chương 8 kết cấu bê tông cốt thép

chương 8 kết cấu bê tông cốt thép

7.8 cột chịu nén Cột có cốt thép cứng

7.8.1.Đặc điểm cấu tạo

Năm 1963 loại cột có cốt thép cứng được sử dụng đầu tiên trong các công trình ga tμu điện ngầm Nhiều năm sau đó nó được sử dụng trong công trình cầu, đặc biệt lμ công trình chịu động đất

Loại cột nμy có cốt thép cứng lμ thép hình chữ I,U,L, ống thép Trong quá trình thi công tận dụng cốt thép cứng lμm kết cấu chịu tải trọng như: ván khuôn, bê tông mới đổ vμ các loại tải trọng khác Sau khi bê tông khô cứng vμ tháo ván khuôn, lúc nμy bê tông vμ cốt thép cứng cùng phối hợp chịu lực một cách thống nhất

Mặt cắt ngang cột phải có ít nhất một trục đối xứng

Cường độ nén của bê tông : 20 MPa : 55 MPa

Cường độ chảy của thép hình vμ cốt thép dọc sử dụng phải nhỏ hơn 420 MPa

Nếu trên tiết diện bố trí nhiều thép hình của cột thì phải được liên kết với nhau bằng cốt thép đai vμ các bản giằng hoặc thanh giằng để đề phòng mất

ổn định các thép hình riêng lẻ trước khi bê tông đông cứng

Các thép hình bọc bê tông phải được tăng cường bằng cốt thép dọc vμ cốt thép đai Cốt thép dọc vμ cốt thép đai phải được cấu tạo tuỳ theo trạng thái giới hạn được xét ở TTGH cường độ cốt thép ngang được quy định như trong cột có cốt thép mềm, đồng thời bước cốt thép đai không được lớn hơn:16 lần

đường kính thanh thép dọc, 48 lần đường kính thanh giằng vμ 0,5 kích thước nhỏ nhất của tiết diện ở TTGH đặc biễt tham khảo quy trình

Thép ống hình tròn vμ hình chữ nhật phải thoả mãn yêu cầu ổn định

Sự truyền tất cả tải trọng trong cột liên hợp phải được xem xét trong thiết

Nếu hμm lượng cốt thép cứng trên tiết diện nhỏ hơn 4% thì tính

toán cột có cốt thép cứng như cột có cốt thép mềm Nếu ngược lại thì

tính toán như sau:

7.8.2Đặc điểm chịu lực

7.8.2.1 Cột chịu nén đúng tâm

7.8.2.1.1 ổn định tổng thể

Sức kháng nén danh định của cột :

Nếu λ ≤ 2.25 thì Pn = 0.66λ Fe As

Nếu λ > 2.25 thì Pn =

l

A 0,88Fe s

với :

e e 2

F r

K

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

= π

λ

Fe = Fy+ C1Fyr ⎜⎜⎛ ⎟⎟⎞

s

r

A

A

+ C2

c

f ′ ⎜⎜⎝⎛ ⎟⎟⎠⎞

s

r

A

A

⎥

⎥

⎦

⎤

⎢

⎢

⎣

⎡

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛ +

=

s

c 3 e

A

A n

C 1 E

E

Sức kháng nén ổn định tổng thể tính toán: Pr= ϕcPn

trong đó :

ϕc = hệ số sức kháng(0,90)

As = diện tích mặt cắt ngang của mặt cắt thép (mm2

)

Ac = diện tích mặt cắt ngang của bê tông (mm2)

Ar = tổng diện tích mặt cắt ngang của cốt thép dọc (mm2)

Fyr = cường độ chảy nhỏ nhất quy định của cốt thép dọc (MPa)

c

f ′ = cường độ nén 28 ngμy nhỏ nhất quy định của bê tông (MPa)

E = môđun đμn hồi của thép (MPa)

= chiều dμi không giằng của cột (mm)

K = hệ số chiều dμi hiệu dụng

n = tỷ số môđun của bê tông

rs = bán kính hồi chuyển của mặt cắt thép trong mặt phẳng uốn, nhưng

không nhỏ hơn 0,3 lần chiều rộng của bộ phận liên hợp trong

mặt phẳng uốn đối với các thép hình được bọc bê tông liên hợp (mm)

C1, C2, C3 = hằng số cột liên hợp được quy định trong

đầy

Các thép hình được

bọc

7.8.2.1.2 ổn định cục bộ

Độ mảnh của các bản phải thỏa mãn:

y

F

E k t

b ≤ (6.9.4.2.1) trong đó:

k = hệ số oằn của bản theo quy định trong bảng

b = chiều rộng của bản như quy định trong bảng

t = chiều dμy bản

Chiều dμy vách của các ống phải thỏa mãn:

+Đối với các ống tròn :

y

F

E 2.8 t

D ≤

+Đối với các ống chữ nhật :

y

F

E 1.7 t

b ≤ trong đó:

