Luận văn thạc sĩ tính toán dầm bê tông cốt thép theo tcvn 5574 2012 tiêu chuẩn châu âu en 1992 1 1 và tiêu chuẩn của hoa kỳ aci 318

Luận văn thạc sĩ toán học phân tích tính toán dầm bê tông cốt thép theo tcvn 5574 2012 tiêu chuẩn châu âu en 1992 1 1 và tiêu chuẩn của, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề

• Tác giả: Nguyễn Hồng Bắc
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Thanh Huấn
• Trường học: Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Dân Dụng & Công Nghiệp
• Đề tài: Tính Toán Dầm Bê Tông Cốt Thép Theo Tiêu Chuẩn Việt Nam, Châu Âu và Hoa Kỳ
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hải Phòng

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Tính Toán Dầm Bê Tông Cốt Thép

Tính toán dầm bê tông cốt thép là một phần quan trọng trong thiết kế kết cấu xây dựng. Việc áp dụng các tiêu chuẩn khác nhau như TCVN, Eurocode và ACI giúp đảm bảo tính an toàn và hiệu quả cho công trình. Mỗi tiêu chuẩn có những quy định riêng về khả năng chịu lực, ứng suất và các yếu tố ảnh hưởng đến dầm. Sự khác biệt trong cách tính toán giữa các tiêu chuẩn này cũng phản ánh sự phát triển của ngành xây dựng trên thế giới.

1.1. Khái Niệm Về Dầm Bê Tông Cốt Thép

Dầm bê tông cốt thép là cấu kiện chịu uốn, có khả năng chịu lực lớn nhờ sự kết hợp giữa bê tông và cốt thép. Bê tông chịu nén tốt, trong khi cốt thép chịu kéo hiệu quả, tạo ra một vật liệu xây dựng mạnh mẽ và bền vững.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Tính Toán Dầm

Tính toán dầm không chỉ đảm bảo an toàn cho công trình mà còn giúp tối ưu hóa chi phí và vật liệu. Việc áp dụng đúng tiêu chuẩn thiết kế giúp giảm thiểu rủi ro và tăng tuổi thọ cho công trình.

II. Vấn Đề Trong Tính Toán Dầm Bê Tông Cốt Thép

Mặc dù có nhiều tiêu chuẩn thiết kế, nhưng việc áp dụng chúng trong thực tế vẫn gặp nhiều thách thức. Các vấn đề như độ chính xác của số liệu, sự khác biệt trong quy định giữa các tiêu chuẩn và khả năng ứng dụng thực tế là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Khó Khăn Trong Việc Áp Dụng Tiêu Chuẩn

Mỗi tiêu chuẩn có những yêu cầu riêng về tính toán và kiểm tra, điều này có thể gây khó khăn cho các kỹ sư trong việc lựa chọn và áp dụng đúng tiêu chuẩn cho từng dự án cụ thể.

2.2. Ảnh Hưởng Của Điều Kiện Thực Tế

Điều kiện môi trường, loại hình công trình và vật liệu sử dụng có thể ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của dầm. Việc không xem xét đầy đủ các yếu tố này có thể dẫn đến sai sót trong tính toán.

III. Phương Pháp Tính Toán Dầm Theo Tiêu Chuẩn Việt Nam

Tiêu chuẩn TCVN 5574-2012 quy định các phương pháp tính toán dầm bê tông cốt thép dựa trên khả năng chịu uốn và cắt. Các phương pháp này bao gồm việc xác định ứng suất, kiểm tra độ bền và tính toán tiết diện dầm.

3.1. Nguyên Tắc Tính Toán Theo TCVN

Nguyên tắc tính toán dầm theo TCVN bao gồm việc xác định các yếu tố như tải trọng, ứng suất và điều kiện làm việc của dầm. Điều này giúp đảm bảo rằng dầm có thể chịu được các lực tác động trong suốt thời gian sử dụng.

3.2. Các Bước Tính Toán Cụ Thể

Các bước tính toán cụ thể bao gồm xác định tải trọng tác dụng, tính toán ứng suất và kiểm tra khả năng chịu lực của dầm. Việc thực hiện đúng các bước này là rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho công trình.

IV. Phương Pháp Tính Toán Dầm Theo Tiêu Chuẩn Châu Âu

Tiêu chuẩn Eurocode 1992-1-1 cung cấp các phương pháp tính toán dầm bê tông cốt thép với nhiều quy định chi tiết về ứng suất và khả năng chịu lực. Việc áp dụng tiêu chuẩn này giúp tăng cường tính chính xác trong thiết kế.

4.1. Các Quy Định Cơ Bản Của Eurocode

Eurocode quy định rõ ràng về các yếu tố cần xem xét trong tính toán dầm, bao gồm tải trọng, ứng suất và các điều kiện làm việc. Điều này giúp đảm bảo tính an toàn và hiệu quả cho công trình.

4.2. So Sánh Với Tiêu Chuẩn Việt Nam

So với TCVN, Eurocode có những quy định chặt chẽ hơn về khả năng chịu lực và ứng suất. Việc hiểu rõ sự khác biệt này là cần thiết để áp dụng đúng tiêu chuẩn trong thiết kế.

V. Phương Pháp Tính Toán Dầm Theo Tiêu Chuẩn Hoa Kỳ

Tiêu chuẩn ACI 318 cung cấp hướng dẫn chi tiết về tính toán dầm bê tông cốt thép, bao gồm các quy định về cốt thép và khả năng chịu lực. Việc áp dụng tiêu chuẩn này giúp đảm bảo tính chính xác và an toàn cho công trình.

5.1. Các Nguyên Tắc Cơ Bản Của ACI

ACI 318 quy định các nguyên tắc tính toán dầm dựa trên khả năng chịu lực và ứng suất. Điều này giúp đảm bảo rằng dầm có thể chịu được các tải trọng tác động trong suốt thời gian sử dụng.

5.2. So Sánh Với Eurocode và TCVN

So với Eurocode và TCVN, ACI có những quy định riêng về cốt thép và khả năng chịu lực. Việc hiểu rõ sự khác biệt này là cần thiết để áp dụng đúng tiêu chuẩn trong thiết kế.

VI. Kết Luận Và Tương Lai Của Tính Toán Dầm Bê Tông Cốt Thép

Tính toán dầm bê tông cốt thép theo các tiêu chuẩn khác nhau là một lĩnh vực đang phát triển. Việc áp dụng các tiêu chuẩn hiện đại giúp nâng cao tính chính xác và an toàn cho công trình. Tương lai của lĩnh vực này sẽ tiếp tục được cải tiến với sự phát triển của công nghệ và vật liệu mới.

6.1. Xu Hướng Phát Triển Trong Tính Toán

Xu hướng phát triển trong tính toán dầm bê tông cốt thép sẽ tập trung vào việc áp dụng công nghệ mới và vật liệu tiên tiến. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả và độ bền của công trình.

6.2. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Khoa Học

Nghiên cứu khoa học đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các phương pháp tính toán mới và cải tiến các tiêu chuẩn hiện có. Điều này sẽ giúp nâng cao chất lượng và an toàn cho các công trình xây dựng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan về kết cấu dầm bê tông cốt thép Chương 2: Một số tiêu chuẩn tính toán khả năng chịu uốn – cắt của dầm BTCT tiết diện chữ nhật Chương 3: Khảo sát các ví dụ số tính toán khả năng chịu uốn – cắt của dầm BTCT tiết diện chữ nhật theo một số tiêu chuẩn. 8 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 1. KHÁI NIỆM VỀ BÊ TÔNG CỐT THÉP1. Tính chất của bê tông cốt thép.

Bê tông cốt thép là vật liệu xây dựng phức hợp do hai loại vật liệu là bê tông và thép có đặc trưng cơ học khác nhau cùng phối hợp chịu lực với nhau. Bê tông là loại vật liệu phức hợp bao gồm xi măng (chất kết dính), cát, sỏi - đá (cốt liệu) kết lại với nhau dưới tác dụng của nước. Cường độ chịu kéo của bê tông nhỏ hơn cường độ chịu nén rất nhiều (8 -15 lần). Cốt thép là loại vật liệu chịu kéo hoặc chịu nén đều rất tốt.

Do đó nếu đặt lượng cốt thép thích hợp vào tiết diện của kết cấu thì khả năng chịu lực của kết cấu tăng lên rất nhiều. Dầm bê tông cốt thép có thể có khả năng chịu lực lớn hơn dầm bê tông có cùng kích thước đến gần 20 lần. Bê tông và cốt thép cùng làm việc được với nhau là do: + Bêtông khi đóng rắn lại thì dính chặt với thép cho nên ứng lực có thể truyền từ vật liệu này sang vật liệu kia, lực dính có được đảm bảo đầy đủ thì khả năng chịu lực của thép mới được khai thác triệt để. + Giữa bê tông và cốt thép không xảy ra phản ứng hóa học, ngoài ra hệ số giãn nở của cốt thép và bê tông suýt soát bằng nhau:  s = 0.

Phân loại: Theo phương pháp thi công có thể chia thành 3 loại sau: Bê tông cốt thép toàn khối: ghép cốp pha và đổ bê tông tại công trình, điều này đảm bảo tính chất làm việc toàn khối (liên tục) của bê tông, làm cho công trình có cường độ và độ ổn định cao. 1 Phần khái niêm trích: Giáo trình Kết cấu gach đá và Gạch đá cốt thép của tác giả Trịnh Kim Đạm và các tác giả. NXB Khoa học và Kỹ thuật. 9 Bê tông cốt thép lắp ghép: chế tạo từng cấu kiện (móng, cột, dầm, sàn,.) tại nhà máy, sau đó đem lắp ghép vào công trình.

Cách thi công này đảm bảo chất lượng bê tông trong từng cấu kiện, thi công nhanh hơn, ít bị ảnh hưởng của thời tiết, nhưng độ cứng toàn khối và độ ổn định của cả công trình thấp. Bê tông cốt thép bán lắp ghép: có một số cấu kiện được chế tạo tại nhà máy, một số khác đổ tại công trình để đảm bảo độ cứng toàn khối và độ ổn định cho công trình. Thường thì sàn được lắp ghép sau, còn móng, cột, dầm được đổ toàn khối. Nếu phân loại theo trạng thái ứng suất khi chế tạo ta có: Bê tông cốt thép thường: khi chế tạo, cốt thép ở trạng thái không có ứng suất, ngoài nội ứng suất do co ngót và giãn nở nhiệt của bê tông.

Cốt thép chỉ chịu ứng suất khi cấu kiện chịu lực ngoài (kể cả trọng lượng bản thân).1 Dầm bê tông cốt thép thường – võng xuống khi chịu tải + B êtông cốt thép ứng suất trước: căng trước cốt thép đến ứng suất cho phép (  sp), khi buông cốt thép, nó sẽ co lại, tạo ứng suất nén trước trong tiết diện bê tông, nhằm mục đích khử ứng suất kéo trong tiết diện bê tông khi nó chịu lực ngoài - hạn chế vết nứt và độ võng (hình 1.2 Dầm bê tông cốt thép ứng suất trước –Thớ dưới chịu nén trước 1. Ƣu và khuyết điểm của bê tông cốt thép: Bê tông cốt thép (BTCT), hiện nay vẫn là vật liệu chủ yếu được sử dụng rộng rãi trong công trình xây dựng vì có các ưu điểm sau: Rẻ tiền so với thép khi chúng cùng chịu tải trọng như nhau. Có khả năng chịu lực lớn so với gạch đá và gỗ, có thể chịu tải trọng tĩnh và động như gió bão và động đất. Bền vững, dễ bảo dưỡng, sửa chữa ít tốn kém so với thép và gỗ.

Chịu lửa tốt hơn so với thép và gỗ. Có thể đúc thành kết cấu có hình dạng bất kỳ theo các yêu cầu về cấu tạo, về sử dụng cũng như về kiến trúc. Tuy nhiên bê tông cũng tồn tại một số nhược điểm sau: Trọng lượng bản thân khá lớn, do đó gây khó khăn và chi phí tăng cho vận chuyển, lắp dựng. Nhưng nhược điểm này gần đây được khắc phục bằng cách dùng bê tông nhẹ, bê tông cốt thép ứng lực trước và kết cấu vỏ mỏng.

11 Dưới tác dụng của tải trọng, bê tông dễ phát sinh khe nứt làm mất thẫm mỹ và gây thấm cho công trình. Thi công phức tạp, tốn nhiều cốp pha khi thi công toàn khối. Phạm vi ứng dụng và xu hƣớng phát triển: BTCT được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, làm kết cấu chịu lực của nhà, cầu, đập,. Các công trình cấp thoát nước, máng dẫn nước, tường chắn, nhà máy thủy điện,.

BTCT ngày càng tỏ ra chiếm ưu thế trong các lĩnh vực xây dựng, nhờ vào các tiến bộ khoa học kỹ thuật, đã khắc phục được một số nhược điểm chính của bê tông, bê tông ngày càng có khả năng chịu lực tốt hơn, thay thế được nhiều kết cấu trong các dạng công trình khác nhau. TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU. Tính năng cơ lý của bê tông bao gồm: tính năng cơ học - nghiên cứu về cường độ và tính năng vật lý - nghiên cứu về biến dạng, co ngót, chống thấm và chống ăn mòn của bê tông. Tính năng cơ lý của bê tông phụ thuộc phần lớn vào chất lượng xi măng, các đặc trưng của cốt liệu (sỏi, đá dăm, cốt liệu rổng,.) cấp phối của bê tông, tỷ lệ nước, xi măng và cách thi công.

Vì phụ thuộc nhiều nhân tố nên các tính năng đó không được ổn định cao, tuy vậy tính năng cơ lý của bê tông vẫn có thể đảm bảo thỏa mãn các yêu cầu của thiết kế nếu chọn vật liệu, tính toán cấp phối và thi công theo đúng những qui định của qui trình chế tạo. Căn cứ vào trọng lượng thể tích, bêtông được chia ra hai loại chủ yếu sau: - Bê tông nặng: có trọng lượng thể tích từ 1800 đến 2500 kgf/m3. - Bê tông nhẹ có trọng lượng thể tích từ 800 đến 1800 kgf/m3.Tính năng cơ lý của bêtông: Cường độ bê tông Cường độ là đặc trưng cơ học chủ yếu của bê tông. Trong kết cấu bê tông cốt thép, bê tông chủ yếu chịu nén, cường độ chịu nén có thể xác định tương đối chính xác bằng thí nghiệm, vì vậy cường độ chịu nén được dùng làm chỉ tiêu cơ bản của bê tông.

Cường độ chịu nén: Mẫu thử khối hình lập phương 15x15x15cm, khối hình trụ vuông 15x15x60cm hoặc lăng trụ tròn đường kính 16cm (diện tích 200cm2), chiều cao h=2D, có tuổi 28 ngày, có thành phần cấp phối và cách pha trộn theo yêu cầu nhất định, mẫu được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn, đựơc nén tới phá hoại và được xác dịnh như sau: A 4a h a D Np R= (MPa) (2.1) F Trong đó: Np: Lực nén phá hoại (N) F : Diện tích mặt chịu nén của mẫu (mm2) Thí nghiệm nén mẫu (mẫu được nén đến khi phá hoại) 13 Bàn nén Mẫu nén Cường độ chịu nén Bê tông thường: Rb =5-30 MPa Bê tông cường độ cao:Rb > 40MPa Bê tông đặc biệt: Rb >=80 MPa Máy nén mẫu bê tông để xác định cường độ Cường độ chịu kéo: Thông thường người ta làm mẫu chịu kéo tiết diện vuông, cạnh a, hoặc chịu uốn: tiết diện bxh, chiều dài L=6h (hình 1.3), hoặc có thể nén chẻ mẫu lăng trụ tròn (hình 1.3 Các kiểu mẫu thử kéo bê tông a) a) mẫu thử chẻ, b) mẫu thử kéo a c) mẫu thử uốn a a L/3 P P L/3 b Nk Nk a h L=4a M L=6h (b (c) 14 Cường độ chịu kéo với mẫu (a) 2P Rt = (2.2) LD Trong đó: P là tải trọng tác dụng làm chẻ mẫu L là chiều dài mẫu D là đường kính mẫu Cường độ chịu kéo mẫu (b).3) F Cường độ chịu kéo mẫu (c); 3,5M Rt = (2.4) bh 2 Quan hệ giữa cƣờng độ chịu kéo và cƣờng độ chịu nén: Thông thường người ta có thể tính cường độ chịu kéo thông quan cường độ chịu nén bằng công thức thực nghiệm mà không cần làm thí nghiệm chịu kéo. Đơn giản nhất là quan hệ đường thẳng, theo công thức: R(t) = 0,6 + 0,06R (2.5) Hoặc quan hệ đường cong: R  150 Rt = R (2. Cấp độ bền và mác của bêtông: a). Mác theo cường độ chịu nén(M): Theo tiêu chuẩn cũ 5574 – 1991, mác bê tông ký hiệu là M là cường độ trung bình của mẫu thử khối vuông, cạnh a=15cm, tính bằng kG/cm2.

Bê tông có các mác sau: M50, 75, 100, 150, 200, …, M600. Cấp độ bền chịu nén (B): Theo tiêu chuẩn mới 5574 - 2012 quy định phân biệt chất lượng bê tông 15 theo cấp độ bền chịu nén, ký hiệu là B là cường độ đặc trưng (Rch) của mẫu thử khối vuông, cạnh a=15cm, tính bằng Mpa với yêu cầu bảo đảm xác suất không dưới 95%. Bê tông có các cấp độ bền B3,5; B5; B7,5; B10; B12,5; B15; B20; B25; B30; B35;…; B60. Tương quan giữa cấp độ bền B và mác M của cùng một loại bê tông được thể hiện qua công thức sau: B =  M (2.7) Với :  - là hệ số đổi đơn vị từ kG/cm2 sang MPa, có thể lấy = 0,1.

 - là hệ số chuyển đổi từ cường độ trung bình sang cường độ đặc trưng.3 Tính năng cơ lý của cốt thép: Cốt thép là thành phần rất quan trọng của bê tông cốt thép, nó chủ yếu để chịu lực kéo trong cấu kiện, nhưng cũng có lúc được dùng để tăng khả năng chịu nén. Cốt thép phải đạt được các yêu cầu cơ bản về tính dẻo, về sự cùng chung làm việc với bê tông trong tất cả các giai đoạn chịu lực của kết cấu, và bảo đảm thi công thuận lợi. Giới hạn ứng suất của cốt thép: Căn cứ vào tính năng cơ học của cốt thép, có thể phân ra hai loại: cốt thép dẻo và cốt thép dòn. Cốt thép dẻo có thềm chảy rõ ràng trên đồ thị ứng suất biến dạng, còn cốt thép dòn không có giới hạn chảy rõ ràng, nên đối với loại cốt thép dòn người ta lấy ứng suất tương ứng với biến dạng dư tỉ đối là 0,2% làm giới hạn chảy qui ước.