Kết cấu bê tông ứng suất trước-Bài 4: Tính toán theo TTGH

Chia sẻ: Phạm Quang Chiến | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

261
lượt xem 67
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trạng thái giới hạn về cường độ: Thời điểm trước khi dầm bị phá hoại gọi là Trạng thái giới hạn khả năng chịu lực của cấu kiện, hay còn gọi là Trạng thái giới hạn về cường độ. Trạng thái này được dùng làm sơ đồ tính toán cấu kiện theo cường độ trên tiết diện thẳng góc. Ghi chú: Đối với cấu kiện bêtông cốt thép thông thường, tải trọng gây nứt thường ở mức 10– 15% tải trọng phá hoại; Đối với cấu kiện bêtông ứng suất trước, tải trong gây nứt có thể đạt đến mức 70 – 80% tải trọng phá...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Kết cấu bê tông ứng suất trước-Bài 4: Tính toán theo TTGH

KẾT CẤU BÊTÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC Bài 4 : PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU BÊTÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN 4.1 TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT CỦA CẤU KIỆN CHỊU UỐN Trạng thái ứng suất của dầm chịu uốn BTƯST có thể được chia ra 3 giai đoạn: - Giai đoạn I: Kể từ đầu cho đến thời điểm dầm bị nứt. - Giai đoạn II: Giai đoạn cấu kiện làm việc trong trạng thái có vết nứt ở vùng kéo. - Giai đoạn III: Giai đoạn cấu kiện bị phá hoại.
1 Các trạng thái ứng suất của dầm bêtông ứng suất trước
2 TT3: σ sp1 = σ sp − σ l1 − ασ b TT4: σ sp2 = σ sp − σ l1 − ασ b − σ l2 TT5: σ sp,0 = σ sp − σ l1 − σ l2 TTIa σ sp,crc = σ sp,0 + 2αα bt,ser
3 - Kết thúc giai đoạn II: 1. Trường hợp 1: Cốt thép vùng kéo đạt trạng thái chảy trong khi bêtông vùng nén chưa bị phá hoại. 2. Trường hợp 2: Bêtông vùng nén bị phá hoại trong khi cốt thép vùng kéo chưa bị chảy. 3. Trường hợp 3: Bêtông vùng nén bị phá hoại đồng thời với sự chảy của cốt thép vùng nén. - Giai đoạn III: 1. Trường hợp 1 Trạng thái IIa (hình 4.1–T.T.IIa) phá hoại dẻo. 2. Trường hợp 2 Phá hoại giòn. 3. Trường hợp 3 giới hạn giữa phá hoại dẻo và phá hoại giòn. - Trường hợp đặc biệt: Hàm lượng cốt thép quá ít phá hoại đột ngột: Trạng thái Ia phá hoại
4 Trạng thái giới hạn về cường độ: Thời điểm trước khi dầm bị phá hoại gọi là Trạng thái giới hạn khả năng chịu lực của cấu kiện, hay còn gọi là Trạng thái giới hạn về cường độ. Trạng thái này được dùng làm sơ đồ tính toán cấu kiện theo cường độ trên tiết diện thẳng góc. Ghi chú: - Đối với cấu kiện bêtông cốt thép thông thường, tải trọng gây nứt thường ở mức 10– 15% tải trọng phá hoại; - Đối với cấu kiện bêtông ứng suất trước, tải trong gây nứt có thể đạt đến mức 70 – 80% tải trọng phá hoại. Giai đoạn I của dầm bêtông ứng suất trước là rất lớn so với hai giai đoạn II và III.
4.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN 5 4.2.1 Khái quát về các phương pháp tính toán kết cấu a) Phương pháp tính toán kết cấu theo ứng suất cho phép b)Phương pháp tính toán theo giai đoạn phá hoại c) Phương pháp tính toán theo trạng thái giới hạn 4.2.2 Trạng thái giới hạn - Kết cấu được thiết kế để đáp ứng các công năng dự tính trước (các yêu cầu sử dụng). - Khi trạng thái làm việc của kết cấu vượt quá một trạng thái được quy định, không còn đáp ứng được công năng, người ta nói kết cấu vượt quá trạng thái giới hạn ứng với công năng đó. - Mục tiêu của thiết kế kết cấu hiện đại là giải quyết làm sao để với một chi phí tương đối nhỏ, kết cấu được thiết kế đảm bảo không vượt quá trạng thái giới hạn trong thời hạn sử dụng được dự tính và trong những điều kiện được quy định.
6 Trạng thái giới hạn: - Khi kết cấu hoặc bộ phận kết cấu vượt quá một trạng thái, không thể tiếp tục đáp ứng được một công năng nào đó do thiết kế quy định thì trạng thái đó là trạng thái giới hạn của công năng tương ứng. Các trạng thái giới hạn được chia làm hai loại: - Trạng thái giới hạn khả năng chịu lực tương ứng với khả năng chịu lực lớn nhất của kết cấu. - Trạng thái giới hạn sử dụng tương ứng với khả năng sử dụng bình thường của kết cấu.
Trạng thái giới hạn khả năng chịu lực tương ứng với các trường hợp: 7 - Toàn bộ kết cấu hoặc bộ phận của nó bị mất ổn định khi chúng được xem như là vật rắn tuyệt đối; - Kết cấu bị phá hoại tại các tiết diện nguy hiểm do vượt quá hoặc cường độ chịu lực hoặc biến dạng giới hạn của vật liệu trong kết cấu; - Kết cấu bị biến thành hệ cơ cấu; - Kết cấu hoặc bộ phận của nó bị mất ổn định. Trạng thái giới hạn sử dụng tương ứng với các trường hợp: - Kết cấu bị biến dạng đến mức ảnh hưởng đến điều kiện sử dụng bình thường hoặc hình dạng công trình; - Dao động quá mức gây ảnh hưởng đến hoạt động của người sử dụng, đến kết cấu và sự làm việc của thiết bị; - Hư hỏng cục bộ làm giảm độ bền lâu của kết cấu hoặc ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng hoặc hình dạng của công trình.
8 Ghi chú: - Ngoài hai nhóm trạng thái giới hạn như được đề cập trên đây, việc thiết kế kết cấu cần quan tâm đến các yếu tố khác như khả năng chịu lửa và độ bền lâu. Thông thường trong thiết kế để đảm bảo độ bền lâu và khả năng chịu lửa của kết cấu, ngoài các yêu cầu về chất lượng vật liệu, công nghệ thi công, còn phải quy định về cấu tạo, đặc biệt là quy định về lớp bảo vệ chống ăn mòn và chống cháy.
4.2.3 Tải trọng và tổ hợp tải trọng: 9 Theo tiêu chuẩn TCVN 2737 : 1995 – “Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế”. 1) Phân loại: - Tải trọng thường xuyện là tải trọng tác dụng không thay đổi trong suốt quá trình sử dụng kết cấu như trọng lượng bản thân kết cấu, trọng lượng tường xây, vách ngăn ... - Tải trọng tạm thời là các tải trọng có thể thay đổi về điểm đặt, trị số, chiều tác dụng như tải trọng trên sàn, tải trọng do cầu trục, ôtô, tải trọng gió... - Tải trọng đặc biệt rất ít khi xẩy ra như động đất, nổ... 2) Tải trọng tiêu chuẩn, tải trọng tính toán, hệ số độ tin cậy. 3) Tổ hợp tải trọng: tổ hợp cơ bản, tổ hợp đặc biệt.
10 4.2.4 Các đặc trưng tiêu chuẩn và tính toán của bêtông Cường độ tiêu chuẩn của bêtông khi nén dọc trục R là cường độ (độ bền) chịu nén dọc bn trục của bêtông theo mẫu lăng trụ đảm bảo xác suất vượt quá giá trị đó của không ít hơn 95% số mẫu thử, còn cường độ tiêu chuẩn chịu kéo dọc trục là cường độ chịu kéo dọc trục của bêtông đảm bảo xác suất vượt quá giá trị đó của không ít hơn 95% số mẫu thử. Cường độ tiêu chuẩn của bêtông khi kéo dọc trục R (cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của btn bêtông) trong những trường hợp độ bền chịu kéo của bêtông được kiểm soát trong quá trình sản xuất được lấy bằng cấp độ bền chịu kéo với xác xuất đảm bảo. Trường hợp không được kiểm soát trong quá trình sản xuất thì cường độ tiêu chuẩn khi kéo dọc trục R (cường độ chịu kéo tiêu chuẩn) được xác định tùy thuộc vào cấp độ bền chịu nén của btn bêtông theo Phụ lục của TCXDVN 356 : 2005.
Cường độ tính toán của bêtông : 11 Các cường độ tính toán của bêtông khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất R b , R bt và theo trạng thái giới hạn thứ hai R b,ser , R bt,ser được xác định bằng cách chia cường độ tiêu chuẩn cho hệ số độ tin cậy của bêtông tương ứng khi nén γ bc và khi kéo. γ bt Hệ số độ tin cậy của một số loại bêtông khi nén và khi kéo Giá trị của các hệ số độ tin cậy của bêtông khi tính toán kết cấu theo nhóm trạng thái giới hạn Nhóm thứ nhất Loại bêtông Nhóm thứ γ bt ứng với cấp độ hai γ bc bền của bêtông γ bc , γ bt Chịu nén Chịu kéo Bêtông nặng, bêtông hạt nhỏ, bêtông tự ứng suất, bêtông nhẹ và bêtông 1,3 1,5 1,3 1,0 rỗng Bêtông tổ ong 1,5 2,3 – 1,0
12 - Hệ số nở ngang của bêtông dùng trong tính toán kết cấu lấy giá trị ν = 0,2 cho mọi trường hợp. - Môđun biến dạng trượt của bêtông lấy bằng 0,4Eb. - Hệ số nở nhiệt của bêtông dùng trong tính toán ứng với khoảng nhiệt độ từ -400C đến +500C lấy theo Chương 2. Các cường độ tính toán của bêtông khi tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất R b và R bt được giảm xuống (hoặc tăng lên) bằng cách nhân với các hệ số điều kiện làm việc của bêtông γ bi . Các hệ số này kể đến tính chất đặc thù của bêtông, tính dài hạn của tác động, tính lặp lại của tải trọng, điều kiện và giai đoạn làm việc của kết cấu, phương pháp sản xuất, kích thước tiết diện, v.v...Giá trị hệ số điều kiện làm việc của bêtông trong các trường hợp điển hình được cho trong TCXDVN 356 : 2005.
4.2.5 Các đặc trưng tiêu chuẩn và tính toán của cốt thép 13 Cường độ tiêu chuẩn của cốt thép R là giá trị nhỏ nhất được kiểm soát của giới hạn chảy sn thực tế hoặc quy ước (bằng ứng suất ứng với biến dạng dư là 0,2%). Đặc trưng được kiểm soát đối với cốt thép được lấy theo các tiêu chuẩn nhà nước hiện hành và các điều kiện kỹ thuật của cốt thép đảm bảo với xác xuất không nhỏ hơn 95%. Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ hai được xác định theo công thức: R sn Rs = γs Trong đó: γ s là hệ số độ tin cậy của cốt thép.
14 Hệ số độ tin cậy của cốt thép γs Giá trị γ s khi tính toán kết cấu Nhóm thép thanh theo các trạng thái giới hạn Thứ nhất Thứ hai Thép CI, A-I, CII, A-II 1,05 1,00 thanhCIII, A-III có 6÷8 1,10 1,00 đường kính, mm 10 ÷ 40 1,07 1,00 CIV, A-IV, A-V 1,15 1,00 A-VI, AT-VII 1,20 1,00 có kiểm soát độ giãn dài và ứng suất 1,10 1,00 A-IIIB chỉ kiểm soát độ giãn 1,20 1,00 dài Thép sợi Bp-I 1,20 1,00 B-II, Bp-II 1,20 1,00 Thép xoắn K-7, K-19 1,20 1,00
15 Một số lưu ý: 1) Đối với các loại cốt thép khác, tiêu chuẩn TCXDVN 356 : 2005 quy định lấy giá trị γs như sau: - Khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất: Đối với các loại cốt thép có giới hạn chảy không lớn hơn 300MPa, lấy γ s = 1,1; Đối với các loại cốt thép chỉ có giới hạn chảy quy ước có giá trị lớn hơn 600MPa, lấy γ s = 1,2; Đối với các loại cốt thép có giới hạn chảy hoặc giới hạn chảy quy ước nằm trong khoảng từ 300MPa đến 600MPa, lấy theo phương pháp nội suy. - Khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ hai: γ s = 1,0 . 2) Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép R sc dùng trong tính toán kết cấu theo các trạng thái giới hạn thứ nhất khi có sự dính kết giữa bêtông và cốt thép được cho trong Phụ lục của TCXDVN 356 : 2005. Khi tính toán trong giai đoạn nén trước, giá trị R sc lấy không lớn hơn 330 MPa, còn đối với thép nhóm A-IIIB lấy bằng 170 MPa. Trường hợp sử dụng cốt thép không có dính kết với bêtông thì cường độ nén tính toán của cốt thép lấy R = 0. sc
16 Cốt thép ngang: Cường độ tính toán của cốt thép ngang (cốt thép đai và cốt thép xiên) R được sw giảm xuống so với R s bằng cách nhân với các hệ số điều kiện làm việc γ s1 và γ s2 . Các hệ số này lấy như sau: - Không phụ thuộc vào loại và mác thép: γ s1 = 0,8 ( γ s1 kể đến sự phân bố ứng suất không đều trong cốt thép); - Đối với cốt thép thanh nhóm CIII, A – III có đường kính nhỏ hơn 1/3 đường kính cốt thép dọc và đối với sợi thép nhóm Bp-I trong khung cốt thép hàn : γ s2 = 0,9 ( γ s2 kể đến khả năng liên kết hàn bị phá hoại giòn).
Hệ số điều kiện làm việc: 17 1) Khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất, cường độ tính toán của cốt thép được giảm xuống (hoặc tăng lên) bằng cách nhân với hệ số điều kiện làm việc của cốt thép γ si . Hệ số này kể đến sự nguy hiểm do phá hoại vì mỏi, sự phân bố ứng suất không đều trong tiết diện, điều kiện neo, cường độ của bêtông bao quanh cốt thép, v.v..., hoặc khi cốt thép làm việc trong điều kiện ứng suất lớn hơn giới hạn chảy quy ước, sự thay dổi tính chất của thép do điều kiện sản xuất... Các hệ số này được tiêu chuẩn TCXDVN 356 : 2005 quy định. 2) Khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ hai, cường độ tính toán của cốt thép R được xác định với hệ số điều kiện làm việc γ si =1,0. s,ser Môđun đàn hồi của cốt thép dùng trong tính toán kết cấu lấy theo TCXDVN 356 : 2005. Hệ số giản nở nhiệt của cốt thép lấy giá trị α = 1,2.10 / C . st −5 0
18 4.3 TÍNH TOÁN THEO CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN THỨ NHẤT 4.3.2 Yêu cầu tính toán Kết cấu bêtông ứng suất trước phải được tính toán kiểm tra theo các trạng thái giới hạn thứ nhất. Tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất nhằm đảm bảo cho kết cấu: − Không bị phá hoại giòn, dẻo, hoặc theo dạng phá hoại khác (trong trường hợp cần thiết, tính toán theo độ bền có kể đến độ võng của kết cấu tại thời điểm trước khi bị phá hoại); − Không bị mất ổn định về hình dạng (tính toán ổn định các kết cấu thành mỏng) hoặc về vị trí (tính toán chống lật và trượt cho tường chắn đất, tính toán chống đẩy nổi cho các bể chứa chìm hoặc ngầm dưới đất, trạm bơm, v.v...); − Không bị phá hoại vì mỏi (tính toán chịu mỏi đối với các cấu kiện hoặc kết cấu chịu tác dụng của tải trọng lặp thuộc loại di động hoặc xung: ví dụ như dầm cầu trục, móng khung, sàn có đặt một số máy móc không cân bằng); − Không bị phá hoại do tác dụng đồng thời của các yếu tố về lực và những ảnh hưởng bất lợi của môi trường (tác động định kỳ hoặc thường xuyên của môi trường xâm thực hoặc hỏa hoạn).
19 4.3.3 Công thức tính toán F ≤ Fu (A, R bn , R btn , γ bc , γ bt , γ bi , R sn , γ s , γ si ) hoặc: F ≤ Fu (A, R b , R bt , γ bi , R s , R sc , R sw , γ s )