Nghiên cứu, tính toán kết cấu dầm liên hợp thép bê tông ứng suất trước trong công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp

Nghiên cứu, tính toán kết cấu dầm liên hợp thép bê tông ứng suất trước trong công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, Chuyên ngành: Xây dựng công trình xây dựng dân dụng công nghiệp. Tài liệu cho các bạn tham khảo, nghiên cứu....

luËn ¸n tiÕn sü kü thuËt

P PH¹M ANH tuÊn

Ph¹m anh tuNGHI£N CøU tÝnh to¸n KÕT CÊU DÇM LI£N HîP thÐp - B£ T¤NG øng suÊt tr−íc TRONG x©y dùng d©n dông vμ c«ng nghiÖp

lêi cam ®oan

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i

C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ nªu trong luËn ¸n lµ trung thùc vµ ch−a ®−îc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c

T¸c gi¶ luËn ¸n

Ph¹m Anh TuÊn

lời cảm ơn

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Phạm Văn Hội và GS.TS Lê Xuân Huỳnh là những người thầy đã tận tình, hướng dẫn, giúp đỡ trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án

Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy Lê Huy Như và các cán bộ, thí nghiệm viên Phòng Thí nghiệm và Kiểm định công trình - trường Đại học Xây dựng đã nhiệt tình giúp đỡ quá trình nghiên cứu thực nghiệm của luận án

Tác giả xin chân thành cảm ơn KS Ngô Quốc Việt, Ths Hà Mạnh Hùng

đã giúp đỡ tác giả rất nhiều trong quá trình thực hiện luận án

Tác giả vô cùng biết ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của Trường Đại học Xây dựng, Khoa Sau đại học, Khoa Xây dựng và tập thể Bộ môn Công trình thép

gỗ, nơi tác giả đã nghiên cứu và hoàn thành luận án

Tác giả xin chân thành cảm ơn Công ty Cổ phần Tư vấn Công nghệ, Thiết bị và Kiểm định Xây dựng - CONINCO, nơi tác giả đang công tác đã tạo

điều kiện thuận lợi, hỗ trợ kinh phí, thời gian để tác giả hoàn thành tốt luận án

Cuối cùng tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè và các

đồng nghiệp đã động viên, khích lệ, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án này

Tác giả

Phạm Anh Tuấn

Mục lục

Trang

Mở đầu .1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu của luận án 2

3 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu 3

Chương 1: Tổng quan về kết cấu liên hợp thép - bê tông và hướng sử dụng ứng suất trước trong loại kết cấu này 4

