Phân tích và tính toán sàn bê tông cốt thép bằng phương pháp yield line nghiên cứu khoa học

TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN CẤP TRƢỜNG PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TỐN SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP BẲNG PHƢƠNG PHÁP YIELD LINE Thuộc nhóm ngành khoa học: Bê tơng Cốt thép Tp Hồ Chí Minh, Tháng 3, Năm 2015 TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN CẤP TRƢỜNG PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TỐN SÀN BÊ TƠNG CỐT THÉP BẲNG PHƢƠNG PHÁP YIELD LINE Thuộc nhóm ngành khoa học: Xây Dựng Sinh viên thực hiện: Phạm Toàn Uy Nam Dân tộc: Kinh Lớp: XD10A4 khoa: Xây Dựng – Điện Năm thứ: Số năm đào tạo: 4.5 Ngành học: Xây Dựng Ngƣời hƣớng dẫn: Ths Lê Thanh Cƣờng Tp Hồ Chí Minh, Tháng 3, Năm 2015 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 10 I TỒNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 10 II MỤC TIÊU ĐỀ TÀI, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 10 III PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐƢỜNG CHẢY DẺO YIELD LINE METHOD 11 1.1 Lịch sử hình thành 11 1.2 Lý thuyết đƣờng chảy dẻo ? 11 1.2.1 Cơ chế hình thành đƣờng chảy dẻo 12 1.2.2 Phạm vi áp dụng phƣơng pháp đƣờng chảy dẻo – Yield Line 13 1.2.3 Quy luật để xác định đƣờng chảy dẻo 14 1.2.4 Tính tốn tải trọng cho phƣơng pháp đƣờng chảy dẻo 15 CHƢƠNG 2: CÁC DẠNG BÀI TẬP ỨNG DỤNG CHO PHƢƠNG PHÁP YIELD LINE 19 2.1 Tính tốn loại sàn phƣơng pháp công ảo dạng tổng quát 19 2.1.1 Tính tốn sàn phƣơng 19 2.1.2 Tính tốn làm việc phƣơng 26 2.2 Tính tốn loại sàn phƣơng pháp công ảo dạng cụ thể cho loại ô 34 2.2.1 Tính tốn sàn phƣơng 34 2.2.2 Tính tốn sàn liên tục 35 CHƢƠNG 3: MỘT SỐ CƠNG TRÌNH ÁP DỤNG LÝ THUYẾT YIELD LINE ĐỂ TÍNH TỐN 73 3.1 Cơng trình One Warrington Gardens, London W9 73 3.2 Cơng trình St John’s Wood Road, London NW8 74 3.3 Cơng trình Tổng hành dinh Nokia Camberley 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 I Kết luận 76 II Kiến nghị 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 Mẫu SV-06 Thông tin kết nghiên cứu đề tài BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Phân tích tính tốn sàn bê tơng cốt thép phƣơng pháp Yield Line - Sinh viên thực hiện: Phạm Toàn Uy - Lớp: XD10A4 Khoa: Xây dựng Điện Năm thứ: Số năm đào tạo: 4.5 - Sinh viên thực hiện: Trần Huy Duẩn - Lớp: XD10A3 Khoa: Xây dựng Điện Năm thứ: Số năm đào tạo: 4.5 - Ngƣời hƣớng dẫn: Ths Lê Thanh Cƣờng Mục tiêu đề tài: Nắm đƣợc phƣơng pháp tính tốn Yield Line việc ứng dụng phƣơng vào tính tốn loại sàn Tính sáng tạo: Đƣa cơng thức tính tốn cụ thể cho loại ô bản, so sánh kết tính tốn với phƣơng pháp đàn hồi Kết nghiên cứu: Đƣa đƣợc phƣơng pháp tính tốn Yield Line ứng dụng phƣơng pháp vào tính tốn Đóng góp mặt kinh tế - xã