Đánh giá khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt thép theo TCVN 5574 2012 và một số tiêu chuẩn khác

TRƯƠNG VĂN BẰNG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - TRƯƠNG VĂN BẰNG KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO TCVN 5574-2012 VÀ MỘT SỐ TIÊU CHUẨN KHÁC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP KHỐ: K32TV Đà Nẵng – Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRƯƠNG VĂN BẰNG ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO TCVN 5574-2012 VÀ MỘT SỐ TIÊU CHUẨN KHÁC Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Mã số: 60 58 02 08 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN ANH THIỆN Đà Nẵng – Năm 2018 i-LỜI CAM ĐOAN Trên sở liệu luận văn với đề tài “Đánh giá khả chịu cắt dầm bê tông cốt thép theo TCVN 5574-2012 số tiêu chuẩn khác”, xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tất số liệu trích dẫn luận văn tài liệu có thật, đáng tin cậy lĩnh vực nghiên cứu Tơi xin cam đoan thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Tác giả TRƯƠNG VĂN BẰNG ii-LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc TS Trần Anh Thiện tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, cung cấp tài liệu động viên tác giả q trình nghiên cứu hồn thiện luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy, cô giáo, cán giảng viên Trường Đại học Bách Khoa - Đại Học Đà Nẳng, bạn đồng nghiệp giúp đỡ, dẫn tận tình q trình hồn thành luận văn này! iii-TĨM TẮT LUẬN VĂN ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO TCVN 5574-2012 VÀ MỘT SỐ TIÊU CHUẨN KHÁC Tóm tắt: Với nội dung nghiên cứu luận văn, tác giả phân tích so sánh sở lý thuyết tính tốn khả chịu cắt dầm bê tơng cốt thép, xây dựng trình tự bước tính tốn theo tiêu chuẩn TCVN 5574-2012, ACI 318-14, Eurocode EN 1992-1-1:2004 BS 8110-1:1997 Kết nghiên cứu cho thấy tiêu chuẩn TCVN 5574-2012 không xét ảnh hưởng hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo đến khả chịu cắt bê tông, yếu tố tích hợp vào tiêu chuẩn khác Luận văn so sánh đánh giá khả chịu cắt theo cường độ bê tông tỉ lệ lực dọc bốn tiêu chuẩn này, theo hai trường hợp có khơng có cốt thép ngang tính tốn Từ khóa: Bê tơng cốt thép, cấu kiện bê tông, khả chịu cắt, cốt thép ngang, tiêu chuẩn thiết kế Abstract: In this thesis, the author has analyzed and compared the theoretical basis for determining the shear capacity and developed the procedures for shear design of reinforced concrete beams in accordance with various building codes including TCVN 5574-2012, ACI 318-14, Eurocode EN 1992-1-1:2004 BS 8110-1:1997 The results show that the standard TCVN 5574-2012 does not take into account the effect of the longitudinal reinforcement of the reinforcing steel to the cutting strength of the concrete, while these factors have been integrated into the standards other The thesis also comparisons of the design shear strength versus concrete strength and axial load level are also carried out among these four building codes in the cases with and without shear reinforcement Key words: reinforced concrete, concrete member, shear strength, shear reinforcement, building code iv-MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU vii DANH MỤC CÁC BẢNG xi DANH MỤC CÁC HÌNH xii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài: .1 Mục đích nghiên cứu đề tài: Đối tượng phạm vi nghiên cứu: .1 Phương pháp nghiên cứu: .2 Nội dung nghiên cứu: Bố cục luận văn: Chương TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1 Tính chất lý vật liệu (bê tơng) .3 1.1.1 Cường độ bê tông [1] .3 1.1.2 Số hiệu mác cấp độ bền bê tông 1.2 Tính chất lý vật liệu (cốt thép) 1.2.1 Đặc trưng học 1.2.2 Phân loại cốt thép .6 1.3 Các hình thức phá hoại dầm theo tiết diện nghiêng 1.3.1 Phá hoại dầm chịu mô men uốn 1.3.2 Phá hoại dầm chịu ứng suất kéo (lực cắt) 1.3.3 Phá hoại dầm chịu uốn cắt 1.4 Sự làm việc cấu kiện chịu cắt (dầm bê tông cốt thép) 10 1.4.1 Các dạng chịu cắt dầm bê tông cốt thép 10 1.4.2 Sự làm việc dầm bê tông sau nứt nghiêng [7] 11 1.5 Mơ hình tính tốn khả chịu lực dầm tiết diện nghiêng [7] .12 1.5.1 Mơ hình giàn với xiên nghiêng góc 45 12 1.5.2 Mơ hình giàn với góc nghiêng xoay 14 1.5.3 Mô hình giàn với góc nghiêng thay đổi 14 1.5.4 Mơ hình giàn có kể đến ma sát vết nứt 15 1.6 Kết luận nhận xét sở lý thuyết làm việc dầm .16 v-Chương TÍNH TỐN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN HIỆN HÀNH 18 2.1 Tính tốn khả chịu cắt dầm theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2012 [1]; [11] 18 2.1.1 Điều kiện tính tốn 18 2.1.2 Điều kiện bê tông chịu nén vết nứt xiên 19 2.1.3 Điều kiện độ bền tiết diện nghiêng .20 2.2 Tính tốn khả chịu cắt dầm theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318–14 [6]; [8]; [15] 21 2.2.1 Khả chịu cắt bê tông 22 2.2.3 Khả chịu cắt cốt thép đai [6], [8], [15] 23 2.2.2.1 Khả chịu lực cắt thép đai 23 2.3.2.2 Giới hạn đường kính khoảng cách thép đai 24 2.3.4 Quy trình tính tốn thép đai 25 2.3 Tính toán khả chịu cắt dầm theo tiêu chuẩn Eurocode EN 1992-1-1:2004 [7]; [16] 25 2.3.1 Khả chịu cắt bê tông 25 2.3.2 Tính tốn cường độ tiết diện nghiêng 26 2.3.2.1 Mơ hình giàn ảo [7], [16] .26 2.3.2.2 Các công thức .27 2.3.2.3 Điều kiện hạn chế 28 2.3.3 Tính tốn cốt thép đai 29 2.4 Tính tốn khả chịu cắt dầm theo tiêu chuẩn BS 8110-1:1997 [4]; 30 2.4.1 Khả chịu cắt bê tông 30 2.4.2 Khả chịu cắt thép đai 31 2.4.3 Khả chịu cắt dầm có thép đai .31 2.5 Trình tự tính tốn khả chịu cắt dầm theo tiêu chuẩn 32 2.5.1 Trình tự tính tốn khả chịu cắt cho dầm theo TCVN 5574-2012 32 2.5.2 Trình tự tính toán khả chịu cắt cho dầm theo tiêu chuẩn ACI 318 –14 34 2.5.3 Trình tự tính tốn khả chịu cắt cho dầm theo tiêu chuẩn Eurocode EN 1992 -1-1:2004 36 2.5.4 Trình tự tính tốn khả chịu cắt cho dầm theo tiêu chuẩn BS 81101:1997 38 2.6 Kết luận nhận xét đặc điểm yếu tố ảnh hưởng khả chịu cắt dầm theo tiêu chuẩn 40 vi-2.6.1 Nhận xét đánh giá đặc điểm .40 2.6.2 Kết luận sở lý thuyết tính tốn yếu tố ảnh hưởng đến khả chịu cắt dầm .41 3.1 Đặt vấn đề tính tốn cấu kiện dầm chịu cắt .42 3.1.1 Các số liệu quy đổi theo tiêu chuẩn 42 3.1.2 Các vấn đề cần đề cập khảo sát đánh giá 43 3.2 Ví dụ tính tốn 44 3.2.1 Tính khả chịu cắt dầm theo tiêu chuẩn TCVN 5574-2012 46 3.2.2 Tính khả chịu cắt theo tiêu chuẩn ACI 318-14 51 3.2.3 Tính khả chịu cắt theo tiêu chuẩn Eurocode EN 1992-1-1:2004 55 3.2.4 Tính khả chịu cắt theo tiêu chuẩn BS 8110-1:1997 58 3.3 Các trường hợp khảo sát tính tốn .63 3.3.1 Trường hợp xét đến bê tông dầm chịu lực cắt khơng có cốt ngang 63 3.3.1.1 Xét trường hợp bê tông chịu lực cắt thay đổi cấp độ bền bê tông 63 3.3.1.2 Xét trường hợp bê tông chịu lực cắt xét đến lực kéo, nén dọc trục 64 3.3.1.3 Xét trường hợp bê tông chịu lực cắt xét đến hàm lượng thép dọc 65 3.3.1.4 Xét trường hợp bê tông chịu lực cắt xét đến tỷ số (a/d) 66 3.3.1.5 Xét trường hợp bê tông chịu lực cắt xét đến tỷ số (a/d) 67 3.3.2 Trường hợp xét đến dầm bê tông cốt thép chịu lực cắt có cốt ngang 68 3.3.2.1 Xét trường hợp thép đai chịu cắt dầm 68 3.3.2.2 Khả chịu lực cắt dầm cấp độ bền thay đổi 69 3.3.2.3 Khả chịu lực cắt dầm lực dọc thay đổi 70 3.3.2.4 Khả chịu lực cắt dầm thay đổi hàm lượng thép dọc 71 3.3.2.5 Khả chịu lực cắt dầm thay đổi tỷ số (a/d) 72 3.3.2.6 Khả chịu lực cắt dầm thay đổi (d) 73 3.4 Kết luận nhận xét đánh giá kết tính tốn tiêu chuẩn 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 Kết luận 76 Kiến nghị 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 vii-DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2012 Chữ viết tắt Giải thích M Mơ men uốn Q Lực cắt 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 Chiều cao tiết diện chữ nhật a, a' Khoảng cách từ hợp lực cốt thép tương ứng với S S' đến biên gần tiết diện h0, h'0 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 Khoảng cách cốt thép đai theo chiều dài cấu kiện d Đường kính danh nghĩa cốt thép As, A's As,inc Là diện tích tiết diện cốt thép chịu kéo chịu nén Diện tích tiết diện cốt thép xiên  Hàm lượng cốt thép A Diện tích tồn tiết diện ngang bê tơng Ab Diện tích tiết diện vùng bê tông chịu nén viii-DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Tiêu chuẩn ACI 318-14 Chữ viết tắt Giải thích Mu Mơ men ngoại lực tác dụng từ tổ hợp lực tính tốn Mn Khả chịu lực cấu kiện, xác định từ điều kiện cụ thể tiết diện Ma Mô men lớn dọc theo trục dầm Icr Mô men quán tính trục qua trọng tâm tiết diện trường hợp tiết diện khơng có khe nứt Es Mô đun đàn hồi cốt thép Ec Mô đun đàn hồi bê tông 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 Chiều cao vùng bê tông chịu nén d Khoảng cách từ mép biên vùng nén tới lớp thép chịu kéo d’ Khoảng cách từ mép biên vùng nén tới thép chịu kéo b 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 ... việc dầm .16 v-Chương TÍNH TỐN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN HIỆN HÀNH 18 2.1 Tính toán khả chịu cắt dầm theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574- 2012 [1];... khả chịu cắt bê tông thay đổi (a/d) Biểu đồ đánh giá khả chịu cắt bê tông thay đổi (d) 65 66 3.11 Biểu đồ đánh giá khả chịu cắt thép đai dầm 67 3.12 Biểu đồ đánh giá khả chịu cắt dầm có cốt thép. .. lực dầm chịu tải phân bố điều Biểu đồ khả chịu cắt bê tông dầm Biểu đồ khả chịu cắt thép đai dầm Biểu đồ khả chịu cắt dầm BTCT Biểu đồ đánh giá khả chịu cắt bê tông, không xét lực dọc Biểu đồ đánh