KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP LIÊN HỢP

14Kết cấu liên hợp thép - BT CompositeKết hợp 2 phương pháp truyền thống à phương pháp kinh tế + khả năng chịu lực cao hơn + độ cứng cao hơn + phân phối dẻo PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG PHƯƠNG P

Trang 1

KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

GV PHAN ĐỨC HÙNG

Trang 2

KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

Trang 3

KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

1 Eurocode 4

2 Phạm văn Hội, “ Kết cấu liên hợp thép –

bê tông ”, NXB Khoa học & Kỹ thuật, 2006

Trang 4

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP

THÉP – BÊ TÔNG

Trang 6

TỔNG QUAN

Trang 7

Hai loại vật liệu hỗ trợ lẫn nhau:

Ø Bê tông chịu nén và thép chịu kéo

Ø Bê tông bọc lõi thép à chống ăn mòn và chịu nhiệt

Ø Bê tông nhồi thép ống à tăng độ ổn định của kết cấu

Ø Thép giúp tăng độ dẻo của kết cấu

7

TỔNG QUAN

Trang 10

u Kinh tế

Ø Giảm chiều cao kết cấu

à tiết kiệm diện tích bao che

Ø Nhịp dài hơn với cùng 1 chiều cao

à không gian rộng hơn

Ø Tăng số tầng với cùng chiều cao tòa nhà

Ø Thời gian lắp ráp nhanh hơn

à tiết kiệm chi phí, hoàn thành sớm đưa côngtrình vào sử dụng

10

ƯU ĐIỂM

Trang 11

u Chức năng

Ø Phòng cháy bằng vật liệu bê tông bảo vệ lõi thép

u Độ linh hoạt

Khả năng thích nghi của kết cấu

Ø Điều chỉnh trong quá trình sử dụng công trình

Ø Hiệu chỉnh không ảnh hưởng thành phần khác

Ø Không gian của các thiết bị: trên trần, trong sàn giả, …

11

ƯU ĐIỂM

Trang 12

u Lắp ráp

Ø Sàn công tác

Ø Cốp pha cố định

Ø Cốt thép chịu mômen dương, chống co ngót BT

Ø Thi công nhanh chóng và tiện lợi

Ø Đảm bảo chất lượng sản phẩm

12

ƯU ĐIỂM

Trang 14

14Kết cấu liên hợp thép - BT (Composite)

Kết hợp 2 phương pháp truyền thống à phương pháp kinh tế

+ khả năng chịu lực cao hơn

+ độ cứng cao hơn

+ phân phối dẻo

PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG

Trang 15

So sánh các phương pháp

PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG

Dầm liên hợp Dầm thép không có liên kết chịu cắt

Trang 17

composite beam composite slab

PHẦN TỬ KẾT CẤU

Trang 21

Dầm liên hợp

PHẦN TỬ KẾT CẤU

Trang 24

removed after concreting

bracket with shear connectors contact piece

M ϕ

Trang 25

Diamond Plaza

21 tầng + 2 tầng hầm

CÔNG TRÌNH

Trang 27

Millennium Tower (Vienna - Austria)

Composite columns

Concrete core Composite Slim floor beams

Concrete slab

42,3 m

Composite frame 42,3 m

CÔNG TRÌNH

Trang 30

Parking deck “DEZ” (Innsbruck - Austria)

Lắp ráp sàn và cột liên hợp

CÔNG TRÌNH

Trang 31

KHUNG NHÀ

Trang 32

TẤM SÀN THÉP

Trang 33

KHUNG LẮP TẤM SÀN THÉP

Trang 34

LẮP ĐẶT TẤM SÀN THÉP

Trang 35

HOÀN TẤT LẮP ĐẶT TẤM SÀN THÉP HOÀN TẤT LẮP ĐẶT TẤM SÀN THÉP

Trang 36

SÀN NHÌN TỪ BÊN DƯỚI

Trang 37

LẮP ĐẶT CỐT THÉP SÀN

Trang 38

ĐỔ BÊ TÔNG

Trang 39

CÔNG TRÌNH HOÀN THIỆN

Trang 40

ĐƯA VÀO SỬ DỤNG

Trang 41

Chương 2

VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO

KẾT CẤU LIÊN HỢP

Trang 42

I BÊ TÔNG

II CỐT THÉP

III PHÂN TÍCH KẾT CẤU

IV TRẠNG THÁI GIỚI HẠN TỚI HẠN

V TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG

VI NÚT LIÊN HỢP

VII SÀN LIÊN HỢP

2NỘI DUNG

NỘI DUNG

Trang 43

EC2 & EC4

Bê tông thông thường:

Trang 45

v Cường độ chịu nén đặc trưng của BT

với 3 < t < 28 ngàyvới t ≥ 28 ngày

s = 0,2 ÷ 0,38tùy thuộc loại ximăng

cc

281

exp

β

Trang 46

v Cường độ chịu kéo khi uốn của BT

với h - chiều cao cấu kiện, mm

v Cường độ chịu kéo theo thời gian của BT

Trang 47

v Cường độ tính toán chịu nén của BT

v Cường độ tính toán chịu kéo của BT

fctk,0,05 - giá trị dưới của sức bền đặc trưng khi kéo

αcc, αct - hệ số kể những tác động lâu dài và các tác động bất lợi của tải trọng tác dụng, = 1

7

I BÊ TÔNG

c ck

cc

c ctk

ct ctd f

Trang 48

v Mô đun đàn hồi riêng của BT

v Mô đun đàn hồi của tiết diện liên hợp thép - BT

§ Hệ số tương đương thép - BT

§ Kể đến hiện tượng mỏi của tải trọng dài hạn, Ecm à E cm /3

§ Đơn giản hóa trong phân tích:

Trang 50

v Chỉ tiêu chất lượng của BT

§ Cấp độ bền chịu nén B

§ Cấp độ bền chịu kéo dọc trục Bt

§ Mác theo khả năng chống thấm W

§ Mác theo khối lượng thể tích trung bình D

§ Mác theo khả năng tự gây ứng suất Sp

10

I BÊ TÔNG

Trang 51

v Đặc trưng tiêu chuẩn và tính toán của BT

§ Cường độ tiêu chuẩn

• Nén dọc trục: R bn

• Kéo dọc trục: R btn

§ Cường độ tính toán

• Trạng thái giới hạn I: R b , R bt

• Trạng thái giới hạn II: R b,ser , R bt,ser

Cường độ tính toán = Cường độ tiêu chuẩn / hệ số độ tin cậy

11

I BÊ TÔNG

Trang 53

I BÊ TÔNG

của BT khi tính theo TTGH II Rb,ser , R bt,ser, MPa

Trang 54

I BÊ TÔNG

Trang 55

I BÊ TÔNG

Trang 56

I BÊ TÔNG

Trang 57

17

Trang 58

I BÊ TÔNG

với cấp độ bền chịu kéo của BT, MPa

BT nhẹ

Bt0,8 Bt1,2 Bt1,6 Bt2,0 Bt2,4 Bt2,8 Bt3,2

Trang 59

I BÊ TÔNG

Trang 60

ν - hệ số biến động của cường độ mẫu thử tiêu chuẩn

chịu nén: ν = 0,135; chịu kéo: ν = 0,165

( )

n

n n mt

m

n n

n

B n B

n B

B

++

+

++

2 2 1

1

Trang 61

Mác theo cường độ chịu nén

Cấp độ bền chịu nén

Cường độ trung bình của mẫu thử tiêu chuẩn, MPa

Mác theo cường độ chịu nén

Trang 62

§ Hệ số nở ngang ban đầu ν = 0,2

§ Mô đun trượt = 0,4.E b

B

R bn

001,

077,

095,

0 −

=

Trang 63

I BÊ TÔNG

Trang 66

v Các chỉ tiêu cơ lý khác

§ Mô đun đàn hồi: tương đương nhau

§ Hệ số dãn nở nhiệt, hệ số Poisson: như nhau

§ Dùng mác BT theo TCXDVN 356:2005 tương đương cấp độbền của BT theo EC4

§ Sử dụng lý thuyết thiết kế theo EC4

26

I BÊ TÔNG

Trang 67

II CỐT THÉP

Trang 68

THÉP THANH

• S220: + giới hạn đàn hồi fsk = 220 N/mm2

+ thép tròn trơn cán nóng

• S400, S500: thép thanh tròn có gai, tính dẻo dai lớn

f s (u) - sức bền kéo đứt của thép

ε sk (u) - biến dạng tương đối khi đứt

• Mô đun đàn hồi = 190÷200 kN/mm2 à E s = E a = 210 kN/mm2

28

II CỐT THÉP

%5

) (u >

sk

) (

>

sk

u s

f f

Trang 69

và cơ nhiệt luyện

Trang 70

THÉP KẾT CẤU (lõi chịu lực KC liên hợp)

Giới hạn chảy, N/mm 2

cho độ dày, mm

Độ dãn dài, % cho độ dày, mm

Trang 71

TÔN ĐỊNH HÌNH BẰNG THÉP (sàn liên hợp) EN10147

Trang 72

32III PHÂN TÍCH KẾT CẤU

III PHÂN TÍCH KẾT CẤU

v Trạng thái giới hạn sử dụng –TTGH II – Serviceability Limit State (SLS): đàn hồi

Trang 73

§ Xét đến khả năng chống sập của kết cấu

§ Dựa trên cường độ của các phần tử riêng rẽ

§ Kiểm tra ổn định tổng thể của kết cấu

Trang 74

Dầm

§ Khả năng chịu uốn

– Khả năng ứng dụng cho phân tích dẻo, phi tuyến

và tuyến tính– Tương tác hoàn toàn hoặc không hoàn toàn

§ Khả năng chịu cắt đứng

– Ảnh hưởng mất ổn định khi chịu cắt

§ Khả năng chịu kết hợp uốn và cắt

ULS

Trang 75

Dầm bọc không hoàn toàn

§ BT lấp đầy giữa các cánh bọc bụng dầm

§ Áp dụng riêng biệt cho uốn và cắt

ULS

Trang 76

Mất ổn định do xoắn

§ Cánh trên chịu M+ cố định bởi sàn BT

§ Khi cánh chịu nén không được cố định

– Phải kiểm tra mất ổn định do xoắn– Không cần kiểm tra trong điều kiện bình thường

ULS

Trang 77

Liên kết chịu cắt dọc

§ Liên quan đến:

– Độ bền của sàn và cốt thép dọc trong sàn – Loại liên kết

ULS

Trang 78

Cột

§ Nhiều loại cột liên hợp

– BT bọc lõi thép– BT nhồi ống thép

§ Đơn giản hóa:

– Mặt cắt ngang có 2 trục đối xứng suốt chiều cao cột

ULS

Trang 80

Độ võng

– Tải trọng tiêu chuẩn

– Điều kiện gối đỡ được lý tưởng hóa

Trang 82

VI NÚT LIÊN HỢP

§ Liên kết dầm-cột chịu mômen

§ Tính toán: - Khả năng chịu mômen

- Độ cứng chống xoay

- Khả năng xoay

§ Phụ thuộc lẫn nhau giữa phân tích tổng thể và thiết

kế liên kết

– Có thể bỏ qua nơi ảnh hưởng nhỏ

§ Phân loại độ cứng: cứng, khớp, nửa cứng

§ Thiết kế và chi tiết nút, bao gồm cốt thép sàn

Trang 83

43VII SÀN LIÊN HỢP

VII SÀN LIÊN HỢP

§ TTGH I (ULS) và TTGH II (SLS)

§ Giai đoạn xây dựng

– Tấm tôn thép dùng như cốp pha vĩnh cửu

– Chịu tải trọng BT tươi (không có thanh chống)

Trang 84

Chương 3

SÀN LIÊN HỢP

Trang 85

I SÀN LIÊN HỢP

II YÊU CẦU CẤU TẠO

III SỰ LÀM VIỆC CỦA SÀN LIÊN HỢP

IV TRẠNG THÁI TÍNH TOÁN, TÁC ĐỘNG VÀ ĐỘ VÕNG

NỘI DUNG

Trang 87

I SÀN LIÊN HỢP

• Phương pháp xây dựng nhanh, đơn giản

• Sàn công tác an toàn bảo vệ công nhân bên dưới

• Nhẹ hơn so với sàn truyền thống

Trang 88

Sàn bê tông

đổ tại chỗ

Cốt thép

Dầm đỡ

khi đổ bê tông

• Cốt thép chịu kéo khi bản

sàn đưa vào sử dụng

Khi BT đông cứng

kiện liên hợp thép-BT

Trang 89

Trang 90

• Chiều dày sàn liên hợp h ≥ 80 mm

• Chiều dày phần BT trên sườn

hc ≥ 40 mm

• Cốt liệu ≤ min(0,4hc; bo/3; 31,5mm)

• Gối tựa có bề rộng 70÷100 mm

Trang 92

III SỰ LÀM VIỆC CỦA SÀN LIÊN HỢP III SỰ LÀM VIỆC CỦA SÀN LIÊN HỢP

2 Cốt thép trong sàn

• Phân phối tải

• Cốt thép lớp trên chịu mômen âm

• Khống chế nứt do co ngót BT

Lưới cốt thép đặt phía trên

sườn tấm tôn thép

Trang 94

3 Ứng xử bản sàn liên hợp

• Liên kết giữa BT và tấm tôn

thép đảm bảo biến dạng dọc

giữa tấm tôn và BT tiếp xúc

như nhau à tương tác hoàn

toàn

• Tồn tại sự trượt dọc tương

đối à tương tác không

hoàn toàn

load P

P u

P f

0 First crack load deflectionδ

L

L =L4

4 s b

ht

Trang 95

3 dạng ứng xử:

Tương tác hoàn toàn:

• Không có trượt tổng thể tại

mặt tiếp xúc thép-BT

• Phá hoại: giòn / dẻo

load P

P u

P f

0 First crack load deflectionδ

Tương tác không hoàn toàn:

• Tồn tại nhưng có giới hạn trượt tổng thể tại mặt tiếp xúc

• Không hoàn toàn truyền lực cắt dọc

• Phá hoại: giòn / dẻo

Trang 96

4 Độ cứng sàn liên hợp

v Độ dốc của phần đầu đường cong P-δ

v Tương tác hoàn toàn cho độ cứng lớn nhất

v 3 loại liên kết giữa thép và BT:

a Liên kết lý-hóa: yếu nhưng luôn tồn tại cho tất cả các loạitấm tôn thép

b Liên kết ma sát: phát triển ngay khi xuất hiện trượt

c Liên kết neo cơ học:

+ tác động sau lần trượt đầu+ phụ thuộc dạng mặt tiếp xúc giữa thép-BT

Trang 97

load P

P u

P f

0 First crack load deflection δ

giữa thép và BT là liên kết lý-hóa

4 Độ cứng sàn liên hợp

Trang 98

5 Các dạng phá hoại sàn liện hợp:

• Dạng I: phá hoại do mômen giữa nhịp lớn hơn M pl.Rd

Ø Sàn nhịp lớn, bậc liên kết cao giữa thép-BT

II

Shear span L s

Trang 99

• Dạng II: phá hoại do trượt dọc

Ø Đạt khả năng chịu lực giới hạn liên kết thép-BT

Ø Phá hoại dọc theo chiều dài trượt Ls

II

Shear span L s

Trang 100

• Dạng III: phá hoại do trượt ngang tại gối tựa do lực cắt

Ø Sàn nhịp bé, dày, chịu tải lớn

II

Shear span L s

Trang 101

6 Phá hoại giòn / dẻo

• Giảm ứng xử giòn bằng biện

pháp cơ học: tạo gờ, tạo lỗ, …

Load P

deflection δ

Brittle behaviour Ductile behaviour

Trang 102

Điều kiện thiết kế

Ø Khi thi công, tấm tôn thép sử dụng như ván khuôn

Ø Khi sàn làm việc liên hợp

Trang 103

• Kho chứa tạm (nếu có)

• Tăng bề dày BT bù vào

độ võng

Trang 104

( a ) Concentration of construction loads 1,5 kN / m²

( b ) Distributed construction load 0,75 kN / m²

( c ) Self weight

Trang 107

Hệ số vượt tải cho các trường hợp tổ hợp tải trọng theo ULS

Tổ hợp Tĩnh tải Hoạt tải Gió

Hệ số vượt tải cho các trường hợp tổ hợp tải trọng theo SLS

Tổ hợp Tĩnh tải Hoạt tải Gió

Trang 111

• Nhịp biên: độ trượt ở đầu nhịp ảnh hưởng đến độ võng

• Ứng xử của sàn liên hợp làm việc nửa dẻo:

- Sự trượt và phá hoại có thể trùng nhau

- Độ trượt làm tăng độ võng

• Kể đến sự trượt ở đầu nhịp nếu nó > 0,5mm

Trang 112

• PP đơn giản hóa: sàn liên tục tính như sàn kê đơn giản

Ø A s chống nứt > 0,2% A c trên sóng tôn khi không cóthanh chống

Ø A s chống nứt > 0,4% A c khi có thanh chống

Trang 113

V XÁC ĐỊNH NỘI LỰC

1 Tấm tôn thép sử dụng như cốp pha khi thi công

• Tấm tôn là cấu kiện thành mỏng

à mất ổn định cục bộ trong giai đoạn làm việc đàn hồi

• Mômen quán tính là hằng số

- được tính với toàn bộ bề ngang tấm tôn

à dùng phân tích tổng thể

Trang 114

2 Sàn làm việc liên hợp

Trang 115

• Phương pháp phân tích đàn hồi tuyến tính: ULS, SLS

• Phương pháp phân tích dẻo: ULS

• Thiết kế sàn liên tục như sàn bản kê đơn giản

à bố trí cốt thép tại các gối trung gian

Trang 116

2

R = Sd− red +

Trang 117

b/ Chiều rộng hữu ích của sàn với tải tập trung và tuyến tính

• Tải phân bố đều: chiều rộng hữu ích = chiều rộng sàn

• Tải tập trung hoặc phân bố song song nhịp sàn à phân bố trên

bề rộng bm = bp + 2(hc+hf)

Trang 119

• Phân bố trên chiều rộng ảnh hưởng

à đặt cốt thép ngang bảo đảm sự phân bố

• Tải tác động < (7,5 kN; 5,0 kN/m²)

à bố trí: A cốt thép ngang > 0,2%.A BT trên sườn tôn

Trang 120

VI KIỂM TRA TIẾT DIỆN

1 Kiểm tra tấm tôn thép khi thi công

a/ Theo ULS

• Tải trọng khi thi công: tải nguy hiểm

• Tôn thép: cấu kiện thành mỏng

à ổn định tiết diện chịu nén

à tiết diện hiệu quả

Trang 121

• Bề rộng hiệu quả

+ Thành mỏng chịu nén: b eff = ρb pi

+ Thành mỏng chịu kéo: toàn bộ bề rộng

Trang 122

• Hệ số giảm bề rộng khi

Độ mảnh của thành mỏng dướitác dụng của σ com

Độ mảnh cho phép ứng với giớihạn đàn hồi fy

σ com = σ c γ a , σ c - ứng suất nén hiệu quả trên tiết diện hiệu quả

kσ = 4

1 6

, 0

18 , 0

1 22

pd

λ

λ λ

λ ρ

673 ,

Ek t

b

com p

bp y

pu = 1 , 052

Trang 123

• Chi tiết sườn cứng

+ Chia thành mỏng thành nhiều phần+ Điều kiện độ cứng

Is - mômen quán tính sườn cứng

As - diện tích hiệu quả sườn cứng

bp - bề rộng lớn nhất của 2 thành

mỏng 2 bên sườn

• Mômen giới hạn tính toán:

3 2

f A

Rd

W f

Trang 124

1 Kiểm tra tấm tôn thép khi thi công

k = 1,00 : sàn tựa đơn giản

k = 0,41 : 2 nhịp bằng nhau (3 gối)

k = 0,52 : 3 nhịp bằng nhau

k = 0,49 : 4 nhịp bằng nhau

Trang 125

2 Kiểm tra tiết diện sàn làm việc liên hợp

a/ Theo ULS

v Kiểm tra khả năng chịu uốn (dạng phá hoại I)

• Dưới tác dụng của mômen lớn nhất, phá hoại xảy ra khi:

Ø Tấm tôn bị chảy dẻo hoặc BT đạt giới hạn chịu nén

Ø Hệ có liên kết chắc chắn giữa thép-BT hoặc hệ nhịp lớn

• Ứng xử vật liệu xem như cứng dẻo

Trang 126

• Xác định khả năng chịu lực của tiết diện trong vùng

mômen dương, có 2 trường hợp:

Ø Trục trung hòa dẻo (plastic neutral axis – PNA) nằmtrong phần BT trên sườn tôn

à phá hoại theo khả năng chịu lực của tôn

Ø PNA nằm trong sườn tôn

à phá hoại theo khả năng chịu lực của BT

• Xác định khả năng chịu lực của tiết diện trong vùng

mômen âm

Trang 127

PNA nằm trên sườn tôn

• Bỏ qua khả năng chịu kéo của BT

c ck ap

yp pe

f A

x

γ

85 , 0

(

.

x d

f A

z N

ap

yp pe

p Rd

γ

ap

yp pe

p

f A

cf

f bx

N

γ

85 , 0

Trang 128

PNA nằm trong sườn tôn

• Bỏ qua phần BT chịu kéo và phần BT nằm trong sườn tôn

f yp γ ap

p.n.a : plastic neutral axis c.g : centre of gravity

c c

Rd

yp p

cf p

p c

N e

e e

h h

z

γ

− +

−

Trang 129

)(

,

ap

yp p

cf

pa pr

f A

N

M M

0

Tests envelope curve

Na

A p fyp

Trang 130

Khả năng chịu lực của tiết diện trong vùng mômen âm

• BT phía trên sườn và tôn thép không tham gia chịu lực

X pl

N s

s ys

c c

f x

b N

γ

= 0, 85

c

ck c

s

ys s

pl

f b

f A x

γ

85 , 0

=

z

f

A M

s

ys s

Trang 131

v Kiểm tra liên kết trong sàn (dạng phá hoại II)

• Đánh giá khả năng chịu lực trung bình dưới tác dụng củalực cắt τu dọc theo chiều dài cắt Ls,τu phụ thuộc loại tôn

Ø Phương pháp nửa thực nghiệm – Phương pháp m-k

- Sử dụng lực cắt ngang Vt để tính thay cho lực cắt dọctrên chiều dài Ls

II

Shear span L s

Định dạng
Số trang	344
Dung lượng	3,7 MB