Khảo sát sự ảnh hưởng của dầm đến độ võng và momen trong tấm sàn bê tông cốt thép

Chia sẻ: Bigates Bigates | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

35
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu này khảo sát sự ảnh hưởng của dầm đến độ võng và momen trong tấm sàn bê tông cốt thép (BTCT). Tấm sàn được xem xét ở cả hai trường hợp ô bản đơn và ô bản liên tục, cùng với đó, kích thước dầm được thay đổi để thấy rõ sự phân phối của momen sàn.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Khảo sát sự ảnh hưởng của dầm đến độ võng và momen trong tấm sàn bê tông cốt thép

KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA DẦM ĐẾN ĐỘ VÕNG VÀ MOMEN TRONG TẤM SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP Phạm Văn Tuấn Khoa Xây dựng, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh GVHD: ThS. Lê Thị Hạnh TÓM TẮT Nghiên cứu này khảo sát sự ảnh hưởng của dầm đến độ võng và momen trong tấm sàn bê tông cốt thép (BTCT). Tấm sàn được xem xét ở cả hai trường hợp ô bản đơn và ô bản liên tục, cùng với đó, kích thước dầm được thay đổi để thấy rõ sự phân phối của momen sàn. Bài toán được thực hiện bằng phần mềm SAFE phiên bản 2016, biểu đồ momen tương ứng với các trường hợp khác nhau được trình bày. Bên cạnh đó, kết quả còn được so sánh với phương pháp tính toán theo lý thuyết ô bản đơn để đánh giá ưu, nhược điểm của hai phương pháp. 1 GIỚI THIỆU Sàn bê tông cốt thép là cấu kiện cơ bản và quan trọng trong công trình dân dụng và công nghiệp. Việc phân tích và tính toán nội lực cho các ô bản sàn đòi hỏi độ chính xác và độ tin cậy cao. Hiện nay, việc tính toán nội lực sàn thường dựa trên hai phương pháp: tính toán theo lý thuyết ô bản đơn và sử dụng các phần mềm thương mại theo phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH). Theo lý thuyết ô bản đơn, liên kết giữa sàn và dầm được xem xét là ngàm hoặc khớp tùy thuộc vào tỷ lệ chiều cao dầm và sàn lớn hoặc bé hơn 3. Trong thực tế, điều này không hoàn toàn chính xác. Thay vào đó, trong các phần mềm thương mại dựa trên PTHH, nội lực trong kết cấu sàn sẽ thay đổi theo tương quan độ cứng giữa dầm và sàn. Trong nghiên cứu này, sự khác nhau về độ võng và phân phối momen trong 1 ô bản độc lập 4x5 (m) và 4 ô bản liền kề 4x5 (m) được trình bày. Nội lực còn được so sánh với lý thuyết ô bản đơn, từ đó, đề xuất phương án phù hợp cho việc thiết kế tấm sàn BTCT trong thực tế. 1.1 Cơ sở lý thuyết Trước tiên, kích thước dầm và sàn được chọn sơ bộ theo các công thức kinh nghiệm  1 1  12  16   L, daàm chính  1 1   bd      hd ; hd =  (2.1) 2 4  1  1   L, daàm phuï  16 20  trong đó, bd và hd là chiều rộng và chiều cao của dầm, L là nhịp tính toán của dầm. 828
Chiều dày sàn được chọn như sau:  1 1   1 1  hs =     L1      4000  88.88  100 (mm) (2.2)  40 45   40 45  với L1 là chiều dài cạnh ngắn ô sàn. Tải trọng tác dụng lên tấm sàn được xác định theo công thức q  g s  ps (2.3) với g s , ps lần lượt là tĩnh tải tính toán và hoạt tải tính toán. Khi sử dụng phần mềm SAFE, các bước tính toán được thực hiện như sau: Bước 1: chọn tiêu chuẩn và xây dựng mô hình tính toán của sàn BTCT. Bước 2: khai báo đặc trưng vật liệu. Bước 3: khai báo tiết diện sàn, dầm và cột. Bước 4: khai báo các tổ hợp tải trọng tính toán và tổ hợp combo của sàn BTCT. Bước 5: vẽ tiết diện sàn, dầm, cột, đặt tải trọng, strip sàn và mesh. Bước 6: phân tích và xuất kết quả tính toán. Khi tính toán theo lý thuyết ô bản đơn, nội lực ô bản hai phương được xác định theo Bảng 2.1. Bảng 2.1. Momen trong ô bản hai phương theo lý thuyết ô bản đơn Vị trí Cạnh ngắn Cạnh dài Gối M I  ki1  P (2.4) M II  ki 2  P (2.5) Nhịp M1  mi1  P (2.6) M 2  mi 2  P (2.7) trong đó, tổng tải tác dụng lên ô sàn P  q  L1  L2 , các hệ số mi1 , mi 2 , ki1 , ki 2 được lấy từ bảng tra. 1.2 Ví Dụ Trong phần này, độ võng và sự phân phối momen trong ô sàn độc lập 4x5 (m) và 4 ô sàn liền kề 4x5 (m) được khảo sát. Để đơn giản, dầm chính và dầm phụ sẽ được chọn với kích thước bằng nhau với bề rộng dầm 300 (mm) và chiều cao dầm thay đổi từ 300÷1800 (mm), tấm sàn BTCT được chọn với chiều dày 100 (mm), tổng tải trọng truyền lên tấm sàn là 10 (kN/m2). 829
