BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRUỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI --- ĐÀO THỊ LAN HƯƠNG TÍNH TOÁN VÀ CẤU TẠO CÁC TRƯỜNG HỢP CHỊU LỰC CỤC BỘ CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO TIÊU CHUẨN
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG
TRUỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
-
ĐÀO THỊ LAN HƯƠNG
TÍNH TOÁN VÀ CẤU TẠO CÁC TRƯỜNG HỢP CHỊU LỰC CỤC BỘ CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM VÀ TIÊU CHUẨN NƯỚC NGOÀI
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Hà Nội – 2014
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG
TRUỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
-
ĐÀO THỊ LAN HƯƠNG KHÓA: 2012-2014
TÍNH TOÁN VÀ CẤU TẠO CÁC TRƯỜNG HỢP CHỊU LỰC CỤC BỘ CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM VÀ TIÊU CHUẨN NƯỚC NGOÀI
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN
Mã số: 60.58.02.08
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGUỜI HUỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS VƯƠNG NGỌC LƯU
Hà Nội – 2014
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội trong suốt quá trình đào tạo thạc sĩ đã cung cấp kiến thức và phương pháp
để em có thể áp dụng trong nghiên cứu giải quyết các vấn đề trong luận văn của mình Đặc biệt em xin trân trọng gửi lời cảm ơn thầy giáo PGS TS Vương Ngọc Lưu đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành Luận văn đúng thời hạn
Em xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Công ty Kiến trúc công trình ACO, các đồng nghiệp và gia đình đã giúp đỡ em, tạo điều kiện về thời gian để em hoàn thành luận văn đúng tiến độ
Trang 4LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ 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
Đào Thị Lan Hương
Trang 5DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Trang 6DANH MỤC BẢNG, BIỂU
Số hiệu
Bảng 2.1 Các giá trị k đối với vùng chất tải chữ nhật 40
Bảng 2.2 Các giá trị của hệ số β với các loại cột khác nhau 42
Trang 7DANH MỤC HÌNH MINH HỌA
Số hiệu
Hình 1.1 Sơ đồ ứng suất của tiết diện đặt cốt đơn 5 Hình 1.2 Sơ đồ ứng suất của tiết diện đặt cốt kép 8 Hình 1.3 Sơ đồ ứng suất dùng để tính tiết diện chữ T 10 Hình 1.4 Sơ đồ tính toán cường độ trên tiết diện nghiêng 14 Hình 1.5 Cấu kiện chịu nén lệch tâm 17 Hình 1.6 Sơ đồ tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm 19 Hình 2.1 Sơ đồ tính toán nén thủng cấu kiện bê tông cốt thép 25 Hình 2.1a Cốt thép chịu cắt trong bản theo TCVN 5574-2012 27 Hình 2.1b Cốt đai chịu cắt trong bản theo TCVN 5574-2012 28 Hình 2.2 Sự phá hỏng do lực cắt trong sàn theo ACI318-2005 29
Hình 2.3a Diện tích tính toán và tiết diện tới hạn với “Lực cắt
một hướng”(của 3 loại cột: giữa, biên, góc) 29
Hình 2.3b Chú thích diện tích tính toán và tiết diện tới hạn cho
Hình 2.4a Diện tích tính toán và tiết diện tới hạn với “Lực cắt
hai hướng”(của 3 loại cột: giữa, biên, góc) 31
Hình 2.4b Chú thích diện tích tính toán và tiết diện tới hạn cho
Hình 2.5 Tháp đâm thủng theo tiêu chuẩn ACI318-2005 32
Hình 2.6 Các tiết diện tới hạn với lực cắt 2 hướng theo
Trang 8Hình 2.7 Tiết diện tới hạn với cột có bản đầu cột theo
Hình 2.8 Xác định c với cột có hình dạng không thông thường 36
Hình 2.9 Quy định thiết kế và bố trí thép đai trong sàn theo
Hình 2.10 Các gí trị gần đúng của 43 Hình 2.11 Chu vi kiểm tra cơ bản được rút ngắn u * 1 44 Hình 2.12 Bố trí cốt thép chịu cắt 48 Hình 2.13 Bố trí cốt thép trong sàn 49 Hình 2.14 Nén cục bộ của cấu kiện bê tông cốt thép 50 Hình 2.15 Sơ đồ tính toán cấu kiện BTCT chịu nén cục bộ 52
Hình 2.16 Bố trí các khung cốt thép ngang ở đầu tấm tường chịu
Hình 2.17 Bố trí khung cốt thép trong tấm tường 56 Hình 2.18 Bố trí một lưới thép ở giữa tấm tường 56 Hình 2.19 Đệm đầu dầm gối lên tường gạch đá 57 Hình 2.20 Sơ đồ tính toán giật đứt cấu kiện bêtông cốt thép 60
Hình 2.21 Quy định đặt thép treo (cốt đai, cốt xiên) cho dầm
chịu tải trọng tập trung 61
Trang 9MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục các bảng, biểu
Danh mục các hình vẽ
MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài 1
Mục đích nghiên cứu Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài Nội dung và cấu trúc của luận văn NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO KHẢ NĂNG CHỊU LỰC 3
1.1 Khái niệm về tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo khả năng chịu lực ………3
1.2 Tính toán cấu kiện chịu uốn 4
1.2.1 Theo cường độ trên tiết diện thẳng góc (theo M) 4
1.2.2 Theo cường độ trên tiết diện nghiêng (theo Q) 13
1.3 Tính toán cấu kiện chịu nén 16
1.3.1 Cấu kiện chịu nén đúng tâm 16
1.3.2 Cấu kiện chịu nén lệch tâm 17
1.4 Các trường hợp chịu lực cục bộ 19
1.4.1 Chọc thủng 20
Trang 101.4.2 Nén cục bộ 22
1.4.3 Giật đứt (Tính cốt treo) 23
1.5. Nhận xét 23
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ CẤU TẠO CÁC TRƯỜNG HỢP CHỊU LỰC CỤC BỘ THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM VÀ TIÊU CHUẨN NƯỚC NGOÀI 25
2.1 Trường hợp chọc thủng 25
2.1.1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2012 25
2.1.2 Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI-318 28
2.1.3 Tiêu chuẩn Châu Âu EN 1992-1-1 40
2.2 Trường hợp nén cục bộ theo TCVN 5574-2012 49
2.2.1 Tính toán 49
2.2.2 Cấu tạo 55
2.3 Trường hợp giật đứt theo TCVN 5574-2012 59
2.3.1 Tính toán 59
2.3.2 Cấu tạo 60
2.4. Nhận xét 62
CHƯƠNG 3: CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN 64
3.1 Tính toán chọc thủng sàn bê tông cốt thép 64
3.1.1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2012 64
3.1.2 Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI-318 66
3.1.3 Tiêu chuẩn Châu Âu EN 1992-1-1 69
3.2 Tính toán nén cục bộ theo TCVN 5574 -2012 72
3.2.1 Ví dụ 1 72
3.2.2 Ví dụ 2 73
3.2.3 Ví dụ 3 74
3.2.4 Ví dụ 4 76
3.3 Tính toán giật đứt theo TCVN 5574 -2012 79
3.4. Nhận xét 81
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82
Trang 11MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài:
Kết cấu bê tông cốt thép được sử dụng rất rộng rãi trong các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp Việc tính toán, cấu tạo kết cấu bê tông cốt thép được thực hiện nhằm thỏa mãn các trạng thái giới hạn về khả năng chịu lực, về điều kiện sử dụng khi kết cấu chịu các loại tải trọng Tải trọng tác dụng lên công trình được phân loại theo tính chất và thời gian tác dụng Hình thức tác dụng lên công trình của tải trọng như tác dụng phân bố đều, tác dụng tập trung cục bộ cũng gây ra các trạng thái ứng suất và dạng hư hỏng phá hoại công trình khác nhau Ngoài ra do hình dáng của kết cấu mà khi tải trọng tác dụng cũng sẽ gây ra các trạng thái ứng suất và các dạng phá hoại cục bộ Trong kết cấu nhà cửa bằng bê tông cốt thép có nhiều trường hợp chịu lực như vậy và được gọi là các trường hợp chịu lực cục bộ Việc tính toán và cấu tạo trong trường hợp chịu lực cục bộ được quy định trong các tiêu chuẩn thiết
kế của Việt Nam cũng như các tiêu chuẩn của nước ngoài Nghiên cứu tìm hiểu và vận dụng trong tính toán thiết kế kết cấu bê tông cốt thép chịu lực cục
bộ là việc làm có ý nghĩa và quan trọng không chỉ đối với người làm công tác thiết kế mà cả những cán bộ thi công công trình
Do vậy đề tài “Tính toán và cấu tạo các trường hợp chịu lực cục bộ của kết cấu BTCT theo tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn nước ngoài” là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Mục đích nghiên cứu:
Tìm hiểu nội dung tính toán và cấu tạo các trường hợp chịu lực cục bộ của kết cấu bê tông cốt thép theo các tiêu chuẩn Việt Nam và nước ngoài
Vận dụng tính toán, cấu tạo cho một số trường hợp cụ thể
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Trang 12- Kết cấu bê tông cốt thép trong các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp
- Các quy định về tính toán và cấu tạo các trường hợp chịu lực cục bộ theo: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2012: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế; Tiêu chuẩn EN 1992-1-1: Design of concrete structures - Part 1 -1; Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI-318
Nội dung nghiên cứu:
- Tìm hiểu lý thuyết về các trường hợp chịu lực cục bộ của kết cấu bê tông cốt thép, nội dung tính toán và cấu tạo
- Thực hiện các ví dụ tính toán một số trường hợp chịu lực cục bộ
Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài:
- Nghiên cứu lý thuyết về các trường hợp chịu lực cục bộ của kết cấu bê tông cốt thép áp dụng trong các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp
- Ứng dụng kết quả nghiên cứu tìm hiểu về tính toán và cấu tạo các trường hợp chịu lực cục bộ trong thiết kế và xây dựng công trình
Nội dung và cấu trúc của luận văn
Nội dung của luận văn bao gồm 3 chương, phần mở đầu và kết luận
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo khả năng chịu lực
Chương 2: Tính toán và cấu tạo các trường hợp chịu lực cục bộ của kết cấu
bê tông cốt thép theo các tiêu chuẩn Việt Nam và nước ngoài
Chương 3: Các ví dụ tính toán
Kết luận và kiến nghị
Trang 13Để 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
Trang 14KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận
- Tính toán các trường hợp chịu lực cục bộ của kết cấu BTCT là tính toán theo khả năng chịu lực của kết cấu khi chịu các tải trọng cục bộ Nội lực gây phá hoại kết cấu do tải trọng cục bộ gây ra có thể là lực cắt, lực nén Khả năng chịu lực cục bộ của kết cấu BTCT bao gồm hai thành phần là khả năng chịu lực của bê tông và khả năng chịu lực của cốt thép
- Trong các trường hợp chịu lực cục bộ ứng suất phân bố tại các khu vực xung quanh vùng đặt lực là rất phức tạp, vì vậy việc cấu tạo kết cấu (tiết diện
bê tông, tiết diện thép, bố trí cốt thép ) là rất quan trọng và phải có các nghiên cứu thực nghiệm để có các quy định riêng cần phải tuân theo
- Từ lý thuyết tính toán đâm thủng theo 3 tiêu chuẩn có thể thấy :
Về góc nghiêng của tháp đâm thủng, và chu vi kiểm tra:
Tiêu chuẩn Việt Nam góc đâm thủng =45o, chu vi kiểm tra là giá trị trung bình của chu vi đáy trên và đáy dưới tháp đâm thủng
Tiêu chuẩn ACI góc đâm thủng =20o 45o , chu vi kiểm tra là chu
vi xung quanh tiết diện chịu tải và cách tiết diện này khoảng d/2 (khi so sánh thì chu vi kiểm tra của ACI và Việt Nam là giống nhau)
Tiêu chuẩn Eurocode góc đâm thủng =arctang (1/2) = 26.6o, chu
vi kiểm tra cơ bản u1 cách mép tiết diện chất tải là 2.0d, và phải dựng sao cho chu vi này có chiều dài là nhỏ nhất
Về cường độ bêtông và hàm lượng thép dọc tham gia tính toán đâm thủng
Tiêu chuẩnViệt Nam và tiêu chuẩn ACI : chỉ xét đến cường độ bê tông tham gia tính toán, không xét đến hàm lượng cốt thép trong
Trang 15bản có ảnh hưởng đến khả năng chống đâm thủng của bản
Tiêu chuẩn Eurocode: xét đến cả cường độ bê tông và hàm lượng cốt thép dọc tham gia tính toán đâm thủng
Kiến nghị
- Ảnh hưởng đồng thời của cả 2 yếu tố: cường độ bê tông và hàm lượng cốt thép dọc trong bản sàn đến lực đâm thủng đã được chứng minh Ở đây trong tiêu chuẩn Eurocode, các bảng nội suy tính toán đều được lấy trong điều kiện thi công môi trường Châu Âu, và thép dọc trong sàn dùng loại thép cường độ cao fs=500Mpa, vì thế nếu tính đâm thủng theo tiêu chuẩn Eurocode
ở Việt Nam là chưa phù hợp, cần nghiên cứu thêm
- Để phát triển đề tài chúng ta có thể tự tiến hành mẫu thử theo điều kiện môi trường và vật liệu ở Việt Nam, xét tính toán đâm thủng theo tiêu chuẩn Eurocode trong điều kiện đó để có số liệu chính xác
Trang 16TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng việt
1 TCVN 5574 : 2012 (2013), Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội
2 Nguyễn Đình Cống (2008), Tính toán thực hành cấu kiện bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn TCXDVN 356-2005, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội
3 Nguyễn Trung Hòa (2008), Kết cấu bê tông cốt thép - Theo quy phạm Hoa
Kỳ, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội
4 Nguyễn Trung Hòa (2006), Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode EN 1992 -1-1:
2004, Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội
5 Nguyễn Viết Trung (2001), Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép hiện đại theo tiêu chuẩn ACI, Nhà xuất bản giao thông vận tải, Hà Nội
6 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
7 Bộ xây dựng – Công ty Tư vấn xây dựng dân dụng Việt Nam (2004), Cấu tạo Bê tông cốt thép, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội
Tiếng Anh
8 Arther H Nilson, David Darwin, Charles W Dolan: Design of concrete structures, The McGraw-Hill Companies, USA, 2004
9 Bill Mosley, John Bungey and Ray Hulse: Reinforced Concrete Design to Eurocode 2
10 ACI 318M – 08 Building code requirements for structural concrete (ACI 318M – 08) and commentary – An ACI standard, American Concrete Institute, USA, 2008
Trang 1711 EN 1992-1-1: 2004 Design of concrete structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings, British Standard Institution, UK, 2004
12 EN 206-1: 2000 Concrete – Part 1: Specification, performance, production and conformity, English version, CEN, Brussels, 2000