hội, giáo dục đào tạo, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Góp phần đƣa phƣơng pháp đến gần cho bạn sinh viên kỹ sƣ việt nam Công bố khoa học sinh viên từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): Ngày tháng năm Sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài (ký, họ tên) Nhận xét ngƣời hƣớng dẫn đóng góp khoa học sinh viên thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): Ngày tháng Xác nhận đơn vị Ngƣời hƣớng dẫn (ký tên đóng dấu) (ký, họ tên) năm Mẫu SV-07 Thông tin sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM THƠNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI I SƠ LƢỢC VỀ SINH VIÊN: Ảnh 4x6 Họ tên: Phạm Toàn Uy Sinh ngày: 15 tháng 11 năm 1992 Nơi sinh: Tam – Phú Q – Bình thuận Lớp: XD10A4 Khóa: 2010 Khoa: Xây Dựng – Điện Địa liên hệ: 49/2/59 Đƣờng 51 – Quận Gò Vấp Điện thoại: 01203834242 Email: Toanuydhm@yahoo.com II Q TRÌNH HỌC TẬP (kê khai thành tích sinh viên từ năm thứ đến năm học): * Năm thứ 1: Ngành học: Xây Dựng Khoa: Xây Dựng – Điện Kết xếp loại học tập: Khá Sơ lƣợc thành tích: Học tập * Năm thứ 2: Ngành học: Xây Dựng Khoa: Xây Dựng – Điện Kết xếp loại học tập: Khá Sơ lƣợc thành tích: Nhận học bổng khoa * Năm thứ 3: Ngành học: Xây Dựng Khoa: Xây Dựng – Điện Kết xếp loại học tập: Khá Sơ lƣợc thành tích: Nhận học bổng khoa * Năm thứ 4: Ngành học: Xây Dựng Khoa: Xây Dựng – Điện Kết xếp loại học tập: Khá Sơ lƣợc thành tích: Nhận học bổng khoa Ngày Xác nhận đơn vị (ký tên đóng dấu) tháng năm Sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài (ký, họ tên) Mẫu SV-07 Thông tin sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI I SƠ LƢỢC VỀ SINH VIÊN: Ảnh 4x6 Họ tên: Trần Huy Duẩn Sinh ngày: 21 tháng 08 năm 1992 Nơi sinh: Phong Thủy – Lệ Thủy – Quảng Bình Lớp: XD10A3 Khóa: 2010 Khoa: Xây Dựng – Điện Địa liên hệ: 49/2/59 Đƣờng 51 – Quận Gị Vấp Điện thoại: 01287660647 Email: huyduan1992@yahoo.com II Q TRÌNH HỌC TẬP (kê khai thành tích sinh viên từ năm thứ đến năm học): * Năm thứ 1: Ngành học: Xây Dựng Khoa: Xây Dựng – Điện Kết xếp loại học tập: Khá Sơ lƣợc thành tích: Học tập * Năm thứ 2: Ngành học: Xây Dựng Khoa: Xây Dựng – Điện Kết xếp loại học tập: Khá Sơ lƣợc thành tích: Nhận học bổng khoa * Năm thứ 3: Ngành học: Xây Dựng Khoa: Xây Dựng – Điện Kết xếp loại học tập: Khá Sơ lƣợc thành tích: Nhận học bổng khoa * Năm thứ 4: Ngành học: Xây Dựng Khoa: Xây Dựng – Điện Kết xếp loại học tập: Khá Sơ lƣợc thành tích: Nhận học bổng khoa Ngày Xác nhận đơn vị (ký tên đóng dấu) tháng năm Sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài (ký, họ tên) MỞ ĐẦU I TỒNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Trong xã hội đại ngày nay, toàn nhà cao ốc ngày có xu hƣớng phát triển tốc độ quy mô xây dựng Do việc tìm kiếm phƣơng pháp tính tốn đơn giản, linh hoạt, đảm bảo tính kinh tế địi hỏi mang tính tất nhiên, xuất phƣơng pháp Yield line method giải pháp thật hữu hiệu cho xu Yield line method tập trung vào việc xác định giới hạn cuối để cấu kiện bị phá hoại ( chủ yếu sàn) từ đƣa cơng thức tính tốn để đảm bảo lƣợng thép đặt vào cấu kiện đủ để đảm bảo an toàn Đồng thời việc xác định, tính tốn theo phƣơng pháp đơn giản, trực quan dùng cơng thức tính tay để tính tốn mà khơng cần đến hỗ trợ máy tính, Yield line method thật công cụ hỗ trợ hữu ích cho kĩ sƣ xây dựng Trong đề tài nghiên cứu tập trung vào việc tính tốn phƣơng pháp Yield line áp dụng cho loại sàn bê tơng cốt thép, sau so sánh kết với phƣơng pháp trạng thái giới hạn thứ (TTGH1) để tìm ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp Yield line, đồng thời xây dựng quy trình tính tốn cụ thể cho số loại sàn bê tơng cốt thép thông dụng phƣơng pháp Yield line II MỤC TIÊU ĐỀ TÀI, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nắm đƣợc kiến thức phƣơng pháp thiết kế đƣờng chảy dẻo (Yield Line Design) áp dụng tính tốn cụ thể cho số loại sàn bê tơng cốt thép thơng dụng với hình dạng khác Đánh giá đƣợc ƣu nhƣợc điểm, tính tồn diện phƣơng pháp “Yield Line” so với phƣơng pháp thông thƣờng, đề phƣơng án thiết kế cấu kiện cách hiệu 10 Hình 2.17 – Mặt bố trí thép sàn  Bố trí thép sàn theo Yield Line Hình 2.18 – Mặt bố trí thép sàn 63 TRƯỜNG HỢP 2: Hình 2.19 – Sơ đồ ô sàn Tải trọng tác dụng lên ô bản: Loại sàn Các lớp cấu tạo Sàn thông δ (m) gstc γ(kN/m ) (kN/m2) n gstt (kN/m2) Gạch ceramic 0.01 20 0.2 1.1 0.22 Vữa lót 0.02 18 0.36 1.3 0.468 Bản BTCT 0.20 25 1.1 5.5 0.015 18 0.27 1.3 0.351 thƣờng Vữa trát Tổng tĩnh tải tính toán 6.539 Bảng 2.11 - Tải trọng lớp cấu tạo Hoạt tải sàn ptt = ps x np = x 1.2 = 2.4 kN/m2  Tải trọng tác dụng lên ô sàn : qtt = gtt + ptt = 6.539 + 2.40 = 8.94 kN/m2 Cách 1: Tính tốn theo sơ dồ đàn hồi 64 Ta có: Quy đổi tải trọng tƣờng: Tổng tải tác dụng lên ô là: => Bản kê cạnh Bản thuộc số Ơ sàn Moment a ho KNm (mm) (mm) α ξ Cốt thép chọn As cm2/m Ф @ As M1 20.41 32 168 0.05 0.051 4.45 12 200 5.65 0.34 M2 14.13 32 168 0.035 0.035 3.06 12 200 5.65 0.34 MI 46.43 32 168 0.113 0.121 10.5 14 140 11 0.65 MII 23.23 32 168 0.079 0.082 7.14 12 150 7.54 0.45 S1 Bảng 2.12 – Tính tốn thép cho Tính tốn kiểm tra tƣơng tự nhƣ ví dụ ta có kết nhƣ bảng Cách 2: Tính tốn ô theo Yield Line Hình 2.13 – Sơ đồ Yield Line Ta có n = qtt = 8.94 kN/m2 a= L1 = 7.5 m b= L2 = m Pa = 0; Pb = Trọng lƣợng tƣờng= 6.336 kN/m ( Tải trọng phân bố theo dải) i1 = i2 = i3 = i4 = 65 Chọn Hình 2.20 – Sơ đồ đƣờng Yield Line √ √ √ √ √ √ √ √ Với br = 7.46 ta có √ √ ( ) ( ) 66 ( ( ) ( ( ) ) ) Xác định đƣờng Yield Line √ ( ) √ ( ) ( ) ( ) √ ( ) √ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) √ √ ( ) √ √ ( ) Hình 2.21 – Sơ đồ chiều dài đƣờng Yield Line Tính tốn cốt thép cho ô bản: 67  Với m= 19.61 kNm  Hệ số điều kiện làm việc bê tông:  b2   Chiều cao làm việc tiết diện: ho = h-a = 200 – 32 = 168 mm  Tính giá trị m M γb2 Rb bh20 = theo công thức: *100 1*145*10 *1*0.1  Tra bảng phụ lục E.2 TCXDVN 5574: 2012 ứng với bê tơng cấp B25, cốt thép nhóm A-I: γb2 = => ξR = 0.618, αR = 0.427  Vì αm = 0.048 < αR = 0.427 không cần đặt cốt thép chịu nén (đặt cốt đơn) Tính ξ=1-√1-2αm =1-√1-(2*0.0 As  )=0.0  b Rbbh0 0,049*1*145*104 *1*0,168   4.26cm2 Rs 2800 Chọn bố trí 12a200  Aschọn =5.65 cm2 - Kiểm tra lại hàm lƣợng cốt thép: =0.1 ξR γb2 Rb 0.618*1*145 { = = = max Rs = ` As bh0 *100= =0.1 1000*1 ≤ =0.3 *100=0.34 ≤3.2 => thỏa Vậy chọn bố trí 12a200 nhịp gối  Bố trí cốt thép cho sàn:  Bố trí thép sàn theo sơ đồ đàn hồi: 68 Hình 2.22 – Mặt bố trí thép sàn  Bố trí thép sàn theo Yield Line: Hình 2.23 – Mặt bố trí thép sàn 69 2.2.3.3 Tính tốn cho phƣơng, liên kết tựa đơn bốn cạnh – tính tốn, so sánh hai trƣờng hợp: sàn có lỗ mở sàn khơng có lỗ mở Ví dụ 4: Cho ô sàn tựa đơn bốn cạnh dày 250 mm, có kích thƣớc 7x9 m có lỗ mở với kích thƣớc 2x3m thể nhƣ hình vẽ, có tải trọng lớp hồn thiện 1.5 KN/m2 Bê tơng C30, thép bố trí sàn nhƣ hình vẽ gồm thép dƣới Φ12@150 theo phƣơng cạnh ngắn, Φ12 @200 theo phƣơng cạnh dài Lớp bê tông bảo vệ 20 mm Yêu cầu: tính hoạt tải mà sàn có lỗ mở chịu đựng đƣợc  Trƣờng hợp 1: tính hoạt tải sàn đảm bảo an toàn sàn chƣa có lỗ mở Tải trọng tác dụng: - Tĩnh tải thân sàn: p = 0.25*24 = (KN/m2) - Tổng tải trọng: P = p+ 1.5 = + 1.5 = 7.5 (KN/m2) Chiều cao tính tốn sàn: 70 h0 = d = 250 – 20- 12 = 218 (mm) Theo tiê chuẩn BS 8110-97 ta có cơng thức tính diện tích tiết diện chịu uốn As = Trong đó:  f = fy/γm = 460/1.05 = 438 (N/mm2) - fy = 460 (N/mm2) độ bền thép có giới hạn chảy dẻo cao ( bảng 3.1 tiêu chuẩn BS8110 -97) Đối với cốt thép Φ12@150 ta có: As = 754 (mm2)  As =  754 = => m = 68395189 (Nmm) = 68.4 (KNm) Đối với cốt thép Φ12@200 ta có: As = 566 (mm2)  As =  566 = => m = 51341745 (Nmm) = 51.3(KNm) 71 Ta thực hiên nguyên ly công ảo, cân lực: E=D W    m ui i i l un n oj j Trong đó: E = 2*n*0.5*7*3.15* +2*n*0.5*6.3*3.5* + 2*2.7*3.5* = 24.15n D = 2*m* *9 + 2* m* *7 = 5.14m+4.44 m = 5.14*68.4 + 4.44*51.3 = 579.35 E =D  24.15n = 579.35 => n = 24 (KN/m2) Trường hợp: xét lỗ hổng 72 E=D W    m ui i i l un n oj j Trong đó: E = 2*n*0.5*7*3* +2*n*0.5*3*2* + n*5*3* +2*n*0.5*5*3* = 21.5n D = 2*m* *3 + m* *6 + 2* m* *7 = 4.2m+ 4.67 m = 4.2*68.4 + 4.67*51.3 = 526.85 E =D  21.5n = 526.85 => n = 24.5 (KN/m2) CHƢƠNG 3: MỘT SỐ CƠNG TRÌNH ÁP DỤNG LÝ THUYẾT YIELD LINE ĐỂ TÍNH TỐN 3.1 Cơng trình One Warrington Gardens, London W9 Đây cao ốc, với hai tầng hầm đỗ xe, tầng có dãy phịng, sàn dày 250 mm, kích thƣớc nhịp m, sàn đƣợc thiết kế phƣơng pháp Yield Line, tầng hầm đƣợc làm sàn chuyển đƣợc thiết kế phƣơng pháp Yeild Line 73 3.2 Cơng trình St John’s Wood Road, London NW8 Cơng trình có chiều dày sàn 250 mm, sàn thƣợng tầng, sàn chuyển móng bè cơng trình đƣợc thiết kế phƣơng pháp Yeild Line 74 3.3 Cơng trình Tổng hành dinh Nokia Camberley Cơng trình Tổng hành dinh Nokia, cơng trình gồm ba tầng, có hai sàn treo bê tông cốt thép, khoảng cách cột đỡ sàn 9.5 m, Sàn phẳng cơng trình đƣợc thiết kế phƣơng pháp Yield Line, 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết luận Trong nghiên cứu thể đƣợc kiến thức đƣờng chảy dẻo – Yield Line, cho thấy nguyên lý hình thành phát triển đƣờng chảy dẻo Thực áp dụng phƣơng pháp đƣờng chảy dẻo – Yield Line Method để tính tốn thiết kế loại sàn phƣơng pháp đƣờng chảy dẻo, đồng thời so sánh phƣơng pháp với phƣơng pháp đàn hồi Đƣa công thức thực hành, áp dụng cụ thể cho loại ô sàn, để thuận tiện cho trình tính tốn đơn giản Trong nghiên cứu chƣa thể đƣợc việc áp dụng tính tốn, kiểm tra cho cơng trình cụ thể, lý thiếu kinh nghiệm thực tế, khơng có khả thực thí nghiệm cho cơng trình cụ thể để đƣa đƣờng chảy dẻo xác cho cơng trình Vì khơng có liệu để thực tính tốn 76 II Kiến nghị Phƣơng pháp Yield Line nên đƣợc dùng để kiểm tra đánh giá cơng trình Phƣơng pháp Yield Line chƣa có phần mềm cụ thể đánh giá xác đƣờng chảy dẻo phần tử thiết kế, việc xác định đƣờng chảy dẻo chủ yếu dựa vào kinh nghiệm kĩ sƣ xây dựng thí nghiệm thực tế nên việc ứng dụng để thiết kế cách xác cịn nhiều hạn chế, việc thực nghiên cứu, phát triển phần mềm để đánh giá đƣờng chảy dẻo cho cơng trình vấn đề cần đƣợc quan tâm Việc tính tốn theo phƣơng pháp đƣờng chảy dẻo – Yield Line Method nên đƣợc thực kĩ sƣ có kinh nghiệm, có khả đánh giá hết trƣờng hợp xuất đƣờng chảy dẻo đƣa kết tính tốn tối ƣu TÀI LIỆU THAM KHẢO - Numerial Yield Analysis – D Bauer and R.G Redwood - Analysis and Design of Slab – Dr Colin Caprani - Pratical Yield Line Design – Gerard Kennedy MSc(Eng), CEng, MICE and Charles Goodchild BSc, CEng, MCIOB, MIStructE - Yield Line Theory - Oral Buyukozturk - Yield Line Analysis Of Slabs With Covered Openings – Phillip C.Wager 77 ... ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN CẤP TRƢỜNG PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TỐN SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP BẲNG PHƢƠNG PHÁP YIELD LINE Thuộc nhóm ngành khoa. .. DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Phân tích tính tốn sàn bê tông cốt thép phƣơng pháp Yield Line - Sinh viên thực hiện:... trợ máy tính, Yield line method thật công cụ hỗ trợ hữu ích cho kĩ sƣ xây dựng Trong đề tài nghiên cứu tập trung vào việc tính tốn phƣơng pháp Yield line áp dụng cho loại sàn bê tơng cốt thép,