT THÉP

CÓ CÁC VÙNG BỊ GIẢM YẾU CỤC BỘ

LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG CÔNG 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

TĂNG KHÁNH ĐOÀN KHÓA: 2015-2017

PHÂN TÍCH PHI TUYẾN SÀN BÊTÔNG CỐT THÉP

CÓ CÁC VÙNG BỊ GIẢM YẾU CỤC BỘ

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN

Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN NGỌC NAM

Hà Nội - 2017

LỜI CẢM ƠN

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ ngành Xây dựng dân dụng và công nghiệp

với đề tài “Phân tích phi tuyến sàn bê tông cốt thép có các vùng bị giảm yếu

cục bộ” được hoàn thành với sự cố gắng của bản thân, cùng với sự giúp đỡ

nhiệt tình của khoa Sau đại học, các thầy cô giáo Trường Đại học Kiến trúc

Hà Nội, đã tạo điều kiện và động viên giúp đỡ về mọi mặt để tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Ngọc Nam đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ đạo cho tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp, do điều kiện có hạn về thời gian và kiến thức bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi những khiếm khuyết, thiếu sót, tôi mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo, các nhà khoa học, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, ngày tháng 03 năm 2017

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Tăng Khánh Đoàn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ là công trình nghiên cứu khoa học

độc lập của tôi dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Ngọc Nam Các số liệu

khoa học, kết quả nghiên cứu của luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Tăng Khánh Đoàn

MỤC LỤC Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Mục lục

Danh mục các chữ viết tắt

Danh mục các hình vẽ, sơ đồ, đồ thị

Danh mục các bảng, biểu

MỞ ĐẦU……… 1

Tính cấp thiết của đề tài luận văn 1

Mục đích nghiên cứu 2

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

Phương pháp nghiên cứu 2

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

Cấu trúc luận văn 3

PHẦN NỘI DUNG……… 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SÀN BTCT VÀ CÁC TRƯỜNG HỢP BỊ GIẢM YẾU …… 4

1.1 Khái quát về sàn BTCT 4

1.2 Phân loại sàn BTCT 4

1.2.1 Theo phương pháp thi công 4

1.2.2 Theo sơ đồ kết cấu 10

1.2.3 Theo trạng thái ứng suất khi chế tạo 11

1.2.4 Theo trạng thái đặc tính cấu tạo 12

1.3 Các phương pháp tính toán thiết kế sàn BTCT 15

1.3.1 Tính toán sàn bằng phương pháp đàn hồi 15

1.3.2 Tính toán sàn bằng phương pháp dẻo 21

1.3.3 Tính toán sàn bằng phương pháp dải 23

1.4 Các trường hợp giảm yếu sàn BTCT 29

1.4.1 Giảm yếu cục bộ chiều dày sàn 30

1.4.2 Giảm yếu cục bộ khi mở lỗ kỹ thuật 30

1.4.3 Các trường hợp giảm yếu do hư hỏng 30

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SÀN BTCT CÓ CÁC VÙNG BỊ GIẢM YẾU CỤC BỘ SỬ DỤNG PHẦN MỀM LIRA-SAPR…… 37

2.1 Các lý thuyết phân tích 37

2.1.1 Phương pháp phân tích tuyến tính 37

2.1.2 Phương pháp phân tích phi tuyến 38

2.2 Khái quát phần mềm Lira-Sapr 2013 41

2.2.1 Giới thiệu phần mềm Lira-Sapr 2013 41

2.2.2 Các dạng mô hình phần mềm Lira-Sapr 2013 mô phỏng 42

2.2.3 Tính năng của phần mềm Lira-Sapr 2013 44

2.3 Phương pháp phân tích trạng thái ứng suất biến dạng của sàn BTCT có các vùng bị giảm yếu cục bộ 45

2.3.1 Xây dựng phương pháp và qui trình tính toán 46

2.3.2 Các phương án khảo sát, đánh giá trạng thái nội lực, biến dạng và phá hoại của sàn 49

CHƯƠNG 3: CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN VÀ KHẢO SÁT SỰ LÀM VIỆC CỦA SÀN BTCT CÓ CÁC VÙNG BỊ GIẢM YẾU CỤC BỘ 50

3.1 Thiết kế sàn BTCT bằng phương pháp thông thường 50

3.2 Khảo sát sự làm việc của sàn BTCT có các vùng bị giảm yếu cục bộ bằng phần mềm Lira-Sapr 58

3.2.1 Khảo sát sự làm việc của sàn BTCT có vùng giảm chiều dày cục bộ 58 a Các thông số của sàn 58

b Các phương án khảo sát 60

c Kết quả khảo sát 69

3.2.2 Khảo sát sự làm việc của sàn BTCT có lỗ mở kỹ thuật 95

a Các thông số của sàn 95

b Các phương án khảo sát 96

c Kết quả khảo sát 98

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Số hiệu

Hình 1.1 Sàn bê tông cốt thép toàn khối

Hình 1.2 Sàn toàn khối có bản kê 2 cạnh

Hình 1.3 Sàn dầm toàn khối có bản kê 4 cạnh

Hình 1.4 Sàn ô cờ kiểu bản kê 4 cạnh

Hình 1.5 Sàn kiểu ô lưới nhỏ

Hình 1.6 Sàn nấm

Hình 1.7 Sàn bê tông cốt thép lắp ghép

Hình 1.8 Sàn bê tông cốt thép nửa lắp ghép

Hình 1.9 Ô bản chịu uốn 1 phương

Hình 1.10 Ô bản chịu uốn 2 phương

Hình 1.18 Sơ đồ khung tương đương

Hình 1.19 Sàn hình vuông với tải trọng phân bố đều theo hai phương

Hình 1.20 Sàn hình vuông với tải trọng phân theo đường chéo

Hình 1.21 Sàn hình vuông với tải trọng phân bố vào gối tựa gần nhất

Hình 1.22 Đồ thị ứng suất và biến dạng của bê tông chịu tải trọng tác

dụng ngắn hạn

Hình 1.23 Đồ thị biểu diễn quan hệ σ – ε khi tăng và giảm tải trọng Hình 1.24 Đồ thị biểu diễn từ biến của bê tông

Hình 2.1 Giao diện của phần mềm Lira-Sapr 2013

Hình 2.2 Các dạng mô hình được tạo trong phần mềm Lira-Sapr

Hình 3.10 Khai báo điều kiện biên

Hình 3.11 Giải bài toán

Hình 3.12 Sự phân bố nội lực M y trong 2 phương pháp ở trường hợp

1

Hình 3.13 Sự phân bố nội lực M y trong 2 phương pháp ở trường hợp

Hình 3.16 Sự phân phối lại nội lực M y trong 4 trường hợp

Hình 3.17 Sự phân phối lại nội lực M x trong 4 trường hợp

Hình 3.18 Sự phân phối lại nội lực Q y trong 4 trường hợp

Hình 3.19 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi giá trị M y ở MC 1-1

Hình 3.20 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi giá trị M x ở MC 1-1

Hình 3.21 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi giá trị Q y ở MC 1-1

Hình 3.22 Sơ đồ hình thành và phân bố khe nứt trong 4 trường hợp Hình 3.23 Mặt bằng sàn phòng

Hình 3.24 Sự phân phối lại nội lực M y trong 4 trường hợp

Hình 3.25 Sự phân phối lại nội lực M x trong 4 trường hợp

Hình 3.26 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi giá trị M y

Hình 3.27 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi giá trị M x

Hình 3.28 Sơ đồ phân bố khe nứt trong 4 trường hợp

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Số hiệu bảng,

Bảng 1.1 Xác định mô men dựa vào tỷ số hai cạnh

Bảng 3.1 Tĩnh tải sàn phòng ngủ

Bảng 3.2 Tĩnh tải sàn khu vệ sinh

Bảng 3.3 Hoạt tải tác dụng

Bảng 3.4 Nội lực của ô bản theo sơ đồ đàn hồi

Bảng 3.5 Nội lực của ô bản theo sơ đồ đàn hồi dẻo

Bảng 3.6 Kết quả chọn thép cho ô bản theo sơ đồ đàn hồi Bảng 3.7 Các trường hợp khảo sát

Bảng 3.8 So sánh M y giữa các TH xét tính phi tuyến vật liệu với

các TH xét cả tính phi tuyến vật liệu và hình học

Bảng 3.9 So sánh M y trong ô bản bỏ qua ảnh hưởng của giảm

yếu và ô bản có giảm yếu TH2, TH3 và TH4

Bảng 3.10 So sánh M x trong ô bản bỏ qua ảnh hưởng của giảm

yếu và ô bản có giảm yếu TH2, TH3 và TH4

Bảng 3.11 So sánh Q y trong ô bản bỏ qua ảnh hưởng của giảm

yếu và ô bản có giảm yếu TH2, TH3 và TH4

Bảng 3.12 Các trường hợp khảo sát

Bảng 3.13 So sánh M y trong ô bản bỏ qua ảnh hưởng của giảm

yếu và ô bản có giảm yếu TH2, TH3 và TH4 Bảng 3.14 So sánh M x trong ô bản bỏ qua ảnh hưởng của giảm

yếu và ô bản có giảm yếu TH2, TH3 và TH4

Bảng 3.15 So sánh M y trong ô bản bỏ qua ảnh hưởng của giảm

yếu và ô bản có giảm yếu TH2, TH3 và TH4

Bảng 3.16 So sánh M x trong ô bản bỏ qua ảnh hưởng của giảm

yếu và ô bản có giảm yếu TH2, TH3 và TH4

1

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài luận văn

Ngày nay, kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) được sử dụng rất phổ biến

để xây dựng các công trình dân dụng và công nghiệp, giao thông, thủy lợi, quốc phòng v.v…, BTCT đã chứng minh được tính ưu điểm của nó Lý thuyết tính toán thiết kế kết cấu BTCT cũng đã rất phát triển Tuy nhiên, để thuận tiện cho công tác tính toán thiết kế kết cấu BTCT nói chung, sàn BTCT nói riêng, trong nhiều trường hợp cần sử dụng các phép đơn giản hóa giả thuyết cho một số vấn đề Để đảm bảo nâng cao độ tin cậy của các phép đơn giản hóa giả thuyết này, luôn cần có các nghiên cứu, đánh giá sâu rộng hơn

Công tác tính toán thiết kế sàn BTCT cho các công trình dân dụng và công nghiệp thường áp dụng theo lý thuyết đàn hồi, sơ đồ khớp dẻo, phương pháp dải và bằng file excel hoặc bằng các phần mềm tính toán dựa trên các tiêu chuẩn Việt Nam như TCVN 5574:2012 hoặc các tiêu chuẩn nước ngoài như ACI, ACI-318, BS-8110

Thực tế, trong các công trình xây dựng thường gặp các trường hợp sàn BTCT có các vùng bị giảm yếu cục bộ rất đa dạng như: mở lỗ kỹ thuật, giảm chiều dày cục bộ một phần ô bản, chất lượng bê tông sàn không đảm bảo trong quá trình thi công cũng như vận hành, sử dụng Các vùng giảm yếu cục

bộ trên sàn BTCT có thể ảnh hưởng tới sự làm việc của bản sàn nói riêng và

cả hệ kết cấu công trình nói chung

Trong công tác thiết kế hay khảo sát đánh giá sự làm việc của sàn BTCT, ảnh hưởng của các trường hợp giảm yếu cục bộ thường gặp trên thường ít được xét đến hoặc xét đến một cách không đầy đủ

Vì vậy đề tài “Phân tích phi tuyến sàn bê tông cốt thép có các vùng

bị giảm yếu cục bộ” trong đó nghiên cứu, làm rõ ảnh hưởng của các vùng

Làm rõ đặc điểm khác nhau về trạng thái ứng suất - biến dạng, khả năng chịu lực và sự phá hoại của sàn BTCT có giảm yếu cục bộ so với trường hợp tính toán thiết kế với giả thuyết bỏ qua ảnh hưởng của vùng bị giảm yếu,

từ đó có thể đưa ra các biện pháp khắc phục/ xử lý cần thiết

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Sàn bê tông cốt thép có các vùng bị giảm yếu cục bộ

- Phạm vi nghiên cứu: Đánh giá trạng thái ứng suất - biến dạng, khả năng chịu lực và sự phá hoại của sàn BTCT có giảm yếu cục bộ và có kể đến tính phi tuyến vật liệu và phi tuyến hình học

Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong đề tài luận văn gồm:

- Nghiên cứu tổng quan về các tiêu chuẩn và lý thuyết tính toán sàn BTCT, thực tế thiết kế các trường hợpsàn BTCT có giảm yếu cục bộ từ đó đặt

ra các vấn đề cần giải quyết

- Sử dụng phần mềm tính toán kết cấu Lira-Sapr 2013 để mô hình hóa

và phân tích có kể đến tính phi tuyến vật liệu và phi tuyến hình học sự làm việc của sàn BTCT có các vùng bị giảm yếu cục bộ, so sánh với trường hợp

bỏ qua ảnh hưởng của vùng bị giảm yếu

3

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Phương pháp tính toán được xây dựng trong đề tài nghiên cứu có thể sử dụng trong thực tế để đánh giá khả năng chịu lực và biến dạng của sàn BTCT

có các vùng bị giảm yếu cục bộ Đề tài cũng có thể mở rộng nhằm tính toán khảo sát khả năng chịu lực của sàn BTCT với nhiều trường hợp giảm yếu khác hoặc khi có sự thay đổi công năng sử dụng

Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận - kiến nghị, tài liệu gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về sàn BTCT và các trường hợp bị giảm yếu Chương 2: Nghiên cứu và xây dựng phương pháp phân tích sàn BTCT

có các vùng giảm yếu cục bộ sử dụng phần mềm Lira-Sapr

Chương 3: Các ví dụ tính toán và khảo sát sự làm việc của sàn BTCT

có các vùng bị giảm yếu cục bộ sovới trường hợp bỏ qua ảnh hưởng của các vùng giảm yếu này

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

116

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

KẾT LUẬN

Từ các kết quả nghiên cứu, tổng hợp có thể rút ra một số kết luận sau:

1 Luận văn đã tổng quan lại các phương pháp tính toán sàn bê tông cốt thép, tổng hợp các trường hợp giảm yếu làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo về việc đánh giá khả năng chịu lực, biến dạng và tuổi thọ của sàn BTCT

có các dạng giảm yếu cục bộ khác nhau

2 Luận văn đã đề xuất phương pháp phân tích phi tuyến vật liệu và phi tuyến cả vật liệu và hình học sự làm việc của sàn BTCT bị giảm yếu cục bộ,

từ đó đánh giá và đưa ra các biện pháp xử lý hữu hiệu để đảm bảo, nâng cao chất lượng của kết cấu

3 Các giảm yếu cục bộ ảnh hưởng khá lớn tới sự phân bố nội lực và biến dạng kết cấu sàn BTCT Trong đó có sự thay đổi lớn đối mô men theo phương cạnh ngắn (My)

4 Sự giảm yếu cục bộ trên mặt sàn BTCT dẫn đến việc tăng biến dạng, biến dạng không đối xứng, giảm độ cứng và độ bền của của mặt sàn

5 Sự giảm yếu cục bộ làm xuất hiện sớm hơn (ở mức tải trọng nhỏ hơn) các khe nứt, khớp dẻo và sự phá hoại trên sàn BTCT

6 Các giảm yếu dưới dạng lỗ kỹ thuật gây ra sự tập trung lớn nội lực xung quanh nó Trong nhiều trường hợp, nội lực này thậm trí lớn hơn nội lực xuất hiện ở các vị trí thường được coi là nguy hiểm - mặt cắt giữa nhịp và việc xuất hiện khe nứt, khớp dẻo, phá hoại cũng bắt đầu từ các vị trí sát lỗ kỹ thuật

7 Trong quá trình tính toán thiết kế sàn BTCT có các giảm yếu cục bộ cần làm rõ sự thay đổi, phát sinh ứng suất, biến dạng trên sàn, từ đó đưa ra các biện pháp khắc phục, xử lý hợp lý

117

KIẾN NGHỊ

Kết quả nghiên cứu của luận văn đã đưa ra phương pháp phân tích và khảo sát sự làm việc của sàn BTCT có các vùng bị giảm yếu cục bộ, nhưng vẫn còn các hạn chế Để có thể áp dụng vào thực tế sâu rộng hơn, đề tài cần được hoàn thiện, nghiên cứu sâu hơn nữa Vì vậy tác giả có một số kiến nghị như sau:

1 Nghiên cứu, thiết lập phương pháp đánh giá sự làm việc và tính toán khả năng chịu lực của sàn BTCT khi có các suy giảm dạng khác, đề xuất biện pháp xử lý

2 Nghiên cứu, thiết lập phương pháp đánh giá sự làm việc và tính toán khả năng chịu lực cho các dạng ô bản và kết cấu khác khi có suy giảm cục bộ hoặc hư hỏng do nhiều nguyên nhân khác nhau

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt:

1 Bộ Xây Dựng (1997), TCVN 2737:1995 Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế, Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội

2 Bộ Xây Dựng (2012), TCXDVN 5574: 2012 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế

3 Nguyễn Chí Công (2016), Sử dụng phần mềm lira đánh giá sự làm việc của bể chứa bê tông cốt thép bị hư hỏng cục bộ, luận văn thạc

sĩ kỹ thuật, trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội

4 Nguyễn Đình Cống (2008), Sàn sườn bê tông toàn khối Nhà xuất

bản Xây dựng Hà Nội

5 Nguyễn Đình Cống, Ngô Thế Phong, Phan Quan Minh (2011),

Giáo trình kết cấu bê tông cố thép – Phần cấu kiện cơ bản Nhà

xuất bản khoa học và kỹ thuật

6 Phạm Văn Hùng (2016), Nghiên cứu áp dụng phương pháp dải trong tính toán sàn bê tông cốt thép, luận văn thạc sĩ kỹ thuật,

trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội

7 Vũ Mạnh Hùng (1999), Sổ tay kết cấu công trình, Nhà xuất bản

Xây dựng Hà Nội

8 Lê Văn Kiểm (2004), Hư hỏng-sửa chữa-gia cường công trình Nhà

xuất bản Đại học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh

9 Phan Quang Minh (2007), Thiết kế sàn bê tông ứng lực trước

10 Nguyễn Mạnh Yên (2008), Phương pháp số trong cơ học kết cấu

Nhà xuất bản Xây dựng Hà Nội