---HOÀNG ANH TÚ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC BẢN ĐỆM ĐẦU CỘT ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP KHÔNG DẦM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN Hà Nội - 2014.
Trang 1-HOÀNG ANH TÚ
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC BẢN ĐỆM ĐẦU CỘT ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA SÀN
BÊ TÔNG CỐT THÉP KHÔNG DẦM
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN
Hà Nội - 2014
Trang 2-HOÀNG ANH TÚ KHÓA: 2012 – 2014
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC BẢN ĐỆM ĐẦU CỘT ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA SÀN
BÊ TÔNG CỐT THÉP KHÔNG DẦM
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN
Mã số: 60.58.02.08
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS NGUYỄN TIẾN CHƯƠNG
Hà Nội - 2014
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, các thầy cô trong khoa Sau đại học, cùng với các thầy cô giáo các bộ môn đã tạo mọi điều kiện để chúng tôi có thể hoàn thành khoá học
2012-2014
Đặc biệt tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn luận văn tốt nghiệp của tôi là thầy giáo, PGS.TS Nguyễn Tiến Chương Tôi xin cảm ơn thầy đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện, dành nhiều thời gian cũng như đầu tư tài liệu để hướng dẫn tôi hoàn thành được luận văn tốt nghiệp của mình!
Luận văn của tôi còn chưa thật hoàn chỉnh, nhiều chỗ trình bày còn thiếu sót Nhưng tôi xin hứa sẽ đầu tư nghiên cứu thêm những vấn đề còn thiếu sót đó để hoàn thiện thêm kiến thức của mình trong quá trình làm việc sau này!
Trang 4LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đã thực hiện đầy đủ các yêu cầu của một luận văn tốt nghiệp thạc sỹ chuyên ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp Tôi cam đoan đã thực hiện đúng quy cách luận văn, và nội dung đề tài phù hợp với chuyên ngành Đề tài luận văn của tôi cũng không bị trùng lặp với các đề tài luận văn tốt nghiệp trước đây Nội dung của luận văn đã được trích dẫn đầy
đủ các tài liệu tham khảo
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
HOÀNG ANH TÚ
Trang 5LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
Danh mục hình vẽ
Danh mục bảng biểu
MỞ ĐẦU Trang 1 * Lý do nghiên cứu
* Mục đích nghiên cứu
* Phương pháp nghiên cứu
* Phạm vi nghiên cứu
* Đối tượng nghiên cứu
* Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP KHÔNG DẦM CÓ BẢN ĐỆM ĐẦU CỘT 3
1.1 Tổng quan về kết cấu sàn bê tông cốt thép 3
1.1.1 Lịch sử phát triển của sàn bê tông cốt thép 3
1.1.2 Tình hình ứng dụng sàn bê tông cốt thép tại Việt Nam 4
1.1.3 Khái niệm về các loại sàn bê tông cốt thép 4
1.1.4 Liên kết của bản sàn 11
1.1.5 Một số phương pháp xác định nội lực trong kết cấu sàn 12
1.2 Kết cấu sàn bê tông cốt thép không dầm có bản đệm đầu cột 13
1.2.1 Khái niệm 13
1.2.2 Vật liệu 15
1.2.3 Cột 16
1.2.4 Bản đệm 16
1.2.5 Bản sàn 17
1.2.6 Tải trọng 17
Trang 61.3 Nhiệm vụ của luận văn 19
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP KHÔNG DẦM CÓ BẢN ĐỆM ĐẦU CỘT 20
