Cột liên hợp bê tông thép

1
KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG
KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG
Chương 5
Chương 5
CỘT LIÊN HỢP
CỘT LIÊN HỢP
◆
TIẾT DIỆN CỘT LIÊN HỢP
TIẾT DIỆN CỘT LIÊN HỢP
◆
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
◆
ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH CỤC BỘ LÕI THÉP
ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH CỤC BỘ LÕI THÉP
◆
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
◆
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
◆
SỰ LÀM VIỆC CHỊU TRƯỢT GIỮA THÉP VÀ BÊ TÔNG
SỰ LÀM VIỆC CHỊU TRƯỢT GIỮA THÉP VÀ BÊ TÔNG
◆
VÍ DỤ TÍNH TOÁN CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
VÍ DỤ TÍNH TOÁN CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
2
NỘI DUNG
NỘI DUNG

TIẾT DIỆN CỘT LIÊN HỢP
TIẾT DIỆN CỘT LIÊN HỢP
Tiết diện bọc BT
Tiết diện bọc BT
hoàn toàn
hoàn toàn
•


BT cung cấp khả
BT cung cấp khả
năng bền lửa
năng bền lửa
b
c
h
c
c
z
c
y
c
y
c
z
t
f
t
w
h

b
y
z
3
TIẾT DIỆN CỘT LIÊN HỢP
TIẾT DIỆN CỘT LIÊN HỢP
Tiết diện bọc BT
Tiết diện bọc BT
không hoàn toàn
không hoàn toàn
•


Cần thêm cốt thép
Cần thêm cốt thép
kháng lửa
kháng lửa
•


Có thể cần thêm vật
Có thể cần thêm vật
liệu bền lửa
liệu bền lửa
•


Có thể cần thêm đinh
Có thể cần thêm đinh
tán hoặc cốt thép hàn

tán hoặc cốt thép hàn
để truyền lực
để truyền lực
= h
c
= b
c
b
h
t
f
t
w
y
z
4
TIẾT DIỆN CỘT LIÊN HỢP
TIẾT DIỆN CỘT LIÊN HỢP
Tiết diện bọc BT
Tiết diện bọc BT
không hoàn toàn
không hoàn toàn
•


BT có thể bơm vào lỗ
BT có thể bơm vào lỗ
trống trong khi xây
trống trong khi xây
dựng

dựng
= h
c
= b
c
y
z
b
b
t
w
h
t
f
5
TIẾT DIỆN CỘT LIÊN HỢP
TIẾT DIỆN CỘT LIÊN HỢP
Cột rỗng nhồi BT
Cột rỗng nhồi BT
•
BT lèn bên trong ống thép có cường độ cao hơn bình thường
BT lèn bên trong ống thép có cường độ cao hơn bình thường
y
z
t
t
h
b
y
z

t
d
6
TIẾT DIỆN CỘT LIÊN HỢP
TIẾT DIỆN CỘT LIÊN HỢP
Cột rỗng nhồi BT có lõi thép
Cột rỗng nhồi BT có lõi thép
•


Lõi thép bên trong có khả
Lõi thép bên trong có khả
năng đạt cường độ rất cao
năng đạt cường độ rất cao
t
d
y
z
7
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
Phương pháp tổng quát
Phương pháp tổng quát
•
Ảnh hưởng phi tuyến và chế tạo không chính xác
Ảnh hưởng phi tuyến và chế tạo không chính xác
•
Tiết diện không đối xứng và tiết diện thay đổi
Tiết diện không đối xứng và tiết diện thay đổi
•

Phương pháp số
Phương pháp số
Phương pháp đơn giản
Phương pháp đơn giản
•
Sử dụng đường cong uốn dọc
Sử dụng đường cong uốn dọc
•
Kể đến sự chế tạo không chính xác
Kể đến sự chế tạo không chính xác
•
Tiết diện không đổi có 2 trục đối xứng
Tiết diện không đổi có 2 trục đối xứng
Giả thiết
Giả thiết
•
Tương tác hoàn toàn giữa thép và BT đến khi phá hủy
Tương tác hoàn toàn giữa thép và BT đến khi phá hủy
•
Tiết diện ngang luôn phẳng khi biến dạng
Tiết diện ngang luôn phẳng khi biến dạng
8
ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH CỤC BỘ LÕI THÉP
ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH CỤC BỘ LÕI THÉP
Tiết diện bọc BT hoàn toàn
Tiết diện bọc BT hoàn toàn
Bề dày lớp BT bảo vệ (c
Bề dày lớp BT bảo vệ (c
y
y

, c
, c
z
z
)
)
•
≥
≥
40mm
40mm
•
≥
≥
b/6
b/6
b
c
h
c
c
z
c
y
c
y
c
z
t
f

t
w
h
b
y
z
9
ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH CỤC BỘ LÕI THÉP
ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH CỤC BỘ LÕI THÉP
f
y
- giới hạn đàn hồi của thép
t
d
t
d
b
t
f
b
2
90t/d ε≤
ε≤ 52t/d
ε≤ 44t/b
f
y
f/235=
ε
Tiết diện bọc BT không hoàn toàn, cột rỗng nhồi BT
Tiết diện bọc BT không hoàn toàn, cột rỗng nhồi BT

10
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

Theo điều kiện bền
Theo điều kiện bền

Theo điều kiện ổn định
Theo điều kiện ổn định
11
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
Theo điều kiện bền
Theo điều kiện bền
Điều kiện áp dụng:
Điều kiện áp dụng:
•


Cột tiết diện không đổi có 2 trục đối xứng, 0,2 < h
Cột tiết diện không đổi có 2 trục đối xứng, 0,2 < h
c
c
/b
/b
c
c
< 5,0
< 5,0
•

Tỷ lệ lượng thép:
Tỷ lệ lượng thép:
•


Độ mảnh quy đổi:
Độ mảnh quy đổi:
•


Tiết diện bọc BT hoàn toàn:
Tiết diện bọc BT hoàn toàn:
9,02,0
.
÷==
RdplMa
a
y
a
N
f
A
γ
γ
δ
0,2≤
λ
hcmm

bcmm
z
y
4,040
4,040
≤≤
≤≤
12
BT, lõi thép, cốt thép đạt cường độ tính toán
BT, lõi thép, cốt thép đạt cường độ tính toán




Cột liên hợp đạt khả năng chịu nén tối đa
Cột liên hợp đạt khả năng chịu nén tối đa
•


Tiết diện bọc BT
Tiết diện bọc BT
Lõi thép
Bê tông
Thép thanh
s
sk
s
c
ck
c

Ma
y
aRd.pl
f
A
f
85,0.A
f
AN
γ
+
γ
+
γ
=
13
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
•
Cấu kiện rỗng nhồi BT
Cấu kiện rỗng nhồi BT
Kể đến thép thanh:
Kể đến thép thanh:
0,3%
0,3%
A
A
a
a

≤
≤
A
A
s
s


≤ 4%
≤ 4%
A
A
a
a
Hiệu ứng bó  tăng khả năng chịu lực BT: 0,85f
ck
 f
ck
s
sk
s
c
ck
c
Ma
y
aRd.pl
f
A

f
A
f
AN
γ
+
γ
+
γ
=
Ống thép
Bê tông
Thép thanh
14
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
d
t
•
Cấu kiện cột tròn rỗng nhồi BT
Cấu kiện cột tròn rỗng nhồi BT
Hiệu ứng vòng thép (
Hiệu ứng vòng thép (
đủ cứng
đủ cứng
)
)



tăng khả năng chịu nén của BT
tăng khả năng chịu nén của BT
Khi thiết kế
Khi thiết kế
+ Độ mảnh quy đổi
+ Độ mảnh quy đổi
+ Mô men uốn lớn nhất
+ Mô men uốn lớn nhất
5,0≤λ
d0,1NM
Sdmax.Sd
<
15
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
d
t
•
Cấu kiện cột tròn rỗng nhồi BT
Cấu kiện cột tròn rỗng nhồi BT
Độ lệch tâm
Độ lệch tâm e = M
max.Sd
/N
Sd

0 < e < d/10
0 < e < d/10


e > d/10:
e > d/10:
η
η
a
a
= 1,0 và
= 1,0 và
η
η
c
c
= 0
= 0
s
sk
s
ck
y
c
c
ck
c
Ma
y
aaRd.pl
f
A
f
f

d
t
f
A
f
AN
γ
η
γγ
η
+








++= 1
Ống thép
Bê tông
Thép thanh






η−+η=η

d
e
10)1(
0a0aa
0,1)23(25,0
0a
≤λ+=η
Hiệu ứng lệch tâm
)
d
e
101(
0cc
−η=η
0175,189,4
2
0c
≥λ+λ−=η
Hiệu ứng độ mảnh
16
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
Theo điều kiện ổn định
Theo điều kiện ổn định
Khả năng chịu uốn dọc của cột liên hợp đối với cả 2 trục:
Khả năng chịu uốn dọc của cột liên hợp đối với cả 2 trục:
χ
χ

- hệ số uốn dọc phụ thuộc độ mảnh quy đổi
- hệ số uốn dọc phụ thuộc độ mảnh quy đổi
RdplSd
NN
.
.
χ
≤
1
1
22
≤
−+
=
λφφ
χ
( )
[ ]
2
2,015,0
λλαφ
+−+=

α
α


= 0,21 – cột rỗng nhồi BT
= 0,21 – cột rỗng nhồi BT


α
α


= 0,34 – cột thép chữ
= 0,34 – cột thép chữ
I
I
chịu
chịu
uốn theo phương trục khỏe
uốn theo phương trục khỏe

α
α


= 0,49 – cột thép chữ
= 0,49 – cột thép chữ
I
I
chịu
chịu
uốn theo phương trục yếu
uốn theo phương trục yếu
17
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
Độ mảnh quy đổi trong mặt phẳng uốn đang xét
Độ mảnh quy đổi trong mặt phẳng uốn đang xét

N
N
pl.R
pl.R
= N
= N
pl.Rd
pl.Rd
khi
khi
γ
γ
a
a
,
,
γ
γ
c
c
,
,
γ
γ
s
s


= 1
= 1

(EI)
(EI)
c
c
- độ cứng cột liên hợp
- độ cứng cột liên hợp
•
Tải ngắn hạn:
Tải ngắn hạn:
E
E
cd
cd
- môđun đàn hồi tính toán của BT,
- môđun đàn hồi tính toán của BT,
E
E
cd
cd
= E
= E
cm
cm
/
/
γ
γ
c
c
E

E
cm
cm
- môđun đàn hồi ban đầu của BT
- môđun đàn hồi ban đầu của BT
K
K
e
e
- hệ số kể đến nứt trong BT,
- hệ số kể đến nứt trong BT,
K
K
e
e
= 0,8
= 0,8
(
(
EC4,
EC4,
K
K
e
e
= 0,6
= 0,6
)
)
cr

Rpl
N
N
.
=
λ
( )
2
2
l
EI
N
c
cr
π
=
( )
ssccdeaa
c
IEIEKIEEI ++=
18
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
•
Tải trọng dài hạn: t
Tải trọng dài hạn: t
hay
hay
E
E

cd
cd
bằng
bằng
E
E
c
c
N
N
G.Sd
G.Sd
- phần dài hạn của lực nén
- phần dài hạn của lực nén
N
N
Sd
Sd
ϕ
ϕ
t
t
- hệ số từ biến của BT
- hệ số từ biến của BT
Điều chỉnh mô đun đàn hồi khi:
Điều chỉnh mô đun đàn hồi khi:



theo phương mặt phẳng uốn > 0,8 - cột bọc BT

theo phương mặt phẳng uốn > 0,8 - cột bọc BT
> 0,8/(1-
> 0,8/(1-
δ
δ
) - ống thép nhồi BT
) - ống thép nhồi BT



e/d
e/d
< 2 (
< 2 (
e
e
- độ lệch tâm)
- độ lệch tâm)








−=
Sd
SdG
cdc

N
N
EE
.
5,01
λ
t
Sd
SdG
cmc
N
N
EE
ϕ
.
1
1
+
=
19
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN



Xác định theo đường cong tương tác
Xác định theo đường cong tương tác
M-N

M-N



Hiệu ứng bậc 2
Hiệu ứng bậc 2



Ảnh hưởng của lực cắt
Ảnh hưởng của lực cắt



Khả năng chịu lực chịu nén uốn theo 1 phương
Khả năng chịu lực chịu nén uốn theo 1 phương



Nén uốn theo 2 phương
Nén uốn theo 2 phương
20
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
0
M
N
A
N
pl.Rd

0,85f
ck
/γ
c
N
pl.Rd
Conc.
Sec. Rft.
f
y
/γ
Ma
f
sk
/γ
s
Điểm A: Khả năng chịu nén
21



Kiểm tra khả năng chịu
Kiểm tra khả năng chịu
lực của cột đối với từng
lực của cột đối với từng
trục đối xứng
trục đối xứng
Đường cong tương tác M-N
Đường cong tương tác M-N
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN

TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
0
M
N
N
pl.Rd
M
pl.Rd
A
B
0,85f
ck
/γ
c
Conc.
Sec. Rft.
f
y
/γ
Ma
f
sk
/γ
s
+
+
+
2h
n
M

pl.Rd
Điểm B: Khả năng
chịu uốn 1 trục
22
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
0
N
pl.Rd
M
pl.Rd
M
N
A
C
B
N
pm.Rd
0,85f
ck
/γ
c
Conc.
Sec. Rft.
f
y
/γ
Ma
f
sk

/γ
s
+
+
2h
n
N
pm.Rd
M
pl.Rd
Điểm C: Khả năng
chịu uốn 1 trục
kèm lực nén
β
γ
α
c
ck
cRdpmC
f
ANN ==
.
α
α


= 0,85
= 0,85
- cột bọc BT
- cột bọc BT

α


= 1
= 1
- thép ống nhồi BT
- thép ống nhồi BT


- cột tròn
- cột tròn


rỗng nhồi BT
rỗng nhồi BT
ck
y
c
f
f
d
t
ηβ
+=1
23
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
0
N
pl.Rd

M
pl.Rd
M
max.Rd
M
N
A
C
D
B
N
pm.Rd
0,5N
pm.Rd
0,85f
ck
/γ
c
M
max.Rd
Conc.
Sec. Rft.
f
y
/γ
Ma
f
sk
/γ
s

+
+
N
pm.Rd
/2
Đường tương
tác đơn giản
Điểm D: Khả năng chịu
uốn lớn nhất
s
s
ps
c
cd
pc
a
y
paD
c
ck
cRdpmD
f
W
f
W
f
WM
f
ANN
γγ

α
γ
β
γ
α
++=
==
2
1
2
1
2
1
.
24
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
0
N
pl.Rd
M
pl.Rd
M
max.Rd
M
N
A
E
C
D

B
N
pm.Rd
0,5N
pm.Rd
0,85f
ck
/γ
c
M
pl.Rd
/2
Conc.
Sec. Rft.
f
y
/γ
Ma
f
sk
/γ
s
+
+
N
Đường tương tác
phức tạp hơn
Điểm E: 50% khả năng
chịu uốn 1 trục
25

+