Thạc Sĩ Dầm thép trong dầm liên hợp thép – bê tông

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Nhịp độ phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế và xã hội ở nước t, nhu cầu xây dựng nhiều nhà cao tầng cho văn phòng và nhà ở ngày càng cấp bách. Việc lựa chọn các dạng kết cấu đáp ứng tốt yêu cầu công năng và tăng tiến độ thi công của loại nhà này ngày càng được quan tâm nhiều.
Khi sử dụng các giải pháp kết cấu bê tông cốt thép thông thường, công trình nhà cao tầng đòi hỏi kích thước các cấu kiện kết cấu có thể rất lớn, nặng nề, tốn kém, giảm không gian sử dụng và giảm tính thẩm mỹ. Để khắc phục các nhược điểm kể trên, giải pháp kết cấu liên hợp thép - bê tông đã và đang được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới cho các công trình nhà nhiều tầng.
Kết cấu liên hợp thép – bê tông cốt thép, trong đó dầm thép liên kết với bản bê tông cốt thép là dạng kết cấu có khả năng huy động được sự làm việc đồng thời của dầm thép với bản bê tông cốt thép. Với tiết diện chịu mômen dương dạng kết cấu này có thể kết hợp giữa hai loại vật liệu thép và bê tông cốt thép để tạo thành tiết diện tổ hợp tham gia chịu lực tốt nhất (trong đó phần sàn bê tông cốt thép chịu nén được bố trí ở thớ chịu nén, phần thép chịu kéo tốt được bố trí ở thớ chịu kéo của tiết diện).
Dầm liên hợp thép – bê tông cốt thép nếu liên kết tốt giữa các loại vật liệu với nhau có thể xem bản sàn là thành phần của hệ kết cấu cùng chịu lực có tác dụng tăng độ cứng toàn hệ, do đó hệ dầm sàn nhẹ hơn và chiều cao kết cấu hệ dầm sàn sẽ nhỏ hơn. Mặt khác do có sự liên kết của bản sàn và kết cấu thép có tác dụng giữ cho hệ dầm không bị mất ổn định tổng thể, đồng thời tăng độ cứng cho toàn công trình. Như vậy, độ cứng của hệ sàn được tăng cường, sử dụng vật liệu hợp lý cho phép dầm sàn liên hợp có thể vượt nhịp lớn mà vẫn đạt được kích thước cấu kiện hợp lý. Hiệu quả kinh tế không chỉ dừng lại ở đó mà kích thước cấu kiện nhỏ nên tải trọng bản thân nhỏ, từ đó có thể giảm khối lượng, kích thước cột và giảm kích thước móng.
Việc khảo sát nghiên cứu tính toán dầm liên hợp đơn giản thép – bê tông cốt thép có tiết diện thay đổi dựa trên cơ sở tính toán của tiêu chuẩn Eurocode 4 với mong muốn tìm ra được giải pháp hợp lý cho việc chọn tiết diện dầm liên hợp thép – bê tông, và lý thuyết áp dụng tính toán độ võng cho dầm liên hợp thép – bê tông có tiết diện thay đổi.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Tìm hiểu sự làm việc và tính toán dầm liên hợp, đặc biệt là dầm thép trong dầm liên hợp thép – bê tông.
- Nghiên cứu lựa chọn các thông số của tiết diện liên hợp về hình dạng dầm thép, cường độ vật liệu thép và bê tông để có được tiết diện của dầm thép trong dầm liên hợp thép – bê tông là hợp lý nhất theo tiêu chí giảm trọng lượng thép nhưng vẫn đảm bảo về khả năng chịu lực.
- Tính toán liên kết chốt giữa bản sàn với dầm thép trong dầm liên hợp thép – bê tông.
- Nghiên cứu lý thuyết tính toán độ võng cho dầm liên hợp có tiết diện thay đổi.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Dầm thép trong dầm liên hợp thép – bê tông;
- Phạm vi nghiên cứu: Luận văn chỉ đề cập đến việc tính toán dầm LHT-BT sơ đồ đơn giản, với tải trọng sử dụng thẳng đứng, liên kết giữa sàn bê tông cốt thép với dầm thép là liên kết hoàn toàn. Từ đó, lựa chọn tiết diện hợp lý hóa tiết diện dầm trong công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, chỉ xét trong giai đoạn sử dụng, không xét đến bài toán trong giai đoạn thi công.
Trong đó, tính toán thay đổi tiết diện dầm thép tổ hợp tại các vị trí có thể, để phù hợp với mômen bền dẻo của dầm tại các vị trí ấy, tiết kiệm vật liệu, giảm trọng lượng bản thân nhưng đảm bảo khả năng chịu lực và yêu cầu cấu tạo, tính toán liên kết chốt giữa bản sàn với dầm thép, tính toán độ võng cho dầm liên hợp có tiết diện thay đổi.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu lý thuyết và phương pháp tính toán kết cấu dầm LHT-BT; những thành tựu ứng dụng của kết cấu này trên thế giới và tại VN.
- Dựa trên quy định của tiêu chuẩn châu Âu về thiết kế kết cấu LHT-BT.
- Nghiên cứu, tổng kết và kiến nghị phương pháp tính toán thiết kế đối dầm liên hợp đơn giản thép – bê tông khi dầm thép tổ hợp có tiết diện thay đổi liên kết hoàn toàn với bản bê tông cốt thép.
5. Sản phẩm dự kiến
Phương pháp lý thuyết tính toán cho dầm liên hợp đơn giản thép – bê tông có tiết diện thay đổi. Kiến nghị về các phương pháp thay đổi tiết diện, lựa chọn tiết diện dầm thép hợp lý, tính toán liên kết chốt giữa bản sàn với dầm thép và lý thuyết tính toán độ võng cho dầm liên hợp đơn giản trong kết cấu LHT-BT; sản phẩm có thể làm tài liệu tham khảo khi tính toán thiết kế.
6. Bố cục đề tài
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị. Luận văn gồm 3 chương:
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG
Chương 2: CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM LHT-BT
Chương 3: TÍNH TOÁN DẦM LIÊN HỢP ĐƠN GIẢN THÉP – BÊ TÔNG CÓ TIẾT DIỆN DẦM THÉP THAY ĐỔI


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết . 1
2. Mục tiêu nghiên cứu 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2
4. Phương pháp nghiên cứu 3
5. Sản phẩm dự kiến 3
6. Bố cục đề tài . 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG . 4
1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG 4
1.2. KHÁI NIỆM VỀ KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG . 16
1.3. ĐẶC ĐIỂM CỦA KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG 17
1.4. SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG 19
1.5. KẾT CẤU HỆ DẦM SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG . 20
1.5.1. Khái niệm hệ dầm sàn liên hợp thép - bê tông (LH-TBT) . 20
1.5.2. Bố trí hệ dầm sàn LH-TBT trong công trình nhà dân dụng . 21
a. Bố trí tấm tôn sóng trong hệ dầm sàn LH-TBT 21
b. Bố trí hệ dầm thép trong hệ dầm sàn LH-TBT . 21
1.6. VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG . 24
1.6.1. Bê tông 24
1.6.2. Cốt thép thanh . 26
1.6.3. Thép kết cấu . 26
1.6.4. Tôn định hình của sàn liên hợp 27
1.6.5. Chốt liên kết . 27
NHẬN XÉT CHƯƠNG 1 27
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG 28
2.1. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG THEO EUROCODE 4 28
2.1.1. Phương pháp và tiêu chuẩn tính toán . 28
2.1.2. Phương pháp thi công dầm liên hợp thép - bê tông . 29
2.1.3. Nguyên tắc thiết kế dầm liên hợp . 31
2.1.4. Kiểm tra dầm liên hợp thép - bê tông theo từng giai đoạn 37
2.2. TÍNH TOÁN DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊTÔNG THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE 4 . 38
2.2.1. Tính toán theo trạng thái phá hỏng của dầm liên hợp (Trạng thái giới hạn 1) . 38
a. Hệ số mô đun đàn hồi chung . 38
b. Chiều dày của sàn bê tông . 39
c. Chọn kích thước tôn hình 40
d. Chiều rộng tham gia làm việc của tấm đan 40
e. Phân loại tiết diện ngang . 42
f. Khả năng chịu mômen uốn của tiết diện . 45
g. Khả năng chịu cắt (sức bền chịu cắt) của tiết diện . 51
2.2.2. Tính toán theo trạng thái tới hạn sử dụng của dầm liên hợp (trạng thái tới hạn 2) . 54
2.2.3. Liên kết trong kết cấu liên hợp 55
a. Sức bền (khả năng) tính toán của các liên kết truyền thống . 56
b. Liên kết hoàn toàn và liên kết không hoàn toàn . 58
NHẬN XÉT CHƯƠNG 2 60
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN DẦM LIÊN HỢP ĐƠN GIẢN THÉP – BÊ TÔNG CÓ TIẾT DIỆN DẦM THÉP THAY ĐỔI . 61
3.1. MỤC ĐÍCH THAY ĐỔI TIẾT DIỆN DẦM THÉP TRONG DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG 61
3.2. GIỚI THIỆU CÁC GIẢI PHÁP THAY ĐỔI TIẾT DIỆN DẦM THÉP 61
3.3. PHƯƠNG PHÁP THIẾT LẬP TIẾT DIỆN MỚI CỦA DẦM THÉP TRONG DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG . 63
3.3.1. Chọn trước tiết diện rồi xác định vị trí thay đổi tiết diện 63
3.3.2. Xác định vị trí thay đổi tiết diện rồi thiết kế lại tiết diện . 64
3.3.3. Tính toán mômen bền dẻo của dầm liên hợp 64
3.3.4. Tính toán với lực cắt . 64
3.3.5. Tính toán liên kết . 64
3.3.6. Tính toán độ võng 65
3.4. VÍ DỤ SỐ 65
3.4.1. Số liệu đầu bài 65
3.4.2. Xác định tiết diện dầm liên hợp và tính toán mô men bền dẻo
68
3.4.3. Xác định tải trọng tác dụng lên dầm . 72
3.4.4. Thay đổi tiết diện dầm thép và xác định vị trí thay đổi tiết diện
73
3.4.5. Tính toán liên kết chốt 76
3.4.6. Tính toán độ võng 79
a. Tính độ võng ứng với độ cứng của tiết diện giữa dầm . 79
b. Tính độ võng ứng với độ cứng của tiết diện dầm ở gần gối . 80
c. Tính độ võng ứng với độ cứng của tiết diện trung bình cộng hai tiết diện dầm 81
d. Tính độ võng ứng với độ cứng của tiết diện trung bình theo tỉ lệ với độ dài từng phần hai tiết diện 83
e. Tính độ võng dầm bằng phần mềm máy tính 84
3.4.7. Tổng hợp kết quả tính toán 86
3.4.8. Khảo sát tính toán độ võng với các nhịp dầm khác nhau 89
NHẬN XÉT CHƯƠNG 3 96
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 97
TÀI LIỆU THAM KHẢO 99