2.1 Đặc điểm làm việc của kết cấu sàn bê tông cốt thép không dầm 20
2.1.1 Sự làm việc của bản khi chịu uốn 20
2.1.2 Mối quan hệ giữa các độ cong của sàn và các mô men uốn 21
2.1.3 Mô men trong sàn được đỡ trên các cột 22
2.1.4 Sự truyền mô men từ sàn tới các cột 24
2.1.5 Trạng thái làm việc của các mối nối sàn-cột chịu lực cắt và mô men 25
2.1.6 Trạng thái của sàn bị phá hoại do lực cắt 2 hướng 31
2.2 Tính toán sàn không dầm bằng phương pháp trực tiếp 32
2.2.1 Những yêu cầu (hạn chế) của phương pháp trực tiếp 32
2.2.2 Mô men tĩnh tải Mo 34
2.2.3 Các mô men dương và mô men âm trong các panen 35
2.2.4 Sự phân bố mô men giữa dải giữa và dải cột 37
2.3 Tính toán sàn không dầm bằng phương pháp khung tương đương 38
2.3.1 Tính toán độ cứng các cấu kiện 39
2.3.2 Đặc điểm của các dầm- bản 40
2.3.3 Đặc điểm của các cột 41
2.3.4 Các cấu kiện xoắn và các cột tương đương 42
2.3.5 Mô men tại tiết diện mặt cột 47
2.3.6 Tính toán mô men với trọng tâm chu vi hình chịu cắt 49
2.3.7 Sử dụng máy tính trong phương pháp khung tương đương 50
2.4 Tính toán sàn không dầm bằng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua các phần mềm máy tính 52
2.4.1 Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn 52
2.4.2 Phần mềm tính toán kết cấu dạng bản - SAFE 53
Trang 7CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC BẢN ĐỆM ĐẦU CỘT ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP
KHÔNG DẦM 56
3.1 Giới thiệu kết cấu 56
3.2 Khảo sát trường hợp panen chỉ thay đổi chiều rộng và dài 58
3.2.1 Sàn không có bản đệm 58
3.2.2 Sàn có bản đệm kích thước 0,96x0,96x0,15m 62
3.2.3 Kết quả khảo sát các trường hợp bản đệm có kích thước rộng và dài khác nhưng cùng độ dày 0,15m 65
3.3 Khảo sát trường hợp bản đệm chỉ thay đổi chiều dày 71
3.3.1 Sàn có bản đệm kích thước 1,6x,16x0,12m 71
3.3.2 Kết quả khảo sát các trường hợp bản đệm có chiều dày khác nhưng cùng kích thước rộng và dài 74
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
3.3.1 Sàn có bản đệm kích thước 1,6x,16x0,12m 71
3.3.1 Sàn có bản đệm kích thước 1,6x,16x0,12m 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang 8DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sàn không dầm
Hình 1.2 Sàn ô cờ
Hình 1.3 Sàn ô cờ
Hình 1.4 Sàn có bản đệm đầu cột
Hình 1.5 Sàn có bản đệm và mũ cột
Hình 1.6 Sàn làm việc 1 phương
Hình 1.7 Sàn làm việc 2 phương
Hình 1.8 Hệ dầm chính phụ
Hình 1.9 Sàn dầm kết hợp với sàn đệm đầu cột
Hình 1.10 Sàn Bubble Deck
Hình 1.11 Sàn không dầm có bản đệm đầu cột
Hình 1.12 Hệ kết cấu các sàn không dầm có bản đệm kết hợp cột vách Hình 1.13 Tòa nhà TMCP Quân đội (Liễu Giai-Ba Đình-Hà Nội) Hình 1.14 Bãi đỗ xe ôtô (Melbourne-Australia)
Hình 1.15 Chi tiết sàn đệm đầu cột
Hình 2.1 Các giai đoạn làm việc của sàn
Hình 2.2 Các mô men trong sàn được đỡ trên các cột
Hình 2.3 Ứng suất cắt do sự truyền lực cắt và mô men tại cột trong
Trang 9Hình 2.4 Ứng suất cắt do sự truyền lực cắt và mô men tại cột biên
Hình 2.5 Mô hình giàn đối với sự truyền mô men và lực cắt tại cột
trong
Hình 2.6 Mô hình giàn đối với sự truyền mô men và lực cắt tại cột
