HỢP LÝ HÓA TIẾT DIỆN DẦM LIÊN TỤC LIÊN HỢP THEO MÔMEN BỀN DẺO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  TRỊNH HÙNG MẠNH HỢP LÝ HÓA TIẾT DIỆN DẦM LIÊN TỤC LIÊN HỢP THEO MÔMEN BỀN DẺO Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 60.58.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DD&CN Đà Nẵng – Năm 2017 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: GS.TS PHẠM VĂN HỘI Phản biện 1: PGS.TS Trần Quang Hưng Phản biện 2: TS Đào Ngọc Thế Lực Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ ngành Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 07 tháng 07 năm 2017 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Cùng với xu hội nhập Quốc tế Việt Nam, năm gần nhu cầu xây dựng nhà cao tầng, cơng trình thể thao văn hóa có nhịp lớn bùng nổ mạnh mẽ Nước ta, đặc biệt khu đô thị lớn Hà Nội, Đà Nẵng thành phố Hồ Chí Minh Khi thiết kế đòi hỏi Người thiết kế phải nghiên cứu đưa giải pháp kết cấu hợp lý cho kích thước cấu kiện kết cấu Trong Eurocode thường thiết kế cho dầm thép hình đối xứng khơng đổi từ dẫn đến chịu mơmen dương dầm liên tục thường thừa khả chịu lực mà mômen âm lại không đủ khả chịu lực Khi chịu mơmen âm cốt thép bêtơng Vấn đề đặt cần phần cấu tạo tiết diện cho nhịp gối mômen bền dẻo sát với nội lực tính tốn Luận văn “Hợp lý hóa tiết diện dầm liên tục liên hợp theo mômen bền dẻo” tập trung vào việc khảo sát tính tốn mơmen bền dẻo dầm liên tục liên hợp Thép– Bêtông sở tính tốn theo Tiêu chuẩn Eurocode với mong muốn tìm giải pháp hợp lý cho việc lựa chọn tiết diện dầm Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiên cứu đưa giải pháp hợp lý hóa tiết diện dầm liên tục liên hợp Thép- Bê tông theo tiêu chuẩn Eurocode Đối tƣợng nghiên cứu Sự làm việc dầm liên tục liên hợp Thép – bêtông theo tiêu chuẩn Eurocode Cơ sở lý thuyết, tính tốn mơmen bền dẻo dầm liên hợp liên tục Hợp lý hóa tiết diện dầm liên hợp liên tục theo mômen bền dẻo Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: Dựa tiêu chuẩn Châu Âu (EC3; EC4) để nghiên cứu làm việc tính tốn hợp lý hóa tiết diện dầm liên hợp thép bêtông theo mômen bền dẻo Nghiên cứu thực nghiệm: Áp dụng tính tốn minh họa ví dụ khảo sát đối tượng nghiên cứu chương trình Exel từ tổng hợp so sánh phân tích đánh giá kết rút kết luận Đóng góp đề tài Đề xuất số kiến nghị việc hợp lý hóa tiết diện dầm tục liên hợp Thép – bêtông liên hợp theo mômen bền dẻo Kết cấu đề tài Kết cấu đề tài “Hợp lý hóa tiết diện dầm liên tục liên hợp theo mômen bền dẻo” bao gồm ba chương: Chương 1: Tổng quan kết cấu liên hợp Thép – Bê tông Chương 2: Cơ sở tính tốn thiết kế dầm liên hợp Thép–bêtơng Chương 3: Tính tốn hợp lý hóa tiết diện dầm liên tục liên hợp theo mômen bền dẻo CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊTÔNG 1.1 KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP- BÊTƠNG 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp Thép-Bêtông Quá trình phát triển việc dùng kết cấu liên hợp Thép Bêtông (LHT-BT) gắn liền với sử phát triển kết cấu bêtông cốt thép Loại kết cấu sử dụng từ 100 năm ngày thấy có nhiều ưu việt cần thiết phải khai thác 