BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP LIÊN HỢP BÊ TÔNG CỐT THÉP

Bài giảng kết cấu thép lien hợp theo Eurocode - Thầy Nhân

Trang 1

- Thép và bê tông là hai vật liệu bổ sung lẫn nhau

- Bê tông hiệu quả khi nén, thép chịu kéo tốt

- Vỏ bê tông có thể ngăn cản mất ổn định của thép

- Bê tông chống ăn mòn, cách nhiệt, chống cháy

- Thép làm cho kết cấu dẻo dai

- Ưu điểm của dầm liên hợp là có độ cứng và khả năng chịu lực cao hơn sovới kết cấu thường

- Nhờ có liên kết cơ học giữa bản bê tông và dầm thép nên kết cấu liên hợp

có sự trượt giữa sàn bê tông và dầm thép bé hơn so với kết cấu bê tông –thép thông thường

1.1 Đại cương

Trang 2

a Kiến trúc:

- Thiết kế kết cấu liên hợp mang lại nhiều dạng kiến trúc

- Giảm kích thước dầm có dịp lớn, bản mỏng, cột có độ mảnh bé hơn

- Linh hoạt và nhiều lựa chọn thiết kế

- Thời gian xây dựng nhanh:

Tiết kiệm chi phí, sớm hoàn thành công trình, sớm đưa công trình vào sửdụng

c Công năng:

- Chống cháy

1.2 Các phương diện sử dụng kết cấu composite

4

d Bảo dưỡng và tính linh hoạt:

- Có thể cải tạo trong thời gian sử dụng

- Có thể bảo dưỡng mà không xâm phạm đến người sử dụng

- Cải tạo các phương tiện dịch vụ: trần nhà, bên trong sàn giả, các hộp chìmtrong tường

Trang 7

a Trạng thái giới hạn tới hạn (Ultimate Limit State)

- Thường kiểm tra khả năng chịu lực của từng cấu kiện chịu lực tác dụng, mỗicấu kiện được xem như một thành phần độc lập thiết kế

- Kiểm tra với tải trọng tính toán

- Đối với dầm, có thể phân tích theo đàn hồi, dẻo, phi tuyến

- Thường cánh trên của dầm thép trong kết cấu liên hợp được ngăn cản mất

ổn định nhờ bản bê tông Tuy nhiên khi chịu moment âm cánh chịu nén

không thể ngăn cản mất ổn định nên phải kiểm tra mất ổn định do xoắn

ngang

b Trạng thái giới hạn sử dụng (Serviceability Limit State)

- Kiểm tra độ võng và nứt của bê tông

- Phân tích đàn hồi đối với tính toán theo trạng thái giới hạn sử dụng

Trang 8

1.5 Các công trình tiêu biểu

16

b Ngân hàng thành phố Duisburg (Germany)

Trang 9

a Tính toán theo trạng thái giới hạn tới hạn

- Phân tích đàn hồi hoặc phân tích dẻo

- Liên quan đến khả năng chịu lực của kết cấu

- Dựa vào sức kháng của từng cấu kiện riêng lẻ

- Phải kiểm tra ổn định tổng thể của kết cấu

- Tính với tải trọng tính toán

b Tính theo trạng thái giới hạn sử dụng

- Phân tích đàn hồi

- Liên quan đến độ võng giới hạn và nứt của bê tông

- Khống chế dao động

- Tính với tải trọng tiêu chuẩn

- Không có giới hạn về độ võng, tính toán độ võng được so sánh với giới hạn

độ võng trong EC3

1.6 Phân tích kết cấu

Trang 10

1.7 Mô hình kết cấu

a Sự làm việc không gian

Đơn giản hóa việc tính khung không gian bằng cách tính các khung phẳng

b Khung và liên kết

- Khung liên tục: bỏ qua sự không liên tục của liên kết và xem liên kết là cứng

- Khung đơn giản: xét đến tính không liên tục của liên kết, xem liên kết là

khớp, không có khả năng chịu moment

- Khung bán liên tục: xem liên kết là nửa cứng

20

c Tương tác giữa kết cấu và móng

- Trước tiên, kết cấu được mô hình với nền được xem là cứng, xác định tải táctác dụng lên nền và độ lún

- Độ lún được tính vào kết cấu dưới dạng biến dạng tác dụng, từ đó đánh giáảnh hưởng của độ lún lên nội lực và moment

