Tính toán cọc bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm xiên theo TCVN 5574 2012 (tóm tắt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
-----------------------

NGUYỄN VĂN MINH
KHÓA: 2014-2016

TÍNH TOÁN CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU
NÉN LỆCH TÂM XIÊN THEO TCVN 5574: 2012
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN
Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. PHẠM PHÚ TÌNH

Hà Nội - 2016


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại lớp cao học xây dựng 14X3,
Khoa đào tạo trên đại học, Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội, dưới sự giảng
dạy của các thầy giáo trong khoa, sự giúp đỡ tận tình của Ban chủ nhiệm
Khoa và cán bộ công nhân viên trong Khoa, sự cố vấn và hướng dẫn nhiệt
tình của thầy giáo hướng dẫn khoa học, cộng với sự nỗ lực của bản thân, tôi
đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học với đề tài: Tính toán cột bê tông

cốt thép chịu nén lệch tâm xiên theo TCVN 5574: 2012.
Tôi xin chân thành cảm ơn các cấp lãnh đạo Trường Đại Học Kiến
Trúc Hà Nội, khoa đào tạo trên đại học và các thầy giáo cùng tập thể cán bộ
công nhân viên trong trường đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá
trình học tập, nghiên cứu tại trường.
Tôi đặc biệt cảm ơn thầy giáo TS. Phạm Phú Tình – Người đã có công
lớn trong việc hướng dẫn khoa học, tận tình chỉ bảo tôi giúp tôi hoàn thành tốt
luận văn này.

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Minh


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa
học độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là
trung thực và có nguồn gốc rõ ràng.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Văn Minh



MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Bảng ký hiệu và chữ viết tắt sử dụng trong luận văn

Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Danh mục các bảng, biểu

MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 1
Cơ sở khoa học của đề tài .................................................................................. 1
Mục đích nghiên cứu ......................................................................................... 1
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................... 1
Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 1
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................... 1
Cấu trúc luận văn .............................................................................................. 2
NỘI DUNG
CHƯƠNG 1. TổNG QUAN Về CÁC PHƯƠNG PHÁP THIếT Kế CộT BÊ
TÔNG CốT THÉP CHịU NÉN LệCH TÂM XIÊN ........................................... 4
1.1 Khái niệm ............................................................................................... 4
1.2 Một số phương pháp gần đúng tính toán cột chịu nén lệch tâm xiên ....... 6
1.2.1 Phương pháp cộng tác dụng ................................................................ 8
1.2.3 Phương pháp tải trọng nghịch đảo (Reciprocal Load Method) ........... 10
1.2.4 Phương pháp đường viền tải trọng (Load Contour Method) .............. 11
1.3. Tính toán cột lệch tâm xiên theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5574) .. 16


CHƯƠNG 2. XÂY DựNG Họ BIểU Đồ TƯƠNG TÁC MẫU THEO TCVN
5574:2012 ....................................................................................................... 19
2.1 Giới thiệu ............................................................................................. 19
2.2 Xây dựng họ biểu đồ tiết diện chữ nhật cốt thép đặt đối xứng .............. 19
2.3 Xây dựng họ biểu đồ tương tác cho tiết diện chữ nhật có cốt thép được
đặt theo chu vi ................................................................................................. 25
2.3.1 Tiết diện có 8 thanh ........................................................................... 27
2.3.2 Tiết diện có 12 thanh ......................................................................... 29

2.3.3 Tiết diện có 16 thanh ......................................................................... 32
2.3.4 Tiết diện có rất nhiều thanh ............................................................... 37
2.4 Xây dựng họ biểu đồ cho tiết diện tròn ................................................. 45
2.5 Thẩm định biểu đồ................................................................................ 48
2.5.1 Ví dụ 2.1............................................................................................ 48
2.5.2 Ví dụ 2.2............................................................................................ 52
2.5.3 Ví dụ 2.3............................................................................................ 55
2.5.4 Ví dụ 2.4............................................................................................ 56
CHƯƠNG 3. CÁC VÍ Dụ TÍNH TOÁN CủA CộT CHịU NÉN LệCH TÂM
XIÊN............................................................................................................... 59
3.1 Giới thiệu ............................................................................................. 59
3.2 Các ví dụ tính toán ............................................................................... 59
3.2.1 Ví dụ 3.1............................................................................................ 59
3.2.2 Ví dụ 3.2............................................................................................ 67
3.2.3 Ví dụ 3.3............................................................................................ 73
3.2.4 Ví dụ 3.4............................................................................................ 79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................... 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO


BẢNG KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Chữ cái Latinh viết hoa
A

Diện tích tiết diện ngang

Ab

Diện tích vùng bê tông chịu nén

As

Diện tích cốt thép chịu kéo

Asc

Diện tích cốt thép chịu nén

Rb

Cường độ chịu nén tính toán của bê tông

Rs

Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép

Rsc

Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép

s

Ứng xuất trong cốt thép chịu kéo

N

Lực dọc tính toán

Nu

Lực nén giới hạn của cột chịu nén lệch tâm xiên

Nx0

Lực nén giới hạn của cột chịu nén lệch tâm phẳng theo phương x

Ny0

Lực nén giới hạn của cột chịu nén lệch tâm phẳng theo phương y

Mx

Mô men uốn quanh phương x

My

Mô men uốn quanh phương y

Mx0

Mô men giới hạn đối với trục x, với lực dọc đặt lệch tâm theo
phương y

My0

Mô men giới hạn đối với trục y, với lực dọc đặt lệch tâm theo
phương x


Chữ cái Latinh thường

a

Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến mép chịu nén
của tiết diện

a’

Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu nén đến mép chịu nén
của tiết diện

b, h

Các cạnh của tiết diện

h0

Chiều cao làm việc của tiết diện

ex

Độ lệch tâm theo phương x

ey

Độ lệch tâm theo phương y

x

Chiều cao vùng nén

i

Chiều cao tương đối vùng chịu nén của bê tông

s

Ứng xuất trong cốt thép chịu kéo

 si

Ứng xuất trong thanh cốt thép dọc thứ i


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Số hiệu hình

Tên hình

Hình 1.1

Sơ đồ lực nén lệch tâm xiên

Hình 1.2

Quy ước tiết diện chịu nén lệch tâm xiên

Hình 1.3

Các dạng vùng nén

Hình 1.4

Tính toán tiết diện theo phương pháp cộng tác dụng

Hình 1.5

Sơ đồ khuyếch đại độ lệch tâm của Moran

Hình 1.6

Đường cong tương tác ( ex , ey ) cho tiết diện chịu nén lệch
tâm xiên, lực dọc không đổi

Hình 1.7

Sơ đồ tính toán quy nén lệch tâm xiên về lệch tâm phẳng

Hình 1.8

Đường tương tác để xác định hệ số 

Hình 1.9.

Đồ thị xác định hệ số 

Hình 1.10

Sơ đồ tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm

Hình 2.1

Tiết diện cột đặt cốt thép đối xứng

Hình 2.2

Họ biểu đồ tương tác cốt thép đặt đối xứng với a / h =0,07

Hình 2.3

Họ biểu đồ tương tác cốt thép đặt đối xứng với a / h =0,08

Hình 2.4

Sơ đồ chịu lực của cột có cốt thép đặt theo chu vi

Hình 2.5

Tiết diện cột có 8 thanh cốt dọc

Hình 2.6

Tiết diện cột có 12 thanh cốt dọc

Hình 2.7

Tiết diện cột có 16 thanh cốt dọc( xếp thành 5 lớp)

Hình 2.8

Tiết diện cột có 16 thanh cốt dọc( xếp thành 6 lớp)

Hình 2.9

Tiết diện cột có các cạnh có trên 5 thanh trở lên

Hình 2.10

Tiết diện cột có các cạnh có trên 5 thanh trở lên

Hình 2.11

Tiết diện cột vuông có cốt thép phân bố đều theo mỗi cạnh

Hình 2.12

Tiết diện cột có cốt thép phân bố theo cạnh dài


Hình 2.13

Cốt thép trong tiết diện tròn

Hình 2.14

Sơ đồ tính toán tiết diện tròn

Hình 2.15

Biểu đồ tương tác cho ví dụ 2.1

Hình 2.16

Biểu đồ tương tác cho ví dụ 2.2

Hình 3.1

Tiết diện cột cho ví dụ 3.1

Hình 3.2

Biểu đồ tương tác cho ví dụ 3.1 với a / h  0,08

Hình 3.3

Biểu đồ tương tác cho ví dụ 3.1 với a / h  0,18

Hình 3.4

Biểu đồ tương tác theo ví dụ 3.1 với a / h  0,1

Hình 3.5

Tiết diện cột cho ví dụ 3.2

Hình 3.6

Biểu đồ tương tác cho ví dụ 3.2 với a / h  0,08

Hình 3.7

Biểu đồ tương tác theo ví dụ 2 với a / h  0,12

Hình 3.8

Biểu đồ tương tác theo ví dụ 3.2 với a / h  0, 09

Hình 3.9

Tiết diện cột cho ví dụ 3.3

Hình 3.10

Biểu đồ tương tác theo ví dụ 3.3 với a / h  0,06

Hình 3.11

Biểu đồ tương tác theo ví dụ 4 với a / r  0,12


DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU
Số hiệu bảng,
biểu

Tên bảng, biểu

Bảng 1.1

Giá trị của hệ số 

Bảng 1.2

Giá trị  trong CP110


MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Cột là cấu kiện chịu lực cơ bản trong các công trình bê tông cốt thép, đặc
biệt trong công trình cao tầng, cột thường chịu nén lệch tâm xiên.
Việc thiết kế cột chịu nén lệch tâm xiên bằng các phương pháp gần đúng
đã được trình bày trong [1 đến 13], và thiết kế dựa vào biểu đồ tương tác đã
được trình bày trong [ 4, 5, 9, 10].
Việc thiết kế cột chịu nén lệch tâm xiên theo TCVN 5574 [3] còn chưa
được hướng dẫn cụ thể, vì vậy áp dụng các phương pháp gần đúng, hay
phương pháp sử dụng biểu đồ tương tác theo TCVN 5574 là rất cần thiết.
Cơ sở khoa học của đề tài
Quá trình tính toán được xây dựng trên cơ sở lý thuyết của B. Bresler, theo
phương pháp tải trọng nghịch đảo, và phương pháp đường viền tải trọng [7].
Mục đích nghiên cứu
Thiết kế và kiểm tra khả năng chịu lực của cột bê tông cốt thép chịu nén
lệch tâm xiên.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Các cột có tiết diện vuông, tròn, chữ nhật chịu nén lệch tâm phẳng, lệch
tâm xiên.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu bằng lý thuyết. Dùng Excel hoặc Matlab để vẽ biểu đồ tương
tác kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện và thiết kế tiết diện.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Lập ra các họ biểu đồ tương tác mẫu phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam là
TCVN 5574:2012 để phục vụ cho việc thiết kế cột chịu nén lệch tâm phẳng,
cũng như cột chịu nén lệch tâm xiên.

Cấu trúc luận văn
Ngoài phần MỞ ĐẦU và KẾT LUẬN, luận văn có phần NỘI DUNG bao
gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp thiết kế cột bê tông cốt thép
chịu nén lệch tâm xiên.
Chương 2: Xây dựng họ biểu đồ tương tác mẫu theo TCVN 5574: 2012.
Chương 3: Các ví dụ tính toán của cột chịu nén lệch tâm xiên


THÔNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện
– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội.
Email:

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN


Kết luận và kiến nghị
 Luận văn đã trình bày phương pháp tính toán cốt dọc cho cột chịu nén
lệch tâm xiên dựa vào phương pháp tải trọng nghịch đảo, và phương
pháp đường viền tải trọng, được giới thiệu bởi B. Bresler. Việc tính
toán cốt thép tuân theo TCVN 5574 :2012.
 Căn cứ vào các phương trình cân bằng lực và cân bằng mô men với
trục cột, theo TCVN 5574 :2012, luận văn đã trình bày phương pháp
xây dựng các họ biểu đồ tương tác. Hàng loạt các họ biểu đồ tương tác

đã được xây dựng, không phụ thuộc vào kích thước tiết diện, mà phụ
thuộc vào cường độ chịu lực của vật liệu: Rb , Rs , Rsc , vào tỉ số (hay
hàm lượng) tổng cốt thép dọc t , vào tỉ số

a
, với a là khoảng cách từ
h

trọng tâm cốt thép As , As' đến mép cột, và h chiều dài cạnh tiết diện cột
theo phương mặt phẳng uốn.
 Các họ biểu đồ tương tác đã được xây dựng cho tiết diện vuông hay
chữ nhật, cốt thép được bố trí đối xứng, hay đặt theo chu vi với 8 thanh,
12 thanh, 16 thanh hay rất nhiều thanh cốt dọc. Các họ biểu đồ tương
tác cho tiết diện cột tròn cũng đã được xây dựng.
 Các họ biểu đồ tương tác được xây dựng cho tiết diện chịu nén lệch
tâm phẳng, nhưng có thể áp dụng được cho cả tiết diện chịu nén lệch
tâm phẳng và tiết diện chịu nén lệch tâm xiên.
 Phương pháp tính toán cốt thép dọc bằng cách sử dụng họ biểu đồ
tương tác là thuận tiện hơn nhiều so với việc tính toán cốt thép bằng
công thức. Đây là phương pháp thiết kế thực hành rất phổ biến, thường
được giới thiệu trong các sách giáo khoa, cũng như các sổ tay thiết kế.


 Các kết quả tính diện tích cốt thép dọc theo biểu đồ tương tác và theo các
công thức tính toán theo TCVN 5574 :2012 là rất giống nhau, bởi vì biểu
đồ tương tác chính là các công thức tính toán được thể hiện ở dạng biểu
đồ.


TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Đình Cống (2006). Tính toán tiết diện cột bê tông cốt thép. Nhà
Xuất bản Xây dựng, Hà Nội.
2. P. Q. Minh, N. T. Phong, N. Đ. Cống. Kết cấu bê tông cốt thép, phần cấu
kiện cơ bản, tái bản lần thứ ba. Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật, Hà
Nội, 2011
3. TCVN 5574:2012 (2012), Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép,
Nhà Xuất bản Xây dựng, Hà Nội.
4. A. H. Nilson, D. Darwin, C. W. Dolan. Design of Concrete Structures, 4th
ed. (2010). McGraw-Hill Companies, Inc., New York.
5. ACI 340R-97. ACI Design Handbook, Design of Structural Reinforced
Concrete Elements in Accordance with the Strength Design Method of
ACI 318-97
6. AS 3600-2009. Concrete Structures. Standards Australia GPO Box 476,
Sydney, NSW 2001, Australia
7. B. Bresler (1960). Design Criteria for Reinforced Columns under Axial
Load and Biaxial Bending. Journal of the American concrete institute.
8. BS 8110-1:2005. Structural use of concrete, Part 1: Code of practice for
design and construction
9. BS 8110-3:2005. Structural use of concrete, Part 3: Design charts for
singly reinforced beams, doubly reinforced beams and rectangular
columns
10. R. Park and T. Paulay (1975). Reinforced concrete structures. New York.
11. R. F. Warner, B. V. Rangan, A. S. Hall, K. A. Faukes (1998). Concrete
Structures. Addison Wesley Longman Australia Pty Limited.
12. T. Hsu (1988). Analysis and Design of Square and Rectangular Columns
by Equation of Failure Surface. ACI Structural Journal.


13. V. Mavichak and R.W.Furlong (1976). Strength and stiffness of RC
columns under biaxial bending. Texas State Department of Highways and

Public Transportation; Transportation Planning Division.