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp Việt Nam Ở Việt Nam, lý thuyết tính tốn cấu kiện liên hợp Thép– Bêtơng đưa vào giáo trình bậc Đại học từ năm 1995, dựa theo lý thuyết tính tốn Nga đơn giản Các nghiên cứu làm việc hệ sàn liên hợp cấu kiện thành kết cấu khơng gian có độ cứng nhiều tác giả quan tâm Nhìn chung nước ta có nghiên cứu quan tâm đến lĩnh vực kết cấu liên hợp, nhiên phải dùng tiêu chuẩn thiết kế nước Cho đến tiến hành hồn thiện Bộ tiêu chuẩn tính tốn kết cấu liên hợp Thép- bêtơng 1.1.3 Đặc điểm kết cấu liên hợp Thép– Bêtông Khả chống ăn mòn thép tăng cường Tăng độ cứng kết cấu, cột LHT-BT kể bọc hay nhồi làm giảm độ mảnh cột thép làm tăng khả ổn định cục tổng thể thép Khả biến dạng lớn kết cấu bê tơng cốt thép, ưu điểm lớn việc chịu tải trọng động đất Có thể dễ dàng dùng phương pháp thi công đại (phương pháp thi công ván khuôn trượt, thi công lắp ghép) làm tăng tốc độ thi cơng, sớm đưa cơng trình vào sử dụng 1.2 DẦM LIÊN HỢP THÉP- BÊTƠNG Dầm liên hợp thép bêtơng tạo dầm thép cán nóng dầm thép tổ hợp hàn đan bêtông cốt Tấm đan liên kết với dầm thép liên kết để đảm bảo làm việc đồng thời chúng 1.2.1 Ưu nhược điểm dầm liên hợp Thép- Bê tông 1.2.1.1 Ưu điểm Dầm liên hợp thép bê tơng có nhiều ưu điểm nhờ kế thừa ưu điểm vật liệu thành phần liên hợp thép loại kết cấu có nhiều ưu việt, thoả mãn tiêu chí vật liệu nhà cao tầng, nhiên giá thành tương đối cao Dầm liên hợp thép bêtông hội đủ ưu điểm kết cấu liên hợp thép bê tông như: a Về phƣơng diện kết cấu * Dầm liên hợp thép bê tơng có ưu điểm chung kết cấu liên hợp * Dầm liên hợp thép bê tơng có ưu điểm nhờ làm việc liên hợp thép-bêtông * Dầm liên hợp thép bê tơng có ưu điểm nhờ sử dụng thép dập nguội b Về phƣơng diện kiến trúc Sử dụng kết cấu liên hợp Thép-Bêtơng có ưu điểm mặt kiến trúc tiết kiệm chiều cao cơng trình, vượt nhịp lớn thích hợp cho cơng trình bước cột lớn để bố trí khơng gian lớn, linh hoạt c Về phƣơng diện công nghệ Đặc điểm bật động tối đa trình thi cơng Có thể lắp ghép khung thép sẵn sau tiến hành song song thi cơng sàn khác mà không sợ chồng chéo 1.2.1.2 Nhược điểm Đòi hỏi chất lượng vật liệu cao khả chịu lực lớn tính tốn áp dụng cơng nghệ dầm liên hợp thép bêtơng địi hỏi cơng nghệ thi cơng đại Chi phí cho chế tạo lắp đặt liên kết chống trượt tương đối cao Dầm liên hợp đạt hiệu cao phạm vi nhịp tải trọng lớn 1.2.2 Phân loại tiết diện dầm thép hình Để tính tốn tiết diện dầm liên hợp thép bê tông, EC4 chia thành loại: - Loại 1: Tiết diện có khả phát triển mơmen bền dẻo (M + pl.Rd mômen uốn dương M-pl.Rd mơmen uốn âm), khả xoay đủ hình thành khớp dẻo - Loại 2: Tiết diện loại có khả tăng mômen bền dẻo khả xoay bị hạn chế hiên tượng cong vênh cục - Loại 4: Do tượng cong vênh cục đàn dẻo vùng chịu nén tiết diện dầm thép diễn trước đạt đến giới hạn đàn hồi 1.3 TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG KẾT CẤU LIÊN HỢP TRONG CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG DÂN DỤNG Trên giới, việc ứng dụng thiết kế cấu kiện liên hợp thép bêtơng vào cơng trình dân dụng bắt đầu vào năm 1980, ứng dụng phổ biến cơng trình, tiêu biểu như: Tháp Thiên niên kỷ Viên – Áo cao 55 tầng, Tòa nhà Major Bank Dallas, Tiểu bang Texas cao 35 tầng… CHƢƠNG CƠ SỞ TÍNH TỐN THIẾT KẾ DẦM LIÊN HỢP THÉP –BÊTƠNG 2.1 TÍNH TỐN DẦM LIÊN HỢP THÉP–BÊTƠNG THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE 2.1.1 Trạng thái giới hạn kiểm tra Dầm thép liên hợp 2.1.1.1 Trạng thái giới hạn a Điều kiện an toàn Trạng thái phá hỏng (trạng thái giới hạn cường độ - ULS) Sd ≤ Rd - Sd: Giá trị tính tốn tác động Khi xác định Sd phải kể đến tổ hợp tải trọng nguy hiểm sử dụng thi cơng, lắp dựng - Rd: Sức bền tính tốn tương ứng tiết diện kiểm tra b Các giả thiết tính tốn: - Liên kết sàn dầm liên kết hoàn toàn - Tất thớ dầm thép hóa dẻo kéo nén chịu lực Ứng suất phần bê tông chịu nén phân bố - Bỏ qua khả chịu kéo bê tông - Cốt thép đan chịu kéo bị chảy đồng thời đạt đến cường độ tính tốn Bỏ qua khả chịu nén cốt thép tôn c Chiều rộng tham gia làm việc BTCT 2.1.1.2 Trạng thái giới hạn Trạng thái giới hạn sử dụng (SLS) Kiểm tra độ võng kiểm tra nứt bê tông 2.1.2 Khảo sát khả chịu lực dầm với mômen uốn 2.1.2.1 Tiết diện dầm chịu momen dương (tại nhịp) - Trường hợp 1: Trục trung hịa nằm bê tơng - Trường hợp 2: Trục trung hòa qua cánh dầm thép - Trường hợp 3: Trục trung hòa qua bụng dầm thép 2.1.2.2 Tiết diện dầm chịu momen âm (tại gối) - Trường hợp 1: Trục trung qua cánh dầm thép - Trường hợp 2: Trục trung qua bụng dầm thép 2.1.2.3 Kiểm tra độ bền tiết diện chịu cắt tác dụng đồng thời với mômen: Điều kiện bền tiết diện chịu lực cắt có dạng: Vsd  Vpl,Rd = Av.fy/γa 2.1.2.4 Kiểm tra oằn cho tiết diện dầm thép: 2.1.3 Kiểm tra trạng thái sử dụng dầm thép 2.1.3.1 Kiểm tra độ võng Độ võng lớn dầm: δf < [f] 2.1.3.2 Kiểm tra nứt bê tông a Kiểm tra hàm lượng thép tối thiểu chịu momen gối Hàm lượng cốt thép  s >  = 0,4% b Kiểm tra hàm lượng cốt thép để hạn chế mở rộng vết nứt As > Asmin (Asmin hàm lượng cốt thép tối thiểu) 2.1.4 Tính tốn chốt liên kết 2.F Số chốt liên kết: n = a (Prd sức bền chốt) P rd Prd= min( P rd ; P rd ) Trong đó: P1rd phá hoại chốt bao xung quanh P2rd phá hoại bê tông bao xung quanh chốt 2.1.5 Phân tích phân bố nội lực dầm liên tục 2.1.5.1 Phân tích cứng dẻo (đàn dẻo) 2.1.5.2 Phân tích đàn hồi 2.2 VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG KẾT CẤU LIÊN HỢP 2.2.1 Cốt thép 2.2.1.1 Cốt thép 2.2.1.2 Thép kết cấu (thép kết cấu liên hợp) Trong tiêu chuẩn EN 1994–1–1 Eurocode trình bầy cách tính tốn kết cấu liên hợp sản xuất từ mác thép thông thường S235, S275, S355 S400 2.2.1.3 Thép dầm Theo tiêu chuẩn ENV 1994-1-1, kết cấu liên hợp sử dụng thép S235, S275, S355 S450 2.2.2 Bê tông 2.2.2.1 Theo tiêu chuẩn Eurocode Eurocode a Mô đun đàn hồi Ecm - Mô đun đàn hồi riêng bê tông Ecm (t) = (fcm (t)/ fcm)0,3 Ecm - Mô đun đàn hồi tiết diện liên hợp b Cường độ đặc trưng bê tông c Cường độ tính tốn bê tơng d Sự co ngót bê tông e Hệ số dãn nở nhiệt 2.2.2.2 Vật liệu bê tông dùng nƣớc ta 2.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG Trên sở nghiên cứu tài liệu, tác giả trình bày vật liệu sử dụng kết cấu liên hợp, sở lý thuyết tính tốn Dầm liên hợp Thép – Bêtơng 10 - Ứng suất vùng bê tông chịu nén phân bố 0,85.fck/γc - Bỏ qua sức bền chịu kéo bê tông - Các cốt thép sàn bê tông chịu kéo, nén bị chảy dẻo đạt tới giới hạn ứng suất tính tốn fsk/γs - Tiết diện khảo sát có khả phát triển mômen bền dẻo, khả xoay hạn chế, không phân phối lại mômen (loại 2) 3.2.2 Thiết lập cơng thức tính tốn cho dầm liên tục 3.2.2.1 Trƣờng hợp trục trung hòa dẻo qua bê tông Điều kiện xảy khi: Fc > Fa (3.1) Mômen bền dẻo theo hợp lực bê tông chịu nén: M+pl.Rd = Fa (h1 + hc + hp – z/2) (3.5) Trong đó: Fa: Sức bền dẻo thép hình h1: Khoảng cách từ TTHD đến trọng tâm thép hình z: Khoảng cách từ TTHD đến mặt sàn hc: Chiều cao sàn bêtông; hp: chiều cao tơn 3.2.2.2 Trục trung hịa dẻo qua cánh tiết diện dầm thép a Trường hợp tiết diện chịu mômen âm (tại gối) Xảy khi: Fa > Fs Fa - Fs  2.f y.b tf t tf (3.8) γa (Fs: Sức bền dẻo cốt thép tròn) Mômen bền lấy mômen với trục trọng tâm lớp cốt thép: M-pl.Rd = Fa ( h1 + hs) – (Fa-Fs).(zf/2 + hs) (3.11) b Trường hợp tiết diện chịu mômen dương (tại nhịp) Xảy Fc < Fa Fa–Fc  2.btf.ttf.fy γa 11 Momen bền dẻo tiết diện ta lập phương trình mơmen với trọng tâm vùng bêtông chịu nén: M+pl Rd = Fa (h1+ hc + hp) – (Fa - Fc).(z + hp) 2 (3.17) 3.2.2.3 Trục trung hòa qua bụng dầm thép a Trường hợp tiết diện chịu mômen âm (tại gối) Trường hợp xảy khi: Fa > Fs Fa - Fs > 2.f y.b tf t tf (3.19) γa Mơmen bền tính lấy mômen với trọng tâm cốt thép: M-pl.Rd = M apl, Rd + Fa ( h1 + hs) – F2s /(4.tw.fy/γa) (3.22) b Trường hợp tiết diện chịu mômen dương (tại nhịp) Trường hợp xảy khi: Fa > Fc Fa1 > btf.ttf.fy/γa Mơmen bền dẻo tính tốn so với trọng tâm dầm thép hình: M+pl Rd = Mapl,Rd + Fc (h1 + hc + hp) – (zw – h2)2.tw.fy/γa (Mapl,Rd: Mô men bền dẻo tiết diện dầm thép; zw: khoảng cách từ TTHD đến mép dầm thép hình) 3.3 VÍ DỤ TÍNH TỐN Trong phạm vi luận văn sâu vào việc tính tốn mơmen bền dẻo âm M-pl.Rd, Mơmen bền dẻo dương nhịp dầm M+pl.Rd, tính tốn hàm lượng cốt thép trịn bêtơng tham gia chịu lực tiết diện dầm liên hợp Thép- Bêtông liên tục sở giả thiết sau: + Tiết diện khảo sát loại 2, có khả phát triển mômen bền dẻo, khả xoay hạn chế, không phân phối lại mômen 12 + Bản sàn đặc, liên kết dầm liên kết hoàn toàn + Vật liệu sử dụng làm dầm thép hình bê tơng khơng đổi q trình tính tốn + Tải trọng phân bố dầm liên hợp phân bố + Chốt liên kết hàn trực tiếp với cánh nén dầm thép hình + Tính tốn độ bền chịu cắt, độ võng, nứt bê tông… không đề cập đến Trình tự tính tốn mơmen bền dẻo dầm liên hợp liên tục thực theo sơ đồ khối Hình 3.6 Sơ đồ khối tính tốn mơmen bền dẻo 3.3.1 Vật liệu 3.3.1.1 Bê tơng Chọn bêtơng có lớp độ bền C25/30 theo Tiêu chuẩn EC 3.3.1.2 Thép a) Thép dầm Dầm kim loại dầm thép tổ hợp hàn TCVN 5709:1993, chọn thép CCT34 b) Thép dọc Thép trịn loại CCT34 có đường kính  Ø12, fsk = 500 N/mm2 13 3.3.2 Đặc trƣng hình học dầm thép hình - Chiều cao dầm thép hình: = hw + ttf + tbf - Diện tích dầm thép hình: Aa = btf ttf + bbf tbf +hw.tw= Atf + Abf + Aw (3.19) - Trọng tâm dầm thép hình ya = h1 = yc1 Atf  yc2 Aw  yc3 Abf A w  Atf  Abf - Mơmen qn tính dầm thép trục trung hịa dầm thép hình: Ia = b tf h tf + (ya+0,5.ttf) Atf + 12 b bf.h bf t w.h w +(ya - ttf – 0,5.hw)2.Aw + 12 + (ha – ya – 0,5.tbf )2.Abf 12 - Tiết diện chịu mômen dương, chiều rộng cánh chịu nén liên kết với sàn liên kết bố trí theo khoảng cách thích hợp thỏa mãn điều kiện: nhỏ 20.ε.ttf - Chiều rộng cánh chịu nén phải đủ lớn để bố trí chốt (chốt đơi) đồng thời phải thỏa mãn điều kiện sau: + Khoảng cách chốt theo phương ngang (St) không nhỏ 2,5d với sàn đặc, 4d trường hợp khác + Khoảng cách từ mép chốt đến mép cánh dầm (ed) trường hợp liên kết hàn trực tiếp với chốt không nhỏ 20mm + Đường kính thân chốt: 16 mm ≤ d ≤ 25 mm - Khi bề rộng tối thiểu cánh chịu nén dầm thép hình: 14 St + 2ed + d ≤ btf ≤ 20.ttf.ε Hay (40 + 3,5d) mm ≤ btf ≤ 20.ttf.ε 3.3.3 Tính tốn mơmen bền dẻo với nhịp dầm khác a Trường hợp dầm có khoảng cách gối tựa nhỏ - Dầm khảo sát dầm phụ có khoảng cách dầm 5,0(m) - Khoảng cách gối tựa dầm liên tục L= 5,0(m) - Chiều cao sàn bêtông hc = 10cm Hình 3.8 Sơ đồ tính tốn dầm - Chọn tiết diện dầm thép hình sơ bộ: + Chiều cao: ha= L = 250(mm) Chọn = 250(mm) 20 + Bề rộng: bf = (0,25÷0,5).ha = (62,5÷125) Chọn bf = 125(mm) b Sức bền tiết diện mômen âm - Bề rộng hữu hiệu b-eff bêtông tham gia làm việc (trên gối tựa trung gian): b-eff = 2.Min( l0/8, bi)= 0,25(L1+L2)/4 = 0,25(5+5)/4 =0,625(m) - Diện tích thép trịn bê tơng tham gia làm việc: As= n  d2/4 =(b-eff /a)  d2/4 (a: khoảng cách thép) - Fs : Sức bền dẻo cốt thép Fs = As.fsk/γs =  d2.n.fsk/ γs.4 (n: số thép) * Để tính tốn so sánh hiệu việc làm tăng mômen 15 bền dẻo gối, ta thay đổi diện tích cốt thép trịn bêtông (bảo đảm hàm lượng cốt thép tối thiểu) thay đổi tiết dầm thép hình (thay đổi kích thước cánh trên, cánh dầm chữ I) Bằng cách lập bảng Excel tính tốn tự động gồm Sheet (kích thước dầm thép, thép trịn bản, tính tốn vị trí trục trung hịa dẻo tính tốn mơmen bền dẻo) Bảng 3.1 Lựa chọn kích thước tiết diện dầm thép hình Tỷ lệ cánh Diện tích Bản bụng Cánh Cánh dƣới trên/dƣới dầm hw tw btf ttf bbf tbf α = Atf/Abf Aa 23,4 0,6 12,5 0,8 12,5 0,8 100,0 34,0 23,4 0,6 11,9 0,8 12,5 0,8 95,2 33,6 23,4 0,6 11,3 0,8 12,5 0,8 90,4 33,1 23,4 0,6 10,7 0,8 12,5 0,8 85,6 32,6 23,4 0,6 10,1 0,8 12,5 0,8 80,8 32,1 23,4 0,6 9,5 0,8 12,5 0,8 76,0 31,6 Bảng 3.2 Lựa chọn thép tròn bêtơng Đƣờng kính (mm) Số thép d 10 10 10 10 10 10 n 10 11 Diện tích thép trịn As 471,0 549,5 628,0 706,5 785,0 863,5 Hàm lƣợng cốt thép µs (%) 0,75 0,88 1,00 1,13 1,26 1,38 Hàm lƣợng cốt thép tối thiểu µmin (%) 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 Kiểm tra hàm lƣợng cốt thép µs > µmin Bảo đảm Bảo đảm Bảo đảm Bảo đảm Bảo đảm Bảo đảm 16 Bảng 3.4 Tính tốn mơmen bền dẻo tiết diện gối tựa fs Fa (kN) (kN) 204,8 817,0 Điều kiện để TTHD bụng dầm thép Fa>Fs (FaFs) > (2Fa1) Thỏa mãn 238,9 805,4 Thỏa mãn 8,3 6.625,59 10.693,1 273,0 793,9 Thỏa mãn 9,5 6.396,74 10.932,2 307,2 782,4 Thỏa mãn 10,7 6.167,69 11.144,4 341,3 770,9 Thỏa mãn 11,9 5.938,43 11.330,3 375,4 759,4 Thỏa mãn 13,0 5.708,97 11.490,6 Khoảng cách (cm) Mômen bền dẻo dầm thép Mômen bền dẻo gối zw Mapl.Rd M-pl.Rd 7,1 6.854,23 10.426,6 Bảng 3.5 Bảng mối quan hệ dầm thép hình, thép trịn với mơmen Tỷ lệ diện Hàm lƣợng Diện tích Diện tích tích cánh cốt thép Mơmen bền dầm thép thép tròn trên/ cánh dẻo gối 2 (cm ) (mm ) dƣới bêtông α = Atf/Abf Aa As M-pl.Rd µs% 100,0 34,0 471,0 0,75 10.426,61 95,2 33,6 549,5 0,88 10.693,15 90,4 33,1 628,0 1,00 10.932,21 85,6 32,6 706,5 1,13 11.144,40 80,8 32,1 785,0 1,26 11.330,31 76,0 31,6 863,5 1,38 11.490,61 Nhận xét: Ta nhận thấy diện tích cánh dầm thép hình giảm 24%, tăng hàm lượng thép trịn bêtơng tham gia chịu lực từ (0,75% đến 1,38%) mơmen bền dẻo tiết diện gối tăng 10,2% so với tiết diện dầm đối xứng mà đảm bảo an toàn cho dầm làm việc 17 c Sức bền tiết diện mômen dương Bảng 3.6 Lựa chọn kích thước tiết diện dầm thép hình Bản bụng Cánh Cánh dƣới Tỷ lệ diện tích cánh trên/dƣới Diện tích dầm thép hw tw btf ttf bbf tbf α = Abf/Atf Aa 23,4 23,4 23,4 23,4 23,4 23,4 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 12,5 11,9 11,3 10,7 10,1 9,5 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 100,0 95,2 90,4 85,6 80,8 76,0 34,0 33,6 33,1 32,6 32,1 31,6 Bảng 3.7 Tính tốn mơmen bền dẻo nhịp dầm fc Fa (kN) 1.983,3 1.983,3 1.983,3 1.983,3 1.983,3 1.983,3 (kN) 817,0 805,4 793,9 782,4 770,9 759,4 Điều kiện để TTHD bê tông Fc>Fa Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn Khoảng cách (cm) z 0,412 0,406 0,400 0,394 0,389 0,383 Mômen bền dẻo nhịp (kN.cm) M+pl.Rd 17.962,97 17.847,88 17.732,71 17.617,48 17.502,19 17.386,82 * Nhận xét: Ta nhận thấy diện tích cánh dầm thép hình giảm 24% mômen bền dẻo tiết diện nhịp giảm 3,3% so với tiết diện dầm đối xứng, giảm lượng dư thừa mômen bền dẻo nhịp, làm tăng mômen bền dẻo gối tựa 3.3.3.2 Trường hợp dầm có khoảng cách gối tựa vừa - Dầm khảo sát dầm phụ có khảng cách dầm phụ 8,0(m) - Khoảng cách gối tựa dầm liên tục L= 8,0(m) a Sức bền tiết diện mômen âm 18 Bảng 3.8 Lựa chọn kích thƣớc tiết diện dầm thép hình Bản bụng Cánh hw 30 30 30 30 30 30 btf 15 14 13 12 11 10 tw 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 ttf 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 Cánh dƣới bbf tbf 15 0,8 15 0,8 15 0,8 15 0,8 15 0,8 15 0,8 Tỷ lệ diện tích cánh trên/ dƣới α = Atf/Abf 100,0 93,33 86,67 80,00 73,33 66,67 Diện tích dầm thép Aa 42,0 41,2 40,4 39,6 38,8 38,0 Bảng 3.9 Lựa chọn thép trịn bêtơng Đƣờng kính (mm) Số thép Diện tích thép trịn (mm2) Hàm lƣợng cốt thép d 12 12 12 12 12 12 n 10 11 12 13 14 15 As 1.130,4 1.243,4 1.356,5 1.469,5 1.582,6 1.695,6 µs (%) 1,1 1,2 1,4 1,5 1,6 1,7 Hàm lƣợng cốt thép tối thiểu µmin (%) 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 Kiểm tra hàm lƣợng cốt thép µs > µmin Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn Bảng 3.11 Tính tốn mơmen bền dẻo tiết diện gối tựa fs Fa Fa-Fs 2Fa1 (kN) (kN) (kN) (kN) 491,5 540,6 589,8 638,9 688,1 737,2 1.008,0 988,8 969,6 950,4 931,2 912,0 516,5 448,2 379,8 311,5 243,1 174,8 576,0 537,6 499,2 460,8 422,4 384,0 Điều kiện để TTHD cánh dầm Fa>Fs ; (FaFs) ≤ (2Fa1) Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn Vị trí TTHD (cm) Mômen bền dẻo gối (kN.cm) ya M-pl.Rd 15,800 16,099 16,410 16,733 17,070 17,421 19.918,69 20.364,59 20.808,52 21.249,98 21.688,29 22.122,53 19 Nhận xét: Ta nhận thấy diện tích cánh dầm thép hình giảm 33,3%, tăng hàm lượng thép trịn bêtơng tham gia chịu lực (từ 1,1% đến 1,7% ) mơmen bền dẻo tiết diện gối tăng 11,06% so với tiết diện dầm đối xứng b Sức bền tiết diện mômen dương Bảng 3.13 Lựa chọn kích thước tiết diện dầm thép hình Tỷ lệ diện tích Diện tích Cánh Bản bụng Cánh dƣới cánh trên/ dầm cánh dƣới thép hw tw btf ttf bbf tbf α = Atf/Abf Aa 30 0,6 15 0,8 15 0,8 100,0 42,0 30 0,6 14 0,8 15 0,8 93,33 41,2 30 0,6 13 0,8 15 0,8 86,67 40,4 30 0,6 12 0,8 15 0,8 80,00 39,6 30 0,6 11 0,8 15 0,8 73,33 38,8 30 0,6 10 0,8 15 0,8 66,67 38,0 Bảng 3.14 Tính tốn mơmen bền dẻo nhịp dầm b+eff fc Fa 140,0 1.983,3 1.008,0 Điều kiện để TTHD bê tông Thỏa mãn 140,0 140,0 140,0 140,0 140,0 1.983,3 1.983,3 1.983,3 1.983,3 1.983,3 988,8 969,6 950,4 931,2 912,0 Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn Khoảng Mômen bền cách dẻo (cm) nhịp(kN.cm) 0,508 25.423,85 0,499 0,489 0,479 0,470 0,460 25.233,83 25.043,63 24.853,25 24.662,67 24.471,92 3.3.3.3 Trƣờng hợp dầm có khoảng cách gối tựa lớn - Dầm khảo sát dầm phụ có khảng cách 8,0(m) 20 - Khoảng cách gối tựa dầm liên tục L= 15,0 (m) a Sức bền tiết diện mômen âm Bảng 3.15 Lựa chọn kích thước tiết diện dầm thép hình Cánh dƣới Tỷ lệ diện tích cánh trên/ cánh dƣới Bản bụng Cánh hw tw btf ttf bbf tbf α = Atf/Abf 50 1,2 20 1,2 20 1,2 100,0 50 1,2 19 1,2 20 1,2 95,0 50 50 50 50 1,2 1,2 1,2 1,2 18 17 16 15 1,2 1,2 1,2 1,2 20 20 20 20 1,2 1,2 1,2 1,2 90,0 85,0 80,0 75,0 Bảng 3.16 Lựa chọn thép tròn bêtơng Đƣờng kính (mm) Số thép Diện tích thép tròn (mm2) Hàm lƣợng cốt thép Hàm lƣợng cốt thép tối thiểu Kiểm tra hàm lƣợng cốt thép d n As µs (%) µmin (%) µs > µmin 12 10 1.130,4 0,60 0,4 Bảo đảm 12 11 1.243,4 0,66 0,4 Bảo đảm 12 12 1.356,5 0,72 0,4 Bảo đảm 12 13 1.469,5 0,78 0,4 Bảo đảm 12 14 1.582,6 0,84 0,4 Bảo đảm 12 15 1.695,6 0,90 0,4 Bảo đảm 21 Bảng 3.19 Bảng mối quan hệ dầm thép hình, thép trịn với mơmen Tỷ lệ diện tích cánh trên/ cánh dƣới α = Atf/Abf Diện tích dầm thép (cm ) Diện tích thép trịn (mm2) Hàm lƣợng cốt thép bêtông Mômen bền dẻo gối Aa As µs% M-pl.Rd 100,0 108,0 1.130,4 0,60 55.228,99 95,0 90,0 85,0 80,0 75,0 106,8 105,6 104,4 103,2 102,0 1.243,4 1.356,5 1.469,5 1.582,6 1.695,6 0,66 0,72 0,78 0,84 0,90 55.491,56 55.743,74 55.986,64 56.221,40 56.449,26 * Kiểm tra điều kiện ổn định bụng dầm thép: - Phần chiều cao chịu nén bụng có khả bị cong vênh ổn định cục là: αd = d/2 + zw = 50/2 + 12,8 = 37,8 => α = 37,8/50 = 0,75 > 0,5 - Kiểm tra điều kiện: d/tw ≤ (456.ε)/(13.α – 1) Trong đó: ε = 235 / f y = 235 / 240 =0,989 (456.ε)/(13.α – 1)= 46,68 => d/tw = 500/12 = 41,66 < 46,79 Như tiết diện thuộc loại (có khả phát triển mơmen bền dẻo) nên giá trị mơmen bền dẻo xác định hồn toàn đắn b Sức bền tiết diện mơmen dương Bảng 3.20 Lựa chọn kích thước tiết diện dầm thép hình Bản bụng hw 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 tw 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 Cánh Cánh dƣới btf 20,0 19,0 18,0 17,0 16,0 15,0 bbf 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 ttf 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 tbf 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 Tỷ lệ cánh trên/dƣới α = Atf/Abf 100,0 95,0 90,0 85,0 80,0 75,0 Tổng diện tích Aa 108,0 106,8 105,6 104,4 103,2 102,0 22 Bảng 3.21 Tính tốn mômen bền dẻo nhịp dầm h1 b+eff fc Fa Điều kiện để TTHD Khoảng cách (cm) Mômen bền dẻo nhịp cm 26,2 cm 262,5 (kN) 3.718,8 (kN) 2.592,0 Fc>Fa Thỏa mãn z 0,697 M+pl.Rd 92.927,08 26,5 262,5 3.718,8 2.563,2 Thỏa mãn 0,689 92.641,76 26,8 262,5 3.718,8 2.534,4 Thỏa mãn 0,682 92.356,22 27,1 27,4 27,7 262,5 262,5 262,5 3.718,8 3.718,8 3.718,8 2.505,6 2.476,8 2.448,0 Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn 0,674 0,666 0,658 92.070,45 91.784,47 91.498,26 3.4 Nhận xét kết Qua kết thực từ ví dụ, ta nhận thấy: - Khi giảm diện tích tiết diện cánh dầm thép hình đồng thời tăng hàm lượng thép trịn bêtơng tham gia chịu lực từ 1,1% đến 1,7% mơmen bền dẻo tiết diện gối tăng lên từ 10% đến 11,7% so với tiết diện dầm thép hình đối xứng mà đảm bảo an tồn tiết diện mơmen bền dẻo nhịp dầm làm việc - Khi tiết diện thép dùng tiết diện đối xứng khơng có lợi dùng tiết diện khơng đối xứng 3.5 Kết luận chƣơng Chương trình bày cụ thể q trình thiết lập cơng thức tính tốn hợp lý hóa tiết diện dầm liên tục liên hợp thép- bêtơng Ví dụ tính tốn cụ thể với trường hợp, từ đưa nhận xét việc áp dụng tiết diện hợp lý thiết kế dầm liện tục liên hợp thép bêtơng cơng trình dân dụng công nghiệp 23 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ Kết luận Tác giả nghiên cứu nội dung tính tốn dầm liên hợp theo Eurocode 4, Eurocode thường thiết kế cho dầm thép hình đối xứng khơng đổi từ dẫn đến chịu Mơmen dương dầm liên tục thường thừa khả chịu lực mà Mômen âm lại không đủ khả chịu lực Vấn đề đặt cần phần cấu tạo tiết diện cho nhịp gối mômen bền dẻo sát với nội lực tính tốn Sau thực ví dụ thu kết sau: Khi tiết diện thép dùng tiết diện đối xứng khơng có lợi dùng tiết diện không đối xứng Tại vùng Mômen âm thường mômen bền dẻo không đủ, để tăng khả chịu lực tiết diện ta tăng hàm lượng thép tròn bê tông sàn từ 0,6% đến 1,7% đồng thời giảm diện tích tiết diện cánh từ 25% đến 33,3% so với tiết diện đối xứng để thỏa mãn tiết diện mômen âm mômen dương Bề rộng tối thiểu cánh nén dầm thép hình trường hợp tiết diện chịu mômen dương phụ thuộc vào việc chọn đường kính thân chốt liên kết bêtơng với thép hình liên kết hồn tồn đồng thời khơng nhỏ hơn: 3,5d + 40(mm) Q trình thiết lập cơng thức tính tốn mơmen bền dẻo dầm liên tục vào yêu cầu thực tế trình thiết kế nhằm tăng khả chịu lực mà bảo đảm yếu tố kinh tế, áp dụng loại sơ đồ kết cấu Đối với tiết diện chữ I khơng cánh, từ cơng thức tính tốn mơmen bền dẻo ta nhận cơng thức tính tốn cho tiết diện chữ I cánh theo tiêu chuẩn Eurocode cho diện tính cánh 24 Để có tiết diện hợp lý, qua ví dụ cho ta thấy, dạng tiết diện hợp lý dầm liên tục liên hợp giảm bề rộng cánh để tăng khả chịu lực sát với nội lực chỗ mômen âm tăng cường cốt thép để chịu mômen dương Nên chọn bề rộng cánh tối thiểu theo điều kiện cấu tạo tăng hàm lượng cốt thép tròn thông thường từ 0,6% đến 1,7% Kiến nghị Theo kết khảo sát số Luận văn thực tế dầm liên tục nên dùng tiết diện I không đối xứng tăng cường hàm lượng cốt thép trịn Trong khn khổ luận văn, kết rút từ số ví dụ Cần làm nhiều nghiên cứu để có hướng dẫn cụ thể cấu tạo hợp lý