Xemtailieu Tải về Khống chế bề rộng vết nứt của dầm bê tông cốt thép theo các tiêu chuẩn thiết kế
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẶNG VĂN TRUNG KHỐNG CHẾ BỀ RỘNG VẾT NỨT CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO CÁC TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ Chuyên ngành: Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 60.58.20 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2013 Công trình được hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: GS. TS PHAN QUANG MINH Phản biện 1: TS. Trương Hoài Chính Phản biện 2: PGS. TS. Nguyễn Quang Viên Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 27 tháng 9 năm 2013 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện tượng nứt kết cấu bê tông cốt thép thường gây lo ngại cho chủ đầu tư và người sử dụng công trình. Mặc dù đã tính toán khả năng chịu lực theo trạng thái giới hạn 1 (Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012) nhưng khi tính toán đều bỏ qua quy định giới hạn bề rộng vết nứt trong quá trình tính toán kiểm tra kết cấu theo trạng thái giới hạn 2 (hay trạng thái giới hạn sử dụng). Các vết nứt ảnh hưởng đến sự an toàn của kết cấu, làm giảm độ bền lâu của kết cấu, cần thiết phải xử lý hay gia cường để tránh xảy ra sự cố công trình.. Ngược lại, trong nhiều trường hợp hiện tượng nứt kết cấu có thể chấp nhận được mà không đòi hỏi xử lý hay gia cường bổ sung để kết quả tính toán kiểm tra khả năng chịu lực thực tế của kết cấu hoặc kết quả thí nghiệm thử tải kết cấu cho thấy kết cấu đảm bảo các yêu cầu chịu lực theo thiết kế. Vì vậy, việc xét đến ảnh hưởng của vết nứt trong tính toán thiết kế kết cấu là cần thiết nhằm tránh các sự cố nảy sinh do nứt kết cấu hoặc có thể tránh được việc xử lý kết cấu không cần thiết khi phát hiện thấy hiện tượng nứt nhưng nằm trong giới hạn cho phép của quy chuẩn, tiêu chuẩn.Hai vấn đề nứt liên quan đến tính toán thiết kế kết cấu bê tông cốt thép là: (1) Tính năng sử dụng (bao gồm bề rộng khe nứt lớn nhất, mật độ vết nứt và sự ăn mòn cốt thép) (2) ảnh hưởng của nứt đến sự suy giảm độ cứng kết cấu/cấu kiện. Vì vậy tác giả chọn đề tài: “ Khống chế bề rộng vết nứt của dầm bê tông cốt thép theo các tiêu chuẩn thiết kế ” 2 2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu các yêu cầu tính toán và khống chế bề rộng vết nứt của dầm bê tông cốt thép theo lý thuyết kết cấu bê tông cốt thép và theo các tiêu chuẩn thiết kế . 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nguyên cứu :Dầm bê tông cốt thép chịu uốn - Phạm vi nguyên cứu :Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012; Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 1992-1-1; Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-95 và ACI 318-2002 4. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết. - Phân tích dựa trên các bài toán cụ thể 5. Bố cục luận văn Ngoài phần mở đầu, nội dung luận văn được trình bày gồm có 3 chương: - Chương 1: Tổng quan về vết nứt. - Chương 2: Khống chế bề rộng vết nứt của cấu kiện chịu uốn bê tông cốt thép theo các tiêu chuẩn thiết kế. - Chương 3: Ví dụ tính toán. - Kết luận và kiến nghị 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẾT NỨT 1.1. KHÁI NIỆM Nứt là một hiện tượng bệnh lý đặc trưng của kết cấu bê tông cốt thép. Sự xuất hiện các khe nứt báo hiệu tình trạng suy giảm tính năng chịu lực của kết cấu. Bắt đầu từ những vết nứt đầu tiên do co ngót trong giai đoạn thi công cho đến những khe nứt gẫy của kết cấu bê tông cốt thép, hiện tượng nứt thực sự là một tiêu chí quan trọng để đánh giá tình trạng chịu tải của kết cấu công trình. 1.2. SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP [6] Theo dõi sự phát triển của ứng suất và biến dạng tiết diện thẳng góc của dầm trong quá trình thí nghiệm, có thể chia thành các giai đoạn sau: Giai đoạn 1. (Giai đoạn đàn hồi và tiết diện chưa có vết nứt) sb z = 0,837 M 287, 2 ´ 106 As = = = 1709,5(mm2 ) Rsz ho 365 ´ 0,837 ´ 530 Chọn 3f 28( As = 18, 47cm 2 ) 3.2. TÍNH TOÁN THEO TCVN 5574:2012 3.2.1. Kiểm tra khả năng xảy ra vết nứt của dầm bê tông cốt thép - Tĩnh tải tiêu chuẩn : g tc = 14(kN / m) - Tĩnh hoạt tiêu chuẩn : p tc = 16(kN / m) - Mômen lớn nhất do tổng tải trọng gây ra : ( g tc + p tc )l 2 30 ´ 82 = = 240(kNm) M= 8 8 - Mômen lớn nhất do tĩnh tải gây ra : g tc l 2 14 ´ 82 = = 112(kNm) M2 = 8 8 + Tính khả năng kháng nứt theo (2.7) M crc = Rbt , serW pl æ a'ö bh + 2 ç1 - ÷ a A 's x hø è Tính x = = 1 2 Ared h Tính Ared dựa vào ( 24a) ta có : Ared = bh + a ( As + A 's ) E 20 ´ 104 a= s = = 6,67 Eb 30 ´ 103 Ared = 250 x 600 + 7,00.(1847+ 226) = 163826,9( mm 2 ) 15 25 ö æ 250 ´ 600 + 2 ç1 ÷ .6,67 ´ 226 x 600 ø è x = =1= 0,465 2 ´ 163826,9 h x = x ´ ho = 0,465 ´ 530 = 246,5(mm 2 ) I bo = b.x 3 250 ´ 246,53 = = 12, 482 ´ 108 (mm 4 ) 3 3 I so = As ( h - x - a )2 = 1847(600 - 246,5 - 40)2 = 1,815 ´ 108 (mm 4 ) I 'so = As ( x - a ')2 = 226(246,5 - 30)2 = 0,10593 ´ 108 (mm4 ) b( h - x)2 250(600 - 246,5)2 = = 0,1562 ´ 108 (mm3 ) 2 2 2(12, 482 + 6,67 ´ 1,815 + 6,67 ´ 0,10593) ´ 108 W pl = + 0,1562 ´ 108 600 - 246,5 Sbo = = 0, 299 ´ 108 ( mm3 ) Vậy M crc = 1,6 ´ 0, 299 ´ 108 = 0, 478 ´ 108 Nmm = 47,8kNm Vậy M crc < M = 240(kNm) : Do dó dầm bị nứt. 3.2.2. Tính bề rộng vết nứt. s Theo (2.10) : acrc = djlh s 20(3,5 - 100 m ) 3 d E + Tính bề rộng vết nứt ascrc.1t tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng é ù x2 Tính z = ê1 ú h0 ëê 2(j f + x ) ûú x 1 Tính x = = ho 1 + 5(d + l )2 b+ 10ma Trong đó b = 1,8 , a = 6,67 M 240.106 Tính d = 2 = = 0,185 bho Rb.ser 250 ´ 5302 ´ 18,5 16 As 1847 = = 0,0139 b.ho 250 ´ 530 6,67 a ' 226 As 2 ´ 0,45 n 2 Tính j f = = = 0,0126 bho 250 ´ 530 Tính m = Tính l = j f = 0,0126 Thế các giá trị vào ta có: x 1 1 x= = = = 2 ho 1 + 5(d + l ) 1 + 5(0,185 + 0,0126) 2 b+ 1,8 + 10 ma 10 ´ 0,0139 ´ 6,67 = 0,324 é ù 0,3242 z = ê1 ú ´ 530 = 447,3mm ë 2(0,0126 + 0,324) û 240 ´ 106 = 290, 48 N / mm 2 1847 ´ 447,3 Thế vào (2.10) ta có : 290, 48 acrc.1t = 1 ´ 1 ´ 1 ´ ´ 20(3,5 - 100 ´ 0,0139) 3 28 20 ´ 104 = 0,186mm Tính s s = + Tính bề rộng vết nứt acrc.1d do tải trọng ngắn hạn của tải trọng dài hạn Tính s s = M2 As z 112.106 = 0,086 250 ´ 5302 ´ 18,5 1 Tính x = = 0,34 1 + 5(0,086 + 0,0126)2 1,8 + 10 ´ 0,0139 ´ 6,67 Tính d = é ù 0,342 Tính z = ê1 ú ´ 530 = 442,72mm ë 2(0,0126 + 0,34) û 17 Thế vào ta có: s s = M2 112 ´ 106 = = 136,97( N / mm 2 ) As z 1847 ´ 442,72 Thế vào (2.10) ta có : 136,97 acrc.1d = 1 ´ 1 ´ 1 ´ ´ 20(3,5 - 100 ´ 0,0139) 3 28 = 0,088mm 4 20 ´ 10 + Tính bề rộng vết nứt acrc.2 do tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn 6,67 a ' 226 As 2 ´ 0,1875 2 n Tính j f = = = 0,03 bho 250 ´ 530 ( do tải trọng tác dụng dài hạn và độ ẩm môi trường vượt quá 75% lấy hệ số n = 0,15 ´ 1, 25 = 0,1875 ) Ta có : l = j f = 0,03 1 x= = 0,339 1 + 5(0,086 + 0,03) 2 1,8 + 10 ´ 0,0139 ´ 6,67 é ù 0,3392 z = ê1 ú ´ 530 = 447,5mm ë 2(0,03 + 0,339) û Thế vào ta có: s s = M2 112 ´ 106 = = 135,5( N / mm 2 ) As z 1847 ´ 447,5 jl = 1,6 - 15m = 1, 6 - 15 ´ 0,0139 = 1, 405 Thế vào (2.10) ta có : 135,5 ´ 20(3,5 - 100 ´ 0,0139) 3 28 20 ´ 104 = 0,127mm < 0,3mm acrc.2 = 1, 405 ´ 1 ´ 1 ´ + Tính bề rộng vết nứt acrc.1 ngắn hạn : acrc.1 = acrc.1t - acrc.1d + acrc.2 = 0,186 - 0, 088 + 0,127 = = 0, 225mm < 0, 4mm Vậy bề rộng vết nứt của dầm bê tông cốt thép đảm bảo an toàn. 18 3.3. TÍNH TOÁN THEO EUROCODE 1992-1-1. 3.3.1. Kiểm tra khả năng xảy ra vết nứt của dầm bê tông cốt thép Cấp độ bền B25 theo TCVN 5572-2012 tương đương cấp độ bền C20/25 theo tiêu chuẩn châu âu Eurocode 1992-1-1. Với C20/25 ta có : f ck = 20MPa, f ck ,cube = 25MPa f cm = 28MPa, f cm ,cube = 35MPa f ctm = 0,3 f ck ,cube (2/3) = 2,56 MPa Với nhóm thép S400 : f yk = 400 MPa ìï Ecm = 30GPa üï í 0,3 ý îï Ecm ,cube = 22 éë f cm ,cube / 10 ùû = 32GPa þï Es = 20 ´ 104 MPa bh 2 6 = 2,56 MPa = 25,6kG / cm 2 Theo (2.25) ta có : M cr = f ctm Trong đó : f ctm 25 ´ 602 bh 2 = 25,6 ð 6 6 = 384000kGcm = 38, 4kNm M cr = f ctm Vậy M cr < M =240 (kNm) Do dó dầm bị nứt . 3.3.2. Tính bề rông vết nứt Theo (2.28) ta có : w k = sr ,max (e sm - e cm ) - Tính (e sm - e cm ) theo (2.31) ta có : f s s - kt ct ,eff (1 + a e r p ,eff ) r p ,eff s e sm - e cm = ³ 0,6 s Es Es + s s £ k3 f yk = 0,8 ´ 400 MPa = 320 MPa = 320 N / mm 2 Tải về bản full