Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tông cốt thép liên tục hai nhịp chịu tải trọng tập trung

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ………… o0o….……… LÊ NÔNG PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM DẦM CAO BÊ TÔNG CỐT THÉP LIÊN TỤC HAI NHỊP CHỊU TẢI TRỌNG TẬP TRUNG CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Mà SỐ: 60 58 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2010 CƠNG TRÌNH ðƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA ðẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS HỒ HỮU CHỈNH Cán chấm nhận xét : TS NGUYỄN MINH LONG Cán chấm nhận xét : TS LƯƠNG VĂN HẢI Luận văn thạc sĩ ñược bảo vệ Trường ðại học Bách Khoa, ðHQG TP HCM, ngày 25 tháng 09 năm 2010 Thành phần Hội ñồng ñánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS TS ðỖ KIẾN QUỐC TS HỒ HỮU CHỈNH TS NGUYỄN MINH LONG TS LƯƠNG VĂN HẢI TS NGUYỄN TRỌNG PHƯỚC Xác nhận Chủ tịch Hội ñồng ñánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn ñã ñược sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ mơn quản lý chuyên ngành ðẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHIà VIỆT NAM TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA ðộc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày 02 tháng 01 năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ NƠNG Giới tính : Nam / Nữ Ngày, tháng, năm sinh : 09 – 05 - 1980 Nơi sinh : Cần Thơ Chuyên ngành : Xây dựng dân dụng cơng nghiệp (60.58.20) Khố (Năm trúng tuyển) : 2006 1- TÊN ðỀ TÀI: Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tông cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Phần lý thuyết: Tính tốn sức chịu tải dầm cao BTCT liên tục nhịp theo phương pháp STM thông thường cải tiến (Direct STM) So sánh sai khác rút nhận xét ưu nhược ñiểm hai phương pháp - Phần thực nghiệm: Thực thí nghiệm với mẫu dầm liên tục theo mơ hình với thay đổi độ lớn tải trọng vị trí đặt tải Kết thực nghiệm nhằm kiểm chứng tải trọng giới hạn theo lý thuyết STM trên, có so sánh đối chiếu với tác giả khác 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02 - 01 - 2010 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 09 – 07 - 2010 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG: Tiến sĩ Hồ Hữu Chỉnh Nội dung ñề cương Luận văn thạc sĩ ñã ñược Hội ðồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS HỒ HỮU CHỈNH TP Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 09 năm 2010 PHÒNG ðÀO TẠO SAU ðẠI HỌC KHOA QUẢN LÝ NGÀNH Trang LỜI CẢM ƠN Học viên xin chân thành cảm ơn thầy Hồ Hữu Chỉnh, Bộ mơn Cơng trình, Khoa kỹ thuật xây dựng, Trường ðại học Bách Khoa TP HCM Với hướng dẫn theo dõi thầy Hồ Hữu Chỉnh thời gian qua, học viên hồn thành luận văn tốt nghiệp Ngoài ra, học viên cám ơn thầy nhiều có nhận xét, điều chỉnh tích cực luận văn Lời cảm ơn thứ hai, học viên gởi đến thầy cơ, bạn bè, ñồng nghiệp trường ðại học Bách khoa quan ñã giúp ñỡ học viên thực thí nghiệm phịng thí nghiệm, hỗ trợ cung cấp thiết bị thí nghiệm, yếu tố quan trọng để học viên hồn thành luận văn TP Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 07 năm 2010 HỌC VIÊN THỰC HIỆN Lê Nơng Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tơng cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang GIỚI THIỆU TÓM TẮT (ABSTRACT) Trong thời gian dài, kỹ sư xây dựng ln tìm kiếm phương pháp thiết kế kết cấu thật đơn giản mà lại mơ xác ñối tượng thực tế ðể ñạt ñược ñiều này, kết cấu thực tế phải mơ cách để phân tích lý thuyết Một số phận kết cấu ñã mơ thuật tốn phù hợp với kết thực nghiệm, có số phận kết cấu chưa mơ xác, ñiều ñưa ñến hướng nghiên cứu mở rộng Lý việc mơ khơng xác khơng thể đánh giá giá trị ứng suất Các nghiên cứu ñã ñưa nhiều phương pháp mơ khác nhau, có phương pháp trọng phân tích vùng khơng liên tục kết cấu bê tông cốt thép (regions of discontinuity, viết tắt D-regions), chổ liên kết cột dầm, lổ mở tường bê tông cốt thép, vai cột bê tông cốt thép,… Trong khn khổ luận văn này, học viên phân tích phương pháp tính tốn mơ vùng khơng liên tục (vùng D) dầm cao bê tông cốt thép nhịp liên tục (continuous deep beams, viết tắt CDBs), đồng thời phân tích có kết hợp với số mẫu thực nghiệm để so sánh đưa nhận xét tính xác phương pháp tính tốn lý thuyết, yếu tố ảnh hưởng ñến kết cấu thực tế mà việc mơ lý thuyết chưa kể đến Các nghiên cứu trước ñây ñã thừa nhận vùng D kết cấu bê tơng cốt thép (BTCT) khó phân tích khó hiểu rõ tường tận Do đó, cần có phương pháp phân tích khả thi có hiệu quả, phương pháp sử dụng sơ đồ hệ (Strut-and-Tie Model, viết tắt STM) Luận văn phân tích đối tượng CDBs dựa mơ Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tơng cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang Trước đây, có nhiều phương pháp ñã ñược ñưa ñể giải toán kết cấu cơng trình thực, phương pháp phân tích phi tuyến ứng suất, phương pháp phần tử hữu hạn,… Gần ñây nhất, phương pháp STM ñược sử dụng ñể phân tích vùng D kết cấu BTCT mà phương pháp trước khơng mơ Các nghiên cứu ñã cho thấy phương pháp STM cơng cụ hữu hiệu để phân tích vùng khơng liên tục mặt hình học tĩnh học Từ đó, thiết kế cấu kiện đặc biệt tiên đốn ứng xử chúng sát với thực tế làm tăng thêm tính an toàn tin cậy Mục tiêu luận văn phân tích phương pháp sử dụng STM tính tốn CDBs, so sánh kết ứng xử CDBs quacác phương pháp tính tốn lý thuyết với kết thực nghiệm số mẫu CDBs ðiều giúp học viên hiểu thêm ñộ tin cậy phương pháp ứng xử CDBs thực tế cơng trình xây dựng (dầm giằng móng cơng trình gia cố cọc bê tông cốt thép) Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tơng cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang MỤC LỤC Chương MỞ ðẦU 16 1.1 Tổng quan 16 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ ñề tài 28 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 30 2.1 Các giả thuyết 30 2.2 Lý thuyết STM 30 2.2.1 Ngun lý STM 30 2.2.2 Quy trình tính tốn theo STM 33 2.2.2.1 Xây dựng mơ hình theo STM 33 2.2.2.2 Tính tốn nội lực STM 42 2.2.3 Tính tốn kiểm tra STM 42 2.3 Mơ hình tính tốn kiểm tra STM CDBs 49 2.4 Bài toán lý thuyết 50 2.5 Giải toán lý thuyết theo quan ñiểm Direct-STM 56 Chương KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM 63 3.1 Kích thước mẫu vật liệu 63 3.2 Bố trí thiết bị đo 67 3.3 Ứng xử mẫu dầm kết thí nghiệm 79 Chương KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ 104 4.1 So sánh kết 104 4.2 Nhận xét kết 116 4.3 Kết luận 117 4.4 Kiến nghị 118 PHỤ LỤC 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO 181 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 185 Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tơng cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang HỆ THỐNG KÝ HIỆU a: Nhịp chịu cắt, khoảng cách từ tâm ñiểm ñặt lực ñến tâm gối tựa A: Diện tích mặt cắt ngang Ac: Diện tích mặt cắt ngang hữu hiệu dầm, bwdc As1, As2: Diện tích mặt cắt ngang thép dọc Astr1,Astr2,Astr3: Diện tích mặt cắt ngang chống bê tông nút A, B, C Astr4,Astr5: Diện tích trung bình mặt cắt ngang chống nghiêng bìa Asw: Tổng diện tích mặt cắt ngang thép đai cắt ngang chống nghiêng bê tơng Asw1: Diện tích mặt cắt ngang thép đai Ash,Asv: Tổng diện tích cốt thép ngang ñi ñứng qua chống bw : bề rộng dầm c1,c2: khoảng cách từ tâm cốt thép ñến mép dầm bê tông dc: Chiều cao hữu hiệu dầm dw : khoảng cách từ mép dầm ñến chổ giao thép xiên với ñường nối tâm gối tựa tâm điểm đặt tải Ec, Es : mơđun ñàn hồi bê tông, thép f1, f2: ứng suất kéo nén f 'c :cường độ chịu nén bê tông fct : Ứng suất kéo tăng thêm bê tơng khả chịu kéo kết hợp fst : Ứng suất kéo tăng thêm cốt thép ñối với khả chịu kéo kết hợp ft : Khả chịu kéo kết hợp bê tơng cốt thép fy1 , fy2 : cường độ chảy dẻo thép Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tông cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang fyh, fyv : cường ñộ chảy dẻo thép theo phương ngang ñứng fyw : Cường ñộ chảy dẻo thép ñai Fc: Lực nén chống xiên h: Chiều cao tổng thể dầm k: Hệ số phân phối ứng suất nút ñầu chống k’: Hệ số phân phối ứng suất nút ñầu chống la, lb, lf : Bề rộng vùng ñệm ñiểm ñặt tải ñặt gối tựa lc, ld: Chiều cao hữu hiệu vùng nút le : Chiều dài nhịp hữu hiệu, khoảng cách từ tâm tới tâm gối tựa m, n, p : Chỉ số ñộ cứng dọc trục STM ns: Số lượng thép ñai dọc theo chống pt : Ứng suất kéo trung bình cân vng góc chống P : Lực tập trung tác dụng lên CDBs Pexp: Lực thí nghiệm cực hạn tác dụng lên CDBs Pn : Lực dự đốn tác dụng lên CDBs T: Lực kéo cốt thép T1, T2: Lực kéo thép thép T1max, T2max : Cường ñộ chảy dẻo thép thép T1a, T2a: Phản lực kéo thép thép xảy chảy dẻo thép thép Chúng bị giới hạn cường ñộ chảy dẻo thép thép Uc: Tổng lượng bù hệ dàn Vexp : Cường ñộ chịu cắt thực nghiệm Vn: Cường ñộ chịu cắt dự đốn ν : Hệ số mềm hóa bê tông X : Phản lực gối tựa ε1, ε2 : Biến dạng kéo nén nút chịu kéo – nén εs : Biến dạng cốt thép Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tơng cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang 10 θw : Góc thép xiên trục nằm ngang vị trí giao với chống θs : Góc thép dọc chịu kéo chống nghiêng ρa : Hàm lượng thép tổng cộng dầm ρs : Hàm lượng thép dọc hữu hiệu dầm σc : Ứng suất chống bê tơng Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tơng cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang 171 Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tơng cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang 172 Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tông cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang 173 II KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CDBs THEO D-STM: II.1 Kiểm tra khả chịu lực dầm 2: Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tông cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang 174 Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tông cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang 175 Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tông cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang 176 Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tông cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang 177 II.2 Kiểm tra khả chịu lực dầm 5: Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tông cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang 178 Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tông cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang 179 Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tông cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang 180 Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tơng cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang 181 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ACI 318-05, 2005, “Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary,” American Concrete Institute, Farmington Hills, Michigan [2] A.F.Ashour, C.T Morley – Effectiveness factor of concrete in continuous deep beams – J Struct Eng 1996 – 169 – 178 [3] Aziz Mohammed, Literature review: design of structural concrete using strut-andtie model and application to some special structures, Addis Ababa University, school of graduate studies, 2004 [4] Belarbi A, Hsu TTC – Constitutive laws of softened concrete in biaxial tension - compression – ACI J 1995 – 92(5): 562 - 73 [5] Belarbi A, Hsu TTC - Constitutive laws of concrete in tension and reinforcing bar stiffened by concrete ACI Struct J 1994 – 91(4): 465 74 [6] B Singh, S.K.Kaushik, K.F Naveen, S Sharma – Design of a continuous deep beam using the strut and tie method – Asia J Civil Eng Vol 7, No (2006) – p 461 - 477 [7] Hwang S-J, Lu W-Y, Lee H-J – Shear strength prediction for deep beams – ACI Struct J 2000, 97(3): 367-76 [8] Jorg Schlaich, Kurt Schaefer, and Mattias Jennewein, “Towards a Consistent Design of Structural Concrete” journal of the Prestressed Concrete Institute, Vol.32, No 3, May –June 1987, pp 77-150 [9] K.H Yang, A.F Ashour – Load capacity of Reinfored concrete continuous deep beams – Journal of structural engineering ASCE 2008, 134: 6(919) [10] Kupfer, H., “Erweiterung Der Morsch’ Schen Fachwerkanalgie Mit Hilfe Des Prinzips Vom Minimum Der for Manderungsarbeit” (Expansion of Morsch’s Truss Analog by Application of the Principle of Minimum Strain Energy), CEB-Bulletin 40, Paris, 1964 Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tông cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang 182 [11] Leonhardt, F., “Reducing The Shear Reinforcement In Reinforced Concrete Beams And Slabs,” Magazine Of Concrete Research, V 17, No 53, December 1965, P 187 [12] Morsch, E., “Der Eisenbetonbique, Seine Theorie Und Anwendung” (Reinforced Concrete, Theory and Application),Verlag Konrad Wittwer, Stuttgart, 1912 [13] MacGregor J G – Reinforced concrete: Mechanics and design - Prentice Hall, 1988, p 848 [14] Mau S T, Hsu T T C – Formula for the shear strength of deep beams – ACI Struct J 1989, 86(5): 516 - 23 [15] Marti, P., “Basic Tools of Reinforced Concrete Beam Design,” ACI Journal, V 82, No 1, January-February 1985, Pp 46-56 [16] Mueller, P., “Plastische Berechnung Von Stahlbetonscheiben Und Balken” (Plastic Analysis Of Reinforced Concrete Deep Beams and Beams), Bericht No 83, Institute Fur Baustatik Und Konstrukton, Eth Zurich, July 1978 [17] Michael D Brown, Cameron L Sankovich, Oguzhan Bayrak, James O Jirsa, John E Breen, Sharon L Wood, Design for Shear in Reinforced Concrete Using Strutand- Tie Models, Center for Transportation Research, The University of Texas at Austin, July 2005 [18] Nguyễn Viết Trung, Dương Minh Tuấn, Nguyễn Thị Tuyết Trinh – Tính tốn kết cấu bê tơng cốt thép theo mơ hình giàn ảo – Nhà xuất xây dựng, Hà Nội, 2005 [19] Nguyễn ðức Thanh – Nghiên cứu áp dụng mơ hình chống giằng (sơ ñồ hệ thanh) thiết kế kết cấu cầu bê tơng cốt thép – BC tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ 2006 – ðà Nẵng [20] Nguyễn Trung Hịa, Kết cấu bê tơng cốt thép theo quy phạm Hoa Kỳ, NXB Xây Dựng, Hà Nội, 2003 Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tơng cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang 183 [21] Ning Zhang, Kang-Hai Tan – Direct strut-and-tie model for single span and continuous deep beams – Engineering Structures 29 (2007), 2987 – 3001 [22] Ning Zhang, Kang-Hai Tan, M ASCE, Chee-Lai Leong – Single-span deep beams subjected to unsymmetrical loads – Journal of Structural Engineering ASCE 2009 [23] Ritter, W., “Die Bauweise Hennwbiqe” (The Hennebique System), Schweizerische Bauzeitung, Bd, XXXIII, No 7, January 1899 [24] Schlaich J, Schaefer K, Jennewein M – Toward a consistent design of structural concrete – PCI J 1987; 32(3): 74 – 150 [25] Schlaich, J., Schafer, K., “Konstruieren im Stahlbetonau” (Design and Detailing of Structural Concrete), Beton-Kalender 1984, Part 11, W Ernest & Sohn, Berlin-Munchen, pp.787-1005 [26] Schlaich J., and Weischede, D., “Einpraktisches Verfahren Zum Methodischen Bemessen Und Konstruieren Im Stahlbetonbau” (A Practical Method For The Design And Detailing Of Structural Concrete), Bulletin D’ Information No 150, Comite Euro-International Du Beton, Paris, March 1982 [27] Tan KH, Tong K, Tang CY – Direct Strut- and-tie model for prestressed deep beam – J Struct Eng 2001 – 127(9): 1076 – 84 [28] Tan KH, Tang CY, Tong K – Adirect method for deep beams with web reinforcement – Mag Concr Res 2003 – 55(1): 53 - 63 [29] Tang CY, Tan KH - Interactive mechanical model for shear strenght of deep beams – J Struct Eng 2004 – 130(10): 1534 - 44 [30] Tjen N Tjhin, Daniel A Kuchma – Integrated analysis and design tool for the strut-and-tie method – Engineering Structures 29 (2007), 3042 3052 [31] Thurlimann, B., Marti, P., Pralong, J., Ritz, P., And Zimmerli, B., “Vorlesung Zum Fortbildungskurs Fur Bauingeniure” (Advanced Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tông cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang 184 Lecture For Civil Engineers), Institute Fur Bauststik Und Konstruktion, ETH Zurich, 1983 (See Further Reference Here) [32] TCXDVN 356:2005, Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam, thiết kế kết cấu bê tông cốt thép, Bộ Xây Dựng, NXB Xây dựng, Hà Nội, 2005 [33] Trần Mạnh Tuân, Tính tốn kết cấu bê tơng cốt thép theo tiêu chuẩn ACI 318-2002, NXB Xây Dựng, Hà Nội, 2003 [34] Vecchio FJ, Collins MP – The modified compression – field theory for reinforced concrete elements subjected to shear – ACI J 1986 – 83(2) 219 - 31 Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tông cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang 185 CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ðộc lập – Tự – Hạnh phúc LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: LÊ NÔNG, Ngày, tháng, năm sinh: 09 – 05 – 1980 Giới tính: Nam Nơi sinh: TP Cần Thơ ðịa liên lạc: 01 Nguyễn Cư Trinh, P An Nghiệp, Q Ninh Kiều, TP Cần Thơ QUÁ TRÌNH ðÀO TẠO: ðẠI HỌC: Chế độ học: Chính quy Thời gian học: Từ tháng 09/1998 Nơi học: Trường ðại học Cần Thơ, TP Cần Thơ Ngành học: Cơng trình nơng thơn ñến tháng 03/2003 Tên ñồ án tốt nghiệp:Thiết kế kỹ thuật nhà tập luyện Trung tâm văn hóa TP Cần Thơ Nơi bảo vệ đồ án: Khoa Cơng nghệ, trường ðại học Cần Thơ Q TRÌNH CƠNG TÁC: Từ tháng 03/2003 dến tháng 05/2003: Công ty CP Lâm Nghiệp xây dựng Việt Úc Từ tháng 06/2003 ñến tháng 07/2010: Bộ môn Kỹ thuật xây dựng, Khoa Công Nghệ, Trường ðại học Cần Thơ Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tông cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung ... tính dầm số Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tơng cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang 51 Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tơng cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung. .. neo cốt thép chịu kéo (cốt thép chịu lực theo phương) c) CTT- Các nút kéo – nén với neo cốt thép chịu kéo Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tông cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung. .. bê tơng cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang 48 Hình 2.12 Lưu đồ giải tốn theo STM [17] Phân tích thực nghiệm dầm cao bê tơng cốt thép liên tục nhịp chịu tải trọng tập trung Trang