Hợp lý hóa tiết diện dầm liên tục liên hợp theo MÔMEN bền dẻo

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 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG & CƠNG NGHIỆP ĐÀ NẴNG, 2017 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 Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã số : 60 58 02 08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học GS.TS PHẠM VĂN HỘI ĐÀ NẴNG, 2017 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết Luận văn trung thực chưa công b bt k cụng trỡnh no khỏc Tác giả luận văn Trịnh Hùng Mạnh LI CM N Lun Thạc sĩ kỹ thuật với Đề tài “Hợp lý hóa tiết diện dầm liên tục liên hợp theo mômen bền dẻo” thực với kiến thức thu thập suốt trình học tập trường Cùng với cố gắng thân giúp đỡ, động viên thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp gia đình suốt trình học tập thực luận văn Xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô môn Xây dựng dân dụng công nghiệp, người cho kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt trình học tập công tác Xin gửi lời cảm ơn đến học viên chuyên ngành Xây dựng dân dụng công nghiệp khóa 31 năm 2015, người bạn đồng hành giúp đỡ tơi suốt q trình học tập Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến GS.TS Phạm Văn Hội, Người thầy nhiệt tình hướng dẫn, động viên Tơi suốt q trình thực luận văn Xin gửi lời cảm ơn đến Sư đồn Khơng qn 372, nơi tơi cơng tác, tạo điều kiện nhiều thời gian để tơi hồn thành q trình học tập Cuối cùng, Tơi xin cảm ơn Gia đình động viên tạo điều kiện tốt cho tinh thần thời gian năm tháng học tập trường Luận văn hồn thành khơng thể tránh thiếu sót hạn chế Rất mong nhận đóng góp quý Thầy Cô, bạn bè đồng nghiệp để lun c hon thin hn Tác giả luận văn Trịnh Hùng Mạnh MC LC M U 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Bố cục Luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊTÔNG 1.1 Kết cấu liên hợp Thép – Bêtông 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp Thép – Bêtông 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp Việt Nam 1.1.3 Đặc điểm kết cấu liên hợp Thép – Bêtông 1.2 Dầm liên hợp Thép – Bêtông 1.2.1 Ưu nhược điểm dầm liên hợp Thép- Bêtông 1.2.2 Phân loại tiết diện dầm thép hình 12 1.3 Tình hình ứng dụng kết cấu liên hợp thép bêtơng cơng trình xây dựng dân dụng 15 1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 20 CHƯƠNG CƠ SỞ TÍNH TỐN THIẾT KẾ DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊTÔNG 21 2.1 TÍNH TỐN DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊTƠNG THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE 21 2.1.1 Trạng thái giới hạn kiểm tra Dầm thép liên hợp 21 2.1.2 Khảo sát khả chịu lực dầm với mômen uốn 23 2.1.3 Kiểm tra trạng thái sử dụng dầm thép 30 2.1.4 Tính tốn chốt liên kết 31 2.1.5 Phân tích phân bố nội lực dầm liên tục 32 2.2 VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG KẾT CẤU LIÊN HỢP 34 2.2.1 Cốt thép 34 2.2.2 Bê tông 35 2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 38 CHƯƠNG TÍNH TỐN HỢP LÝ HĨA TIẾT DIỆN DẦM LIÊN TỤC LIÊN HỢP THÉP – BÊTÔNG THEO MÔMEN BỀN DẺO 39 3.1 Đặt vấn đề 39 3.2 Xác định mômen bền dẻo dầm liên tục liên hợp 40 3.2.1 Các giả thiết tính tốn mơmen bền dẻo theo Eurocode 40 3.2.2 Thiết lập cơng thức tính toán cho dầm liên tục 40 3.3 Ví dụ tính tốn 46 3.3.1 Vật liệu 46 3.3.2 Đặc trưng hình học dầm thép hình 47 3.3.3 Tính tốn mơmen bền dẻo với nhịp dầm khác 48 3.4 Nhận xét kết 63 3.5 Kết luận chương 63 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO) HỢP LÝ HÓA TIẾT DIỆN DẦM LIÊN TỤC LIÊN HỢP THEO MÔMEN BỀN DẺO Học viên: Trịnh Hùng Mạnh Chuyên ngành: Kỹ thuật XDCT DD&CN Mã số: 60 58 02 08 Khóa: 31.XDD Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - 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 mơmen bền dẻo” tập trung vào việc khảo sát tính tốn mơmen bền dẻo dầm liên tục liên hợp thép – bêtơng sở tính tốn theo Tiêu chuẩn Eurocode với mong muốn tìm giải pháp hợp lý cho việc lựa chọn tiết diện dầm Từ khóa - Tiêu chuẩn Eurocode 4, TCVN 5574-2012, dầm liên hợp liên tục, Mômen bền dẻo; RATIONALIZATION OF CONTINUOUS COMPOSITE BEAM CROSS-SECTION BASED ON THE PLASTICITY MOMENT Abstract - Along with the trend of international integration of Vietnam, in recent years, the demand for building high-rises, cultural and sports buildings with great spans is booming in our country, especially in large urban areas such as Ha Noi, Da Nang and HCMC When designing, the designer must research to provide a reasonable structural solution for the size of structural components Eurocode is typically designed for constant symmetric steel beams, which leads to excessive bearing capacity under positive moments and inadequate bearing capacity under negative moments onto the steel rod in the concrete slab of the continuous beams It is necessary to design the section structure to have the plasticity moment at both spans and bridge bearing pads close to the internal force calculation The thesis “Rationalization of continuous composite beam cross-section based on the plasticity moment” focuses on investigating the calculation of plasticity moment in continuous composite steel-concrete beam based on the calculation in accordance with Eurocode to draw a logical solution for selecting beam sections Key words - Eurocode 4; TCVN 5574-2012; Continuous composite beam; plasticity moment DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Nội dung Aa Diện tích thép hình As Diện tích cốt thép Aeq Diện tích tương đương tiết diện liên hợp Abn Diện tích thực thân bulơng Ared Diện tích quy đổi tiết diện Es Mô đun đàn hồi thép hình Eb Mơ đun đàn hồi cát tuyến bê tơng Fa Sức bền dẻo thép hình chịu kéo Fc Sức bền dẻo bê tông chịu nén Ia Mơmen qn tính uốn thép hình Ld Chiều dài dầm M+pl.Rd Mômen bền theo hợp lực vùng bêtông chịu nén Mapl, Rd Mômen bền dẻo tiết diện dầm thép b+eff Bề rộng hiệu sàn tiết diện chịu mômen dương bbf Bề rộng cánh tiết diện thép hình fck Cường độ đặc trưng nén bêtông fct Cường độ trung bình bê tơng tuổi 28 ngày fys Giới hạn chảy vật liệu cốt thép fyp Giới hạn chảy vật liệu làm tôn sàn fu Sức bền kéo đứt thép làm chốt fbt Cường độ tính tốn chịu kéo bulơng h Chiều cao tổng thể tiết diện liên hợp Chiều cao tiết diện thép hình hc Chiều dày bê tơng sàn hp Chiều cao sóng tơn h1 Khoảng cách từ trọng tâm thép hình đến mép ngồi cánh h2 Khoảng cách từ trọng tâm thép hình đến mép ngồi cánh hfyc Chiều cao cần thiết đường hàn liên kết lw Chiều dài tính tốn đường hàn phía cánh ngồi ttf Chiều dày cánh tiết diện thép hình Ia Momen quán tính tiết diện trục trung hòa Sf Momen tĩnh trục trung hòa phần tiết diện bị trượt tbf Chiều dày cánh tiết diện thép hình δf Độ võng dầm tải trọng gây λ Độ mảnh λ LT Độ mảnh tính tốn tiết diện dầm thép kiểm tra z Khoảng cách từ trục trung hòa tới mặt sàn zw Khoảng cách từ trục trung hòa tiết diện tới trọng tâm dầm thép γc Hệ số an tồn vật liệu bêtơng γa Hệ số an tồn vật liệu cho thép hình γs Hệ số an toàn vật liệu cho thép γap Hệ số an tồn cho vật liệu tơn sàn μs Hàm lượng cốt thép Prd Sức bền chốt liên kết DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Bảng phân loại tiết diện 15 2.1 2.2 2.3 Giá trị giới hạn độ võng thẳng đứng cho dầm sàn Ứng suất cho phép lớn cốt thép Tỷ lệ phần trăm lớn phân phối lại mômen gối Giá trị giới hạn chảy fy, giới hạn bền fu đặc trưng thép 23 31 34 2.4 2.5 2.6 2.7 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 cán nóng Giá trị fcm bê tơng tuổi 28 ngày theo Eurocode Lớp độ bền bê tông E4 với TCVN 5574: 2012 Hệ số đặc tính riêng bê tơng γc Lựa chọn kích thước tiết diện dầm thép hình Lựa chọn thép trịn bêtơng Xác định vị trí trục trung hịa dẻo Tính tốn mômen bền dẻo tiết diện gối tựa Bảng mối quan hệ dầm thép hình, thép trịn với mơmen Lựa chọn kích thước tiết diện dầm thép hình Tính tốn mơmen bền dẻo nhịp dầm Lựa chọn kích thước tiết diện dầm thép hình Lựa chọn thép trịn bêtơng Xác định vị trí trục trung hịa dẻo Tính tốn mơmen bền dẻo tiết diện gối tựa Bảng mối quan hệ dầm thép hình, thép trịn với mơmen Lựa chọn kích thước tiết diện dầm thép hình Tính tốn mơmen bền dẻo nhịp dầm Lựa chọn kích thước tiết diện dầm thép hình Lựa chọn thép trịn bêtơng Kiểm tra vị trí trục trung hòa dẻo nằm bụng dầm thép Tính tốn mơmen bền dẻo tiết diện gối tựa Bảng mối quan hệ dầm thép hình, thép trịn với mơmen Lựa chọn kích thước tiết diện dầm thép hình Tính tốn mơmen bền dẻo nhịp dầm 35 37 37 37 49 50 50 50 51 52 52 54 54 54 55 55 56 57 58 58 59 59 60 62 62 21 CHƯƠNG 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 (TTGH1) a Điều kiện an toàn Trạng thái phá hỏng (trạng thái giới hạn cường độ - ULS) Khi khảo sát theo trạng thái giới hạn phá hoại cho tiết diện ngang cấu kiện hay liên kết yêu cầu: Sd  Rd (2.1) Trong đó: + Sd: Giá trị tính tốn tác động Khi xác định Sd phải kể đến tổ hợp tải trọng nguy hiểm sử dụng thi công, lắp dựng + Rd: Sức bền tính tốn tương ứng tiết diện kiểm tra + Rd: Phụ thuộc vào cường độ đặc trưng loại vật liệu tiết diện: Rd = Rd ( fy/γa , fck/γc, fys/γs , fyp/γap ) (2.2) Các ký hiệu sau: + fy: Giới hạn chảy vật liệu thép + γa: Hệ số an toàn vật liệu cho thép, trừ trường hợp kiểm tra ổn định phần thép (Oằn, cong vênh) điều chỉnh hệ số γRd = 1,1 + fck: Cường độ chịu nén bêtơng + γc: Hệ số an tồn vật liệu bêtông, γc = 1,5 + fys: Giới hạn chảy vật liệu cốt thép + γs: Hệ số an toàn vật liệu cốt thép thanh, γs = 1,15 + fyp: Giới hạn chảy vật liệu làm tôn sàn + γap: Hệ số an toàn vật liệu tơn sàn, γap = 1,1 + Khi tính liên kết dùng hệ số an toàn vật liệu làm chốt γv = 1,25 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 bêtông chịu nén phân bố 0,85.fck/γc 22 - Bỏ qua khả chịu kéo bêtông - Cốt thép đan chịu kéo bị chảy đồng thời đạt đến cường độ tính tốn fsk/γs - Bỏ qua khả chịu nén cốt thép tôn c Chiều rộng tham gia làm việc bê tông cốt thép Khi chịu uốn, phần đan sàn bêtông tham gia làm việc với dầm thép để tạo thành tiết diện dạng chữ T Để kể đến làm việc sàn tham gia với dầm thép tổng thể dầm liên hợp Thép- Bêtông tiết diện chữ T, ta đưa vào khái niệm bề rộng tham gia làm việc đan beff Đối với dầm thép có phần chiều rộng đan tham gia làm việc chịu uốn chung với dầm, bề rộng tham gia làm việc b eff này, ứng suất pháp coi phân bố  Eurocode cho cơng thức tính sơ đồ sau: b eff b e2 b e1 b1 b2 b1 Hình 2.1 Chiều rộng tham gia làm việc đan dầm đơn giản nh-ng nh-ng Hình 2.2 – Chiều rộng tham gia làm việc đan dầm liên tục 23 Việc xác định chiều rộng beff phức tạp, phụ thuộc tỉ số khoảng cách 2b1 với nhịp L dầm, dạng chất tải, loại liên kết, tính chất làm việc (đàn hồi hay dẻo), yếu tố khác Các tiêu chuẩn thiết kế thường xác định beff với mục đích thiên an tồn Theo Eurocode (phần ENV 1994-1-1) beff tính: - Đối với dầm đơn giản: beff = be1 + be2 với bei = (l0/ 8, bi); l0 nhịp dầm (2.4) - Đối với dầm liên tục: Cũng dùng công thức (2.3) lo lấy theo hình 2.2, chia theo vùng mômen dương (ở nhịp) mômen âm (ở gối tựa) + Đối với mômen dương, l0 gần khoảng cách tiết diện có mơmen khơng, + Đối với mômen âm (ở gối tựa) l0 lớn khoảng cách vùng có mơmen âm 2.1.1.2 Trạng thái giới hạn (TTGH2) - Trạng thái giới hạn sử dụng (SLS): - Tính tốn theo trạng thái giới hạn sử dụng dầm liên hợp gồm: + Kiểm tra độ võng + Kiểm tra nứt bêtông - Giá trị độ võng giới hạn dầm liên hợp lấy dầm thép theo bảng 2.1 Bảng 2.1 Giá trị giới hạn độ võng thẳng đứng cho dầm sàn Trong loại kết cấu Giá trị độ võng giới hạn Mái ngói chung L/200 Mái chịu tải trọng người thường xuyên hay sửa chữa, bảo dưỡng L/250 Sàn nói chung L/250 Sàn mái chịu tải trọng tường ngăn L/250 thạch cao kính Sàn đỡ cột L/400 2.1.2 Khảo sát khả chịu lực dầm với mômen uốn 2.1.2.1 Tiết diện dầm chịu momen dương (tại nhịp) Khảo sát trương hợp hay gặp công trình nhà, đan liên hợp 24 bêtơng với tơn sóng định hình, sóng vng góc với trục dầm thép Chiều cao lớn vùng bêtơng chịu nén chiều dầy h c đan tính từ đỉnh sóng tơn, chiều cao sóng ký hiệu hp Để đơn giản hóa thiết lập cơng thức ta giả thiết dầm thép có dạng chữ I đối xứng Ngun tắc tính tốn tương tự cho trường hợp khác như: Thép hình có cánh khơng đối xứng, đan đặc đan liên hợp với tơn có sóng đặt song song với trục dầm thép - Trường hợp 1: Trục trung hịa dẻo nằm bêtơng Trường hợp xảy khi: Fc > Fa Hình 2.3 Biểu đồ ứng suất dẻo TTHD qua bê tông (uốn dương) Fa = Aa f y γa Fc = hc.b+eff.( 0,85 f ck γc ) (2.5) Trong đó: + Fa: Sức bền dẻo thép hình chịu kéo + Fc: Sức bền dẻo bêtơng chiu nén + Aa: Diện tích tiết diện thép hình + b+eff : Bề rộng tham gia làm việc đan Vị trí trục trung hịa dẻo so với mặt sàn z tính: z = Fa/ (b+eff 0,85.f ck )  hc γc (2.6) 25 Tính tốn mơmen bền theo hợp lực vùng bêtông chịu nén: M+pl Rd = Fa( + hc + hp z ) (2.7) - Trường hợp 2: Trục trung hòa dẻo qua cánh dầm thép Trường hợp xảy Fc < Fa, khoảng cách trục trung hịa dẻo z lớn chiều dày tồn đan (hc+hp); để trục trung hòa nằm cánh dầm thép (chiều dầy tf chiều rộng bf) cần thỏa mãn điều kiện: Fa–Fc  2.bf tf fy γa Hình 2.4 Biểu đồ ứng suất dẻo TTHD qua cánh dầm thép (uốn dương) Khoảng cách z rút từ phương trình cân bằng: 2.bf (z  h c  h p).f y Fa = Fc + γa => z = (hc + hp) + ( γa (Fa  Fc) 2.f y.bf (2.8) ) (2.9) Để tính momen bền dẻo tiết diện ta lập phương trình mơmen với trọng tâm vùng bêtơng chịu nén: z hp h M+pl.Rd = Fa ( h a + c + hp) – (Fa - Fc).( + ) 2 2 - Trường hợp 3: Trục trung hòa dẻo qua bụng dầm thép Trường hợp xảy khi: Fa – Fc > 2.bf tf fy γa (2.10) 26 Hình 2.5 Biểu đồ ứng suất dẻo TTHD qua bụng dầm thép (uốn dương) Khoảng cách: zw = Fc .t f γa w y (2.11) Mômen bền dẻo lấy với trọng tâm dầm thép: Fc.z w h + c + hp ) 2 + Mapl,Rd mômen bền dẻo tiết diện dầm thép M+pl.Rd = M apl,Rd + Fc ( (1.12) f + Mapl, Rd = Wpl x γy a + Wpl = Ia/ya (Wpl: Mômen kháng uốn dầm thép) 2.1.2.2 Tiết diện dầm chịu momen âm (tại gối) Tiết diện liên hợp chịu mơmen âm thép hình cốt thép nằm phần bề rộng tham gia làm việc b-eff bêtông (trên gối tựa trung gian) chịu mômen này, với điều kiện neo đủ bêtông Các cốt thép phải có tính dẻo cao để phù hợp với tính tốn mơmen bền dẻo tiết diện Thực chất với dạng tiết diện liên hợp thông thường, đan bị nứt toàn chiều dày trục trung hịa nằm cánh bụng dầm thép As diện tích toàn cốt thép tham gia làm việc, hs khoảng cách từ lớp cốt thép so với mặt cánh dầm thép (khi có lớp cốt thép h s tính theo trọng tâm lớp) 27 - Trường hợp 1: Trục trung hòa dẻo qua cánh dầm thép Trường hợp xảy khi: Fa > Fs Fa - Fs  2.f y.bf.t f γa Hình 2.6 Biểu đồ ứng suất dẻo TTHD qua cánh dầm thép (uốn âm) Sức bền dẻo cốt thép: Fs = As f sk (2.13) γs Chiều dày cánh chịu kéo xác định theo điều kiện cần bằng: Fa = Fs + => zf = 2.f y b f zf γa γa (Fa  Fs) (2.14) 2.f y.bf Mômen bền tính lấy tổng mơmen với trục trọng tâm lớp cốt thép: z M-pl,Rd = Fa ( h a + hs ) – (Fa – Fs)( hs + f ) 2 - Trường hợp 2: Trục trung qua bụng dầm thép Trường hợp xảy khi: Fa > Fs Fa - Fs > 2.f y.b f tf γa (2.15) 28 Hình 2.7 Biểu đồ ứng suất dẻo trục trung hòa qua bụng dầm thép (uốn âm) Chiều cao bụng chịu nén nằm trọng tâm tiết diện dầm thép: Zw = Fs 2.f y.t w (2.16) γa Mômen bền lấy với trọng tâm dầm thép: M-pl,Rd = M apl, Rd + Fa ( h a + hs ) 2 fs 4.t w.f y γa (2.17) Lưu ý: Chiều cao bụng ký hiệu d, phần chiều cao chịu nén bụng có khả bị cong vênh ổn định cục bộ: αd = d/2 + 2zw zw tính theo công thức (2.16) áp dụng với trường hợp α = Các công thức (2.15), (2.17) dùng đổ mảnh bụng d/tw đảm bảo thuộc loại Nếu bụng thuộc loại 3, có cánh chịu nén thuộc loại 2, xác định mơmen bền tiết diện theo tính tốn dẻo bỏ qua phần bụng chịu nén bị cong vênh ổn định cục 2.1.2.3 Kiểm tra độ bền tiết diện chịu cắt tác dụng đồng thời với mômen Một số tiết diện ngang chịu cắt túy, gối dầm Các nghiên cứu cho thấy phần lực cắt đan chịu, nhiên lập mơ hình tính đơn giản để thể phân phối lực cắt Sự phân phối phụ thuộc vào vị trí liên kết việc hình thành vết nứt đan gối tựa trung gian dầm liên tục Vì thực tế giả thiết lực cắt tiếp nhận bụng dầm 29 thép, giống tiết diện liên hợp Điều kiện bền tiết diện chịu lực cắt có dạng: Vsd  Vpl,Rd = Av fy (2.18) γa Trong đó: Av diện tích dầm thép chịu cắt lấy sau: + Dầm tổ hợp hàn: Av = Aw = hw tw + Dầm thép hình: Av = Aa – 2bf tf + (tw + 2r ).tf (r bán kính cong chỗ tiếp xúc cánh bụng) - Trường hợp bụng khơng có sườn tăng cường đứng trung gian (trừ sườn gối), điều kiện áp dụng: d  69ε tw - Trường hợp dầm thép bọc bê tông phần bụng, có cốt dọc cốt đai điều kiện áp dụng: d  124.ε tw * Khi điều kiện để xảy trường hợp không thỏa mãn tính tốn khả chịu lực theo ổn định cục cắt thay cho Vpl.Rd Trong trường hợp dầm liên hợp liên tục, vị trí gối tựa trung gian thường có lực cắt mơmen Msd tác dụng, mômen bền tiết diện M-pl.Rd không giảm lực cắt không vượt giá trị: Vsd  0,5Vpl.Rd (2.19) Khi điều kiện không thảo mãn, cần kiểm tra điều kiện bền tiết diện tác dụng đồng thời lực cắt mômen, điều kiện thể đường cong biểu đồ thể ảnh hưởng lực cắt đến sức bền uốn Hình 2.8 Ảnh hưởng lực cắt đến sức bền uốn 30 Đoạn BC tương ứng với sức bền Vsd = Vpl.Rd đoạn cong AB tuân theo phương trình đường cong:       V Sd M-Rd = M-f.Rd + (M-pl.Rd - M-f.Rd 1    1     V pl Rd    (2.20) Trong đó: M-f.Rd mơmen bền dẻo tiết diện liên hợp gồm cánh (bản cánh dầm thép đan, đan có cốt thép hạn chế) Cuối điều kiện thỏa mãn là: │ MSd ≤ M-Rd│ Khi 0,5Vpl.Rd < Vsd ≤ Vpl.Rd 2.1.2.4 Kiểm tra oằn cho tiết diện dầm thép - Xác định mômen bền oằn gối: M-b.Rd = χ LT M-Rd (2.21) Trong đó: M-Rd = M-b.Rd ( χ LT = γa ) γRd (2.22)  LT   2LT λ2LT + αLT = 0,49 thép tổ hợp hàn;  (2.23) αLT = 0,21 dầm thép cán + hs: khoảnh cách cánh dầm thép λ LT = 5.( + h w.t w fy t h ) [( )2.( w ) 3.( f )]1/4 b C bf 4.tf f tw Ea (2.24) Khi λ LT  0,4 (theo TC Eu 4) Dầm khơng có khả bị oằn 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] (2.25) Trong đó: - δf độ võng lớn dầm - [f] độ võng cho phép dầm Tính tốn độ võng dầm liên tục: + δf = δ [1-C.r1.r2.(M A+M B) ]/M (2.26) Trong đó: + M-A M-B momen gối tựa (tính theo giá trị tuyệt đối) không kể 31 đến hệ số suy giảm theo bảng tổ hợp nội lực + C= 0.6 chịu tải phân bố + r1: hệ số giảm mơmen âm, để an tồn ta lấy r1= 0.6 + r2: hệ số giảm momen dương, để an tồn ta lấy r2= 0.7 + M+0 : Mơmen dương nhịp coi gối khớp 2.1.3.2 Kiểm tra nứt bêtông a Kiểm tra hàm lượng thép tối thiểu chịu momen gối bề rộng b eff - Hàm lượng cốt thép gối: s= - Điều kiện kiểm tra: s > As 100%  h beff c  = 0,4% (Hàm lượng cốt thép tối thiểu) b Kiểm tra hàm lượng cốt thép để hạn chế mở rộng vết nứt As > Asmin = k.f ct.A ct.k c (2.27) σs Trong đó: + Asmin : Hàm lượng cốt thép tối thiểu + k = 0,8 : Hệ số làm giảm sức bền bê tông chịu kéo + kc= 0,9: Hệ số kể đến phân phối dạng tam giác biến dạng tiết diện liên hợp nứt + fct = N/mm2: Cường độ trung bình bê tơng lấy tuổi 28 ngày + Act: Diện tích bê tông chịu kéo: Act = hc x b-eff + σs: Ứng suất cho phép thép hình thành vết nứt (bảng 2.2) Bảng 2.2 Ứng suất cho phép lớn cốt thép Đường kính max (mm) thép 10 12 16 20 25 32 Ứng suất lớn thép σ s (N/mm2) Chiều rộng tính tốn vết nứt Wk = 0,3 mm Wk = 0,5 mm 450 400 360 320 280 240 200 160 500 500 500 450 380 340 300 260 2.1.4 Tính tốn chốt liên kết - Tính tốn sức bền chốt Prd: Prd= min( P1rd ; P2rd ) (2.28) 32 + Phá hoại chốt bao xung quanh: d π P1rd = 0,8.fu.( γυ ) (2.29) + Phá hoại bê tông bao xung quanh chốt: F P2rd = 0,29  d2 Ecm ck γυ (2.30) Trong đó: - d h: Đường kính chiều cao chốt - fu : Sức bền kéo đứt thép làm chốt (không 500 N/mm2) - fck: Sức bền chịu nén bê tông theo mẫu trụ - Ecm: Giá trị trung bình mođun đàn hồi tuyến tính bê tơng - a: Hệ số điều chỉnh (a =1 - Số chốt liên kết: n = h h h > a = 0,2.( +1 )   4) d d d 2.Fa P rd (2.31) - Bố trí chốt liên kết: + Tại gối: + Tại nhịp: n l số chốt bố trí đoạn nhịp n l số chốt bố trí đoạn nhịp 2.1.5 Phân tích phân bố nội lực dầm liên tục Đối với dầm liên tục, tiến hành kiểm tra sức bền tiết diện ngang cần biết giá trị mômen uốn MSd lực cắt VSd tác động tiết diện tổ hợp tải trọng khác gây nên trạng thái tối hậu Để xác định phân bố phân bố lại nội lực dầm liên tục ta có hai phương pháp phân tích phân tích cứng dẻo (đàn -dẻo) phân tích đàn hồi 2.1.5.1 Phân tích cứng dẻo (đàn dẻo) Cách phân tích có giá trị tiết diện khảo sát có khả phát triển bền dẻo tác dụng tải trọng tăng dần tạo thành số lượng vừa đủ khớp dẻo Các khớp gây nên góc xoay tiết diện có liên quan có phân phối lại mơmen uốn với q trình hình thành khớp dẻo Khi tính tốn đưa điều kiện cụ thể để áp dụng phân tích cứng -dẻo, điều kiện cụ thể sau: + Các tiết diện hình thành khớp dẻo phải thuộc tiết diện loại tất 33 tiết diện lại thuộc loại 2, quy định kể đến việc phát triển vùng dẻo thực tế + Hai nhịp cạnh dầm liên tục, nhịp dài không vượt 50% nhịp ngắn; chiều dài nhịp biên không vượt 15% nhịp bên cạnh + Dầm phải đảm bảo ổn định tổng thể + Nếu nhịp đó, nửa tồn tải trọng nhịp tập trung tác dụng đoạn chiều dài 1/5 nhịp, khoảng cách từ trục trung hịa đến mặt sàn không vượt 15% chiều cao tồn tiết diện liên hợp nơi hình thành khớp dẻo tác dụng mômen dương, điều để tránh phá hoại sớm tiết diện ép mặt bêtơng + Với dầm thép cần có liên kết ngang tất chỗ hình thành khớp dẻo 2.1.5.2 Phân tích đàn hồi Eurocode cho phép hai dạng phân tích đàn hồi: + Phân tích khơng nứt tiến hành với mơmen qn tính uốn I1 khơng đổi nhịp, tính tốn giả thiết bêtơng chịu kéo khơng bị nứt (với đồng hóa tiết diện theo tỉ lệ thép) lấy bề rộng tham gia làm việc đan b+eff nhịp + Phân tích nứt lấy theo mơmen qn tính uốn I2 khoảng cách 15% nhịp hai nhịp bên gối tựa trung gian, mơmen qn tính I1 nhịp cịn lại nhịp Mơmen qn tính I2 tính bỏ qua phần bêtơng chịu kéo đến cốt thép bố trí chiều rộng tham gia làm việc đan b-eff gối + Tính tốn cách xác phân bố lại mơmen điều vơ khó khăn, ta chấp nhận áp dụng cách phân tích đàn hồi Sự phân bố lại giảm mômen tiết diện nơi mà tỉ số giữ mômen tác dụng mômen bền lớn (chủ yếu gối tựa trung gian) tăng mômen dấu ngược lại (chủ yếu nhịp) với mục đích giữ cân tác động tác dụng mômen uốn Tải FULL (87 trang): bit.ly/2Ywib4t Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ Hình 2.9 Sự phân bố lại mơmen dầm liên tục 34 Nếu p tỉ lệ phân phối lại lớn dự định, chuyển mơmen âm đàn hồi đỉnh M-pic thành mô men bền M-sd với mức độ an toàn theo điều kiện: M-Rd ≤ │M-pic │≤ M-Rd / (1- p/100) Và không vượt sức bền vùng mômen dương phân phối lại Eurocode cho giá trị P , phụ thuộc vào phương pháp phân tích đàn hồi (nứt hay không nứt) loại tiết diện gối tựa Bảng 2.3 Tỷ lệ phần trăm lớn phân phối lại mômen gối Loại tiết diện (trong vùng mômen âm) Loại Loại Phân tích đàn hồi khơng nứt 40 30 Phân