Phân tích ảnh hưởng độ cứng dầm biên vào sự phân phối nội lực của dầm rộng trong hệ khung chịu lực
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.86 MB, 126 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------------------------
PHAN MINH ĐỨC
PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG DẦM BIÊN VÀO
SỰ PHÂN PHỐI NỘI LỰC CỦA DẦM RỘNG TRONG HỆ
KHUNG CHỊU LỰC
Chun ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng và công nghiệp
Mã số ngành : 60580208
LUẬN VĂN THẠC SĨ
(Xác nhận
TP. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2019
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học :
Cán bộ hướng dẫn : PGS TS NGUYỄN VĂN HIỆP
Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS LÊ TRUNG KIÊN
Cán bộ chấm nhận xét 2 : PGS TS NGÔ HỮU CƯỜNG
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 16 tháng 01 năm 2019
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm :
1. PGS TS NGUYỄN MINH LONG
- Chủ tịch Hội đồng
2. TS NGUYỄN THÁI BÌNH
- Thư ký
3. TS LÊ TRUNG KIÊN
- Ủy viên (Phản biện 1)
4. PGS TS NGÔ HỮU CƯỜNG
- Ủy viên (Phản biện 2)
5. TS TRẦN TUẤN KIỆT
- Ủy viên
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỰNG
PGS TS NGUYỄN MINH LONG
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên : PHAN MINH ĐỨC
MSHV: 1670088
Ngày, tháng, năm sinh : 20/11/1978
Nơi sinh : TÂY NINH
Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng và cơng nghiệp
Mã số : 60580208
I. TÊN ĐỀ TÀI : PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG DẦM BIÊN VÀO SỰ
PHÂN PHỐI NỘI LỰC CỦA DẦM RỘNG TRONG HỆ KHUNG CHỊU LỰC
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG DẦM
BIÊN VÀO SỰ PHÂN PHỐI NỘI LỰC CỦA DẦM RỘNG TRONG HỆ
KHUNG CHỊU LỰC
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 13/08/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2018
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS TS NGUYỄN VĂN HIỆP
Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20....
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
PGS TS NGUYỄN VĂN HIỆP
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
PGS TS NGÔ HỮU CƯỜNG
TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỰNG
LỜI CẢM ƠN
Từ những gợi ý ban đầu của thầy PGS. TS Nguyễn Văn Hiệp đã khơi dậy niềm
đam mê nghiên cứu kết cấu dầm rộng, góp phần làm sáng tỏ ứng xử của dầm rộng sát với
thực tế, đề xuất các giải pháp khắc phục nhược điểm, thúc đẩy áp dụng trong thực tiễn.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS. TS Nguyễn Văn Hiệp, thầy đã
tận tình hướng dẫn, góp ý về cách nhận định đúng đắn vấn đề khoa học, vấn đề nghiên cứu,
cũng như cách tiếp cận.
Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS. TS Ngô Hữu Cường, chủ nhiệm Bộ
Mơn Cơng Trình - khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM đã tận
tình hướng dẫn em sử dụng phần mềm mô phỏng. Cùng các thầy cơ đã truyền dạy những
kiến thức q giá, đó cũng là những kiến thức không thể thiếu trên con đường nghiên cứu
khoa học và sự nghiệp sau này cho mỗi cá nhân.
Cảm ơn quý thầy cô hội đồng khoa học, phản biện đã xem xét góp ý, chỉnh lý nội
dung nghiên cứu của đề tài, để đề tài hoàn chỉnh tốt nhất.
Luận văn hoàn thành trong thời gian quy định với sự nỗ lực của bản thân, tuy nhiên
không thể tránh khỏi những thiếu sót.
Chân thành
TÓM TẮT
Theo điều kiện, kinh tế - xã hội, tập quán sử dụng và thời tiết nóng ẩm, biện pháp
thi cơng nhà nhiều tầng là đổ bê tơng tồn khối gần như chiếm ưu thế tuyệt đối. Trong đó
kết cấu dầm rộng khá phổ biến, cho những cơng trình có cơng năng như văn phịng, khách
sạn, căn hộ, nhà để xe,…đã áp dụng bởi các ưu và nhược điểm sau :
Ưu điểm dầm rộng :
-
Chiều cao dầm rộng nhỏ, giảm chiều cao tầng, có thể tăng số tầng với sự khống
chế về độ cao theo quy hoạch.
-
Có khả năng vượt nhịp.
-
Sử dụng được trong kết cấu bê tông cốt thép thường và kết cấu dự ứng lực.
-
Dễ dàng bố trí hệ thống kỹ thuật băng qua bên dưới dầm.
-
Cốp pha thi công không phức tạp so với dầm thông thường.
Nhược điểm dầm rộng :
-
Độ cứng dầm rộng nhỏ hơn dầm thường, nên dễ xảy ra nứt. Độ võng lớn, cần
kiểm soát độ võng dài hạn.
-
Liên kết tại gối biên của dầm rộng dễ suy yếu so với giả thuyết cứng ban đầu khi
giải hệ khung tìm nội lực.
-
Khó khăn xử lý các hệ thống kỹ thuật theo phương đứng, do dầm có bề rộng khá
lớn.
Tuy nhiên những ưu điểm vẫn tạo điều kiện để dầm rộng ứng dụng nhiều trong
hệ dầm sàn nhà nhiều tầng. Vấn đề đặt ra là phải xử lý độ võng, vết nứt và tăng độ cứng
gối biên để kết cấu dầm rộng làm việc ổn định, an toàn, … suốt thời gian sử dụng theo
tuổi thọ cơng trình.
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ cứng, độ bền và an toàn kết cấu dầm rộng,
trong đó có độ cứng dầm biên ảnh hưởng đến phân phối nội lực dầm rộng, đặc biệt đối
với nhịp biên, chưa có nhiều báo cáo khoa học.
Luận văn “PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG DẦM BIÊN VÀO SỰ
PHÂN PHỐI NỘI LỰC CỦA DẦM RỘNG TRONG HỆ KHUNG CHỊU LỰC”.
Với một cấu kiện dầm, từ tiết diện mặt cắt ngang, kích thước nhịp ta xác định
được độ cứng đơn vị, bao gồm độ cứng đơn vị chống uốn, độ cứng đơn vị chống xoắn.
Từ đó tính được tỉ số độ cứng đơn vị chống xoắn chia độ cứng đơn vị chống uốn. Tỉ số
này được gọi là hệ số độ cứng (kFS). Phân tích hệ số độ cứng (kFS) của dầm biên đưa ra
kiến nghị kích thước hợp lý của dầm biên để độ cứng của khung lớn nhất, giảm chênh
lệch về độ lớn nội lực của dầm rộng đặc biệt là ở nhịp biên.
Dầm biên thường ít sử dụng là dầm rộng, vì vị trí của dầm biên khơng bị giới hạn
chiều cao, dầm biên có nhiệm vụ đỡ tường xây hoặc hệ vách nhơm kính, tăng độ cứng
khung trục biên,… Thơng thường diện dầm biên có tiết diện hình chữ nhật chịu uốn
khỏe, nhưng vơ tình chịu xoắn khơng hiệu quả, trong trường hợp này bằng cách mô
phỏng luận văn đưa ra giải pháp cải tiến để tăng khả năng chống xoắn đồng thời cải
thiện độ cứng khung.
Các kết luận được rút ra của luận văn kỳ vọng sẽ cung cấp các thơng tin hữu ích
cho việc tiếp tục nghiên cứu hay khi thiết kế các cơng trình có sử dụng dầm rộng trong
hệ chịu lực.
ABSTRACT
Now, the popular construction technology in the world is monolithic concrete
pouring. The bearing system is column - wall, floor and beams at the construction site,
especially for multi - storey buildings. Due to geographical location, socio-economic
conditions, usage habits, humid and hot weather, monsoon winds so the monolithic
concrete pouring method is major. In which the beam structure is quite popular, by the
following advantages and disadvantages :
Advantages of wide beam:
-
The height of the beam is small, the headroom is increased, the number of floors
will be increased.
-
Ability to over long span.
-
Used in reinforced concrete structure and prestressed concrete structure.
-
Engineering system will be easy layout under beam.
-
Making formwork is easy.
Disadvantages of wide beam:
-
Large deflection, need to control deflection,
-
The hardness of the beam is smaller than normal beam, so it is easy to crack.
-
The boundary conjunctions of the wide beam is very weakness than initial
assumption when solving frame caculation to find internal force.
-
Difficulties in solving technical systems in the vertical direction.
However, the advantages still allow to wide beam which apply more in floor
beams system of storey buildings. The problem how to make the beam structure work
is stable, safe before the climatic conditions, environment, under the load effect, ...
through the life of the project. There are a lots of factors that influence the durability
and safety of the wide beams, including the hardness of the beams, the influence of
torque and the cutting force, especially for the boundary span of the wide beam which
was not many scientific papers research before.
The thesis presents " THE EFFECTS OF EDGE BEAM STIFFNESS ON THE
INTERNAL FORCE DISTRIBUTION OF WIDE BEAM IN STRUCTURAL FRAME
SYSTEM"
With a structural beam, from cross section, size beat us determine hardness units,
including units of anti-bending rigidity, stiffness against torsion unit. Since then the ratio
calculation unit against torsion stiffness divided against bending stiffness units. This
ratio is called the coefficient of stiffness (kFS). Analysis hardness coefficient (kFS) of the
edge girders make recommendations girder reasonable size of the wings to the hardness
of the largest frame, reducing the difference in magnitude internal resources of wide
beam especially in the marginal rate. Edge girders are less used as beam width, since the
position of the edge girders is not limited height, edge girders have tasks supporting
walls or curtain wall glass and aluminum, increased stiffness frame axis border,...
Usually covers the edge girders have a rectangular cross section bending healthy, but
accidentally torsional inefficient, in this case by simulating a solution essays improved
to increase torsion resistance and improve chassis rigidity.
The conclusions drawn by the expected thesis will provide useful information for
further research or design projects with broad beams used in load-bearing system.
Key words : Wide beam, Band Beam, Edge Beam, EFM, Stiffness Torsion.
LỜI CAM ĐOAN
Tôi Phan Minh Đức, là học viên cao học chun ngành Xây Dựng Dân Dụng
và Cơng Nghiệp, khố 2016 trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh. Tôi
xin cam đoan rằng, đây là luận văn do chính tơi thực hiện. Các số liệu trong luận văn
này trung thực và chưa từng được công bố, sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Các thông
tin, tài liệu trích dẫn trong luận văn này đã được ghi rõ nguồn gốc. Tơi xin chịu trách
nhiệm hồn tồn về kết quả nghiên cứu trong luận văn của mình.
Học viên
PHAN MINH ĐỨC
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT
ABSTRACT
LỜI CAM ĐOAN
MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT THEO TIÊU CHUẨN ACI 318-2014
MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
GIỚI THIỆU .....................................................................................................................i
1. Giới thiệu ......................................................................................................................i
2. Đặt vấn đề ................................................................................................................... ii
3. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................ iii
4. Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn ...........................................................................iv
Chương 1 TỔNG QUAN..................................................................................................1
1.1 Tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết của đề tài ........................................................1
1.1.1 Tình hình nghiên cứu .............................................................................................. 1
1.1.2 Nhu cầu thực tiễn ....................................................................................................5
1.1.3 Tính cấp thiết của đề tài ...........................................................................................6
1.2 Nội dung luận văn ....................................................................................................7
LƯU ĐỒ CỦA LUẬN VĂN ...........................................................................................8
Chương 2 PHÂN TÍCH HỆ SỐ ĐỘ CỨNG CỦA DẦM BIÊN, ĐỘ CỨNG KHUNG
TƯƠNG ĐƯƠNG TRONG HỆ CHỊU LỰC CÓ DẦM RỘNG .....................................9
2.1 Giới thiệu ...................................................................................................................9
2.2 Cơ sở lý thuyết và các vận dụng ................................................................................9
2.2.1 Phương pháp khung tương đương ..........................................................................9
2.2.2 Dầm biên xoắn và cột tương đương ....................................................................10
2.2.3 Xác định hằng số xoắn của dầm biên ...................................................................17
2.2.3.1 Xác định hằng số xoắn của dầm biên phạm vi liên kết với dầm rộng...............18
2.2.3.2 Xác định hằng số xoắn của dầm biên phạm vi không liên kết dầm rộng .........21
2.2.4 Xác định mô men quán tính chống uốn dầm biên, dầm rộng .............................. 23
2.2.5 Xác định độ cứng cột tương đương .....................................................................26
2.3 Khảo sát hệ số quán tính FScw ................................................................................27
2.4 Nghiên cứu độ cứng khung .....................................................................................30
2.4.1 Độ cứng khung ảnh hưởng bởi kích thước nhịp ..................................................30
2.4.2 Độ cứng khung ảnh hưởng bởi chiều cao tầng ....................................................34
2.4.3 Độ cứng khung ảnh hưởng bởi hệ số kích thước và .....................................36
2.4.4 Độ cứng khung ảnh hưởng bởi tỉ số bs/c1, c3/c2 ....................................................38
2.5 Ứng xử dầm biên theo kích thước tiết diện bs/hs .....................................................40
2.6 Lựa chọn kích thước tiết diện để phân tích nội lực bằng phần mềm Etabs ...........40
2.7 Kết luận....................................................................................................................41
Chương 3 CÁC BÀI TỐN BẰNG SỐ .......................................................................43
3.1 Phân tích bằng lý thuyết các tiết diện lựa chọn ......................................................43
3.2 Các thơng số cơ bản của các bài tốn bằng số .......................................................51
3.3 Phân tích nội lực mơ hình khơng gian .....................................................................52
3.4 Kết quả nội lực ........................................................................................................52
3.4.1 Ứng xử mô men uốn của dầm rộng .....................................................................52
3.4.2 Ứng xử cắt của dầm rộng ....................................................................................57
3.4.3 Ứng xử của dầm biên ........................................................................................... 61
3.5 Lựa chọn phương án phân tích phi tuyến ............................................................... 66
3.6 Thiết kế cốt thép ......................................................................................................66
3.6.1 Khả năng chịu lực của vật liệu ............................................................................66
3.6.2 Thép chống uốn ....................................................................................................67
3.6.3 Thép chống cắt .....................................................................................................67
3.6.4 Thiết kế chống xoắn ............................................................................................. 67
3.6.5 Khả năng chịu Moment xoắn của tiết diện ........................................................... 68
3.6.6 Moment xoắn lớn nhất của tiết diện .....................................................................70
3.6.7 Tiết diện tới hạn ....................................................................................................71
3.6.8 Yêu cầu cốt thép ...................................................................................................71
3.7 Kết luận chương 3 ...................................................................................................72
Chương 4 CÁC BÀI TỐN MƠ PHỎNG ....................................................................74
4.1 Mơ hình vật liệu ......................................................................................................75
4.2 Mơ hình ...................................................................................................................76
4.3 Ứng dụng phần mềm Abaqus ..................................................................................80
4.3.1 Lựa chọn phần tử mô phỏng ................................................................................80
4.3.2 Điều kiện biên, tải trọng, bước thời gian phân tích .............................................80
4.4 Vị trí quan sát ứng xử kết cấu .................................................................................81
4.5 Kết quả phân tích ....................................................................................................82
4.5.1 Mode kết thúc mơ phỏng .....................................................................................82
4.5.2 Tải trọng - chuyển vị ........................................................................................... 85
4.5.3 Tải trọng - biến dạng thép dầm rộng ...................................................................86
4.5.4 Tải trọng - biến dạng thép dầm biên .....................................................................92
4.5.5 Tải trọng - biến dạng dẻo PEMAG.......................................................................95
4.6 Kết luận ...................................................................................................................96
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................97
5.1 So sánh các phương pháp .......................................................................................97
5.2 Kết luận ...................................................................................................................97
5.3 Kiến nghị ................................................................................................................99
5.4 Các hạn chế ...........................................................................................................100
5.5 Hướng phát triển đề tài ..........................................................................................100
TÀI LIỆU TRÍCH DẪN
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Cao ốc Văn Phịng Nguyễn Lâm .......................................................................i
Hình 1.2 Kết cấu dầm rộng cơng trình MB Grand Tower ............................................. ii
Hình 1.3 Liên kết biên cột - dầm rộng – dầm biên ......................................................... ii
Hình 1.4 Tiết diện cột và dầm bê tông cốt thép theo TCXD 198:1997 ............................ iii
Hình 1.5 Liên kết biên của khung chịu lực ....................................................................iv
Hình 1.6 Liên kết cột – dầm rộng chịu tải ngang của Fadwa ..........................................2
Hình 1.7 Chi tiết liên kết cột – dầm rộng ........................................................................4
Hình 1.8 Xử lý vết nứt dầm rộng ......................................................................................6
Hình 2.1 Hoạt động của khung có dầm rộng và sự xoắn dầm biên............................... 11
Hình 2.2 Xác định Kt đối với khung có dầm rộng.........................................................13
Hình 2.3 Chi tiết liên kết cột dầm biên và dầm rộng (α = 0).........................................15
Hình 2.4 Phân chia mặt cắt biên tính hằng số xoắn ......................................................17
Hình 2.5 Tiết diện 3D liên kết biên ...............................................................................17
Hình 2.6 Chi tiết liên kết cột dầm trường hợp 1 đến 8 ..................................................18
Hình 2.7 Chi tiết liên kết cột dầm trường hợp 9 đến 12 ................................................20
Hình 2.8 Bề rộng hiệu dụng của dầm bản be .................................................................21
Hình 2.9 Tiết diện dầm chữ L, T ...................................................................................21
Hình 2.10 Chi tiết liên kết cột biên................................................................................25
Hình 2.11 Các thơng số xác định kAB ............................................................................26
Hình 2.12 Mặt bằng điển hình khảo sát độ cứng khung ................................................31
Hình 2.13 Chi tiết liên kết cột – dầm.............................................................................31
Hình 2.14 Chi tiết ký hiệu kích thước liên kết biên, cột – dầm.....................................41
Hình 3.1 Mặt bằng trích đoạn điển hình ........................................................................51
Hình 3.2 Diện tích tính xoắn trước khi nứt ...................................................................69
Hình 3.3 Dịng ứng suất trong tiết diện chịu xoắn ........................................................70
Hình 4.1 Mặt bằng mơ phỏng bằng Abaqus ..................................................................78
Hình 4.2 Chi tiết thép đệm đầu cột, thép cột, thép vách ...............................................78
Hình 4.3 Chi tiết thép dầm rộng, dầm biên ...................................................................80
Hình 4.4 Bước thời gian mô phỏng ...............................................................................81
DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU
Bảng 1.1 Một số quy định của tiêu chuẩn sử dụng dầm rộng .................................. iii
Bảng 2.1 Biểu thức tính tốn hằng số xoắn dầm biên liên kết với dầm rộng ..........19
Bảng 2.2 Xác định bề rộng hiệu dụng be của dầm ...................................................22
Bảng 2.3 Biểu thức tính tốn hằng số xoắn dầm biên ngồi dầm rộng ....................23
Bảng 3.1 Kích thước tiết diện dầm biên và cạnh cột c1 ...........................................43
Bảng 3.2 Độ cứng khung tương đương ....................................................................45
Bảng 3.3 Tổng hợp phương án phân tích đàn hồi ....................................................52
Bảng 3.4 Tổng hợp giá trị mô men uốn dầm rộng không có đệm đầu cột ...............53
Bảng 3.5 Tổng hợp mơ men dầm rộng theo hệ số quán tính FScw ...........................55
Bảng 3.6 Tổng hợp giá trị lực cắt dầm rộng khơng có đệm đầu cột ........................59
Bảng 3.7 Mô men xoắn dầm biên theo hệ số qn tính (FScw) cột (750×500) ........62
Bảng 3.8 Mơ men xoắn dầm biên theo hệ số qn tính (FScw) vách (1500×500)....63
Bảng 4.1 Kích thước cấu kiện điển hình mô phỏng Abaqus ....................................74
Bảng 4.2 Thiết kế sơ bộ thép ở gối dầm rộng ..........................................................76
Bảng 4.3 Thiết kế sơ bộ thép ở giữa nhịp dầm rộng ................................................76
Bảng 4.4 Tính tốn thép gối dầm biên .....................................................................76
Bảng 4.5 Bố trí thép gối dầm biên ............................................................................77
Bảng 4.6 Thiết kế thép đệm đầu cột .........................................................................77
Bảng 4.7 Bố trí thép đệm đầu cột .............................................................................77
Bảng 4.8 Quy đổi đơn vị áp dụng trong Abaqus ......................................................81
Bảng 4.9 Tổng hợp kết quả mô phỏng ....................................................................84
Bảng 4.10 So sánh chênh lệch biến dạng thép WB_Rb1 và WB_Rb2 ....................89
Bảng 5.1 Tổng hợp và so sánh kết quả giữa các phương pháp ................................97
DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 2.1 Tỉ số góc xoắn dầm biên theo vị trí mặt cắt nhịp dầm biên ..................16
Biểu đồ 2.2 Quan hệ FScw và m, n phạm vi dầm rộng liên kết với dầm biên ..........28
Biểu đồ 2.3 Quan hệ FScs và m, hf phạm vi dầm biên không liên kết với dầm rộng29
Biểu đồ 2.4 Độ cứng khung tương đương theo tỉ số nhịp L2/L1 ..............................31
Biểu đồ 2.5 Giảm độ cứng khung so với dầm thường theo tỉ số nhịp L2/L1 ............33
Biểu đồ 2.6 Độ cứng khung theo tỉ số nhịp L2/L1 biểu diễn thông qua KT/∑Kc ......34
Biểu đồ 2.7 Độ cứng khung theo tỉ số H1/H2 ...........................................................35
Biểu đồ 2.8 Độ cứng khung theo tỉ số H1/H2 ...........................................................35
Biểu đồ 2.9 Độ cứng độ cứng khung theo và ....................................................36
Biểu đồ 2.10 Độ cứng độ cứng khung theo và biểu diễn thông qua KT/∑Kc ....37
Biểu đồ 2.11 Độ cứng độ cứng khung theo và biểu diễn thông qua kt/kc .........38
Biểu đồ 2.12 Độ cứng khung theo bs/c1 và c3/c2 ......................................................39
Biểu đồ 2.13 Ứng xử dầm biên theo kích thước hs/bs ..............................................40
Biểu đồ 3.1 Quan hệ (FScw) và độ cứng (Kec) (α = β = 0) ........................................44
Biểu đồ 3.2 Quan hệ (FScw) và độ cứng (Kec) (α = 2, β = 0.125) .............................48
Biểu đồ 3.3 Quan hệ (FScw) và độ cứng (Kec) (α = 4, β = 0.125) .............................48
Biểu đồ 3.4 Quan hệ (FScw) và độ cứng (Kec) cột (750×500) ..................................49
Biểu đồ 3.5 Quan hệ (FScw) và độ cứng (Kec) cột (1000×500) ...............................49
Biểu đồ 3.6 Quan hệ (FScw) và độ cứng (Kec) vách (1500×500) ..............................50
Biểu đồ 3.7 Quan hệ (FScw) và độ cứng (Kec) vách (2000×500) ..............................50
Biểu đồ 3.8 Quan hệ mơ men uốn dầm rộng và (FScw) khơng có đệm đầu cột .......54
Biểu đồ 3.9 Quan hệ mô men dầm rộng và (FScw) đối với cột (750×500) ...............56
Biểu đồ 3.10 Quan hệ mơ men dầm rộng và (FScw) đối với cột (1000×500)...........56
Biểu đồ 3.11 Quan hệ mô men dầm rộng và (FScw) đối với vách (1500×500) ........56
Biểu đồ 3.12 Quan hệ mơ men dầm rộng và (FScw) đối với vách (2000×500) ........57
Biểu đồ 3.13 Quan hệ lực cắt gối dầm rộng và (FScw) đối với cột (750×500) .........58
Biểu đồ 3.14 Quan hệ lực cắt gối dầm rộng và (FScw) đối với cột (1000×500) .......60
Biểu đồ 3.15 Quan hệ lực cắt gối dầm rộng và (FScw) đối với cột (1500×500) .......60
Biểu đồ 3.16 Quan hệ lực cắt gối dầm rộng và (FScw) đối với cột (2000×500) .......61
Biểu đồ 3.17 Mơ men xoắn dầm biên khơng có đệm đầu cột biên (750×500) ........65
Biểu đồ 3.18 Mơ men xoắn dầm biên có đệm đầu cột biên (750×500) ...................65
Biểu đồ 3.19 Mơ men xoắn dầm biên khơng có đệm đầu cột biên (1500×500) ......65
Biểu đồ 3.20 Mơ men xoắn dầm biên có đệm đầu cột biên (1500×500) .................66
Biểu đồ 4.1 Ứng suất biến dạng bê tông miền chịu nén/kéo ....................................75
Biểu đồ 4.2 quan hệ ứng suất và biến dạng thép ......................................................75
Biểu đồ 4.3 Quan hệ tải trọng và chuyển vị CV1 phương án 1, 2, 2a .......................85
Biểu đồ 4.3a Quan hệ tải trọng - chuyển vị CV1 và CV2 của phương án 1 ..............85
Biểu đồ 4.4 Quan hệ tải trọng và chuyển vị CV1 phương án 3, 4, 4a ......................85
Biểu đồ 4.6 Quan hệ tải trọng và biến dạng thép WB_Rb2 phương án 3, 4 và 4a ..86
Biểu đồ 4.7 Quan hệ tải trọng và biến dạng thép WB_Rb1 phương án 1,2, 2a .......87
Biểu đồ 4.8 Quan hệ tải trọng và biến dạng thép WB_Rb1 phương án 3,4 và 4a ...87
Biểu đồ 4.9a So sánh biến dạng thép WB_Rb1 và WB_Rb2 phương án 2 .............88
Biểu đồ 4.9b So sánh biến dạng thép WB_Rb1 và WB_Rb2 phương án 2a ...........88
Biểu đồ 4.10a So sánh biến dạng thép WB_Rb1 và WB_Rb2 phương án 4 ...........88
Biểu đồ 4.10b So sánh biến dạng thép WB_Rb1 và WB_Rb2 phương án 4a .........89
Biểu đồ 4.11 Quan hệ tải trọng biến dạng thép WB_Rb3 phương án 1,2, 2a ..........89
Biểu đồ 4.12 Quan hệ tải trọng biến dạng thép WB_Rb3 phương án 3, 4, 4a .........90
Biểu đồ 4.14 Quan hệ tải trọng biến dạng thép WB_Rb4 phương án 3, 4, 4a .........91
Biểu đồ 4.15 Quan hệ tải trọng biến dạng thép WB_Rb5 phương án 1, 2, 2a .........91
Biểu đồ 4.16 Quan hệ tải trọng biến dạng thép WB_Rb5 phương án 3, 4, 4a .........92
Biểu đồ 4.17 Quan hệ tải trọng – biến dạng thép EB_Rb1 phương án 3,4 và 4a ....92
Biểu đồ 4.18 Quan hệ tải trọng – biến dạng thép EB_Rb2 phương án 1, 2 và 2a ...93
Biểu đồ 4.19 Quan hệ tải trọng – biến dạng thép EB_Rb2 phương án 3,4 và 4a ....93
Biểu đồ 4.20 Quan hệ tải trọng – biến dạng thép EB_Rb3 phương án 1, 2 và 2a ...94
Biểu đồ 4.21 Quan hệ tải trọng – biến dạng thép EB_Rb3 phương án 3, 4 và 4a ...94
Biểu đồ 4.22 Tải trọng và biến dạng dẻo PEMAG phương án 3, 4 và 4a ................95
MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT
THEO TIÊU CHUẨN ACI 318-2014
Chữ viết tắt
As, A’s
Giải thích
Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo và chịu nén (mm2)
a
Chiều cao vùng bê tông chịu nén (mm)
bw
Bề rộng tiết dầm rộng (mm)
be
Bề rộng hiệu dụng của dầm bản (mm)
bs
Bề rộng tiết diện dầm biên (mm)
C
Hằng số chống xoắn (mm4)
c1 , c2
Chiều cao, bề rộng tiết diện cột (mm)
d
Khoảng cách từ mép biên vùng nén tới lớp thép chịu kéo ngoài
cùng (mm)
d’
Khoảng cách từ mép biên vùng nén tới thép chịu kéo ngồi cùng
(mm)
Ec
Mơ đun đàn hồi của bê tông (Mpa)
Es
Mô đun đàn hồi của cốt thép (Mpa)
f 'c
Cường độ chịu nén của bê tông (Mpa)
fr
Cường độ chịu kéo của bê tông (Mpa)
fy
Cường độ chịu kéo của cốt thép (Mpa)
G
Mô đun đàn hồi trượt của bê tông (Mpa)
hs
Bề rộng tiết diện dầm biên (mm)
hf
Bề dày sàn
hw
Chiều cao tiết diện dầm rộng (mm)
Icr
Mô men quán tính chống uốn đối với trục đi qua trọng tâm tiết
diện trường hợp tiết diện có khe nứt (mm4)
Ig
Mơ men qn tính chống uốn đối với trục đi qua trọng tâm tiết
diện trường hợp tiết diện nguyên (mm4)
Ie
Mô men quán tính chống uốn đối với trục đi qua trọng tâm tiết
diện trường hợp tiết diện hiệu dụng (mm4)
Is
Mô men qn tính chống uốn của sàn (mm4)
Iem
Mơ men qn tính chống uốn hiệu dụng giữa nhịp (mm4)
Ie1, Ie2
Mơ men quán tính chống uốn hiệu dụng hai đầu dầm (mm4)
KT
Độ cứng chống xoắn dầm biên (N-mm)
Kc
Độ cứng chống uốn cột (N-mm)
Ke
Hệ số phụ thuộc vào tỉ trọng của bê tông và mác thép
Kec
Độ cứng khung tương đương (N-mm)
kAB
Hệ số độ cứng của cột
Mu
Mô men do ngoại lực tác dụng từ các tổ hợp lực tính tốn (Nmm)
Mcr
Mơ men gây nứt (Nmm)
Mn
Khả năng chịu mô men của cấu kiện , xác định từ điều kiện cụ thể
của tiết diện (Nmm)
Ma
Mô men lớn nhất dọc theo trục dầm (Nmm)
yt
Trọng tâm mặt cắt ngang đến mép ngồi thớ chịu kéo (mm)
JT
Mơ men qn tính chống xoắn tiết diện mặt cắt ngang (mm4)
JU
Mơ men qn tính chống uốn tiết diện mặt cắt ngang (mm4)
T
Mơ men xoắn do ngoại lực tác dụng từ các tổ hợp lực tính tốn
(Nmm)
V
Lực cắt do ngoại lực tác dụng từ các tổ hợp lực tính tốn (N)
sw
Khoảng cách lọt lòng giữa hai dầm rộng kế cận (mm)
Hàm lượng cốt thép
Hệ số giảm độ bền của cấu kiện
s
Biến dạng của cốt thép chịu kéo
's
Biến dạng của cốt thép chịu nén
Góc xoay (rad)
C
Góc xoay đầu cột (rad)
ec
Góc xoay trung bình khung (rad)
t,avg
iD, iL và
ΔiLs
Góc xoay trung bình dầm biên (rad)
Lần lượt là các độ võng tức thời do tĩnh tải, hoạt tải và phần hoạt
tải duy trì
Hệ số, phụ thuộc khoảng thời gian
Hệ số từ biến
MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT
TRONG LUẬN VĂN
Cw
Hằng số chống xoắn dầm biên, phạm vi liên kết dầm rộng (mm4)
Cs
Hằng số chống xoắn dầm biên, ngoài phạm vi liên kết dầm rộng
(mm4)
c1TC2 và c2TC2 Lần lượt là kích thước tiết diện cột tầng (i+1), theo phương L1 và
phương L2 (mm)
H1 và H2
Lần lượt là chiều cao cột tầng (i) và tầng (i+1) (mm)
L1 và L2
Lần lượt là kích thước nhịp khung theo phương dầm rộng và
phương dầm biên (mm)
KCT1 và KCT2 Lần lượt là độ cứng chống uốn cột tầng (i) và (i+1) (N-mm)
kFS
Hệ số độ cứng dầm biên
kt
Độ cứng chống xoắn đơn vị của dầm (N-mm)
kU
Độ cứng chống uốn đơn vị của dầm (N-mm)
FScw
Hệ số quán tính dầm biên, phạm vi dầm biên giao dầm rộng, hệ số
độ cứng bằng độ cứng đơn vị chống xoắn chia độ cứng đơn vị chống
uốn của dầm biên
FScs
Hệ số quán tính dầm biên ngoài dầm rộng, độ cứng bằng độ cứng
đơn vị chống xoắn chia độ cứng đơn vị chống uốn của dầm biên
JUw
Mơ men qn tính chống uốn dầm biên trong phạm vi liên kết với
dầm rộng (mm4)
JUs
Mơ men qn tính chống uốn dầm biên ngoài phạm vi liên kết với
dầm rộng (mm4)
Jsb
Mơ men qn tính chống uốn đồng thời của bản sàn và dầm (mm4)
Js
Mơ men qn tính chống uốn của sàn không kể phần thân dầm
(mm4)
JCT1 và JCT2
Mô men quán tính chống uốn tiết diện cột tầng (i) và tầng (i+1)
(mm4)
m
Hệ số chiều rộng dầm biên (m×bs)
n
Hệ số chiều cao dầm biên (n×hs)
α
Hệ số kích thước tấm đệm đầu cột biên (α×c3) theo phương L2
β
Hệ số kích thước tấm đệm đầu cột biên (α×L1) theo phương L1
Hệ số, hằng số chống xoắn của dầm biên Cw = ×Cs
p
Hệ số bề dày của sàn p×hf = hw
PL
Viết tắt phụ lục
(PL…,…)
Viết tắt phương trình số …trong phụ lục số … ví dụ : (PL1.7) là
phương trình số 7, trong phụ lục số 1
PEMAG
Cường độ biến dạng dẻo tại điểm
PEEQ
Biến dạng dẻo tương đương tại điểm
WB_Rb(i)
Biến dạng thép trong dầm rộng tại ví trí được ký hiệu trên hình Rb(i)
EB_Rb(i)
Biến dạng thép trong dầm biên tại vị trí được ký hiệu trên hình Rb(i)
CV(i)
WB_B(i)
Vị trí chuyển vị thứ (i)
Biến dạng bê tơng trong dầm rộng tại vị trí được ký hiệu trên hình
B(i)
Giới thiệu
GIỚI THIỆU
1. Giới thiệu
Dầm rộng là dầm có chiều cao nhỏ hơn chiều rộng nên khung có dầm rộng giảm
chiều cao tầng, tăng số tầng, tiết kiệm không gian. Cơng trình có dầm rộng thường thấy ở
Việt Nam là nhà văn phòng, tầng hầm để xe, bãi đổ xe ngầm,… Dầm rộng tuy có chiều cao
nhỏ nhưng vẫn đảm bảo mức độ vượt nhịp giống như dầm sàn truyền thống.
Dầm biên có vai trị làm nơi tiếp nhận tải trọng, tường xây, hệ bao che nhơm
kính, giảm độ võng cho ô sàn biên, tăng độ cứng cho khung trục biên, ngồi ra cịn có
tác dụng chống xoắn.
Đơn cử các cơng trình có sử dụng dầm rộng, dầm biên :
Cao ốc văn phịng Nguyễn Lâm (hình 1.1)
Địa chỉ : Số 133 Dương Bá Trạc – F1 – Q.8 Tp. HCM;
Nhịp kết cấu dầm rộng : 11.8m. Kích thước dầm rộng (bwhw) = (1200500).
Nhịp kết cấu dầm biên : 10.5 m kích thước dầm biên (bs×hs) = (500×800).
Kích thước cột (c1c2) = (1200500)mm, chiều cao tầng 3.4m
b) Công tác thép dầm rộng
c) Kết cấu dầm rộng
a) Phối cảnh
Hình 1.1 – Cao ốc Văn Phòng Nguyễn Lâm
i
Giới thiệu
Trụ sở của Ngân Hàng TMCP Quân Đội MB Grand Tower (hình 1.2)
Địa chỉ : Số 63 Lê Văn Lương – Cầu Giấy – Hà Nội
Nhịp kết cấu dầm rộng : 11.6m. Kích thước dầm rộng (bwhw) = (1500500).
Nhịp kết cấu dầm biên 8.0m, kích thước dầm biên (bs×hs) = (400×800)
Kích thước cột liên kết dầm rộng (c1c2) = (8001000). Chiều cao tầng 3.4m
a) Phối cảnh
b) Hệ kết cấu sử dụng dầm rộng
Hình 1.2 – Kết cấu dầm rộng cơng trình MB Grand Tower
2. Đặt vấn đề :
Trên thế giới dầm rộng được sử dụng khá nhiều, một số quốc gia có quy định khống
chế chiều cao và chiều rộng dầm khác nhau. Theo tiêu chuẩn của Spain (NCSE) [4], và
theo tiêu chuẩn Europe [5], hay theo ACI 318-2014 [9] quy định tại mục 18.6.2.1 Giới hạn
kích thước [9, tr 275].
c1
hf
hs
hw
c2
bw
bs
Hình 1.3 - Liên kết biên cột - dầm rộng – dầm biên
ii
Giới thiệu
Tổng hợp các quy phạm các nước, trong sau :
Bảng 1.1 Một số quy định của tiêu chuẩn sử dụng dầm rộng
STT
1
2
3
Năm
công bố
2014
2004
2002
Quốc
Gia
USA
Europe
Spain
Tiêu chuẩn
áp dụng
ACI 318-14
EN 1998-2
NCSE – 02
Điều khoản
Quy định
Điều kiện giới hạn
bw min(c2+1.5c1 ; 3c2)
bw min(c2+hw ; 2c2)
bw min(c2+hw)
18.6.2.1
hs > hw
Trong tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 198:1997 [3, tr.9], dầm rộng được giới thiệu tại
mục 3.3.2 cấu tạo khung, mà chưa giới hạn phạm vi áp dụng cho nhịp biên hay nhịp giữa
3hw/4
c2
3hw/4
hw
hw
c2
Min c2 = 220mm
c1/c2 < 2.5
Min bw = 220mm
Max hw = 3bw
c1
c1
(hình 1.4)
bw
bw
Max bw =
+ 1.5 hw
Hình 1.4 – Tiết diện cột và dầm bê tông cốt thép theo TCXD 198:1997
3. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Hệ kết cấu chịu lực có sử dụng dầm rộng thường thiết kế bao gồm cột, vách, dầm biên,
dầm giữa là dầm rộng và sàn. Trong đó dầm biên có vai trị làm nơi tiếp nhận tải trọng,
tường xây, hệ bao che nhôm kính, giảm độ võng cho ơ sàn biên, tăng cường độ cứng
cho khung trục biên, ngồi ra cịn có tác dụng chống xoắn.
Mục tiêu nghiên cứu :
Mục tiêu nghiên cứu tìm mối quan hệ sự suy giảm độ cứng của khung đặt biệt là nhịp
biên từ các ảnh hưởng chiều cao tầng, kích thước nhịp, độ cứng dầm biên, tải trọng đứng
và ảnh hưởng của nó tới mơ men, lực cắt dầm rộng ở nhịp biên. Nghiên cứu nguyên
nhân tăng độ võng, vết nứt ở nhịp dầm. (hình 1.5)
iii
Giới thiệu
a) Liên kết cột biên, dầm biên,
dầm rộng và sàn ở gối biên
b) Nút khung biên
dầm thường
c) Nút khung biên
dầm rộng
Hình 1.5 – Liên kết biên của khung chịu lực
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là độ cứng dầm biên, ảnh hưởng liên kết biên vào sự
phân phối nội lực nhịp biên của dầm rộng.
Phạm vi nghiên cứu và hướng nghiên cứu
Ảnh hưởng dầm biên và của dầm rộng trong hệ chịu lực, độ cứng dầm biên, tải trọng
theo phương đứng, mô men uốn, lực cắt dầm rộng ở nhịp biên.
Hướng nghiên cứu lý thuyết, phân tích đàn hồi, phân tích mơ phỏng.
4. Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn
Ý nghĩa khoa học
Đề tài giải quyết vấn đề kỹ thuật phổ biến hiện nay là độ cứng dầm biên, ảnh hưởng vào
sự phân phối nội lực nhịp biên của dầm rộng. Góp phần làm sáng tỏ ảnh hưởng độ cứng
dầm biên vào sự phân phối mô men (M) và lực cắt (V) trong nhịp biên của dầm rộng.
Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu, đưa ra các khuyến cáo sâu hơn đối với dầm biên là để dầm rộng
bên trong làm việc ổn định, hạn chế xảy ra nứt, đặc biệt là ở nhịp biên. Luận văn nghiên
cứu khắc phục nhược điểm của dầm rộng, độ võng lớn, xảy ra nứt. Đề xuất giải pháp tăng
độ cứng liên kết gối biên của dầm rộng. Thúc đẩy việc áp dụng mạnh dạn dầm rộng trong
hệ khung chịu lực.
iv
