LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các 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 14 tháng năm 2015 Tác giả KS Phạm Tuấn Hiệp i LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc PGS.TS Hà Xuân Chuẩn tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn, cung cấp tài liệu động viên tác giả q trình nghiên cứu hồn thiện luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy, cô giáo, cán Viện đào tạo sau đại học Trƣờng Đại học Hàng hải Việt Nam bạn đồng nghiệp giúp đỡ, dẫn tận tình q trình hồn thành luận văn này! 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 viii DANH MỤC CÁC HÌNH ix MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1 Đặc điểm cấu tạo 1.1.1 Cấu tạo hình học 1.1.2 Cấu tạo cốt thép 1.2 Ứng suất dầm bê tông cốt thép 1.2.1 Ứng suất dầm đồng chất [8] .4 1.2.2 Ứng suất dầm không đồng chất [8] .6 1.3 Sự làm việc dầm bê tông cốt thép 1.3.1 Dầm bê tơng cốt thép khơng có cốt thép chịu cắt [4][8] 1.3.2 Dầm bê tơng cốt thép có cốt thép chịu cắt [4][8] 1.4 Các dạng phá hoại dầm khơng có cốt thép ngang [4][8] 1.4.1 Dạng phá hoại mô men uốn (Flexural) 1.4.2 Phá hoại ứng suất kéo (Diagonal Tension) .8 1.2.3 Dạng phá hoại nén lực cắt (Shear Compression) .9 1.5 Một số mơ hình tốn khả chịu cắt dầm bê tông cốt thép 10 1.5.1 Mô hình giàn với xiên nghiêng góc 45o[7] 10 1.5.2 Mơ hình giàn với góc nghiêng thay đổi [7] 12 1.5.3 Mô hình chống giằng [7] 13 1.5.4 Mơ hình miền nén (Compression Field Theory – CFT)[7] 14 1.5.5 Lý thuyết miền nén cải tiến (Modified Compression Field Theory MCFT)[6][9] .18 CHƢƠNG TÍNH TỐN CỐT THÉP CHỊU CẮT DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ 22 2.1 Tính tốn theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 [1][5][10] 22 iii 2.1.1 Điều kiện tính tốn 22 2.1.2 Điều kiện bê tông chịu nén vết nứt xiên .23 2.1.3 Điều kiện độ bền tiết diện nghiêng 24 2.1.4 Tính tốn theo giáo trình kết cấu bê tơng cốt thép [5] .26 2.2 Tính tốn theo tiêu chuẩn Châu Âu EUROCODE [3],[6],[12] 31 2.2.1 Khả chịu cắt bê tông 31 2.2.2 Tính tốn cƣờng độ tiết diện nghiêng 33 2.2.3 Tính tốn cốt đai 37 2.3 Tính tốn theo tiêu chuẩn ACI 318-2002 [4], [8], [11] 38 2.3.1 Khả chịu cắt bê tông 38 2.3.2 Khả chịu cắt cốt đai [4], [8], [11] 39 2.3.3 Quy trình tính tốn thép đai 42 2.4 Một số nhận xét đánh giá tiêu chuẩn tính tốn, điều kiện áp dụng 43 2.4.1 Nhận xét, đánh giá 43 2.4.2 So sánh đặc điểm tính tốn tiêu chuẩn 44 CHƢƠNG VÍ DỤ TÍNH TỐN 46 3.1 VÍ DỤ 46 3.1.1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 46 3.1.2 Tiêu chuẩn ACI 318 - 2002 49 3.1.3 Tiêu chuẩn Châu âu EUROCODE - .50 3.2 VÍ DỤ 51 3.2.1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 51 3.2.2 Tiêu chuẩn ACI 318 - 2002 53 3.2.3 Tiêu chuẩn Châu âu EUROCODE - .54 3.3 Một số nhận xét 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 Chữ viết tắt Giải thích M Mơmen uốn Q Lực cắt Rb Cƣờng độ chịu nén tính tốn bê tơng Rbt Cƣờng độ chịu kéo tính tốn bê tơng Rsw Cƣờng độ chịu kéo tính tốn cốt thép ngang Rsc Cƣờng độ chịu nén tính tốn cốt thép Eb Mô đun đàn hồi bê tông Es Mô đun đàn hồi cốt thép b Chiều rộng tiết diện chữ nhật h Chiều cao tiết diện chữ nhật Khoảng cách từ hợp lực cốt thép tƣơng ứng với S S' đến biên gần tiết diện Chiều cao làm việc tiết diện a, a' h0, h' x Chiều cao vùng bê tông chịu nén Chiều cao tƣơng đối vùng bê tông chịu nén, x/h0 s Khoảng cách cốt thép đai theo chiều dài cấu kiện Bán kính quán tính tiết diện ngang cấu kiện trọng tâm tiết diện Đƣờng kính danh nghĩa cốt thép i d As, A' s As,inc Là diện tích tiết diện cốt thép chịu kéo chịu nén Diện tích tiết diện cốt thép xiên Hàm lƣợng cốt thép A Diện tích tồn tiết diện ngang bê tơng Ab Diện tích tiết diện vùng bê tông chịu nén Mô men quán tính tiết diện bê tơng trọng tâm tiết diện cấu kiện I v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode Chữ viết tắt Giải thích E Mơ đun đàn hồi F Tải trọng (tác động) G Tải trọng thƣờng xun I Mơ men qn tính M Mơ men uốn Q Tải trọng tạm thời T Mô men xoắn V Lực cắt b Chiều rộng tiết diện ngang d e Chiều cao làm việc tiết diện Khoảng cách từ mép bê tông chịu nén tới trọng tâm cốt thép chịu nén Độ lệch tâm h Chiều cao tiết diện mặt phẳng uốn i Bán kính quán tính k Hệ số l Chiều dài nhịp s Khoảng cách cốt đai t Chiều dày x Khoảng cách từ mép bê tông chịu nén tới trục trung hịa Ac Diện tích tiết diện ngang bê tơng As Diện tích tiết diện ngang cốt thép chịu kéo A’ s Diện tích tiết diện ngang cốt thép chịu nén Asw Diện tích tiết diện ngang cốt thép chịu cắt (cốt đai, xiên) Es Mô đun đàn hồi cốt thép a’ vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Tiêu chuẩn ACI 318-2002 Chữ viết tắt Giải thích Mu Mơmen ngoại lực tác dụng từ tổ hợp lực tính tốn Khả chịu lực cấu kiện , xác định từ điều kiện cụ thể tiết diện Mômen lớn dọc theo trục dầm Mơ men qn tính trục qua trọng tâm tiết diện trƣờng hợp tiết diện khơng có khe nứt Mơ đun đàn hồi cốt thép Mn Ma Icr Es Ec s Mô đun đàn hồi bê tông 's Biến dạng cốt thép chịu nén f 'c Cƣờng độ chịu nén bê tông fr Cƣờng độ chịu kéo bê tông fy Cƣờng độ chịu kéo cốt thép a d’ Chiều cao vùng bê tông chịu nén Khoảng cách từ mép biên vùng nén tới lớp thép chịu kéo Khoảng cách từ mép biên vùng nén tới thép chịu kéo b Bề rộng tiết diện ngang Hệ số giảm độ bền cấu kiện Hàm lƣợng cốt thép d As, A’ s Biến dạng cốt thép chịu kéo Diện tích tiết diện ngang cốt thép chịu kéo chịu nén vii DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 2.1 Giá trị hệ số 25 3.1 Kết tính tốn cốt đai dầm Các yếu tố ảnh hƣởng tính tốn khả chịu cắt cốt đai 50 3.2 viii 55 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Trang 1.1 Các loại tiết diện ngang dầm bê tông cốt thép 1.2 Các loại cốt thép dầm 1.3 Ứng suất dầm đồng chất 1.4 Quỹ đạo ứng suất dầm đồng chất 1.5 Sự làm việc dầm chịu tải trọng 1.6 Phá hoại dầm bê tông cốt thép mô men uốn 1.7 Phá hoại dầm bê tông cốt thép ứng suất kéo 1.8 Phá hoại dầm bê tơng cốt thép lực cắt 1.9 Phép tƣơng tự giàn 10 1.10 11 2.2 Cân giàn với góc nghiêng 45 Quan hệ ứng suất - biến dạng bê tông vùng nứt chịu nén Lý thuyết miền nén cải tiến- Cân theo trị số ứng suất trung bình Cân theo ứng suất cục vết nứt Sơ đồ nội lực tiết diện nghiêng với trục dọc cấu kiện bê tông cốt thép tính tốn độ bền chịu lực cắt Sơ đồ tính tốn cốt đai 2.3 Vị trí lớp cốt xiên dầm 31 2.4 Các mặt cắt nghiêng dùng để tính tốn cốt xiên 31 2.5 Mơ hình dàn ảo 33 2.6 Sơ đồ tính tốn cốt đai 34 2.7 Bố trí thép đai dầm bê tơng cốt thép 40 3.1 Sơ đồ tải trọng ví dụ 45 1.11 1.12 1.13 2.1 ix 16 19 19 24 27 MỞ ĐẦU Sự cần thiết đề tài Vì cƣờng độ chịu kéo bê tơng nhỏ nhiều so với cƣờng độ chịu nén, nên tải trọng tăng lên vị trí có ứng suất kéo lớn hình thành vết nứt, để hạn chế nguy dầm bị phá hủy cần phải bố trí cốt thép dọc chịu kéo Mặt khác, trình chịu tải, vị trí có lực cắt lớn dầm xuất ứng suất kéo xiên gây vết nứt xiên Sự phá hoại kết cấu bê tông cốt thép lực cắt thƣờng đột ngột xuất vết nứt nghiêng, tiết diện cần đƣợc tính tốn có đủ khả chịu cắt không đạt đến trạng thái giới hạn khả chịu cắt Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép Việt Nam hành TCVN 5574:2012 tính tốn cốt thép khả chịu cắt dầm BTCTđã đáp ứng đƣợc yêu cầu thiết kế Hiện giới có nhiều tiêu chuẩn thiết kế khác dùng để tính tốn thiết kế kết cấu bê tơng cốt thép, để làm rõ khác tiêu chuẩn ứng dụng vào công tác thiết kế; đề tài: “Tính tốn cốt thép chịu cắt dầm bê tơng cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế (TCVN 5574:2012; Eurocode ACI 318-2002)” cần thiết có ý nghĩa thực tế Mục đích nghiên cứu Luận văn nghiên cứu tính tốn cốt thép chịu cắt dầm bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế (TCVN 5574:2012, Eurocode ACI 318-2002) Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: Dầm bê tông cốt thép - Phạm vi nghiên cứu: Cốt thép chịu cắt Phƣơng pháp nghiên cứu Dùng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết, kế thừa, chuyên gia thực nghiệm tính tốn thực tế Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Nhận xét đặc điểm tính tốn cốt thép chịu cắt dầm bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế ... chịu cắt dầm bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế (TCVN 5574: 20 12; Eurocode ACI 318 -20 02) ” cần thiết có ý nghĩa thực tế Mục đích nghiên cứu Luận văn nghiên cứu tính tốn cốt thép chịu cắt dầm. .. .18 CHƢƠNG TÍNH TỐN CỐT THÉP CHỊU CẮT DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ 22 2. 1 Tính tốn theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574: 20 12 [1][5][10] 22 iii 2. 1.1 Điều kiện tính tốn... dầm bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế (TCVN 5574: 20 12, Eurocode ACI 318 -20 02) Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: Dầm bê tông cốt thép - Phạm vi nghiên cứu: Cốt thép chịu