- Khi độ lún ảnh hưởng đáng kể đến nội lực, tương tác giữa kết cấu và móng phải được xét đến bằng cách sử dụng các liên kết lò xo tương đương để môhình sự làm việc của đất nền

d Mô hình khung

- Mô hình khung phù hợp với sự làm việc thực tế của khung

- Hình dáng cơ bản của khung được thể hiện bằng các đường thẳng qua tâmcấu kiện

- Bỏ qua sự chồng nhau của bề rộng thực tế của các cấu kiện

- Có thể xét đến bề rộng thực tế của các cấu kiện tại các mối nối các cấu kiện

1.7 Mô hình kết cấu

Trang 11

L o bằng khoảng cách giữa các điểm uốn ngược trong biểu đồ moment.

Đối với dầm đặt trên hai gối: L o là nhịp dầm

Đối với nhịp giữa và gối giữa:

b eff = b e1 + b e2

22

1.8 Bề rộng tính toán

Đối với dầm liên tục: L o là chiều dài của dầm chịu moment dương (đối với nhịp)

và là chiều dài của dầm chịu moment âm (đối với gối) xác định từ hình 4

Bề rộng tính toán được dùng để kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện ngang

và xác định đặc trưng đàn hồi của các tiết diện này

Trang 12

1.8 Bề rộng tính toán

b eff = b 0 + ∑β i b ei

Với β i = 0.55 + 0.025L e /b ei ≤ 1.0

L e là chiều dài nhịp tương đương của nhịp biên

Đối với gối biên:

24

1.9 Hệ số tính đổi tương đương

a Modun đàn hồi của thép

Modun đàn hồi của thép (theo EC4) lấy bằng 210x103 N/mm2

b Modun đàn hồi ngắn hạn của bê tông

Bê tông là vật liệukhông tuyến tính,không đàn hồi nênmodun đàn hồi không

là hằng số (hình 7), vàduy trì biến dạng

thường xuyên khigiảm tải

Trang 13

Khi chịu ứng suấtkhông đổi, biếndạng của bê tôngtăng dần theo thờigian, gọi là từ biến(hình 8) Bê tôngcũng chịu sự thayđổi của thể tíchgây bởi co ngót(hoặc phình ra) và

do nhiệt độ thayđổi

26

Modun đàn hồi thay đổi như hình 7

- Modun tuyến tính ban đầu

- Modun tiếp tuyến tương ứng với ứng suất cho trước

- Modun cát tuyến

- Modun dây cung

Modun phụ thuộc vào ứng suất phụ thuộc vào tốc độ gia tải Giá trị được sử dụngcho thiết kế là modun đàn hồi cát tuyến tương ứng với tốc độ gia tải cụ thể

Trang 14

- Khi phân tích đàn hồi, bê tông chịu nén và thép được xem làm việc đàn hồi

tuyến tính Cho phép sử dụng độ cứng chống uốn không xét đến nứt (EI) 1, bêtông chịu kéo được xem không nứt Nơi sử dụng độ cứng chống uốn của tiết

diện nứt (EI) 2, thì bỏ qua khả năng chịu kéo của bê tông

- Trong tính toán đặc trưng tiết diện composite trong miền đàn hồi, tiết diệncomposite thép – bê tông được thay thế bằng tiết diện thép tương đương Đối

với tiết diện chịu moment dương, diện tích cánh bê tông A c được thay thế bằng

diện tích cánh thép A c /n, với n là hệ số tính đổi

- Khi tính đặc trưng hình học, ứng suất: n = E a /E c

- Khi tính các tác động dài hạn, để chính xác, sử dụng modun hữu hiệu

Trang 16

1.10 Phân loại khung

a Khung giằng và khung không giằng

Khung giằng: - có hệ giằng (dàn, vách)

- có thể phân tích khung và giằng riêng rẽ:

(khung chịu tải đứng và hệ giằng chịu tải trọng ngang, tải đứng tác dụng lêngiằng, tác động của độ nghiêng ban đầu và tải trọng bản thân hệ giằng)

32

Khung không giằng: là những khung không có hệ giằng hoặc những khung có hệ

giằng nhưng không đủ độ cứng Với khung không giằng chịu tải đứng và tải ngangcũng như những ảnh hưởng của sự không hoàn chỉnh khác (ứng suất thừa, hìnhdáng cấu kiện không chính xác, không phẳng, không thẳng, lệch tâm…)

b Tiêu chuẩn phân loại khung giằng và khung không giằng

Sự tồn tại hệ giằng trong kết cấu không đảm bảo cho kết cấu khung được xem

là khung giằng Chỉ khi hệ giằng làm giảm ít nhất 80% chuyển vị ngang thì

khung được xem là khung giằng

- Nếu khung không bố trí hệ giằng: khung không giằng

- Khi khung có bố trí hệ giằng:

Nếu ψ br > 0.2ψ unbr: khung không giằng

Nếu ψ br ≤ 0.2ψ unbr : khung giằng

Với ψ br là độ mềm theo phương ngang của kết cấu có hệ giằng

ψ unbr là độ mềm theo phương ngang của kết cấu không có hệ giằng

Trang 17

c Khung không chuyển vị ngang – khung chuyển vị ngang

Khung không chuyển vị ngang:

- Khung chịu tải trọng ngang có đủ độ cứng để có thể bỏ qua sự gia tăng lực dochuyển vị ngang của nút gây ra

- Tác động (ảnh hưởng) bậc 2 (thứ cấp) có thể bỏ qua (bỏ qua ảnh hưởng của

P – Δ)

- Sử dụng phân tích bậc nhất đối với kết cấu khung

Khung có chuyển vị ngang:

- Khi ảnh hưởng bậc hai không thể bỏ qua, khung được xem là khung có

chuyển vị ngang

34

d Tiêu chuẩn phân loại khung không chuyển vị ngang – khung chuyển vị ngang

Phân loại khung (hay hệ giằng) là có chuyển vị ngang hay không chuyển vịngang dựa vào tỉ số tổng tải trọng đứng tác dụng lên kết cấu và tải tới hạn đànhồi do mất ổn định gây ra (phá hoại theo dạng có chuyển vị)

V Sd / V cr ≤ 0.1 : khung không chuyển vị ngang

V Sd / V cr > 0.1 : khung có chuyển vị ngang

Hay

λ cr = V cr / V Sd ≥ 10 : khung không chuyển vị ngang

λ cr = V cr / V Sd < 10 : khung có chuyển vị ngang

Trang 18

- Thi công nhanh và đơn giản

- Sàn công tác an toàn cho công nhân bên dưới

- Bản thép và dầm được sản xuất tại nhà máy nên hạn chế sai số kích thước

1 Giới thiệu

Trang 19

Cấu tạo sàn: Sàn thép, cốt thép, bê tông đổ tại chỗ

- Khi bê tông đông cứng, kết cấu sàn làm việc như sàn liên hợp thép – BTCT

- Thép tấm định hình và bê tông bên trên được liên kết với nhau theo cáchlực cắt theo phương ngang được truyền qua tại bề mặt tiếp xúc giữa théptấm định hình và bê tông

- Phân phối tải trọng

- Gia cường cục bộ tại

các lỗ hở của bản

- Chống cháy, chịu moment âm phía trên và khống chế vết nứt do co ngót của

bê tông

Trang 22

2 Sự làm việc của bản composite

2.1 Tương tác giữa BT và thép

- Liên kết giữa bê tông và

thép là hoàn toàn: tương

tác hoàn toàn

- Giữa thép tấm định hình và

bê tông có chuyển vị dọc

tương đối: tương tác

không hoàn toàn

10

+ Tương tác hoàn toàn: không có trượt giữa thép và bê tông tại mặt tiếp xúc,phá hoại có thể là giòn hoặc dẻo, lực tới hạn Pu lớn nhất

+ Không tương tác: Trượt rất lớn xảy ra tại bề mặt tiếp xúc của bê tông vàthép, gần như không có sự truyền lực cắt, lực tới hạn Pu nhỏ nhất

+ Tương tác một phần: Trượt bé, lực cắt truyền một phần, tải tới hạnPu có giátrị trung gian giữa hai trường hợp trên, phá hoại giòn hoặc dẻo

2.2 Ba dạng làm việc

của bản composite

Trang 23

2.3 Độ cứng của bản composite: phụ thuộc vào hiệu quả của liên kết

-Thể hiện bằng phần đầu của đường cong P – δ

- Độ cứng lớn nhất ứng với tương tác hoàn toàn

- Ba dạng liện kết giữa thép và bê tông:

+ Liên kết hóa lý: bé nhưng luôn tồn tại trong tất cả thép định hình+ Liên kết ma sát: hình thành ngay khi xuất hiện sự trượt vô cùng bé+ Liên kết neo cơ học: xuất hiện sau khi có sự trượt đầu tiên và phụphuộc vào hình dáng mặt tiếp xúc giữa thép và bê tông

12

- Dạng phá hoại I: phá hoại do moment dương (tiết diện I), tức là sức kháng uốncủa bản Mpl.Rd, là dạng nguy hiểm đối với nhịp vừa đến nhịp lớn với mức độ tươngtác cao giữa thép và bê tông

- Dạng phá hoại II: phá hoại do lực cắt dịc lớn, khả năng chịu tải tới hạn đạt đượctại mặt tiếp xúc giữa thép và bê tông Dạng này xảy ra tại tiết diện II dọc theo

chiều dài chịu cắt Ls

- Dạng phá hoại III: phá hoại do lực cắt theo phương đứng lớn gần gối tựa (tiếtdiện III) nơi lực cắt theo phương đứng là quan trọng Dạng này chỉ có thể nguyhiểm đối với bản có chiều dày lớn và nhịp bản ngắn chịu tải nặng

2.4 Các dạng phá hoại

Trang 24

2.5 Phá hoại giòn và phá hoại dẻo: Phá hoại giòn (hình 7) xảy ra đột ngột

hường không có biến dạng đáng kể có thể quan sát được, phá hoại dẻo xảy

ra với biến dạng đáng kể và tăng dần

Phá hoại giòn hay dẻophụ thuộc vào đặc trưngcủa mặt tiếp xúc thép và

bê tông Bản có thép tấmđịnh hình dạng lồi mở dểứng xử giòn, ngược lạibản có thép tấm định hìnhdạng lõm có xu hướngbiểu hiện ứng xử dẻo

Liên kết chịu cắt giữa dầm và bản cũng có ảnh hưởng đến dạng phá hoại

14

3 Các điều kiện thiết kế, sự làm việc và độ võng

3.1 Các giai đoạn thiết kế:

- Trong quá trình thi công: thép tấm đóng vai trò như cốp pha

- Khi sử dụng: bê tông và thép làm viêc cùng nhau như kết cấu liên hợp

Trang 25

3.1 Giai đoạn thi công

- Thép tấm định hình phải đủ chịu trọng lượng bê tông ướt và tải trọng thi

- Các tải trọng được xét đến khi tính theo trạng thái giới hạn tới hạn:

Trọng lượng bê tông và sàn thép

Tải trọng thi công

Tải dụng cụ thiết bị

Trọng lượng bê tông tăng lên do võng thép định hình

16

- Theo EC4 trong mỗi diện tích 3mx3m ngoài trọng lượng bê tông, tải thi côngtiêu chuẩn và trọng lượng bê tông thừa do bản võng sẽ được lấy chung 1.5kN/m2

- Trên phần diện tích còn lại, tải tiêu chuẩn 0.75 kN/m2 cộng vào trọng lượngcủa bê tông Các tải này nên được đặt để gây ra moment uốn lớn nhất hay lựccắt lớn nhất

- Không có bê tông, thép tấm định hình cần phải đủ chịu được tải tiêu chuẩn1kN trên 1 diện tích có cạnh 300mm hay tải đường tiêu chuẩn 2kN/m tác dụngvuông góc với bụng trên bề rộng 0.2m, tải này là tải do quá trình vận hành tạora

Trang 26

18

Độ võng của thép tấm định hình dưới tác dụng của trọng lượng bản thân vàtrọng lượng bê tông ướt nhưng ngoại trừ tải trọng thi công không vượt quáL/180 với L là nhịp tính toán giữa các gối

Nếu độ võng tại tâm của thép tấm định hình δ dưới tác dụng của trọng lượngbản thân và bê tông ướt, được tính toán theo trạng thái giới hạn sử dụng, nhỏhơn 1/10 chiều cao bản, ảnh hưởng của sự gia tăng bê tông do bản võng cóthể bỏ qua khi tính toán thép tấm định hình Nếu vượt qua giới hạn này, ảnhhưởng này phải xét đến, chẳng hạn bằng cách giả định trong khi tính toán,chiều dày của bê tông được tăng lên trên toàn nhịp là 0.7δ

Việc chống đỡ có thể làm giảm độ võng, trong trường hợp này các thanh

chống được xem như là các gối tựa Sử dụng thanh chống được hạn chế vìlàm gây trở ngại trong quá trình thi công và làm mất thời gian và tăng kinh phícủa dự án

Trang 27

- Tải trọng bản thân của bản (thép tấm định hình và bê tông)

- Các tải trọng thường xuyên khác

- Phản lực do việc tháo dỡ thanh chống

- Hoạt tải

- Từ biến, co ngót và biến dạng (độ lún)

- Tác động của khí hậu (nhiệt độ, gió…)

Đối với các công trình, sự thay đổi nhiệt độ thường không xét đến

Kiểm tra theo trạng thái giới hạn về sử dụng bao gồm:

Các giá trị giới hạn được kiến nghị trong EC3 là:

- L/350 dưới tác dụng của tải trọng thường xuyên và tải trọng dài hạn thay đổi

- L/300 dưới tác dụng của tải trọng dài hạn thay đổi

- L/350 nếu bản composite mang các phần tử giòn (xi măng hoàn thiện, váchngăn không mềm, …) Độ võng của bản do trọng lượng bản thân và bê tôngướt không được xét đến trong việc kiểm tra này của bản composite

Đối với nhịp giữa, độ võng được xác định bằng cách sử dụng gần đúng:

moment quán tính lấy bằng giá trị trung bình của tiết diện nứt và không nứtĐối với bê tông có khối lượng riêng trung bình, giá trị trung bình của hệ sốtính đổi n = Ea/Ec đối với ảnh hưởng dài hạn và ngắn hạn được sử dụng

Trang 28

3.2.2 Trượt biên (End Slip)

+ Đối với các nhịp biên, trượt biên có ảnh hưởng quan trọng đến độ võng + Đối với sự làm việc nửa dẻo, trượt biên sẽ làm tăng độ võng

+ Neo đầu có thể cần thiết để ngăn cản trượt biên khi tính theo trạng thái giớihạn sử dụng

+ Trượt biên được xem như đáng kể khi lớn hơn 0.5mm

+ Thường không tính đến trượt biên nếu thỏa giới hạn độ võng với tải trọng bằng 1.2 lần tải trọng sử dụng

+ Nơi trượt biên vượt quá 0.5mm xảy ra với tải bé hơn 1.2 lần tải sử dụng tínhtoán, thì các neo đầu được bố trí hoặc độ võng phải được tính toán có xét đến

độ võng của trượt biên

+ Thường bề rộng tối đa của vết nứt là 0.3mm

+ Nếu bề rộng vết nứt lớn hơn giá trị này, cốt thép cần được bổ sung theo quyđịnh của bê tông cốt thép thông thường

+ Khi bản liên tục được thiết kế như một loạt bản đơn giản, tiết diện ngang củacốt thép chống nứt lấy không nhỏ hơn 0.2% tiết diện ngang của bê tông ở phíatrên thép tấm định hình đối với kết cấu không sử dụng thanh chống và 0.4%đối với kết cấu có sử dụng thanh chống

Trang 29

4 Phân tích các nội lực và moment

4.1 Thép tấm định hình đóng vai trò như cốp pha

Theo EC4, khi thép tấm định hình được xem như liên tục, độ cứng chống uốn

có thể được xác định không xét đến sự thay đổi độ cứng do các phần tiết diệnngang chịu nén không hoàn toàn có ích

Moment quán tính là không đổi và được tính toán xét đến tiết diện ngang là cóích hoàn toàn

Sự đơn giản hóa chỉ được cho phép đối với phân tích đàn hồi tổng thể, không

sử dụng cho tính khả năng chịu lực và kiểm tra độ võng

4.2 Bản composite

Các phương pháp phân tích sau đây có thể được sử dụng:

- Phân tích tuyến tính không có sự phân phối lại moment tại các gối nếu xét

đến ảnh hưởng của nứt bê tông

- Phân tích tuyến tính có sự phân phối lại moment tại gối giữa (giới hạn 30%)

không xét đến ảnh hưởng của nứt bê tông

24

4 Phân tích các nội lực và moment

Các phương pháp phân tích sau đây có thể được sử dụng:

- Phân tích dẻo – cứng miễn là tiết diện có khả năng đủ xoay tại nơi có yêu

cầu xoay dẻo

- Phân tích đàn hồi - dẻo có xét đến đặc trưng phi tuyến của vật liệu

+ Phương pháp phân tích tuyến tính thích hợp đối với SLS và ULS

+ Phương pháp phân tích dẻo được sử dụng cho ULS

+ Bản liên tục có thể được thiết kế như các nhịp đơn giản và cốt thép cần bố

trí trên các gối giữa

+ Tải tập trung hoặc tải đường song song với nhịp bản:

- Xem như phân bố trên toàn bề rộng tính toán

- Bố trí thép ngang để đảm bảo phân bố tải đường hay tải tập trung trên

bề rộng tính toán

- Nếu hoạt tải tiêu chuẩn < 7.5 kN hay 5 kN/m2: diện tích cốt thép ngang

>0.2% diện tích phần bê tông phía trên bụng thép tấm và kéo dài hơn bề rộng tínhtoán

Trang 30

5 Kiểm tra tiết diện

5.1 Kiểm tra thép tấm định hình đóng vai trò cốp pha theo trạng thái giới hạn tới hạn (ULS)

- Trường hợp tải trọng thi công (tải thi công và bê tông ướt) là môt trong

những trường hợp nguy hiểm nhất

- Kiểm tra theo phần 1.3 EC3

- Bề rộng tính toán được tính có kể đến ảnh hưởng của mất ổn định cục bộ

- Xác định I eff và W eff

Sức kháng moment uốn của tiết diện:

ap

eff yp Rd

W f

M

g

26

5.2 Kiểm tra thép tấm định hình đóng vai trò cốp pha theo trạng thái giới hạn sử dụng (SLS)

Độ võng được xác định với bề rộng moment quán tính tính toán của thép tấm địnhhình như trên (5.1) Độ võng của sàn dưới tác dụng của tải phân bố đều (p) đượcxác định theo:

với L là khoảng cách tính toán giữa các gối

k = 1.00 đối với sàn gối đơn

k = 0.41 đối với sàn có hai nhịp bằng nhau

k = 0.52 đối với dầm có ba nhịp bằng nhau

k = 0.49 với sàn có bốn nhịp bằng nhau

Trang 31

5.3 Kiểm tra bản composite theo trạng thái giới hạn tới hạn (ULS)

5.3.1 Kiểm tra khả năng chịu moment dương

- Dạng phá hoại I do moment chịu moment dương: thép tấm định hình đạt giớihạn dẻo hay bê tông đạt đến cường độ chịu nén

- Cốt thép bổ sung trong vùng kéo có thể được tính vào sức chịu tải

- Ứng xử của vật liệu thường được lý tưởng hóa với biểu đồ khối ứng suất dẻo cứng

- Kiểm tra ULS, ứng suất trong thép là giới hạn chảy tính toán fyp/γap, ứng suấttrong bê tông là cường độ tính toán 0.85fck/γc và ứng suất trong cốt thép bổsung là cường độ tính toán fsk/γs

- Cốt thép chống nứt hay cốt thép chịu kéo đối với moment âm có thể được bốtrí trong phạm vi chiều cao của bản bê tông Cốt thép này thường chịu nén khichịu moment dương và thường bỏ qua khi tính toán khả năng chịu momentdương Hai trường hợp cần xét đến tùy theo vị trí trục trung hòa dẻo

28

Trường hợp 1: Trục trung hòa nằm trên thép tấm định hình

- Bỏ qua phần bê tông chịu kéo

- Lực kéo Np trong thép tấm

ap

yp pe p

f A N

g

Trang 32

c

ck pl

cf

f bx

N

g

85 0

=

c ck ap

yp pe

pl

bf

f A

x

g

g 85 0

=

x d

z = p - 0 5

z N

M ps.Rd = p

÷ ø

ö ç

è

æ -

=

2

.

x d

f A

ap

yp pe Rd

- Lực chịu nén trong bê tông Ncf

30

Trường hợp 2: Trục trung hòa dẻo qua thép tấm định hình

-Khi trục trung hòa dẻo cắt qua thép tấm định hình, một phần tiết diện thép tấmđịnh hình chịu nén

- Bỏ qua phần bê tông ở bụng và bê tông chịu nén

- Hình 11 cho thấy, biểu đồ ứng suất có thể phân thành hai biểu đồ, mỗi

biểu đổ biểu diện một phần moment kháng tính toán M ps.Rd .

- Biểu đồ thứ nhất miêu tả cân bằng lực N cf tương ứng với khả năng chịu tảicủa bản bê tông (chiều cao hc) được cân bằng bởi một phần lực kéo N p trong

thép tấm định hình Cánh tay đòn z phụ thuộc vào đặc trưng hình học của thép tấm Moment tương ứng biểu đồ này là N cf z Tính toán cánh tay đòn z bằng

phương pháp gần đúng

- Biểu đồ thứ hai tương ứng với cập lực cân bằng trong thép tấm định hình

Moment tương ứng M pr được gọi là moment dẻo bị giảm của thép tấm,

và phải được cộng thêm N cf z

Trang 33

Moment kháng uốn: M ps.Rd = Ncf z + M pr

c c

=

(9)

Lực nén trong bê tông: (10)

Một số tác giả đề xuất công thức gần đúng M pr moment kháng dẻo quy đổi của

thép tấm định hình có thể được suy ra từ moment kháng dẻo tính toán M pa

của tiết diện tính toán thép tấm định hình

32

Trang 34

pa ap

yp p cf

pa

N M

è

æ -

=

g

1 25

cf p

p c t

f A

N e e e

h h

z

g

+

-

5.3.2 Kiểm tra sức kháng moment âm

-Dạng phá hoại I là do sức kháng moment âm

- Trục trung hòa dẻo thường nằm trong phạm vi chiều cao thép tấm định hình

- Bỏ qua thép tấm định hình chịu nén

- Bỏ qua bê tông chịu nén

- Chỉ các thanh thép trong bản chịu kéo khi chịu moment âm Sức kháng âmbằng fys/γs đối với cốt thép (hình 13)

Khả năng chịu lực của các thanh cốt thép:

s

ys s s

f

A N

g

Trang 35

c

ck pl c c

f x b N

g

85 0

=

Nội lực trong bê tông (xấp xỉ):

(14)

Với bc là bề rộng của bê tông chịu nén lấy bằng bề rộng trung bình của sườn

bê tông trên 1m

36

c

ck c s

sp s pl

f b

f A x

g

85.0

=

z

f

A M

s

ys s Rd

Trang 36

5.3.3 Lực cắt theo phương dọc

Dạng phá hoại II tương ứng với sức kháng chống cắt theo phương dọc

Phương pháp kiểm tra là để đánh giá sức chịu cắt theo phương dọc τ u tồn tại

trên đoạn chịu cắt L s và so sánh với lực tác dụng Khả năng chịu cắt τ u phụthuộc vào dạng thép tấm định hình và phải được thiết lập riêng cho tất cả cácthép tấm định hình vì giá trị của nó là hàm số của sự bố trí cụ thể của hướngdập nổi, điều kiện bề mặt…v.v

Khả năng chịu cắt dọc của bản được xác định theo phương pháp bán thựcnghiệm gọi là phương pháp m-k được đề xuất bởi Porter và Ekberg (1976)

Phương pháp này không dựa vào sức kháng trung bình τ u nhưng sử dụng lực

cắt theo phương đứng V t để kiểm tra phá hoại do lực cắt dọc dọc theo đoạn

chịu cắt L s Quan hệ trực tiếp giữa lực cắt đứng và lực cắt dọc chỉ được biếtđến đối với ứng xử đàn hồi, nếu ứng sử là đàn hồi dẻo thì quan hệ không đơngiản vả phương pháp m-k được sử dụng

38

Phương pháp bán thực nghiệm m-k

Trang 37

d p chiều cao trung bình của bản composite

Hình 14 cho thấy đường m-k được xác định với 6 thí nghiệm bản với tỉ lệ thực ược chia thành 2 nhóm cho mỗi loại thép tấm định hình Tung độ là giá trị ứng

suất và phụ thuộc vào lực cắt đứng V t kể cả trọng lượng bản thân của bản.Trục hoành là số không thứ nguyên và thể hiện tỉ số diện tích thép tấm và diện

tích chịu cắt dọc Nhân tỉ số này với f y /τ u và để ý đến trục đứng, quan hệ trựctiếp được thiết lập với khả năng chịu cắt dọc của thép tấm

40

Theo EC4, lực cắt đứng lớn nhất Vt.Sd đối với bầ rộng bản b, được giới hạn dokhả năng chịu cắt dọc VL.Rd là:

VS s

p p

Rd

bL

A m bd V

ç è

Hệ số m và k nhận được từ các thí nghiệm thực tiêu chuẩn Các giá trị m và k

phụ thuộc vào dạng thép tấm và kích thước của tiết diện bản và thường chobởi nhà sản xuất thép tấm

EC4 không xét ảnh hưởng nào của bê tông và giá trị đặc trưng đối với mỗi nhóm được cho rằng lấy giảm 10% giá trị bé nhất Đường thẳng qua các giá trịđặc trưng của hai nhóm tạo thành mối quan hệ thiết kế Bê tông thường được

bỏ qua vì trong các công trình khả năng chịu lực của nó không ảnh hưởng nếu

fck nằm trong khoảng 25 MPa đến 35 MPa

Trang 38

Đối thiết kế, L s phụ thuộc vào loại tải trọng Đối với tải phân bố đều tác dụng

trên toàn nhịp L của dầm đơn giản, L s = L/4 Giá trị này nhận được bằng cách

cân bằng diện tích dưới biểu đồ lực cắt đối với tải phân bố đều do đối xứng 2

điểm đặt tải tại khoảng cách L s kể từ gối Đối với cách chất tải khác, L s nhậnđược bằng cách tương tự Nơi bản composite được thiết kế theo bản liên tục,cho phép sử dụng nhịp đơn tương đương giữa các điểm uốn ngược khi xácđịnh khả năng chịu cắt Tuy nhiên, đối với nhịp biên chiều dài nhịp ngoài nênđược dùng để thiết kế

Đường lực cắt dọc (hình 15) chỉ có giá trị giữa một số giới hạn vì phụ thuộcvào nhịp, dạng phá hoại có thể là một trong ba dạng phá hoại đã nêu trên.Nếu khả năng chịu lực cắt dọc của bản không đủ, có thể tăng việc sử dụng một số dạng neo, chẳng hạn như chốt chịu căt hay làm biến dạng cục bộ théptấm định hình

42

Trang 39

Phương pháp dựa trên giá trị của ứng suất cắt tới hạn τ u.Rdtác dụng tại mặt tiếp xúc của thép và bê tông Giá trị này dẫn đến biểu đồ tương tác một phần Trong biểu đồ này khả năng chịu uốn MRd của tiết diện ngang tại L xtừ gối gần hơn được vẽ đối với

L x τ u là giá trị có được từ nhà sản xuất hay bằng kết quả thí nghiệm chuẩn trên các bản composite Biểu đồ tương tác một phần như trong hình 16 Nơi không có liên kết

(L x= 0), xem rằng thép tấm định hình chịu tải trọng Biểu đồ ứng suất là hai hình chữ

nhật và khả năng chịu moment bằng M pa (moment kháng dẻo của tiết diện tính toán của thép tấm định hình), Đối với liên kết hoàn toàn, biểu đồ ứng suất tương ứng với

khả năng chịu moment M pl.Rd Giữa hai biểu đồ này, ứng suất phân bố trương ứng với

liên kết một phần Chiều dài bé nhất L effđể nhận tương tác hoàn toàn là:

Rd u

cf sf

b

N L

öç

çè

æ

=

ap

yp p c

c ck cf

f A bh f N

g

85.0

Trang 40

L x ≥ L sf liên kết chịu cắt hoàn toàn, khả năng chịu uốn (phá hoại loại I) là nguy hiểm.

L x < L sf liên kết chịu cắt một phần, khả năng chịu cắt dọc (phá hoại loại II) là nguy hiểm

Kiểm tra được minh họa trong hình 17 đối với hai bản có dạng tải trọng và nhụp khác

nhau Biểu đồ moment kháng và biểu đồ moment uốn được vẽ đối với L xtrên cùng hệ

trục tọa độ Đối với mỗi tiết diện, moment uốn tính toán M Sd không thể lớn hơn moment kháng tính toán MRd

do vết nứt nghiêng như được thấy trong dầm bê tông cốt thép Vết nứt hìnhthành trên diện tích chịu cắt theo phương 45o so với mặt phẳng của bản Khảnăng chịu cắt đứng của bản composite trên bề rộng bằng khoảng cách giữacác tâm các sườn xác định theo:

V v.Rd = b 0 d p k 1 k 2 τ Rd (21)

b 0 bề rộng trung bình của các sườn cường độ chịu cắt lấy bằng 0.25fck/γc

fctk xấp xỉ 0.7 lần khả năng chịu kéo trung bình của bê tông f ctm

A p diện tích tính toán của thép tấm định hình chịu kéo với bề rộng b 0

k1 = (1.6 – dp) ≥ 1 với d p tính bằng m

k2 = 1.2 + 40ρ với ρ = Ap/(b0dp) < 0.02

Định dạng
Số trang	158
Dung lượng	9,6 MB