LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan Luận văn này “Gia cƣờng dầm khung Bê tông cốt thép bằng thanh căng ứng suất trƣớc” là công trình nghiên cứu của tôi, dƣới sự hƣớng dẫn của Thầy TS. Nguyễn Đình Hiển. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 3 năm 2018 Học viên Nguyễn Chí Hùng ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn đến toàn thể quý Thầy cô TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH.
Đặc biệt quý Thầy cô trong Ban Chủ Nhiệm Khoa Xây Dựng đã tận tình giúp đỡ , truyền đạt những kiến thức chuyên môn, những kinh nghiệm hết sức quý báu cho em. Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp em đã nhận đƣợc sự hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình của giảng viên hƣớng dẫn. Với tất cả tấm lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn Thầy T.S NGUYỄN ĐÌNH HIỂN, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, giúp em đƣa ra hƣớng nghiên cứu cụ thể, hỗ trợ nhiều tài liệu, kiến thức quý báu trong quá trình học tập và nghiên cứu để em có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn tất cả quý Thầy cô, gửi lời cảm ơn đến tất cả ngƣời thân trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp luôn bên cạnh và động viên em hoàn thành luận văn này.
Xin trân trọng cảm ơn!. Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 3 năm 2018 Học viên Nguyễn Chí Hùng iii TÓM TẮT Trong tình hình hiện nay, có thể thấy việc chuyển đổi công năng của một phần hoặc toàn bộ chung cƣ, cao ốc văn phòng sang các dạng khác nhƣ siêu thị, trung tâm ngoại ngữ, trƣờng học đang xảy ra. Khi thay đổi công năng có thể làm thay đổi tải trọng công trình, điều đó đã làm ảnh hƣởng đến kết cấu của công trình. Vì vậy, vấn đề cần thiết là tăng cƣờng khả năng chịu tải của cấu kiện công trình hiện hữu sao cho đáp ứng tải trọng mới một cách bền vững, lâu dài và tiết kiệm.
Phƣơng pháp gia cƣờng bằng dây căng, thanh căng ứng suất trƣớc cho cấu kiện dầm và dàn đã đƣợc tính toán áp dụng ở nhiều nơi. Hầu hết, các cấu kiện đƣợc gia cƣờng trong các công trình trƣớc có mô hình làm việc là dầm đơn giản. Luận văn này trình bày một phƣơng án tính toán gia cƣờng dầm bê tông cốt thép bằng phƣơng pháp thanh căng ứng suất trƣớc, khi dầm làm việc trong hệ khung siêu tĩnh. Trƣờng hợp này sẽ có vấn đề phức tạp là phải xét đến ảnh hƣởng của phƣơng pháp căng ứng suất trƣớc đến các cấu kiện xung quanh do sự phân phối nội lực trong các cấu kiện của kết cấu khung siêu tĩnh.
iv A CALCULATING METHOD FOR REINFORCING CONCRETE BEAMS IN FRAME SYSTEM BY PRE-STRESS STEEL BAR. ABSTRACT Today, many buildings are constructed as aprtment buildings. In future, there will be a shift in the function of a part or all of an apartment building, office building into other forms such as a supermarket, a foreign language center, a school will happen. When a change of function can change the work load, it affects the entire structure of the buiding.
Therefore, it is necessary to increase the load capacity of the existing structural elements to meet the new load in a sustainable and economical manner. Tension reinforcement method, pre-tensioned bars for beam and truss structure has been calculated to apply in several situations. It's easy to see that this approach is applied in a number of structures - such as bridges - with simple beams. This paper presents a method for calculating reinforcement of reinforced concrete beams by pre-stressed bar method, when the beam is working in statically indeterminate structures.
In this case, it is very complex to consider the effect of post-tensioning on surrounding structures due to the distribution of internal forces and moments on the structural components. v MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC .i LỜI CAM ĐOAN. ii LỜI CẢM ƠN .vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .ix DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU KHOA HỌC. x DANH MỤC HÌNH ẢNH.
xii DANH MỤC BẢNG BIỂU. xv CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN. Giới thiệu chung:. Tính cấp thiết của đề tài:.
Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và ngoài nƣớc:. Mục đích đề tài:. Nhiệm vụ đề tài và giới hạn của đề tài:. Nhiệm vụ của đề tài:.
Giới hạn của đề tài:. 11 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU. Nghiên cứu lý thuyết tính toán:. Các trƣờng hợp gia cƣờng:.
Trƣờng hợp tăng tải:. Trƣờng hợp giảm cƣờng độ vật liệu:. Trạng thái ứng suất trên tiết diện dầm gia cƣờng. Trạng thái chịu lực dầm gia cƣờng.
Phân tích lực căng và mô hình tác dụng lực căng trong Etabs khi thanh căng ngang. Phân tích lực căng và mô hình tác dụng lực căng trong Etabs khi thanh căng võng. 17 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN GIA CƢỜNG DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP. Cơ sở lý thuyết tính toán gia cƣờng.
Các bƣớc tính toán:. Nội dung tính toán:. Xác định khả năng chịu tải M (do tải trọng gia tăng q gây ra). Chọn sơ đồ dây căng và sơ bộ chọn tiết diện dây căng.
Xác định độ cứng của dầm đƣợc gia cƣờng. Xác định lực căng dƣới tác dụng của tải trọng q tăng tải. Xác định ứng suất trƣớc trong dây căng. Kiểm tra khả năng chịu lực của dầm sau gia cƣờng.
24 CHƢƠNG 4: PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN GIA CƢỜNG DẦM KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG THANH CĂNG ỨNG SUẤT TRƢỚC. Cơ sở tính toán. Phƣơng pháp đặt lực căng trên sơ đồ khung trong mô hình Etabs. Xác định lực căng trong thanh căng đặt vào dầm khung.
Xây dựng mô hình Etabs chịu tải của khung với toàn bộ tải trọng, kể cả tải gia tăng và lực căng cáp. Kiểm tra khả năng chịu lực của dầm sau gia cƣờng. 35 CHƢƠNG 5: CÁC BÀI TOÁN ỨNG DỤNG. Xây dựng mô hình tính toán nội lực trong dầm đơn giản có xét đến tải trọng.
Tính toán gia cƣờng dầm khung BTCT bằng thanh căng ứng lực trƣớc:. Gia cƣờng dầm khung bằng thanh căng ngang. Gia cƣờng dầm khung bằng thanh căng võng. Phƣơng pháp tính toán ví dụ 3 đƣợc tổng hợp bằng các bảng số liệu sau.
Phƣơng pháp cƣờng dầm khung bằng dây căng võng đƣợc tổng hợp bằng các bảng số liệu sau:. Gia cƣờng dầm khung nhiều tầng nhiều nhịp. Trƣờng hợp tăng tải trọng lên 1 ô sàn BD12 và gia cƣờng dầm khung trục C(1-2) tầng 1. Trƣờng hợp tăng tải trọng lên 2 ô sàn BD12; BD23 và gia cƣờng dầm trục C(1-2)(2-3); trục 2(B-C)(C-D) tầng 1.
65 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 71 viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT BTCT : Bê tông cốt thép DƢL : Dự ứng lực FRP : Fiber Reinforced Polymer CFRP : Cacbon Fiber Reinforced Polymer RC : Reinforced concrete GT : Gia tải HT : Hoạt tải TCVN : Tiêu Chuẩn Việt Nam TP.HCM : Thành phố Hồ Chí Minh TT : Tĩnh tải USA : United States American ix DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU KHOA HỌC Các kí hiệu trong Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574 – 2012 b chiều rộng tiết diện chữ nhật; h chiều cao tiết diện; a, a’ khoảng cách từ hợp lực trong cốt thép tƣơng ứng với S và S’ đến biên gần nhất của tiết diện; ho, h’o chiều cao làm việc của tiết diện tƣơng ứng bằng h - a, h – a’; x chiều cao vùng bê tông chịu nén; ξ chiều cao tƣơng đối của vùng bê tông chịu nén, bằng x/ho ; eo độ lệch tâm của lực dọc N và lực nén của lực căng đối với trọng tâm tiết diện quy đổi; e khoảng cách tƣơng ứng từ điểm đặt lực dọc N và lực nén của lực căng đến trọng tâm tiết diện cốt thép S; l nhịp cấu kiện; lo chiều dài tính toán của cấu kiện; d đƣờng kính danh nghĩa của cốt thép; As, A’s diện tích cốt thép không căng S và cốt thép căng S’; µ hàm lƣợng cốt thép xác định nhƣ tỉ số giữa diện tích tiết diện cốt thép; A diện tích toàn bộ tiết diện ngang của bê tông; Ab diện tích tiết diện của vùng bê tông chịu nén; q tải trọng phân bố đều; P lực tập trung; M mô men uốn; Mgh mô men uốn giới hạn; Nd , Nc lực dọc của dầm, cột ; X lực căng cáp; Nx phản lực nén dầm bởi thanh căng; Rb , cƣờng độ chịu nén tính toán dọc trục của bê tông ứng với các x trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ hai; Rbtn cƣờng độ chịu nén dọc trục của bê tông ứng với trạng thái giới hạn thứ nhất; Rs , cƣờng độ chịu kéo tính toán dọc trục của cốt thép ứng với các trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ hai; Rsw cƣờng độ chịu kéo tính toán của cốt thép ngang; Rsc cƣờng độ chịu nén tính toán của cốt thép ứng với trạng thái giới hạn thứ nhất; Rt , Rvl cƣờng độ vật liệu ban đầu và sau suy giảm; γ hệ số giảm cƣờng độ; Eb mô đun đàn hồi của bê tông; Es mô đun đàn hồi của cốt thép; Jb mô men quán tính của tiết diện bê tông đối với trọng tâm của cấu kiện; Js mô men quán tính của tiết diện cốt thép đối với trọng tâm của cấu kiện; Tx phản lực thanh căng; Dx phản lực gối đỡ thanh căng; fo ma sát thanh căng; ψs là hệ số xét đến sự làm việc của bê tông vùng chịu kéo trên đoạn có vết nứt; ψb là hệ số xét đến sự phân bố không đều biến dạng của thớ bê tông chịu nén ngoài cùng trên chiều dài đoạn có vết nứt; φf là hệ số không kể đến cốt thép đặt ở vùng chịu nén của tiết diện; γsp hệ số độ chính xác khi căng cốt thép; ζo ,ζ ứng suất trƣớc và sau khi căng; xi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 a) Sơ đồ gối đỡ dây căng; b) Gối liên kết giữa dây căng với cấu kiện .2 Gia cƣờng dầm cầu: a) dán bảng thép chịu uốn; b) dán bản thép chịu cắt [8] .3 Kết quả gia cƣờng ứng suất ngoài các cầu trên Quốc lộ 80 [8].4 Gia cƣờng dầm cầu: a) cầu chữ Y; b) cầu Sài Gòn .5 a) Cầu trên sông Shigenobu, Nhật Bản ; b) Dây căng ngoài bên trong dầm hộp [10] .6 Cầu dành cho ngƣời đi bộ dùng dây căng ứng lực ngoài với độ lệch tâm lớn.7 a) Hình ảnh cầu Condet sau khi gia cƣờng; b) Cầu Kemlaka Gede sau khi gia cƣờng.8 a) Tăng cƣờng khung đỡ cho cầu Morrison, Mỹ ; b) Củng cố chỗ đứt gãy của cầu Tenthill Creek, Gatton, Úc.1 Gia cƣờng dầm bằng thanh căng ngang: .2 Gia cƣờng dầm bằng thanh căng võng:.