Khảo sát ảnh hưởng của một số mô hình vật liệu lên độ dẻo tiết diện dầm bê tông cốt thép (tt)

LÊ THANH TUẤN KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ MÔ HÌNH VẬT LIỆU LÊN ĐỘ DẺO TIẾT DIỆN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP... LÊ THANH TUẤN KHÓ

LÊ THANH TUẤN

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ MÔ HÌNH VẬT LIỆU LÊN ĐỘ DẺO TIẾT DIỆN

DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

LÊ THANH TUẤN KHÓA: 2015-2017

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ MÔ HÌNH VẬT LIỆU LÊN ĐỘ DẺO TIẾT DIỆN

DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

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

Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS ĐẶNG VŨ HIỆP

Hà Nội - 2017

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo đã nhiệt tình giảng dạy và cung cấp kiến thức, phương pháp nghiên cứu trong suốt quá trình đào tạo Thạc sĩ, để tác giả có thể áp dụng vào nghiên cứu và giải quyết vấn đề của luận văn

Đặc biệt, tác giả xin trân trọng cảm ơn TS Đặng Vũ Hiệp đã nhiệt tình giúp đỡ, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo, các cán bộ khoa Đào tạo Sau Đại học, bộ môn Kết cấu bê tông cốt thép, Thư viện trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội đã góp ý và tạo mọi điều kiện trong quá trình học tập và nghiên cứu

Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè và đồng nghiệp đã góp ý, giúp đỡ trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn

Tác giả trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Trung tâm Đào tạo thường xuyên, phòng Tổ chức - hành chính thuộc trường Đại học Xây dựng Miền Tây đã tạo điều kiện tốt để thực hiện luận văn

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình và người thân đã hỗ trợ

và tin tưởng tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Hà Nội, 03.2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi 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 Thanh Tuấn

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC BẢNG, BIỂU

DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ

PHẦN MỞ ĐẦU 1

Lý do chọn đề tài 1

I Mục đích nghiên cứu 1

II Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

III Phương pháp nghiên cứu 2

IV Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

Cấu trúc luận văn 2

PHẦN NỘI DUNG 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ MÔ HÌNH VẬT LIỆU VÀ ĐỘ DẺO TIẾT DIỆN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 5

1.1 Giới thiệu 5

1.2 Ứng xử của dầm bê tông cốt thép 6

1.2.1 Các giai đoạn làm việc của dầm bê tông cốt thép chịu uốn 6

1.2.2 Khái niệm độ dẻo của dầm bê tông cốt thép chịu uốn 12

1.2.3 Các tham số vật liệu ảnh hưởng tới độ dẻo [9], [12] 13

1.2.4 Đặc tính liên kết 20

1.3 Một số mô hình vật liệu Bê tông [8],[17] 21

1.3.1 Mô hình tính toán không kể đến ảnh hưởng của kiềm chế nở ngang 21 1.3.2 Mô hình tính toán kể đến ảnh hưởng của kiềm chế nở ngang 29

1.4 Một số mô hình vật liệu cốt thép 42

1.4.1 Mô hình vật liệu cốt thép theo tiêu chuẩn EN1992-1-1: 2004 [17] 42

1.4.2 Mô hình vật liệu cốt thép theo ACI Committee 318 (2002) [7] 43

1.5 Nhận xét 44

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH ĐỘ DẺO DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG MỘT SỐ MÔ HÌNH VẬT LIỆU 46

2.1 Giới thiệu 46

2.2 Xây dựng bài toán tính độ dẻo theo độ cong cho dầm BTCT 46

2.2.1 Trường hợp không kể đến ảnh hưởng của kiềm chế nở ngang 46

2.2.2 Trường hợp kể đến ảnh hưởng của kiềm chế nở ngang 55

2.3 Các bước giải bài toán 63

CHƯƠNG 3: VÍ DỤ TÍNH TOÁN 64

3.1 Giới thiệu 64

3.2 Bài toán 64

3.2.1 Tính toán dầm bê tông không bị kiềm chế nở ngang 69

3.2.2 Bài toán dầm bê tông bị kiềm chế nở ngang 75

3.3 Nhận xét 79

KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

Chữ cái Latinh viết hoa

s

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

'

s

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

c

E Mô đun đàn hồi của bê tông

o

E Mô đun tổng thể của bê tông

s

E Mô đun đàn hồi của cốt thép

c

E I Độ cứng chống uốn của dầm

cm

E Môđun đàn hồi của bê tông ở 28 ngày tuổi

I Mô men quán tính của tiết diện được xem là đồng nhất

M Mô men uốn tính toán

crc

M Mô men lớn nhất trong cốt thép ở giai đoạn đàn hồi

y

M Mô men uốn trạng thái chảy dẻo

u

M Mô men uốn trạng thái giới hạn

Chữ cái Latinh thường

h Chiều cao của tiết diện

d Chiều cao làm việc của tiết diện

'

