Nghiên cứu áp dụng tính toán dầm bê tông cốt cứng theo tiêu chuẩn nga vào tiêu chuẩn việt nam (tt)

Các đặc trưng hình học , a a lần lượt là khoảng cách từ hợp lực của cốt thép chịu kéo và chịu nén đến biên gần nhất của tiết diện; r a khoảng cách từ trọng tâm cốt cứng đến biên chịu k

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

QUÁCH THÀNH NAM

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG TÍNH TOÁN DẦM BÊ TÔNG CỐT CỨNG THEO TIÊU CHUẨN NGA

VÀO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà nội – 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

QUÁCH THÀNH NAM KHÓA: 2012 - 2014

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG TÍNH TOÁN DẦM BÊ TÔNG CỐT CỨNG THEO TIÊU CHUẨN NGA

VÀO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM

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

DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS LÊ MINH LONG

Hà nội – 2014

Hà Nội, ngày 08/08/2014

HỌC VIÊN

Quách Thành Nam

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

HỌC VIÊN

Quách Thành Nam

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các bảng, biểu

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

MỞ ĐẦU 1

Lý do chọn đề tài 1

Mục đích nghiên cứu 2

Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 3

Phương pháp nghiên cứu 3

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

Cấu trúc luận văn 3

NỘI DUNG 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DẦM BÊ TÔNG CỐT CỨNG 5

1.1 Khái niệm về cấu kiện dầm bê tông cốt cứng 5

1.2 Sự phát triển của cấu kiện bê tông cốt cứng 5

1.3 Ưu điểm và nhược điểm của dầm bê tông cốt cứng 11

1.3.1 Ưu điểm 11

1.3.2 Nhược điểm 12

1.4 Tình hình nghiên cứu phương pháp tính toán dầm bê tông cốt cứng ở Việt Nam và thế giới 13

1.4.1 Ở Việt Nam 13

1.4.2 Trên thế giới 13

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN DẦM BÊ TÔNG CỐT CỨNG 20

2.1 Các yêu cầu chung 20

2.2 Các yêu cầu về vật liệu 21

2.2.1 Bê tông 21

2.2.2 Cốt mềm 24

2.2.3 Cốt cứng 27

2.3 Phương pháp tính toán dầm bê tông cốt cứng 29

2.3.1 Các giả thiết tính toán 29

2.3.2 Tính toán độ bền tiết diện thẳng góc với trục dọc của dầm 29

a) Xác định chiều cao tương đối giới hạn vùng chịu nén của bê tông 29

b) Tính toán độ bền của dầm tiết diện chữ nhật 31

c) Tính toán độ bền của dầm tiết diện chữ T 35

2.3.3 Tính toán tiết diện nghiêng với trục dọc dầm 40

a) Tính toán tiết diện nghiêng theo lực cắt 40

b) Tính toán tiết diện nghiêng theo mô men 45

2.4 Các yêu cầu về cấu tạo 49

2.4.1 Kích thước tối thiểu của tiết diện dầm bê tông cốt cứng 49

2.4.2 Lớp bảo vệ bê tông 49

2.4.3 Bố trí cốt thép 49

2.5 Quy trình tính toán 52

2.5.1 Xác định thông số vật liệu đầu vào 52

2.5.2 Xác định tải trọng 53

2.5.3 Quy trình tính toán dầm bê tông cốt cứng 54

2.5.4 Sơ đồ khối tính toán tiết diện 61

CHƯƠNG 3: VÍ DỤ TÍNH TOÁN 66

3.1 Tính toán độ bền tiết diện thẳng góc với trục dầm 66

3.2 Tính toán độ bền tiết diện nghiêng góc với trục dầm 85

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92

1 Kết luận 92

2 Kiến nghị 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Trong phần này sử dụng các ký hiệu cơ bản sau đây:

1 Các đặc trưng hình học

,

a a lần lượt là khoảng cách từ hợp lực của cốt thép chịu kéo và chịu

nén đến biên gần nhất của tiết diện;

r

a khoảng cách từ trọng tâm cốt cứng đến biên chịu kéo của tiết

diện;

