I. Tổng quan về tính toán kết cấu dầm bê tông cốt thép chịu xoắn
Chương này trình bày tổng quan về tính toán kết cấu dầm bê tông cốt thép chịu xoắn, bao gồm lịch sử phát triển các phương pháp tính toán và các vấn đề liên quan đến xoắn trong dầm BTCT. Các phương pháp tính toán xoắn đã được phát triển từ thế kỷ 19, với những đóng góp quan trọng từ các nhà khoa học như Saint-Venant, Prandtl, và Vlasov. Xoắn trong dầm BTCT là một hiện tượng phức tạp, thường kết hợp với uốn và lực cắt, gây ra các vết nứt xiên và ảnh hưởng đến độ bền của kết cấu. Phân loại chịu xoắn bao gồm xoắn cân bằng và xoắn tương thích, mỗi loại có đặc điểm và cách tính toán riêng.
1.1 Lịch sử các phương pháp tính toán dầm chịu xoắn
Lịch sử tính toán dầm chịu xoắn bắt đầu từ năm 1853 với lý thuyết xoắn cổ điển của Saint-Venant. Các nghiên cứu sau này của Prandtl, Vlasov, và Von Karman đã phát triển lý thuyết xoắn cho các dạng tiết diện khác nhau, từ thanh đặc đến thanh thành mỏng. Các phương pháp tính toán hiện đại dựa trên mô hình giàn dẻo và lý thuyết thanh thành mỏng, được áp dụng trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép.
1.2 Vấn đề xoắn trong dầm BTCT
Xoắn trong dầm BTCT thường kết hợp với uốn và lực cắt, gây ra các vết nứt xiên và ảnh hưởng đến độ bền của kết cấu. Các vết nứt này xuất hiện khi ứng suất kéo chính vượt quá khả năng chịu kéo của bê tông. Phân loại chịu xoắn bao gồm xoắn cân bằng (khi mô men xoắn đóng vai trò cân bằng kết cấu) và xoắn tương thích (khi mô men xoắn phụ thuộc vào độ cứng chống xoắn của kết cấu).
II. Tính toán dầm bê tông cốt thép chịu xoắn theo tiêu chuẩn Việt Nam và Châu Âu
Chương này so sánh phương pháp tính toán dầm BTCT chịu xoắn theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5574:2012) và tiêu chuẩn Châu Âu (Eurocode EN 1992). Cả hai tiêu chuẩn đều dựa trên lý thuyết thanh thành mỏng, nhưng Eurocode còn áp dụng mô hình giàn dẻo, mang lại độ chính xác cao hơn. Các phương pháp tính toán bao gồm xác định ứng suất tiếp, ứng suất chính, và các dạng phá hoại của dầm chịu xoắn. Sự khác biệt chính giữa hai tiêu chuẩn nằm ở cách tiếp cận và các hệ số an toàn được sử dụng.
2.1 Ứng suất tiếp do xoắn trong dầm không bị nứt
Ứng suất tiếp do xoắn trong dầm không bị nứt được tính toán dựa trên lý thuyết đàn hồi. Đối với dầm đặc, ứng suất tiếp phân bố tuyến tính từ tâm đến mép, trong khi dầm rỗng thành mỏng có ứng suất tiếp phân bố đều trên chiều dày thành. Các công thức tính toán ứng suất tiếp cực đại được trình bày chi tiết, áp dụng cho các dạng tiết diện khác nhau như tròn, chữ nhật, và thành mỏng.
2.2 Đặc điểm chịu lực và các lý thuyết tính toán dầm BTCT chịu xoắn
Dầm BTCT chịu xoắn thuần túy có các vết nứt xiên xuất hiện ở góc 45 độ, trong khi dầm chịu đồng thời uốn và xoắn có các vết nứt phức tạp hơn. Các lý thuyết tính toán bao gồm mô hình giàn dẻo và lý thuyết thanh thành mỏng, được áp dụng trong Eurocode và TCVN. Sự khác biệt giữa hai phương pháp nằm ở cách xác định ứng suất và các hệ số an toàn, ảnh hưởng đến kết quả tính toán cuối cùng.
III. Áp dụng tính toán cho một số bài toán xoắn cụ thể
Chương này trình bày việc áp dụng các phương pháp tính toán vào các bài toán xoắn cụ thể, so sánh kết quả giữa tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn Châu Âu. Các bài toán bao gồm dầm chịu xoắn thuần túy, dầm chịu đồng thời uốn và xoắn, và dầm có tiết diện phức hợp. Kết quả cho thấy sự khác biệt đáng kể giữa hai tiêu chuẩn, đặc biệt là trong việc xác định ứng suất và các hệ số an toàn. Phương pháp tính toán theo Eurocode mang lại độ chính xác cao hơn, nhưng cũng yêu cầu nhiều thông số đầu vào hơn.
3.1 Giới thiệu bài toán
Các bài toán xoắn được giới thiệu bao gồm dầm chịu xoắn thuần túy, dầm chịu đồng thời uốn và xoắn, và dầm có tiết diện phức hợp. Mỗi bài toán được phân tích chi tiết, với các thông số đầu vào và điều kiện biên được xác định rõ ràng. Các phương pháp tính toán theo TCVN và Eurocode được áp dụng để so sánh kết quả.
3.2 Tính toán theo TCVN 5574 2012
Phương pháp tính toán theo TCVN dựa trên lý thuyết thanh thành mỏng, với các hệ số an toàn được quy định cụ thể. Kết quả tính toán cho thấy sự đơn giản trong cách tiếp cận, nhưng độ chính xác không cao bằng phương pháp theo Eurocode. Các vết nứt và ứng suất được xác định dựa trên các công thức đơn giản, phù hợp với điều kiện thiết kế tại Việt Nam.
3.3 Tính toán theo Eurocode 2
Phương pháp tính toán theo Eurocode áp dụng mô hình giàn dẻo, mang lại độ chính xác cao hơn. Các thông số đầu vào được xác định chi tiết, bao gồm ứng suất, lực cắt, và các hệ số an toàn. Kết quả tính toán cho thấy sự khác biệt đáng kể so với phương pháp theo TCVN, đặc biệt là trong việc xác định ứng suất và các dạng phá hoại của dầm.
