1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI PHẠM QUANG ĐẠT KHÓA: 2014 - 2016 TÍNH TOÁN CẤU KIỆN SỬ DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD CN Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VŨ THANH THỦY TS CHU THỊ BÌNH HÀ NỘI – NĂM 2016 LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành Xây dựng dân dụng công nghiệp với đề tài “Tính toán cấu kiện sử dụng bê tông cường độ cao” hoàn thành với cố gắng thân, với giúp đỡ nhiệt tình khoa Sau đại học, thầy cô giáo Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, tạo điều kiện động viên giúp đỡ mặt để hoàn thành luận văn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Vũ Thanh Thủy TS Chu Thị Bình trực tiếp hướng dẫn bảo cho trình thực hoàn thành luận văn tốt nghiệp Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, điều kiện có hạn thời gian kiến thức thân nhiều hạn chế nên luận văn tránh khỏi khiếm khuyết, thiếu sót, mong nhận góp ý thầy cô giáo, nhà khoa học, bạn bè đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 03 tháng năm 2016 Tác giả luận văn Phạm Quang Đạt LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình khoa học thực hướng dẫn TS Vũ Thanh Thủy TS Chu Thị Bình Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng Tác giả luận văn Phạm Quang Đạt MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục đích nghiên cứu 2.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 2.2.1 Đối tượng nghiên cứu 2.2.2 Phạm vi nghiên cứu 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.4 Cấu trúc luận văn NỘI DUNG Error! Bookmark not defined CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO 1.1 Khái niệm bê tông cường độ cao [2] 1.2 Vật liệu chế tạo bê tông cường độ cao [5] 1.3 Tính chất lý bê tông cường độ cao [2] 1.4 Tình hình nghiên cứu ứng dụng bê tông cường độ cao 13 1.4.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tông cường độ cao giới 13 1.4.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng bê tông cường độ cao Việt Nam 16 CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DẦM VÀ CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN 19 2.1 Tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam 5574 – 2012 [6] 19 2.1.1 Các tính chất lý vật liệu bê tông 19 2.1.2 Các tính chất lý vật liệu thép 23 2.1.3 Tính toán cấu kiện chữ nhật chịu uốn theo cường độ tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện [6] 27 2.1.4 Tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm 30 2.2 Tính toán theo tiêu chuẩn EN 1992- 1- 1[10] 31 2.2.1 Đặc trưng lý vật liệu 31 2.2.2 Biểu đồ ứng suất biến dạng bê tông 32 2.2.3 Biểu đồ ứng suất 36 2.2.4 Các trường hợp phá hoại tiết diện 39 2.3 Tính toán theo tiêu chuẩn ACI 318 – 11 42 2.3.1 Tính chất lý bê tông [9] 42 2.3.2 Các tính chất lý vật liệu cốt thép 43 2.3.3 Tính toán cấu kiện chịu mô men uốn 45 2.3.4 Tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm [7] 59 2.4 Một số nhận xét phương pháp tính toán tiêu chuẩn 69 CHƯƠNG III: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN KNCL CỦA BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CHO CẤU KIỆN DẦM VÀ CỘT THEO TIÊU CHUẨN ACI 318 – 11 71 3.1 Tính toán dầm bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật chịu uốn 71 3.2 Tính toán cột bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm 76 Kết luận kiến nghị 89 Kết luận: 89 Kiến nghị: 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên bảng Trang bảng Bảng 1.1 Bảng 1.2 Bảng 1.3 Một số giá trị cường độ mô đun đàn hồi bê tông Mô đun đàn hồi bê tông cường độ cao theo số tiêu chuẩn Các số liệu thí nghiệm co ngót bê tông thường bê tông cường độ cao 10 11 12 Bảng 2.1 Các đặc trưng học cốt thép 26 Bảng 2.2 Đặc trưng lý bê tông theo EC 32 Bảng 2.3 Các giá trị   loại bê tông 38 Bảng 2.4 Cấp độ bền chịu nén số loại bê tông theo ACI 318 -11 42 Bảng 2.5 Đặc trưng học cốt thép theo ACI 318 - 11 44 Bảng 2.6 Các thông số khối ứng suất bê tông 51 Bảng 3.1 Kết tính Mn ví dụ 72 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu Tên hình hình Trang Hình 1.1 Quan hệ cường độ thời gian Hình 1.2 Quan hệ ứng suất biến dạng loại bê tông Hình 1.3 Các dạng vết nứt Hình 1.4 Tòa nhà văn phòng, 225 West Wacker Driver, Chicago 14 Hình 1.5 Tháp Two Union Square 15 Hình 1.6 Tháp Burj Dubai 16 Hình 1.7 Tòa nhà Kengnam, Hà Nội 17 Hình 1.8 Cầu Sài Gòn 17 Hình 1.9 Cao ốc Bitexco, TP Hồ Chí Minh 18 Hình 2.1 Mẫu thí nghiệm cường độ chịu nén 19 Hình 2.2 Sự phá hoại mẫu thử khối vuông 20 Hình 2.3 Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo Rt 20 Hình 2.4 Quan hệ R R(t) theo thực nghiệm 22 Hình 2.5 Biểu đồ    loại thép dẻo 24 Hình 2.6 Biểu đồ   loại thép rắn 25 Hình 2.7 Biến dạng dẻo cốt thép 25 Hình 2.8 Hình 2.9 Sơ đồ nội lực biểu đồ ứng suất tiết diện thẳng góc Sơ đồ nội lực biểu đồ ứng suất tiết diện thẳng góc tiết diện chữ nhật chịu uốn 27 29 Sơ đồ nội lực biểu đồ ứng suất tiết diện thẳng Hình 2.10 góc với trục dọc cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm 30 Hình 2.11 Quan hệ ứng suất biến dạng dùng cho phân tích kết cấu 33 Hình 2.12 Mối quan hệ parabol-chữ nhật 33 Hình 2.13 Mối quan hệ song tuyến 34 Hình 2.14 Hình 2.15 Hình 2.16 Hình 2.17 Hình 2.18 Hình 2.19 Hình 2.20 Biểu đồ đường cong biến dạng - ứng suất loại bê tông Biểu đồ ứng suất quy đổi tiết diện theo mối quan hệ phi tuyến Biểu đồ ứng suất vùng nén dầm dùng bê tông có fcm = 33Mpa Biểu đồ ứng suất vùng nén dầm dùng bê tông có fcm = 38Mpa Biểu đồ ứng suất vùng nén dầm dùng bê tông có fcm = 58Mpa Biểu đồ ứng suất vùng nén dầm dùng bê tông có fcm = 78Mpa Biểu đồ ứng suất vùng nén dầm dùng bê tông có fcm = 98Mpa 35 36 36 37 37 37 38 Hình 2.21 Sơ đồ ứng suất qui đổi 39 Hình 2.22 Phân phối ứng suất tiết diện 40 Hình 2.23 Sơ đồ ứng suất – biến dạng lý tưởng thiết kế cốt thép 41 Hình 2.24 Quan hệ ứng suất biến dạng loại thép 44 Hình 2.25 Quan hệ đường cong biến dạng - ứng suất 45 Hình 2.26 Phân bố ứng suất chữ nhật tương đương 46 Hình 2.27 Giá trị   theo độ bền bê tông 47 Hình 2.28 Sơ đồ ứng suất biến dạng cấu kiện đạt trạng thái phá 48 hoại Hình 2.29 Trường hợp phá hoại cân dầm bê tông cốt thép Hình 2.30 Hình 2.31 Sơ đồ ứng suất cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật cốt đơn Sơ đồ ứng suất cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật cốt kép 49 50 52 Hình 2.32 Sơ đồ ứng suất cấu kiện chịu nén lệch tâm 61 Hình 2.33 Phân bố biến dạng trường hợp phá hoại 65 Hình 2.34 Biểu đồ xác định hệ số giảm độ bền  66 Hình 2.35 Phân bố biến dạng theo vị trí trục trung hòa 68 Hình 3.1 Biểu đồ mô men giới hạn tiết diện fy = 75ksi 73 Hình 3.2 Biểu đồ mô men giới hạn tiết diện fy = 60ksi 73 Hình 3.3 Biểu đồ mô men giới hạn tiết diện fy = 40ksi 74 Hình 3.4 Biểu đồ mô men giới hạn tiết diện fc’ = 10ksi 74 Hình 3.5 Biểu đồ mô men giới hạn tiết diện fc’ = 10ksi 75 Hình 3.6 Biểu đồ mô men giới hạn tiết diện fc’ = 14ksi 75 Hình 3.7 Biểu đồ tương tác cấu kiện 76 Hình 3.8 Biểu đồ tương tác tiết diện 84 Hình 3.9 Biểu đồ tương tác tiết diện fy = 40ksi 85 Hình 3.10 Biểu đồ tương tác tiết diện fy = 60ksi 85 Hình 3.11 Biểu đồ tương tác tiết diện fy = 75ksi 86 Hình 3.12 Biểu đồ tương tác tiết diện fc’ = 6ksi 87 Hình 3.13 Biểu đồ tương tác tiết diện fc’ = 8ksi 87 Hình 3.14 Biểu đồ tương tác tiết diện fc’ = 11ksi 88 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Cùng với tiến khoa học kỹ thuật xây dựng, bê tông trở thành loại vật liệu quan trọng xây dựng Bê tông cường độ cao loại vật liệu số Chúng có mặt nhiều công trình xây dựng nhà cao tầng, cầu, đường, thủy lợi… Vì việc tính toán cấu kiện sử dụng bê tông cường độ cao có vai trò quan trọng Trên giới, có nhiều công trình nghiên cứu vấn đề này, kết biên soạn thành tài liệu, tiêu chuẩn, dẫn thiết kế.Ví dụ tiêu chuẩn ACI 318, EN 1992-1-1… Tuy nhiên, tiêu chuẩn Việt Nam thiết kế kết cấu bê tông cốt thép chưa đề cập đến thiết kế cấu kiện sử dụng bê tông cường độ cao Đề tài tìm hiểu nghiên cứu tiêu lý bê tông cường độ cao dẫn tính toán cấu kiện bê tông cốt thép Qua áp dụng tính toán để có nhận xét có giá trị khoa học tính toán cấu kiện bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu tính chất lý bê tông cường độ cao - Nghiên cứu làm việc cấu kiện bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao 2.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 2.2.1 Đối tượng nghiên cứu - Bê tông cường độ cao - Cấu kiện dầm, cột sử dụng bê tông cường độ cao 2.2.2 Phạm vi nghiên cứu - Chỉ tìm hiểu quan hệ ứng suất biến dạng bê tông, không đề cập đến tính chất lý khác - Tính toán khả chịu lực dầm có tiết diện chữ nhật, cột có tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm theo phương 2.3 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết, dựa kết tổng hợp tài liệu, tiêu chuẩn Việt Nam nước tính toán kết cấu bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao 2.4 Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận kiến nghị, tài liệu tham khảo, cấu trúc luận văn gồm chương: Chương 1: Tổng quan bê tông cường độ cao Chương 2: Phương pháp tính toán dầm cột bê tông cốt thép theo số tiêu chuẩn Chương 3: Áp dụng tính toán KNCL bê tông cường độ cao cho cấu kiện dầm cột theo tiêu chuẩn ACI 318 – 11 THÔNG BÁO Để xem phần văn tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội Email: digilib.hau@gmail.com TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 89 Kết luận kiến nghị Kết luận: Các kết luận văn bao gồm: - Đã tìm hiểu đặc tính bê tông cường độ cao tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tông cường độ cao giới Việt Nam - Đã tìm hiểu phương pháp tính toán cấu kiện bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao theo số tiêu chuẩn ACI, EURO CODE… - Đã áp dụng tiêu chuẩn ACI để tính toán cấu kiện dầm, cột bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao với thông số khảo sát cường độ bê tông cốt thép, qua rút nhận xét sau: + Sử dụng bê tông cường độ cao cho cấu kiện dầm chịu uốn không mang lại nhiều lợi ích khả chịu lực + Bê tông cường độ cao làm tăng khả chịu lực lớn cho cấu kiện cột chịu nén + Khi sử dụng bê tông cường độ cao cho cấu kiện cột chịu nén, không cần sử dụng thép có cường độ cao hiệu mang lại không lớn so với thép có cường độ bình thường Kiến nghị: - Cần có thêm nghiên cứu tính lý bê tông cường độ cao phù hợp với điều kiện Việt Nam, từ xây dựng quy trình tính toán cấu kiện sử dụng bê tông cường độ cao phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam 90 - Trong chưa có quy trình tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam, việc sử dụng tiêu chuẩn nước để tính toán cấu kiện sử dụng bê tông cường độ cao cần thiết áp dụng 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Trung Hòa (2011), Kết cấu bê tông cốt thép theo quy phạm Hoa Kỳ, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [2] Phạm Duy Hữu, Nguyễn Long (2011) Giáo trình Bê tông cường độ cao Nhà xuất xây dựng [3] Phạm Duy Hữu, Phạm Duy Anh, Nguyễn Thanh Sang, Nguyễn Lộc Kha Nghiên cứu vật liệu chế tạo bê tông cường độ cao Tạp chí Giao thông vận tải 7/2011 [4] Phạm Duy Hữu, Nguyễn Ngọc Long, Đào Văn Đông , Phạm Duy Anh Bê tông cường độ cao bê tông chất lượng cao” Nhà xuất Giao Thông Vận Tải năm 2009 [7] Trần Mạnh Tuân Tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn ACI 318 – 2002 Nhà xuất xây dựng Tiếng Anh [8] BS 8110 - 1997 Structural use of concrete [9] Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318 – 11) and Commentary [10] Eurocode 2: Design of concrete structures (EN1992-1-1:2004) [11] High perfomance concrete structural designers’ guide by the High Perfomance Concrete Technology Delivery Team [12] State of the Report on high - Strength concrete (Báo cáo trình độ phát triển khoa học kỹ thuật bê tông cường độ cao ) - ACI - 363 - 92 – 1988 [13] Ultra High Performance Fibre-Reinforced Concretes - AFGC Groupe de travail BFUP  ... giới, có nhiều công trình nghiên cứu vấn đề này, kết biên soạn thành tài liệu, tiêu chuẩn, dẫn thiết kế. Ví dụ tiêu chuẩn ACI 318, EN 199 2-1 -1 … Tuy nhiên, tiêu chuẩn Việt Nam thiết kế kết cấu bê tông... MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Cùng với tiến khoa học kỹ thuật xây dựng, bê tông trở thành loại vật liệu quan trọng xây dựng Bê tông cường độ cao loại vật liệu số Chúng có mặt nhiều công trình xây dựng. .. Trung Hòa (2011), Kết cấu bê tông cốt thép theo quy phạm Hoa Kỳ, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [2] Phạm Duy Hữu, Nguyễn Long (2011) Giáo trình Bê tông cường độ cao Nhà xuất xây dựng [3] Phạm Duy