NNT- KC BTCT DAC BIET- Chuong 2_ KET CAU MAI VO BTCT

25/10/2017 KẾT CẤU BTCT ĐẶC BIỆT NỘI DUNG Special Reinforced Concrete Structure Giới thiệu chung phân loại Phần 3: Mái vỏ trụ 2.1 Khái niệm cấu tạo KẾT CẤU MÁI VỎ BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.2 Phân loại 2.3 Đặc điểm cấu tạo 2.3 Phương pháp tính tốn mái vỏ trụ dài Mái vỏ trịn xoay TS Nguyễn Ngọc Thắng 3.1 Khái niệm DĐ: 0912 640 081 Email: thangnn@tlu.edu.vn 3.2 Nguyên tắc cấu tạo 3.3 Phương pháp tính tốn vỏ trịn xoay 1 GIỚI THIỆU CHUNG GIỚI THIỆU CHUNG Một số công trình có mái vỏ BTCT Một số cơng trình có mái vỏ BTCT Vỏ treo Yoyogi National Gymnasium Trạm thiên văn McDonnell in St Louis 25/10/2017 GIỚI THIỆU CHUNG GIỚI THIỆU CHUNG Một số công trình có mái vỏ BTCT Một số dạng mái vỏ thông dụng Mái vỏ trụ Nhà hát Opera, Valencia, Tây Ban Nha Palau de les Arts Reina Sofia, Valencia, Tây Ban Nha Mái vỏ cong hai chiều lồi Mái vỏ cong hai chiều yên ngựa GIỚI THIỆU CHUNG Ưu điểm kết cấu mái vỏ BTCT + Phù hợp với cơng trình có độ lớn + Trọng lượng thân nhẹ kết cấu khác nhịp + Hình dáng kiến trúc lạ, phong phú + Giảm chi phí vật liệu so với kết cấu phẳng + Độ bền cao, chi phí bảo quản thấp + Thốt nước mưa tốt mái + Ít bị ảnh hưởng lún không trụ đỡ + Chịu tải trọng động đất tốt Nhược điểm kết cấu mái vỏ BTCT Mái vỏ tròn xoay MÁI VỎ TRỤ 2.1 Khái niệm Mái vỏ trụ tạo thành từ mặt cong chiều tựa biên Trong có biên cong theo phương ngang gọi vách cứng (biên cứng) dầm biên theo phương dọc Cấu tạo chung mái vỏ trụ + Khó khăn thi công, xây lắp (ván khuôn, dàn giáo, đặt cốt thép, đổ bt…) + Đòi hỏi vốn đầu tư lớn 25/10/2017 MÁI VỎ TRỤ MÁI VỎ TRỤ 2.2 Phân loại mái vỏ trụ • • Theo cơng nghệ xây dựng + Vỏ trụ BTCT toàn khối + Vỏ trụ BTCT lắp ghép Theo sơ đồ chịu lực: + Mái vỏ trụ dài + Mái vỏ trụ ngắn + Mái vỏ trụ ngắn 2.3 Đặc điểm cấu tạo mái vỏ trụ • Dựa vào hình dáng vỏ trụ: vỏ trụ nhịp, vỏ trụ nhiều nhịp, vỏ trụ sóng vỏ trụ nhiều sóng… • • • • Nhịp thường l1 = 18 ÷ 36 m Chiều dài sóng l2 = 18 ÷ 24 m Thân vỏ chọn theo δ = (1/200 ÷ 1/300).l2 , thường có chiều dày 50-100 mm  δ ≥ 5cm với vỏ toàn khối  δ ≥ 3,5cm với vỏ lắp ghép f độ vồng mũi tên vỏ f ≥ l1 /10 f ≥ l2 /6 Các dạng mái vỏ trụ: a) vỏ nhịp b) vỏ nhiều nhịp c) vỏ nhiều sóng • MÁI VỎ TRỤ MÁI VỎ TRỤ 2.3 Đặc điểm cấu tạo mái vỏ trụ 2.3 Đặc điểm cấu tạo mái vỏ trụ Dầm biên có chiều rộng bd chiều cao hd – hd = (1/15÷1/20).l1 (khơng có cốt thép dự ứng lực) – bd = (0,2÷0,5) hd Một số dạng vách cứng vỏ trụ a) Dầm cong b) Vòm c) Dàn d) Khung cong Một số dạng tiết diện dầm biên 12 25/10/2017 MÁI VỎ TRỤ 2.3 Đặc điểm cấu tạo mái vỏ trụ MÁI VỎ TRỤ 2.4 Phương pháp tính mái vỏ trụ dài  Đặc điểm tính tốn mái vỏ trụ • Tải trọng : TLBT, lớp cấu tạo • Biến dạng gần giống dầm nhịp l1, mặt cắt cong • Dầm biên chịu uốn:  tiết diện ngang dầm biên coi không biến dạng  tiết diện ngang mái biến dạng đáng kể  ảnh hưởng lớn đến mô men uốn tác động theo phương sóng • TH l1/l2 bé ghi nhận thay đổi biến dạng dẫn đến sai số so với giả thiết tiết diện phẳng không biến dạng tải trọng kết cấu Ghi : 1) sườn dọc 2,3) Cửa trời Một số dạng cửa trời mái vỏ trụ a) Cửa trời dạng cưa b) Cửa trời MÁI VỎ TRỤ 2.4 Phương pháp tính mái vỏ trụ dài  Đặc điểm tính tốn mái vỏ trụ  Chia TH : • TH l1/l2 ≤ : Tính dầm BTCT nhịp l1 tiết diện cong • TH l1/l2 > : Tính thành mỏng đàn hồi (lý thuyết SBVL) MÁI VỎ TRỤ 2.4 Phương pháp tính mái vỏ trụ dài  Mái vỏ trụ dài có l1/l2 ≤ - Khi biến dạng tiết diện ngang mái vỏ trụ thì coi dầm BTCT nhịp l1 có tiết diện cong - Điều kiện áp dụng :  vỏ có nhiều sóng sóng đối xứng  tải trọng đối xứng nào, kể lực tập trung từ 1-5 t/d trực tiếp lên dầm biên, hd ≥ 1/25 l1  tác dụng trực tiếp lên sườn ngang, hs ≥ 1/40 l2  với sóng biên vỏ trụ nhiều sóng có l1/l2 ≥  với sóng vỏ trụ nhiều sóng có l1/l2 ≥ 25/10/2017 MÁI VỎ TRỤ MÁI VỎ TRỤ 2.4 Phương pháp tính mái vỏ trụ dài  Mái vỏ trụ dài có l1/l2 ≤ • Trạng thái cân giới hạn 2.4 Phương pháp tính mái vỏ trụ dài  Mái vỏ trụ dài có l1/l2 ≤ • Điều kiện cường độ tiết diện cung trịn là: Trong đó: Mmax: mơ men ngoại lực xác định dầm đơn giản 0.8: hệ số thực nghiệm điều kiện làm việc vật liệu tiết diện cong Rn: cường độ chịu nén bê tơng Ry: bán kính vỏ δ: chiều dày vỏ - Fa : tồn diện tích phần CT chịu kéo - θ1 : góc tâm nửa cung trịn - θp : góc tâm nửa cung tròn nằm vùng chịu nén - c : khoảng cách từ hợp lực CT chịu kéo tới tâm cung tròn tiết diện vỏ - δ : chiều dày bán kính vỏ d1 : khoảng cách từ hợp lực CT chịu kéo tới đỉnh dầm biên θp: góc tâm nửa cung vỏ nằm vùng chịu nén Ra: cường độ chịu kéo thép Fa: tồn diện tích tiết diện cốt thép chịu kéo c: khoảng cách từ hợp lực cốt thép chịu kéo tới tâm cung tròn tiết diện vỏ MÁI VỎ TRỤ MÁI VỎ TRỤ 2.4 Phương pháp tính mái vỏ trụ dài  Mái vỏ trụ dài có l1/l2 ≤ • Phương trình cân lực dọc: 2.4 Phương pháp tính mái vỏ trụ dài  Mái vỏ trụ dài có l1/l2 ≤ • Mơ - men uốn dọc theo phương sóng Xét dải vỏ bề rộng đơn vị Tải trọng q lực tiếp tuyến T T+ΔT PT cân : lực MM • Kết hợp với phương trình cân khả chịu uốn, ta có: Tính theo PP dần Tính Fa • Ứng suất tiếp vỏ đạt giá trị lớn gối tựa cứng, ứng suất xác định sau: 25/10/2017 MÁI VỎ TRỤ MÁI VỎ TRỊN XOAY 2.4 Phương pháp tính mái vỏ trụ dài  Mái vỏ trụ dài có nhịp dầm biên liên kết tự 3.1 Khái niệm Vỏ tròn xoay tạo đường sinh quay quanh trục thẳng đứng • Nội lực vỏ chủ yếu kéo nén trừ vùng biên có xuất MM  tính tốn vỏ theo lý thuyết phi MM • Giả thiết tính theo giai đoạn: Trục quay  Giai đoạn I: Giả thiết vỏ chất tải liên tục có cường độ q vách cứng khơng biến dạng dọc theo cạnh  Giai đoạn II: Tách vỏ khỏi dầm biên, nội lực vỏ khơng thay đổi, cịn dầm biên ứng suất tăng dọc theo đường tiếp xúc vỏ với dầm biên tạo lên lực dọc  Giai đoạn III: Vỏ chịu tải trọng lực tiếp tuyến vỏ dầm biên  Giai đoạn IV: Tải trọng đặt trực tiếp lên dầm biên • Điều kiện biến dạng : Mái vỏ tròn xoay MÁI VỎ TRÒN XOAY MÁI VỎ TRÒN XOAY 3.2 Nguyên tắc cấu tạo – Vỏ mái – Vành tựa – Vành tựa 3.2 Nguyên tắc cấu tạo f – Độ vồng D – Đường kính vành tựa • Mái vỏ panel lắp ghép: Chiều dày ≥ 35 mm - Lắp ghép theo phương kinh tuyến - Lắp ghép theo phương vĩ tuyến - vòng Tỷ số f/D không nhỏ 1/5 Sơ đồ cấu tạo vỏ mái tròn xoay 23 24 25/10/2017 MÁI VỎ TRÒN XOAY MÁI VỎ TRÒN XOAY 3.2 Nguyên tắc cấu tạo 3.2 Nguyên tắc cấu tạo • Mái vỏ đổ tồn khối • • • •  Chiều dày vỏ ≥ 1/600R ≥ 60 mm Tại vùng gần gối tựa đặt thép chịu lực MM cục BT tối thiểu #200 Thép vỏ CI, sườn, vành tựa : CII CIII CT vành tựa theo CK chịu kéo/nén tâm, lk hàn (đk 20-32mm) • CT đặt vào thớ trung hòa cho vùng phi mơ men 25 26 MÁI VỎ TRỊN XOAY  hd = (1/25 – 1/30) D (D – đường kính vành tựa dưới)  bd = (0,25 – 0,5) hd MÁI VỎ TRÒN XOAY 3.2 Nguyên tắc cấu tạo 3.3 PP tính tốn vỏ trịn xoay • CT ứng suất trước - Khi vành tựa chịu kéo lớn Chống nứt - Rãnh chờ CT UST 27 – Cốt thép UST 28 25/10/2017 MÁI VỎ TRÒN XOAY MÁI VỎ TRÒN XOAY Điều kiện cân hình chiếu trục đối xưng nội, ngoại lực tác dụng phần vỏ viết sau: Trong đó: r – bán kính tiết diện vịng Từ cơng thức (3) suy ra: Lực xơ ngang H, tính theo cơng thức: 29 30 MÁI VỎ TRÒN XOAY MÁI VỎ TRÒN XOAY Viết phương trình cân lực phân tố phương pháp tuyến bề mặt phân tố Chia vế biểu thức cho , ta có biểu thức: Như vậy, từ hai biểu thức (4) (7), xác định giá trị Trong đó: z – thành phần tải trọng bề mặt theo phương pháp tuyến với mặt vỏ nội lực N1, N2 điểm mặt vỏ Xét trường hợp thường gặp thực tế mặt trịn xoay, mái vỏ cầu (hình 3.7) Ta có R1=R2=R=const Thay vào biểu thức số 31 32 25/10/2017 MÁI VỎ TRỊN XOAY MÁI VỎ TRỊN XOAY Phương trình (7) trở thành: Thành phần tải trọng theo phương pháp tuyến tiết diện vịng ứng với góc chạy φ, bằng: Hợp lực toàn tải trọng tác dụng lên chỏm cầu phía bên tiết diện vịng là: Trong đó: a – chiều cao chỏm cầu; Sφ – diện tích bề mặt chỏm cầu; 33 34 MÁI VỎ TRÒN XOAY MÁI VỎ TRÒN XOAY Từ điều kiện hình học a=R(1-cosφ); r=Rsinφ sau thay vào cơng thức (4) (8) tìm biểu thức nội lực kinh tuyến N1 nội lực vòng N2: Biểu đồ nội lực N1 N2 theo biểu thức trên, mái vỏ hình bán cầu, trình bày hình 3.8 35 36 ... MÁI VỎ TRỤ MÁI VỎ TRỤ 2.2 Phân loại mái vỏ trụ • • Theo cơng nghệ xây dựng + Vỏ trụ BTCT tồn khối + Vỏ trụ BTCT lắp ghép Theo sơ đồ chịu lực: + Mái vỏ trụ dài + Mái vỏ trụ ngắn + Mái vỏ trụ ngắn... Mái vỏ cong hai chiều lồi Mái vỏ cong hai chiều yên ngựa GIỚI THIỆU CHUNG Ưu điểm kết cấu mái vỏ BTCT + Phù hợp với cơng trình có độ lớn + Trọng lượng thân nhẹ kết cấu khác nhịp + Hình dáng kiến... mái + Ít bị ảnh hưởng lún khơng trụ đỡ + Chịu tải trọng động đất tốt Nhược điểm kết cấu mái vỏ BTCT Mái vỏ tròn xoay MÁI VỎ TRỤ 2.1 Khái niệm Mái vỏ trụ tạo thành từ mặt cong chiều tựa biên Trong