Luận văn thạc sĩ tính toán nội lực dầm liên tục liên hợp thép bê tông

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan thơng tin trích dẫn luận văn đƣợc rõ nguồn gốc Hải Phòng, ngày 10 tháng năm 2015 Ngƣời làm luận văn Trần Thế Duy i LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Phạm Văn Thứ ngƣời thầy tận tình, hƣớng dẫn, giúp đỡ suốt trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi vơ biết ơn giúp đỡ nhiệt tình cán Trƣờng Đại Học Hàng Hải Việt Nam, Viện Sau đại học, Khoa Xây dựng Cơng trình thủy, nơi tơi học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi chân thành cảm ơn Công ty Cổ phần Nạo vét Xây dựng đƣờng thủy I, nơi công tác tạo điều kiện thuận lợi, hỗ trợ kinh phí, thời gian để tơi hồn thành tốt luận văn Cuối tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên, khích lệ, giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Trân trọng cám ơn! ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU v DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DẦM LIÊN HỢP 1.1 Tổng quan kết cấu liên hợp thép - bê tông 1.2 Một số ƣu nhƣợc điểm kết cấu liên hợp Thép - Bêtông 1.2.1 Ƣu điểm 1.2.2 Nhƣợc điểm 1.3 Một vài cơng trình dùng kết cấu dầm liên hợp 1.3.1 Kết cấu liên hợp thép - bê tông Việt Nam 10 1.4 Sự so sánh sử dụng dầm liên hợp kết cấu 11 CHƢƠNG 2: VẤN ĐỀ XÁC ĐỊNH NỘI LỰC DẦM LIÊN TỤC LIÊN HỢP 13 THÉP – BÊ TÔNG 13 2.1 Cơ sở lý thuyết 13 2.1.1 Vật liệu dùng kết cấu liên hợp 13 2.1.2 Phân loại tiết diện ngang 18 2.1.3 Xác định chiều rộng ảnh hƣởng BTCT 19 2.1.4 Liên kết dầm thép bê tông cốt thép 21 2.2 Tính tốn coi độ cứng dầm không đổi 26 2.2.1 Xác định độ cứng chống uốn dầm 26 2.2.2 Xác định nội lực dầm bê tông 33 2.3 Tính tốn dầm ấn định trƣớc vùng nứt sàn bê tông cốt thép (Tính tốn theo Eurocode) 36 2.3.1 Mô men chống uốn đàn hồi 37 iii 2.3.2 Ổn định mặt phẳng 38 2.4 Tính xác phƣơng pháp lặp, giải dần 42 2.4.1 Xác định mơ men qn tính dầm 42 2.4.2 Tính nội lực dầm liên hợp liên tục 43 CHƢƠNG 3: CHƢƠNG TRÌNH TÍNH VÀ CÁC VÍ DỤ KHẢO SÁT 46 3.1 Sơ đồ tính 46 3.2 Phƣơng pháp tính 49 3.3 Các ví dụ khảo sát 54 3.4 Tổng hợp kết phân tích 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Chữ viết tắt Ac Diện tích tiết diện bê tơng Giải thích Af Diện tích tiết diện cánh As Diện tích cốt thép sàn Aap Diện tích tính tốn tơn Aw Diện tích tiết diện bụng Aa Diện tích tiết diện thép b Chiều rộng bf Chiều rộng cánh bo Chiều rộng phần nhô cánh h Chiều cao tiết diện Chiều cao tiết diện thép hình hw chiều cao bụng hc Chiều cao vùng bê tơng chịu nén tính từ mặt sàn tới đỉnh sƣờn tôn hp Chiều cao sƣờn tôn hs Khoảng cách từ trọng tâm lớp cốt thép