1

a khoảng cách từ hợp lực của nội lực trong cốt thép (cốt cứng và

cốt mềm) chịu kéo đến biên chịu kéo tiết diện;

a khoảng cách từ trục của cánh trên của cốt cứng đến biên chịu

A diện tích tiết diện của cốt thép đai đặt trong mặt phẳng vuông

góc với trục dọc cấu kiện và cắt qua tiết diện nghiêng

,

s inc

A diện tích tiết diện của thanh cốt thép xiên đặt trong mặt phẳng

nghiêng góc với trục dọc cấu kiện và cắt qua tiết diện nghiêng

A A lần lượt là diện tích tiết diện các cánh của cốt cứng nằm trong

vùng chịu kéo và chịu nén;

b chiều rộng tiết diện chữ nhật;

f

b chiều rộng cánh tiết diện chữ T;

h chiều cao của tiết diện chữ nhật;

h khoảng cách từ biên chịu nén của bê tông đến trọng tâm cốt

mềm chịu kéo;

,

h h chiều cao của cánh tiết diện chữ T, tương ứng nằm trong vùng

chịu kéo và vùng chịu nén;

0

h chiều cao làm việc của tiết diện, bằng ha1;

w

h chiều cao bản bụng tiết diện chữ I tính từ trục cánh trên đến trục

cánh dưới của tiết diện;

r khoảng cách từ biên chịu nén của bê tông đến trọng tâm của cốt

cứng;

s khoảng cách cốt thép đai theo chiều dài cấu kiện;

S mô men tĩnh của một nửa tiết diện cốt cứng đối trục hình học; w

t chiều dày bản bụng tiết diện chữ I;

,

f tb

t chiều dày trung bình bản cánh thép tiết diện chữ I cán nóng;

f

t chiều dày bản cánh thép tiết diện chữ I;

x chiều cao vùng bê tông chịu nén;

W mô men kháng uốn đàn hồi;

 chiều cao tương đối của vùng bê tông chịu nén, bằng x h/ 0

2 Nội lực

M mô men uốn;

Q lực cắt

R cường độ chịu nén tiêu chuẩn dọc trục của bê tông ứng với các

trạng thái giới hạn thứ nhất (cường độ lăng trụ);

R R cường độ chịu nén tính toán dọc trục của bê tông ứng với trạng

thái giới hạn thứ nhất và thứ hai;

, er

,

bt bt s

R R cường độ chịu kéo tính toán dọc trục của bê tông ứng với các

trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ hai;

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu

Bảng 1.1 So sánh kích thước dầm bê tông cốt cứng với dầm bê tông cốt

thép thông thường khi khả năng chịu lực như nhau Bảng 2.1 Hệ số độ tin cậy của bê tông nặng khi nén bc và khi kéo bt

Bảng 2.2 Cường độ tiêu chuẩn và cường độ tính toán của bê tông nặng

theo các trạng thái giới hạn thứ hai Bảng 2.3 Các cường độ tính toán của bê tông nặng khi tính toán theo các

trạng thái giới hạn thứ nhất Bảng 2.4 Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông nặng ứng với cấp độ

bền chịu kéo của bê tông Bảng 2.5 Mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông nặng khi nén và kéo

Bảng 2.6

Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn R và cường độ chịu kéo tính sn toán của thép thanh khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ hai R s ser,

Bảng 2.7 Hệ số tin cậy của thép s

Bảng 2.8 Cường độ tính toán của cốt thép thanh khi tính toán theo các

trạng thái giới hạn thứ nhất Bảng 2.9 Mô đun đàn hồi của một số loại cốt thép

Bảng 2.10 Cường độ tính toán của thép cán

Bảng 2.11 Cường độ tiêu chuẩn và cường độ tính toán của thép các bon Bảng 2.12 Cường độ tiêu chuẩn và tính toán của thép hợp kim thấp

Bảng 2.13 Mô đun đàn hồi của thép kết cấu

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Số hiệu

Hình 1.1 Các dạng tiết diện ngang của dầm bê tông cốt cứng

Hình 1.2 Hình dạng cốt cứng sử dụng trong dầm bê tông cốt cứng

Hình 1.3 Sàn chịu lửa ở Châu Âu

Hình 1.4 Dầm sàn liên hợp thí nghiệm tại Canada, 1922

Hình 1.5 Kết cấu dầm bê tông cốt cứng dạng khung thép

Hình 1.6 Tòa nhà Diamond Plaza 21 tầng tại thành phố Hồ Chí Minh Hình 1.7 Tòa nhà H-098 và T-106 khu tái định cư Phường 11, quận 6 tại

thành phố Hồ Chí Minh Hình 1.8 Phân dải các tiết diện dầm FEB (fully encased beam)

Hình 2.1 Trục trung hòa không đi qua cốt cứng (dầm tiết diện chữ nhật)

Hình 2.2 Trục trung hòa đi qua bản bụng của cốt cứng (dầm tiết diện

chữ nhật)

Hình 2.3 Trục trung hòa đi qua bản cánh của cốt cứng (dầm tiết diện

chữ nhật) Hình 2.4 Trục trung hòa không đi qua cốt cứng (dầm tiết diện chữ T)

Hình 2.5 Trục trung hòa đi qua bản bụng của cốt cứng (dầm tiết diện

chữ T)

Hình 2.6 Trục trung hòa đi qua bản cánh của cốt cứng (dầm tiết diện

chữ T) Hình 2.7 Sơ đồ tính toán tiết diện ngang theo lực cắt

Hình 2.8 Sơ đồ tính toán tiết diện nghiêng theo mô men

Hình 2.9 Mối nối dầm với cột sử dụng cốt cứng

Hình 2.12 Sơ đồ khối kiểm tra độ bền tiết diện nghiêng góc của dầm bê

tông cốt cứng chịu tác dụng của lực cắt

Hình 2.13 Sơ đồ khối kiểm tra độ bền tiết diện nghiêng góc của dầm bê

tông cốt cứng chịu tác dụng của mô men

1

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Kết cấu bê tông cốt cứng tận dụng được các ưu điểm riêng về đặc trưng

cơ lý của vật liệu thép và bê tông để tạo ra kết cấu có khả năng chịu lực và độ tin cậy cao, đồng thời giảm tiết diện khi yêu cầu vượt nhịp lớn hoặc yêu cầu

về công năng và thẩm mỹ của công trình, thời gian thi công nhanh nâng cao hiệu quả về kinh tế khi thi công các công trình xây dựng

Kết cấu bê tông cốt cứng đã được sử dụng nhiều ở các nước trên thế giới như Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Nga, Trung Quốc, Nhật bản, Singapor… trong việc xây dựng các công trình cao tầng và các công trình khung nhịp lớn do đó đã

có nhiều tài liệu và tiêu chuẩn thiết kế cho kết cấu bê tông cốt cứng của các nước khác nhau

Ở Việt Nam loại kết cấu này cho đến nay vẫn được sử dụng rất ít Tuy nhiên, nhu cầu xây dựng nhà cao tầng và siêu cao tầng đang bùng nổ mạnh

mẽ, với những ưu điểm của kết cấu bê tông cốt cứng, trong tương lai loại kết cấu này sẽ được sử dụng rộng rãi, và Việt Nam cũng không nằm ngoài xu hướng phát triển chung của xây dựng thế giới Việc tính toán cấu kiện bê tông cốt cứng hiện đang còn gặp nhiều khó khăn đối với các kỹ sư tư vấn thiết kế

do chưa có tài liệu hướng dẫn tính toán cấu kiện bê tông sử dụng cốt cứng nói chung và cột bê tông sử dụng cốt cứng nói riêng Tuy nhiên nếu dựa theo hai tiêu chuẩn TCVN 5574: 2012 và TCVN 5575: 2012 thì hoàn toàn có thể tính toán được bởi các lý do sau đây:

