2.1 .Cơ sở lý thuyết về tớnh toỏn dầm chuyển
2.1.2. Mụ hỡnh thanh chốn g giằng
suất kộo phỏ hủy gõy ra bởi tải tập trung nằm ở gần giữa nhịp, dẫn đến kết quả là khụng cú sự phỏt triển của ứng suất kộo.
Trường hợp ứng suất phỏ hủy phỏt triển một khoảng ha phớa trờn bụng dầm trong một dầm cao đặc biệt, hoặc ở dầm cao thành mỏng trong vựng diện tớch hướng theo gối tựa (tức là bờn ngoài sự chi phối bởi ứng suất nộn do uốn) sau đú vựng chịu kộo sẽ xuất hiện. (Hỡnh 2.12).
Hỡnh 2.12. Kết hợp tải trọng tập trung và ứng suất uốn do tải trọng tập trung [45].
2.1.1.5. Trạng thỏi giới hạn sử dụng
Ngoài khả năng về chịu lực, khả năng chịu cắt và chịu uốn, một vấn đề cũng quan trọng khỏc là dầm cao được thiết kế để chịu được trạng thỏi giới hạn sử dụng thụng qua việc kiểm tra giới hạn về chiều rộng vết nứt và độ vừng cho phộp.
a. Độ vừng
Biến dạng ở trong dầm cao thường khụng đỏng kể. Độ vừng ở giữa nhịp của một dầm cao đơn giản cú thể được giả định là nhịp / (2000 ha / l) đối với tải trọng phõn bố đều và nhịp / ( 2500 ha / l) đối với tải trọng tập trung [45].
b. Bề rộng khe nứt
Việc tớnh toỏn kiểm tra theo quỏ trỡnh hỡnh thành và phỏt triển khe nứt cú thể ỏp dụng cỏc quy định theo mục 8.2 của Tiờu chuẩn TCVN 5574 : 2018 – Kết cấu bờ tụng
và bờ tụng cốt thộp - Tiờu chuẩn thiết kế [48].
2.1.2. Mụ hỡnh thanh chống - giằng Q Q -x +x Q Q Vùng chịu kéo + =
ứng suất theo ph-ơng ngang do tải trọng tập trung
ứng suất phân bố theo ph-ơng ngang do uốn
Kết hợp của biểu đồ ứng suất theo ph-ơng ngang -x +x -x +x
Mụ hỡnh thanh chống - giằng (Strut and tie model), hay cũn gọi là mụ hỡnh giàn ảo, cú ưu điểm là trỡnh bày được nguyờn lý truyền tải trọng (lực) trong dầm và thể hiện rừ những vựng (bộ phận) chịu lực nộn, kộo chủ yếu của kết cấu. Từ đú, cú thể hỡnh dung cụ thể cơ cấu chịu lực, truyền tải và mụ phỏng thành sơ đồ thanh chống - giằng dựng trong tớnh toỏn. Trờn Hỡnh 2.13 cho thấy cỏc thanh chống và giằng được sử dụng để tạo nờn một hệ dàn trong cấu kiện dầm BTCT cú tỷ lệ chiều cao/nhịp lớn.
Hỡnh 2.13: Mụ hỡnh chống - giằng trong dầm cao
Ngoài ra tải trọng tập trung tỏc dụng trờn dầm cú thể gõy ra cỏc ứng suất tập trung tại khu vực mà tải trọng trực tiếp truyền xuống như: vị trớ đặt lực, vị trớ gối tựa (phản lực tỏc dụng ngay vào dầm), cũng cú thể xuất hiện cỏc trạng thỏi ứng suất phức tạp tại cỏc vựng cú chiều cao dầm thay đổi đột ngột hoặc cú lỗ khoột. Những ứng suất đặc biệt này cũng cần lưu ý trong tớnh toỏn và thiết kế dầm.
Trong phương phỏp này, việc tớnh toỏn thiết kế dầm chuyển chủ yếu dựa trờn tiờu chuẩn 22TCN 272-01 của Bộ Giao thụng Vận tải [49], cỏc tiờu chuẩn ACI 318-2002 [44], AASHTO LRFD [50] và một số bỏo cỏo khoa học khỏc [51-53].
2.1.2.1. Phõn vựng ứng suất biến dạng của cỏc cấu kiện dầm chuyển
Đối với từng cấu kiện cụ thể thỡ trạng thỏi ứng suất, biến dạng của cỏc tiết diện cũng thay đổi tựy theo vị trớ và phương thức chịu tải. Tựy theo tỷ lệ giữa chiều dài nhịp và chiều cao, dầm cao bờ tụng cốt thộp chịu uốn cú thể phõn chia thành cỏc vựng
P Nút Thanh dạng chai Mơ hình thanh chống thẳng Nút Vùng nút Thanh giằng
- Vựng B (Beam) là cỏc vựng cú trạng thỏi ứng suất tuõn theo cỏc giả thiết của dầm về tiết diện chịu uốn, chủ yếu phần giữa nhịp chịu tỏc dụng của moment uốn, lực cắt nhỏ hoặc bằng khụng. Tại cỏc vựng này cú thểtớnh toỏn thiết kế như với cấu kiện chịu uốn theo cỏc tiờu chuẩn tớnh toỏn kết cấu bờ tụng cốt thộp hiện hành.
