Tính toán độ võng của dầm bê tông cốt thép theo tcvn 5574 2012 và một số tiêu chuẩn khác

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HUỲNH XN ĐIỀN TÍNH TỐN ĐỘ VÕNG CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO TCVN 5574-2012 VÀ MỘT SỐ TIÊU CHUẨN KHÁC Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng cơng nghiệp Mã số : 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN ANH THIỆN Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn tốt nghiệp cao học ngành kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp với đề tài: “Tính tốn độ võng dầm bê tông cốt theo TCVN 5574-2012 số tiêu chuẩn khác” cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn HUỲNH XUÂN ĐIỀN MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TĨM TẮT LUẬN VĂN CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Bố cục luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ ĐỘ VÕNG CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1.1 Tính chất bê tơng cốt thép: 1.1.2 Phân loại: 1.1.3 Ưu khuyết điểm bê tông cốt thép: 1.1.4 Phạm vi ứng dụng xu hướng phát triển: 1.1.5 Tính chất lý vật liệu xây dựng: 1.1.6 Tính lý bê tơng: 1.1.7 Cấp độ bền mác bê tông: 1.1.8 Tính lý cốt thép: 10 1.1.9 Bê tông cốt thép: 10 1.1.10 Bê tông cốt thép: 11 1.2 ĐẠI CƯƠNG VỀ TÍNH TỐN ĐỘ VÕNG CỦA DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP 11 1.3 ĐỘ CONG VÀ ĐỘ CỨNG CHỐNG UỐN: 13 1.3.1 Khái niệm độ cong: 13 1.3.2 Độ cong thành phần độ cong toàn phần: 14 1.3.3 Độ cong đoạn cấu kiện không nứt: 14 1.3.4 Độ cong đoạn cấu kiện có khe nứt: 15 1.4 ĐỘ CỨNG CHỐNG UỐN: 16 1.4.1 Khi vật liệu làm việc đàn hồi (không xuất khe nứt): 16 1.4.2 Khi tiết diện xuất khe nứt: 17 1.5 TÍNH TỐN ĐỘ VÕNG: 18 CHƯƠNG CƠ SỞ TÍNH TỐN ĐỘ VÕNG CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO TCVN 5574–2012, ACI 318 -14 VÀ EN 1992-1- 1:2004 20 2.1 TÍNH TỐN ĐỘ VÕNG CỦA DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP THEO TCVN 5574-2012: 20 2.1.1 Độ cứng chống uốn dầm bê tông cốt thép giai đoạn tiết diện làm việc đàn hồi (giai đoạn chưa hình thành vết nứt): 20 2.1.2 Độ cứng chống uốn dầm bê tông cốt thép giai đoạn tiết diện làm việc đàn hồi (giai đoạn chưa hình thành vết nứt): 23 2.1.3 Tính tốn độ võng bê tơng cốt thép: 29 2.2 TÍNH TỐN ĐỘ VÕNG CỦA DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP THEO TIÊU CHUẨN HOA KỲ ACI 318 -14: 33 2.2.1 Độ cứng chống uốn dầm bê tông cốt thép gia đoạn tiết diện làm việc đàn hồi (giai đoạn chưa hình thành vết nết): 33 2.2.2 Độ cứng chống uốn dầm bê tơng cốt thép hình thành khe nứt: 35 2.2.3 Độ cứng chống uốn dầm bê tơng cốt thép hình thành khe nứt: 37 2.3 TÍNH TỐN ĐỘ VÕNG CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO EN 1992-11:2004: 39 2.3.1 Độ cứng chống uốn dầm bê tông cốt thép chưa xuất khe nứt 39 2.3.2 Độ cứng chống uốn dầm bê tơng cốt thép hình thành khe nứt: 40 2.3.3 Tính tốn độ võng dầm bê tông cốt thép: 42 2.3.4 Độ võng dầm: 46 CHƯƠNG CÁC VÍ DỤ TÍNH TỐN ĐỘ VÕNG CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN 50 3.1 TÍNH TỐN ĐỘ VÕNG DẦM ĐƠN GIẢN CHỮ TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT 50 3.2 TÍNH TỐN ĐỘ VÕNG DẦM ĐƠN GIẢN CHỮ TIẾT DIỆN CHỮ T 55 3.3 NHẬN XÉT CHUNG: 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 PHỤ LỤC 77 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN TÍNH TỐN ĐỘ VÕNG CỦA DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP THEO TCVN 5574-2012 VÀ MỘT SỐ TIÊU CHUẨN KHÁC Học viên: Huỳnh Xuân Điền Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 60.58.02.08, Khóa 34-CHKH, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Tính tốn độ võng yêu cầu quan trọng tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn thứ hai Các tiêu chuẩn khác giới có quan niệm khơng giống tính tốn độ võng dầm bê tông cốt thép Luận văn phân tích lý thuyết xác định độ võng dầm bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 55742012, tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 tiêu chuẩn châu Âu Eurocode EN 1992-1-1:2004 Trong luận văn, mối quan hệ độ võng dầm tiết diện chữ nhật chữ T theo thông số cấp độ bền bê tông, mô men uốn, hàm lượng cốt thép chịu kéo, hàm lượng cốt thép chịu nén chiều cao tiết diện dầm theo ba tiêu chuẩn tính tốn, so sánh nhận xét Từ khóa – độ võng; bê tông cốt thép; dầm;, tiêu chuẩn; trạng thái giới hạn CALCULATIONS OF REINFORCED CONCRETE BEAM DEFLECTIONS ACCORDING TO TCVN 5574-2012 AND OTHER STANDARDS Abstract: Calculation of beam deflections is an important requirement in the Serviceability Limit State Various building codes worldwide not have the same approach in determining the deflection of reinforced concrete beams The thesis analyzed the theories of calculating the deflection of reinforced concrete beams according to TCVN 5574-2012, ACI 318-14, and Eurocode EN 1992-1-1:2004 In this study, the relationships between the beam deflection and concrete compressive strength level, bending moment, tension longitudinal reinforcement ratio, compression longitudinal reinforcement ratio, and the height of beam cross-section according to these three building codes were calculated, compared and remarked Key words – deflection; reinforced concrete; beam; building code; limit state CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN KÝ TỰ MÔ TẢ ĐƠN VỊ Np Lực nén phá hoại [N] F Diện tích mặt chịu nén mẫu [mm2] P Tải trọng tác dụng làm chẻ mẫu [N] L Chiều dài mẫu D Đường kính mẫu [mm] [mm] Α Là hệ số đổi đơn vị từ kg/cm sang MPa, lấy = 0,1 Là hệ số chuyển đổi từ cường độ trung bình sang cường độ Β đặc trưng […] […] F Độ võng giới hạn cho phép cấu kiện [mm] ɛb Biến dạng mép bê tông chịu nén [‰] ɛt Biến dạng mép bê tông chịu kéo chưa nứt [‰] ɛs Biến dạng cốt thép chịu kéo bê tông bị nứt [‰] Độ cong tải trọng tạm thời ngắn hạn r r r [1/mm] Độ cong tải trọng tác dụng dài hạn (tải trọng thường xuyên tải trọng tạm thời dài hạn) Độ cong tác dụng dài hạn phần tải trọng dài hạn [1/mm] [1/mm] M1*,M2* Mô men ngoại lực [kNm] Eb Modul đàn hồi bê tông [Mpa] Ired Mơ men qn tính tiết diện quy đổi [mm4] φb1 Hệ số xét đến từ biến ngắn hạn bê tông […] φb2 Hệ số xét đến ảnh hưởng từ biến dài hạn bê tông đến cấu kiện khơng có khe nứt […] Ys Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện (trục cấu kiện) đến trọng tâm cốt thép chịu kéo As [mm] Mi, Ni Nội lực tải trọng gây ứng với trường hợp xác định độ cong [N] E Mô đun đàn hồi vật liệu dầm [Mpa] I Mô men quán tính tiết diện [mm4] Ѱp Ѱs Hệ số phân bố không biến dạng thớ bê tơng chịu nén ngồi phần nằm khe nứt Hệ số xét đến phân bố không biến dạng cốt thép chịu kéo nằm khe nứt […] […] Ig Mô men quán tính tiết diện ngun [mm4] Icr Mơ men qn tính tiết diện quy đổi có vết nứt [mm4] Hệ số xét đến làm việc bê tông vùng kéo vết nứt […] Β Hệ số xét đến tác dụng dài hạn tải trọng […] fm Độ võng biến dạng uốn [mm] Fq Độ võng biến dạng trượt (lực cắt) [mm] 1/r Độ cong tiết diện βm Hệ số sơ đồ M Mô men ngoại lực tiết diện xét [kNm] Mcrc Mô men chống uốn (mô men uốn mà cấu kiện chịu trước nứt) [kNm] Abt Diện tích vùng bê chơng chịu kéo [mm2] Abn Diện tích vùng bê tông chịu nén [mm2] Sbo’ Mô men tĩnh vùng bê tông chịu nén trục trung hịa (TTH) [mm4] Sbo, S’so Mơ men tĩnh diện tích cốt thép chịu kéo, cốt thép chịu nén trục trung hòa [mm4] Ibo, Iso, I’so Lần lượt mơ men qn tính trục trung hịa diện tích vùng bê tơng chịu nén, diện tích cốt thép chịu kéo diện tích thép chịu nén [mm4] Sbo Mô men tĩnh trục trung hịa diện tích vùng bê tơng chịu kéo [1/mm] […] [mm3] Wpl Mô men kháng uốn tiết diện thớ chịu kéo ngồi có xét đến biến dạng không đàn hồi bê tông vùng chịu kéo [mm3] Bsh,B1 Lần lượt độ cứng chống uốn ngắn hạn,độ cứng chống uốn dài hạn [kNm2] φb2 Hệ số xét đến ảnh hưởng từ biến nhanh bê tông, lấy 0.85 bê tông nặng bê tơng hạt nhỏ As Diện tích cốt thép chịu kéo [mm2] A’s Z Ab Diện tích cốt thép chịu nén [mm2] Cánh tay đòn nội lực tiết diện có khe nứt [mm] Diện tích vùng bê tông chịu nén trường hợp đặt cốt đơn Trong trường hợp có cốt thép chịu nén A’s thay Ab Ab,red – diện tích quy đổi vùng bê tơng chịu nén có xét đến biến dạng không đàn hồi bê tông [mm2] yt Khoảng cách từ mép vùng bê tông chịu kéo đến TTH [mm] Im Mơ men qn tính tiết diện nhịp [mm4] Mơ men qn tính tiết diện hai đầu ngàm [mm4] Iec Mơ men qn tính tiết diện đầu ngàm dầm liên tục [mm4] ' Hàm lượng cốt thép chịu nén tiết diện chịu nén tiết diện nhịp dầm đơn giản dầm liên tục [%] Ie1, Ie2 Δ Độ võng dầm [mm] Tổng độ võng theo thời gian [mm] ΔL Độ võng ban đầu hoạt tải gây cấu kiện [mm] ΔD Độ võng ban đầu tĩnh tải gây cấu kiện [mm] ΔLS Độ võng ban đầu hoạt tải tác dụng thực tế gây [mm] Hệ số nhân cho thời gian “vô cùng” tải trọng tác dụng dài hạn […] ΔLT λ∞ Λt Hệ số theo thời gian cho thời gian tác dụng có hạn tải trọng […] Ac Diện tích bê tơng [mm2] Iuc Mơ men qn tính tiết diện quy đổi trục trung hòa [mm4] Ec,eff Mơ đun đàn hồi tính tốn bê tơng có xét đến ảnh hưởng từ biến [Mpa] fctm Cường độ chịu kéo trung bình bê tơng [Mpa] W Mô men chống uốn tiết diện lấy mép chịu kéo tiết diện [mm3] Hệ số xét đến tác dụng dài hạn tải trọng […] σsr Ứng suất cốt thép chịu kéo tai tiết diện có mơ men mơ men kháng nứt [Mpa] σs Ứng suất cốt thép chịu kéo tai tiết diện có khe nứt [Mpa] DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Độ võng giới hạn cấu kiện thông dụng 12 Bảng 1.2 Sơ đồ tính tốn 19 Bảng 2.1 Các sơ đồ tính tốn 33 Bảng 2.2 Thể giá trị ( ,t 0) theo tiêu chuẩn cho bê tông C25/30 46 Bảng 2.3 Hệ số K 47 Bảng 2.4 Ta có bảng so sánh sau 47 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Dầm bê tông cốt thép thường – võng xuống chịu tải Hình 1.2 Dầm bê tông cốt thép ứng suất trước – thớ chịu nén trước Hình 1.3 Tính lý bê tông Hình 1.4 Máy nén mẫu bê tông để xác định cường độ Hình 1.5 Các kiểu mẫu thử kéo bê tông Hình 1.6 Các dạng tiết diện dầm 11 Hình 1.7 Sơ đồ xác định độ cong 13 Hình 2.1 Biểu đồ ứng suất dùng để tính tốn Mcrc .20 Hình 2.2 Trạng thái ƯSBD dầm sau xuất khe nứt 23 Hình 2.3 Sơ đồ xác định độ cong trục dầm 25 Hình 2.4 Tiết diện chữ I 26 Hình 2.5 Mặt cắt tiết diện quy đổi 33 Hình 2.6 Trạng thái ứng suất biến dạng sau nứt dầm 35 Hình 2.7 Tính tốn với tiết diện chữ T đặt cốt kép 41 Hình 2.8 Xác định vị trí trục trung hịa tiết diện khơng có khe nứt vùng kéo .43 Hình 2.9 Xác định vị trí trục trung hịa tiết diện có khe nứt vùng kéo 44 Hình 3.1 Biểu đồ độ võng – cấp độ bền .56 Hình 3.2 Biể đồ độ võng – Mô men .57 Hình 3.3 Biểu độ độ võng – Cốt thép chịu kéo As (%) 57 Hình 3.4 Biểu đồ độ võng – Cốt thép chịu nén A’s (%) .58 Hình 3.5 Biểu đồ độ võng – chiều cao H (mm) 60 Hình 3.6 Biểu đồ độ võng – Cấp độ bền 68 Hình 3.7 Biể đồ độ võng – Mơ men .69 Hình 3.8 Biểu độ độ võng – Cốt thép chịu kéo As (%) 69 Hình 3.9 Biểu độ độ võng – Cốt thép chịu nén A’s(%) 70 Hình 3.10 Biểu đồ độ võng – chiều cao H (mm) 72 81 l nhỏ m l/120 l m l/150 l m l/200 l 24(12) m l/250 l lớn 36(24) m l/300 b Sàn mái sàn tầng có tường ngăn Cấu tạo Lấy theo C.7.6 Làm giảm khe hở phận chịu lực kết cấu, tường ngăn c Sàn mái sàn tầng chúng có chi tiết chịu tác động tách (giằng, lớp mặt sàn, vách ngăn) Cấu tạo l/150 Tác dụng sau hoàn thành tường ngăn, lớp mặt sàn giằng d Sàn mái sàn tầng có palăng, cần cẩu treo điều khiển từ: + sàn Công nghệ Giá trị nhỏ Tải trọng tạm thời có hai giá trị l/300 kể đến tải trọng a/150 cầu trục hay palăng đường ray + cabin Tâm sinh lý Giá trị nhỏ Tải trọng cầu trục hai giá trị: l/400 hay palăng a/200 đường ray e Sàn chịu tác động của: Tâm sinh lý công nghệ - việc dịch chuyển vật nặng, vật liệu, phận chi tiết máy móc tải trọng di động khác (trong có tải di chuyển không ray) - tải di chuyển ray: l/350 Giá trị bất lợi hai giá trị tải trọng: + 70% toàn tải trọng tạm thời tiêu chuẩn + tải trọng xe xếp tải 82 + khổ hẹp l/400 Tải trọng toa chạy đường ray + khổ rộng l/500 Như Các phận cầu thang (bản thang, chiếu nghỉ, chiếu tới, cốn) ban công, lôgia Thẩm mỹ - tâm lý Như mục 2a Tâm sinh lý Xác định yêu cầu C.3.4 Các sàn, thang, chiếu nghỉ, chiếu tới, mà độ võng chúng không cản trở phận liền kề Tâm sinh lý 0,7 mm Tải trọng tập trung kN nhịp Lanh tô, tường cửa sổ cửa (xà xà gồ vách kính) Cấu tạo l/200 Làm giảm khe hở cấu kiện chịu lực phần chèn cửa sổ, cửa cấu kiện Thẩm mỹ - tâm lý Như mục 2a Các ký hiệu bảng: l nhịp tính tốn cấu kiện a bước dầm giàn liên kết với đường cẩu treo CHÚ THÍCH 1: Đối với công xôn l lấy hai lần chiều dài vươn cơng xơn CHÚ THÍCH 2: Đối với giá trị trung gian l mục 2a, độ võng tới hạn xác định nội suy tuyến tính có kể đến u cầu CHÚ THÍCH 3: Trong mục 2a số ngoặc () lấy chiều cao phịng đến m CHÚ THÍCH 4: Đặc điểm tính tốn độ võng theo mục 2d CHÚ THÍCH 5: Khi lấy độ võng giới hạn theo yêu cầu thẩm mỹ tâm lý cho phép chiều dài nhịp l lấy khoảng cách mặt tường chịu lực (hoặc cột) 83 PHỤ LỤC Hệ số 84 BẢNG CHUYỂN ĐỔI ĐƠN VỊ KỸ THUẬT CŨ SANG HỆ ĐƠN VỊ SI Đại lượng Lực Đơn vị kỹ thuật cũ Hệ đơn vị SI Tên gọi Ký hiệu kG Niutơn N T kilô Niutơn kN Mêga Niutơn MN Quan hệ chuyển đổi kG = 9,81 N 10 N kN = 000 N T = 9,81 kN 10 kN MN = 000 000 N Mômen kGm Niutơn mét Nm Tm kilô Niutơn mét kNm kGm = 9,81 Nm Nm 10 Tm = 9,81 kNm kNm 10 Ứng suất; kG/mm2 Niutơn/mm2 N/mm2 Pa = N/m2 0,1 kG/m2 Cường độ; kG/cm2 Pascan Pa Mô đun đàn hồi T/m2 Mêga Pascan MPa kPa = 1000 Pa = 000 N/m2 = 100 kG/m2 MPa = 000 000 Pa = 1000 kPa 100 000 kG/m2 = 10 kG/cm2 MPa = N/mm2 kG/mm2 = 9,81 N/mm2 kG/cm2 = 9,81 x 104 N/m2 0,1 MN/m2 = 0,1 MPa kG/m2 = 9,81 N/m2 = 9,81 Pa 10 N/m2 = daN/m2 ... tính tốn độ võng dầm tiêu chuẩn Bố cục luận văn Chương 1: Tổng quan kết cấu dầm bê tông cốt thép độ võng dầm bê tông cốt thép Chương 2: Cơ sở tính tốn độ võng dầm bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn: ... độ võng dầm bê tơng cốt thép theo TCVN 55742 012 số tiêu chuẩn khác? ?? Mục tiêu nghiên cứu Tính tốn đánh giá độ võng dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574- 2012, ... DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ ĐỘ VÕNG CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP 1.1.1 Tính chất bê tông cốt thép: Bê tông cốt thép vật liệu phức hợp hai loại vật liệu bê