Tổng quan lịch sử nghiên cứu của đề tài
Hiện nay, có nhiều phần mềm tính thép như Sap2000 và Etabs, nhưng chúng chủ yếu được phát triển dựa trên tiêu chuẩn thiết kế của các nước phương Tây Nhằm đáp ứng nhu cầu trong nước, nhóm tác giả đã nghiên cứu và ứng dụng phần mềm Matlab để xây dựng phần mềm tính thép theo tiêu chuẩn Việt Nam.
MatLab là một phần mềm chuyên dụng chạy trong môi trường Windows do hãng
MathWorks sản xuất và cung cấp phần mềm MatLab, một ngôn ngữ tính toán và kỹ thuật mạnh mẽ MatLab tích hợp nhiều công cụ hỗ trợ tính toán, lập trình, thiết kế và mô phỏng trong một môi trường thân thiện, giúp người dùng dễ dàng biểu diễn các bài toán và giải pháp bằng các ký hiệu toán học quen thuộc.
Malab ban đầu chỉ được thiết kế để tính toán ma trận, nhưng theo thời gian, nó đã tiến hóa thành một ngôn ngữ lập trình mạnh mẽ cho các ứng dụng tính toán kỹ thuật.
Trong môi trường đại học, nó là một công cụ chuẩn cho các khoá học mở đầu và cao cấp về toán học, khoa học và kỹ thuật
Trong công nghiệp, nó là công cụ được lựa chọn cho việc phân tích, phát triển và nghiên
Mục tiêu nghiên cứu
1 Tạo ra một công cụ tính thép sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlab.
2 Cung cấp cho đội ngũ kỹ sư chuyên môn một công cụ hỗ trợ, giúp đẩy nhanh và chính xác hóa quá trình tính toán thép
Phần mềm mới ra đời sẽ hỗ trợ sinh viên trong việc học tập và thực hiện các đồ án chuyên ngành liên quan, góp phần nâng cao hiệu quả học tập và nghiên cứu.
IV Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
1 Đội ngũ kĩ sư hành nghề liên quan đến việc tính toán cốt thép
2 Sinh viên học tập tại khoa KTCT
3 Các cá nhân liên quan khác
1 Lý thuyết về tính toán cấu kiện cơ bản bê tông cốt thép
3 Sử dụng tiêu chuẩn về thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép “ TCXDVN 356:2005”
VI Những đóng góp mới của đề tài và những vấn đề mà đề tài chưa thực hiện được
1 Những đóng góp mới của đề tài:
- Ứng dụng ngôn ngữ Matlab vào việc xây dựng phần mềm tính thép
- Việc tính toán cốt thép trên phần mềm được sử dụng theo tiêu chuẩn Việt Nam
- Việc tính thép được thực hiện trên cấu kiện dầm và khung 2D
2 Những vấn đề mà đề tài chưa thực hiện được:
- Việc tính thép chưa thực hiện được trên cấu kiện khung 3D
CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Để xác định khả năng chịu nén của bê tông, mẫu thí nghiệm hình lập phương có kích thước cạnh 150mm được sử dụng theo một số tiêu chuẩn Cường độ đặc trưng của mẫu lập phương được xác định từ các kết quả thí nghiệm thông qua phép thống kê, với công thức tính là f cube = f cube, m (1−Sν).
Trong đó: n f cube , m = ∑f cube i, là cường độ chịu nén trung bình các mẫu thí nghiệm;
S = ứng với xác suất đảm bảo 95%; m , f cube
= σ ν là hệ số biến động;
Độ lệch quân phương (σ) được tính bằng công thức = − σ ∑, trong đó fcube là cường độ chịu nén của mẫu thí nghiệm thứ i tại thời điểm 28 ngày tuổi, và n là số lượng mẫu thí nghiệm Mẫu thí nghiệm hình lăng trụ được sử dụng để đánh giá cường độ này.
Mẫu thí nghiệm hình lăng trụ với đường kính 150mm và chiều cao 300mm được sử dụng để xác định khả năng chịu nén của bê tông Cường độ đặc trưng của mẫu lăng trụ được xác định thông qua phép thống kê các kết quả thí nghiệm, với công thức tính toán là f cyl = f cyl , m (1−Sν).
Trong đó: n f cyl , m = ∑f cyl i, là cường độ chịu nén trung bình các mẫu thí nghiệm ;
S = ứng với xác suất đảm bảo 95%; m , f cyl
= σ ν là hệ số biến động;
= − σ ∑ là độ lệch quân phương; i, fcyl là cường độ chịu nén tại thời điểm 28 ngày tuổi của mẫu thí nghiệm thứ i; n là số lượng các mẫu thí nghiệm
Hình 1.1 Mẫu thí nghiệm hình lập phương cạnh 150mm [6]
Cường độ đặc trưng của mẫu lập phương và mẫu lăng trụ có mối quan hệ gần đúng, có thể được tính theo công thức: f cyl = 0.8f cube.
1.1.1.2 C ườ ng độ ch ị u nén tính toán c ủ a bê tông
Giá trị cường độ chịu nén tính toán của bê tông trong các tiêu chuẩn được cho trong Bảng 1.1, trong bảng đó:
• γ bc , γ c là hệ số an toàn của bê tông trong các tiêu chuẩn TCXDVN 356, BS 8110, Eurocode 2 Giá trị của chúng được cho trong Bảng 1.2;
Hệ số γ bi trong tiêu chuẩn TCXDVN 356 là các chỉ số điều kiện làm việc của bê tông, phản ánh tính chất đặc thù của vật liệu này, ảnh hưởng lâu dài của tải trọng, tính lặp lại của tải trọng, cũng như điều kiện và giai đoạn làm việc của kết cấu, phương pháp sản xuất và kích thước tiết diện.
Hệ số α cc được sử dụng để phản ánh ảnh hưởng của các thành phần tác dụng dài hạn đến cường độ chịu nén và những tác động tiêu cực từ phương pháp đặt tải theo tiêu chuẩn Eurocode 2 Giá trị của α cc nằm trong khoảng từ 0.8 đến 1, với giá trị cụ thể theo BS EN là 0.85.
Hình 1.2 Mẫu thí nghiệm hình lăng trụ [4]
Bảng 1.1 Mẫu thí nghiệm và cường độ chịu nén tính toán của bê tông
Tiêu chuẩn TCXDVN 356 BS 8110 Eurocode 2 ACI 318
Mẫu thí nghiệm Lập phương Lập phương
Cường độ chịu nén B = f cube f cu = f cube f ck = f cyl cyl
Cường độ chịu nén tiêu chuẩn
Cường độ chịu nén tính toán bc bi bn b
Bảng 1.2 Hệ số an toàn của bê tông
Hệ số an toàn γbc =1 3 γ c =1.5 γ c =1.5
Khi thiết kế tiết diện bê tông cốt thép, tiêu chuẩn ACI 318 không áp dụng các hệ số an toàn cho vật liệu, mà thay vào đó sử dụng hệ số giảm độ bền φ nhỏ hơn 1.
1.1.2.1 C ườ ng độ đặ c tr ư ng c ủ a c ố t thép
Cốt thép có chỉ tiêu cơ bản là cường độ đặc trưng, đại diện cho giá trị ứng suất tại điểm chảy dẻo hoặc ứng suất tại biến dạng dư 0.2% đối với loại cốt thép không có thềm chảy rõ rệt Giá trị này được xác định từ đường cong ứng suất biến dạng được vẽ từ các thí nghiệm kéo dọc trục mẫu thép Cường độ đặc trưng có thể tính toán dựa trên kết quả thí nghiệm theo công thức: ε σ yield f ε σ yield f.
Hình 1.3 Đường cong ứng suất biến dạng [6] f yield =f yield , m (1−Sν)
Trong đó: n f yield , m = ∑f yield i, là ứng suất chảy dẻo trung bình các mẫu thí nghiệm ;
S = ứng với xác suất đảm bảo 95%; m , yield f
= σ ν là hệ số biến động;
= − σ ∑ là độ lệch quân phương; i, yield f là ứng suất chảy dẻo của mẫu thí nghiệm thứ i; n là số lượng các mẫu thí nghiệm
1.1.2.2 C ườ ng độ ch ị u kéo tính toán c ủ a c ố t thép
Giá trị cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép trong các tiêu chuẩn được cho trong Bảng 1.3, trong bảng đó:
• γ si là các hệ số điều kiện làm việc của cốt thép trong tiêu chuẩn TCXDVN 356
Bảng 1.3 Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép
356 BS 8110 Eurocode 2 ACI 318 Cường độ đặc trưng Rsn =fyield f y =f yield f yk =f yield f y =f yield
Cường độ chịu kéo tính toán si s sn s
Bảng 1.4 Hệ số an toàn của cốt thép
Tiêu chuẩn TCXDVN 356 BS 8110 Eurocode 2 ACI 318
1.2 DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP
1.2.1 Dầm chữ nhật chịu uốn
1.2.1.1 Chi ề u cao vùng bê tông ch ị u nén th ỏ a đ i ề u ki ệ n h ạ n ch ế (C ố t đơ n) a Giả thiết tính toán
• Ứng suất trong vùng bê tông chịu nén có dạng hình chữ nhật và đạt đến cường độ chịu nén tính toán;
• Bỏ qua khả năng chịu kéo của bê tông;
• Ứng suất trong cốt thép đạt đến cường độ chịu kéo tính toán b Sơ đồ ứng suất (Hình 1.4) c Thiết lập công thức (Bảng 1.5)
Bảng 1.5 Công thức tính toán tiết diện chữ nhật cốt đơn [4] & [10]
Để tính toán cốt thép cho dầm có tiết diện 300 × 500 mm chịu mô men M = 200 kNm, cần sử dụng bê tông cấp độ bền B25 và cốt thép SD390 Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép ngoài cùng cũng cần được xác định để đảm bảo tính toán chính xác.
Cường độ bê tông (MPa)
Cường độ cốt thép (MPa)
Chiều cao vùng bê tông chịu nén (mm)
Chiều cao vùng bê tông chịu nén hạn chế (mm)
Diện tích cốt thép (mm2)
Nhận xét cho thấy, theo kết quả diện tích cốt thép, nhóm tác giả nhận định rằng việc áp dụng tiêu chuẩn “TCXDVN 356-2005” giúp tiết kiệm thép hiệu quả hơn so với các tiêu chuẩn quốc tế.
1.2.1.2 Chi ề u cao vùng bê tông ch ị u nén không th ỏ a đ i ề u ki ệ n h ạ n ch ế (C ố t kép) a Sơ đồ ứng suất (Hình 1.5) b Thiết lập công thức (Bảng 1.6)
Để tính toán cốt thép cho dầm có tiết diện 300×500 mm chịu mô men M = 300 kNm, cần sử dụng bê tông có cấp độ bền B25 và cốt thép SD390 Khoảng cách từ trọng tâm của cốt thép chịu kéo và chịu nén đến mép ngoài cùng là 50 mm.
Cường độ bê tông (MPa)
Cường độ cốt thép (MPa)
Chiều cao vùng bê tông chịu nén (mm)
Chiều cao vùng bê tông chịu nén hạn chế (mm)
Diện tích cốt thép (mm2)
1.2.2.1 Trục trung hòa qua cánh
Nếu mô men tác dụng đáp ứng các điều kiện trong Bảng 1.7 và trục trung hòa qua cánh hoặc chiều cao vùng bê tông chịu nén nhỏ hơn chiều dày cánh, ta có thể tính toán cốt thép của dầm như một dầm chữ nhật với tiết diện h × b f.
Bảng 1.7 Điều kiện trục trung hòa qua cánh [6] & [10]
1.2.2.2 Trục trung hòa qua sườn, cốt đơn a Sơ đồ ứng suất (Hình 1.6)
Khi mô men tác dụng không đáp ứng các điều kiện trong Bảng 1.8, và trục trung hòa qua sườn hoặc chiều cao vùng bê tông chịu nén lớn hơn chiều dày cánh, cốt thép của dầm có thể được tính toán như dầm chữ T Có hai trường hợp để xem xét: cốt đơn nếu chiều cao vùng bê tông chịu nén thỏa mãn điều kiện hạn chế, và cốt kép nếu không thỏa mãn điều kiện này Việc thiết lập công thức theo Bảng 1.8 là cần thiết để thực hiện các tính toán chính xác.
1.2.2.3 Trục trung hòa qua sườn, cốt kép a Sơ đồ ứng suất (Hình 1.7) b Thiết lập công thức (Bảng 1.9)
1.2.3 HÀM LƯỢNG CỐT THÉP MAX, MIN
1.3 CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP
1.3.1 Cột chữ nhật chịu nén lệch tâm một phương
• Ứng suất trong vùng bê tông chịu nén có dạng hình chữ nhật và đạt đến cường độ chịu nén tính toán;
• Biến dạng phân bố tuyến tính theo chiều cao;
• Bỏ qua khả năng chịu kéo của bê tông
1.3.1.2 Sơ đồ ứng suất (Hình 1.8)
1.3.1.3 Thiết lập công thức (Bảng 1.12)
1.3.1.4 Sơ đồ tính toán cốt thép đối xứng (Hình 1.9, Hình 1.10, Hình 1.11, Hình 1.12)
1.3.1.5 Biểu đồ tương tác (Hình 1.13)
1.3.2 Cột chịu nén lệch tâm một phương thép nhiều lớp
1.3.2.1 Sơ đồ ứng suất (Hình 1.14)
1.3.2.2 Thiết lập công thức (Bảng 1.13)
1.3.3 Cột chịu nén lệch tâm xiên (Hình 1.15, Hình 1.16)
Phương pháp thực hành tính toán cốt thép liên quan đến việc chuyển đổi nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương Sau đó, áp dụng công thức của nén lệch tâm phẳng để thực hiện các phép tính cần thiết.
Phương pháp nghiên cứu
1 Lý thuyết về tính toán cấu kiện cơ bản bê tông cốt thép
3 Sử dụng tiêu chuẩn về thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép “ TCXDVN 356:2005”
Những đóng góp mới của đề tài và những vấn đề mà đề tài chưa thực hiện được
1 Những đóng góp mới của đề tài:
- Ứng dụng ngôn ngữ Matlab vào việc xây dựng phần mềm tính thép
- Việc tính toán cốt thép trên phần mềm được sử dụng theo tiêu chuẩn Việt Nam
- Việc tính thép được thực hiện trên cấu kiện dầm và khung 2D
2 Những vấn đề mà đề tài chưa thực hiện được:
- Việc tính thép chưa thực hiện được trên cấu kiện khung 3D
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Vật liệu
1.1.1.1 Thí nghi ệ m xác đị nh kh ả n ă ng ch ị u nén c ủ a bê tông a Mẫu thí nghiệm hình lập phương Để xác định khả năng chịu nén của bê tông, một số tiêu chuẩn sử dụng mẫu thí nghiệm hình lập phương cạnh 150mm (Hình 1.1) và định nghĩa cường độ đặc trưng mẫu lập phương được suy ra từ phép thống kê các kết qủa thí nghiệm: f cube =f cube , m (1−Sν)
Trong đó: n f cube , m = ∑f cube i, là cường độ chịu nén trung bình các mẫu thí nghiệm;
S = ứng với xác suất đảm bảo 95%; m , f cube
= σ ν là hệ số biến động;
Độ lệch quân phương (σ) được tính bằng cách lấy tổng các cường độ chịu nén (fcube) của các mẫu thí nghiệm hình lăng trụ tại thời điểm 28 ngày tuổi, chia cho số lượng mẫu thí nghiệm (n).
Để xác định khả năng chịu nén của bê tông, mẫu thí nghiệm hình lăng trụ có đường kính 150mm và chiều cao 300mm được sử dụng theo tiêu chuẩn Cường độ đặc trưng của mẫu lăng trụ được tính toán dựa trên phép thống kê các kết quả thí nghiệm, với công thức: f cyl = f cyl, m (1−Sν).
Trong đó: n f cyl , m = ∑f cyl i, là cường độ chịu nén trung bình các mẫu thí nghiệm ;
S = ứng với xác suất đảm bảo 95%; m , f cyl
= σ ν là hệ số biến động;
= − σ ∑ là độ lệch quân phương; i, fcyl là cường độ chịu nén tại thời điểm 28 ngày tuổi của mẫu thí nghiệm thứ i; n là số lượng các mẫu thí nghiệm
Hình 1.1 Mẫu thí nghiệm hình lập phương cạnh 150mm [6]
Cường độ đặc trưng mẫu lập phương và cường độ đặc trưng mẫu lăng trụ có mối quan hệ gần đúng, có thể được tính toán bằng công thức: f cyl = 0.8f cube.
1.1.1.2 C ườ ng độ ch ị u nén tính toán c ủ a bê tông
Giá trị cường độ chịu nén tính toán của bê tông trong các tiêu chuẩn được cho trong Bảng 1.1, trong bảng đó:
• γ bc , γ c là hệ số an toàn của bê tông trong các tiêu chuẩn TCXDVN 356, BS 8110, Eurocode 2 Giá trị của chúng được cho trong Bảng 1.2;
Hệ số điều kiện làm việc của bê tông, được quy định trong tiêu chuẩn TCXDVN 356, phản ánh các đặc tính riêng biệt của bê tông, ảnh hưởng lâu dài của tác động, tính lặp lại của tải trọng, cũng như điều kiện và giai đoạn làm việc của kết cấu Các yếu tố như phương pháp sản xuất và kích thước tiết diện cũng được xem xét để đảm bảo hiệu quả và độ bền của công trình.
Hệ số α cc trong tiêu chuẩn Eurocode 2 phản ánh ảnh hưởng của thành phần tác dụng dài hạn đến cường độ chịu nén và tác động bất lợi từ phương pháp đặt tải Giá trị của α cc nằm trong khoảng từ 0.8 đến 1, với BS EN quy định α cc là 0.85.
Hình 1.2 Mẫu thí nghiệm hình lăng trụ [4]
Bảng 1.1 Mẫu thí nghiệm và cường độ chịu nén tính toán của bê tông
Tiêu chuẩn TCXDVN 356 BS 8110 Eurocode 2 ACI 318
Mẫu thí nghiệm Lập phương Lập phương
Cường độ chịu nén B = f cube f cu = f cube f ck = f cyl cyl
Cường độ chịu nén tiêu chuẩn
Cường độ chịu nén tính toán bc bi bn b
Bảng 1.2 Hệ số an toàn của bê tông
Hệ số an toàn γbc =1 3 γ c =1.5 γ c =1.5
Khi tính toán tiết diện bê tông cốt thép, tiêu chuẩn ACI 318 áp dụng hệ số giảm độ bền φ nhỏ hơn 1, thay vì sử dụng các hệ số an toàn cho vật liệu.
1.1.2.1 C ườ ng độ đặ c tr ư ng c ủ a c ố t thép
Cốt thép có chỉ tiêu cơ bản là cường độ đặc trưng, đại diện cho ứng suất tại điểm chảy dẻo hoặc ứng suất tại biến dạng dư 0.2% đối với cốt thép không có thềm chảy rõ rệt Giá trị này được xác định từ đường cong ứng suất biến dạng thu được qua thí nghiệm kéo dọc trục các mẫu thép Cường độ đặc trưng có thể tính toán từ các kết quả thí nghiệm theo công thức: ε σ yield f ε σ yield f.
Hình 1.3 Đường cong ứng suất biến dạng [6] f yield =f yield , m (1−Sν)
Trong đó: n f yield , m = ∑f yield i, là ứng suất chảy dẻo trung bình các mẫu thí nghiệm ;
S = ứng với xác suất đảm bảo 95%; m , yield f
= σ ν là hệ số biến động;
= − σ ∑ là độ lệch quân phương; i, yield f là ứng suất chảy dẻo của mẫu thí nghiệm thứ i; n là số lượng các mẫu thí nghiệm
1.1.2.2 C ườ ng độ ch ị u kéo tính toán c ủ a c ố t thép
Giá trị cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép trong các tiêu chuẩn được cho trong Bảng 1.3, trong bảng đó:
• γ si là các hệ số điều kiện làm việc của cốt thép trong tiêu chuẩn TCXDVN 356
Bảng 1.3 Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép
356 BS 8110 Eurocode 2 ACI 318 Cường độ đặc trưng Rsn =fyield f y =f yield f yk =f yield f y =f yield
Cường độ chịu kéo tính toán si s sn s
Bảng 1.4 Hệ số an toàn của cốt thép
Tiêu chuẩn TCXDVN 356 BS 8110 Eurocode 2 ACI 318
Dầm bê tông cốt thép
1.2.1 Dầm chữ nhật chịu uốn
1.2.1.1 Chi ề u cao vùng bê tông ch ị u nén th ỏ a đ i ề u ki ệ n h ạ n ch ế (C ố t đơ n) a Giả thiết tính toán
• Ứng suất trong vùng bê tông chịu nén có dạng hình chữ nhật và đạt đến cường độ chịu nén tính toán;
• Bỏ qua khả năng chịu kéo của bê tông;
• Ứng suất trong cốt thép đạt đến cường độ chịu kéo tính toán b Sơ đồ ứng suất (Hình 1.4) c Thiết lập công thức (Bảng 1.5)
Bảng 1.5 Công thức tính toán tiết diện chữ nhật cốt đơn [4] & [10]
Để tính toán cốt thép cho dầm có tiết diện 300 × 500 mm chịu mô men M = 200 kNm, cần sử dụng bê tông cấp bền B25 và cốt thép SD390 Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép ngoài cùng cần được xác định chính xác để đảm bảo độ bền và an toàn cho kết cấu.
Cường độ bê tông (MPa)
Cường độ cốt thép (MPa)
Chiều cao vùng bê tông chịu nén (mm)
Chiều cao vùng bê tông chịu nén hạn chế (mm)
Diện tích cốt thép (mm2)
Nhận xét từ kết quả diện tích cốt thép cho thấy, nhóm tác giả nhận định rằng việc áp dụng tiêu chuẩn “TCXDVN 356-2005” giúp tiết kiệm lượng thép hơn so với các tiêu chuẩn quốc tế khác.
1.2.1.2 Chi ề u cao vùng bê tông ch ị u nén không th ỏ a đ i ề u ki ệ n h ạ n ch ế (C ố t kép) a Sơ đồ ứng suất (Hình 1.5) b Thiết lập công thức (Bảng 1.6)
Để tính toán cốt thép cho dầm có tiết diện 300×500 mm chịu mô men M = 300 kNm, cần sử dụng bê tông cấp độ bền B25 và cốt thép SD390 Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo và chịu nén đến mép ngoài cùng là 50 mm.
Cường độ bê tông (MPa)
Cường độ cốt thép (MPa)
Chiều cao vùng bê tông chịu nén (mm)
Chiều cao vùng bê tông chịu nén hạn chế (mm)
Diện tích cốt thép (mm2)
1.2.2.1 Trục trung hòa qua cánh
Khi mô men tác dụng đáp ứng các điều kiện trong Bảng 1.7, và trục trung hòa qua cánh hoặc chiều cao vùng bê tông chịu nén nhỏ hơn chiều dày cánh, chúng ta có thể tính toán cốt thép cho dầm như một dầm chữ nhật với tiết diện h × b f.
Bảng 1.7 Điều kiện trục trung hòa qua cánh [6] & [10]
1.2.2.2 Trục trung hòa qua sườn, cốt đơn a Sơ đồ ứng suất (Hình 1.6)
Khi mô men tác dụng không đáp ứng các điều kiện trong Bảng 1.8, và trục trung hòa qua sườn hoặc chiều cao vùng bê tông chịu nén lớn hơn chiều dày cánh, có thể tính toán cốt thép của dầm như dầm chữ T Trong trường hợp này, có hai phương án: sử dụng cốt đơn nếu chiều cao vùng bê tông chịu nén thỏa mãn điều kiện hạn chế, và cốt kép nếu không thỏa mãn điều kiện hạn chế Thiết lập công thức được trình bày trong Bảng 1.8.
1.2.2.3 Trục trung hòa qua sườn, cốt kép a Sơ đồ ứng suất (Hình 1.7) b Thiết lập công thức (Bảng 1.9)
1.2.3 HÀM LƯỢNG CỐT THÉP MAX, MIN
Cột bê tông cốt thép
1.3.1 Cột chữ nhật chịu nén lệch tâm một phương
• Ứng suất trong vùng bê tông chịu nén có dạng hình chữ nhật và đạt đến cường độ chịu nén tính toán;
• Biến dạng phân bố tuyến tính theo chiều cao;
• Bỏ qua khả năng chịu kéo của bê tông
1.3.1.2 Sơ đồ ứng suất (Hình 1.8)
1.3.1.3 Thiết lập công thức (Bảng 1.12)
1.3.1.4 Sơ đồ tính toán cốt thép đối xứng (Hình 1.9, Hình 1.10, Hình 1.11, Hình 1.12)
1.3.1.5 Biểu đồ tương tác (Hình 1.13)
1.3.2 Cột chịu nén lệch tâm một phương thép nhiều lớp
1.3.2.1 Sơ đồ ứng suất (Hình 1.14)
1.3.2.2 Thiết lập công thức (Bảng 1.13)
1.3.3 Cột chịu nén lệch tâm xiên (Hình 1.15, Hình 1.16)
Phương pháp thực hành tính toán cốt thép liên quan đến việc chuyển đổi nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương Sau đó, người ta áp dụng công thức của nén lệch tâm phẳng để thực hiện các phép tính cần thiết.
Chi tiết diện chữ nhật có các cạnh cx và cy, với nội lực bao gồm N, Mx, và My Cần phân tích uốn theo hai phương để xác định hệ số ηx và ηy Tính toán moment uốn gia tăng do uốn dọc được biểu diễn là M * x và M * y.
Tùy theo tường quan giữa M * x, M * y với kích thước các cạnh mà đưa về một trong hai mô hình tính toán
Mô hình Theo phương x Theo phương y Điều kiện x * * y x y
CHƯƠNG II LÝ THUYẾT ÁP DỤNG VỀ MATLAB TRONG
MatLab là phần mềm chuyên dụng do hãng MathWork phát triển, hoạt động trên hệ điều hành Windows Được xem như một ngôn ngữ tính toán kỹ thuật, MatLab tích hợp nhiều công cụ mạnh mẽ phục vụ cho tính toán, lập trình, thiết kế và mô phỏng Phần mềm này cung cấp một môi trường dễ sử dụng, trong đó các bài toán và giải pháp được biểu diễn bằng các ký hiệu toán học quen thuộc.
Các ứng dụng điển hình:
- Tạo mô hình, mô phỏng
- Khảo sát, phân tích số liệu
- Đồ hoạ khoa học kỹ thuật
- Phát triển ứng dụng, gồm cả xây dựng giao diện người dùng đồ hoạ GUI
Qua đó nhóm tác giả nhận thấy rằng ứng dụng Matlap vào việc xây dựng phần mềm tính thép là thích hợp
2.2 KHAI BÁO CÁC BIẾN TRONG MATLAB
2.2.1 Một số lệnh đối với biến
C1_Getfile: chỉ đường dẫn tới nơi chứa file cần lấy dữ liệu
C_setfile: chỉ đường dẫn tới nơi cần xuất dữ liệu
C_tinhkhung cho phép tạo ra giao diện mới khi nhấp vào lệnh pop_Rb_Rt_Eb cung cấp các thông số của bê tông như cường độ và modun đàn hồi pop_Rs_Rsc_Es tra cứu các thông số của thép, bao gồm cường độ và modun đàn hồi Chức năng tinhthepcot tính toán diện tích và hàm lượng cốt thép Tính năng tinhtoan liên kết dữ liệu để đưa ra kết quả cuối cùng cho các phần tử trong cột Cuối cùng, ketqua lưu trữ kết quả tính toán và xuất ra file Excel.
C_tinhdam: tạo ra giao diện trong modun tính dầm
C_tinhcotthepdoc: cho ra kết quả cốt thép dọc trong dầm
C_tinhcotthepdai: cho ra kết quả cốt thép đai trong dầm
2.2.2 Gán các biến trong Matlab
%NGUOI VIET: NGUYEN DINH DU - NGUYEN BA NGOC THAO clc; clear
%Giao dien chung cho cac TEXT
%Dung chung cho tat ca modun
%Giao dien chung cho cac EDIT
%Dung chung cho tat ca cac modun
%Giao dien chung cho cac POP
%Dung chung cho tat ca cac modun
%Giao dien chung cho cac FRAME
%Dung chung cho tat ca modun
Xframe.ForegroundColor = FrameColor;% mau do tham
%Giao dien chung cho cac BUTTON
%Dung chung cho tat ca modun
%Nut ban chuc nang CHINH
H2 = 175; W2 = 450; frame_Ten = uipanel(Xframe, 'Units','pixels', 'Position',[25 500-H2 W2
In the user interface, the control elements are organized within a designated frame labeled "frame_Ten." The first control displays the text "BE TONG," followed by labels for various parameters: "Rb (MPa)" for bending strength, "Rt (MPa)" for tensile strength, and "E (MPa)" for modulus of elasticity Each label is positioned consistently to enhance readability and user experience.
%~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ pop_Betong = uicontrol(Xpop, 'Parent',frame_Ten, 'Position',[100 H2-47 90
'Callback','pop_Rb_Rt_Eb');
%~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ edit_Rb = uicontrol(Xedit, 'Parent',frame_Ten, 'Position',[100 H2-79 90
20], 'String','8.5'); edit_Rt = uicontrol(Xedit, 'Parent',frame_Ten, 'Position',[100 H2-109 90
20], 'String','0.75'); edit_Eb = uicontrol(Xedit, 'Parent',frame_Ten, 'Position',[100 H2-139 90
% THEP~~~~~~~~~~~~~~~ text = uicontrol(Xtext,'Parent',frame_Ten, 'Position',[250 H2-50 100 20 ], 'String','THEÙP'); text = uicontrol(Xtext,'Parent',frame_Ten, 'Position',[250 H2-140 100 20 ], 'String','E (MPa)');
%~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ pop_Thep = uicontrol(Xpop, 'Parent',frame_Ten, 'Position',[325 H2-47 90
20], 'String','A-I |A-II |A-III |A-IV |A-V |C-I |C-II |C-III |C-IV |SD295A
'Callback','pop_Rs_Rsc_Es');
%~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ edit_Rs = uicontrol(Xedit, 'Parent',frame_Ten, 'Position',[325 H2-79 90
20], 'String','210'); edit_Rsc = uicontrol(Xedit, 'Parent',frame_Ten, 'Position',[325 H2-109 90
20], 'String','210'); edit_Es = uicontrol(Xedit, 'Parent',frame_Ten, 'Position',[325 H2-139 90
% Tinh si gioi han text = uicontrol(Xtext,'Parent',frame_Ten, 'Position',[25 H2-170 100 20 ], 'String','Csi_R'); text = uicontrol(Xtext,'Parent',frame_Ten, 'Position',[250 H2-170 100 20 ], 'String','anpha_R');
%~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ edit_Csi = uicontrol(Xedit, 'Parent',frame_Ten, 'Position',[100 H2-169
90 20], 'String','0.679'); edit_Anpha = uicontrol(Xedit, 'Parent',frame_Ten, 'Position',[325 H2-169
In the user interface, a panel is created with specific pixel dimensions, positioned at coordinates [25, 10] and a height of 45 Within this panel, three buttons are implemented: the first button, labeled "Calculate Vertical Steel Reinforcement," triggers the 'c_TinhCotThepDoc' function; the second button, titled "Calculate Steel Reinforcement Length," calls the 'c_TinhCotThepDai' function; and the third button, simply labeled "Exit," executes the 'close' function to close the interface.
H1 = 175; W1 = 450; frame_Ten = uipanel(Xframe, 'Units','pixels', 'Position',[W-W1-25 500-H1 W1 H1],'Title','Tieỏt Dieọn');
In the user interface, several text fields are created within the frame labeled "frame_Ten." The first field prompts for the height in centimeters (h), followed by a second field for the width in centimeters (b) The third and fourth fields request hypothetical values, labeled as ak and an, respectively, both measured in centimeters.
%~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ edit_h = uicontrol(Xedit, 'Parent',frame_Ten, 'Position',[160 H1-50 90
20], 'String','30'); edit_b = uicontrol(Xedit, 'Parent',frame_Ten, 'Position',[160 H1-80 90
20], 'String','20'); edit_a1 = uicontrol(Xedit, 'Parent',frame_Ten, 'Position',[160 H1-110 90
20], 'String','3'); edit_a2 = uicontrol(Xedit, 'Parent',frame_Ten, 'Position',[160 H1-140 90
H4 = 175; W4 = 450; frame_Ten = uipanel(Xframe, 'Units','pixels', 'Position',[25 100 W4
In the user interface, the control elements are arranged within the frame labeled "frame_Ten." The first text control displays "Momen M (kNm)" positioned at coordinates [25 H4-50 140 20] Below it, the second control shows "Lực Cắt (kN)" at [25 H4-80 140 20] Finally, the third text control presents "Số nhánh đai n," located at [25 H4-110 140 20].
%~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ edit_m = uicontrol(Xedit, 'Parent',frame_Ten, 'Position',[160 H4-50 90
20], 'String','30'); edit_q = uicontrol(Xedit, 'Parent',frame_Ten, 'Position',[160 H4-80 90
20], 'String','20'); edit_n = uicontrol(Xedit, 'Parent',frame_Ten, 'Position',[160 H4-110 90
H5 = 175; W5 = 450; frame_Ten = uipanel(Xframe, 'Units','pixels', 'Position',[W-W5-25 100 W5 H5],'Title','Kết Quả');
In the user interface frame labeled "frame_Ten," several text controls are created to display important parameters These include 'As1 (cm²)' positioned at coordinates [25, H5-50], 'As2 (cm²)' at [25, H5-80], 'Ad (cm²/m)' at [25, H5-110], and 'Smax (cm)' at [25, H5-140] Each control is designed to present specific measurement units related to the application.
%~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ edit_As1 = uicontrol(Xedit, 'Parent',frame_Ten, 'Position',[160 H5-50 90
20], 'String','0'); edit_As2 = uicontrol(Xedit, 'Parent',frame_Ten, 'Position',[160 H5-80 90
% Dùng ?? tra các thông s? c?a bê tông
The value of Betong is retrieved from the variable 'pop_Betong' Depending on the value of Betong, different parameters are assigned: if Betong equals 1, Rb is set to 8.5 and Rt to 0.75; if Betong equals 2, Rb becomes 11.5 and Rt 0.9; for Betong equal to 3, Rb is 14.5 and Rt 1.05; when Betong is 4, Rb is 17 and Rt 1.2; and finally, if Betong equals 5, Rb is 19.5 and Rt is 1.3 Each condition also associates a specific Eb value.
Rs = str2double(get(edit_Rs,'String')); w = 0.85-0.008*Rb;
The calculation for Anpha is performed by rounding the product of Anpha1 multiplied by 1000 to three decimal places The values for Csi, Anpha, Rb, Rt, and Eb are then converted to strings and set in their respective edit fields Finally, the variable Betong is cleared to ensure no residual data remains.
%TINH THEP CHO DAM BETONG clc;
Rs = str2double(get(edit_Rs,'String'));
Rb = str2double(get(edit_Rb,'String'));
To extract numerical values from user inputs in a graphical interface, the variables Rt, b, h, a1, a2, m, and q are assigned by converting string inputs from respective edit fields to double precision This is achieved using the str2double function combined with the get function to retrieve the string values from the specified edit components.
Anpha_R = str2double(get(edit_Anpha,'String'));
Csi_R = str2double(get(edit_Csi,'String')); n=str2double(get(edit_n,'String'));
Ad=str2double(get(edit_Ad,'String'));
%% Tinh Toan thep doc - ho=h-a1;
Anpha_m = m*1000/(Rb*b*ho*ho); if Anpha_m c Vậy tính theo phương y h = cy = 400 mm b = cx = 600 mm
Giả thiết: a = 40mm ; ho = 400 – 40 = 360 mm
Có x 1 08>ξ R o h !6 Tính theo lệch tâm bé
3.2.2 Phương pháp giải trong phần mềm Matlab
>> % Cho cx`0mm, cy@0mm, chiều dài tính toán lox=loy@00mm
>> % N = 2400kN, Mx2kNm, My0kNm, độ lệch tâm ngẫu nhiên eax mm, eaymm
>> % Bê tông có Rb = 13MPa, thép có Rs=Rcs(0MPa, Csi = 0.6
>> cx`0; cy@0; lo@00; n$00; mx= 142; my0; Rb= 13; Eb)000; Csi=0.6; Rs(0;
>> [As,muy]=TinhThepCot(cx,cy,mx,my,n,lo,Rs,Rb,Eb,Csi)
Nh ậ n xét: Qua hai phương pháp giải trên đều cho ra kết quả diện tích cốt thép giống nhau
Phương pháp giải trong phần mềm Matlab cho ra kết quả nhanh chóng hơn phương pháp giải tay
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Qua nghiên cứu và thử nghiệm, nhóm tác giả nhận thấy rằng:
Phần mềm tính toán cốt thép này có thể được thương mại hóa và sử dụng rộng rãi miễn phí, mang lại lợi ích cho người dùng mà không cần phải chi trả cho bản quyền như các phần mềm hiện tại.
• Nhóm tác giả đã áp dụng được tiêu chuẩn “TCXDVN 356-2005” của Việt Nam về tính cốt thép vào phần mềm
Phần mềm tính toán cốt thép này mang lại sự nhanh chóng và hiệu quả trong việc tính toán, hỗ trợ sinh viên trong việc thực hiện đồ án và giải quyết khối lượng lớn bài tập một cách dễ dàng.
• Nhóm tác giả kiến nghị nhà trường tạo điều kiện để nhóm có thể giới thiệu sản phẩm đến các đơn vị để phát triển sản phẩm của mình
• Hướng nghiên cứu tiếp theo của nhóm là sẽ phát triển phầm mềm trong việc tính thép và vẽ biểu đồ tương tác cho khung 3D