Kết cấu bê tông cốt thép - Chương 11

15 1.2K 2
Kết cấu bê tông cốt thép - Chương 11

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Tài liệu tham khảo Kết cấu Bê tông cốt thép

Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: Prof. Andrew Whittaker Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh Chương 11: CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA BTCT CHNU LC CT Chương 11: CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA BTCT CHNU LỰC CẮT 11.1 KHÁI QUÁT Phn trình bày này gii hn trong phm vi ca kt cu BTCT thông thưng (không ng sut trưc, có t s kích thưc ln / h > 4) chu lc gây ct. Trưc ht xét dm àn hi không nt, ng nht như hình v ca MacGregor dưi ây : Các phn t 1 (nén) và 2 (kéo) trong hình  trên chu tác dng ng thi các ng sut pháp tuyn do các ng sut gây un và gây trưt. Chú ý rng các ng sut trưt tn ti c  mt phng ng và ngang như trong hình v. Khi nào ng sut trưt ngang tr nên quan trng?  Khi thit k các mi ni, liên kt sưn-cánh, và ti các l hng ca dm. Các ng sut pháp tuyn ln nht và nh nht tác dng lên mt phn t như vy gi là các ứng suất chính. Quĩ o các ng sut nén chính trong dm chưa nt này ưc MacGregor mô t dưi ây. Các ưng nt bên dưi trc trung hoà xp xĩ như các ưng cong quĩ o ng sut dưi ây : P 0.5P a)- b)- phn t 1 phn t 2 biu  ng sut ct Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 11: CH  LÀM VIC CA BTCT CHNU LC CT Bây gi xét các hình dưi ây. Các khe nứt uốn (gần thẳng đứng) và các khe nứt nghiêng (khe nứt cắt hay khe nứt kéo chéo) có th xem  phn hình (a). Bây gi xét phn hình (c) và (d)  trên. ng sut ct trung bình gia các khe nt ca phn hình (c) có th ưc tính như sau: Các lc kéo trong ct thép trên mi mt ca khe nt có th vit như sau : jdMT = và jdMMT∆+=∆ do ó jdMT∆=∆ vi cánh tay òn jd ưc gi s bng hng s. Vi s cân bng mômen ca phn t: xVM ∆=∆ do ó jdxVT∆=∆ N u phần đánh dấu ca dm trên ưc tách ra như mô t trong phn hình (c), lc ∆T phi ưc chuyn thành các ng sut trưt ngang trên nh ca phn t b ánh du. Giá trị trung bình ca các ng sut này bên dưi nh khe nt là : xbTvw∆∆= hay jdbVvw= (11-1) S phân b ca các ng sut ct ngang và ng (chúng là bng nhau) ưc mô t trong phn hình (d). Phương pháp thit k ACI 318 xp xĩ phương trình (11-1) vi phương trình sau mà không òi hi phi tính j (j ≈ 0.9 trong nhiu trưng hp): dbVvw= (11-2) Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 11: CH  LÀM VIC CA BTCT CHNU LC CT 11.2 ỨG XỬ CỦA DẦM KHÔG CÓ THÉP CHỐG CẮT Trưc khi tính cưng  chng ct ca dm có thép chu ct, cn phi xem xét cưng  chng ct ca dm không thép chu ct. Cưng  chng ct ca dm không thép chu ct b nh hưng ca 5 bin s chính, ưc bao gm trong các phương trình thit k: cưng  tông chu kéo, hàm lưng thép dc, t s nhp dm-chiu cao, kích thưc dm, và lc dc. Hình dưi cung cp thông tin tóm lưc v nh hưng ca hàm lưng thép dc trên cưng  chng ct ca dm không thép chu ct. Kt lun gì rút ra t hình trên? ACI 318-08 qui nh công thc ơn gin tính cưng  chng ct riêng phn tông (ưng nm ngang) là: - Tit din ch nht: dbf2Vw'cc= (11-3a) - Tit din tròn: 2'ccDf6,1V = (11-3b) ơn v : [Vc] = lb ; [f’c] = psi ; [bw] = in ; [d] = in ; [D] = in ; Công thc này là hp lý cho tt c hàm lưng thép dc ? Ti sao cưng  chuNn hóa nh hơn vi các giá tr thp ca hàm lưng thép dc ? o Công thc chi tit: cưng  chng ct tông (ưng nghiêng AB) là: 5,3dbAfMdV25009,1dbfVws'cuuw'cc≤+= (vi iu kin: 0,1MdVuu≤ ) (11-4) Mu - mômen tính toán ca mt ct dm (có h s ti trng). ơn v : [Mu] = lb-in Vu - lc ct tính toán ca mt ct dm (có h s ti trng). ơn v : [Vc] = lb bw - chiu rng sưn dm, d - chiu cao có ích ca dm. ơn v : [bw] , [d] = in As - din tích thép chu kéo. ơn v : [As] = in2  Khi hàm lưng thép dc nh, khe nt un có chiu sâu ln hơn; ngưc li khi hàm lưng thép dc ln, khe nt có b rng ln hơn.  trưng hp sau, nt nghiêng (im báo trưc phá hoi) xy ra ti ti trng thp hơn cưng  chng un. (0, 1.9) (0, 3.5) A B Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 11: CH  LÀM VIC CA BTCT CHNU LC CT Lc kéo dc có xu hưng gim ti gây nt nghiêng (cưng  chng ct); trong lúc lc nén dc có xu hưng làm tăng ti gây nt nghiêng.  Vy nh hưng ti dc trc như th nào trên khe nt do ti trng un ? MacGregor ã tóm lưc như sau:  ACI 318-08: Eq. 11-4 )AN200011(2dbfVguw'cu+= cho lc nén dc Nu > 0 (ưng ) (11-5)  ACI 318-08: Eq. 11-8 )AN50011(2dbfVguw'cu+= cho lc kéo dc Nu < 0 (ưng xanh) (11-6) 11.3 ỨG XỬ CỦA DẦM CÓ THÉP CHỐG CẮT Trong thc hành thit k ca M, cưng  chng ct danh nghĩa ca dm có thép chu ct như sau: Vn = Vc + Vs Trong ó: - Vs là lc ct truyn bi kéo trong thép ai; - Vc là lc ct truyn bi tông, mà bao gm s tham gia ca:  Tác ng cht - dowel action (Vd)  Liên kt ct liu - aggregate interlock (Vay )  Lc ct trong vùng nén tông ( Vcz ) u > 0 u < 0 Vu : cưng  chng ct Nu : lc dc tính toán Ag : din tích tit din f ′c : cưng  tông Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 11: CH  LÀM VIC CA BTCT CHNU LC CT 11.4 MÔ HÌH GIÀ ẢO ĐƠ GIẢ Trong hình dưi, McGregor trình bày (a) mt dm có thép ai chu ti phân b u (b) mt mô hình giàn o biu din tt c thép ai và gán ti phân b u như mt lot ti tp trung ti các im nút.  d dàng hơn trong thit k, biu din mô hình giàn như  phn hình (c) vi các qui ưc sau:  lc kéo trong mi thanh ng i din hp lc ca tt c thép ai trong khong jd/tanθ,  lc trong mi thanh nghiêng i din hp lc ca b rng sưn dm bng jdcosθ,  ti trng phân b u w ưc mô hình như mt lot ti trng tp trung bng wjd/tanθ. = lc tp trung ← thanh nghiêng thanh kéo ↓ Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 11: CH  LÀM VIC CA BTCT CHNU LC CT Xét phn u dm ct bi mt ct A-A song song vi các ưng chéo ca trưng ng sut do MacGregor trình bày trong phn hình (a) dưi ây : Trên mt ct này, thành phn lc ct thng ng (V) ưc chng  bi các lc kéo trong các thép ai. Lc kéo trong mi thép ai bng: )stan/jd(VfAyvθ= (11-7) Bây gi xét mt ct thng ng B-B gia G và J như trong phn hình (b) trên.  hình này, lc V tác dng trên mt ct ưc chng  bi lc nén nghiêng, D, vi: θ=sinVD ← (xem phn hình (c)) Chiu dài ưng chéo là jdcosθ, do ó ng sut nén trung bình fcd là: )tan1(tanjdbVsin)cosjd(bV)cosjd(bDfwwwcdθ+θ=θθ=θ= Trong ó bw là chiu dày sưn dm. N u bw nh, ng sut fcd có th gây ra s nghin v sưn dm. Gii hn hp lý ca ng sut này ph thuc góc nghiêng θ nhưng  khong gia fcd ≤ 0,25f 'c (vi θ = 30°) và fcd ≤ 0,45f 'c (vi θ = 45°). Lc ct V trên mt ct B-B có th ưc thay th bi lc nén chéo D và lc kéo dc Nv như mô t trong phn hình (c)  trên. Lc kéo dc này bng: θ=tanVNv Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 11: CH  LÀM VIC CA BTCT CHNU LC CT N u ng sut ct là constant trên chiu cao (h) ca dm, hp lc ca D và Nv tác dng ti na chiu cao (h/2) ca tit din. Khi ó, có mt lc kéo bng 0,5Nv tác dng ti ct thép cánh trên và ct thép cánh dưi như trong phn hình (b)  trên. iu này làm gim lc nén trong ct thép cánh trên (As′) và làm tăng lc kéo trong ct thép cánh dưi (As) như minh ha sơ  na dưi dm như sau : T hình trên có th thy rng các gia tăng áng k ca lc kéo có th dNn n mt dch chuyn kéo (tension shift) như trên. Cũng cn lưu ý n lc kéo trong ct thép dc (As) ti u mút dm.  Quan sát này ng ý s quan tâm neo ct thép !!! Trong các phương trình trên, góc nghiêng θ nm trong min giá tr nào? Các khe nt nghiêng ban u phát trin theo các góc nghiêng khong t 35° n 45° so vi phương ngang. Tiêu chuNn Thy sĩ áp t các gii hn ca góc nghiêng θ  kim soát b rng khe nt. Trong thit k, góc nghiêng θ nên thuc min giá tr sau: 25° ≤ θ ≤ 65° Các hình thc ct thép chng ct mô t  hình dưi ây, trong ó kiu thép ai ng ưc dùng ph bin nht, các kiu thép xiên hay thép un lên t ct thép dc ít khi ưc s dng trong thc tin xây dng (M). h/2 As θ thép ai ng ai ng + un lên thép xiên chng ct lưi thép hàn chng ct thép ai xon thép dc un lên chng ct Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 11: CH  LÀM VIC CA BTCT CHNU LC CT 11.5 CÁC TRẠG THÁI PHÁ HOẠI CỦA DẦM CÓ THÉP CHỐG CẮT 11.5.1 Phá hoi do thép ai chy do N hư ã nêu trưc ây, ACI gp các phn tham d ca tông trong cưng  chng ct danh nghĩa thành i lưng Vc , mà xem như là lc ct do tông chu. N goài ra, ACI gi thit rng Vc bng cưng  chng ct ca dm không thép chu ct. ây là mt kt qu ca quan sát thc nghim. Trong hình dưi, MacGregor trình bày khi t do gia u dm và mt khe nt nghiêng. Hình chiu ngang ca khe nt là d mà ga thit rng khe nt có góc nghiêng nh hơn 45°. Gi s rng tt c thép ai là chy do khi phá hoi, lc kháng ct ca các thép ai là: sdfAVytvs= Phương trình này tương ương vi phương trình (11-7) ca giàn o tương ương nu θ = 45° và jd ưc thay bng d. ACI 318-08 qui nh rng phi s dng thép ai nu Vu > φVc  Vu ≤ φVn . Trong thit k, yêu cu này thưng ưc vit như sau: cusVVV φ−≥φ (11-8a) Do ó cuytvVVdfAs−φ= (11-8b) vi phương trình (11-8b) áp dng cho thép ai thng ng (Av) có gii hn chy fyt H s gim cưng  chng ct là φ = 0,75 . Giá tr này là thp hơn so vi un (φ = 0,90) vì ti phá hoi ct thay i nhiu hơn ti phá hoi un. Khi cu kin chu ti trng ng t mnh, h s gim cưng  chng ct φ = 0,60 (xem iu khon 9.3.4 ca ACI 318-08). Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 11: CH  LÀM VIC CA BTCT CHNU LC CT Vì các thép ai thng ng không th chu ct tr phi chúng ct ngang mt khe nt nghiêng, tiêu chuNn ACI 318-08 áp t mt gii hn v bưc ai max sao cho mi khe nt nghiêng 45° s b ct ngang bi ít nht mt thanh thép ai như sau: )"24;2dmin(smax≤ (11-9) N u dbf4Vw'cs> : ⇒ )"12;4dmin(smax≤ (11-10) Vì :  bưc ai nh hơn dn n b rng khe nt nghiêng nh hơn.  bưc ai nh hơn giúp cho neo ct thép tt hơn cho các vùng ưng chéo nén. 11.5.2 Phá hoi do b rng nt quá mc cho phép N hm hn ch b rng nt, ng sut ct ln nht ca các thép ai b gii hn: dbf8Vw'c(max)s= (11-11) ơn v : [Vs] = lb ; [f’c] = psi ; [bw] = in ; [d] = in 11.5.3 Phá hoi do nghin v tông sưn dm Vì ng sut nén ưng chéo có liên quan n ng sut ct, mt s TCXD gii hn ng sut ct bng khong (0,2-0,25)f ′c . Do tiêu chuNn ACI 318-08 ã gii hn Vs(max) theo phương trình (11-11) nên bo m an toàn chng li nghin v sưn dm trong dm BTCT. 11.6 ẢH HƯỞG LỰC DỌC LÊ CƯỜG ĐỘ CHỐG CẮT Vi ti trng kéo dc trc, ACI 318-08 qui nh cưng  chng ct danh nghĩa tông: dbf)A500N1(2Vw'cguc+= (11-12) ơn v : [Vc] = lb ; [Nu < 0] = lb ; [f’c] = psi ; [Ag] = in2 ; [bw] = in ; [d] = in Vi ti trng nén dc trc, ACI 318-08 qui nh phương trình cho các kt cu chu phi hp ti trng ct, mômen un, nén dc trc như sau: dbf)A2000N1(2Vw'cguc+= (11-13) ơn v : [Vc] = lb ; [Nu > 0] = lb ; [f’c] = psi ; [Ag] = in2 ; [bw] = in ; [d] = in Cao hc: Xây Dng Dân Dng và Công N ghip Bài ging: Prof. Andrew Whittaker Môn hc: Phân Tích ng X & Thit K Kt Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 11: CH  LÀM VIC CA BTCT CHNU LC CT φVc Vu φVc/2 thép ai tham gia chng ct φVs xm xc tông tham gia chng ct φVc 11.7 HÀM LƯỢG THÉP CHỐG CẮT TỐI THIỂU Do phá hoi ct ca dm không có thép chu ct là t ngt và là phá hoi dòn, tiêu chuNn ACI 318-08 òi hi lưng thép chng ct ti thiu (Av,min) nu lc ct tính toán vưt quá mt na cưng  chng ct ca tông (φVc > Vu > 0,5φVc) ngoi tr trong sàn và móng, mi ni tông, và các dm c bit (iu khon 11.4.6.1). Khi φVc > Vu > 0,5φVc , lưng thép ai ti thiu hay cu to, có gii hn chy fyt , bng: sbf50sbff75.0Awytwyt'cmin,v≥= (11-14) ơn v : [fyt] = psi ; [f’c] = psi ; [bw] = in ; [s] = in 11.8 PHƯƠG PHÁP THIẾT KẾ THÉP CHỐG CẮT Các bưc thit k thép chng ct ca dm BTCT thông thưng theo tiêu chuNn ACI 318-08 như sau: 1. Xác nh lc gây ct tính toán (Vu) ti các mt ct nguy him như mô t  hình v bên phi. 2. Xác nh phn cưng  do tông tham gia chng ct (φVc) theo công thc (11-3) vi φ = 0.75 3. Tính Vu - φVc ti mt ct nguy him N u dbf8VVw'ccuφ>φ− thì phi tăng kích thưc tit din hay tăng cưng  tông f’c 4. Tính khong cách xc tho Vu = φVc và khong cách xm tho Vu = 0.5φVc như hình v bên phi. Chú ý vùng x < xc b trí thép ai tính toán theo công thc (11-8) ; vùng xc < x < xm b trí thép ai cu to theo công thc (11-14) ; vùng x > xm không cn ct ai. 5. Dùng bng lp  trang sau  xác nh din tích thép ai ng Av và bưc ai s ti các mt ct nguy him trên toàn b chiu dài dm BTCT. [...]... Hu Chnh Chương 11: CH  LÀM VIC CA BTCT CHNU LC CT 11. 5 CÁC TRẠG THÁI PHÁ HOẠI CỦA DẦM CÓ THÉP CHỐG CẮT 11. 5.1 Phá hoi do thép ai chy do N hư ã nêu trưc ây, ACI gp các phn tham d ca tông trong cưng  chng ct danh nghĩa thành i lưng V c , mà xem như là lc ct do tơng chu. N gồi ra, ACI gi thit rng V c bng cưng  chng ct ca dm không thép chu ct.... Chnh Chương 11: CH  LÀM VIC CA BTCT CHNU LC CT 11. 2 ỨG XỬ CỦA DẦM KHƠG CĨ THÉP CHỐG CẮT Trưc khi tính cưng  chng ct ca dm có thép chu ct, cn phi xem xét cưng  chng ct ca dm không thép chu ct. Cưng  chng ct ca dm không thép chu ct b nh hưng ca 5 bin s chính, ưc bao gm trong các phương trình thit k: cưng  bê tông chu kéo , hàm lưng thép dc,... dc, t s nhp dm-chiu cao, kích thưc dm, và lc dc . Hình dưi cung cp thơng tin tóm lưc v nh hưng ca hàm lưng thép dc trên cưng  chng ct ca dm không thép chu ct. Kt lun gì rút ra t hình trên? ACI 31 8-0 8 qui nh cơng thc ơn gin tính cưng  chng ct riêng phn tông (ưng nm ngang) là: - Tit din ch nht: dbf2V w ' cc = (1 1-3 a) - Tit din tròn:... M u - mơmen tính tốn ca mt ct dm (có h s ti trng). ơn v : [M u ] = lb-in V u - lc ct tính tốn ca mt ct dm (có h s ti trng). ơn v : [V c ] = lb b w - chiu rng sưn dm, d - chiu cao có ích ca dm. ơn v : [b w ] , [d] = in A s - din tích thép chu kéo. ơn v : [A s ] = in 2  Khi hàm lưng thép dc nh, khe nt un có chiu sâu ln hơn; ngưc li khi hàm lưng thép. .. Các hình thc ct thép chng ct mơ t  hình dưi ây, trong ó kiu thép ai ng ưc dùng ph bin nht, các kiu thép xiên hay thép un lên t ct thép dc ít khi ưc s dng trong thc tin xây dng (M). h/2 A s θ thép ai ng ai ng + un lên thép xiên chng ct lưi thép hàn chng ct thép ai xon thép dc un lên chng ct ... = (1 1-3 b) ơn v : [ V c ] = lb ; [f’ c ] = psi ; [b w ] = in ; [d] = in ; [D] = in ; Công thc này là hp lý cho tt c hàm lưng thép dc ? Ti sao cưng  chuNn hóa nh hơn vi các giá tr thp ca hàm lưng thép dc ? o Công thc chi tit: cưng  chng ct tông (ưng nghiêng AB) là: 5,3 db A fM dV 25009,1 dbf V w s ' cu u w ' c c ≤+= (vi iu kin: 0,1 M dV u u ≤ ) (1 1-4 )... Gi s rng tt c thép ai là chy do khi phá hoi, lc kháng ct ca các thép ai là: s dfA V ytv s = Phương trình này tương ương vi phương trình (1 1-7 ) ca giàn o tương ương nu θ = 45° và jd ưc thay bng d. ACI 31 8-0 8 qui nh rng phi s dng thép ai nu V u > φV c  V u ≤ φV n . Trong thit k, yêu cu này thưng ưc vit như sau: cus VVV φ−≥φ (1 1-8 a) Do ó c u ytv V V dfA s − φ = ... Chương 11: CH  LÀM VIC CA BTCT CHNU LC CT Xét phn u dm ct bi mt ct A-A song song vi các ưng chéo ca trưng ng sut do MacGregor trình bày trong phn hình (a) dưi ây : Trên mt ct này, thành phn lc ct thng ng (V) ưc chng  bi các lc kéo trong các thép ai. Lc kéo trong mi thép ai bng: ) s tan/jd ( V fA yv θ = (1 1-7 ) Bây gi xét mt ct thng ng B-B... Cu BTCT Biên dch: PhD H Hu Chnh Chương 11: CH  LÀM VIC CA BTCT CHNU LC CT 3. Tính (V u - φ φφ φ V c ) tại mặt cắt nguy hiểm B V u-B - φV c = 60 - 21.4 = 38.6 kips < db'f8 wc φ = 85.4 kips ⇒ t yêu cu ( 11. 4.7.9) 4. Xác định các khoảng cách x c và x m Khong cách x c tha mn iu kin (V u = φV c ): ( x < x c bố trí thép đai tính tốn ) 5.4 4.215.67 w VV x u cAu c − = φ− = − ... chng ct ca bờ tụng += g u wcc A2000 N 1db'f2V ( 11. 2.1.2) 1000/ )1216(2000 10000 175.1312400075.02V c ìì +ììììì= = 16.1 kips 2. Kiểm tra thép đai Vì: V u = 20 kips > φV c = 16.1 kips ( 11. 4.7.1) ⇒ nên cn kim tra thép ai theo iu kin thép ai tính tốn + Cưng  chng ct ca thép ai : s d fAV ytvs = ( 11. 4.7.2) 75.6 75.13 4022.075.0V s ììì= = 13.4 kips 4.131.16VV sc +=+ . sau:  ACI 31 8-0 8: Eq. 1 1-4 )AN200 011( 2dbfVguw'cu+= cho lc nén dc Nu > 0 (ưng ) (1 1-5 )  ACI 31 8-0 8: Eq. 1 1-8 )AN50 011( 2dbfVguw'cu+=. riêng phn bê tông (ưng nm ngang) là: - Tit din ch nht: dbf2Vw'cc= (1 1-3 a) - Tit din tròn: 2'ccDf6,1V = (1 1-3 b) ơn

Ngày đăng: 18/10/2012, 10:04

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan