Đang tải... (xem toàn văn)
chương 8 kết cấu bê tông cốt thép
126 7.8. cột chịu nén Cột có cốt thép cứng 7.8.1.Đặc điểm cấu tạo. Năm 1963 loại cột có cốt thép cứng đợc sử dụng đầu tiên trong các công trình ga tu điện ngầm. Nhiều năm sau đó nó đợc sử dụng trong công trình cầu, đặc biệt l công trình chịu động đất Loại cột ny có cốt thép cứng l thép hình chữ I,U,L, ống thép. Trong quá trình thi công tận dụng cốt thép cứng lm kết cấu chịu tải trọng nh: ván khuôn, bê tông mới đổ v các loại tải trọng khác. Sau khi bê tông khô cứng v tháo ván khuôn, lúc ny bê tông v cốt thép cứng cùng phối hợp chịu lực một cách thống nhất Mặt cắt ngang cột phải có ít nhất một trục đối xứng Cờng độ nén của bê tông : 20 MPa : 55 MPa. Cờng độ chảy của thép hình v cốt thép dọc sử dụng phải nhỏ hơn 420 MPa. Nếu trên tiết diện bố trí nhiều thép hình của cột thì phải đợc liên kết với nhau bằng cốt thép đai v các bản giằng hoặc thanh giằng để đề phòng mất ổn định các thép hình riêng lẻ trớc khi bê tông đông cứng. Các thép hình bọc bê tông phải đợc tăng cờng bằng cốt thép dọc v cốt thép đai. Cốt thép dọc v cốt thép đai phải đợc cấu tạo tuỳ theo trạng thái giới hạn đợc xét. ở TTGH cờng độ cốt thép ngang đợc quy định nh trong cột có cốt thép mềm, đồng thời bớc cốt thép đai không đợc lớn hơn:16 lần đờng kính thanh thép dọc, 48 lần đờng kính thanh giằng v 0,5 kích thớc nhỏ nhất của tiết diện. ở TTGH đặc biễt tham khảo quy trình. Thép ống hình tròn v hình chữ nhật phải thoả mãn yêu cầu ổn định Sự truyền tất cả tải trọng trong cột liên hợp phải đợc xem xét trong thiết kế các thnh phần đỡ. 127 Nếu hm lợng cốt thép cứng trên tiết diện nhỏ hơn 4% thì tính toán cột có cốt thép cứng nh cột có cốt thép mềm. Nếu ngợc lại thì tính toán nh sau: 7.8.2Đặc điểm chịu lực. 7.8.2.1 Cột chịu nén đúng tâm 7.8.2.1 .1. ổn định tổng thể Sức kháng nén danh định của cột : Nếu 2.25 thì P n = 0.66 F e A s Nếu > 2.25 thì P n = l A0,88F se với : e e 2 s E F r K = F e = F y + C 1 F yr s r A A + C 2 c f s r A A += s c3 e A A n C 1EE Sức kháng nén ổn định tổng thể tính toán: P r = c P n trong đó : c = hệ số sức kháng(0,90) A s = diện tích mặt cắt ngang của mặt cắt thép (mm 2 ) A c = diện tích mặt cắt ngang của bê tông (mm 2 ) A r = tổng diện tích mặt cắt ngang của cốt thép dọc (mm 2 ) F y = cờng độ chảy nhỏ nhất quy định của mặt cắt thép (MPa) F yr = cờng độ chảy nhỏ nhất quy định của cốt thép dọc (MPa) c f = cờng độ nén 28 ngy nhỏ nhất quy định của bê tông (MPa) E = môđun đn hồi của thép (MPa) = chiều di không giằng của cột (mm) K = hệ số chiều di hiệu dụng n = tỷ số môđun của bê tông r s = bán kính hồi chuyển của mặt cắt thép trong mặt phẳng uốn, nhng không nhỏ hơn 0,3 lần chiều rộng của bộ phận liên hợp trong 128 mặt phẳng uốn đối với các thép hình đợc bọc bê tông liên hợp (mm) C 1 , C 2 , C 3 = hằng số cột liên hợp đợc quy định trong C 1 C 2 C 3 Các ống đợc nhồi đầy Các thép hình đợc bọc C 1 1,0 0,70 C 2 0,85 0,60 C 3 0,40 0,20 7.8.2.1.2. ổn định cục bộ Độ mảnh của các bản phải thỏa mãn: y F E k t b (6.9.4.2.1) trong đó: k = hệ số oằn của bản theo quy định trong bảng b = chiều rộng của bản nh quy định trong bảng t = chiều dy bản Chiều dy vách của các ống phải thỏa mãn: +Đối với các ống tròn : y F E 2.8 t D +Đối với các ống chữ nhật : y F E 1.7 t b trong đó: D = đờng kính ống (mm) b = chiều rộng mặt (mm) t = chiều dy ống (mm) Các tỷ số chiều rộng - chiều dày giới hạn Các bản đợc đỡ dọc một mép K b Chiều rộng nửa bản cánh của các mặt cắt I Chiều rộng toàn bản cánh của các thép [ Các bản cánh và các cạnh nhô ra hoặc các bản Khoảng cách giữa mép tự do và hàng bulông thứ nhất hoặc các đờng hàn trong các bản 0,56 Toàn chiều rộng của cạnh bên nhô ra đối với các đôi thép góc trong tiếp xúc liên tục Các thân của thép T cán 0,75 Toàn chiều cao của T 129 Các cấu kiện nhô ra khác Toàn chiều rộng của cạnh bên nhô ra đối với thanh chống thép góc đơn hoặc thanh chống thép góc đôi với tấm ngăn 0,45 Toàn chiều rộng nhô ra đối với các cấu kiện khác Các bản đợc đỡ dọc hai mép k b Các bản cánh hộp và các bản táp Khoảng cách tĩnh giữa các bản bụng trừ đi bán kính góc trong trên mỗi bên đối với các bản cánh hộp 1,40 Khoảng cách giữa các đờng hàn hoặc bulông đối với các bản phủ bản cánh Các bản bụng và các cấu kiện bản khác Khoảng cách tĩnh giữa các bản cánh trừ đi các bán kính đờng hàn đối với các bản bụng của các dầm cán 1,49 Khoảng cách tĩnh giữa các thanh đỡ mép đối với tất cả các cấu kiện khác Các bản táp có khoét lỗ 1,86 Khoảng cách tĩnh giữa các thanh đỡ mép 7.8.2.1.3. Độ mảnh giới hạn +Đối với các bộ phận chính: s K 120 r +Đối với các bộ phận liên kết: s K 140 r trong đó: K = hệ số chiều di hiệu dụng = chiều di không giằng (mm) r s = bán kính hồi chuyển nhỏ nhất (mm) 7.8.2.2. Cột chịu nén lệch tâm theo một phơng 7.8.2.2. 1. Sức kháng nén cột Nh nén đúng tâm 7.8.2.2. 2. Sức kháng uốn của cột 7.8.2.2. 2.1.Cột có cốt thép cứng l ống thép Nếu vấn đề ổn định cục bộ đợc đảm bảo, nghĩa l: +Đối với các ống tròn : y F E 2.8 t D Thì sức kháng uốn tính toán: . rfn M M = 130 0,3 . u cn P P , (2.) . (3) 321,7 =+ + ryr wy ny wy c dcAF AF d MZF AF fb 0, 0 0,3 . u cn P P u P Trong đó: f : Hệ số sức kháng uốn(1,0) Nếu 2, 0 y D E tF < thì nps M M= Nếu 2, 0 8,8 y y E DE Ft F << thì nyc M M = ps M : Mô men dẻo của riêng tiết diện cốt thép cứng y c M : Mô men chảy của ton bộ tiết diện cột 7.8.2.2. 2.2.Cột có cốt thép cứng thép hình U,C,L Khi thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ thì sức kháng uốn danh định lấy trị số nhỏ hơn Nếu thì Nếu thì Mn đợc xác định bằng nội suy tuyến tính giữa Mn cho bởi phơng trình (1)(2) khi Pu=0 v Mn cho bởi phơng trình (3) Trong đó: : Lực nén dọc trục do tải trọng tính toán Z : Mô men chống uốn dẻo theo của mặt cắt thép hình theo trục uốn a w : Diện tích bản bụng thép hình c : Khoảng cách từ tim cốt thép dọc đến bề mặt gần nhất của bộ phận trong mặt phẳng uốn d : Chiều cao của bộ phận ở trong mặt phẳng uốn b : Chiều rộng của bộ phận thẳng góc với mặt phẳng uốn F yr : Giới hạn chảy nhỏ nhất của cốt thép dọc 7.8.2.2. 2.3.Phơng pháp khuyết đại mômen Nh phần cột có cốt thép mềm nhng Chú ý rằng:Khi xác định sự khuyết đại mômen đối với các bộ phận liên hợp chịu nén dọc trục v uốn kết hợp, phải áp dụng phơng trình sau : P e = es FA (1) (2) = = nps nyc MM MM 131 7.8.2.3. Cột chịu nén lệch tâm theo Hai phơng Tải trọng nén dọc trục Pu v các mômen xảy ra đồng thời, M ux v M uy , tính toán đối với các tải trọng tính toán bằng các phơng pháp giải tích đn hồi phải thỏa mãn mối quan hệ sau : Nếu 0,2 r P u P < , thì 1,0 M M M M 2,0P P ry uy rx ux r u ++ Nếu 0,2 P P r u , thì 1,0 M M M M 9,0 8,0 P P ry uy rx ux r u ++ P r = sức kháng nén tính toán dọc trục nh trên M rx = sức kháng uốn tính toán theo trục x nh trên M ry = sức kháng uốn tính toán theo trục y nh trên M ux = mômen uốn tính toán theo trục x đợc tính toán theo quy định ở bên dới M uy = mômen uốn tính toán theo trục y đợc tính toán theo quy định ở bên dới Các mômen Mux v Muy theo các trục đối xứng, có thể đợc xác định bằng Sự phân tích đn hồi bậc hai, có tính đến độ khuyếch đại mômen gây ra bởi tải trọng trục tính toán