CHƯƠNG 6. THIẾT KẾ SÀN DỰ ỨNG LỰC- TẦNG ĐIỂN HÌNH
6.10. TÍNH TOÁN NỘI LỰC VÀ KIỂM TRA ỨNG SUẤT CỦA SÀN BẰNG PHẦN MỀM
6.10.1 Khai báo mô hình sàn, vẽ cáp trong sàn
Mô hình sàn cáp dự ứng lực được mô hình và tính toán kiểm tra trong phần mềm ADAPT- BUILDER 2015.
6.10.1.1 Xây dựng mô hình sàn điển hình (tầng 3).
- Xây dựng mô hình cho sàn tầng điển hình (tầng 3)
Hình 6.16 Mặt bằng sàn 2D
Hình 6.17 Mô hình 3D sàn tầng điển hình 6.10.1.2 Khai báo tiêu chuẩn thiết kế
Tiêu chuẩn sử dụng để thiết kế sàn cáp dự ứng lực là tiêu chuẩn BS8110-1997
6.10.1.3 Mesh sàn
Tiến hành mesh sàn : 1(m).Ta được kết quả như dưới:
Hình 6.18 Mesh sàn DƯL 6.10.1.4 Vẽ đường suport line
- Đường suport line được vẽ theo nguyên tác đi qua các trọng tâm cột và khi suport line song song với các vách thì phải đi qua các đầu vách.
- Dải suport line được chia theo nguyên tắc bề rộng dải bẳng khẳng cách từ hai điểm giữa hai sàn liền kề.
- Kết quả chia dải như sau:
Hình 6.19 : Dải suport line theo phương X
Hình 6.20: Dải suport line theo phương Y.
6.10.1.5 Khai báo tải trọng.
Hình 6.21: Khai báo tải trọng hoàn thiện tác dụng lên sàn
Hình 6.22: Khai báo hoat tải (căn hộ) LL=1.5 (kN) tác dụng lên sàn
Hình 6.23: Khai báo hoat tải (hành lang ) LL=3 (kN) tác dụng lên sàn
Hình 6.24 : Khai báo tải trọng gió cho sàn.
Hình 6.25 : Tải trọng gió cho sàn.
6.10.1.6 Bố trí cáp trên mặt bằng sàn
Đường cáp trong sàn được bố trí theo hai phương X, Y
Hình 6.24 : Bố trí cáp sàn theo phương X, Y 6.10.1.7 Khai báo quỹ đạo cáp
- Qũy đạo cáp được khai báo như quỹ đạo cơ bản đã tính toán ở trên. Trong quá trình tính toán kiểm tra, quỹ đọa từng đường cáp sẽ được điều chỉnh phù hợp để đảm bảo các điều kiện kiểm tra
Hình 6.25 : Qũy đạo cáp theo phương X
Hình 6.26 : Qũy đạo cáp trong trục B-C theo phương X
Hình 6.27 : Qũy đạo cáp theo phương Y.
Hình 6.28 : Qũy đạo cáp ngắn theo phương Y 6.10.1.8 Các tổ hợp tải trọng thiết kế ( BS 8110-1997).
- Kiểm tra ứng suất:
+ INITIAL = 1.0 self + 1.15Pres (t = 0) . Kiểm tra ứng suất tại thời điểm truyền ứng suất, khai báo “initial”.
+ Servicer = 1.0 self + 1.0 dead + 1.0Live +1Pres. Kiểm tra ứng suất tại thời điểm làm việc (trạng thái sử dụng), khai báo “Serviceability”
- Kiểm tra chịu uốn: (khai báo STRENGTH)
+ Strength = 1.4 self + 1.4 dead + 1.6 live + 1 hype + Strength1 = 1.4 self + 1.4 dead + 1hype + 1.4 Wind-P0 + Strength2 = 1.4 self + 1.4 dead + 1hype - 1.4 Wind-P0 + Strength3 = 1.4 self + 1.4 dead + 1hype + 1.4 Wind-P90 + Strength4 = 1.4 self + 1.4 dead + 1hype - 1.4 Wind-P90
+ Strength5 = 1.4 self + 1.4 dead + 1hype + 1.2 Wind-P0 +1.2 live + Strength6 = 1.4 self + 1.4 dead + 1hype - 1.2 Wind-P0 +1.2 live + Strength7 = 1.4 self + 1.4 dead + 1hype + 1.2 Wind-P90 +1.2 live + Strength8 = 1.4 self + 1.4 dead + 1hype - 1.2 Wind-P90 +1.2 live
+ Envelope = ENV(strength, Strength1, Strength2, Strength3, Strength4, Strength 5, Strength6, Strength7, Strength8)
- Kiểm tra độ võng
+ Sustained-load = 1 self + 1 dead + 0.5 live + 1 pres + Long-term = 3 sustainde : kiểm tra độ võng dài hạn.
Trong đó: self là trọng lượng bản thân kết cấu Dead là tải tĩnh hoàn thiện
Live là hoạt tải
Stres là tải ứng lực trước
Hype là tải trọng do hiệu ứng mômen thứ cấp 6.10.2 Phân tích mô hình và kiểm tra độ võng.
- Kiểm tra độ võng dài hạn + Tổ hợp: Long-term
+ Độ võng giớ hạn: theo BS 8110 10000 40
250 250
L (mm)
+ Kết quả độ võng dài hạn xuất từ phần mềm:
Hình 6.29 : Độ võng dài hạn (Long_Term) trong sàn Độ võng lớn nhất trong sàn: max 29.4 mm 40 mm
Sàn thỏa điều kiên độ võng 6.10.3 Kiểm tra các điều kiện ứng suất.
6.10.3.1 Kiểm tra ứng suất giai đoạn truyền ứng suất.
- Tổ hợp kiểm tra: Initial
- Điều kiện kiểm tra: theo BS 8110 ứng suất giới hạn trong giai đoạn truyền ứng suất như
sau:
+ Ứng suất nén: fp 0.5fci 0.5 30.44 15.22 (Mpa) + Ứng suất kéo: fp 0.36 fci 0.36 30.44 1.99 (Mpa)
Với fci 0.8fcu 0.8 38.05 30.44 (Mpa) là cường độ bê tông tại thời điểm truyền ứng suất, lấy bằng 80% cường độ chịu nén của bê tông.
- Ứng suất theo dải support line
Kết quả ứng suất trên từng support line được thể hiện trong phụ lục đính kèm.
Hình 6.30 : Ứng suất phía trên (Top) phương X ,Y giai đoạn truyền ứng suất Max: -0.00 (N/mm2) ; Min : -4.66 (N/mm2)
Hình 6.31: Ứng suất phía dưới (Bottom) phương X,Y giai đoạn truyền ứng suất Max: 1.01 (N/mm2) ; Min : -7.30(N/mm2)
Phía fmax(Mpa) fmin(Mpa) Kiểm tra
Trên 0.00 -4.66 Thỏa
Dưới 1.01 -7.30 Thỏa
Bảng 6.12: Kết quả kiểm tra ứng suất giai đoạn truyền ứng suất Kết luận: Ứng suất giai đoạn truyề ứng suất thỏa điều kiện giớ hạn.
- Ứng suất trên tất cả phần tử sàn
Hình 6.32: Ứng suất phía trên phương X giai đoạn truyền ứng suất
Hình 6.33 : Ứng suất phía trên phương Y giai đoạn truyền ứng suất.
Hình 6.34 : Ứng suất phía dưới phương X giai đoạn truyền ứng suất
Hình 6.35 : Ứng suất phía dưới giai đoạn phương Y giai đoạn truyền ứng suất
Phía Phương fmax(Mpa) fmin(Mpa) Kiểm tra
Trên X 6.1 -6.85 Không thỏa
Y 9.66 -8.51 Không thỏa
Dưới X 0.74 -11.28 Thỏa
Y 0.90 -15.46 Thỏa
Bảng 6.13: Kết quả kiểm tra ứng suất của tất cả phần tử sàn trong giai đoạn truyền ứng suất
Kết luận:Ứng suất trên các phần tử sàn hâu hết thỏa điều kiện. Tuy nhiên, những vị trí vượt quá giới hạn là những vị trí trong cột và đầu vách do có sự thay đổi độ cứng dẫn đến tập trung ứng suất.
Những vị trí này sẽ được bổ sung thép thường trong phần tính toán sau 6.10.3.2 Kiểm tra ứng suất giai đoạn làm việc.