biên
Hình 2.7 Các biến dạng được đo trong các thanh liền kề cột biên vào
lúc phá hỏng Hình 2.8 Tương tác giữa lực cắt và mô men tại các cột biên Hình 2.9 Các vết nứt xiên trong sàn do lực cắt
Hình 2.10 Mô hình đối với sự truyền lực cắt ở cột trong
Hình 2.11 Mặt cắt các sàn trong việc thiết kế các khung
Hình 2.12 Phân định M o cho các vùng có mô men âm và dương Hình 2.13 Sự xác định các dải giữa và dải cột
Hình 2.14 Sự biến thiên độ cứng dọc theo nhịp
Hình 2.15 Các giá trị EI đối với sàn có panel đầu cột
Hình 2.16 Các điều kiện để tính toán độ cứng cột K c
Hình 2.17 Hoạt động của khung và sự xoắn của cấu kiện biện Hình 2.18 Tính toán K t
Hình 2.19 Mặt cắt tới hạn đối với mô men âm
Hình 2.20 Mô men âm và dương trong dầm bản
Hình 2.21 Mô men đối với trọng tâm của chu vi chịu cắt
Trang 10Hình 2.22 Mô hình hóa cho máy tính của khung phẳng
Hình 3.1 Mô hình 3D
Hình 3.2 Mặt bằng kết cấu
Hình 3.3 Bảng thống số đầu vào của vật liệu bê tông
Hình 3.4 Bảng thống số đầu vào của cấu kiện sàn
Hình 3.5 Bảng thống số đầu vào của cấu kiện cột không bản đệm Hình 3.6 Mặt bằng kết cấu trường hợp sàn không có bản đệm Hình 3.7 Dải đầu cột dùng để khảo sát (trục C)
Hình 3.8 Tổ hợp tải trọng dùng để khảo sát
Hình 3.9 Biểu đồ mô men sàn theo các dải phương trục C Hình 3.10 Biểu đồ mô men M (trục C)
Hình 3.11 Bảng thống số đầu vào chiều dày của bản đệm
0,96x0x96x0,15m Hình 3.12 Mặt bằng kết cấu sàn sử dụng bản đệm 0,96 x 0,96 x 0,15m Hình 3.13 Dải đầu cột trục C có bản đệm 0,96x0,96x0,15m Hình 3.14 Biểu đồ mô men M (trục C)
Hình 3.15 Biểu đồ mô men sàn có bản đệm 1,2x1,2x0,15m
theo các dải phương trục C
Hình 3.16 Biểu đồ mô men M (trục C) trường hợp sàn có bản đệm
1,2x1,2x0,15m
Hình 3.17 Biểu đồ mô men sàn có bản đệm 1,6x1,6x0,15m
theo các dải phương trục C
Trang 11Hình 3.18 Biểu đồ mô men M (trục C) trường hợp sàn có bản đệm
1,6x1,6x0,15m
Hình 3.19 Biểu đồ mô men sàn có bản đệm 2,4x2,4x0,15m
theo các dải phương trục C
Hình 3.20 Biểu đồ mô men M (trục C) trường hợp sàn có bản đệm
2,4x2,4x0,15m
Hình 3.21 Bảng thống số đầu vào chiều dày của bản đệm
1,6x1,6x0,12m Hình 3.22 Mặt bằng kết cấu sàn sử dụng bản đệm 1,6x1,6x0,12m Hình 3.23 Dải đầu cột trục C có bản đệm 1,6x1,6x0,12m
Hình 3.24 Biểu đồ mô men sàn có bản đệm 1,6x1,6x0,12m
theo các dải phương trục C Hình 3.25 Biểu đồ mô men M (trục C)
Hình 3.26 Biểu đồ mô men sàn có bản đệm 1,6x1,6x0,18m
theo các dải phương trục C
Hình 3.27 Biểu đồ mô men M (trục C) trường hợp sàn có bản đệm
1,6x1,6x0,18m
Hình 3.28 Biểu đồ mô men sàn có bản đệm 1,6x1,6x0,2m
theo các dải phương trục C
Hình 3.29 Biểu đồ mô men M (trục C) trường hợp sàn có bản đệm
1,6x1,6x0,2m
Trang 12DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Phân bố tổng mô men tĩnh tải nhân hệ số, M o , trong một
nhịp đầu mút Bảng 3.1 Giá trị mô men trường hợp sàn không sử dụng bản đệm
Bảng 3.2 Giá trị mô men trường hợp cột có bản đệm
0,96x0,96x0,15m Bảng 3.3 Giá trị mô men trường hợp cột có bản đệm 1,2x1,2x0,15m Bảng 3.4 Giá trị mô men trường hợp cột có bản đệm 1,6x1,6x0,15m Bảng 3.5 Giá trị mô men trường hợp cột có bản đệm 2,4x2,4x0,15m
Bảng 3.6
Bảng tổng hợp các giá trị mô men dải đầu cột khảo sát trong các trường hợp thay đổi kích thước dài và rộng bản
đệm
Bảng 3.7 Giá trị mô men trường hợp cột có bản đệm 1,6x1,6x0.12m Bảng 3.8 Giá trị mô men trường hợp cột có bản đệm 1,6x1,6x0,18m Bảng 3.9 Giá trị mô men trường hợp cột có bản đệm 1,6x1,6x0,2m
Bảng 3.10 Bảng tổng hợp các giá trị mô men dải đầu cột khảo sát
trong các trường hợp thay đổi chiều dày bản đệm
Trang 13Mở đầu
* Lý do nghiên cứu
Trong tiến trỡnh hội nhập và phỏt triển, việc đụ thị húa xõy dựng cỏc cụng trỡnh cao tầng, khỏch sạn, khối chung cư nhà ở, văn phũng những cụng trỡnh đũi hỏi bố trớ tường, vỏch ngăn linh hoạt, hệ thống thụng giú chiếu sang thuận lợi, ngày càng nhiều và là nhu cầu cấp thiết của nước ta
Hiện nay, sàn bờ tụng cốt thộp được ứng dụng ngày càng phổ biến trong cỏc cụng trỡnh xõy dựng cao tầng để đỏp ứng yờu cầu về kỹ thuật, kinh
tế, cỏc cụng trỡnh cú sàn vượt nhịp vừa và nhỏ Tuy nhiờn, để tối ưu hơn cho giải phỏp kết cấu sàn bờ tụng cốt thộp khụng dầm, ta cú thể bổ sung thờm tấm bản đệm cho sàn tại cỏc vị trớ đầu cột
Đề tài “Nghiờn cứu ảnh hưởng của kớch thước bản đệm đầu cột đến sự
làm việc của sàn bờ tụng cốt thộp khụng dầm” sẽ xem xột ảnh hưởng của kớch thước bản đệm tại vị trớ đầu cột đến sự làm việc của sàn bờ tụng cốt thộp khụng dầm
* Mục đích nghiên cứu
Nghiờn cứu làm sỏng tỏ mức độ ảnh hưởng của kớch thước bản đệm đầu cột đến sự làm việc của sàn bờ tụng cốt thộp khụng dầm cú bản đệm đầu cột
* Phương pháp nghiên cứu
Nghiờn cứu lý thuyết kết hợp với khảo sỏt cỏc vớ dụ, đưa ra cỏc kết quả bằng số liệu
So sỏnh, tổng hợp rỳt ra nhận xột, kết luận
* Phạm vi nghiờn cứu
Ảnh hưởng của bản đệm đầu cột đến sự phõn phối mụ men trong dải đầu cột của sàn bờ tụng cốt thộp khụng dầm
Trang 14* Đối tượng nghiên cứu
Sàn bê tông cốt thép không dầm có bản đệm đầu cột
* Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
Ý nghĩa khoa học: Đưa ra sự tác động, ảnh hưởng của bản đệm tới kết cấu sàn không dầm nói chung và sàn bê tông cốt thép không dầm có bản đệm đầu cột nói riêng
Ý nghĩa thực tiễn: Đưa ra được giải pháp thay đổi sự làm việc của chịu uốn của sàn bê tông cốt thép không dầm
Trang 15Để 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 16KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận
Bản đệm đầu cột trong kết cấu sàn bê tông cốt thép ngoài tác dụng tăng khả năng chịu cắt, chống chọc thủng cho sàn tại vị trí đầu cột, còn làm thay đổi sự làm việc chịu uốn của sàn, ảnh hưởng tới sự phân bố mô men trong sàn
Khi thay đổi kích thước bản đệm đầu cột trong kết cấu sàn bê tông cốt thép không dầm thì sự phân phối mô men trong dải đầu cột cũng thay đổi Cụ thể với ví dụ khảo sát trong chương 3, sự ảnh hưởng của kích thước bản đệm ảnh hưởng tới sự phân phối mô men dải đầu cột như sau:
- Thay đổi chiều dài và chiều rộng bản đệm từ không sử dụng bản đệm rồi tăng kích thước bản đệm lần lượt tương ứng với 1/5, 1/4, 1/3, 1/2 nhịp ngắn:
+ Trị số mô men dương tại các nhịp ảnh hưởng ít hơn, nhịp biên mô men dương giảm 30,7%, nhịp giữa mô men dương giảm 27,82%
+ Trị số mô men âm tại các gối bị ảnh hưởng nhiều hơn so với mô men dương tại nhịp, mô men âm tại gối biên tăng 47,71%, mô men âm tại gối thứ
2 tăng 46,31%, mô men âm tại gối giữa tăng 47,39%
- Thay đổi chiều dày bản đệm từ không sử dụng bản đệm rồi tăng dần chiều dày bản đệm lần lượt tương ứng bằng với 1/2, 1/5, 1/8, 2 lần chiều dày sàn:
+ Mô men dương nhịp biên giảm 39,11%, mô men dương nhịp giữa giảm 24,78 %, mô men âm tại gối biên tăng 48,54%, gối thứ 2 tăng 45,11%,
và gối giữa tăng 48,08%
Qua kết quả khảo sát trong cả 2 trường hợp thay đổi kích thước rộng, dài và thay đổi chiều dày bản đệm, khi bản đệm có kích thước rộng và dài khoảng 1/3 nhịp và có chiều dày bằng 1,5 chiều dày sàn thì mô men âm và
Trang 17dương trong vùng sàn ngoài bản đệm là khá đồng đều về trị số, nên rất thuận lợi cho việc bố trí thép ở vùng sàn này
Kiến nghị
Nghiên cứu trên đây mới chỉ đề cập đến sự ảnh hưởng của kích thước bản đệm đầu cột đến sự phân bố mô men trong dải đầu cột, đưa ra thêm một giải pháp cho người thiết kế khi muốn thay đổi sự phân bố mô men trong sàn theo mục đích Bài toán về kích thước tối ưu của bản đệm đầu cột với kết cấu sàn bê tông cốt thép không dầm là bài toán phức tạp cần xem xét thêm các yếu tố như khả năng chịu cắt, giới hạn võng sàn, hàm lượng cốt thép, bài toán kinh tế, kỹ thuật thi công Vấn đề này cần được tiếp tục nghiên cứu
Trang 18TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] Nguyễn Trung Hòa (2003), Kết cấu bê tông cốt thép theo quy phạm Hoa
Kỳ, NXB Xây dựng, Hà Nội
[2] Nguyễn Trung Hòa (2006), Tiêu chuẩn Châu Âu - Eurocode EN 1992-1-1,
Thi ết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, NXB Xây dựng, Hà Nội
[3] Nguyễn Viết Trung (2000), Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép hiện đại theo
tiêu chu ẩn ACI, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội
[4] Phan Quang Minh, GS TS Ngô Thế Phong (2010), Kết cấu bê tông cốt
thép thi ết kế theo tiêu chuẩn Châu Âu, NXB Xây dựng, Hà Nội
[5] Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam (TCVN 5574 : 2012), Kết cấu bê tông và
bê tông c ốt thép – tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây dựng, Hà Nội
[6] Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 2737 – 1995), Tải trọng và tác động tiêu
chu ẩn thiết kế, NXB Xây dựng, Hà Nội
[7] Võ Bá Tầm (2006), Kết cấu bê tông cốt thép – Phần cấu kiện cơ bản,
NXB Đại học Quốc Gia, Tp Hồ Chí Minh
Tiếng Anh
[8] American concrete institute, ACI 318-11 (2011), Building code
requirements for structure concrete
[9] Australian standard, AS 3600-2009 (2009), Concrete structure
[10] European standard, Eurocode 0 (2001), Basic of structural design
[11] European standard, Eurocode 2 (2001), Design of concrete structures [12] European concrete platform (2007), How to design concrete structures
flat slabs
[13] National University of Singapore, CE 5510-2004 (2004), Advanced
structural concrete design.