NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VẾT NỨT TRONG BẢN BÊ TÔNG CÓ TƯƠNG TÁC KHÔNG HOÀN TOÀN VỚI DẦM THÉP HÌNH ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA DẦM LIÊN HỢP THÉP-BÊ TÔNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VẾT NỨT TRONG BẢN BÊ TÔNG CÓ TƯƠNG TÁC KHÔNG HOÀN TOÀN VỚI DẦM THÉP HÌNH ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA DẦM LIÊN HỢP THÉP-BÊ TÔNG

Lý do chọn đề tài

Kết cấu liên hợp thép-bêtông (LH-TBT) đang được nghiên cứu, ứng dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng nhờ phát huy được những ưu việt của sự làm việc liên hợp giữa hai loại vật liệu là thép và bêtông. Đối với dầm LH-TBT có bản cánhbêtông liên hợp nằm trong vùng kéo tại tiết diện chịu mômen âm, vấn đề đặt ra là cần nghiên cứu ảnh hưởng của các vết nứt trong bản đến độ cứng, độ võng và khả năng chịu tải trọng của dầm. Điều này rất cần thiết đối với dầm LH-TBT theo sơ đồ liên tục nhằm làm rõ cơ sở bố trí cốt thép cấu tạo để hạn chế nứt cho bản, đồng thời xem xét việc điều chỉnh nội lực hợp lý để lựa chọn tiết diện hợp lý đảm bảo hạn chế ảnh hưởng của vết nứt trong vùng kéo và phát huy sự tham gia của bản cánh bêtông trong vùng nén. Giải quyết được vấn đề nêu trên, luận văn sẽ có tính cấp thiết, có ý nghĩa thực tiễn và khoa học.

Mục tiêu nghiên cứu

2.1. Áp dụng tiêu chuẩn EC4 để tính toán kiểm tra dầm LH-TBT theo sơ đồ liên tục có kể đến sự nứt của bản cánh bêtông liên hợp liên kết tương tác không hoàn toàn với dầm thép hình;

2.2. Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của các vết nứt trong bản cánh bêtông liên hợp (có tấm tôn) đến độ cứng, độ võng và khả năng chịu tải của dầm LH-TBT;

2.3. Nghiên cứu làm rõ cơ sở khoa học của việc bố trí cốt thép cấu tạo trên bản cánh bêtông liên hợp và đề xuất giải pháp điều chỉnh nội lực để lựa chọn tỷ lệ phân phối mômen hợp lý trong dầm LH-TBT, đảm bảo hạn chế nứt tại tiết diện chịu mômen âm và phát huy sự làm việc của bản cánh tại tiết diện chịu mômen dương.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1. Đối tượng nghiên cứu

Dầm LH-TBT gồm bản cánh bêtông liên hợp với dầm thép hình tiết diện chữ I bằng liên kết chốt hàn có mũ theo sơ đồ liên tục;

3.2. Phạm vi nghiên cứu

3.2.2. Dầm LH-TBT có cánh trên là bản bêtông liên hợp với tấm tôn, dầm thép dùng thép hình tiết diện IPE đối xứng;

3.2.3. Liên kết trong dầm (giữa bản cánh bêtông liên hợp với tấm tôn tạo nên bản cánh làm việc liên hợp với dầm thép hình) sử dụng loại chốt hàn có mũ, xét tương tác không hoàn toàn.

Phương pháp nghiên cứu

4.1. Các giả thiết

4.2. Phương pháp nghiên cứu

Phân tích, hệ thống làm rõ sự làm việc của dầm LH-TBT, qua đó áp dụng tiêu chuẩn EC4 để tính toán kiểm tra dầm LH-TBT theo sơ đồ liên tục có kể đến sự nứt của bản cánh bêtông liên hợp tương tác không hoàn toàn với dầm thép hình, từ đó lập bảng tính Excel làm công cụ nghiên cứu khảo sát, phân tích và đánh giá kết quả.

Cấu trúc luận văn

Nội dung chính gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan sự làm việc của dầm LH-TBT

Chương 2: Cơ sở tính toán dầm lh-tbt có bản cánh bêtông bị nứt, tương tác không hoàn toàn với dầm thép hình theo tiêu chuẩn EC4

Chương 3: Khảo sát ảnh hưởng của sự nứt bản cánh đến khả năng chịu tải của dầm liên hợp thép-bêtông và các giải pháp hạn chế

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA

DẦM LIÊN HỢP THÉP-BÊTÔNG

1.1. TỔNG QUAN VỀ DẦM LH-TBT

1.1.1. Cấu tạo dầm LH-TBT

Dầm LH-TBT là kết cấu dầm chịu uốn, có tiết diện được cấu tạo bởi một dầm thép hình tiết chữ I liên kết với một bản cánh BTCT thông thường hoặc bản cánh bêtông liên hợp.

1.1.2. Vật liệu chế tạo

1.1.3. Công nghệ thi công

1.1.4. Ưu, nhược điểm

1.2. ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ NỨT BẢN CÁNH BÊTÔNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM LH-TBT

1.2.1. Sự tham gia làm việc của bản cánh bêtông

a. Trong giai đoạn thi công

b. Trong giai đoạn sử dụng

1.2.2. Ảnh hưởng của sự nứt bản cánh bêtông đến sự làm việc của dầm LH-TBT

– Làm giảm độ cứng và tăng độ võng của dầm LH-TBT.

– Làm giảm hiệu quả làm việc liên hợp giữa bản cánh bêtông và dầm thép hình dẫn đến sự biến dạng và khả năng xoay hạn chế giữa bản bêtông và dầm thép hình.

1.2.3. Vấn đề điều chỉnh nội lực trong dầm LH-TBT

Vấn đề nghiên cứu cần đặt ra là xác định tỷ lệ phân phối mômen hợp lý cho dầm LH-TBT để chọn được tiết diện dầm hợp lý, đủ chịu lực ở cả hai tiết diện chịu mômen âm và mômen dương, sao cho vừa hạn chế sự nứt của bản cánh (chịu mômen âm) và phát huy khả năng chịu nén của bản cánh bêtông (chịu mômen dương).

1.2.4. Bố trí cốt thép hạn chế nứt trong bản cánh

1.3. LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU DẦM LH-TBT

1.3.1. Tổng quan về liên kết trong kết cấu liên hợp

a. Liên kết giữa bản bêtông và tôn sóng

b. Liên kết giữa bản liên hợp và dầm thép hình

1.3.2. Sự làm việc của liên kết trong dầm LH-TBT

a. Liên kết dẻo-không dẻo

b. Liên kết hoàn toàn-không hoàn toàn

1.3.3. Ảnh hưởng của liên kết không hoàn toàn đến khả năng chịu tải của dầm LH-TBT

Liên kết không hoàn toàn giữa bản cánh bêtông liên hợp và dầm thép hình làm giảm mômen bền dẻo tại tiết diện chịu mômen dương ở nhịp và tăng độ võng của dầm LH-TBT

NHẬN XÉT CHƯƠNG 1

Chương 1 đã trình bày một cách hệ thống hóa lại các vấn đề tổng quan về kết cấu dầm LH-TBT cũng như tập trung phân tích làm rõ sự làm việc của dầm LH-TBT trong giai đoạn thi công và giai đoạn sử dụng, trong đó nêu bật vấn đề vai trò tham gia làm việc của bản cánh bêtông liên hợp, các nguyên nhân gây nứt và ảnh hưởng của sự nứt bản cánh đến sự làm việc của dầm LH-TBT. Từ đó đặt ra vấn đề nghiên cứu, điều chỉnh nội lực và bố trí cốt thép hạn chế nứt nhằm phát huy vai trò bản cánh trong kết cấu dầm LH-TBT.

Chương 1 cũng trình bày các vấn đề tổng quan về liên kết đảm bảo cho sự làm việc của dầm LH-TBT: Vấn đề quan niệm và bố trí liên kết dẻo-không dẻo; liên kết hoàn toàn-không hoàn toàn cũng như ảnh hưởng của liên kết không hoàn toàn đến khả năng chịu mômen và độ võng của dầm LH-TBT.

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VẾT NỨT TRONG BẢN BÊ TÔNG CÓ TƯƠNG TÁC KHÔNG HOÀN TOÀN VỚI DẦM THÉP HÌNH ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA DẦM LIÊN HỢP THÉP-BÊ TÔNG

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ TÍNH TOÁN DẦM LH-TBT CÓ BẢN CÁNH BÊTÔNG BỊ NỨT, TƯƠNG TÁC KHÔNG HOÀN TOÀN VỚI DẦM THÉP HÌNH THEO TIÊU CHUẨN EC4

2.1. PHƯƠNG PHÁP VÀ TIÊU CHUẨN TÍNH TOÁN

2.1.1. Phương pháp tính toán

2.1.2. Tiêu chuẩn tính toán

2.2. CƠ SỞ TÍNH TOÁN KIỂM TRA

2.2.1 Xác định tải trọng tác dụng

2.2.2. Phân loại tiết diện ngang

2.2.3. Xác định bề rộng tham gia làm việc của bản cánh

2.2.4. Tính toán, phân tích sự phân bố và điều chỉnh nội lực trong dầm LH-TBT theo sơ đồ dầm liên tục

a. Phương pháp phân tích đàn hồi

Có hai phương pháp phân tích đàn hồi

a, Phân tích không nứt; b, Phân tích nứt

Hình 2.3. Phương pháp phân tích đàn hồi

– Phương pháp phân tích đàn hồi không nứt : Độ cứng của dầm LH-TBT không đổi trên chiều dài nhịp EI₁(gồm độ cứng của dầm thép và độ cứng của bản bêtông) hình 2.3a

– Phương pháp phân tích đàn hồi nứt: Trong phạm vi 15% nhịp dầm hai bên gối tựa, dùng độ cứng EI₂ (bao gồm dầm thép và cốt thép thanh), đoạn còn lại dùng độ cứng EI₁ (bao gồm dầm thép và phần bản bêtông bị nứt) như hình 2.3b

b. Phương pháp phân tích dẻo cứng

Trong luận văn tác giả chỉ xét sự phương pháp phân tích đàn hồi để tính toán, kiểm tra cho dầm LH-TBT

2.3. TÍNH TOÁN SỨC BỀN DẺO CỦA TIẾT DIỆN

DẦM LH-TBT

2.3.1. Các giả thiết tính toán

2.3.2. Tính toán mômen bền dẻo

a. Trường hợp tiết diện chịu mômen dương

* Trường hợp TTH nằm trong bản bêtông

(2.10)

* Trường hợp TTH đi qua cánh của dầm thép:

(2.13)

* Trường hợp TTH đi qua bản bụng của dầm thép:

(2.16)

b. Trường hợp tiết diện chịu mômen âm

* Trường hợpmTTH nằm trong bản cánh của dầm thép:

(2.22)

* Trường hợp TTH đi qua bản bụng:

(2.25)

2.3.3. Tính toán sức bền dẻo chịu cắt

(2.26)

2.3.4. Tính toán sức bền dẻo chịu mômen-lực cắt

Mômen bền dẻo của tiết diện () suy giảm lấy bằng:

(2.30)

2.4. TÍNH TOÁN KIỂM TRA DẦM LH-TBT CÓ KỂ ĐẾN VẾT NỨT Ở BẢN CÁNH THEO TIÊU CHUẨN EC4

2.4.1. Nguyên tắc tính toán

Việc tính toán kiểm tra dầm LH-TBT có kể đến vết nứt ở bản cánh bêtông liên hợp cần lưu ý ở 2 điểm chính như sau:

1. Phân tích nội lực theo phương pháp đàn hồi nứt cho phép lấy tỷ lệ phân phối mômen tối đa là 25%.

2. Phân tích độ cứng và độ võng theo phương pháp đàn hồi nứt nghĩa là độ cứng EI₂ được tính trên 15% chiều dài nhịp 2 bên gối tựa trung gian và độ cứng EI₁ trên phần còn lại của dầm.

a. Đối với tiết diện chịu mômen âm: Khi tính toán M_plRd^– không kể đến bản bêtông khi bị nứt; Khi tính toán độ võng: độ cứng EI₂ được tính theo phương pháp phân tích đàn hồi nứt.

b. Đối với tiết diện chịu mômen dương: Khi tính toán M_plRd⁺ thì giảm đi do một phần bản bêtông bị nứt (nằm trong vùng mômen âm của bản); Khi tính toán độ võng: độ cứng EI₁ (giảm) theo phương pháp phân tích đàn hồi nứt do b_eff⁺giảm

2.4.2. Tính toán độ cứng và độ võng dầm LH-TBT có xét đến sự nứt của bản cánh bêtông

a. Xác định độ cứng của dầm LH-TBT

– Theo phương pháp phân tích đàn hồi không nứt

(2.35)

Độ cứng của dầm LH-TBT khi không nứt: EI₁

– Theo phương pháp phân tích đàn hồi nứt

Mômen quán tính của tiết diện ở nhịp (I₁)

I_b được tính toán với b_eff bị nứt

Độ cứng dầm LH-TBT của tiết diện ở nhịp: EI₁

Mômen quán tính của tiết diện ở gối (I₂)

(2.39)

Độ cứng dầm LH-TBT của tiết diện ở gối: EI₂

b. Tính toán độ võng của dầm LH-TBT theo sơ đồ liên tục

(2.41)

Hình 2.15. Phương pháp đơn giản để kiểm tra độ võng

Trong đó: và – Các mômen tại gối tựa khi tính toán theo phân tích đàn hồi không nứt.

Hệ số kể đến ảnh hưởng của sự nứt bản bêtông r₁:

(2.40)

Hệ số kể đến sự hóa dẻo cục bộ của dầm thép r₂ để giảm mômen gối. r₂ = 0,7

C=0,6 khi tải trọng phân bố đều

còn : Độ võng và mômen tính toán ở nhịp khi xem như dầm đơn giản.

2.4.3. Kiểm tra tiết diện dầm LH-TBT

a. Kiểm tra theo trạng thái giới hạn phá hỏng

– Kiểm tra theo điều kiện bền chịu mômen

– Kiểm tra theo điều kiện bền chịu lực cắt

– Kiểm tra theo điều kiện bền chịu uốn cắt

b. Kiểm tra theo trạng thái giới hạn sử dụng

2.5. TÍNH TOÁN KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU MÔMEN VÀ ĐỘ VÕNG CỦA DẦM LH-TBT CÓ LIÊN KẾT KHÔNG HOÀN TOÀN

2.5.1. Ảnh hưởng của liên kết không hoàn toàn đến

mômen bền dẻo

Theo EC4, yêu cầu liên kết trong vùng gối tựa trung gian là liên kết hoàn toàn; Liên kết không hoàn toàn với mức độ liên kết N/N_f chỉ được bố trí ở nhịp làm giảm mômen bền dẻo của tiết diện:

(2.52)

2.5.2. Ảnh hưởng của liên kết không hoàn toàn đến độ võng

Liên kết không hoàn toàn làm tăng độ võng của dầm LH-TBT:

(2.54)

Với : Là mức độ liên kết

2.6. TÍNH TOÁN CỐT THÉP HẠN CHẾ BỀ RỘNG VẾT NỨT

2.7. VÍ DỤ SỐ

Tính toán kiểm tra dầm LH-TBT chịu tải trọng phân bố đều kể đến sự nứt của bản cánh bêtông và liên kết không hoàn toàn.

Xét dầm LH-TBT 2 nhịp, tiết diện thép hình IPE450, chiều cao dầm h=660mm, chiều dài nhịp L=10m, khoảng cách dầm b=3m.

Hình 2.18. Sơ đồ mặt bằng bố trí dầm LH-TBT

A-A: Tiết diện chịu M_plRd⁺ B-B Tiết diện chịu M_plRd^–

Hình 2.19. Tiết diện tính toán kiểm tra tại nhịp và gối

Bảng 2.4a So sánh mômen bền dẻo và độ võng của dầm LH-TBT theo phương pháp phân tích đàn hồi không nứt và nứt

Mức độ liên kết	Sức bền	PP Phân tích không nứt		PP Phân tích nứt		Chênh lệch
		*kNm*	Tỷ lệ	*kNm*	Tỷ lệ	Δ%
=1		659,4	1,41	556,4	0,99	–
		411,2		514,3		–
		931,5	1,31	548,4	1,05	41,1
		540		540		0
	δmm	13,96		31,76		127,5

Bảng 2.4b So sánh mômen bền dẻo và độ võng của dầm LH-TBT có liên kết hoàn toàn và không hoàn toàn.

				Độ võng δ
	Giá trị (kNm)	Δ giảm (%)	Giá trị (kNm)	Giá trị (mm)	Δ tăng (%)
1	931,5	0	540	13,96	0
0,5	665,6	28,5	540	17,8	27,5

NHẬN XÉT CHƯƠNG 2

– Chương 2 đã trình bày được cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán, kiểm tra dầm LH-TBT có xét đến sự nứt của bản cánh bêtông. Phân tích làm rõ phương pháp tính toán đàn hồi có vết nứt khi phân tích nội lực và phương pháp tính độ cứng, độ võng của dầm LH-TBT có kể đến sự nứt của bản cánh bêtông. Vết nứt trong bản cánh bêtông làm giảm độ cứng uốn của tiết diện và làm tăng độ võng của dầm LH-TBT không thể bỏ qua trong tính toán thiết kế.

– Chương 2 cũng phân tích ảnh hưởng của đến liên kết không hoàn toàn làm giảm mômen bền dẻo và tăng độ võng dầm LH-TBT.

– Áp dụng tính toán minh họa và kiểm chứng bằng ví dụ số để so sánh kết quả khi tính toán kiểm tra dầm LH-TBT trong hai trường hợp: Coi bản cánh bêtông không bị nứt và xét bản cánh bêtông bị nứt với tỷ lệ phân phối mômen chọn theo tỷ lệ tối đa cho phép theo EC4 là 25%. Kết quả cho thấy: Khi tính toán kể đến sự nứt của bản cánh bêtông, mômen bền dẻo tiết diện chịu mômen dương (ở nhịp) giảm 41% và độ võng tăng 130%.

– Vấn đề đặt ra ở chương 3 là cần thiết lập các bảng tính EXCEL làm công cụ khảo sát để làm rõ: Ảnh hưởng của sự nứt đến khả năng chịu tải của dầm LH-TBT một cách định lượng (trong phạm vi khảo sát) ?

Lựa chọn tỷ lệ phân phối mômen hợp lý để có được tiết diện dầm LH-TBT hợp lý nhất khi vừa đủ chịu lực tại cả hai tiết diện chịu mômen âm (tại gối) và chịu mômen dương (ở nhịp)? Giải pháp bố trí cốt thép hạn chế bề rộng vết nứt cho dầm LH-TBT?

CHƯƠNG 3

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ NỨT BẢNCÁNH ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA DẦM LIÊN HỢP THÉP-BÊTÔNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP HẠN CHẾ

3.1. XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH

3.1.1. Xác định thuật toán

Bước 1: Xác định số liệu tính toán

Xác định các đặc trưng hình học của bản bêtông h_c, tấm tôn h_p, dầm thép hình (h_a, b_ft, t_ft, b_fb, t_fb, A_a, h_w, t_w, I_a, W_x)
Xác định các đặc trưng cơ học của bản bêtông (C30/37, f_ck, E_cm, γ_c), cốt thép thanh (Φ, f_sk, γ_s), thép hình (E_a, f_y, γ_a)
Tải trọng tác dụng g, p, q (kN/m²)
Độ võng cho phép (theo quy phạm)

Bước 2: Xác định nội lực tính toán:

Không phân phối mômen ,,
Có phân phối mômen theo phương pháp đàn hồi không nứt
Có phân phối mômen theo phương pháp đàn hồi nứt

Bước 3: Tính toán sức bền dẻo tại các tiết diện của dầm LH-TBT

1. Tại tiết diện chịu mômen dương : xét 2 trường hợp tiết diện có nứt và không nứt

2. Tại tiết diện chịu mômen âm

3. Tính toán sức kháng cắt của dầm

Bước 4: Tính toán độ cứng, độ võng dầm LH-TBT sơ đồ liên tục

1. Phương pháp phân tích đàn hồi không nứt

– Xác định mômen quán tính I₁; Độ cứng dầm EI₁

2. Phương pháp phân tích đàn hồi có vết nứt

– Mômen quán tính tại tiết diện bị nứt ở nhịp I₁ (giảm )

– Mômen quán tính tại tiết diện bị nứt hoàn toàn ở gối I₂

Bước 5: Kiểm tra tiết diện dầm LH-TBT

1. Kiểm tra theo trạng thái giới hạn phá hỏng

– Kiểm tra sức bền chịu mômen

– Kiểm tra sức bền chịu cắt

– Kiểm tra sức bền chịu uốn cắt

2. Kiểm tra theo trạng thái giới hạn sử dụng

Bước 6: Kiểm tra dầm LH-TBT xét liên kết không hoàn toàn giữa bản bêtông và dầm thép hình

1. Kiểm tra sự làm việc của dầm theo TTGH phá hoại

2. Kiểm tra sự làm việc của dầm theo TTGH về sử dụng

3.1.2. Lập bảng tính

3.2. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG SỰ NỨT ĐẾN MÔMEN

BỀN DẺO VÀ ĐỘ VÕNG CỦA DẦM LH-TBT

3.2.1. Đặt vấn đề

3.2.2. Phương pháp và kết quả khảo sát

Khảo sát dầm LH-TBT theo sơ đồ liên tục 2 nhịp là dầm phụ kê lên dầm chính của sàn công trình có số hiệu thép hình IPE450, với các bề dày bản khác nhau: h_b=160; 210; 240mm

Các số liệu đầu vào lấy như ví dụ số.

Xét sự thay đổi vị trí của vết nứt trong bản làm thay đổi trong phạm vi vùng nứt cho phép từ mép dầm thép đến hai bên dầm thép. Với B: khoảng cách giữa 2 dầm LH-TBT liên tiếp. Sự thay đổi này tương ứng với . Ta khảo sát với

Bảng 3.1. Giá trị mômen bền dẻo ở nhịp

b_eff (mm)	h_b=160 mm		h_b=210 mm		h_b=240 mm
b_eff (mm)	(kNm)	Δ giảm (%)	(kNm)	Δ giảm (%)	(kNm)	Δ giảm (%)	Tỷ lệ PP 25%
190	496.37	39.07	548	41.14	579.74	42.05	556.4
500	602.95	26.98	688.39	26.06	748.39	25.19
1000	707.24	13.18	851.43	8.55	921.08	7.92
1500	788.19	3.24	904.00	2.90	973.94	2.64
2000	814.62	0	931.00	0	1000.36	0

ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ NỨT ĐẾN MÔMEN BỀN DẺO DƯƠNG CỦA DẦM LH-TBT

Hình 3.1. Đồ thịtheo bề rộng tham gia làm việc của bản cánh

Bảng 3.2. Độ võng của dầm LH-TBT

b_eff(mm)	h_b=160 mm		h_b=210 mm		h_b=240 mm
b_eff(mm)	δ(mm)	Δ tăng(%)	δ(mm)	Δ tăng(%)	δ(mm)	Δ tăng(%)
190	37.73	116.96	31.76	127.51	28.6	130.46
500	28.79	65.55	23.04	65.04	20.36	64.06
1000	23.11	32.89	18.4	31.81	16.28	31.18
1500	20.51	17.94	16.44	17.77	14.59	17.57
2000	17.39	0	13.96	0	12.41	0

ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ NỨT ĐẾN ĐỘ VÕNG δ CỦA DẦM LH-TBT

Độ võng giới hạn

Hình 3.2. Đồ thị độ võng δ theo bề rộng tham gia

làm việc của bản cánh

3.2.3. Nhận xét và đánh giá kết quả

– Vết nứt trong bản cánh bêtông làm giảm khả năng chịu tải và tăng độ võng của dầm LH-TBT. Khi vết nứt càng gần cánh dầm thép thì sự ảnh hưởng càng lớn.

– Với các vết nứt xuất hiện gần mép dầm thép, dầm LH-TBT có bản càng dày thì sự ảnh hưởng càng.

3.3. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG SỰ LIÊN KẾT KHÔNG HOÀN TOÀN ĐẾN MÔMEN BỀN DẺO VÀ ĐỘ VÕNG CỦA DẦM LH-TBT

3.3.1. Đặt vấn đề

3.3.2. Phương pháp và kết quả khảo sát

Xét tỷ lệ liên kết không hoàn toàn ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của dầm LH-TBT số hiệu IPE450 với các bề dày bản khác nhau h_b=160;210;240

Các thông số khảo sát giống mục 3.2

Bảng 3.3. Giá trị mômen bền bẻo theo mức độ liên kết

không hoàn toàn

b_eff(mm)	(kNm)			(kNm)			M + với p= 25% (kNm)
b_eff(mm)	h_b =160	h_b =210	h_b =240	h_b =160	h_b =210	h_b =240	M + với p= 25% (kNm)
190	477.09	518.25	543.79	448.17	473.90	489.85
500	562.36	630.71	678.71	501.46	544.18	574.18
1000	645.79	761.14	816.86	553.61	625.70	660.53	556.37
1500	710.55	803.42	859.14	594.08	652.13	686.95
2000	731.69	824.56	880.28	607.29	665.34	700.17

ẢNH HƯỞNG CỦA LIÊN KẾT KHÔNG HOÀN TOÀN ĐẾN MÔMEN BỀN DẺO CỦA DẦM LH-TBT

Vùng không đảm bảo khả năng chịu tải

Hình 3.3. Đồ thị theo mức độ liên kết không hoàn toàn

Bảng 3.4. Độ võng δ của dầm LH-TBT theo mức độ liên kết không hoàn toàn

b_eff(mm)	Độ võng của dầm LH-TBT (mm) khi			Độ võng của dầm LH-TBT (mm) khi
b_eff(mm)	h_b=160	h_b=210	h_b=240	h_b=160	h_b=210	h_b=240
190	46.64	36.32	31.85	60.01	43.17	36.72
500	31.91	24.66	21.53	36.58	27.09	23.29
1000	24.71	19.28	16.93	27.10	20.59	17.91
1500	21.65	17.10	15.09	23.37	18.08	15.83
2000	17.93	14.39	12.8	18.73	15.03	13.37

ẢNH HƯỞNG CỦA LIÊN KẾT KHÔNG HOÀN TOÀN ĐẾN ĐỘ VÕNG CỦA DẦM LH-TBT

Độ võng giới hạn

Hình 3.4. Đồ thị độ võng δ theo mức độ liên kết không hoàn toàn

3.3.3. Nhận xét và đánh giá kết quả

Liên kết tương tác không hoàn toàn làm giảm sức bền chịu mômen dương và làm tăng độ võng của dầm LH-TBT. Vì vậy, ta cần phải xác định được tỷ lệ liên kết không hoàn toàn ứng với một vị trí nứt bản để đảm bảo dầm vẫn nằm trong giới hạn làm việc.

3.4. KHẢO SÁT TỶ LỆ PHÂN PHỐI MÔMEN VÀ TIẾT DIỆN

HỢP LÝ TRONG ĐIỀU KIỆN BẢN BÊTÔNG BỊ NỨT

LIÊN KẾT KHÔNG HOÀN TOÀN VỚI DẦM THÉP HÌNH

3.4.1. Đặt vấn đề

3.4.2. Phương pháp và kết quả khảo sát

Bảng 3.5. Giá trị mômen sử dụng theo tỷ lệ phân phối đàn hồi nứt

Tỷ lệ phân phối Mômen	(kNm)	(kNm)	(kNm)	b_eff=190 (kNm)
0%	385.18	684.76	539.90	547.82
5%	419.41	650.52
10%	453.65	616.28
15%	487.89	582.04
20%	522.13	547.81
22%	534.97	534.97
25%	556.37	513.57

Tỷ lệ phân phối p = 22%

Dầm IPE450- h_b=210, nứt hoàn toàn be_ff=190 (N/N_f=1)

Hình 3.5. Đồ thị mômen sử dụng theo tỷ lệ phân phối

phân tích đàn hồi nứt

3.4.3. Nhận xét và đánh giá kết quả

Với tỷ lệ phân phối mômen lớn nhất theo EC4, ta tìm được tỷ lệ phân phối hợp lý p=22%; với tỷ lệ phân phối này ta xác định dầm LH-TBT có số hiệu IPE450-h_b=210 với vị trí vết nứt tại mép dầm (b_eff =b_f = 190) yêu cầu tỷ lệ liên kết là tiết diện hợp lý.

3.5. KHẢO SÁT PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ THÉP HẠN CHẾ NỨT

3.5.1. Đặt vấn đề

3.5.2. Phương pháp và kết quả khảo sát

Với dầm LH-TBT như ở ví dụ khảo sát 3.4 IPE450- h_b= 210, ta khảo sát lựa chọn bố trí cốt thép mềm ứng với các đường kính Φ 6,8,10,12 và bề rộng vết nứt hạn chế w_k=0,3mm; w_k=0,5mm. Lựa chọn được A_s>A_smin; Ta xá định được sức bền chịu mômen âm với lượng cốt thép trên

Bảng 3.6. Mômen bền dẻo âm với các điều kiện

hạn chế bề rộng vết nứt

Bề rộng vết nứt	w_k=0,3mm		w_k=0,5mm
Đường kính Φ	A_s(mm²)		A_s(mm²)
(mm)	A_s(mm²)	(kNm)	A_s(mm²)	(kNm)
6	904.80	545.32	820.00	533.18
8	1005.36	558.44	854.50	537.42
10	1178.10	582.85	863.90	539.88
12	1357.20	604.86	904.80	545.32

M_sd(-)

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG KÍNH CỐT THÉP ĐẾN

Hình 3.6. Đồ thị mômen bền dẻo âm theo

đường kính cốt thép dọc

3.5.3. Nhận xét và đánh giá kết quả

– Trong cùng 1 điều kiện hạn chế về bề rộng vết nứt, cốt thép có đường kính càng nhỏ thì ứng suất chịu kéo để hạn chế nứt của thép càng lớn 🡪 A_smin yêu cầu bé.

– Trong điều kiện hạn chế về bề rộng vết nứt, vết nứt có bề rộng cho phép càng lớn, ứng suất làm việc của cốt thép cho phép lựa chọn càng cao 🡪 A_smin yêu cầu tối thiểu không lớn.

🡪 Khi bố trí cốt thép hạn chế nứt nên dùng các cốt thép có đường kính bé để phát huy tốt khả năng chịu kéo của cốt thép đồng thời tham gia vào để có sự chênh lệch giữa và là thấp nhất.

NHẬN XÉT CHƯƠNG 3

Chương 3 đã hệ thống hóa trình tự tính toán kiểm tra dầm LH-TBT có bản bêtông bị nứt tương tác không hoàn toàn với dầm thép hình theo tiêu chuẩn EC4, lập được bản tính Excel làm công cụ khảo sát ảnh hưởng của vết nứt đến khả năng chịu tải của dầm cũng như lựa chọn được tỷ lệ phân phối mômen hợp lý để có được tiết diện hợp lý đủ khả năng chịu tải đồng thời sự chênh lệch về mômen sử dụng và sức bền dẻo chịu mômen của các tiết diện dầm là bé nhất.

Chương 3 đã khảo sát và giải quyết được các vấn đề:

– Ảnh hưởng của vết nứt đến khả năng chịu tải của dầm LH-TBT (giảm M_plRd⁺ ở nhịp và tăng độ võng của dầm) Trong phạm vi khảo sát, sự nứt của bản làm tăng độ võng của dầm lên đến 130% đối với dầm IPE450(h_b=240).

– Trong phạm vi khảo sát tỷ lệ phân phối mômen hợp lý là 22% (EC4 cho phép không quá 25% khi tính toán có nứt và 40% khi tính toán không nứt). Từ đó lựa chọn kiểm tra được tiết diện hợp lý IPE450 h_b=210 khi nứt ở vị trí mép dầm thép ở nhịp thì yêu cầu tỷ lệ liên kết N/N_f=1 🡪 tiết diện hợp lý là dầm IPE450 h_b=210.

– Lựa chọn được giải pháp bố trí cốt thép hạn chế nứt trong bản cánh (cốt thép có đường kính bé pháp huy được khả năng làm việc chịu kéo tốt hơn cốt thép có đường kính lớn).

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận

Trong phạm vi khảo sát của luận văn, có thể kết luận như sau:

1. Ảnh hưởng của sự nứt của bản cánh bêtông đến khả năng chịu tải của dầm LH-TBT là đáng kể. Việc tính toán dầm LH-TBT có kể đến sự nứt của bản cánh có thể sử dụng “phương pháp phân tích đàn hồi nứt” như sau:

– Đối với tiết diện chịu mômen âm, khi tính toán mômen bền dẻo (M^–_plRd) bỏ qua sự tham gia của bản cánh bêtông (coi như đã nứt hết ở trạng thái giới hạn). Khi tính toán độ võng, lấy độ cứng (EI₂) (chỉ do dầm thép hình và cốt thép thanh), không kể đến bản cánh bêtông đã nứt.

– Đối với tiết diện chịu mômen dương, khi tính mômen bền dẻo (M_plRd⁺) và độ võng, tuy bản cánh nằm trong vùng nén nhưng vẫn kể đến sự giảm bề rộng tham gia làm việc (b_eff) (do tính đến sự nứt trong vùng mômen âm của bản) để tính độ cứng EI₁ (do dầm thép hình và bản bêtông).

Trong phạm vi khảo sát, sự nứt của bản cánh làm giảm (M_plRd⁺) 42% và làm tăng độ võng của dầm lên đến 130% (đối với dầm IPE450, h_b=240mm).

2. Để hạn chế ảnh hưởng sự nứt bản cánh, cần xem xét các giải pháp:

– Điều chỉnh nội lực để có được sự phân phối mômen hợp lý nhằm chọn được tiết diện dầm LH-TBT vừa đủ chịu lực tại cả hai tiết diện chịu mômen âm (ở gối) và mômen dương (ở nhịp), sao cho giảm (M^–_sd) để hạn chế nứt tại tiết diện gối và tăng (M⁺_sd) để phát huy sự tham gia của bản cánh bêtông tại tiết diện nhịp. Trong phạm vi khảo sát chọn được tỷ lệ phân phối moomen hợp lý là p=22% (EC4 cho phép tối đa khi tính nứt là 25%).

– Bố trí cốt dọc hợp lý trong bản cánh bêtông với đường kính (Φ) và diện tích (A_s) chọn đủ lớn hơn diện tích tối thiểu yêu cầu (A_smin) (ứng với mỗi bề rộng vết nứt (w_k) cho phép, EC4 xét w_k=0,3mm và w_k=0,5mm). Nên chọn đường kính nhỏ để ứng suất cốt thép có thể đạt tối đa (σ_s=f_sk).

2. Kiến nghị

Sử dụng tiêu chuẩn EC4 để tính toán và kiểm tra kết cấu dầm LH-TBT trong điều kiện Việt Nam chưa có tiêu chuẩn tính toán.

3. Hướng phát triển của đề tài

Nghiên cứu thực nghiệm để kiểm chứng kết quả luận văn cho bài toán dầm LH-TBT có bản cánh bêtông bị nứt.

LIỆN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LUAN VAN KY THUAT\LUAN VAN 2014\LUAN VAN KY THUAT\VO DUY HAI\LUAN VAN IN LAI