Trong thiết kế nền móng công trình, vấn đề sức chịu tải của cọc đóng vai trò quyết định tới ổn định của giải pháp móng sâu cho nhà cao tầng. Với giá thành giải pháp cao, phương pháp tính toán theo lý thuyết còn nhiều vấn đề chưa thực sự thống nhất thì việc xác định sức chịu tải cọc ở hiện trường là một vấn đề bắt buộc và rất phức tạp nhưng phải thực hiện trong thực tế xây dựng.
Trang 1MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN QUAN TÂM KHI XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỌC Ở
HIỆN TRƯỜNG THEO THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC
ThS Phạm Ngọc Tân
Phó trưởng Khoa Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung
ThS Nguyễn Huỳnh Minh Trang
Khoa Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung
Tóm tắt: Trong thiết kế nền móng công trình, vấn đề sức chịu tải của cọc đóng
vai trò quyết định tới ổn định của giải pháp móng sâu cho nhà cao tầng Với giá
thành giải pháp cao, phương pháp tính toán theo lý thuyết còn nhiều vấn đề chưa
thực sự thống nhất thì việc xác định sức chịu tải cọc ở hiện trường là một vấn đề
bắt buộc và rất phức tạp nhưng phải thực hiện trong thực tế xây dựng Trong đó
thí nghiệm nén tĩnh cọc ở hiện trường là phương pháp thường dùng trong thực tế
hiện nay Mặc dù TCVN 9393-2012 đã nêu rõ những vấn đề chung khi sử dụng
thí nghiệm này nhưng vận dụng thực tế như thế nào cũng còn nhiều nội dung cần
phải quan tâm và thảo luận thêm
Từ khoá: Thí nghiệm cọc, nén tĩnh cọc
1 Đặt vấn đề:
Sức chịu tải (SCT) cọc là thong số
quan trọng và có ý nghĩa nhất phản ảnh
chất lượng của cọc đã thi công so với
thiết kế.Việc thử cọc ở hiện trường để
xác định sức chịu tải của nó thường là
công việc phức tạp và tốn kém và
không phải bao giờ cũng thực hiện
được cho nhiều loại cọc tại công
trường
Các phương pháp có thể sử dụng
để xác định SCT cọc ở hiện trường hiện
nay thường sử dụng là: phương pháp
động sử dụng công thức lý thuyết theo
độ chối của cọc, phương pháp thử cọc
bằng nén tĩnh, phương pháp thử tĩnh
cọc có gắn thiết bị đo lực và chuyển vị,
phương pháp thử hiện đại như thử động
biến dạng lớn PDA, phương pháp hộp
tải trọng Osterberg, phương pháp thử
tĩnh động Statnamic,.v.v
Trong đó, phương pháp động khi
dung công thức động quen thuộc của
Gerxevanov và Hiley là điều mà nhà
thầu hay sử dụng lâu nay, chỉ có điều đối với cọc nhồi thì phương pháp này tỏ
ra không tin cậy nên không được sử dụng Trong khi các phương pháp thử hiện đại như PDA thì phức tạp và tốn kém nên hiện nay phương pháp nén tĩnh cọc tại hiện trường thường được các chủ đầu tư sử dụng để xác định lại sức chịu tải cọc tại hiện trường nhằm đảm bảo an toàn cho giải pháp thiết kế nền móng của công trình, vừa giúp nhà thầu lựa chọn thiết bị đóng ép cho hợp
lý, đồng thời nó cũng là một bước trong quy trình nghiệm thu phần nền móng công trình
Mặc dù hiện nay TCVN 9362 –
