6. Bố cục của luận văn
2.5 Tính toán dầm bêtông cốt thép theo các tiêu chuẩn
2.5.1 T nh toán dầ bê tông cốt thép theo TCVN 5574-2018
Nguyên tắc chung
Cấu kiện bê tông cốt thép phải đƣợc tính toán trên tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện và tiết diện nghiêng với trục dọc cấu kiện theo hƣớng nguy hiểm nhất. Khi có mô men xoắn cần kiểm tra độ bền tiết diện không gian đƣợc giới hạn bởi các vết nứt dạng xoắn ở vùng chịu kéo theo hƣớng nguy hiểm nhất có thể xảy ra. Ngoài ra, cần tính toán cấu kiện chịu các tác dụng cục bộ của tải trọng (nén cục bộ, nén thủng, giật đứt).
Khi có cốt thép căng không bám d nh, t nh toán kết cấu theo độ bền tiến hành theo chỉ dẫn riêng.
Tính toán theo tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện
Nội lực tới hạn trên tiết diện thẳng góc cần xác định từ các giả thiết sau - Bỏ qua khả năng chịu kéo của bê tông;
- Khả năng chịu nén của bê tông là ứng suất, lấy bằng Rb, đƣợc phân bố đều trên vùng chịu nén;
- Biến dạng (ứng suất) trong cốt thép đƣợc xác định phụ thuộc vào chiều cao vùng chịu nén của bê tông và có xét đến biến dạng (ứng suất) do ứng lực trƣớc.
- Ứng suất kéo trong cốt thép đƣợc lấy không lớn hơn cƣờng độ chịu kéo tính toán Rs.
- Ứng suất nén trong cốt thép đƣợc lấy không lớn hơn cƣờng độ chịu nén tính toán Rsc.
Khi ngoại lực tác dụng trong mặt phẳng đi qua trục đối xứng của tiết diện và cốt thép đặt tập trung theo cạnh vuông góc với mặt phẳng đó, việc tính toán tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện cần đƣợc tiến hành phụ thuộc vào sự tƣơng quan giữa giá trị chiều cao tƣơng đối của vùng chịu nén của bê tông ξ = x/h0, đƣợc xác định từ các điều kiện cân bằng tƣơng ứng và giá trị chiều cao tƣơng đối vùng chịu nén của bê tông ξR, tại thời điểm khi trạng thái giới hạn của cấu kiện xảy ra đồng thời với việc ứng suất trong cốt thép chịu kéo đạt tới cƣờng
độ tính toán Rs, có kể đến các hệ số điều kiện làm việc tƣơng ứng, ngoại trừ hệ số
γs6.
Giá trị ξR đƣợc xác định theo công thức
ξR = 1 + ω σ sc ,u 1,1 (2.1) Trong đó
ω là đặc trƣng vùng chịu nén của bê tông, xác định theo công thức
ω = α - 0,008 Rb (2.2)
Ở đây
α là hệ số đƣợc lấy nhƣ sau + Đối với bê tông nặng 0,85
+ Đối với bê tông hạt nhỏ nhóm A 0,80 nhóm B, C 0,75
+ Đối với bê tông nhẹ, bê tông tổ ong và bê tông rỗng 0,80
Đối với các loại bê tông đƣợc chƣng áp (bê tông nặng, bê tông nhẹ, bê tông rỗng), hệ số α lấy giảm 0,05;
Rb tính bằng megapascan (MPa);
σsR là ứng suất trong cốt thép (MPa), đối với cốt thép
+ Có giới hạn chảy thực tế CI, A-I, CII, A-II, CIII, A-III, A-IIIв, Bp-I
σsR = Rs - σsp ;
+ Có giới hạn chảy quy ƣớc CIV, A-IV, A-V, A-VI và Aт-VII
σsR = Rs + 400 - σsp - ∆σsp ; + Cƣờng độ cao dạng sợi và cáp B-II, Bp-II, K-7, K-19
σsp = Rs + 400 - σsp , khi đó (∆σsp = 0); Ở đây
Rs là cƣờng độ chịu kéo tính toán có kể đến các hệ số điều kiện làm việc tƣơng ứng
γsi, ngoại trừ γs6
σsp là đƣợc lấy với γsp < 1
σsc,u là ứng suất giới hạn của cốt thép ở vùng chịu nén, đƣợc lấy nhƣ sau a) Đối với cấu kiện làm từ bê tông nặng, bê tông hạt nhỏ, bê tông nhẹ tùy thuộc vào các yếu tố nêu trong Bảng 15 TCNV 5574-2018
+ Với loại tải trong tác dụng nhƣ tại 2a 500 MPa + Với loại tải trong tác dụng nhƣ tại 2b 400 MPa
b) Đối với kết cấu làm từ bê tông rỗng và bê tông tổ ong, trong mọi trƣờng hợp tải trọng đều lấy bằng 400 MPa. Khi tính toán kết cấu trong giai đoạn nén trƣớc giá trị σsc,u = 330 MPa.
Giá trị ξR đƣợc xác định theo công thức (2.1) đối với các cấu kiện làm từ bê tông tổ ong cần phải lấy không lớn hơn 0,6.
Khi t nh toán theo độ bền cấu kiện bê tông cốt thép sử dụng cốt thép cƣờng độ cao (có giới hạn chảy quy ƣớc) nhóm CIV, A-IV, A-V, A-VI, Aт-VII, B-II, K-7 và K-19, khi tuân thủ điều kiện ξ < ξR, cƣờng độ chịu kéo của cốt thép Rs
cần đƣợc nhân với hệ số γs6 đƣợc xác định theo công thức
γs6 = η - (η -1) (2 ξ
ξ R
-1) ≤ η (2.3)
Trong đó
η là hệ số, lấy đối với loại cốt thép nhóm + CIV, A-IV 1,20
+ A-V, B-II, Bp-II, K-7, K-19 1,15 + A-VI, Aт-VII 1,10
Đối với trƣờng hợp chịu kéo đúng tâm, cũng nhƣ kéo lệch tâm do lực dọc đặt ở giữa các hợp lực trong cốt thép, giá trị γs6 đƣợc lấy bằng η.
Khi mối nối hàn nằm ở vùng cấu kiện có mô men uốn vƣợt quá 0,9Mmax
(Mmax là mô men tính toán lớn nhất), giá trị hệ số γs6 đối với cốt thép nhóm CIV, A-IV, A-V lấy không lớn hơn 1,1; đối với cốt thép nhóm A-VI và Aт-VII lấy không lớn hơn 1,05.
Hệ số γs6 không kể đến đối với các cấu kiện - Đƣợc tính toán chịu tải trọng lặp;
- Đƣợc bố trí cốt thép bằng các sợi thép cƣờng độ cao đặt sát nhau (không có khe hở);
- Đƣợc sử dụng trong môi trƣờng ăn mòn.
Đối với cốt thép căng đƣợc đặt ở vùng chịu nén, khi chịu tác dụng của ngoại lực hoặc ở giai đoạn nén trƣớc, cƣờng độ chịu nén tính toán Rsc cần đƣợc thay bằng ứng suất σsc = σsc,u - σ'sp (MPa) nhƣng không lớn hơn Rsc, trong đó σ'sp
đƣợc xác định với hệ số γsp > 1
2.5.1.1 Cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật, chữ T
Đối với các tiết diện chữ nhật của cấu kiện chịu uốn nêu trong Hình 2.25, x
0
M ≤ Rbbx (h0 - 0,5x) + RscA's (h0 - a')
Trong đó, chiều cao vùng chịu nén x đƣợc xác định từ điều kiện RsAs - RscA's = Rbbx
(2.4)
(2.5)
(Nguồn TCVN 5574 2018, Kết c u bê tông và bê tông cốt thép-Tiêu chuẩn thiết
kế)
Hình 2.25 ơ đồ nộ lự v ểu đồ ứn su t tr n t ết d n t ẳn ó vớ trụ dọ
u k n tôn ốt t ép ịu uốn k t n to n t eo độ ền
Việc tính toán tiết diện có cánh nằm trong vùng chịu nén khi ξ = x/h0 ≤ ξR
cần đƣợc tiến hành tùy thuộc vào vị trí của biên vùng chịu nén
a) Nếu biên vùng chịu nén đi qua cánh (Hình 2.26a), nghĩa là thỏa mãn điều kiện
RsAs ≤ Rbb'fh'f + RscA's (2.6)
Thì việc t nh toán đƣợc thực hiện nhƣ đối với tiết diện chữ nhật có bề rộng b't.
b) Nếu biên vùng chịu nén đi qua bụng dầm (Hình 2.26) nghĩa là không tuân theo điều kiện (2.7), thì việc tính toán thực hiện theo điều kiện
M ≤ Rbbx (h0 – 0,5x) + Rb (b’f – b)h’f (h0 – 0,5h’f) + RscA’s (h0 – a’) (2.7) Trong đó, chiều cao bê tông vùng chịu nén x đƣợc xác định từ điều kiện
RsAs – RscA’s = Rbbx + Rb (b’f –b)h’f (2.8) Giá trị b'f dùng để t nh toán đƣợc lấy từ điều kiện bề rộng mỗi bên cánh,
tính từ mép bụng dầm không đƣợc lớn hơn 1/6 nhịp cấu kiện và lấy b'f không lớn hơn
- Khi có sƣờn ngang hoặc khi h'f ≥ 0,1h 1/2 khoảng cách thông thủy giữa các sƣờn dọc;
- Khi không có sƣờn ngang hoặc khi khoảng cách giữa chúng lớn hơn khoảng cách giữa các sƣờn dọc, h'f < 0,1 h 6h'f;
- Khi cánh có dạng công xôn + Trƣờng hợp h'f ≥ 0,1h 6h'f
+ Trƣờng hợp 0,05h ≤ h'f < 0,1h 3 h'f
+ Trƣờng hợp h'f < 0,05 h cánh không kể đến trong tính toán.
a - ở cánh; b - ở bụng
(Nguồn TCVN 5574 2018, Kết c u bê tông và bê tông cốt thép-Tiêu chuẩn thiết kế)
Hình 2.26 Vị tr n vùn ịu nén tr n t ết d n ủa u k n tôn ốt t ép ịu uốn
Khi t nh toán theo độ bền cấu kiện chịu uốn nên tuân theo điều kiện x ≤
ξRh0. Trƣờng hợp nếu diện tích cốt thép chịu kéo đặt theo yêu cầu cấu tạo hoặc từ tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ hai đƣợc lấy lớn hơn so với cốt thép yêu cầu để tuân theo điều kiện x ≤ ξRh0, thì cần tiến hành tính toán theo các công thức dùng cho trƣờng hợp tổng quát.
Nếu kết quả tính toán từ công thức (2.5) hoặc (2.8) cho thấy x > ξRh0, cho phép t nh toán theo các điều kiện (2.5) và (2.6), khi đó chiều cao vùng chịu nén tƣơng ứng đƣợc xác định từ các công thức Trong đó σsAs - RscA's = Rsbx σsAs - RscA's = Rbbx + Rb (b'f - b) h'f (2.9) (2.10) σs = 0,2 + ξ R σ R s Rs (2.11) ở đây
ξ = x/h0 (x đƣợc tính với giá trị Rs có kể đến các hệ số điều kiện làm việc tƣơng ứng của cốt thép).
σsp - đƣợc xác định với hệ số γsp > 1,0.
Đối với cấu kiện làm từ bê tông cấp B30 và thấp hơn có cốt thép không căng nhóm CI, A-I, CII, A-II, CIII, A-III và Bp-I, khi x > ξRh0 cho phép tính theo điều kiện (2.5) và (2.7), trong đó thay vào giá trị x = ξRh0.
2.6 Tóm tắt chƣơng 2
Tóm lại, bê tông sử dụng cốt liệu từ bê tông tái chế có các tính chất cơ học và độ bền lâu đều giảm so với bê tông thƣờng. Tuy nhiên các tính chất này có thể đƣợc cải thiện theo thời gian bảo dƣỡng hoặc sử dụng các biện pháp nâng cao chất lƣợng bê tông nhƣ tối ƣu thành phần bê tông; xử lý bề mặt hạt nhằm tăng độ đặc và cƣờng độ hạt cốt liệu bê tông tái chế; sử dụng phụ gia khoáng (tro bay nhiệt điện, silicafume, mê ta cao lanh). Vì vậy luận văn này cần tiếp tục nghiên cứu đánh giá hiệu quả của các biện pháp này.
Chƣơng 3 THỰC NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC CHỊU UỐN CỦA DẦM BTCT, CÓ SỬ DỤNG MỘT PHẦN CỐT LIỆU TỪ BÊ TÔNG CŨ
3.1 Thiết kế ẫu th nghiệ 3.1.1 Thiết kế c p phối bê tông
Trên cơ sở Quyết định số 1329/QĐ-BXD ngày 19/12/2016 của Bộ Xây dựng công bố định mức sử dụng vật liệu trong xây dựng. Tại mã hiệu 11.12222, ta đƣợc cấp phối bê tông nhƣ sau
B ng 3.1 C p phối bê tông cho 01m3 bê tông với cốt li u tự nhiên
3.1.2 Chuẩn bị ẫu th nghiệ
(N uồn T ả n n ứu)
3.1.2.1 Ván khuôn
Ván khuôn đƣợc làm bằng gỗ ép dày 20 mm kết hợp với hệ sƣờn theo Hình 3.1. Ván khuôn đƣợc cắt, ghép đúng quy cách, đảm bảo k ch thƣớc dầm 80x150x1200 (mm). Tại những vị tr ghép đƣợc phun keo silicon (APOLLO SILICONE SEALANT A-300) để đảm bảo ván khuôn đƣợc bịt kín ở mọi góc cạnh. Sau khi hoàn thành, ván khuôn đƣợc vệ sinh và quét một lớp dầu mỏng lên mặt trong để giúp cho quá trình tháo ván khuôn đƣợc dễ dàng. Cốt thép đƣợc cắt bằng cƣa cho đúng yêu cầu k ch thƣớc và buộc bằng dây thép.
(N uồn T ả n n ứu)
Hình 3.1 C uẩn ị v n k uôn v uộ ốt thép
Lo i mác bê tông Xi măng (kg) á (kg) Cát (kg) Nước (lít) Phụ gia (lít) ộ sụt thiết kế (cm) M200 293 1173 662 195 0 6-8
3.1.2.2 Cốt thép Sử dụng thép là D10 (thép vằn) và D6 (thép trơn) (N uồn T ản n ứu) Hình 3.2 V t l u ốt thép D10 3.1.2.3 Strain Gages (N uồn T ả n n ứu) Hình 3.3 Cảm 3.2 Công tác thí nghiệm ến Strain Gages 3.2.1 Thiết kế dầ th nghiệ
Đúc dầm bê tông cƣờng độ cao cốt thép tiết diện hình chữ nhật có kích thƣớc 80 x 150x 1200 (mm).
Bố trí cốt thép gồm cốt thép chịu lực D10, cốt thép đai D6 với khoảng cách 150mm; lớp bê tông bảo vệ 20mm; dầm chịu uốn tại 1 điểm giữa dầm.
(N uồn T ả n n ứu)
Hình 3.4 ơ đồ mặt ắt n an d m t n m t ép
- Tỉ lệ thay thế đá 1x2 (cốt liệu tự nhiên) bằng cốt liệu đá 1x2 (cốt liệu từ bê tông tái chế) theo các tỉ lệ nhƣ sau 0%; 30%; 40% và 50%.
- Các mẫu dầm bê tông cốt thép đƣợc nén tại các độ tuổi 28 ngày.
- Sỗ mẫu đúc tƣơng ứng 1 tỷ lệ đúc 03 dầm 04 tỷ lệ thay thế cốt liệu đúc 12 dầm.
- Với thiết cấp phối nhƣ trên, ta có khối lƣợng cho từng loại vật liệu để thựcnghiệm nhƣ sau
B ng 3.2 C p phối bê tông cho các tỉ l thí nghi m
(N uồn T ả n n ứu)
3.2.2 Tiến hành ắp đặt thiết bị đo biến dạng vào ẫu th nghiệ
Mỗi cốt thép chịu kéo đƣợc dán một cảm biến đo biến dạng ở giữa cốt.
TL thay đổ ốt l u đ ố l n mẫu KL (m3) X măn (kg/m³) Cát (kg/m³) (kg/m³) Bê tông (kg/m³) N ớ (lít) ộ sụt (cm) 0% 3 0,0432 12,6576 28,5984 50,6736 0 8,424 10±2 G ảm 30% 3 0,0432 12,6576 28,5984 35,4715 15,2021 8,424 10±2 G ảm 40% 3 0,0432 12,6576 28,5984 30,4042 20,2694 8,424 10±2 G ảm 50% 3 0,0432 12,6576 28,5984 25,3368 25,3368 8,424 10±2
(N uồn T ả n n ứu)
Hình 3.5 T ến n lắp đặt t ết ị đo tôn v t ết ị đo
ến dạn ( tra n Gau es) tr n ề mặt uyển vị LVDTs
Hình 3.5 Mỗi cốt thép chịu kéo đƣợc dán một cảm biến đo biến dạng ở giữa cốt. Sử dụng 01 cảm biến đo biến dạng bê tông ở vùng chịu kéo (ở vị trí giữa nhịp). Sử dụng 1 LVDTs đặt tại vị trí giữa nhịp để đo đƣợc chuyển vị của dầm
3.2.3 Công tác đổ và bảo dƣỡng bê tông dầ
Tất cả các dầm đƣợc đổ bê tông trong một ngày. Bê tông đƣợc trộn bằng máy, đổ bê tông cho 4 mẫu dầm cùng một ngày. Đổ bê tông từng lớp một và sử dụng máy rung và phải hạn chế va chạm mạnh ở giữa dầm vùng cốt thép đƣợc dán cảm biến đo biến dạng. Đúc mẫu thử bê tông dạng hình trụ 80x150(mm) lúc đổ bê tông dầm. Làm bằng phẳng bề mặt dầm khi đổ bê tông xong. Một tiếng sau khi đổ bê tông dầm và mẫu thử phải đƣợc bọc bằng vải ƣớt. Sau khi đổ bê tông và hoàn thiện bề mặt, các đầu đo biến dạng trong cốt thép đƣợc kiểm tra lại xem quá trình đổ bê tông có ảnh hƣởng đến thiết bị đo.
Ngày hôm sau, các dầm và mẫu thử đƣợc tháo ván khuôn, viết tên và bảo dƣỡng bằng vải bao bì ƣớt. Công tác bảo dƣỡng phải làm trong vòng 28 ngày.
(N uồn T ả n n ứu)
Hình 3.6 Côn t ảo d ỡn tôn d m
3.2.4 Tiến hành th nghiệ
* Thiết bị thí nghiệm (máy nén thủy lực)
Quá trình thí nghiệm đƣợc thực hiện tại phòng thí nghiệm trƣờng đại học Lạc Hồng. Là thiết bị truyền động với công suất 300 KN. Thí nghiệm thực hiện theo phƣơng pháp chuyển vị khống chế với tốc độ dịch chuyển đƣợc cài đặt trên phần mềm. Toàn bộ hệ thống đƣợc nối với máy tính có phần mềm thu thập dữ liệu.
(N uồn T ả n n ứu)
Hình 3.7 M y nén d m (P n t n m Tr ờn ạ ọ Lạ ồn )
Thí nghiệm uốn 4 điểm theo sơ đồ Hình 3.4 và lắp đặt dầm theo Hình 3.7 đƣợc thực hiện trên hệ thống khung gia tải. Tải trọng đƣợc đặt tại giữa nhịp bởi kích thủy lực và kết hợp với hệ khung phản lực. Một tấm sắt đƣợc sử dụng để chuyển tải từ bộ kích xuống dầm qua khối xếp tải. Sử dụng con lăn theo hƣớng
thẳng đứng, khối xếp tải cho phép di chuyển tự do theo chiều dọc và xoay theo hƣớng nằm ngang, mà có thể loại bỏ ảnh hƣởng xoắn. Hai cốt sắt đƣợc sử dụng tại gối. Kết quả thí nghiệm đƣợc ghi nhận bằng máy tính cá nhân.
(N uồn T ả n n ứu)
Hình 3.8 Lắp đặt d m t
3.3 Kết quả nghiên cứu
3.3.1 Hình ảnh của mẫu thí nghiệm
n m v t ết ị
(N uồn T ả nghiên cứu)
(N uồn T ả nghiên cứu)
Hình 3.10 B ến dạn ủa mẫu vớ tỉ l ốt l u l 30%
(N uồn T ả nghiên cứu)
(N uồn T ả nghiên cứu) Hình 3.12 B ến dạn 3.3.2 Kết quả thực nghiệ ủa mẫu vớ tỉ l dầ ốt l u l 50% 3.3.2.1 Biểu đồ so sánh chuyển vị 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 M1-D1 M2-D1 M3-D1 0 2 4 6 8 10 12 14 Deflection(mm) (N uồn T ả n n ứu)
Hình 3.13 Kết quả uyển vị vớ mẫu d m ó tỷ l t ay t ế ốt l u 0%
Lo adi ng 2P, kN
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 M1-D2 M2-D2 M3-D2 0 2 4 6 8 Deflection (mm) 10 12 14 (N uồn T ả n n ứu) Hình 3.14 Kết quả 40 35 30 25