Báo cáo nghiên cứu khoa học Tính toán và thiết kế kết cấu dầm chuyển bê tông cốt thép

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH



BÁO CÁO
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC


ĐỀ TÀI:

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
KẾT CẤU DẦM CHUYỂN
BÊ TÔNG CỐT THÉP



PHẠM XUÂN TUÂN
NGUYỄN THẾ TRƯỜNG

BIÊN HÒA – 11/2012

BIÊN HÒA – 11/2011

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH



BÁO CÁO

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC


ĐỀ TÀI:

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
KẾT CẤU DẦM CHUYỂN
BÊ TÔNG CỐT THÉP


SVTH: PHẠM XUÂN TUÂN
NGUYỄN THẾ TRƯỜNG
GVHD: Ths.Nguyễn Quốc Thông
BIÊN HÒA – 11/2012



LỜI CÁM ƠN

Lời đầu tiên chúng em xin gởi lời cám ơn tới các bậc sinh thành đã tạo mọi điều
kiện cho chúng em trong suốt quá trình học tập, rèn luyện và nghiên cứu khoa học.
Chúng em xin gửi lời cám ơn đến Ban Giám Hiệu nhà trường cùng toàn thể các
thầy cô Khoa Kỹ Thuật Công Trình đã chỉ dạy tận tình trong suốt 4 năm vừa qua, để
từ đó giúp chúng em có đủ kiến thức để thực hiện đề tài.
Và đặc biệt chúng em xin cảm ơn giáo viên hướng dẫn thầy Ths.Nguyễn Quốc
Thông đã dành thời gian theo sát giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo tận tình trong suốt quá
trình nghiên cứu. Trong thời gian làm việc thì chúng em đã tích lũy được kiến thức,
tinh thần làm việc và khả năng làm việc nhóm.
Với thời gian nghiên cứu cũng như năng lực của bản thân còn nhiều hạn chế, đề
tài chắc không tránh khỏi những thiếu sót, tồn tại. Chúng em mong muốn nhận được

nhiều ý kiến đóng góp quý báu từ phía quý thầy cô.
Cuối cùng chúng em xin chúc các thầy cô sức khỏe, và lòng biết ơn sâu sắc.
Xin trân trọng cảm ơn.

Biên Hòa, tháng 11 năm 2012
Người thực hiện



Phạm Xuân Tuân
Nguyễn Thế Trường






MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các từ viết tắt
Danh mục các bảng biểu và hình ảnh
Chương 1 : Giới thiệu 1
1.1 Mở đầu 1
1.2 Lý do nghiên cứu 1
1.3 Mục đích nghiên cứu 1
1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 2
1.5 Phương pháp nghiên cứu 2

Chương 2 : Tổng quan về đề tài 3
2.1 Khái niệm và công năng của dầm chuyển 3
2.1.1 Khái niệm dầm chuyển 3
2.1.2 Công năng của dầm chuyển 3
2.1.3 Ưu điểm và khuyết điểm của dầm chuyển 3
2.1.3.1 Ưu điểm 3
2.1.3.2 Khuyết điểm 3
2.1.4 Các loại dầm chuyển BTCT 4
2.1.5 Một số công trình sử dụng dầm chuyển 4
2.2 Các phương pháp tính toán dầm chuyển 7
2.2.1 Tính toán kết cấu theo tiêu chuẩn ACI 318-2002 7
2.2.1.1 Phân tích khả năng chịu lực và sự làm việc của dầm chuyển 7
2.2.1.2 Lý thuyết tính toán 8
2.2.2 Tính toán theo mô hình giàn ảo (Strut and tied) 16
2.2.2.1 Giới thiệu 16
2.2.2.2 Phân vùng ứng suất biến dạng của các cấu kiện bêtông cốt thép 16
2.2.2.3 Mô hình giàn ảo (Strut and tie model) 18
2.2.2.4 Các bộ phận cơ bản cấu thành mô hình giàn ảo 19
2.2.2.5 Các bước chung để thành lập mô hình giàn ảo 23
2.2.2.6 Định hướng mô hình giàn ảo tối ưu 24
2.2.2.7 Các mô hình giàn ảo cho dầm chuyển 25
2.2.2.8 Các yêu cầu tính toán mô hình giàn ảo theo ACI 318-02 26
Chương 3 : Tính toán và kết quả từ mô hình công trình cao ốc – căn hộ cao cấp
BMC – Hưng Long 32
3.1 Công trình thực tế sử dụng tính toán 32
3.2 Tính toán nội lực bằng phương pháp phần tử hữu hạn 33
3.2.1 Mô hình kết cấu bằng Etabs 9.7 33
3.2.2 Nội lực tính toán 34
3.3 Tính toán dầm chuyển dựa trên tiêu chuẩn ACI-318-02 35
3.3.1 Tính toán cốt thép chịu moment uốn 36

3.3.1.1 Tính toán thép chịu lực do moment dương ở giữa nhịp của dầm liên tục
36
3.3.1.2 Tính toán thép chịu lực do moment âm ở gối tựa của dầm liên tục 37
3.3.2 Tính toán thép chịu lực cắt trong dầm 38
3.4 Tính toán dầm chuyển dựa trên phương pháp giàn ảo ( Strut – Tied ) 42
3.5 Kết quả tính toán 66
3.5.1 Tính toán dầm chuyển theo tiêu chuẩn ACI-318-02 66
3.5.2 Tính toán dầm chuyển theo mô hình giàn ảo (Strut and tie Model) 67
3.6 Thiết kế và bố trí cốt thép 67
Chương 4 : Kết luận và kiến nghị 69
4.1 Kết luận 69
4.2 Kiến nghị 69



1

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 MỞ ĐẦU


 



 








1.2 LÝ DO NGHIÊN CỨU



tr

Tính toán và thiết kế kết cấu dầm chuyển
bê tông cốt thép“.
1.3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU


2

ng


 


1.4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU


Làm 


1.5 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
 


 
Etabs 9.7, Sap 2000.
  2
.
          giàn  (Strut and tie
Model).
 
         



3

CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
2.1 Khái niệm và công năng của dầm chuyển.
2.1.1 Khái niệm dầm chuyển:

   
 


2.1.2 Công năng của dầm chuyển:

        
i
 
  e
 
 



2.1.3 Ƣu điểm và khuyết điểm của dầm chuyển.
2.1.3.1 Ƣu điểm:
Gii vic vic trn ct, to không gian ln cho ti, kt cu
dm chuyn có kh  t nhp ln, nhp có th  n 16-20m, gim kích
c cu kin ca các tng trên kt cu dm chuyn.
2.1.3.2 Khuyết điểm:


4

Tính toán thi công dm chuyi phc tp dng
 bê tông toàn khi cu kin ln.
Tr ng bn thân công trình phân b   u, tp trung khi
ng ln  tng có dm chuyn làm cho công trình rt d mt nh khi có ngoi
lc tác d t, gió bão) và các kt ci ca dm
chuyn d mt n nh.
2.1.4 Các loại dầm chuyển BTCT:
Trong xây dng có 2 loi dm chuyi dng BTCT: Dm
ng và dm ng lc. Dm chuyng là dm chuyc ch
to bng BTCT truyn thng. Dm chuyn ng lc là dm chuyc ch
to bng BTCT kt hp vi c o ng sut nén
 ch dùng c  to ng suc
cho bê tông hoc kt hp c vi cng.
2.1.5 Một số công trình sử dụng dầm chuyển:

Hình 2.1: Dầm chuyển của toà nhà ideo MORPH 38 Bangkok – Thái Lan
5

Hình 2.2: Công nhân đang lắp đặt cốt thép dầm chuyển – Toà nhà The
Issara Ladprao – Bangkok – Thái Lan
Công trình toà nhà Donphin Plaza gm 4 toà tháp cao 28 tng. Dm chuyn
ng lc có chit nhp ln nht  sàn t
n phn bê tông dm chuyn.

Hình 2.3: Thi công dầm chuyển toà nhà Donphin Plaza.
6


Hình 2.4: Thi công dầm chuyển toà nhà Donphin Plaza.

Hình 2.5: Thi công dầm chuyển toà nhà Donphin Plaza.


7

2.2 Các phƣơng pháp tính toán dầm chuyển
2.2.1 Tính toán kết cấu theo tiêu chuẩn ACI 318-2002
2.2.1.1 Phân tích khả năng chịu lực và sự làm việc của dầm chuyển
 


   


  -    





Phân tíc     




              


 
             

8




2.2.1.2 Lý thuyt tớnh toỏn
n (



Phỏ hoi do un:



i.

Tải trọng phân

bố đều
Vết nứt lớn gây
ra phá hoại
Vết nứt nhỏ
trong vùng chịu
kéo do uốn

Hỡnh 2.6: S phỏ hoi do un
S phõn b ng sut trờn tit din dm
-

9


.
h
l
h
x
Trôc trung
hßa
x
Trôc trung hßa

Biểu đồ phân bố ứng suất của dầm
thường
Biểu đồ phân bố ứng suất của dầm
chuyển (dầm cao)
Hình 2.7: Biểu đồ phân bố ứng suất
Hình 2.7 

ng, 

l
h


Hình 2.8: Quỹ đạo ứng suất
Trong Hình 2.8   

 
10


phỏ
d



Tớnh toỏn kh nng chu un ca dm

Hình 2.9: Sơ đồ tính toán khả năng chịu uốn cho dầm

sau:

n s y
M A f jd


'
min

3
200
()
c
u
ss
y y y
f
M
bd
A A bd
f jd f f




n
M

s
A
:
y
f
:
11

'
c
f

: 
mins
A
: 
jd

h2
h1
jd
b
h

H×nh 2.10: Mặt cắt thể hiện cánh tay đòn moment (jd).

Khi
1 / 2lh
thì
0.2( 2 )jd l h

Khi
/1lh
thì
0.6jd l


Khi
1 / 2lh
thì
0.2( 1.5 )jd l h

Khi
/1lh
thì
0.5jd l


l


1.15
n
l

12

h
:

ca
0.25 0.05 0.2y h l h

Phỏ hoi do lc ct:

thỏi


.
S hỡnh thnh vt nt

Dầm bị phá hoại
bởi vết nứt trên
toàn bộ chiều cao

Hỡnh 2.11: Dng phỏ hoi do ct
13

Theo hình 2.11 
 


   




       
thông 
s
A




45
,


v
A

 
vh
A
.Các thanh thép ngang không  


 Tính toán khả năng chịu lực cắt

/ 2.5ad
và
/5
n
ld

         
c
V
    
-c trình bày

x  


0.15
n
xl

14


0.5xa


n
l
: là kh 
a

x d 

 

/2
n
ld
thì
'
(8 )
u c w
V f b d




2 / 5
n

ld
thì
'
2
10
3
n
u c w
l
V f b d
d













c
V

''
3.5 2.5 1.9 2500 6
uu

c c w w c w
uu
M V d
V f p b d f b d
V d M
  

   
  

  


1 3.5 2.5 2.5
u
u
M
Vd
  





u
M

u
V


d

w
b

15

w
p
 
         

'
2
c c w
V f b d


u
V

c
V

,               
:
()
u c s
V V V



, 
1 / 11 /
12 12
v n vh n
sy
vh
A l d A l d
V f d
SS


   


   
   



s
V

v
A

vh
A

v

S

vh
S


()
u c s
V V V


,ta có :
1 / 11 /
12 12
v n vh n u c
v h y
A l d A l d V V
S S f d


  
   

   
   


v
S
:

5
v
d
S 

45
v
S cm


h
S
:
3
h
d
S 

45
h
S cm


v
A
:
0.0015
vv
A bs


vh
A
:
0.0025
vh v
A bs

16

2.2.2 Tính toán theo mô hình giàn ảo (Strut and tied)
2.2.2.1 Giới thiệu:

, 

mô hình giàn ảo.


c c



-
  -   

2.2.2.2 Phân vùng ứng suất biến dạng của các cấu kiện bêtông cốt thép
        





  chia thành các

 Vùng B (Beam) là các vùng có trng thái ng sut tuân theo các gi thit
ca dm v tit din chu un, ch yu phn gia nhp chu tác dng ca
moment un, lc ct nh hoc bng không. Ti các vùng này vn có th
17

tính toán thit k i cu kin chu un theo các tiêu chun tính toán
kt cu bê tông ct thép hin hành.
 Vùng D (Discontinuity zone) là vùng có trng thái ng sut phc tp,
ng xut hin ti các vùng mi ni tit dit ngt, có l
khoét, gp khúc hoc ti các liên kt gi tt lc tp trung tên
cu kin. Các vai ct, các m  và công xôn ngc các dng
kt cu có vùng D.
D D D D
a)
D D D
b)
B B
D D D
c)
B BD
B

Hình 2.12: Các vùng B và D của dầm bê tông





18


Hình 2.13a: Các vùng không liên tục hình học Hình 2.13b: Các vùng không
liên tục về hình học
2.2.2.3 Mô hình giàn ảo (Strut and tie model)

trong n



Hình 2.14 

 








o

o
. Trên
19




g 




P
Nót
Thanh d¹ng chai
M« h×nh thanh
chèng th¼ng
Nót
Vïng nót
Thanh gi»ng

Hình 2.14: Mô hình giàn ảo nhịp đơn giản trong dầm chuyển(dầm cao)
    


án và



2.2.2.4 Các bộ phận cơ bản cấu thành mô hình giàn ảo.