Một số mô hình toán khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt thép .... TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHỊU CẮT DẦM BÊ TÔNG CỐT... DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012
Trang 1LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã đƣợc chỉ
rõ nguồn gốc
Hải Phòng, ngày 14 tháng 9 năm 2015
Tác giả
KS Phạm Tuấn Hiệp
Trang 2LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với PGS.TS Hà Xuân Chuẩn đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, cung cấp tài liệu và động viên tác giả trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo, các cán bộ Viện đào tạo sau đại học Trường Đại học Hàng hải Việt Nam cùng các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình trong quá trình hoàn thành luận văn này!
Trang 3MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU v
DANH MỤC CÁC BẢNG viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ix
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 3
1.1 Đặc điểm cấu tạo 3
1.1.1 Cấu tạo về hình học 3
1.1.2 Cấu tạo về cốt thép 3
1.2 Ứng suất trong dầm bê tông cốt thép 4
1.2.1 Ứng suất trong dầm đồng chất [8] 4
1.2.2 Ứng suất trong dầm không đồng chất [8] 6
1.3 Sự làm việc của dầm bê tông cốt thép 6
1.3.1 Dầm bê tông cốt thép không có cốt thép chịu cắt [4][8] 7
1.3.2 Dầm bê tông cốt thép có cốt thép chịu cắt [4][8] 7
1.4 Các dạng phá hoại của dầm không có cốt thép ngang [4][8] 8
1.4.1 Dạng phá hoại do mô men uốn (Flexural) 8
1.4.2 Phá hoại do ứng suất kéo chính (Diagonal Tension) 8
1.2.3 Dạng phá hoại nén do lực cắt (Shear Compression) 9
1.5 Một số mô hình toán khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt thép 10
1.5.1 Mô hình giàn với thanh xiên nghiêng góc 45o[7] 10
1.5.2 Mô hình giàn với góc nghiêng thay đổi [7] 12
1.5.3 Mô hình chống giằng [7] 13
1.5.4 Mô hình miền nén (Compression Field Theory – CFT)[7] 14
1.5.5 Lý thuyết miền nén cải tiến (Modified Compression Field Theory - MCFT)[6][9] 18 CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHỊU CẮT DẦM BÊ TÔNG CỐT
Trang 42.1.1 Điều kiện tính toán 22
2.1.2 Điều kiện bê tông chịu nén giữa các vết nứt xiên 23
2.1.3 Điều kiện độ bền của tiết diện nghiêng 24
2.1.4 Tính toán theo giáo trình kết cấu bê tông cốt thép [5] 26
2.2 Tính toán theo tiêu chuẩn Châu Âu EUROCODE 2 [3],[6],[12] 31
2.2.1 Khả năng chịu cắt của bê tông 31
2.2.2 Tính toán cường độ trên tiết diện nghiêng 33
2.2.3 Tính toán cốt đai 37
2.3 Tính toán theo tiêu chuẩn ACI 318-2002 [4], [8], [11] 38
2.3.1 Khả năng chịu cắt của bê tông 38
2.3.2 Khả năng chịu cắt của cốt đai [4], [8], [11] 39
2.3.3 Quy trình tính toán thép đai 42
2.4 Một số nhận xét đánh giá về các tiêu chuẩn tính toán, điều kiện áp dụng 43
2.4.1 Nhận xét, đánh giá 43
2.4.2 So sánh đặc điểm tính toán giữa các tiêu chuẩn 44
CHƯƠNG 3 VÍ DỤ TÍNH TOÁN 46
3.1 VÍ DỤ 1 46
3.1.1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 46
3.1.2 Tiêu chuẩn ACI 318 - 2002 49
3.1.3 Tiêu chuẩn Châu âu EUROCODE - 2 50
3.2 VÍ DỤ 2 51
3.2.1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 51
3.2.2 Tiêu chuẩn ACI 318 - 2002 53
3.2.3 Tiêu chuẩn Châu âu EUROCODE - 2 54
3.3 Một số nhận xét 55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO 60
Trang 5DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012
Rb Cường độ chịu nén tính toán của bê tông
Rbt Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông
Rsw Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép ngang
Rsc Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép
Eb Mô đun đàn hồi của bê tông
Es Mô đun đàn hồi của cốt thép
b Chiều rộng tiết diện chữ nhật
h Chiều cao của tiết diện chữ nhật
a, a' Khoảng cách từ hợp lực trong cốt thép tương ứng với S và S' đến
biên gần nhất của tiết diện
h0, h'0 Chiều cao làm việc của tiết diện
x Chiều cao vùng bê tông chịu nén
Chiều cao tương đối của vùng bê tông chịu nén, bằng x/h0
s Khoảng cách cốt thép đai theo chiều dài cấu kiện
i Bán kính quán tính của tiết diện ngang của cấu kiện đối với trọng
tâm tiết diện
d Đường kính danh nghĩa của thanh cốt thép
As, A's Là diện tích tiết diện của cốt thép chịu kéo và chịu nén
Hàm lượng cốt thép
A Diện tích toàn bộ tiết diện ngang của bê tông
Ab Diện tích tiết diện của vùng bê tông chịu nén
I Mô men quán tính của tiết diện bê tông đối với trọng tâm tiết diện
của cấu kiện
Trang 6DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2
E Mô đun đàn hồi
F Tải trọng (tác động)
G Tải trọng thường xuyên
I Mô men quán tính
Q Tải trọng tạm thời
b Chiều rộng tiết diện ngang
d Chiều cao làm việc của tiết diện
a’ Khoảng cách từ mép bê tông chịu nén tới trọng tâm cốt thép chịu
nén
e Độ lệch tâm
h Chiều cao của tiết diện trong mặt phẳng uốn
i Bán kính quán tính
l Chiều dài hoặc nhịp
s Khoảng cách giữa các cốt đai
t Chiều dày
x Khoảng cách từ mép bê tông chịu nén tới trục trung hòa
Ac Diện tích tiết diện ngang của bê tông
As Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo
A’s Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu nén
Asw Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu cắt (cốt đai, xiên)
Es Mô đun đàn hồi của cốt thép
Trang 7DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Tiêu chuẩn ACI 318-2002
Mu Mômen do ngoại lực tác dụng từ các tổ hợp lực tính toán
Mn Khả năng chịu lực của cấu kiện , xác định từ điều kiện cụ thể của
tiết diện
Ma Mômen lớn nhất dọc theo trục dầm
Icr Mô men quán tính đối với trục đi qua trọng tâm tiết diện trường
hợp tiết diện không có khe nứt
Es Mô đun đàn hồi của cốt thép
Ec Mô đun đàn hồi của bê tông
s
Biến dạng của cốt thép chịu kéo
'
s
Biến dạng của cốt thép chịu nén
'
c
f Cường độ chịu nén của bê tông
r
f Cường độ chịu kéo của bê tông
y
f Cường độ chịu kéo của cốt thép
a Chiều cao vùng bê tông chịu nén
d Khoảng cách từ mép biên vùng nén tới lớp thép chịu kéo ngoài
cùng d’ Khoảng cách từ mép biên vùng nén tới thép chịu kéo ngoài cùng
b Bề rộng của tiết diện ngang
Hệ số giảm độ bền của cấu kiện
Hàm lượng cốt thép
As, A’s Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo và chịu nén
Trang 8DANH MỤC CÁC BẢNG
3.2 Các yếu tố ảnh hưởng khi tính toán khả năng chịu cắt và cốt
Trang 9DANH MỤC CÁC HÌNH
1.1 Các loại tiết diện ngang của dầm bê tông cốt thép 3
1.7 Phá hoại dầm bê tông cốt thép do ứng suất kéo chính 9
1.11 Quan hệ ứng suất - biến dạng của bê tông vùng nứt khi chịu
1.12 Lý thuyết miền nén cải tiến- Cân bằng theo trị số ứng suất
1.13 Cân bằng theo ứng suất cục bộ tại một vết nứt 19 2.1 Sơ đồ nội lực trên tiết diện nghiêng với trục dọc cấu kiện bê
tông cốt thép khi tính toán độ bền chịu lực cắt 24
2.4 Các mặt cắt nghiêng dùng để tính toán cốt xiên 31
Trang 10MỞ ĐẦU
1 Sự cần thiết của đề tài
Vì cường độ chịu kéo của bê tông nhỏ hơn nhiều so với cường độ chịu nén, nên khi tải trọng tăng lên tại vị trí có ứng suất kéo lớn sẽ hình thành vết nứt, để hạn chế nguy cơ dầm bị phá hủy cần phải bố trí cốt thép dọc chịu kéo Mặt khác, trong quá trình chịu tải, tại các vị trí có lực cắt lớn của dầm cũng xuất hiện ứng suất kéo xiên có thể gây ra các vết nứt xiên
Sự phá hoại của kết cấu bê tông cốt thép do lực cắt thường đột ngột và xuất hiện các vết nứt nghiêng, vì thế tiết diện cần được tính toán có đủ khả năng chịu cắt và không đạt đến trạng thái giới hạn về khả năng chịu cắt
Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép của Việt Nam hiện hành TCVN 5574:2012 về tính toán cốt thép và khả năng chịu cắt của dầm BTCTđã đáp ứng được các yêu cầu về thiết kế Hiện nay trên thế giới có rất nhiều tiêu chuẩn thiết kế khác nhau dùng để tính toán thiết kế kết cấu bê tông cốt thép, để làm rõ sự khác
nhau giữa các tiêu chuẩn và ứng dụng vào công tác thiết kế; đề tài: “Tính toán cốt thép chịu cắt dầm bê tông cốt thép theo các tiêu chuẩn thiết kế (TCVN 5574:2012; Eurocode 2 và ACI 318-2002)” là cần thiết và có ý nghĩa thực tế
2 Mục đích nghiên cứu
Luận văn nghiên cứu tính toán cốt thép chịu cắt dầm bê tông cốt thép theo các tiêu chuẩn thiết kế (TCVN 5574:2012, Eurocode 2 và ACI 318-2002)
3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Dầm bê tông cốt thép
- Phạm vi nghiên cứu: Cốt thép chịu cắt
4 Phương pháp nghiên cứu
Dùng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, kế thừa, chuyên gia và thực nghiệm tính toán thực tế
5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài
- Nhận xét đặc điểm tính toán cốt thép chịu cắt dầm bê tông cốt thép theo các tiêu chuẩn thiết kế