Khả năng xoay của dầm bê tông cốt thép khi khớp dẻo hình thành (tt)

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

LÊ ĐÌNH CHÂU

KHẢ NĂNG XOAY CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP
KHI KHỚP DẺO HÌNH THÀNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2016


BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

LÊ ĐÌNH CHÂU
KHÓA: 2014- 2016

KHẢ NĂNG XOAY CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP
KHI KHỚP DẺO HÌNH THÀNH

Chuyên ngành: Xây dựng
Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. ĐẶNG VŨ HIỆP

HÀ NỘI, NĂM 2016


 

LỜI CẢM ƠN

Tác  giả  xin  gửi  lời  cảm  ơn  tới  các  thầy  cô  giáo  đã  nhiệt  tình  giảng  dạy  và 
cung  cấp  kiến  thức,  phương  pháp  nghiên  cứu  trong  suốt  quá  trình  đào  tạo 
Thạc sĩ, để tác giả có thể áp dụng  vào nghiên  cứu và giải quyết vấn đề của 
luận văn. 
Đặc biệt, tác giả xin trân trọng cảm ơn TS.Đặng Vũ Hiệp đã nhiệt tình giúp 
đỡ, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong quá trình thực hiện và 
hoàn thành luận văn. 
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo, các cán bộ khoa Đào tạo Sau 
Đại  học,  bộ  môn  Kết  cấu  bê  tông  cốt  thép,  Thư  viện  trường  Đại  học  Kiến 
Trúc Hà Nội đã góp ý và tạo mọi điều kiện trong quá trình học tập và nghiên 
cứu. 
Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè và đồng nghiệp đã góp ý, giúp đỡ trong 
quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn. 
Tác giả trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu, khoa Xây dựng, phòng Tổ chức - 
hành chính thuộc trường Đại học Xây dựng Miền Tây đã tạo điều kiện tốt để 
thực hiện luận văn. 
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đìnhvà người thân đã hỗ trợ và 
tin tưởng tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. 

 
Hà Nội, 06.2016

Lê Đình Châu

 


 

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

Lê Đình Châu 

 


 

MỤC LỤC 
Lời cảm ơn
Lời cam đoan 
Mục lục 
Danh mục các ký hiệu 

Danh mục bảng, biểu 
Danh mục hình, sơ đồ, đồ thị 
PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................ 1
I. Lý do chọn đề tài ...................................................................................... 1
II. Mục đích nghiên cứu ................................................................................ 1
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................. 1
IV. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 2
V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................. 2
Cấu trúc luận văn ........................................................................................... 2
PHẦN NỘI DUNG ........................................................................................ 4
Chương 1:  Tổng  quan  về  khớp  dẻo và  các  nhân tố ảnh  hưởng  tới  khả  năng 
xoay của khớp dẻo .......................................................................................... 4
1.1 Giới thiệu ................................................................................................. 4
1.2  Khớp dẻo trong dầm bê tông cốt thép ...................................................... 4
1.2.1  Các giai đoạn làm việc của dầm bê tông cốt thép [3] .......................... 4
1.2.2  Quan hệ Mômen – Độ cong [11]......................................................... 6
1.2.3  Góc xoay dẻo theo yêu cầu và góc xoay dẻo theo khả năng của dầm 
[12]............................................................................................................. 10
1.3  Ảnh hưởng của lực cắt tại khớp dẻo [15] ............................................... 16
1.4 Chiều dài khớp dẻo  l pl  và góc xoay dẻo  q pl  (trường hợp khớp dẻo phân 
bố).…………………………………………………………………………...18

 


 

1.4.1 Chiều dài khớp dẻo  l pl  [7], [16] ......................................................... 18
1.4.2 Góc xoay dẻo  q pl  [13] ....................................................................... 21
1.5 Một số kết quả thực nghiệm xem xét các nhân tố ảnh hưởngđến góc xoay 

dẻo theo khả năng ......................................................................................... 23
1.5.1 Tỷ lệ cốt thép chịu kéo [8], [14] ......................................................... 23
1.5.2 Ảnh hưởng của khoảng cách cốt thép đai [9] ..................................... 27
1.5.3 Ảnh hưởng của lực cắt [9] ................................................................. 30
1.5.4 Ảnh hưởng của chiều rộng bản thép chịu tải [10] .............................. 32
Chương 2: Xác định khả năng xoay dẻo của dầm bê tông cốt thép ............... 36
2.1  Giới thiệu .............................................................................................. 36
2.2    Phương  pháp  đơn  giản  tính  khả  năng  xoay  của  dầm  tại  tiết  diện  hình 
thành khớp dẻo ............................................................................................. 36
2.2.1  Phương pháp của R.Park và T.Paulay [15] ........................................ 36
2.2.2  Đề xuất xác định chiều dài khớp dẻo kể tới ảnh hưởng của lực cắt ... 47
Chương 3: Ví dụ tính toán ............................................................................ 54
3.1  Giới thiệu .............................................................................................. 54
3.2 Ví dụ 1 - Dầm công xôn chịu tải tập trung tại đầu dầm ........................... 54
3.3 Ví dụ 2- Dầm liên tục 2 nhịp chịu tải phân bố đều .................................. 61
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO
 

 


 

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Chữ cái Latinh viết hoa 
As  

Tổng diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo 

Asc  

Tổng diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu nén 

Eb  

Mô đun đàn hồi của bê tông 

Es  

Mô đun đàn hồi của cốt thép 

Eb I b  

Độ cứng của tiết diện bê tông chưa nứt 

Eb I cr  

Độ cứng của tiết diện bê tông đã nứt 

Ib  

Mô men quán tính của tiết diện chưa nứt 

I cr  

Mô men quán tính của tiết diện đã nứt 

M 

Mô men uốn tính toán 

Mu  

Mô men uốn giới hạn mà tiết diện chịu được 

Mm 

Mô men lớn nhất trong cốt thép ở giai đoạn đàn hồi 

Me  

Mô men ứng với ứng suất kéo trong cốt thép cuối giai đoạn đàn 
hồi 

Rb  

Cường độ chịu nén tính toán dọc trục của bê tông ứng với trạng 
thái giới hạn thứ nhất 

Rs  

Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép ứng với trạng thái giới 
hạn thứ nhất 

 
Chữ cái Latinh thường 

a 

 

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


 

a’ 

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

b 

Bề rộng tiết diện 

c 

Chiều cao trục trung hòa 

fc ’  

Độ bền chịu nén của bê tông 

h 

Chiều cao của tiết diện 

h0  

Chiều cao làm việc của tiết diện 

r 

Bán kính cong 

x 

Chiều cao vùng bê tông chịu nén 

 
 
Chữ cái Hy Lạp 

 

c  

Biến dạng nén của bê tông 

u  

Biến dạng giới hạn của bê tông tại thớ biên chịu nén 

s  

Biến dạng cốt thép 

0  

Là hệ số phụ thuộc hình dáng của dầm và cách đặt tải 

qr  

Góc xoay dẻo yêu cầu 

qu  

Góc xoay dẻo khả năng 

q pl  

Góc xoay dẻo tới hạn 

s 

Ứng suất trong cốt thép 

b  

Ứng suất trong bê tông 


 

DANH MỤC BẢNG, BIỂU 
Số hiệu
bảng,biểu 

Tên bảng, biểu 

Bảng 1.1

Công thức thực nghiệm l pl của một số tác giả trên thế giới

Bảng 1.2

Diện tích cốt thép trong các mẫu thử

Bảng 1.3

Đặc tính hình học và cơ học

Bảng 1.4

Kết quả thí nghiệm

Bảng 2.1

Giá trị l pl và q pl theo một số tác giả
Kết quả tính toán chiều dài vùng dẻo khi khoảng cách cốt đai

Bảng 3.1

thay đổi
Kết quả tính toán góc xoay dẻo tương ứng với khoảng cách

Bảng 3.2

cốt đai và chiều dài vùng dẻo
Kết quả tính toán chiều dài vùng dẻo khi khoảng cách cốt đai

Bảng 3.3

Bảng 3.4

thay đổi
Kết quả tính toán góc xoay dẻo tương ứng với khoảng cách
cốt đai và chiều dài vùng dẻo

 


 

DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ

Số hiệu
hình 

Tên hình 

Hình 1.1

Các giai đoạn của trạng thái ứng suất biến dạngtrên tiết diện
thẳng góc

Hình 1.2

Độ cong đơn vị của dầm chịu uốn

Hình 1.3

Quan hệ mô men - độ cong trong giai đoạn đàn hồi

Hình 1.4

Quan hệ mô men - độ cong cho tiết diện đặt cốt đơn

Hình 1.5

Quan hệ mô men - độ cong được lí tưởng hoá bởi ba đoạn
thẳng

Hình 1.6

Quan hệ mô men - độ cong được lí tưởng hoá bởi hai đoạn
thẳng

Hình 1.7

Sơ đồ tải trọng và biểu đồ mô men uốn đàn hồi

Hình 1.8

Góc xoay dẻo ở vùng dẻo do tải trọng điểm Q . Đường cong
mô men – độ cong cho dầm

Hình 1.9

Phân bố cong dọc theo chều dài l0

Hình 1.10

Phân bố lực của cốt thép tại vùng dẻo bị ảnh hưởng bởi lực
cắt

Hình 1.11

Xác định chiều dài khớp dẻo l pl dựa trên biểu đồ mô men uốn
cho trường hợp chịu tải tập trung

Hình 1.12

Sơ đồ xác định biến dạng dọc trong thép chịu kéo

Hình 1.13

Kích thước dầm và chi tiết cốt thép của dầm thí nghiệm

Hình 1.14

Dầm thí nghiệm điển hình.A-Hướng tải trọng áp dụng, BHộp gia tải, C- Dầm thép D- Con lăn gối tựa, E- Dụng cụ đo
demecs, F- Dụng cụ đo chuyển vị thẳng, G- Dầm thí nghiệm

Hình1.15a

Đường cong xoay - biến dạng (loại A)

 


 

Hình 1.15b

Đường cong xoay- biến dạng (loại C)

Hình 1.16

Mối quan hệ    đối với bê tông có và không có nở hông

Hình 1.17

Mối quan hệ giữa q pl , tham số x/h0 và khoảng cách cốt đai
khác nhau đối với bê tông C25/30

Hình 1.18

Mối quan hệ giữa q pl , tham số x / h0 và khoảng cách cốt đai
khác nhau đối với bê tông C90/105

Hình 1.19

Ảnh hưởng của lực cắt đối với việc tính toán sự uốn dẻo

Hình 1.20

Chi tiết dầm thí nghiệm

Hình 1.21

Mối quan hệ giữa mô men – độ cong của dầm thí nghiệm

Hình 1.22

Ảnh hưởng của chiều dày bản tải trọng lên góc xoay dẻo

Hình 2.1

Độ cong trong dầm tại các thời điểm khác nhau, (a) Dầm, (b)
Biểu đồ mô men, (c) Hình dạng độ cong

Hình 2.2

(a) Dầm công xôn, (b) Biểu đồ mô men, (c) Góc xoay đơn vị
được đơn giản hóa

Hình 2.3

Mô hình xác định chiều dài vùng dẻo kể tới ảnh hưởng của
lực cắt

Hình 2.4

Tiết diện tính toán thẳng góc xem xét ảnh hưởng bó (chống
nở ngang) của cốt đai

Hình 2.5

Quan hệkhoảng cách cốt đai s và chiều dài vùng dẻo l pl

Hình 2.6

Sơ đồ khối trình tự tính toán góc xoay dẻo q pl

Hình 3.1

Dầm công xôn chịu tải trọng phân bố
Tiết diện tính toán thẳng góc xem xét ảnh hưởng bó (chống

Hình 3.2
Hình 3.3

 

nở ngang) của cốt đai
Quan hệ khoảng cách cốt đai s và chiều dài vùng dẻo lpl


 

Hình 3.4

Quan hệgóc xoay dẻoqpl và khoảng cách cốt đailpl

Hình 3.5

Quan hệ góc xoay dẻoqpl và chiều dài vùng dẻo s

Hình 3.6

Dầm 2 nhịp chịu tải trọng phân bố đều
Tiết diện tính toán thẳng góc xem xét ảnh hưởng bó (chống

Hình 3.7

 

nở ngang) của cốt đai

Hình 3.8

Quan hệ khoảng cách cốt đai s và chiều dài vùng dẻo lpl

Hình 3.9

Quan hệ góc xoay dẻo qpl và khoảng cách cốt đai lpl

Hình 3.10

Quan hệ góc xoay dẻo qpl và chiều dài vùng dẻo s


 

1 
 

PHẦN MỞ ĐẦU
 

I.

Lý do chọn đề tài 

   Khi thiết kế dầm bê tông cốt thép trong nhà cao tầng, tại vị trí gối nơi dầm 
liên kết với cột hoặc vách, lõi giá trị mô men âm và lực cắt thường khá lớn. 
Diện tích thép dọc, cốt thép đai để đảm bảo dầm chịu được mô men thiết kế 
sẽ gây khó khăn cho việc bố trí, thi công đổ bê tông. Thông thường người ta 
phải lợi dụng việc phân phối lại mô men (do biến dạng dẻo vật liệu) tại gối 
xuống  nhịp  dầm  để  giảm  bớt  lượng  cốt  thép  trên  gối.  Sự  phân  phối  lại  mô 
men âm nhiều hay ít phụ thuộc vào khả năng xoay tại gối tựa đầu dầm.  
  Hơn  nữa,  trong  một  số trường  hợp  dầm  có  thể  phải  chịu  tải trọng  tức  thời 
vượt quá tải trọng thiết kế (tải trọng động đất). Trong trường hợp này tính dẻo 
tại vùng đầu dầm đóng vai trò quan trọng sự làm việc của dầm. Nếu vùng đầu 
dầm có tính dẻo cao hay khả năng xoay tốt thì dầm có thể chịu được tải trọng 
vượt quá tải trọng thiết kế mà chưa sụp đổ. Sự xuất hiện khớp dẻo ảnh hưởng 
rất nhiều đến khả năng mang tải và khả năng biến dạng của dầm. Hiểu biết kỹ 
về khả năng xoay của dầm cho phép chúng ta khai thác một cách an toàn vật 
liệu bê tông và cốt thép. Vì vậy tác giả chọn nghiên cứu về khả năng xoay của 
dầm bê tông cốt thép khi khớp dẻo hình thành có xem xét ảnh hưởng của lực 
cắt.  
II. Mục đích nghiên cứu
   Nghiên cứu về khả năng xoay dẻo thực tế của tiết diện đầu dầm, nơi có mô 
men và lực cắt lớn, khi hình thành khớp dẻo. 
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Dầm bê tông cốt thép chịu tải trọng tĩnh.  

 


 

2 
 

IV. Phương pháp nghiên cứu
   Nghiên cứu lý thuyết và áp dụng tính toán.  
V.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

   Việc  phân  tích  khả  năng  xoay  dẻo  của  dầm  bê  tông  cốt  thép  tại  vị  trí  có 
khớp dẻo là một sự tìm tòi, vận dụng mang tính thực tiễn cao góp phần vào 
củng cố cơ sở khoa học để thiết kế dầm bê tông cốt thép. 
Cấu trúc luận văn
PHẦN MỞ ĐẦU 
Lý do chọn đề tài 
Mục đích nghiên cứu 
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 
Phương pháp nghiên cứu 
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 
PHẦN NỘI DUNG 
Chương 1:  Tổng  quan  về  khớp  dẻo và  các  nhân tố ảnh  hưởng  tới  khả  năng 
xoay của khớp dẻo
1.1Giới thiệu
1.2  Khớp dẻo trong dầm bê tông cốt thép
1.3  Ảnh hưởng của lực cắt tại khớp dẻo

1.4  Chiều  dài  khớp dẻo  l pl   và  góc  xoay  dẻo  q pl (trường  hợp khớp  dẻo phân 
bố).
1.5 Một số kết quả thực nghiệm xem xét các nhân tố ảnh hưởng đến góc xoay 
dẻo theo khả năng
1.5.4 Ảnh hưởng của chiều rộng bản thép chịu tải
Chương 2: Xác định khả năng xoay dẻo của dầm bê tông cốt thép

 


 

3 
 

2.1  Giới thiệu
2.2    Phương  pháp  đơn  giản  tính  khả  năng  xoay  của  dầm  tại  tiết  diện  hình 
thành khớp dẻo
Chương 3: Ví dụ tính toán
3.1  Giới thiệu
3.2 Ví dụ 1- Dầm công xôn chịu tải tập trung tại đầu dầm
3.3 Ví dụ 2- Dầm liên tục 2 nhịp chịu tải phân bố đều
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
 
 

 

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


 

69 
 

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Luận văn đã nghiên cứu khả năng xoay tại đầu dầm khi khớp dẻo hình thành 
có  xem  xét  đến  chiều  dài  vùng  dẻo  và  ảnh  hưởng  của  lực  cắt.  Các  kết  quả 
chính của luận văn: 
- Tìm hiểu các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng xoay dẻo của dầm bê tông cốt 
thép. 
- Tìm hiểu một phương pháp đơn giản tính toán khả năng xoay của dầm dựa 
trên kết quả thực nghiệm của một số tác giả trên thế giới. 
-  Đề  xuất được  một  phương  pháp xác địnhchiều dài vùng dẻo l pl và tính góc 
xoay dẻo q pl có xét ảnh hưởng của lực cắt tại đầu dầm. 
 - So sánh kết quả thực nghiệm và kết quả từ phương pháp đề xuất cho thấy có 
thể  sử  dụng  phương  pháp  đề  xuất  để  xác  định  chiều  dài  vùng  dẻo l pl và  góc 
xoay dẻo  q pl cho cấu kiện chịu uốn. 

Kiến nghị
-Nghiên cứu tiếp khả năng xoay của cột,vách bê tông cốt thép. 
- Nghiên cứu khả năng xoay dẻo của dầm khi chịu tải trọng động. 

 


 
 

 
 

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt :

1. Lê Bình Dương (2015), Phân tích khung bê tông cốt thép kể tới sự phân
phối lại mô men, luận văn thạc sĩ kỹ thuật. 
2. Nguyễn Trung Hòa (2011), Kết cấu bê tông cốt thép theo quy phạm Hoa
Kỳ, Nhà xuất bản Xây Dựng, Hà Nội. 
3. Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2008), Kết cấu
bê tông cốt thép – Phần cấu kiện cơ bản, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ 
thuật, Hà Nội. 
4. Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 5574-2012, Kết cấu bê tông và bê tông
cốt thép – tiêu chuẩn thiết kế. 
5. Trần Thị Ngọc Hoa (2014), Ảnh hưởng của sự bố trí cốt đai tới ứng xử
chịu uốn của dầm bê tông cốt thép, luận văn thạc sĩ kỹ thuật. 
Tiếng Anh :

6. ACI-ASCE committee 428 (1968), progress report on code clauses for

“limit design”.
7. Atul  Gopinath,  Nambiyanna  B,  Dr  Nakul  R,  Dr.  Prabhacara  R  (2014), 
Parametric Study on Rotation and Plastic Hinge Formation in RC
Beams
8. Bernardo Lúis F.A. and Loper Sérgio M.R. (2009),  Plactic analysis of
HSC beams in flexure.
9. Carmo  R.N.F.do  and  Lopes  S.M.  (2005),  Influence of the shear force
and transverse reinforcement ratio on plastic rotation capacity.

 


 
 

 
 

10. Chandrasekhar C.S. and Falkner H.A. (1974), Influence of the Width of
Loading Plate on the Rotation Capacity of

Reinforced Concrete

Members.
11. Eurocode 2 (1992), Design of concrete structures.
12.Erik  Plem  (1981),The  rotation  capacity  of  plactic  hings  in  reinforced 
concrete beams – a theoretical study. Lund institute of technolgy, Lund,
Sweden.
13. Gamino  A.L.  and  Bittencounrt  T.N.(2007),  Numerical evaluation of
plastic rotation capacity in RC beams.

14. Hasan  Walid  M.,  Moh’d  El-Khatieb  and  Hamid  Al-Ani  (2011),  Steel
Reinforcement Ration Dependency of Plastic Rotational Capacity of
Reinforced Beams.
15. Park R. and Paulay T. (1975), Reinforced concrete structures.
16. Xuemei  Zhao,  Yu-Fei  Leung  Wu,  A.Yt.  and  Heung  Fai  Lam  (2011), 
Plastic Hinge Length in Reinforced Concrete Flexural Member.