Tính toán khả năng chịu cắt của dầm bê tông ứng suất trước theo tiêu chuẩn ACI 318 2011 và tiêu chuẩn TCVN 5574 2012 (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRUỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGƠ THÚY CHUNG TÍNH TỐN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TƠNG ỨNG SUẤT TRƯỚC THEO TIÊU CHUẨN ACI 318-2011 VÀ TIÊU CHUẨN TCVN 5574-2012 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT 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 NGÔ THÚY CHUNG KHĨA: 2015 –2017 TÍNH TỐN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC THEO TIÊU CHUẨN ACI 318-2011 VÀ TIÊU CHUẨN TCVN 5574-2012 Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD&CN Mã số:60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS NGUYỄN TIẾN CHƯƠNG Hà Nội –2017 LỜI CẢM ƠN Sau trình nghiên cứu học tập trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, giảng dạy, bảo, giúp đỡ tận tình thầy giáo, ban chủ nhiệm khoa sau dại học, nỗ lực thân, hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài “Tính tốn khả chịu cắt dầm bê tơng ứng suất trước theo tiêu chuẩn ACI 318-2011 tiêu chuẩn TCVN 5574 -2012” Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy cô ban lãnh đạo nhà trường, lãnh đạo khoa Sau đại học, tập thể thầy cô giáo, cán công nhân viên trường Đại học Kiến trúc Hà Nội đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành trình học tập nghiên cứu Đặc biệt xin cảm ơn thầy giáo, GS TS Nguyễn Tiến Chương tận tình hướng dẫn, bảo để tơi hồn thành luận văn LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan luận văn thạc sĩ cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng Tác giả Ngô Thúy Chung MỤC LỤC Lời cảm ơn  Lời cam đoan  Mục lục  Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt  Danh mục bảng, biểu Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU  Lý chọn đề tài 1   Mục đích nghiên cứu 1   đối tượng phạm vi nghiêm cứu 2   Phương pháp nghiên cứu 2   ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài NỘI DUNG  CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC VÀ KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC 3  1.1 Tổng quan bê tông cốt thép ứng suất trước 3  1.1.1 Đại cương bê tông cốt thép ứng suất trước 3  1.1.2 Ưu điểm bê tông cốt thép ứng suất trước 4  1.1.3 Phân loại bê tông cốt thép ứng suất trước 4  1.1.4 Những u cầu tính tốn cấu kiện bê tông cốt thép ứng suất trước 6  1.1.5 Các phương pháp tính theo ứng suất cho phép 7  2.1 Dầm bê tông cốt thép ứng suất trước ảnh hưởng lực dọc tới khả chịu cắt dầm bê tông cốt thép 12  3.1 Một số mơ hình tính tốn khả chịu cắt dầm bê tông cốt thép dầm bê tông cốt thép ứng suất trước 14  3.1.1 Tổng quan mơ hình tính tốn 14  3.1.2 Mơ hình giàn với xiên góc 45 15  3.1.3 Mơ hình giàn với góc nghiêng thay đổi 18  3.1.4 Mơ hình miền nén 19  3.1.5 Mơ hình chống - giằng 27  CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC TRÊN TIẾT DIỆN NGHIÊNG THEO TCVN 5574-2012 VÀ ACI 318-2011 29  2.1 Tính tốn theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 29  2.1.1 Tính tốn cường độ theo dải nén xiên 29  2.1.2 Tính tốn tiết diện nghiêng theo lực cắt 30 2.1.3 Tính tốn tiết diện nghiêng chịu mơ men uốn…………………… 41 2.2 Tính tốn theo tiêu chuẩn ACI 318-2011 45  2.2.1 Cường độ chịu cắt dầm bê tông ứng suất trước 45  2.2.2 Thiết kế cốt thép đai 48  2.3 Một số nhận xét đánh giá tiêu chuẩn tính tốn, điều kiện áp dụng 49  CHƯƠNG VÍ DỤ TÍNH TỐN 57  3.1 VÍ DỤ 57  3.1.1 Tiêu chuẩn TCVN 5574 - 2012 58  3.1.2 Tiêu chuẩn ACI 318-2011: 60  3.2 VÍ DỤ 63 3.2.1 Tiêu chuẩn TCVN 5574 - 2012 58  3.2.2 Tiêu chuẩn ACI 318-2011: 60  KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 Kết luận 63  Kiến nghị 63  TÀI LIỆU THAM KHẢO  DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 Chữ viết tắt M Mômen uốn Q Lực cắt Qb Lực cắt bê tông chịu Qsw Lực cắt cốt thép đai chịu Qs.inc Lực cắt cốt thép xiên chịu Qmax Lực cắt lớn mép gối Rb Cường độ chịu nén tính tốn bê tơng Rbt Cường độ chịu kéo tính tốn bê tơng Rsw Cường độ chịu kéo tính tốn cốt thép ngang Rsc Cường độ chịu nén tính tốn cốt thép Eb Mô đun đàn hồi bê tông Es Mô đun đàn hồi cốt thép b Chiều rộng tiết diện chữ nhật h h0, h'0 Chiều cao tiết diện chữ nhật Khoảng cách từ hợp lực cốt thép tương ứng với S S' đến biên gần tiết diện Chiều cao làm việc tiết diện x Chiều cao vùng bê tông chịu nén  Chiều cao tương đối vùng bê tông chịu nén, x/h0 s d Khoảng cách cốt thép đai theo chiều dài cấu kiện Bán kính quán tính tiết diện ngang cấu kiện trọng tâm tiết diện Đường kính danh nghĩa cốt thép As, A's Là diện tích tiết diện cốt thép chịu kéo chịu nén As,inc Diện tích tiết diện cốt thép xiên Asw Diện tích tiết diện ngang lớp cốt đai a, a' i Giải thích  Hàm lượng cốt thép A Diện tích tồn tiết diện ngang bê tơng Ab b1 Diện tích tiết diện vùng bê tông chịu nén Mô men qn tính tiết diện bê tơng trọng tâm tiết diện cấu kiện Hệ số xét đến ảnh hưởng cốt thép đai thằng góc với trục dọc cấu kiện Hệ số xét đến khả phân phối lại nội lực bê tông β Hệ số tùy thuộc loại bê tông qsw Nội lực cốt thép đai theo chiều dài cấu kiện Chiều dài hình chiếu tiết diện nghiêng nguy hiểm lên trục dọc cấu kiện Chiều dài hình chiếu vết nứt nghiêng lên trục dọc cấu kiện Góc nghiêng cốt thép xiên với trục dọc cấu kiện Momen tĩnh phần tiết diện quy đổi nằm phía trục qua trọng tâm tiết diện trục ứng suất tiếp trọng tâm tiết diện quy đổi ứng với thời điểm hình thành vết nứt xiên chiều dài đoạn truyền ứng suất đoạn neo I  w1 c c0  Sred xy,crc lp ,lan DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Tiêu chuẩn ACI 318-2011 Chữ viết tắt Mu Mn Ma Icr Es Giải thích Mơmen ngoại lực tác dụng từ tổ hợp lực tính tốn Khả chịu lực cấu kiện , xác định từ điều kiện cụ thể tiết diện Mômen lớn dọc theo trục dầm Mô men quán tính trục qua trọng tâm tiết diện trường hợp tiết diện khơng có khe nứt Mô đun đàn hồi cốt thép Ec s Biến dạng cốt thép chịu kéo  's Biến dạng cốt thép chịu nén f 'c Cường độ chịu nén bê tông fr Cường độ chịu kéo bê tông fy Cường độ chịu kéo cốt thép a b Chiều cao vùng bê tông chịu nén Khoảng cách từ mép biên vùng nén tới lớp thép chịu kéo Khoảng cách từ mép biên vùng nén tới thép chịu