Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng , số 3, 2014

TAP CHI ISSN 1859 - 1566 TẠP CHÍ RA HÀNG Q TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHẸ XÂY DỰNG NĂM THỨ 42, SỐ 3/2014 (166) ISSN - 1566 Bộ XÂY DỰNG - VIỆN KHCN XÂY DỰNG MỤC LỤC Tổng biên tập TS Trịnh Việt Cường KẾT CÁU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG THƯVIỆN 0ẠỈ HỌC NHÃTRANG p !B Á O -1 : P C H Í Phó Tổng biên tập PGS.TS Trần Chủng TS Cao Duy Khơi • Hệ số tầm quan trọng tiêu chuẩn thiết kế kết cấu Việt Nam nước ngồi Hội đồng Khoa học TS.Lê Cơng Duy KS Đặng Hồng Long • Một thuật tốn giải phương trình phương pháp phần tử hữu hạn có tham số khoảng Chủ tịch GS.TS Nguyễn Mạnh Kiểm Các ủy viên GS.TSKH Nguyễn Đăng Bích PGS TS Nguyễn Xuân Chính TS Nguyễn Cao Dương TS Trần Minh Đức TS Nguyễn Trung Hồ KS Tạ Xn Hịa GS.TSKH Nguyễn Văn Hợi TS Ngô Văn Hợi TS.Lê Quang Hùng TS Nguyễn Huyên PGS.TS Nguyễn Bá Kế TS Phạm Văn Khoan ThS Nguyễn Sơn Lâm GS.TSKH Nguyễn Văn Liên PGS TSKH Tran Mạnh Liều TS Nguyễn Đại Minh PGS TS Nguyễn Lê Ninh TS Nguyễn Đức Thắng TS Phạm Quyết Thắng PGS TS Võ Văn Thảo PGS TS Nguyễn Võ Thông PGS TS Cao Duy Tiến PGS.TS Đoàn Thế Tường TS Trần Bá Việt Trụ sờ tòa soạn Viện KHCN Xây dựng 81 Trần Cung-Nghĩa TânCầu Giấy-Hà Nội Điện thoại: 37556098; 37544196 Fax: 84.4.38361197 ThS Nguyễn Trí Dũng TS Đặng Sỹ Lãn Tính tốn kết cấu làm vật liệu có tính biến thiên FGM có kể đến ảnh hưởng cùa nhiệt độ phương pháp phần tử hữu hạn -ịg TS Nguyễn Hùng Phong Nghiên cửu thực nghiệm gia cường kháng cắt cho dầm bê tông cốt thép sợi thủy tinh 23 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG KS Nguyễn Phước Vinh KS Nguyễn Hoàng KS Nguyễn Thanh Nhân TS Nguyễn Khánh Sơn Chất kết dính Manhêzi phốt phát ứng dụng làm vật liệu cho giải pháp chống cháy bị động 3Q ThS Nguyễn Anh Dân Tính tốn cọc chịu tải trọng ngang làm việc đồng thời với đất 40 ThS Phạm Văn Quang ThS Diêm Công Trang Nghiên cứu máy đo sâu hồi âm đa tia khả ứng dụng cơng tác khảo sát cơng trình Việt Nam 47 ĐỊA KỸ THUẬT - TRÁC ĐỊA QUY CHUẨN-TIÊU CHUẢN TS Lê Minh Long KS Quách Thành Nam • Nghiên cứu áp dụng phương pháp tính tốn dầm bê tơng cốt cứng theo tiêu chuẩn Nga vào tiêu chuẩn Việt Nam 53 TS Phùng Ngọc Dũng ThS Lê Thị Thanh Ha • Phân tích thiết kế dầm bê tơng cốt thép chịu uốn tiết diện nghiêng theo ACI 318, Eurocode TCVN 5574 : 2012 63 Email: tapchi@ibst.vn website: http:// www.ibst.vn Giấy phép số: 172/ GP-BVHTT Ngày 24/4/2001 THƠNG TIN KHCN MỚI In Cơng ty CP Nhà in Khoa học & Công nghệ In xong nộp lưu chiểu tháng 9/2014 QUARTERLY JOURNAL BUILDING SCIENCE AND TECHNOLOGY JOURNAL 42 th YEAR, N° 3/2014 (166) ISSN 1859 - 1566 MINISTRY OF CONSTRUCTION Editor-ỵn-Chief VIET NAM INSTITUTE FOR BUILDING SCIENCE AND TECHNOLOGY Dr Trinh Viet Cuong Deputy E ditor-in-chief CONTENTS STRUCTURAL - CONSTRUCTION TECHNOLOGY A/Prof Dr Tran Chung Dr Cao Duy Khoi Science Council Importance factors in structural design codes of Vietnam and other foreign countries An algorithm for solving the basic equation of the interval finite element method Chairman Prof Dr Nguyen Manh Kiem Members Prof Dr Sc Nguyen Dang Bich A/Prof Dr Nguyen Xuan Chinh Dr Nguyen Cao Duong Dr Tran Minh Due Dr Nguyen Trung Hoa Prof Dr Sc Nguyen Van Hoi Dr Ngo Van Hoi Dr Le Quang Hung Dr Nguyen Huyen AyProf Dr Nguyen Ba Ke Dr Pham Van Khoan MEng Nguyen Son Lam Prof Dr Sc Nguyen Van Lien A/Prof.Dr Sc Tran Manh Lieu Dr Nguyen Dai Minh A/Prof Dr Nguyen Le Nlnh Dr Nguyen Due Thang Dr Pham Quyet Thang A/Prof Dr Vo Van Thao A/Prof Dr Nguyen Vo Thong A/Prof Dr Cao Duy Tien A/Prof Dr Doan The Tuong Dr Tran Ba Viet Dr Le Cong Duy Eng Dang Hong Long MEng Nguyen Tri Dung Dr Dang Sy Lan • Thermal analysis of functionally graded material plates by finite element method 16 Dr Nguyen Hung Phong • Experimental study on shear strengthening of concrete beams using glass fiber reinforced polymer sheets 23 BUILDING METERIALS - ENVIRONMENT Eng Nguyên Phuoc Vinh Eng Nguyên Hoang Eng Nguyên Thanh Nhan Dr Nguyên Khanh Son • Magnesium phosphate binder for application in passive fire protection solutions 30 Calculation of piles under horizontal loading in interaction with ground 40 • Research on multibeam echo sounder and applications in the survey work in Viet Nam 47 GEOTECHNICAL - SURVEYING MEng Nguyen Anh Dan Editorial Office Vien KHCN Xay dung 81 Tran Cung-Nghia TanCau Giay-Ha Noi Phones: 37556 098; 37544196 Fax: 84.4.38361197 MEng Pham Van Quang MEng Diem Cong Trang Email: tapchi@ibst.vn website: http:// www.ibst.vn Dr Le Minh Long Eng Quach Thanh Nam • Research on Application of Design method by Russian Standard for Steel - Reinforced Concrete Beam into Vietnamese Standard 53 Publication permit: Nr 172/GP-BVHTT Dated April 24lh, 2001 Dr Phung Ngoc Dung MEng Le Thi Thanh Ha • Analysis and design for shear of bending reinforced concrete beams according to ACI 318, Eurocode and TCVN 5574:2012 63 REGULATIONS - STANDARD SCIENTIFIC AND TECHNOLOGICAL NEWS Printed in Scienctific & Technological Printing House JSC Printing completed and deposited on September, 2014 KÉT CÁU - CỔNG NGHỆ XÂY DỰNG HỆ SÓ TẦM QUAN TRỌNG TRONG CÁC TIÊU CHUẤN THIẾT KÉ KÉT CÁU CÚA VIỆT NAM VÀ NƯỚC NGỒI TS CAO DUY KHƠI Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Tầm quan trọng cơng trình, theo nhiên hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn cùa Việt Nam quan điểm thiết kế phổ biến giới, cần có QCVN 03/2012 “Nguyên