ch3 nguyenlithietke

Chương 3: Ngun lí tính tốn cấu tạo 3.1 Giới thiệu 3.2 Thiết kế theo trạng thái giới hạn (TTGH) 3.3 Tải trọng tác động 3.4 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép 3.5 Nguyên lí cấu tạo 3.6 Phân tích kết cấu 3.7 Bản vẽ thiết kế Phạm Phú Tình, Bộ mơn Kết cấu Bê tông, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội 3.1 Giới thiệu Mục tiêu thiết kế kết cấu BTCT • Đảm bảo khả chịu lực (để chịu tình xảy suốt đời kết cấu: tải, tải trọng bất ngờ, tác động cực độ mơi trường) • Đảm bảo sử dụng bình thường • Có tính khả thi • Bền (thời gian phục vụ kết cấu) • Kinh tế kĩ sư thiết kế phải biết cơng nghệ XD Phạm Phú Tình, Bộ mơn Kết cấu Bê tông, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội 3.1 Giới thiệu Các bước thiết kế • Xác định sơ đồ tính • Chọn loại vật liệu chịu lực • Chọn sơ kích thước tiết diện • Xác định tải trọng • Xác định nội lực • Tính tốn cấu tạo cốt thép • Kiểm tra võng, nứt • Hình thành vẽ Phạm Phú Tình, Bộ mơn Kết cấu Bê tơng, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội 3.2 Thiết kế theo trạng thái giới hạn- TTGH (Limit States - LS) (Lý thuyết thiết kế KCBTCT) TTGH I: Điều kiện cường độ (Strength), S ≤ R Nội lực tải trọng (và tác động) gây Được tính với tải trọng tính tốn: p=γ.pn M ≤ Mu Q ≤ Qu N ≤ Nu M t ≤ M t ,u KNCL tiết diện Được tính với cường độ tính tốn vật liệu: R=Rn/γ TTGH II: Điều kiện sử dụng bình thường (Serviceability) Bề rộng vết nứt độ võng sinh KC.Tính với tải trọng tiêu chuẩn, pn cường độ tính tốn theo TTGH2 , R, ser acrc ≤ alim f ≤ f lim Phạm Phú Tình, Bộ mơn Kết cấu Bê tơng, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội Bề rộng vết nứt độ võng giới hạn Quy ước để bảo vệ KC, đảm bảo sử dụng bình thường 3.2 Thiết kế theo trạng thái giới hạn- TTGH (Limit States - LS) (Lý thuyết thiết kế KCBTCT) Các khái niệm: • Cường độ tiêu chuẩn vật liệu • Cường độ tính tốn theo TTGH1 cường độ tính tốn theo TTGH2 • Tải trọng tiêu chuẩn • Tải trọng tính tốn Liên quan đến lý thuyết tính tốn theo TTGH Phạm Phú Tình, Bộ mơn Kết cấu Bê tông, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội 3.2 Thiết kế theo trạng thái giới hạn- TTGH (Limit States - LS) Cường độ tiêu chuẩn cường độ tính tốn bê tơng Cường độ tiêu chuẩn bê tông nén: Rbn = γ kc Rch Cường độ tiêu chuẩn bê tông kéo: Rbtn Cường độ tính tốn (khi nén, kéo) bê tông theo TTGH1: Rb , Rbt Rb = Rbn γb ; γ b = 1,3 Rbt = Rbtn γ bt ; γ bt = 1,5 Cường độ tính tốn (khi nén, kéo) bê tơng theo TTGH2: Rb,ser , Rbt,ser Rb,ser = Rbn γb γ b , γ bt ! ; γ b = 1,0 ⇒ Rb,ser = Rbn Rbt ,ser = Rbtn γ bt ; γ bt = 1,0 ⇒ Rbt ,ser = Rbtn Là hệ số độ tin cậy bê tông nén kéo (6.1.2.2, 5574) Cường độ tính tốn bê tơng theo TTGH1 tăng hay giảm, tùy thuộc vào điều kiện làm việc bê tông Phạm Phú Tình, Bộ mơn Kết cấu Bê tơng, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội 3.2 Thiết kế theo trạng thái giới hạn- TTGH (Limit States - LS) Hệ số điều kiện làm việc bê tông, γ bi Các điều kiện làm việc ảnh hưởng đến cường độ bê tơng • • • • • Tải trọng lặp Tính chất tác dụng dài hạn tải trọng Cấu kiện chịu ứng suất hai trục: nén-nén, nén-kéo Biện pháp thi công (bê tông bị phân tầng) Kích thước cấu kiện Vậy, cường độ tính tốn bê tơng Rb = γ bi Rb γ bi xem mục 6.1.2.3 TCVN 5574:2018 Phạm Phú Tình, Bộ mơn Kết cấu Bê tơng, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội 3.2 Thiết kế theo trạng thái giới hạn- TTGH (Limit States - LS) Cường độ tiêu chuẩn cường độ tính tốn cốt thép Cường độ tiêu chuẩn cốt thép: Rsn = Rch xem bảng 12, TCVN 5574 Cường độ tính toán (khi nén, kéo) cốt thép theo TTGH1 Rs = Rsn γs ; γ s = 1,15 Cường độ tính tốn (khi nén, kéo) cốt thép theo TTGH2, Rs,ser Rs, ser = γs ! Rsn γs ; γ s = 1,0 ⇒ Rs, ser = Rsn hệ số độ tin cậy cốt thép (xem mục 6.2.2.2, TCVN 5574) Cường độ tính tốn cốt thép theo TTGH1 tăng hay giảm, tùy thuộc vào điều kiện làm việc cốt thép Phạm Phú Tình, Bộ mơn Kết cấu Bê tơng, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội 3.2 Thiết kế theo trạng thái giới hạn- TTGH (Limit States - LS) Hệ số điều kiện làm việc cốt thép γ si Các điều kiện làm việc ảnh hưởng đến cường độ cốt thép • Phá hoại mỏi (tải trọng lặp) • Sự phân bố ứng suất khơng tiết diện • Điều kiện neo • Cường độ bê tơng bao quanh cốt thép • Ứng suất cốt thép lớn giới hạn chảy quy ước γs xem mục 6.2.2.3 TCVN 5574:2018 Phạm Phú Tình, Bộ mơn Kết cấu Bê tơng, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội 3.3 Tải trọng tác động (loads and actions) 3.3.1 Hình thức loại tải trọng lên kết cấu 3.3.2 Tải trọng tiêu chuẩn tải trọng tính tốn 3.3.3 Biến dạng cưỡng (Imposed deformations) 3.3.4 Ảnh hưởng môi trường (Environmental effects) 3.3.5 TCVN 2737-1995 Tải trọng tác động, tiêu chuẩn thiết kế Phạm Phú Tình, Bộ mơn Kết cấu Bê tông, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội 10 3.4 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông bê tông cốt thép Phạm Phú Tình, Bộ mơn Kết cấu Bê tơng, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội 18 3.5 Nguyên lí cấu tạo (chi tiết chương 4, 5, 8) 3.5.1 Chọn kích thước tiết diện (chi tiết chương 4, 5, 8) 3.5.2 Khung lưới cốt thép 3.5.3 Cốt chịu lực cốt cấu tạo 3.5.4 Lớp bê tông bảo vệ (concrete cover): xem 10.3.1, TCVN 5574 3.5.5 Khoảng hở thép: (clear spacing between bars) xem 10.3.2, TCVN 5574, tr.134 3.5.6 Neo cốt thép (anchorage of reinforcement): xem 10.3.5, TCVN 5574, tr.138 3.5.7 Nối cốt thép: xem 10.3.6, TCVN 5574, tr.141 Phạm Phú Tình, Bộ môn Kết cấu Bê tông, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội 19 3.5.4 Lớp bê tông bảo vệ (concrete cover): xem 10.3.1, TCVN 5574 Giá trị tối thiểu chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép chịu lực (kể cốt thép nằm mép cấu kiện rỗng tiết diện vành khuyên tiết diện hộp) lấy theo Bảng 19- TCVN 5574 Đối với cấu kiện lắp ghép giá trị tối thiểu chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép chịu lực nêu Bảng 19 lấy giảm bớt mm Phạm Phú Tình, Bộ môn Kết cấu Bê tông, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội 20 3.5.4 Lớp bê tông bảo vệ (concrete cover): xem 10.3.1, TCVN 5574 Đối với cốt thép cấu tạo giá trị tối thiểu chiều dày lớp bê tông bảo vệ lấy giảm bớt mm so với giá trị yêu cầu cốt thép chịu lực Trong trường hợp, chiều dày lớp bê tông bảo vệ cần lấy không nhỏ đường kính cốt thép khơng nhỏ 10 mm Trong kết cấu lớp làm từ bê tơng nhẹ bê tơng rỗng có cấp độ bền chịu nén từ B7,5 trở xuống chiều dày lớp bê tông bảo vệ cần lấy không nhỏ 20 mm, tường ngồi (khơng có lớp trang trí) – khơng nhỏ 25 mm Trong kết cấu lớp làm từ bê tơng tổ ong chiều dày lớp bê tơng bảo vệ trường hợp cần lấy không nhỏ 25 mm Phạm Phú Tình, Bộ mơn Kết cấu Bê tông, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội 21 3.5.7 Nối cốt thép (Bar splices): xem 10.3.6, TCVN 5574 • Mối nối chồng (Lapped splice) • Mối nối hàn (Welded splice) • Mối nối măng-xơng (Sleeve splice) • Mối nối sử dụng chi tiết khí Nên: • Nối so-le (staggered) • Tránh nối điểm có ứng suất lớn Phạm Phú Tình, Bộ môn Kết cấu Bê tông, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội 22 Nối chồng (Lapped splicing): xem 10.3.6.2, TCVN 5574 • Hai thép đặt chồng lên buộc nhẹ dây buộc • Chiều dài đoạn nối chồng phải không nhỏ chiều dài neo • Sự truyền ứng suất hai thép thơng qua lực dính • Khơng nối chồng có đường kính q 40 mm • Khơng nên nối chồng vùng chịu kéo cấu kiện chịu