kéo Bề rộng tiết diện ngang  Hệ số giảm độ bền cấu kiện  Hàm lượng cốt thép As, A’s Diện tích tiết diện ngang cốt thép chịu kéo chịu nén Vn Cường độ chịu cắt danh định Vs Giá trị danh định lực cắt cốt thép chịu Vc Giá trị danh định lực cắt bê tông chịu d d’ Mô đun đàn hồi bê tông Vci Vcw  cpe d yt Vd Vi Vu dp  cp Vp Giá trị danh định lực cắt bê tơng chịu tính cho trường hợp vết nứt xiên dạng xuất mép dầm tổ hợp lực cắt mô men uốn tạo giá trị danh định lực cắt bê tông chịu tính cho trường hợp vết nứt xiên dạng xuất ứng suất nén bê tông mép dầm ứng lực trước hiệu tạo ứng suất kéo bê tông mép dầm trọng lượng thân tạo khoảng cách từ trục qua trọng tâm đến mép chịu kéo tiết diện lực cắt trọng lượng dầm tạo lực cắt tính tốn tiết diện tương ứng với tổ hợp tải trọng tạo mô men lớn tiết diện M max lực cắt tính tốn tiết diện khoảng cách từ thớ chịu nén xa tiết diện đến trọng tâm cốt thép căng, lấy giá trị không bé 0,8h ứng suất ứng lực trước hiệu tạo trọng tâm tiết diện giao tuyến cánh bụng dầm trường hợp trọng tâm tiết diện nằm cánh dầm Thành phần thẳng đứng ứng lực trước hiệu tiết diện cốt thép căng đặt theo phương xiên DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Bảng 2.1 Giá trị hệ số Thống kê yếu tố ảnh hưởng đến khả chịu cắt dầm bê tông cốt thép ứng suất trước đề cập đến tiêu chuẩn Bảng 2.2 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Hình 1.1 Phân bố ứng suất tiết diện chịu ứng suất trước tâm Hình 1.2 Hình 1.4 Phân bố ứng suất tiết diện chịu ứng suất trước lệch tâm Cấu kiện chịu uốn bê tông cốt thép bê tông cốt thép ứng suất trước Cân tải trọng tập trung Hình 1.5 Cân tải trọng phân bố Hình 1.6 Trạng thái ứng suất dầm có lực dọc tác dụng dọc trục Hình 1.7 Phép tương tự giàn Hình 1.8 Hình 1.11 Cân giàn với góc nghiêng 45 Quan hệ ứng suất - biến dạng bê tông vùng nứt chịu nén Lý thuyết miền nén cải tiến- Cân theo trị số ứng suất trung bình Cân theo ứng suất cục vết nứt Hình 2.1 Sơ đồ nội lực tiết diện nghiêng có cốt thép đai Hình 2.2 Vị trí tiết diện nghiêng bất lợi tải trọng tập trung Hình 2.3 Hình 2.5 Sự thay đổi mật độ cốt đai khoảng tiết diện nghiêng Sơ đồ xác định vết nứt nghiêng nguy hiểm có cốt thép đai cốt thép xiên Biểu đồ quan hệ    () Hình 2.6 sơ đồ nội lực tiết diện nghiêng tính theo momen uốn Hình 2.7 xác định giá trị momen tính theo tiết diện nghiêng Hình 2.8 Sự phá hoại dầm Hình 3.1 Sơ đồ dầm Hình 3.2 Mặt cắt dầm Hình 1.3 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 2.4 MỞ ĐẦU * Lý chọn đề tài Trong lịch sử 50 năm, bê tông ứng suất trước ngày tỏ rõ ưu vượt trội xây dựng kết cấu dầm cầu dầm nhịp lớn nhà cao tầng Nhiều kỹ sư xem ứng suất trước giải pháp thích hợp để mở rộng phạm vi sử dụng kết cấu bê tông cốt thép cho loại cơng trình mà trước chủ yếu sử dụng kết cấu thép Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông bê tông cốt thép TCVN 5574-2012 khả chống cắt dầm bê tông cốt thép ứng lực trước đáp ứng yêu cầu thiết kế nhiều yếu tố chưa xem xét, đánh ảnh hưởng mô men uốn, hàm lượng cốt dọc, ảnh hưởng bê tơng vùng kéo, số lượng cáp, vị trí cáp… Việc ứng dụng