Tính toán cột, dầm bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao theo tiêu chuẩn ACI (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

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

NGUYỄN NGỌC CHIẾN

TÍNH TOÁN CỘT, DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP
SỬ DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO
THEO TIÊU CHUẨN ACI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

Hà Nội – 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

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

NGUYỄN NGỌC CHIẾN
KHÓA 2012-2014

TÍNH TOÁN CỘT, DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP
SỬ DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO

THEO TIÊU CHUẨN ACI
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 DD&CN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN TIEEND CHƯƠNG

Hà Nội – 2014


LỜI CẢM ƠN
Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành Xây dựng dân dụng và công nghiệp
với đề tài “Tính toán cột, dầm bê tông cốt thép sử dụng bê tông cườngđộ cao
theo tiêu chuẩn ACI” được hoàn thành với sự cố gắng của bản thân, cùng với
sự giúp đỡ nhiệt tình của khoa Sau đại học, các thầy cô giáo Trường Đại học
Kiến trúc Hà Nội, đã tạo điều kiện và động viên giúp đỡ về mọi mặt để tôi
hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Tiến Chương
đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo cho tôi trong quá trình thực hiện và hoàn
thành luận văn tốt nghiệp.
Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, do điều kiện có hạn về thời gian
và kiến thức bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi
những khiếm khuyết, thiếu sót, tôi mong nhận được sự góp ý của các thày cô
giáo, các nhà khoa học, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện
hơn.
Xin chân thành cảm ơn.
Tác giả luận văn

Nguyễn Ngọc Chiến


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan công trình khoa học này là độc lập của tôi làm dưới
sự hướng dẫn của PGS. TS Nguyễn Tiến Chương. 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 Ngọc Chiến


MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các bảng biểu
Danh mục các bản vẽ, đồ thị
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
Lý do chọn đề tài ............................................................................................ 1
Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................... 2
Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 2
Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 2
Cấu trúc luận văn ........................................................................................... 2
Chương 1 ...................................................................................................... 3
TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO................ 3
1.1. Khái quát về bê tông cường độ cao .......................................................... 3
1.1.1. Bê tông cường độ cao và bê tông chất lượng cao [3] ............................ 3
1.1.2. Định nghĩa bê tông cường độ cao [3] .................................................... 4
1.1.3. Tính chất của bê tông cường độ cao [3] ................................................ 7

1.1.4. Phân loại bê tông cường độ cao .......................................................... 27
1.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng bê tông cường độ cao trên thế giới ...... 28
1.3. Tình hình nghiên cứu ứng dụng bê tông cường độ cao ở Việt Nam ....... 33
Chương 2 .................................................................................................... 37
TÍNH TOÁN CỘT, DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG BÊ TÔNG
CƯỜNG ĐỘ CAO THEO TIÊU CHUẨN ACI 318-2008 ........................ 37


2.1. Cơ sở tính toán kết cấu bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao
theo tiêu chuẩn ACI 318-2008...................................................................... 37
2.1.1. Vật liệu bê tông và cốt thép ................................................................ 38
2.1.2. Các yêu cầu tính toán thiết kế ............................................................. 42
2.2. Tính toán dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật sử dụng bê tông cường
độ cao theo tiêu chuẩn ACI 318-2008. ......................................................... 47
2.2.1. Cơ sở tính toán ................................................................................... 47
2.2.2. Các trường hợp phá hoại của cấu kiện chịu uốn .................................. 49
2.2.3. Tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn ............................................................ 51
2.2.4. Tiết diện chữ nhật đặt cốt kép ............................................................. 55
2.3. Tính toán cột bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao theo tiêu
chuẩn ACI 318-2008 .................................................................................... 66
2.4. So sánh giá trị α1, β1 trong tiêu chuẩn ACI 318 với một số tiêu chuẩn
khác. ............................................................................................................. 77
Chương 3 .................................................................................................... 81
VÍ DỤ TÍNH TOÁN ................................................................................... 81
3.1. Tính toán dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật chịu uốn ................... 81
3.2. Tính toán cột bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm ....... 83
Kết luận và kiến nghị ................................................................................... 93
Tài liệu tham khảo

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Số hiệu bảng

Tên bảng

Trang

Bảng 1.1

Sự diễn biến của các tính chất cơ học của bê tông
cường độ cao

9

Bảng 1.2

Các số liệu thí nghiệm co ngót bê tông thường
và bê tông cường độ cao

24

Bảng 2.1

Phân loại thép và cường độ thép

41

Bảng 2.2

Số hiệu thép, đường kính, diện tích, khối lượng của

thép thanh

42

Bảng 2.3

Hệ số giảm độ bền  theo tiêu chuẩn ACI 3182008

43

Bảng 2.4

Độ võng cho phép lớn nhất

47


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Số hiệu hình

Tên bảng

Trang

Hình 1-1

Quan hệ giữa cường độ bê tông và thời gian

11

Hình 1-2

Quan hệ ứng suất biến dạng của bê tông

11

Hình 1-3

Các dạng vết nứt

13

Hình 1-4

Các dạng biến dạng

14

Hình 1-5

Sự giảm cường độ đột ngột của bê tông khi nén

15

Hình 1-6

Các dạng phá hoại khi uốn

16

Hình 1-7

Quan hệ giữa mô đun đàn hồi và cường độ chịu nén
của bê tông cường độ cao

21

Hình 1-8

Tòa nhà West Wacker Drive, Chicago

30

Hình 1-9

Tháp Two Union Square, Seattle

31

Hình 1-10

Tháp Burj Dubai, Dubai

32

Hình 1-11

Khu nhà xe 15 tầng số 900 N. Michigan Ave, Chicago

33

Hình 1-12

Tòa nhà Kengnam, Hà Nội

35

Hình 1-13

Cầu Sài Gòn 2

35

Hình 1-14

Cao ốc Bitexco, TP Hồ Chí Minh

36

Hình 2-1

Đường cong quan hệ ứng suất – biến dạng

39

Hình 2-2

Quan hệ ứng suất nén với biến dạng dọc trục và biến
dạng ngang

39

Hình 2-3

Quan hệ ứng suất – biến dạng của thép

41

Hình 2-4

Quan hệ biến đổi  với t và c/dt đối với thép có fy ≤
420 MPa và thép dự ứng lực

44

Hình 2-5

Phân bố ứng suất chữ nhật tương đương

47

Hình 2-6

Sơ đồ ứng suất - biến dạng khi cấu kiện đạt trạng thái
phá hoại

49


Hình 2-7

Trường hợp phá hoại cân bằng của dầm bê tông cốt
thép

50

Hình 2-8

Sơ đồ ứng suất cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật

51

Hình 2-9

Sơ đồ ứng suất cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật

Hình 2-10

Sơ đồ ứng suât cấu kiện chịu nén lệch tâm

68


1

MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Bê tông chất lượng cao được gọi tắt theo người Anh là HPC (High
Performace Concretes), theo người Pháp là BHP (Betons a Haute
Performaces). Bê tông chất lượng cao xét về cường độ chịu nén thì đó là bê

tông cường độ cao (High Strength Concrete) là loại bê tông có cường độ chịu
nén tuổi 28 ngày lớn hơn 60 Mpa, với mẫu hình trụ có D=15cm, H= 30cm.
Cường độ chịu nén sau 24 giờ ≥ 35 Mpa, cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày ≥
60 Mpa. Mẫu được chế tạo, dưỡng hộ, thử theo các tiêu chuẩn hiện hành.
Trên thế giới Bê tông cường độ cao bắt đầu được sử dụng vào thập kỷ
70, nó được dùng làm cột trong một số toàn nhà cao tầng ở Mỹ, các công
trình ngoài biển ở NaUy, các công trình cầu đường tại Pháp, Nga, Nhật Bản.
Ở Việt Nam, trong những năm gần đây cùng với sự phát triển không
ngừng của nền kinh tế, khoa học công nghệ, ngành xây dựng cũng có những
bước tiến mạnh mẽ, đặc biệt là sự phát triển các công trình cao tầng, công
trình có nhịp lớn, cầu vượt nhịp và cầu cảng đang góp phần thúc đẩy quá trình
đô thị hóa và mang lại diện mạo mới cho đất nước sau gần 30 năm đổi mới.
Song song với sự phát triển của các công trình kiến trúc, một bài toán đặt ra
cho các kỹ sư xây dựng là phải đưa ra giải pháp kết cấu hợp lý, vừa đảm bảo
an toàn cho công trình, vừa đảm bảo mỹ quan đô thị, công năng sử dụng và
chi phí đầu tư xây dựng công trình thấp. Việc áp dụng các tiến bộ khoa học
công nghệ trong hoạt động xây dựng là một yêu cầu cấp thiết, nhất là việc sử
dụng Bê tông cường độ cao trong kết cấu xây dựng góp phần giảm tiết diện
kết cấu chịu lực, tăng không gian sử dụng, tăng mỹ quan công trình và đô thị
giảm chi phí đầu tư xây dựng... Hiện nay một số công trình cao tầng ở Việt
Nam đã sử dụng Bê tông cường đồ cao trong các kết cấu chịu lực chính của


2

công trình như tòa nhà Kengnam, Trung tâm thương mại dầu khí, Cao ốc
Bitexco, cầu Sài Gòn 2…Tuy nhiên, việc tính toán thiết kế kết cấu bê tông cốt
thép sử dụng bê tông cường độ cao vẫn chưa được đề cập trong tiêu chuẩn
Việt Nam và tiêu chuẩn nước ngoài (Theo tiêu chuẩn TCVN 5574-2012: Kết
cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế cường độ chịu nén tính

toán của bê tông 28 ngày tuổi B60 là Rb=33 MPa).
Trong đề tài nghiên cứu này, sẽ tính toán thiết kế cụ thể cột, dầm bê tông
cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao theo ACI 318-2008.
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-2008 thiết kế cột và dầm bê tông cốt
thép sử dụng bê tông cường độ cao.
Phạm vi nghiên cứu
Tính toán cột, dầm bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao theo
ACI 318-2008.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu theo tài liệu có khảo sát các ví dụ tính toán.
Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, cấu trúc luận
văn gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về ứng dụng bê tông cường độ cao
Chương 2: Tính toán cột, dầm bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường
độ cao theo tiêu chuẩn ACI 318-2008
Chương 3: Ví dụ tính toán


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

93

Kết luận và kiến nghị
Kết luận:
Luận văn đã nghiên cứu áp dụng tiêu chuẩn ACI 318 – 08 để tính toán
các cấu kiện cột và dầm bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao. Các
kết quả chính của luận văn bao gồm:
- Đã khái quát về các đặc tính của bê tông cường độ cao và tình hình
nghiên cứu, ứng dụng bê tông cường độ cáo trên thế giới và ở Việt Nam.
- Đã nghiên cứu áp dụng tiêu chuẩn ACI để thiết kế kết cấu bê tông cốt
thép sử dụng bê tông cường độ cao; trên cơ sở phương pháp tính toán của
ACI đã xây dựng các quy trình tính toán cột và dầm bê tông cốt thép sử dụng
bê tông cường độ cao theo ACI 318 – 08.
- Đã áp dụng các quy trình được lập để tính toán các ví dụ tính toán bằng
số cấu kiện cột và dầm bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao.
Kiến nghị:
Để thúc đẩy việc đưa bê tông cường độ cao vào ứng dụng thực tế cần
biên soạn tiêu chuẩn Việt Nam về thiết kế và và thi công kết cấu bê tông cốt
thép sử dụng bê tông cường độ cao.
Trong khi chưa có tiêu chuẩn Việt Nam về kết cấu bê tông cốt thép sử
dụng bê tông cường độ cao thì nghiên cứu áp dụng tiêu chuẩn nước ngoài,
trong đó có tiêu chuẩn ACI, vào thiết kế loại kết cấu này là việc làm cần thiết.


Tài liệu tham khảo:
Tiếng Việt

1. Bộ Xây Dựng (2012), TCVN 5574:2012, Kết cấu bê tông và bê tông cốt
thép – Tiêu chuẩn thiết kế, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.

2. Nguyễn Trung Hòa (2011), Kết cấu bê tông côt thép theo quy phạm Hoa
Kỳ, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.
3. Phạm Duy Hữu, Nguyễn Long (2009), Bê tông cường độ cao, Nhà xuất bản
Xây dựng, Hà Nội.
4. Trần Mạnh Tuân (2005), Tính toán kết cấu Bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn
ACI 318-2002, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.
5. Nguyễn Viết Trung (2000), Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép hiện đại theo
tiêu chuẩn ACI, Nhà xuất bản Giao thông vận tải, Hà Nội.
Tiếng Anh
6. ACI 318M-08 (2008), Building code Requirements for Structural Concrete
and Commentary.
7. ACI 363R-92 (1997), State of the Art Report on High-Strength Concrete.
8. ACI 441R-96 (1996), High-Strength Concrete Columns: State of the Art.
9. B. Vijaya Rangan (1998), High-Performance High-Strength Concrete:
Design Recommendation.
10. Edited by S.P. Shah, S.H.Amad (1994), High performance Concretes and
Applications, Printed in Great Britain for Edward Arnold.
11. Halit Cenan Mertol (2006), Behavior of High-Strength Concrete
members subjected to combined flexure and axial compression loadings,
Civil Engineering, Raleigh, North Carolina.
12. Henry G. Russell (1999), P.E, Why use high-performance concrete?
Technical talk.


13. M.A. Rashid and M. A. Mansur (2005), Reinforced High – Strength
Concrete beam in flexure, ACI Structural journal, Technical paper, title
no. 102-S47.
14. Michael A.Caldarone (2009), High Strength Concrete – A practical
guide.
15. Ogurhan Bayrak and Shamim A. Sheikh (1996), Confinement steel

Requirement for High Srength Concrete column, pp No.463, Eleventh
World Conference on Earthquake Engineering.
16. Shamim A. Sheikh, Dhamendra V. Shah, and Shafik S.Khoury (1994),
Confinement of High – Strength Concrete columns, ACI Structural
Journal, Technical paper, title no. 91-S11.
17. S. Kim, H.C. Mertol, S. Rizkalla, P. Zia (2006), Behavior of HighStrength Concrete Rectangular Columns, Seventh International Congress
on Advances in CivilEngineering, Yildiz TechnicalUniversity, Istanbul,
Turkey.
18. S.K. Ghosh (2004), High–Strength concrete in U.S. Codes and
Standards, Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural.
19. SungJoong Kim (2007), Behavior of High – Strength Concrete columns,
Raleigh, North Carolina.
Website
20. />21. />