1.1 Tổng quan về kết cấu liên hợp thép - bê tông 4

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp thép - bê tông 4

1.1.2 Kết cấu liên hợp thép - bê tông tại Việt Nam 8

1.2 ứng suất trước trong kết cấu công trình bằng thép hoặc BTCT 9

1.2.1 Nguyên lý ứng suất trước 9

1.2.2 Các phương pháp tạo ứng suất trước 10

1.2.3 Hiệu quả của việc sử dụng phương pháp ứng suất trước 10

1.3 Phương pháp ứng suất trước trong kết cấu liên hợp thép - bê tông 11

1.3.1 Một số nghiên cứu ở nước ngoài và trong nước 11

1.3.1.1 Nghiên cứu thực nghiệm 11

1.3.1.2 Nghiên cứu lý thuyết 15

1.3.2 Các khả năng sử dụng phương pháp ứng suất trước trong kết cấu liên hợp thép -bê tông tại Việt Nam 15

1.3.3 Nội dung nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm của luận án 15

1.4 Vật liệu sử dụng trong dầm liên hợp thép -bê tông ứng suất trước 16

1.4.1 Bê tông 16

1.4.1.1 Quy định của Eurocode 2 và Eurocode 4 16

1.4.1.2 Quy định theo TCXDVN 356:2005 17

1.4.1.3 So sánh các đặc trưng cơ học của bê tông giữa hai tiêu chuẩn Eurocode 4 và TCXDVN 356:2005 17

1.4.2 Cốt thép thanh 18

1.4.2.1 Quy định của Eurocode 4 18

1.4.2.2 Quy định theo TCXDVN 356:2005 19

1.4.3 Thép kết cấu 19

1.4.3.1 Quy định theo Eurocode 4 19

1.4.3.2 Quy định theo TCVN 5709 - 1993 20

1.4.4 Tôn định hình của sàn liên hợp 20

1.4.5 Dây (thanh) căng 21

1.4.6 Chốt liên kết 22

Thảo luận các nội dung đạt được trong Chương 1 23

Chương 2: Tính toán dầm liên hợp thép - bê tông ứng suất trước 25

2.1 Nguyên tắc tính toán dầm liên hợp thép - bê tông ƯST 26

2.1.1 Đặc điểm làm việc của dầm liên hợp thép -bê tông ƯST 26

2.1.2 Phương pháp thi công dầm liên hợp thép - bê tông ƯST 27

2.1.3 Đặc điểm tính toán theo phương pháp thi công 27

2.1.3.1 Phương pháp thi công không chống đỡ 28

2.1.3.2 Phương pháp thi công có chống đỡ 28

2.1.4 Kiểm tra dầm liên hợp thép - bê tông ƯST theo từng giai đoạn 29

2.1.4.1 Giai đoạn thi công 29

2.1.4.2 Giai đoạn sử dụng 29

2.2 Tính toán dầm liên hợp thép - bê tông ƯST trong giai đoạn thi công 30

2.2.1 Trạng thái ứng suất của dầm thép ƯST 30

2.2.2 Chiều dài dây căng hợp lý và lực căng trước 31

2.2.2.1 Xác định chiều dài hợp lý của dây căng trong dầm liên tục 31

2.2.2.2 Xác định lực căng trước 33

2.2.3 Xác định tự ứng lực 36

2.2.4 Kiểm tra dầm thép ƯST theo trạng thái giới hạn 1 37

2.2.5 Kiểm tra dầm thép ƯST theo trạng thái giới hạn 2 39

2.3 Tính toán dầm LHT-BT ƯST trong giai đoạn sử dụng 40

2.3.1 Các thông số cơ bản 40

2.3.1.1 Hệ số mô đun đàn hồi chung 41

2.3.1.2 Chiều dày của sàn bê tông 41

2.3.1.3 Chọn kích thước tôn hình 42

2.3.1.4 Chiều rộng tham gia làm việc của tấm sàn 42

2.3.1.5 Phân loại tiết diện ngang 43

2.3.2 Mô men quán tính của tiết diện dầm liên hợp thép - bê tông 43

2.3.2.1 Tiết diện chịu mô men dương 43

2.3.2.2 Tiết diện chịu mô men âm 46

2.3.3 Xác định tự ứng lực 47

2.3.4 Kiểm tra theo trạng thái giới hạn sử dụng 48

2.3.4.1 Kiểm tra ứng suất trong dầm khi thi công theo phương pháp không chống đỡ 49

2.3.4.2 Kiểm tra ứng suất trong dầm khi khi thi công theo phương pháp có chống đỡ 50

2.3.4.3 Kiểm tra độ võng của dầm 51

2.3.5 Kiểm tra theo trạng thái giới hạn phá hoại 53

2.3.5.1 Các giả thiết khi phân tích cứng dẻo và phạm vi ứng dụng 53

2.3.5.2 Mô men dẻo giới hạn của dầm liên hợp thép - bê tông ƯST 54

2.3.5.3 Xác định mô men dẻo dương giới hạn 55

2.3.5.4 Xác định mô men dẻo âm giới hạn 59

2.3.6 Trình tự tính toán dầm liên hợp thép - bê tông ƯST 62

Thảo luận nội dung đạt được trong Chương 2 65

Chương 3: Chương trình máy tính và ứng dụng tính toán dầm LHT-BT ƯST 66

3.1 Chương trình tính dầm liên hợp thép - bê tông ƯST - PCB 1.0 66

3.2 ứng dụng chương trình PCB 1.0 vào tính toán thiết kế 70

3.3 ứng dụng chương trình PCB 1.0 để khảo sát thiết kế, tính hiệu quả 72

3.3.1 Khảo sát bài toán thiết kế, kiểm tra dầm LHT-BT ƯST 72

3.3.2 Khảo sát bài toán tính hiệu quả dầm LHT-BT ƯST 73

Thảo luận nội dung đạt được trong Chương 3 75

Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm kiểm chứng 76

4.1 Mục đích, địa điểm, thời gian thí nghiệm: 76

4.1.1 Mục đích thí nghiệm 76

4.1.2 Đơn vị thí nghiệm, địa điểm, thời gian 77

4.2 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 77

4.2.1 Thiết kế thí nghiệm 78

4.2.1.1 Thiết kế mẫu thí nghiệm 78

4.2.1.2 Bố trí tải trọng cho thí nghiệm 79

4.2.1.3 Bố trí thiết bị đo của dầm liên hợp thép - bê tông ƯST (D1) 79

4.2.1.4 Bố trí thiết bị đo của dầm liên hợp thép - bê tông (D2) 80

4.2.2 Thiết kế bệ thí nghiệm, hệ gia tải, các liên kết 81

4.2.3 Vật liệu chế tạo mẫu thí nghiệm 82

4.2.3.1 Dầm thép 82

4.2.3.2 Bê tông 83

4.2.3.3 Thanh căng 84

4.2.3.4 Liên kết neo 85

4.3 Quy trình thí nghiệm, thiết bị thí nghiệm và dụng cụ đo 85

4.3.1 Hệ kích thủy lực gia tải 85

4.3.2 Dụng cụ thí nghiệm 85

4.3.2.1 Biến dạng kế điện trở 85

4.3.2.2 Biến dạng kế cơ học 86

4.3.2.3 Chuyển vị kế 86

4.3.3 Quy trình gia tải 86

4.3.3.1 Dầm liên hợp thép - bê tông ƯST (D1) 86

4.3.3.2 Dầm liên hợp thép - bê tông (D2) 87

4.4 Các thông số đ−ợc nghiên cứu 88

4.5 Kết quả tổng quát thí nghiệm 89

4.5.1 Kết quả tổng quát 89

4.5.2 Ghi chép hiện t−ợng 89

4.5.2.1 Dầm liên hợp thép - bê tông ƯST (D1) 89

4.5.2.2 Dầm liên hợp thép - bê tông (D2) 91

4.5.3 Nhận xét chung về quá trình thí nghiệm 92

4.6 Kiểm chứng lý thuyết với thực nghiệm - giai đoạn chịu tải thi công 93

4.6.1 Dầm thép ƯST (D1) 93

4.6.1.1 ứng suất trong dầm thép 93

4.6.1.2 ứng suất trong thanh căng 93

4.6.1.3 Độ võng tại vị trí giữa dầm D1 94

4.6.2 Dầm thép (D2) 95

4.6.2.1 ứng suất trong dầm thép 95

4.6.2.2 Độ võng tại vị trí giữa dầm thép (D2) 95

4.7 Kiểm chứng lý thuyết với thực nghiệm - giai đoạn chịu tải sử dụng 95

4.7.1 Dầm liên hợp thép - bê tông ƯST (D1) 95

4.7.1.1 ứng suất trong bản bê tông 95

4.7.1.2 ứng suất trong thép hình 96

4.7.1.3 ứng suất trong thanh căng 97

4.7.1.4 Độ võng của dầm liên hợp thép - bê tông ƯST 98

4.7.2 Dầm liên hợp thép - bê tông (Dầm D2) 99

4.7.2.1 ứng suất trong bê tông 99

4.7.2.2 ứng suất trong thép hình 99

4.7.2.3 Độ võng của dầm liên hợp thép - bê tông 100

4.9 So sánh Mô men dẻo giới hạn [M] giữa lý thuyết và thực nghiệm 101ghd 4.10 Phân tích nguyên nhân phá hoại 101

4.10.1 Dầm liên hợp thép - bê tông ƯST (D1) 101

4.10.2 Dầm liên hợp thép - bê tông (D2) 102

Thảo luận về nội dung đạt được trong Chương 4 103

Kết luận chung của luận án 106

Kiến nghị 106

Danh mục những công trình công bố của tác giả 107

Danh mục Tài liệu tham khảo 108

Phụ lục .113

danh mục các ký hiệu

Các ký hiệu viết hoa:

Ecm : Mô đun đàn hồi cát tuyến của bê tông

Ia : Mô men quán tính uốn thép hình

Is : Mô men quán tính uốn cốt thép thanh

Ld : Chiều dài dây căng

Ma : Mô men tại điểm bố trí neo

MRd : Giá trị tính toán của mômen bền của tiết diện khi uốn

PR : Sức bền chịu cắt của liên kết

Wia : Mô men kháng uốn của dầm thép

Weq : Mô men kháng uốn của tiết diện dầm liên hợp

Các ký hiệu viết thường

b+eff : Bề rộng hiệu quả của bản sàn tại tiết diện chịu mô men dương

b-eff : Bề rộng hiệu quả của bản sàn tại tiết diện chịu mô men âm

btf : Bề rộng cánh trên tiết diện thép hình

bbf : Bề rộng cánh dưới tiết diện thép hình

c : Khoảng cách từ trọng tâm dây căng đến trọng tâm dầm thép

f ck : Cường độ đặc trưng khi nén của bêtông

f sk : Giới hạn đàn hồi đặc trưng khi kéo của thép thanh

f u : Giá trị cường độ kéo đứt của vật liệu chốt, bulông, đinh tán

f y : Giá trị tiêu chuẩn của giới hạn đàn hồi khi kéo của thép kết cấu

f yp : Giá trị tiêu chuẩn của giới hạn đàn hồi khi kéo của thép làm tôn

h : Chiều cao tổng thể tiết diện liên hợp

ha : Chiều cao tiết diện thép hình

n : Hệ số mô đun đàn hồi dùng cho tải trọng ngắn hạn

n’ : Hệ số mô đun đàn hồi dùng cho tải trọng dài hạn

n” : Hệ số mô đun đàn hồi chung cho tải trọng ngắn hạn và dài hạn

tw : Chiều dày bản bụng tiết diện thép hình

ttf : Chiều dày cánh trên tiết diện thép hình

tbf : Chiều dày cánh dưới tiết diện thép hình

δp : Độ võng dầm do tải trọng ngoài gây ra

danh mục các bảng

Bảng 1.1 So sánh kết quả thí nghiệm giữa dầm LHT-BT và dầm liên hợp

thép bê tông ứng suất trước trong thí nghiệm của M Safan Bảng 1.2 Các đặc trưng cơ học của bê tông theo Eurocode 4

Bảng 1.3 Giá trị f cm của bê tông ở tuổi 28 ngày theo Eurocode 4

Bảng 1.4 Lớp độ bền bê tông giữa Eurocode với TCXDVN 356:2005

Bảng 1.5 Thép thanh dùng cho kết cấu BTCT theo TCXDVN 356:2005 Bảng 1.6 Các chỉ tiêu cơ học của thép các bon cán nóng theo TCVN 5709 Bảng 1.7 Một số dạng tôn hình của Steel Deck Institute (SDI)

Bảng 2.1 ứng suất lớn nhất cho phép trong cốt thép

Bảng 3.1 Kết quả lựa chọn dầm đơn giản nhịp L = 7,5m

Bảng 3.2 Kết quả lựa chọn dầm liên tục, đều nhịp L = 10,0m

Bảng 3.3 Tỷ số về diện tích thép giữa dầm LHT-BT ƯST với dầm LHT-BT

Bảng 4.1 Các chỉ tiêu cơ lý của thép hình

Bảng 4.2 Thiết kế cấp phối bê tông mác 350

Bảng 4.3 Cường độ chịu nén của bê tông

Bảng 4.4 Mô đun đàn hồi của bê tông

Bảng 4.5 Các chỉ tiêu cơ lý của thanh căng

Bảng 4.6 Quy trình thí nghiệm dầm LHT-BT ƯST

Bảng 4.7 Quy trình thí nghiệm dầm LHT-BT

Bảng 4.8 Các thông số nghiên cứu, quan sát

Bảng 4.9 Kết quả tổng quát thí nghiệm

Bảng 4.10 Hiện tượng phá hoại dầm LHT-BT ƯST

Bảng 4.11 Hiện tượng phá hoại dầm LHT-BT

Bảng 4.12 Độ võng tại giữa dầm D1 trong giai đoạn chịu tải thi công Bảng 4.13 So sánh giữa độ võng tính toán và thực nghiệm

Bảng 4.14 So sánh giữa độ võng tính toán lý thuyết và thực nghiệm Bảng 4.15 So sánh giữa độ võng tại giữa dầm D2

Bảng 4.16 So sánh tính hiệu quả dầm LHT-BT ƯST với dầm LHT-BT

danh mục các HìNH Vẽ, đồ thị

Hình 1.1 Tháp Thiên niên kỷ - áo

Hình 1.2 Quá trình xây dựng Tháp thiên niên kỷ

Hình 1.3 Chế tạo dầm liên hợp

Hình 1.4 Liên kết dầm - dầm

Hình 1.5 Hệ dầm sàn trong quá trình thi công

Hình 1.6 Thi công chốt hàn

Hình 1.7 Trung tâm thương mại tài chính Bitexco tại Hồ Tùng Mậu - Hải

Triều - Quận 1 - Thành phố Hồ Chí Minh Hình 1.8 Sàn liên hợp tại 109 Đường Trường Chinh Hà Nội (trước khi đổ

bê tông) Hình 1.9 Sơ đồ thí nghiệm của M.Safan

Hình 1.10 Mặt cắt tiết diện

Hình 1.11 Toàn cảnh thí nghiệm của M.Safan

Hình 1.12 Toàn cảnh thí nghiệm của Shimming Chen

Hình 1.13 Quan hệ mô men và độ võng trong thí nghiệm Shiming Chen Hình 1.14 Toàn cảnh thí nghiệm của Wojciech Lorenc

Hình 2.1 Biểu đồ ứng suất của dầm trong giai đoạn đàn hồi

Hình 2.2 Biểu đồ nội lực để xác định chiều dài dây căng tại nhịp bất kỳ

trong dầm liên tục Hình 2.3 Biểu đồ nội lực để xác định chiều dài hợp lý của dây căng tại

nhịp đầu và nhịp cuối dầm liên tục Hình 2.4 Sơ đồ dầm liên tục và biểu đồ mô men uốn

Hình 2.5 Hệ cơ bản của dầm liên tục

Hình 2.6 Các kích thước của sàn và tấm tôn

Hình 2.7 Chiều rộng tham gia làm việc của bản sàn

Hình 2.8 Nhịp tương đương để xác định bề rộng hiệu quả

Hình 2.9 Trục trọng tâm đi qua bản bê tông

Hình 2.10 Trục trọng tâm đi qua thép hình

Hình 2.11 Tiết diện chịu mô men âm

Hình 2.12 Biểu đồ mô men để kiểm tra độ võng theo phương pháp đơn giản Hình 2.13 Biểu đồ ứng suất trong dầm trong trường hợp phát triển biến hình

dẻo Hình 2.14 Biểu đồ ứng suất dẻo khi trục trung hoà dẻo đi qua bản bê tông

(Tiết diện chịu mô men dương) Hình 2.15 Biểu đồ ứng suất dẻo khi trục trung hoà dẻo đi qua bản cánh dầm

thép (Tiết diện chịu mômen dương) Hình 2.16 Biểu đồ ứng suất khi trục trung hoà dẻo đi qua bản bụng dầm thép

(Tiết diện chịu mômen dương) Hình 2.17 Biểu đồ ứng suất dẻo khi trục trung hoà đi qua cánh dầm thép

(Tiết diện chịu mômen âm) Hình 2.18 Sự phân bố ứng suất dẻo khi trục trung hoà đi qua bản bụng (Tiết

diện chịu mômen âm)

Hình 3.7 Đồ thị quan hệ tải trọng - mô men quán tính tiết diện dầm thép

trong dầm LHT-BT ƯST theo chiều dài dầm Hình 3.8 Đồ thị tỷ số diện tích phần dầm thép giữa dầm LHT-BT ƯST với

dầm LHT-BT theo chiều dài nhịp và tải trọng phân bố

Hình 4.1 Sơ đồ lý thuyết tính toán hai dầm thí nghiệm

Hình 4.2 Mặt cắt tiết diện hai dầm thí nghiệm

Hình 4.17 Biểu đồ độ võng thực nghiệm dầm thép ƯST (D1)

