Tính toán cột, dầm bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao theo tiêu chuẩn ACI (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI --- NGUYỄN NGỌC CHIẾN TÍNH TOÁN CỘT, DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO THEO TIÊU CHUẨN ACI LUẬN VĂN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

NGUYỄN NGỌC CHIẾN

TÍNH TOÁN CỘT, DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

SỬ DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO

THEO TIÊU CHUẨN ACI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

Hà Nội – 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

NGUYỄN NGỌC CHIẾN KHÓA 2012-2014

TÍNH TOÁN CỘT, DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

SỬ DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO

THEO TIÊU CHUẨN ACI

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 NGUYỄN TIEEND CHƯƠNG

Hà Nội – 2014

LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành Xây dựng dân dụng và công nghiệp với đề tài “Tính toán cột, dầm bê tông cốt thép sử dụng bê tông cườngđộ cao theo tiêu chuẩn ACI” được hoàn thành với sự cố gắng của bản thân, cùng với

sự giúp đỡ nhiệt tình của khoa Sau đại học, các thầy cô giáo Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, đã tạo điều kiện và động viên giúp đỡ về mọi mặt để tôi hoàn thành luận văn này

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Tiến Chương

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 thày 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

Nguyễn Ngọc Chiến

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình khoa học này là độc lập của tôi làm dưới

sự hướng dẫn của PGS TS Nguyễn Tiến Chương 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

Nguyễn Ngọc Chiến

MỤC LỤC Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các bảng biểu

Danh mục các bản vẽ, đồ thị

MỞ ĐẦU 1

Lý do chọn đề tài 1

Mục tiêu nghiên cứu 2

Phạm vi nghiên cứu 2

Phương pháp nghiên cứu 2

Cấu trúc luận văn 2

Chương 1 3

TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO 3

1.1 Khái quát về bê tông cường độ cao 3

1.1.1 Bê tông cường độ cao và bê tông chất lượng cao [3] 3

1.1.2 Định nghĩa bê tông cường độ cao [3] 4

1.1.3 Tính chất của bê tông cường độ cao [3] 7

1.1.4 Phân loại bê tông cường độ cao 27

1.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng bê tông cường độ cao trên thế giới 28

1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng bê tông cường độ cao ở Việt Nam 33

Chương 2 37

TÍNH TOÁN CỘT, DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO THEO TIÊU CHUẨN ACI 318-2008 37

2.1 Cơ sở tính toán kết cấu bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao

theo tiêu chuẩn ACI 318-2008 37

2.1.1 Vật liệu bê tông và cốt thép 38

2.1.2 Các yêu cầu tính toán thiết kế 42

2.2 Tính toán dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật sử dụng bê tông cường độ cao theo tiêu chuẩn ACI 318-2008 47

2.2.1 Cơ sở tính toán 47

2.2.2 Các trường hợp phá hoại của cấu kiện chịu uốn 49

2.2.3 Tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn 51

2.2.4 Tiết diện chữ nhật đặt cốt kép 55

2.3 Tính toán cột bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao theo tiêu chuẩn ACI 318-2008 66

2.4 So sánh giá trị α1, β1 trong tiêu chuẩn ACI 318 với một số tiêu chuẩn khác 77

Chương 3 81

VÍ DỤ TÍNH TOÁN 81

3.1 Tính toán dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật chịu uốn 81

3.2 Tính toán cột bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm 83

Kết luận và kiến nghị 93 Tài liệu tham khảo

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Sự diễn biến của các tính chất cơ học của bê tông

Bảng 1.2 Các số liệu thí nghiệm co ngót bê tông thường

và bê tông cường độ cao 24 Bảng 2.1 Phân loại thép và cường độ thép 41

Bảng 2.2 Số hiệu thép, đường kính, diện tích, khối lượng của

Bảng 2.3 Hệ số giảm độ bền  theo tiêu chuẩn ACI

Bảng 2.4 Độ võng cho phép lớn nhất 47

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1-1 Quan hệ giữa cường độ bê tông và thời gian 11

Hình 1-2 Quan hệ ứng suất biến dạng của bê tông 11

Hình 1-3 Các dạng vết nứt 13

Hình 1-4 Các dạng biến dạng 14

Hình 1-5 Sự giảm cường độ đột ngột của bê tông khi nén 15

Hình 1-6 Các dạng phá hoại khi uốn 16

Hình 1-7 Quan hệ giữa mô đun đàn hồi và cường độ chịu nén

của bê tông cường độ cao 21 Hình 1-8 Tòa nhà West Wacker Drive, Chicago 30

Hình 1-9 Tháp Two Union Square, Seattle 31 Hình 1-10 Tháp Burj Dubai, Dubai 32 Hình 1-11 Khu nhà xe 15 tầng số 900 N Michigan Ave, Chicago 33 Hình 1-12 Tòa nhà Kengnam, Hà Nội 35 Hình 1-13 Cầu Sài Gòn 2 35 Hình 1-14 Cao ốc Bitexco, TP Hồ Chí Minh 36 Hình 2-1 Đường cong quan hệ ứng suất – biến dạng 39

Hình 2-2 Quan hệ ứng suất nén với biến dạng dọc trục và biến

Hình 2-3 Quan hệ ứng suất – biến dạng của thép 41

Hình 2-4 Quan hệ biến đổi  với t và c/d t đối với thép có f y ≤

420 MPa và thép dự ứng lực 44 Hình 2-5 Phân bố ứng suất chữ nhật tương đương 47

Hình 2-6 Sơ đồ ứng suất - biến dạng khi cấu kiện đạt trạng thái

Hình 2-7 Trường hợp phá hoại cân bằng của dầm bê tông cốt

Hình 2-8 Sơ đồ ứng suất cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật 51

Hình 2-9 Sơ đồ ứng suất cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật

Hình 2-10 Sơ đồ ứng suât cấu kiện chịu nén lệch tâm 68

1

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Bê tông chất lượng cao được gọi tắt theo người Anh là HPC (High Performace Concretes), theo người Pháp là BHP (Betons a Haute Performaces) Bê tông chất lượng cao xét về cường độ chịu nén thì đó là bê tông cường độ cao (High Strength Concrete) là loại bê tông có cường độ chịu nén tuổi 28 ngày lớn hơn 60 Mpa, với mẫu hình trụ có D=15cm, H= 30cm Cường độ chịu nén sau 24 giờ ≥ 35 Mpa, cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày ≥

60 Mpa Mẫu được chế tạo, dưỡng hộ, thử theo các tiêu chuẩn hiện hành Trên thế giới Bê tông cường độ cao bắt đầu được sử dụng vào thập kỷ

70, nó được dùng làm cột trong một số toàn nhà cao tầng ở Mỹ, các công trình ngoài biển ở NaUy, các công trình cầu đường tại Pháp, Nga, Nhật Bản

Ở Việt Nam, trong những năm gần đây cùng với sự phát triển không ngừng của nền kinh tế, khoa học công nghệ, ngành xây dựng cũng có những bước tiến mạnh mẽ, đặc biệt là sự phát triển các công trình cao tầng, công trình có nhịp lớn, cầu vượt nhịp và cầu cảng đang góp phần thúc đẩy quá trình

đô thị hóa và mang lại diện mạo mới cho đất nước sau gần 30 năm đổi mới Song song với sự phát triển của các công trình kiến trúc, một bài toán đặt ra cho các kỹ sư xây dựng là phải đưa ra giải pháp kết cấu hợp lý, vừa đảm bảo

an toàn cho công trình, vừa đảm bảo mỹ quan đô thị, công năng sử dụng và chi phí đầu tư xây dựng công trình thấp Việc áp dụng các tiến bộ khoa học công nghệ trong hoạt động xây dựng là một yêu cầu cấp thiết, nhất là việc sử dụng Bê tông cường độ cao trong kết cấu xây dựng góp phần giảm tiết diện kết cấu chịu lực, tăng không gian sử dụng, tăng mỹ quan công trình và đô thị giảm chi phí đầu tư xây dựng Hiện nay một số công trình cao tầng ở Việt Nam đã sử dụng Bê tông cường đồ cao trong các kết cấu chịu lực chính của

2

công trình như tòa nhà Kengnam, Trung tâm thương mại dầu khí, Cao ốc Bitexco, cầu Sài Gòn 2…Tuy nhiên, việc tính toán thiết kế kết cấu bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao vẫn chưa được đề cập trong tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn nước ngoài (Theo tiêu chuẩn TCVN 5574-2012: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế cường độ chịu nén tính toán của bê tông 28 ngày tuổi B60 là Rb=33 MPa)

Trong đề tài nghiên cứu này, sẽ tính toán thiết kế cụ thể cột, dầm bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao theo ACI 318-2008

Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-2008 thiết kế cột và dầm bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao

Phạm vi nghiên cứu

Tính toán cột, dầm bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao theo ACI 318-2008

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu theo tài liệu có khảo sát các ví dụ tính toán

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 ứng dụng bê tông cường độ cao

Chương 2: Tính toán cột, dầm bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường

độ cao theo tiêu chuẩn ACI 318-2008

Chương 3: 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

93

Kết luận và kiến nghị

Kết luận:

Luận văn đã nghiên cứu áp dụng tiêu chuẩn ACI 318 – 08 để tính toán các cấu kiện cột và dầm bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao Các kết quả chính của luận văn bao gồm:

- Đã khái quát về các đặc tính của bê tông cường độ cao và tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tông cường độ cáo trên thế giới và ở Việt Nam

- Đã nghiên cứu áp dụng tiêu chuẩn ACI để thiết kế kết cấu bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao; trên cơ sở phương pháp tính toán của ACI đã xây dựng các quy trình tính toán cột và dầm bê tông cốt thép sử dụng

bê tông cường độ cao theo ACI 318 – 08

- Đã áp dụng các quy trình được lập để tính toán các ví dụ tính toán bằng

số cấu kiện cột và dầm bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao

Kiến nghị:

Để thúc đẩy việc đưa bê tông cường độ cao vào ứng dụng thực tế cần biên soạn tiêu chuẩn Việt Nam về thiết kế và và thi công kết cấu bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao

Trong khi chưa có tiêu chuẩn Việt Nam về kết cấu bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao thì nghiên cứu áp dụng tiêu chuẩn nước ngoài, trong đó có tiêu chuẩn ACI, vào thiết kế loại kết cấu này là việc làm cần thiết

Tài liệu tham khảo:

Tiếng Việt

1 Bộ Xây Dựng (2012), TCVN 5574:2012, Kết cấu bê tông và bê tông cốt

thép – Tiêu chuẩn thiết kế, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội

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

Kỳ, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội

3 Phạm Duy Hữu, Nguyễn Long (2009), Bê tông cường độ cao, Nhà xuất bản

Xây dựng, Hà Nội

4 Trần Mạnh Tuân (2005), Tính toán kết cấu Bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn

ACI 318-2002, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội

5 Nguyễn Viết Trung (2000), Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép hiện đại theo

tiêu chuẩn ACI, Nhà xuất bản Giao thông vận tải, Hà Nội

Tiếng Anh

6 ACI 318M-08 (2008), Building code Requirements for Structural Concrete

and Commentary

7 ACI 363R-92 (1997), State of the Art Report on High-Strength Concrete

8 ACI 441R-96 (1996), High-Strength Concrete Columns: State of the Art

9 B Vijaya Rangan (1998), High-Performance High-Strength Concrete:

Design Recommendation

10 Edited by S.P Shah, S.H.Amad (1994), High performance Concretes and

Applications, Printed in Great Britain for Edward Arnold

11 Halit Cenan Mertol (2006), Behavior of High-Strength Concrete

members subjected to combined flexure and axial compression loadings,

Civil Engineering, Raleigh, North Carolina

12 Henry G Russell (1999), P.E, Why use high-performance concrete?

Technical talk

13 M.A Rashid and M A Mansur (2005), Reinforced High – Strength

Concrete beam in flexure, ACI Structural journal, Technical paper, title

no 102-S47

14 Michael A.Caldarone (2009), High Strength Concrete – A practical

guide

15 Ogurhan Bayrak and Shamim A Sheikh (1996), Confinement steel

Requirement for High Srength Concrete column, pp No.463, Eleventh

World Conference on Earthquake Engineering

16 Shamim A Sheikh, Dhamendra V Shah, and Shafik S.Khoury (1994),

Confinement of High – Strength Concrete columns, ACI Structural

Journal, Technical paper, title no 91-S11

17 S Kim, H.C Mertol, S Rizkalla, P Zia (2006), Behavior of

High-Strength Concrete Rectangular Columns, Seventh International Congress

on Advances in CivilEngineering, Yildiz TechnicalUniversity, Istanbul, Turkey

18 S.K Ghosh (2004), High–Strength concrete in U.S Codes and

Standards, Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

19 SungJoong Kim (2007), Behavior of High – Strength Concrete columns,

Raleigh, North Carolina

Website

20 http://lephan.com.vn/constructionDetail

21 http://nenviet.vn/index.php/cong-trinh/dandung-congnghiep/113-toa-nha-keangnam-ha-n-i