Một số điểm mới trong dự thảo TCVN 5574:2017

Mô hình này được khuyến nghị ưu tiên sử dụng để tính toán theo các trạng thái giới hạn(thứ nhất và thứ hai) cho các cấu kiện chịu tác dụng của mô men uốn và lực dọc.Đối với các[r]

MỘT SỐ ĐIỂM MỚI TRONG DỰ THẢO TCVN 5574:2017 TS.LÊ MINH LONG

Viện KHCN Xây dựng

Tóm tắt:Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông bê tông cốt thép TCVN 5574:2012 15 năm kể từ ban hành dự kiến thay phiên TCVN 5574:2017 Bài báo giới thiệu số điểm đáng ý Dự thảo TCVN 5574:2017

Từ khóa:bê tơng, bê tông cốt thép, kết cấu bê tôngcốt thép, mô hình biến dạng phi tuyến

Abstract:The design standard on concrete and reinforced concrete structures has been introduced about 15 years ago and will be expected to supersede by new version TCVN 5574:2017 This paper introduces some new aspects to be concerned in new version TCVN 5574:2017

Keywords:concrete, reinforced

concrete,reinforced concretestructures, non-linear deformation model

1 Đặt vấn đề

Các nước tiên tiến giới Mỹ, châu Âu, Nga liên tục soát xét sửa đổi, thay nhiều tiêu chuẩn quan trọng lĩnh vực thiết kế kết cấu, có kết cấu bê tơng bê tơngcốt thép Thời gian soát xét, sửa đổi thường vào khoảng năm lần Thời gian thay thường vào khoảng 10 đến 12 năm lần

Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông bê tông cốt thép Việt Nam hành TCVN 5574:2012 [1] Theo [3], xuất năm 2012 thực chất chuyển ngang từ TCXDVN 356:2005 [4] với toàn nội dung bên giữ nguyên Bản thân tiêu chuẩn [4] chuyển dịch từ tiêu chuẩn Nga 30 năm trước SNIP 2.03.01-84* [5] Nghĩa sử dụng tiêu chuẩn cũ so với thay đổi khoa học công nghệ giới Điều gây nhiều bất cập trình thiết kế.Hơn nữa, tiêu chuẩn [1] quy định sử dụng loại thép (như C-I, C-II, C-III )theo tiêu chuẩn cũ trước đâynên thực chưa gắn kết với tiêu chuẩn Việt Nam thép cốt bê tông

hành, kể thép dự ứng lực (ứng suất trước) TCVN 1651:2008 [9], TCVN 6284:1997 [10, 11, 12], TCVN 6288:1997 [13]… nhiều tiêu chuẩn khác viện dẫn tới chúng thay phiên ban hành

Vì vậy, để cập nhật thơng tin lĩnh vực thiết kế kết cấu bê tông bê tơng cốt thép, [1]đã sốt xét dự thảo thay dự kiến TCVN 5574:2017 [2].Dự thảo dựa chủ yếu vào tảng tiêu chuẩn Nga SP 63.13330.2012 [6] với cập nhật bổ sung, chỉnh sửa tới năm 2016.Với cách tiếp cận khơng gây sáo trộn nhiều giảng dạy, áp dụng thực tế Hơn nữa, tiêu chuẩn [6] cập nhật phần mềm tính tốn chun dụng ETABS, SAP, ROBOT,

Trong Dự thảo [2], nhiều điểm đáng quan tâm chý ý, thay đổi mơ hình ứng suất sang mơ hình biến dạng (chấp nhận giả thiết tiết diện phẳng) tính tốn tiết diện cấu kiện, điểm khác trình bày

2 Một số điểm dự thảo TCVN 5574:2017

2.1 Về cấu trúc

của bê tông với cường độ chịu nén tiêu chuẩn cường độ chịu nén trung bình; Các biểu đồ biến dạng bê tơng (các biểu đồ biến dạng đầy đủ); Hướng dẫn áp dụng số loại cốt thép; Tính tốn chi tiết đặt sẵn; Tính tốn hệ kết cấu; Tính tốn cột tiết diện vành khun trịn; Tính tốn chốt bê tơng; Tính tốn cơng xơn ngắn; Tính tốn kết cấu bán lắp ghép; Xét đến cốt thép hạn chế biến dạng ngang tính tốn cấu kiện chịu nén lệch tâm theo mơ hình biến dạng phi tuyến; Độ võng chuyển vị; Các nhóm chế độ làm việc cần trục kiểu cầu cần trục treo