- Vựng D (Discontinuity zone) là vựng cú trạng thỏi ứng suất phức tạp, thường xuất hiện tại cỏc vựng mối nối, thay đổi tiết diện đột ngột, cú lỗ khoột, gấp khỳc hoặc tại cỏc liờn kết gối tựa và điểm đặt lực tập trung lờn cấu kiện. Cỏc vai cột, cỏc mố đỡ và console ngắn cũng thuộc cỏc dạng kết cấu cú vựng D.
2.1.2.2. Cỏc bước tớnh toỏn mụ hỡnh giàn ảo theo tiờu chuẩn ACI 318-2002 [44]
Điều kiện chịu lực tại nỳt:
n u
F F
(2.10) Trong đú:
Fn : khả năng chịu lực của thanh chống hoặc giằng hoặc vựng nỳt thuỷ tĩnh. Fu : lực tỏc dụng tại thanh chống, giằng hoặc nỳt.
ỉ : hệ số giảm độ bền, cú giỏ trị bằng 0,75 (tương tự trường hợp lực cắt).
Khả năng chịu lực của thanh chống:
.
ns cu c
F f A
(2.11) Trong đú:
Fns: khả năng chịu lực của thanh chống.
Ac : diện tớch mặt cắt ngang hiệu quả tại đầu mỳt của thanh chống, tớnh theo
phương vuụng gúc với trục thanh (đơn vị in2)
fcu : cường độ chịu nộn hiệu quả của bờ tụng trong vựng thanh chống hoặc vựng
nỳt, được tớnh theo biểu thức sau:
' 0,85. . cu s c f f (2.12) Trong đú:
βs : lấy giỏ trị bằng 1,0 với thanh chống cú tiết diện bằng nhau; 0,75 với thanh
chống cú cốt thộp chịu kộo cắt ngang; 0,4 với thanh chống trong cấu kiện chịu kộo và cỏnh bản chịu kộo; 0,6 trong cỏc trường hợp khỏc.
Tớnh toỏn cốt thộp dọc: ' ' . . ns cu c s s F f A A f (2.13) Trong đú: ns
F : khả năng chịu lực của thanh chống.
'
s
A : diện tớch cốt thộp chịu nộn trong thanh chống.
' s f : ứng suất cốt thộp chịu nộn. . . nt st y ps pe ps F f A A f f (2.14) Trong đú:
Fnt: cường độ của thanh kộo (giằng).
Ast : diện tớch cốt thộp trong thanh giằng chịu kộo. Aps : diện tớch thộp ứng suất trước trong thanh.
fpe : là ứng suất hiệu quả trong thộp căng ứng suất trước (sau tổn hao căng thộp). Δfps : là số gia của ứng suất căng thộp tớnh theo tải trọng tiờu chuẩn. (fpe + Δfps ) : khụng vượt quỏ cường độ của thộp căng ứng suất trước (fpy).
Khi khụng cú thộp căng ứng suất trước thỡ Aps = 0, phương trỡnh trở thành:
,max nt t cu F h f (2.15) Trong đú:
ht,max: chiều cao hiệu quả của vựng bờ tụng neo cỏc thanh chịu kộo.
Nếu cỏc thanh chịu kộo nằm cựng một lớp thỡ chiều cao ht,max cú thể lấy bằng đường kớnh cỏc thanh thộp cộng lại với 2 lần lớp bảo vệ cốt thộp [45]. Cỏc thanh thộp phải được neo theo đỳng yờu cầu bằng cỏc loại neo dựng cho thộp ứng suất trước căng sau.
Khả năng chịu lực của vựng nỳt:
.
ns cu n
F f A
(2.16) Trong đú:
An : diện tớch một mặt hoặc tiết diện của vựng nỳt.
Bề rộng của vựng chịu lực (bề rộng của nỳt):
W . . u s cu F f b (2.17) Trong đú:
Fu : lực tỏc dụng tại thanh chống, giằng hoặc nỳt.
fcu : là cường độ chịu nộn hiệu quả của bờ tụng trong vựng thanh chống hoặc
vựng nỳt.
b : là bề dày cấu kiện (bề rộng dầm chuyển).
ϕ = 0,75 : đối với cỏc nỳt giàn mà tại đú cỏc mối nối neo bằng nhiều thanh giằng
chịu kộo.
Giới hạn cường độ chịu nộn của bờ tụng trong vựng nỳt:
Khi tớnh toỏn cỏc bề mặt nỳt, ngoại trừ cỏc trường hợp cốt thộp được bố trớ trong vựng nỳt và cú cỏc thớ nghiệm, phõn tớch ảnh hưởng đến cường độ của bờ tụng trong vựng nỳt, cường độ của bờ tụng được xỏc định theo điều kiện giới hạn:
'
0,85. .
cu n c
f f (2.18)
Trong đú:
βn : lấy bằng 1,0 với vựng nỳt giới hạn bởi cỏc thanh chống và ứng suất bề mặt
khỏc; 0,8 với vựng nỳt cú neo một thanh giằng; 0,6 với vựng nỳt cú neo 2 thanh giằng trở lờn.
Chiều rộng thanh chống xiờn trong vựng D:
s sin
ws w .cot lb.
(2.19) Trong đú:
wt : chiều cao vựng chiều nộn của bờ tụng. lb : chiều rộng chịu ộp của bờ tụng.