Thạc Sĩ Nghiên cứu ảnh hưởng của cánh tiết diện chữ T đến khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt thép

LUẬN VĂN THẠC SỸ KIẾN TRÚC
NĂM 2011

Mở đầu 7
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 9
1.1 Dầm BTCT và các dạng tiết diện 9
1.2 Sự làm việc của dầm bê tông cốt thép chịu lực cắt 12
1.2.1 ứng suất trong dầm đàn hồi đồng chất 13
1.2.2 ứng suất trong dầm bê tông cốt thép 14
1.2.3 Các dạng phá hoại của dầm không có cốt thép ngang 15
1.3 Các mô hình tính toán dầm chịu cắt 17
1.3.1 Mô hình giàn với thanh xiên nghiêng góc 45 17
1.3.2 Mô hình giàn với góc nghiêng thay đổi 20
1.3.3 Mô hình chống giằng 21
1.3.4 Mô hình miền nén (Compression Field Theory – CFT) 23
1.3.5 Lý thuyết miền nén cải tiến (Modified Compression Field Theory - MCFT 26

CHƯƠNG 2 : CÁC TIÊU CHUẨN THỰC HÀNH THIẾT KẾ KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP
chịu uốn tiết diện chữ T 31
2.1 Khả năng chịu cắt của dầm không có cốt thép đai 31
2.2 Trạng thái làm việc của dầm khi có cốt đai 32
2.3 Khả năng chịu cắt của dầm theo TCXDVN 356-2005 33
2.3.1 Điều kiện tính toán. 33
2.3.2 Điều kiện bê tông chịu nén giữa các vết nứt nghiêng 34
2.3.3 Điều kiện độ bền của tiết diện nghiêng 35
2.3.4 Tính toán theo giáo trình kết cấu BTCT 37
2.4 Khả năng chịu cắt của dầm theo tiêu chuẩn ACI 318 – 2002 46
2.4.1 Khả năng chịu cắt của bê tông 46
2.4.2 Khả năng chịu cắt của thép đai 47
2.4.3 Giới hạn về đường kính và khoảng cách của cốt thép đai 48
2.4.4 Quy trình tính toán cốt thép đai 48
2.5 Tính toán theo tiêu chuẩn Châu Âu EUROCODE EN 1992-1-1 50
2.5.1 Khả năng chịu cắt của bê tông 50
2.5.2 Điều kiện hạn chế 51
2.5.3 Tính toán cốt đai 52
2.6 Khả năng chịu cắt của dầm BTCT theo MCFT 55

CHƯƠNG 3 : VÍ DỤ TÍNH TOÁN 64
3.1 Trường hợp nhịp chịu cắt a = 1500mm > 2,5 h0 = 1150mm 65
3.1.1 Khả năng chịu cắt của bê tông theo TCXDVN 356-2002 66
3.1.2 Khả năng chịu cắt của bê tông theo ACI 318-2002 68
3.1.3 Khả năng chịu cắt của bê tông theo Eurocode 1992-1-1 69
3.1.4 Khả năng chịu cắt của bê tông theo MCFT 70
3.2 Trường hợp nhịp chịu cắt a = 1000mm < 2,5 h0= 1150mm 77
3.2.1 Khả năng chịu cắt của bê tông theo TCXDVN 356-2002 78
3.2.2 Khả năng chịu cắt của bê tông theo ACI 318-2002 81
3.2.3 Khả năng chịu cắt của bê tông theo Eurocode 1992-1-1 82
3.2.4 Khả năng chịu cắt của bê tông theo MCFT 82
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92
Tài liệu tham khảo 94

MỞ ĐẦU
* Sự cần thiết của đề tài
Đánh giá khả năng chịu lực của cấu kiện là nhiệm vụ rất quan trọng trong công tác thiết kế. Hầu hết các nước phát triển trên thế giới đã và đang dành nhiều sự quan tâm đến việc đánh giá khả năng chịu cắt của cấu kiện chịu uốn, được thể hiện qua một loạt các công trình đã công bố trong những năm qua. Sự hoàn thiện của lý thuyết và mô hình tính toán nhằm đánh giá phù hợp hơn sự làm việc thực tế của các cấu kiện.
Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép của Việt Nam hiện hành TCXDVN 356 : 2005 về khả năng chống cắt của dầm BTCT tiết diện chữ T tuy đáp ứng được các yêu cầu về thiết kế, đã đề cập tới phần cánh nhưng còn nhiều yếu tố chưa được xem xét, đánh giá như mômen M, cốt dọc chịu lực, kích cỡ cốt liệu trong tính toán, vùng bê tông chịu kéo Vì vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của những yếu tố nêu trên có ý nghĩa cần thiết trong lý thuyết và thực tiễn thiết kế kết cấu. Đã có nhiều tác giả nghiên cứu khả năng chịu cắt của dầm BTCT khi xét đến ảnh hưởng của các yếu tố như hàm lượng cốt dọc chịu lực, vị trí cốt dọc, lực dọc , các kết luận của các tác giả cho thấy các yếu tố trên có ảnh hưởng đến khả năng chịu cắt của dầm BTCT.
Xuất phát từ những yếu tố trên, nhằm làm rõ hơn ảnh hưởng của cánh tiết diện chữ T của dầm BTCT có xét đến sự làm việc của bê tông vùng kéo . Đề tài : Nghiên cứu ảnh hưởng của cánh tiết diện chữ T dến khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt thép là cần thiết và có ý nghĩa thực tế, lý thuyết.

* Mục đích nghiên cứu
Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của cánh tiết diện chữ T dến khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt thép, có xét đến ảnh hưởng của vùng bê tông chịu kéo.
* Đối tượng nghiên cứu
Dầm BTCT chịu uốn tiết diện chữ T.
* Phạm vi nghiên cứu
Dầm đơn giản chịu tải trọng tập trung.
* Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận văn gồm:
Nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu các tài liệu, các mô hình, các tiêu chuẩn tính toán về khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ T trên thế giới, kết hợp với các tiêu chuẩn TCXDVN 356 – 2005.
Nghiên cứu thực nghiệm trên máy tính: Sử dụng phần mềm tính toán tiên tiến để chứng minh kết quả nghiên cứu.
* ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài
– Nghiên cứu xét đến ảnh hưởng bê tông vùng kéo và sự tham gia của phần cánh trong tiết diện chữ T đến khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt thép chịu uốn.
– Góp phần đề xuất trong tính toán thiết kế kết cấu về khả năng chịu cắt trong dầm bê tông cốt thép.
– Là tài liệu tham khảo cho sinh viên, cán bộ nghiên cứu và tham khảo cho công tác thiết kế kết cấu nói chung.




Chương 1 : Tổng quan về khả năng chịu cắt
của dầm bê tông cốt thép
1.1 Dầm BTCT và các dạng tiết diện
Dầm bê tông cốt thép (BTCT) là cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn, có chiều cao và chiều rộng khá nhỏ so với chiều dài của nó. Tiết diện ngang của dầm có thể là chữ nhật, chữ T, chữ I, hình thang, hình hộp , thường gặp nhất là tiết diện chữ nhật và chữ T [10].





Hình 1.1: Các dạng tiết diện của dầm.
Dầm tiết diện chữ T gồm có cánh và sườn hình (hình 1.2 a). Cánh có thể nằm trong vùng nén (hình 1.2 b) hoặc nằm trong vùng kéo (hình 1.2 c ). Khi cánh nằm trong vùng nén, diện tích vùng bê tông chịu nén tăng thêm so với tiết diện chữ nhật bxh. Do vậy cùng tiết diện chữ T cánh nằm trong vùng nén sẽ tiết kiệm hơn tiết diện chữ nhật. Khi cánh nằm trong vùng kéo, vì bê tông không được tính cho chịu kéo nên về mặt cường độ nó chỉ có giá trị như tiết diện chữ nhật bxh. Việc bố trí cánh trong vùng kéo là do các yêu cầu về cấu tạo kiến trúc và yêu cầu về bố trí cốt thép trong tiết diện.



Tài liệu tham khảo
1. Nguyễn Thế Anh (2003), Nghiên cứu khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt thép, Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật, Trường Đại học Xây dựng, Hà Nội.
2. Phạm Quốc Anh (2007), Nghiên cứu phương pháp thực hành tính toán cốt đai theo tiêu chuẩn TCXDVN 356-2005, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Xây dựng, Hà Nội.
3. Nguyễn Đình Cống, Nguyễn Xuân Liên, Nguyễn Phấn Tấn (1984), Kết cấu bê tông cốt thép, Nxb Xây dựng, Hà Nội.
4. Nguyễn Đình Cống (2007), Tính toán thực hành cấu kiện bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn TCXDVN 356: 2005, Nxb Xây dựng, Hà Nội.
5. Nguyễn Trung Hoà (2006), Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn Châu Âu EUROCODE EN 1992-1-1, Dịch và chú giải, Nxb Xây dựng, Hà Nội.
6. Nguyễn Trung Hoà (2003), Kết cấu bê tông cốt thép theo quy phạm Hoa Kỳ, Nxb Xây dựng, Hà Nội.
7. Lê Ngọc Hồng, Lê Ngọc Thạch (2002), Cơ sở học môi trường liên tục và lý thuyết đàn hồi, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
8. Lê Ngọc Hồng (2006), Sức bền vật liệu, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
9. Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Ngọc Phương, (2000), "Khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt thép", Đề tài nghiên cứu cấp Bộ, mã số B2000-34-70, Bộ Giáo dục và Đào tạo, Hà Nội.
10. Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2006), Kết cấu bê tông cốt thép, Nxb Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
11. Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, (2010), Kết cấu bê tông cốt thép thiết kế theo tiêu chuẩn châu âu, Nxb Xây dựng, Hà Nội.
12. Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống, Nguyễn Xuân Liên, Trịnh Kim Đạm, Nguyễn Phấn Tấn (1995), Kết cấu bê tông cốt thép, Nxb Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
13. Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống, Trịnh Kim Đạm, Nguyễn Xuân Liên, Nguyễn Phấn Tấn (2001), Kết cấu bê tông cốt thép, Nxb. Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
14. Nguyễn Ngọc Phương (2002), ảnh hưởng của hàm lượng cốt dọc tới khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt thép, Tạp chí Xây dựng, (Số tháng 2- 2002), Hà Nội.
15. Nguyễn Ngọc Phương (2008), khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt thép ứng lực trước, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến trúc, Hà Nội
16. Trần Mạnh Tuân, Nguyễn Hữu Thành, Nguyễn Hữu Lân, Nguyễn Hoàng Hà (2001), Kết cấu bê tông cốt thép, Nxb Xây dựng, Hà Nội.
17. Trần Mạnh Tuân (2003), Tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn ACI 318-2002, Nxb Xây dựng, Hà Nội.
18. Phạm Minh Tuấn (2007), Tính toán cường độ trên tiết diện nghiêng của cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn theo tiêu chuẩn TCXDVN 356: 2005, Luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật, Trường Đại học Xây dựng, Hà Nội.
19. Nguyễn Viết Trung (2000), Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép hiện đại theo tiêu chuẩn ACI, Nxb Giao thông vân tải, Hà Nội.
20. Nguyễn Viết Trung, Dương Tuấn Minh, Nguyễn Thị Tuyết Trinh (2005), Tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo mô hình giàn ảo, Nxb Xây dựng, Hà Nội.
21. Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (2005), TCXDVN 356: 2005, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế, Nxb Xây dựng, Hà Nội.