Hình 4.18 Phân bố ứng suất tại mặt cắt giữa dầm

Hình 4.19 Đồ thị tải trọng - ứng suất trong bản BT (mặt cắt 2-2 - dầm D1) Hình 4.20 Đồ thị tải trọng - ứng suất trong bản BT (mặt cắt 3-3 dầm D1) Hình 4.21 Đồ thị tải trọng - ứng suất trong dầm thép (mặt cắt 2-2 - dầm D1) Hình 4.22 Đồ thị ứng suất trong thanh căng của dầm D1

Hình 4.23 Biểu đồ chuyển vị dầm D1 theo các cấp tải

Hình 4.24 Biểu đồ ứng suất trong bê tông dầm LHT-BT

Hình 4.25 Đồ thị ứng suất trong dầm thép (mặt cắt 2-2 dầm D2)

Hình 4.26 Biểu đồ chuyển vị tại tiết diện giữa dầm D2

Kết cấu LHT-BT là sự kết hợp giữa kết cấu thép và kết cấu bê tông, với các đặc trưng về vật liệu, đặc điểm làm việc sẵn sàng đáp ứng các yêu cầu của phương án ƯST Việc sử dụng phương án thiết kế ƯST vào kết cấu LHT-BT

sẽ đem lại những tính năng đặc biệt và giải quyết được những yêu cầu về kiến trúc và công nghệ Trong lĩnh vực xây dựng dân dụng, sử dụng ƯST trong kết cấu LHT-BT hiện nay chưa được nghiên cứu và ứng dụng nhiều, ngay cả trong tiêu chuẩn Eurocode 4 - Kết cấu liên hợp thép - bê tông cũng chưa có quy

định cụ thể về ứng suất trước

Theo các tài liệu tham khảo, việc nghiên cứu ứng dụng ƯST vào kết cấu LHT-BT trên thế giới là các nghiên cứu thực nghiệm vào các thí nghiệm để chứng minh tính hiệu quả của kết cấu LHT-BT ƯST so với kết cấu LHT-BT thông thường, còn về lý thuyết tính toán chưa thấy có các nghiên cứu tổng quát và cụ thể

Do đó tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, tính toán kết cấu dầm liên hợp thép - bê tông ứng suất trước trong xây dựng dân dụng và công nghiệp” cho luận án tiến sỹ kỹ thuật

2 Mục đích, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu của luận án

* Mục đích của luận án:

- Kết hợp những ưu điểm của dầm LH T-BT và ứng suất trước để có một phương án kết cấu có hiệu quả cao hơn

* Để đạt được mục đích trên thì nhiệm vụ của luận án đề ra là:

- Nghiên cứu, thiết lập các công thức tính toán trong kết cấu dầm

LHT-BT ƯST để áp dụng vào thực tế

- Xây dựng trình tự tính toán, chương trình tính toán kết cấu dầm

LHT-BT ƯST để hỗ trợ tính toán thiết kế, khảo sát và ứng dụng

- Thí nghiệm kiểm chứng để kiểm tra các công thức tính toán của kết cấu dầm LHT-BT ƯST, đồng thời kiểm chứng tính hiệu quả của kết cấu dầm LHT-BT ƯST so với dầm LHT-BT

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Sử dụng ƯST trong kết cấu LHT-BT là một bài toán lớn, đa dạng và phức tạp, trong luận án này, tác giả lựa chọn đối tượng nghiên cứu là kết cấu dầm LHT-BT ƯST Đây cũng là loại cấu kiện phổ biến và quan trọng nói chung và trong kết cấu nhà cao tầng nói riêng

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu dầm đơn giản, dầm liên tục LHT-BT

ƯST Phương pháp ƯST là phương pháp căng trước trên dầm thép, dùng dây căng dạng thẳng, không dính bám (nếu đặt trong bê tông) Thép kết cấu sử dụng loại có giới hạn chảy không vượt quá 355 N/mm2, các vật liệu sử dụng trong điều kiện Việt Nam

- Khảo sát và ứng dụng tính toán các dầm đơn giản và liên tục LHT-BT

ƯST;

- Thí nghiệm kết cấu dầm LHT-BT ƯST trên mô hình lớn để kiểm tra,

so sánh với lý thuyết tính toán

3 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

- Về ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về kết cấu dầm LHT-BT ƯST áp dụng trong lĩnh vực xây dựng và công nghiệp, và sử dụng vào Việt Nam

- Về ý nghĩa thực tiễn: Hiện nay kết cấu LHT-BT đã bắt đầu sử dụng tại Việt Nam trong một số công trình cao tầng hoặc nhịp lớn, vì vậy đề tài nghiên cứu, tính toán dầm LHT-BT ƯST có thế sẽ đem lại hiệu quả cao hơn cho loại kết cấu này

4 Nội dung và cấu trúc của luận án

- Nội dung của luận án bao gồm 4 chương với 106 trang, 71 hình vẽ, 27 bảng biểu với cấu trúc như sau:

Mở đầu

Chương I: Tổng quan kết cấu dầm liên hợp thép - bê tông và hướng sử dụng ứng suất trước trong loại kết cấu này

Chương II: Tính toán dầm liên hợp thép - bêtông ứng suất trước

Chương III: Chương trình máy tính, ứng dụng khảo sát và tính toán Chương IV: Nghiên cứu thực nghiệm kiểm chứng

Kết luận

Chương 1: Tổng quan về kết cấu liên hợp thép - bê tông

vμ hướng sử dụng ứng suất trước trong loại kết cấu nμy

1.1 Tổng quan về kết cấu liên hợp thép - bê tông

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp thép - bê tông

Lịch sử phát triển của việc dùng kết cấu liên hợp thép-bê tông BT) gắn liền với lịch sử phát triển kết cấu bê tông cốt thép, vì thực chất loại kết cấu này là một trường hợp cá biệt của kết cấu bê tông cốt thép Do tính chất cấu tạo của “cốt thép” khác so với kết cấu bê tông cốt thép thông thường,

(LHT-nó có thể ở dạng thép tấm, thép hình, thép ống, thép ở dạng khung, (LHT-nó có thể nằm ngoài (kết cấu thép nhồi bê tông), hay có thể nằm bên trong bê tông (kết cấu thép bọc bê tông), hoặc có thể nằm ở hai thớ khác nhau của tiết diện nên tính chất làm việc, sự tương tác giữa bê tông và thép không giống như bê tông cốt thép thông thường (dùng cốt tròn), vì vậy việc thiết kế loại kết cấu này cũng mang tính chất hoàn toàn khác [4, tr8]

Tuy ra đời muộn hơn một số kết cấu truyền thống như kết cấu thép, kết cấu bêtông, kết cấu gỗ nhưng dạng kết cấu này đã được sử dụng từ hơn 100 năm nay và càng ngày càng thấy có nhiều ưu việt cần thiết phải khai thác

Kết cấu LHT-BT bắt đầu xuất hiện từ năm 1894, thời kỳ đầu các ứng dụng chủ yếu làm cầu như các công trình Cầu Rock Rapids (1894); cầu ở Pitts Burgh, Pennsylvania (1898) [4, tr 8-9]; Cầu Sava ở Bekgrade, Nam Tư cũ (1956); Cầu Whisky Creek, Mỹ (1961) [19, tr 103-107];

Đến đầu những năm 1950, ứng dụng kết cấu LHT-BT trong công trình xây dựng thường không có tính kinh tế cao, do lượng ván khuôn, hệ đỡ đáng

kể phải sử dụng trong quá trình thi công bản bê tông, cùng với việc mất nhiều thời gian để hàn các neo thép vào dầm Đến thời điểm này, kết cấu LHT-BT chỉ được sử dụng rộng rãi trong thi công cầu [40, tr 20]

Sự phát triển của máy hàn đinh theo công nghệ cung lửa điện vào những năm 1954 cho phép ra đời loại neo chốt hàn có mũ, được liên kết nhanh và tại chỗ trên bản cánh của dầm thép Cùng với sự ra đời của ván thép định hình (sau này phát triển thành tôn sóng) vào nửa cuối những năm 1950, đã xóa bỏ hầu như toàn bộ việc sử dụng ván khuôn tạm bằng gỗ trước kia, do các ưu

điểm sử dụng làm sàn công tác đỡ tải trọng thi công cũng như làm ván khuôn vĩnh cửu cho bê tông [40, tr.23-24]

Từ đó trở đi kết cấu LHT-BT bắt đầu được dùng phổ biến trong xây dựng nhà cao tầng trên thế giới như Toà nhà Atlantic Centre Project ở Atlanta; Millennium Tower, Bãi đỗ xe DEZ (áo); Citibank Duisburg (Đức) [4, tr.17-19]

Việc sử dụng kết cấu LHT-BT đã trải qua một quãng đường dài nhưng chính thức đưa vào tiêu chuẩn quốc gia thì gần đây mới được quan tâm rõ rệt Sau khi tiêu chuẩn ASSHTO (Mỹ), DIN 1078 (Đức), SRC Standard (Nhật) ban hành, hàng loạt các quốc gia khác dựa vào đó soạn thảo tiêu chuẩn cho nước mình Gần đây Uỷ ban cộng đồng Châu Âu CEC (The Commission of the European Communities) thấy rằng cần thiết phải có một bộ tiêu chuẩn thống nhất chung cho các quốc gia Châu Âu không chỉ về kết cấu liên hợp mà về kết cấu xây dựng nói chung Bộ tiêu chuẩn gọi là European Codes (EuroCodes hay EC) EuroCodes gồm 8 tập, trong đó EuroCodes 4 là tiêu chuẩn về Kết cấu LHT-BT [4, tr 12-13]

ở Việt Nam, lý thuyết tính toán cấu kiện LHT-BT (bê tông cốt cứng) đã

được đưa vào giáo trình bậc đạo học từ năm 1995, dựa theo lý thuyết tính toán của Nga và còn khá đơn giản Sau đó là một số luận văn cao học của các tác giả Nguyễn Văn Khánh (1996), Hoàng Văn Quang hoặc các đề tài NCKH của

ĐH Xây Dựng và Viện KTXD Hà Nội (2005) Năm 2006 lý thuyết tính toán “ Kết cấu liên hợp thép - bêtông dùng trong nhà cao tầng”[4] được xuất bản, nhằm cung cấp kiến thức cơ bản về kết cấu liên hợp cho kỹ sư, cán bộ kỹ

thuật, nghiên cứu và giảng dạy ở bậc cao học của ngành xây dựng, trên cơ sở

đó có thể đi đến thiết kế loại kết cấu này khi thực tế xây dựng yêu cầu

1.1.1.1 Đặc điểm của kết cấu liên hợp thép - bê tông

- Khả năng chống ăn mòn của thép được tăng cường Điều này càng có

ý nghĩa đối với công trình xây dựng ở vùng khí hậu có độ ẩm cao, công trình ven biển, các cấu kiện bị tiếp xúc với môi trường ăn mòn

- Tăng độ cứng của kết cấu, điều này thấy rõ đối với các cột LHT-BT

kể cả bọc ngoài hay nhồi trong đều làm giảm độ mảnh của cột thép làm tăng khả năng ổn định cục bộ cũng như tổng thể của thép

- Khả năng biến dạng lớn hơn kết cấu bê tông cốt thép, đó là ưu điểm lớn trong việc chịu tải trọng động đất

- Có thể tạo kết cấu ứng lực trước trong khi thi công, tăng hiệu quả sử dụng vật liệu, nhất là vật liệu cường độ cao

- Có thể dễ dàng dùng phương pháp thi công hiện đại (phương pháp thi công ván khuôn trượt, thi công lắp ghép) làm tăng tốc độ thi công, sớm đưa công trình vào sử dụng

- So với kết cấu bê tông thông thường, kích thước của kết cấu LHT-BT

bé hơn, do đó tăng được không gian sử dụng

- Có thể đạt hiệu quả kinh tế cao So với kết cấu bê tông cốt thép thông thường thì lượng thép dùng trong kết cấu LHT-BT lớn hơn, nhưng đôi khi chưa hẳn là đắt hơn Nếu đánh giá hiệu quả kinh tế một cách toàn diện, có thể chi phí vật liệu cao nhưng bù lại bởi tốc độ thi công nhanh, sớm quay vòng vốn và đưa vào sử dụng sớm thì rất có thể công trình sẽ rẻ hơn [4, tr16], [51]

1.1.1.2 Một số công trình kết cấu liên hợp thép - bê tông trên thế giới

- Tháp Thiên niên kỷ (Viên - áo): Tòa nhà cao 55 tầng ( hơn 202m, bao gồm cả ăngten); với diện tích mặt bằng khoảng 1000m2 Tiến độ thi công 8 tháng (tháng 5 đến tháng 9/1998), tương đương từ 2ữ2,5 tầng/tuần (Hình 1.1

và hình 1.2)

- Tòa nhà Major Bank ở Dallas, tiểu bang Texas, 35 tầng (237m), tổng diện tích khoảng 185.800 m2, chi phí thép cho nhà tính bình quân khoảng khoảng 78 kg/ m2

- Trụ sở của Citibank ở Duisburg (Đức), cao 15 tầng (72m), diện tích mặt bằng 14.500m2 Tiến độ thi công theo chiều cao là 3m/tuần

Hình 1.1 - Tháp Thiên niên kỷ - áo Hình 1.2 – Quá trình xây dựng

tháp Thiên niên kỷ

Hình 1.3 Chế tạo dầm liên hợp Hình 1.4 Liên kết dầm - dầm

Hình 1.5 Hệ dầm sàn trong quá trình TC

Hình 1.6 Thi công chốt hàn

1.1.2 Kết cấu liên hợp thép - bê tông tại Việt Nam

Kết cấu LHT-BT đã được ứng dụng tại Việt Nam từ những năm 2005, chủ yếu ở Tp Hồ Chí Minh và Hà Nội, điển hình là công trình Trung tâm thương mại tài chính Bitexco Tower - TP Hồ Chí Minh (2009) - Hình 1.7; Diamond Plaza - TP Hồ Chí Minh; Sàn LHT -BT của Công ty xuất nhập khẩu Hồng Hà tại 109 đường Trường Chinh - Hà Nội (Hình 1.8); Tòa nhà Dolphin Plaza; Bảo tàng Hà Nội

Hiện nay một số thiết kế nhà cao tầng đã dùng kết cấu LHT-BT và sẽ

được đưa vào thi công tại các thành phố lớn Với yêu cầu phát triển xây dựng như hiện nay, loại kết cấu này chắc chắn sẽ được sử dụng rộng rãi ở nước ta, trước hết là cho các công trình xây dựng từ 30 tầng trở lên

H×nh 1.7 Trung t©m th−¬ng m¹i tµi chÝnh Bitexco t¹i Hå Tïng MËu - H¶i

TriÒu - QuËn 1 - Thµnh phè Hå ChÝ Minh

H×nh 1.8 Sµn liªn hîp t¹i 109 §−êng Tr−êng Chinh Hµ Néi

1.2.2 Các phương pháp tạo ứng suất trước

Phương pháp sử dụng dây (thanh) căng bằng thép cường độ cao để gây ứng suất trước trong kết cấu, phương pháp này được phân thành hai loại tùy theo thời điểm căng dây để tạo ứng suất trước là phương pháp căng trước và phương pháp căng sau Phương pháp căng trước thường được sử dụng trong kết cấu công trình bằng thép Đối với kết cấu bê tông cốt thép, tùy theo điều kiện thực tế, người ta có thể sử dụng phương pháp căng trước hoặc căng sau

Phương pháp gây chuyển vị cưỡng bức gối tựa nhằm điều chỉnh nội lực hợp lý trong kết cấu, trong các kết cấu siêu tĩnh như dầm, dàn, vòm Phương pháp này thường sử dụng trong các kết cấu công trình bằng thép

Phương pháp gây ứng suất kéo trước các cấu kiện mảnh để tạo độ cứng cho chúng, thường được dùng rộng rãi trong kết cấu thép nhằm tăng độ cứng cho kết cấu, đặc biệt là các kết cấu treo

Phương pháp tạo ứng suất trước bằng cách gây biến dạng đàn hồi các bộ phận của kết cấu [5] [18] [31]

1.2.3 Hiệu quả của việc sử dụng phương pháp ứng suất trước

Về kỹ thuật: Phương pháp ứng suất trước được sử dụng với mục đích tăng khả năng chịu lực, giảm biến dạng khi sử dụng của kết cấu

Về kinh tế: Khi sử dụng ứng suất trước sẽ làm giảm kích thước các cấu kiện, từ đó có thể giảm được chi phí vật liệu Tuy nhiên việc sử dụng vật liệu cường độ cao có giá thành đơn vị cao hơn, biện pháp thi công phức tạp hơn Nhưng tổng thể lại, kết cấu ứng suất trước sẽ có hiệu quả kinh tế hơn đặc biệt cho kết cấu nhịp lớn, các cấu kiện điển hình được thi công hàng loạt và cấu kiện đúc sẵn hoặc kết cấu liên hợp [14]

Về phạm vi áp dụng: Phương pháp ứng suất trước thích hợp với các kết cấu nhà cao tầng, kết cấu nhịp lớn, chịu tải trọng lớn, các kết cấu có yêu cầu

về độ mảnh hoặc có kiến trúc đặc biệt

1.3 Phương pháp ứng suất trước trong kết cấu liên hợp thép - bê tông 1.3.1 Một số nghiên cứu ở nước ngoài và trong nước

1.3.1.1 Nghiên cứu thực nghiệm

Hiện nay, việc sử dụng phương pháp ứng suất trước trong kết cấu

LHT-BT còn là những nghiên cứu ban đầu riêng rẽ, chưa thấy công bố các nghiên cứu cụ thể về lý thuyết, chưa có các tài liệu chính thức, và hầu hết là các nghiên cứu thực nghiệm, mặc dù kết cấu liên hợp thép bê tông có những điều kiện cần và đủ để có thể sử dụng phương pháp ứng suất trước như kết cấu thép hoặc kết cấu bê tông cốt thép thông thường Dưới đây là một số nghiên cứu thực nghiệm được công bố:

• Nghiên cứu thực nghiệm của M.Safan, trường Đại học kỹ thuật Czech tại Prague [41], đã so sánh về khả năng chịu lực, độ võng giữa hai dầm LHT-BT và dầm LHT-BT ƯST có kích thước như nhau (dầm liên tục 2 nhịp, 7m/nhịp, phần dầm thép I.B.No30, bản bê tông kích thước 600x6mm, dùng 2 thanh căng đường kính 15,5mm) Kết quả cho thấy với cùng một tiết diện, sơ

đồ kết cấu và cùng loại tải trọng tác động thì khả năng chịu lực như sau:

Bảng 1.1 So sánh kết quả thí nghiệm giữa dầm BT và dầm

LHT-BT ƯST trong thí nghiệm của M Safan

20 vết nứt/ tổng chiều dài vết nứt là 126 cm

Hình 1.9 Sơ đồ thí nghiệm của M.Safan

Hình 1.10 Mặt cắt tiết diện

Hình 1.11 Toàn cảnh thí nghiệm của M.Safan

• Một số nghiên cứu của Shimming Chen (Đại học Tổng hợp Tongji) như khảo sát thí nghiệm so sánh dầm LH T-BT ƯST với dầm LH T-BT (01 dầm liên tục 2 nhịp; 01 dầm liên tục 1 nhịp có 2 đầu công-xôn) [34]; Nghiên cứu thực nghiệm trên 2 dầm đơn giản LH T-BT ƯST, nhịp 5,0 m [35]; hoặc xác định bề rộng hiệu quả của dầm LH T-BT ƯST có dây căng ngoài [33] cho các kết luận như sau:

- Sử dụng ứng suất trước vào dầm LHT-BT sẽ làm tăng khả năng chịu lực, giảm độ võng [35];

- Bề rộng hiệu quả của bản sàn tăng lên so với khi không ứng suất trước [33];

- Sự co ngót của bê tông có ảnh hưởng đến bề rộng hiệu quả của dầm LHT-BT ứng suất trước, tuy nhiên ảnh hưởng này được bỏ qua khi xác định bề rộng hiệu quả [33]

- Sự trượt bề mặt giữa bê tông và thép trong dầm LHT-BT ứng suất trước giảm so với dầm LHT-BT [34];

Hình 1.12 Toàn cảnh thí nghiệm của Shimming Chen [34]

Hình 1.13 Quan hệ mô men và độ võng trong thí nghiệm Shiming Chen [34] Ghi chú: dầm BS1 trong thí nghiệm 1 là dầm LHT-BT ; dầm BS1 trong thí nghiệm 2 và dầm BS2 là dầm LHT-BT ứng suất trước;