tắc phân loại, phân xem xét tính tốn kết cấu cần có hai thơng tin: Phân loại, phân cấp cơng trình theo tầm quan trọng cấp công trinh dân dụng, công nghiệp hạ tầng kỹ thuật thỉ', chưa có giá trị hệ số tầm quan trọng nó, giá trị hệ số tầm quan trọng tương ứng Bài báo tóm lược phương pháp kể đến tầm tương ứng quan trọng cơng trình thiết kế kết cấu theo hệ thống Tiêu chuẩn Mỹ, Nga, Châu Âu tầm quan trọng công trình thiết kế kết cấu Việt Nam, từ góc độ thiết kế thực hành Từ rút số nhận xét kiến nghị cần lưu tâm soát xét hệ thống Tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam Đặt vấn đề Thiết kế có kể đến tầm quan trọng cơng trình quan điểm thiết kế phổ biến giới Đề kể đến tầm quan trọng cơng trình tính tốn kết cấu Bài báo tóm lược phương pháp kể đến theo hệ thống tiêu chuẩn Mỹ, Nga, Châu Âu Việt Nam, từ góc độ thiết kế thực hành Từ rút số nhận xét kiến nghị cần lưu tâm soát xét hệ thống tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam Phương pháp kể đến tầm quan trọng cơng trình hệ tiêu chuẩn 2.1 Tiêu chuẩn Mỹ ASCE 7-2010 [2] cần có đầy đủ hai thơng tin: Phân loại, phân cấp cơng trinh theo tầm quan trọng nó, giá trị hệ số tầm ASCE 7-2010 [2] phân cấp cơng trình theo 04 quan trọng tương ứng Các hệ thống tiêu chuẩn cấp nguy hiểm (risk category) từ I đến IV, Mỹ, Nga, Châu Âu có thơng tin Tuy cấp I thấp nhất, cấp IV cao Bảng (lược dịch từ bảng 1.5-1, [2]) - cấp cơng trình nhà cơng trình khác Chức lượng người nhà cơng trình Cấp cơng trình Nhà cơng trình khác gây rủi ro thấp cho nhân mạng trường hợp hư hại I Tất loại nhà cơng trình khác trừ loại liệt kê vào cấp I, III IV II Nhà cơng trình khác hư hại gây rủi ro đáng kể đối VỚI nhân mạng Nhà cơng trình khơng thuộc cấp IV, gây hậu kinh tế đáng kể và/hoặc làm gián đoạn nghiêm trọng sống hàng ngày cư dân III Nhà cơng trình khơng thuộc cấp IV, có chứa chất độc chất nổ vượt số lưựng cho phép có khả nguy hại cộng đồng bị thất Nhà cơng trình khác xếp vào loại thiết yếu Nhà cơng trình khác, hư hại mối đe dọa nghiêm trọng cộng đồng Nhà công trình khác có chứa số lượng đáng kể chất độc mạnh vượt số lượng cho IV phép, nguy hiểm mối đe dọa đốl với cộng đồng bị thất Nhà cơng trình khác, cần thiết để trì chức cơng trình khác thuộc cấp IV Căn theo hướng dẫn phân cấp cơng trình trên, ASCE 7-2010 đưa hệ số tầm quan trọng (importance íactor) tương ứng với cấp sau: Tạp chi KHCN Xây dựng - số 3/2014 KÉT CÁU - CÔNG NGHẸ XÂY DỰNG Đổi vái tải đơng đất: Bảng (trích từ bảng 1.5-2, [2]) cấp cơng trình Hệ số tầm quan trọng tải trọng động đất le I 1.00 II 1.00 III 1.25 IV 1.50 Đối với phương pháp tĩnh ngang tương đương giá trị le nhân trực tiếp vào lực cắt đáy V Đối với phương pháp phổ phàn ứng, theo điều 12.9.2 giá trị le nhân vào phổ phản ứng, dùng phổ phản ứng để tính tốn tham số thiết kế cần quan tâm độ lệch tầng, nội lực cẩu kiện, Như vậy, cách sử dụng hệ số tầm quan trọng tải trọng động đất theo ASCE 7-2010 tương tự nhưTCVN 9386 : 2012 đó: Kd - hệ số hướng gió, lấy theo bảng 6-4 ASCE 7-2005; Kz - hệ sổ thay đổi áp lực gió theo chiều cao dạng địa hình, lấy theo bảng 6-3 ASCE 7-2005; Kzt - hệ số địa hình, lấy theo hình 6-4 ASCE 7-2005; V - vận tốc gió sở (gió giật giây, đo độ Đối với tải gió: cao 10m từ mặt đất, địa hình chuẩn c, chu kỳ lặp Trong ASCE 7-2005 [1], áp lực gió qz độ cao z tính theo cơng thức (6-15) tiêu chuẩn: 50 năm), tính m/s; I - hệ số tầm quan trọng cùa tải trọng gió, lấy theo bảng 6-1 cùa ASCE 7-2005 qz = 0.613KzKz,KdV2l (N/m2); Bảng (dịch từ bảng 6-1, ASCE 7-2005) - Hệ số tầm quan trọng tải trọng gió theo ASCE 7-2005 Hệ số tầm quan tải gió Cấp cơng trình I II III IV Các vùng có xu hướng khơng có bão vùng có bão với vận tốc V = 80-100 mph, Alaska 0.87 1.00 1.15 1.15 Ngoài ra, tổ hợp để tính tốn theo trạng thái cực hạn mà tải trọng giỏ chủ đạo, tải trọng gió nhân với hệ số tổ hợp 1.6 (điều 2.3.2, ASCE 7-2005) Trong ASCE 7-2010 [2], áp lực gió qz độ cao z tính theo cơng thức: qz = ^ ^ (N/m2) hệ số Kd, Kz Kzt lấy ASCE 7-2005 Vùng cỏ bão với V > 100 mph 0.77 1.00 1.15 1.15 giây, đo độ cao 10m từ mặt đất, địa hình chuẩn C) cho cấp cơng trình khác Cụ thể là: Bản đồ A: Cho nhà cơng trình cấp II Xác suất vượt 7% vòng 50 năm (Chu kỳ lặp trung bình 700 năm) Bản đồ B: Cho nhà cơng trình cấp III IV Xác suất vượt 3% 50 năm (chu kỳ lặp trung bình 1700 năm) Hệ số tầm quan trọng không xuất công Bản đồ C: Cho nhà cơng trình cấp I Xác suất vượt q 15% 50 năm (chu kỳ lặp trung bình 300 năm) thức Thay vào đó, ASCE 7-2010 đưa 03 Như vậy, ASCE 7-2010 phân 03 loại đồ đồ vận tốc gió A, B, c (với vận tốc gió sờ gió giật cho cấp cơng trình khác Trong ASCE 7- Tạp chi KHCN Xây dựng - số 3/2014 KÉT CÁU - CÔNG NGHÉ XÂY DỰNG 2010, hệ số tổ hợp tải trọng gió tổ hợp mà tải trọng gió chủ đạo lấy 1, chu kỳ lặp cùa tải trọng gió lấy cực đại quy định cho cấp cơng trình không lấy chu kỳ quy ước 50 năm tải trọng gió ASCE 7-2005 Ngồi ra, tính tốn với tải trọng lũ lụt, tuyết, bang, tiêu chuẩn Mỹ ASCE xét tới hệ số tầm quan trọng 2.2 Hệ thống tiêu chuẩn Nga - 1,0 - nhà vả cơng trình có tầm quan trọng bình thường; - 0,8 - nhà cơng trình có tầm quan trọng thấp Như vậy, việc kể đến tầm quan trọng cơng trình thơng qua việc phân cấp cơng trình sử dụng hệ số tầm quan trọng tính tốn kết cấu bắt buộc Liên bang Nga Thừa hành điều luật bắt buộc trên, tiêu chuẩn Theo điều 4, Đạo luật Liên bang số 384-FZ [11] ký GOST R 54257-2010 "Độ tin cậy kết cấu xây ngày 30/12/2009 “Quy chuẩn kỹ thuật an toàn dựng Những nguyên tắc yêu cầu bản’’ nhà cơng trình”, nhà cơng trình chia [9] đưa quy định chi tiết để phân cấp làm cấp theo tầm quan trọng: nâng cao, trung bình cơng trình theo tẩm quan trọng (mục 9) Theo đỏ, phụ thấp thuộc vào hậu xã hội, môi trường kinh tế cơng trình bị hư hại hay phá hủy, nhà công Khoản 7, điều 26, Đạo luật Liên bang số 384-FZ, quy định: trình phân thành cấp 1a (tầm quan trọng đặc biệt), cấp 1b (tầm quan trọng cao), cấp (tầm Các tính tốn luận chứng cho an tồn quan trọng bình thường) cấp (tầm quan trọng giải pháp kết cấu cùa nhà cơng trình phải thấp) Trong cấp 1a 1b phân cấp nhỏ thực có kể đến cấp theo tầm quan trọng nhà cấp theo Đạo luật 384-FZ [11], cơng trình thiết kế Với mục đích trên, Flướng dẫn cụ thể phân cấp cơng trình có giá trị tính tốn nội lực cấu kiện kết cấu thể xem thêm GOST R 54257-2010 “Độ tin cậy móng cùa nhà cơng trình phải xác kết cấu xây dựng Những nguyên tắc định có kể đến hệ số tầm quan trọng không yêu cầu bản” [9], thấp giá trị sau: - 1,1 - nhà cơng trình có tầm quan trọng nâng cao; Căn theo cấp công trinh, GOST R 54257-2010 đưa giá trị tối thiểu hệ số tầm quan trọng bảng Bảng (bảng [8]) - Các giá trị tối thiểu cùa hệ số tầm quan trọng Các giá trị tối thiếu hệ số Cấp cơng trình tầm quan trọng 1,2 1a 1b 1,1 1,0 0,8 Cấp công trình theo tầm quan trọng giá trị hệ Đối với tổ hợp tải trọng đặc biệt (ví dụ, tồ hợp số tầm quan trọng cụ thể xác định bời chủ có chứa tải trọng động đất) thi quy tắc kể đến tầm nhiệm thiết kế chấp thuận chủ đầu tư, quan trọng công trình quy định riêng khơng thấp giá trị nêu bảng tiêu chuẩn thiết kế nhiệm vụ thiết kế Đối với phận kết cấu khác cơng trình [9], Có thể hiểu rằng, tiêu chuẩn thiết kể chuyên cho phép sử dụng hệ số tầm quan trọng khác ngành (ví dụ tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn) có quy định riêng tầm quan trọng tuân theo quy Hệ số tầm quan trọng nhân trực tiếp vào hệ tác động xác định tính tốn cho tổ định không sử dụng hệ số tầm quan trọng nêu hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn thứ Các phiên tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn cũ Khi tính tốn theo trạng thái giới hạn thứ hai, hệ số (SNiP 11-7-81 SNÍP 11-7-81*) khơng có hướng dẫn tầm quan trọng cho phép lấy phân loại cơng trình theo tầm quan trọng Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2014 KÉT CÁU - CÔNG NGHẸ XÂY DỰNG Tiêu chuẩn SP 14.13330.2011 [10] bổ sung bảng hướng dẫn phân loại cơng trình theo tầm quan trọng có hệ số tầm quan trọng tương ứng (bảng 3) dành riêng cho thiết kế chống động đất Dự thảo tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn cùa Việt Nam biên soạn sờ tiêu chuẩn cùa Nga [5] Bảng Trích từ [1] - Hệ số K ữ xác định theo chức cơng trình Chức nhà cơng trình Nhà tường niệm cơng trình khác; nhà hát quy mơ lớn, cung thao gian hòa nhạc 2000 chỗ, tịa nhà phủ có tầm quan trọng nâng cao, trạm phát có tổng cõng suât phát tòa nhà 500 w Nhà cơng trình: - Chức phải bảo đảm có động đất khắc phục hậu cùa (nhà thơng tin phù, nhà phục vụ công tác cứu hộ khẩn cấp cảnh sát; hệ thống cấp lượng nước; công trình chữa cháy, cấp ga; cơng trình chứa khối lượng lớn chất độc chất nổ gây nguy hiểm khu dân cư; quan y tế có thiết bị để sử dụng tình tai nạn); - Trong xuất nguỵ hiềm cho người (bệnh viện, trường học, mâu giáo, nhà ga, sân bay, bảo tàng, nhà hát, rạp xiếc, hòa nhạc gian thể thao, chợ có mái, tổ hợp thương mại có mặt đồng thời 300 người, nhà cao 16 tầng); - Các nhà cơng trình khác mà dừng sử dụng dẫn tới thiệt hại nặng nề kinh tế, xã hội môi trường Nhà công trình khác khơng nêu Các cơng trình tạm có thời gian sừ dụng năm Giá trị K ữ 2,0 1,5 1,0 0,75 2.3 Tiêu chuẩn châu Âu Phụ lục B EN 1990 [3] có hướng dẫn cách phân loại cơng trình dựa hậu hư hại cơng trình (bảng B1)như sau: Bảng (trích từ [6]) Phân loại hậu CC3 CC2 CC1 Mơ tả Ví dụ nhà cơng trình dân dụng Hậu nghiêm trọng tốn thất sinh mạng hậu kinh tế, xã hội môi trường lớn Hậu trung bình tốn thất sinh mạng, hậu kinh tế, xã hội môi trường đáng kể Hậu nhỏ tổn thất sinh mạng, hậu vê kinh tế, xã hội môi trường nhỏ bị qua Khán đài, công trinh công cộng mà hậu hư hịng nghiêm trọng (ví dụ hội trường nhà hát) Cơng trình cơng cộng, cơng sở chung cư, nơi hậu hư hỏng trung bình (ví dụ cơng sở) Tiếp theo, mục B.2 B.3 cùa EN 1990 [3] có đề cập đến phân loại độ tin cậy cơng trình (Realibility class - RC) Theo cơng trình chia làm ba loại độ tin cậy RC1, RC2 RC3 Tuy nhiên, mối liên hệ khái niệm RC1, RC2, RC3 với CC1, CC2, CC3 đề cập cách chung chung phù hợp với Cơng trình nơng nghiệp, nơi người khơng thường xun lui tới (ví dụ nhà kho, nhà kính) Ngồi ra, EN 1990 [3] có phân cấp theo tuổi thọ thiết kế phân loại theo khu vực sử dụng để xác định hoạt tải tác dụng Theo quan điểm riêng tác giả, hướng dẫn phụ lục B EN 1990 [3] phức tạp khó áp dụng thiết kế thực hành, thiếu dẫn cụ thể hệ thống tiêu chuẩn khác Riêng Eurocode [4] chia cơng trình thành 04 cấp từ I đến IV (bảng đây) Bàng (lược dịch từ bảng 4.3, [4]) - cấp cơng trình theo tầm quan trọng Nhà Cấp cơng trình Nhà có tầm quan trọng thấp an toàn cộng đồng I Nhà thông thường, không thuộc cấp khác Nhà mà kháng chấn quan trọng từ góc độ hậu sụp đổ gây ra, trường học phòng họp, trụ sờ văn hóa Nhà mà tính tồn vẹn động đất có tầm quan trọng sống cịn việc bảo vệ dân cư bệnh viện, trạm cứu hỏa, nhà máy điên, II III IV Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2014 KÉT CẦU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Hệ số tầm quan trọng cho cấp 0.8, Riêng tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn TCVN 1, 1.2, 1.4 Hệ số nhân trực tiếp vào giá trị gia tốc tham chiếu agr để chuyển thành giá trị gia tốc sử dụng thiết kế 9386:2012 [8] có đề cập cụ thể đến phân cấp cơng trình hệ số tầm quan trọng tương ứng sau: - Phân cấp cơng trình thành 05 cấp theo mức độ quan trọng tương tự QCVN 03:2012; - Cấp đặc biệt: yêu cầu tính với giá trị gia tốc lớn mà khơng nêu giá trị hệ số tầm quan 2.4 Tiêu chuẩn Việt Nam Trong hệ thống quy chuẩn (QC), tiêu chuẩn (TC) Việt Nam có QCVN 03/2012 “Ngun tắc phân loại, phân cấp cơng trình dân dụng, công nghiệp hạ tầng kỹ thuật đô thị” [6] nêu cách phân loại, phân cấp trọng Yi cụ thể; - Cấp I: Y r 1,25; giải pháp kinh tế-kỹ thuật lập xét duyệt dự - Cấp II: Y =1; án đầu tư, thiết kế xây dựng cơng trình (điều 1.1, - Cấp III: Yi =0,75; - Cấp IV: Khơng cần tính động đất; - Cách sử dụng: tương tự Eurocode 8, nhân trực cơng trình, nhằm mục đích làm sở để xác định QCVN 03/2012 [7]) Theo đó, cơng trình chia làm cấp: cấp đặc biệt, cấp I, II, III, IV Trong cấp đặc biệt cấp cao nhất, cấp IV cấp thấp Tuy nhiên, hệ thống QC, TC cùa Việt Nam, trừ tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn TCVN 9386:2012, tiếp vào gia tốc tham chiếu agr Hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam phục vụ tính tốn khơng đề cập đến hệ số tầm quan trọng cùa nhà kết cấu dựa hệ thống tiêu chuẩn Nga, cơng trình tương ứng với cách phân cấp cơng trình nhiên hồn tồn khơng có khái niệm hệ số tầm QCVN 03:2012/BXD Nghĩa trường quan trọng, có quy định cụ thể phân hợp tính toán kết cấu với tổ hợp tải trọng bản, cấp công trinh Chỉ riêng tiêu chuẩn thiết kế kháng khơng có khác biệt cơng trình cấp đặc biệt chấn TCVN 9386:2012 dựa Eurocode có hệ cơng trình bình thường số tầm quan trọng 2.5 Tổng họp so sánh hệ thống Bảng Tổng hợp so sánh phuvng pháp kề đến hệ số tầm quan trọng tính tốn kết cấu Nga Mỹ (ASCE 7-2010) Phân cấp cơng trình theo tầm quan trọng Có Chia lảm 04 cấp: 1a, Có Chia làm 04 cấp từ I 1b, 2, Cấp 1a quan đến IV Cấp IV quan trọng Có phân cấp riêng trọng Khơng có phân cấp riêng trường hợp tinh toán trường hợp tính kháng chấn: Chia làm 04 cấp từ đến Cấp toán kháng chấn quan trọng Hệ số tầm quan trọng tính tốn kết cấu - Sử dụng hệ số tầm quan trọng riêng cho số loại tải trọng: gió, động đất, lũ lụt, tuyết, băng Đối với tải trọng gió: sử dụng đồ phân vùng gió: A (chu kỳ lặp 700 năm) dành cho cong trình cấp II; B (chu kỳ lặp 1700 năm) - cấp III, IV; c (chu kỳ lặp 300 năm) cho cơng trình cấp I Châu Âu Có Chia làm cấp CC1, CC2, CC3 (hoăc RC1, RC2, RC3) CC3 (hoặc RC3) quan trọng Có phân cấp riêng trường hợp tính tốn kháng chấn; Chia làm 04 cấp tư I đến IV, với cáp IV cấp cao nhat Sử dụng hệ số tầm quan trọng chung cho tổ hợp tải trọng Các tổ hợp tải trọng đặc Chỉ có hệ số tầm quan biệt có quy định riêng trọng cho trường hợp hệ số tầm quan trọng tính tốn kháng chan TC chuyên ngành nhiệm vụ thiết kế Nhân hệ số tầm quan trọng vào hệ tất cac tồ hợp tải trọng Khơng có quy định cụ Hệ số tầm quan trọng thể Chu kỳ lặp cùa tải trọng gió tinh tốn vào khơng nhỏ hơn: khoảng >1800 năm 1,2 cấp 1a; 1,1 cấp 1b; 1,0 đội với cấp 2; 0,8 cấp Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2014 Việt Nam Có Chia lảm cấp cơng trình: cấp đăc biệt, cấp I, II, ill, IV Trong cấp IV cáp thấp Phân cấp tương tự tinh toán kháng chấn Chì có hệ số tầm quan trọng cho trường hợp tính tốn kháng chẩn Khơng có quy định cụ thể KÉT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Mỹ (ASCE 7-2010) Châu Âu Nga Đối với tải trọng động đất cấp I - le = 1,0; cấp II - le —1,0; cấp III-le = 1,25; cấp IV - le = 1,5 Nhân vào lực cắt đáy phổ phản ứng cáp - hệ số Ko=2; cập - « 0=1,5cấp - «0=1; cấp - «0=0,75 Nhân vào giá trị tải trọng động đất cấp I - yl = 0,8; cấp II - yl = 1; cấp III - yl = 1,2; cấp IV - ýl = 1,4 Nhân vào gia tốc tham chiếu a g R Tài liệu tham chiếu ASCE 7-2010 Luât LB 384-FZ, GOST R 54257-2010, SP 14.13330.2011 BS EN 1990:2002, BS EN 1998-1:2004 Nhận xét kiến nghị Thông qua nghiên cứu, phân tích số hệ thống Việt Nam Cấp đặc biệt: tính với giá trị gia tốc lớn có thằ Cấp I: yl=1,25 Cấp II: yl =1 Cấp III: yl =0,75 Cấp IV: Khơng cần tính động đất Nhân vào gia tốc tham chiếu a g R QCVN 03:2012/BXD, TCVN 9386:2012, TCVN 2737:1995, QCVN 02:2009/BXD công tác thiết kế an toàn kinh tế, phù hợp với điều kiện Việt Nam tiêu chuẩn sử dụng phổ biến Việt Nam, TÀI LIỆU THAM KHÁO _ thấy rằng, việc phân cấp cơng trình theo tầm quan trọng kể đến tính tốn kết cấu cần thiết ASCE 7-2005 Minimum design loads for buildings and other structures Phương pháp kể đến tầm quan trọng thiết kế thực hành kết cấu sử dụng hệ số tầm quan ASCE 7-2010 Minimum design loads for buildings and other structures trọng Điểm qua tiêu chuẩn thiết kế kết cấu đề cập đến này, có hai quan điểm cách sử dụng hệ số tầm quan trọng Quan điểm thứ áp dụng hệ số tầm quan trọng riêng biệt cho số BS EN 1990:2002 Basis of structural design BS EN 1998-1:2004 Design of structures for earthquake resistance Part - General rules, seismic actions and tải trọng định (ví dụ, tải trọng gió, động đất, tuyết, rules for buildings băng, lũ lụt, tiêu chuẩn Mỹ ASCE 7-2010) Các thiết kế không phụ thuộc vào cấp cơng trình Quan Dự thảo TCVN “Thiết kế cơng trình vùng động đất”, 2014 điểm thứ hai sừ dụng hệ số tầm quan trọng NGUYÊN XN CHÍNH Dự