d cốt thép chịu kéo Khoảng cách từ mép chịu nén, kéo của tiết diện đến trọng tâm của

b Bề rộng của tiết diện

h Chiều cao của tiết diện

k d Chiều cao trục trung hòa

c

f Cường độ chịu nén của vật liệu bê tông

'

c

f Cường độ chịu nén của bê tông không kiềm chế nở ngang đại giá trị cực đại

'

cc

f Cường độ chịu nén của bê tông kiềm chế nở ngang đại giá trị cực đại

ck

f Cường độ đặc trưng mẫu trụ của vật liệu bê tông

s

f Cường độ của vật liệu thép

y

f Cường độ của vật liệu thép ở trạng thái chảy

u

f Cường độ của vật liệu thép ở trạng thái giới hạn

yh

f Cường độ của cốt thép đai

r Bán kính cong của trục dầm

Chữ cái Hy Lạp

c

 Biến dạng nén của bê tông

co

 Biến dạng nén của bê tông không bị kiềm chế có giá trị cực đại

cc

 Biến dạng nén của bê tông bị kiềm chế có giá trị cực đại

cu

 Biến dạng nén của bê tông bị kiềm chế tại trạng thái giới hạn

s

 Biến dạng cốt thép

y

 Biến dạng cốt thép điểm đầu ở trạng thái chảy

 Biến dạng cốt thép điểm cuối ở trạng thái chảy

u

 Biến dạng cốt thép điểm ở trạng thái giới hạn

uk

 Biến dạngdẻo cốt thép

 Hàm lượng cốt thép chịu kéo

y

 Độ cong của dầm ở trạng thái chảy dẻo

u

 Độ cong của dầm ở trạng thái giơi hạn



 Độ dẻo của dầm bê tông cốt thép

DANH MỤC BẢNG, BIỂU

Số hiệu

Bảng 1.1 Các đặc trưng độ bền và Biến dạng của bê tông

Bảng 1.2 Các đặc trưng độ bền và Biến dạng của bê tông

Bảng 1.3 Các tính chất của cốt thép

Bảng 3.1

Kết quả tính toán theo mô hình vật liệu tiêu chuẩn Châu Âu

Eurocode 2 [9]

Bảng 3.2

Kết quả tính toán theo mô hình vật liệu bê tông Hognestad

(1951) [10]

Bảng 3.3

Kết quả tính toán theo mô hình vật liệu bê tông Kent D C và

Park R (1971) [11]

DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ

Số hiệu

Hình 1.1 Sơ đồ xác định độ dẻo độ cong của dầm

Hình 1.2 Quan hệ M - tam tuyến tính của dầm bê tông cốt thép

Hình 1.3 Định nghĩa độ dẻo uốn dầm bê tông cốt thép

Hình 1.4 Mô hình ứng suất – biến dạng bê tông theo EN1992-1-1:

2004 [17]

Hình 1.5 Mô hình ứng suất – biến dạng bê tông theoKent D C và Park

R [11]

Hình 1.6 Mô hình ứng suất – biến dạng bê tông theo Popovics P [19] Hình 1.7 Mô hình ứng suất – biến dạng bê tông theo Hognestad [13]

Hình 1.8 Mô hình ứng suất – biến dạng bê tông theo Tsai W T [23]

Hình 1.9 Mô hình ứng suất – biến dạng bê tông theo Kent D C và

Park R [11]

Hình 1.10 Mô hình ứng suất – biến dạng bê tông theo Razvi S và

Saatcioglu M [18]

Hình 1.11 Mô hình ứng suất – biến dạng bê tông theo Mander J.B.,

Priestley M.J.N và Park, R [15]

Hình 1.12 Mô hình ứng suất – biến dạng bê tông theo Mander J.B [14]

Hình 1.13 Mô hình ứng suất – biến dạng bê tông theo Sheikh S A và

Uzumeri S M [22]

Hình 1.14 Mô hình ứng suất – biến dạng cốt thép theo EN1992-1-1:

2004[17]

Hình1.15 Mô hình ứng suất – biến dạng cốt thép lúc chịu kéo Mô hình

vật liệu cốt thép theo ACI Committee 318 (2002) [7]

Hình 2.1 Phân bố ứng suất – biến dạng của Bê tông không kể đến ảnh

hưởng của kiềm chế nở ngang

Hình 2.2 Phân bố ứng ứng suất – biến dạng của Bê tông kể đến ảnh

hưởng của kiềm chế nở ngang

Hình 2.3 Miền nén Bê tông

Hình 2.3 Số liệu dầm tính

PHẦN MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Độ dẻo là một đặc tính cơ bản và quan trọng của kết cấu mà khi thiết kế phải dựa vào nó để thoả mãn các yêu cầu nhằm hạn chế hư hỏng và không sụp

đổ cho các cấu kiện công trình, nhất là những công trình chịu tác động lớn do kháng chấn, tĩnh tải, hoạt tải

Độ dẻo được đánh giá ở mức cục bộ ( tiết diện cấu kiện, cấu kiện) và tổng thể (hệ kết cấu), vì vậy có nhiều cách để phân loại và xác định chúng qua độ dẻo Biến dạng, uốn, chuyển vị thẳng, chuyển vị xoay… nhằm tối ưu hoá vật liệu khi đưa vào sử dụng

Khi hình thành khớp dẻo thì kéo theo là sự phân bố lại nội lực trong kết cấu

Với sơ đồ khớp dẻo thì tận dụng vật liệu tốt hơn ,tuy nhiên độ an toàn kém hơn (kết cấu giảm bậc siêu tĩnh) và biến dạng lớn hơn

Trong kết cấu bê tông cốt thép, phá hoại dẻo sẽ xảy ra khi hàm lượng cốt thép chịu kéo được đặt hợp lý Khi đó phá hoại lý tưởng nhất là vùng bê tông chịu nén đạt đến cường độ chịu nén tính toán và gần như đồng thời cốt thép chịu kéo đạt đến cường độ chảy dẻo, do đó tính theo sơ đồ kể tới biến dạng dẻo của vật liệu sẽ tận dụng tối đa được khả năng chịu lực của cả cốt thép và của bê tông Các quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông và cốt thép sẽ ảnh hưởng nhiều tới khả năng biến dạng (tính dẻo) của dầm khi cốt thép bắt đầu chảy dẻo

Vì vậy tác giả chọn đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của một số mô hình vật liệu lên

độ dẻo tiết diện dầm bê tông cốt thép” để hiểu rõ hơn vấn đề này

I Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu về ảnh hưởng của một số mô hình vật liệu (thép, bê tông) lên

độ dẻo tiết diện dầm bê tông cốt thép

II Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Dầm Bê tông cốt thép chịu tải trọng tĩnh

III Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết, diễn giải

IV Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Việc phân tích độ dẻo của bê tông cốt thép là một sự tìm tòi, vận dụng mang tính thực tiễn cao, nâng cao kiến thức chuyên môn góp phần vào công tác giảng dạy

Có ý nghĩa nhận biết ứng xử của kết cấu khi làm việc

Cấu trúc luận văn

PHẦN MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Mục đích nghiên cứu

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

PHẦN NỘI DUNG

Chương 1: Tổng quan về một số mô hình vật liệu và độ dẻo tiết diện dầm

bê tông cốt thép

1.1 Giới thiệu

1.2 Ứng xử của dầm bê tông cốt thép

1.2.1 Các giai đoạn làm việc của dầm bê tông cốt thép chịu uốn

1.2.2 Khái niệm độ dẻo của dầm bê tông cốt thép chịu uốn

b Đặc trưng của vật liệu bê tông

c Đặc trưng của vật liệu cốt thép

1.3 Một số mô hình vật liệu bê tông

1.3.1 Mô hình không kể đến ảnh hưởng của kiềm chế nở ngang

a Mô hình tính toán theo tiêu chuẩn Eurocode 2

b Mô hình vật liệu bê tông theo Kent D C và Park R (1971)

c Mô hình vật liệu bê tông theo Popovics P (1973)

d Mô hình vật liệu bê tông theo Hognestad (1951)

e Mô hình vật liệu bê tông theo Tsai W T (1988)

1.3.2 Mô hình có kể đến ảnh hưởng của kiềm chế nở ngang

a Mô hình vật liệu bê tông theo Kent D C và Park R (1971)

b Mô hình vật liệu bê tông theo Razvi S và Saatcioglu M (1992)

c Mô hình vật liệu bê tông theo Mander J.B., Priestley M.J.N và Park, R (1988)

d Mô hình vật liệu bê tông theo Mander J.B (1983)

e Mô hình vật liệu bê tông theo Sheikh S A và Uzumeri S M (1982)

1.4 Một số mô hình cho vật liệu cốt thép

1.4.1 Mô hình tính toán cốt thép theo tiêu chuẩn Eurocode 2

1.4.2 Mô hình tính toán cốt thép theo mô hình tính toán cốt thép theo ACI Committee 318 (2002)

1.5 Nhận xét

Chương 2: Xác định độ dẻo dầm Bê tông Cốt thép bằng một số mô hình vật liệu

2.1 Giới thiệu

2.2 Xây dựng bài toán tính toán độ dẻo theo độ cong cho dầm bê tông cốt thép 2.2.1 Trường hợp không kể đến ảnh hưởng của kiềm chế nở ngang

a Mô hình tính toán theo tiêu chuẩn Eurocode 2

b Mô hình vật liệu bê tông theo Hognestad (1951)

