Phân tích ảnh hưởng độ cứng dầm biên vào sự phân phối nội lực của dầm rộng trong hệ khung chịu lực

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN MINH ĐỨC PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG DẦM BIÊN VÀO SỰ PHÂN PHỐI NỘI LỰC CỦA DẦM RỘNG TRONG HỆ KHUNG CHỊU LỰC Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số ngành : 60580208 LUẬN VĂN THẠC SĨ (Xác nhận TP Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2019 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : Cán hướng dẫn : PGS TS NGUYỄN VĂN HIỆP Cán chấm nhận xét : TS LÊ TRUNG KIÊN Cán chấm nhận xét : PGS TS NGÔ HỮU CƯỜNG Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 16 tháng 01 năm 2019 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm : PGS TS NGUYỄN MINH LONG - Chủ tịch Hội đồng TS NGUYỄN THÁI BÌNH - Thư ký TS LÊ TRUNG KIÊN - Ủy viên (Phản biện 1) PGS TS NGÔ HỮU CƯỜNG - Ủy viên (Phản biện 2) TS TRẦN TUẤN KIỆT - Ủy viên CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS TS NGUYỄN MINH LONG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : PHAN MINH ĐỨC MSHV: 1670088 Ngày, tháng, năm sinh : 20/11/1978 Nơi sinh : TÂY NINH Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số : 60580208 I TÊN ĐỀ TÀI : PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG DẦM BIÊN VÀO SỰ PHÂN PHỐI NỘI LỰC CỦA DẦM RỘNG TRONG HỆ KHUNG CHỊU LỰC II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG DẦM BIÊN VÀO SỰ PHÂN PHỐI NỘI LỰC CỦA DẦM RỘNG TRONG HỆ KHUNG CHỊU LỰC III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 13/08/2018 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2018 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS TS NGUYỄN VĂN HIỆP Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS TS NGUYỄN VĂN HIỆP CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS TS NGÔ HỮU CƯỜNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG LỜI CẢM ƠN Từ gợi ý ban đầu thầy PGS TS Nguyễn Văn Hiệp khơi dậy niềm đam mê nghiên cứu kết cấu dầm rộng, góp phần làm sáng tỏ ứng xử dầm rộng sát với thực tế, đề xuất giải pháp khắc phục nhược điểm, thúc đẩy áp dụng thực tiễn Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS TS Nguyễn Văn Hiệp, thầy tận tình hướng dẫn, góp ý cách nhận định đắn vấn đề khoa học, vấn đề nghiên cứu, cách tiếp cận Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS TS Ngô Hữu Cường, chủ nhiệm Bộ Mơn Cơng Trình - khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM tận tình hướng dẫn em sử dụng phần mềm mơ Cùng thầy cô truyền dạy kiến thức q giá, kiến thức khơng thể thiếu đường nghiên cứu khoa học nghiệp sau cho cá nhân Cảm ơn quý thầy cô hội đồng khoa học, phản biện xem xét góp ý, chỉnh lý nội dung nghiên cứu đề tài, để đề tài hoàn chỉnh tốt Luận văn hoàn thành thời gian quy định với nỗ lực thân, nhiên tránh khỏi thiếu sót Chân thành TĨM TẮT Theo điều kiện, kinh tế - xã hội, tập quán sử dụng thời tiết nóng ẩm, biện pháp thi cơng nhà nhiều tầng đổ bê tơng tồn khối gần chiếm ưu tuyệt đối Trong kết cấu dầm rộng phổ biến, cho cơng trình có cơng văn phòng, khách sạn, hộ, nhà để xe,…đã áp dụng ưu nhược điểm sau : Ưu điểm dầm rộng : - Chiều cao dầm rộng nhỏ, giảm chiều cao tầng, tăng số tầng với khống chế độ cao theo quy hoạch - Có khả vượt nhịp - Sử dụng kết cấu bê tông cốt thép thường kết cấu dự ứng lực - Dễ dàng bố trí hệ thống kỹ thuật băng qua bên dầm - Cốp pha thi công không phức tạp so với dầm thông thường Nhược điểm dầm rộng : - Độ cứng dầm rộng nhỏ dầm thường, nên dễ xảy nứt Độ võng lớn, cần kiểm soát độ võng dài hạn - Liên kết gối biên dầm rộng dễ suy yếu so với giả thuyết cứng ban đầu giải hệ khung tìm nội lực - Khó khăn xử lý hệ thống kỹ thuật theo phương đứng, dầm có bề rộng lớn Tuy nhiên ưu điểm tạo điều kiện để dầm rộng ứng dụng nhiều hệ dầm sàn nhà nhiều tầng Vấn đề đặt phải xử lý độ võng, vết