tích đàn hồi nứt 25 15 2.2 VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG KẾT CẤU LIÊN HỢP 2.2.1 Cốt thép 2.2.1.1 Cốt thép Tiêu chuẩn Châu âu EN100803 đưa ba mác thép dùng cho kết cấu liên hợp: S220; S400 S500 Mác S220 thép trịn trơn cán nóng, mác S400 S500 la thép trịn có gai cho tính ma sát lớn Ta tính tốn dẻo mở mức cho phép chủ yếu mác thép S400, S500 loại có tính dẻo dai lớn Theo tiêu quy định Eurocode fs(u) sức bền kéo đứt thép εsk(u) biến dạng tương đối bị đứt u cầu tính u cầu tính dẻo dai Tải FULL (87 trang): bit.ly/2Ywib4t sau: Dựvàphịng: fb.com/KhoTaiLieuAZ εsk(u) > 5% fs(u) > 1,08 (2.32) Mơ đun đàn hồi Es cốt thép giao động từ 190 kN/cm2 đến 200 kN/cm2 Để đơn giản tính tốn, kết cấu liên hợp cho phép lấy giá trị Es giá trị Ea= 210 kN/mm2 thép kết cấu Có thể nhận thấy đặc trưng học: Giới hạn chảy, mơ dun đàn hồi, tính dẻo… theo tiêu chuẩn Eurocode có tương đồng với tiêu chuẩn TCVN 5575: 2012 Khi thiết kế sử dụng loại thép có đặc tính theo TCVN để làm sở tính tốn theo công thức tiêu chuẩn Eurocode 2.2.1.2 Thép kết cấu (thép kết cấu liên hợp) Trong tiêu chuẩn EN 1994 – – Eurocode trình bầy cách tính tốn kết cấu liên hợp sản xuất từ mác thép thông thường S235, S275, S355 S400, xác định Tiêu chuẩn EN 10023 EN 10113 35 Để có giá trị tiêu chuẩn giới hạn đàn hồi fy sức bền kéo đứt cấu kiện thép cán nóng phụ thuộc vào chiều dầy thành lập bảng tra So với Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5709–1993 ta nhận thấy ta nên dùng loại thép Việt Nam có mác thép từ XCT38 trở lên cho thép làm lõi kết cấu liên hợp Bảng 2.4 Giá trị giới hạn chảy fy, giới hạn bền fu đặc trưng thép cán nóng Chiều dày danh nghĩa cấu kiện t [mm] Tiêu chuẩn ký hiệu t ≤ 40 mm F[N/mm2] f [N/mm2] F [N/mm2] F [N/mm2] S 235 235 360 215 360 S 275 275 430 255 410 S 355 355 510/490 335 470 S 450 440 550 410 550 t ≤ 40 mm 40 mm < t ≤ 80 mm 2.2.1.3 Thép dầm Theo tiêu chuẩn ENV 1994 – -1, kết cấu liên hợp sử dụng thép S235, S275, S355 S450 có giới hạn chảy bảng thống kê Các giá trị tiêu chuẩn giới hạn đàn hồi sức bền kéo đứt cấu kiện thép cán nóng phụ thuộc vào chiều dày tra bảng Kết luận: Theo tiêu chuẩn EC4, thép Việt Nam tương đương dùng cho kết cấu liên hợp thép – bê tơng phải có mác từ XCT38 trở lên 2.2.2 Bê tông 2.2.2.1 Theo tiêu chuẩn Eurocode Eurocode Bê tông dùng kết cấu liên hợp dùng bêtông thông thường kết cấu bê tơng cốt thép Có thể dùng bê tơng nặng với khối lượng riêng 1800< ρ ≤ 2500 kg/m3 bêtông nhẹ 1600< ρ≤ 1800 kg/m3 a Mô đun đàn hồi Ecm - Mô đun đàn hồi riêng bê tông Mô đun đàn hồi bêtông phụ thuộc vào yếu tố thành phần Các giá trị gần Ecm (mô đun tiếp tuyến σc = σc = 0,4.fcm Đối với cốt liệu đá vôi đá sa thạch mơđun đàn hồi giảm tương ứng 10% 30% Ngược lại cốt liệu từ đá bazan Ecm tăng 20% 9c6abdb2 ... 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. .. CHƯƠNG TÍNH TỐN HỢP LÝ HÓA TIẾT DIỆN DẦM LIÊN TỤC LIÊN HỢP THÉP – BÊTÔNG THEO MÔMEN BỀN DẺO 39 3.1 Đặt vấn đề 39 3.2 Xác định mômen bền dẻo dầm liên tục liên hợp 40 3.2.1... tính tốn Luận văn ? ?Hợp lý hóa tiết diện dầm liên hợp liên tục theo mômen bền dẻo? ?? tập trung vào việc khảo sát tính tốn mơmen bền dẻo dầm liên tục liên hợp thépbêtơng sở tính tốn theo Tiêu chuẩn