D = đường kính ống (mm)

b = chiều rộng mặt (mm)

t = chiều dμy ống (mm)

Các tỷ số chiều rộng - chiều dày giới hạn

• Chiều rộng nửa bản cánh của các mặt cắt I

• Chiều rộng toàn bản cánh của các thép [ Các bản cánh và các cạnh nhô ra hoặc

bulông thứ nhất hoặc các đường hàn trong các bản

0,56

• Toàn chiều rộng của cạnh bên nhô ra đối với các đôi thép góc trong tiếp xúc liên tục

Các cấu kiện nhô ra khác • Toàn chiều rộng của cạnh bên nhô ra đối

với thanh chống thép góc đơn hoặc thanh chống thép góc đôi với tấm ngăn

0,45

• Toàn chiều rộng nhô ra đối với các cấu kiện khác

bán kính góc trong trên mỗi bên đối với các bản cánh hộp

1,40

• Khoảng cách giữa các đường hàn hoặc bulông đối với các bản phủ bản cánh

các bán kính đường hàn đối với các bản bụng của các dầm cán

1,49

• Khoảng cách tĩnh giữa các thanh đỡ mép

đối với tất cả các cấu kiện khác

7.8.2.1.3 Độ mảnh giới hạn

+Đối với các bộ phận chính: ≤

s

K 120 r

+Đối với các bộ phận liên kết: ≤

s

K 140 r

trong đó:

K = hệ số chiều dμi hiệu dụng

= chiều dμi không giằng (mm)

r s = bán kính hồi chuyển nhỏ nhất (mm)

7.8.2.2 Cột chịu nén lệch tâm theo một phương

7.8.2.2 1 Sức kháng nén cột

Như nén đúng tâm

7.8.2.2 2 Sức kháng uốn của cột

7.8.2.2 2.1.Cột có cốt thép cứng lμ ống thép

Nếu vấn đề ổn định cục bộ được đảm bảo, nghĩa lμ:

+Đối với các ống tròn :

y

F

E 2.8 t

D ≤ Thì sức kháng uốn tính toán: M r =ϕf.M n

0,3 u ≥

c n

P

P

c

d c A F d A F

f b

c n

P P

ϕ

u

P

Trong đó:

f

ϕ : Hệ số sức kháng uốn(1,0)

y

t < F thì M n =M ps

F < t < F thì M n =M yc

ps

M : Mô men dẻo của riêng tiết diện cốt thép cứng

yc

M : Mô men chảy của toμn bộ tiết diện cột

7.8.2.2 2.2.Cột có cốt thép cứng thép hình U,C,L

Khi thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ thì sức kháng uốn danh định lấy trị số nhỏ hơn

Nếu thì Mn được xác định bằng nội suy tuyến tính giữa

Mn cho bởi phương trình (1)(2) khi Pu=0 vμ Mn cho bởi phương trình (3)

Trong đó:

: Lực nén dọc trục do tải trọng tính toán

Z : Mô men chống uốn dẻo theo của mặt cắt thép hình theo trục uốn

aw : Diện tích bản bụng thép hình

c : Khoảng cách từ tim cốt thép dọc đến bề mặt gần nhất của bộ phận trong mặt phẳng uốn

d : Chiều cao của bộ phận ở trong mặt phẳng uốn

b : Chiều rộng của bộ phận thẳng góc với mặt phẳng uốn

Fyr : Giới hạn chảy nhỏ nhất của cốt thép dọc

7.8.2.2 2.3.Phương pháp khuyết đại mômen

Như phần cột có cốt thép mềm nhưng Chú ý rằng:Khi xác định sự khuyết đại mômen đối với các bộ phận liên hợp chịu nén dọc trục vμ uốn kết hợp, phải áp dụng phương trình sau :

Pe =

λ

e

sF A

(1)

(2)

=

=

7.8.2.3 Cột chịu nén lệch tâm theo Hai phương

Tải trọng nén dọc trục Pu vμ các mômen xảy ra đồng thời, Mux vμ Muy,

tính toán đối với các tải trọng tính toán bằng các phương pháp giải tích đμn hồi phải thỏa mãn mối quan hệ sau :

r P u

P < , thì 1,0

M

M M

M 2,0P

P

ry uy rx ux r

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛ + +

P P

r

u ≥ , thì 1,0

M

M M

M 9,0

8,0 P P

ry uy rx ux r

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛ +

Pr = sức kháng nén tính toán dọc trục như trên

Mrx = sức kháng uốn tính toán theo trục x như trên

Mry = sức kháng uốn tính toán theo trục y như trên

Mux = mômen uốn tính toán theo trục x được tính toán theo quy định ở bên dưới

Muy = mômen uốn tính toán theo trục y được tính toán theo quy định ở bên dưới

Các mômen Mux vμ Muy theo các trục đối xứng, có thể được xác định bằng Sự phân tích đμn hồi bậc hai, có tính đến độ khuyếch đại mômen gây ra bởi tải trọng trục tính toán