uốn Phạm Phú Tình, Bộ mơn Kết cấu Bê tơng, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội 23 d σs L ≥ Lan = α L0,an σs As ,cal As ,ef L L0,an = Rs As Rbond u s Xem 10.3.5.4 TCVN 5574, trang 140 Cách tính chiều dài neo xem 10.3.5.4 10.3.5.5, TCVN 5574, trang 140 Áp dụng cho cốt thép cán nóng, có gân, đường kính cốt thép ≤ 32 mm: Rbond = 2,5Rbt L0,an = Rs ds 10 Rbt Phạm Phú Tình, Bộ mơn Kết cấu Bê tơng, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội 24 Mối nối hàn (Welded splice) Đường hàn d L L Đầu thép hàn nên uốn nhẹ để đảm bảo thẳng trục Hàn phía Hàn hai phía chiều dài đường hàn L >= 10d chiều dài đường hàn L >= 5d Phạm Phú Tình, Bộ mơn Kết cấu Bê tơng, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội 25 Mối nối ống ren (Sleeve splice), nối chi tiết khí Nối ống ren (xem TCVN 8163:2009) Phạm Phú Tình, Bộ mơn Kết cấu Bê tơng, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội Nối chi tiết khí 26 3.6 Phân tích kết cấu (chi tiết chương 8, KCBTCT phần 2) Phân tích kết cấu Phân tích tuyến tính (Linear analysis) Phân tích phi tuyến (non-linear anal.) = Xác định điểm kết cấu: • Mơ men uốn M • Lực cắt Q • Lực dọc N • Mơ men xoắn Mt • Chuyển vị, độ võng, Phân tích giới hạn thích nghi Phân tích dao động tuyến tính vật liệu (linear elastic) vật liệu đàn hồi tuyến tính hình học (first order) tính sơ đồ khơng biến dạng phi tuyến vật liệu (non-linear) vật liệu không đàn hồi phi tuyến hình học (second order) tính sơ đồ biến dạng Phạm Phú Tình, Bộ mơn Kết cấu Bê tông, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội 27 3.6 Phân tích kết cấu (chi tiết chương 8, KCBTCT phần 2) Phân tích tuyến tính vật liệu, tuyến tính hình học, khơng phân phối lại nội lực (first order, linear-elastic analysis without redistribution) Phân tích tuyến tính vật liệu, tuyến tính hình học, có phân phối lại nội lực (first order, linear-elastic analysis with redistribution) Phân tích phi tuyến vật liệu, tuyến tính hình học (first order, non-linear analysis) Phân tích tuyến tính vật liệu, phi tuyến hình học (second order, linear-elastic analysis) Phân tích phi tuyến vật liệu, phi tuyến hình học (second order, non-linear analysis) Phạm Phú Tình, Bộ môn Kết cấu Bê tông, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội 28 3.6 Phân tích kết cấu (chi tiết chương 8, KCBTCT phần 2) σ Tuyến tính VL Linear Phi tuyến VL Non-linear P Tuyến tính Phi tuyến ε P2 P1 Tuyến tính HH First order d Phi tuyến HH Second order PHƯƠNG PHÁP Phạm Phú Tình, Bộ mơn Kết cấu Bê tơng, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội KẾT QUẢ 29 3.6 Phân tích kết cấu (chi tiết chương 8, KCBTCT phần 2) Khớp dẻo: Khái niệm L Khớp lí tưởng, cản trở % chuyển vị xoay Ngàm lí tưởng, cản trở 100 % chuyển vị xoay Liên kết thật=khớp dẻo, cản trở ? % chuyển vị xoay ??? Cốt thép dãn nhiều dầm xoay nhiều qL2 12 qL2 qL2 24 Phạm Phú Tình, Bộ môn Kết cấu Bê tông, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội qL2 12 qL2 qL2 qL qL2 Khớp dẻo: vừa xoay được, vừa cản trở xoay 30 3.6 Phân tích kết cấu: Nội lực kết cấu siêu tĩnh Ngàm lí tưởng M0 Liên kết thật M0 qL2 M0 = Khớp lí tưởng Phạm Phú Tình, Bộ mơn Kết cấu Bê tông, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội 31 3.7 Bản vẽ thiết kế Tham khảo tiêu chuẩn: TCVN 4612:1988 Hệ thống tài liệu thiết kế xây dựng Kết cấu BTCT Kí hiệu quy ước thể vẽ TCVN 5572:2012 Hệ thống tài liệu thiết kế xây dựng Kết cấu BT BTCT Bản vẽ thi công TCVN 5898:1995 Bản vẽ xây dựng cơng trình dân dụng Bảng thống kê cốt thép TCVN 6084:2012 Bản vẽ nhà cơng trình xây dựng Kí hiệu cho cốt thép bê tơng Phạm Phú Tình, Bộ mơn Kết cấu Bê tơng, Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Hà nội 32