chịu kéo tới mặt cánh tiết diện thép hình t Bề dày tf Bề dày cánh tw Bề dày bụng d Chiều cao tính tốn bụng L Chiều dài nhịp dầm lo Chiều dài tính tốn dầm S Mơmen tĩnh λi Chiều dài quy ƣớc nhịp i Δip Góc xoay tƣơng đối hai tiết diện hai bên gối tựa thứ i lần lƣợt tải trọng gây hệ v ix, iy Bán kính quán tính tiết diện tƣơng ứng trục x-x, y-y Ix Mơmen qn tính tiết diện ngun trục tƣơng ứng x-x Wx Môđun chống uốn tiết diện nguyên trục x-x Mapl.Rd Mômen dẻo tiết diện dầm thép Mx , My Mômen uốn trục tƣơng ứng x-x, y-y M0P Mômen uốn tải trọng gây hệ Nf Số liên kết chống trƣợt theo tính tốn chiều dài L Nr Số chốt gân tôn điểm cắt dầm N Số liên kết bố trí chiều dài L V1 Lực trƣợt dầm thép sàn liên hợp PRd Khả chống trƣợt liên kết wz Khoảng cách từ trục trung tâm tiết diện thép tới trục trung hòa vi DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 1.1 So sánh trọng lƣợng thép số loại dầm 11 1.2 So sánh làm việc dầm liên hợp có khơng có liên 12 kết cắt 1.3 So sánh trọng lƣợng dầm sàn 12 2.1 Các đặc trƣng học bê tông theo Erocode4 13 2.2 Giá trị fcm bê tông tuổi 28 ngày theo Erocode4 14 2.3 Lớp độ bền bê tông Erocode với TCXDVN 356:2005 14 2.4 Thép dùng cho kết cấu BTCT theo TCXDVN 15 356:2005 2.5 Các chi tiết học thép cacbon cán nóng theo TCVN 16 5709 2.6 Một số dạng tơn hình Steel Deck Institute (SDI) 17 2.7 Phân loại tiết diện 18 2.8 Giới hạn phân phối mô men gối 37 2.9 Chiều cao lớn h(mm) tiết diện dầm thép không bao 41 bọc bê tông 3.1 Đối với thép hình H300x150x8x13 54 3.2 Đối với thép hình H350x150x9x15 54 3.3 Tỉ lệ % chiều dài mô men âm chiều dài nhịp dầm 54 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình 1.1 Tên hình Tháp thiên niên kỷ (Viên - Áo) trình xây dựng (55 Trang tầng) 1.2 Hệ khung thép trƣớc đổ bê tông sàn 1.3 Hệ dầm sàn q trình thi cơng 1.4 Đổ bê tơng sàn 1.5 Liên kết sàn dầm chốt 10 1.6 Trung tâm thƣơng mại tài Bitexco Hồ Tùng Mậu, 10 Hải Triều Quận 1,TP Hồ Chí Minh 1.7 Diamond Palaza – TP Hồ Chí Minh 11 2.1 Chiều rộng tham gia làm việc liên hợp đan với dầm 20 2.2 Nhịp quy đổi Lo chiều rộng tính tốn cánh 20 2.3 Các kiểu liên kết dầm thép với BTCT 21 2.4 Mặt cắt dầm sàn 24 2.5 Biểu đồ ứng suất với vị trí trục trung hịa nằm sàn 27 2.6 Phân bố ứng suất trục trung hòa nằm phần cánh 28 dầm thép 2.7 Phân bố ứng suất trục trung hòa qua phần bụng dầm 29 thép 2.8 Phân bố ứng suất với trục trung hịa qua cánh thép hình 31 2.9 Phân bố ứng suất với trục trung hòa qua bụng dầm thép 32 2.10 Tính tốn dầm liên tục theo phƣơng pháp ba moment 33 2.11 Biểu đồ moment gây hệ 35 2.12 Phân bố moment uốn 39 2.12c Hiện tƣợng oằn dầm liên hợp liên tục 39 2.13 Tính tốn tiết diện quy đổi 43 2.14 Dầm liên tục có độ cứng thay đổi 44 2.15 Biểu đồ momet gây lên hệ 44 viii 3.1 Sơ đồ kết cấu dầm liên hợp liên tục 46 3.2 Mơ hình hóa dầm liên hợp liên tục với độ cứng thay đổi 46 3.3 Mơ hình hóa dầm đối xứng hệ 46 3.4 Biểu đồ moment đơn vị lực X=1 gây 47 3.5 Biểu đồ moment lực q gây hệ 47 3.6 Biểu đồ khoảng cách treo moment lực P gây 48 hệ ix MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Trong thập niên gần đây, phát triển ngành công nghiệp xây dựng đặc biệt xây dựng cao ốc, yêu cầu mặt kiến trúc, kỹ thuật, kinh tế cao Nên việc lựa chọn giải pháp kiến trúc, kết cấu vấn đề lớn đặt cho ngành thiết kế xây dựng Giải pháp sử dụng kết cấu bê tông cốt thép cổ điển không đáp ứng đƣợc yêu cầu, việc sử dụng kết cấu bê tông cốt thép thơng thƣờng làm kích thƣớc tiết diện q to, hàm lƣợng thép lớn Cùng với phát triển thép bê tông cƣờng độ cao việc sử dụng kết cấu liên hợp thép-bê tơng đáp ứng đƣợc yêu cầu đặt xây dựng Ngày nay, chúng đƣợc sử dụng rộng rãi kết cấu đại thể đƣợc ƣu điểm trình sử dụng Đặc biệt với nhà có chiều cao lớn (khoảng > 40 tầng), biên độ giao động đỉnh nhà lớn, đòi hỏi khả biến dạng đàn hồi kết cấu tăng theo, kết cấu thép dễ đáp ứng yêu cầu Kết cấu liên hợp thép - bê tông (LHT-BT) đƣợc nghiên cứu, ứng dụng phát triển từ 100 năm thể ƣu điểm khả chịu lực, thời gian thi cơng, ứng dụng vào cơng trình cao tầng, cơng trình nhịp lớn Khi kết cấu có biến dạng lớn ảnh hƣởng tới việc sử dụng kết cấu cách bình thƣờng: hình thái kiến trúc (làm mỹ quan, bong lớp ốp, trát, làm hỏng trần treo), gây tâm lý sợ hãi cho ngƣời sử dụng Do đó, ngƣời ta sử dụng kết cấu liên hợp cho phép giảm kích thƣớc tiết diện mà đảm bảo đƣợc yêu cầu chịu lực làm việc bình thƣờng trình sử dụng Kết cấu liên hợp thép - bê tơng có số đặc điểm trình chịu lực nhƣ: thép chủ yếu làm việc chịu kéo, bê tông chủ yếu làm việc chịu nén; thép giữ vai trò chịu lực độ bền kết cấu cịn bê tơng giữ vai trị tăng khả ổn định tổng thể cho kết cấu chống ăn mịn thép dƣới tác động mơi trƣờng Đặc biệt điều kiện nhiệt độ cao, bê tơng đóng vai trò lớp bảo vệ giảm truyền nhiệt ... cấu dầm liên hợp 1.3.1 Kết cấu liên hợp thép - bê tông Việt Nam 10 1.4 Sự so sánh sử dụng dầm liên hợp kết cấu 11 CHƢƠNG 2: VẤN ĐỀ XÁC ĐỊNH NỘI LỰC DẦM LIÊN TỤC LIÊN HỢP 13 THÉP... 2.1.4 Liên kết dầm thép bê tông cốt thép 21 2.2 Tính tốn coi độ cứng dầm không đổi 26 2.2.1 Xác định độ cứng chống uốn dầm 26 2.2.2 Xác định nội lực dầm bê tông 33 2.3 Tính. .. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DẦM LIÊN HỢP 1.1 Tổng quan kết cấu liên hợp thép - bê tông 1.2 Một số ƣu nhƣợc điểm kết cấu liên hợp Thép - B? ?tông 1.2.1 Ƣu điểm