2.2 Về vật liệu

- Mở rộng phạm vi áp dụng cho bê tông nặngtừ B70 đến B100.Thay đổi giá trị số hệ số điều kiện làm việc bê tông

- Đối với cốt thép:

+ Sử dụng tiêu chuẩn thép cốt hành TCVN 1651:2008 [9] (đối với thép cán nóng trơn CB240-T, CB300-T; có gân(gai)CB300-V, CB400-V CB500-V), TCVN 6288:1997 [13](đối với dây thép vuốt (kéo)nguội cường độ thấp), TCVN 6284-2:1997[10] (đối với dây thép kéo nguội cường độ cao);TCVN 6284-5:1997[12](đối với thép cán nóng cường độ cao có gân (gai)),TCVN 6284-4:1997[11](đối với cáp sợi 19 sợi).Cần lưu ý [11] “cáp” gọi “dảnh”;

+ Sử dụng chung hệ số độ tin cậy (an toàn) cho cốt thép 1,15, thay nhiều giá trị trước đây.Điều tạo điều kiện thuận lợi cho việc lập trình đỡ nhầm lẫn sử dụng Tuy nhiên hệ số cao cốt thép có giới hạn chảy thực tế (trước từ 1,05 đến 1,07) thấp cốt thép có giới hạn chảy quy ước (trước 1,2) dẫn tới cường độ tính tốn cốt thép giảm xuống đôi chút cốt

Trong Dự thảo [2] sử dụng thuật ngữ “mơ hình biến dạng phi tuyến” để mơ hình biến dạng có kể đến tính chất khơng đàn hồi (đàn-dẻo) bê tơng cốt thép nén kéo

Đối với bê tông nén, biểu đồ biến dạng đầy đủ dựa đường cong biến dạng đầy đủ bê tông theo Model Code1990 [7] hình (các ký hiệu thay đổi so với ký hiệu [7]).Biểu đồ biến dạng kéo bê tông lấy biểu đồ biến dạng kéo nó, khác giá trịb, Rb bđược thay giá trị tương ứng bt, Rbt bt

b R

b σ

0 b

ε εb2 εb

0

Hình Biểu đồ biến dạng đầy đủ bê tông nén

Quan hệ b- btrên hình mơ tả biểu thức:

 

2

1

b b

k

R k

  



 

  (1)

trong đó:

0 b b

 



 ; b b0

b

E k

R 

 ; b0 biến dạng tương đốigiới hạn bê tông nén ứng với ứng suất bê tơng đạt tới cường độ tính tốn

b

R ,b0 0,002khi có tác dụng ngắn hạn tải trọng; Eb mô đun đàn hồi bê tông

Trên sở đường cong đầy đủ hình 1, Dự thảo [2] khuyến nghị sử dụng biểu đồ lý

tưởng hóa (đơn giản hóa) dạng hai ba đoạn thẳng hình

1

2

b b

b b

σ σ

σ R

 

 

b σ

b ε

b ε b

ε εb2

b arctgE

b σ

b ε

b ε

b

ε εb2

b arctgE

0

b b b

σ σ R

0 0,6

b b

σ  R

a) Hai đoạn thẳng b) Ba đoạn thẳng

CHÚ THÍCH: đường cong nét đứt biểu thị biểu đồ biến dạng đầy đủ

Hình 2.Các biểu đồ biến dạng bê tơng nén

Theo hình 2a:

Khi 0b b1 (với b1R Eb b red, b red1, )

,

bEb red b

  (2)

Khi b1bb2

bRb

 (3)

Mô đun biến dạng quy đổi bê tông Eb red, xác định theo công thức:

,

1, b b red

b red

R E



 (4)

Biến dạng tương đối bê tông b red1, lấy 0,0015 0,0022 bê tông nặng bê tông nhẹ, có tác dụng ngắn hạn tải trọng Khi có tác dụng dài hạn tải trọng, bê tông nặng

1, b red

 lấy 0,0024; 0,0028 0,0034 ứng với độ ẩm tương đối khơng khí cao 75 %, từ 40 % đến 75 % 40 %

Theo hình 2b:

Khi 0b b1

b Eb b

   (5)

Khi b1b b0

   



 

   

    



  

 

1 1

0

1 b b b b

b b

b b b b

R

R R (6)

Khi b0 b b2

b Rb



(7)

Trong công thức (6) lấyb10,6Rb; biến dạng

tương đối b1 lấy

1 b b

b

E





s

σ

s

ε

s

ε εs2

0

s

arctgE

0

s s s

σ σ R

s

σ

s

ε

0

s

ε

1

s

ε

1 0,9

s s

σ  R

2

s

ε

s

arctgE

0

0

s s

σ R 1,1

s s

σ  R

1

3

a) Hai đoạn thẳng b) Ba đoạn thẳng

Hình 3.Các biểu đồ biến dạng cốt thép kéo

Theo hình 3a:

Khi 0ss0 (s0là biến dạng giãn dài tương đối cốt thép ứng suất đạt tới cường độ tính tốn Rs)

s sEs

  (8)

Khi s0 ss2

s Rs

  (9) Theo hình 3b:

Khi 0ss1

s  sEs

  (10)

Khi s1ss2

1 1

0

1 s s s s 1,1

s s s

s s s s

R R

R R

   

     



  

 

   



  (11)

Có thể thấy đoạn 1-2 (khi s1ss0) 2-3 (khi s0ss2) hình 3bsử dụng chung biểu thức (11) xác định ứng suất cốt thép

s

 giới hạn ứng suất 1,1Rs

Các biểu đồ biến dạng cốt thép kéo nén lấy

Về mô đun đàn hồi bê tơng,trong dự thảo [2]có bổ sung thêm mơ đun đàn hồi ban đầu có tác dụng dài hạn tải trọng, xác định theo công thức:

E

như hoàn thiện phương pháp cũ Mục đích cho phương pháp dựa mơ hình tính tốn đơn giản mà đa năng, có sở lý thuyết,giảm bớt hệ số thực nghiệm, kể đến đặc điểm vật lý làm việc cấu kiện bê tông cốt thép đảm bảo độ tin cậy cần thiết

Nền tảng để tính tốn cấu kiện bê tơng bê tơng cốt thép chịu mô men uốn lực dọc theo nhóm trạng thái giới hạn (thứ thứ hai) mơ hình biến dạng phi tuyến (của bê tơng cốt thép), ngồi việc sử dụng phương trình cân điều kiện biến dạng tuân theo giả thiết tiết diện phẳng biểu đồ biến dạng đầy đủ bê tông cốt thép Mơ hình cho phép tính tốn quan điểm cấu kiện bê tông bê tơng cốt thép với hình dạng tiết diện ngang khác nhau, bố trí cốt thép dọc khác nhau, kể đến tính chất đàn-dẻo bê tông cốt thép trạng thái ứng suất – biến dạng cấu kiện bê tông cốt thép Mơ hình sử dụng tiêu chuẩn [7] Chi tiết trình bày số báo tới

,

2

0,8

R R

s el b

x h 

 

 



(13)

trong đó: xR chiều cao giới hạn vùng bê tông chịu nén; s el, biến dạng tương đối cốt thép chịu kéo ứng suất bằngRs: , s

s el s

R E



 ; b2

biến dạng tương đối giới hạn bê tơng nén; hệ số 0,8 hệ số quy đổi diện tích tương đương biểu đồ thực tế ứng suất bê tông chịu nén biểu đồ dạng chữ nhật

Ngoài ra, cơng thức tính lực tới hạn theo Euler viết lại theo cách tổng quát công thức(14), phù hợp với cách biểu diễn nhiều tiêu chuẩn giới Trước đây, Nga dựa theo cơng thức Eule có cách biểu diễn sở thông số thực nghiệm dành cho kết cấu bê tông





2 cr

D N

L (14)

trong đó: D độ cứng cấu kiện trạng thái giới hạn độ bền; L0là chiều dài tính tốn cấu kiện

- Đối với tính tốn theo hình thành vết nứt, mở rộng vết nứt biến dạng: sử dụng nguyên tắc chung học kết cấu sức bền vật liệu kết cấu bê tơng cốt thép.Khi đó, để đánh giá chiều rộng vết nứt sử dụng mơ hình tính tốn có sở vật lý hơn, dựa chuyển dịch tương hỗ cốt thép bê tông chiều dài đoạn nằm vết nứt Mơ hình Murashov đề xuất năm 1950 [8]và sử dụng [7] Điều cho phép không sử dụng cách tiếp cận theo thực nghiệm tính tốn chiều rộng vết nứt thẳng góc tính tốn biến dạng sử dụng tiêu chuẩn cũ [1], [5]

Công thức xác định chiều rộng vết nứt thẳng góc:

,

s

cr i s s

s

a

E     

  (14)

ở đây:s ứng suất cốt thép dọc chịu kéo tiết diện thẳng góc có vết nứt ngoại lực tương ứng; Ls khoảng cách sở (không kể đến ảnh hưởng loại bề mặt cốt thép) vết nứt thẳng góc kề nhau; s hệ số, kể đến phân bố không biến dạng tương đối cốt thép chịu kéo vết nứt;1là hệ số, kể đến thời gian (ngắn hạn dài hạn) tác dụng tải trọng; 2 hệ số, kể đến loại hình dạng bề mặt cốt thép dọc; 3 hệ số, kể đến đặc điểm chịu lực (uốn, nén lệch tâm, kéo, );

- Đối với tính tốn chịu tác dụng lực cắtthì dựa theo nội lực giới hạn có sử dụng mơ hình tiết diện nghiêng [1]nhưng có điều chỉnh lại cơng thức tính tốn quy trình tình tốn có phần đơn giản

- Đối với tính tốn chịu nén cục bộ vẫndựa theo nội lực giới hạn điều chỉnh cơng thức tính tốn

- Đối với tính tốn chịu xoắn sử dụng mơ hình tiết diện không gian [1]theo nội lực giới hạn có sử dụng biểu đồ tương tác mơ men uốn mơ men xoắn (hình 4a), lực cắt mơ men xoắn (hình 4b)và dễ áp dụng tiêu chuẩn cũ [1] Các biểu đồ tương tác mô tả biểu thức:

2

0

1

T M

T M

   

 

   

   

(15)

0

1

T Q

1,0

1,0

0 T Ti 0 T T0

0 i M M

0 M M

1,0

1,0

1,0

i

T T T T0

0 i Q Q

0 Q Q

0

0 i Q Q

45

a) Biểu đồ tương tác M M0và T T0 b) Biểu đồ tương tác Q Q0 T T0

Hình 4.Các biểu đồ tương tác tính tốn xoắn

Trong cơng thức (15): T mô men xoắn ngoại lực tác dụng tiết diện không gian; T0 mô men xoắn giới hạn mà tiết diện khơng gian chịu được; М mô men uốn ngoại lực tác dụng tiết diện thẳng góc; М0 mơ men uốn giới hạn mà tiết diện thẳng góc chịu

Trong cơng thức (16): T mô men xoắn ngoại lực tác dụng tiết diện thẳng góc; T0 mơ men xoắn giới hạn mà cấu kiện (trong khoảng tiết diện khơng gian) chịu được; Q

là lực cắt ngoại lực tác dụng tiết diện thẳng góc vừa nêu; Q0 lực cắt giới hạn chịu bê tông tiết diện nghiêng

- Tính tốn chọc thủng: sử dụng mơ hình áp dụng tiêu chuẩn [7](có điều chỉnh) kể đến ảnh hưởng mô men tác dụng theo hai phương mà [1] chưa kể được;

- Tính tốn độ bền cấu kiện bê tơng cốt thép ngắn (công xôn ngắn cấu kiện khác tương tự) tiến hành theo mơ hình khung với phần tử [1];

, 0,

, s cal

an an

s ef

A

L L

A 

 (17)

trong đó: As cal, ,As ef, diện tích tiết diện ngang cốt thép theo tính tốn theo thực tế;

 hệ số, kể đến ảnh hưởng trạng thái ứng suất bê tông cốt thép ảnh hưởng giải pháp cấu tạo vùng neo cấu kiện đến chiều dài neo: lấy = 1,0  = 0,75 cốt thép (không ứng suất trước) chịu kéo chịu nén; cốt thép ứng suất trước lấy  = 1,0 (từ thấy chiều dài dài neo cốt thép chịu nén ngắn chiều dài neo cốt thép chịu kéo 25%); L0,an chiều dài neo sở, xác định theo công thức (18):

0,

s s an

bond s

R A L

R u

 (18)

thức mới:

, 0,

, s cal

lap an

s ef

A

L L

A 

 (20)

trong đó:  hệ số, kể đến ảnh hưởng trạng thái ứng suất cốt thép thanh, giải pháp cấu tạo cấu kiện vùng nối thép, số lượng thép nối tiết diện so với tổng số thép tiết diện này, khoảng cách thép nối;  lấy 1,2 cốt thép chịu kéo 0,9 cốt thép chịu nén (từ thấy chiều dài nối cốt thép chịu nén 0,75 chiều dài nối cốt thép chịu kéo)

Từ cáccơng thức (17) (20) thấy cốt thép khơng ứng suất trước chiều dài nốicốt thép chịu nén (hoặc chịu kéo) dài chiều dài neo cốt thép chịu nén (hoặc chịu kéo) 20 %

3 Kết luận

Trong dự thảo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông bê tông cốt thép lần có thay đổi quan điểm mơ hình tính tốn, chuyển từ mơ hình ứng suất sang mơ hình biến dạng Mơ hình khuyến nghị ưu tiên sử dụng để tính tốn theo trạng thái giới hạn(thứ thứ hai) cho cấu kiện chịu tác dụng mô men uốn lực dọc.Đối với cấu kiện có hình dạng tiết diện đơn giản (chữ nhật, chữ T, chữ I) cho phép sử dụng phương pháp nội lực giới hạn

Tính tốn cắt sử dụng mơ hình tiết diện nghiêng có điều chỉnh cơng thức tính tốn giúp cho việc tính tốn đơn giản hơn.Tính tốn chọc thủng cho phép kể đến ảnh hưởng mô men uốn theo hai phương khác với trước không kể đến.Tính tốn chịu nén cục theo mơ hình trước có điều chỉnh cơng thức tính tốn.Tính tốn xoắn sử dụng mơ hình khơng gian theo phương pháp nội lực giới hạn, có sử dụng biểu đồ tương tác có tác dụng đồng thời mô men uốn mô men xoắn, lực cắt mô men xoắn

Các phân tích chi tiết trình bày số báo tới

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] TCVN 5574:2012, Kết cấu bê tông bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế

[2] Dự thảo TCVN 5574:2017, Kết cấu bê tông bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế (TS Lê Minh Long nhóm đề tài, Viện KHCN Xây dựng)

[3] Thuyết minh Dự thảo TCVN 5574:2017, Kết cấu bê tông bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế, (TS Lê Minh Long nhóm đề tài, Viện KHCN Xây dựng)

[4] TCXDVN 356:2005, Kết cấu bê tông bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế

[5] SNIP 2.03.01-84* (1989), Бетонные и

железобетонные конструкции Нормы

проектирования (Kết cấu bê tông bê tông cốt thép.Tiêu chuẩn thiết kế)

[6] SP 63.13330.2012, Бетонные и железобетонные конструкции Основные положения (Kết cấu bê tông bê tông cốt thép Các quy định chung)

[7] CEB-FIB Model Code 1990,Design code, Thomas Telford, 1993

[8] Мурашев В.И (1950) Трешиностойкость, жесткость и прочность железобетона Москва, Стройиздат

[9] TCVN 1651:2008, Thép cốt cho bê tông

[10] TCVN 6284-2:1997 (ISO 6934-2:1991), Thép cốt bê tông dự ứng lực – Phần 2: Dây kéo nguội

[11] TCVN 6284-4:1997 (ISO 6934-4:1991), Thép cốt bê tông dự ứng lực – Phần 4: Dảnh

[12] TCVN 6284-5:1997 (ISO 6934-5:1991), Thép cốt bê tông dự ứng lực – Phần 5: Thép cán nóng có khơng xử lý tiếp

[13] TCVN 6288:1997 (ISO 10544:1992), Dây thép vuốt nguội để làm cốt bê tông sản xuất lưới thép hàn làm cốt

Ngày nhận bài:13/7/2017