Ảnh hưởng của bề rộng dải phân tích trong thiết kế sàn phẳng bê tông ứng lực trước

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỖ HỮU MINH NHẬT ẢNH HƢỞNG CỦA BỀ RỘNG DẢI PHÂN TÍCH TRONG THIẾT KẾ SÀN PHẲNG BÊ TƠNG ỨNG LỰC TRƢỚC Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình Dân dụng Công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS PHAN QUANG MINH Đà Nẵng, Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình Tác giả luận văn Đỗ Hữu Minh Nhật MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH10 MỞ ĐẦU .1 Lý nghiên cứu Mục đích nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Cấu trúc luận văn .2 CHƢƠNG KHÁI NIỆM VỀ SÀN BÊ TÔNG ƢLT .3 1.1 Khái niệm kết cấu bê tông ƢLT 1.2 Sàn phẳng bê tông ƢLT .7 1.2.1 Bản dầm kê bốn cạnh 1.2.2 Sàn phẳng bê tông ƢLT 12 1.2.2.1 Xác định chiều dày sàn 14 1.2.2.2 Ứng dụng sàn phẳng bê tông ƢLT .16 CHƢƠNG TÍNH TỐN VÀ CẤU TẠO SÀN BÊ TƠNG ƢLT 17 2.1 Các phƣơng pháp tính tốn nội lực sàn phẳng BTCT 17 2.1.1 Phƣơng pháp trực tiếp 17 2.1.2 Phƣơng pháp khung tƣơng đƣơng 21 2.1.3 Phƣơng pháp phần tử hữu hạn 24 2.1.3.1 Phần tử sàn 25 2.1.3.2 Gối tựa cột 27 2.2 Mơ hình cáp ứng lực trƣớc 27 2.2.1 Quỹ đạo cáp ứng lực trƣớc tải trọng cân 27 2.2.2 Mơ hình cáp ƢLT phƣơng pháp PTHH 29 2.3 Sự làm việc kết cấu siêu tĩnh ƢLT 31 2.3.1 Moment thứ cấp 31 2.3.2 Tải trọng cân dầm liên tục ƢLT 33 2.4 Một số yêu cầu cấu tạo 34 2.4.1 Cốt thép thƣờng bổ sung 34 2.4.2 Bố trí cáp 34 CHƢƠNG VÍ DỤ TÍNH TỐN 38 3.1 Số liệu kích thƣớc sàn .38 3.2 Số liệu vật liệu sử dụng 38 3.3 Xác định thông số thiết kế, chiều dày tải trọng: 39 3.4 Phân tích tìm nội lực kết cấu 43 3.4.1 Vẽ dải theo cách chia theo dải cột dải nhịp tƣơng tự nhƣ sàn bê tông cốt thép thƣờng 49 3.4.2 Vẽ dải theo cách chia dải rộng bƣớc khung “full strip” 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 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 ẢNH HƢỞNG CỦA BỀ RỘNG DẢI PHÂN TÍCH(STRIP) TRONG THIẾT KẾ SÀN PHẲNG BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƢỚC Học viên: Đỗ Hữu Minh Nhật Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Khóa: K33.XDDD.KH - Trƣờng Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Hiện nay, với phát triển kinh tế xã hội, nhu cầu xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp tăng nhanh với địi hỏi ngày cao mỹ-kỹ thuật Trong năm gần đây, nhiều nhà cao tầng đƣợc xây dựng thành phố lớn nhƣ Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh đặt cho ngƣời thiết kế khơng đáp ứng yêu cầu kỹ thuật mà cịn hiệu kinh tế, có việc tính tốn thiết kế sàn phẳng bê tơng ứng lực trƣớc Ở nƣớc có xây dựng phát triển nhƣ Liên Xô (nay Nga), Mỹ , kết cấu sàn khơng dầm (cịn gọi sàn phẳng) đƣợc sử dụng rộng rãi Ở nƣớc ta, sàn không dầm đƣợc biết tới từ lâu nhƣng số lƣợng công trình chƣa nhiều Khi kết cấu sàn có nhịp lớn, việc sử dụng giải pháp sàn bê tông cốt thép thƣờng có nhiều hạn chế, bề dày lớn, trọng lƣợng thân tăng lên làm tăng đáng kể độ võng bề rộng vết nứt, cần thiết phải sử dụng giải pháp bê tông ƢLT Với ƣu nhƣ vậy, năm tới kết cấu dạng sàn phẳng đƣợc áp dụng rộng rãi cơng trình xây dựng dân dụng Trong thực tiễn thiết kế sàn BTƢLT, việc chia dải tính tốn có ảnh hƣởng đến việc bố trí cáp ứng lực trƣớc nhƣ làm việc sàn Mục đích luận văn so sánh kết phân tích số theo cách: Một Phân tích theo cách chia theo dải cột dải nhịp tƣơng tự nhƣ sàn bê tông cốt thép thƣờng, hai Phân tích theo cách chia dải rộng bƣớc khung full strip” Sau đề xuất kiến nghị áp dụng Từ khóa –chia dải rộng bƣớc khung “full strip” Summary: Currently, the socio-economic development, the demand for civil and industrial construction has increased rapidly with increasing demands on art and technology In recent years, many skyscrapers have been built in big cities such as Hanoi and Ho Chi Minh City the designer not only meets the technical requirements but also economic efficiency, including the calculation of the design of pre-prestressed concrete slab In developed countries such as the Russia, USA , the slab structure without beam (also known as flat slab) is used quite widely In our country, flat-slab contruction has been known for a long time, but projects are not much When the slab structure has a large span, the use of reinforced concrete structure have many limitations, due to the slab is large thickness, weight increase itself will significantly increase the sag and crack width, so pre- stressed structural solution is necessary With such advantages, in the coming years, flatslab structures will be more widely used in civil construction In fact, the design of pre-prestressed concrete slab, dividing strip the calculation range affects the prestressing of the post-tensioning cable as well as the working of the slab The purpose of the thesis is to coMPare the results of numerical analysis in two ways: the first is analyze in a way that divides the strip on the column and the middle of the span similar to reinforced concrete structure, the second is analyze by dividing the width by the frame span, also known as the "full strip" step and then submit the recommendations Keyword-wide band with "full strip" DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CH VIT TT Chữ Latinh viết hoa A din tích tiết diện G tải trọng thƣờng xun I mơmen qn tính M mơmen uốn N lực dọc trục V lực cắt b chiều rộng tiết diện ngang d chiều cao làm việc tiết diện e độ lệch tâm h chiều cao tiết diện mặt phẳng uốn, chiều dày sàn i bán kính quán tính I,L chiều dài nhịp 1/R chiều dài nhịp c.g.c trọng tâm tiếp diện bêtông c.g.s trọng tâm cốt thép ứng lực trƣớc Ac diện tích tiết diện ngang bêtơng Aps diện tích tiết diện ngang cốt thép ứng lực trƣớc (ƢLT) As diện tích tiết diện ngang cốt thép thƣờng A’s diện tích tiết diện ngang cốt thép chịu nén Ec môđun đàn hồi bêtông Eps môđun đàn hồi cốt thép Mn cƣờng độ mômen uốn tới hạn Mcr mômen kháng nứt Po lực căng ban đầu P lực trƣớc hiệu fc cƣờng độ chịu nến đặc trung mẫu trụ bê tong 28 ngày tuổi fci cƣờng độ, chịu nén bê tông thời điểm truyền lực ft cƣờng độ chịu kéo bê tông fpe ứng suất hiệu thép ƢLT fpu giới hạn bền thép ƢLT fpy giới hạn chảy thép ƢLT fpi ứng xuất ban đầu thép ƢLT fy cƣờng độ thép thƣờng Zb,Zt mơ men qn tính tĩnh tiết diện thớ dƣới E biến dạng F,ơ ứng suất W tải trọng phân bố o hệ số giảm độ bền độ võng, chuyển vị DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu 2.1 2.2 2.3 Tên bảng Hệ số phân phối mô men âm mô men dƣơng Tỷ lệ % mô men âm phân chia cho dải cột cho ô Tỷ lệ % mô men âm phân chia cho dải cột cho ô biên Trang 19 20 21 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 Tên hình Ứng lực trƣớc số dụng cụ Sơ đồ phƣơng pháp căng trƣớc Sơ đồ phƣơng pháp căng sau Các dạng dầm sàn dùng nhà cao tầng Hệ dầm phƣơng Đƣờng truyền tải theo số phƣơng án Mô hình băng sàn dải sàn Hệ dầm sàn phƣơng Hệ dầm sàn phƣơng Dầm bẹt phƣơng (banded beam) Hình dạng kích thƣớc mũ cột sàn nấm Sàn phẳng khơng dầm Hình dạng kích thƣớc cũ cột sàn khơng dầm Sơ đồ tính tốn chọc thủng sàn khơng dầm Cấu tạo dầm chìm chống cắt sàn phẳng khơng dầm Moment dải cột dải nhịp sàn phẳng Sự phân phối mơ men âm theo phƣơng có nhịp lớn Khung tƣơng đƣơng Xác định độ cứng tƣơng đƣơng cột Các nội lực tổng quát phần tử sàn Phần tử sàn Liên kết cột- sàn Sơ đồ quỹ đạo cáp thực tế Quỹ đạo cáp thực tế tải trọng cân dầm liên tục Thay cáp tải trọng cân Dầm đơn giản bê tông ƢLT Moment U7LT dầm liên tục Cân tải trọng dầm liên tục Bố trí cáp theo biểu đồ mô men Một số phƣơng án bố trí cáp Trang 10 10 11 12 12 13 13 14 16 16 19 20 22 23 26 26 27 28 29 30 31 32 34 35 35 69 Bố trí thép tăng cường chia dải sàn BTCT thường – chọn TTCB 70% Bố trí thép tăng cường chia dải rộng bước khung – chọ TTCB 70% 70 Bố trí thép tăng cường chia dải sàn BTCT thường – chọn TTCB 80% Bố trí thép tăng cường chia dải rộng bước khung – chọ TTCB 80% 71 Nhận xét : - Theo phƣơng án chia dải sàn thành dải cột dải nhịp theo phƣơng pháp khung tƣơng đƣơng, lƣợng thép thƣờng cần bổ sung As = 21,4 cm2, lƣợng thép khơng cần thiết sử dụng dải tính toán rộng bƣớc khung “full strip” nhƣ thực tế sử dụng theo phần mềm PTHH - Trong thí dụ tính tốn chọn tải trọng cân lớn, nên số lƣợng cáp lớn Khi chọn tải trọng cân nhỏ hơn, khác biệt lƣợng thép cách lựa chọn dải chia tính tốn lớn kiểm tra điều kiện sử dụng khả chịu lực sàn 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ kết nghiên cứu khảo sát luận văn rút kết luận sau : - Từ kết phân tích thí dụ tính tốn : theo phƣơng án chia dải sàn thành dải cột dải nhịp theo phƣơng pháp khung tƣơng đƣơng, lƣợng thép thƣờng cần bổ sung As = 21,4 cm2, lƣợng thép khơng cần thiết sử dụng dải tính tốn rộng bƣớc khung “full strip” nhƣ thực tế sử dụng theo phần mềm PTHH Đây vấn đề tranh luận thực tế tƣ vấn thiết kế nay, kể thiết kế tƣ vấn nƣớc ngồi - Độ võng sàn phân tích cách giống - Trong thí dụ tính toán chọn tải trọng cân lớn, nên số lƣợng cáp lớn Khi chọn tải trọng cân nhỏ hơn, khác biệt lƣợng thép cách lựa chọn dải chia tính tốn lớn kiểm tra điều kiện sử dụng khả chịu lực sàn Kiến nghị Hiện nay, việc thiết kế, xây dựng cơng trình cao tầng nhu cầu cần thiết nƣớc ta, việc sử dụng phần mềm tính tốn quan trọng Cần đƣa quy trình thiết kế sàn phẳng bê tơng ứng lực trƣớc cần xem xét đến làm việc sàn phẳng phân tích nội lực theo dải chia mơ hình tính toán 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tiêu chuẩn thiết kế TCXDVN 356:2005 [2] Sàn phẳng bê tông ứng lực trƣớc căng sau Pgs.Ts.Phan Quang Minh [3] Kết cấu bê tông ứng lực trƣớc căng sau nhà nhiều tầng Pgs.Ts Lê Thanh Huấn (chủ biên), Ts Nguyễn Hữu Việt, Ths Nguyễn Tất Tâm [4] Bài giảng học phần Bê tông cốt thép ứng lực trƣớc Ths Tăng Văn Lâm [5] Kết cấu bê tông ứng suất trƣợc căng sau Pgs.T Nguyễn Tiến Chƣơng [6] Kết cấu bê tông ứng suất trƣớc Pgs.Ts Nguyễn Tiến Chƣơng [7] Bài báo CÁc phƣơng pháp tính tốn nội lực sàn phẳng BTCT ứng suất trƣớc Ths.Nguyễn Tiến Thành, Tạp chí Khoa học cơng nghệ hàng hải số 19-8/2009 [8] Bài Tổn hao ứng suất thiết kế sàn bê tông cốt thép ứng lực trƣớc căng sau cùa Ks Nguyễn Chí Hiếu – Viện khoa học cơng nghệ xây dựng – Bộ xây dựng(Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng số 3+4/2013) Thiết bị tạo ứng lực trƣớc với độ chuyển dịch neo cho phép 6mm [8] Post – Tensioned Concrete Floors – Sami Khan, WiliamsM [9] Phƣơng pháp gần tính tốn độ võng sàn phẳng bê tông ứng lực trƣớc theo TCXDVN 356:2005 nhóm tác giả Pgs.Ts.Phan Quang Minh, Pgs.Ts.Trƣơng Hồi Chính –Tạp chí xây dựng, số 08/2008 [10] Thiết kế kết cấu cơng trình Safe 12 Nguyễn Khánh Hùng, Nguyễn Hồng Ân, Nguyễn Ngọc Phúc DA N/\NG TRlJ'()NC D~l H()C BACH KHOA D/\1 1-IC)C CONG 11();\ xA 1101 CHU NGlliA vu :T NAI\I D , Hoi d6ng duoc l~p theo Quyet dinh cua Hieu truong tnrong Dai hoc Bach khoa, gem cac vien: TT HQ VA TEN CUONG VJ TRONG Hi d6ng TS Dao Ngoc Th~ Luc Thu ky Hoi d6ng PGS.TS Trnong Hoai Chinh Uy vien Phan bien PGS.TS Pham Thanh Tung Uy vien Phan bien PGS.TS D~ng Cong Thuat Uy vien da hop ( co mat: t1( vang m~t: rnthanh vien) - Ten dS tai: Anh huong cua s6 cts danh gia lu~n van thac sy: bJ rong dai phdn tich thie: ki san phang be tong img luc truoc Chuyen nganh: Ky thua; xay dung cong trinh dan dung va cong nghiep (K33.XDD.KH) Cua hoc vien cao hoc: D6 Hfru Minh Nhat - - N(li dung bu6i hop danh gia g6m cac phAn chinh sau day: a Thu ky H9i d6ng bao cao qua trinh hoc tap, nghien ciru va doc ly lich khoa hoc cua hoc vien ( co van ban kern theo ); b H9c vien trinh bay luan van; c Cac phan bien doc nhan xet va neu cau hoi ( co van ban kem theo ); d H9c vien tra loi cac cau hoi cua vien Hoi d6ng; e Hoi d6ng thao luan kin va danh gia; f Ki Sm phi Su va cong b6 kSt qua ( co bien ban kiem phi Su va phieu kem theo ) g Tac gia luan van phat bieu y kien h Chu tich Hoi d6ng tuyen bf> bS mac, l(~t lu~n cua Hi)i d6ng: , a) Ket luan chung: ·-:> '} ~\ - '\_'.:->_u o~-' , ,;: r\l-\~W:: C_~ i - b) Yeu cllu chinh, sira vS n9i dung: c) Cac y kiSn khac: d) f)iSm danh gia: Bang s6: :!I,)~./ B~ng chfr: t.:"} c1oL '9-?.j ~ CHU TlCH HQI BONG xAc NHAN CUA TRUONG DAI HOC BACH KHOA TL HIJ;U TRU'ONG (~ TRVONG PHONG DAO TAO (i'fti\.~ {_/ [ xA HOI CHU NGHiA VIET NAM Dqc l~p - Tl]' - H;mh phuc CONG HOA DAI HOC DA NANG TRUONG D~i HQC BA.CH KHOA CAU HOI vA TRA LOI Kem theo Bien ban hop Hoi dong danh gia luan van thac h " \\ ,.~ ~ ,'C ua 9c vien ~ kl'u'\MGr \\ ' _J -\-,-1 a ( , ),I -·\-X., , t AI \1 t ,-r f'il) ,.~ .1 ·-~ ~ II \ ( Q ~d ).,, ~ ls: ~ J)-x:u ,-fp' J~~!; ~ ( I f ~ t ~011 k-.-.- \ 1= 11 v ;- ~, v ~-J, I sy \/C'&~ ) - _ / 4,.,n' 'r0 ,· \ - ) '\ y>, J; \c -IL ~,;;; >"S ~ ; ;-.::r::.? :-f ,-0 21) • v\ Lt,., Vp ' t~ t='P "' L CONG HOA XA HOI CHU NGHiA VIET NAM D9c l~p - T\t' - Htmh plnic " ? a c BIEN BAN KIEM PHIEU CUA HOI DONG DA.NH GIA LUAN VAN THAC SY (Kem theo bien ban hQp Hi d6ng biit d~u hop luc h ngay: - b.:t./ Qr./20.\l Tai Truong Dai hoc Bach khoa Tham gia kiem phieu gom: :-:-::~c::;:- ·~8f.1.: ~~1•• WL ~~Af,Jl-.v.::,:.~ -:-:-:~:,.~ •• )~ti-·························································· ltv,~ [.~ f: KSt qua kiSm phieu: - S6 phi Su phat =-> ra:_' c_D - sb phieu hop l~: \Y:C - T6ng s6 diSm: ~ ?(, '5=' S6 phieu thu vS: O=SS6 phieu khong hop l~: DiSm trung binh: cAc THANH VIEN -~~-1~ 'i-l.Jt -., w ~- ~- t->.l.,- -?~-cm '.fi ~~J:u.' ~1~ ~t?> fS-J- '$.l~-:W.~ ~ ~ -~ ~ ~ "tt - ,(\ ) '-' \~o ~ r - L(.:-~ : '~ (' ')J ~ ':f,Y,, • L n'":' ('\ [JI\.).}.~ ' J> c,• 1:~) • , ,\':-} •• ~ ' £Ar.f ·1· ch.-~ ~~~.~9 ~ \1- \r,,;-\ '\~ "';"\ ~ \~ l ~ • - :-1.~'.4 _l)L,r"' f I (1 o/.} : / -, -~ (_\.- '('"~ -1\.: \ -Al_ \~ - r ':J'~ ~\:{' , ') ~(") -?-1: u:: , lX':- , \ ,.,v"i '· , ,- , · , a;:4~ · '· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ~3'.>"':i)"- fc.O.'~ fu is,· _-········ · ······ ~-¥ ·":~t ~:.4~ Vey ngbia khoa :1.?'i'J ••.••••• a-~· 4- "~ ~~~ c , ( • 0l -°\ ~ tit/ b -\ I hQC, (mg dung 11 _,,,,, 1n _ -:1~ tlnrc tien va hurrng mo' rong ciia de tai: ~ .,, \-lD A: ~ r1.'n L , .r- n -~· ·)· ·'.1~·-·Y~ ·-· .NO:-i 'f.4- ~ · :J._q_x.~~.~Py.:- 0.~~ ~,}.