Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng bậc hai do dự ứng lực trong sàn đến nội lực của cột trong nhà nhiều tầng

Bài viết phân tích ứng xử của kết cấu nhà nhiều tầng dưới tác động của hiệu ứng bậc 2 do dự ứng lực trong kết cấu sàn. Một mô hình sàn dự ứng lực được lựa chọn và thiết kế theo tiêu chuẩn ACI 318-14 và theo cách thức đang được sử dụng phổ biến trong thực tế thiết kế.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG BẬC HAI DO DỰ ỨNG LỰC TRONG SÀN ĐẾN NỘI LỰC CỦA CỘT TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG Giảng viên hướng dẫn: ThS Lê Đăng Dũng Sinh viên thực hiện: Hồ Tiến Dũng Lớp: KCXD K56 Tóm tắt: Bài báo phân tích ứng xử kết cấu nhà nhiều tầng tác động hiệu ứng bậc dự ứng lực kết cấu sàn Một mơ hình sàn dự ứng lực lựa chọn thiết kế theo tiêu chuẩn ACI 318-14 theo cách thức sử dụng phổ biến thực tế thiết kế Các mơ hình kết cấu nhà với số tầng khác xây dựng với mức độ dự ứng lực thiết kế để khảo sát mức độ ảnh hưởng hiệu ứng bậc sàn dự ứng lực đến cấu kiện nhà Nội lực gồm mô men uốn lực nén dọc trục cột vách khảo sát để đưa khuyến cáo cho ứng dụng thực tế thiết kế Ứng xử kết cấu sàn xét đến vị trí sàn cơng trình nhà khảo sát, phân tích Từ khóa: Hiệu ứng bậc 2, sàn dự ứng lực, nhà nhiều tầng ĐẶT VẤN ĐỀ Kết cấu sàn dự ứng lực (DUL) sử dụng phổ biến cho kết cấu sàn nhà nhiều tầng Thực tế thiết kế sàn DUL thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng chưa quan tâm đến tương tác phận kết cấu đứng (cột, vách) kế cấu ngang (dầm, sàn) Nguyên nhân kể đến gồm giới hạn công nghệ dự ứng lực thường kèm công nghệ thi công đơn vị sản xuất Các đơn vị thiết kế DUL thường không chuyên thiết kế nhà nhiều tầng nên mơ hình sàn DUL thường xây dựng riêng lẻ Ngược lại, đơn vị thiết kế nhà nhiều tầng lại không xét đến DUL xây dựng mơ hình tổng thể Bên cạnh đó, thời gian trước chưa có phần mềm phân tích nội lực 36 Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI xét đến kết cấu sàn DUL kết cấu tổng thể mơ hình Do thực tế thiết kế chưa trọng vấn đề tương tác đặt Hiện nay, phát triển máy vi tính phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) cho phép số phần mềm viết PTHH có khả phân tích mơ hình tổng thể có xét đến sàn DUL Tuy nhiên, phần mềm phát triển nên thói quen thiết kế chưa thay đổi Nội dung báo hướng đến khảo sát ảnh hưởng cấu kiện hệ kết cấu nhà nhiều tầng có xét đến tương tác kết cấu phát triển theo phương ngang kết cấu phát triển theo phương đứng Đặc biệt, ảnh hưởng hiệu ứng bậc sàn DUL gây cấu kiện cột, vách Phần mềm Etabs 2017 Safe 2016 sử dụng để xây dựng mơ hình khảo sát CÁC NỘI DUNG CHÍNH Để thực nội dung đặt nghiên cứu, mặt cơng trình nhà có tính điển hình lựa chọn để xây dựng mơ hình khảo sát, xem Hình Vật liệu lựa chọn gồm bê tơng thường có cường độ chịu nén danh định f c  30 MPa cốt thép có cường độ chảy f y  420MPa Cốt thép dự ứng lực tao cáp có độ chùng thấp, f pu  1860MPa Mức độ dự ứng lực sàn thiết kế theo Tiêu chuẩn ACI318-14, tải trọng lấy theo Tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 Mức độ dự ứng lực thiết kế mơ hình sàn đơn lẻ nhiều đơn vị thiết kế sử dụng giữ không đổi mơ hình khảo sát Hình Mặt nhà đươc lựa chọn khảo sát nghiên cứu mơ hình tầng sàn thiết lập phần mềm Safe 2019 Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2019 37 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Hình Mơ hình nhiều tầng xây dựng phần mềm Etabs 2017 Các tổ hợp xét đến nghiên cứu gồm Tổ hợp (Tĩnh tải + hoạt tải) Tổ hợp (Tĩnh tải + Hoạt tải + hiệu ứng bậc DUL) gây Các mơ hình nghiên cứu xem xét trạng thái giới hạn cường độ Giá trị tải trọng ngang gió động đất chưa xét đến nghiên cứu Các mơ hình tầng, 10 tầng, 15 tầng 20 tầng xây dựng điều kiện biên để có đánh giá xác tổng qt 2.2 Kết nghiên cứu 2.2.1 Ảnh hưởng hiệu ứng dự ứng lực đến nội lực cột, vách Hình Vị trí cột vách lấy nội lực để khảo sát 38 Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI Hình thể biểu đồ lực dọc cột biên tầng mơ hình tổ hợp nêu phần khảo sát Có thể nhận thấy thay đổi không lớn giá trị lực dọc trục cột biên có xét khơng xét đến ảnh hưởng DUL gây Sự chênh lệch mức 0,5%, có chênh lệch lớn tầng Hình Biểu đồ giá trị lực dọc cột biên mơ hình tổ hợp khác Hình thể biểu đồ lực dọc cột tầng mơ hình tổ hợp nêu phần khảo sát Có thể nhận thấy thay đổi không lớn giá trị lực dọc trục cột có xét không xét đến ảnh hưởng DUL gây Sự chênh lệch mức 2%, có chênh lệch lớn tầng Như ảnh hưởng DUL lên cột lớn cột biên Hình Biểu đồ giá trị lực dọc cột mơ hình tổ hợp khác Hình thể biểu mơ men uốn cột biên tầng mơ hình tổ hợp nêu phần khảo sát Biểu đồ cho thấy DUL làm giảm mô men cột biên, nhà 15 20 tầng DUL làm thay đổi chiều mô men Giá trị mô men uốn có xét khơng xét DUL cột biên chênh lệch tới 80% Ảnh hưởng DUL đến mô men cột rõ rệt tầng đến tầng Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2019 39 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI Hình Biểu đồ giá trị mô men cột mơ hình tổ hợp khác Hình thể biểu mô men uốn cột tầng mơ hình tổ hợp nêu phần khảo sát Ngược lại với cột biên, biểu đồ mô men uốn cột cho thấy DUL làm tăng mô men cột giữa, giá trị chênh lệch tới 60% Hình Biểu đồ giá trị mô men cột mô hình tổ hợp khác 2.2.2 Ảnh hưởng vị trí sàn mơ hình tổng thể đến nội lực sàn Hình thể giá trị mơ men uốn dải đầu cột, trục B, có xét hiệu ứng bậc hai DUL 40 Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI Hình Biểu đồ giá trị mô men uốn sàn xét đến vị trí tầng mơ hình có số tầng khác Nhận thấy rằng, giá trị mô men uốn tầng nhỏ so với giá trị mô men uốn tầng xét vị trí sàn cơng trình Kết luận với cơng trình nhà 10, 15 20 tầng khảo sát nghiên cứu So sánh hai cơng trình có số tầng khác nhau, vị trí tầng, sàn thuộc nhà có nhiều tầng mơ men uốn nhỏ so với cơng trình thấp tầng Mơ men uốn sàn mơ hình xây dựng riêng tầng có giá trị nội lực tương đương với giá trị nội lực khoảng tầng đến mô hình xây dựng nhiều tầng ETABS Như vậy, tăng số tầng nhà (số bậc siêu tĩnh tăng) momen uốn sàn giảm, phụ thuộc vào số tầng tịa nhà khảo sát Nếu sử dụng mơ hình xây dựng tầng để thiết kế kết cấu sàn thỏa mãn yêu cầu cường độ cho sàn từ tầng trở lên KẾT LUẬN Bài báo mức độ ảnh hưởng hiệu ứng bậc hai dự ứng lực kết cấu sàn đến nội lực kết cấu cột, vách nhà nhiều tầng, cụ thể: hiệu ứng bậc hai sàn dự ứng lực làm tăng lực nén dọc trục cột Các cột bị ảnh hưởng nhiều so với cột biên Giá trị lực nén dọc trục cột tăng lên có giá trị nhỏ, 2% so với lực dọc không kể đến hiệu ứng sàn dự ứng lực Ngoài giá trị lực nén Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2019 41 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI dọc trục, hiệu ứng bậc hai sàn dự ứng lực cịn gây thay đổi mơ men uốn cột Mô men uốn cột tăng lên xét đến hiệu ứng bậc hai vượt 60% giá trị không xét đến hiệu ứng Ngược lại với kết cấu cột, hiệu ứng bậc hai dự ứng lực làm giảm lực nén dọc trục mô men uốn vách Tổng phản lực chân cột không phụ thuộc vào tổ hợp có xét hay khơng xét hiệu ứng bậc hai, vậy, hiệu ứng bậc hai gây ảnh hưởng đến tương tác cục phận kết cấu Đối với kết cấu sàn dự ứng lực, nội lực có khác lớn xét đến vị trí kết cấu sàn tổng thể kết cấu nhà Mô men uốn sàn có giá trị lớn sàn phía giảm dần sàn phía Như vậy, thực tế thiết kế cần xét đến ảnh hưởng hiệu ứng bậc hai dự ứng lực kết cấu sàn gây cho nội lực cột, vách Việc thiết lập mơ hình phân tích tính tốn kết cấu đứng (cột, vách) kết cấu ngang (dầm, sàn) cần thiết để đánh giá xác làm việc thực tế cấu kiện Tài liệu tham khảo [1] Ngô Đăng Quang: Kết cấu bê tông dự ứng lực NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội, 2016 [2] Phan Quang Minh: Sàn ứng lực trước NXB Xây dựng, Hà Nội, 2011 [3] Lê Bá Huế: Khung bê tơng cốt thép tồn khối, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà nội, 2011 [4] Tiêu chuẩn Việt Nam 2737-1995: tải trọng tác động, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà nội, 2006 [5] ACI318-14: Building Code Requirements for Structural Concrete, 2014 42 Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2019 ... chưa xét đến nghiên cứu Các mơ hình tầng, 10 tầng, 15 tầng 20 tầng xây dựng điều kiện biên để có đánh giá xác tổng quát 2.2 Kết nghiên cứu 2.2.1 Ảnh hưởng hiệu ứng dự ứng lực đến nội lực cột, vách... xây dựng tầng để thiết kế kết cấu sàn thỏa mãn yêu cầu cường độ cho sàn từ tầng trở lên KẾT LUẬN Bài báo mức độ ảnh hưởng hiệu ứng bậc hai dự ứng lực kết cấu sàn đến nội lực kết cấu cột, vách nhà. .. nhà nhiều tầng, cụ thể: hiệu ứng bậc hai sàn dự ứng lực làm tăng lực nén dọc trục cột Các cột bị ảnh hưởng nhiều so với cột biên Giá trị lực nén dọc trục cột tăng lên có giá trị nhỏ, 2% so với lực