Tính toán hàm lượng cốt thép lớn nhất của cột bê tông cốt thép có xét đến co ngót của bê tông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯƠNG THỊ NGỌC ANH TÍNH TỐN HÀM LƯỢNG CỐT THÉP LỚN NHẤT CỦA CỘT BÊ TƠNG CỐT THÉP CĨ XÉT ĐẾN CĨ NGĨT CỦA BÊ TƠNG Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 60.58.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2015 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: GS TS PHAN QUANG MINH Phản biện 1: PGS.TS TRƯƠNG HỒI CHÍNH Phản biện 2: TS ĐÀO NGỌC THẾ LỰC Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 22 tháng năm 2015 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong tính tốn thiết kế việc chọn cốt thép theo hàm lượng quy định có ý nghĩa xét đến khả chịu lực, phá hoại cấu kiện Việc phân tích, xem xét, đánh giá hàm lượng cốt thép cột BTCT có xét đến co ngót vấn đề cần quan tâm tìm hiểu Trong TCVN 5574 - 2012 vấn đề chưa trình bày rõ ràng Đó lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu phân tích ảnh hưởng co ngót đến hàm lượng cốt thép lớn cột, từ rút nhận xét Đối tượng phạm vi nghiên cứu * Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu tính tốn hàm lượng cốt thép lớn cột BTCT chịu nén tâm * Phạm vi nghiên cứu: - Quy định hàm lượng cốt thép lớn cột BTCT theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574 - 2012 tiêu chuẩn Mỹ ACI - 318 - Tính tốn hàm lượng cốt thép lớn cột BTCT theo tiêu chuẩn Việt Nam Nội dung nghiên cứu - Quy định hàm lượng cốt thép lớn cột BTCT chịu nén tâm theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574 - 2012 tiêu chuẩn Mỹ ACI - 318 - Tính tốn đề hàm lượng cốt thép lớn cột BTCT theo + Đề xuất Chien-Hung Lin W.Furlong theo ACI - 318 + Đề xuất tính theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574 - 2012 Phương pháp nghiên cứu - Dùng phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu tài liệu, cơng thức tính tốn hàm lượng cốt thép lớn cột BTCT chịu nén tâm theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574 - 2012 tiêu chuẩn Mỹ ACI - 318 - Từ đề xuất tính tốn hàm lượng cốt thép lớn cột BTCT có xét đến co ngót bê tông theo + Chien-Hung Lin W.Furlong theo ACI - 318 + Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574 - 2012 Bố cục đề tài Ngoài phần mở đầu, nội dung trình bày gồm có chương: Chương 1: Tổng quan ảnh hưởng co ngót đến cốt thép cột bê tơng Chương : Tính tốn hàm lượng cốt thép lớn cột có xét đến co ngót bê tơng Chương : Ví dụ tính tốn Kết luận kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CO NGÓT ĐẾN CỐT THÉP CỘT BÊ TƠNG 1.1 CO NGĨT TRONG BÊ TƠNG Co ngót bê tơng giảm thể tích nhiệt độ khơng đổi độ ẩm sau bê tông đông cứng Sự thay đổi thể tích theo thời gian phụ thuộc vào hàm lượng nước bê tông tươi, vào loại xi măng loại cốt liệu sử dụng, vào điều kiện mơi trường (nhiệt độ, độ ẩm tốc độ gió) thời điểm đổ bê tơng, vào q trình bảo dưỡng, vào khối lượng cốt thép tỉ số thể tích diện tích bề mặt cấu kiện 1.2 CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CO NGĨT CỦA CỘT BÊ TƠNG CỐT THÉP 1.2.1 Raymond E Davis and Harmer E Davis (March 1931) Nghiên cứu điều tra báo cáo sớm từ biến co ngót cột bê tơng cốt thép chịu lực Phần năm nghiên cứu áp dụng nhiều Mục đích nêu phần xác định ảnh hưởng việc tăng cường từ biến bê tông, ảnh hưởng từ biến bê tông vào ứng suất thép chịu lực 1.2.2 Richart Staehle - báo cáo tiến độ thứ hai - Trường đại học ILLINOIS (tháng năm 1931) Nghiên cứu phần điều tra cột bê tông tiến hành song song Đại học Illinois Đại học Lehigh Đợt nghiên cứu liên quan đến cột tác dụng tải bền vững Báo cáo tiến độ thứ hai xử lý với khoảng thời gian gia tải 20 tuần 1.2.3 Stater and Lyse - Second Progress Report - Lehigh University (March 1931) Đây điều tra đồng thời với thực Đại học Illinois Đợt liên quan tới vấn đề cột tác dụng tải bền vững Báo cáo tiến độ thứ hai xử lý với khoảng thời gian gia tải 20 tuần 1.2.4 Richart Staehle - Báo cáo tiến độ lần - Đại học Illinois (tháng năm 1932) Báo cáo trình bày thêm kết cột tải lâu dài thảo luận trước Báo cáo tiến độ thứ hai xử lý với khoảng thời gian gia tải 20 tuần Báo cáo thứ tư xử lý với khoảng thời gian gia tải 52 tuần Cường độ biến dạng thử nghiệm thất bại thảo luận 1.2.5 Lyse Kreidler - Báo cáo tiến độ lần - Đại học Lehigh (Tháng năm 1932) Báo cáo trình bày thêm kết cho cột tải trọng trì lâu dài Lehigh mà thảo luận trước Tương tự chương trình thử nghiệm Illinois, báo cáo tiến độ thứ hai thực với thời gian gia tải 20 tuần Báo cáo thứ tư thực với khoảng thời gian gia tải 52 tuần Cường độ biến dạng cột thử nghiệm thất bại thảo luận 1.2.6 Lyse - Báo cáo tiến độ thứ - Đại học Lehigh (tháng năm 1933) Mục đích đợt thử nghiệm để điều tra tải trọng tối đa mà cột bê tơng trì vơ thời hạn Vì vậy, tất cột điều tra gia tải với tỷ lệ cao tải tính tốn cuối Hai mươi tám cột gia tải từ khoảng 70 đến 100% tải tính tốn cuối Tất cột có đường kính ngồi 8¼ inch dài 60 inches Tất cột có 6% cốt thép dọc 0, 1, hay phần trăm cốt thép xoắn Cường độ danh nghĩa bê tông 3.500 psi trường hợp Các cột hầu hết trường hợp gia tải 56 ngày 1.2.7 Richart – Báo cáo tổng kết dự kiến ủy ban 105 (tháng năm 1933) Báo cáo tóm tắt phần lớn công việc thực Illinois Lehigh Một cơng thức trình bày cho cường độ cuối cột bê tông cốt thép Cần lưu ý phương trình áp dụng cho cường độ bê tông từ 2.000 đến 8.000 psi cốt thép dọc 1.5, 4.0, 6.0% ứng suất chảy thép dọc 39.000 đến 68.000 psi Các công thức khác đưa cho điểm chảy tất cột cường độ cuối cột bê tông cốt thép đai 1.2.8 Logeman, Mensch, Distasio - Thảo luận báo cáo ủy ban 105 (tháng - 10, năm 1933) Những thảo luận chủ yếu đề cập đến bất đồng công thức thiết kế ủy ban đề xuất Đặc biệt mức độ cốt thép xoắn tính vào tải trọng làm việc tải trọng cuối thảo luận nhiều cộng tác viên Các khái niệm đàn hồi chống lại công thức thiết kế ứng xử thảo luận 1.2.9 Richart - Thảo luận báo cáo ủy ban 105, kết luận chủ tịch ủy ban (tháng 11 - 12 năm 1933) Thảo luận lần tập trung vào việc phân tranh ủy ban Đa số báo cáo cho phép đóng góp nhỏ cốt thép xoắn ốc trái ngược với thiểu số báo cáo Điều chứng minh thực tế thép xoắn ốc khơng có đóng góp đáng kể diễn biến dạng lớn xuất KẾT LUẬN CHƯƠNG Theo nghiên cứu thực Illinois Lehigh năm 1930, tổng số 261 mẫu cột chế tạo Tất cột gia tải gần liên tục 52 tuần Các cột theo tiêu chuẩn ACI, sau 52 tuần ứng suất thép dọc lớn theo nghiên cứu Illinois 26.700 psi Lehigh 37.000 psi Những giá trị nhỏ 45.600 psi giới hạn chảy thép Các mẫu nghiên cứu Lehigh có ứng suất đàn hồi ban đầu thép 6000 psi Cũng lưu ý cột tăng cường 6% thép dọc ứng suất tăng so với ban đầu 16.000 psi đến 30.000 psi sau 52 tuần Sự gia tăng báo cáo kết nghiên cứu Lehigh Sau cột tháo dỡ tải sau tiến hành nạp lại thất bại, cho thấy thời gian thử tải không ảnh hưởng đến giới hạn bền cột CHƯƠNG TÍNH TỐN HÀM LƯỢNG CỐT THÉP LỚN NHẤT CỦA CỘT CÓ XÉT ĐẾN CO NGÓT CỦA BÊ TƠNG 2.1 TÍNH TỐN CỐT THÉP DỌC CỦA CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ QUY ĐỊNH VỀ HÀM LƯỢNG CỐT THÉP LỚN NHẤT TRONG CÁC TIÊU CHUẨN 2.1.1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574 - 2012 a Khái niệm Cột cấu kiện chịu tác dụng lực nén N dọc theo trục Tùy theo vị trí N mà phân biệt thành trường hợp nén tâm nén lệch tâm b Cốt thép dọc chịu lực Đặt  %  100 As bh0  '%  100 A 's bh0 tỉ số phần trăm cốt thép Giá trị µ µ’ khơng bé µmin Theo TCVN 5574 - 2012 giá trị µmin lấy theo độ mảnh   lo theo bảng sau: r Bảng 2.1 Bảng giá trị tỉ số cốt thộp ti thiu = lo/r 83 àmin 0,05 0,1 0,2 0,25 Khi chưa sử dụng 50% khả chịu lực cấu kiện µmin = 0,05% không phụ thuộc độ mảnh Gọi Ast diện tích tiết diện tồn cốt thép dọc chịu lực Đặt t  Ast Ab t %  100 Ast với A diện tích tính tốn b Ab tiết diện bêtông Nên hạn chế tỉ số cốt thép µt µo ≤ µt ≤ µmax Lấy µo= 2µmin Giá trị µmax quy định tùy thuộc quan điểm sử dụng vật liệu Khi cần hạn chế việc sử dụng nhiều thép người ta lấy µmax = 3% Để bảo đảm làm việc chung thép bêtơng thường lấy µmax = 6%, nhiên giá trị chưa quy định cụ thể tiêu chuẩn TCVN 5574 - 2012 c Tính tốn cột chịu nén tâm * Sự làm việc cột Khi chịu nén tâm, bêtông cốt thép dọc chịu lực bêtông bắt đầu bị phá hoại Lúc biến dạng bêtông đạt giá trị εbc = 0,002 biến dạng cốt thép εs chừng Nếu cốt thép làm việc giai đoạn đàn hồi ứng suất là: σs= εsEs với Es = 200000 MPa σs = 400 MPa * Điều kiện cơng thức Tính tốn cấu kiện theo trạng thái giới hạn khả chịu lực cần thỏa mãn điều kiện sau: Trong đó: N ≤ Ngh (2.1) Ngh = φ (RbAb + RscAst) ; (2.2) Rsc = (Rs; 400MPa); Gọi A diện tích tiết diện Ab = A - Ast Tuy nhiên t  Ast Ab < 3% lấy gần Ab = A φ ≤ 1- hệ số giảm khả chịu lực ảnh hưởng uốn dọc, gọi tắt hệ số uốn dọc 2.1.2 Tiêu chuẩn Mỹ ACI – 318 - Hàm lượng thép lớn trường hợp phá hoại dẻo ' tính tốn theo biểu thức sau: max,t  1 (0,85 fc )(0,375) / f y với hệ số 1 lấy theo bảng tra ACI - Hàm lượng thép thường chọn dùng thiết kế  preferred  0,5max,t trình bày - Hàm lượng thép lớn trường hợp phá hoại dòn ' tính tốn theo biểu thúc sau: c controlled  1 (0,85 fc )(0,60) / f y với hệ số 1 lấy theo bảng tra ACI 2.2 ỨNG SUẤT TRONG BÊ TƠNG VÀ CỐT THÉP DO CO NGĨT Đặt cốt thép vào trục mẫu bêtơng hình lăng trụ Vì bêtơng cốt thép dính chặt với nên bêtơng co ngót, bêtơng 10 Theo (2.6), hàm lượng cốt thép lớn ứng xuất kéo bêtơng lớn Nếu σb.sh vượt cường độ chịu kéo bêtơng bêtơng bị nứt co ngót 2.3 TÍNH TỐN HÀM LƯỢNG CỐT THÉP LỚN NHẤT CĨ XÉT ĐẾN CO NGĨT CỦA BÊ TƠNG 2.3.1 Đề xuất Chien-Hung Lin W.Furlong theo ACI - 318 Do ảnh hưởng co ngót, bê tơng tạo nên lực nén thép theo chiều dọc, thép cố gắng chống lại biến dạng, làm sinh lực căng bề mặt bê tông Nếu lực căng lớn, làm nứt bề mặt bê tông Độ lớn lực căng phụ thuộc vào số lượng cốt thép dọc Bất kỳ ứng suất nén dọc trục bê tông tác dụng tải trọng lâu dài chắn giúp làm giảm khả nứt Hình 2.5 Cột bị co ngót Giả sử biến dạng co ngót 0,0008 Lực kháng thép dọc sinh 0,0008EgAgρg bê tông bị co ngót, (với Es - mơ đun biến dạng thép) Lực kháng áp dụng cho tiết diện quy đổi, sinh cường độ chịu kéo ε Ở trạng thái cân cuối cùng, ứng suất bê tơng tác dụng lực kháng thép xác định sau 11 f ct  Es sh Ag  g  Ag (1   g )  n g Ag   Ec (2.7) Với n tỉ lệ Es Ec; ρg hàm lượng cốt thép Ứng suất kéo bê tơng đạt tới giới hạn vết nứt bê tông giá trị ρg đủ lớn để chống lại co ngót bê tơng Giá trị giới hạn đề suất hợp lý cho bê tông εsh=0,0008 mơi trường khơ bình thường thời gian dài Lực nén cột giúp giữ cho bê tơng nứt từ từ, co ngót bị kiềm chế cốt thép, ứng suất làm việc trung bình Ecεe phải trừ ứng suất fc trước so sánh nứt xảy ứng suất gây nứt Để xác định εe , ta làm sau Gọi X tỉ lệ hoạt tải tĩnh tải, 1, 4D  1, L  U trở thành với 1, 4D  1, XD  U (2.8) D tĩnh tải; L hoạt tải; U giới hạn bền;  hệ số giảm cường độ Đối với cột gia cố, tiêu chuẩn ACI cho phép =0,56 Cường độ tới hạn bê tơng 0.85fc, εe tính toán: e  0, 476 f c' (1,  1,7 X ) Ec (2.9) Các ứng suất kéo tối đa sinh co ngót tổng hợp ứng suất kéo cho phép bê tông ft ứng suất nén ban đầu Ec εe fct  ( ft  Ec e ) (2.10) 12 Với ft  7,5 f c - ứng suất kéo trước nứt ' Từ (2.10) ta suy g  f ct Es sh  fct (n  1) (2.11) 2.3.2 Đề xuất tính theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574 - 2012 Xét cột bê tơng cốt thép có diện tích tiết diện bê tơng Ab với hàm lượng cốt thép dọc  :  As  sh As Ab - diện tích tiết diện cốt thép dọc Khi khơng có cốt thép, biến dạng co ngót tự bê tơng Biến dạng kéo bê tơng có cốt thép co ngót là:  b,sh   sh   s,sh (2.12)  s , sh biến dạng cốt thép dọc Ứng suất kéo bê tông là:  b,sh   b, sh t Eb (2.13) với  t hệ số đàn hồi bê tông kéo Ứng suất nén cốt thép là:  s,sh   s,sh E s (2.14) Từ điều kiện cân bằng:  s,sh As   b,sh Ab (2.15) ta có:  b, sh  với   Es / Eb  sh Es    t (2.16) 13 Hàm lượng cốt thép dọc tăng làm tăng ứng suất kéo bê tông Khi ứng suất kéo đạt cường độ chịu kéo trung bình bê tơng Rbt,ser ta có  t  0,5 :  b, sh   sh Es   2  Rbt ,ser (2.17) Hàm lượng cốt thép dọc lớn cấu kiện từ điều kiện để bê tơng khơng bị nứt co ngót là: max  Rbt ,ser  sh Es  2 Rbt ,ser (2.18) Theo công thức hàm lượng cốt dọc lớn phụ thuộc vào cấp độ bền nén bê tơng biến dạng co ngót bê tơng Các kết tính tốn trình bày chương Có thể thấy giá trị hàm lượng cốt thép lớn xác định theo điều kiện (2.18) thiên an toàn chưa xét đến ảnh hưởng tải trọng giai đoạn sử dụng, ứng suất nén tĩnh tải gây làm giảm đáng kể ứng suất kéo bê tơng co ngót (khơng xét đến hoạt tải từ biến bê tông thiên hạn chế hàm lượng cốt thép lớn có giá trị nhỏ hơn) Khả chịu lực cột chịu nén tâm (bỏ qua ảnh hưởng uốn dọc) xác định theo : Ngh = φ (RbAb + RscAst) (2.19) Và viết thành N gh  Rb Ared (2.20) Rb - cường độ chịu nén tính tốn bê tơng Ared - diện tích tiết diện quy đổi: Ared  Ac     Es As  Ac 1    Eb    (2.21) 14 Ở trạng thái giới hạn: N gh  nG G  nP P (2.22) hệ số vượt tải nG nP tương ứng tĩnh tải G hoạt tải P Hệ số nG nP có giá trị trung bình khoảng 1,15 1,2 Để đơn giản tính tốn lấy nG  nP  1,2 Đặt k = P/G, từ (2.19) ta có: R A G  b red 1, 2(1  k ) (2.23) Từ điều kiện biến dạng bê tông cốt thép, biến dạng cột tĩnh tải tiêu chuẩn G gây là: Rb b  1, 2 Eb (1  k ) Với (2.24) - hệ số đàn hồi bê tông chịu nén, có giá trị từ 0,15 đến Ứng suất kéo bê tông tác dụng tĩnh tải tiêu chuẩn co ngót bê tơng là:  bt   b,sh   Eb b   b,sh  Rb 1, 2(1  k ) (2.25) Hàm lượng cốt thép dọc lớn xác định từ điều kiện: Rb (2.26)  bt   b, sh   Rbt , ser 1, 2(1  k ) Rb Lúc ta  b, sh  Rbt , ser  1, 2(1  k ) (2.27)  sh Es  b, sh  Ta có:    với   Es / Eb  t  0,75 t 15 Từ điều kiện cân  sh Es Rb  R bt ,ser  1, 2(1  k )    Hàm lượng cốt thép dọc lớn cấu kiện từ điều kiện để bê tơng khơng bị nứt co ngót là: max  Rbt ,ser  Rb 1, 2(1  k )  Rb   sh Es    Rbt ,ser    1, 2(1  k )  (2.28) CHƯƠNG VÍ DỤ TÍNH TỐN Hàm lượng cốt thép lớn µmax tính toán đề xuất theo tiêu chuẩn TCVN 5574 - 2012 tiêu chuẩn ACI -318 trình bày chương 3.1 VÍ DỤ TÍNH TỐN 3.1.1 Tính tốn theo đề xuất Chien - Hung Lin W Furlong theo ACI - 318 Kiểm tra hàm lượng cốt thép lớn có xét đến co ngót bê tông tác dụng tĩnh tải D hoạt tải L, có thơng số sau: - Cường độ chịu nén bê tông f c' = 3000 psi - Ứng suất kéo bê tơng đạt tới giới hạn vết nứt bê tông giá trị ρg đủ lớn để chống lại co ngót bê tơng εsh=0,0008 - Mơ đun đàn hồi thép Es = 29.106psi - Mô đun đàn hồi bê tông Ec = 3,15.106psi 16 - Gọi X tỷ lệ hoạt tải (L) tĩnh tải (D), cho X=0,5 - Với n tỷ lệ Es Ec, ta có: E 29  106 n s   9, 206 Ec 3,15  106 - Ứng suất kéo trước nứt f t : ft  7,5 fc'  7,5 3000  410,8 psi - Độ biến dạng e: e  0, 476 f c' (1,  1,7 X ) Ec 0, 476  3000  2,01.104 (1,  1,7  0,5)  3,15.10 - Ứng suất kéo tối đa sinh co ngót f ct :  f ct  ( ft  Ec e )  410,8  3,15.106  2,01.104  1045, 46 psi - Từ thông số trên, ta xác định hàm lượng thép lớn f ct  g ,max  Es sh  f ct (n  1)  1045, 46  0,0715 29.10  0,0008  1045, 46  (9, 206  1) * Áp dụng tương tự cho loại bê tơng có cường độ chịu nén khác nhau: fc'  3000; fc'  3500; fc'  4000; fc'  4500; fc'  5000 Với tỷ số Hoạt tải Tĩnh tải X thay đổi X=0,5; X=1; X=1,5; X=2; X=2,5; X=3 Tính tốn theo trình tự trên,ta có kết sau: 17 Bảng 3.1 Giá trị hàm lượng cốt thép lớn theo đề xuất Chien – Hung Lin W Furlong theo tiêu chuẩn ACI - 318 f'c (psi) 3000 3500 4000 4500 5000 0.5 0.0715 (1.05E+03) 0.0829 (1.18E+03) 0.0943 (1.32E+03) 0.1235 (1.59E+03) 0.1559 (1.85E+03) 0.0543 (8.71E+02) 0.0620 (9.81E+02) 0.0697 (1.09E+03) 0.0880 (1.30E+03) 0.1073 (1.50E+03) L/D 1.5 0.0458 0.0407 (7.72E+02) (7.08E+02) 0.0519 0.0459 (8.65E+02) (7.91E+02) 0.0578 0.0508 (9.56E+02) (8.71E+02) 0.0716 0.0621 (1.13E+03) (1.03E+03) 0.0857 0.0735 (1.30E+03) (1.18E+03) 2.5 0.0374 (6.64E+02) 0.0419 (7.39E+02) 0.0462 (8.11E+02) 0.0560 (9.52E+02) 0.0657 (1.09E+03) 0.0350 (6.30E+02) 0.0390 (7.00E+02) 0.0430 (7.67E+02) 0.0516 (8.96E+02) 0.0602 (1.02E+03) (Giá trị ngoặc ứng suất kéo tối đa sinh co ngót f ct ) Từ kết bảng ta lập biểu đồ theo sau: Hình 3.1 Biểu đồ hàm lượng cốt thép lớn có xét đến co ngót bê tơng theo tiêu chuẩn ACI - 318 18 Nhận xét biểu đồ: Dựa vào biểu đồ trên, ta có nhận xét sau: - Khi cường độ chịu nén bê tông tăng hàm lượng thép µmax tăng - Khi tỷ lệ hoạt tải (L) tĩnh tải (D) tăng hàm lượng thép µmax giảm Nghĩa hoạt tải (L) lớn tĩnh tải (D) bé µmax giảm - Hầu hết giá trị hàm lượng cốt thép lớn cột có xét đến co ngót bê tơng tính tốn thỏa mãn theo tiêu chuẩn ACI-318 µmax=8%, có vài vị trí vượt giá trị µmax 3.1.2 Tính tốn theo TCVN 5574 - 2012 Xét cột bê tơng có cấp độ bền B20(M250), sử dụng cốt thép dọc AII Kiểm tra hàm lượng cốt thép lớn có xét đến co ngót bê tơng Với thơng số - Bê tơng B20 có thông số: Eb = 27000MPa Rbt,ser = 1,4MPa - Cốt thép AII có: Es = 210000MPa - Biến dạng co ngót tự bêtơng sh = 0,0008(lấy theo tiêu chuẩn Mỹ) Từ cơng thức (2.18) Với: Ta có: max max  Rbt , ser  sh Es  2 Rbt , ser Es 210000   7,78 Eb 27000 1,4   0,01% 0,0008  210000   7,78  1,4  * Áp dụng tương tự cho cấp độ bền khác bê tông sau : + Bê tơng M350 (B25) có Eb=27000 ; Rbt,ser = 1,6MPa 19 + Bê tơng M400 (B30) có Eb=30000 ; Rbt,ser = 1,8Mpa + Bê tông M450 (B30) có Eb=32500 ; Rbt,ser = 1,95MPa + Bê tơng M500 (B35) có Eb=34500 ; Rbt,ser = 2,1MPa Tính tốn theo trình tự trên, ta có giá trị sau: Bảng 3.2 Giá trị hàm lượng cốt thép lớn theo tiêu chuẩn TCVN 5574 – 2012 không xét đến Tĩnh tải Hoạt tải Mác bê tông Eb a Rbt,ser(MPa) µmax(%) (MPa) (MPa) M250 (B20) 27000 7.78 1.4 0.010 M350 (B25) 30000 7.00 1.6 0.011 M400 (B30) 32500 6.46 1.8 0.012 M450 (B35) 34500 6.09 1.95 0.014 M500 (B40) 36000 5.83 2.1 0.015 Từ bảng ta lập biểu đồ sau: Hình 3.2 Biểu đồ hàm lượng cốt thép lớn có xét đến co ngót bê tông không xét đến tỷ số k theo tiêu chuẩn TCVN 5574 - 2012 20 Nhận xét biểu đồ: Dựa vào biểu đồ trên, ta có nhận xét sau: - Khi cấp độ bền bê tông tăng hàm lượng thép µmax tăng - Hàm lượng cốt thép lớn cột BTCT có xét đến co ngót bê tơng tính tốn theo tiêu chuẩn TCVN 5574 - 2012 tính theo cơng thức (2.18) phụ thuộc vào cấp độ bền bê tông mô đun đàn hồi thép, chưa xét đến ảnh hưởng tải trọng giai đoạn sử dụng nên giá trị µmax nhỏ, trường hợp ta phải tính tốn xét đến tải trọng sau: Với thơng số - Bê tơng B20 có thơng số: Eb = 27000MPa Rbt,ser = 1,4Mpa Rb = 11,5Mpa - Cốt thép AII có: Es = 210000MPa - Biến dạng co ngót tự bêtơng sh = 0,0008(lấy theo tiêu chuẩn Mỹ ACI - 318) Từ công thức (2.28) Rbt ,ser  max  Rb 1, 2(1  k )  R  b  sh Es    Rbt ,ser    1, 2(1  k )  Với:  Es 210000   7,78 ; Eb 27000 k = G/P = 0,5 Ta có: 21 11,5 1, 2(1  0,5)   0,089%   11,5 0,0008* 210000  * 7,78 1,   1, 2(1  0,5)   1,  max * Áp dụng tương tự cho cấp độ bền khác bê tông sau : + Bê tơng M350(B25) có Eb=27000 ; Rbt,ser=1,6MPa; Rb = 14,5MPa + Bê tơng M400 (B30) có Eb=30000 ; Rbt,ser = 1,8MPa ; Rb = 17MPa + Bê tông M450 (B35) có Eb=32500 ; Rbt,ser = 1,8MPa ; Rb = 19,5MPa + Bê tơng M500 (B40) có Eb=34500 ; Rbt,ser = 1,95MPa ; Rb = 22MPa Tính tốn theo trình tự trên, ta có kết sau : Bảng 3.3 Giá trị hàm lượng cốt thép lớn theo tiêu chuẩn TCVN 5574 – 2012 có xét đến Tĩnh tải Hoạt tải Mác bê tông (Mpa) k=G/P 0.5 1.5 2.5 M250 (B20) 0.089 (7.79) 0.060 (6.19) 0.046 (5.23) 0.038 (4.59) 0.033 (4.14) 0.030 (3.80) M350 (B25) 0.124 (9.66) 0.079 (7.64) 0.060 (6.43) 0.049 (5.63) 0.042 (5.05) 0.037 (4.62) M400 (B30) 0.158 (11.24) 0.097 (8.88) 0.072 (7.47) 0.058 (6.52) 0.050 (5.85) 0.044 (5.34) M450 (B35) 0.199 (12.78) 0.117 (10.08) 0.085 (8.45) 0.068 (7.37) 0.058 (6.59) 0.050 (6.01) 0.253 0.140 0.100 0.079 0.066 0.058 (14.32) (11.27) (9.43) (8.21) (7.34) (6.68) M500 (B40) (Giá trị ngoặc giá trị ứng suất kéo bê tông  b, sh ) 22 Từ bảng ta lập biểu đồ sau: Hình 3.3 Biểu đồ hàm lượng cốt thép lớn có xét đến co ngót bê tơng có xét đến tỷ số k theo tiêu chuẩn TCVN 5574 - 2012 Nhận xét biểu đồ: Dựa vào biểu đồ trên, ta có nhận xét sau: - Khi cấp độ bền bê tơng tăng hàm lượng thép µmax tăng - Khi tỷ lệ hoạt tải (P) tĩnh tải (G) giảm hàm lượng cốt thép µmax tăng Nghĩa hoạt tải (P) lớn tĩnh tải (G) bé µmax giảm - Khi tính tốn hàm lượng cốt thép µmax cột có xét đến co ngót bê tơng theo cơng thức (2.28), ta thấy hàm lượng thép µmax tăng lên đáng kể so với kết tính tốn theo cơng thức (2.18) 3.2 NHẬN XÉT KẾT QUẢ TÍNH TỐN Qua tính tốn kiểm tra hàm lượng cốt thép lớn µmax có xét đến co ngót bê tơng theo tiêu chuẩn ACI - 318 đề xuất 23 theo TCVN 5574 - 2012, ta có nhận xét: - Tính tốn đề xuất theo tiêu chuẩn TCVN 5574 - 2012 ACI-318, ta thấy hàm lượng cốt thép µmax không phụ thuộc vào cấp độ bền bê tơng mơ đun đàn hồi thép mà phụ thuộc vào tĩnh tải, hoạt tải tác dụng - Khi tính tốn cốt thép lớn µmax có xét đến co ngót bê tơng theo tiêu chuẩn TCVN 5574 - 2012 có xét đến tỷ số k=P/G theo tiêu chuẩn Mỹ ACI - 318 phản ánh điều kiện làm việc cấu kiện rõ ràng, với giá trị Tĩnh tải Hoạt tải khác hàm lượng cốt thép µmax khác 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Qua kết nghiên cứu tính tốn trình bày luận văn rút kết luận sau: - Quy trình tính tốn cốt thép cột tâm lớn µmax có xét đến co ngót bê tơng theo tiêu chuẩn Mỹ ACI - 318 rõ ràng đơn giản Tiêu chuẩn TCVN 5574 - 2012 chưa quy định rõ ràng hàm lượng thép lớn rõ ràng cho trường hợp - Quy trình tính tốn cốt thép lớn µmax xét đến co ngót bê tơng có xét đến giá trị biến dạng co ngót bê tơng sh Giá trị không quy định rõ tiêu chuẩn TCVN 5574 - 2012 Trong luận văn tham khảo giá trị theo kiến nghị tiêu chuẩn Mỹ, nhiên để có số liệu phù hợp cần thiết phải thơng qua thực nghiệm - Lực dính bêtông cốt thép tạo cho cốt thép cản trở co ngót bêtơng, bố trí hàm lượng cốt thép lớn, ứng suất kéo bêtơng đạt đến cường độ chịu kéo làm xuất khe nứt Dựa vào theo quan điểm xác định hàm lượng cốt thép lớn cột BTCT KIẾN NGHỊ Quy trình tính tốn cốt thép lớn µmax cột BTCT có xét đến co ngót bê tơng cần đưa vào tiêu chuẩn thiết kế để áp dụng dễ dàng thực tế thiết kế kết cấu cơng trình ... nên bêtơng co ngót, bêtơng kéo cốt thép co lai, cốt thép chịu nén Ngược lai, cốt thép cản trở bêtơng co ngót nên b tông chịu kéo Lực nén cốt thép cân với lực nén bêtơng Cần phải tính ứng suất bêtơng... THÉP CỘT BÊ TƠNG 1.1 CO NGĨT TRONG BÊ TƠNG Co ngót bê tơng giảm thể tích nhiệt độ khơng đổi độ ẩm sau bê tông đông cứng Sự thay đổi thể tích theo thời gian phụ thuộc vào hàm lượng nước bê tông tươi,... cáo sớm từ biến co ngót cột bê tông cốt thép chịu lực Phần năm nghiên cứu áp dụng nhiều Mục đích nêu phần xác định ảnh hưởng việc tăng cường từ biến bê tông, ảnh hưởng từ biến bê tông vào ứng suất