Lý do chọn đề tài Ngày nay, để đạt được hiệu quả kinh tế và yêu cầu về mặt kỹ thuật và mĩ thuật người ta có xu hướng giảm kích thước tiết diện của cấu kiện, sử dụng bê tông cường độ cao dẫn đến việc tăng quá mức biến dạng của kết cấu. Biến dạng quá lớn sẽ làm mất mĩ quan, làm bong tróc lớp ốp trát, làm hỏng trần treo gây tâm lý cho người sử dụng công trình. Nên việc tính toán và kiểm tra biến dạng cho cấu kiện là hết sức quan trọng nhằm khống chế nó không được vượt quá một giá trị giới hạn quy định. Bên cạnh đó, Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép của Việt Nam hiện hành TCVN 5574:2012 về kiểm tra và tính toán biến dạng của cấu kiện bê tông cốt thép tuy đáp ứng được các yêu cầu về thiết kế nhưng còn nhiều yếu tố chưa được xem xét, phân tích nhiều một cách rõ ràng để có thể đánh giá đúng mức và hiệu quả.
Ngoài ra hiện nay, có rất nhiều công trình nước ngoài đầu tư vào nước ta, việc thiết kế tính toán sử dụng các tiêu chuẩn khác nhau được phép áp dụng tại Việt Nam. Xuất phát từ thực tế đó trong luận văn này tác giả chọn đề tài “Tính toán biến dạng của dầm đơn bê tông cốt thép theo TCVN 5574-2012, tiêu chuẩn Châu Âu EN.1992-1-1 ” nhằm giúp cho các nhà tư vấn thiết kế lưu ý khi sử dụng các tiêu chuẩn của Việt Nam và nước ngoài để tính toán và kiểm tra. Mục đích nghiên cứu Mục tiêu tính toán, đánh giá biến dạng của dầm đơn bê tồng cốt thép tiết diện chữ nhật theo trạng thái giới hạn sử dụng, sử dụng bê tông thường với một số tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam và nước ngoài. Bằng phương pháp giải tích, so sánh giữa các tiêu chuẩn Việt Nam 5574- 2012, và tiêu chuẩn Châu Âu EN.1992-1-1 ta đi tính toán một số trường hợp về độ võng cho dầm bê tông cốt thép thường.
Từ đó ta thấy được những biến dạng của dầm đều nằm trong giới hạn cho phép và không gây ảnh hưởng biến dạng về mặt thẩm mĩ cho công trình. Qua đề tài này ta đi nghiên cứu mang tính chất tham khảo cho các kỹ sư khi tham gia thiết kế kết cấu công trình. Là tài liệu tham khảo cho công tác thiết kế và công tác nghiên cứu khoa khoa học. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu, tính toán biến dạng dầm đơn giản bê tông cốt thép áp dụng theo tiêu chuẩn Việt Nam 5574-2012, và tiêu chuẩn Châu Âu EN.
Thông qua kết quả tính toán so sánh sự khác biệt giữa hai mô hình tính toán để từ đó rút ra được những yếu tố chưa được xem xét, phân tích nhiều một cách rõ ràng để có thể đánh giá đúng mức và hiệu quả trong tiêu chuẩn hiện hành Việt Nam 5574-2012 đang áp dụng. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu, tính toán biến dạng của dầm bê tông cốt thép áp dụng theo tiêu chuẩn Việt Nam 5574-2012, và tiêu chuẩn Châu Âu EN. Trong phạm vi luận văn thạc sỹ, học viên tập trung vào phương pháp tính toán biến dạng dầm đơn giản chịu tải trọng phân bố đều theo tiêu chuẩn Việt Nam 5574-2012 và tiêu chuẩn Châu ÂU EN. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết, dựa vào thuật toán phân tích kết hợp một số các phương pháp đã được nghiên cứu và giới thiệu trước đó, nhằm mục đích khảo sát ứng xử của mô hình dầm đơn giản với một số dạng đặt tải điển hình.
Bằng cách tính toán một số ví dụ bài toán cơ bản về dầm đơn giản chịu tải trọng phân bố đều theo tiêu chuẩn Việt Nam 5574-2012 và tiêu chuẩn Châu Âu EN.1992-1-1 để đưa ra những kết quả, từ đó cho ta thấy được những biến dạng về độ võng khi công trình chịu tải trọng có vượt quá giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn hiện hành hay không. Cơ sở khoa học, thực tiễn Sự tăng trưởng nhanh của nền kinh tế nước ta đã thúc đẩy mạnh mẽ tốc độ phát triển của ngành xây dựng về số lượng và đa dạng loại hình kết cấu. Các kết cấu làm nhà cao tầng, nhà nhịp lớn, hệ thanh ngày càng xuất hiện nhiều ở Việt Nam và các nước trên thế giới. Kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) ngày nay đang được sử dụng rộng rãi và rất có hiệu quả.
Tính toán biến dạng của dầm bê tông cốt thép là nhiệm vụ rất quan trọng trong công tác thiết kế. Trong đó kiểm tra và tính toán biến dạng của cấu kiện bê tông cốt thép; đặc biệt là cấu kiện dầm được dành nhiều sự quan tâm trong công tác nghiên cứu. Ngày nay, để đạt được hiệu quả kinh tế và yêu cầu về mặt kỹ thuật và mĩ thuật người ta có xu hướng giảm kích thước tiết diện của cấu kiện, sử dụng bê tông cường độ cao dẫn đến việc tăng quá mức biến dạng của kết cấu. Biến dạng gồm bề rộng khe nứt và độ võng.
Biến dạng quá lớn sẽ làm mất mĩ quan, làm bong tróc lớp ốp lát, làm hỏng trần treo gây tâm lý cho người sử dụng công trình. Nên việc tính toán và kiểm tra biến dạng cho cấu kiện là hết sức quan trọng nhằm khống chế nó không được vượt quá một giá trị giới hạn quy định. Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép của Việt Nam hiện hành TCVN 5574:2012 về kiểm tra và tính toán biến dạng của cấu kiện bê tông cốt thép tuy đáp ứng được các yêu cầu về thiết kế nhưng còn nhiều yếu tố chưa được xem xét, phân tích một cách rõ ràng để có thể đánh giá đúng mức và hiệu quả. Ngoài ra hiện nay, có rất nhiều công trình nước ngoài đầu tư vào nước ta, việc thiết kế tính toán sử dụng các tiêu chuẩn khác nhau được phép áp dụng tại Việt Nam.
Xuất phát từ thực tế đó trong luận văn này tác giả chọn đề tài “Tính toán biến dạng của dầm đơn bê tông cốt thép theo TCVN 5574-2012, tiêu chuẩn Châu Âu EN.1992-1-1 ” nhằm giúp cho các nhà tư vấn thiết kế lưu ý khi sử dụng các tiêu chuẩn của Việt Nam và nước ngoài để tính toán và kiểm tra. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN VÀ NGUYÊN LÝ CẤU TẠO 1. Tổng quan về tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo trạng thái giới hạn và nguyên lý cấu tạo áp dụng theo TCVN 5574-2012 Sau khi có nội lực, tiến hành tính toán về bê tông cốt thép theo một trong hai loại bài toán: kiểm tra hoặc tính cốt thép. Trong bài toán kiểm tra đã biết kích thược tiết diện và bố trí cốt thép, cần kiểm tra xem kết cấu có đủ độ an toàn hay không.
Trong bài toán tính cốt thép, xuất phát từ yêu cầu an toàn của kết cấu để xác định lượng cốt thép cần thiết. Phương pháp tính toán về bê tông cốt thép đã trải qua nhiều giai đoạn. Khoảng đầu thể kỷ 20 người ta dung rộng rãi phương pháp ứng suất cho phép mà điều kiện an toàn là: (1.1) Trong đó: - ứng suất do nội lực gây ra; - ứng suất cho phép của vật liệu Để xác định ứng suất người ta giả thiết vật liệu bê tông cốt thép làm việc hoàn toàn đàn hồi. Tính toán như vậy có thể dung được một số công thức đã lập.
Tuy vậy xem bê tông là vật liệu hoàn toàn đàn hồi chưa phản ánh đúng sự làm việc thực tế của nó. Vào khoảng giữa thế kỷ XX một số nước đã chuyển sang dung phương pháp nội lực phá hoại, điều kiện an toàn là: (1.2) Trong đó: Sc - Nội lực do tải trọng tiêu chuẩn gây ra; Sgh - Nội lực làm phá hoại kết cấu; k - Hệ số an toàn, thường lấy k = 1,5 ÷ 2,5 Để xác định Sph người ta đã dựa vào nhiều kết quả thí nghiệm, xét sự làm việc thực tế có biến dạng dẻo của bê tông và của cốt thép, lập ra công thức tính toán cho các trường hợp chịu lực khác nhau. Phương pháp nội lực phá hoại có tiến bộ hơn phương pháp ứng suất cho phép nhưng việc dung một hệ số an toàn chung k chưa phản ánh đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy (độ an toàn) của kết cấu. Hiện nay trên toàn thế giới dung phổ biến phương pháp trạng thái giới hạn (TTGH).
Trạng thái giới hạn là trạng thái mà từ đó trở đi kết cấu không thể thỏa mãn yêu cầu đề ra cho nó. Kết cấu bê tông cốt thép được tính toán theo hai nhóm: Trạng thái giới hạn thứ nhất và trạng thái giới hạn thứ hai. Trạng thái giới hạn thứ nhất Đó là trạng thái giới hạn về độ bền (độ an toàn). Tính toán theo trạng thái giới hạn này nhằm đảm bảo cho kết cấu không bị phá hoại, không bị mất ổn định, không bị hư hỏng vì mỏi (với kết cấu chịu tải trọng trùng lặp, rung động) hoặc chịu tác dụng đồng thời của các yếu tố về lực và ảnh hưởng bất lợi của môi trường.
Tính toán về khả năng chịu lực theo điều kiện: S Sgh (1.3) Trong đó: S - Nội lực bất lợi do tải trọng tính toán gây ra; Sgh - Khả năng chịu lực của kết cấu khi nó làm việc ở trạng thái giới hạn. Khả năng này phụ thuộc vào kích thước tiết diện, số lượng cốt thép, cường độ tính toán của bê tông và của cốt thép. Biểu thức cụ thể của Sgh ứng với các trường hợp chịu lực khác nhau (uốn, cắt, nén, kéo, xoán,…) đồng thời biểu thức (1.3) điều kiện cũng được vận dụng cho các loại bài toán khác nhau. Trạng thái giới hạn thứ hai Đó là trạng thái giới hạn về điều kiện làm việc bình thường.
TÍnh toán theo trạng thái giới hạn này nhằm đảm bảo cho kết cấu không có những khe nứt hoặc những biến dạng quá mức cho phép theo các điều kiện: acrc agh (1.4b) Trong đó: acrc , f - Bề rộng khe nứt và biến dạng của kết cấu do tải trọng tiêu chuẩn gây ra; agh , fgh - Giới hạn cho phép của bề rộng khe nứt và của biến dạng để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường. Lấy agh , fgh theo quy định của tiêu chuẩn thiết kế. Thông thường agh = 0,05 ÷ 0,4 mm; độ võng giới hạn của dầm bằng ( ) nhịp dầm. Việc thành lập các công thức để xác định acrc , f cũng như các quy định chi tiết về agh , fgh ở phần sau Tính toán cấu kiện bê tông cốt thép theo trạng thái giới hạn thứ hai bao gồm các phần việc sau: - Tính toán về sự hình thành khe nứt.