Chương 2 Vật liệu sử dụng kết cấu liên hợp

11 KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG Chương 2 VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO KẾT CẤU LIÊN HỢP  BÊ TÔNG  CỐT THÉP  PHÂN TÍCH KẾT CẤU  TRẠNG THÁI GIỚI HẠN TỚI HẠN  TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG  NÚT LIÊN HỢP  SÀN LIÊN HỢP 2 NỘI DUNG Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 2EC2 & EC4 Bê tông thông thường:  Bê tông nặng: 1800 <  ≤ 2500 kg/m3  Bê tông nhẹ: 1600 <  ≤ 1800 kg/m3  Cường độ đặc trưng: C20/25 ÷ C50/60 3 BÊ TÔNG 4 BÊ TÔNG Lớp độ bền C20/25 C25/30 C30/37 C35/45 C40/50 C45/55 C50/60 fck (N/mm 2) 20 25 30 35 40 45 50 fctm (N/mm 2) 2,2 2,6 2,9 3,2 3,5 3,8 4,1 fcm (N/mm 2) 28 33 38 43 48 53 58 fctk,0,05 (N/mm 2) 1,5 1,8 2,0 2,2 2,5 2,7 2,9 Ecm (kN/mm 2) 29 30,5 32 33,5 35 36 37 Các đặc trưng cơ học của BT theo EC4 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 3 Cường độ chịu nén đặc trưng của BT với 3 < t < 28 ngày với t ≥ 28 ngày s = 0,2 ÷ 0,38 tùy thuộc loại ximăng 5 BÊ TÔNG      MPatftf cmck 8   ckck ftf      cmcccm fttf                   t stcc 28 1exp  Cường độ chịu kéo khi uốn của BT với h - chiều cao cấu kiện, mm  Cường độ chịu kéo theo thời gian của BT  = 1 với t < 28 ngày  = 2/3 với t ≥ 28 ngày 6 BÊ TÔNG   ctmctmflctm ffhf ;1000/6,1max,       ctmccctm fttf  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 4 Cường độ tính toán chịu nén của BT  Cường độ tính toán chịu kéo của BT fctk,0,05 - giá trị dưới của sức bền đặc trưng khi kéo cc, ct - hệ số kể những tác động lâu dài và các tác động bất lợi của tải trọng tác dụng, = 1 7 BÊ TÔNG cckcccd ff  / cctkctctd ff  /05,0, Tổ hợp tải trọng Bê tông, c Thép thanh và thép ứng suất trước, S Cơ bản 1,5 1,15 Đặc biệt (trừ động đất) 1,3 1,0 Hệ số   Mô đun đàn hồi riêng của BT  Mô đun đàn hồi của tiết diện liên hợp thép - BT  Hệ số tương đương thép - BT  Kể đến hiện tượng mỏi của tải trọng dài hạn, Ecm  Ecm/3  Đơn giản hóa trong phân tích: 8 BÊ TÔNG      cmcmcmcm EftftE 3,0 / cm a E E n  nn 3'  nn 2''  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 5TCXDVN 356:2005  BT nặng: 2200 <  ≤ 2500 kg/m3  BT hạt nhỏ:  > 1800 kg/m3  BT nhẹ, cấu trúc đặc và rỗng 9 BÊ TÔNG  Chỉ tiêu chất lượng của BT  Cấp độ bền chịu nén B  Cấp độ bền chịu kéo dọc trục Bt  Mác theo khả năng chống thấm W  Mác theo khối lượng thể tích trung bình D  Mác theo khả năng tự gây ứng suất Sp 10 BÊ TÔNG Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 6 Đặc trưng tiêu chuẩn và tính toán của BT  Cường độ tiêu chuẩn • Nén dọc trục: Rbn • Kéo dọc trục: Rbtn  Cường độ tính toán • Trạng thái giới hạn I: Rb, Rbt • Trạng thái giới hạn II: Rb,ser, Rbt,ser Cường độ tính toán = Cường độ tiêu chuẩn / hệ số độ tin cậy 11 BÊ TÔNG 12 BÊ TÔNG Hệ số độ tin cậy khi nén bc và khi kéo bt Loại BT Trạng thái giới hạn Thứ nhất Thứ hai bc bt tương ứng với cấp độ bền của BT bc , bt Chịu nén Chịu kéo BT nặng, BT hạt nhỏ, BT tự ứng suất, BT nhẹ và BT rỗng 1,3 1,5 1,3 1,0 BT tổ ong 1,5 2,3 - 1,0 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 713 BÊ TÔNG Cường độ tiêu chuẩn của BT Rbn, Rbtn và cường độ tính toán của BT khi tính theo TTGH II Rb,ser, Rbt,ser, MPa 14 BÊ TÔNG Cường độ tiêu chuẩn của BT Rbn, Rbtn và cường độ tính toán của BT khi tính theo TTGH II Rb,ser, Rbt,ser, MPa Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 815 BÊ TÔNG Cường độ tính toán của BT Rb, Rbt khi tính theo TTGH I, MPa 16 BÊ TÔNG Cường độ tính toán của BT Rb, Rbt khi tính theo TTGH I, MPa Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 917 BÊ TÔNG Cường độ chịu kéo tính toán của BT Rbt ứng với cấp độ bền chịu kéo của BT, MPa Trạng thái Loại BT Cấp độ bền chịu kéo và mác tương ứng của BT Kéo dọc trục BT nặng, BT tự ứng suất , BT hạt nhỏ, BT nhẹ Bt0,8 Bt1,2 Bt1,6 Bt2,0 Bt2,4 Bt2,8 Bt3,2 K10 K15 K20 K25 K30 K35 K40 0,62 0,93 1,25 1,55 1,85 2,15 2,45 18 BÊ TÔNG Hệ số điều kiện làm việc của BT bi Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 10 19 BÊ TÔNG  Tương quan giữa cấp độ bền và cường độ tức thời của BT  Chịu nén  Chịu kéo Bm, Bmt - giá trị trung bình thống kê của cường độ chịu nén và kéo tức thời ni - số lượng mẫu thử tiêu chuẩn có cường độ khi nén (kéo) là Bi  - hệ số biến động của cường độ mẫu thử tiêu chuẩn chịu nén:  = 0,135; chịu kéo:  = 0,165  64,11 mBB  64,11 mtt BB   n nn mtm nnn BnBnBn BB    ... ... 21 2211 20 BÊ TÔNG Tương quan cấp độ bền chịu nén và mác BT theo cường độ chịu nén Cấp độ bền chịu nén Cường độ trung bình của mẫu thử tiêu chuẩn, MPa Mác theo cường độ chịu nén Cấp độ bền chịu nén Cường độ trung bình của mẫu thử tiêu chuẩn, MPa Mác theo cường độ chịu nén B10 12,84 M150 B40 51,37 M500 B12,5 16,05 M150 B45 57,80 M600 B15 19,27 M200 B50 64,22 M700 B20 25,69 M250 B55 70,64 M700 B22,5 28,90 M300 B60 77,06 M800 B25 32,11 M350 B65 83,48 M900 B27,5 35,32 M350 B70 89,90 M900 B30 38,53 M400 B75 96,33 M1000 B35 44,95 M450 B80 102,75 M1000 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 11 21 BÊ TÔNG  Tương quan giữa cường độ chịu nén tiêu chuẩn Rbn và cấp độ bền chịu nén của BT  Đối với BT nặng, BT hạt nhỏ, BT nhẹ và BT rỗng , không nhỏ hơn 0,72  BT tổ ong  Hệ số nở ngang ban đầu  = 0,2  Mô đun trượt = 0,4.Eb  B B Rbn 001,077,0   B B Rbn 005,095,0  22 BÊ TÔNG Mô đun đàn hồi ban đầu của BT khi kéo và nén Ebx10 3, MPa (Bảng 2.8) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 12 So sánh EC2, EC4 và TCXDVN 356:2005  Đặc trưng cường độ  Hệ số chuyển đổi cường độ chịu nén trung bình fcm mẫu hình trụ qua mẫu lập phương = 1,25 23 BÊ TÔNG Giá trị cường độ chịu nén trung bình fcm BT ở tuổi 28 ngày (EC) Lớp độ bền C20/25 C25/30 C30/37 C35/40 C40/50 C45/55 C50/60 fcm, N/mm2 Mẫu hình trụ 28 33 38 43 48 53 58 Mẫu lập phương 35 39,6 46,7 55 60 64,7 69,6 So sánh tương đương EC4  dùng BT C20/25 tương ứng B25 (M350) trở lên 24 BÊ TÔNG EC TCXDVN C20/25 B25 (M350) C25/30 B30 (M400) C30/37 B35 (M450) C35/45 B45 (M600) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 13  Các chỉ tiêu cơ lý khác  Mô đun đàn hồi: tương đương nhau  Hệ số dãn nở nhiệt, hệ số Poisson: như nhau  Khi thiết kế kết cấu liên hợp thép - BT theo EC4:  Dùng mác BT theo TCXDVN 356:2005 tương đương cấp độ bền của BT theo EC4  Sử dụng lý thuyết thiết kế theo EC4 25 BÊ TÔNG 26 CỐT THÉP Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 14 THÉP THANH  EC4 • S220: + giới hạn đàn hồi fsk = 220 N/mm 2 + thép tròn trơn cán nóng • S400, S500: thép thanh tròn có gai, tính dẻo dai lớn fs (u) - sức bền kéo đứt của thép sk (u) - biến dạng tương đối khi đứt • Mô đun đàn hồi = 190÷200 kN/mm2  Es = Ea = 210 kN/mm 2 27 CỐT THÉP %5)( usk 08,1 )(  sk u s f f  TCXDVN • Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn Rsn và cường độ chịu kéo tính toán theo TTGH II của thép thanh 28 CỐT THÉP Nhóm cốt thép thanh Rsn và Rs,ser , MPa Ghi chú C I, A-I 235 Thép trơn C II, A-II 295 Thép gai C III, A-III 390 C IV, A-IV 590 A-V 788 A-VI 980 AT-VII 1175 Thép gai gia công nhiệt và cơ nhiệt luyện Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 15 THÉP KẾT CẤU (lõi chịu lực KC liên hợp) EC4 • S235, S275, S355 (giới hạn chảy, N/mm2) TCVN 5709-1993 29 CỐT THÉP Mác thép Độ bền kéo N/mm2 Giới hạn chảy, N/mm2 cho độ dày, mm Độ dãn dài, % cho độ dày, mm ≤ 20 (20÷40] (40÷100] ≤ 20 (20÷40] (40÷100] XCT34 340-440 220 210 200 32 31 29 XCT38 380-500 240 230 220 26 25 23 XCT42 420-520 260 250 240 23 23 22 XCT52 520-620 360 350 350 22 22 21 Các chỉ tiêu cơ học của thép cacbon cán nóng TÔN ĐỊNH HÌNH BẰNG THÉP (sàn liên hợp) EN10147 • Bề dày tấm tôn = 0,7÷1,5 mm • 2 mặt mạ kẽm (0,02 mm) • Giới hạn đàn hồi fyp = 220÷350 N/mm 2 • Mô đun đàn hồi Ea = 210 kN/mm 2 30 CỐT THÉP Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 16 31 PHÂN TÍCH KẾT CẤU  Trình tự thiết kế – Đặc tính vật liệu – Các yếu tố an toàn – Phương pháp phân tích – Trạng thái giới hạn – Phần tử kết cấu 32  Trạng thái giới hạn tới hạn – TTGH I Ultimate Limit State (ULS) – Đàn hồi hoặc dẻo  Trạng thái giới hạn sử dụng – TTGH II Serviceability Limit State (SLS) – Phân tích đàn hồi PHÂN TÍCH KẾT CẤU Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 17 33  Xét đến khả năng chống sập của kết cấu  Dựa trên cường độ của các phần tử riêng rẽ  Kiểm tra ổn định tổng thể của kết cấu  Hệ số vượt tải TRẠNG THÁI GIỚI HẠN TỚI HẠN ULS 34 Dầm  Khả năng chịu uốn – Khả năng ứng dụng cho phân tích dẻo, phi tuyến và tuyến tính – Tương tác hoàn toàn hoặc không hoàn toàn  Khả năng chịu cắt đứng – Ảnh hưởng mất ổn định khi chịu cắt  Khả năng chịu kết hợp uốn và cắt TRẠNG THÁI GIỚI HẠN TỚI HẠN ULS Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 18 35 Dầm bọc không hoàn toàn  BT lấp đầy giữa các cánh bọc bụng dầm  Áp dụng riêng biệt cho uốn và cắt TRẠNG THÁI GiỚI HẠN TỚI HẠN ULS 36 Mất ổn định do xoắn  Cánh trên chịu M+ cố định bởi sàn BT  Khi cánh chịu nén không được cố định – Phải kiểm tra mất ổn định do xoắn – Không cần kiểm tra trong điều kiện bình thường TRẠNG THÁI GiỚI HẠN TỚI HẠN ULS Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 19 37 Liên kết chịu cắt dọc  Liên quan đến: – Độ bền của sàn và cốt thép dọc trong sàn – Loại liên kết TRẠNG THÁI GiỚI HẠN TỚI HẠN ULS 38 Cột  Nhiều loại cột liên hợp – BT bọc lõi thép – BT nhồi ống thép  Đơn giản hóa: – Mặt cắt ngang có 2 trục đối xứng suốt chiều cao cột TRẠNG THÁI GiỚI HẠN TỚI HẠN ULS Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 20 39 TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG SLS  Độ võng  Nứt trong BT  Không bao gồm kiểm soát dao động và ứng suất giới hạn 40 Độ võng – Tải trọng tiêu chuẩn – Điều kiện gối đỡ được lý tưởng hóa Tính toán độ võng  Chỉ có thành phần thép – Giai đoạn xây dựng với điều kiện không có thanh chống – Đặc tính chỉ có mặt cắt thép  Mặt cắt ngang liên hợp – Phân tích đàn hồi – Cho phép tương tác không hoàn toàn và nứt trong BT (nếu cần) TRẠNG THÁI GiỚI HẠN SỬ DỤNG SLS Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 21 41 Nứt trong BT  BT bị nứt do: + Tải trọng trực tiếp + Co ngót  Vết nứt lớn  Ảnh hưởng đến độ bền  Giảm chức năng của công trình  Bề rộng vết nứt giới hạn: – Liên quan đến điều kiện tiếp xúc TRẠNG THÁI GiỚI HẠN SỬ DỤNG SLS 42 NÚT LIÊN HỢP  Liên kết dầm-cột chịu mômen  Tính toán: - Khả năng chịu mômen - Độ cứng chống xoay - Khả năng xoay  Phụ thuộc lẫn nhau giữa phân tích tổng thể và thiết kế liên kết – Có thể bỏ qua nơi ảnh hưởng nhỏ  Phân loại độ cứng: cứng, khớp, nửa cứng  Hướng dẫn thiết kế và chi tiết nút, bao gồm cốt thép sàn Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 22 43 SÀN LIÊN HỢP  TTGH I (ULS) và TTGH II (SLS)  Giai đoạn xây dựng – Tấm tôn thép dùng như cốp pha vĩnh cửu – Chịu tải trọng BT tươi (không có thanh chống)  Quy trình tính toán – Độ uốn – Lực cắt dọc – Lực cắt đứng – Độ cứng – Tỷ lệ nhịp/chiều sâu – Giới hạn Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.