TCVN 5574-2012 thiết kế kết cấu bê tơng ứng suất trước hạn chế, thực tế người thiết kế thường sử dụng tiêu chuẩn thiết kế nước ngồi Vì tác giả lựa chọn đề tài “Tính tốn khả chịu cắt dầm bê tơng ứng suất trước theo tiêu chuẩn ACI 318-2011 tiêu chuẩn TCVN 5574-2012” để có nhìn tổng qt đưa kết luận giúp cho việc dần hoàn thiện cơng thức tính tốn cường độ theo khả chịu cắt dầm bê tông ứng suất trước, để giảm bớt khác biệt tiêu chuẩn Việt Nam tiêu chuẩn nước ngồi * Mục đích nghiên cứu Nắm rõ trình tự tính tốn theo khả chịu cắt dầm bê tông ứng suất trước theo tiêu chuẩn ACI 318-2011 Từ so sánh với tiêu chuẩn hành TCVN 5574-2012 Đưa nhận xét kiến nghị phương pháp phân tích tính tốn theo khả chịu cắt dầm bê tông ứng suất trước cách tốt 2 * Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Dầm bê tông cốt thép ứng suất trước Phạm vi nghiên cứu: Khả chịu cắt * Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp tính tốn theo tiêu chuẩn ACI 3182011 để đánh giá khả chịu cắt dầm bê tông ứng suất trước thơng qua ví dụ tính tốn với số liệu cụ thể Sau so sánh kết tính tốn với kết tính tốn theo tiêu chuẩn hành TCVN 5574-2012 * Ý nghĩa khoa học Giới thiệu làm sáng tỏ phương pháp tính tốn theo khả chịu cắt dầm bê tông ứng suất trước theo tiêu chuẩn ACI 318-2011 So sánh kết tính tốn với kết tính tốn theo tiêu chuẩn hành TCVN 5574-2012 * Cấu trúc luận văn NỘI DUNG Ngồi phần MỞ ĐẦU VÀ KẾT LUẬN, luận văn có phần NỘI DUNG bao gồm chương Chương 1: Tổng quan bê tông ứng suất trước khả chịu cắt dầm bê tông cốt thép dầm bê tông cốt thép ứng suất trước Chương 2: Phương pháp tính tốn khả chịu cắt dầm bê tông cốt thép ứng suất trước tiết diện nghiêng theo tiêu chuẩn TCVN 5574-2012 ACI 318-2011 Chương 3: Ví dụ tính tốn 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 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A Kết luận Từ kết nghiên cứu lý thuyết thơng ví dụ cụ thể tính tốn cốt thép chịu cắt dầm bê tông cốt thép cho kết luận sau: ACI 318 TCVN 5574:2012 chủ yếu dựa làm việc thực nghiệm để hình thành cơng thức tính tốn cốt thép đai Cả hai tiêu chuẩn kể đến đóng góp bê tơng vào khả chịu cắt tổng thể dầm Việc thiết kế cốt thép đai ACI 318 dựa thực nghiệm với vết nứt nghiêng với trục hoành góc khoảng 45o; TCVN 5574:2012 dựa tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất, thơng qua mơ hình đại số Khi thiết kế cốt thép đai TCVN 5574:2012 không kể đến tương tác mô men uốn lực cắt có mặt cốt thép dọc; ACI 318 kể đến tính tốn khả chịu lực cắt bê tông; Với cơng thức lập được, việc tính tốn cốt thép đai hai tiêu chuẩn giống nhau, dựa phương pháp thử sai dựa việc giả thiết đường kính cốt thép đai, số nhánh tính tốn khoảng cách cần thiết để chịu đủ lực cắt ngoại lực tiết diện nghiêng; Trong TCVN nhiều yếu tố ảnh hưởng khác bê tông vùng kéo, hàm lượng cốt dọc, momen uốn, góc nghiêng vết nứt chưa đề cập tới, quy trình tính tốn khả chịu cắt dầm bê tông cốt thép phức tạp phụ thuộc vào nhiều hệ số Nhịp chịu cắt tiêu chuẩn TCXDVN 5574-2012 ảnh hưởng đến khả chịu cắt bê tông lớn Trong tiêu chuẩn ACI 3182011 khơng kể đến ảnh hưởng Vì cần cân nhắc xét đến yếu tố ảnh hưởng đến khả chịu cắt theo TCVN Ta thấy, loại vật liệu, loại tải trọng, tốn thiết kế, tính theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2012 cho giá trị thép đai nhỏ 68 tiêu chuẩn ACI 318-2011 Trong toán kiểm tra, tiêu chuẩn TCVN 55742012 cho giá trị lực cắt dầm nhỏ ACI318-2011 B Đề xuất, kiến nghị phương pháp nghiên cứu tiếp Do khuôn khổ luận văn thời gian thực đề tài hạn chế nên khối lượng thực chưa lớn, kết chưa bao quát nhiều vấn đề Tuy nhiên từ kết nghiên cứu đề tài, ta thấy ảnh hưởng vị trí số lượng cáp ứng lực trước ảnh hưởng bê tông vùng kéo đến khả chịu cắt dầm bê tông cốt thép ứng suất trước rõ rệt mức độ ảnh hưởng cần xem xét tính tốn thiết kế kết cấu bê tông ứng suất trước Nghiên cứu thực nghiệm để có kết minh chứng cho sở lý thuyết phân tích 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thế Anh (2003), “Nghiên cứu khả chịu cắt dầm bê tông cốt thép”, Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật, Trường Đại học Xây dựng – Hà Nội Nguyễn Tiến Chương (2012), “Kết cấu bê tông ứng suất trước”, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Nguyễn Tiến Chương (2014), “Kết cấu bê tông ứng suất trước căng sau”, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Nguyễn Đình Cống (2007), “Tính tốn thực hành cấu kiện bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005”, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Bộ Xây dựng, “Kết cấu bê tông ứng suất trước – Chỉ dẫn thiết kế theo TCXDVN 356:2005”, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Nguyễn Trung Hòa (2006), “Kết cấu bê tông bê tông cốt thép theo quy phạm Hoa Kỳ”, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Nguyễn Ngọc Phương (2008), “Tính tốn khả chịu cắt bê tông dầm bê tông ứng lực trước theo số tiêu chuẩn thiết kế”, Báo Xây dựng & Đô thị Nguyễn Ngọc Phương (2014), “Khả chịu cắt dầm bê tông cốt thép ứng lực trước”, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội Trần Mạnh Tn (2003), “Tính tốn kết cấu bê tơng cốt thép theo tiêu chuẩn ACI 318-2012”, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội 10 "Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 365 -2005" (2005), NXB Xây dựng, Hà Nội 11 TCVN 5574:2012, “Kết cấu bê tông bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế” 70 12 ACI Committee 318 (2014), Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14) and Commentary (ACI 318R-14), American Concrete Institute, Farmington Hills, MI  ... PHÁP TÍNH TỐN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC TRÊN TIẾT DIỆN NGHIÊNG THEO TCVN 5574- 2012 VÀ ACI 318- 2011 29  2.1 Tính tốn theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574: 2012 ... CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC VÀ KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC 3  1.1 Tổng quan bê tông cốt thép ứng suất trước 3 ... sáng tỏ phương pháp tính tốn theo khả chịu cắt dầm bê tông ứng suất trước theo tiêu chuẩn ACI 318- 2011 So sánh kết tính tốn với kết tính tốn theo tiêu chuẩn hành TCVN 5574- 2012 * Cấu trúc luận