nứt tăng độ cứng gối biên để kết cấu dầm rộng làm việc ổn định, an toàn, … suốt thời gian sử dụng theo tuổi thọ cơng trình Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ cứng, độ bền an tồn kết cấu dầm rộng, có độ cứng dầm biên ảnh hưởng đến phân phối nội lực dầm rộng, đặc biệt nhịp biên, chưa có nhiều báo cáo khoa học Luận văn “PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG DẦM BIÊN VÀO SỰ PHÂN PHỐI NỘI LỰC CỦA DẦM RỘNG TRONG HỆ KHUNG CHỊU LỰC” Với cấu kiện dầm, từ tiết diện mặt cắt ngang, kích thước nhịp ta xác định độ cứng đơn vị, bao gồm độ cứng đơn vị chống uốn, độ cứng đơn vị chống xoắn Từ tính tỉ số độ cứng đơn vị chống xoắn chia độ cứng đơn vị chống uốn Tỉ số gọi hệ số độ cứng (kFS) Phân tích hệ số độ cứng (kFS) dầm biên đưa kiến nghị kích thước hợp lý dầm biên để độ cứng khung lớn nhất, giảm chênh lệch độ lớn nội lực dầm rộng đặc biệt nhịp biên Dầm biên thường sử dụng dầm rộng, vị trí dầm biên khơng bị giới hạn chiều cao, dầm biên có nhiệm vụ đỡ tường xây hệ vách nhơm kính, tăng độ cứng khung trục biên,… Thơng thường diện dầm biên có tiết diện hình chữ nhật chịu uốn khỏe, vơ tình chịu xoắn không hiệu quả, trường hợp cách mô luận văn đưa giải pháp cải tiến để tăng khả chống xoắn đồng thời cải thiện độ cứng khung Các kết luận rút luận văn kỳ vọng cung cấp thông tin hữu ích cho việc tiếp tục nghiên cứu hay thiết kế cơng trình có sử dụng dầm rộng hệ chịu lực ABSTRACT Now, the popular construction technology in the world is monolithic concrete pouring The bearing system is column - wall, floor and beams at the construction site, especially for multi - storey buildings Due to geographical location, socio-economic conditions, usage habits, humid and hot weather, monsoon winds so the monolithic concrete pouring method is major In which the beam structure is quite popular, by the following advantages and disadvantages : Advantages of wide beam: - The height of the beam is small, the headroom is increased, the number of floors will be increased - Ability to over long span - Used in reinforced concrete structure and prestressed concrete structure - Engineering system will be easy layout under beam - Making formwork is easy Disadvantages of wide beam: - Large deflection, need to control deflection, - The hardness of the beam is smaller than normal beam, so it is easy to crack - The boundary conjunctions of the wide beam is very weakness than initial assumption when solving frame caculation to find internal force - Difficulties in solving technical systems in the vertical direction However, the advantages still allow to wide beam which apply more in floor beams system of storey buildings The problem how to make the beam structure work is stable, safe before the climatic conditions, environment, under the load effect, through the life of the project There are a lots of factors that influence the durability and safety of the wide beams, including the hardness of the beams, the influence of torque and the cutting force, especially for the boundary span of the wide beam which was not many scientific papers research before The thesis presents " THE EFFECTS OF EDGE BEAM STIFFNESS ON THE INTERNAL FORCE DISTRIBUTION OF WIDE BEAM IN STRUCTURAL FRAME SYSTEM" With a structural beam, from cross section, size beat us determine hardness units, including units of anti-bending rigidity, stiffness against torsion unit Since then the ratio calculation unit against torsion stiffness divided against bending stiffness units This ratio is called the coefficient of stiffness (kFS) Analysis hardness coefficient (kFS) of the edge girders make recommendations girder reasonable size of the wings to the hardness of the largest frame, reducing the difference in magnitude internal resources of wide beam especially in the marginal rate Edge girders are less used as beam width, since the position of the edge girders is not limited height, edge girders have tasks supporting walls or curtain wall glass and aluminum, increased stiffness frame axis border, Usually covers the edge girders have a rectangular cross section bending healthy, but accidentally torsional inefficient, in this case by simulating a solution essays improved to increase torsion resistance and improve chassis rigidity The conclusions drawn by the expected thesis will provide useful information for further research or design projects with broad beams used in load-bearing system Key words : Wide beam, Band Beam, Edge Beam, EFM, Stiffness Torsion LỜI CAM ĐOAN Tôi Phan Minh Đức, học viên cao học chuyên ngành Xây Dựng Dân Dụng Cơng Nghiệp, khố 2016 trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh Tơi xin cam đoan rằng, luận văn tơi thực Các số liệu luận văn trung thực chưa công bố, sử dụng để bảo vệ học vị Các thơng tin, tài liệu trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn gốc Tơi xin chịu trách nhiệm hồn tồn kết nghiên cứu luận văn Học viên PHAN MINH ĐỨC MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT ABSTRACT LỜI CAM ĐOAN MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT THEO TIÊU CHUẨN ACI 318-2014 MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN GIỚI THIỆU .i Giới thiệu i Đặt vấn đề ii Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu iii Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn iv Chương TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu tính cấp thiết đề tài 1.1.1 Tình hình nghiên cứu 1.1.2 Nhu cầu thực tiễn 1.1.3 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Nội dung luận văn LƯU ĐỒ CỦA LUẬN VĂN Chương PHÂN TÍCH HỆ SỐ ĐỘ CỨNG CỦA DẦM BIÊN, ĐỘ CỨNG KHUNG TƯƠNG ĐƯƠNG TRONG HỆ CHỊU LỰC CÓ DẦM RỘNG .9 2.1 Giới thiệu 2.2 Cơ sở lý thuyết vận dụng 2.2.1 Phương pháp khung tương đương 2.2.2 Dầm biên xoắn cột tương đương 10 2.2.3 Xác định số xoắn dầm biên 17 2.2.3.1 Xác định số xoắn dầm biên phạm vi liên kết với dầm rộng .18 2.2.3.2 Xác định số xoắn dầm biên phạm vi không liên kết dầm rộng 21 2.2.4 Xác định mơ men qn tính chống uốn dầm biên, dầm rộng 23 2.2.5 Xác định độ cứng cột tương đương .26 2.3 Khảo sát hệ số quán tính FScw 27 Chương Các tốn mơ Từ biểu đồ 4.5 4.6 ghi nhận : - Phương án 1,2 2a, Model kết thúc mô phỏng, vết nứt xuất cột, cột yếu Do quan hệ tải trọng biến dạng thép WB_Rb2 phương án gần đàn hồi tuyến tính Tuy nhiên với phương án có đệm đầu cột biên, cấp tải kết thúc mô q = 3.33 (kN/m2) lớn phương án : 12.5% - Phương án 3,4 4a, kết thúc mô phỏng, vết nứt thu dầm rộng Quan sát biểu đồ 4.6, ghi nhận giai đoạn đầu, quan hệ tải trọng biến dạng thép WB_Rb2 gần đàn hồi tuyến tính, sau tiếp tục tăng tải, biến dạng thép bắt đầu tăng đột ngột Có thể lý giải vết nứt xuất dầm, thép dầm bắt đầu làm việc giai đoạn dẻo Vị trí quan sát tải trọng biến dạng WB_Rb1 mặt cắt gối biên dầm rộng (hình 4.3b), thép đại diện cho dãy biên không neo vào cột mà neo vào dầm biên Quan hệ tải trọng biến dạng thể biểu đồ 4.7 4.8 Tải trọng (kN/m2) Biểu đồ 4.7 Quan hệ tải trọng biến dạng thép WB_Rb1 phương án 1,2, 2a 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 P.Án P.Án P.Án 2a 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Biến dạng (×10-6 ) Tải trọng (kN/m2) Biểu đồ 4.8 Quan hệ tải trọng biến dạng thép WB_Rb1 phương án 3,4 4a 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 P.Án P.Án P.Án 4a 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Biến dạng (×10-6 ) 87 Chương Các tốn mơ Từ biểu đồ 4.7 4.8 ghi nhận : Biến dạng thép WB_Rb1 dãy biên dầm rộng làm việc hiệu tương ứng với phương án mở rộng cục dầm biên (phương án 2a 4a) Đơn cử chênh lệch biến dạng thép WB_Rb1 phương án 4a : 18.47% với cấp tải q = 3.45 (kN/m2) Và 27.68% với q = 4.20 (kN/m2) Biểu đồ 4.9a So sánh biến dạng thép WB_Rb1 WB_Rb2 phương án Tải trọng (kN/m2) 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Rb1 Rb2 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 Biến dạng (×10-6 ) Tải trọng (kN/m2) Biểu đồ 4.9b So sánh biến dạng thép WB_Rb1 WB_Rb2 phương án 2a 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Rb1 Rb2 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 Biến dạng (×10-6 ) Biểu đồ 4.10a So sánh biến dạng thép WB_Rb1 WB_Rb2 phương án Tải trọng (kN/m2) - 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Rb2 Rb1 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Biến dạng (×10-6 ) 88 Chương Các tốn mơ Tải trọng (kN/m2) Biểu đồ 4.10b So sánh biến dạng thép WB_Rb1 WB_Rb2 phương án 4a 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Rb1 Rb2 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Biến dạng (×10-6 ) Bảng 4.10 So sánh chênh lệch biến dạng thép WB_Rb1 WB_Rb2 Phương án 2a 4a So sánh biến dạng × WB_Rb1 WB_Rb2  (%) 742 1913 157.92% 752 2368 215.06% 934 2277 143.90% 825 3381 309.94% 501 1311 161.58% 626 1345 114.92% Cấp tải (kN/m2) 2.96 3.33 3.45 4.20 4.00 3.58 Từ biểu đồ 4.9a đến 4.10b bảng 4.9 ghi nhận : - Tại mặt cắt gối : Cả hai phương án có đệm đầu cột biên phương án mở rộng cục dầm biên đem lại hiệu quả, thép chịu mô men âm gối biên biến dạng lớn Chênh lệch biến dạng thép thuộc dãy biên dãy kéo giảm xuống phương án mở rộng cục dầm biên Tuy nhiên hai phương án không đem lại làm việc đồng thép gối biên dầm rộng Tải trọng (kN/m2) Biểu đồ 4.11 Quan hệ tải trọng biến dạng thép WB_Rb3 phương án 1,2, 2a 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 P.Án P.Án P.Án 2a 200 400 600 800 1000 1200 Biến dạng (×10-6 ) 89 Chương Các tốn mô Tải trọng (kN/m2) Biểu đồ 4.12 Quan hệ tải trọng biến dạng thép WB_Rb3 phương án 3, 4, 4a 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 P.Án P.Án P.Án 4a 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Biến dạng (×10-6 ) Từ biểu đồ 4.11, 4.12 ghi nhận : - Tất phương án biến dạng thép WB_Rb3 quy luật ứng xử Với phương án có đệm đầu cột biến dạng thép nhỏ so với phương án cịn lại Điều nói lên có đệm đầu cột mơ men (dương) uốn nhịp biên dầm rộng giảm - Kết hợp biểu đồ 4.2 4.3 có đệm đầu cột biên, hệ khung chịu tải trọng lớn hơn, thép biến dạng lớn so với phương án khơng có đệm dầu cột Điều lý giải có đệm đầu cột, thép làm việc hiệu hơn, đặc biệt dầm rộng bị phá hoại gối Các biểu đồ 4.13 biểu đồ 4.14 thể biến dạng thép đai WB_Rb4 mặt cắt gối biên dầm rộng Từ biểu đồ ghi nhận, quy luật ứng xử thép đai tương tự Với phương án có đệm đầu cột biên, biến dạng thép đai WB_Rb4 làm việc mạnh Đơn cử với cấp tải q = 2.96 (kN/m2) chênh lệch biến dạng WB_Rb4 phương án : 20.65% với cấp tải q = 3.58 (kN/m2) chênh lệch biến dạng thép đai WB_Rb4 : 41.55% Tải trọng (kN/m2) Biểu đồ 4.13 Quan hệ tải trọng biến dạng thép WB_Rb4 phương án 1, 2, 2a 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 P.Án P.Án P.Án 2a 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Biến dạng (×10-6 ) 90 Chương Các tốn mơ Tải trọng (kN/m2) Biểu đồ 4.14 Quan hệ tải trọng biến dạng thép WB_Rb4 phương án 3, 4, 4a 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 P.Án P.Án P.Án 4a 100 200 300 400 500 Biến dạng 600 (×10-6 ) Biểu đồ 4.14 ghi nhận giai đoạn đầu ứng xử thép đai WB_Rb4 phương án giống quy luật đàn hồi tuyến tính Giai đoạn sau biến dạng thép đai có đảo chiều, ứng xử thép đai lúc khơng theo quy luật đàn hồi có thay đổi quy luật ứng xử thép đai WB_Rb4, phương án có cấp tải khác quy luật ứng xử thép đai WB_Rb4 khác nhau, q3 = 3.58 (kN/m2), q4 = 4.09 (kN/m2) q4a = 3.58 (kN/m2) Điều phù hợp Model kết thúc mô phương án 3, 4a Tải trọng (kN/m2) Biểu đồ 4.15 Quan hệ tải trọng biến dạng thép WB_Rb5 phương án 1, 2, 2a 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 P Án P.Án P.Án 2a 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Biến dạng (×10-6 ) Từ biểu đồ 4.15 4.16 ghi nhận : - Quy luật ứng xử thép đai WB_Rb5 nhịp biên dầm rộng giống với phương án Lượng thép đai nhịp biên WB_Rb5 bố trí mơ hình theo điều kiện cấu tạo, với biến dạng thép WB_Rb5 thu biểu đồ 4.13 cho thấy max  0.8o (thép đai 10, o = 1175×10-6) lý giải rằng, thép đai dầm rộng nhịp nhiệm vụ cấu tạo, chịu lực cắt, đảm bảo dẻo dai , tham gia chịu uốn theo phương ngang dầm rộng Điều thể biểu đồ 4.1a chuyển vị nhịp biên dầm rộng có khác dãy dãy biên, chuyển vị CV1 dãy biên chênh lệch chuyển vị CV2 dãy dầm rộng : 2.0mm 91 Chương Các tốn mơ Biểu đồ 4.16 Quan hệ tải trọng biến dạng thép WB_Rb5 phương án 3, 4, 4a Tải trọng (kN/m2) 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 P.Án 1.0 P.Án P.Án 4a 0.0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Biến dạng (×10-6 ) 4.5.4 Tải trọng - biến dạng thép dầm biên : Đối với dầm biên, hệ số qn tính dầm biên (FScw) thay đổi, thơng qua biến dạng thép dầm biên lần phân tích khả ứng xử dầm biên Biểu đồ 4.17 thể quan hệ tải trọng, biến dạng thép dầm biên Biểu đồ 4.17 Quan hệ tải trọng – biến dạng thép EB_Rb1 phương án 3,4 4a Tải trọng (kN/m2) 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 P.Án 1.0 P.Án P.Án 4a 0.0 100 200 300 400 500 Biến dạng (×10-6 ) Đối với phương án 1,2 2a khơng có thép EB_Rb1 Từ biểu đồ 4.17 ghi nhận biến dạng thép EB_Rb1 phương án 3, 4a có quy luật giống Trong phương án biến dạng thép EB_Rb1 nhỏ hai phương án cịn lại, điều lý giải với phương án có đệm đầu cột biên, mô men uốn mô men xoắn dầm biên hai mô men giảm so với hai phương án cịn lại 92 Chương Các tốn mơ Tải trọng (kN/m2) Biểu đồ 4.18 Quan hệ tải trọng – biến dạng thép EB_Rb2 phương án 1, 2a 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 P.Án P.Án 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Biến dạng (×10-6 ) Biểu đồ 4.19 Quan hệ tải trọng – biến dạng thép EB_Rb2 phương án 3,4 4a Tải trọng (kN/m2) 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 P.Án P.Án P.Án 4a 1.0 0.0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Biến dạng (×10-6 ) Từ biểu đồ 4.18 4.19 ghi nhận : - Biến dạng thép EB_Rb2 phương án có quy luật giống nhau, cấp tải q = 2.96 (kN/m2) chênh lệch biến dạng EB_Rb2 phương án (2a) 33.53%, tương tự cấp tải q = 4.0 (kN/m2) chênh lệch biến dạng EB_Rb2 phương án phương án : 42.42% Điều lý giải có đệm đầu cột biên, mô men uốn mô men xoắn hai mô men dầm biên giảm 93 Chương Các tốn mơ Tải trọng (kN/m2) Biểu đồ 4.20 Quan hệ tải trọng – biến dạng thép EB_Rb3 phương án 1, 2a 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 P.Án P.Án 100 200 300 400 500 600 700 Biến dạng (×10-6 ) Biểu đồ 4.21 Quan hệ tải trọng – biến dạng thép EB_Rb3 phương án 3, 4a Tải trọng (kN/m2) 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 P.Asn P.Án P.Án 4a 1.0 0.0 10 15 20 25 30 Biến dạng (×10-6 ) Từ biểu đồ 4.20 thể biện biến dạng thép đai dầm biên phương án 1, 2a, phương án kết thúc mô vết nứt xảy cột, ứng xử thép đai khơng có tăng đột biến Ngược lại biểu đồ 4.21 biến dạng đai EB_Rb3 dầm biên 4a bắt đầu chảy dẻo, điều ghi nhận phương án 4a dầm biên chịu xoắn nhiều so với phương án lại Từ biểu đồ 4.19 ghi nhận ứng xử thép đai EB_Rb3 có thay đổi cấp tải q3 = 3.45 (kN/m2), q4 = 4.02 (kN/m2) q4a = 3.45 (kN/m2) Đặc biệt với phương án 4a, thép đai EB_Rb3 gần chưa tham gia chịu lực giai đoạn q4a < 3.45 (kN/m2), sau giai đoạn thép đai EB_Rb3 làm việc mạnh Điều lý giải với phương án mở rộng tiết diện dầm biên (4a) sau dầm rộng nứt mặt liên kết biên, thép dọc dầm rộng truyền lực vào dầm biên, dầm biên chịu xoắn nhiều hơn, thép đai EB_Rb3 bắt đầu chảy dẻo 94 Chương Các tốn mơ 4.5.5 Tải trọng - biến dạng dẻo PEMAG : Vị trí quan sát biến dạng dẻo dầm rộng mặt dầm gối biên (xem hình 4.3) thơng số biểu thị khả biến dạng miền đàn hồi Do luận văn lấy số liệu mơ hình vật liệu từ nghiên cứu tác giả Wahalathantri, Buddhi Lankananda [7], nên không bàn luận biến dạng dẻo, ứng dụng thông qua biểu đồ 4.24 ghi nhận cấp tải, phân tích ứng xử dầm rộng Biểu đồ 4.22 Tải trọng biến dạng dẻo PEMAG phương án 3, 4a Tải trọng (kN/m2) 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 P.Án P.Án 1.0 P.Án 4a 0.0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Biến dạng (×10-6 ) Từ biểu đồ 4.22 ghi nhận : Đối với phương án 3, 4a kết thúc mô phá hoại mặt dầm rộng gối biên : - Cho phương án 3, 4a trình biến dạng dẻo xảy cấp tải q = 2.10 (kN/m2) Gần với phương án 4a trình ứng xử biến dạng dẻo giống bắt đầu rạng nứt bề mặt dầm biên cấp tải q = 3.45 (kN/m2), sau cấp tải giai đoạn biến dạng dẻo Điều phù hợp với ứng xử thép đai EB_Rb3 biểu đồ 4.19 nêu 95 Chương Các tốn mơ 4.6 Kết luận :  Về tải trọng : Từ số liệu phân tích hệ khung kết cấu chịu lực có sử dụng dầm rộng cho thấy hệ kết cấu có đệm đầu cột biên chịu tải trọng lớn Mức cải thiện ghi nhận thấp 12.5%  Về độ võng : Khi kết cấu chưa bị nứt, độ võng nhịp biên dầm rộng kéo giảm So sánh hai phương án có khơng có đệm đầu cột, độ võng dầm rộng giảm có đệm đầu cột biên Đơn cử mức giảm 13% phương án Ngồi cịn ghi nhận có vênh độ võng thuộc dãy dãy biên nhịp biên dầm rộng Tuy nhiên hạn chế thời gian, chưa tìm hiểu phân tích chun sâu nên chưa có số liệu cụ thể  Về khả phân phối nội lực dầm rộng : Gối biên : Tại gối biên ghi nhận có không đồng biến dạng thép dọc dãy dãy biên Điều tác giả Hatamoto cộng [2] nêu nghiên cứu (Tổ hợp cột - dầm rộng bê tông cốt thép chịu tải trọng ngang) Cả hai phương án có đệm đầu cột phương án tận dụng khoảng kích thước (c1 – bs) mở rộng cục dầm biên từ kích thước (bs×hs) thành (c1×hs) phạm vi giao với dầm rộng, điều thu kết nhau, biến dạng thép dọc (WB_Rb1, WB_Rb2) thép đai (WB_Rb4 WB_Rb5) tăng lên thép làm việc hiệu Nhịp biên : Tương ứng nhịp biên dầm rộng, biến dạng thép (WB_Rb3) giảm  Đối với dầm biên : Từ phân tích biến dạng thép EB_Rb2 EB_Rb3 mục 4.5.4 ghi nhận có đệm đầu cột biên, mơ men uốn mô men xoắn hai mô men dầm biên giảm Điều nói lên hệ số quán tính (FScw) dầm biên tăng lên, tiết diện phần bê tông chịu tải trọng, biến dạng thép giảm xuống 96 Chương Kết luận kiến nghị Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 So sánh phương pháp : Từ kết số chương 4, phụ lục phụ lục 5, kết tổng hợp bảng 5.1 Bảng 5.1 Tổng hợp so sánh kết phương pháp Nội lực Gối 2A Giữa nhịp Gối 2A Giữa nhịp M(kNm/m) V(kN) M(kNm/m) V(kN) M(kNm/m) V(kN) M(kNm/m) V(kN) (×10-6) q (kN/m2) WB_Rb1 WB_Rb2 WB_Rb3 Phương Phương Phương Phương Phương Phương Phương án án án 2a án án án 4a pháp -282.0 -187.1 N/A -141.9 -109.0 N/A Khung -184.4 -105.1 N/A -151.5 -85.9 N/A tương 304.5 273.3 N/A 287.0 250.7 N/A đương 9.0 -3.8 N/A 1.6 -14.2 N/A -269.3 -191.9 N/A -148.6 -103.4 N/A Khung -299.9 -294.0 N/A -211.5 -133.6 N/A không 300.1 285.4 N/A 281.9 262.4 N/A gian 19.8 15.7 N/A 13.9 7.6 N/A 2.96 3.33 3.45 4.20 5.23 4.21 741.6 1912.7 969.1 751.5 2367.7 1046.4 933.7 2277.4 1118.9 824.8 3381.2 767.5 725.4 4782.6 950.9 826.1 3380.4 768.3 Mô Abaqus Từ kết ghi nhận : - Phương pháp khung tương đương phân tích phân phối nội lực khung với sai số so với phân tích khung khơng gian nhỏ 5% (xem phụ lục 5) - Với phương án cải tiến có đệm đầu cột (phương án 4) mô men uốn dầm rộng gối biên nhịp giảm 5.2 Kết luận : Luận văn trình bày kết phân tích ảnh hưởng độ cứng dầm biên vào phân phối nội lực dầm rộng hệ khung chịu lực Ứng xử dầm biên ứng xử phức tạp bao gồm uốn, xoắn cắt,… Luận văn tiếp cận vấn đề cách phân tích hệ số độ cứng (kFS) thơng qua phân tích hệ số quán tính (FScw) dầm biên, hệ số biểu thị xu hướng ứng xử tiết diện dầm biên Độ cứng chống xoắn dầm biên tăng lên làm độ cứng khung tăng lên, từ làm thay đổi nội lực dầm rộng bên Đối với dầm, từ tiết diện mặt cắt ngang ta xác định đặc trưng hình học tiết diện mơ men qn tính chống uốn, mơ men qn tính chống xoắn, xác 97 Chương Kết luận kiến nghị định hệ số quán tính (FScw) Áp dụng phương pháp khung tương đương, tính tốn độ cứng khung quy tương đương Tại liên kết biên, dầm biên cần quan tâm khả chống xoắn, độ cứng chống xoắn dầm biên (Kt) lớn, độ cứng khung tăng lên Trường hợp dầm biên không thiết kế chống xoắn, cấp tải nhỏ quy luật ứng xử khung chưa có phân phối nội lực, tải trọng tiếp tục đến tải khai thác nội lực dầm rộng bắt đầu tăng lên, liên kết biên không chịu mô men thiết kế, phần mô men chuyển xuống nhịp biên điều kiện bất lợi kết hợp yếu tố chiều cao dầm rộng nhỏ, dầm rộng dễ bị nứt Dầm rộng nứt mô men quán tính chống uốn nguyên (Ig) dầm rộng giảm xuống, độ cứng khung tiếp tục giảm Đây ghi nhận mà tiêu chuẩn TCXD 198:1997 [3] bỏ ngỏ chưa dẫn phạm vi áp dụng dầm rộng hệ khung chịu lực Chương hai luận văn, phân tích hệ số quán tính (FScw) tăng lên, độ cứng khung tăng theo Đối với dầm biên kích thước hợp lí đề xuất : hs/bs = (0.50 ÷ 0.625) Chi tiết liên kết cột (hoặc vách) với dầm rộng dầm biên, tồn khoảng trống có kích thước (c1 – bs) so với mặt cột, khoảng trống cần khai thác để tạo vùng liên neo thép thuận tiện hơn, chống xoắn cho dầm biên, từ tăng độ cứng khung Tùy theo điều kiện khống chế mặc kiến trúc, chọn hai giải pháp : - Phương án đệm đầu cột biên, bố trí hai bên dầm rộng với kích thước dài, rộng cao (αc3×βL1×(hw-hf)) Kết phân tích chương hai cho thấy, số hợp lí α = 2.0 β = 0.125 Với phương án này, độ cứng khung tăng lên 39.56%, tải phân bố sàn phương án đem lại kết tăng sức chịu tải lên tối thiểu 12.5% - Phương án tăng bề rộng dầm biên, áp dụng (c1 > bs) cách mở rộng cục bề rộng dầm biên phạm vi dầm biên liên kết với dầm rộng chiều dài mở rộng tương ứng (c3), từ kích thước ban đầu (bs×hs) tăng lên (c1×hs) Hệ số độ cứng (kFS) tăng thông qua tăng hệ số quán tính (FScw) dầm biên tăng, nội lực dầm rộng có phân phối lại, mơ men uốn dễ nhận thấy Đơn cử trường hợp FScw = 1.409, hay kFS = 𝐹𝑆𝑐𝑤 = 0.7045, hai phương án có khơng có đệm đầu cột biên mô men gối dầm rộng giảm 33.88%, tương ứng mô men 98 Chương Kết luận kiến nghị nhịp giảm 7.05 % Đặc biệt hệ chịu lực theo phương đứng vách, tiến gần gối biên nội lực dãy dầm rộng không đồng nhau, dãy liên kết với vách làm việc hiệu quả, xét độ lớn mô men gối biên trường hợp lớn so với mô men nhịp dầm rộng Với phương án cải tiến tận dụng khoảng cách lại dầm rộng vách (c1 – bs), mô men mặt cắt gối dầm rộng giảm xuống Đơn cử hệ chịu lực đứng vách (1500×500), FScw = 1.888 hay kFS = 0.944, mô men gối dầm rộng giảm 55.71%, tương ứng mô men nhịp giảm 10.75 % 5.3 Kiến nghị : Từ ưu điểm dầm rộng, kết nghiên cứu luận văn góp phần khắc phục phần nhược điểm dầm rộng ảnh hưởng dầm biên Các kiến nghị dầm biên để hạn chế nhược điểm dầm rộng đưa sau : - Chọn tiết diện dầm biên hợp lí, theo xu hướng ứng xử dầm biên, tiết diện đề xuất lựa chọn hs/bs = (0.50 ÷ 0.625) - Khi cần tăng độ cứng khung, tận dụng khoảng cách lại dầm rộng cột/vách (c1 – bs) đề xuất hai phương án có đệm đầu cột/vách biên mở rộng cục tiết diện dầm biên đem lại hiệu quả, tùy theo yêu cầu kiến trúc mà lựa chọn - Khi tính tốn thiết kế dầm biên, cần kiểm tra khả chịu xoắn Đối với dầm rộng : Cần tuân thủ khuyến cáo tiêu chuẩn ACI 318 – 14 [9], EN 1998-2 [5] công bố, cụ thể : - Tiết diện cần tuân thủ điều khoản 18.6.2.1 tiêu chuẩn ACI 318 -14 [9] - Kiểm tra tính tốn mơ men qn tính hiệu dụng (Ie) dầm rộng bị nứt điều khoản 24.2.3.5 tiêu chuẩn ACI 318 -14 [9] - Kiểm tra tính tốn độ võng dầm rộng theo điều khoản 24.2.4 tiêu chuẩn ACI 318 -14 [9] - Ngoài lưu ý cần tuân thủ nêu trên, để giảm độ võng nứt nhịp biên dầm rộng cần quan tâm cải thiện độ cứng liên kết biên thông qua việc tăng hệ số độ cứng (kFS) thông qua hệ số chống xoắn dầm biên (FScw) tăng - Kết hợp phương án cải tiến đệm đầu cột/vách biên, đặc biệt quan tâm thiết kế chống xoắn cho dầm biên 99 Chương Kết luận kiến nghị 5.4 Các hạn chế : Luận văn xét ảnh hưởng tải trọng theo phương đứng, giới hạn bề rộng dầm biên không lớn cạnh cột (c1) Thông qua nghiên cứu đề tài, lần ghi nhận lại ứng xử dầm rộng có khác dãy qua cột dãy liên kết vào dầm biên, kết phù hợp với nghiên cứu Hatamoto cộng [2] “Reinforced concrete widebeam to column subassemblages subjected to lateral load” (Tổ hợp cột - dầm rộng bê tông cốt thép chịu tải trọng ngang) - Độ võng nhịp biên dầm rộng có vênh dãy biên dãy giữa, nhiên luận văn chưa tìm hiểu phân tích chun sâu nên chưa thể lý giải - Luận văn chưa tìm giải pháp khắc phục triệt để làm việc không đồng thép mặt cắt gối biên dầm rộng - Luận văn chưa đưa ví dụ số cụ thể tính tốn lượng cốt thép cần thiết dầm rộng bị nứt - Sau luận văn chưa thực nghiệm đối chứng - Mô chương xét đến trường hợp vật liệu bắt đầu biến dạng dẻo, chưa mơ đến trạng thái phá hoại hồn tồn, tải cực hạn Trong trình nghiên cứu thực đề tài, ghi nhận ứng xử dầm biên hệ kết cấu sàn phẳng có tương đồng đề tài, nhiên hạn chế thời gian luận văn chưa phân tích chun sâu nên cịn hạn chế chưa đưa kết luận 5.5 Hướng phát triển đề tài Đề tài hướng phát triển, bổ sung làm rỏ hạn chế mà luận văn chưa thực : - Phân tích ứng xử liên kết biên dầm rộng – cột, cấu tạo cốt thép cho vùng liên kết dầm rộng – cột phạm vi bề rộng cột mặt cột hợp lý - Thực nghiệm đối chứng Mô kết hợp thực nghiệm hệ khung tầng có dầm rộng chịu uốn cắt đồng thời với trường hợp tải : 03 tải tập trung có độ lớn khác độ lớn tác dụng lên dãy giữa, dãy biên dầm rộng Từ tìm quy luật ứng xử liên kết biên 100 Tài liệu trích dẫn TÀI LIỆU TRÍCH DẪN [1] Corley, W Gene, and James O Jirsa "Equivalent frame analysis for slab design." ACI Journal 67.11 (1970): 875-884 [2] Hatamoto, Hitoshi, Satoshi Bessho, and Yasuhiro Matsuzaki "Reinforced concrete wide-beam-to-column subassemblages subjected to lateral load." Special Publication 123 (1991): 291-316 [3] TCXD 198 :1997 - Nhà nhiều tầng - Thiết kế cấu tạo bê tông cốt thép toàn khối [4] Spanish seismic Building Code (NCSE-02) [5] EN, BS "1-2: 2004 Eurocode 2: Design of concrete structures-Part 1-2: General rules-Structural fire design." European Standards, London (2004) [6] ACI 352R-02, Recommendations for Design of Beam-Column Connections in Monolithic Reinforced Concrete Structures (Reapproved 2010) [7] Wahalathantri, Buddhi Lankananda, et al "A material model for flexural crack simulation in reinforced concrete elements using ABAQUS." Proceedings of the first international conference on engineering, designing and developing the built environment for sustainable wellbeing Queensland University of Technology, 2011 [8] Fadwa, Issa,et al "Reinforced concrete wide and conventional beam–column connections subjected to lateral load."Engineering Structures 76 (2014):34-48 [9] Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14) [10] Nguyễn, Ngọc Hùng "Lựa chọn hợp lý kích thước dầm rộng theo điều kiện độ võng theo tiêu chuẩn aci 318 2002 kết cấu nhà nhiều tầng." (2016) [11] Simulia (2017), ABAQUS Analysis User's Manual 6.14 ... : PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG DẦM BIÊN VÀO SỰ PHÂN PHỐI NỘI LỰC CỦA DẦM RỘNG TRONG HỆ KHUNG CHỊU LỰC II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG DẦM BIÊN VÀO SỰ PHÂN PHỐI NỘI LỰC CỦA... cấu dầm rộng, có độ cứng dầm biên ảnh hưởng đến phân phối nội lực dầm rộng, đặc biệt nhịp biên, chưa có nhiều báo cáo khoa học Luận văn “PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG DẦM BIÊN VÀO SỰ PHÂN PHỐI NỘI... thuật phổ biến độ cứng dầm biên, ảnh hưởng vào phân phối nội lực nhịp biên dầm rộng Góp phần làm sáng tỏ ảnh hưởng độ cứng dầm biên vào phân phối mô men (M) lực cắt (V) nhịp biên dầm rộng Ý nghĩa