Lựa chọn cấp bền nén hợp lý cho sàn bê tông ứng lực trước

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TỪ THỊ THÙY TRANG LỰA CHỌN CẤP BỀN NÉN HỢP LÝ CHO SÀN BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƢỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TỪ THỊ THÙY TRANG LỰA CHỌN CẤP BỀN NÉN HỢP LÝ CHO SÀN BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƢỚC Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRƢƠNG HOÀI CHÍNH Đà Nẵng - Năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khoa học khác TÁC GIẢ LUẬN VĂN Từ Thị Thùy Trang ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Trƣơng Hồi Chính - Ngƣời hƣớng dẫn tơi suốt trình nghiên cứu khoa học tận tình bảo, giúp đỡ tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp cao học với đề tài “Lựa chọn cấp bền nén hợp lý cho sàn bê tông ứng lực trước” Tơi xin bày tỏ lòng cảm ơn đến q thầy, cô giáo, tập thể cán viên chức Khoa Xây dựng dân dụng công nghiệp, Trƣờng Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng giảng dạy, giúp đỡ cho tơi có kiến thức, kỹ cần thiết để hoàn thành luận văn Và sau cùng, tơi cảm ơn gia đình, ngƣời thân động viên tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập nghiên cứu TÁC GIẢ LUẬN VĂN Từ Thị Thùy Trang iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT LUẬN VĂN vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU viii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, ẢNH xi MỞ ĐẦU 15 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 15 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 15 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 15 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 15 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN 16 CHƢƠNG 17 TỔNG QUAN VỀ SÀN BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƢỚC 17 1.1 GIỚI THIỆU KẾT CẤU BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƢỚC 17 1.1.1 Giới thiệu kết cấu bê tông ứng lực trƣớc 17 1.1.2 Nguyên lý làm việc 17 1.1.3 Sự hình thành, phát triển kết tơng ứng lực trƣớc 19 1.1.4 Tình hình sử dụng bê tông ứng lực Việt Nam 22 1.2 PHÂN LOẠI KẾT CẤU BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƢỚC 24 1.2.1 Theo thời điểm căng cốt thép tạo ứng lực trƣớc 24 1.2.2 Theo vị trí bố trí cáp ứng lực trƣớc 27 1.2.3 Theo mức độ hạn chế ứng suất kéo cấu kiện giai đoạn sử dụng 27 1.3 ƢU, NHƢỢC ĐIỂM CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƢỚC 27 1.3.1 Ƣu điểm so với kết cấu bê tông cốt thép thƣờng 27 1.3.2 Nhƣợc điểm 28 1.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 29 CHƢƠNG 30 CƠ SỞ LÝ THUYẾTVỀ TÍNH TỐN SÀN BÊ TƠNG 30 ỨNG LỰC TRƢỚC 30 2.1 VẬT LIỆU TRONG BÊ TÔNG ỨNG LỰC 30 2.1.1 Bê tông cƣờng độ cao 30 iv 2.1.2 Thép ứng lực trƣớc 32 2.2 CÁC QUAN NIỆM PHÂN TÍCH KẾT CẤU BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƢỚC 37 2.2.1.Quan niệm thứ 37 2.2.2 Quan niệm thứ hai 37 2.2.3 Quan niệm thứ ba 37 2.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN NỘI LỰC TRONG SÀN PHẲNG 40 2.3.1 Phƣơng pháp phân phối trực tiếp 40 2.3.2 Phƣơng pháp khung tƣơng đƣơng 43 2.3.3 Phƣơng pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 45 2.4 QUY TRÌNH THIẾT KẾ SÀN PHẲNG BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƢỚC 46 2.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG 48 CHƢƠNG 50 VÍ DỤ TÍNH TỐN 50 3.1 SƠ ĐỒ - CÁC SỐ LIỆU TÍNH TỐN 50 3.1.1 Sơ đồ mặt 50 3.1.2 Các thông số 50 3.2.CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA KHUNG TƢƠNG ĐƢƠNG (KHUNG TRỤC B) 57 3.2.1.Xác định cột tƣơng đƣơng 58 3.2.2.Xác định dầm tƣơng đƣơng 60 3.3 THIẾT KẾ CÁP ỨNG LỰC TRƢỚC 61 3.3.1 Xác định hình dạng cáp ứng lực 61 3.3.2 Xác định lực ứng lực trƣớc tổn hao ứng suất 62 3.3.3 Xác định tải trọng cân 65 3.4 KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU CẮT 66 3.4.1 Cơng thức tính tốn 66 3.4.2.Tính tốn kiểm tra sàn tầng tƣơng ứng với kích thƣớc cột 1000x1000mm 67 3.4.3 Tính tốn kiểm tra sàn tầng 10 tƣơng ứng với kích thƣớc cột 700x700mm 70 3.5 KIỂM TRA ĐỘ VÕNG CỦA SÀN 74 3.6 LẬP BẢNG SO SÁNH 77 3.6.1 So sánh kết tính tốn 77 3.6.2 Nhận xét kết tính tốn 78 v KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 KẾT LUẬN 79 KIẾN NGHỊ 79 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO) vi TÓM TẮT LUẬN VĂN LỰA CHỌN CẤP BỀN NÉN HỢP LÝ CHO SÀN BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƢỚC Học viên: Từ Thị Thùy Trang; Chuyên ngành: Kỹ thuật XD CT DD & CN Mã số: 60.58.02.08; Khóa: K32; Trƣờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt – Trong năm gần đây, việc sử dụng sàn bê tông ứng lực trƣớc nhà nhiều tầng đem lại nhiều thuận lợi so với sàn bê tông cốt thép thông thƣờng Hệ thống sàn bê tông ứng lực trƣớc phù hợp cho sàn nhà nhiều tầng với tải trọng động cần không gian lớn, nhƣ kết cấu cần vƣợt nhịp lớn Đối với cơng trình xây dựng có quy mô số tầng lớn, với phƣơng án kết cấu sàn phẳng bê tông ứng lực trƣớc thƣờng ngƣời thiết kế hay dùng cấp bền chịu nén cho kết cấu cột sàn, điều dẫn đến bất hợp lý việc tận dụng hết khả làm việc vật liệu Luận văn nghiên cứu lựa chọn sử dụng cấp độ bền khác cột sàn phẳng bê tông ứng lực trƣớc đảm bảo điều kiện cƣờng độ khả biến dạng cần đảm bảo độ bền tối thiểu theo yêu cầu tiêu chuẩn ACI 318 Từ đƣa kiến nghị sử dụng cấp độ bền chịu nén B hợp lý cho sàn khác cột thiết kế kết cấu sàn phẳng bê tông ứng lực trƣớc cho nhà cao tầng vài trƣờng hợp cụ thể Toàn kết nghiên cứu đƣợc kiến nghị cho nghiên cứu đƣợc trình bày chi tiết phần kết luận kiến nghị Từ khóa - sàn phẳng; bê tông ứng lực trƣớc; bê tông cốt thép; cấp bền chịu nén bê tông THE SELECTION CONCRETE COMPRESSIVE STRENGTH LOGICALLY OF PRESTRESSED SLAB Abstract -In recent years, pre-stressed concrete floors are used in a lot number of high-rises and proved their advantages over reinforce concrete Pre-stressed concrete floor systems are ideally suited for high buildings where the live loads and great spaces are required and longer spans are desirable For civil and industrial construction For construction works of large size and number of floors, with pre-stressed concrete plan floor plan, it is usually designed or used for a durable construction of column and floor structure, which leads to unsuitable to make full use of the working ability of the material The dissertation study uses different durability levels between the prestressed concrete columns and slabs to ensure the strength and deformability of the concrete It is necessary to ensure the minimum compressive strength required by ACI 318 It is therefore recommended to use a concrete compressive strength B for other floors in the design of pre-stressed concrete floor plan for high-rise buildings in a few specific cases The findings and recommendations for further studies are presented in the conclusions and recommendations section vii Key words - flat slab; prestressed concrete; reinforced concrete ; concrete compressive strength viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT: BTCT bê tông cốt thép PTHH phần tử hữu hạn ƢLT ứng lực trƣớc CÁC KÝ HIỆU: A diện tích tiết diện I mơ men qn tính M mơ men uốn N lực dọc trục P lực căng trƣớc hiệu V lực cắt b chiều rộng tiết diện ngang e độ lệch tâm cáp ƢLT f, δ ứng suất l,L chiều dài nhịp Ac diện tích tiết diện ngang bê tơng Aps diện tích tiết diện ngang cốt thép ƢLT As diện tích tiết diện ngang cốt thép thƣờng Ec mô đun đàn hồi bê tông Eps mô đun đàn hồi cốt thép ƢLT Fbt khả chống chọc thủng sàn phẳng Fct tải trọng gây nên phá hoại theo kiểu chọc thủng P0 lực căng ban đầu Vp thành phần thẳng đứng lực nén trƣớc hiệu Zb, Zt mơ men qn tính tĩnh tiết diện thớ dƣới b0 chu vi tiết diện tính tốn quy ƣớc ’ fc cƣờng độ chịu nén đặc trƣng mẫu trụ bê tông 28 ngày tuổi ’ fci cƣờng độ chịu nén bê tông thời điểm truyền lực ft cƣờng độ chịu kéo bê tơng fpc ứng suất nén trung bình bê tông lực nén trƣớc gây fpe ứng suất hiệu thép ƢLT fpu giới hạn bền thép ƢLT fpy giới hạn chảy thép ƢLT fpi ứng suất căng ban đầu thép ƢLT fy cƣờng độ thép thƣờng hs chiều dày sàn wb tải trọng cân 76 Hình 3.17 Độ võng sàn tương ứng cấp bền nén B35 Hình 3.18 Bảng chuyển vị sàn tương ứng cấp bền nén B35 77 Độ võng giới hạn theo tiêu chuẩn ACI 318: f  L 11000   27,50mm 400 400 Bảng 22 Kết phân tích độ võng tương ứng với cấp độ bền chịu nén bê tông Cấp bền nén bê tông B25 B30 B35 Độ võng lớn nhất/ 30,177/ 27,923/ 26,355/ Độ võng giới hạn (mm) 27,5 27,5 27,5 Nhận xét: - Qua bảng phân tích độ võng trên, nhận thấy có cấp độ bền chịu nén B35 đảm bảo độ võng cho phép so với B30 B25 3.6 LẬP BẢNG SO SÁNH Sau thực thiết kế sàn phẳng bê tông ứng lực trƣớc cho hệ sàn phẳng không dầm với phƣơng có ba nhịp, chiều rộng nhịp 11 mét Với chiều dày sàn chọn ban đầu hs=220mm Khảo sát trƣờng hợp cấp độ bền chịu nén sàn B35, B30, B25 3.6.1 So sánh kết tính tốn Bảng 23 Bảng so sánh khả chịu lực Cấp độ bền chịu nén bê tông sàn B35 B30 B25 Chiều dày sàn (mm) 220 220 220 Tải trọng cân 80%TTBT 80%TTBT 80%TTBT Số cáp / bề rộng khung (cáp) 51 51 51 Kiểm tra khả chịu cắt - Tại cột biên Đạt Đạt Đạt - Tại cột Đạt Không đạt Không đạt Kiểm tra võng Đạt Không đạt Không đạt - Qua kết ví dụ tính tốn trên, với chiều dày sàn hs=220mm, ta thay đổi cấp bền nén sàn phẳng bê tông ƢLT cho kết điều kiện chọc thủng độ võng khác Để thấy rõ thay đổi khả chịu lực sàn vị trí cột cần lập biểu đồ thể nhƣ hình 3.19 78 Hình 3.19 Biểu đồ quan hệ khả chống chọc thủng sàn tương ứng với cấp bền vị trí cột cột biên 3.6.2 Nhận xét kết tính tốn So sánh trƣờng hợp lựa chọn cấp bền nén khác cho sàn bê tông ứng lực không dầm, rút nhận xét: - Với phƣơng án lựa chọn thiết kế ban đầu chiều dày sàn tải trọng cân cấp độ bền chịu nén bê tơng sàn B35 cho kết tính tốn đáp ứng đƣợc khả chịu cắt sàn độ võng so với cấp độ bền chịu nén B30, B25 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Luận văn đƣa kết luận nhƣ sau: - Đối với cơng trình xây dựng có quy mơ số tầng lớn, sử dụng phƣơng án kết cấu sàn phẳng bê tông ứng lực trƣớc, thƣờng ngƣời thiết kế hay dùng cấp bền chịu nén cho kết cấu cột sàn, điều dẫn đến bất hợp lý việc tận dụng hết khả làm việc vật liệu phận kết cấu Việc lựa chọn sử dụng cấp độ bền hợp lý khác cột sàn phẳng bê tông ứng lực trƣớc đảm bảo đƣợc điều kiện cƣờng độ, khả biến dạng đảm bảo độ bền tối thiểu theo yêu cầu tiêu chuẩn, đặc biệt vị trí liên kết cột sàn phẳng KIẾN NGHỊ - Về vấn đề thi công: Trong nhà cao tầng, phƣơng án thiết kế lựa chọn cấp bền chịu nén cột sàn khác ảnh hƣởng đến kỹ thuật thi công vị trí liên kết cột sàn (cấp bền B cột sàn khác nên cần có hai loại bê tơng) Thƣờng vị trí phải chừa lỗ mở có kích thƣớc tƣơng đƣơng kích thƣớc cột, đổ bê tơng sàn tiếp tục đổ bê tơng cột vào vị trí kết hợp dùng phụ gia liên kết; - Tại vị trí cục (vị trí liên kết cột sàn) cần có giải pháp khắc phục cho thi cơng Có thể đổ bê tơng sàn cục đầu cột sử dụng mẻ bê tơng có cấp bền cột đổ đồng thời với bê tông sàn Tuy nhiên, vị trí liên kết nơi giao thoa thép thƣờng cáp, hàm lƣợng thép lớn đảm bảo khả chịu lực nên giải pháp tăng cƣờng cấp độ bền vị trí đầu cột bỏ qua 80 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] TCVN 5574:2012, Kết cấu bê tông bê tông cốt thép Tiêu chuẩn thiết kế [2] TCVN 2737 – 1995, Tải trọng tác động Tiêu chuẩn thiết kế [3] Phan Quang Minh (2010), Sàn phẳng bê tông ứng lực trước căng sau Hà Nội: Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2010 [4] Trƣơng Hồi Chính, “Nghiên cứu tác dụng ứng lực trước kết cấu sàn phẳng”, Tạp chí Khoa học Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 3, 2007 [5] Lê Thanh Huấn, Nguyễn Hữu Việt Nguyễn Tất Tâm, Kết cấu bê tông ứng lực trước căng sau nhà nhiều tầng, Hà Nội:Nhà xuất Xây dựng, 2010 [6] Nguyễn Khánh Hùng, Nguyễn Hồng Ân Nguyễn Ngọc Phúc, Thiết kế kết cấu cơng trình SAFE 12 Thành phố Hồ Chí Minh: Nhà xuất Đại học Quốc Gia, 2012 [7] Nguyễn Trung Hòa, Kết cấu bê tông cốt thép theo quy phạm Hoa Kỳ.Hà Nội: Nhà xuất Xây dựng, 2003 [8] Nguyễn Tiến Thành, “Các phương pháp tính tốn nội lực sàn phẳng bê tơng cốt thép ứng lực trước”, Tạp chí Khoa học cơng nghệ Hàng Hải, số 19, tháng 8/2009 Tiếng Anh [9] ACI Committee 318, Building Code Requirement for Structural Concrecte (ACI 318M-08) and Commentary American Concrete Institute, June, 2008 [10] Haki Sharifi, “Strength of edge column-slab connections of post-tensioned concrete flat plates”, Department of Civil Engineering University of Ottawa, Ontario, Canada, march 1998 [11] Sami Khan, Martin Williams, Post-tensioned Concrete Floors, ButterwordHeinemann Ltd 1995 ... cứu đề tài Lựa chọn cấp bền nén hợp lý cho sàn bê tông ứng lực trước có ý nghĩa khoa học thực tiễn MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Tính tốn, lựa chọn cấp bền nén hợp lý bê tông sàn phẳng ứng lực trƣớc nhà... thích thép bê tơng lý ứng dụng loại vật liệu bê tông ứng lực trƣớc Kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trƣớc, gọi kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trƣớc, hay bê tông tiền áp, bê tông dự ứng lực (tên... 1.9 Cấu kiện bê tông ứng lực trƣớc Bê tông cốt thép ứng lực trƣớc Sơ đồ gây ứng lực trƣớc cấu kiện bê tông chịu nén cốt thép cƣờng độ cao Ứng lực trƣớc số dụng cụ Bê tông ứng suất lực trƣớc kỷ