- Tổ hợp kiểm tra: Service
- Điều kiện kiểm tra: theo BS 8110 ứng suất giới hạn trong giai đoạn truyền ứng suất như sau:
+ Ứng suất nén: fp 0.33fcu 0.33 38.05 12.55 (Mpa)
+ Ứng suất kéo: fp 0.8 fcu DF=0.8 38.051.025=5.06 (Mpa) Với fcu 38.05 (Mpa) là cường độ bê tông tại thời điểm 28 ngày.
DF được nội suy từ bảng sau:
Bảng 6. 14 Depth factors for design tensile stresses for class 3 members - Ứng suất theo các dải support line.
Ứng suất trong từng support line cụ thể được thể hiện trong phụ lục đính kèm.
Hình 6.36 : Ứng suất phía trên phương X,Y giai đoạn sử dụng
Hình 6.37 : Ứng suất phía dưới phương X,Y giai đoạn sử dụng
Phía fmax(Mpa) fmin(Mpa) Kiểm tra
Trên 3.83 -6.23 Thỏa
Dưới 4.78 -9.87 Thỏa
Bảng 6.15: Kết quả kiểm tra ứng suất giai đoạn sử dụng
+ Kết luận: Ứng suất phía trên giai đoạn sử dụng thỏa điều kiện giới hạn.
- Ứng suất trên các phần tử sàn
Hình 6.38 : Ứng suất phía trên phương X giai đoạn làm việc
Hình 6.39 : Ứng suất phía trên phương Y giai đoạn làm việc
Hình 6.40 : Ứng suất phía dưới phương X giai đoạn làm việc
Hình 6.41 : Ứng suất phái dưới phương Y giai đoạn làm việc
Phía Phương fmax(Mpa) fmin(Mpa)
Trên X 18.97 -7.38
Y 27.56 -7.27
Dưới X 3.3 -23.5
Y 2.88 -32.41
Bảng 6.16: Kết quả kiểm tra ứng suất của tất cả phần tử sàn trong giai đoạn sử dụng Kết luận: Hầu hết các phần tử sàn thỏa điều kiện ứng suất. Tuy nhiên, các phần tử vùng cột vượt ứng suất giới hạn do chênh lệch độ cứng. Những vị trí này sẽ được đặt côt thép thường trong phần tính toán sau.
6.10.4 Kiểm tra điều kiện cường độ (ULS).
- Tiến hành kiểm tra điều kiện cường độ(ULS) cho các dải support line thông qua kết quả phân tích tính toán cốt thép thường. Những vị trí không thỏa điều kiện cường độ phần mềm sẽ tính toán bổ sung thép thường.
- Tổ hợp : Enverlope strength
6.10.4.1 Tính toán cốt thép chịu uốn cho sàn.
- Mômen theo phương X.
Hình 6.42 : Biểu đồ bao mômen phướng X(envelope strengh)
Giá trí mô men từ biểu đồ : Max: 976.17 kN.m ; Min : -161.65 kN.m - Mômen theo phương Y
Hình 6.43 : Biểu đồ bao mô men phương Y(envelope strengh) Giá trí mô men từ biểu đồ : Max: 976.17 kN.m ; Min : -161.65 kN.m.
- Đối với sàn, phần mềm tự động tính toán thép thường theo điều kiện cường độ. Kết quả tính toán và bố trí thép được thể hiện như sau:
6.10.4.2 Xác định lượng thép yêu cầu 5. Các giả thiết tính toán:
Tiết diện sau khi chịu lực là tiết diện phẳng.
Bỏ qua bê tông chịu kéo.
Ứng suất thực trong bê tông chịu nén được thay thế bằng khối ứng suất chữ nhật tương đương, có chiều cao vùng bê tông chịu nén tương đương là a, với a = 0.9x.
Hình 6.44 Ứng suất nén bê tông được quy đổi Ứng suất kéo thiết kế trong cáp ULT dính kết fpb có thể xác định theo bảng sau:
Bảng 6.17 – Giá trị fpb và x trọng cáp ULT dính kết Từ điều kiện về độ bền kháng uốn :
M M u
Với mô men kháng uốn của tiết diện :
s y
u pb ps p
pu
M f A A f d 0.45x
f
pu
s ps
y pb
f M
A ( A )
f f (d 0.45x)