KẾT CẤU BÊ TƠNG ỨNG LỰC TRƯỚC BỘ MÔN CÔNG TRÌNH KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG GV: Hồ Hữu Chỉnh Email: chohuu@hcmut.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ACI 318M-08 Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary, American Concrete Institute, Farmington Hills, Michigan, 2008 BỘ MÔN CÔNG TRÌNH KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG GV: Hồ Hữu Chỉnh Email: chohuu@hcmut.edu.vn Chương Kết cấu ứng lực trước chịu uốn có tiết diện liên hợp 7.1 Khái niệm tiết diện liên hợp 7.2 Phân tích ứng suất tiết diện liên hợp kiểu dầm-sàn 7.3 Kiểm tra tiết diện liên hợp giai đoạn ULS 7.4 Ví dụ áp dụng Chương 7: Kết cấu ULT có tiết diện liên hợp trang VII_1 7.1 Khái niệm tiết diện liên hợp Bê tơng đổ chổ Đúc sẳn ULT a)- hình hộp b)- dầm - sàn c)- chữ T - Tiết diện liên hợp = đáy bê tơng ULT + mặt BTCT thường - Phần đáy tiết diện liên hợp đúc sẳn nhà máy (căng trước) hay đổ chổ cơng trường (căng sau) - Phần sàn mặt đổ bê tơng cơng trường Thép sàn mặt phải đảm bảo chịu uốn ngang sàn - Thép ULT phần đáy tiết diện liên hợp phải đảm bảo chịu uốn dọc dầm - Thép nối phần đáy mặt bê tơng phía dùng để chống cắt ngang Chương 7: Kết cấu ULT có tiết diện liên hợp trang VII_2 7.1 Khái niệm tiết diện liên hợp (tt) Ưu điểm: 1/- Giảm chi phí ván khn 2/- Thi cơng nhanh chóng 3/- Dể kết nối phận có tính tồn khối cao Khuyết điểm: 1/- Cơng nghệ chế tạo phức tạp 2/- Thiết kế thi cơng cần tính chun nghiệp cao * Vì cường độ bê tơng phần đúc sẳn đổ chổ khác  Tính tốn tiết diện tương đương dùng phân tích tiết diện liên hợp Chương 7: Kết cấu ULT có tiết diện liên hợp trang VII_3 7.2 Phân tích ứng suất tiết diện kiểu dầm-sàn  Phân tích ứng suất phụ thuộc vào kiểu tiết diện liên hợp, giai đoạn làm việc, biện pháp thi cơng tải trọng tác dụng  Biện pháp thi cơng gồm loại có chống đỡ loại khơng chống đỡ dọc theo chiều dài phần dầm đúc sẳn đổ bê tơng phần sàn phía  Các giai đoạn làm việc tiết diện liên hợp kiểu dầm-sàn gồm: Giai đoạn nén trước phần dầm ULT: có trọng lượng dầm tham gia với mơmen uốn MDw Giai đoạn đổ bê tơng phần sàn phía trên: có thêm trọng lượng sàn tham gia với mơmen uốn MDf Giai đoạn làm việc tiết diện liên hợp: có thêm hoạt tải sàn tham gia với mơmen uốn ML Chương 7: Kết cấu ULT có tiết diện liên hợp bf hf Bê tơng đổ chổ h CGC h1 e e1 CGC1 Đúc dp sẳn ULT Aps b trang VII_4 7.2.1 Ứng suất giai đoạn nén trước f’ Qui ước: c’1 h1 e1 CGC1 Aps US gây nén có dấu + c1 US gây kéo có dấu f1p b f  f1p  f p  f  f '  f '1p  f '2 p  f '3  Kiểm tra Pp A1 Pp A1  Pp e1  Pp e1 I1 I1 f2p c1  M Dw c1 I1 c'1  M Dw c'1 I1  f nén  [f nén ]  0,6 f’ci  f kéo  [f kéo ]  0,25 f’ci Chương 7: Kết cấu ULT có tiết diện liên hợp f3 f Pp - lực nén trước (có xét tổn hao ngắn hạn) MDw - mơmen trọng lượng phần đúc sẳn e1 - khoảng cách CGC1 CGS f1p - ứng suất lực Pp gây f2p - ứng suất mơmen Ppe1 gây f3 - ứng suất mơmen MDw gây A1 - diện tích tiết diện đúc sẳn (khơng nứt) I1 - mơmen qn tính tiết diện đúc sẳn c1 - khoảng cách đến đáy CGC1 c’1 - khoảng cách đến đỉnh CGC1 trang VII_5 7.2.2 Ứng suất giai đoạn đổ sàn