2.2.2 Trường hợp kể đến ảnh hưởng của kiềm chế nở ngang

a Mô hình vật liệu bê tông theo Kent D C và Park R (1971)

b Mô hình vật liệu bê tông theo Mander J.B., Priestley M.J.N và Park, R (1988)

2.3 Các bước giải bài toán

Chương 3: Ví dụ tính toán

3.1 Giới thiệu

3.2 Bài toán

3.2.1 Tính toán dầm bê tông không bị kiềm chế nở ngang

3.2.2 Tính toán dầm bê tông bị kiềm chế nở ngang

3.3 Bài toán tính dầm có kể đến kiềm chế nở ngang

3.4 Nhận xét

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

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

Email: digilib.hau@gmail.com

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ Kết luận

Luận văn đã nghiên cứu độ dẻo cong của dầm BTCT đặt cốt thép kép khi sử dụng các mô hình vật liệu bê tông khác nhau có xem xét đến giai đoạn củng cố (strain hardening) của vật liệu thép Các kết quả chính của luận văn:

- Tìm hiểu về một số mô hình vật liệu bê tông và cốt thép, các nhân tố ảnh hưởng tới độ dẻo tiết diện dầm bê tông cốt thép

- Thiết lập phương trình để xác định độ dẻo cong của dầm bê tông cốt thép khi sử dụng một số mô hình vật liệu bê tông

- Thiết lập được các bước giải lặp để tính toán độ dẻo cong của dầm một cách chính xác

Kết quả tính toán từ ví dụ cho thấy sử dụng mô hình vật liệu bê tông có ảnh hưởng khá đáng kể lên độ dẻo cong của dầm bê tông cốt thép

Kiến nghị

-Tính toán thêm một vài mô hình vật liệu bê tông không bị kiềm chế và bị

kiềm chế nở ngang và so sánh với kết quả thực nghiệm để hiểu rõ hơn phạm

vi sử dụng các mô hình

1 Bộ xây dựng (2004) “Giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép”, Nhà xuất

bản Xây Dựng, Hà Nội

2 Lê Bình Dương (2015) “Phân tích khung bê tông cốt thép kể tới sự phân phối lại Mô men”, luận văn thạc sĩ kỹ thuật

3 Nguyễn Trung Hòa (2011).“Kết cấu bê tông cốt thép theo quy phạm Hoa Kỳ”, Nhà xuất bản Xây Dựng, 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 Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong (2011).“Kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn châu âu” Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội

6 Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 5574-2012, “Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – tiêu chuẩn thiết kế”

II Tiếng anh

7 ACI Committee 318 (2002) “Building code requirements for structural concrete (ACI 318-02) and commentary (ACI 318R-02)”, Farmington

Hills, Michigan: American Concrete Institute

8 Arthur Nilson (1997), “Design of concrete structures”

9 Dan J Raynor, Dawn E Lehman và John F Stanton (2002), "Bond-slip response of reinforcing bars grouted in ducts", Structural Journal 99(5),

568-576

10 Debernardi P G and Taliano M (2002) “On Evaluation of Rotation Capacity for Reinforced Concrete Beams” ACI Structural Journal, vol

99, no 3, pp.360-368, 2002

12 HEH Roy và Mete A Sozen (1965), "Ductility of concrete", Special

Publication 12, 213-235

13 Hognestad E (1951) “A study of combined bending and axial load in reinforced concrete members”, Bulletin Series No 399, E ngineering

Experiment Station, University of Illinois, Urbana, III

14 Mander J.B (1983), “Seismic design of bridge piers”, University of

Canterbury Civil Engineering, 1983

15 Mander J.B., Priestley, M.J.N and Park, R “Theoretical stress-strain model for confined concrete”, J Struct Engin., ASCE 1988 ; 114(8):

1804-26

16 Pier Giorgio Debernardi and Maurizio Taliano, (2002) “On Evaluation

of Rotation Capacity for ReinforcedConcrete Beams”, ACI Structural

Journal, V 99, No 3, May-June 2002

17 RS Narayanan và AW Beeby (2005), “Designers' Guide to EN 1992-1-1 and EN 1992-1-2 Eurocode 2: Design of Concrete Structures: General Rules and Rules for Buildings and Structural Fire Design”, Thomas

Telford London, UK

18 Salim Razvi and Murat Saatcioglu (1999), "Confinement model for high-strength concrete", Journal of Structural Engineering 125(3), 281-289

19 Sandor Popovics (1973), "A numerical approach to the complete stress-strain curve of concrete", Cement and concrete research 3(5), 583-599

20 Sargin M (1968) “Stress-strain relationship for concrete and analysis