2012 đã nêu rõ các vấn đề của thí nghiệm nén tĩnh cọc trong việc xác định sức chịu tải Tuy nhiên việc áp dụng trong thực tế như thế nào không phải kỹ sư nào cũng nắm và vận dụng đúng Trong phạm vi bài viết này, chúng tôi nêu lên các vấn đề chính của thí nghiệm và một số vấn đề cần quan
Trang 2tâm khi nghiệm thu sức chịu tải cọc
theo thí nghiệm này
2 Thí nghiệm nén tĩnh cọc
Thí nghiệm nén tĩnh cọc dùng để
xác định sức chịu tải của cọc và thiết
lập biểu đồ quan hệ tải trọng biến dạng
thử tải đơn thuần là tìm kiếm những
thông số nhằm xác định tính ổn định
của nền đất, độ rung, lún, sức chịu tải
của cột tính đàn hồi Những số liệu
thu thập được trong giai đoạn này sẽ là
cơ sở để các kỹ sư xây dựng tính toán
kết cấu móng nền cho công trình và
giúp nhà thầu lựa chọn thiết bị đóng, ép
cho hợp lý
Phương pháp thí nghiệm
Nén nhanh (thời gian gia tải
không đổi; gia tải nhanh; tốc độ chuyển
vị không đổi) hoặc giữ tải từng cấp theo
chu kỳ
Thí nghiệm được tiến hành tại vị
trí có địa chất tiêu biểu của công trình,
được tiến hành trong giai đoạn thiết kế
hoặc trước khi thi công cọc đại trà Số
lượng cọc thử khoảng 1% số lượng cọc
được thi công và không ít hơn 02cọc
Một số vấn đề về yêu cầu kỹ
thuật công tác thử tải trọng tĩnh cần
thống nhất
- Vị trí cọc thử: thường do chủ
đầu tư, chủ trì tư vấn thiết kế kết cấu
thống nhất;
- Loại và kích thước cọc được
sử dụng: đúng như cọc đã thiết kế
hoặc dự kiến;
- Biện pháp thi công cọc;
- Phương pháp gia tải;
- Yêu cầu về hệ thông gia tải;
- Chuyển vị lớn nhất đầu cọc dự kiến;
- Thời gian nghỉ của cọc sau khi thi công và hai lần gia tải
Cấp tải thử
Về nguyên tắc nên chọn Pthử tốt nhất là làm sao với cấp tải đó cọc đã bị tuột (bị phá hoại theo chỉ tiêu đất nền) thì như thế sẽ phản ánh trung thực hơn môi trường làm việc của đất nền từ đó tính chính xác hơn Pgh đất nền
Các tài liệu có thể tham khảo
- Theo TCXDVN 9393:2012;
Pmax=2,5 Ptk
- Theo ASTM D 1143, LCLP(Pháp)(Cẩm nang Địa Kỹ Thuật của Trần Văn Việt): Pmax=2Ptk
- Theo tài liệu GS.TS Nguyễn Văn Đạt: Pmax=3.Ptk
Nhận xét: hiện nay, nhiều báo cáo thí nghiệm thử tĩnh rất ít thấy hiện tượng cọc bị tuột khi biến dạng s = 10%d (d là cạnh hoặc đường kính cọc) khi ở cấp tải Pthử max.Do đó khi Pmax=2,5
Ptk có lẽ số liệu Pgh đất nền ra chưa được chính xác lắm vì chưa đạt trạng thái giới hạn của đất Do đó giá trị Pgh cần phải nghiên cứu kỹ khi chọn tùy thuộc từng loại đất nền
Hệ thống gia tải
Trang 3- Hệ thống gia tải cần thiết kế với
tải trọng không nhỏ hơn tải trọng lớn
nhất dự kiến
- Nếu dùng neo với đất để hình
thành hệ thống gia tải cọc, cánh neo
phải cách ít nhất 5 lần đường kính cọc
kể từ mặt bên cọc
Sử dụng đối trọng để nén tĩnh
Thông thường sử dụng các đối
trọng bằng khối bê tông cốt thép (số
lượng được bố trí theo từng cấp tải) Số
lượng đối trọng phải theo tính toán
Sử dụng neo để nén tĩnh
Trong một số trường hợp mặt
bằng chật hẹp, không dùng được cẩu và
khối bê tông làm đối trọng có thể sử
dụng 04 cọc neo để thí nghiệm nén tĩnh
kiểm tra sức chịu tải
Quy trình thí nghiệm:
9393:2012―Cọc - Phương pháp thí
nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh
ép dọc trục‖ quy định phương pháp thí
nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh
ép dọc trục áp dụng cho cọc đơn thẳng
đứng, cọc đơn xiên không phụ thuộc
kích thước và phương pháp thi công
(đóng, ép, khoan thả, khoan dẫn, khoan
nhồi…)
Trong tiêu chuẩn TCXDVN
9393:2012có đưa ra 2 khái niệm: Nén
cọc thăm dò (nén phá hoại
250%-300%)và nén cọc kiểm tra (nén không
phá hoại từ 150% -200%) Với nén phá
hoại thì ta biết được sức chịu tải giới
hạn thực của cọc theo vật liệu hoặc đất
nền dựa vào biến dạng theo các lý
thuyết khác nhau Còn nén không phá
hoại thì chúng ta phải chấp nhận khái
niệm về điểm phá hoại qui ước theo các
qui định của tiêu chuẩn để đưa ra sức
chịu tải tính toán, thiên về an toàn nên lấy biến dạng toàn bộ
Các bước thực hiện thí nghiệm:
theo 8 bước sau
1 Gia công đầu cọc và đặt hệ kích;
2 Cắt tẩy đầu cọc đến phần bê tông đặc chắc, tạo phẳng bề mặt;
3 Lắp đặt hệ kích và căn chỉnh;
4 Gia cố nền và lắp đặt gối đỡ, dàn tải trọng;
5 Lắp đặt dầm chính, dầm phụ, lắp đặt đối trọn;g
6 Lắp đặt hệ đồng hồ đo chuyển
vị, lắp đặt máy trắc đạc (nếu có yêu cầu);
7 Lắp đặt hệ bơm, đồng hồ thuỷ lực ;
8 Gia tải theo quy trình và ghi chép số liệu hiện trường
Báo cáo kết quả thí nghiệm: đầy
đủ các mục sau
1 Tên, vị trí công trình;
2 Chủ đầu tư, Tư vấn thiết kế/giám sát, nhà thầu thi công cọc, đơn
vị thí nghiệm;
3 Hồ sơ cọc thí nghiệm;
4 Số liệu ghi chép hiện trường;
5 Biểu đồ quan hệ tải trọng và độ lún;
6 Biểu đồ quan hệ tải trọng, độ lún và thời gian;
7 Các nhận xét trong đó có đưa ra tải trọng giới hạn theo De Beer, Chin;
Qui trình gia tải
Cọc được nén theo từng cấp, tính tăng của tải trọng thiết kế Tải trọng được tăng lên cấp mới nếu sau 1 giờ quan trắc độ lún của cọc nhỏ hơn 0,20
mm và giảm dần sau mỗi lần đọc trong thời gian trên
Trang 4Tùy theo yêu cầu thiết kế, cọc có
thể gia tải đều 200% đến 300% tải
trọng thiết kế Thời gian ở cấp 100%,
150% và 200% có thể kéo dài hơn 6giờ
đến 12 hay 24 giờ
Tại cấp tải 100% được giữ tải 6
giờ có thể giảm tải về 0% để quan trắc
độ lún đàn hồi và độ lún dư tương ứng
với cấp tải trọng thiết kế
Ghi chép cẩn thận trong khi đọc thí nghiệm và các hiện tượng lạ Nếu có thể họp các thành viên trong nhóm để đưa ra giải pháp hợp lý cho từng hiện tượng lạ
Kết luận về kết quả thử tải
Bảng1: Thời gian tác dụng các cấp tải trọng
% Tải trọng thiết kế Thời gian giữ tải tối thiểu
25%Ptk
50
75
100
75
50
25
0
100
125
150
125
100
75
50
25
0
1h 1h 1h 1h
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
6 h 1h 6h
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút 1h Thí nghiệm nén tĩnh nên tiến hành
trước khi thiết kế móng để không thay đổi
các thông số của móng cọc nhiều, làm ảnh
hưởng đến giá thành công trình và có thời
gian giải quyết các sự cố nếu có tránh hiện
tượng phải dừng tiến độ thi công hàng
tháng để giải quyết vấn đề này
3 Một số vấn đề cần quan tâm
Thí nghiệm này có thể thực hiện ở
giai đoạn thăm dò hoặc giai đoạn kiểm
tra SCT để làm cơ sở cho thiết kế hoặc
điều chỉnh đồ án thiết kế
Thí nghiệm cọc phải do cán bộ địa
kỹ thuật có trình độ chuyên môn và kinh nghiệm trực tiếp chỉ đạo Các cán bộ vận hành thiết bị và theo dõi, ghi chép phải được huấn luyện, đào tạo
Việc thực hiện thí nghiệm chỉ được tiến hành khi các cọc đã đủ thời gian hồi phục cấu trúc của đất bị pha hoại trong quá trình thi công hoặc bê tong đạt cường
độ theo quy định (thời gian từ khi kết thúc thi công cọc đến khi thí nghiệm): tối thiểu 21 ngày đối với cọc khoan nhồi và
Trang 57 ngày đối với cọc khác Nội dung này
rất dễ sai trong thực tế thi công
Khi thí nghiệm cọc được xem là
phá hoại khi: chuyển vị đầu cọc hơn
10%d hay vật liệu cọc bị phá hoại
Xác định SCT thực tế của cọc:
Từ báo cáo kết quả của thí nghiệm,
chúng ta có thể xác định SCT tính toán
của cọc theo các phương pháp sau:
* Dựa vào đồ thị quan hệ p – s:
- Trường hợp đường cong p – s biến đổi nhanh, thể hiện rõ tại điểm có
độ dốc thay đổi đột ngột, Pgh tương ứng với điểm có đường cong bắt đầu biến đổi
dộ dốc
- Nếu đường cong biến đổi chậm thì căn cứ vào quy trình thí nghiệm để chọn phương pháp xác định Pgh
Bảng 2: Giá trị P gh tương ứng chuyển vị giới hạn quy ước:
Chuyển vị giới hạn Điều kiện áp dụng Phương pháp đề nghị
10%d Tất cả các loại cọc
TC Pháp DTU 13-2
TC Anh BS 8004:1986
TC Nhật JSF 1811:1993 2Smax Pgh tương ứng 1/2 Sgh
Smax ứng với 0,9P
Brinch Hansen Thụy Điển
3 – 6%d
40 – 60mm
60 - 80mm
Cọc khoan nhồi chống Cọc có L/d từ 80 đến
100
Trung Quốc
* Phương pháp dung độ lún giới hạn:
- Tải trọng giới hạn tương ứng
với chuyển vị đầu cọc là 8 mm chia cho
hệ số hệ số an toàn Phương pháp này
thường ít sử dụng trong thực tế
- Tải trọng tương ứng với chuyển
vị đầu cọc 10% chiều rộng cọc, hoặc tải
trọng lớn nhất đạt được trong thí nghiệm
chia cho hệ số an toàn là 2
* Phương pháp dựa vào điều kiện
thực tế thí nghiệm: Nếu vì lý do nào đó
mà chưa gia tải đến giá trị cần thiết mà
phải dừng thí nghiệm thì Pgh là tải lớn
nhất khi dừng thí nghiệm
4 Kết luận
Việc xác định SCT cọc bằng thí nghiệm nén tĩnh cọc ở hiện trường là thí nghiệm thường được sử dụng trong thiết
kế và thi công nền móng nhà cao tầng.Tuy nhiên, việc chọn đơn vị thí nghiệm, thời điểm nào để thí nghiệm, vị trí, số lượng cọc thí nghiệm trong công trình Thí nghiệm để khảo sát hay kiểm tra lại sức chịu tải cọc, cách xác định Pgh và hệ số an toàn chọn trong thí nghiệm là những nội dung mà các đơn vị liên quan như chủ đầu
tư, tư vấn thiết kế, nhà thầu thí nghiệm phải xác định rõ ngay từ đầu để thí nghiệm được thực hiện nhanh chóng, kết quả thí nghiệm được tin cậy
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Tiêu chuẩn TCXDVN 9393:2012 ―Cọc - Phương pháp thí nghiệm hiện trường
bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục‖
[2] Phạm Ngọc Tân 2014 Bài giảng lớp giám sát chuyên đề Nền Móng, ĐHXDMT
Trang 6KHẢO SÁT ỨNG XỬ VÀ PHÂN TÍCH MÔ MEN – ĐỘ CONG CỦA DẦM BÊ
TÔNG CỐT THÉP
ThS Chu Thị Hải Vinh
Khoa Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung
Tóm tắt: Hiện nay kết cấu bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong xây
dựng dân dụng và công nghiệp, vì thế việc tìm hiểu, phân tích ứng xử của kết
cấu là vô cùng quan trọng Bài báo này mô tả quá trình khảo sát ứng xử của
dầm bê tông cốt thép chịu lực tập trung bằng phương pháp thí nghiệm kết hợp
với tính toán theo tiêu chuẩn ACI-318 Mô phỏng bằng phương pháp phần tử
hữu hạn cũng được sử dụng nhằm phân tích sự phân bố ứng suất của dầm khi
chịu tải trọng tác dụng
Từ khoá: Thí nghiệm dầm BTCT, ứng suất-biến dạng trong dầm
1 Tổng quan kết cấu bê tông cốt thép
Vào thời điểm hiện nay, bê tông và
bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi
hầu hết trong mọi lĩnh vực xây dựng và
thâm nhập vào những lĩnh vực kỹ thuật
hiện đại khác Đó là do bê tông cốt thép
có độ bền cao, có khả năng sử dụng rộng
rãi các vật liệu xây dựng địa phương, có
khả năng sử dụng các kết cấu kinh tế với
lượng tiêu hao thép thấp
Bản chất bêtông cốt thép là sự kết
hợp hợp lý hai vật liệu bêtông và thép để
làm việc cùng nhau cho đến khi bị phá
hoại Nguyên lý cơ bản của kết cấu dầm
bê tông cốt thép chịu uốn là bê tông chịu
nén tốt, chịu kéo kém, thép chịu kéo và
nén đều tốt Sự liên kết hai vật liệu này
thành một cho phép chúng ta sử dụng ưu
điểm của mỗi loại vật liệu cấu thành một
cách hợp lý nhất
Vấn đề đặt ra là tìm hiểu ứng xử của kết cấu dầm bê tông cốt thép bằng chương trình thực nghiệm kết hợp với tính toán lý thuyết Bên cạnh đó mô hình phần tử hữu hạn được xây dựng nhằm khảo sát thêm về ứng xử của kết cấu
2 Khảo sát thực nghiệm
Nhằm khảo sát các giai đoạn làm việc của kết cấu dầm, chương trình thực nghiệm được tiến hành với dầm bê tông cốt thép chịu lực tập trung
2.1 Mô tả thí nghiệm
Dầm bê tông cốt thép thường có tiết diện ngang hình chữ nhật, tứ giác, chữ T, chữ I….Trong phạm vi thực nghiệm này, tiết diện dầm thí nghiệm là tiết diện tứ giác được mô tả như hình 1d
Cốt thép trong dầm: đặt 225 ở miền dưới và 210 ở miền trên của dầm
Hình 1: Các dạng mặt cắt ngang của dầm
Trang 7Kích thước dầm: chiều dài dầm L=
4m (L1=L2=1.2m), chiều cao tiết diện h =
350mm, chiều rộng tiết diện dầm đáy bé
b1= 150mm, đáy lớn b2=250mm
Vật liệu được sử dụng trong thí nghiệm này là bê tông có f’c= 25MPa
Chọn thép chịu lực có fy = 355 MPa
Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm dầm được mô tả như hình 2
Hình 2: Sơ đồ thí nghiệm dầm chịu uốn BTCT
2.2 Bố trí thiết bị đo
Hình 3 mô tả cách lắp đặt thiết bị đo
thí nghiệm, trong đó độ võng của dầm
được đo bởi cảm biến chuyển vị DG1 và
DG3(tại vị trí đặt lực), DG2 (tại vị trí giữa
dầm) Ngoài ra biến dạng của bê tông đo
bởi SG, dán ở miền dưới tại vị trí giữa dầm
Tất cả các giá trị đo sẽ được ghi lại tự động bằng hệ thống thu thập dữ liệu
Trong suốt quá trình thí nghiệm vết nứt sẽ được theo dõi, mô tả lại sự phát triển, hình dạng cũng như vị trí nó
Hình 3: Mô hình lắp đặt các thiết bị đo trên dầm thí nghiệm
2.3 Tiến hành thí nghiệm
Dầm sau khi được đúc tại chỗ, đủ
thời gian đạt cường độ thì tiến hành sơn
trắng dầm, kẻ lưới ô vuông có đánh số
Sau đó cẩu lắp dầm vào vị trí thí nghiệm,
kiểm tra độ ngang bằng, lắp các thiết bị
gia tải: kích, dầm truyền lực… và các
thiết bị đo biến dạng, chuyển vị
Tiến hành gia tải lên 5KN, sau đó giảm về 0 để loại trừ ứng suất ban đầu trong dầm, cho các bộ phận truyền lực tiếp xúc khít với nhau và kiểm tra hoạt động của thiết bị Sau khi ổn định, tiến hành tăng tải cho đến khi dầm bị phá hoại Các giá trị lực được đo đạc lại và vết nứt được theo dõi trong suốt quá trình thí nghiệm
Trang 82.4 Kết quả thí nghiệm
Trong suốt quá trình thí nghiệm, các
vết nứt được đánh dấu như trên hình 4a,
dầm bị phá hủy ở cấp tải 138kN, khi kết
thúc thí nghiệm xuất hiện vết nứt lớn tại giữa dầm qua vị trí đặt straingage như hình 4b
(a) (b) (c)
Hình 4 Hình dạng phá huỷ dầm
(a) đánh dấu vết nứt; (b) Vết nứt giữa dầm ngang qua SG; (c) Vết nứt giữa dầm tại
điểm chảy của thép
Từ kết quả đo đạc được, ta có biểu
đồ P- thể hiện mối quan hệ giữa lực và
chuyển vị như hình 5
Hình 5 Biểu đồ P-
3 Phân tích độ võng của dầm:
Khi gia tải ở giai đoạn P=(0-5) kN
thì không có chuyển vị chứng tỏ ở giai
đoạn này tải trọng rất bé so với sức chịu
tải của dầm
Khi gia tải ở giai đoạn P=(5-25)
kN thì chuyển vị ở vị trí giữa dầm (DG2;
=1,485mm) và 2 vị trí lực tác dụng (DG1,DG3=1,328mm ) chênh lệch 0,157mm, độ võng gần như bằng nhau
Khi gia tải ở giai đoạn P = (25-130) kN thì chuyển vị ở vị trí giữa dầm (DG2=14,73mm) và tại 2 vị trí lực tác dụng (DG1=12,746mm và DG3=12,985mm) Như vậy chênh lệch giữa DG1 và DG2 khoảng 1,984mm;
DG3 và DG2 khoảng 1,745mm
Ở giai đoạn này độ võng của dầm tại vị trí giữa dầm DG2 lớn hơn 2 vị trí lực tác dụng là DG1 và DG3, như vậy
độ võng có dạng đường cong hình cung,
độ võng lớn nhất ở giữa dầm DG2
Khi gia tải ở giai đoạn P=(130-140) kN thì chuyển vị ở vị trí giữa dầm (DG2; 22mm) và 2 vị trí lực tác dụng (DG1: 12,7mm; DG3: 12,9mm), chênh lệch khá lớn, hơn 9mm Ở giai đoạn dầm này dầm đã bị phá huỷ, độ võng của dầm
Trang 9tại vị trí giữa dầm DG2 lớn hơn rất nhiều
2 vị trí lực tác dụng là DG1 và DG3
4 Phân tích mô men – độ cong của
dầm
Tiến hành tính toán theo lý thuyết
ứng xử của dầm bằng phương pháp tính
mô men – độ cong theo tiêu chuẩn
ACI-318 Trong tính toán này, mô men tại 3
mức độ cong được xác định: độ cong khi
bê tông xuất hiện nứt crứng tại mô men
gây nứt Mcr, độ cong khi bê tông biến
dạng chảy dẻo y tại mô men chảy dẻo
My, độ cong khi bê tông biến dạng cực
hạn u tại mô men chảy dẻo Mu Trong
tính toán ta xem như dầm BTCT chịu
uốn có sự tham gia của thép chịu kéo,
chịu nén, không xét thép đai
Ở trường hợp này, dầm BTCT
không xét cốt đai nên ta tính toán cường
độ chống cắt của riêng phần bê tông
0.17 0,17 25 150 322,5 41,12 10
Vì dầm đặt tải đối xứng nên ta có
tải trọng gây nứt
Pcr = Vc = 41.12 x 103 N
3 41,12 10 41,12
cr c
* Giai đoạn bắt đầu nứt:
Mô men gây nứt:
6
6 699.9 10
3.1 11.32 10 ( ) 191.67
g
cr r
t
I
y
Tải trọng gây nứt:
6
11.32 10
cr cr
M
Sau khi tính được giá trị tải trọng gây
nứt trên, ta thấy rằng giá trị tải trọng phá
hoại gây nứt do uốn bé hơn giá trị tải
trọng phá hoại do cắt nên ta suy ra dầm
phá hoại do uốn Khi thực nghiệm, ta đặt
lên dầm 2 lực tập trung nên ta suy ra được tải trọng gây nứt dầm
2 2 9433 18866 18,87
cr
Độ cong:
6
7 6
11.32 10
6.88 10 (1 / )
23500 699.9 10
cr
c g
M
mm
E I
*Giai đoạn chảy dẻo:
Ở giai đoạn này, biến dạng tới hạn trong thép chịu kéo là biến dạng chảy dẻo y Chiều cao vùng bê tông chịu nén đến trục trung hòa là c=kd
Khi chảy dẻo ứng suất thép chịu kéo là fy, mô men chảy dẻo là:
' ' '
6
0.422 322.5 0.422 322.5 981.2 355 322.5 157 211.58 25
95.86 10
y s y s s
M A f d A f d
Nmm
Biến dạng của thép chịu kéo là y:
5
355
0.00178
2 10
y y s
f E
Độ cong ứng với giai đoạn này là:
6 0.00178
9.55 10 (1/ ) 322.5 0.422 322.5
y
d kd
* Giai đoạn tới hạn:
Ở giai đoạn này, ban đầu giả thiết biến dạng thép chịu nén '
s
vượt quá biến dạng chảy y , tính toán thép chịu nén với giới hạn chảy là 358 MPa, biến dạng của phần chịu nén cmax 0.003
Mô men tới hạn:
1
2
c
M f cb d A f dd
6
0.85 107.8 0.85 25 0.85 107.8 150 322.5 157 358 (322.5 25)
2 97.53 10 (Nmm)
Độ cong:
5 0.003
2.78 10 (1 / ) 107.8
cm
c
Trang 10Kiểm tra lại giả thiết ban đầu cho
biến dạng trong thép chịu nén
' '
max
107.8
s c
c d
c
Ta cĩ:
'
0.0023 0.00178
Thép vùng nén đã đạt giới hạn chảy
* Tính tốn độ dẻo của dầm:
Ta cĩ tỷ số:
107.8
0.334 0.375 322.5
c
nên dầm phá hoại dẻo
Suy ra hệ số giảm cường độ là =0.9
Ta cĩ:
0,9 97.53 10 87.78 10
n
M
Từ khả năng chịu lực tới hạn, ta suy ra được tải trọng tới hạn là
6 87.78 10
n
M
Như vậy tải trọng tới hạn là:
3
P P N kN
Độ dẻo tới hạn
5 6
2.78 10
2.91 9.55 10
u y
Sau khi tính tốn ta cĩ bảng kết quả như sau:
Giai đoạn Mơ men M (N.mm) Độ cong (1/mm)
Bắt đầu nứt 11.32 x 106 6.88 x 10-7
Hình 6: Biểu đồ biểu diễn mơ men - độ cong ứng với từng giai đoạn
Với kết quả tính tốn như trên, ta cĩ
tải trọng gây nứt là Pcr = 18,87kN So
sánh với kết quả thực nghiệm, dầm bị nứt
với tải trọng 25kN, sai số 32%
Ở gia đoạn dầm bị phá hoại, kết quả
tính tốn tải trọng tới hạn Pth = 146,3kN
so sánh với kết quả khảo sát thực nghiệm
tải trọng tới hạn 138kN, sai số 5,8%
5 Mơ phỏng bằng phần mềm ANTENA
Mơ phỏng thí nghiệm dầm được thực hiện bằng phần mềm ANTENA Mơ hình vật liệu tương ứng với bê tơng và cốt thép được hiệu chỉnh và đưa vào mơ phỏng Mơ hình phân tích ba chiều đầy đủ (full 3D) được xây dựng Kích thước của mơ hình được lấy giống như mẫu thí nghiệm
Trong mơ phỏng ATENA, mơ hình vật liệu Microplane4 – ML4 được dùng
20
40
60
80
100
x 10
(N.mm)
6
Bắt đầu nứt