phía bf f’ hf h CGC h1 e e1 CGC1 Aps c’1 c’ c1 c b f1 f  f1  f  f  f  f '  f '1 f '2 f '3 f '4  Kiểm tra dp f2 f3 Pe Pe e1 M M  c1  Dw c1  Df c1 A1 I1 I1 I1 Pe Pe e1 M M  c'1  Dw c'1  Df c'1 A1 I1 I1 I1  f nén  [f nén ]  0,45 f’c  f kéo  [f kéo ]  0,62 f’c Chương 7: Kết cấu ULT có tiết diện liên hợp f4 f Qui ước: US gây nén có dấu + US gây kéo có dấu - Pe - lực nén hiệu (xét tổng tổn hao) MDf - mơmen trọng lượng sàn bêtơng f1 - ứng suất lực Pe gây f2 - ứng suất mơmen Pee1 gây f4 - ứng suất mơmen MDf gây trang VII_6 7.2.3 Ứng suất giai đoạn làm việc a/- Khơng chống đỡ dầm đổ bê tơng sàn Cánh tính tốn b/- Có chống đỡ dầm đổ bê tơng sàn Cánh tính tốn Bê tơng đổ chổ Đúc sẳn ULT Bê tơng đổ chổ Đúc sẳn ULT Chương 7: Kết cấu ULT có tiết diện liên hợp trang VII_7 7.2.3 Ứng suất giai đoạn làm việc a/- Khơng chống đỡ đổ sàn bf hf h CGC h1 e e1 CGC1 Aps c’1 c’ c1 dp c b f1 f2 f3 f4 f5 f b/- Có chống đỡ đổ sàn bf hf h CGC h1 e e1 CGC1 Aps b c’1 c’ c1 dp c f1 Chương 7: Kết cấu ULT có tiết diện liên hợp f2 f3 f4 f5 trang VII_8 f a)- Ứng suất giai đoạn làm việc: khơng chống đỡ bf hf h c’’ h1 e e1 CGC CGC1 Aps c’1 c’ c1 dp c b f1 f  f1  f  f  f  f  f '  f '1 f '2 f '3 f '4 f '5  Kiểm tra f’ * Phần sàn có ứng suất mơmen ML f2 f3 f4 Pe Pe e1 M M M  c1  Dw c1  Df c1  L c A1 I1 I1 I1 I Pe Pe e1 M M M  c'1  Dw c'1  Df c'1  L c' ' A1 I1 I1 I1 I  f nén  [f nén ]  0,45 f’c  f kéo  [f kéo ]  0,62 f’c Chương 7: Kết cấu ULT có tiết diện liên hợp f5 f Qui ước: Nén có dấu + Kéo có dấu - ML - mơmen hoạt tải sàn gây f5 - ứng suất mơmen ML gây I - mơmen qn tính tiết diện liên hợp c - khoảng cách đến đáy đúc sẳn CGC c” - khoảng cách đến đĩnh đúc sẳn CGC trang VII_9 b)- Ứng suất giai đoạn làm việc: có chống đỡ bf f’ * Phần sàn có ứng suất mơmen ML hf h c’’ h1 e e1 c’1 c’ CGC CGC1 Aps c1 c b f1 f  f1  f  f  f  f  f '  f '1 f '2 f '3 f '4 f '5  Kiểm tra dp f2 f3 f4 Pe Pe e1 M M M  c1  Dw c1  Df c  L c A1 I1 I1 I I Pe Pe e1 M M M  c'1  Dw c'1  Df c' ' L c' ' A1 I1 I1 I I  f nén  [f nén ]  0,45 f’c  f kéo  [f kéo ]  0,62 f’c Chương 7: Kết cấu ULT có tiết diện liên hợp f5 f Qui ước: Nén có dấu + Kéo có dấu - ML - mơmen hoạt tải sàn gây f5 - ứng suất mơmen ML gây I - mơmen qn tính tiết diện liên hợp c - khoảng cách đến đáy đúc sẳn CGC c” - khoảng cách đến đĩnh đúc sẳn CGC trang VII_10 7.2.4 Xác định mơmen kháng nứt (Mcr) a)- Tiết diện liên hợp khơng chống đỡ bf f’ hf h c’’ h1 e e1 CGC1 Aps b Cho: c’1 c’ CGC c1 dp c f1 f2 f3 f4 f5 M Df Pe Pe e1 M Dw M f   c1  c1  c1  L c   f r A1 I1 I1 I1 I  M L  ( fr  Với: S1  P Pe Pe Pe e1 S S  ) S  M D ( )  M cr  (f r  e  e )S  M D (  1) A1 S1 A1 S1 S1 S1 I1 I ; S  ; M D  M Dw  M Df ; M cr  M D  M L ; f r  0,62 f 'c c1 c Chương 7: Kết cấu ULT có tiết diện liên hợp trang VII_11 f 7.2.4 Xác định mơmen kháng nứt (Mcr) b)- Tiết diện liên hợp có chống đỡ f’ bf hf h c’’ h1 e e1 CGC CGC1 Aps b Cho: c’1 c’ c1 dp c f1 f2 f3 f4 f5 f M Df Pe Pe e1 M Dw M f   c1  c1  c  L c   fr A1 I1 I1 I I  M L  M Df  ( f r  P Pe Pe Pe e1 S S  ) S  M Dw ( )  M cr  (f r  e  e )S  M Dw (  1) A1 S1 A1 S1 S1 S1 I1 I Với: S1  ; S  ; M D  M Dw  M Df ; M cr  M D  M L ; f r  0,62 f 'c c1 c Chương 7: Kết cấu ULT có tiết diện liên hợp trang VII_12 7.3 Kiểm tra tiết diện liên hợp giai đoạn ULS 7.3.1 Các giả thiết tính tốn (1) Bỏ qua khơng liên tục biến dạng ứng suất mặt giao tiếp sàn-dầm (2) Bỏ qua ứng suất kéo, có bê tơng chịu nén tham gia chịu lực (3) Nếu cường độ bê tơng đổ chổ sàn f’c2 khác với bê tơng phần dầm đúc sẳn f’c1 , cường độ bê tơng tính tốn f’c = (f’c1, f’c2) phải thỏa mản: ( M n )chuT , f ' c  ( M n )chunhat , f ' c1 (4) Tại TTGH độ bền (ULS), ứng suất nén bê tơng cánh sườn thay khối ứng suất chữ nhật tương đương mơ tả sau đây: bf ecu = 0,003 hf h CGC h1 e e1 dp b Tiết diện Cf a= b1 c c CGC1 Aps 0,85f’c fc fps e1  eps= e1 + ep Biến dạng Chương 7: Kết cấu ULT có tiết diện liên hợp Ứng suất Tp Nội lực trang VII_13 Cc 7.3.2 Các phương trình cân bf ecu = 0,003 hf h CGC h1 e e1 dp Cf a= b1c c CGC1 fps Aps e1  eps= e1 + ep b Tiết diện 0,85f’c fc Biến dạng Ứng suất Cc Tp Nội lực Các phương trình tính tốn ứng với TTGH độ bền tiết diện chữ T (a ≥ hf ): (i) Tổng lực kéo = tổng lực nén: Tp  C c  C f (ii) Điều kiện độ bền: M u  M n (iii) Điều kiện độ dẻo tối thiểu: c  0,375d p Tp  A psf ps ; Cc  0,85f 'c ba ; Chương 7: Kết cấu ULT có tiết diện liên hợp Tham khảo trình tự tính tốn tiết diện chữ T chương Cf  0,85f 'c (bf  b)h f trang VII_14 7.4 Các ví dụ áp dụng 7.4.1 Ví dụ 7.1 Một dầm liên hợp kiểu dầm-sàn (khơng chống đỡ dầm đúc sẳn đổ bê tơng phần cánh sàn phía trên) có thơng số sau: bf - Chiều dài dầm: L = 15 m (hai đầu gối tựa đơn) hf - Kích thước đúc sẳn: b = 300; h1 = 900; a = 200 - Kích thước đổ chổ: bf = 900; hf = 150 h - Bê tơng đổ chổ phần cánh: f’c2 = 28 MPa c’’ h1 - Bê tơng dầm đúc sẳn: f’c1 = 34 MPa; f’ci = 28 MPa - Diện tích thép ULT (bám dính): Aps = 1000 mm2 e e1 a CGC CGC1 Aps c’1 c1 c’ dp c b - Cường độ thép ULT: fpu = 1700 MPa; fpy = 1450 MPa - Ứng suất căng ban đầu: fpi = 1360 MPa -Trọng lượng đúc sẳn: g = kN/m - Tổn thất ứng suất nén trước: 10% fpi - Trọng lượng sàn: q = 3,5 kN/m - Tổn thất ứng suất tổng cộng: 20% fpi - Hoạt tải sàn: p = 12 kN/m u cầu: Kiểm tra ƯS t/d dầm giai đoạn: nén trước; đổ BT sàn; làm việc Chương 7: Kết cấu ULT có tiết diện liên hợp trang VII_15 7.4.2 Ví dụ 7.2 Một dầm liên hợp kiểu dầm-sàn (có chống đỡ dầm đúc sẳn đổ bê tơng phần cánh sàn phía trên) có thơng số sau: bf - Chiều dài dầm: L = 15 m (hai đầu gối tựa đơn) hf - Kích thước đúc sẳn: b = 300; h1 = 700; a = 200 - Kích thước đổ chổ: bf = 900; hf = 150 h - Bê tơng đổ chổ phần cánh: f’c2 = 28 MPa c’’ h1 - Bê tơng dầm đúc sẳn: f’c1 = 41 MPa; f’ci = 34 MPa - Diện tích thép ULT (bám dính): Aps = 1000 mm2 e e1 a CGC CGC1 Aps c’1 c1 c’ dp c b - Cường độ thép ULT: fpu = 1700 MPa; fpy = 1450 MPa - Ứng suất căng ban đầu: fpi = 1360 MPa -Trọng lượng đúc sẳn: g = kN/m - Tổn thất ứng suất nén trước: 10% fpi - Trọng lượng sàn: q = 3,5 kN/m - Tổn thất ứng suất tổng cộng: 20% fpi - Hoạt tải sàn: p = 12 kN/m u cầu: 1)- Kiểm tra ƯS t/d dầm giai đoạn làm việc 2)- Tính tốn mơmen kháng nứt ( Mcr ) dầm liên hợp Chương 7: Kết cấu ULT có tiết diện liên hợp trang VII_16