+ Bản chất của tiêu chuẩn TCVN 5574: 2012 và TCVN 5575: 2012 là các tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 356:2005 và TCXDVN 338:

2005 đã được chuyển ngang mà không thay đổi nội dụng và chỉ đổi tên thành tiêu chuẩn quốc gia nhưng nội dung không thay đổi Hai tiêu chuẩn xây dựng

2

Việt Nam này đều được chuyển dịch từ các tiêu chuẩn tương ứng của Nga là SNIP 2.03.01-84* về thiết kế kết cấu bê tông cốt thép và SNIP II-23-81* về thiết kế kết cấu thép

Trong hệ thống tiêu chuẩn Nga không có tiêu chuẩn riêng để thiết kế dầm bê tông cốt cứng nhưng có hướng dẫn tính toán dựa theo tiêu chuẩn SNIP 2.03.01-84* về thiết kế kết cấu bê tông cốt thép và tiêu chuẩn SNIP II-23-84* về thiết kế kết cấu thép

Định hướng chung của Bộ Xây dựng là tiếp tục sử dụng hệ thống tiêu chuẩn Nga và trong thời gian tới đây sẽ cập nhật, bổ sung tiêu chuẩn mới trên

cơ sở tiêu chuẩn Nga Vì vậy cần phải nghiên cứu, áp dụng tài liệu tiêu chuẩn

và hướng dẫn của Nga để bổ sung cho phần hướng dẫn thiếu hụt trong hệ

thống tiêu chuẩn Việt Nam Đề tài “Nghiên cứu áp dụng tính toán dầm bê

tông cốt cứng theo tiêu chuẩn Nga vào tiêu chuẩn Việt Nam” được lựa chọn

nhằm đưa ra quy trình tính toán cụ thể cho dầm bê tông cốt cứng

+ Nghiên cứu tính toán dầm bê tông cốt cứng theo tiêu chuẩn thiết kế,

cơ sở tài liệu, tiêu chuẩn, hướng dẫn của SNIP 2.03.01-84* và TCVN 5574:2012;

- Đưa ra quy trình tính toán cụ thể để tính toán dầm bê tông cốt cứng

3

Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là dầm bê tông cốt cứng tiết diện chữ nhật và chữ

T

Phạm vi nghiên cứu là tính toán dầm bê tông tiết diện chữ nhật và tiết diện chữ T sử dụng cốt cứng tiết diện chữ I theo trạng thái giới hạn thứ nhất Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu tổng quan về dầm bê tông cốt cứng trên cơ sở thu thập, phân tích, tổng hợp các tài liệu trong nước và nước ngoài (sách báo, các công trình khoa học, tài liệu tiêu chuẩn ) về dầm bê tông cốt cứng

Nghiên cứu các tài liệu, tiêu chuẩn Nga và Việt Nam liên quan đến dầm

bê tông cốt cứng để áp dụng tính toán

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu cách tính, các công thức, giải pháp cấu tạo trên cơ sở khoa học để áp dụng tính toán dầm bê tông cốt cứng dựa trên cơ

sở tiêu chuẩn Nga và Việt Nam là SNIP 2.03.01-84*, TCVN 5574:2012 về thiết kế kết cấu bê tông cốt thép và SNIP II-23-81*, TCVN 55754:2012 về thiết kế kết cấu thép để áp dụng và làm cơ sở tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam

Ý nghĩa thực tiễn: xây dựng được một tài liệu tham khảo cho những người có nhu cầu hoặc quan tâm và có thể áp dụng trong thực tiễn công tác thiết kế dầm bê tông cốt cứng trong các công trình ở Việt Nam dựa theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2012 về thiết kế kết cấu bê tông cốt thép và TCVN 5575:2012 về thiết kế kết cấu thép

Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảoc, luận văn được bố trí thành 3 chương (chương I, II và III), cụ thể là:

4

Chương I: Tổng quan về dầm bê tông cốt cứng

Chương II: Nghiên cứu tính toán dầm bê tông cốt cứng Chương III: Ví dụ tính toán

THÔNG BÁO

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

92

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1 Kết luận

- Trong luận văn đã nghiên cứu được phương pháp tính toán dầm bê tông

sử dụng cốt cứng dựa theo tiêu chuẩn Nga là tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép SNIP 2.03.01-84* và tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép SNIP II-21-81* và áp dụng vào tiêu chuẩn Việt Nam tương ứng là TCVN 5574:2012 và TCVN 5575:2012

- Luận văn được viết dựa trên cuốn hướng dẫn thiết kế bê tông sử dụng cốt cứng của Nga và đã được đưa ra quy trình (các bước cụ thể) để kiểm tra

độ bền dầm bê tông tiết diện chữ nhật hoặc chữ T sử dụng cốt cứng là thép hình tiết diện chữ I

- Phương pháp tính toán dầm bê tông sử dụng cốt cứng trong luận văn tương tự như phương pháp tính toán dầm bê tông cốt thép thông thường Các quy định chung về tính toán dầm bê tông sử dụng cốt mềm có thể được áp dụng cho dầm bê tông sử dụng cốt cứng Khi tính toán dầm bê tông sử dụng cốt cứng thì diện tích vùng chịu kéo của tiết diện được kể thêm phần cốt cứng cùng tham gia chịu lực, điều đó có nghĩa là cường độ tính toán của cốt thép trong vùng chịu kéo được tăng lên đến giá trị R sr  R s

- Ngoài ra trong luận văn cũng đưa ra các yêu cầu về cấu tạo cũng như một số ví dụ tính toán minh họa

- Luận văn này là một tài liệu cần thiết và có thể sử dụng như một hướng dẫn thiết kế giúp cho các kỹ sư và những người quan tâm có thể tính toán dầm

bê tông sử dụng cốt cứng hoàn toàn đồng bộ với hệ thống tiêu chuẩn của Việt Nam vì hệ thống tiêu chuẩn tính toán kết cấu của Việt Nam được chuyển dịch hoàn toàn từ các tiêu chuẩn Nga tương ứng

93

2 Kiến nghị

Dầm bê tông cốt cứng có các dạng tiết diện ngang như đã giới thiệu ở chương I (Hình 1.1) và cốt cứng được sử dụng cũng có rất nhiều hình dáng khác nhau (Hình 1.2) Trong luận văn này, tác giả đã nghiên cứu và đưa ra quy trình tính toán ở trạng thái giới hạn thứ nhất về độ bền cho dầm bê tông tiết diện hình chữ nhật và chữ T có cốt cứng chữ I chịu kéo Việc tính toán cấu kiện dầm bê tông cốt cứng được thực hiện ở giai đoạn cốt cứng làm việc đồng thời với bê tông sau khi bê tông đã đóng rắn, do đó cần nghiên cứu thêm

ở các đề tài tiếp theo một số vấn đề như:

Nghiên cứu quy trình tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ hai (các trạng thái giới hạn sử dụng)

Nghiên cứu quy trình tính toán cho các tiết diện cốt cứng khác

Nghiên cứu các liên kết giữa dầm bê tông cốt cứng với các cấu kiện khác như cột, vách

Luận văn này có thể dùng để tính toán dầm bê tông cốt cứng cho các công trình ở Việt Nam vì bản chất tiêu chuẩn TCVN 5574:2012 là tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 356:2005 đã được chuyển ngang hoàn toàn mà không thay đổi nội dung và chỉ đổi tên thành tiêu chuẩn quốc gia theo quy định tại khoản 1 Điều 69 của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn và điểm b khoản

2 Điều 7 theo nghị định số 127/2007/NĐ-CP ngày 1/8/2007 Trước đây, tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005 đã được chuyển dịch từ tiêu chuẩn của Nga SNIP 2.03.01-84* về thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép