Ebook Tính toán kết cấu liên hợp thép - bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn Eurocode 4 (Tái bản): Phần 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:82

Thêm vào BST

Báo xấu

5
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ebook "Tính toán kết cấu liên hợp thép - bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn Eurocode 4 (Tái bản): Phần 1" hướng dẫn chi tiết phương pháp tính toán kết cấu liên hợp thép - bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn Eurocode 4. Phần 1 tập trung vào hai chương quan trọng: tính toán kết cấu sàn liên hợp và tính toán kết cấu dầm liên hợp giản đơn. Ebook cung cấp các công thức, ví dụ minh họa và hướng dẫn từng bước giúp người đọc dễ dàng nắm bắt và áp dụng. Đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, kỹ sư và các chuyên gia trong lĩnh vực xây dựng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Ebook Tính toán kết cấu liên hợp thép - bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn Eurocode 4 (Tái bản): Phần 1

NGUYỄN XUẲN h u y (Chủ biên) NGUYỄN HOÀNG QUẲN TÍNH TOÁN KẾT CẤU LIÊN HỌP THÉP - BÉ TỒNG CÓT THÉP THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE 4 (Tái bản) NHÀ XU ẤT BẢN X Â Y DựNG HÀ NỘI - 2 0 1 9
LỜI NÓI ĐẦU Kei cấu liên hợp lù s ự p h o i hạp cua hai hay mộI sổ dạng kel cấu hoặc vật liệu có những linh năng chịu lực khác nhau, đói khi là trái ngược nhau, thành mộI hệ ¡hống có kha năng chịu lực toi ưu. Việc su dụng các vật liệu riêr.g sẽ không mang lại linh năng khai thúc cao. C hì có sự p hoi hợp cùa nhiều vật liệu khúc nhau thành vật liệu lai hay kết cấu liên hợp có những linh năng khai thác cao nhu cirờng độ cao, tinh deo dai (duclility) cao. linh chung thám và độ bền cao m ới m ang lại các cơ hội pháI triên m ới trong xây clưr.í; Trong kết cấu liên hợp, lợi thể chịu lực cùa từng kết cấu hay vậl liệu thành phần nếp lục được p h á t huy và không có ánh hướng bất lợi đến linh năng cùa các vật liệu hay kết cấu thành phần khác. Ket cấu liên hạp thép bê lông là loại két cấu sù dụrtg kết hợp bê lông và các loại thép hình, thép tấm làm việc đổng thời. Với giài p h á p kẽt cấu liên hợp giữa thép và bé tông CÔI thép (BTCT), kích thước các cấu kiện sẽ giàm đi đáng kế, dẫn đến giám được trọng lượng công trình. Bén cạnh đó kết cấu liên hợp này còn có nhiều ưu điếm so với kết cáu B T C T là khá năng chống ăn mòn, chịu lứa tót, có thê s ứ tlụng phư ơ ng pháp thi công hiện đại dan đến hiệu quà kinh tế cao Kết cấu liên hợp cũng là dạng kết cấu được ưu liên s ừ dụng đẽ phá! huy lính năng cùa các VỘI liệu cường độ cao và vật liệu tính năng cao trong xây dựng hiện đại. Vì vậy, kếl cấu liên hợp được sứ dụng phố biến trong các cóng trình xây dựng giao thông, dân dụng Tại Việi Nam, dù kết cấu liên hợp đã được sứ dụng trong nhiều công trình xây dụng dân dụng, giao thông nhưng chưa có tiêu chuấn tinh toán cắp quốc gia cho dạng kết cấu này. Các tính toán, thiết kế vì thế vẫn dựa trên các liêu chuẩn nước ngoài. C uốn sách “Tính toán k ết cấu Hên hợp thép - bê tông cốt thép theo tiêu c h u ẩ n E urocode 4 " sẽ giới thiệu việc tính toán kết cấu liên hợp thép - B T C T theo liêu chuấn châu Â u Eurocode 4. Các cấu kiện cơ bán cùa kết cấu liên hợp thép - B T C T được trình bày chi tiết về quan niệm và phương pháp lính theo Eurocode 4 kèm theo các ví dụ áp dụng (. 'ấu trúc cuốn sách gồm 4 chương trong đó TS Nguyễn H oàng Quán đ a n nhiệm Chương 4, PGS. TS N guyễn Xuân H uy đám nhiệm các chương còr lạ i vò đóng vai trò chủ biên. ■( 'hương 1: Tinh .toán kết cấu sàn liên hợp. - ( 'hương 2: Tinh toán kê! câu dám liên hợp gian đơn. 3
- chư ơ ng 3: Tinh toán kél cáu dầm liên hạp Hên lục. - Chương 4: Tính toán kế í cấ u CỘI liên hợp Trong quá Irình biên soạn, các lác g ià đã nhận được nhiều giúp đỡ, phan biện tù đòng nghiệp và sinh viên - đặc biệt cùa Th.s Nguyễn Tuan Anh và sinh viên Trấn A nh Tuấn. Chúng lôi bày ló sự cám ơn sâu sac với nhũng đóng góp đó. Mục đích cùa cuốn sách hướng lới cung cấp cho các bạn sinh viên, học viên cao học cũng như các kỹ sư ngành Kỹ thuật xây dựng công trình một lài liệu thực hành việc lính toán, thiết kê đôi với các câu kiện c a han cua kê! cấu liên hợp thép - BTCT. Mặc dù đã rất cố gang trong quá trình biên soạn nhưng chác chắn cuốn sách vẫn còn nhiều thiếu sót. Các lác giá chân thìinh mong muốn nhận được những ỷ kiến đóng góp, bô sung cùa bçm đọc đê có thê hoàn thiện hơn trong những lần xuất bàn sau. Mọi ỷ kiến xin gử i vê nguyenxuanhuy@ utc. edu. vn Các tác giả 4
Chương 1 T ÍN H T O Á N SÀN LIÊN H Ợ P 1.1. c ; i ó i n i i Ệ i ỉ CHUNG 1.1.1. Sàn licn họp Sàn licn hợp thường bao gồm một lấm tôn định hình dập nguội đặt dưới và bên ircn là ban bê tông cốt thép đồ tại chỗ (Mình 1-1). Tấm tôn dóng vai trò như sàn thao tac cho công nhân và ván khuôn khi đồ bê tông, đồng thời là cốt thép chịu kéo cùa bán sàn ở giai đoạn sử dụng. Phần sàn bé tông c ổ t thép H ình 1-1, Cẩu tạo sàn liên hợp v ề m ặt kết cấu tôn cũng có thề đóng vai trò là kết cấu chịu tài trọng ngang với điều kiện là tôn phái gắn cố định với hệ thống dầm. Bàn bê tông đóng vai trò tạo mặt phăng cho sàn và chịu các ứng suất nén xuất hiện trong kết cấu liên hợp. Tôn định hình (còn dược gọi là tôn sóng) có cấu tạo theo nhiều hình dạng khác nhau nhưng dều c ó các sườn noi nhàm tăng dộ cứng chịu uốn, giám trọng lượng cùa bản sàn, ă n g khá năng truyền lực giữa bê tông và tôn, ngăn cản chuyển vị ngang của dầm ìhcp trong quá .trình thi cóng. Tôn được sán xuất từ các tấm thép m ạ kẽm hai mặt dập nguội, ưong dó lớp kẽm mạ dóng vai trò chống ăn mòn và có thề được sơn bô sung sau khi mạ. Vc bổ tri, sàn liên hợp sẽ dược đặt lên trên các dầm phụ, các dầm phụ sẽ gác lên '.rên các dầm chinh và các dầm chinh sẽ tựa lên Irên các cột. 'lo n dược gắn cố định 5
với hộ thống dầm bên dưới bằng các đinh tán hoặc vít lự khoan. Độ lớn nhịp cùa sàn (khoáng cách giữ a các dầm phụ theo phương chịu lực của tấm tôn) phụ thuộc vào phươ ng án thi công: - N ếu chiều dài nhịp nhỏ hơn 3,5m thì không cần sừ dụng các cột chống tạm trong quá trình đố bê tông, khi đó ứng suất trong sàn sau khi bê tông dòng cứng là rất hữu hạn. T rong trư ờng hợp này loại tôn thường dược sừ dụng là tô n có sư ờn loi (lôn hình thang hay tôn có sư ờn m ớ) có khối lượng nhẹ. - T rong trường hợp sứ dụng các cột chống tạm , chiều dài nhịp sàn c ó thế tăng lên tới 7m , khi đó ứng suất trong sàn sẽ tăng lên, loại tôn được sứ dụng thư ờ ng là tôn có sư ờn lõm (tôn có sư ờ n đóng). V iệc sử dụng sàn liên hợp trong xây dự ng các công trình cao tần g hay các khu phức hợp thương m ại đem lại nhiều lợi ích cho cà các kỹ sư thiết kc và chú dầu tư cũng như người sử dụng: - Thi công đơn giản, nhanh chóng; - A n toàn dối với công nhân làm việc ờ phía dưới sàn trong quá trình thi công sàn; - G iám nhẹ khối lượng so với sàn bê tông truyền thống; - D ảm báo tiêu chuẩn chất lượng do sử dụng những cấu kiện bằng kim loại dược sán xuất trong nhà xưở ng theo quy trình quản lý chất lượng cao. 1.1.2. Các loại tôn định hình Các loại tôn định hình được sử dụng trong kết cấu sàn liên hợp rất p hong phú và được ch ia thành nh iều loại dựa theo hình dạng, chiều cao và khoảng cách giữa trục của các sườn nổi, theo chiều rộng cùa tôn, theo cách thức che phù phần biên, hoặc theo cách bố trí liên kết giữ a thép và bê tô n g ... N hìn chung các loại tôn được sử dụng thường m ang những đặc điếm về cấu tạo sau: - C hiều dày danh định từ 0,75 - l,5 m m như ng trong thực tế Ihường không vượt quá l,0m m . - C hiều cao của m ặt cắt ngang (gọi là sóng tôn) từ 38 - 80m m . - L ớp m ạ kẽm có chiều dày khoảng 0,02m m mỗi mặt. - G iới hạn đàn hồi c ù a th ép khoảng 300M Pa. Sự phong phú tro n g kích thước và loại tôn định hình nhằm giúp thóa m ãn các yêu cầu đa dạng liên quan tới tải trọng, chiều dài nhịp, cách âm, cách nhiệt, chống hòa h o ạ n ... cho hầu hết các loại sàn nhà dân dụng. n n n n vUySUyShvSi ĩ ĩ ^ - S Ì __ H ìn h 1-2. Yưinh dạng cùa mộ! sô loại lân định hình 6
1.1.3. Liên kết thóp - bê tông Dc dám bào liên kết giữ a thép và bê tông trong sàn liên hợp, tôn định hình phái có kha năng truyền lái ứng suất cat ngang tại bề m ặl tiếp xúc g iữ a thcp và bê lông. Sự dinh bám dưn ihuan giữa tam tôn thcp và tấm đan bê tông thư ờ ng không du de sán làm việc liên hợp. Do đó yêu cầu phải tạo ra m ột liên kếl hiệu quả giữa thép và bè lòng bang một hoặc nhiều phương thức dưới đây: - Dối với lỏn sườn lõm, tạo liên kết bằng lực m a sát giữ a lôn và bê tông. I.iên kết cơ học, tạo ra bời biến dạng tại lân cận thành CÚ các sườn lôn. liên kết Í1 dược lạo bang các gờ nổi. - Sư dụng nco bố trí ờ vùng đầu nhịp, có thế là các chốt hàn hoặc đinh tán. - Sư dụng tôn sư ờn nổi bị biến dạng ở dầu nhịp. - N goài ra có thế khoan và tạo các lỗ nhó ở trong lôn hoặc sứ dụng các neo cố định bởi các moi hàn dọc theo chiều dài tôn. L iên kết giữa tôn thép và bê tông phụ thuộc vào nhiều tham số. Q uan sát thu được từ các kcl quá thí nghiệm phá hủy sàn liên hợp cho thấy, phá hủy có thể xày ra do m ô m en uốn hoặc do lực cắt. Sườn tôn đóng Sườn tỏn mở H ình 1-3. MỘI sổ loại liên kêI giữa tôn vù bê lóng: u) Liên kết cơ học: b) Liên kếl do ma sát: c) Liên kêt neo: d) Liên kél băng cách làm biến dụng dầu tôn 7
1.1.4. Cốt thép sàn V iệc sứ dụng cốt thép chịu m ô m en âm trong bản bê tông là rất tiện lợi bới những lí do sau đây: - G iúp phân phổi lực tác dụng trong khu vực chịu tài trọng tập tru n g hoặc tái trọng phân bo. - T ăng cường khá năng chống nứt. - T ăng khả nãng chịu hỏa hoạn. - Kiểm soái nứt do co ngót. Trong bàn bê tông thì liên kết giữa cốt thép và bê tông được tạo ra nhờ lực dính bám. 1.1.5. Các quy dịnh về thiết ke Quy Irình thiết kế sàn liên hợp được quy định trong chương 9 củ a riê u chuấn E urocode 4. T iêu chuấn này bao gồm tất cả các tính toán liên quan tới kếl cẩu s à n sứ dụng trong các công trình xây dự ng dân dụng (tải trọ n g tác dụng chủ yếu là tĩnh lái) và công nghiệp (sàn thường phái chịu tải trọng di động). Theo lỉurocode 4, chiều dày h của toàn bộ sàn liên hợp tối thiểu là 80m m . C hiều dày lớp bê tông h c, tính từ m ặt trên của sàn tới đỉnh cùa phần sư ờn nổi, lối thiếu 40m m , nhằm đám bảo dộ cứng cho sàn và chiều dày lớp bao cho cốt thép. N eu sàn liên hợp kếl hợp cùng với dầm phụ thi chiều dày h của sàn tối thiểu 9 0 m m còn h c tối thiếu là 50m m. K ích cỡ tiều chuẩn cùa các hạt cổt liệu trong bê tông k hông được lớn hơn giá trị nhỏ nhất trong ba giá trị dưới đây: - » 0,4.he — bữ.\fĩ > trong đó: b0 - chiều rộng trung bình của sườn nổi, nếu loại tôn sứ dụng là tôn lòm thì bo bằng chiều rộng của cạnh nhô. — 31,5m m » N hữ ng tiêu chí trên nhằm m ục đích đảm bảo cho cốt liệu được trộn dềiu giữa các lớp sườn nối trong quá trình đổ bê tông sàn. M ồi gối tựa chống dỡ sàn liên hợp phải có c h iề u rộ n g tối thiểu 75m m (đối với các ioại gối Ihường gặp như bản cánh của dầm th ép hoặc dầm bê tông) h oặc lơŨTim (dối với các loại gối ít gặp như gạch, đ á .. .)• 1.2. ỨNG X Ử CỦA SÀN LIÊN IIỢ P ử n g xử liên hợp xuất hiện khi các thành phần tro n g sà n liên hợp (b a o gồm tôn thcp định hình, bản bê tông và lớp cốt thép) cùng làm việc như m ột cấu. Uện duy
nhát. 1'heo đó. tôn dịnh hinh phái có khả năng truyền tài lực cắt ngang xuất hiện tại bề m ặt liếp xúc giữ a thép và bê tông. D ưới tác dụng cùa tài trọng, sàn chịu biến dạng uốn và sinh ra ứng suất trượt tại bề m ặt tiêp xúc giữ a thép và bê tông. - K-hi biến dạng dọc cua tôn và phần bê tông tiếp xúc với tôn là giống nhau thi ta nói liên kết giữa thép và bê tông là liên kết hoàn toàn; - N cu xuất hiện m ột sự trượt tư ơ ng đối giữa tôn và bê tông dọc theo bề m ặt tiếp xúc th ì ta có liên kết k hông hoàn toàn. Sự trượt dọc tương dối giữa thép và bê lông (rèn m ộ t dơn vị chiều dài dược gọi là s ự trượt giữa tôn và bc tông trong tiết diện. l ại bề mật tiếp xúc thcp - bê tông có hai dạng trượt tương dối dược phân hiệt: - T rư ợ t tông thc của bề m ật tiếp xúc: có thể nhìn được bằng m ắt thường và do đạc dược, phụ thuộc vào loại liên kết g iữ a thép và bẽ tông. - 1 rượt cục bộ rất nhó: không nhìn được bằng m ắt thường, làm phân bố lại lực liên k ế t giữa thép và bê tông. 1.2.1. Tương tác giữa bê tổng và thcp Ư n g xứ của sàn liên hợp được m ô tả bởi thí nghiệm tiêu chuẩn sau: sàn liên hợp dược dặt trên hai gối tựa tại hai đầu nhịp sàn, chịu hai tải trọng dối xứng dặt vào vị trí — và - chiều dài nhip. Đ ăt ô là đô võng của sàn ờ giữa nhip, ta thu đươc biều dồ 4 4 P-Ổ (b iếu đồ tái trọng - độ võng) thế hiện khả năng ứng xử của sàn liên hợp dưới tác dụng của tái trọng, ứ n g xừ này p h ụ thuộc rất nhiều vào loại liên kết giữ a tấm tôn và bàn b ê tông. in n lt 1-4. Thi nghiệm tiéu chuân sàn Hên hợp Ba dạng ứng xứ của liên kết thép - bê tông gồm : - T ư ơ ng lác hoàn loàn: không xuất hiện sự trượl tòng thế tại bề m ặt tiếp xúc, lực cãt d ọ c được truyền tải hoàn toàn và tai trọng cực hạn p„ đạt cực dại. Phá hoại có thế là eic>n hoặc déo. 9
- K h ô n g lư ơ ng tác: sự trượt tống thề tại bề m ặt tiếp xúc k h ô n g bị giới hạn, việc truyền tái lực cắt dọc không thể được thực hiện, tái trọng cực hạn p u dạt cực tiểu, hiệu ứng liên hợp gần như bằng không. Sự p h á hoại xáy ra từ từ. - Tương tác m ột phần: xuất hiện sự trượt tổng thể tại bề m ặt tiếp xúc nhưng hữu hạn, lực cắt dọc đượ c truyền tài m ộ t phần, tải trọng cực hạn p u có g iá trị trung gian nằm trong khoáng g iữ a giá trị cực đ ịa và cực tiểu. Phá hoại có th ể là g iòn hoặc déo. H ình 1-5. Ưng xứ của sàn liên hợp 1.2.2. Dộ cứ ng cùa sàn liên họp Dộ cứng cùa sàn liên hợp được thể hiện bời độ dốc cúa phần đầu đ ư ờ n g cong đồ thị quan hệ tải trọ n g - độ võng (đồ thị P-ô), đoạn tíư ở c khi x ả y ra đứt gãy. Độ cứng là lớn nhất với trư ờ n g hợp tư ơ ng tác hoàn to àn và nhò nhất tro n g trư ờ n g h ọ p không có tương tác. Tồn tại ba dạng liên kết g iữ a bê tông và tấm tôn thép là: - Liên kết hóa - lý: nhỏ nh ư n g luôn xuất hiện trong m ọi loại tôn thép. - Liên kết m a s á t: hình th àn h v à phát triền ngay khi xuất hiện sự trư ợ t cục bộ vô cùng bé giữ a bê tông v à thép. - L iên kếí c ơ h ọ c : xuất hiện ngay sau khi xảy ra sự trư ợt đầu tiên, phụ thuộc và hình dạng bề m ặt tiếp xúc giữ a bê tông và thép. Khi tái trọng nằm trong khoảng từ 0 tới Pf, liên kết xuất hiện chủ y ế u g iữ a bề mặt tiếp xúc thép và bê tô n g là liên két hóa - lý. Sau khi tài trọng vượt g iá trị P| (lực gâv nứt dầu tiên), nh ữ n g sự trượt vô cùng nhỏ bắt đầu xuất hiện, liên kết m a sát và liên kết cơ học bắt đầu h ình thành và phát triền, độ cứng của bản sàn tiến triển theo những cách khác nhau tùy theo hiệu quá của từng cách liên kết. 1.2.3. Các d ạn g phá hoại Sự phá hoại sàn liên hợp sử dụng tôn sóng thường xày ra theo m ột trong những dạng sau: 10
D ạng phci hoại i. phá hoại do m ô m en uốn tại vị trí g iữ a nhịp (tiết diện I) vượt quá giới hạn, tức là m ô m cn uốn tại tiết diện I lớn hơn sức kháng uôn Mpi lid của sàn. Dây là dạng phá hoại thường xáy ra với nh ữ n g bán sàn có nhịp vừa hoặc lởn. với m ức dộ kết nối cao giữ a thcp và bê tông. N guycn nhân chủ yếu của dạng phá hoại này lá do chiều dài nhịp lớn, dẫn dến m ô m en tại g iữ a n hịp lớn và nguy hicm hơn lực căt. Dạng p h á hoại II: phá hoại do lực cẩt dọc vượt q u á giới hạn tại vị trí m ặt tiếp xúc giữa thép và bc lông. D ạng phá hoại này chủ yếu xảy ra tại tiết diện II dọc theo chiều dài chịu cẩt Ls. D ạng p h á hoại III: phá hoại do lực cắt (theo phư ơ ng dứ ng) vượt quá giới hạn tại vị trí lân cận gối tựa (tiết diện III). nơi m à lực cấl là lớn nhất trên cá bán sàn. D ạng phá hoại này chi xảy ra với trư ờng hợp bán sán dày, nhịp ngắn và chịu tải nặng, do irong những bán sàn này thì m ô m cn nhó và lực cẳt lớn. p p II H ìnli 1-6. N hững mặt cắt đặc trư ng cùa các dạng p h á hoại Sự phá hoại cùa sàn liên hợ p có thể là: Phá hoại giòn: khi m à phá hoại xảy ra đột n gột và th ư ờ n g không gây ra biến dạng đáng kể có thề quan sát được bằng m ẳt thường. P há hoại dẻo\ khi m à phá hoại diễn ra từ từ và gây ra n h ữ n g biến dạng lớn, kèm ihco các dấu hiệu báo trước. p lĩìn li 1-7. Q uan hệ lai trọng - biên dạng theo trạng thái p h á hoại dèo vò giòn \1
L oại phá hoại giòn hay dẻo phụ thuộc vào tính chất của liên kết giữa thép và bê tông. Sàn với tấm tôn có sườn lõm sẽ cho liên kết tốt hơn, do đó gây ra biến dạng từ từ, xu hướng phá hoại thường gặp là dẻo, còn sàn với tấm tôn có sườn lồi thì ngược lại, liên kết yếu hơn nên biến dạng xuất hiện đột ngột, xu hướng phá hoại thường xảy ra là phá hoại giòn. Các nhà sàn xuất tôn thường tìm cách tăng cường khả năng ứng xứ của trường hợp phá hoại giòn bằng các tác động cơ học như tạo gờ. tạo lỗ trên bồ m ặl tôn, hay sứ dụng tôn có dạng "đuôi én” . N goài ra liên k ết giữa dầm và sàn cũng ảnh hướng tới xu hướ ng phá hoại của bàn sàn. 1.3. C Á C T R Ạ N G T H Á I T ÍN H T O Á N VÀ T ô IIỢP TÁI T R Ọ N G T rong quá trình tính toán sàn liên hợp, cần xét tới hai trạng thái tính toán riêng biệl sau: - T rạng thái đầu tiên được tính toán trong giai đoạn thi công khi m à tấm tôn thép dóng vai trò cua ván khuôn. T rạng thái này còn được gọi là trạng Ihái thi công hay gia i doạrì thi cóng. - T rạng Ihái thứ hai được xét tới trong giai đoạn đưa vào sừ dụng khi m à bê tông và thép đã làm việc cùng nhau n hư m ột cấu kiện liên hợp duy nhất. T rạng thái này dược gọi là trạng thái sừ dụng hay g ia i đoạn sứ dụng. 1.3.1. Giai đoạn thi công Việc kiềm tra trong giai đoạn thi công tương ứng với trạng thái m à tấm tôn được sư dụng trong vai trò của ván khuôn. Việc kiểm tra tại trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn sử dụng được thực hiện theo phần 1.3 cùa tiêu chuẩn E urocode 3. Các tải trọng tác dụng lên tôn bao gồm: - T rọng lượng bản thân tấm tôn - T rọng lượng bản thân bê tông ướt; - rái trọng thi công; - rá i Irọng do chất vật liệu thi công tạm thời; - T rọng lượng phần bê tông tăng lên do độ võng của tấm tôn (H iệu ứ ng vũng). Trọng lư ợ ng bẽ tông ư ớt được xác định dựa trên chiều dày lý thuyết của lớp bé tông trong bản vẽ thi công. T rong trường hợp độ võng cúa tôn lớn hơn 1/10 tổng chiều dày của sàn thì cần thiết phải xét tới “hiệu ứng vũng”, khi đó trọng lượng phầr bê tông tăng lên được tính theo công thức: g ; = 0 , 7 w gPc (1.1 trong dó: pt - trọng lượng riêng cùa bê tông (kN /m 3); w g- dộ võng tôn dưới tác dụng cúa bê tông tươi. 12
Tai trọng thi cóng bao gồm trọng lượng cùa các công nhân, trọng lượng các thiết bị dô bè tông và có tính dến tác dộng cùa các va chạm và rung động Irong quá trình thi công. Theo Hurocode 4. tài trọng thi công và trọng lượng phần bê tông thừa do bán võng được lấy bằng l,5kN /m 2 và đặt trong m ột diện tích 3m X 3m. T rên phần diện tích còn lại của sàn, tài trọng thi công được lấy bằng 0,75kN /rrr. Trọng lượng ban ihàn cua lấm tôn và bô tông tính cho toàn bộ diện tích cùa bàn sàn. Việc sắp xếp lải trọng do vật liệu thi công tạm thời và trọng lượng phan bê tông lăng lên do "hiệu ứng vũng” được thực hiện theo nguyên tẳc gây ra m ô m en uốn lớn nhất và/ hoặc lực cat lớn nhất trong bàn sàn (H ình 1-8). (b) (a) (e) (b) (b) (a) (c ) (b) I I- Mỏmen ờ giữa nhịp Mômen trén gối H ình 1-8. Tài trọng lác dụng lên sàn liên hợp trong giai đoạn thi công: a- lài trọng thi công 1.5kN/m2; b- tài trọng thi công 0 ,75kN/m2; c- trọng lượng bán thân bê lông và tôn. Khi’ thiết kế cần lưu ý thêm các tác động có thể có trong tính toán. Ví dụ như khi không có bê tông thì tôn thép phải có khả năng chịu tải trọng lk N phân bố trên m ột diện tích vuông có cạnh 300m m , hoặc m ột tài trọ n g phân bố 2kN /m tác dụng vuông góc với bụng trên cùa sàn, trên m ột bề rộng 0,2m , tải trọng này tương đương với trọng lượng của m ột công nhân. Việc kiểm tra cỏ thể được thực hiện bàng tính toán hoặc thực nghiệm. 1.3.2. Giai đoạn sử dụng V iệc kiểm tra trong giai đoạn sứ dụng tư ơ ng ứng với trạng thái sau khi bê tòng đông cứng và toàn bộ nhũng thiết bị thi công đ ã được m ang đi. Lúc này bê tông và thép làm việc liên hợp, tải trọng tác dụng lên sàn gồm: - T rọng lượng bàn thân của tôn, cốt thép và bê tông; - Các tải trọng thường xuyên khác; - I loạt tái tác dụng lên sàn; - Phan lực thay dồi do dỡ bỏ các thanh chong (nếu có) trong quá trình đố bê tông; - Tác dộng gây ra do co ngót, từ biến, chuyển vị của gối tựa; - rác dộng gây ra do các yếu tố môi trường (gió, nhiệt đ ộ ,...). 13
T rong thực tế, với những công trình dân dụng thông thường, ở m ức độ sứ dụn;g thư ờng xuyên, thì không cần xét tới sự thay đổi nhiệt độ khi tính toán. Q uá trinh kiểm tra ở trạng thái giới hạn sừ dụng bao gồm : - K iểm tra độ võng; - Kiểm tra độ trư ợt tương đối giữ a tôn và bê tông ờ đầu nhịp; - K iểm tra dộ m ở rộng vết nứt trong bê tông. 1.3.3. Q uy định về độ trưọl ỡ đầu nhịp Đối với các nhịp biên, độ trượt ở đầu nhịp giữa thép và bê tông có ảnh hướng đáng kế tới độ võng. Đối với sàn làm việc không déo, sự trượt có thề xảy ra đồng thời với phá hoại, dẫn tới việc phải xem xét sự trượt như m ột trạng thái giới hạn cường độ. V ới sàn làm việc dẻo hoặc bán dẻo, sự trượt biên sẽ làm tãng độ võng của sàn. Dối với sàn chưa được neo, trong giai đoạn kiểm tra bằng thí nghiệm , dưới tác dụng của tài trọng sừ dụng, nếu ứng xử của sàn tăn g lên ngay khi xuất hiện sự trưcrt ban dầu, cần thiết phải bố trí nhữ ng chốt neo ở đầu nhịp (chốt, thép góc cán n g u ộ i...) trong nhịp biên. Sự trượt ban đầu được xem là đáng kể nếu giá trị của n ó lớn hơn 0,5m m khi tài trọng kiểm tra bằng thí nghiệm điền hình nhỏ hơn 1,2 lần tải trọng thiết kế, khi đó cần bố trí chốt neo ờ đầu nhịp và x ét đến ảnh hườ ng cùa trư ợ t biên khi tính toán độ võng. T rong trư ờ ng hợp ngượ c lại, k hông cần xét đến sự trượt đầu nhịp. 1.4. TÍN H TOÁN VÀ KIÉM TRA T Ô N ĐỊNH HÌNH N hữ ng tính toán trong phần này tư ơ n g ứng với giai đoạn thi công, khi m à tôn đóng vai trò như ván khuôn v à chi chịu tải trọng bàn thân, trọng lượng bê tông ướt và các loại tải trọng thi công. 1.4.1. Phân tích và xác định nội lực T heo E urocode 4, việc tính toán xác định nội lực tro n g tôn thép được thực hiện Iheo phư ơ ng pháp p h á n tích đàn hồi tuyến tính. N ội lực tại các tiết diện được xác định bằng cách coi độ cứng dọc chiều dài tấm tôn là k h ô n g đổi, nghĩa là bò qua nhữ ng thay đổi về m ô m en quán tính xảy ra do m ất ổn định cục bộ cùa thành tấm tôn trong vùng chịu nén (do tôn sóng là cấu kiện thành m ỏng, sự m ất ổn định cục bộ xáy ra ngay trong giai đoạn làm việc đàn hồi). M ô m en quán tính do đó được tính toán bằng cách xét đến toàn bộ tiết diện n gang của tôn. V iệc đơn giản hóa này chì sử dụng khi phân tích tồng thể nội lực cùa tôn và không được sử dụng đề kiềm tra sức kháng uốn tại m ặt cắt cũng như độ võng. V iệc xác định nội lực được thực hiện khi xem sàn n h ư m ột dầm có bề rộng đơn vị ( lm ) và m ô m en quán tính không đối. T rong trư ờng h ọ p tôn được gác trẽn hai gối (trường hợp dầm giản đơn), E urocode 4 sử dụng p h ư ơ n g p h á p p h á n tích dàn hồi. 14
I'rường hợp tòn gác trên nhiều gối và không có cột chống dờ (dầm liên tục) thì sừ dụng p h ư ơ n g p h á p p h á n tích dẻo dựa trên việc tinh toán m ô m en kháng m ột phần. 1.4.2. l ính (oán sức k h á n g của tiết diện Việc xác dịnh những đặc trưng của tiết diện ngang tôn định hình trong sàn liên hợp cũng tương tự với các loại tôn định hình trong những loại kết cấu khác. Tuy vậy. tù} theo hinh dạng và loại tôn m à các g ờ nồi dược bố trí tro n g sư ờn tôn có thề thay dôi đặc trưng của tiết diện tôn, cũng nh ư sức kháng và độ cứng. Ví dụ, những gờ nối dọc sườn tôn có thế làm tăng sức kháng cắt nhưng lại làm giám sức kháng uốn vá độ cứng của tôn, trong khi những g ờ nổi ngang lại cho tác dụng ngược lại. Nhìn chung, những thay đoi do các g ờ nổi gây nên đều được cung cấp bời các nhà sán xuấi lôn. Mặt khác, nhữ ng đặc trưng hình học của tiết diện tôn thư ờ ng dược xác định theo cách thực nghiệm , việc tính toán thư ờ ng phức tạp do đặc trư ng hình học khá phức tạp của tôn định hinh. Với mồi cấu kiện thành m ỏng chịu nén toàn phần hoặc m ột phần, hiệu ứng m ất ồn dịnh cục bộ tại tiết diện chịu nén được xác định bàng cách sừ dụng khái niệm bề rộng hữu hiệu thay vì to àn bộ bề rộng tiết diện. T ừ đó, sức kháng của tiết diện tôn định hình dược tính toán và xác định theo tiết diện hữ u hiệu, xác định th eo phần 1.3 của tiê u chuẩn E urocode 3. M ô m en giới hạn M Rd đạt được khi ứng suất nén cực đại trong tiết diện đạt tới giới hạn đàn hồi fyp. N ếu phần tiết diện ch ịu kéo đạt tới giới hạn dó Irước phần chịu nén, m ô m en giới hạn M Rd có thể đượ c xác định theo giới hạn dẽo cùa phần tiết diện chịu kéo, tới khi ứ ng suất nén cực hạn cũng đạt tới giới hạn dàn hồi fyp. N goài ra cần lưu ý là sức k háng của tiết diện tại gối bị ảnh hưởng bởi lương tác giữa m ô m en âm và phản lực. Với mồi đoạn thành tôn người ta xác định được diện tích hữu hiệu, m ô m en quán tính hữu hiệu Icn và m ô m en kháng uốn hữu hiệu W e|T. M ô m en giới hạn cùa tôn được xác định theo công thức sau: w „ M Rd= f yp- ^ (1.2) Vap trong dó: fyp - giới hạn đàn hồi tiê u chuẩn khi kéo của thép làm tôn; Yap - hệ số an toàn vật liệu của tôn, Ỵap = 1,1. 1.4.3. Kiểm tra 1.4.3. ì. Theo trạ n g th á i g iớ i h ạ n c ư ờ n g độ Q uv trình kiểm tra tôn định hình trong giai đoạn thi công ớ trạng thái giới hạn cườnii độ thường dựa trên quá trình phân tích tổng thế và tinh toán sức kháng cùa úốl diện ứ chu trình làm việc đàn hồi. Q uy trình kiếm tra bao gồm : 15
- Lựa chọn loại tôn phù hợp tùy theo yêu cầu thiết kế; - X ác định xem có cần thiết sừ dụng các cột chống tro n g quá trìn h th i công hay không; - X ác định tài trọng tác dụng; - Với mồi tồ hợp tải trọng, tính toán m ô m en uốn Mr:d, lực cắt Viy và phản lực tại gối Ria; - T ính toán sức kháng hữu hiệu M Rd, V Rd và R R hoặc sử dụng các giá trị cho sẵn d lừ nhà sản xuất; - Thực hiện kiểm tra các điều kiện sau: M> ắ M R ;d d Va ắ V Ri R Ed ^ R Rd Ed d /. 4.3.2. Theo trạ n g th á i g iớ i h ạ n s ử d ụ n g Độ võng cùa sàn được tính toán bằng việc xét tói m ô m en quán tính hữu hiệu cùa phần sóng tôn cao nhất. Đ ộ võng của tôn dưới tải trọng phân bố dạng các h nhịp được xác định theo công thức: (1.3) trong đó: L - chiều dài nhịp đang xét tới. Hệ số k được tính bằng: • k = 1 với tôn giàn đơn tựa trên hai gối tựa đơn. • k = 0,41 với tôn tựa trên 3 gối tựa, chiều dài 2 nhịp bằng nhau. • k = 0,52 với tôn có 3 chiều dài nhịp bằng nhau. • k = 0,49 với tôn có 4 chiều dài nhịp bằng nhau. L L L L H ình 1-9. Chầl lái cách nhịp T rong giai đoạn đồ bê tông, độ võng của tấm tôn dưới tác dụng cùa tải trọ n g ban thân và trọng lượng bê tông ướt, không tính tải trọng thi công, không được vư ợ t quá L /l 80 hoặc 20m m, với L là chiều dài nhịp giữa các gối. 16
Nốu dộ võng s tại giữa nhịp của tấm tôn, dưới tác dụng cua trọng lượng bản thân và bó lõng ướt. lởn hơn 17250 hoặc 20m m , thì cần xét dcn "hiệu ứng vũng” khi tính toán tòn. ví dụ như gia dịnh rẳng chiều dày cùa lớp bê tông trên toàn nhịp sẽ tăng thòm một đoạn 0.7S. Việc sư dụng những cột chong tạm . nhất là dối với những ban sàn có chiều dài nhịp lớn. c ó thè làm g iám dộ võng của sàn, lúc này các thanh chống được xem như nhừniì gối lựa khi tính toán. Tuy thế việc sứ dụng các cột chống tạm nên dược hạn chê vi gãy trứ ngại cho quá trinh thi công, tăng thời gian thi công cũng như kinh phí cùa dự án. T rong trư ớ n g hợp sàn liên hợp có độ dày lớn, dê tránh sứ dụng CỘI chống tạm thì có thê thi c ô n g theo phư ơ ng án dô bê tông hai iớp, nhằm giảm tải trọng tác dụng lên tấm lòn. T u y nhiên cần lưu ý bố trí thêm cốt thép chống cắt dé kháng lại lực cắt ngang g iữ a hai lớp bê tỏng. 1.5. TỈNII TOÁN VÀ KIÊM TRA SÀN LIÊN HỢP 1.5.1. Phân tích và xác định nội lực T rong eiai doạn sứ dụng, việc phân tích nội lực có thề thực hiện theo phương pháp p h â n tích dàn hồi hoặc p h â n tích déo. V iệc áp dụng phươ ng pháp phân tích đàn hồi phù hợp với công tác kiểm tra tại trạng thái giới hạn cư ờ ng độ và sử dụng, còn phươ ng pháp phân tích dẻo chi áp dụng cho việc kiểm tra tại trạng thái giới hạn cường dộ. lllllllỉllllllllllllllllllllllllTTm L @Sơ dồ tinh Bê tông nứt (5) Biến dạng (ẽ) Mômen uổn H ình 1-10. Phân lích nội lực IronỊỊ sim liên hợp 17
Việc phân tích dàn hồi bao gồm: Phân tích đàn hồi tuyến tính: Hình 1-1 Oc - đường sổ 1. Trong trường hợp này ta tính toán m ô m cn quán tính cúa tiết diện bị nứt. V iệc xét tới ảnh hướng cùa vết nứt tại gối tựa được thực hiện khi giám giá trị m ô m en tại gối (giám tối da 30% ) và tăng m ô m cn trong nhịp (H ình 1-10c - đường số 2). Phân tích được thực hiện khi xem sàn liên tục như m ột chuồi những sàn gián dơn tĩnh dịnh (H ình l-10c - dường số 3). Khi đó, cốt thép cấu tạo cần dược dự trù ờ mỗi tiết diện trên bên phái của các gối tựa trung gian đe dám bảo sự làm việc hợp lý trong quá trình sừ dụng. Việc phân bố nội lực như vậy dộc lập với mọi thay dôi vè m ô m cn quán tính của tiết diện vì lúc này sàn là kết cấu tĩnh định. T rong hầu hết các trường hợp, khi tải trọng dược phân bố đều, hoặc phân bo tuyến tính theo phương vuông góc với trục trung hòa, chiều rộng hữu hiệu lấy bằng chiều rộng của sàn. T rường hợp tải trọng tập trung hoặc dược phân bố tuyến tính Iheo phương song song với trục trung hòa, E urocodc 4 dưa ra m ột vài chi dẫn đề xác dịnh giá trị của chiều rộng hữu hiệu, giá trị này tất nhiên sẽ nhó hơn chiều rộng cùa sàn. N hàm dàm bào sự phân phổi tái trọng xuống toàn bộ bề rộng hữu hiệu cua sàn. cần bố trí cốt thép ngang nằm ngay trong các tấm tôn hoặc trong lớp bô tông nằm trên tôn. Việc tính toán cốt thép ngang này dựa vào giá trị của m ô m en uốn, theo các nguycn tắc tính toán bê tông cốt thép. N goài ra có Ihể sử dụng những cốt thép ngang dùng sẵn (không cần tính toán) nếu tải trọng khai thác không vượt quá 7,5kN (với tải trọng tập trung) hoặc 5kN /m 2 (với tải trọng phân bố), c ố t thép ngang dùng sẵn nà} phải có diện tích bằng ít nhất 0,2% diện tích phần bê tông nằm trên sườn tôn. 1.5.2. Tính toán sức kháng của tiết diện N hữ ng tiết diện điển hình cần phải kiếm tra trong quá trình tính toán và thiết kế sàn liên hợp gồm có: - riế t diện I: phá hoại khi m ô m en uốn vượt quá giá trị m ô m en giới hạn uốn dương (sàn làm việc dẻo). - T iết diện II: phá hoại khi m ô m en uốn vượt quá g iá trị m ô m en giới hạn uốn âm (sàn làm việc dẻo). - Tiết diện III: phá hoại khi lực cắt vượt quá giá trị lực cắt giới hạn. - T iết diện IV: phá hoại khi ứng suất cắt ngang vượt quá sức kháng liên kết. - Tiết diện V: phá hoại chọc thủng. INI II VI IV 1111 III Ị.... JA ...^ IV ll lỉìn li 1-11. Nhữníi liêl diện diên hình 18
/. 5 .2 /. /V/ô m en uốn d ư ơ n g I ronịi trường hợp này, việc tinh toán nội lực được thực hiện tại tiết diện diên hinh - dạng phá hoại I. G iá trị tinh loán m ô m en giới hạn lính toán dươ ng M p] Rd cùa •run lict diện sàn lien hợp dược xác dịnh theo Irạng thái phàn bố ứng suất dẻo. I rong vùng mỏ men chill uốn dương, có thô tinh tới sự làm việc cua CÔI thép bò sung dô tăng kha năng chịu lực cùa sàn liên hợp. Ưng xứ cua sàn liên hợp ihường được lý lường hoá băng biêu dô cứng - dco. Khi inh toán theo trạng thái giới hạn cường dộ, ihép chịu ứng suất dạt tới giới hạn dàn lồi lyp/Ỵnp. bc tòng chịu ứng suắt đạt tới giới hạn chịu nén 0,85 fck/yc còn cốt thcp ;hịu ứng suất dạt tới giới hạn dàn hồi fsk/ys. N gười la còn có Ihc bố trí cốt thcp chống nứt ở ngay trên các sóng tôn, những cốt hóp này thường chịu ncn dưới tác dụng của m ô m en dương, thường dược bó qua khi inh toán dế tăne sức kháng uốn dương. Phụ ihuộc vào vị trí của trục trung hoà déo, ta xem xét hai trường hợp sau: Trường hợp ì - Trục trung hoà deo nằm trong p h a n bẽ lông sàn. z H ình 1-12. Phán bó ứng suắl khi trục Irung hòa nằm trong vùng bẽ lông sàn Đây là trường hợp tương ứng với các loại tôn định hình thư ờng sử dụng, với chiều cao sóng tôn h p < 60m m , bề dày lớp đan bê tông tối thiểu 50m m . T rong trường hợp này sức kháng kéo cùa bê tông được bỏ qua. H ợp lực kéo cùa phần lôn thép Np, xác định bời các đặc trung cùa phần tiết diện thép hữu hiệu ApC, cân bằng với hợp lực nén N cf cùa bê tông, xác định bời chiềư dày X của phần bê tông chịu ncn, chiều rộng b của sàn và cường độ chịu nén tính toán cùa bê tông. Ta có: (1.4) N ’ ’ A - Ir ap (1.5) irong đó: fyp - giới hạn cháy dàn hồi cúa thcp làm tôn: Yap - hộ sô an loàn vật liệu của thép làm lôn. yap 1,1. 19
ApC - diện tích hữu hiệu cùa thành sóng tôn. Khi tính diện tích hữu hiệu ta bó qua chiều rộng của các g ờ nổi, trừ khi thực nghiệm cung cấp dược m ộ t diện tích hữu hiệu khác lớn hơn; b - chiều rộng sàn (chiều rộng đơn vị = lm ); x!ị - chiều dày phần bê tông chịu nén; fck - cường độ chịu nén của bê tông; Ỵc - hệ sổ an toàn vật liệu cúa bê tông, yc = 1,5. C ân bằng các lực theo phương ngang ta suy ra được vị trí của trục tru n g hòa (hay chiều dày của phần bê tông chịu nén): f A yp pc Yc 0,85fckb Dê xác định vị trí cũa trục trọng tàm phần tôn thép ta ihêm vào dại lượng dp, đuợc do lừ m ặt trên cùng củ a sàn tới trục trọng tâm của phần tôn thép: dp = h - e v ớ i: e - khoảng cách từ trọng tâm hình học của tôn tới trục c ù a phần th àn h dưới tòn. T ừ đó ta dễ dàng xác định dược cánh tay đòn z của hợp lực kéo N p: z = dp - u,_>xz — Up —0,5x N hư vậy, m ô m en giới hạn tính toán sẽ bằng: N pz hay: (d„ ( 1 .6 ) M í u u = A -p e„ Trư ờng hợp 2 - Trục trung hòa dèo nằm trong p h ầ n sư ờn tôn T rong trường hợp này, m ột phần của tôn sẽ chịu nén đế g iữ cân bằng trượt g iữ a hai tiế t diện. Để đơn giản hóa việc tính toán, ta bỏ qua hoàn toàn sự x u ấ t hiện c ủ a phần bê tông nằm trong các sóng tôn. ° 8 5 f,* /Y c Mpr lỉin li 1-13. Phân bố ứng suất khi trục trung hoà nằm trong phần sườn tôn 20