• Với nghiên cứu thực nghiệm trên 6 dầm LH T-BT đơn giản nhịp 5,5m (bao gồm 01 dầm không ƯST; 02 dầm ƯST sử dụng dây căng thẳng; 03 dầm ƯST sử dụng dây căng gấp khúc), Wojciech Lorenc (Trường Đại học công nghệ Wroclaw - Ba Lan) đã đưa ra một số kết luận cơ bản sau:

- Dây căng ngoài ứng suất trước làm tăng khả năng chịu tải và tải trọng cực hạn của dầm LHT-BT lên 25% tại các tiết diện chịu mô men dương so với dầm LHT-BT không ứng suất trước

- Trong dầm đơn giản, với một độ lệch tâm như nhau của dây căng thì dường như không có sự khác nhau về sự làm việc giữa dầm sử dụng dây căng gấp khúc với dầm sử dụng dây căng thẳng không có neo trung gian; [41]

Hình 1.14 Toàn cảnh thí nghiệm của Wojciech Lorenc [41]

1.3.1.2 Nghiên cứu lý thuyết

Trong lĩnh vực xây dựng dân dụng, các nghiên cứu về dầm LHT-BT

ƯST chưa thấy các công bố cụ thể Trong tiêu chuẩn EC4 cũng chưa đề cập

đến vấn đề này

Trong lĩnh vực cầu, các tác giả Lê Đình Tâm [19], Nguyễn Như Khải, Nguyễn Bình Hà [14] đã đề cập đến những ưu điểm và khả năng ứng dụng của loại kết cấu này

1.3.2 Các khả năng sử dụng phương pháp ứng suất trước trong kết cấu

liên hợp thép -bê tông tại Việt Nam

Trong xây dựng dân dụng tại Việt Nam, kết cấu LHT-BT đã được sử dụng, nhưng mới chỉ tập trung tại Tp Hồ Chí Minh và Tp Hà Nội

Cũng như kết cấu thép và kết cấu bê tông cốt thép thông thường, kết cấu LHT-BT có đầy đủ các điều kiện để sử dụng phương pháp ƯST nhằm điều chỉnh hợp lý nội lực trong kết cấu Các phương pháp tạo ƯST hoàn toàn có thể

sử dụng như kết cấu thép ƯST hoặc kết cấu BTCT ƯST Do vậy khả năng áp dụng phương pháp ƯST trong kết cấu LHT-BT là hoàn toàn khả thi về kỹ thuật và chắc chắn đem lại hiệu quả kinh tế cho công trình

Các nghiên cứu thực nghiệm về dầm LHT-BT ƯST cũng đã cho thấy tính hiệu quả của việc sử dụng ƯST trong kết cấu dầm LHT-BT Vì vậy nghiên cứu sâu hơn về lý thuyết tính toán và thực nghiệm để có thể thiết kế và xây dựng chúng là điều rất cần thiết, nhất là đối với Việt Nam khi tốc độ xây dựng ngày càng lớn mạnh

1.3.3 Nội dung nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm của luận án

Vận dụng lý thuyết tính toán dầm LHT-BT theo tiêu chuẩn EC4, vào kiểm tra dầm LHT-BT ƯST theo hai trạng thái giới hạn sử dụng và trạng thái giới hạn phá hoại

Trong quá trình thực hiện luận án, tác giả đã thiết lập công thức xác

định mô men uốn dẻo giới hạn của dầm LHT-BT ƯST [M] để sử dụng thuận dth

tiện trong việc kiểm tra khả năng chịu lực của dầm LHT-BT ƯST theo trạng thái giới hạn phá hoại

Đồng thời vận dụng các lý thuyết cơ học kết cấu vào kết cấu dầm

LHT-BT ƯST để thành lập các công thức kiểm tra dầm LHT-LHT-BT ƯST theo trạng thái giới hạn sử dụng

Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm trên hai dầm LHT-BT ƯST và dầm LHT-BT với kích thước lớn để kiểm chứng lý thuyết và so sánh hiệu quả của hai loại dầm

1.4 Vật liệu sử dụng trong dầm liên hợp thép -bê tông ứng suất trước

1.4.1 Bê tông

1.4.1.1 Quy định của Eurocode 2 và Eurocode 4

Trong kết cấu LHT-BT dùng bê tông thông thường như trong kết cấu bê tông cốt thép Có thể dùng bê tông nặng (bê tông thông thường) với khối lượng riêng 1800<ρ≤2500 kg/ m3, hoặc bê tông nhẹ 1600 <ρ≤ 1800 kg/ m3

Đối với bê tông thông thường theo qui định của Tiêu chuẩn Eurocode 4

về kết cấu liên hợp thì dùng mác bê tông từ C20/25 đến C50/60 Các đặc trưng cơ học chính của chúng được nêu trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Các đặc trưng cơ học của bê tông theo Eurocode 4

f ck - cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông mẫu hình trụ ở 28 ngày;

f ctm - cường độ chịu kéo trung bình ở 28 ngày;

f cm - cường độ chịu nén trung bình của bê tông mẫu trụ;

E cm - môđun đàn hồi cát tuyến có kể đến ảnh hưởng của các tác động

B¶ng 1.3 Gi¸ trÞ f cm cña bª t«ng ë tuæi 28 ngµy theo Eurocode 4

được (sai số ≤ 1%) ta có thể so sánh tương đương như sau:

Bảng 1.4 Lớp độ bền bê tông giữa Eurocode với TCXDVN 356:2005

Về các chỉ tiêu cơ lý khác như mô đun đàn hồi, hệ số dãn nở nhiệt, hệ

số Poát-xông như nhau cho cả hai tiêu chuẩn [4] [25] [38]

1.4.2 Cốt thép thanh

1.4.2.1 Quy định của Eurocode 4

Tiêu chuẩn Châu Âu EN 10080 3 đã đưa ra ba mác thép dùng cho kết

cấu liên hợp: S220; S400 và S500, các con số ở ký hiệu chỉ giới hạn đàn hồi

của từng loại fsk (N/ mm2) Mác S220 là thép tròn trơn cán nóng, các mác S400

và S500 là thép thanh tròn và có gai (kể cả lưới thép hàn) cho tính ma sát lớn

Trong phạm vi luận án chỉ tính toán dẻo ở mức cho phép chủ yếu đối với các

mác thép S400, S500 loại có tính dẻo dai lớn: theo qui định của Eurocode 2

nếu fs(u) là cường độ kéo đứt của thép và εsk(u) là biến dạng tương đối khi bị đứt

thì yêu cầu về tính dẻo dai như sau:

08 , 1 f

f

và 5%

sk

) u ( s (u)

Trong đó: f sk - giới hạn đàn hồi đặc trưng khi kéo của thép thanh

f u- giá trị cường độ kéo đứt của thép thanh

Môđun đàn hồi Es của cốt thép dao động từ 190 đến 200 kN/ cm2 Để

đơn giản tính toán, trong kết cấu liên hợp cho phép lấy giá trị của Es là giá trị của Ea = 210 kN/ mm2 của thép kết cấu [38] [51]

1.4.2.2 Quy định theo TCXDVN 356:2005

TCXDVN qui định dùng thép thanh cho kết cấu bê tông cốt thép, giá trị cường độ chịu kéo tiêu chuẩn Rsn và cường độ chịu kéo tính toán khi tính toán theo trạng thái giới hạn thứ hai Rs,ser, nêu tại bảng 1.5

Bảng 1.5 Thép thanh dùng cho kết cấu BTCT theo TCXDVN 356:2005 Nhóm cốt thép thanh Giá trị Rsn và Rs,ser (MPa)

C I (A-I)

C II (A-II)

C III (A-III)

C IV (A-IV) A-V A-VI A-VII

1.4.3 Thép kết cấu

1.4.3.1 Quy định theo Eurocode 4

Trong tiêu chuẩn EC4 trình bầy cách tính toán các kết cấu liên hợp

được sản xuất từ thép mác thông thường S235, S275 và S355, xác định trong tiêu chuẩn EN 10025 và EN 10113 Để có các giá trị tiêu chuẩn của giới hạn

đàn hồi fy và cường độ kéo đứt fu của các cấu kiện bằng thép cán nóng phụ thuộc vào chiều dầy, đã thành lập các bảng tra [4]

1.4.3.2 Quy định theo TCVN 5709 - 1993

Theo TCVN 5709 – 1993 - Thép cán nóng dùng cho xây dựng, các chỉ tiêu cơ học của các loại thép cácbon cán nóng có thể sử dụng trong kết cấu xây dựng nêu ở bảng 1.6

Bảng 1.6 Các chỉ tiêu cơ học của thép các bon cán nóng theo TCVN 5709

Giới hạn chảy,N/mm2cho độ dầy, mm

Độ dãn dài % cho độ dầy,

Chỉ nêu ra ở đây các tôn định hình phù hợp với Tiêu chuẩn Châu Âu EN

10147, với các giá trị tiêu chuẩn của giới hạn đàn hồi của vật liệu thép cơ bản

fyp từ 220 đến 350 N/ mm2 Nói chung chiều dầy của các tấm tôn này từ 0,7

đến 1,5 mm, mỗi mặt đều được bảo vệ chống ăn mòn bởi 1 lớp kẽm dầy khoảng 0,02 mm (mạ kẽm nóng); có thể sơn bổ sung sau mạ kẽm

Như vậy khi thiết kế sàn liên hợp ở Việt Nam cần chọn các loại tôn thoả mãn các yêu cầu nêu ở trên Trên thế giới hiện nay, có rất nhiều công ty sản xuất loại tôn này Dưới đây là một số loại tôn điển hình của một số nhà sản xuất

Bảng 1.7: Một số dạng tôn hình của Steel Deck Institute (SDI)

Kích thước một số loại

38 x305mm 50x305mm 76x305mm Composite

0,7mm đến 1,5mm

0,08KN/m2 đến 0,16KN/m2

50x305mm Composite

0,7mm đến 1,5mm

0,08KN/m2 đến 0,16KN/m2

38x152mm Composite

0,7mm đến 1,5mm

0,08KN/m2 đến 0,16KN/m2

76 x 204mm Composite

0,7mm đến 1,5mm

0,08KN/m2 đến 0,16KN/m2

• Dây căng làm bằng bó sợi thép

Dây căng bằng bó sợi thép cường độ cao có thể chế tạo theo tiết diện hình ống hay tiết diện đặc Khi dùng phương pháp căng liên tục bó sợi làm thành tiết diện tròn hay chữ nhật gồm một hay nhiều hàng sợi Bó sợi căng

liên tục có nhược điểm là khi một sợi bị đứt thì cả bó cũng mất khả năng chịu lực Sợi thép thường dùng là loại đường kính 3-5mm Sợi đường kính nhỏ quá

dễ bị ăn mòn và bị tác động cơ học, ngược lại đường kính lớn quá sẽ có cường

độ thấp và khó gia công Bó thép đặc có lợi hơn bó tiết diện hình ống, vì bó hình ống căng bằng kích tác dụng kẹp chỉ đặt được 12-18-24 sợi, nội lực tính toán tối đa (khi d=5mm) chỉ vào khoảng 450kN, hơn nữa khả năng chống ăn mòn cũng kém tiết diện đặc

• Dây căng làm bằng dây cáp

Cấu kiện căng làm bằng dây cáp thích hợp nhất đối với kết cấu kim loại ứng suất trước Dây cáp xoắn chế tạo sẵn từ nhà máy cho nên tiện dùng chắc chắn và không cần thiết bị riêng để gia công Tiết diện dây cáp có thể là một nhánh có lõi và nhiều nhánh hoặc tiết diện kín (cáp bọc) có khả năng chống

1.4.6 Chốt liên kết

Các liên kết và cốt thép ngang phân bố dọc theo mặt tiếp xúc giữa bê tông và thép phải có khả năng truyền lực dọc giữa tấm đan và thép hình, không xét đến lực ma sát giữa chúng Trong kết cấu dầm liên hợp thường sử dụng các dạng liên kết sau: chốt hàn có mũ, thép góc hàn, thanh cứng, móc [4],[38],[40],[51]

Trong các công trình xây dựng dân dụng, chốt hàn có mũ được sử dụng

phổ biến nhất do kỹ thuật chế tạo, lắp đặt nhanh, khả năng chịu lực tốt về mọi hướng theo trục của chốt [40]

Thảo luận các nội dung đạt được trong Chương 1

- Giới thiệu quá trình phát triển của lý thuyết tính toán và những ứng dụng của kết cấu liên hợp thép - bê tông trên thế giới và ở Việt Nam;

- Những ưu điểm của kết cấu liên hợp thép - bê tông về khả năng chịu lực, thời gian thi công, ứng dụng vào các công trình nhịp lớn, cao tầng Ngoài

ra cũng có một số nhược điểm như công nghệ chế tạo phức tạp, Riêng ở Việt Nam, giá thành thép còn cao, ảnh hưởng đến giá thành công trình;

- Một số công trình tại Việt Nam đã sử dụng kết cấu liên hợp thép - bê tông; tiêu chuẩn thiết kế biên dịch từ Eurocode 4 cũng sắp công bố Do đó cần

có các công trình nghiên cứu trong nước để có những hiểu biết đầy đủ và ứng dụng hiệu quả hơn;

- Các nghiên cứu ứng dụng ứng suất trước vào kết cấu dầm liên hợp thép - bê tông trong công trình dân dụng gần đây mới bắt đầu, phần lớn các nghiên cứu đó đều là những thực nghiệm;

- Các vật liệu cơ bản để chế tạo kết cấu dầm liên hợp thép - bê tông ứng suất trước đều sẵn có trên thị trường Việt Nam;

Nội dung cụ thể nghiên cứu của luận án: