Phân tích khung bê tông cốt thép kể tới sự phân phối lại mô men (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI --- LÊ BÌNH DƯƠNG PHÂN TÍCH KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP KỂ TỚI SỰ PHÂN PHỐI LẠI MÔ MEN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰN

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

LÊ BÌNH DƯƠNG

PHÂN TÍCH KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP

KỂ TỚI SỰ PHÂN PHỐI LẠI MÔ MEN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

Hà Nội – 2015

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

LÊ BÌNH DƯƠNG

KHÓA 2013-2015

PHÂN TÍCH KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP

KỂ TỚI SỰ PHÂN PHỐI LẠI MÔ MEN

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN

Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS PHẠM PHÚ TÌNH

TS ĐẶNG VŨ HIỆP

Hà Nội – 2015

Trang 3

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Phạm Phú Tình và TS Đặng Vũ Hiệp đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo cho tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, do điều kiện có hạn về thời gian

và kiến thức bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi những khiếm khuyết, thiếu sót, tôi mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo, các nhà khoa học, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Lê Bình Dương

Trang 4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa

học độc lập của tôi làm dưới sự hướng dẫn của TS Phạm Phú Tình và TS

Đặng Vũ Hiệp Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là

trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Lê Bình Dương

Trang 5

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Danh mục các ký hiệu

Danh mục các bảng, biểu

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

MỞ ĐẦU 1

Lý do chọn đề tài 1

Mục tiêu nghiên cứu 1

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

Phương pháp nghiên cứu 2

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

Các khái niệm (thuật ngữ) 2

Cấu trúc luận văn 2

NỘI DUNG 3

CHƯƠNG I 3

TỔNG QUAN VỀ PHÂN PHỐI LẠI MÔ MEN 3

1.1 Giới thiệu 3

1.2 Sự phân phối lại mô men trong dầm 3

1.2.1 Một số định nghĩa 3

a) Khái niệm khớp dẻo và sự hình thành về khớp dẻo 4 3

b) Khái niệm phân phối lại mô men 4

Trang 6

1.2.2 Lý thuyết phân phối lại mô men 6

1.2.3 Các nhân tố ảnh hưởng 13

a) Khả năng biến dạng của bê tông chịu nén 1, 4,15 13

b) Khả năng biến dạng của cốt thép4,15 17

c) Độ dẻo và yêu cầu độ dẻo của cốt thép 15 19

1.3 Giới hạn phân phối lại mô men trong một số tiêu chuẩn thiết kế 20

1.3.1.Tiêu chuẩn EC 02:1992 15 20

1.3.2.Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318:2008 8 21

1.3.3.Tiêu chuẩn BS 8110-1:1997 10 22

1.3.4.Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 198:1997 7 22

1.3.5 Độ dẻo yêu cầu cho phân tích dẻo trong tiêu chuẩn Châu Âu 23

a) Yêu cầu xoay cho phân tích dẻo 23

b)Khả năng xoay cho phân tích dẻo 15 23

1.4 Nhận xét 25

CHƯƠNG II 28

PHƯƠNG PHÁP THỰC HÀNH PHÂN TÍCH KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ KỂ TỚI SỰ PHÂN PHỐI LẠI MÔ MEN TRONG DẦM 28

2.1 Giới thiệu 28

2.2 Quan hệ mô men – độ cong của dầm 29

2.3 Độ cứng chịu mô men uốn – hằng số lò xo k tại khớp dẻo 33

2.4 Ảnh hưởng của đặc tính vật liệu lên tỷ lệ y u   38

2.5 Các bước phân tích khung bê tông cốt thép kể tới sự phân phối lại mô men 49

Trang 7

2.6 Nhận xét 54

CHƯƠNG III 55

VÍ DỤ ÁP DỤNG 55

Khung bê tông cốt thép 2 nhịp 8 tầng ……… 55

3.1 Trường hợp 1: Khi một đầu dầm hình thành khớp dẻo 56

3.2 Trường hợp 2: Khi cả hai đầu dầm cùng xuất hiện khớp dẻo 75

3.3 So sánh trường hợp 1 và trường hợp 2 96

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 8

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

Chữ cái Latinh viết hoa

As Tổng diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo

Asc Tổng diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu nén

Eb Mô đun đàn hồi của bê tông

Es Mô đun đàn hồi của cốt thép

Ecm Mô đun đàn hồi cát tuyến của bê tông

EbIb Độ cứng của tiết diện bê tông chưa nứt

EbIcr Độ cứng của tiết diện bê tông đã nứt

Ib Mô men quán tính của tiết diện chưa nứt

Icr Mô men quán tính của tiết diện đã nứt

M Mô men uốn tính toán

Mu Mô men uốn giới hạn mà tiết diện chịu được

Mel Mô men uốn từ phân tích đàn hồi

Mpl Mô men uốn từ phân tích dẻo

Mre Mô men uốn sau khi phân phối lại

Rb Cường độ chịu nén tính toán dọc trục của bê tông ứng với trạng

thái giới hạn thứ nhất

Rs Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép ứng với trạng thái giới

hạn thứ nhất

Chữ cái Latinh thường

a Khoảng cách từ mép chịu kéo của tiết diện đến trọng tâm của cốt

thép chịu kéo

a’ Khoảng cách từ mép chịu nén của tiết diện đến trọng tâm của cốt

thép chịu nén

Trang 9

b Bề rộng tiết diện

c Chiều cao trục trung hòa

fc’ Độ bền chịu nén của bê tông

fck Cường độ chịu nén đặc trưng của mẫu trụ bê tông ở 28 ngày tuổi fcm Giá trị trung bình cường độ chịu nén của mẫu trụ bê tông

fy Cường độ chảy dẻo (giới hạn chảy) của cốt thép

fyk Cường độ chảy dẻo đặc trưng của cốt thép

h Chiều cao của tiết diện

h0 Chiều cao làm việc của tiết diện

jd Khoảng cách từ hợp lực vùng nén tới trọng tâm cốt thép vùng kéo

k Hằng số lò xo tại đầu dầm

r Bán kính cong

x Chiều cao vùng bê tông chịu nén

xu Chiều cao trục trung hòa tại trạng thái giới hạn độ bền sau khi

phân phối lại

Chữ cái Hy Lạp

pl Phần trăm phân phối lại mô men

δ Tỷ lệ mô men phân phối lại so với mô men uốn đàn hồi

εc Biến dạng nén của bê tông

εc1 Biến dạng nén của bê tông tại ứng suất lớn nhất fc

εcu Biến dạng nén giới hạn của bê tông

εu Biến dạng giới hạn của bê tông tại thớ biên chịu nén

εel Biến dạng tỷ đối đàn hồi

εpl Biến dạng dẻo

Trang 10

εs Biến dạng cốt thép

εt Biến dạng kéo thực của cốt thép

θpl.cap Khả năng xoay dẻo

μ Hàm lượng cốt thép chịu kéo

μ’ Hàm lượng cốt thép chịu nén

σs Ứng suất trong cốt thép

σb Ứng suất trong bê tông

ψu Góc xoay giới hạn ứng với lúc tiết diện bị phá hoại

ψy Góc xoay dẻo ứng với lúc cốt thép bắt đầu chảy dẻo

Trang 11

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Biểu diễn phân phối lại mô men theo một số tác

64

Bảng 3.4 Bảng tính toán cốt thép vòng 1 dầm tầng 2 (phần

Bảng 3.5 Bảng tính mô men giới hạn M u , các góc xoay giới

hạn u , y cho tiết diện đầu phải dầm (vòng 1) 65 Bảng 3.6 Kết quả tính toán hằng số k (vòng 1) 66

hạn u , y cho tiết diện đầu phải dầm (bài toán 1) 69 Bảng 3.9 Kết quả tính toán hằng số k (bài toán 1) 70

Bảng 3.10

Kết quả phân tích sau khi giải phóng một phần liên kết ở đầu phải dầm tầng 2 cho bài toán 1 với k= 272110 kN.m2 (phần tử 34)

72

Bảng 3.11 Bảng tính toán cốt thép đầu trái dầm tầng 2 75

Trang 12

hạn u , y cho tiết diện đầu trái dầm tầng 2 76

Bảng 3.13

Kết quả phân tích sau khi giải phóng một phần liên kết ở hai đầu dầm tầng 2 với k tb = 153470 kN.m2 (phần tử 34)

85

Bảng 3.21 Bảng tính toán cốt thép đầu phải dầm tầng 2 tại

hạn u , y cho tiết diện đầu phải dầm tại vòng 2 86,87

Trang 13

hạn u , y cho tiết diện hai đầu dầm (bài toán 2) 90

Bảng 3.25

Kết quả phân tích sau khi giải phóng một phần liên kết ở hai đầu dầm tầng 2 tại bài toán 2 với k= 279333 kN.m2 (phần tử 34)

93

Trang 14

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1-1 Các giai đoạn của trạng thái ứng suất biến dạng trên

tiết diện thẳng góc 3 4

Hình 1-2 Dầm hai nhịp liên tục 7

Hình 1-3 Quan hệ mô men – độ cong lý tưởng 8

Hình 1-4 Sự thay đổi của mô men uốn với tải 10

Hình 1-5 Biểu đồ mô men trước và sau khi phân phối lại 12

Hình 1-6 Thí nghiệm và biểu đồ biến dạng đàn hồi - dẻo của bê

Hình 1-12 Khả năng xoay dẻo của dầm theo tiêu chuẩn EC 02 25

Hình 1-13 Giới hạn phân phối lại mô men theo các tiêu chuẩn

TCVN 198:1997, EC 02, ACI 318, BS 8110:1997 26

Hình 2-1 (a)Khớp dẻo tại đầu dầm; (b) hằng số lò xo k biểu thị

độ cứng chịu uốn tại tiết diện xuất hiện khớp dẻo 3 29

Hình 2-2 Độ cong đơn vị của dầm chịu uốn 29

Trang 15

Hình 2-3 Quan hệ mô men – độ cong sau khi dầm bị nứt bê

tông vùng nén nằm trong giới hạn đàn hồi 31

Hình 2-4 (a) Tiết diện ngang; (b) Phân bố biến dạng;

(c) Phân bố ứng suất ngoài giai đoạn đàn hồi 31

Hình 2-5 Quan hệ mô men – độ cong của tiết diện dầm đặt cốt

Hình 2-6 Quan hệ mô men – độ cong lý tưởng hóa

(a) Ba đoạn thẳng (b), (c) hai đoạn thẳng 33

Trang 16

Biểu đồ mô men sau khi giải phóng một phần liên kết

ở đầu phải dầm đơn vị là T.m (a)Tĩnh tải; (b) Hoạt tải; (c) Gió trái; (d) Gió phải

63

Hình 3-5

ở đầu phải dầm vòng 1với đơn vị là T.m (a)Tĩnh tải; (b) Hoạt tải; (c) Gió trái; (d) Gió phải

67

Hình 3-6

ở đầu phải dầm cho bài toán 1với đơn vị là T.m (a)Tĩnh tải; (b) Hoạt tải; (c) Gió trái; (d) Gió phải

71

Hình 3-7

Biểu đồ mô men trước và sau khi phân phối với đơn vị

là T.m (a)Tĩnh tải; (b) Hoạt tải; (c) Gió trái; (d) Gió phải

74

Hình 3.8 Hằng số lò xo k tại tiết diện hai đầu dầm 77

Hình 3-9

ở hai đầu dầm với đơn vị là T.m (a)Tĩnh tải; (b) Hoạt tải; (c) Gió trái; (d) Gió phải

78

Hình 3-10

ở hai đầu dầm tại vòng 1 với đơn vị là T.m (a)Tĩnh tải; (b) Hoạt tải; (c) Gió trái; (d) Gió phải

83

Trang 17

Hình 3-11

ở hai đầu dầm tại vòng 2 với đơn vị là T.m (a)Tĩnh tải; (b) Hoạt tải; (c) Gió trái; (d) Gió phải

88

Hình 3-12

ở hai đầu dầm tại bài toán 2 với đơn vị là T.m (a)Tĩnh tải; (b) Hoạt tải; (c) Gió trái; (d) Gió phải

Trang 18

sMỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Khi phân tích đàn hồi khung bê tông cốt thép nhiều tầng, các tổ hợp thường cho mô men âm ở gối lớn hơn nhiều so với mô men dương ở nhịp, dẫn đến cốt thép ở phía trên của tiết diện đầu dầm rất nhiều, trong khi cốt thép

ở phía dưới của tiết diện giữa nhịp khá ít

Khi cốt thép ở mặt trên dầm nhiều sẽ dẫn đến khó thi công bê tông, và khó đảm bảo chất lượng bê tông Ngoài ra, việc phân tích đàn hồi khung bê tông cốt thép mặc dù đơn giản, nhưng không chính xác, vì bê tông và cốt thép không phải là vật liệu đàn hồi

Có nhiều phương pháp phân tích khung kể đến biến dạng dẻo của của vật liệu Ví dụ như: phương pháp thứ nhất phân tích dẻo khung với phi tuyến vật liệu, hay phương pháp thứ hai phân tích đàn hồi khung, sau đó điều chỉnh lại biểu đồ mô men Luận văn này chọn cách thứ hai, là một phương pháp khá đơn giản

Việc điều chỉnh biểu đồ mô men trong khung bê tông cốt thép đã được giới thiệu trong các tiêu chuẩn thiết kế như EC 02, BS 8110, ACI 318, TCVN 198-1997

Vì vậy, tác giả đã chọn tên đề tài luận văn là “phân tích khung bê tông cốt thép kể tới sự phân phối lại mô men”, để đi sâu vào nghiên cứu các vấn đề

đã nêu ở trên

Mục tiêu nghiên cứu

Xem xét, tính toán để điều chỉnh mô men theo các tiêu chuẩn để kết cấu làm việc gần sát với thực tế nhất (kể tới sự xoay của tiết diện đầu dầm)

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Khung bê tông cốt thép toàn khối nhiều tầng chịu tải trọng tĩnh

Trang 19

Phân phối lại mô men trong dầm khi khớp dẻo xuất hiện tại vùng có mô men lớn theo một số tiêu chuẩn EC 02, BS 8110, ACI 318, TCVN 198-1997

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết và áp dụng tính toán

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Việc phân tích khung bê tông cốt thép kể tới sự phân phối lại mô men là một sự tìm tòi, vận dụng mang tính thực tiễn cao góp phần vào củng cố cơ sở khoa học để thiết kếkhung bê tông cốt thép

Các khái niệm (thuật ngữ)

Khớp dẻo và sự hình thành khớp dẻo

Phân phối lại mô men

Giới hạn phân phối lại mô men

Hằng số lò xo k tại khớp dẻo

Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, cấu trúc luận văn gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về sự phân phối lại mô men

Chương 2: Phương pháp thực hành phân tích khung bê tông cốt thép có

kể tới sự phân phối lại mô men trong dầm

Chương 3: Ví dụ tính toán

Trang 20

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

Trang 21

- Xây dựng được các bước phân tích khung bê tông cốt thép kể tới sự phân phối lại mô men Kết hợp với phần mềm SAP 2000v10.0.1 để áp dụng tính toán trong luận văn

Kết quả áp dụng cho thấy:

- Trong vùng nút khung (đầu dầm) có mô men lớn nên việc giảm được

mô men ở đầu dầm là rất cần thiết, để cho thi công và cấu tạo đơn giản

- Tận dụng được khả năng làm việc của vật liệu (bê tông và cốt thép)

- Trong khi tiêu chuẩn Việt Nam 198:1997 chưa có quy định cụ thể về giới hạn phân phối lại mô men, nên áp dụng phương pháp thực hành phân tích khung bê tông cốt thép có kể tới sự phân phối lại mô men thông qua hằng số

lò xo k trong thiết kế nhà cao tầng Tuy nhiên việc phân phối cần phải đảm bảo được thỏa mãn trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ hai

Trang 22

- Nghiên cứu về khả năng xoay “thật” của dầm tại tiết diện xuất hiện khớp dẻo

- Đề xuất bài toán thiết kế dầm thỏa mãn một độ dẻo cho trước

Trang 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1 Nguyễn Trung Hòa (2006), Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt

thép theo tiêu chuẩn Châu Âu, Nhà xuất bản Xây Dựng, Hà Nội

2 Nguyễn Trung Hòa (2011), Kết cấu bê tông cốt thép theo quy phạm

Hoa Kỳ, Nhà xuất bản Xây Dựng, Hà Nội

3 Nguyễn Thị Ngọc Loan (2014), Phân tích khung bê tông cốt thép có

giải phóng một phần liên kết ở đầu dầm, Hội nghị khoa học 45 năm truyền

thống đào tạo, trường ĐH Kiến Trúc Hà Nội

4 Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2008), Kết

cấu bê tông cốt thép – Phần cấu kiện cơ bản, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ

thuật, Hà Nội

5 Ngô Thế Phong, Lý Trần Cường, Trịnh Kim Đạm, Nguyễn Lê Ninh

(2010), Kết cấu bê tông cốt thép – Phần kết cấu nhà cửa, Nhà xuất bản Khoa

học và kỹ thuật, Hà Nội

6 Tiêu chuẩn Việt Nam 5574:2012, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép

- tiêu chuẩn thiết kế, Tiêu chuẩn quốc gia

7 Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 198-1997, Nhà cao tầng – Thiết kế

kết cấu bê tông cốt thép toàn khối

Tiếng Anh

8 American Concrete Institute ACI 318-08, Building Code

Requirements for Structural concrete (ACI 318-08) and Commentary

9 Australian Standard AS 3600:2001, Concrete structures

10 British Standard BS 8110 – 1:1997, Structural use of concrete

Trang 24

11 Bennett E W (1960), “The distribution of bending moment in continuous prestressed concrete beams”, Ph.D thesis, University of Leeds

12 Cohn M Z (1986), Continuity in prestressed concrete, Partial Prestressing, From Theory to Practice, 1, Martinus Nijhoff Publishers, Boston, USA, 189-256

13 Cohn M Z and Lounis Z (1991), Moment redistribution in structural

concrete codes, Can J Civ Eng Vol 18, 97-108 (1991)

14 Campbell T I (1983), Collapse behavior of curved post-tensioned

beams, International Symposium on Nonlinearily and Continuity in

Prestressed Concrete, Vol.2, University of Waterloo, pp.291-315

15 Eurocode 2 (1992), Design of concrete structures

16 Kenneth B Bondy (2003), “Moment redistribution: principles and

practice using ACI 318-02”, PTI journal

17 Park R and Paulay T (1975), Reinforced Concrete Structures, John

Wiley and Sons, Inc, 203-211

18 Rebentrost M (2003), “Deformation capacity and moment redistribution of partially prestressed concrete beams”, Ph.D Dissertation, Adelaide University

19 Trichy M, Rakosnik J (1977), Plastic analysis of concrete frames

(with particular reference to limit states design), Collet (Publishers) Ltd.,

London, England

Định dạng
Số trang	24
Dung lượng	1,89 MB