Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu, tính toán kết cấu dầm liên hợp thép bê tông ứng suất trước trong công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, Chuyên ngành: Xây dựng công trình xây dựng dân dụng công nghiệp. Tài liệu cho các bạn tham khảo, nghiên cứu....
bộ giáo dục và đào tạo trờng đại học xây dựng Phạm anh tuấn PHạM ANH tuấn NGHIÊN CứU tính toán KếT CấU DầM LIÊN HợP thép - BÊ TÔNG ứng suất trớc TRONG xây dựng dân dụng v công nghiệp luận án tiến sỹ kỹ thuật Hà Nội Năm 2012 PHM ANH TUN * LUN N TIN S K THUT * M S 62.58.20.01 NM 2012 bộ giáo dục và đào tạo trờng đại học xây dựng PPHạM ANH tuấn Phạm anh tu NGHIÊN CứU tính toán KếT CấU DầM LIÊN HợP thép - BÊ TÔNG ứng suất trớc TRONG xây dựng dân dụng v công nghiệp Chuyên ngành: Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 62.58.20.01 luận án tiến sỹ kỹ thuật ngời hớng dẫn khoa học 1. GS.TS Phạm Văn Hội 2. GS.TS Lê Xuân Huỳnh Hà Nội Năm 2012 lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và cha đợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Phạm Anh Tuấn lời cảm ơn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Phạm Văn Hội và GS.TS Lê Xuân Huỳnh là những ngời thầy đã tận tình, hớng dẫn, giúp đỡ trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy Lê Huy Nh và các cán bộ, thí nghiệm viên Phòng Thí nghiệm và Kiểm định công trình - trờng Đại học Xây dựng đã nhiệt tình giúp đỡ quá trình nghiên cứu thực nghiệm của luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn KS. Ngô Quốc Việt, Ths Hà Mạnh Hùng đã giúp đỡ tác giả rất nhiều trong quá trình thực hiện luận án. Tác giả vô cùng biết ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của Trờng Đại học Xây dựng, Khoa Sau đại học, Khoa Xây dựng và tập thể Bộ môn Công trình thép gỗ, nơi tác giả đã nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn Công ty Cổ phần T vấn Công nghệ, Thiết bị và Kiểm định Xây dựng - CONINCO, nơi tác giả đang công tác đã tạo điều kiện thuận lợi, hỗ trợ kinh phí, thời gian để tác giả hoàn thành tốt luận án. Cuối cùng tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã động viên, khích lệ, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả Phạm Anh Tuấn i Mục lục Trang Mở đầu 1 1. Lý do chọn đề tài 1 2. Mục đích, đối tợng, phạm vi và phơng pháp nghiên cứu của luận án 2 3. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu 3 Chơng 1: Tổng quan về kết cấu liên hợp thép - bê tông và hớng sử dụng ứng suất trớc trong loại kết cấu này 4 1.1. Tổng quan về kết cấu liên hợp thép - bê tông 4 1.1.1. Tình hình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp thép - bê tông 4 1.1.2. Kết cấu liên hợp thép - bê tông tại Việt Nam 8 1.2. ứng suất trớc trong kết cấu công trình bằng thép hoặc BTCT 9 1.2.1. Nguyên lý ứng suất trớc 9 1.2.2. Các phơng pháp tạo ứng suất trớc 10 1.2.3. Hiệu quả của việc sử dụng phơng pháp ứng suất trớc 10 1.3. Phơng pháp ứng suất trớc trong kết cấu liên hợp thép - bê tông 11 1.3.1. Một số nghiên cứu ở nớc ngoài và trong nớc 11 1.3.1.1. Nghiên cứu thực nghiệm 11 1.3.1.2. Nghiên cứu lý thuyết 15 1.3.2. Các khả năng sử dụng phơng pháp ứng suất trớc trong kết cấu liên hợp thép -bê tông tại Việt Nam 15 1.3.3. Nội dung nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm của luận án 15 1.4. Vật liệu sử dụng trong dầm liên hợp thép -bê tông ứng suất trớc 16 1.4.1. Bê tông 16 1.4.1.1. Quy định của Eurocode 2 và Eurocode 4 16 1.4.1.2. Quy định theo TCXDVN 356:2005 17 1.4.1.3. So sánh các đặc trng cơ học của bê tông giữa hai tiêu chuẩn Eurocode 4 và TCXDVN 356:2005 17 1.4.2. Cốt thép thanh 18 ii 1.4.2.1. Quy định của Eurocode 4 18 1.4.2.2. Quy định theo TCXDVN 356:2005 19 1.4.3. Thép kết cấu 19 1.4.3.1. Quy định theo Eurocode 4 19 1.4.3.2. Quy định theo TCVN 5709 - 1993 20 1.4.4. Tôn định hình của sàn liên hợp 20 1.4.5. Dây (thanh) căng 21 1.4.6. Chốt liên kết 22 Thảo luận các nội dung đạt đợc trong Chơng 1 23 Chơng 2: Tính toán dầm liên hợp thép - bê tông ứng suất trớc 25 2.1. Nguyên tắc tính toán dầm liên hợp thép - bê tông ƯST 26 2.1.1. Đặc điểm làm việc của dầm liên hợp thép -bê tông ƯST 26 2.1.2. Phơng pháp thi công dầm liên hợp thép - bê tông ƯST 27 2.1.3. Đặc điểm tính toán theo phơng pháp thi công 27 2.1.3.1. Phơng pháp thi công không chống đỡ 28 2.1.3.2. Phơng pháp thi công có chống đỡ 28 2.1.4. Kiểm tra dầm liên hợp thép - bê tông ƯST theo từng giai đoạn 29 2.1.4.1. Giai đoạn thi công 29 2.1.4.2. Giai đoạn sử dụng 29 2.2. Tính toán dầm liên hợp thép - bê tông ƯST trong giai đoạn thi công 30 2.2.1. Trạng thái ứng suất của dầm thép ƯST 30 2.2.2. Chiều dài dây căng hợp lý và lực căng trớc 31 2.2.2.1. Xác định chiều dài hợp lý của dây căng trong dầm liên tục 31 2.2.2.2. Xác định lực căng trớc 33 2.2.3. Xác định tự ứng lực 36 2.2.4. Kiểm tra dầm thép ƯST theo trạng thái giới hạn 1 37 2.2.5. Kiểm tra dầm thép ƯST theo trạng thái giới hạn 2 39 2.3. Tính toán dầm LHT-BT ƯST trong giai đoạn sử dụng 40 2.3.1. Các thông số cơ bản 40 2.3.1.1. Hệ số mô đun đàn hồi chung 41 iii 2.3.1.2. Chiều dày của sàn bê tông 41 2.3.1.3. Chọn kích thớc tôn hình 42 2.3.1.4. Chiều rộng tham gia làm việc của tấm sàn 42 2.3.1.5. Phân loại tiết diện ngang 43 2.3.2. Mô men quán tính của tiết diện dầm liên hợp thép - bê tông 43 2.3.2.1. Tiết diện chịu mô men dơng 43 2.3.2.2. Tiết diện chịu mô men âm 46 2.3.3. Xác định tự ứng lực 47 2.3.4. Kiểm tra theo trạng thái giới hạn sử dụng 48 2.3.4.1. Kiểm tra ứng suất trong dầm khi thi công theo phơng pháp không chống đỡ 49 2.3.4.2. Kiểm tra ứng suất trong dầm khi khi thi công theo phơng pháp có chống đỡ 50 2.3.4.3. Kiểm tra độ võng của dầm 51 2.3.5. Kiểm tra theo trạng thái giới hạn phá hoại 53 2.3.5.1. Các giả thiết khi phân tích cứng dẻo và phạm vi ứng dụng 53 2.3.5.2. Mô men dẻo giới hạn của dầm liên hợp thép - bê tông ƯST 54 2.3.5.3. Xác định mô men dẻo dơng giới hạn 55 2.3.5.4. Xác định mô men dẻo âm giới hạn 59 2.3.6. Trình tự tính toán dầm liên hợp thép - bê tông ƯST 62 Thảo luận nội dung đạt đợc trong Chơng 2 65 Chơng 3: Chơng trình máy tính và ứng dụng tính toán dầm LHT- BT ƯST 66 3.1. Chơng trình tính dầm liên hợp thép - bê tông ƯST - PCB 1.0 66 3.2. ứng dụng chơng trình PCB 1.0 vào tính toán thiết kế 70 3.3. ứng dụng chơng trình PCB 1.0 để khảo sát thiết kế, tính hiệu quả 72 3.3.1. Khảo sát bài toán thiết kế, kiểm tra dầm LHT-BT ƯST 72 3.3.2. Khảo sát bài toán tính hiệu quả dầm LHT-BT ƯST 73 Thảo luận nội dung đạt đợc trong Chơng 3 75 Chơng 4: Nghiên cứu thực nghiệm kiểm chứng 76 iv 4.1. Mục đích, địa điểm, thời gian thí nghiệm: 76 4.1.1. Mục đích thí nghiệm 76 4.1.2. Đơn vị thí nghiệm, địa điểm, thời gian 77 4.2. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 77 4.2.1. Thiết kế thí nghiệm 78 4.2.1.1. Thiết kế mẫu thí nghiệm 78 4.2.1.2. Bố trí tải trọng cho thí nghiệm 79 4.2.1.3. Bố trí thiết bị đo của dầm liên hợp thép - bê tông ƯST (D1) 79 4.2.1.4. Bố trí thiết bị đo của dầm liên hợp thép - bê tông (D2) 80 4.2.2. Thiết kế bệ thí nghiệm, hệ gia tải, các liên kết 81 4.2.3. Vật liệu chế tạo mẫu thí nghiệm 82 4.2.3.1. Dầm thép 82 4.2.3.2. Bê tông 83 4.2.3.3. Thanh căng 84 4.2.3.4. Liên kết neo 85 4.3. Quy trình thí nghiệm, thiết bị thí nghiệm và dụng cụ đo 85 4.3.1. Hệ kích thủy lực gia tải 85 4.3.2. Dụng cụ thí nghiệm 85 4.3.2.1. Biến dạng kế điện trở 85 4.3.2.2. Biến dạng kế cơ học 86 4.3.2.3. Chuyển vị kế 86 4.3.3. Quy trình gia tải 86 4.3.3.1. Dầm liên hợp thép - bê tông ƯST (D1) 86 4.3.3.2. Dầm liên hợp thép - bê tông (D2) 87 4.4. Các thông số đợc nghiên cứu 88 4.5. Kết quả tổng quát thí nghiệm 89 4.5.1. Kết quả tổng quát 89 4.5.2. Ghi chép hiện tợng 89 4.5.2.1. Dầm liên hợp thép - bê tông ƯST (D1) 89 4.5.2.2. Dầm liên hợp thép - bê tông (D2) 91 v 4.5.3. Nhận xét chung về quá trình thí nghiệm 92 4.6. Kiểm chứng lý thuyết với thực nghiệm - giai đoạn chịu tải thi công 93 4.6.1. Dầm thép ƯST (D1) 93 4.6.1.1. ứng suất trong dầm thép 93 4.6.1.2. ứng suất trong thanh căng 93 4.6.1.3. Độ võng tại vị trí giữa dầm D1 94 4.6.2. Dầm thép (D2) 95 4.6.2.1. ứng suất trong dầm thép 95 4.6.2.2. Độ võng tại vị trí giữa dầm thép (D2) 95 4.7. Kiểm chứng lý thuyết với thực nghiệm - giai đoạn chịu tải sử dụng 95 4.7.1. Dầm liên hợp thép - bê tông ƯST (D1) 95 4.7.1.1. ứng suất trong bản bê tông 95 4.7.1.2. ứng suất trong thép hình 96 4.7.1.3. ứng suất trong thanh căng 97 4.7.1.4. Độ võng của dầm liên hợp thép - bê tông ƯST 98 4.7.2. Dầm liên hợp thép - bê tông (Dầm D2) 99 4.7.2.1. ứng suất trong bê tông 99 4.7.2.2. ứng suất trong thép hình 99 4.7.2.3. Độ võng của dầm liên hợp thép - bê tông 100 4.9. So sánh Mô men dẻo giới hạn gh d [M] giữa lý thuyết và thực nghiệm 101 4.10. Phân tích nguyên nhân phá hoại 101 4.10.1. Dầm liên hợp thép - bê tông ƯST (D1) 101 4.10.2. Dầm liên hợp thép - bê tông (D2) 102 Thảo luận về nội dung đạt đợc trong Chơng 4 103 Kết luận chung của luận án 106 Kiến nghị 106 Danh mục những công trình công bố của tác giả 107 Danh mục Tài liệu tham khảo 108 Phụ lục 113 vi danh mục các ký hiệu Các ký hiệu viết hoa: A a : Diện tích thép hình A d : Diện tích dây căng A s : Diện tích cốt thép thanh A eq : Diện tích tơng đơng của tiết diện liên hợp E a : Mô đun đàn hồi thép hình E d : Mô đun đàn hồi dây căng E cm : Mô đun đàn hồi cát tuyến của bê tông I a : Mô men quán tính uốn thép hình I d : Mô men quán tính uốn dây căng I s : Mô men quán tính uốn cốt thép thanh L : Chiều dài dầm L d : Chiều dài dây căng M : Mô men uốn do tải trọng M a : Mô men tại điểm bố trí neo M Rd : Giá trị tính toán của mômen bền của tiết diện khi uốn M + pl.Rd : Mô men bền dẻo dơng M - pl.Rd : Mô men bền dẻo âm gh d ][M + : Mô men dẻo dơng giới hạn của dầm LHT-BT ƯST gh d ][M Mô men dẻo âm giới hạn của dầm LHT-BT ƯST N : Lực dọc, số lợng của liên kết P R : Sức bền chịu cắt của liên kết W ia : Mô men kháng uốn của dầm thép W eq : Mô men kháng uốn của tiết diện dầm liên hợp [...]... kiểm chứng Kết luận 4 Chơng 1: Tổng quan về kết cấu liên hợp thép - bê tông v hớng sử dụng ứng suất trớc trong loại kết cấu ny 1.1 Tổng quan về kết cấu liên hợp thép - bê tông 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp thép - bê tông Lịch sử phát triển của việc dùng kết cấu liên hợp thép- bê tông (LHTBT) gắn liền với lịch sử phát triển kết cấu bê tông cốt thép, vì thực chất loại kết cấu này... loại kết cấu này 4 Nội dung và cấu trúc của luận án - Nội dung của luận án bao gồm 4 chơng với 106 trang, 71 hình vẽ, 27 bảng biểu với cấu trúc nh sau: Mở đầu Chơng I: Tổng quan kết cấu dầm liên hợp thép - bê tông và hớng sử dụng ứng suất trớc trong loại kết cấu này Chơng II: Tính toán dầm liên hợp thép - b tông ứng suất trớc Chơng III: Chơng trình máy tính, ứng dụng khảo sát và tính toán Chơng IV: Nghiên. .. nghiên cứu - Tìm hiểu lý thuyết và phơng pháp tính kết cấu LHT-BT và những thành tựu ứng dụng của kết cấu này trên thế giới và tại Việt Nam - Nghiên cứu lý thuyết tính toán kết cấu ƯST trong lĩnh vực kết cấu thép, từ đó thiết lập lý thuyết tính toán kết cấu dầm LHT-BT ƯST 3 - Khảo sát và ứng dụng tính toán các dầm đơn giản và liên tục LHT-BT ƯST; - Thí nghiệm kết cấu dầm LHT-BT ƯST trên mô hình lớn... trờng hợp cá biệt của kết cấu bê tông cốt thép Do tính chất cấu tạo của cốt thép khác so với kết cấu bê tông cốt thép thông thờng, nó có thể ở dạng thép tấm, thép hình, thép ống, thép ở dạng khung, nó có thể nằm ngoài (kết cấu thép nhồi bê tông) , hay có thể nằm bên trong bê tông (kết cấu thép bọc bê tông) , hoặc có thể nằm ở hai thớ khác nhau của tiết diện nên tính chất làm việc, sự tơng tác giữa bê tông. .. cấu LHT-BT trên thế giới là các nghiên cứu thực nghiệm vào các thí nghiệm để chứng minh tính hiệu quả của kết cấu LHT-BT ƯST so với kết cấu LHT-BT thông thờng, còn về lý thuyết tính toán cha thấy có các nghiên cứu tổng quát và cụ thể Do đó tác giả đã lựa chọn đề tài Nghiên cứu, tính toán kết cấu dầm liên hợp thép - bê tông ứng suất trớc trong xây dựng dân dụng và công nghiệp cho luận án tiến sỹ kỹ thuật... đem lại những tính năng đặc biệt và giải quyết đợc những yêu cầu về kiến trúc và công nghệ Trong lĩnh vực xây dựng dân dụng, sử dụng ƯST trong kết cấu LHT-BT hiện nay cha đợc nghiên cứu và ứng dụng nhiều, ngay cả trong tiêu chuẩn Eurocode 4 - Kết cấu liên hợp thép - bê tông cũng cha có quy định cụ thể về ứng suất trớc Theo các tài liệu tham khảo, việc nghiên cứu ứng dụng ƯST vào kết cấu LHT-BT trên... dạng của kết cấu ứng suất trớc đến nay là một phơng án thiết kế hiện đại rất phổ biến trong kết cấu bê tông cốt thép, kết cấu thép và đã đợc ứng dụng rộng rãi trên thế giới cũng nh tại Việt Nam Kết cấu LHT-BT là sự kết hợp giữa kết cấu thép và kết cấu bê tông, với các đặc trng về vật liệu, đặc điểm làm việc sẵn sàng đáp ứng các yêu cầu của phơng án ƯST Việc sử dụng phơng án thiết kế ƯST vào kết cấu LHT-BT... tài Kết cấu liên hợp thép - bê tông (LHT-BT) đã đợc nghiên cứu, ứng dụng và phát triển từ hơn 100 năm nay và đã thể hiện những u điểm của nó về khả năng chịu lực, thời gian thi công, ứng dụng vào các công trình cao tầng, công trình nhịp lớn ứng suất trớc (ƯST) là một phơng pháp tạo nên trong kết cấu ứng suất ngợc dấu với ứng suất do tải trọng gây ra nhằm mục đích tăng khả năng chịu lực của kết cấu, ... phạm vi và phơng pháp nghiên cứu của luận án * Mục đích của luận án: - Kết hợp những u điểm của dầm LH T-BT và ứng suất trớc để có một phơng án kết cấu có hiệu quả cao hơn * Để đạt đợc mục đích trên thì nhiệm vụ của luận án đề ra là: - Nghiên cứu, thiết lập các công thức tính toán trong kết cấu dầm LHTBT ƯST để áp dụng vào thực tế - Xây dựng trình tự tính toán, chơng trình tính toán kết cấu dầm LHTBT... lực hợp lý trong kết cấu, trong các kết cấu siêu tĩnh nh dầm, dàn, vòm Phơng pháp này thờng sử dụng trong các kết cấu công trình bằng thép Phơng pháp gây ứng suất kéo trớc các cấu kiện mảnh để tạo độ cứng cho chúng, thờng đợc dùng rộng rãi trong kết cấu thép nhằm tăng độ cứng cho kết cấu, đặc biệt là các kết cấu treo Phơng pháp tạo ứng suất trớc bằng cách gây biến dạng đàn hồi các bộ phận của kết cấu . Hà Nội Năm 2012 PHM ANH TUN * LUN N TIN S K THUT * M S 62.58.20.01 NM 2012 bộ giáo dục và đào tạo trờng đại học xây dựng PPHạM ANH tuấn Phạm anh tu NGHIÊN CứU tính. luận chung của luận án 106 Kiến nghị 106 Danh mục những công trình công bố của tác giả 107 Danh mục Tài liệu tham khảo 108 Phụ lục 113 vi danh mục các ký hiệu Các ký hiệu viết hoa: A a. Eurocode 2 và Eurocode 4 16 1.4.1.2. Quy định theo TCXDVN 356:2005 17 1.4.1.3. So sánh các đặc trng cơ học của bê tông giữa hai tiêu chuẩn Eurocode 4 và TCXDVN 356:2005 17 1.4.2. Cốt thép thanh