Đang tải... (xem toàn văn)
Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Lựa chọn hợp lý chiều dày sàn bê tông ứng lực trước có mũ cột với mục đích nghiên cứu tính toán, lựa chọn hợp lý chiều dày sàn bê tông ứng lực trước có mũ cột (sàn nấm).
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG LÊ THANH PHÚ LỰA CHỌN HỢP LÝ CHIỀU DÀY SÀN BÊ TƠNG ỨNG LỰC TRƢỚC CĨ MŨ CỘT Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Dân dụng cơng nghiệp Mã số: 60.58.20 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2015 Cơng trình hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRƢƠNG HỒI CHÍNH Phản biện 1: GS.TS PHAN QUANG MINH Phản biện 2: TS PHẠM THANH TÙNG Luận văn bảo vệ Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 10 tháng 01 năm 2015 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Kết cấu bê tông ứng lực trước (sàn phẳng bê tông ứng lực trước) có ưu điểm vượt trội như: khả vượt nhịp lên đến 10m, giảm giá thành xây dựng, giảm thời gian thi cơng, giảm chiều cao cơng trình nâng số tầng… Tuy nhiên, cơng trình sử dụng nhịp lớn chiều dày sàn tăng lên, số lượng cáp lượng cốt thép cấu tạo cần phải bố trí nhiều để hạn chế độ võng chống chọc thủng đầu cột, đồng thời làm tăng khối lượng cơng trình xuống móng dẫn đến chi phí xây dựng tăng cao Do cần phải nghiên cứu lựa chọn giải pháp sàn bê tông ứng lực trước có mũ cột hợp lý để khắc phục hạn chế Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu tính tốn, lựa chọn hợp lý chiều dày sàn bê tơng ứng lực trước có mũ cột (sàn nấm) Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu it n n hi n c u: Sàn bê tông ứng lực trước có mũ cột hạm vi n hi n c u: Sàn bê tơng ứng lực trước có mũ cột sử dụng cơng trình dân dụng + Các tiêu chuẩn hành dẫn tính tốn kết cấu sàn bê tơng ứng lực trước Phƣơng pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp ví dụ tính tốn b ng số để xác định giá trị hợp lý bề dày sàn bê tơng ứng lực trước có mũ cột Cấu trúc luận văn Nội dung luận văn gồm chương: Mở đầu Chương 1: Tổng quan sàn bê tông ứng lực trước Chương 2: Các phương pháp tính tốn sàn bê tơng ứng lực trước Chương 3: Ví dụ tính tốn Kết luận kiến nghị CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ SÀN BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƢỚC 1.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƢỚC TRÊN THẾ GIỚI 1.2 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BÊ TƠNG ỨNG LỰC TRƢỚC Ở VIỆT NAM 1.3 NHỮNG ƢU ĐIỂM CỦA SÀN BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƢỚC Cung cấp giải pháp cho không gian kết cấu nhịp lớn Giảm giá thành xây dựng Giảm thời gian thi công Giảm chiều cao tầng, nâng số tầng cho cao ốc 1.4 ỨNG DỤNG SÀN BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƢỚC CĨ MŨ CỘT TRÊN Ứng dụng sàn bê tơng ứng lực trước có mũ cột giới Với lịch sử phát triển lâu đời, kết cấu ứng lực trước mà đặc biệt kết cấu sàn ứng lực trước có mũ cột thi cơng nhiều cơng trình tồn giới như: a) The Marriott Surf Club, Aruba b) Chun c cao tầng Northpoint, Pattaya, ThaiLand Hình 1.7 Các cơng trình ng dụng sàn bê tơng ng lực tr ớc có mũ cột giới Ứng dụng sàn bê tông ứng lực trước có mũ cột Việt Nam Ở Việt Nam, công nghệ ứng lực trước áp dụng khoảng vài chục năm trở lại có cơng trình tầm cỡ sử dụng sàn ứng lực trước mà đặc biệt sàn ứng lực trước có mũ cột a) Trụ Sở Báo N ời Lao ộn tần , TP HCM: tổn diện tích sàn: 10.000m , chiều dài v t nhịp: 14m, chiều dày sàn: 250mm b) Khu Th ơn Mại Và Biệt Thự The Head Quarters, TP HCM: tổng diện tích sàn: 27.000m2, chiều dài v t nhịp: 9m, chiều dày sàn: 200mm Hình 1.8 Các cơng trình ng dụng sàn bê tơng ng lực tr ớc có mũ cột Việt Nam 1.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG Thông qua nội dung nghiên cứu Chương 1, thấy r ng bê tơng ứng lực trước nói chung sàn bê tơng ứng lực trước có mũ cột nói riêng ứng dụng rộng rải tồn giới Việt Nam Sàn bê tông ứng lực trước có mũ cột giải pháp thích hợp cho kết cấu nhà cao tầng chung cư, khách sạn hay cơng trình nhịp lớn hội trường, trung tâm thương mại… Chương nghiên cứu phương pháp thiết kế sàn phẳng bê tông ứng lực trước có mũ cột CHƢƠNG CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN SÀN BÊ TƠNG ỨNG LỰC TRƢỚC 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SÀN BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƢỚC 2.2 CÁC QUAN NIỆM PHÂN TÍCH KẾT CẤU BÊ TƠNG ỨNG LỰC TRƢỚC 2.2.1 Quan niệm thứ 2.2.2 Quan niệm thứ hai 2.2.3 Quan niệm thứ ba 2.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN NỘI LỰC CỦA SÀN BÊ TƠNG ỨNG LỰC TRƢỚC 2.3.1 Phƣơng pháp trực tiếp 2.3.2 Phƣơng pháp khung tƣơng đƣơng 2.3.3 Phƣơng pháp phần tử hữu hạn 2.4 MƠ HÌNH CÁP ỨNG LỰC TRƢỚC 2.4.1 Quỹ đạo cáp ứng lực trƣớc tải trọng cân 2.4.2 Mơ hình cáp ứng lực trƣớc phƣơng pháp PTHH 2.5 KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỐNG CẮT CỦA SÀN Khả chịu cắt xung quanh cột coi đảm bảo giá trị ứng suất cắt tổng không vượt cường độ chịu cắt quy ước: Vu Vc Vc p fc' 0.3 f pc Vp (2.1) b0 d Trong đó: p hệ số, lấy b ng giá trị nhỏ từ hai giá trị 0.292 [( sd 1.5) /1.2] với b0 s= 40 cho cột biên, 30 cho cột 20 cho cột góc f pc giá trị trung bình ứng suất nén hiệu ƯLT gây theo hai phương, f pc theo phương không nhỏ 0.9 MPa không lớn 3.5 MPa fc' lấy không 35 MPa Vp thành phần thẳng đứng lực nén trước hiệu qua tiết diện cắt nguy hiểm Trong trường hợp cáp ƯLT bố trí suốt bề rộng sàn, đại lượng Vp thường bỏ qua lý an tồn b0 chu vi tiết diện tính tốn quy ước hệ số giảm độ bền chống cắt, 0.75 2.6 KIỂM TRA ĐỘ VÕNG SÀN Độ võng sàn bao gồm độ võng ngắn hạn tác dụng tải trọng ngắn hạn độ võng dài hạn tác dụng tải trọng dài hạn 2.6.1 Độ võng ngắn hạn Độ võng ô bản: cx my cy mx (2.2) 2.6.2 Độ võng dài hạn Độ võng tải trọng dài hạn gây tính tốn b ng cách nhân độ võng ngắn hạn tải trọng gây với hệ số từ biến Cc Cc (2.3) (1 50 ) Trong đó: hệ số phụ thuộc vào thời gian tác dụng tải trọng cho bảng 2.6 ρ hàm lượng cốt thép chịu nén 2.6.3 Độ võng tổng cộng t e Cc e, sus (2.4) Trong đó: e độ võng ngắn hạn toàn tải trọng dài hạn gây Tải trọng dài hạn tải trọng: tĩnh tải, phần hoạt tải ứng lực trước e , sus độ võng ngắn hạn tải trọng dài hạn gây 2.7 QUY TRÌNH TÍNH TỐN SÀN BÊ TƠNG ỨNG LỰC TRƢỚC CĨ MŨ CỘT 2.8 KẾT LUẬN CHƢƠNG Để tính tốn nội lực sàn bê tơng ứng lực trước có mũ cột có phương pháp tính tốn phương pháp trực tiếp, phương pháp khung tương đương phương pháp phần tử hữu hạn Trong đó, với phát triển khoa học máy tính phương pháp phần tử hữu hạn ứng dụng rộng rãi cho kết xác Phương pháp phần tử hữu hạn mô hình hóa làm việc kết cấu thực tế, đặc biệt kết cấu siêu tĩnh phức tạp Thiết kế sàn theo phương pháp PTHH giúp cho người kỹ sư dễ dàng tính tốn khả chịu cắt độ võng sàn hay thay đổi giá trị ta thay đổi thông số đầu vào Phương pháp PTHH kết hợp với phương pháp tính tốn theo cân b ng tải trọng giúp cho việc thiết kế sàn trở nên đơn giản đạt kết tin cậy Trong chương trình bày ứng dụng phần mềm SAFE để tính tốn lựa chọn hợp lý chiều dày sàn bê tơng ứng lực trước có mũ cột 10 Chọn kích thước mũ cột: Sơ chọn 1mx1mx0.08m - Xác định tải trọng: - Tổn hao ng suất: - Chọn hình dạng cáp: - Xác định cáp: - Tính tốn độ võng sàn : Ta lấy giá trị vị trí sàn trục A-B 3-4 để so sánh: Hình 3.3 ộ võng sàn - Tính tốn chịu cắt: + Vị trí cột biên: x g A c2=500 D C c1=500 b2=c2+d S1 Ð1 B d/2 b1=c1+d/2 CCD CAB Hình 3.9 Mặt cắt tới hạn cột biên Ứng suất cắt sàn gây tính theo cơng thức: 11 Vn Vu Ac v CAB M n IC 105.491 0.75x0.3985 0.381x0.190 x170.263 1321.21kN / m2 0.75 x0.017 Ứng suất cho phép: Vc 0.292 21 0.3x0.434 1.468MPa = 1468kN/m2 > Vn = 1321.21 kN/m2 Do đó, sàn đảm bảo khả chịu lực cắt vị trí cột biên + Vị trí cột giữa: c2=500 A C d/2 c1=500 b2=c2+d D S1 Ð1 B d/2 b1=c1+d CCD CAB Hình 3.11 Mặt cắt tới hạn cột Lực cắt: Vu = 191.451 kN Mô men: M = 265.368 kN Ứng suất cắt sàn gây tính theo cơng thức: Vn Vu Ac v CAB M n IC 191.451 0.4 x0.354 x265.368 1429.92kN / m2 0.75x0.5891 0.75x0.0503 Ứng suất cho phép: → Vc 0.292x 21 0.3x0.868 1.599MPa = 1599kN/m2 > Vn = 1429.92 kN/m2 Do đó, sàn đảm bảo khả chịu lực cắt vị trí cột Tương tự trên, ta thay đổi diện tích mũ cột, giữ nguyên chiều dày sàn mũ cột bảng sau: Trƣờng hợp nhịp 8m: 12 Bản 3.2 Tổn h p kết đ i với chiều dày sàn 0.18m Chiều dày sàn (m) 0.18 0.18 0.18 Chiều dày mũ cột (m) 0.08 0.08 0.08 Diện tích mũ cột (mxm) 1x1 Tải trọng cân 1.3x1.3 1.6x1.6 1x1 0.7TLBT 1.3x1.3 1.6x1.6 1x1 0.75TLBT 1.3x1.3 1.6x1.6 0.8TLBT Số cáp (sợi) + Dải CX1, CX4 5 5 5 5 + Dải CX2, CX3 9 10 10 10 10 11 10 + Dải CY1, CY4 4 5 5 + Dải CY2, CY3 8 8 8 9 Lực cắt (kN/m ) 1321.21/1 1024.41/1 911.66/14 1216.14/1 982.50/15 909.63/14 1112.10/1 968.84/15 871.41/15 +Vị trí cột biên α1 468 468 68 501 01 68 501 01 01 0.900 0.698 0.621 0.810 0.655 0.620 0.741 0.645 0.581 1429.92/1 1349.74/1 1217.61/1 1425.34/1 1340.77/1 1213.44/1 1391.62/1 1307.93/1 1189.45/1 +Vị trí cột β1 599 599 599 599 599 599 631 631 631 0.894 0.844 0.761 0.891 0.839 0.759 0.853 0.802 0.729 Độ võng lớn nhất/Độ võng tiêu 15.182/16 14.231/16 13.512/16 14.930/16 14.009/16 13.443/16 14.740/16 13.886/16 13.235/16 chuẩn (mm) 667 667 667 667 667 667 667 667 667 13 Bản 3.3 Tổn h p kết đ i với chiều dày sàn 0.2m Chiều dày sàn (m) 0.2 0.2 0.2 Chiều dày mũ cột (m) 0.08 0.08 0.08 Diện tích mũ cột (mxm) 1x1 Tải trọng cân 1.3x1.3 1.6x1.6 1x1 0.7TLBT 1.3x1.3 1.6x1.6 1x1 0.75TLBT 1.3x1.3 1.6x1.6 0.8TLBT Số cáp (sợi) + Dải CX1, CX4 5 5 5 5 + Dải CX2, CX3 8 9 10 10 + Dải CY1, CY4 4 4 4 5 + Dải CY2, CY3 7 8 8 8 Lực cắt (kN/m ) 1060.80/1 926.04/14 832.23/14 1056.51/1 919.81/1 820.04/14 1025.44/1 865.37/14 775.52/14 +Vị trí cột biên α2 455 55 55 455 455 55 485 85 85 0.729 0.636 0.572 0.726 0.632 0.564 0.691 0.583 0.522 1346.15/1 1272.55/1 1152.44/1 1333.71/1 1242.05/ 1118.31/1 1327.03/1 1232.19/1 1110.79/1 +Vị trí cột β2 543 543 543 572 1572 572 572 572 572 0.872 0.825 0.747 0.848 0.790 0.711 0.844 0.784 0.707 Độ võng lớn nhất/Độ võng tiêu 12.256/16 11.600/16 11.249/16 12.131/16 11.481/1 11.006/16 11.924/16 11.272/16 10.875/16 chuẩn (mm) 667 667 667 667 6.667 667 667 667 667 14 Từ kết số liệu bảng 3.2 3.3, ta vẽ biểu đồ thể ảnh hưởng mũ cột chiều dày sàn: Hình 3.12 Quan hệ diện tích mũ cột độ võng 15 Hình 3.13 Quan hệ iữa diện tích mũ cột lực cắt (cột bi n) 16 Hình 3.14 Quan hệ diện tích mũ cột lực cắt (cột giữa) 17 Trƣờng hợp nhịp 9m: Bản 3.4 Tổn h p kết đ i với chiều dày sàn 0.2m Chiều dày sàn (m) 0.2 0.2 0.2 Chiều dày mũ cột (m) 0.08 0.08 0.08 Diện tích mũ cột (mxm) 1x1 Tải trọng cân 1.3x1.3 1.6x1.6 1x1 0.7TLBT 1.3x1.3 1.6x1.6 1x1 0.75TLBT 1.3x1.3 1.6x1.6 0.8TLBT Số cáp (sợi) + Dải CX1, CX4 6 7 7 7 + Dải CX2, CX3 12 12 12 13 13 13 14 14 13 + Dải CY1, CY4 6 6 6 6 + Dải CY2, CY3 11 11 10 11 11 11 12 12 12 Lực cắt (kN/m ) 1516.10/1 1312.15/1 1230.30/1 1509.72/1 1301.56/1 1182.91/1 1503.58/1 1285.28/1 1169.21/1 494 468 494 494 494 494 494 494 494 α3 0.878 0.838 0.871 0.792 0.860 0.783 1.015 1.011 1.006 1916.33/1 1832.63/1 1695.89/1 1905.66/1 1820.57/1 1662.01/1 1890.86/1 1781.12/1 1626.22/1 +Vị trí cột 651 625 625 599 625 625 625 651 651 β3 0.985 1.179 1.128 1.061 1.173 1.120 1.023 1.145 1.079 Độ võng lớn nhất/Độ võng tiêu 19.969/18 18.887/18 18.372/18 19.770/18 18.663/18 17.935/18 19.583/18 18.509/18 17.849/18 750 750 750 750 750 chuẩn (mm) 750 750 750 750 +Vị trí cột biên 18 Bản 3.5 Tổn h p kết đ i với chiều dày sàn 0.22m Chiều dày sàn (m) 0.22 0.22 0.22 Chiều dày mũ cột (m) 0.08 0.08 0.08 Diện tích mũ cột (mxm) 1x1 Tải trọng cân 1.3x1.3 1.6x1.6 1x1 0.7TLBT 1.3x1.3 1.6x1.6 1x1 0.75TLBT 1.3x1.3 1.6x1.6 0.8TLBT Số cáp (sợi) + Dải CX1, CX4 6 6 6 7 + Dải CX2, CX3 11 11 11 12 12 12 13 13 13 + Dải CY1, CY4 5 6 6 6 + Dải CY2, CY3 10 10 10 11 11 11 12 12 11 Lực cắt (kN/m ) 1434.47/1 1228.45/1 1109.52/1 1380.12/1 1180.14/1 1062.61/1 1370.58/1 1161.82/1 1057.72/1 +Vị trí cột biên α4 456 456 456 480 480 480 480 480 480 0.985 0.844 0.762 0.933 0.797 0.718 0.926 0.785 0.715 1845.36/1 1723.48/1 1569.40/1 1788.30/1 1683.94/1 1533.98/1 1776.00/1 1647.03/1 1527.26/1 +Vị trí cột β4 575 575 575 599 599 599 622 622 599 1.172 1.094 0.996 1.118 1.053 0.959 1.095 1.015 0.955 Độ võng lớn nhất/Độ võng tiêu 16.678/18 15.895/18 15.394/18 16.396/18 15.610/18 15.113/18 16.096/18 15.324/18 14.917/18 chuẩn (mm) 750 750 750 750 750 750 750 750 750 19 Từ kết số liệu bảng 3.4 3.5, ta vẽ biểu đồ thể ảnh hưởng mũ cột chiều dày sàn: Hình 3.15 Quan hệ iữa diện tích mũ cột độ võn 20 Hình 3.16 Quan hệ iữa diện tích mũ cột lực cắt (cột bi n) 21 Hình 3.17 Quan hệ iữa diện tích mũ cột lực cắt (cột iữa) 22 3.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG Qua kết tính tốn sàn bê tơng ƯLT có mũ cột cho nhịp sàn 8m 9m trên, rút nhận xét sau: - Đối với bề dày sàn cố định, tăng diện tích mũ cột giá trị độ võng lực cắt giảm dần Cụ thể: Độ võng sàn nhịp 8m, bề dày sàn 0.18m trường hợp mũ cột có kích thước 1mx1mx0.08m lớn 1.123 lần so với trường hợp mũ cột có kích thước 1.6mx1.6mx0.08m tải trọng cân b ng 0.7TLBT Lực cắt sàn nhịp 8m, bề dày sàn 0.18m trường hợp mũ cột có kích thước 1mx1mx0.08m lớn 1.449 lần so với trường hợp mũ cột có kích thước 1.6mx1.6mx0.08m tải trọng cân b ng 0.7TLBT - Khi tải trọng cân b ng thiết kế sàn tăng lên số lượng cáp tăng lên, giá trị độ võng lực cắt giảm dần Cụ thể: Độ võng sàn nhịp 9m, bề dày sàn 0.2m, kích thước mũ cột 1mx1mx0.08m trường hợp tải trọng cân b ng 0.7TLBT lớn 1.02 lần so với trường hợp tải trọng cân b ng 0.8TLBT Lực cắt sàn nhịp 9m, bề dày sàn 0.2m, kích thước mũ cột 1mx1mx0.08m trường hợp tải trọng cân b ng 0.7TLBT lớn 1.008 lần so với trường hợp tải trọng cân b ng 0.8TLBT Số lượng cáp sàn nhịp 9m, bề dày sàn 0.2m, kích thước mũ cột 1mx1mx0.08m trường hợp tải trọng cân b ng 0.8TLBT lớn 1.114 lần so với trường hợp tải trọng cân b ng 0.7TLBT - Đối với nhịp sàn thông dụng 8-9m, để giá trị độ võng lực cắt xấp xỉ giá trị cho phép ta nên lựa chọn: 23 + Nhịp 8m: ta nên lựa chọn chiều dày sàn 0.18m (1/45L) với kích thước mũ cột 1mx1m tải trọng cân b ng 0.7TLBT + Nhịp 9m: ta nên lựa chọn chiều dày sàn 0.2m (1/45L) với kích thước mũ cột 1.6mx1.6m tải trọng cân b ng 0.8TLBT 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận - Sàn bê tơng ƯLT có mũ cột giải pháp phù hợp cho kết cấu nhà cao tầng công trình cần khơng gian nhịp lớn, đáp ứng yêu cầu khắt khe độ võng khả chống chọc thủng đầu cột - Đối với nhịp sàn thông dụng 8-9m, để giá trị độ võng lực cắt xấp xỉ giá trị cho phép ta nên lựa chọn: + Nhịp 8m: ta nên lựa chọn chiều dày sàn 0.18m (1/45L) với kích thước mũ cột 1mx1m tải trọng cân b ng 0.7TLBT + Nhịp 9m: ta nên lựa chọn chiều dày sàn 0.2m (1/45L) với kích thước mũ cột 1.6mx1.6m tải trọng cân b ng 0.8TLBT Kiến nghị - Hiện nay, việc thiết kế, xây dựng cơng trình cao tầng nhu cầu cần thiết nước ta Trong đó, giải pháp sàn bê tơng ứng lực trước đặc biệt sàn bê tông ứng lực trước có mũ cột quan tâm có nhiều ưu điểm bật Cho nên, kỹ sư thiết kế cần cân nhắc lựa chọn hợp lý chiều dày sàn tính tốn thiết kế sàn bê tơng ứng lực trước có mũ cột nh m đạt hiệu cao khả chịu lực kinh tế sàn phẳng - Cần lập bảng tính tốn so sánh cho trường hợp thay đổi nhiều tham số kích thước bề dày sàn mũ cột với giá trị tải trọng cân b ng cho nhịp tính tốn khác để làm sở ban đầu cho người thiết kế lựa chọn ... cứu lựa chọn giải pháp sàn bê tơng ứng lực trước có mũ cột hợp lý để khắc phục hạn chế Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu tính tốn, lựa chọn hợp lý chiều dày sàn bê tơng ứng lực trước có mũ cột (sàn. .. sàn bê tơng ứng lực trước đặc biệt sàn bê tơng ứng lực trước có mũ cột quan tâm có nhiều ưu điểm bật Cho nên, kỹ sư thiết kế cần cân nhắc lựa chọn hợp lý chiều dày sàn tính tốn thiết kế sàn bê. .. 1, thấy r ng bê tơng ứng lực trước nói chung sàn bê tơng ứng lực trước có mũ cột nói riêng ứng dụng rộng rải toàn giới Việt Nam Sàn bê tơng ứng lực trước có mũ cột giải pháp thích hợp cho kết