Ảnh hưởng của lỗ khoét đến khả năng chịu lực của dầm bê tông cốt thép ứng lực trước (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
------------------

LÃ VĂN HIỆP

ẢNH HƯỞNG CỦA LỖ KHOÉT ĐẾN KHẢ NĂNG
CHỊU LỰC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG
LỰC TRƯỚC

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

Hà Nội - 2017


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện. Mọi
tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kì công trình nào. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính
xác thực và nguyên bản của luận văn.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Lã Văn Hiệp


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình tới thầy giáo PGS.TS.Nguyễn
Ngọc Phương, người đã trực tiếp hướng dẫn luận văn bằng những kiến thức và kinh
nghiệm quý báu.
Cho phép tôi trân trọng cảm ơn khoa Sau đại học, các thầy cô đã tham gia
giảng dạy khóa học, chân thành cảm ơn những nhận xét, góp ý của các thầy cô
trong bộ môn Bê tông cốt thép- Trường Đại học Kiến TRúc Hà Nội, các thầy, cô
giáo trong khoa xây dựng dân dụng để luận văn được hoàn chỉnh.
Tôi xin chân thành cảm ơn đến các thầy giáo chấm phản biện, các thầy cô
trong Hội đồng bảo vệ đã cho những nhận xét quý báu để luận văn được hoàn thiện
và phát triển trong tương lai.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, lãnh đạo và các đồng
nghiệp những người đã luôn động viên, giúp đỡ tôi suốt quá trình học tập và làm
luận văn tốt nghiệp.

Hà Nội, tháng 3 năm 2017
Tác giả luận văn

Lã Văn Hiệp


PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................ 1
TÍNH CấP THIếT CủA Đề TÀI. .............................................................................. 1
MụC ĐÍCH CủA Đề TÀI. ...................................................................................... 1
ĐốI TƯợNG VÀ PHạM VI NGHIÊN CứU. ................................................................ 1
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CứU.............................................................................. 1
CƠ Sở KHOA HọC VÀ Ý NGHĨA THựC TIễN CủA Đề TÀI. ........................................ 2
NộI DUNG CủA LUậN VĂN. .................................................................................. 2
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ DẦM BÊ TÔNG ỨNG
LỰC TRƯỚC CÓ LỖ KHOÉT........................................................................ 3
1.1 TổNG QUAN Về KếT CấU BÊ TÔNG ứNG LựC TRƯớC . ..................................... 3

1.1.1 Khái niệm. ........................................................................................... 3
1.1.2 Nguyên lý làm việc. ............................................................................. 3
1.1.3 Lịch sử ra đời và phát triển của bê tông cốt thép ứng lực trước. ........... 4
1.1.4 Phân loại bê tông ứng suất trước. ......................................................... 5
1.1.5 Ưu điểm của bê tông ứng lực trước. ..................................................... 8
1.1.6 Sự khác nhau giữa bê tông ứng lực trước và bê tông cốt thép
thường. .......................................................................................................... 8
1.2 TổNG QUAN NGHIÊN CứU Về DầM BTCT VÀ BÊ TÔNG ứNG LứC TRƯớC CÓ
Lỗ KHOÉT. ....................................................................................................... 12
1.2.1 Lỗ khoét trong dầm BTCT và bê tông ứng lực trước. ......................... 12
1.2.2 Ưu và nhược điểm của lỗ khoét.......................................................... 14
1.2.3 Phân loại lỗ khoét............................................................................... 14
1.2.4 Một số nghiên cứu dầm BTCT và bê tông ứng lực trước có lổ
khoét. .......................................................................................................... 16
1.2.5 Sự làm việc của dầm BTCT và bê tông ứng lực trước có lỗ khoét. ..... 17
1.2.6 Tình hình sử dụng dầm BTCT và bê tông ứng lực trước có lỗ khoét
trong nước và nước ngoài. ........................................................................... 26
CHƯƠNG 2:CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ ẢNH HƯỞNG
HÌNH DÁNG CỦA LỖ KHOÉT ĐẾN DẦM BÊ TÔNG ỨNG LỰC
TRƯỚC............................................................................................................ 31
2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DầM BÊ TÔNG ứNG LựC TRƯớC.............. 31
2.1.1 Phương pháp tính theo ứng suất cho phép. ......................................... 31


2.1.2 Phương pháp C-line. .......................................................................... 31
2.1.3 Phương pháp cân bằng tải trọng. ........................................................ 31
2.1.4 Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn. ........................................... 32
2.1.5 Kiểm tra phá hoại cắt trong thanh biên ............................................... 35
2.1.6 Kiểm tra phá hoại uốn trong thanh biên. ............................................ 37
2.1.7 Kiểm tra phá hoại trong thanh chịu kéo. ............................................. 37

2.1.8 Độ võng của dầm ứng lực trước có lỗ mở. ......................................... 38
2.2 SO SÁNH ảNH HƯởNG CủA HÌNH DÁNG Lỗ KHOÉT ĐếN KHả NĂNG CHịU
LựC CủA DầM BÊ TÔNG ứNG LựC TRƯớC VÀ DầM BÊ TÔNG THƯờNG.................. 39
2.2.1 Lỗ khoét hình vuông. ......................................................................... 46
2.2.2 Lỗ khoét hình tròn.............................................................................. 48
2.2.3 Lỗ khoét hình chữ nhật. ..................................................................... 53
CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC VÀ VỊ TRÍ LỖ
KHOÉT ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA DẦM BÊ TÔNG ỨNG
LỰC TRƯỚC . ................................................................................................ 56
3.1
3.2

ẢNH HƯởNG KÍCH THƯớC Lỗ KHOÉT. ..................................................... 56
ẢNH HƯởNG CủA Vị TRÍ Lỗ KHOÉT ĐếN KHả NĂNG CHịU LựC CủA DầM
BÊ TÔNG ứNG LựC TRƯớC. ............................................................................... 61
2.1.3 Theo phương dọc của dầm. ................................................................. 61
3.2.2 Theo phương vuông góc với trục dầm. ............................................... 64
3.3 VÍ Dụ TÍNH TOÁN. .................................................................................. 68
KẾT LUẬN ...................................................................................................... 75


Số hiệu
hình ảnh

DANH MỤC HÌNH VẼ

Số
trang

Hình 1.1

Hình 1.2
Hình 1.3
Hình 1.4
Hình 1.5
Hình 1.6
Hình 1.7
Hình 1.8

Minh họa đường ống đắt dưới dầm.
Thi công dầm có lỗ khoét.
Dầm có lỗ khoét trên thực tế.
Các loại hình dáng lỗ khoét
Nứt khi đã gia cố cốt thép
Nứt khi chưa gia cố cốt thép
Nội lực giữa các khớp
Gia cố cốt thép

12
13
13
15
17
18
19
19

Hình 1.9

Vị trí ứng suất tập trung trong dầm có lỗ mở

20

Sự phân bố ứng suất tại lỗ mở trong dầm trong (a)
Hình 1.10 giai đoạn truyền ứng suất, (b) giai đoạn tải sử dụng,
(c) giai đoạn lực tới hạn

21

Sự phân bố ứng suất cắt tại lỗ mở ;(a) giai đoạn
Hình 1.11 truyền ứng suất, (b) giai đoạn tải sử dụng, (c) giai
đoạn lực tới hạn

22

Hình 1.12 Vị trí nguy hiểm của vết nứt.
Hình 1.13 Sự phát triển vết nứt

23
24

Hình 1.14

Công trình trung tâm công nghệ cao bưu chính viễn
thông- 18 Hoàng Quốc Việt

Hình 1.15 Công trình New Horizion 87 Lĩnh Nam
Hình 1.16 Công trình New Horizion 87 Lĩnh Nam

26
27

27

Hình 1.17

Qui định bố trí cốt thép gia cường lỗ mở công trình
New Horizion 87 Lĩnh Nam

28

Hình 1.18

Qui định bố trí cốt thép gia cường lỗ mở công trình
New Horizion 87 Lĩnh Nam

28

Hình 1.19

Dầm với lỗ khoét hình tròn của công trình tại
Malaysia

29

Hình 1.20 Công trình Discovery complex-302 Cầu Giấy,Hà Nội

29


Hình 1.21

Bảng quy định đặt thép gia cố công trình Deawoo
Cleve- Văn Phú-Hà Đông-Hà Nội

30

Hình 2.1
Hình 2.2

Sơ đồ hình học phần tử Solid 65
Sơ đồ hình học phần tử Link 8

40
40

Hình 2.3

Các mô hình cốt thép trong bê tông cốt thép do
Tavares đề xuất năm 2001

41

Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 2.8
Hình 2.9
Hình 2.10
Hình 2.11
Hình 2.12

Hình 2.13
Hình 2.14
Hình 2.15
Hình 2.16
Hình 2.17
Hình 2.18
Hình 2.19
Hình 2.20
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8

Mô hình trong ansys
ứng suất chính của dầm ứng lực trước.
Chuyển vị của dầm
Ứng suất chính trong dầm
Vết nứt hình thành trong dầm
Ứng suất chính trên dầm
Ứng suất chínhtrong dầm
Vết nứt xuất hiện trong dầm
Chuyển vị trong dầm
Mô hình tính toán
Vết nứt trong dầm
Chuyển vị trong dầm
Ứng suất chính trong dầm.

Vết nứt trong dầm
Ứng suất chính trong dầm
Vết nứt trong dầm
Ứng suất chính trên dầm
Vết nứt trong dầm
Ứng suất chính trong dầm
Vết nứt trong dầm
Ứng suất chính trên dầm
Quan hệ giữa ứng suất và kích thước lỗ.
Sơ đồ dầm khảo sát.
Biểu đồ quan hệ ứng suất
Ứng suất tại vị trí a = 3m

44
45
45
47
47
48
49
49
50
51
51
52
52
53
54
54
55

56
57
57
58
59
61
62
62


Hình 3.9 Vết nứt xuất hiện khi a= 5.7m
Hình 3.10 Sơ đồ dầm khảo sát.
Hình 3.11 Biểu đồ ứng suất theo phương vuông góc với dầm.

63
64
65

Hình 3.12 Ứng suất chính trong dầm có hb= 0,2m

65

Hình 3.13 Ứng suất chính trong dầm có hb= 0,25m

66

Hình 3.14 Ứng suất chính trong dầm có hb= 0,3m

66

Hình 3.15 Ứng suất chính trong dầm có hb= 0,35m

67

Hình 3.16 Kích thước tính toán dầm ứng lực trước có lỗ khoét

69


Số hiệu
bảng

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Số
trang

Bảng
3.1

Kết quả khảo sát dầm ứng lực trước thay đổi kích
thước lỗ khoét

59

Bảng
3.2

Kết quả khảo sát dầm ứng lực trước có lỗ khoét thay
đổi vị trí theo phương dọc dầm

51

Bảng
3.3

Kết quả ứng suất theo phương vuông góc với dầm

64


TÀI LIỆU THAM KHẢO.
Tài liệu tham khảo trong nước
1. Trần Việt Dũng “ ảnh hưởng của lỗ khoét đến khả năng chịu lực của
dầm BTCT”.
2. Lê Ngọc Lan “ khả năng chịu lực cắt của dầm bê tông cốt thép có lỗ
ở gần gối tựa”.
3. Tăng Văn Lâm,’’Bài giảng bê tông ứng lực trước’’.
4. Hoàng Văn Lợi- Đình Bá Trụ, (2003),“Hướng dẫn sử dụng ansys”,
Học viện kỹ thuật quân sự.
5. Ngô Đăng Quang,’’Bài giảng bê tông ứng lực trước’’.
6. Nguyễn Mạnh Yên,“Bài giảng phương pháp phần tử hữu hạn”.
7. Lê Viết Thành,’’Công nghệ bê tông ứng lực’’.
8. Cổng thông tin điện tử Wiki pedia, ’’ bê tông ứng lực trước’’.
9. Hồ sơ bản vẽ thiết kế thi công công trình Deawoo- Văn phú- Hà
Đông- Hà Nội.
10. Hồ sơ bản vẽ thiết kế thi công công trình Discovery 302 Cầu GiấyHà Nội.
11. Hồ sơ bản vẽ thiết kế thi công công trình New Horizion 87- Lĩnh
Nam- Hoàng Mai- Hà Nội.
12. Tiêu chuẩn ACI 318-2011.

Tài liệu tham khảo nước ngoài.
13. M.A Mansur-Kiang Hwee Tan, (1999), “Concrete beam with
opening- Analysis and design”.
14. Anthony J. Wolanski, BS (2004), Flexural behaviour of reinforced
concrete and prestressed beams with opening.
15. Hany Ahmed Aly.Ablada (1993) , ” Static and Dynamic responses
of prestressed concrete beams with openings”.


16. Hany Ahmed Aly.Ablada , Jond B. Kennedy(1995),” Design
Against Cracking at Openings in Prestressed Concrete Beams”.


1

PHẦN MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài.
Bê tông ứng suất trước ngày càng được sử dụng rộng rãi ở hầu hết các
kết cấu nhà cao tầng hiện nay.Với sự phát triển vượt bậc không ngừng, rất
nhiều máy móc thiết bị được sử dụng trong các công trình cao tầng, đi cùng
với đó là những đường kỹ thuật (ví dụ: đường điện, đường cáp,thông gió,…)
được đặt trong các đường ống, ống dẫn. Các đường ống, ống dẫn này thường
được đặt dưới dầm gây mất thẩm mỹ, tăng không gian chết, tăng chi phí xây
dựng….. Do vậy, giải pháp được đưa ra là sử dụng các lỗ khoét trong dầm bê
tông và dầm bê tông ứng lực trước nhằm tạo ra được không gian thoáng, thẩm
mỹ, tiết kiệm chi phí cho công trình. Tuy nhiên, việc sử dụng lỗ khoét trong
dầm bê tông cốt thép và dầm bê tông ứng lực trước sẽ làm ảnh hưởng đến độ
cứng, gây nứt, gãy và nhiều yếu tố khác. Vì vậy, đề tài “ ảnh hưởng của lỗ
khoét đến khả năng chịu lực của dầm bê tông ứng lực trước” sẽ làm rõ vấn đề
trên.

Mục đích của đề tài.
Nghiên cứu ảnh hưởng của lỗ khoét đến khả năng chịu lực của dầm bê tông
ứng lực trước từ đó có những nhận xét, kiến nghị đối với công tác thiết kế kết
cấu dầm ứng lực trước khi có lỗ khoét.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
- Đối tượng nghiên cứu: dầm bê tông ứng lực trước có lỗ khoét.
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu vị trí, hình dạng, kích thước của lỗ khoét
ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của dầm bê tông ứng lực trước.
Phương pháp nghiên cứu.
Dựa trên các phương pháp tính toán dầm bê tông cốt thép thường và bê
tông ứng lực trước.


2

Nghiên cứu lý thuyết, sử dụng phần mềm phân tích kết cấu ansys để khảo
sát và các tính toán minh họa.
Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài.
Cơ sở khoa học : dựa trên các tiêu chuẩn và lý thuyết tính toán dầm bê
tông cốt thép thường và bê tông ứng lực trước.
Ý nghĩa thực tiễn: tạo cơ sở cho các tính toán thiết kế các công trình sử
dụng bê tông ứng lực trước phổ biến hiện nay.
Nội dung của luận văn.
Luận văn nghiên cứu tổng quan về ảnh hưởng lỗ khoét đến khả năng
chịu lực của dầm bê tông ứng lực trước.
Chương 1 nghiên cứu tổng quan về dầm bê tông thường và bê tông ứng
lực trước có lỗ khoét.
Chương 2 nghiên cứu về các phương pháp tính toán và kiểm tra dầm bê
tông ứng lực trước có lỗ khoét, ảnh hưởng của hình dáng kích thước lỗ khoét
đến dầm bê tông ứng lực trước và chọn ra được hình dáng phù hợp để phục

vụ chương 3
Chương 3 nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước và vị trí lỗ khoét đến
khả năng chịu lực của dầm bê tông ứng lực trước, đưa ra được vị trí tối ưu và
nếu ví dụ tính toán, kiểm tra khả năng chịu lực tại vị trí tối ưu đó.


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


75

KẾT LUẬN
Qua các kết quả nghiên cứu và lý thuyết đưa ra ta có thể rút ra một số nhận
xét về ảnh hưởng của lỗ khoét đến khả năng chịu lực của dầm bê tông ứng lực
trước như sau:
Sự xuất hiện lỗ trên thân dầm làm tăng ứng suất trong dầm từ đó giảm khả
năng chịu lực của dầm. Lỗ làm gián đoạn sự phân phối ứng suất giảm tiết
diện gây tập trung ứng suất tạo ra sự tập trung ứng suất và gây ra các vết nứt
hình thành xung quanh lỗ khoét.
Khi kích thước lỗ nhỏ sự làm việc của dầm tương tự như dầm đặc. Khả
năng chịu lực của dầm không bị ảnh hưởng nhiều. Với các loại kích thước
khác nhau cho thấy sự phát triển lỗ khoét theo chiều cao của dầm có ảnh

hưởng nhiều và nguy hiểm hơn so với việc lỗ phát triển theo chiều dọc của
dầm. Các lỗ có diện tích tương đương nhau gây ảnh hưởng lên dầm cũng
tương đương nhau nếu bố trí hợp lý. Khi kích thước lỗ lớn ảnh hưởng đáng
kể đến khả năng chịu lực và tính toán thiết kế dầm. Lỗ lớn chia dầm thành 2
thanh: Thanh phía trên và thanh phía dưới. Quá trình tính toán sẽ tính độc lập
cho 2 thanh này.
Về vị trí lỗ đối với trường hợp lỗ khoét nằm theo phương dọc dầm thì vị
trí đặt lỗ hợp lý là khi lỗ cách gối tựa từ 1/4 đến 1/8 nhịp dầm. Và theo
phương vuông góc với trục dầm lỗ đặt ở vùng trục trung hòa thì sự ảnh
hưởng đến dầm là bé nhất. Khu vực đặt lỗ càng ở vị trí có momen lớn thì sự
ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của dầm càng bất lợi.


76


1


1