thảo dịch EN tải trọng cịn lại (tĩnh tải, hoạt tải) sử dụng cho tất tải trọng (tải trọng thường 1990:2002 xuyên, tải trọng tạm thời), cỏ hệ số tầm quan trọng riêng cho tải trọng đặc biệt (chẳng hạn tải trọng động đất), đề cập đến tiêu chuẩn Nga Đối với tải trọng bản, hệ thống tiêu chuẩn QCVN 03/2012 “Ngun tắc phân loại, phân cấp cơng trình dân dụng, công nghiệp hạ tầng kỹ thuật đô thị” TCVN 9386:2012 Thiết kế cơng trình chịu động đất TOCT p 54257-2010 HAflE>KHOCTb Việt Nam không đề cập đến hệ số tầm quan trọng, CTPOl/ITEÍIbHblX KOHCTPyKLịHiĩ H OCHOBAHHIĂ tiêu chuẩn thiết kế chủ yếu Việt Nam OcHOBHbie nonoweHUH n TpeốOBaHns biên soạn dựa hệ thống tiêu chuẩn Nga Thực tế đòi hỏi cần thiết bổ sung vào hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam cách thức kể đến tầm quan trọng cơng trình tính tốn thiết kế kết cấu nói chung Ngồi ra, cần có nghiên cứu tìm hiểu xem cách xác định hệ số tầm quan trọng nước cách áp dụng hệ số cho 10 cn 14.13330.2011 CTpoMTenbCTBO B ceíícMMHecKMX paũoHax AKTyariM3upoBaHHafl peqaKUMH CHun II-781* 11 4>eflepanbHbiíí 33KOH Pocchũckí OeAepaqun N 38403 OT 30 qeKãpa 2009 r "TexHHHecKHỈí pemaMeHT 6e30nacH0CTM 3AaHníí H coopyweHMfi" Ngày nhận sửa: 1/7/2014 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2014 KÉT CÀU - CƠNG NGHẸ XÂY DỰNG MỘT THUẬT TỐN GIẢI PHƯƠNG TRÌNH c BẢN CỦA PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN CĨ THAM SỐ KHOẢNG TS LÊ CƠNG DUY KS ĐẶNG HỒNG LONG Trường Đại học Duy Tân Tóm tắt: Bài báo trình bày thuật tốn đề xuất để giải phương trình cùa phương pháp phần tử hữu hạn - mơ hình chuyển vị có tham số khoảng Thuật tốn xây dựng dựa phép toán số học khoảng phương pháp tối ưu khoảng Một ví dụ số áp dụng tính kết cấu có tham số khoảng mơđun đàn hồi vật liệu, kích thước hình học tải trọng tĩnh Kết tính chuyển vị nút lực dọc hệ kết cấu số khoảng so sánh với kết tính theo phương pháp PTHH khoảng - mơ hình EBE (Element by element) trích dẫn tài liệu [2], Đặt vấn đề Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) phân tích kết cấu có tham số đầu vào dạng đại lượng khoảng, bắt nguồn từ việc nghi ngờ độ tin cậy mơ hình xác suất, liệu đầu vào khơng rõ ràng, khơng chắn Lúc phương trình phương pháp PTHH [k]{q} = {f}, ma trận độ cứng [k] véc tơ tải trọng {f} chứa tham số đầu vào dạng đại lượng khoảng bị chặn chặn không gắn với cấu trúc xác suất nào, kết chuyển vị tim {q} dạng số khoảng Việc nghiên cứu tính tốn kết cấu có yếu tố đầu vào không rõ ràng, không chắn dạng đại lượng khoảng quan tâm vả nghiên cứu nước Đã cỏ số cơng trình nghiên cứu giải tốn dựa phương pháp PTHH khoảng - mơ hình EBE áp dụng phương pháp hàm phạt [2], [3], [6] Theo [2], mơ hình kết cấu tách rời thành phần tử độc lập để tránh mở rộng “tự nhiên" sổ học khoảng trình ghép ma trận độ cứng phần từ, đồng thời xử lý ràng buộc (sự tương thích chuyển vị nút) phương pháp hàm phạt Phương pháp tính tốn đặt vấn đề khó khăn việc giải khối lượng công việc lớn số lượng nút lớn nhiều so với phương pháp PTHH thông thường việc lựa chọn số phạt n dựa nhiều vào kinh nghiệm, dẫn đến kết theo phương pháp tính cỏ sai khác đáng kể với nghiệm giải tích Bài báo đề xuất phương pháp khác “Phương pháp-Tối ưu khoảng" để giải phương trình phương pháp PTHH theo mơ hình chuyển vị trường hợp có số tham số đầu vào dạng đại lượng khoảng mô đun đàn hồi, tải trọng tĩnh kích thước hình học Xuất phát từ phép toán số học khoảng phương pháp tối ưu, báo trình bày thuật tốn ứng dụng giải tốn đưực trích dẫn [2] để so sánh kết Phương trình bàn phương pháp PTHH có tham số khoảng Theo ngun lý cơng khả dĩ, thiết lập phương trình phương pháp PTHH có tham số đầu vào dạng số khoảng sau: [ * ] { ? } = { / } (1) đó: - [k ] ma trận độ cứng tổng thể cùa kết cấu, ma trận vng có kích thước (nxn) tùy thuộc vào số bậc tự tất nút Để minh họa cho việc trình bày thuật tốn, khơng làm tính tổng qt, ta thực tính tốn với kết cấu xét mặt phẳng cách rời rạc hóa kết cấu thành phần tử thành sáu bậc tự có ma trận độ cứng chứa tham số khoảng: Ẽ Ă /Ỉ 0 Ẽ Ă IĨ 12Ễ Ĩ/P Ễ Ĩ/ĩ2 -1 Ẽ Ỉ/Ỉ3 Ẽ Ĩ/Ĩ2 6ỄĨ / ĩ Ễ Ĩ/ỉ -6 Ễ Ĩ/Ĩ2 Ễ Ĩ/Ĩ -Ễ Ã /Ĩ 0 Ễ Ã /Ĩ 0 -1 Ễ Ĩ / p -6 Ế Ĩ/ì ■ Ì2 Ễ Ị/Ĩ3 -6 Ẽ Ĩ/Ĩ2 6ẼĨ / ĩ 2ẼỈ l ĩ -6 Ễ Ĩ/Ĩ2 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2014 0 Ẽ Ĩ/Ĩ QUY CHUẨN - TIÊU CHUẢN PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KÉ DẦM BÊ TƠNG CĨT THÉP CHỊU N TRÊN TIÉT DIỆN NGHIÊNG THEO ACI 318, EUROCODE VÀ TỎVN 5574:2012 TS PHÙNG NGỌC DŨNG Đại học Kiến trúc Tp Hồ Chí Minh ThS LÊ THỊ THANH HÀ Đại học Kiến trúc Hà Nội Tóm tắt: ứng xử cắt dầm bê tông cốt thép (BTCT) với vết nứt hình thành tiết diện nghiêng , My f =~Ỷ (2) tượng phức tạp Việc thiết kế dầm chịu lực cắt đó: vvà f\à giá trị ứng suất tiếp ứng suất tiêu chuẩn dựa nhiều kết pháp điểm đó; V M lực cắt môment uốn nghiên cứu thực nghiệm Với mục đích trình bày tiết diện xét; Q / môment tĩnh mômen cách rõ ràng ứng xử cắt dầm BTCT cho sinh quán tính tiết diện; y khoảng cách từ trục trung viên, kỹ sư, nhà thiết kế, nhiều nghiên cứu hòa tới điểm xét ứng suất; bw bề rộng tiết ứng xử dầm BTCT tổng kết Bài báo diện Phân bố ứng suất pháp, f, mô men uốn giới thiệu số tổng kết đó: so sánh tuyến tính, cịn ứng suất tiếp Vcó dạng bậc hai Tại vị cách thiết kế cốt thép đai theo tiêu chuẩn 5574, ACI trí tiết diện qua hai phân tố hình 1, EC2 giá trị M V lớn Phân tố vị trí trục trung hịa chịu cắt túy, thể hình Giới thiệu l b, với giá trị lớn so VỚI vị trí khác Trong báo này, dựa tổng