Thông tin tài liệu
Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o
Trêng ®¹i häc x©y dùng
-------------------
Ph¹m trung dòng
NGHI£N CøU §é CøNG CHèNG UèN
CñA SµN BUBBLEDECK
Chuyªn Ngµnh: x©y dùng c«ng tr×nh dd & cn
M· sè: 60.58.20
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
C¸n bé híng dÉn:
Gs.ts nguyÔn ®×nh cèng
Hµ néi - 2009
LỜI NÓI ĐẦU
Nhu cÇu x©y dùng c¸c c«ng tr×nh nhµ cao tÇng phôc vô môc ®Ých lµm nhµ ë,
lµm v¨n phßng cho thuª ®ang rÊt ph¸t triÓn, cã mét xu híng chung lµ c¸c KiÕn tróc
s ®Òu muèn t¨ng kh«ng gian sö dông b»ng c¸ch kÐo d·n kho¶ng c¸ch c¸c bíc cét
lªn ®Õn møc 8m, 10m, 12m thËm chÝ 15m vµ sö dông sµn ph¼ng ®Ó dÔ dµng bè trÝ
kh«ng gian sö dung ®èi víi c«ng tr×nh BTCT. §Ó ®¸p øng yªu cÇu nµy c¸c kÕt cÊu s
®· nghiªn cøu vµ øng dông nhiÒu gi¶i ph¸p, cã thÓ ph©n lo¹i c¸c gi¶i ph¸p nh sau:
cÆp gi¶i ph¸p kÕt cÊu BTCT toµn khèi vµ kÕt cÊu BTCT l¾p ghÐp, cÆp gi¶i ph¸p kÕt
cÊu BTCT thêng vµ kÕt cÊu BTCT øng lùc tríc. Bªn c¹nh c¸c gi¶i ph¸p mang tÝnh
®iÓn h×nh, ®Ó kh¾c phôc nhîc ®iÓm cña tõng gi¶i ph¸p cã thªm xu híng sö dông
kÕt hîp nh kÕt cÊu BTCT b¸n l¾p ghÐp, kÕt cÊu BTCT toµn khèi, l¾p ghÐp, b¸n l¾p
ghÐp kÕt hîp cã hoÆc kh«ng thÐp øng lùc tríc. Gi¶i ph¸p ®îc nhiÒu ngêi quan t©m
sö dông nhÊt lµ gi¶i ph¸p BTCT b¸n l¾p ghÐp vµ kh«ng cÇn sö dông c¸p øng lùc
tríc. B¶n th©n em qua c«ng viÖc thùc tÕ ®· cã sö dông gi¶i ph¸p kÕt cÊu sµn rçng
BubbleDeck, gi¶i ph¸p nµy tËn dông u ®iÓm cña c«ng nghÖ l¾p ghÐp vµ toµn khèi,
phÇn BTCT ®æ toµn khèi lµ rÊt lín t¹o tÝnh ®ång nhÊt cña hÖ kÕt cÊu. HÖ sµn
BubbleDeck sö dông bãng rçng t¹i vïng bª t«ng Ýt chÞu lùc nªn gi¶m träng lîng b¶n
th©n cña sµn, ®iÒu nµy dÉn ®Õn t¨ng kho¶ng c¸ch líi cét, gi¶m kÝch thíc cét, mãng
cho c«ng tr×nh.
Lý thuyÕt tÝnh to¸n cña kÕt cÊu nµy sö dông lý thuyÕt c¬ b¶n cña kÕt cÊu BTCT
kÕt hîp víi tiªu chuÈn cña Hµ Lan vµ ch©u ¢u ¸p dông cho hÖ sµn BubbleDeck. ViÖc
tÝnh to¸n ®é vâng cña sµn nµy hiÖn nay cha cã c«ng thøc tÝnh to¸n theo tiªu chuÈn
ViÖt Nam, b»ng viÖc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm kh¶ n¨ng lµm viÖc chÞu uèn vµ quy ®æi tiÕt
diÖn t¬ng ®¬ng cña sµn BubbleDeck víi sµn ®Æc t¬ng ®¬ng, sö dông c«ng thøc
tÝnh ®é vâng b¶n ®Æc ®µn håi ®Ó tÝnh ®é vâng cña cña lo¹i kÕt cÊu nµy. KÕt qu¶ thÝ
nghiÖm sµn BubbleDeck kÕt hîp víi lý thuyÕt tÝnh quy ®æi sÏ cho c¸ch ®¸nh gi¸ vÒ hÖ
kÕt cÊu sµn nµy. §îc sù ®ång ý cña Gi¸o viªn híng dÉn vµ cña khoa sau §¹i häc,
em ®· chän ®Ò tµi: “ Nghiªn cøu ®é cøng chèng uèn cña sµn BubbleDeck” lµm ®Ò tµi
luËn v¨n th¹c sü chuyªn ngµnh x©y dùng d©n dông vµ c«ng nghiÖp cña m×nh.
Em xin bµy tá lßng biÕt ¬n s©u s¾c cña m×nh tíi GS.TS.NguyÔn §×nh Cèng, ngêi
®· tËn t×nh híng dÉn vµ ®ãng gãp nh÷ng ý kiÕn quý b¸u trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn
luËn v¨n nµy. Cho phÐp em bµy tá lßng biÕt ¬n ®Õn c¸c gi¸o viªn tham gia gi¶ng d¹y
kho¸ häc, ch©n thµnh c¶m ¬n nh÷ng nhËn xÐt, nh÷ng ý kiÕn ®ãng gãp thiÕt thùc cña
-1 -
c¸c gi¸o viªn trong bé m«n C«ng tr×nh bª t«ng cèt thÐp- Trêng ®¹i häc X©y dùng vµ
c¸c gi¸o viªn trong héi ®ång ®Ó luËn v¨n ®îc hoµn chØnh h¬n.
Hµ néi, th¸ng 8 n¨m 2009.
Häc viªn
Ph¹m Trung Dòng
-2 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
Môc lôc
Lời nói đầu ………………………………………………………………….…….. 1
Chương I: Tổng Quan……………………………………………………………………. 5
I.1. Giới thiệu về sàn BubleDeck…………………………………………............... 5
I.2. Tình hình sử dụng sàn BubbleDeck trên thế giới và Việt Nam……………….. 15
I.3. Lý thuyết tính toán độ cứng chống uốn của dầm ………………………………18
I.3.1. Theo TCXDVN 356-2005…………………………………………………... 18
I.3.1.1.Đại cương về tính toán độ võng…………………………………………….. 18
I.3.1.2.Độ cong và độ cứng chống uốn.…………………………………………….. 18
I.3.2. Theo TCXD 5574-1991…………………………………………………….. 25
I.3.3. Theo Tiêu chuẩn xây dựng Hoa kỳ ACI…………………………................. 27
I.3.3.1.Độ cứng chống uốn và mômen quán tính.………………………………….. 27
I.3.3.2.Mômen quán tính hiệu dụng…….………………………………………….. 29
I.3.4. Kết luận………………….………………………………………………….. 31
Chương II: Nghiên cứu thực nghiệm độ cứng chống uốn của sàn BubbleDeck
II.1.
Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm …………………………………………. 32
II.2.
Địa điểm, thời gian, thành phần tham gia thực nghiệm…………………….. 32
II.3.
Sơ đồ thực nghiệm, sơ đồ chất tải, biện pháp gia tải ………………………. 32
II.4.
Dụng cụ và thiết bị đo tiến hành thực nghiệm ……. ………………………. 35
II.5.
Quy trình thực nghiệm……………………… ……. ………………………. 36
II.6.
Kết quả đo chuyển vị biến dạng…………...…………………....................... 38
Chương III: Thiết lập công thức tính độ cứng của sàn Bubbledeck …………… ……. 47
III.1. Lý thuyết tính toán……………… ……………………………… ………… 47
III.1.1 Phương pháp giải tích………………………………………………………. 47
III.1.2 Phương pháp gần đúng……………………………………………………… 48
III.1.3 Phương pháp phần tử hữu hạn……………………………………. ……….. 49
-3-
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
III.2. Thiết lập công thức tính độ cứng chống uốn của sàn BubbleDeck ………. 50
III.2.1 Phương pháp:……………………………………………………. ………... 50
III.2.2 Khi chưa nứt……………………………………………..…………………. 52
III.2.3 Khi có xuất hịên vết nứt…………………………………………..… ……… 54
III.3. Tính toán độ võng theo lý thuyết với sàn BubbleDeck sử dụng trong thí nghiệm
III.3.1 Khi sàn chưa xuất hiện vết nứt…………………………………. ………… 55
III.3.2 Khi sàn có xuất hiện vết nứt…………………………………. ... ………… 58
III.4
Tính toán sàn thí nghiệm bằng pp PTHH, so sánh với cách tính đề nghị …61
III.5
Kết luận ………………………………………………..………………… 68
Kết luận và kiến nghị……………………………….. ………………….. ……. 70
Tài liệu tham khảo……………………………….. ……………………............. 71
-4-
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ch¬ng I.
Ph¹m Trung Dòng
Tæng quan
I.1. Giíi thiÖu vÒ sµn bubbledeck
Gi¶i ph¸p x©y dùng c¶i thiÖn triÖt ®Ó thiÕt kÕ c«ng tr×nh vµ hiÖu qu¶ ®ång thêi gi¶m
gi¸ thµnh c«ng tr×nh:
Bubble Deck lµ mét gi¶i ph¸p
mang tÝnh c¸ch m¹ng lo¹i bá
phÇn bª t«ng kh«ng tham gia chÞu
lùc gi÷a tÊm sµn, dÉn ®Õn viÖc
gi¶m ®¸ng kÓ träng lîng b¶n
th©n kÕt cÊu. Bubble Deck dùa
trªn kü thuËt s¸ng chÕ míi – kÕt
hîp trùc tiÕp gi÷a kh«ng khÝ vµ
thÐp. PhÇn khu«n rçng bªn trong
qu¶ bãng ë phÇn gi÷a tÊm tiÕt kiÖm ®Õn 35% träng lîng b¶n th©n sµn.
Sù tham gia cña c¸c qu¶ bãng nhùa t¸i chÕ ®ãng vai trß nh nh÷ng tÊm khu«n rçng, cho
phÐp t¨ng 1,5 lÇn kho¶ng c¸ch líi cét c«ng tr×nh. Sù tæ hîp hîp lý cña nh÷ng qu¶ bãng
nµy víi tÊm sµn ph¼ng ®îc më réng theo c¶ hai híng; tÊm sµn liªn kÕt trùc tiÕp víi cét
mµ kh«ng cÇn dÇm, dÉn ®Õn gi¶m gi¸ thµnh c«ng tr×nh vµ ®em l¹i nh÷ng lîi Ých sau:
+ Sù linh ho¹t trong thiÕt kÕ: dÔ dµng ®¸p øng ®îc c¸c yªu cÇu phøc t¹p vÒ kh«ng
gian tæ hîp cho c«ng tr×nh (kÓ c¶ nh÷ng « b¶n cong).
+ Gi¶m tÜnh t¶i: 35% träng lîng sµn ®îc h¹ thÊp dÉn ®Õn gi¶m ®¸ng kÓ kÝch
thíc mãng.
+ Më réng bíc cét: t¨ng
50% kho¶ng vît cña cét so víi hÖ
kÕt cÊu th«ng thêng.
+ Xãa bá hÖ dÇm bªn trong
c«ng tr×nh: dÉn ®Õn viÖc s¶n xuÊt,
l¾p dùng nhanh h¬n vµ rÎ h¬n.
+ Xãa bá hÖ têng chÞu lùc:
cã thÓ thay thÕ c¸c líp bao che bªn
-5 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
ngoµi b»ng c¸c vËt liÖu nhÑ (kÝnh).
+ Th©n thiÖn víi m«i trêng: gi¶m thiÓu c¸c chÊt th¶i cacbon vµ n¨ng lîng.
DiÖn tÝch sµn tæng thÓ ®îc chia thµnh c¸c cÊu kiÖn nhá cã thÓ réng 3m hoÆc 2,4m phô
thuéc vµo mÆt b»ng c«ng tr×nh, c¸c cÊu kiÖn ®îc s¶n xuÊt hµng lo¹t víi c«ng nghÖ riªng.
Nh÷ng cÊu kiÖn nµy bao gåm c¸c líi thÐp trªn vµ díi, víi kÝch thíc phô thuéc vµo d¹ng
c«ng tr×nh cô thÓ, hÖ líi ®îc liªn kÕt víi nhau vµ víi hÖ líi thÐp ®øng, hÖ bãng rçng ®Æt
gi÷a hÖ líi thÐp trªn vµ díi ®Ó cè ®Þnh vÞ trÝ. §èi víi sµn Bubble Deck lo¹i B, ngêi ta
tiÕn hµnh ®æ tríc mét líp bª t«ng máng phÝa díi (thêng dµy 5 – 6 cm), ®ãng vai trß
nh tÊm v¸n khu«n cè ®Þnh ®ì c¸c líp cèt thÐp vµ bãng rçng ë trªn.
Trªn c«ng trêng, c¸c cÊu kiÖn ®¬n lÎ sÏ ®îc nèi víi nhau bëi hÖ cèt thÐp rêi r¹c ®Æt
chÝnh gi÷a n¬i liªn kÕt gi÷a c¸c tÊm sµn. C¸c tÊm nèi rêi r¹c ®îc chÌn trªn líp bãng rçng
môc ®Ých t¹o thµnh c¸c tÊm nèi buéc chÆt víi líi thÐp trªn ®Ó liªn kÕt c¸c cÊu kiÖn víi
nhau. Sau khi bª t«ng ®«ng cøng, sÏ t¹o ra hÖ kÕt cÊu liªn tôc trªn toµn bé b¶n sµn; c¸c tÊm
nèi thõa sÏ ®îc lo¹i bá ®Ó t¹o ra tÊm sµn liÒn.
Bubble Deck ®· ®îc ¸p dông thµnh c«ng réng r·i ë ch©u ¢u. ë §an M¹ch vµ Hµ Lan
trong vßng 7 n¨m trë l¹i ®©y trªn 1 triÖu mÐt vu«ng sµn Bubble Deck ®îc thi c«ng ë nhiÒu
c«ng tr×nh cao tÇng.
Nguyªn t¾c cÊu t¹o c¬ b¶n cña sµn BubbleDeck
Sµn Bubble Deck lµ lo¹i kÕt cÊu sµn rçng lµm viÖc theo hai ph¬ng trong ®ã c¸c qu¶ bãng
nhùa cã vai trß gi¶m thiÓu lîng bª t«ng ë vïng kh«ng cÇn
thiÕt.
B»ng c¸ch phèi hîp lç rçng t¹o ra do tr¸i bãng vµ bè trÝ c¸c
líi thÐp, kÕt cÊu bª t«ng cã thÓ ®îc tèi u hãa viÖc sö
dông ®ång thêi c¸c vïng chÞu m« men uèn vµ vïng chÞu
c¾t.
+ Líi thÐp trªn.
+ Bãng rçng b»ng nhùa t¸i chÕ.
+ Líi thÐp díi (®æ líp bª t«ng 60mm tïy chän).
¦u ®iÓm trong l¾p dùng cña Bubble Deck chÝnh lµ kÕt qu¶ cña phèi hîp ®Æc tÝnh h×nh häc
cña hai chi tiÕt c¬ b¶n: líi thÐp vµ bãng nhùa rçng.
-6 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
Líi thÐp cã nhiÖm vô ph©n bæ vµ ®Þnh vÞ c¸c tr¸i bãng t¹i nh÷ng vÞ trÝ chÝnh x¸c, c¸c tr¸i
bãng ®Þnh h×nh thÓ tÝch lç rçng vµ ®Þnh d¹ng líi thÐp. Khi tiÕn hµnh ®æ bª t«ng phñ kÝn
líi thÐp vµ bãng nªu trªn, ta cã ®îc tÊm sµn rçng “toµn khèi” triÖt ®Ó lµm viÖc theo 2
ph¬ng.
