Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG
1
Chương 5
CỘT LIÊN HỢP
NỘI DUNG
2
TIẾT DIỆN CỘT LIÊN HỢP
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN
ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH CỤC BỘ LÕI THÉP
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
SỰ LÀM VIỆC CHỊU TRƯỢT GIỮA THÉP VÀ BÊ TƠNG
VÍ DỤ TÍNH TOÁN CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
1
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
TIẾT DIỆN CỘT LIÊN HỢP
3
Tiết diện bọc BT
bc
hồn tồn
b
•
cy
cy
BT cung cấp khả
cz
năng bền lửa
h
y
hc
tw
tf
cz
z
TIẾT DIỆN CỘT LIÊN HỢP
4
Tiết diện bọc BT
b = bc
khơng hồn tồn
•
Cần thêm cốt thép
kháng lửa
•
Có thể cần thêm vật
liệu bền lửa
y
h = hc
tw
•
Có thể cần thêm đinh
tf
tán hoặc cốt thép hàn
để truyền lực
z
2
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
TIẾT DIỆN CỘT LIÊN HỢP
5
Tiết diện bọc BT
b = bc
không hồn tồn
•
b
BT có thể bơm vào lỗ
trống trong khi xây
dựng
h = hc
y
tw
tf
z
TIẾT DIỆN CỘT LIÊN HỢP
6
Cột rỗng nhồi BT
•
BT lèn bên trong ống thép có cường độ cao hơn bình thường
b
d
t
t
y
h
y
t
z
z
3
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
TIẾT DIỆN CỘT LIÊN HỢP
7
Cột rỗng nhồi BT có lõi thép
•
Lõi thép bên trong có khả
d
năng đạt cường độ rất cao
t
y
z
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN
8
Phương pháp tổng qt
•
Ảnh hưởng phi tuyến và chế tạo khơng chính xác
•
Tiết diện khơng đối xứng và tiết diện thay đổi
•
Phương pháp số
Phương pháp đơn giản
•
Sử dụng đường cong uốn dọc
•
Kể đến sự chế tạo khơng chính xác
•
Tiết diện khơng đổi có 2 trục đối xứng
Giả thiết
•
Tương tác hồn tồn giữa thép và BT đến khi phá hủy
•
Tiết diện ngang ln phẳng khi biến dạng
4
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH CỤC BỘ LÕI THÉP
9
Tiết diện bọc BT hồn tồn
Bề dày lớp BT bảo vệ (cy, cz)
•
•
bc
≥ 40mm
b
cy
cy
≥ b/6
cz
h
y
tw
hc
tf
cz
z
ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH CỤC BỘ LÕI THÉP
10
Tiết diện bọc BT khơng hồn tồn, cột rỗng nhồi BT
tồn,
b
d
b
d
t
t
tf
d / t 90 2
235 / f y
d / t 52
b / t f 44
fy - giới hạn đàn hồi của thép
5
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
11
Theo
điều kiện bền
Theo
điều kiện ổn định
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
12
Theo điều kiện bền
Điều kiện áp dụng:
•Cột
tiết diện khơng đổi có 2 trục đối xứng, 0,2 < hc/bc < 5,0
Aa
•Tỷ
lệ lượng thép:
•Độ
mảnh quy đổi:
•Tiết diện
fy
ga
g Ma N pl. Rd
0,2 0,9
2,0
bọc BT hoàn toàn:
40mm c y 0,4b
40mm cz 0,4h
6
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
13
BT, lõi thép, cốt thép đạt cường độ tính tốn
Cột liên hợp đạt khả năng chịu nén tối đa
•Tiết diện
bọc BT
Npl.Rd A a
fy
g Ma
A c .0,85
fck
f
A s sk
gc
gs
Lõi thép
Bê tông
Thép thanh
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
14
•
Cấu kiện rỗng nhồi BT
Npl.Rd A a
Lõi thép
fy
g Ma
Ac
fck
f
A s sk
gc
gs
Bê tơng
Thép thanh
Hiệu ứng bó tăng khả năng chịu lực BT: 0,85fck
fck
Kể đến thép thanh: 0,3%Aa ≤ As ≤ 4%Aa
0,3%A
7
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
15
•
Cấu kiện cột tròn rỗng nhồi BT
d
Hiệu ứng vòng thép (đủ cứng)
(đủ cứng)
tăng khả năng chịu nén của BT
Khi thiết kế
t
+ Độ mảnh quy đổi 0,5
+ Mô men uốn lớn nhất
Mmax.Sd 0,1NSdd
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
16
•
Cấu kiện cột tròn rỗng nhồi BT
Npl.Rd A aa
Lõi thép
fy
g Ma
Ac
fck
t fy
f
1 c
A s sk
d fck
gc
gs
Thép thanh
Bê tông
d
Độ lệch tâm e = Mmax.Sd /NSd
0 < e < d/10
Hiệu ứng lệch tâm
a a0
Hiệu ứng độ mảnh
e (1 10 e )
(1 a0 )10 c
c0
d
d
a0 0,25(3 2 ) 1,0
e
t
2
c 0 4,9 18,5 17 0
> d/10: a = 1,0 và c = 0
8
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
17
Theo điều kiện ổn định
Khả năng chịu uốn dọc của cột liên hợp đối với cả 2 trục:
N Sd .N pl .Rd
- hệ số uốn dọc phụ thuộc độ mảnh quy đổi
1
2
2
1
0,51 0,2
2
= 0,21 – cột rỗng nhồi BT
= 0,34 – cột thép chữ I chịu uốn
theo phương trục khỏe
= 0,49 – cột thép chữ I chịu uốn
theo phương trục yếu
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
18
Độ mảnh quy đổi trong mặt phẳng uốn đang xét
N pl.R
N cr
2 EI c
N cr
l2
Npl.R = Npl.Rd khi ga, gc, gs = 1
(EI)c - độ cứng cột liên hợp
•
Tải ngắn hạn:
EI c Ea I a K e Ecd I c Es I s
Ecd - mơđun đàn hồi tính tốn của BT, Ecd = Ecm/gc
Ecm - môđun đàn hồi ban đầu của BT
Ke - hệ số kể đến nứt trong BT, Ke = 0,8 (EC4, Ke
= 0,6)
0,6)
9
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
19
•
Tải trọng dài hạn: điều chỉnh Ecd bằng
N
Ec Ecd 1 0,5 G.Sd
N Sd
Ec Ecm
NG.Sd - phần dài hạn của lực nén NSd
1
N
1 G .Sd t
N Sd
t - hệ số từ biến của BT
Điều chỉnh mô đun đàn hồi khi:
theo phương mặt phẳng uốn > 0,8 - cột bọc BT
> 0,8/(1-) - cột rỗng nhồi BT
0,8/(1-
e/d < 2 (e - độ lệch tâm)
(e
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
20
Xác định theo đường cong tương tác M-N
Hiệu ứng bậc 2
Ảnh hưởng của lực cắt
Khả năng chịu lực chịu nén uống theo 1 phương
Nén uống theo 2 phương
10
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
21
Conc.
N
Sec. Rft.
Npl.Rd
A
Npl.Rd
0,85fck/gc
fy/gMa fsk/gs
Điểm A: Khả năng chịu nén
Kiểm tra khả năng chịu
lực của cột đối với từng
M
trục đối xứng
0
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
22
Conc.
N
A
2hn
Sec. Rft.
+
+
Npl.Rd
0,85fck/gc
+
Mpl.Rd
fy/gMa fsk/gs
Điểm B: Khả năng
chịu uốn 1 trục
B
0
Mpl.Rd
M
11
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
23
Conc.
Sec. Rft.
N
A
Npm.Rd
2hn
Điểm C: Khả năng
chịu uốn 1 trục
kèm lực nén
Npl.Rd
+
Npm.Rd
Mpl.Rd
fy/gMa fsk/gs
0,85fck/gc
N C N pm.Rd Ac
C
+
f ck
gc
b
= 0,85 - cột bọc BT
= 1 - thép ống nhồi BT
B
M
Mpl.Rd
0
b 1 c
t f y - cột tròn
d f ck rỗng nhồi BT
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
24
Đường tương
tác đơn giản
N
Conc.
Mmax.Rd
A
+
Npl.Rd
+
0,85fck/gc
Npm.Rd
ND
C
0,5Npm.Rd
M
Mpl.Rd Mmax.Rd
Npm.Rd/2
fy/gMa fsk/gs
f
1
1
N pm. Rd Ac ck b
gc
2
2
M D W pa
D
B
0
Sec. Rft.
fy
f
f
1
W pc cd W ps s
ga 2
gc
gs
Điểm D: Khả năng chịu
uốn lớn nhất
12
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
25
Đường tương tác
phúc tạp hơn
N
Conc.
A
Sec. Rft.
Mpl.Rd/2
N
+
+
Npl.Rd
E
0,85fck/gc
+
fy/gMa fsk/gs
Điểm E: 50% khả năng
chịu uốn 1 trục
C
Npm.Rd
D
0,5Npm.Rd
B
Mpl.Rd Mmax.Rd
0
M
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
26
Đường cong
tương tác thực
N
A
Npl.Rd
AECDB chính xác hơn
ACDB khi lực nén lớn
E
C
D
B
0
Mpl.Rd
M
13
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
27
NSd
Hiệu ứng bậc 2
Ảnh hưởng bậc 2 xảy ra khi:
M
N Sd / N cr 0,1
và
0,22 r
Mômen uốn bậc 1
r - tỷ số mômen 2 đầu cột
-1 ≤ r ≤ 1
Mơmen uốn bậc 2
r = 1 khi có tải trọng ngang
b= 0,66 + 0,44r nếu chịu
mô men đầu cột
Hệ số khuếch đại
b= 1,0 nếu có tải trọng
ngang
k
b
1 NSd / Ncr
1,0
NSd
rM
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
28
Ảnh hưởng của lực cắt
• Giả thiết lực cắt Vsd do cột thép chịu
• Ảnh hưởng của lực cắt ảnh hưởng đến khả năng chịu cắt
tương tự Dầm liên hợp
14
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
29
Khả năng chịu nén và uốn theo 1 phương
N/ Npl.Rd
Đường cong tương tác
theo tiết diện ngang
1,0
Hệ số 0,9 kể đến:
d=NSd/Npl.Rd
• Tiết diện chảy dẻo hoàn toàn
dưới tác dụng của M và N
Giá trị giới hạn
MSd/Mpl.Rd ≤ 0,9md
• MSd xác định khi coi tiết diện
khơng bị nứt
md=MRd/Mpl.Rd
M/ Mpl.Rd
1,0
0
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
30
N
Nén và uốn theo 2 phương
My
• (y-y) - trục “mất ổn định”
My
• (z-z) - trục “khỏe”
N
y
Mz
N
Mz
N
z
z
y
15
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
31
N/Npl.Rd
Trục “mất ổn định”:
My khuếch đại
1,0
NSd
Npl,Rd
N/Npl.Rd
0,9mdy
0
1,0
mdy
My/Mpl.y.Rd
Trục “khỏe”
1,0
NSd
Npl,Rd
0,9mdz
0
My.Sd/Mpl.y.Rd
Mz /Mpl.z.Rd
mdz 1,0
My
0,9mdz
mdz
Mz
Mdz.Sd/Mpl.z.Rd
TÍNH CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
32
Tại 1 giá trị lực nén NSd không đổi
Mômen
thiết kế
0,9mdy m dy
My.Sd/Mpl.y.Rd
My.Sd 0,9m dyMpl.y.Rd
0,9 m dz
m dz
Mdz.Sd/Mpl.z.Rd
My.Sd
m dyMpl.y.Rd
Mz.Sd
1,0
m dzMpl.z.Rd
Mz.Sd 0,9m dzMpl.z.Rd
16
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
SỰ LÀM VIỆC CHỊU TRƯỢT GIỮA
THÉP VÀ BÊ TÔNG TRONG CỘT
33
Khả năng chịu trượt giữa
thép và BT:
Cột bọc BT không hoàn toàn
0,2 N/mm2 cánh
0 N/mm2 bụng
Chiều dài
truyền lực
p < 2,5d
Cột bọc BT hoàn toàn
0,6 N/mm2
d
Cột thép rỗng nhồi BT
0,4 N/mm2
Bản mã được hàn vào cột thép
SỰ LÀM VIỆC CHỊU TRƯỢT GIỮA
THÉP VÀ BÊ TÔNG TRONG CỘT
34
mPRd/2
PRd
≤ 300mm
Nếu khả năng chịu trượt
không đủ dùng chốt hàn
(PRd) vào bản bụng:
Tăng lực ma sát vào các
cánh trong = mPRd/2
Hệ số ma sát giữa thép
và BT, phụ thuộc độ đặc
chắc của BT
Lấy m = 0,5
17
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
SỰ LÀM VIỆC CHỊU TRƯỢT GIỮA
THÉP VÀ BÊ TÔNG TRONG CỘT
35
mPRd/2
PRd
mPRd/2
PRd
PRd
≤ 400mm
PRd
PRd
≤ 600mm
VÍ DỤ TÍNH TỐN
CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
36
•
Cột thép cao 5m
bọc BT BT C25/30 khơng hồn tồn
•
HEB 200 hình S355
tăng cường 4Ø10 S500
4Ø10
Lực tác dụng:
NSd = 991 kN
NSd,g = 665 kN (tĩnh tải)
NSd,q = 326 kN (hoạt tải)
2 đầu liên kết khớp
Msy = 90 kN.m
Theo phương trục yếu:
Msz = 45 kN.m
•
Liên kết:
neo ở nửa chiều cao
18
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
VÍ DỤ TÍNH TỐN
CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
37
u cầu: Kiểm tra các khả năng chịu lực của cột
cầu:
Quy trình tính tốn:
tốn:
Kiểm
tra điều kiện áp dụng phương pháp tính đơn giản
Kiểm
tra điều kiện ổn định cục bộ
Tính
hiệu ứng thứ cấp
Tính
và kiểm tra khả năng chịu lực của cột chịu nén đúng tâm
Tính
và kiểm tra sự truyền lực tác dụng trong cột
Tính
và kiểm tra khả năng chịu nén uốn
VÍ DỤ TÍNH TỐN
CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
38
Kiểm tra tổng thể theo 2 phương uốn
•
Tính tỷ số phân phối cốt thép
2
12
Diện tích thép thanh: As 4
4
3,14cm 2
4
4
Diện tích thép hình HEB 200: Aa = 78,08 cm2
Diện tích BT: Ac = 202 – 78,08 – 3,14 = 319 cm2
Lực dọc tới hạn dẻo
N pl. Rd Aa
fy
0,85 Aa
f ck
As
f sk
ga
gc
gs
355
25
500
7808
0,85.31900 314
3108kN
1,1
1,5
1,15
19
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
VÍ DỤ TÍNH TỐN
CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
39
Kiểm tra tổng thể theo 2 phương uốn
•
Tỷ số phân phối cốt thép
Aa f y
ga
N pl.Rd
7808.355
1,1
0,81
3108000
0,2 < < 0,9
<
0,3%Ac = 0,957 cm2 < As = 3,14 cm2 < 4%Ac = 12,76 cm2
0,3%A
4%A
có thể dùng trong tính tốn
VÍ DỤ TÍNH TỐN
CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
40
Kiểm tra theo phương chính
•
Chiều dài tính tốn: Lft = 5m (2 đầu khớp)
•
Độ cứng đàn hồi của tiết diện liên hợp
EI c Ea I a Es I s 0,8Ec I c
2
2
200
.10
210000.5696.10 210000
30 4
4
2
2
2
30500 200.2003
200
.10
4
0,8.
5696.10
30 4
4
1,35 12
2
2
13637kN.m
4
20
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
VÍ DỤ TÍNH TỐN
CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
41
Kiểm tra theo phương chính
•
Lực tới hạn Euler
2 EI c 2 .13637
5384kN
N cr
L2fl
52
•
Lực dọc giới hạn dẻo
N pl. R Aa f y 0,85 Aa f ck As f sk
7808.355 0,85.31900.25 314.500 3606kN
•
Độ mảnh quy đổi theo phương chính
N pl.R
N cr
3606
0,82 0,8
5384
phải kể đến ảnh
hưởng tải dài hạn
đến môđun đàn hồi
VÍ DỤ TÍNH TỐN
CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
42
Kiểm tra theo phương chính
N
Ec Ecd 1 0,5 G .Sd
N Sd
30500
665
2
1,35 1 0,5 991 15012 N / mm
(EI)c = 13184 N.m2
Ncr = 5202 kN
0,83 2
có thể sử dụng phương pháp đơn giản
21
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
VÍ DỤ TÍNH TỐN
CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
43
Kiểm tra theo phương yếu
•
Chiều dài tính tốn: Lft = 0,5.5 = 2,5m (neo giữa cột)
•
Độ cứng đàn hồi của tiết diện liên hợp
EI c Ea I a Es I s 0,8Ec I c
.10 2
210000.2003.10 210000.75 .4
4
30500 200.200 3
.10 2
0,8.
5696.10 4 75 2 4
1,35 12
4
4
2
6593kN.m 2
VÍ DỤ TÍNH TỐN
CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
44
Kiểm tra theo phương yếu
Lực tới hạn Euler
•
N cr
2 EI c 2 .6593
10411kN
L2fl
2,52
Độ mảnh quy đổi theo phương yếu
•
N pl.R
N cr
3606
0,59 0,8
10411
không kể đến ảnh hưởng tải dài hạn đến độ cứng uốn đàn hồi
0,59 2
có thể sử dụng phương pháp đơn giản
22
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
VÍ DỤ TÍNH TỐN
CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
45
Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ
b 200
235
13,3
0,81
tf
15
355
b
13,3 44. 34,64
tf
Đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ
VÍ DỤ TÍNH TỐN
CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
46
Hiệu ứng thứ cấp
Trục chính (trục khỏe)
•
Tỷ số mơmen 2 đầu: r = 0
cr 0,22 r 0,4 0,83
nhân
k
giá trị mômen uốn với hệ số khuếch đại
b
0,66 0,44r
0,82 1 k 1
N Sd
991
1
1
N cr
5202
không
cần xét hiệu ứng thứ cấp
23
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
VÍ DỤ TÍNH TỐN
CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
47
Hiệu ứng thứ cấp
Trục yếu
•
Tỷ số mơmen 2 đầu: r = 0
cr 0, 22 r 0,4 0,59
nhân
k
giá trị mô men uốn với hệ số khuếch đại
0,66 0,44r
b
0,73 1 k 1
N Sd
991
1
1
N cr
10411
khơng
cần xét hiệu ứng thứ cấp
VÍ DỤ TÍNH TỐN
CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
48
Kiểm tra khả năng chịu lực của cột chịu nén đúng tâm
•
Điều kiện bền
N Sd 991 N pl. Rd 3108kN
•
Điều kiện ổn định theo phương trục chính
N Sd .N pl. Rd
Cột chữ I bọc BT khơng hồn tồn = 0,34
0,51 0,2 2 0,952
0,83
1
2 2
0,705
.N pl. Rd 0,705.3108 2191 N Sd 991kN
thỏa
24
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
VÍ DỤ TÍNH TỐN
CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
49
Kiểm tra khả năng chịu lực của cột chịu nén đúng tâm
•
Điều kiện ổn định theo phương trục phụ
Cột chữ I bọc BT khơng hồn tồn tính theo phương trục yếu
= 0,49
0,51 0,2 2 0,7696
0,59
1
2
2
0,791
.N pl. Rd 0,791.3108 2458 N Sd 991kN
thỏa
VÍ DỤ TÍNH TỐN
CỘT LIÊN HỢP CHỊU NÉN UỐN
50
Kiểm tra sự truyền lực tác dụng
•
Xác định lực truyền
qua từng thành phần
của cột liên hợp
•
Phân bố theo độ
cứng
Chiều dài
truyền lực
p < 2d
d
Bản mã được hàn vào cột thép
25