kết nghiên tiết diện đỏ 3/2 Vav Với Vav ứng suất cứu nhiều tác giả, ứng xử cùa dầm BTCT chịu tiếp trung bình, có giá trị lực cắt chia cho diện uốn cắt giới thiệu, sau số vấn đề tích tiết diện ngang Vav = v/bwh, bwvà h là thiết kế cho dầm BTCT cỏ khơng có cốt chiều rộng chiều cao tiết diện, ứng suất thép đai thẳng đứng theo ba tiêu chuẩn 5574, ACI phân tố có góc nghiêng 45° hình EC2 tổng kết Sự giống khác lc, gồm ứng suất kéo ứng suất nén Phân cách thiết kế cốt thép đai ba tiêu chuẩn tố chịu hai ứng suất pháp tiếp M Q, trình bày Các ví dụ yêu cầu cấu hình 1d Phương ứng suất phân tố tạo trình bày báo nghiêng góc a so VỚI trục hồnh, thể Sư làm việc dầm BTCT chịu uốn cắt hình 1d Giá trị ứng suất xác định theo phương trình (3) góc nghiêng xác định bời 2.1 Sự iàm việc dầm đàn hồi đồng chất đẳng phương trình (4): hướng chịu uốn cắt +v Sự làm việc dầm đàn hồi đồng chất đẳng hướng chịu uốn cắt đưực trình bày kỹ nhiều tài liệu [1,5,6,7], Để giải thích làm việc dầrn làm BTCT, vật liệu không đồng chất tan(2a ) = \ J 2ỵ_ (3) (4) f đẳng hướng, ứng xử dầm đơn giản vật liệu Vì w Hhay đổi dọc theo dầm theo chiều cao đồng chất, đẳng hướng có khả chịu kéo, nén cùa tiết diện kể từ trục trung hòa, góc nghiêng cắt lớn, chịu tải trọng phân bố (hlnh 1), độ lớn ứng suất t thay đổi hình trình bày Nếu vật liệu đàn hồi, ứng suất tiếp 1f thể quỹ đạo cùa ứng suất cho pháp điểm tiết diện ngang dầm đơn giản chịu tải trọng phân bố Có thể thấy (cỏ lực cắt khác khơng) xác định từ hai phương ứng suất tiếp tuyến với quỹ đạo cơng thức cùa sức bền vật liệu [1]: chúng Tại thớ củng tiết diện nhịp, lực cắt khơng, ứng suất có phương V -J2 (1) trùng VỚI trục hồnh lb Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2014 63 QUY CHUẦN - TIÊU CHUẦN í 1I m 11 m m Với d chiều cao làm việc cùa tiết diện Sự phân 1 11 bố xác ứng suất tiếp tồn mặt cắt tiếp diện không biết, sử dụng phương trình (1) để xác định khơng kể đến có mặt (») cốt thép bê tông vật liệu đồng chất đàn hồi Nếu ứng suất uốn nhỏ, ứng suát kéo xiên, hình 1b, c, nghiêng góc (b) (c) w 45° ứng suất tiếp với giá trị lớn trục («> trung hịa Do vết nứt xiên thường hình thành hầu hết gần trục trung hòa lan truyền từ vị trí đỏ, hình 2a vết nứt cắt túy thân dầm (web-shear crack) xuất ứng Hình Hình dạng ứng suất hình chiếu ứng suất dầm chư nhật đồng chất chịu uốn cắt [1, 5, 6] 2.2 Dầm bẻ tơng cót thép khơng có cốt ngang chịu cắt ứng xử dầm đàn hồi đồng chất áp dụng cho dầm bê tơng khơng có cốt thép Khi tải trọng tăng lên, vết nứt kéo hình thành vị trí có ứng suất kéo lớn làm dầm sụp đồ nhanh chóng Nếu cốt thép chịu kéo bố trí dầm, ứng xử khác biệt so với dầm khơng có cốt thép chịu kéo Mặc dù vết nứt kéo hình thành bê tơng, cường độ kéo uốn yêu cầu chịu cốt thép dọc, dầm chịu tải trọng lớn Lực cắt tăng tỷ lệ với tải trọng ứng suất kéo xiên với giá trị lớn xuất vùng có lực cắt lớn cốt thép dọc chịu kéo tính tốn bố trí cho hiệu việc chống lại lực kéo gần mặt chịu kéo Nó khơng làm tăng khả chịu kéo bê tông chống lại ứng suất kéo xiên xuất đâu đó, gây bời lực cắt kết hợp lực cắt mơ men uốn Khì ứng suất đạt đủ lớn làm vết nứt kéo xiên mờ rộng theo hướng vng góc với ứng suất kéo cục bộ, vết nứt xiên, khác với vết nứt uốn thẳng góc Phương trình (3) cho thấy ứng suất kéo xiên t thể ảnh hưởng kết hợp ứng suất pháp f ứng V Những ứng suất phụ thuộc vào giá trị M V Tại vị trí tiết diện có lực cắt V lớn mô men uốn M nhỏ, vết nứt uốn nhỏ Nếu xuất vết nứt nỏ xảy trước hình thành vết nứt xiên cắt ứng suát tiếp trung bình trước hình thành vết nứt là: V V = 7b,J T7 64 chịu kéo cùa bê tơng Thơng qua thí nghiệm người ta xác định vùng với V lớn M nhỏ, vết nứt xiên kéo hình thành với giá trị ứng suất tiếp trung bình hay danh nghĩa [6]: vcr = V J (b J ) = , j ĩ (6) với fc cường độ chịu nén đặc trưng bê tông; v cr giá trị lực cắt gây vết nứt xiên Nói chung, vết nứt thường ít, chù yếu xảy vị trí gần gối tựa cùa dầm cao với bề rộng thân dầm nhỏ vị trí mơ men đổi dấu dầm liên tục ứng xử dầm trờ nên khác tiết diện chịu mô men uốn lực cắt lớn Tại vị trí vậy, dầm mà cốt thép dọc bố trí hợp lý, vết nứt lực kéo uốn hình thành Chiều rộng chiều sâu cùa chúng khống chế bời cốt thép dọc Tuy nhiên, ứng suất xiên kéo phần bên vết nứt vượt cường độ chịu kéo bê tông, vết nứt cong theo phương đường xiên tiếp tục phát triển độ lớn bề rộng (hình 2b) Các vết nứt gọi vết nứt cắt uốn (flexure-shear crack) thông dụng so với vết nứt cắt túy Rõ ràng, thời điểm mà vết nứt xiên kéo hình thành, ứng suất tiếp Tiêu chí hình thành vết nứt xiên: suất tiếp suất kéo xiên từ trục trung hòa với khả trung bình lớn giá trị cho phương trình (5) vết nứt kéo sẵn có làm giảm diện tích cùa vùng bê tơng chưa bị nứt (vùng dùng để chống lại lực cắt) tới giá trị nhỏ diện tích chưa bị nứt “bwd” dùng phương trình (5) Các thí nghiệm [6] cho thấy với có mặt cùa mơ men uốn lớn, ứng suất tiếp danh định mà đỏ ứng suất gây vết nứt xiên kéo hình thành phát triển, đa số trường hợp, xác định an toàn bằng: (5 ) V" = M =0,16^ (7) Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2014 QUY CHUẢN - TIÊU CHUÁN p-As/bd với As diện tích tiết diện cốt thép chịu kéo ứng xử dầm BTCT bị nứt xiên: Nếu cốt thép dọc thiết kế hợp lý vết nứt thẳng góc uốn vơ hại lảm việc dầm VI dầm BTCT trường hợp khơng có cốt thép đai chịu cắt nên vết nứt xiên lực cắt gây định đến ứng xử dầm vết nứt thẳng góc uốn Thơng qua thực nghiệm [6], ứng xử dạng dầm cỏ hai dạng sau: (b) Flexure-shear cracking Dạng 1: vết nứt xiên bắt đầu hình thành lan truyền tải trọng ngồi tăng lên Hình vét nứt kéo xiên dầm BTCT[6] lượng nhỏ, từ vùng cốt thép chịu kéo đến mặt vùng bê tông chịu nén làm dầm phá hoại Quá trình thường đột ngột khơng có cảnh báo trước xảy chủ yếu dầm có chiều cao tiết diện thấp (ví dụ sàn hay dầm có tỷ số nhịp/chiều cao tiết diện > 8) Vì khơng có cốt thép đai chịu cắt nên dầm dạng dễ bị phá hoại giịn có tác động đột ngột Vì vậy, thực tế người ta thường bố trí cốt thép chịu cắt tối thiểu cho dầm kể việc tính tốn khơng cần đến chúng Các cốt thép đai hạn chế việc tăng vết (b> nứt xiên tăng độ dẻo cho dầm, từ xuất Hình Cân lực vết nứt kéo xiên dầm BTCT khơng có cốt đai chịu cắt [6] Như vậy, ứng suất tiếp tạo vết nứt xiên phụ thuộc vào tỷ số lực cắt mơ men uốn hay xác vào tỷ số v /f vị trí gần với đỉnh vết nứt ụốn Giá trị ứng suất tiếp trung binh phụ thuộc vào chiều sâu vết nứt uốn nên có thề xác định V = ki(V/bd), k-i hệ số phụ thuộc vào chiều sâu việc thâm nhập vết nứt ụôn [5, 6, 7], Mặt khác, ứng suất pháp mô men uốn xác định theo f = k2 (M/bd*), k2 phụ thuộc vào hình dạng vết nứt [5, 6, 7], Do đó, tỷ sơ V k Vd „ , , , _ , — = — — -sẽ ảnh hưởng đen tải trọng mà tác / k2 M dụng nỏ vết nứt uốn phát triển thành vết nứt uổn-cắt, đại lượng kdkĩ xác định thực nghiệm Phương trình (6) (7) dùng để xác định ứng suất gây vết nứt xiên trường hợp giá trị lớn nhỏ Vd/M Với giá trị khác Vvà M, ứng suất gây vệt nứt xiên năm khoảng hai giá trị Nhiều thí nghiệm đưực thực để xác định mối quan hệ giữạ ứng suất gây vết nứt xiên giá trị M, V ứng suất tiếp danh định mà vết nứt xiên n-căt phát triển xác định từ: ^ = £ = ,1 ^ + ^ ,2 ^ bd M Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2014 (8) cảnh báo trước dầm bị phá hoại Trong số trường hợp, sàn, ứng suất tiếp thực tế nhỏ nhiều so với ứng suất gây nứt vcr phương trình (8) thi người ta bỏ qua cốt thép chịu cắt Dạng 2: vết nứt xiên hình thành lan truyền phía vùng nén đến mặt phía vùng bê tơng chịu nén dừng lại Trong trường hợp khơng có phá hoại đột ngột xảy tải trọng phá hoại lớn nhiều lần so với gây vết nứt đầu tiên, ứng xử gặp nhiều dầm có chiều cao tiết diện lớn, với tỷ số chiều dài nhịp/chiều cao tiết diện nhỏ Đây loại dầm thường gặp thực tế hlnh thể đoạn dầm chịu tải trọng bất kỳ, đỏ vết nứt xiên hình thành Phần bên trái vết nứt đoạn dầm này, tải trọng tác động lên có chiều hướng lên với giá trị V ext = Rị - p, Khi vết nứt hình thành, khơng có lực kéo vng góc với vết nứt cỏ thể truyền qua nó, nhiên, vết nứt hẹp truyền lực dọc theo bề mặt thơng qua mối liên kết vật liệu bề mặt gồ ghề Lực liên kết 65 QUY CHUẢN - TIÊU CHUẢN vix Vjy kết hợp lực chốt v d, lực liên kết Vi khả hình 3a, thường xác định thơng qua thí chịu cắt vùng tiết diện nhỏ mà bê tơng chưa nghiệm, có giá trị khoảng 1/3 giá trị tổng lực cắt bị nứt Vì ứng suất kéo dọc theo cốt thép (hlnh 3b) [5, 6] Các nội lực đứng khác vết nứt lực vùng làm vết nứt mờ rộng nên giá trị v d Vi giảm đi, bê tông chịu nén chưa bị nứt vczvà lực ngang qua cốt điều làm tăng lực cắt ứng suất tiếp phần Vi, chia thành hai thành phần thép chịu kéo vd, gọi lực chốt Theo điều kiện cân bằng, tổng nội lực, Vint = vcz+ Vd + viy, với ngoại lực tác dụng, phần bê tông chịu nén V chịu lượng lực cắt là: = v , - V d -^,(9 ).T ro n g dằm mà có cốt thép dọc chịu kéo, khả chịu cắt cốt thép dọc, v d, thường nhỏ lực v d phụ thuộc vào chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép dọc, dùng để ngăn cản chuyển vị đứng Lớp bê tơng bảo vệ thường nhỏ, đó, lực v d trường hợp nhỏ Thực lực v d tạo bê tông bảo vệ bê tơng phía cốt thép dọc áp lực kéo đứng, hình 3b Do ứng suất này, vết nứt xiên thường có xu hướng lan truyền dọc theo cốt thép dọc chịu kéo Điều làm giảm v d làm cho vết nứt xiên mờ rộng, đó, lực liên kết Vjy bị giảm thường dẫn đến phá hoại đột ngột cho dầm Xét mô men xung quanh điểm a hình 3a, điểm cắt c v cz; mô men ngoại lực Mexta tác dụng a có giá trị Mexta = R|Xa - Pi(xa Xi) cho trường hợp tải trọng hình 3a; mơ men nội lực Mint,a = Tbz + v dp - ViiTi đây, p hình chiếu ngang vết nứt xiên m cánh tay địn mơ men cùa lực Vị điểm a Việc sử dụng ký hiệu lực kéo cốt thép Tb thay cho T để nhấn mạnh lực cốt thép tác dụng điểm b, a Cân moment nội ngoại lực Mint,a = Mext,a ta có lực kéo dọc trục cốt thép điểm b là: M - V p - Vm Tb = — ^ -— z Nếu vết nứt xiên phát triển lực vdvà (10) Vi nhỏ nhiều, nên lực kéo cốt thép điểm b xác định gần theo: , M Tb = - ^ - z (11) Sự phân bố ứng suầt nội lực sau xuất vết nứt xiên tóm tắt sau: bê tơng cịn lại chưa bị nứt - vết nứt xiên mô tả thường xuất phía trục trung hịa cắt ngang qua vài phần vùng nén trước bị dừng lại ứng suất nén Như vậy, lực nén c tác dụng lên diện tích nhỏ phần diện tích trước xuất vết nứt, đó, việc hình thành vết nứt xiên làm tăng ứng suất nén phần bê tông chưa bị nứt - Trước hình thành vết nứt xiên, lực kéo cốt thép điềm b gây tỷ lệ thuận với giá trị mơ men uốn tiết diện qua b Vì có hình thành vết nứt xiên, từ phương trình (11) ta thấy lực kéo điểm b tăng thêm tỷ lệ thuận với mô men tiết diện qua 'điểm a Vì mơ men tiết diện qua điểm a thường lớn tiết diện qua điểm b nên rõ ràng việc hình thành vết nứt xiên làm tăng đột ngột ứng suất kéo cốt thép b - Nếu hai vật liệu'đều có khả tiếp nhận ứng suất tăng lên này, cân tự thiết lập sau có phân phối lại nội lực tải trọng lớn tác dụng lên dầm trước nỏ bị phá hoại Sự phá hoại xảy theo số tình khác Nếu cốt thép tiết diện b thiết kế chì đủ tiết diện việc tăng lực kéo b hình thành vết nứt xiên gây chảy dẻo cốt thép b mô men lớn a tác dụng, mơ tả trên, gây phá hoại dầm cốt thép bị kéo đứt Nếu dầm thiết kế hợp lý để tránh xảy vấn đề thơng thường bê tông đỉnh vết nứt phá hoại bị ép vỡ Bê tông vùng chịu đồng thời ứng suất nén cắt ứng suất kết hợp thường gây phá hoại sớm hai ứng suất tác dụng riêng rẽ Cuối cùng, có tách dọc cốt thép chịu kéo, làm giảm lực dính kết cốt thép bê tông tới mức mà cốt thép bị kéo tuột khỏi bê tông Điều gây phá hoại dầm đồng thời với việc bê tơng bị ép vỡ 2.3 Sự làm việc dầm bê tơng cốt thép có cốt thép đai thẳng đứng chịu cắt ' - Tại tiết diện thẳng đứng qua điểm a, ứng suất Sự có mặt cốt thép đai khơng có ảnh hường tiếp trung bình trước xuất vết nứt Vext/b„d đáng kể trước hình thành vết nứt xiên Sau hình thành vết nứt, lực cắt chống lại bời Sau vết nứt xiên hình thành, cốt thép đai làm tăng 66 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2014 QUY CHUẨN - TIÊU CHUẨN khả chịu cắt dầm BTCT theo bốn cách khác [5,6,7]: - Một phần lực cắt chống lại thông qua thép ngang qua vết nứt cụ thể Cơ chế khả chịu cắt tăng thêm thể kỹ đây; - Sự có mặt thép hạn chế phát triển vết nứt xiên làm giảm thâm nhập vào vùng nén Điều tạo nhiều bê tông chưa bị nứt đầu vết nứt cho việc chống lại ứng suất kết hợp ứng suất kéo nén; - Cốt thép đai làm cho vết nứt khó mở rộng hai mặt vết nứt tiếp xúc với Điều làm tăng lên đáng kể giá trị lực liên kết Vi! - Cốt thép dọc thường bố trí góc cốt thép đai, cốt thép đai kéo cốt thép dọc liên kết chặt với vùng bê tông hạn chế phía Điều hạn chế phần việc tách bê tông dọc theo cốt thép dọc chịu kéo làm tăng khả đồ hình Có thể thấy, sau hình thành vết nứt xiên, phần lực cắt v s = nAvfv chịu cốt thép đai tăng tuyến tính với việc tải trọng tăng, thành phần v cz + V|y + v d gần không đổi Khi cốt thép đai chảy dẻo, đóng góp chúng không đổi giá trị chảy dẻo v s = nAvfyt, fyt cường độ chảy dẻo cổt thép đai Tuy nhiên có mờ rộng vết nứt xiên việc tách cốt thép dọc khỏi bê tông nên Viy v d giảm nhanh Điều làm cho vùng bê tông chịu nén chịu ứng suất lớn lực cắt uốn dầm dễ dàng phá hoại Trong khả chịu lực cắt tổng cộng cốt thép đai biết, độ lớn riêng lẻ ba thành phần cịn lại cơng thức (12) chưa biết Rất thí nghiệm nghiên cứu lý thuyết ngày hôm cỏ thể xác định giá trị ba thành phẩn [5,6,7] Người ta thường giả sử cách an toàn trước dầm có cốt thép đai phá hoại tổng cùa ba thành phần lực cắt gây nứt bê tông v cr, xác định theo phương trình (8) Tổng thường coi cách gần đóng góp bê tông tới khả chịu cắt tổng cộng diễn tà v c Do v c = v cr v c - v cz + Vjy + v d(12) chịu cắt lực chốt cốt thép dọc Như vậy, phá hoại lực cắt xảy cốt thép đai bắt đầu chảy dẻo Điều khơng chì làm giảm khả chịu lực cốt thép đai mà làm cho vết nứt mờ rộng làm giảm khả chịu lực cắt Vi cốt thép đai không hiệu dầm không nứt nên độ lớn lực cắt ứng suất tiếp mà gây nứt giống dầm khơng có cốt thép đai xác định gần theo cơng thức (8) Các lực tác dụng lên phần dầm có cốt thép đai đứng vết nứt gối tựa thể hình Hình Sự phân bố lực cắt nội lực dầm với cốt đai đứng [6] Chúng gần giống hình 3, khác chỗ cốt thép đai cắt qua vết nứt tạo lực Avfv I i I I phần dầm xét Av diện tích tiết diện ngang cùa tồn nhánh đai cốt thép đai fv ứng suất kéo cốt thép đai Cân theo phương thẳng đứng: Vext = vcz + vđ + Vjy + vs(12); v s = nAvfv lực thẳng đứng cốt thép đai, n số lượng cốt thép đai cắt qua vết nứt Nếu s khoảng cách cốt thép đai p hình chiếu vết nứt nghiêng n = p/s Sự phân bố gần bốn thành phần lực cắt nội lực (vế phải phương trình (12) với tăng dần lực cắt bên Vext thể theo sơ Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2014 Hí I I I I H • i- i I I í I ỉ i I I in ▼ \ À J ^C2 Kk v' K: Hình Cân lực vết nứt kéo xiên dầm BTCT có cốt đai đứng chịu cắt [6] Số lượng cốt thép đai n với khoảng cách s phụ thuộc vào chiều dài hình chiếu p vết nứt xiên Chiều dài phụ thuộc vào gộc nghiêng vết nứt xiên Nó giả sử chiều cao làm việc 67 QUY CHUÁN - TIỀU CHUÁN dầm, d [6] ; n=d/s, có nghĩa góc nghiêng vết nứt nhỏ 45° Như vậy, trạng thái giới hạn cường độ, V e x t = v n, phương trình (12) (12) cho ta cưị’ng độ chịu cắt danh định dầm Vn = V +-^ v— (13); v c lấy lực s gây nứt cắt dầm chịu uốn cắt, theo công thức: (14) K' : , ^ + ^ - < , ^ bd Các cách tiếp cận để thiết kế cốt thép đai chịu cắt cho dầm chịu uốn theo ACI 318, EC2 TCVN Việc thiết kế dầm chịu cắt EC2, ACI 318-08 TCVN : 2012 dựa nhiều kết phân tích thí nghiệm Chúng dựa tiêu chí hình thành vết nứt xiên lực cắt mô men gây Giá trị góc nghiêng vết nứt đưực quy định khác tiêu chuẩn Với ACI, góc nghiêng vết nứt xiên giả thiết thiên an toàn với giá trị gần 45°, tức hình chiếu tiết diện nghiêng lên phương nằm ngang chiều cao làm việc dầm d Với EC2, giá trị góc nghiêng thay đổi từ 22° 45°, phụ thuộc vào điều kiện khác dầm Việc giả thiết góc nghiêng vết nứt hay EC2 (đơn vị theo MPa, N, mm): VRdc= b d [( ,1 /y J * ( l0 A / J ' í ] * M [ ( , ) * W2c } (16) đơn vị theo MPa, N, mm: Q< - - *°2 với Điều kiện kiềm tra thiết kế khả chịu cắt cho tiết diện theo ACI EC2 là: ACI (đơn vị theo psi, kíp, in): V < ỘV (17) EC2 (đơn vị theo MPa, N, mm): VFJ < VM (18) ệ Ịà hệ số giảm độ bền, lấy 0.85; Vu, VEd lực cắt tác dụng tiết diện xét Đối với TCVN, thành phần tạo nên khả chịu cắt bê tông không trinh bày cụ thể trọng tiêu chuẩn, công thức kiểm tra khả chịu cắt tiết diện nghiêng nguy hiểm là: