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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRUỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI TĂNG KHÁNH ĐOÀN PHÂN TÍCH PHI TUYẾN SÀN BÊTƠNG CỐT THÉP CĨ CÁC VÙNG BỊ GIẢM YẾU CỤC BỘ LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Hà Nội - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRUỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI TĂNG KHÁNH ĐỒN KHÓA: 2015-2017 PHÂN TÍCH PHI TUYẾN SÀN BÊTƠNG CỐT THÉP CÓ CÁC VÙNG BỊ GIẢM YẾU CỤC BỘ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng 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 cơng nghiệp với đề tài “Phân tích phi tuyến sàn bê tơng cốt thép có vùng bị giảm yếu cục bộ” hoàn thành với cố gắng thân, với giúp đỡ nhiệt tình khoa Sau đại học, thầy cô giáo Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, tạo điều kiện động viên giúp đỡ mặt để tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Ngọc Nam trực tiếp hướng dẫn đạo cho tơi q trình thực hoàn thành luận văn tốt nghiệp Trong thời gian thực luận văn tốt nghiệp, điều kiện có hạn thời gian kiến thức thân nhiều hạn chế nên luận văn tránh khỏi khiếm khuyết, thiếu sót, tơi mong nhận góp ý thầy cô giáo, nhà khoa học, bạn bè đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày tháng 03 năm 2017 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Tăng Khánh Đồn LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập hướng dẫn TS Nguyễn Ngọc Nam Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng TÁC GIẢ LUẬN VĂN Tăng Khánh Đoàn MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục hình vẽ, sơ đồ, đồ thị Danh mục bảng, biểu MỞ ĐẦU………………………………………………………… Tính cấp thiết đề tài luận văn Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn PHẦN NỘI DUNG…………………………………………… CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SÀN BTCT VÀ CÁC TRƯỜNG HỢP BỊ GIẢM YẾU …… 1.1 Khái quát sàn BTCT 1.2 Phân loại sàn BTCT 1.2.1 Theo phương pháp thi công 1.2.2 Theo sơ đồ kết cấu 10 1.2.3 Theo trạng thái ứng suất chế tạo 11 1.2.4 Theo trạng thái đặc tính cấu tạo 12 1.3 Các phương pháp tính tốn thiết kế sàn BTCT 15 1.3.1 Tính tốn sàn phương pháp đàn hồi 15 1.3.2 Tính toán sàn phương pháp dẻo 21 1.3.3 Tính tốn sàn phương pháp dải 23 1.4 Các trường hợp giảm yếu sàn BTCT 29 1.4.1 Giảm yếu cục chiều dày sàn 30 1.4.2 Giảm yếu cục mở lỗ kỹ thuật 30 1.4.3 Các trường hợp giảm yếu hư hỏng 30 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SÀN BTCT CĨ CÁC VÙNG BỊ GIẢM YẾU CỤC BỘ SỬ DỤNG PHẦN MỀM LIRASAPR…… 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 mơ hình phần mềm Lira-Sapr 2013 mơ 42 2.2.3 Tính phần mềm Lira-Sapr 2013 44 2.3 Phương pháp phân tích trạng thái ứng suất biến dạng sàn BTCT có vùng bị giảm yếu cục 45 2.3.1 Xây dựng phương pháp qui trình tính tốn 46 2.3.2 Các phương án khảo sát, đánh giá trạng thái nội lực, biến dạng phá hoại sàn 49 CHƯƠNG 3: CÁC VÍ DỤ TÍNH TỐN VÀ KHẢO SÁT SỰ LÀM VIỆC CỦA SÀN BTCT CÓ CÁC VÙNG BỊ GIẢM YẾU CỤC BỘ 50 3.1 Thiết kế sàn BTCT phương pháp thông thường 50 3.2 Khảo sát làm việc sàn BTCT có vùng bị giảm yếu cục phần mềm Lira-Sapr 58 3.2.1 Khảo sát làm việc sàn BTCT có vùng giảm chiều dày cục 58 a Các thông số sàn 58 b Các phương án khảo sát 60 c Kết khảo sát 69 3.2.2 Khảo sát làm việc sàn BTCT có lỗ mở kỹ thuật 95 a Các thông số sàn 95 b Các phương án khảo sát 96 c Kết khảo sát 98 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên đầy đủ BTCT Bê tông cốt thép PP Phương pháp PT Phi tuyến TCVN Tiêu Chuẩn Việt Nam PTHH Phần tử hữu hạn TH Trường hợp XM Xi măng MC Mặt cắt kt Kỹ thuật DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Số hiệu hình Tên hình Hình 1.1 Sàn bê tơng cốt thép tồn khối Hình 1.2 Sàn tồn khối có kê cạnh Hình 1.3 Sàn dầm tồn khối có kê cạnh Hình 1.4 Sàn cờ kiểu kê cạnh Hình 1.5 Sàn kiểu lưới nhỏ Hình 1.6 Sàn nấm Hình 1.7 Sàn bê tơng cốt thép lắp ghép Hình 1.8 Sàn bê tơng cốt thép nửa lắp ghép Hình 1.9 Ơ chịu uốn phương Hình 1.10 Ơ chịu uốn phương Hình 1.11 Sàn BTCT thường Hình 1.12 Sàn BTCT ứng suất trước Hình 1.13 Sàn xốp cho sàn sườn BTCT Hình 1.14 Sàn panel Hình 1.15 Sàn BubbleDeck Hình 1.16 Sàn bê tơng cốt thép đặc Hình 1.17 Sơ đồ tính tốn sàn Hình 1.18 Sơ đồ khung tương đương Hình 1.19 Sàn hình vng với tải trọng phân bố theo hai phương Hình 1.20 Sàn hình vng với tải trọng phân theo đường chéo Hình 1.21 Sàn hình vng với tải trọng phân bố vào gối tựa gần Hình 1.22 Đồ thị ứng suất biến dạng bê tơng chịu tải trọng tác dụng ngắn hạn Hình 1.23 Đồ thị biểu diễn quan hệ σ – ε tăng giảm tải trọng Hình 1.24 Đồ thị biểu diễn từ biến bê tơng Hình 2.1 Giao diện phần mềm Lira-Sapr 2013 Hình 2.2 Các dạng mơ hình tạo phần mềm Lira-Sapr 2013 Hình 2.3 Thư viện FE Lira-sapr 2013 Hình 3.1 Mặt kết cấu Hình 3.2 Mặt bố trí thép sàn Hình 3.3 Sơ đồ tính tốn sàn BTCT Hình 3.4 Phân chia phần tử sàn vị trí mặt cắt khảo sát chi tiết Hình 3.5 Định nghĩa vật liệu bê tơng Hình 3.6 Định nghĩa vật liệu cốt thép Hình 3.7 Gán thơng số cốt thép Hình 3.8 Định nghĩa trường hợp tải, tổ hợp tải Hình 3.9 Gán tải trọng Hình 3.10 Khai báo điều kiện biên Hình 3.11 Giải tốn Hình 3.12 Sự phân bố nội lực My phương pháp trường hợp Hình 3.13 Sự phân bố nội lực My phương pháp trường hợp Hình 3.14 Sự phân bố nội lực My phương pháp trường hợp Hình 3.15 Sự phân bố nội lực My phương pháp trường hợp Hình 3.16 Sự phân phối lại nội lực My trường hợp Hình 3.17 Sự phân phối lại nội lực Mx trường hợp Hình 3.18 Sự phân phối lại nội lực Qy trường hợp Hình 3.19 Biểu đồ thể thay đổi giá trị My MC 1-1 Hình 3.20 Biểu đồ thể thay đổi giá trị Mx MC 1-1 Hình 3.21 Biểu đồ thể thay đổi giá trị Qy MC 1-1 Hình 3.22 Sơ đồ hình thành phân bố khe nứt trường hợp Hình 3.23 Mặt sàn phòng Hình 3.24 Sự phân phối lại nội lực My trường hợp Hình 3.25 Sự phân phối lại nội lực Mx trường hợp Hình 3.26 Biểu đồ thể thay đổi giá trị My Hình 3.27 Biểu đồ thể thay đổi giá trị Mx Hình 3.28 Sơ đồ phân bố khe nứt trường hợp DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng, biểu Tên bảng, biểu 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 ô theo sơ đồ đàn hồi Bảng 3.5 Nội lực ô theo sơ đồ đàn hồi dẻo Bảng 3.6 Kết chọn thép cho ô theo sơ đồ đàn hồi Bảng 3.7 Các trường hợp khảo sát Bảng 3.8 So sánh My TH xét tính phi tuyến vật liệu với TH xét tính phi tuyến vật liệu hình học Bảng 3.9 So sánh My ô bỏ qua ảnh hưởng giảm yếu có giảm yếu TH2, TH3 TH4 Bảng 3.10 So sánh Mx ô bỏ qua ảnh hưởng giảm yếu có giảm yếu TH2, TH3 TH4 Bảng 3.11 So sánh Qy ô bỏ qua ảnh hưởng giảm yếu có giảm yếu TH2, TH3 TH4 Bảng 3.12 Các trường hợp khảo sát Bảng 3.13 So sánh My ô bỏ qua ảnh hưởng giảm yếu có giảm yếu TH2, TH3 TH4 Bảng 3.14 So sánh Mx ô bỏ qua ảnh hưởng giảm yếu ô có giảm yếu TH2, TH3 TH4 Bảng 3.15 So sánh My ô bỏ qua ảnh hưởng giảm yếu có giảm yếu TH2, TH3 TH4 Bảng 3.16 So sánh Mx ô bỏ qua ảnh hưởng giảm yếu ô có giảm yếu TH2, TH3 TH4 1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài luận văn Ngày nay, kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) sử dụng phổ biến để xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp, giao thơng, thủy lợi, quốc phòng v.v…, BTCT chứng minh tính ưu điểm Lý thuyết tính tốn thiết kế kết cấu BTCT phát triển Tuy nhiên, để thuận tiện cho cơng tác tính tốn thiết kế kết cấu BTCT nói chung, sàn BTCT nói riêng, nhiều trường hợp cần sử dụng phép đơn giản hóa giả thuyết cho số vấn đề Để đảm bảo nâng cao độ tin cậy phép đơn giản hóa giả thuyết này, ln cần có nghiên cứu, đánh giá sâu rộng Cơng tác tính tốn thiết kế sàn BTCT cho cơng trình dân dụng cơng nghiệp thường áp dụng theo lý thuyết đàn hồi, sơ đồ khớp dẻo, phương pháp dải file excel phần mềm tính tốn dựa tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 tiêu chuẩn nước ACI, ACI-318, BS-8110 Thực tế, cơng trình xây dựng thường gặp trường hợp sàn BTCT có vùng bị giảm yếu cục đa dạng như: mở lỗ kỹ thuật, giảm chiều dày cục phần ô bản, chất lượng bê tông sàn khơng đảm bảo q trình thi cơng vận hành, sử dụng Các vùng giảm yếu cục sàn BTCT ảnh hưởng tới làm việc sàn nói riêng hệ kết cấu cơng trình nói chung Trong cơng tác thiết kế hay khảo sát đánh giá làm việc sàn BTCT, ảnh hưởng trường hợp giảm yếu cục thường gặp thường xét đến xét đến cách khơng đầy đủ Vì đề tài “Phân tích phi tuyến sàn bê tơng cốt thép có vùng bị giảm yếu cục bộ” nghiên cứu, làm rõ ảnh hưởng vùng giảm yếu đến làm việc sàn BTCT, từ đưa biện pháp khắc phục, xử lý cần thiết đề tài có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Mục đích nghiên cứu Mục đích đề tài sử dụng phương pháp số nghiên cứu, phân tích phi tuyến làm việc sàn BTCT trường hợp sàn có vùng bị giảm yếu cục Làm rõ đặc điểm khác trạng thái ứng suất - biến dạng, khả chịu lực phá hoại sàn BTCT có giảm yếu cục so với trường hợp tính toán thiết kế với giả thuyết bỏ qua ảnh hưởng vùng bị giảm yếu, từ đưa biện pháp khắc phục/ xử lý cần thiết Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Sàn bê tơng cốt thép có vùng bị giảm yếu cục - Phạm vi nghiên cứu: Đánh giá trạng thái ứng suất - biến dạng, khả chịu lực phá hoại sàn BTCT có giảm yếu cục có kể đến tính phi tuyến vật liệu phi tuyến hình học Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu sử dụng đề tài luận văn gồm: - Nghiên cứu tổng quan tiêu chuẩn lý thuyết tính toán sàn BTCT, thực tế thiết kế trường hợpsàn BTCT có giảm yếu cục từ đặt vấn đề cần giải - Sử dụng phần mềm tính tốn kết cấu Lira-Sapr 2013 để mơ hình hóa phân tích có kể đến tính phi tuyến vật liệu phi tuyến hình học làm việc sàn BTCT có vùng bị giảm yếu cục bộ, so sánh với trường hợp bỏ qua ảnh hưởng vùng bị giảm yếu 3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Phương pháp tính tốn xây dựng đề tài nghiên cứu sử dụng thực tế để đánh giá khả chịu lực biến dạng sàn BTCT có vùng bị giảm yếu cục Đề tài mở rộng nhằm tính tốn khảo sát khả chịu lực sàn BTCT với nhiều trường hợp giảm yếu khác có thay đổi cơng sử dụng Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận - kiến nghị, tài liệu gồm chương: Chương 1: Tổng quan sàn BTCT trường hợp bị giảm yếu Chương 2: Nghiên cứu xây dựng phương pháp phân tích sàn BTCT có vùng giảm yếu cục sử dụng phần mềm Lira-Sapr Chương 3: Các ví dụ tính tốn khảo sát làm việc sàn BTCT có vùng bị giảm yếu cục sovới trường hợp bỏ qua ảnh hưởng vùng giảm yếu THÔNG 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 116 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu, tổng hợp rút số kết luận sau: Luận văn tổng quan lại phương pháp tính tốn sàn bê tơng cốt thép, tổng hợp trường hợp giảm yếu làm sở cho nghiên cứu việc đánh giá khả chịu lực, biến dạng tuổi thọ sàn BTCT có dạng giảm yếu cục khác Luận văn đề xuất phương pháp phân tích phi tuyến vật liệu phi tuyến vật liệu hình học làm việc sàn BTCT bị giảm yếu cục bộ, từ đánh giá đưa biện pháp xử lý hữu hiệu để đảm bảo, nâng cao chất lượng kết cấu Các giảm yếu cục ảnh hưởng lớn tới phân bố nội lực biến dạng kết cấu sàn BTCT Trong có thay đổi lớn đối mô men theo phương cạnh ngắn (My) Sự giảm yếu cục mặt sàn BTCT dẫn đến việc tăng biến dạng, biến dạng không đối xứng, giảm độ cứng độ bền của mặt sàn Sự giảm yếu cục làm xuất sớm (ở mức tải trọng nhỏ hơn) khe nứt, khớp dẻo phá hoại sàn BTCT Các giảm yếu dạng lỗ kỹ thuật gây tập trung lớn nội lực xung quanh Trong nhiều trường hợp, nội lực trí lớn nội lực xuất vị trí thường coi nguy hiểm - mặt cắt nhịp việc xuất khe nứt, khớp dẻo, phá hoại vị trí sát lỗ kỹ thuật Trong q trình tính tốn thiết kế sàn BTCT có giảm yếu cục cần làm rõ thay đổi, phát sinh ứng suất, biến dạng sàn, từ đưa biện pháp khắc phục, xử lý hợp lý 117 KIẾN NGHỊ Kết nghiên cứu luận văn đưa phương pháp phân tích khảo sát làm việc sàn BTCT có vùng bị giảm yếu cục bộ, hạn chế Để áp dụng vào thực tế sâu rộng hơn, đề tài cần hoàn thiện, nghiên cứu sâu Vì tác giả có số kiến nghị sau: Nghiên cứu, thiết lập phương pháp đánh giá làm việc tính tốn khả chịu lực sàn BTCT có suy giảm dạng khác, đề xuất biện pháp xử lý Nghiên cứu, thiết lập phương pháp đánh giá làm việc tính tốn khả chịu lực cho dạng ô kết cấu khác có suy giảm cục hư hỏng nhiều nguyên nhân khác TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Bộ Xây Dựng (1997), TCVN 2737:1995 Tải trọng tác động Tiêu chuẩn thiết kế, Nhà xuất xây dựng Hà Nội Bộ Xây Dựng (2012), TCXDVN 5574: 2012 Kết cấu bê tông bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế Nguyễn Chí Cơng (2016), Sử dụng phần mềm lira đánh giá làm việc bể chứa bê tông cốt thép bị hư hỏng cục bộ, luận văn thạc sĩ kỹ thuật, trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội Nguyễn Đình Cống (2008), Sàn sườn bê tơng tồn khối Nhà xuất Xây dựng Hà Nội Nguyễn Đình Cống, Ngơ Thế Phong, Phan Quan Minh (2011), Giáo trình kết cấu bê tơng cố thép – Phần cấu kiện Nhà xuất khoa học kỹ thuật Phạm Văn Hùng (2016), Nghiên cứu áp dụng phương pháp dải tính tốn sàn bê tơng cốt thép, luận văn thạc sĩ kỹ thuật, trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội Vũ Mạnh Hùng (1999), Sổ tay kết cấu cơng trình, Nhà xuất Xây dựng Hà Nội Lê Văn Kiểm (2004), Hư hỏng-sửa chữa-gia cường cơng trình Nhà xuất Đại học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh Phan Quang Minh (2007), Thiết kế sàn bê tông ứng lực trước 10 Nguyễn Mạnh Yên (2008), Phương pháp số học kết cấu Nhà xuất Xây dựng Hà Nội Tiếng Anh: 11 ACI 318-02 American standard Building code requirements for concrete 12 Arthur H Nilson, David Darwin, Charles W Dolan – Design of Concrete Structures 13 BS 8110: 1997 British standard Structural use of concrete TiếngNga: 14 ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКСЛИРАСАПР®2015Руководствопользователя.Обучающие примеры, МОСКВА2015  ... tài Phân tích phi tuyến sàn bê tơng cốt thép có vùng bị giảm yếu cục bộ nghiên cứu, làm rõ ảnh hưởng vùng giảm yếu đến làm việc sàn BTCT, từ đưa biện pháp khắc phục, xử lý cần thiết đề tài có. .. hợp sàn BTCT có vùng bị giảm yếu cục đa dạng như: mở lỗ kỹ thuật, giảm chiều dày cục phần ô bản, chất lượng bê tông sàn không đảm bảo q trình thi cơng vận hành, sử dụng Các vùng giảm yếu cục sàn. ..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 BÊTƠNG CỐT THÉP CĨ CÁC VÙNG BỊ GIẢM YẾU CỤC BỘ Chuyên ngành: