Đang tải... (xem toàn văn)
LVTS16 Nghiên cứu và so sánh các phương pháp tính toán dầm cao bê tông cốt thép Đăng ngày 02072011 07:21:00 AM 550 Lượt xem 1338 lượt tải Giá : 0 VND Nghiên cứu và so sánh các phương pháp tính toán dầm cao bê tông cốt thép Hãng sản xuất : Unknown Đánh giá : 0 điểm 1 2 3 4 5
Bộ Giáo dục và Đào tạo Bộ Xây dựng Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội Bùi Tiến Dũng Nghiên cứu và so sánh các phơng pháp tính toán dầm cao bê tông cốt thép Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng dân dụng và công nghiệp Hà Nội, 2011 Bộ Giáo dục và Đào tạo Bộ Xây dựng Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội Bùi Tiến Dũng Nghiên cứu và so sánh các phơng pháp tính toán dầm cao bê tông cốt thép Mã số: 60. 58. 20 Luận văn Thạc sỹ Kỹ THUậT chuyên ngành Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Ngời hớng dẫn khoa học: PGS. TS. vơng ngọc lu Ts. nguyễn ngọc nam Hà Nội, 2011 1 lời nói đầu Kết cấu bê tông cốt thép là loại kết cấu đợc dùng phổ biến nhất trong ngành Xây dựng hiện nay. Lý thuyết tính toán và thiết kế các loại cấu kiện bê tông cốt thép cơ bản nh dầm, cột, bản sàn đợc thảo luận trong rất nhiều tài liệu chuyên ngành và đợc quy định trong Tiêu chuẩn thiết kế của Việt Nam cũng nh của nớc ngoài. Dầm cao bê tông cốt thép là loại cấu kiện xuất hiện ngày càng phổ biến trong thiết kế nhà cao tầng. Lý thuyết tính toán dầm cao đã đợc đa vào tiêu chuẩn thiết kế của nhiều nớc trên thế giới. Có nhiều phơng pháp để tính toán loại cấu kiện này. Luận văn dùng phơng pháp phần tử hữu hạn và phơng pháp sử dụng mô hình chống giằng để tính toán dầm cao, một loại cấu kiện cơ bản có đặc điểm chịu lực riêng mà các phơng pháp thiết kế thông thờng không phản ánh đúng tình trạng làm việc và do vậy cho kết quả không chính xác. Qua đó có những so sánh nhận xét và các đề xuất khi sử dụng từng phơng pháp trong tính toán. Do trình độ và thời gian có hạn, chắc chắn luận văn còn có những hạn chế cần đợc hoàn thiện thêm. Tác giả mong muốn nhận đợc sự quan tâm của các thầy, cô Bộ môn và những ngời quan tâm đến đề tài. Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Vơng Ngọc Lu, TS Nguyễn Ngọc Nam đã hớng dẫn tận tình trong thời gian thực hiện luận văn. 2 lời cam đoan Tôi xin cam đoan rằng: Luận văn: nghiên cứu và so sánh các phơng pháp tính toán dầm cao bê tông cốt thép là công trình nghiên cứu của riêng mình tôi. Các số liệu trong luận văn đợc sử dụng trung thực, khách quan, có tính kế thừa. Kết quả nghiên cứu trong Luận văn này là các kết quả cha từng đợc công bố tại bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác từ trớc tới nay. 3 Mục lục Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt. Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị. Phần i: Phần mở đầu Phần II: nội dung luận văn Chơng 1: Tổng quan hệ thống kết cấu nhà cao tầng Và dầm cao bê tông cốt thép 1.1. Tổng quan hệ thống kết cấu nhà cao tầng. 13 1.1.1. Các cấu kiện chịu lực cơ bản: 13 1.1.2. Các hệ kết cấu nhà cao tầng. 13 1.1.2.1. Hệ kết cấu cơ bản: 13 1.1.2.2. Hệ kết cấu hỗn hợp. 20 1.1.2.3. Hệ kết cấu tạo không gian lớn. 22 1.2. dầm cao bê tông cốt thép. 25 1.2.1. Định nghĩa dầm cao: 25 1.2.1. Phân loại và phạm vi sử dụng dầm cao BTCT trong xây dựng. 26 1.2.2. Sự làm việc của dầm cao bê tông cốt thép. 28 1.2.3. Tình hình phát triển nhà cao tầng có hệ thống dầm cao bê tông cốt thép 30 1.2.4. Lịch sử nghiên cứu tính toán dầm cao bê tông cốt thép. 31 4 Chơng ii: Các Phơng pháp tính toán dầm cao Bê tông cốt thép 2.1. phơng pháp phần tử hữu hạn 33 2.1.1. Phân tích ứng suất - biến dạng trong dầm cao bằng phơng pháp PTHH 33 2.1.1.1. Khái niệm về phơng pháp PTHH: 33 2.1.1.2. Đờng lối chung giải kết cấu bằng phơng pháp PTHH: 33 2.1.1.3. Xây dựng ma trận độ cứng phần tử [ ] e K . 34 2.1.2. Dùng chơng trình Sap 2000 để phân tích trạng thái ứng suất - biến dạng của dầm cao bê tông cốt thép. 37 2.1.2.1. Giới thiệu: 37 2.1.2.2. Thực hiện tính toán dầm cao bằng Sap 2000. 38 2.2. phơng pháp sử dụng mô hình chống giằng 42 2.2.1. Phân vùng ứng suất biến dạng của các cấu kiện bê tông cốt thép 42 2.2.2. Cơ sở của mô hình chống - giằng, các giả thiết áp dụng . 43 2.2.2.1 Cơ sở của mô hình chống - giằng. 43 2.2.2.2 Các giả thiết áp dụng 43 2.2.3. Các bộ phận cấu thành của mô hình chống-giằng . 44 2.2.3.1. Thanh chống bê tông chịu nén 44 2.2.3.2. Thanh giằng cốt thép chịu kéo 44 2.2.3.3. Nút giàn 45 2.2.3.4. Quạt chịu nén 47 2.2.3.5. Vùng chịu nén xiên 47 2.2.4. Các dạng phá hoại của mô hình chống-giằng 48 2.2.5. Quy trình thiết kế vùng D theo phơng pháp chống-giằng. 48 2.2.6. Khả năng chịu lực của thanh chống 49 2.2.7. Khả năng chịu lực của vùng nút 54 2.1.8. Khả năng chịu lực của thanh giằng 57 2.1.9. Tính toán thiết kế dầm cao sử dụng mô hình chống - giằng 58 5 Chơng iii: ví dụ tính toán dầm cao bê tông cốt thép so sánh và kết luận 3.1. ví dụ tính toán dầm cao bê tông cốt thép 60 3.1.1. Thiết kế dầm chịu một lực tập trung. 60 3.1.1.1 Theo phơng pháp Phần tử hữu hạn: 61 3.1.1.2 Theo phơng pháp chống giằng 68 3.1.2 Thiết kế dầm chịu hai lực tập trung 73 3.1.2.1 Theo phơng pháp Phần tử hữu hạn: 73 3.1.2.2 Theo phơng pháp chống giằng 80 3.2. So sánh kết quả tính toán của hai phơng pháp. 85 Phần III : Kết luận và kiến nghị A. Kết luận: 87 1. Nhận xét chung về hai phơng pháp tính toán dầm cao. 87 a. Về sơ đồ tính toán: 87 b. Về phơng pháp tính toán: 87 c. Về kết quả tính toán: 88 2. Phạm vi áp dụng B. kiến nghị 89 1. Kiến nghị khi vận dụng phơng pháp phần tử hữu hạn. 89 2. Kiến nghị khi vận dụng phơng pháp chống giằng. 89 Tài liệu Tham Khảo 91 Tiếng Việt 91 Tiếng Anh 92 6 Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt: b, h, L Bề rộng, chiều cao, nhịp của dầm. A, b Chiều cao, chiều rộng lỗ khoét. P Tải trọng tập trung tác dụng lên dầm. q Tải trọng phân bố tác dụng lên dầm. PTHH Phần tử hữu hạn. { } Vecto chuyển vị nút. { } Vecto biến dạng. { } F Vecto lực nút. { } Vecto ứng suất. { } Vecto chuyển vị. { } Biến số tổng quát - hằng ẩn số. [ ] N Hàm dạng. t Bề dày của phần tử dầm. Diện tích của phần tử dầm. [ ] [ ] ; e K K Ma trận độ cứng của phần tử và của toàn kết cấu. ; x y Các thành phần ứng suất theo phơng X, Y trong dầm. max min ; Các thành phần ứng suất kéo chính và nén chính trong dầm. xy Thành phần ứng suất tiếp trong dầm. E Modun đàn hồi của vật liệu. T Nội lực kéo trong thanh chịu kéo. C Nội lực nén trong thanh chịu nén. Một số kí hiệu theo ACI ' c f Cờng độ chịu nén đặc trng của bê tông. ce f Cờng độ chịu nén hiệu quả của bê tông. 7 v Hệ số hiệu quả của bê tông. ; ; w b h jh Chiều dày thân dầm, chiều cao dầm, cánh tay đòn. n l Nhịp dầm. ; x y Lực cắt và lực cắt gây ra do các tải trọng nhân hệ số nt F Cờng độ của thanh giằng. st A Diện tích cốt thép trong thanh giằng chịu kéo. n F Khả năng chịu lực của thanh giằng hoặc vùng nút thủy tĩnh. u F Lực tác dụng tại thanh chống, giằng hoặc nút. ns F Khả năng chịu lực của thanh chống. c A Diện tích mặt cắt ngang hiệu quả tại đầu mút của thanh chống theo phơng vuông góc với trục thanh. ' s A Diện tích cốt thép chịu nén trong thanh chống. Danh mục các bảng Bảng 2.1: Cờng độ chịu nén hiệu quả của bê tông trong thanh chống 53 Bảng 2.2: Cờng độ chịu nén hiệu quả của bê tông trong vùng nút 56 Bảng 3.1: ứ ng suất x trên 1/2 nhịp dầm 62 Bảng 3.2: ứ ng suất y trên 1/2 nhịp dầm 63 Bảng 3.3: ứ ng suất x trên 1/2 nhịp dầm 74 Bảng 3.4: ứ ng suất y trên 1/2 nhịp dầm 75 Danh mục các hình vẽ, đồ thị Hình 1.1: Sơ đồ kết cấu hệ khung chịu lực 14 Hình 1.2 14 Hình 1.4 15 Hình 1.5: Các sơ đồ tờng chịu lực 15 Hình 1.6: Các dạng tờng cứng thông dụng 16 8 Hình 1.7 16 Hình 1.8: Hộp tờng có dạng mạng 18 Hình 1.10 19 Hình 1.11 21 Hình 1.12 22 Hình 1.13 23 Hình 1.14: Dầm cao đỡ cột vách 24 Hình 1.15: Dầm cao đỡ các tầng nhà bên trên 24 Hình 1.16: Một dạng ứng dụng của dầm cao 25 Hình 1.17: Dầm cao bê tông cốt thép thờng 26 Hình 1.18: Dầm cao bê tông cốt thép dự ứng lực 27 Hình 1.19: Dầm cao bằng kết cấu thép 27 Hình 1.20: Quỹ đạo ứng suất 28 Hình 1.21: Dầm cao chịu tải trọng mép đáy 29 Hình 2.1: Mô hình dầm cao khoét lỗ chữ nhật chịu tải tập trung giữa nhịp 40 Hình 2.2: Mô hình dầm cao không khoét lỗ chịu 2 tải tập trung. 40 Hình 2.3: Mô hình dầm cao không khoét lỗ chịu 2 tải tập trung và phân bố 40 Hình 2.4: Mô hình dầm cao khoét lỗ nhiều nhịp 41 Hình 2.5: Một dạng biểu đồ ứng suất x 41 Hình 2.6: Một dạng biểu đồ ứng suất y 41 Hình 2.7: Các vùng B và vùng D 42 Hình 2.8: Thanh chống hình lăng trụ, hình quạt và hình chai 44 Hình 2.9: Phân loại nút 45 Hình 2.10: Vùng nút thuỷ tĩnh (a) CCC và (b) CCT 46 Hình 2.11: Vùng nút mở rộng (a) một lớp cốt thép (b) nhiều lớp cốt thép 46 Hình 2.12: Vùng chịu nén và quạt chịu nén 47 Hình 3.1: Dầm cao chịu một lực tập trung 61 Hình 3.2: Sơ đồ kết cấu 61 Hình 3.3: Sơ đồ kết cấu trong Sap 61 Hình 3.4: Biểu đồ x 62 [...]... cốt thép thờng là loại dầm cao mà vật liệu chế tạo bằng bê tông cốt thép Dầm đợc thiết kế chịu tải trọng lớn trong nhà cao tầng Loại này vẫn đợc sử dụng phổ biến trong xây dựng dân dụng, các công trình chung c, nhà cao tầng hiện nay hiện nay Hình 1.17: Dầm cao bê tông cốt thép thờng - Dầm cao bê tông cốt thép dự ứng lực: Dầm cao bê tông cốt thép dự ứng lực là dầm cao đợc chế tạo bằng bê tông cốt thép. .. Công việc tính toán thiết kế dầm cao ngày càng trở nên quen thuộc với các kỹ s xây dựng Việt Nam 1.2.4 Lịch sử nghiên cứu tính toán dầm cao bê tông cốt thép Trên thế giới, những nghiên cứu tính toán dầm cao bê tông cốt thép đợc hình thành từ những năm 1965 bởi Albritton Lần lợt sau đó Hiệp hội xi măng bê tông (C&CA), hiệp hội nghiên cứu thông tin công nghệ xây dựng (CIRIA) bổ xung các nghiên cứu của... hợp với cốt thép cờng độ cao đợc kéo căng tạo ứng suất nén trong bê tông Dầm đợc thiết kế chịu tải trọng rất lớn và tải trọng động Loại này đợc dùng nhiều trong các công trình cầu đờng 27 Hình 1.18: Dầm cao bê tông cốt thép dự ứng lực - Dầm cao bằng kết cấu thép: Hình 1.19: Dầm cao bằng kết cấu thép 28 1.2.2 Sự làm việc của dầm cao bê tông cốt thép [7] Những phân tích đàn hồi với các dầm cao ở trạng... dạng của dầm cao, tính toán và cấu tạo thép hợp lý, so sánh, đánh giá kết quả Trong phơng pháp chống - giằng, đa ra mô hình mô tả chịu lực Tính toán nội lực với các dạng dầm cao nh trong phơng pháp phần tử hữu hạn, sau đó tính toán và bố trí cốt thép So sánh u nhợc điểm của 2 phơng pháp trên trong từng trờng hợp, và nêu nên phạm vi ứng dụng của từng phơng pháp 12 5 Hớng kết quả nghiên cứu: Phơng pháp. .. chống-giằng, các luồng nội lực đợc lý tởng hóa thành một chống-giằng tạo bởi các thanh chống bê tông chịu nén và các thanh giằng cốt thép chịu kéo Cách thực hiện đó cho ta một cái nhìn đầy đủ về sự làm việc của dầm cao Các chơng sau sẽ lần lợt giới thiệu cơ sở và cách thực hành các phơng pháp, sau đó là các ví dụ tính toán và so sánh để cho thấy hiệu quả của từng phơng pháp 33 Chơng ii: Các Phơng pháp tính toán. .. phơng pháp phần tử hữu hạn 24 Dầm cao thờng đợc thiết kế đỡ cột, vách (hình 1.14) cũng có khi cấu tạo thành cả 1 tầng để đỡ toàn bộ hệ thống các tầng nhà bên trên (hình 1.15) Hình 1.14: Dầm cao đỡ cột vách Hình 1.15: Dầm cao đỡ các tầng nhà bên trên 25 1.2 dầm cao bê tông cốt thép 1.2.1 Định nghĩa dầm cao: [5], [7] Dầm cao là một loại cấu kiện có tỷ lệ giữa chiều cao và nhịp lớn hơn nhiều so với các dầm. .. nhìn đầy đủ và toàn diện về quá trình làm việc của dầm cao Tuy nhiên đây là cách tính mang nhiều tính lý thuyết và chỉ dừng ở mức độ giải quyết các kết cấu dầm cao đơn giản Đối với các trờng hợp phức tạp hơn ( dầm nhiều nhịp, có mở lỗ, ) phơng pháp này cha có lời giải cụ thể 6 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: Đề tài tổng kết quá trình nghiên cứu, tính toán dầm cao bê tông cốt thép Qua đó phần... thuyết tính toán và thiết kế các loại cấu kiện bê tông cốt thép cơ bản nh dầm, cột, bản sàn đợc đề cập trong rất nhiều tài liệu chuyên ngành và đợc quy định trong Tiêu chuẩn thiết kế của Việt Nam cũng nh của nớc ngoài 11 Việc nghiên cứu tính toán các cấu kiện dầm có chiều cao lớn với nhiều mô hình và phơng pháp đã đợc thực hiện, ứng dụng nhiều ở Đức và các nớc Châu Âu Những kết quả nghiên cứu bằng... dải bê tông chịu nén nối tải trọng và phản lực" Định nghĩa này phần nào nói lên bản chất truyền lực của dầm cao 26 1.2.1 Phân loại và phạm vi sử dụng dầm cao BTCT trong xây dựng Trong xây dựng cấu kiện dầm cao BTCT đợc thiết kế và thi công với nhiều hình dạng, kích thớc khác nhau, các dạng chịu lực khác nhau nhng thờng đợc chia ra làm 2 loại chính: - Dầm cao bê tông cốt thép thờng: Dầm cao bê tông cốt. .. lựa chọn và nghiên cứu đề tài này 2 Mục đích nghiên cứu: Từ việc nghiên cứu đề tài, tác giả mong muốn bổ sung nâng cao kiến thức và tìm hiểu sâu hơn về kết cấu dầm cao trong nhà cao tầng Qua đó có cái nhìn đầy đủ hơn về dầm cao, từ phạm vi sử dụng, đến lựa chọn phơng án tính toán cấu tạo sao cho hiệu quả nhất 3 Đối tợng và phạm vi nghiên cứu: Đối tợng nghiên cứu trong phạm vi luận văn là dầm cao BTCT . nhà cao tầng có hệ thống dầm cao bê tông cốt thép 30 1.2.4. Lịch sử nghiên cứu tính toán dầm cao bê tông cốt thép. 31 4 Chơng ii: Các Phơng pháp tính toán dầm cao Bê tông cốt thép . ví dụ tính toán dầm cao bê tông cốt thép so sánh và kết luận 3.1. ví dụ tính toán dầm cao bê tông cốt thép 60 3.1.1. Thiết kế dầm chịu một lực tập trung. 60 3.1.1.1 Theo phơng pháp Phần. nghiên cứu và so sánh các phơng pháp tính toán dầm cao bê tông cốt thép là công trình nghiên cứu của riêng mình tôi. Các số liệu trong luận văn đợc sử dụng trung thực, khách quan, có tính