C¸c tÊm sµn tiªu chuÈn
TÊm sµn ChiÒu
KÝch
Bíc cét
ChiÒu dµi Bíc cét
Khèi
tiªu
thíc
(nhiÒu
lîng sµn lîng BT
bãng
nhÞp)
c«ng x«n (mét
lín nhÊt nhÞp)
hoµn
®æ t¹i chç
(mm)
(m)
(m)
thµnh
(m3/m2)
dµy sµn
chuÈn
(mm)
(m)
Träng
(Kg/m2)
BD230
230
φ180
5 – 8.1
≤ 2.8
5 – 6.5
4.26
0.112
BD280
280
φ225
7 – 10.1 ≤ 3.3
6 – 7.8
5.11
0.146
BD340
340
φ270
9 – 12.5 ≤ 4.0
7 – 9.5
6.22
0.191
BD390
390
φ315
11
– ≤ 4.7
9 – 10.9 6.92
0.219
– ≤ 5.4
10
– 7.95
0.252
– 9.09
0.298
– 10.30
0.348
14.4
BD450
450
φ360
13
16.4
BD510
510
φ410
15
12.5
– ≤ 6.1
18.8
BD600
600
φ500
16
11
13.9
– ≤ 7.2
21.0
12
15.0
vÝ dô CÊu t¹o bãng NHùA D=270mm
ChiÒu dµy nhôa
t=2mm
ChiÒu cao ch©n
-7 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
C¸c tÊm Bubble Deck tiªu chuÈn ®îc thiÕt kÕ s½n ®Ó phï hîp c¸c d¹ng c«ng tr×nh x©y
dùng, chiÒu dµi bíc cét, t¶i träng t¸c dông vµ c¸ch bè trÝ c¸c cét. B¶ng sau ®©y ®îc tæng
hîp trªn c¬ së ph©n tÝch tÝnh to¸n chi tiÕt víi c¸c th«ng sè: chiÒu dµy líp bª t«ng b¶o vÖ
cho líp cèt thÐp díi cïng lµ 20mm (kh¶ n¨ng kh¸ng löa trong 1 giê); t¶i träng ®éng
3+1 kN/m2, tÜnh t¶i 1.5 kN/m2 vµ gi¸ trÞ lín nhÊt t¶i träng ph©n bè cña têng träng lîng
nhÑ bao ngoµi lµ 6 kN/m. Khèi lîng sµn sau khi hoµn thµnh vµ träng lîng bª t«ng ®æ t¹i
chç trªn 1m2 sµn tæ hîp bëi c¸c tÊm l¾p ghÐp cã kÝch thíc 3 x 9 m víi khèi lîng cèt thÐp
tæng céng lµ 35kg/m2.
HiÖu qu¶ sö dông Bubble Deck
¦u thÕ chÝnh cña c¸c qu¶ bãng lµ gi¶m träng lîng cña tÊm sµn. Träng lîng b¶n th©n cña
sµn Bubble Deck gi¶m 1/3 lÇn so víi tÊm sµn ®Æc cã cïng ®é dµy vµ kh«ng ¶nh hëng ®Õn
kh¶ n¨ng chÞu uèn vµ ®é cøng cña tÊm sµn.
Gi¸ trÞ gia t¨ng sö dông bª t«ng: So víi tÊm sµn ®Æc, mét tÊm sµn Bubble Deck cã kh¶
n¨ng chÞu lùc gÊp ®«i víi 65% lîng bª
t«ng vµ cã cïng kh¶ n¨ng chÞu lùc víi
50% lîng bª t«ng.
* C¸c d¹ng Bubble Deck
a. D¹ng A (sµn toµn khèi):
TÊm Bubble Deck ®¬n gi¶n ®îc cÊu t¹o
bëi líi thÐp díi, qu¶ bãng vµ líi thÐp
trªn sau ®ã sÏ ®îc ®æ bª t«ng t¹i c«ng
trêng trªn hÖ v¸n khu«n truyÒn thèng.
b. D¹ng B (b¸n l¾p ghÐp):
TÊm Bubble Deck b¸n l¾p ghÐp cã phÇn díi cña tr¸i bãng vµ líi thÐp díi ®îc ®æ bª
t«ng t¹i xëng, phÇn bª t«ng ®óc s½n nµy sÏ thay thÕ cho v¸n khu«n t¹i c«ng trêng.
c. D¹ng C (tÊm l¾p ghÐp hoµn thiÖn):
TÊm Bubble Deck díi d¹ng c¸c tÊm ®óc
s½n toµn khèi cã thÓ ®îc cung cÊp ®Ó thùc
hiÖn l¾p ghÐp t¹i c«ng trêng.
-8 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
*ThiÕt kÕ bubble deck
CÊu t¹o c¬ b¶n sµn Bubble Deck
ChiÒu
TT
dµy §êng kÝnh
sµn
bãng
(mm)
(mm)
1
230
2
Sè
lîng Bª t«ng
Cèt thÐp
Träng
lîng
bãng / m2
(m3 / m2)
(kg / m2)
φ180
25
0.148
22.9
370
280
φ225
16
0.184
23.4
460
3
340
φ270
11.1
0.220
27.1
550
4
390
φ315
8.16
0.256
28.2
640
5
450
φ360
6.25
0.292
36.4
730
(kg / m2)
ChØ dÉn thiÕt kÕ.
Bubble Deck lµ tÊm sµn lâi rçng lµm viÖc theo 2 ph¬ng, ®îc thiÕt kÕ theo ph¬ng ph¸p
quy ®Þnh cho tÊm sµn ®Æc theo tiªu chuÈn thiÕt kÕ c«ng tr×nh bª t«ng cèt thÐp DIN 1045
(1988) hoÆc DIN 1045 (2001).
* Quy tr×nh thiÕt kÕ sµn Bubble Deck:
Dùa trªn t¶i träng ®· tÝnh to¸n, c¨n cø vµo hå s¬ kiÕn tróc, lËp s¬ ®å tÝnh hÖ kÕt cÊu nh
sau:
+ Toµn bé hÖ kÕt cÊu c«ng tr×nh ®îc tÝnh theo s¬ ®å lµm viÖc kh«ng gian, bao gåm
c¶ dÇm, sµn, cét.
+ TÊt c¶ kÕt cÊu sµn ®æ toµn khèi cïng víi mò cét, mò v¸ch ®Ó thÐp chê nªn coi tÊm
sµn liªn kÕt cøng víi c¸c gèi kª, tÊm sµn cã bãng quy vÒ phÇn tö vá máng, tÊm sµn rçng
-9 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
quy vÒ vËt liÖu t¬ng ®¬ng theo híng dÉn ®îc chuyÓn giao cña Bubble Deck
International §an M¹ch b»ng phÇn mÒm chuyªn dông.
+ Dïng ch¬ng tr×nh SAFE 8.08 ®Ó tÝnh to¸n néi lùc cña hÖ sµn nhµ víi ®é cøng
cña sµn Bubble Deck quy ®æi theo ®é cøng cña sµn BTCT th«ng thêng.
*. C¸c sè liÖu cho thiÕt kÕ Bubble Deck tu©n theo b¶ng sau ®©y:
Kho¶ng c¸ch m¾t líi chøa qu¶ bãng cã thÓ thay ®æi. Sù gi¶m t¶i träng phô thuéc vµo sè
lîng bãng trªn mçi mÐt vu«ng sµn.
Sè liÖu
§/vÞ
C¸c chØ tiªu
§êng kÝnh bãng
cm
18.00
22.50
27.00
31.50
36.00
40.50
45.00
K.c¸ch m¾t líi tèi thiÓu
cm
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
45.00
50.00
Sè lîng bãng tèi ®a
1/m2
25.00
16.00
11.11
8.16
6.25
4.94
4.00
ChiÒu dµy sµn tèi thiÓu
cm
23.00
28.00
34.00
40.00
45.00
52.00
58.00
0.08
0.15
0.26
0.41
0.61
0.87
1.19
1.91
2.39
2.86
3.34
3.82
4.29
4.77
HÖ sè ®é cøng chèng uèn -
0.88
0.87
0.87
0.88
0.87
0.88
0.88
HÖ sè chÞu c¾t
0.60
0.60
0.60
0.60
0.60
0.60
0.60
Gi¶m t¶i do mçi qu¶ kN
bãng
Gi¶m t¶i tèi ®a trªn 1m2
kN/m
2
-
§iÓm næi bËt sµn bubble deck
1. ThiÕt kÕ
-10 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
I. ViÖc sö dông Bubble Deck gióp cho thiÕt kÕ kiÕn tróc linh ho¹t h¬n
dÔ dµng lùa
chän c¸c h×nh d¹ng, phÇn m¸i ®ua vµ ®é vît nhÞp/diÖn tÝch sµn lín h¬n víi Ýt ®iÓm
gèi tùa (cét, v¸ch) h¬n
kh«ng dÇm, kh«ng têng chÞu t¶i vµ Ýt cét lµm cho thiÕt kÕ
nhµ kh¶ thi vµ dÔ thay ®æi. Còng cã thÓ dÔ dµng thay ®æi phÇn thiÕt kÕ néi thÊt trong
suèt
vßng ®êi
cña c«ng tr×nh.
MÆt c¾t cña Bubble Deck còng t¬ng tù nh nh÷ng tÊm sµn rçng theo mét ph¬ng th«ng
thêng ®· ®îc sö dông h¬n 40 n¨m qua. Tuy nhiªn kÕt cÊu cña nh÷ng tÊm sµn lo¹i nµy cã
nhîc ®iÓm lµ chØ chÞu lùc theo mét ph¬ng nªn cÇn cã dÇm hoÆc têng lµm gèi tùa suèt
chiÒu dµi ë c¶ hai ®Çu tÊm sµn, v× thÕ khã thay ®æi kÕt cÊu cña tßa nhµ.
¦u ®iÓm:
+ Gi¶m träng lîng.
+ T¨ng kh¶ n¨ng chÞu lùc.
+ §é vît nhÞp lín.
+ Ýt cét (líi cét cã thÓ tha h¬n).
+ Kh«ng cÇn dÇm díi trÇn, kh«ng cÇn mò cét.
2. Kü thuËt
a. Kh¶ n¨ng chÞu lùc.
Mét tÊm sµn ®Æc gÆp rÊt nhiÒu vÊn ®Ò khi ph¶i vît nhÞp lín do ¶nh hëng cña träng lîng
b¶n th©n. Bubble Deck ®· gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nµy khi gi¶m 35% lîng bª t«ng trong tÊm sµn
nhng vÉn ®¶m b¶o kh¶ n¨ng chÞu lùc t¬ng øng. V×
vËy, khi cã cïng kh¶ n¨ng chÞu lùc, mét tÊm sµn
Bubble Deck chØ cÇn sö dông 50% lîng bª t«ng so
víi mét tÊm sµn ®Æc, hoÆc cïng ®é dµy tÊm sµn
Bubble Deck cã kh¶ n¨ng chÞu t¶i gÊp ®«i sµn ®Æc
nhng chØ tiªu thô 65% lîng bª t«ng. Bubble Deck
cã kh¶ n¨ng chÞu lùc c¾t xÊp xØ 65% kh¶ n¨ng sµn ®Æc
víi cïng chiÒu cao. Trong tÝnh to¸n thêng sö dông hÖ
sè 0.6 ®Ó thÓ hiÖn mèi t¬ng quan nµy. Trong nh÷ng
vïng chÞu lùc phøc t¹p (khu vùc quanh cét, v¸ch, lâi),
-11 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
cã thÓ bít c¸c qu¶ bãng ®Ó t¨ng kh¶ n¨ng chÞu lùc c¾t cho b¶n sµn.
b. Kh¶ n¨ng chÞu ®éng ®Êt.
Lùc ®éng ®Êt t¸c dông lªn c«ng tr×nh cã gi¸ trÞ tØ lÖ víi khèi lîng toµn c«ng tr×nh vµ khèi
lîng t¬ng øng ë tõng ®é cao sµn. Bubble Deck, tÊm sµn ph¼ng chÞu lùc theo hai ph¬ng,
víi u ®iÓm gi¶m nhÑ träng lîng b¶n th©n, khi kÕt hîp víi hÖ cét v¸ch chÞu lùc sÏ trë
thµnh mét gi¶i ph¸p hiÖu qu¶ chèng ®éng ®Êt cho c¸c c«ng tr×nh cao tÇng.
c. Kh¶ n¨ng vît nhÞp.
§å thÞ m« t¶ mèi quan hÖ kh¶ n¨ng vît nhÞp – chiÒu dµy sµn t¬ng øng víi kh¶ n¨ng
chÞu m« men cho tõng lo¹i tÊm sµn. Qóa tr×nh x¸c ®Þnh nhÞp lín nhÊt mµ tÊm sµn Bubble
Deck cã thÓ vît qua dùa trªn tiªu chuÈn British Standard 8110 vµ Eurocode 2, cã bæ sung
hÖ sè 1.5 ®Ó kÓ ®Õn viÖc gi¶m nhÑ b¶n th©n sµn so víi sµn ®Æc truyÒn thèng. TØ sè gi÷a
nhÞp/chiÒu cao tÝnh to¸n cña tÊm sµn L/d ≤ 30 ®èi víi sµn ®¬n, L/d ≤ 39 ®èi víi sµn liªn
tôc, L/d ≤ 10.5 ®èi víi sµn ngµm mét ph¬ng.
.
d.KÕt hîp víi gi¶i ph¸p c¨ng sau.
Khi cÇn vît nhÞp lín (trªn 15m) nªn dïng gi¶i
ph¸p Bubble Deck øng lùc tríc, thùc hiÖn c¨ng
sau (PT). Khi vît nhÞp lín, tÊm sµn Bubble Deck
th«ng thêng sÏ kh«ng gÆp khã kh¨n vÒ kh¶ n¨ng
chÞu lùc nhng cÇn h¹n chÕ vÒ ®é vâng lín, v× vËy
ph¶i thùc hiÖn gi¶i ph¸p PT. Bubble Deck
International võa hoµn thµnh 32,000m2 sµn khu vùc ph¸t thanh vµ truyÒn h×nh cho trung
t©m truyÒn th«ng §an M¹ch víi kÕt cÊu sµn øng lùc tríc c¨ng sau dµy 390mm, khÈu ®é
vît nhÞp trªn 16m. C¸c d©y c¸p øng lùc tríc ®Æt c¸ch nhau 3m còng ®îc ch«n dÔ dµng
vµo khe hë gi÷a c¸c qu¶ bãng cña tÊm sµn.
-12 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
3. Ph¬ng ph¸p
S¶n xuÊt vµ thùc hiÖn:
+ N©ng cao chÊt lîng nhê qu¸ tr×nh s¶n xuÊt c«ng xëng hãa.
+ Gi¶m khèi lîng thi c«ng t¹i c«ng trêng, kh«ng ®ßi hái nhiÒu c«ng nh©n tay
nghÒ cao.
+ L¾p dùng ®¬n gi¶n, dÔ dµng.
+ Kh«ng cÇn nhiÒu kh«ng gian kho b·i.
+ HÖ gi¸o l¾p dùng nhÑ vµ Ýt tèn kÐm.
+ Gi¶m thiÓu r¸c th¶i trªn c«ng trêng.
4. HiÖu qu¶ kinh tÕ
+ TiÕt kiÖm vËt liÖu (tÊm sµn, cét,
v¸ch, mãng) ®Õn 50% so víi sµn bª t«ng
th«ng thêng.
+ Tr¸nh ®îc viÖc gia c«ng, l¾p ®Æt
cèt thÐp ngay t¹i c«ng tr×nh.
+ Gi¶m m¹nh chi phÝ vËn chuyÓn.
+ L¾p dùng ®¬n gi¶n.
+ Bè trÝ mÆt b»ng linh ho¹t.
+ Chi phÝ cho viÖc söa ch÷a, thay ®æi thÊp.
+ Tuæi thä c«ng tr×nh cao.
KÕt hîp víi c¸c u ®iÓm trªn cã thÓ tiÕt kiÖm ®Õn 2-10% chi phÝ cho toµn bé c«ng tr×nh.
5. Th©n thiÖn m«i trêng
+ TiÕt kiÖm ®Õn 50% lîng vËt liÖu x©y dùng – 1kg nhùa thay thÕ h¬n 100kg bª
t«ng.
+ Tiªu thô Ýt n¨ng lîng – c¶ trong s¶n xuÊt, vËn chuyÓn vµ thùc hiÖn.
+ Ýt khÝ th¶i trong s¶n xuÊt vµ vËn chuyÓn, ®Æc biÖt lµ lîng CO2.
+ Kh«ng s¶n sinh ra chÊt th¶i – t¸i sö dông 100%.
-13 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
+ M«i trêng x· héi tèt h¬n: c¶i thiÖn ®iÒu kiÖn lµm viÖc, thêi gian x©y dùng ng¾n
Ýt ¶nh hëng tíi xung quanh, Ýt tiÕng ån trong s¶n xuÊt, vËn chuyÓn vµ l¾p dùng.
+ Gi¶m thiÓu r¸c th¶i sinh ra t¹i c«ng tr×nh x©y dùng.
6. §Æc ®iÓm næi bËt cña sµn Bubble Deck
H×nh ¶nh so s¸nh c¸c ®Æc ®iÓm ®Æc trng cña sµn Bubble Deck so víi sµn th«ng thêng
truyÒn thèng kh¸c. Bªn tr¸i lµ kÕt cÊu sµn truyÒn thèng, bªn ph¶i lµ kÕt cÊu sµn Bubble
Deck. H×nh ¶nh chØ râ r»ng khi sö dông sµn Bubble Deck th× yªu cÇu vÒ mÆt kiÕn tróc dÔ
®îc tháa m·n h¬n vÒ kh«ng gian:
§©y lµ lo¹i kÕt cÊu sµn sö dông vËt liÖu hiÖu qu¶ cao, phÇn bª t«ng kh«ng hoÆc Ýt tham gia
chÞu lùc ®îc thay b»ng c¸c qu¶ bãng nhùa rçng lµm gi¶m träng lîng b¶n th©n ®Õn 35%.
Díi ®©y lµ mét sè ®Æc ®iÓm næi bËt:
-14 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
I.2. T×nh h×nh sö dông hÖ kÕt cÊu sµn Bubble deck
I.2.1. Trªn thÕ giíi:
-
HiÖn t¹i ®· cã h¬n 30 níc trªn thÕ giíi sö dông sµn Bubble Deck trong x©y dùng
c¸c c«ng tr×nh d©n dông vµ c«ng nghiÖp.
-
Do tr×nh ®é khoa häc c«ng nghÖ trong x©y dùng ph¸t triÓn nªn c¸c c«ng tr×nh ®Òu
sö dông l¾p ghÐp víi viÖc s¶n xuÊt c¸c tÊm trong nhµ m¸y vµ vËn chuyÓn ra c«ng
trêng l¾p ®Æt.
( mét sè h×nh ¶nh chÕ t¹o, v©n chuyÓn, l¾p ®Æt hÖ kÕt cÊu sµn BubbleDeck trªn thÕ
giíi).
(h×nh ¶nh chÕ t¹o tÊm sµn Bubble Deck t¹i nhµ m¸y)
(h×nh ¶nh vËn chuyÓn vµ cÈu l¾p Bubble Deck )
-15 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
(h×nh ¶nh thi c«ng sµn Bubble Deck trªn c«ng trêng)
I.2.2.T¹i ViÖt Nam:
-
Do c«ng nghÖ chÕ t¹o tÊm lo¹i B phøc t¹p nªn hiÖn t¹i c¸c c«ng tr×nh ë ViÖt Nam sö
dung hÖ sµn Bubble Deck ®æ t¹i chç vµ bíc ®Çu ®îc ¸p dông réng r·i.
-
C«ng nghÖ sµn BubbleDeck ®· ®îc c«ng ty cæ phÇn kÕt cÊu kh«ng gian Tadits liªn
doanh víi c«ng ty BubbleDeck International tõng bíc ¸p dông vµo ViÖt Nam.
( mét sè h×nh ¶nh chÕ t¹o, v©n chuyÓn, l¾p ®Æt, thi c«ng hÖ kÕt cÊu sµn BubbleDeck
t¹i ViÖt Nam).
-16 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
-17 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
I.3. LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐỘ CỨNG CHỐNG UỐN CỦA DẦM
I.3.1.Theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 356-2005
I.3.1.1. Đại cương về tính toán độ võng.
Tính toán độ võng thuộc trạng thái giới hạn thứ hai về điều kiện sử dụng bình
thường. Mục tiêu của việc tính toán là xác định độ võng f của cấu kiện ở trạng thái hoạt
động bình thường và kiểm tra điều kiện (1-1).
f ≤ fu
(1-1)
fu - độ võng giới hạn (cho phép) của cấu kiện.
Để tính toán độ võng f cần dựa vào các phương pháp và công thức của cơ học kết
cấu mà trước hết là phải xác định được độ cong. Độ cong này phụ thuộc vào nội lực và độ
cứng chống uốn B của cấu kiện.
Nội lực dùng để xác định độ cong là nội lực do tải trọng tiêu chuẩn gây ra trong đó
phân biệt phần tác dụng dài hạn và phần tác dụng ngắn han.
Độ cong của cấu kiện được xác định trong từng phần của cấu kiện phụ thuộc vào
trạng thái đó có hay không có các khe nứt.
Việc tính toán, kiểm tra độ võng thường là cần thiết đối với các cấu kiện lắp ghép
có sơ đồ tĩnh định, có chiều cao tiết diện tương đối bé (do sử dụng vật liệu có cường độ
tương đối cao). Với các cấu kiện toàn khối, có sơ đồ siêu tĩnh, thường chỉ cần kiểm tra độ
võng trong các trường hợp có yêu cầu cao (giá trị fu khá bé). Tiêu chuẩn thiết kế
TCXDVN 356-2005 cho phép không cần tính toán kiểm tra về biến dạng (độ võng) nếu
qua thực nghiệm hoặc thực tế sử dụng các kết cấu tương tự đã khẳng định được kết cấu có
đủ độ cứng chống uốn ở giai đoạn sử dụng.
I.3.1.2. Độ cong và độ cứng chống uốn
1. Khái niệm về động cong
Xét cấu kiện chịu uốn, nén lệch tâm hoặc kéo lệch tâm. Do tác dụng của momen M
mà cầu kiện bị cong. Lấy hai điểm A, B gần nhau ở trên trục cấu kiện, kẻ từ A và B hai
đường vuông góc với trục, chúng gặp nhau tại điểm O. Gọi O là tâm cong, r = OA là bán
kính cong và 1/r là độ cong (hình 1.1a).
Về tương quan hình học, xác định 1/r dựa vào các biến dạng ε của các thớ ngoài
cùng (hình 1.1.b).
-18 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
O
b
r
ho
h
s
t
(a) DÇm vâng
H×nh 1.1 S¬ ®å x¸c ®Þnh ®é cong
Khi bê tông chưa bị nứt:
1 εb + εt
=
r
h
Khi bê tông đã bị nứt:
1 εb + εs
=
r
h0
ε b , ε t , ε s , lần lượt là biến dạng của mép bê tông chịu nén, mép bê tông chịu kéo khi
chưa nứt và của cốt thép chịu kéo khi bêtông đã bị nứt. Các biến dạng này được xác định
phụ thuộc vào nội lực, kích thước hình học của tiết diện và đặc trưng cơ học của vật liệu.
2 Độ cong thành phần và độ cong toàn phần.
Tải trọng lên cấu kiện được phân thành tác dụng ngắn hạn và tác dụng dài hạn. Tác
dụng dài hạn của tải trọng làm bêtông bị từ biến, làm tăng các biến dạng. Ứng với mỗi tác
1
dụng của một loại tải trọng xác định được độ cong thành phần . Chỉ số i = 1, 2, 3, 4…
r i
thể hiện tác dụng của loại tải trọng. Độ cong toàn phần 1/r là tổng của các độ cong thành
phần:
1
1
= ∑
r
r i
Tuỳ theo các loại tải trọng có thể đặt lên cấu kiện và tác dụng của chúng mà có
cách lấy tổng khác nhau.
-19 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
3. Độ cong đoạn cấu kiện không nứt
Toàn bộ cấu kiện hoặc từng đoạn của cấu kiện được xem là không có khe nứt thẳng
góc khi thoả mãn điền kiện
M r ≤ M cr
Trong đó:
Mcr : khả năng chống nứt;
Mr : mômen do ngoại lực nằm ở một phía của tiết diện đang xét đối
với trục song song với trục trung hoà và đi qua điểm lõi xa vùng kéo
Với cấu kiện chịu uốn : Mr =M
Trong các đoạn như vậy độ cong toàn phần của cấu kiện chịu uốn, nén lệch tâm và kéo
lệch tâm được xác định theo công thức:
1 1 1
= +
r r 1 r 2
(1-2)
1
− độ cong do tải trọng tạm thời ngắn hạn:
r 1
M 1*
1
=
r 1 ϕb1 Eb I red
(1-3)
1
− độ cong do tải trọng tác dụng dài hạn (tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm
r 2
thời dài hạn):
M 2*
1
=
r 2 ϕb 2 Eb I red
(1-4)
M 1* , M 2* - mômen do ngoại lực tương ứng (ngắn hạn và dài hạn) đối với trục vuông góc với
mặt phẳng tác dụng của mômen và đi qua trọng tâm tiết diện thay đổi.
Eb – mômen đàn hồi của bêtông.
Ired – mômen quán tính của tiết diện quy đổi, xác định theo công thức
I red = I b + I 'b + α I s + α I ' s
ϕb1 - hệ số xét đến từ biến ngắn hạn của bê tông, lấy như sau:
+ Đối với bêtông nặng, bêtông hạt nhỏ, bêtông nhẹ có cốt liệu nhỏ đặc chắc, bêtông
tổ ong, lấy ϕb1 = 0,85.
+ Đối với bê tông nhẹ có cốt liệu nhỏ xốp và bê tông rỗng: ϕb1 = 0,7.
-20 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
ϕb 2 - Hệ số xét đến ảnh hưởng của từ biến dài hạn của bêtông đến cấu kiện không có khe
nứt, lấy như sau:
+ Đối với bê tông nặng, bêtông nhẹ, bêtông rỗng, bêtông tổ ong:
-
Khi độ ẩm môi trường từ 40 đến 75%: ϕb 2 = 2.
-
Khi độ ẩm dưới 40%:
ϕb 2 = 3,0.
+ Đối với bê tông nhỏ hạt, nhóm A: ϕb 2 = 2,6 và 3.9; nhóm B = ϕb 2 =3,0 và 4,5:
nhóm C: ϕb 2 = 2,0 và 3,0 ứng với các độ ẩm như đã nêu.
Ghi chú:
- Khi độ ẩm luôn cao hơn 75% và bêtông ở trạng thái bão hoà nước giá trị ϕb 2 đựơc
lấy bằng giá trị đã cho nhân với 0.80.
- Khi bêtông thay đổi luân phiên trạng thái bão hoà nước – khô, giá trị ϕb 2 cần nhân
với 1,2.
4. Độ cong đoạn cấu kiện có khe nứt.
Trong các đoạn có khe nứt thẳng góc trong vùng bê tông chịu kéo, độ cong toàn
phần
1
được xác định theo công thức (1-5):
r
1 1 1 1
= − +
r r 1 r 2 r 3
(1-5)
1
- độ cong do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng dùng để tính toán độ võng;
r 1
1
- độ cong ban đầu do tác dụng ngắn hạn của phần tải trọng dài hạn (thường xuyên và
r 2
tạm thời dài hạn);
1
- độ cong do tác dụng dài hạn của phần tải trọng dài hạn.
r 3
Các độ cong thành phần (1/r)i của cấu kiện có tiết diện chữ nhật, chữ T, chữ I (hình
hộp) chịu uốn, kéo lệch tâm khi e0 ≥ 0,8h0 và nén lệch tâm, được xác định theo công thức
(1-6).
1 M si 1
m
=
Bi rN
r i
-21 -
(1-6)
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
Msi – mômen do tất cả ngoại lực đặt ở một phía của tiết diện đang xét đối với trục
thẳng góc với mặt phẳng uốn đi qua trọng tâm cốt thép chịu kéo As:
Với cấu kiện chịu uốn:
(1-7a)
Msi = Mi
Với cấu kiện nén lệch tâm: Msi = Ni(e0i +ys)
Với cấu kiện kéo lệch tâm: Msi = Ni(e0i – ys)
e0i =
(1-7b)
(1-7c)
Mi
Ni
Ys - khoảng cách từ trọng tâm tiết diện (trục cấu kiện) đến trọng tâm cốt thép chịu
kéo As. Với tiết diện chữ nhật và chữ I đối xứng thì ys = 0,5h – a.
Mi, Ni - nội lực do tải trọng tiêu chuẩn gây ra ứng với từng trường hợp xác định độ cong.
Với i = 1 thì M1, N1 là do toàn bộ tải trọng, với i = 2 và 3 thì M2 = M3;
N2 = N3 là do phần tải trọng tác dụng dài hạn.
Bi - độ cứng chống uốn, xác định theo công thức (1-8)
Bi =
h0 Z i
ψ si
ψb
+
As Es Ab Ebν i
Ab = (ϕ fi + ξi ) bh0
(1-8)
(1-9)
Zi – cánh tay đòn nội lực xác đinh theo công thức sau ứng với từng tác dụng của tải
trọng.
h 'f
+ξ2
h
h
Z b = 1 − 0
2(ϕ f + ξ ) 0
ψ b - hệ số xét đến sự phân bố không đều của biến dạng thớ bêtông chịu nén ngoài
cùng ( ε b ), được lấy như sau:
-
Đối với bê tông nặng, bêtông hạt nhỏ, bêtông nhẹ cấp cao hơn B7,5, lấy ψ b =
0,90.
-
Đối với bê tông nhẹ, bêtông rỗng, bêtông tổ ong cấp B7,5 và thấp hơn lấy ψ b =
0,70.
-
Đối với kết cấu chịu tải trọng trùng lặp, không phụ thuộc vào loại và cấp
bêtông ψ b = 1,0.
-22 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
ϕ fi - hệ số của cánh và cốt thép chịu nén, tuỳ thuộc vào tác dụng của tải trọng
(thông qua hệ số đàn hồi dẻo ν i ).
ν i - hệ số đàn hổi dẻo vùng nén.
ξ=
xi
- chiều cao tương đối của vùng nén, ứng với từng trường hợp tác dụng của
h0
tải trọng.
ψ si - hệ số xét đến biến dạng không đều của cốt thép chịu kéo do sự tham gia chịu
lực của bêtông chịu kéo giữa các khe nứt. Xác định ψ si ứng với từng trường hợp tác dụng
của tải trọng theo công thức :
ψ si = 1,25 - ϕlϕm − ϕ N
(1-10)
đồng thời lấy ψ si không lớn hơn 1.
ϕ N - ảnh hưởng của lực dọc, với câu kiện chịu uốn lấy ϕ N = 0. Với cấu kiện chịu
nén lệch tâm, kéo lệch tâm lấy ϕ N theo công thức (1-9):
ϕN =
Trong đó lấy:
1 − ϕm2
e
( 3,5 − 1,8ϕm ) s
h0
(1-11)
es 1, 2
≥
h0 ϕls
ϕls - hệ số xét đến ảnh hưởng tác dụng dài hạn của tải trọng. Với bêtông có cấp độ
bền B > 7,5 lấy ϕls như sau:
+ Khi tính tác dụng ngắn hạn của tải trọng
Với cốt thép trơn và sợi: ϕls = 0,1.
Với cốt thép có gờ:
ϕls = 1,1
+ Khi tính tác dụng dài hạn của tải trọng ϕls = 0,8 (đối với mọi loại cốt thép).
Với bêtông có cấp độ bền B ≤ 7,5; lấy ϕls bằng giá trị đã cho nhân với hệ số
0,75.
ϕm - hệ số liên quan đến quá trình mở rộng khe nứt:
ϕm =
Rbt .ser Wpl
M r m M rp
Đồng thời lấy ϕm ≤ 1
Lấy –Mrp khi nó ngược chiều với Mr và ngược lại.
-23 -
(1-12)
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
Es - khoảng cách từ điểm đặt lực dọc lệch tâm N đến trọng tâm cốt thép chịu kéo
As. Theo định nghĩa thì: es =
Ms
N
Với cấu kiện nén lệch tâm: es = e0 + ys.
Với cấu kiện kéo lệch tâm: es = e0 – ys.
[xem định nghĩa Ms ở công thức (1-7)].
1
1
- độ cong do tác dụng của lực dọc. Với cấu kiện chịu uốn = 0. Với cấu kiện chịu lực
N
rN
nén lệch tâm lấy dấu -, cấu kiện kéo lệch tâm lấy dấu + và xác định theo công thức (1-13):
Nϕ
1
= i si
rN Es As h0
(1-13)
5. Biều đồ độ cong.
BiÓu ®å M
BiÓu ®å
1
r
H×nh 1.2 BiÓu ®å m«men uèn vµ biÓu ®å ®é cong cña dÇm
Độ cong toàn phần
Cần tính toàn
1
xác định theo công thức (1-2) hoặc (1-5) là tại một tiết diện.
r
1
cho một số tiết diện rồi thể hiện biểu đồ độ cong của từng đoạn và của
r
toàn bộ cấu kiện. Theo các công thức đã dẫn thấy rằng độ cong
1
tỉ lệ với mômen uốn M.
r
Như vậy, biểu đồ độ cong có cùng hình dạng với biểu đồ M. Trong các đoạn có mômen
dương thì biểu đồ độ cong
1
có giá trị dương và ngược lại (hình 1.2). Đối với cấu kiện
r
chịu uốn có tiết diện không đổi, có khe nứt, trên mỗi đoạn có mômen cùng dấu có thể tính
độ cong ở tiết diện có mômen lớn nhất, độ cong của những tiết diện còn lại của đoạn đó
được lấy tỉ lệ với tỉ lệ mômen uốn.
-24 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
Để lập biểu đồ độ cong chỉ cần dựa vào một biểu đồ mômen ứng với trường hợp tải
trọng đang xét, không cần lập biếu đồ độ cong ứng với hình bao mômen.
6. Độ cứng chống uốn.
Gọi B là độ cong chống uốn của dầm, nó được định nghĩa theo biểu thức (1-13), tỉ
lệ nghịch với độ cong
1
.
r
1 M
M
=
hoặc B =
1
r
B
r
(1- 14)
)1313
Với dầm bằng vật liệu đàn hồi có B = EI với E là môđun đàn hồi, I là mômen quán
tính.
Với dầm bêtông cốt thép không có khe nứt, từ biểu thức (1-3) rút ra độ cứng do tác
dụng ngắn hạn của tải trọng là B1 và độ cứng do tác dụng dài hạn của tải trọng là B2.
B1 = ϕb1 Eb I red và B2 =
B1
ϕb 2
(1-15)
Với dầm bêtông cốt thép co khe nứt, độ cứng chống uốn Bi xác định theo công thức
(1-8).
I.3.2.Theo tiêu chuẩn xây dựng 5574-1991
Biến dạng (độ võng, góc xoay) của các kết cấu BTCT được tính toán theo các
phương pháp của cơ học kết cấu sau khi đã xác định được độ cứng chông uốn B và độ
võng 1/p của cấu kiện.
Độ võng tại một tiết diện A nào đó của cấu kiện được xác định theo công thức:
1
f = ∫ M (x)
0
1
dx
ρ ( x)
(1-16)
Trogn đó :
M ( x ) Là mô men uốn tại tiết diện x do tác dụng của lực đơn vị đặt tại A và hướng
theo phương của độ võng canà xác định.
1
ρ ( x)
Là độ cong tại tiết diện x xác định theo các tải trọng gây ra độ võng cần
tính theo từng đoạn có hoạc không có vết nứt.
Độ cứng và độ cong sẽ được xác định cho từng tiết diện hoặc cho từng đoạn cấu
kiện phụ thuộc vào biểu đồ mô men uốn và cấu tạo của tiết diện.
Trong những đoạn không có vết nứt, độ cứng chống uốn tính theo công thức:
-25 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
B0 = kd x Eb x Jtd
Trong đó :
-
kd : Hệ số xét đến biến dạng dẻo của bê tông.
-
Eb : Mô đun đàn hồi của bê tông.
-
Jtd : Mô men quán tính của tiết diện tương đương toàn bộ tiết diện bê tông và tiết
diện cốt thép. Hệ số tính đổi của cốt thép n = Ea/Eb
Mô men do tải trọng ngoài gây ra lấy đối với trục đi qua trọng tâm tiết diện
- M
tương đương và vuông góc với mặt phẳng uốn.
- C : hệ số sét đến ảnh hưởng từ biến. Khi tính tới tác dụng ngắn hạn của tải trọng
lấy C=1; với tác dụng dài hạn C=2.
Trong những đoạn có vết nứt, độ cứng chông uốn và độ cong tính theo công
thức:
B=
h0 Z1
ψa
ψb
+
Ea Fa ( γ ′ + ξ )ν Ea bh0
(1-17)
1 Ma
ψ
=
±N
ρ
B
Ea Fa h0
(1-18)
Trong đó :
Ma : Mô men uốn lấy đối với trục đi qua trọng tâm cốt thép Ea và vuông góc với
mạet phẳng uốn.
Z: Cánh tay đòn nội lực tại tiết diện có khe nứt.
ψ b : Hệ số kể đến biến dạng không đều của mép bê tông vùng nén.
ψ a : Hệ số kể đến biến dạng không đều của cốt thép chịu keo.
γ ′ : Hệ số đặc trưng cho trạng thái đàn hồi dẻo của bê tông vùng nén.
ξ = x / h0 , chiều cao tương đối của vung nén.
Trong phạm vi một đoạn dầm có tiết diện không đổi cho phép coi là có độ cứng
không đổi. Độ võng phụ thuộc vào độ cứng B được xác định theo giá trị mô men cực đại,
cũng chính là độ cứng nhỏ nhất Bmin. Sau đó dùng các công thức đối với vật liệu đàn hồi
để tính võng, có kể đến ảnh hưởng của biến dạng dẻo trong bê tông bằng cách đưa vào
một số hệ số có giá trị số.
-26 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
I.3.3.Theo tiêu chuẩn xây dựng hoa kỳ ACI
I.3.3.1 Độ cứng chống uốn và mômen quán tính.
Có thể tính độ võng của dầm bằng cách kết hợp các độ cong dọc theo chiều dài của
dầm. Đối với các dầm đàn hồi, độ cong φ , đuợc tính là φ = M/EI, trong đó EI là độ cứng
uốn của mặt cắt ngang. Nếu EI là hằng số thì đây là phương pháp sử dụng tương đối thông
thường. Tuy nhiên, đối với bê tông cốt thép, ta phải xem xét đến 3 giá trị EI khác nhau. Có
thể minh họa cho điều này bằng cách sử dụng biểu đồ độ cong – mômen đối với một chiều
dài của dầm có một vài vết nứt được chỉ ra trong hình 1-3d. Độ dốc của đường tỏa tâm nào
đó đi qua gốc toạ độ trong biểu đồ này là M/ φ = EI.
Trước khi bị nứt, toàn bộ mặt cắt ngang được chỉ ra trong hình 1-3d chịu ứng suất
do tải trọng. Mômen quán tính của mặt cắt này gọi là mômen quán tính của mặt cắt không
nứt và EI tương ứng mà có thể được thể hiện bằng đường toả tâm O-A trong hình 1-3d.
Mặt cắt ngang tại vết nứt được thể hiện trong hình 1-3c. Mặt cắt này có mômen quán tính
nhỏ hơn nhiều so với mômen quán tính của mặt cắt không nứt. EI được tính sử dụng
mômen quán tính ở mặt cắt nứt nhỏ hơn EI được tính sử dụng mômen quán tính của mặt
cắt không nứt, và gần bằng độ cong tại các tải trọng gần như chảy dẻo, như thể hiện bằng
đường toả tia O-B trong hình 1-3d. Tại tải trọng khai thác, các điểm C1 và C2 như thể hiện
trong hình 1-3d, các giá trị EI ở khoản giữa hai bên này. Trên thực tế EI tại các mức độ tải
trọng khai thác thay đổi đáng kể, như sự chênh lệch độ dốc của các đường cong O-C1 và
O-C2 đã thể hiện, phụ thuộc vào độ lớn tương đối của mômen nứt, Mcr. Mômen tải trọng
khai thác Ma và mômen chạy dẻo, My. Sự thay đổi EI với mômen như thể hiện trong hình
1-3e, thu được từ hình 1-3d.
-27 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
m
m
(a) DÇm vâng
(b) MÆt c¾t tríc khi nøt
(b) MÆt c¾t sau khi nøt
B
n øt
Sù ch¶y dÎo cña cèt thÐp
EI k
h« n
g bÞ
M«men, M
M«men nøt Mcr
0
C1
C2
d
§é
A
èc
=
=E
M/
I
M
§é cong
(d) BiÓu ®å m«men - ®é cong
EI kh«ng bÞ nøt
C1
C2
EI
EI nøt
B
M«men nøt
Mcr
M«men
(e) Sù thay ®æi EI víi m«men
H×nh 1-3. BiÓu ®å m«men - ®é cong vµ sù biÕn thiªn EI
Sự chuyển dịch từ mômen quán tính của mặt cắt không nứt sang mômen quán tính
của mặt cắt không nứt phản ánh hai hiện tượng khác nhau. Khi tải trọng chỉ cao hơn tải
-28 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
trọng gây nứt một chút, một phần đáng kể lực kéo giữa các vết nứt là ở trong bê tông và
do vậy cấu kiện có tác động giống với một mặt cắt không nứt hơn là mặt cắt đã bị nứt. Khi
tải trọng tăng lên, xuất hiện vết nứt bên trong, cốt thép tăng với sự thay đổi lực kéo trong
bê tông không đáng kể. Tại các tải trọng rất lớn, lực kéo trong bê tông không đáng kể
được so sánh với lực đó trong cốt thép, và do đó cấu kiện gần giống như một mặt cắt bị
nứt hoàn toàn. Tác động của lực kéo trong bê tông đến EI được gọi là sự gia cố chống kéo.
EI kh«ng nøt
EI
EI nøt
Trô ®ì bªn tr¸i
gi÷a nhÞp
Trô ®ì bªn ph¶i
H×nh 1-4. Sù biÕn thiªn EI däc theo chiÒu dµi dÇm
Hình 1-4 thể hiện sự phân bố của EI dọc dầm trong hình 1-3b. EI thay đổi từ giá trị
không nứt tại các điểm mà ở đó có mômen nhỏ hơn mômen nứt, đến giá trị nứt cục bộ tại
điểm có mômen lớn. Do sử dụng sự phân bố các giá trị EI như vậy sẽ làm cho các phép
tính độ võng dài lê thê nên người ta thường sử dụng giá trị EI trung bình toàn bộ hoặc giá
trị EI hiệu dụng. Mômen quán tính hiệu dụng phải được tính đến đối với sự gia cố chống
kéo và sự thay đổi EI dọc cấu kiện.
I.3.3.2 Mômen quán tính hiệu dụng
Độ dốc của đường OA trong hình 1-3d xấp xỉ với độ dốc của đường EIgt trong khi
đó độ dốc của đường OB xấp xỉ với độ dốc của đường EIcr. Ở các điểm giữa vết nứt (điểm
A) và sự chảy dẻo của cốt thép(điểm B), các giá trị giữa của EI tồn tại. Dựa trên các dữ
liệu thực nghiệm, Branson đã thu được phương trình sau để từ trị số của Igt tính ra trị số
của Icr.
a
M a
M cr
cr
Ie=
I gt + 1 −
I cr
M
M
a
a
-29 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
Trong đó
Mcr = mômen nứt f r Ig/yt
Ig = mômen quán tính của mặt cắt bê tông
f r = giới hạn bền uốn = 7,5
fc'
yt = khoảng cách từ trọng tâm tới thớ biên chịu kéo
Tiêu chuẩn ACI định rõ Ma là mômen cực đại trong cấu kiện ở giai đoạn mà tại đó độ
võng đang được tính toán. Một định nghĩa chính xác hơn là:
Ma = mômen cực đại trong cấu kiện tại giai đoạn chịu tải mà mômen quán tính đang được
tính toán hoặc tại giai đoạn chịu tải trước nào đó.
Trong một số kết cấu (chẳng hạn như các bản hai hướng), tải trọng thi công có thể vượt
quá tải trọng khai thác. Nếu tải trọng thi công gây nứt thì mômen quán tính hiệu dụng sẽ
giảm xuống.
Trong vùng có mômen không đổi, Branson tìm thấy số mũ a là 4. Số mũ này được tính đối
với tác động gia cố chống kéo. Đối với dầm gối tựa tự do, Branson gợi ý rằng có thể tính
cả gia cố chống kéo và sự thay đổi EI dọc theo chiều dài cấu kiện bằng cách sử dụng a =3.
Để đơn giản, phương trình của tiêu chuẩn ACI được viết theo mômen quán tính của toàn
bộ mặt cắt bê tông, Ig không tính đến sự tăng chút ít của mômen quán tính do cốt thép:
3
M 3
M cr
cr
Ie=
I g + 1 −
I cr
M a
Ma
Có thể sắp xếp lại phương trình trên:
M
I e = I cr + ( I g − I cr ) cr
Ma
3
Đối với một dầm liên tục, các giá trị Ie có thể hoàn toàn khác nhau với Ie ở các vùng có
mômen dương và âm. Trong trường hợp đó, có thể giả định là giá trị mômen dương đặt
-30 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
giữa các điểm uốn ngược và giá trị mômen âm ở các vùng đầu mút. Trong ACI đề xuất sử
dụng giá trị trung bình Ie.
Các dầm có hai đầu liên tục:
Ie trung bình = 0,70Iem + 0,15(Ie1 + Ie2)
Các dầm có một đầu liên tục :
Ietrung bình 0,85Iem + 0,15(Ie đầu liên tục)
Trong đó, Iem, Ie1 và Ie2 là các giá trị của Ie tại giữa nhịp và hai đầu của dầm. Nên sử dụng
các hệ số mômen hoặc đường bao mômen trong việc tính Ma và Ie ở các mặt cắt có mômen
âm và mômen dương.
I.3.4.Kết luận:
Với lý thuyết tính toán độ võng, độ cứng theo TCVN 356-2005 áp dụng cho các
công trình bêtông cốt thép, việc sử dụng dễ dàng vì có nhiều hệ số trong công thức tính
toán đã được nghiên cứu thông qua phương pháp toán hay thực nghiệm. Với sàn
BubbleDeck ta cũng sử dụng hệ thống lý thuyết này để tính toán độ cứng của sàn quy đổi
từ đó tính ra độ võng và so sánh với thực nghiệm.
-31 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ch¬ng II:
Ph¹m Trung Dòng
Nghiªn cøu thùc nghiÖm ®é cøng
chèng uèn sµn bubbledeck
II.1. Môc tiªu nghiªn cøu thùc nghiÖm.
- KiÓm tra, ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng chÞu lùc vµ ®é bÒn thùc tÕ cña kÕt cÊu sµn
Bubbledeck khi chÞu t¶i träng ®øng theo thiÕt kÕ (bao gåm tÜnh t¶i vµ ho¹t t¶i sö dông)
b»ng ph¬ng ph¸p chÊt t¶i tÜnh t¹i hiÖn trêng.
- KiÓm tra sù lµm viÖc thùc tÕ cña cÊu kiÖn (th«ng qua c¸c ®¹i lîng chuyÓn vÞ, øng
suÊt- biÕn d¹ng).
- Tõ kÕt qu¶ ®o biÕn d¹ng mµ cô thÓ lµ ®é vâng cña thùc nghiÖm tÝnh to¸n ra ®é
cøng chèng uèn cña sµn díi t¸c dông cña t¹i träng theo ph¬ng th¼ng ®øng.
II.2. §Þa ®iÓm, thêi gian, thµnh phÇn tham gia thùc nghiÖm, ngêi tiÕn hµnh thùc
nghiÖm:
II.2.1: §Þa ®iÓm thùc nghiÖm:
-
Thùc nghiÖm sµn Bubble Deck ®îc tiÕn hµnh t¹i nhµ m¸y bªt«ng ThÞnh LiÖt –
c¬ së 2, ®Þa chØ Thanh Tr× - Hµ Néi.
-
Do t¹i nhµ m¸y cã ®éi ngò c«ng nh©n chuyªn nghiÖp, mÆt b»ng thùc nghiÖm
réng r·i, t¹i nhµ m¸y cã c¸c tÊm bªt«ng s½n cã ®Ó lµm t¶i trong thùc nghiÖm.
II.2.2: Thêi gian thùc nghiÖm:
-
Thùc nghiÖm ®îc tiÕn hµnh vµo ngµy 20-08-2008.
II.2.3: Thµnh phÇn tham gia thùc nghiÖm:
-
Chñ ®Çu t C«ng ty cæ phÇn kÕt cÊu kh«ng gian Tadits vµ C«ng ty liªn doanh
BubbleDeck ViÖt Nam.
-
§¬n vÞ thi c«ng thùc hiÖn chuÈn bÞ mÆt b»ng thùc nghiÖm, ®èi tîng thùc
nghiÖm, t¶i träng thùc nghiÖm, m¸y mãc nh©n lùc: C«ng ty cæ phÇn bªt«ng
ThÞnh LiÖt, c¬ së 2.
-
§¬n vÞ t vÊn lµm thùc nghiÖm: Phßng thÝ nghiÖm c«ng tr×nh C«ng ty t vÊn
trêng §¹i Häc X©y Dùng,
II.3: S¬ ®å thùc nghiÖm, s¬ ®å chÊt t¶i, biÖn ph¸p gia t¶i.
- 32 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
II.3.1: §èi tîng thùc nghiÖm
§èi tîng thùc nghiÖm bao gåm kÕt cÊu sµn cã diÖn tÝch 9x12m, nhÞp lµm viÖc theo
2 ph¬ng L1= 7,2m, L2= 8,4m (chiÒu dµy sµn tæng céng h= 340mm) tùa trªn 04 cét kÝch
thíc700x700mm.
S¬ ®å thÝ nghiÖm
II.3.2: T¶i träng thùc nghiÖm
* Gi¸ trÞ cña t¶i träng thùc nghiÖm
- Ngoµi träng lîng b¶n th©n kÕt cÊu sµn BTCT (®· cã), t¶i träng tÝnh to¸n vµ tiªu
chuÈn cña tÜnh t¶i phô thªm vµ ho¹t t¶i ®îc tÝnh nh sau:
* Ph¬ng tiÖn chÊt t¶i vµ ph©n cÊp t¶i träng thùc nghiÖm
a) Ph¬ng tiÖn vµ biÖn ph¸p chÊt t¶i:
Sö dông vËt nÆng s½n cã t¹i ®Þa ®iÓm thö t¶i (b·i ®óc cÊu kiÖn C«ng ty bª t«ng
ThÞnh LiÖt) lµ c¸c tÊm ®an cã träng lîng mét tÊm lµ 335kG lµm ph¬ng tiÖn chÊt t¶i. C¨n
cø vµo ®Æc ®iÓm thÝ nghiÖm vµ yªu cÇu t¶i träng, ®¬n vÞ TN quyÕt ®Þnh sö dông 184 tÊm
®an chÊt trªn bÒ mÆt cÊu kiÖn→ Tæng t¶i träng thùc tÕ chÊt trªn mçi cÊu kiÖn lµ 61640kG
(t¬ng øng víi 570,8kG/m2) n»m trong ph¹m vi yªu cÇu. §Ó tr¸nh sù tiÕp xóc kh«ng ®Òu,
c¸c tÊm ®an ®îc kª trªn c¸c xµ gç (kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c xµ gå lµ 0,5m).
Sö dông cÈu lµm ph¬ng tiÖn chÊt vµ h¹ t¶i. §©y lµ ph¬ng ph¸p chÊt vµ h¹ t¶i kh¸
tèi u v× cã thÓ tr¸nh ®îc tèi ®a nh÷ng rung ®éng ¶nh hëng lªn kÕt cÊu.
- 33 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
S¬ ®å chÊt t¶i thÝ nghiÖm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
mÆt b»ng chÊt t¶i thÝ nghiÖm
- 34 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
b) Ph©n cÊp t¶i träng thùc nghiÖm:
Theo TCXDVN 363: 2006, gi¸ trÞ mçi cÊp chÊt t¶i kh«ng nªn vît qu¸ 25% t¶i
träng thÝ nghiÖm, t¶i träng dì mçi cÊp kh«ng qu¸ hai lÇn t¶i träng mçi cÊp chÊt t¶i→ Chän
4 cÊp t¨ng t¶i vµ 2 cÊp h¹ t¶i→ Ta cã b¶ng ph©n cÊp t¶i nh sau:
T¶i träng
Sè tÊm thÐp
CÊp t¶i
TN
trªn cÊu
TN
ph©n bè
kiÖn
(kG/m2)
(tÊm)
0
142,7
285,4
428,1
570,8
285,4
0
0
46
92
138
184
92
0
0
1
2
3
4
2’
0
Thêi gian gi÷ t¶i
trong mçi cÊp
Ghi chó
(phót)
≥ 10 phót, æn
≥ 10 phót, æn
≥ 10 phót, æn
≥ 10 phót, æn
24 giê, æn ®Þnh
≥ 10 phót, æn
24 giê, æn ®Þnh
T¨ng t¶i
H¹ t¶i
II.4. Dông cô vµ thiÕt bÞ ®o sö dông trong thùc nghiÖm thö t¶i
II.4.1 Dông cô vµ thiÕt bÞ ®o chuyÓn vÞ.
- §o chuyÓn vÞ ®øng trªn toµn tÊm t¹i 13 ®iÓm V1- V13. T¹i bèn gèi tùa kh«ng bè
trÝ c¸c thiÕt bÞ ®o v× c¸c cét ®îc kª trªn nÒn cøng ®óc cÊu kiÖn cña c«ng ty ThÞnh LiÖt nªn
chuyÓn vÞ t¹i c¸c vÞ trÝ nµy lµ kh«ng ®¸ng kÓ.
- TÊt c¶ c¸c vÞ trÝ ®o chuyÓn vÞ sö dông ®ång hå so 0,01 Mitutoyo- NhËt b¶n.
S¬ ®å bè trÝ dông cô ®o chuyÓn vÞ
V10
V11
V7
V1
V4
V8
V2
V5
V9
V3
V6
- 35 -
V12
V13
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
II.5. Quy tr×nh thÝ nghiÖm thö t¶i
II.5.1. C¸c tiªu chÝ ®¸nh gi¸ ®é bÒn cÊu kiÖn.
II.5.1.1. CÊu kiÖn ®îc coi lµ kh«ng ®¹t yªu cÇu vÒ kh¶ n¨ng chÞu lùc khi bÞ ph¸ ho¹i hoÆc
cã mét trong c¸c dÊu hiÖu chøng tá kÕt cÊu s¾p bÞ ph¸ ho¹i sau:
- Bª t«ng vïng nÐn bÞ nøt vì.
- MÊt æn ®Þnh kÕt cÊu hoÆc phÇn tö kÕt cÊu;
- Ph¸ ho¹i côc bé cã xu híng ph¸t triÓn khi t¶i träng kh«ng thay ®æi;
- BiÕn d¹ng hoÆc ®é vâng do cÊp t¶i cuèi cïng g©y ra b»ng hoÆc lín h¬n tæng biÕn
d¹ng, ®é vâng cña n¨m cÊp t¶i cã cïng ®é lín tríc ®ã g©y ra;
- §é vâng b»ng hoÆc lín h¬n 1/50 nhÞp;
- BÒ réng vÕt nøt b»ng hoÆc lín h¬n 1,5mm vµ vÕt nøt cã chiÒu dµi 200mm trë lªn;
- Ph¸ ho¹i do c¸c vÕt nøt nghiªng ë gÇn n¬i cã lùc tËp trung;
- Liªn kÕt cèt thÐp víi bª t«ng bÞ ph¸ vì.
II.5.1.2. CÊu kiÖn ®îc coi lµ ®¹t yªu cÇu vÒ kh¶ n¨ng chÞu lùc khi kh«ng x¶y ra bÊt kú dÊu
hiÖu nµo nh ®· nªu trong môc 4.1.1 vµ tho¶ m·n mét trong hai ®iÒu kiÖn sau:
∆ max ≤
∆r ≤
L2n
= [∆ max ]
20000h
(2-1)
∆ max
= [∆ r ]
k
(2-2)
Trong ®ã:
- ∆max: ®é vâng lín nhÊt lµ chuyÓn vÞ t¬ng ®èi cña ®iÓm gi÷a d¶i sµn so víi chuyÓn
vÞ cña hai gèi tùa hai ®Çu theo ph¬ng ®øng, t¹i cÊp t¶i cuèi (cÊp 4).
∆max = ∆®g – 0,5(∆gt1+∆gt2)
Lu ý: §iÓm gèi tùa trªn kÕt cÊu sµn TN lµ c¸c ®iÓm ®o n»m trªn trôc cét theo 2
ph¬ng.
- ∆r: ®é vâng d sau khi h¹ t¶i.
- k=4 øng víi trêng hîp BTCT thêng.
§èi tîng thÝ nghiÖm lµ d¹ng sµn kh«ng dÇm, viÖc kiÓm tra ®é vâng cÇn ®îc tiÕn
hµnh trªn tÊt c¶ c¸c d¹ng d¶i sµn, bao gåm:
a. C¸c d¶i sµn theo ph¬ng ng¾n (Ln= L1= 7,2m), gåm 5 d¶i bÒ réng 2,4m (3 d¶i gi÷a nhÞp
vµ 2 d¶i trªn cét), kÝ hiÖu tõ 1÷5:
L2n
[∆ max ] =
= 7,6mm
20000h
- 36 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
b. C¸c d¶i sµn theo ph¬ng dµi (Ln= L2= 8,4m), gåm 3 d¶i ®¹i diÖn (1 d¶i gi÷a vµ 2 d¶i trªn
cét), kÝ hiÖu tõ 6÷8:
L2n
[∆ max ] =
= 10,4mm
20000h
c. D¶i chÐo (9): gåm 1 d¶i ®¹i diÖn (thùc tÕ trªn sµn cã 2 d¶i nhng chung 1 ®iÓm ®o)
Ln = L12 + L22 ≈ 11,0m
L2n
[∆ max ] =
= 17,8mm
20000h
6
1
2
3
4
5
7
9
8
II.5.2. Quy tr×nh thö t¶i.
C¨n cø môc 4.1 vµ môc tiªu cña c«ng t¸c thö t¶i, ®¬n vÞ thÝ nghiÖm x©y dùng quy
tr×nh thö t¶i nh sau:
C¸c cÊu kiÖn ®îc chÊt t¨ng t¶i theo tõng cÊp nh trong b¶ng ph©n cÊp t¶i. Cã thÓ
x¶y ra mét trong c¸c trêng hîp sau:
+ Trêng hîp 1: CÊu kiÖn bÞ ph¸ ho¹i vµ hoÆc x¶y ra mét trong c¸c dÊu hiÖu nªu t¹i
môc 4.1.1 th× kÕt thóc TN vµ cÊu kiÖn ®îc coi lµ kh«ng ®¹t yªu cÇu vÒ ®é bÒn ®èi víi t¶I
träng thiÕt kÕ ®Ò ra.
+ Trêng hîp 2: T¹i cÊp 4, cÊu kiÖn kh«ng ph¸ ho¹i, kh«ng xuÊt hiÖn bÊt kú dÊu
hiÖu nµo nªu t¹i môc 4.1.1 vµ ®¹t yªu cÇu ®iÒu kiÖn (1) cña môc 4.1.2 th× kÕt thóc qu¸ tr×nh
thÝ nghiÖm vµ kÕt cÊu ®îc coi lµ ®¹t yªu cÇu vÒ ®é bÒn.
+ Trêng hîp 3: T¬ng tù trêng hîp 2, nhng cÊu kiÖn kh«ng ®¹t yªu cÇu ®iÒu
kiÖn (1) môc 4.1.2 th× tiÕp tôc thùc hiÖn qu¸ tr×nh h¹ t¶i vµ kiÓm tra tiÕp ®iÒu kiÖn (2) cña
môc nµy.
II.5.3. S¬ lîc tr×nh tù tiÕn hµnh thÝ nghiÖm
-
Bíc 1: KiÓm tra sù æn ®Þnh vµ ho¹t ®éng cña hÖ thèng thiÕt bÞ ®o, ghi sè liÖu
ban ®Çu vµ hiÖn tr¹ng c¸c khuyÕt tËt ®· tån t¹i (®Ó cã c¬ së so s¸nh sau nµy).
- 37 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
-
Ph¹m Trung Dòng
Bíc 2: Gia t¶i theo tõng cÊp (theo b¶ng ph©n cÊp t¶i), cø 5 phót lÊy sè liÖu 1
lÇn, chØ cho phÐp chuyÓn cÊp t¶i khi c¸c chØ sè chuyÓn vÞ ®· æn ®Þnh (sè gia
chuyÓn vÞ trªn c¶ 5 ®ång hå sau 5 phót nhá h¬n 10% gi¸ trÞ chuyÓn vÞ trong cÊp
®ã tÝnh ®Õn thêi ®iÓm hiÖn t¹i).
-
Bíc 3: T¹i cÊp t¶i cuèi (cÊp 4), gi÷ t¶i trong 24 giê, theo dâi vµ ghi sè liÖu
chuyÓn vÞ, biÕn d¹ng ®Þnh kú 2 giê mét lÇn ®Ò phßng c¸c trêng hîp ph¸ hñy
cã thÓ x¶y ra. Sau 24 giê ghi sè liÖu lÇn cuèi vµ kÕt thóc qu¸ tr×nh t¨ng t¶i.
-
Bíc 4: (ChØ thùc hiÖn ®èi víi trêng hîp 3) H¹ t¶i tõ tõ theo tõng cÊp (theo
b¶ng ph©n cÊp h¹ t¶i) t¬ng tù nh qu¸ tr×nh t¨ng t¶i.
-
Bíc 5: T¹i cÊp t¶i cuèi cïng (cÊp 0’), thùc hiÖn t¬ng tù nh cÊp t¶i cuèi khi
t¨ng t¶i, ghi sè liÖu lÇn cuèi vµ kÕt thóc thÝ nghiÖm.
II.6: KÕt qu¶ thùc nghiÖm ®¹t ®îc.
II.6.1. KÕt qu¶ ®o chuyÓn vÞ vµ ®é vâng t¹i c¸c d¶i sµn:
-
ChuyÓn vÞ thùc tÕ t¹i 13 ®iÓm ®o trªn sµn t¬ng øng víi tõng cÊp t¶i ®îc thÓ
hiÖn b»ng b¶ng d÷ liÖu.
-
§é vâng lín nhÊt thùc tÕ ∆max cña c¸c d¶i sµn ®îc x¸c ®Þnh tõ chuyÓn vÞ t¹i
®iÓm gi÷a d¶i vµ chuyÓn vÞ gèi tùa hai ®Çu t¹i cÊp t¶i cuèi.
D¶i
ChuyÓn vÞ gi÷a
ChuyÓn vÞ gèi
ChuyÓn vÞ gèi
tùa 1
tùa 2
∆max
[∆max]
§¸nh
(mm)
(mm)
gi¸
7,6
§¹t y/c
10,4
§¹t y/c
17,8
§¹t y/c
§ång
∆®g
§ång
∆gt1
§ång
∆gt2
hå
(mm)
hå
(mm)
hå
(mm)
1
V11
7,06
T¹i cét
0
T¹i cét
0
7,06
2
V8
11,21
V7
6,44
V9
6,53
4,72
3
V2
15,16
V1
10,08
V3
9,98
5,13
4
V5
11,55
V4
6,73
V6
6,60
4,88
5
V12
7,12
T¹i cét
0
T¹i cét
0
7,12
6
V1
10,08
T¹i cét
0
T¹i cét
0
10,08
7
V2
15,16
V11
7,06
V12
7,12
8,07
8
V3
9,98
T¹i cét
0
T¹i cét
0
9,98
9
V2
15,16
T¹i cét
0
T¹i cét
0
15,16
sµn
- 38 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
-
Ph¹m Trung Dòng
§ång thêi, kÕt qu¶ ®é vâng lín nhÊt cho thÊy: TÊt c¶ c¸c d¶i sµn ®Òu ®¹t yªu cÇu
®iÒu kiÖn (1) môc 4.1.2.
II.6.2. KÕt qu¶ ®o chuyÓn vÞ vµ ®é vâng max t¹i c¸c ®iÓm ®o víi c¸c cÊp t¶i träng:
chuyÓn vÞ
CÊp t¶i
q (kG/m2)
1
ChuyÓn vi t¹i c¸c ®iÓm ®o (mm)
V1
V2
V3
V4
V5
V6
V7
142,7
1,32
2,05
0,82
0,81
0,78
0,54
0,38
2
285,4
3,72
5,16
2,42
2,12
3,15
1,55
1,12
3
428,1
7,12
10,02
5,54
4,21
7,12
3,46
2,48
4
570,8
10,08
15,16
9,98
6,73
11,55
6,60
6,44
chuyÓn vÞ
CÊp t¶i
q (kG/m2)
1
ChuyÓn vi t¹i c¸c ®iÓm ®o (mm)
V8
V9
V10
V11
V12
V13
142,7
1,32
0,72
0,36
0,34
0,46
0,42
2
285,4
3,65
1,76
3,72
1,38
1,39
1,15
3
428,1
7,13
3,74
1,52
4,08
3,74
1,85
4
570,8
11,21
6,53
2,31
7,06
7,12
2,68
- 39 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
®é vâng t¹i c¸c vÞ trÝ thÝ nghiÖm víi cÊp t¶i Q= 570,8kg/m2
a
b
v7
v1
v4
(6,44)
(10,08)
(6,73)
v10
v11
v8
v2
v5
v12
v13
(2,31)
(7,06)
(11,21)
(15,16)
(11,55)
(7,12)
(2,68)
(6,53)
(9,98)
(6,60)
v9
v3
v6
mÆt c¾t a-a
6,44
10,08
6,73
mÆt c¾t b-b
2,31
7,06
11,21
15,16
- 40 -
11,55
7,12
2,68
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
kÕt qu¶ ®o ®é vâng thùc tÕ t¹i V1
CÊp t¶i
q
Sè ®äc
2
§é vâng thùc tÕ
∆
TT
i
kG/m
chuyÓn vÞ
0
0
34,02
0,00
1
142,7
32,70
1,32
2
285,4
30,3
3,72
3
428,1
26,9
7,12
4
570,8
23,94
10,08
(mm)
BiÓu ®å quan hÖ T¶i träng- ®é vâng (T¨ng t¶i)
T¶i träng (kG/m2)
0
142,7
285,4
428,1
570,8
§é vâng (mm)
0,00
4,00
8,00
12,00
16,00
kÕt qu¶ ®o ®é vâng thùc tÕ t¹i V2
CÊp t¶i
i
0
q
kG/m
Sè ®äc
chuyÓn vÞ
§é vâng thùc tÕ
∪TT (mm)
0
45,84
0,00
1
142,7
43,79
2,05
2
285,4
40,68
5,16
3
428,1
35,82
10,02
4
570,8
30,68
15,16
2
BiÓu ®å quan hÖ T¶i träng- ®é vâng (T¨ng t¶i)
T¶i träng (kG/m2)
0
142,7
285,4
§é vâng (mm)
0,00
4,00
8,00
12,00
16,00
- 41 -
428,1
570,8
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
kÕt qu¶ ®o ®é vâng thùc tÕ t¹i V3
CÊp t¶i
q
Sè ®äc
§é vâng thùc tÕ
chuyÓn vÞ
∆ (mm)
0
36,72
0,00
1
142,7
35,90
0,82
2
285,4
34,3
2,42
3
428,1
31,18
5,54
4
570,8
26,74
9,98
i
kG/m
0
2
TT
BiÓu ®å quan hÖ T¶i träng- ®é vâng (T¨ng t¶i)
T¶i träng (kG/m2)
0
142,7
285,4
428,1
570,8
§é vâng (m m)
0,00
4,00
8,00
12,00
16,00
kÕt qu¶ ®o ®é vâng thùc tÕ t¹i V4
CÊp t¶i
i
q
Sè ®äc
chuyÓn vÞ
§é vâng thùc tÕ
kG/m
0
0
31,69
0,00
1
142,7
30,88
0,81
2
285,4
29,57
2,12
3
428,1
27,48
4,21
4
570,8
24,96
6,73
2
∆
TT
(mm)
BiÓu ®å quan hÖ T¶i träng- ®é vâng (T¨ng t¶i)
2
T¶i träng (kG/m )
0
142,7
285,4
428,1
0,00
§é vâng (mm)
4,00
8,00
12,00
16,00
- 42 -
570,8
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
kÕt qu¶ ®o ®é vâng thùc tÕ t¹i V5
CÊp t¶i
i
q
§é vâng thùc tÕ
kG/m
Sè ®äc
chuyÓn vÞ
0
0
43,89
0,00
1
142,7
43,11
0,78
2
285,4
40,74
3,15
3
428,1
36,77
7,12
4
570,8
32,34
11,55
2
TT
∆ (mm)
BiÓu ®å quan hÖ T¶i träng- ®é vâng (T¨ng t¶i)
T¶i träng (kG/m2)
0
142,7
285,4
§é vâng (mm)
0,00
4,00
8,00
12,00
16,00
- 43 -
428,1
570,8
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
5.Mét sè h×nh ¶nh trong giai ®o¹n thÝ nghiÖm:
Thi c«ng sµn thÝ nghiÖm
HÖ gi¸o chèng an toµn thÝ nghiÖm
l¾p ®Æt Bè trÝ thiÕt bÞ thÝ nghiÖm
- 44 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
bè trÝ xµ gå gç
- 45 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
ph¬ng tiÖn vµ biÖn ph¸p ChÊt t¶i lªn kÕt cÊu
®äc sè liÖu trªn c¸c dông cô vµ thiÕt bÞ ®o chuyÓn vÞ
- 46 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
Ch¬ng III: ThiÕt lËp c«ng thøc tÝnh to¸n ®é cøng
III.1: Lý thuyÕt tÝnh to¸n.
III.1.1.Phương pháp giải tích
Phương pháp giải tích giải bài toán độ võng ngắn hạn của bản BTCT lấy cở sở lý
thuyết đàn hồi làm nền tảng, dựa trên phương trình cơ bản của lý thuyết tấm. Tấm là vật
thể hình lăng trụ có chiều cao nhỏ hơn rất nhiều so với kích thước đáy. Mặt trung bình của
tấm là mặt phẳng cách đều hai đáy ký hiệu là mặt phẳng toạ độ x,y.
Phương trình cơ bản của lý thuyết tấm được xây dựng dựa trên một số các giả thuyết
-
Tấm mỏng làm từ vật liệu đàn hồi tuyến tính.
-
Quan hệ ứng suất, biến dạng tuân theo định luật Hook.
-
Chuyển vị theo phương vuông góc mặt phảng trung bình, gọi là độ võng ∆ , có
trị số nhỏ và là hằng số trên bề dầy tấm.
-
Chuyển vị trong mặt phẳng trung bình là nhỏ so với độ võng ∆ .
Phương trình để giải bài toán tấm mỏng theo cách giải hỗn hợp gọi là hệ phương
trình Karmal gồm hai phương trình vi phân phi tuyến chứa hai ẩn số F và ∆ :
Ec
.L ( ∆ , ∆ )
2
D∇ 4 ∆ = q − h.L ( F , ∆ )
∇4F =
(3-1)
Trong đó :
-
L là ký hiệu của toán tử vi phân phi tuyến.
L( f ,g) = −
δ 2 f δ 2g δ 2 f δ 2g
δ 2 f δ 2g
−
+
2
δ y2 δ x2 δ x2 δ y2
δ xδ y δ xδ y
-
Ec : Mô đun đàn hồi của bê tông.
-
F là hàm ứng lực: F(x,y). Với:
Nx = h
δ 2F
δ 2F
δ 2F
;
N
=
h
;
s
=
−
h
;
y
δ y2
δ x2
δ yδ x
-
q : tải trọng tác dụng lên tấm.
-
h : chiều dầy tấm.
-
D: độ cứng chống uốn của tấm:
-
- 46 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
D=
Ph¹m Trung Dòng
Ec .h3
12 (1 −ν 2 )
Với ν là hệ số Poisson
Phạm vi ứng dụng của phương trình khá rộng rãi: bài toán tính toán của tấm mỏng
có độ võng nhỏ, có độ võng lớn và bài toán ổn định. Các hằng số khi tích phân phương
trình được xác định theo điều kiện biên
Trong các loại tấm mỏng ; tấm cứng là tấm có biến dạng, chuyển vị trong mặt
phẳng trung bình rất nhỏ và có thể bỏ qua so với biến dạng uốn, độ võng. Hệ phương trình
Karmal chỉ còn lại phương trình phi tuyến:
∇4∆ =
q
D
(3-2)
Trong đó: q là tải trọng phân bố trên tấm.
Hay còn gọi là phương trình cân bằng Sophie – Germain:
δ 4∆
δ 4∆
δ 4∆ q
+
2
+
=
δ x4
δ x 2δ y 2 δ y 4 D
(3-3)
Lý thuyết tấm cứng là lý thuyết có ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật xây dựng khi
tính toán các bản sàn. Lý thuyết tấm cứng được ứng dụng khi:
1 ∆ 1
≤ ≤
80 h 5
Trong đó: ∆ là độ võng của tấm.
Phương pháp chung để giải phương trình này là chọn trước hàm độ võng có dạng
chuỗi thoả mãn các điều kiện biên của bài toán. Quy luật biến thiên của tải trọng trên tấm
thường đã được biết trước, nếu không cũng khai triển tải trọng theo chuỗi có dạng tương
tự như rạng của hàm độ võng. Sau đó thay các giá trị vào phương trình Sophie – Germain
để giải.
III.1.2.Phương pháp gần đúng: Phương pháp hệ số độ võng
Các công thức tính toán độ võng của hệ tấm hai phương chịu tải trọng phân bố
đều sử dụng lý thuyết tấm uốn của tấm mỏng đàn hồi. Độ võng dưới tác dụng của tải trọng
suất phát từ phương trình cân bằng Sophie – Germain:
δ 4∆
δ 4∆
δ 4∆ q
+
2
x
+
=
δ x4
δ x 2δ y 2 δ y 4 D
(3-4)
- 47 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
Với tấm chữ nhật chịu tải trọng phân bố đều, lời giải dẫn tới công thức tính toán
độ võng lớn nhất có dạng:
∆=
K s .q.L4
D
Trong đó:
(3-5)
Ks: hệ số độ võng của tấm phụ thuộc vào tỉ số các cạch ô bản và các
điều kiện biên.
q : tải trọng phân bố đều.
L : cạnh dài hơn trong hai cạnh của ô bản.
D : độ cứng chống uốn của tấm.
E c .h 3
D=
12.(1 − ν 2 )
h : là chiều dầy tấm.
ν : là hệ số Poisson.
Ec : mô đun đàn hồi của bê tông.
Độ võng của bản có thể được tính toán bởi các công thức từ (3-1) đến (3-5) sử
dụng hệ số độ võng. Cách tính gần đúng này được coi là đơn giản nhất, có thể hữu ích
trong nhiều trường hợp để đánh giá độ võng. Khi những hệ số độ võng được xác định
trong từng trường hợp kết cấu cụ thể thì độ võng này có thể được coi là gần đạt đến độ
chính xác.
Nếu lấy v = 0,2 với bê tông thì công thức (3-5) trở thành:
∆=
11.5.K s .q.L4
E c .h 3
(3-6)
Nếu bỏ qua hệ số Poisson (v=0) thì công thức (3-5) trở thành:
∆=
12.K s .q.L4
Ec .h3
(3-7)
Công thức (3-7) có thể được viết lại cho một đơn vị bề rộng của tấm:
∆=
Trong đó :
K s .q.L4
Ec .I e
(3-8)
Ie = Ig khi tấm không bị nứt.
Ie < Ig khi tấm bị nứt cục bộ.
( trong đó
Ig là mô men quán tính của tiết diện bê tông, bỏ qua côt thép
Ie là mô men quán tính khi tính võng)
- 48 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
III.1.3.Lý thuyÕt tÝnh theo ph¬ng ph¸p PTHH.
Trong mấy chục năm gần đây đã diễn ra sự thay đổi quan trọng về phương pháp
nghiên cứu trong lĩnh vực tính toán kết cấu. Sự phát triển và áp dụng rộng rãi máy tính
điện tử (MTĐT) đã làm thay đổi sâu sắc cách xem xét và sử dụng các phương pháp tính
toán kết cấu. Thật vậy, với công cụ (MTĐT) ta có thể chọn thuật toán tính toán kết cấu
tổng quát, áp dụng cho một lớp các bài toán có chung một số tính chất chủ yếu. Hầu hết
các máy tính hiện nay là máy tính số, chỉ phân tích các đại lượng dưới dạng số, do đó
phương pháp tính toán số đã được nghiên cứu phát triển và áp dụng phù hợp với sự phát
triển nhanh chóng của MTĐT. MTĐT cho phép chọn lựa, hoàn thiện các mô hình tính
toán phản ánh với mức độ tối đa các tính chất của vật liệu cũng như sự làm việc thực tế
của kết cấu. Nhiều giả thiết gần đúng trước đây( do khả năng tính toán thực hiện hạn chế)
đã được thay thế bằng các điều kiện chính xác, phù hợp với tình trạng kết cấu. Như vậy
trong tính toán kết cấu theo phương pháp này, người ta phải dùng các phương pháp tính
dẫn đến việc mô tả nghiệm của bài toán theo một tập hợp hợp số, thường được gọi là “
phương pháp rời rạc hoá” hay “ phương pháp số”.
Các phương pháp rời rạc hoá có thể chia thành hai nhóm chính:
-
Các phương pháp rời rạc toán học, trong đó các nghiên cứu mô tả các hàm
tương ứng được thay thế bằng các nghiệm gần đúng biểu diễn qua các hàm xấp
xỉ chứa một số hữu hạn các đại lượng số.
-
Các phương pháp rời rạc hoá vật lý, trong đó hệ thức được thay thế bằng mô
hình vật lý gần đúng mà lời giải của nó cũng được xác định bằng một số hữu
hạn các đại lượng số.
Ngày nay, người ta đã xây dựng được phương pháp tính toán bằng số mạnh để giải
các bài toán về môi trường liên tục (trong đó bao gồm các bài toán kết cấu). Một số
phương pháp chủ yếu là: phương pháp phần tử biên, phương pháp sai phân hữu
hạn, phương pháp sai- biến phân, phương pháp phần tử hữu hạn(PTHH)…Trong số
các phương pháp kể trên, phương pháp PTHH là phương pháp xây dựng trên cơ sở
của sự rời rạc hoá vật lý được sử dụng rất phổ biến trong các bài toán kết cấu vì đây
là một phương pháp tổng quát có tính hệ thống.
Trong phương pháp PTHH thì miền của bài toán Ω được chia thành một số hữu hạn
các miền còn gọi là các phần tử. Các miền con này được gọi là các liệu được giả
thiết không thay đổi trong mỗi phần tử nhưng có thể thay đổi từ phần tử này sang
- 49 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
phần tử khác. Kích thước hình học và số lượng các phần tử không những phụ thuộc
và hình dạng hình học và tính chất chịu lực của kết cấu ( bài toán phằng hay bài
toán không gian, hệ thanh hay hệ tấm vỏ…) mà còn phụ thuộc và yêu cầu về mức
độ chính xác của bài toán đặt ra. Lưới PTHH càng mau, nghĩa là kích thước các
phần tử càng nhỏ thì mức độ chính xác của kết quả tính toán cằng tăng. Các phần tử
này được kết nối với nhau tại các điểm định trước trên biên của phần tử gọi là nút.
Như vậy, với bài toán được xác định trên những miền phức tạp gồm nhiều vùng nhỏ có
đặc trưng hình học, vật lý khác nhau, chịu những điều kiện biên khác nhau đã được rời rạc
để xết thành các tiểu phần tử. Với việc chia nhỏ này thì từ bài toán phức tạp đã có thể rời
rạc về bài toán gồm những phần tử mẫu đã được nghiên cứu tù trước dựa trên cơ sở của
một số quy luật về phân bố chuyển vị và nội lực ( ví dụ lý thuyết đàn hồi). Vì vậy phương
pháp này còn mang tính tổng quát. Phương pháp PTHH có ưu điểm nổi bật là thuật toán
đơn giản, tính hệ thống cao rất phù hợp với máy tính điện tử.
Với việc áp dụng phương pháp PTHH trong sàn ta sử dụng phần mềm SAFE để
giải quyết bài toán tính độ võng.
III.2.Thiết lập công thức tính độ cứng chống uốn của sàn BubbleDeck.
III.2.1.Phương pháp:
Xét mặt cắt sàn BubbleDeck, trong một bước bóng ta quy đổi thành một tiết diện
chữ I:
Hình 3.1- Mặt cắt sàn Bubbledeck
- 50 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
Hình 3.2- Quy đổi mặt cắt sàn
Quy đổi tiết diện chữ I này thành một bản đặc tương đương có chiều dày htd.
Hình 3.3- Tính bản đặc tương đương
Sử dụng lý thuyết tính toán độ cứng của dầm theo TCVN 356-2005 trong trường
hợp nứt và không nứt để tính quy đổi tương đương.
III.2.2.Khi chưa nứt:
Khi hệ kết cấu chưa xuất hiện vết nứt, độ cứng chống uốn của dầm là:
B = ϕl Eb I red
(4-1)
Quy đổi các tiết diện I của sàn BubbleDeck thành một bản đặc BTCT có cũng chiều rộng
b nhưng có chiều cao là htd1
Với bản đặc có chiều dầy tương đương thì:
bhtd 13
B = Eb J = Eb .
12
Với tiết diện chữ I quy đổi từ sàn BubbleDeck
B = ϕl Eb I red
- 51 -
(4-2)
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
ϕl : hệ số xét đến ảnh hưởng của từ biến của bêtông, với thí nghiệm thì hệ số này là ngắn
hạn
I red = I b + I b' + α I s + α I s'
Với dạng mặt cắt tiết diện chữ I ta có:
α=
Es
Eb
I s = As (h0 − x0 ) 2
I s' = A' s ( x0 − a ' ) 2
3
b(h − x0 )3 (b f − b)h f
Ib =
+
+ (b f − b)h f (h − x0 − 0,5h f )2
3
12
'
' 3
bx03 (b f − b) h f
I =
+
+ (b 'f − b) h'f ( x0 − 0,5h'f ) 2
3
12
'
b
Đặt
h0 = β1h
x0 = β 2 h
b f = β 3b , b' f = β '3b
h f = β4h
h'f = β5 h
a' = β6h
Với một tiết diện I cụ thể ta tính được các hệ số: β1 , β 2 , β3 , β3' , β 4 , β5 , β 6
=> I s = As (h0 − x0 ) 2 = As ( β1h − β 2 h) 2 = As h2 ( β1 − β 2 )2 = µbh0 h2 ( β1 − β 2 )2
= bh3 µβ1 ( β1 − β 2 ) 2
=> I s' = A' s ( x0 − a ' )2 = A' s ( β 2 h − β 6 h)2 = A' s h 2 ( β 2 − β 6 )2 = µ 'bh0 h 2 ( β 2 − β 6 )2
= bh3 µ ' β1 ( β 2 − β6 )2
3
b(h − x0 )3 (b f − b)h f
+
+ (b f − b)h f (h − x0 − 0,5h f ) 2
3
12
3
b(h − β 2 h) ( β3b − b)( β 4 h)3
=
+
+ ( β3b − b) β 4 h(h − β 2 h − 0,5β 4 h)2
3
12
3
bh
4(1 − β 2 )3 + ( β3 − 1)( β 4 )3 + 12( β3 − 1) β 4 (1 − β 2 − 0,5β 4 ) 2
=
12
=> I b =
- 52 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
b( β 2 h)3 ( β '3b − b)( β5 h)3
=> I =
+
+ ( β '3b − b) β5 h( β1h − 0,5β5 h) 2
3
12
3
bh
4 β 2 3 + ( β '3 − 1)( β5 )3 + 12( β '3 − 1) β5 ( β1 − 0,5β5 ) 2
=
12
'
b
Vậy ta có:
I red = I b + I b' + α I s + α I s'
bh3
( 4(1 − β 2 )3 + ( β3 − 1)( β 4 )3 + 12( β3 − 1) β 4 (1 − β 2 − 0,5β 4 )2 +
12
4β 23 + ( β '3 − 1)( β5 )3 + 12( β '3 − 1) β 5 ( β1 − 0,5β5 ) 2 + 12αµβ1 ( β1 − β 2 )2 + 12αµ ' β1 ( β 2 − β 6 )2 )
=
=
bh3
(φ1 )
12
bh3
=> B = ϕl Eb
(φ1 )
12
(4-3)
Cân bằng 2 phương trình 4-2 và 4-3, với tiết diện I giả sử b’f max và bản đặc quy đổi
cũng có cùng chiều rộng ta có:
b' f = β '3b
bhtd 13
bh3
B = Eb .
= ϕl Eb
(φ1 )
12
12 β3'
=> h
3
td 1
=> htd 1 =
Trong đó k1 = 3
3
ϕl h3 (φ1 )
=
β3'
ϕl (φ1 )
h hay
β3'
htd 1 = k1h
ϕl (φ1 )
β3'
φ1 = ( 4(1 − β 2 )3 + ( β 3 − 1)( β 4 )3 + 12( β 3 − 1) β 4 (1 − β 2 − 0,5β 4 ) 2 +
4 β 23 + ( β 3 − 1)( β 5 )3 + 12( β 3 − 1) β 5 ( β1 − 0,5β 5 ) 2 + 12αµβ1 ( β1 − β 2 )2 + 12αµ ' β1 ( β 2 − β 6 )2 )
β '3 =
b
b' f
ϕl : Hệ số xét đến từ biến ngắn hạn của bêtông với bêtông nặng lấy ϕl = 0,85
- 53 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
Vây khi chưa nứt thì chiều dầy bản tương đương với htd 1 = k1h so với sàn BubbleDeck khi
cùng chiều rộng b.
III.2.3.Khi có xuất hiện vết nứt:
Với bản đặc tương đương độ cứng chống uốn là:
bhtd3 2
B = EJ = Eb .
12
(4-4)
Theo TCVN 356-2005 khi xuất hiện vết nứt thì độ cứng chống uốn được tính theo công
thức sau với từng trường hợp tải trọng ta có vi khác nhau:
Bi =
h0 Z i
ψ si
ψb
+
As Es Ab Ebν i
h'f
ϕf +ξ2
h
h
Z b = 1 − 0
0
2(ϕ f + ξ )
Trong đó:
ϕf =
(b 'f − b)h 'f +
bh 0
α '
α '
α '
As ( β 3b − b) β5 h +
µ bβ1h ( β 3 − 1) β 5 +
µ β1
2ν
2ν
2ν
=
=
bβ1h
β1
Giả thiết chiều cao vùng nén: x = β 7 h
=> ξ =
x β7
=
h0 β1
h 'f
β
β5
ϕf +ξ2
ϕ f + ( 7 )2
h
β1
h = 1 − β1
β h = (ω )h
=> Z b = 1 − 0
0
β7 1
2(ϕ f + ξ )
2(
ϕ
+
)
f
β1
β1h(ω ) h
β1h 2 (ω )
β1h 2 (ω )
=> B =
=
=
ψs
ψb
ψs
ψb
ψs
ψb
+
+
+
As Es Ab Ebν µ bh0α Eb (ϕ f + ξ )bh0 Ebν
µ bβ1hα Eb (ϕ f + ξ )bβ1hEbν
bh3
12 β1 (ω )
(
)
= Eb
ψb
12 ψ s +
µβ1α (ϕ f + ξ ) β1ν
B = Eb
bh3
(φ2 )
12
(4-5)
- 54 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
Cân bằng phương trình 4-4 và 4-5, với dầm I giả sử b’f max và dầm quy đổi cũng có cùng
chiều rộng ta có:
bhtd3 2
bh3
B = Eb .
= Eb
(φ2 )
12
12 β 3'
=> htd3 2 = (φ2 )
h3 (φ2 ) 3
= ' h
β 3'
β3
=>htd 2 =
3
(φ2 )
h
β 3'
hay htd 2 = k2 h
Trong đó:
k2 =
3
(φ2 )
β 3'
12 β1 (ω )
ψs
ψb
+
µβ1α (ϕ f + ξ ) β1ν
φ2 =
β '3 =
b
b' f
Vây khi có xuất hiện vết nứt thì chiều dầy bản đặc tương đương với htd 2 = k 2 h so với sàn
BubbleDeck khi cùng chiều rộng b.
III.3.Tính toán độ võng theo lý thuyết với sàn BubbleDeck sử dụng trong thí nghiệm:
III.3.1. Khi sàn chưa xuất hiện vết nứt:
Xác định các hệ số
Với Bêtông cấp độ bền B25, Môdun đàn hồi Eb = 30x103 Mpa
Với cốt thép lưới thép hàn RB500 tương đương thép CIII, Môdun đàn hồi Es = 19x104
Mpa
α=
Es 19.104
=
= 6,333
Eb 30.103
Với hệ số từ biến ngắn hạn của bêtông cho bêtông nặng: ϕl = 0,85
Mặt cắt ngang dầm, có các thông số sau:
- 55 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
Hình 3.4- Mặt cắt dầm I quy đổi
h=340mm, h0=302mm, b=30mm, bf=150mm, b’f=300mm, hf=44mm, h’f=47mm.
Ở đây lấy bf=150mm do lấy vùng bêtông trong phạm vi 2 thanh thép chịu kéo của sàn.
h0 = 302mm => β1 =
302
= 0,888
340
Với dầm chữ I x0 được xác định như sau:
x0 =
S red
Ared
Trong đó:
'
'2
bh 2 (b f − b)h f
=
+
+ (b f − b)h f (h − 0,5h f ) + α ( As' a ' + As h0 )
2
2
Sred
Ared = bh + (b f − b) h f + (b 'f − b) h 'f + α ( As' + As )
Xét tại mặt cắt sàn rộng 1m ta có:
Theo cấu tạo sàn Bubble deck khi thí nghiệm thì lớp thép dưới cấu tạo D10 a 150, D20 a
600,D12 a 600.
A¸=
1000
1000
1000
78,5 +
314 +
113,1 = 1235,16mm 2
150
600
600
Theo cấu tạo sàn Bubble deck khi thí nghiệm thì lớp thép trên cấu tạo D8 a 150
As' =
1000
50,3 = 335,333mm2
150
Trên một bước bóng b=300mm
=> A¸ =
1235,16.300
= 370,548mm 2
1000
=> As' =
335,333.300
= 100, 6mm2
1000
- 56 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
=> Sred =
Ph¹m Trung Dòng
30.3402 (300 − 30).47 2
+
+ (150 − 30)44(340 − 0,5.44) + 6.333(100, 6.72 + 370,548.302)
2
2
=> Sred = 4465823, 6mm3
tương tự có:
=> Ared = 31153,8mm 2
=> x0 =
Sred 4465823
=
= 143,35mm
Ared 31153,8
=> β 2 =
x0 143,35
=
= 0, 422
h
340
b' f 300
150
'
'
'
b f = β 3b => β 3 =
=
= 5 , b f = β 3b => β 3 =
=
= 10
b
30
b
30
bf
h f = β 4 h => β 4 =
h = β5 h => β 5 =
'
f
a ' = β 6 h => β 6 =
hf
h
h 'f
h
=
44
= 0,129
340
=
47
= 0,138
340
a'
72
=
= 0, 212
h 340
=> φ1 = ( 4(1 − 0, 422)3 + (5 − 1)(0,129)3 + 12(5 − 1)0,129(1 − 0, 422 − 0,50,129) 2 +
3
3
2
4.0, 422 + (10 − 1)(0,138) + 12(10 − 1)0,138(0,888 − 0,50,138)
+12.6, 333.0, 036.0,888(0.888 − 0, 422) 2 + 12.6,333.0, 01.0,888(0, 422 − 0, 212) 2 )
= 4, 739
=> k1 = 3
ϕl (φ1 ) 3 0,85.4, 739
=
= 0, 738
β 3'
10
=> htd 1 = k1h = 0, 738h = 0,738.340 = 250,9mm
Tính độ võng max của sàn theo công thức gần đúng
∆=
K s .q.L4
D
Với D là độ cứng chống uốn của tấm:
D=
Ec .h3
3.1000000000.(0, 2509)3
=
= 4114000kGm 2
2
2
12 (1 −ν )
12 (1 − 0, 2 )
- 57 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
Với Ks : hệ số độ võng của bản với các điều kiện biên lý tưởng được tra theo bảng của
Timoshenko
( Bảng số 2-1 . Hệ số độ võng Ks với các điều kiện biên lý tưởng, trang 33 luận văn thạc
sỹ năm 2004 mã số 2.15.14 của KS Lại Thị Dung)
Với L/S = 8,4/7,2=1,1667
Tra bảng và nội suy ta có: Ks= 0,0199
Tính trong trường hợp sàn chưa nứt:
Mức tải trọng 1: q1=142,7 kG/m2
=> ∆1 =
K s .q.L4 0, 0199.142, 7.(8, 4) 4
=
= 0, 00345m = 3, 45mm
D
4114000
Mức tải trọng 2: q2=285,4 kG/m2
=> ∆ 2 =
K s .q.L4 0, 0199.285, 4.(8, 4) 4
=
= 0, 00687 m = 6,87 mm
D
4114000
Theo thí nghiệm thì với mức tải trọng q=428,1 kG/m2, tại sàn bắt đầu xuất hiện vết nứt.
=> q=q3=428,1=428,1 kG/m2
K s .q.L4 0, 0199.428,1.(8, 4) 4
=> ∆ =
=
= 0, 01031m = 10, 31mm
D
4114000
So sánh với độ võng lớn nhất tại sàn thí nghiệm khi tải thí nghiệm q=428,1 kG/m2,
∆ max=10,02mm, như vậy tính độ võng theo lý thuyết lớn hơn thực tế thí nghiệm, điều này
phản ánh đúng khi không kể đến các yếu tố do quy đổi bước bóng sàn Bubbledeck sang
chữ I, vì tại tiết diện nhỏ nhất thì b= 30mm, do bóng Bubbledeck tròn nên càng ra xa thì b
càng lớn và ảnh hưởng đến độ cứng tổng thể.
III.3.2. Khi sàn bị nứt:
Giả thiết khi sàn Bubble Deck bi nứt, vết nứt phát triển đến cốt thép lớp trên, chiều
cao vùng nén ở tiết diện nứt x có giá trị là:
=> x = 72 mm
=> ξ =
x β 7 72
=
=
= 0, 238
h0 β1 302
Đối với bêtông nặng
- 58 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
Ψ b = 0,9
Tính Zb trong khi sàn chịu tải trọng và xuất hiện vết nứt:
h'f
ϕf +ξ2
h
h
Z b = 1 − 0
0
2(ϕ f + ξ )
Trong đó:
ϕf =
(b 'f − b)h 'f +
α '
As
2ν
bh 0
Khi tác dụng ngắn hạn của tải trọng hệ số đàn hồi dẻo vùng nén:
ν = 0, 45
Với h0 = 302/340 h = 0,888 h
Theo cấu tạo sàn Bubble deck khi thí nghiệm thì lớp thép trên cấu tạo D8 a 150, tính diện
tích trên 1 bước bóng b=300mm
⇒ As' =
1000
300
50,3
= 100, 6mm2
150
1000
⇒ µ' =
ϕf =
100, 6
= 0, 01
30.340
6,333
α '
0, 01.0,888
µ β1 (5 − 1) β 5 +
2.0, 45
2ν
=
= 0, 692
β1
0,888
( β 3 − 1) β 5 +
β7 2
β5
0,138
2
β ϕf +(β )
0,888 0, 692 + (0, 238)
1
β = 1 −
=> ω = 1 − 1
0,888 = 0,81
β7 1
2(0, 692 + 0, 238)
2(ϕ f + )
β1
hay => Z b = 0,81h
Tính:
φ2 =
12 β1 (ω )
ψs
ψb
+
µβ1α (ϕ f + ξ ) β1ν
Xác định hệ số Ψs : hệ số xét đến biến dạng không đều của cốt thép chịu kéo do sự
tham gia chịu lực của bêtông chịu kéo giữa các khe nứt.
- 59 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
Ψs = 1, 25 − ϕlϕ m − ϕ N
“Lập công thức l thuyết để tính Ψs là một việc làm phức tạp.Mặc dù người ta đã
đưa ra một số công thức thực nghiệm hoặc vẽ biểu đồ để xác định Ψs , tuy vậy cũng còn
phải tính toán rất nhiều phép tính trung gian vì Ψs phụ thuộc một số lớn các yếu tố. Do
đó trong tính toán thực hành có thể dùng công thức gần đúng sau:
Ψs =
S + θα a
1+ αa
với
αa =
µ Rs
Rbt
(Theo giáo trình Kết cấu bêtông cốt thép - Bộ xây dựng– trang 145 –
GS.TS Nguyễn Đình Cống chủ biên)
Với Bêtông cấp độ bền B25, Rbt = 1,05 Mpa
Với cốt thép lưới thép hàn RB500 tương đương thép CIII, Rs = 365 Mpa
=> α a =
0, 0041.365
= 1, 425
1, 05
Tra bảng ( trang 145 giáo trình Kết cấu bêtông cốt thép - Bộ xây dựng)
S = 0, 6 ; θ = 0,85
=> Ψs =
=> φ2 =
=> k2 =
S + θα a 0, 6 + 0,85.1, 425
=
=0,718
1 + αa
1 + 1, 425
12.0,888.0,81
0, 718
0, 9
+
0, 036.0,888.6,333 (0, 692 + 0, 238).0,888.0, 45
3
(φ2 ) 3 3, 497
=
= 0, 705
β 3'
10
=> htd 2 = k2 h = 0, 705.340 = 239, 7 mm
Tính độ võng max của sàn theo công thức gần đúng
K s .q.L4
∆=
D
Với D là độ cứng chống uốn của tấm:
Ec .h3
3.1000000000.(0, 2397)3
D=
=
= 3586000kGm2
2
2
12 (1 −ν )
12 (1 − 0, 2 )
- 60 -
= 3, 497
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
Với Ks : hệ số độ võng của bản với các điều kiện biên lý tưởng được tra theo bảng của
Timoshenko
( Bảng số 2-1 . Hệ số độ võng Ks với các điều kiện biên lý tưởng, trang 33 luận văn thạc
sỹ năm 2004 mã số 2.15.14 của KS Lại Thị Dung)
Với L/S = 8,4/7,2=1,1667
nội suy ta có: Ks= 0,0199
Theo thí nghiệm thì với mức tải trọng q4=570,8 kG/m2, sàn bị nứt.
=> p=p4=570,8kG/m2
=> ∆ =
K s .q.L4 0, 0199.570,8.(8, 4) 4
=
= 0, 0158m = 15,8mm
D
3586000
So sánh với độ võng lớn nhất tại sàn thí nghiệm ∆ =15,16mm, như vậy tính độ võng theo
lý thuyết lớn hơn thực tế thí nghiệm, điều này phản ánh đúng khi không kể đến các yếu tố
do quy đổi dầm.
III.4.TÝnh to¸n sµn thÝ nghiÖm b¾ng PTHH, so s¸nh víi c¸ch tÝnh ®Ò nghÞ.
III.4.1 Khi sµn cha xuÊt hiÖn vÕt nøt.
Sử dụng phương pháp PTHH ( safe ) để tính toán độ võng của sàn với các chiều dầy khác
nhau để ra biểu đồ võng của sàn, tính sàn trong giai đoạn làm việc đàn hồ.
Các đặt tính vật liệu:
• BTCT cấp độ bền B25
• Môdun đàn hồi của bêtông: Eb = 30 x 10-3 Mpa
Tính toán với các chiều dày khác nhau.
Tính độ võng tại 5 điểm
- 61 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
vÞ trÝ tÝnh to¸n
1
2
3
4
5
Tải trong tính toán : p = 428,1 kG/m2
Xây dựng biểu đồ với độ võng tại các vị trí tương ứng trên.
- 62 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
1.Tại điểm 1:
kÕt qu¶ tÝnh to¸n ®iÓm sè 1 ( point 615)
CÊp
ChiÒu dÇy
§é vâng tÝnh to¸n
mm
∆ (mm)
1
150
21,55
2
200
10,63
3
220
8,46
4
250
6,25
5
270
5,22
6
300
4,09
7
350
2,89
Ghi chó
TT
T¨ng h (↓)
Trong kết quả thí nghiệm tại điểm 1 với tải trọng p= 428,1 kG/m2 thì độ võng đo
được là
∆1 = 7,12 mm với chiều dầy sàn hb = 340mm
Theo lý thuyết tính toán độ võng gần đúng của bản là
K s .q.L4
11,5.K s .q.L4
∆=
hay ∆ =
(ν = 0, 2)
D
E c .h 3
Dựa vào biểu đồ độ võng tính toán xác định chiều dầy sàn có cùng độ võng với kết quả thí
nghiệm.
- 63 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
h1 = 220 +
Ph¹m Trung Dòng
250 − 220
(8, 46 − 7,12) =238,19mm
8, 46 − 6, 25
2.Tại điểm 2:
kÕt qu¶ tÝnh to¸n ®iÓm sè 2 ( point 163)
CÊp
ChiÒu dÇy
§é vâng tÝnh to¸n
mm
∆TT (mm)
1
150
15,27
2
200
7,55
3
220
6,01
4
250
4,44
5
270
3,71
6
300
2,92
7
350
2,06
Ghi chó
T¨ng h (↓)
Trong kết quả thí nghiệm tại điểm 2 với tải trọng p= 428,1 kG/m2 thì độ võng đo
được là
∆2 = 4,08 mm với chiều dầy sàn hb = 340mm
Theo lý thuyết tính toán độ võng gần đúng của bản là
K s .q.L4
11.5.K s .q.L4
∆=
(ν = 0, 2)
hay ∆ =
D
Ec .h 3
- 64 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
Dựa vào biểu đồ độ võng tính toán xác định chiều dầy sàn có cùng độ võng với kết quả thí
nghiệm.
h2 = 250 +
270 − 250
(4, 44 − 4, 08) =259,86 mm
4, 44 − 3, 71
3.Tại điểm 3
kÕt qu¶ tÝnh to¸n ®iÓm sè 3 (point 611)
CÊp
ChiÒu dÇy
§é vâng tÝnh to¸n
mm
∆TT (mm)
1
150
31,67
2
200
15,60
3
220
12,40
4
250
9,15
5
270
7,64
6
300
5,98
7
350
4,21
Ghi chó
T¨ng h (↓)
Trong kết quả thí nghiệm tại điểm 3 với tải trọng p= 428,1 kG/m2 thì độ võng đo
được là
∆3 = 10,02 mm với chiều dầy sàn hb = 340mm
Theo lý thuyết tính toán độ võng gần đúng của bản là
- 65 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
K s .q.L4
11,5.K s .q.L4
∆=
(ν = 0, 2)
hay ∆ =
D
Ec .h 3
Dựa vào biểu đồ độ võng tính toán xác định chiều dầy sàn có cùng độ võng với kết quả thí
nghiệm.
h3 = 220 +
250 − 220
(15, 40 − 10, 02) = 248,97 mm
12, 40 − 9,15
4.Tại điểm 4:
kÕt qu¶ tÝnh to¸n ®iÓm sè 2 ( point 163)
CÊp
ChiÒu dÇy
§é vâng tÝnh to¸n
mm
∆TT (mm)
1
150
15,27
2
200
7,55
3
220
6,01
4
250
4,44
5
270
3,71
6
300
2,92
7
350
2,06
Ghi chó
T¨ng h (↓)
Trong kết quả thí nghiệm tại điểm 2 với tải trọng p= 428,1 kG/m2 thì độ võng đo
được là
∆4 = 3,74 mm với chiều dầy sàn hb = 340mm
- 66 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
Theo lý thuyết tính toán độ võng gần đúng của bản là
K s .q.L4
11,5.K s .q.L4
∆=
(ν = 0, 2)
hay ∆ =
D
Ec .h 3
Dựa vào biểu đồ độ võng tính toán xác định chiều dầy sàn có cùng độ võng với kết quả thí
nghiệm.
h3 = 250 +
270 − 250
(4, 44 − 3, 74) =269,18 mm
4, 44 − 3, 71
5.Tại điểm 5:
kÕt qu¶ tÝnh to¸n ®iÓm sè 1 ( point 615)
CÊp
ChiÒu dÇy
§é vâng tÝnh to¸n
mm
∆TT (mm)
1
150
21,55
2
200
10,63
3
220
8,46
4
250
6,25
5
270
5,22
6
300
4,09
7
350
2,89
- 67 -
Ghi chó
T¨ng h (↓)
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
Trong kết quả thí nghiệm tại điểm 1 với tải trọng p= 428,1 kG/m2 thì độ võng đo được là
∆5 = 5,54 mm với chiều dầy sàn hb = 340mm
Theo lý thuyết tính toán độ võng gần đúng của bản là
∆=
K s .q.L4
11,5.K s .q.L4
(ν = 0, 2)
hay ∆ =
D
Ec .h 3
Dựa vào biểu đồ độ võng tính toán xác định chiều dầy sàn có cùng độ võng với kết quả thí
nghiệm.
h1 = 250 +
270 − 250
(6, 25 − 5, 54) =283,79mm
6, 25 − 5, 22
III.5. Kết luận:
So sánh kết quả tính lý thuyết với thực nghịêm
kÕt qu¶ thÝ nghiÖm vµ lý thuyÕt
CÊp t¶i
i
q
kG/m2
§é vâng lý thuyÕt
∆TT (mm)
§é vâng thÝ nghiÖm
∆TT (mm)
0
0
0,00
0,00
1
142,7
3,45
2,05
2
285,4
6,87
5,16
3
428,1
10,31
10,02
4
570,8
15,8
15,16
- 68 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
Khi tính toán độ võng theo lý thuyết từ việc quy đổi tiết diện có độ võng
∆ = 10,31mm với tải trọng làm sàn chưa nứt ∆ = 15,8mm với tải trọng gây nứt ở sàn.Các
kết quả lớn hơn thực nghiệm, điều này phản ánh đúng thực tế khi trong việc quy đổi ta bỏ
qua một số phần bêtông mà chỉ lấy theo dạng chữ I. Kết quả tính toán lý thuyết còn nhiêu
sai số do một số hệ số tra bảng hoặc lấy gần đúng.
Với độ võng lớn hơn thì các tính độ võng theo lý thuyết bằng phương pháp giải tích
gần đúng cho ta kết quả an toàn hơn. Điều này cho phép khi tính toán gần đúng độ võng
sàn Bubbledeck sử dụng công thức xác định chiều cao sàn tương đương
htd 1 = k1h với sàn chưa nứt
htd 2 = k2 h với sàn bị nứt
Khi sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn tính toán chiều dầy sàn khi chưa nứt để
so sánh thì luôn có chiều dầy sàn lớn hơn tính toán lý thuyết, chứng tỏ khi sử dụng phương
pháp lý thuyết phần quy đổi tiết diện đã làm tăng hệ số an toàn của kết cấu.
- 69 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ
Đối với một kết cấu mới đưa vào sử dụng trong điều kiện cụ thế thì cần có một lý
thuyết đứng đắn hoặc quan những thí nghiệm khác nhau để đưa ra hệ số chấp nhân được.
Với sàn Bubble Deck chúng ta quan tâm đến độ cứng chống uốn vì liên quan tới điều kiện
sử dụng, vấn đề này đã được các nước tiên tiến áp dụng và đưa ra được hệ số độ cứng
chông uốn. Tại Việt Nam do mới áp dụng hệ kết cấu này nên chưa có một nghiên cứu cụ
thể cho phù hợp, nhưng để có một kết quả thí nghiệm chính xác và có thể sử dụng được thì
phải tiến hành nhiều thí nghiệm trên các đối tượng khác nhau. Với thí nghiệm trên một đối
tượng tác giả chỉ đề xuất một hệ số chiều cao sàn quy đổi thông qua đó tính độ cứng được
của sàn và so sánh độ võng lý thuyết và thực nghiệm. Kết quả cho thấy với chiều cao sàn
quy đổi luôn có độ võng lớn hơn thí nghiệm và thấy phù hợp với thực tế.
Để nghiên cứu sâu hơn hệ kết cấu sàn này cần phải tiến hành nhiều thí nghiệm và
mở rộng hướng nghiên cứu thêm như độ cứng ngang khi chịu tải trong động, khả năng
chịu cắt của sàn theo điều kiện và tiêu chuẩn của Việt Nam.
- 70 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
TÀI LIỆU THAM KHẢO:
1. Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép TCVN 5574-1991.
2. Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép TCXDVN 356:2005.
3. Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống, Trịnh Kim Đạm, Nguyễn Xuân Liên, Nguyễn
Phấn Tấn.
Kết cấu bê tông cốt thép (phần cấu kiện cơ bản).
Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2005.
4. Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống.
Kết cấu bê tông cốt thép (phần cấu kiện cơ bản).
Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2006.
5. Nguyễn Đình Cống.
Tính toán thực hành cấu kiện bê tông cốt thép
Theo tiêu chuẩn tcxdvn 356-2005.
Nhà xuất bản xây dựng, 2008.
6. Trần Mạnh Tuân.
Tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn ACI 318-2002.
Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội, 2005.
7. Nguyễn Viết Trung.
Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép hiện đại theo tiêu chuẩn ACI.
Nhà xuất bản giao thông vận tải, Hà Nội, 2000.
8. Luận văn tiến sỹ kỹ thuật của Ths Bùi Quang Trường mã số: 2.15.04
Tính độ võng và bề rộng khe nứt của cấu kiện Bêtông cốt thép.
Trường Đại Học Xây Dựng
- 71 -
LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt
Ph¹m Trung Dòng
9. Luận văn thạc sỹ kỹ thuật của Ks Lại Thị Dung mã số: 2.15.14
Độ võng của bản BTCT do tác dụng ngắn hạn của tải trọng.
Trường Đại Học Xây Dựng
10. BS 8110 – 1997: Structural use of concrete.
11. Eurocode 2:Design of Concrete Structures
12. NEN 6720-1995:Technical principles for building constructions TGB 1990.
13. CUR-Recommendation 86.
- 72 -
[...]... phng phỏp toỏn hay thc nghim Vi sn BubbleDeck ta cng s dng h thng lý thuyt ny tớnh toỏn cng ca sn quy i t ú tớnh ra vừng v so sỏnh vi thc nghim -31 - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chương II: Phạm Trung Dũng Nghiên cứu thực nghiệm độ cứng chống uốn sàn bubbledeck II.1 Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm - Kiểm tra, đánh giá khả năng chịu lực và độ bền thực tế của kết cấu sàn Bubbledeck khi chịu tải trọng đứng.. .Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Phạm Trung Dũng quy về vật liệu tương đương theo hướng dẫn được chuyển giao của Bubble Deck International Đan Mạch bằng phần mềm chuyên dụng + Dùng chương trình SAFE 8.08 để tính toán nội lực của hệ sàn nhà với độ cứng của sàn Bubble Deck quy đổi theo độ cứng của sàn BTCT thông thường * Các số liệu cho thiết kế Bubble... quanh, ít tiếng ồn trong sản xuất, vận chuyển và lắp dựng + Giảm thiểu rác thải sinh ra tại công trình xây dựng 6 Đặc điểm nổi bật của sàn Bubble Deck Hình ảnh so sánh các đặc điểm đặc trưng của sàn Bubble Deck so với sàn thông thường truyền thống khác Bên trái là kết cấu sàn truyền thống, bên phải là kết cấu sàn Bubble Deck Hình ảnh chỉ rõ rằng khi sử dụng sàn Bubble Deck thì yêu cầu về mặt kiến trúc dễ... tra sự làm việc thực tế của cấu kiện (thông qua các đại lượng chuyển vị, ứng suất- biến dạng) - Từ kết quả đo biến dạng mà cụ thể là độ võng của thực nghiệm tính toán ra độ cứng chống uốn của sàn dưới tác dụng của tại trọng theo phương thẳng đứng II.2 Địa điểm, thời gian, thành phần tham gia thực nghiệm, người tiến hành thực nghiệm: II.2.1: Địa điểm thực nghiệm: - Thực nghiệm sàn Bubble Deck được tiến... dày sàn tương ứng với khả năng chịu mô men cho từng loại tấm sàn Qúa trình xác định nhịp lớn nhất mà tấm sàn Bubble Deck có thể vượt qua dựa trên tiêu chuẩn British Standard 8110 và Eurocode 2, có bổ sung hệ số 1.5 để kể đến việc giảm nhẹ bản thân sàn so với sàn đặc truyền thống Tỉ số giữa nhịp/chiều cao tính toán của tấm sàn L/d 30 đối với sàn đơn, L/d 39 đối với sàn liên tục, L/d 10.5 đối với sàn. .. nghiệp - Do trình độ khoa học công nghệ trong xây dựng phát triển nên các công trình đều sử dụng lắp ghép với việc sản xuất các tấm trong nhà máy và vận chuyển ra công trường lắp đặt ( một số hình ảnh chế tạo, vân chuyển, lắp đặt hệ kết cấu sàn BubbleDeck trên thế giới) (hình ảnh chế tạo tấm sàn Bubble Deck tại nhà máy) (hình ảnh vận chuyển và cẩu lắp Bubble Deck ) -15 - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Phạm... Tadits liên doanh với công ty BubbleDeck International từng bước áp dụng vào Việt Nam ( một số hình ảnh chế tạo, vân chuyển, lắp đặt, thi công hệ kết cấu sàn BubbleDeck tại Việt Nam) -16 - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Phạm Trung Dũng -17 - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Phạm Trung Dũng I.3 Lí THUYT TNH TON CNG CHNG UN CA DM I.3.1.Theo tiờu chun xõy dng Vit Nam 356-2005 I.3.1.1 i cng v tớnh toỏn vừng Tớnh... thu c t hỡnh 1-3d -27 - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Phạm Trung Dũng m m (a) Dầm võng (b) Mặt cắt trước khi nứt (b) Mặt cắt sau khi nứt B n ứt Sự chảy dẻo của cốt thép EI k hô n g bị Mômen, M Mômen nứt Mcr 0 C1 C2 d Độ A ốc = =E M/ I M Độ cong (d) Biểu đồ mômen - độ cong EI không bị nứt C1 C2 EI EI nứt B Mômen nứt Mcr Mômen (e) Sự thay đổi EI với mômen Hình 1-3 Biểu đồ mômen - độ cong và sự biến thiên... kết cấu sàn sử dụng vật liệu hiệu quả cao, phần bê tông không hoặc ít tham gia chịu lực được thay bằng các quả bóng nhựa rỗng làm giảm trọng lượng bản thân đến 35% Dưới đây là một số đặc điểm nổi bật: -14 - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Phạm Trung Dũng I.2 Tình hình sử dụng hệ kết cấu sàn Bubble deck I.2.1 Trên thế giới: - Hiện tại đã có hơn 30 nước trên thế giới sử dụng sàn Bubble Deck trong xây dựng các... đời của công trình Mặt cắt của Bubble Deck cũng tương tự như những tấm sàn rỗng theo một phương thông thường đã được sử dụng hơn 40 năm qua Tuy nhiên kết cấu của những tấm sàn loại này có nhược điểm là chỉ chịu lực theo một phương nên cần có dầm hoặc tường làm gối tựa suốt chiều dài ở cả hai đầu tấm sàn, vì thế khó thay đổi kết cấu của tòa nhà Ưu điểm: + Giảm trọng lượng + Tăng khả năng chịu lực + Độ
Ngày đăng: 16/10/2015, 12:29
Xem thêm: LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG NGHIÊN CỨU ĐỘ CỨNG CHỐNG UỐN CỦA SÀN BUBBLEDECK, LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG NGHIÊN CỨU ĐỘ CỨNG CHỐNG UỐN CỦA SÀN BUBBLEDECK