Nghiên cứu khống chế dao động của sàn liên hợp thép bê tông nhịp lớn khi thiết kế

1 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÙI THANH NHIÊN NGHIÊN CỨU KHỐNG CHẾ DAO DỘNG CỦA SÀN LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG NHỊP LỚN KHI THIẾT KẾ Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình Dân dụng Cơng nghiệp Mã số: 60.58.02.08 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2018 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN ANH THIỆN Phản biện 1: GS.TS PHẠM VĂN HỘI Phản biện 2: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật xây dựng cơng trình Dân dụng Công nghiệp họp Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 07 tháng 07 năm 2018 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa - Thư viện Khoa Xây dựng dân dụng Công nghiệp, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Sàn liên hợp thép bê tông công nghệ hàng đầu ngành xây dựng giới nói chung Việt Nam nói riêng Trước kia, sử dụng kết cấu bê tông cốt thép thơng thường, cơng trình nhà cao tầng đòi hỏi kích thước cấu kiện kết cấu lớn, nặng nề, tốn kém, giảm không gian sử dụng giảm tính thẩm mỹ Để khắc phục nhược điểm trên, giải pháp kết cấu liên hợp thép bê tông sử dụng phổ biến cho cơng trình nhà nhiều tầng nhà khung nhịp lớn Kết cấu tận dụng ưu điểm riêng đặc trưng lý vật liệu thép bê tông để tạo kết cấu liên hợp có khả chịu lực độ tin cậy cao, đồng thời tăng cường khả chống cháy Cơng trình sử dụng kết cấu liên hợp đáp ứng công sử dụng cao, hiệu kinh tế đảm bảo tính thẩm mỹ Bên cạnh ưu việt mà sàn liên hợp thép bê tông mang lại có vấn đề đặt ra: sàn liên hợp thép bê tông nhịp lớn trước yếu tố tác động dao động nào, cách để kiểm soát hạn chế rung động cần quan tâm nghiên cứu điều cần thiết Vậy nên đề tài “Nghiên cứu khống chế dao động sàn liên hợp thép bê tông nhịp lớn thiết kế” có ý nghĩa thực tiễn Mục tiêu nghiên cứu đề tài a) Mục tiêu tổng quát: Nhận dạng dao động sàn liên hợp - thép bê tông nhịp lớn biện pháp hạn chế dao động b) Mục tiêu cụ thể: - Nghiên cứu dao động sàn liên hợp thép bê tông hoạt động người - Nghiên cứu biện pháp kiểm soát khống chế dao động kết cấu sàn liên hợp thép - bê tông nhịp lớn Đối tượng nghiên cứu: - Sàn liên hợp thép - bê tông nhịp lớn Phạm vi nghiên cứu: - Hạn chế dao động kết cấu sàn liên hợp thép - bê tông hoạt động người Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu sở lý thuyết dao động sàn liên hợp thép - bê tông - Phương pháp mô phỏng: Sử dụng phần mềm SAP2000 để mô dao động hệ kết cấu sàn liên hợp thép – bê tông Cơ sở khoa học thực tiễn luận văn: Nghiên cứu luận văn dựa Hướng dẫn thiết kế Hoa Kỳ (AISC DG11) biên soạn xuất tháng năm 2016 số tài liệu tham khảo liên quan Ngồi luận văn áp dụng kiến thức sức bền vật liệu, học kết cấu phầm mềm SAP2000 để tính tốn dao động theo AISC DG11 Bố cục đề tài: Chương 1: Tổng quan sàn liên hợp thép - bê tông 1.1 Quá trình hình thành phát triển kết cấu liên hợp thép - bê tơng 1.2 Một số cơng trình sử dụng kết cấu liên hợp thép - bê tông 1.3 Đặc tính kết cấu liên hợp thép - bê tơng 1.4 So sánh tính ưu việt kết cấu liên hợp thép - bê tông so với kết cấu khác 1.5 Tổng quan sàn liên hợp thép - bê tông 1.6 Kết luận chương I Chương 2: Một số vấn đề dao động sàn liên hợp thép bê tông 2.1 Giới thiệu rung động sàn liên hợp thép - bê tông 2.2 Lý thuyết thiết kế rung động sàn liên hợp thép - bê tông theo tiêu chuẩn Mỹ (AISC DG11) 2.3 Thiết kế sàn liên hợp thép - bê tông nhịp lớn cho kích thích 2.4 Kết luận chương Chương 3: Kiểm soát hạn chế dao động sàn liên hợp thép bê tơng nhịp lớn 3.1 Ví dụ thiết kế sàn liên hợp thép bê tông nhịp lớn cho kích thích 3.2 Khống chế dao động sàn liên hợp thép bê tông thiết kế 3.3 Kết luận chương Kết luận kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ SÀN LIÊN HỢP THÉP BÊ TƠNG 1.1 Q trình hình thành phát triển kết cấu liên hợp thép - bê tông Lịch sử phát triển kết cấu hỗn hợp thép – bê tông gắn liền với lịch sử phát triển kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) Thực chất kết cấu cá biệt kết cấu BTCT 1.1.1 Quá trình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp thép – bê tông giới Việc nghiên cứu ứng dụng phát triển kết cấu liên hợp thép - bê tông dùng lĩnh vực xây dựng nhiều quốc gia quan tâm 1.1.2 Quá trình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp thép – bê tông Việt Nam Năm 2006, “ Giáo trình Kết cấu liên hợp thép – bê tơng” PGS.TS Phạm Văn Hội viết theo tiêu chuẩn Eurocode (Design of Composite Steel and Concrete Structures) tài liệu ứng dụng tiêu chuẩn để thiết kế cấu kiện liên hợp thép – bê tông Việt Nam 1.2 Một số cơng trình sử dụng kết cấu liên hợp thép - bê tông 1.2.1 Một số cơng trình tiêu biểu sử dụng kết cấu liên hợp thép bê tơng giới Hình 1.4 Tòa nhà 35 tầng Major Bank Dallas, Texas (USA) Tháp Thiên niên kỷ (Viên – Áo), tòa nhà có 55 tầng với diện tích khoảng 1000m2 có chiều cao 202m (bao gồm awngten) 4 Hình 1.5 Tháp Thiên niên kỷ (Viên-Áo) 1.2.2 Một số công trình tiêu biểu sử dụng kết cấu liên hợp thép bê tông Việt Nam Bitexco Finaancial Tower xây dựng diện tích 5.267m2 quy mơ 68 tầng với chiều cao 262m Tòa nhà thiết kế thép kính Hình 1.8 Trung tâm thương mại tài Bitexco, TP Hồ Chí Minh Vietinbank Tower Hà Nội bao gồm tòa tháp, liên kết với khối đế tầng Tháp thứ cao 68 tầng, tháp thứ hai cao 48 tầng 5 Hình 1.9 Vietinbank Tower, Hanoi 1.3 Đặc tính kết cấu liên hợp thép – bê tông 1.3.1 Kiến trúc 1.3.2 Kinh tế 1.3.3 Chịu nhiệt chống ăn mòn 1.3.4 Thi cơng 1.4 So sánh tính ưu việt kết cấu liên hợp thép – bê tông so với kết cấu khác 1.5 Tổng quan sàn liên hợp thép - bê tông 1.5.1 Yêu cầu cấu tạo sàn liên hợp thép - bê tơng Hình 1.12 Sàn liên hợp với tơn thép định hình 1.5.2 Sự làm việc sàn liên hợp thép - bê tông 1.5.2.1 Ba dạng làm việc liên hợp Hình 1.16 Sự làm việc sàn liên hợp Độ cứng sàn liên hợp : 1.5.2.2 Các dạng phá hoại Hình 1.17 Tiết diện phá hoại dạng phá hoại khác 1.6 Kết luận chương Với tính chất làm việc, tương tác loại vật liệu kết cấu liên hợp có nhiều ưu việt, nên việc phát triển lý thuyết tính tốn kết cấu liên hợp phát triển song song với sư phát triển công nghệ xây dựng nhà cao tầng Với cơng trình u cầu nhịp lớn cao tầng kết cấu bê tông cốt thép thông thường bộc lộ rõ giới hạn mình, kích thước kết cấu chịu lực chính, cột, dầm lớn, tiến độ thi cơng chậm Do đó, việc áp dụng kết cấu liên hợp cơng trình nhịp lớn, cao tầng tất yếu dạng kết cấu với tính ưu việt, phù hợp với phát triển không ngừng đất nước 7 CHƯƠNG MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ DAO ĐỘNG SÀN LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG 2.1 Giới thiệu rung động sàn liên hợp thép – bê tông Thuật ngữ “rung động” áp dụng cho sàn dao động tòa nhà người cư ngụ trình hoạt động hàng ngày Chuyển động thường dọc (lên xuống), rung động theo chiều ngang có, hậu rung động khơng gây phiền tối cho người sử dụng mà ảnh hưởng đến đồ đạc, phụ kiện, chí cấu trúc tòa nhà Các rung động gây hậu nặng nề động đất vụ nổ nằm phạm vi nghiên cứu đề tài 2.2 Lý thuyết thiết kế rung động sàn liên hợp thép – bê tông theo Hướng dẫn thiết kế Hoa Kỳ (AISC DG11) [3] 2.2.1 Nguyên lý rung động sàn Các lực lặp lặp lại phụ thuộc thời gian người gây biểu diễn chuỗi Fourier : F (t ) = Q +   i Q sin (2if stept − i ) N i =1 Trong đó: + N: số lượng sóng hài xem xét + Q: trọng lượng thể người, lb + αi: Hệ số động cho lực điều hòa thứ i + i: Sóng hài (1, 2, 3, ) + fstep :tần số bước, Hz + t: Thời gian, s + ϕi: pha dao động điều hòa thứ i, rad 2.2.2 Tiêu chuẩn đánh giá việc với tần số thấp tầng số cao Hình 2.4 Giới hạn cho phép tần số gia tốc đỉnh [3] (2.1) 2.2.2.1 Tần số thấp (9 Hz) 2.2.3 Tần số tự nhiên hệ thống sàn liên hợp f n = 0,18 với  = g  (2.14) 5wL4 : chuyển vị tương đối, in 384 E s I t Đối với chế độ kết hợp theo mối quan hệ Dunkerley cơng thức (3.4) viết lại sau: f n = 0,18 g  j + g (2.15) Trong đó: + ∆g: chuyển vị dầm chính, in + ∆j : chuyển vị dầm phụ, in Đối với nhà cao tầng, tần số cột gây vấn đề cộng hưởng nghiêm trọng với nhịp điệu hoạt động , đặc biệt aerobics Phương trình (2.15) viết lại sau: f n = 0,18 g  j +  g + c (2.16) Trong đó: + ∆c: chuyển vị cột tải trọng tác động , in 2.3 Thiết kế sàn liên hợp thép - bê tơng nhịp lớn cho kích thích 2.3.1 Tiêu chuẩn áp dụng ap g = P0 e −0,35 f n a0  W g (2.22) Các giá trị tải trọng bộ, P0; hệ số giảm, R, (xem phương trình 2.4 luận văn) Giới hạn gia tốc cho phép a0/g tra bảng 2-2 sau đây: Bảng 2.2 Khuyến nghị gia tốc giới hạn thiết kế sàn [3] Nơi áp dụng Gia tốc giới hạn ao/g × 100% Văn phòng, hộ, nhà thờ, trường học khu vực yên tĩnh 0.5% Trung tâm thương mại 1.5% 2.3.2 Các thông số yêu cầu bắt buộc Khối lượng hiệu quả, W 9 Khối lượng hiệu ước tính cách xác định khối lượng dầm phụ, dầm sau kết hợp chúng theo tỷ lệ tương đối, xác định cơng thức sau: W = wBL Trong đó: + B: chiều rộng hiệu sàn, in + L: khoảng cách nhịp, in (2.23) + w: tải trọng phân bố đơn vị diện tích, psf Hình 2.9 Tổng trọng lượng hệ thống sàn Đối với chế độ kết hợp, trọng lượng tương đương sàn xác định theo công thức: W= j  j + g Wj + g  j + g Wg (2.24) Với + Wg : Trọng lượng hiệu sàn cho dầm chính, lb + Wj : Trọng lượng hiệu sàn cho dầm phụ, lb Wg ,Wj: xác định cơng thức (2.23), tăng thêm 50% dầm liên tục chiều dài dầm lớn 0,7 lần chiều rộng hiệu sàn cho dầm xét + ∆g : chuyển vị dầm chính, in + ∆j : chuyển vị dầm phụ, in Nếu 0,5  Lg Bj  thay ∆g công thức (2.24) thành chuyển vị giảm,  g ,xác định công thức sau: ' g = ' Lg Bj ( ) g Công thức (2.24) viết lại sau: (2.25) 10 W = j  j + g Wj + g '  j + g ' Wg (2.26) Chiều rộng sàn Hình 2.10 Chiều rộng tham gia làm việc dầm phụ Đối với dầm phụ, chiều rộng tham gia làm việc, Bj, xác định công thức: D Bj = C j  s D  j     1/ 2 L j     chiều rộng sàn 3 (2.27) Với + Cj = dầm hầu hết khu vực xét, Cj = dầm song song với cạnh tự + Ec: modul đàn hồi bê tông, Ec = w1,5 f c ' , ksi, w trọng lượng riêng bê tông f c ' cường độ chịu nén bê tông + Ec = 29000 ksi : modul đàn hồi thép 12d e + Ds = : momen quán tính đơn vị chiều rộng theo hướng 12n nhịp sàn tính, in.4/ft + de: chiều dày hiệu sàn bê tông, lấy chiều cao bê tông sàn nửa chiều cao phần thép định hình + Ij: moment quán tính dầm xét, in.4 + Lj: chiều dài dầm phụ, ft + S: khoảng cách dầm phụ, ft 11 +n = Es tỉ lệ chuyển đổi vật liệu tương đương, dùng để tính tốn tương 1,35Ec đương mặt cắt ngang bê tông với mặt cắt ngang thép nhằm đơn giản tính tốn Hình 2.11 Chiều rộng tham gia làm việc dầm Đối với dầm chính, chiều rộng tham gia làm việc (ngoại trừ dầm biên) xác định theo công thức sau:  Dj Bg = C g  D  g     1/ 2 Lg     3 chiều dài sàn (2.31) Với + Cg = 1,8 dầm chịu cắt, Cg = 1,6 dầm có hỗ trợ mặt bích với gối đệm + Dg : độ cứng uốn dầm đơn vị chiều rộng, in.4/ft + Lg: chiều dài dầm chính, ft Hệ số cản, β, ước tính cách tích lũy thành phần Ví dụ sàn với trần ống dẫn hỗ trợ khu vực văn phòng điện tử có β = ∑βi = 0,01 + 0,01 + 0,005 = 0,025 2,5% 2.4 Kết luận chương Tiêu chí thiết kế chương dựa phản ứng động hệ thống dầm sàn thép liên hợp tác động lực người Một thông số quan trọng cho thiết kế đánh giá rung động cho hệ thống sàn liên hợp tần số tự nhiên Toàn hệ thống lý thuyết tính tốn chương cụ thể hóa ví dụ chương 12 CHƯƠNG KIỂM SOÁT VÀ KHỐNG CHẾ DAO ĐỘNG SÀN LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG NHỊP LỚN 3.1 Ví dụ thiết kế sàn liên hợp thép bê tơng nhịp lớn cho kích thích 3.1.1 Sơ đồ khối thuật toán đánh giá dao động hệ thống sàn liên hợp BẢN SÀN Tính: n = Es/(1,35Ec) Xác định thông số đầu vào: he, hd, de… DẦM PHỤ DẦM CHÍNH Tính Ig : Tính Ij : 𝑑 𝑦̅ = 𝑏 ℎ 𝐴𝑠 (ℎ𝑑 + )−( ℎ𝑐 𝑐 ) 𝑛 2 𝑑 ℎ (𝑦̅ + 𝑛 𝑐 ℎ𝑐 𝑏ℎ𝑐3 + 12𝑛 ∆j = ℎ 𝑑 (𝑦̅ + 𝑛 𝑒 wj = S (TT + HT + wtconc + wtdeck) + wtbeam 5𝑤𝑗 𝐿𝑗 𝑛 𝑏 𝑑𝑒 ℎ𝑐 g fj = 0,18 √∆ 𝑗 𝑑 𝑏𝑑𝑒3 12𝑛 𝑑𝑒 2 ) wg = Lj (wj/S) +wtgirder ∆j = 384𝐸𝑆 𝐼𝑗 Ig = Ix + As( 2𝑑 + − 𝑦̅) + 𝑏 ) 2 𝐴𝑠 + 𝑏 𝐴𝑠 + ℎ 𝑐 𝑛 Ij = Ix + As(ℎ𝑑 + − 𝑦̅) + 𝑏 𝑦̅ = ℎ 𝑑 𝑏 𝑑 𝐴𝑠 ( 𝑑 + )−( 𝑑𝑒 𝑒 ) 5𝑤g 𝐿g 384𝐸𝑆 𝐼g g fg =0,18 √∆ g + 13 1/4 Bj = Cj (𝐷𝑠 /𝐷𝑗 ) 𝐿𝑗 ≤ 2/3 chiều rộng sàn Với: Cj = 1: Dầm biên Cj = 2: Trường hợp lại Ds = 𝑑𝑒3 /12n Dj = Ij/S 1/4 Bg = Cg (𝐷𝑗 /𝐷𝑔 ) 𝐿𝑔 ≤ 2/3 chiều dài sàn Với: Cg = 1,8: Dầm chịu cắt Cj = 1,6: không Dg = Lg/Bj Bg = 2/3Lj Nếu dầm biên Wg = (wg/Lj)BgLg (x1,5 Lg/Bg > 0,7) Wj = (wj/S)BjLj (x1,5 Lj/Bj > 0,7) LÀM VIỆC LIÊN HỢP 0,5≤ Lg/Bj≤1 fn = 0,18 √g/(∆𝑗 + ∆g ) ∆′g = (Lg/Bj)∆g Thay ∆ ∆′ W= ĐÁNH GIÁ DAO ĐỘNG P0 e −0,35 f n a0 =  g W g ap j  j +g Wj + g  j +g Wg 14 3.1.2 Ví dụ tính toán đánh giá dao động sàn liên hợp - thép bê tơng dựa AISC DG11 Ví dụ 1: Một sàn liên hợp thép – bê tông thiết kế cho văn phòng làm việc có kích thước: chiều rộng sàn 27m chiều dài sàn 36m , tĩnh tải 0,2 KN/m2, hoạt tải 0,5 KN/m2 Chiều dày sàn tổng cộng 130mm, chiều dày phần thép định hình sàn 40mm Sàn bê tơng có cấp bền C30/37 ( f c ' = 30(MPa) , wc = 2400 Kg/m3, Ec =24000 MPa ), trọng lượng phần sàn thép định hình 10 Kg/m2 Cho hệ số cản β = 0,03 Dầm phụ thép W460x52, dầm W530x74 theo thông số vật liệu ASTM A992 Đánh giá dao động sàn hoạt động gây Hình 3.1 Diện tích sàn xét tính tốn Lời giải: Số liệu đầu vào Theo ASTM A992, Steel Construction Manual (ASIC, 2011), ta có: Fy = 345 MPa, Fu = 450 MPa, Dầm W530x74: d = 528,32 mm A = 9483,85 mm2 wt = 74,4 kG/m Dầm phụ W460x52: Ix = 2,12 x 108 mm4 A = 6645,15 mm2 d = 449,58 mm Ix = 4,10 x 108 mm4 wt = 52,08 kG/m Kích thước hình học sàn: Chiều rộng = 27 (3x9) m, chiều dài: 36 (3x12) m, Hệ số cản β = 0,03 Khoảng cách dầm phụ S = 3m 15 Tính tốn dầm phụ Mơ đun đàn hồi bê tông thép: Ec = 24000 Mpa, Es = 210 x103 MPa Trọng lượng sàn (slab + deck) = (0,08+0,05/2)(2400)+10 = 262 kg/m2 = 2,62 KN/m2 Tính tỉ lệ chuyển đổi Es 210  10 n= = = 6,48 1,35Ec 1,35  24000 Hình 3.2 Mặt cắt ngang ô sàn Chiều rộng tham gia làm việc sàn bê tông : b = Min[ 0,4 L j , S] = min[0,4 x 12m , m] = 3m Chiều dày sàn bê tông hiệu quả: h = hc = 0,08m Chiều rộng sàn bê tông thay đổi: b = = 0,46m n 6,48 Chiều dày lớp bê tơng sàn hc = 0,08m, diện tích mặt cắt bê tơng thay đổi: 0,08 x 0,46 = 0,04m2 Vị trí mặt cắt ngang sàn liên hợp tính từ đỉnh sàn: y= (0,04)   0,45  + 0,05 +  0,08      = 0,27(m) 0,04 + 6645,15  10 −6 Moment quán tính dầm phụ liên hợp: 460  80 80  449,58  Ij = + 40000   + 50 + − 270  + 2,12  10 + 12   6645,15  270 = 7,9  10 mm Tải phân bố tác dụng lên dầm phụ xác định sau: wj = x (0,5 + 0,2 +2,62) + 52,08 x 0,00981 = 10,47 kN/m 16 Độ võng dầm phụ tương ứng:  10,47  12000 j = = = 17,03mm 384 E s I j 384  210000  7,9  10 5w j L j Tần số theo công thức 2.14 g 9,806 = 0,18 = 4,32(Hz ) j 17,03  10 −3 f j = 0,18 Chiều dày bê tông trung bình: d e = hc + hd 50 = 80 + = 105(mm) 2 Moment quán tính đơn vị chiều rộng theo hướng nhịp sàn: ( Ds = de 105 = = 14883,75 mm3 12n 12  6,48 ) Moment quán tính đơn vị chiều rộng theo hướng dầm phụ: Dj = Ij S = 7,9  10 = 263441,05 mm3 3000 ( ) Bề rộng tham gia làm việc dầm phụ: Cj =2,0 D Bj = C j  s D  j     1/  14883,75  Lj = 2   263441,05  1/ 2  12 = 11,70     27 = 18(m ) 3 Thỏa điều kiện đặt nên chiều rộng hiệu tính tốn 11,70 m Ta có Lj Bj = 12 = 1,03  0,7 Vậy nên 11,7  wj W j = 1,5    S  10,47  B j L j = 1,5   11,7  12 = 735,11(kN )  Tính tốn dầm Chiều rộng tham gia làm việc sàn bê tông : b = min[ 0,2 L g , 0,5 L j ,left ] + min[ 0,2 L g , 0,5L j ,right ] = min[0,2 x 9m; 0,5 x 12m] + min[0,2 x 9m; 0,5 x 12m] = 1,8 m + 1,8 m = 3,6 m Chiều rộng sàn bê tông thay đổi (vùng bê tông sàn) : b 3,6 = = 0,56m n 6,48 Chiều rộng sàn bê tông thay đổi (vùng bê tơng thép định hình) b / 1,8 = = 0,28m n 6,84 Diện tích mặt cắt bê tông thay đổi (vùng bê tông sàn), với chiều dày lớp bê 17 tông hiệu dụng hc = 0,08 m: 0,56 x 0,09 = 0,04 m2 Diện tích mặt cắt bê tông thay đổi (vùng bê tông thép định hình), với chiều dày lớp bê tơng hiệu dụng hd = 0,05 m: 0,28 x 0,05 = 0,01 m2 Vị trí mặt cắt ngang sàn liên hợp tính từ đỉnh sàn: (0,04) 0,5832 + 0,05 + 0,08  + (0,01) 0,5832 + 0,05   y= 2   0,04 + 0,01 + 9483,85  10 −6  = 0,29(m ) Moment quán tính dầm liên hợp: 560  80 80  528,32  Ig = + (40000) + 50 + − 290  + 12   280  50  528,32 50  + (10000) + − 290  + 4,10  10 + 9483,85  290 12   ( = 1,42  10 mm ) Tải tập trung tương đương tác dụng lên dầm xác định sau:  wj wg = L j   S   + trọng lượng dầm đơn vị chiều dài   10,47  = 12    + 74,40  0,00981 = 42,61(kN / m )   Độ võng tương ứng: g = 5w g L g 384 E s I g =  42,61  9000 = 12,24(mm) 384  210000  1,42  10 Tần số theo công thức: f g = 0,18 g 9,806 = 0,18 = 5,10(Hz ) g 12,24  10 −3 Moment quán tính đơn vị chiều rộng theo hướng dầm phụ: Dj = 263441,05 (mm3) Độ cứng uốn dầm đơn vị chiều rộng tính theo công thức: 1,42  10 Dg = = = 118046,67 mm Lj 12000 Ig ( ) Bề rộng tham gia làm việc dầm chính: Cg =1,8 18  Dj Bg = C g  D  g Lg Ta có Bg  wg Wg =  L  j     = 1/  263441,05  L g = 1,8     118046,67  1/ 2  = 19,8(m )     36 = 24(m ) 3 = 0,45  0,7 Vậy nên 19,8   B g L g = 42,61  19,8  = 632,82(kN )  12  Sự làm việc liên hợp Tần số theo công thức: g 9,806 = 0,18 = 3,29(Hz )  j + g (17,03 + 12,24)  10 −3 f n = 0,18 Ta có 0,5  g = ' Lg Bj Lg Bj ( ) = g = = 0,77  , Tính độ lệch giảm  g ' 11,7  12,24 = 9,41(mm) 11,7 Công thức (2.26) ta có khối lượng sàn liên hợp xác định sau: W = = j  j + g Wj + g '  j + g ' Wg 17,03 9,41  735,11 +  632,82 = 698,71(kN ) 17,03 + 12,24 17,03 + 9,41 Đánh giá dao động sàn hoạt động Gia tốc đỉnh xác định công thức (2.22), với P0 = 65 lb = 0,289 kN, hệ số cản β = 0,03 ap g = P0 e −0,35 f n a0  = 0,5% W g = 0,289  e −0,353, 29 = 0,0043 = 0,43% 0,03  698,71 Ta có ap g = 0,43%  a0 = 0,5% g Kết luận: Sàn đạt yêu cầu dao động Ví dụ 2: Số liệu tính tốn giống ví dụ 1, tăng chiều dày sàn tương ứng với khoảng cách dầm phụ S 2,25m, 3,00m 4,50m Đánh giá dao động sàn hoạt động gây 19 Lời giải: Giải tương tự ví dụ ta bảng kết sau: Bảng 3.1 Kết đánh giá dao động sàn tăng chiều dày sàn với khoảng cách dầm phụ thay đổi Chiều dày sàn h (m) S1 = 2,25m S2 = 3,00m S3 = 4,5m [a0 /g] [∆]=L/350 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,45 0,41 0,37 0,34 S1(2,25m) - ∆ 0,49 23,89 23,78 23,7 23,64 23,56 S2(3,00m) - ap 0,53 0,48 0,44 0,40 0,36 S2(3,00m) - ∆ 26,29 26,36 26,45 26,52 26,55 S3(4,50m) - ap 0,58 0,52 0,46 0,42 0,38 S3(4,50m) - ∆ 31,68 32,06 32,41 32,67 32,85 S1(2,25m) - ap 0,5 25,71 Ví dụ 3: Số liệu tính tốn giống ví dụ 1, dầm thép ban đầu dầm thép có dầm (DC) W460x74, dầm phụ (DP) W460x52 Tăng độ cứng hệ thống sàn cách tăng độ cứng dầm (DP: W460x52, DC: W530x82), (DP: W460x52, DC: W530x101) dầm phụ (DP: W460x74, DC: W530x74), (DP: W460x97, DC: W530x74) Đánh giá dao động sàn hoạt động gây Lời giải: Giải tương tự ví dụ ta bảng kết sau: 20 Bảng 3.2 Kết đánh giá dao động sàn tăng độ cứng dầm dầm phụ Bảng đánh giá dao động tăng kích thước dầm Dầm phụ dầm tần số dầm phụ fj Tần số sàn dầm fg liên hợp fn DP: W460x52 DC: W530x74 4,32 5,1 Thiết kế thay đổi DP: W460x52 dầm lần DC: W530x82 4,32 Thiết kế thay đổi DP: W460x52 dầm lần DC: W530x101 4,32 Thiết kế thay đổi DP: W460x74 dầm phụ lần DC: W530x74 5,09 Thiết kế thay đổi DP: W460x97 dầm phụ lần DC: W530x74 [a0/g] [∆]=L/350 5,7 Thiết kế ban đầu ap/g Độ võng Δ (mm) 3,29 0,44%g 26,45 3,36 0,43%g 25,59 3,49 0,41%g 24,00 3,58 0,40%g 22,76 3,76 0,36%g 21,16 5,35 5,92 5,04 4,99 0,50 25,71 3.1.3 Đánh giá dao động sàn liên hợp - thép bê tông phần mềm SAP2000 Thơng số đầu vào giống ví dụ Đánh giá của người SAP2000 cho sàn (2-3)/(B-C), có kích thước 9m x12m,W = 168lb = 747N, vận tốc 1,5m/s, sải bước = 0,75m, thời gian xung = 0,45s Hình 3.4 Chi tiết ô sàn (2-3)/(B-C) xem xét dao động Kết gia tốc sàn vị trí điểm a điểm b 21 Hình 3.5 Gia tốc sàn vị trí điểm a Hình 3.6 Gia tốc sàn vị trí điểm b Kết tính tốn theo Nội dung Kết tính tốn theo Hướng dẫn thiết kế Hoa Kỳ (AISC phương pháp PTHH so sánh DG11) (SAP2000 V20) Gia tốc tính tốn ap 0,44%g 0,41%g 22 3.2 Khống chế dao động sàn liên hợp thép bê tông thiết kế 3.2.1.Tăng chiều dày sàn bê tơng Kết tính tốn ap/g Thiết kế ban đầu h = 0,13m Thiết kế thay đổi h = 0,15m 0,44%g 0,36%g 0,39%g 0,28%g Theo AISC 11 Kết từ phầm mềm SAP2000 V20 điểm a Hình 3.8 So sánh phản ứng sàn trước sau thay đổi chiều dày sàn 3.2.2.Tăng kích thước dầm chính, dầm phụ Như kết tính tốn ví dụ 2, tăng kích thước dầm dầm phụ: Gia tốc tính tốn (%g) BẢNG SO SÁNH HIỆU QUẢ TĂNG ĐỘ CỨNG CỦA DẦM 0.5 0.44 0.4 0.44 0.43 0.41 0.4 0.3 TK ban đầu Thay đổi lần Tăng độ cứng dầm 0.36 Thay đổi lần Tăng độ cứng dầm phụ Hình 3.9 Gia tốc tính tốn tăng độ cứng dầm 3.3 Kết luận chương Qua kết tính toán dao động sàn liên hợp thép – bê tông hoạt động gây theo Hướng dẫn thiết kế Hoa Kỳ (AISC DG11), rút số nhận xét sau: - Gia tốc tính tốn theo Hướng dẫn thiết kế AISC DG11 cao thiên an toàn so với phương pháp phân tích phần tử hữu hạn phần mềm SAP2000 - Khi thiết kế sàn liên hợp thép – bê tông, không thỏa mãn điều kiện dao động cần tăng độ cứng phần tử dầm, ưu tiên tăng độ cứng dầm phụ 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Gia tốc tính tốn xác định Hướng dẫn thiết kế Hoa Kỳ (AISC DG11) có kết cao so với phương pháp phân tích phần tử hữu hạn phần mềm SAP2000, thiên an toàn đánh giá dao động sàn hoạt động gây Vậy nên, kết tính tốn luận văn hồn tồn đáng tin cậy Việc tăng chiều dày sàn bê tông làm giảm gia tốc tính tốn, nhiên phụ thuộc vào độ võng giới hạn cho phép Trường hợp toán thiết vượt giới hạn độ võng cho phép cần tăng độ cứng hệ thống dầm ưu tiên tăng độ cứng dầm phụ Luận văn trình bày trình tự tính tốn cấu kiện dao động theo Hướng dẫn thiết kế AISC DG11 Trình tự tính tốn mang tính chất ứng dụng giúp người thiết kế áp dụng thực tế Kiến nghị Ngày nay, với nhiều ưu điểm cơng trình liên hợp thép bê tơng nói chung sàn liên hợp nói riêng ngày phát triển Việt Nam Ảnh hưởng dao động lên kết cấu tránh khỏi khơng thể bỏ qua tính tốn Tuy nhiên, phạm vi đề tài nghiên cứu dao động sàn hoạt động người, cần phát triển đề tài cho dao động có lực tác động lớn hơn: khiêu vũ, nhảy… Do thời gian có hạn nên đề tài dừng lại nghiên cứu ô sàn vuông vức, chưa xét đến trường hợp đặc biệt khác để so sánh đối chiếu kết thực luận văn Cần có hướng phát triển đề tài nội dung để làm cứ, sở ban đầu cho người thiết kế Phạm vi đề tài nghiên cứu khống chế dao động sàn liên hợp thép bê tông thiết kế Trường hợp sau đưa vào sử dụng, gia chủ muốn thay đổi mục đích sử dụng làm khơng thỏa mãn yêu cầu dao động sàn thiết kế ban đầu Vì vậy, cần có hướng nghiên cứu để đáp ứng yêu cầu thiết kế nhu cầu ứng dụng thực tế  ... soát hạn chế dao động sàn liên hợp thép bê tơng nhịp lớn 3.1 Ví dụ thiết kế sàn liên hợp thép bê tông nhịp lớn cho kích thích 3.2 Khống chế dao động sàn liên hợp thép bê tông thiết kế 3.3 Kết luận... hoạt động người - Nghiên cứu biện pháp kiểm soát khống chế dao động kết cấu sàn liên hợp thép - bê tông nhịp lớn Đối tượng nghiên cứu: - Sàn liên hợp thép - bê tông nhịp lớn Phạm vi nghiên cứu: ... VÀ KHỐNG CHẾ DAO ĐỘNG SÀN LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG NHỊP LỚN 3.1 Ví dụ thiết kế sàn liên hợp thép bê tơng nhịp lớn cho kích thích 3.1.1 Sơ đồ khối thuật toán đánh giá dao động hệ thống sàn liên hợp