Hình 3.1. Ô bản độc lập 4x5 (m) Hình 3.2. Bốn ô bản liền kề 4x5 (m) Sử dụng phần mềm SAFE để mô hình sơ đồ sàn thể hiện ở Hình 3.3. Trong trường hợp ô bản đơn và bốn ô bản liền kề, tác giả giữ nguyên kích thước cột, chiều dày sàn và lần lượt thay đổi chiều dày dầm từ 300÷1800 (mm). Ô bản đơn 4x5 (m) Bốn ô bản liền kề 4x5 (m) Ô bản đơn 4 cạnh ngàm 4x5 (m) Bốn ô bản liền kề 4 cạnh ngàm 4x5 (m) 830
Ô bản đơn 4 cạnh khớp 4x5 (m) Bốn ô bản liền kề 4 cạnh khớp 4x5 (m) Hình 3.3. Mô hình ô bản sàn bằng phần mềm SAFE Độ võng trong bản độc lập 4x5 (m) và bốn ô bản liền kề 4x5 (m) trong trường hợp hd/hs = 6 được thể hiện trong Hình 3.4. Trong trường hợp ô bản độc lập thì độ võng lớn nhất nằm ở tâm ô sàn, nhưng trong trường ô bản liền kề thì độ võng lớn nhất nằm ở vị trí giao nhau của hai dầm trực giao. Từ đó, cho ta thấy khi tính ô bản liền kề theo lý thuyết ô bản đơn thì độ võng lớn nhất nằm ở tâm từng ô bản đơn là không hợp lý. Ô bản độc lập 4x5 (m) Bốn ô bản liền kề 4x5 (m) Hình 3.4. Độ võng của ô bản độc lập 4x5 (m) và 4 ô bản liền kề 4x5 (m) với tỷ lệ hd/hs = 6 Sự phân phối momen trong bản sàn độc lập 4x5 (m) khi thay đổi chiều cao dầm được thể hiện trong hình 3.5. Trong đó, kết quả khảo sát được so sánh với trường hợp ô sàn độc lập bốn cạnh ngàm và bốn cạnh khớp. Có thể thấy rằng, khi tỉ số tương quan độ cứng dầm-sàn giảm xuống, mô men trong sàn có sự phân phối từ gối xuống nhịp và nội lực trong ô sàn dao động trong khoảng giữa ngàm và khớp. . Nhưng momen ở strip A trong trường hợp hd/hs=3 lớn hơn trường hợp 4 cạnh khớp, do liên kết giữa sàn và dầm không đủ cứng để tạo thành gối tựa cho ô sàn, vì thế độ võng và momen trong trường hợp này là rất lớn. 831
Strip A Strip B Hình 3.5. Momen ô bản độc lập 4x5 (m) (kN.m) Sự phân phối momen trong bốn ô bản liền kề 4x5 (m) khi thay đổi chiều cao của dầm thể hiện trong Hình 3.6. Tương tự, khi giảm tỉ số hd/hs, thì momen trong sàn phân phối từ gối xuống nhịp và nội lực trong ô sàn cũng thay đổi trong khoảng giữa ngàm và khớp. Trong trường hợp hd/hs=3, liên kết giữa dầm và sàn không đủ cứng để tạo thành gối tựa cho ô sàn. Do đó, ứng xử của ô sàn 4x5 (m) gần giống như ô sàn lớn 8x10 (m), độ võng và momen tại vị trí giao điểm của hai dầm trực giao rất lớn. Strip A Strip B Hình 3.6. Momen bốn ô bản liền kề 4x5 (m) (kN.m) Ở cả Hình 3.5 và Hình 3.6, khi tỷ lệ hd/hs ≥ 9 thì sự thay đổi của biểu đồ momen ít dần, và tiến gần đến sơ đồ bốn cạnh ngàm. Điều này có nghĩa khi hd/hs ≥ 9 thì việc xem xét liên kết dầm-sàn là ngàm mới hợp lý. Bảng 3.1 và Hình 3.7 trình bày kết quả so sánh nội lực ô sàn khi phân tích bằng SAFE và tính toán theo lý thuyết ô bản đơn với tỷ lệ hd/hs = 6. Kết quả so sánh cho thấy rằng momen tính toán tại gối theo lý thuyết ô bản đơn lớn hơn so với phần mềm SAFE, trong khi đó momen tính toán tại nhịp lại nhỏ hơn khá nhiều. Vì vậy, trong thực tế khi tính toán theo lý 832
thuyết ô bản đơn, momen tại vị trí gối có thể dùng để thiết kế nhưng momen tại nhịp lại thiếu an toàn. Do đó giá trị momen nhịp cần phải được nhân với một hệ số lớn hơn 1, trong trường hợp hd/hs = 6 và kích thước ô bản 4x5 (m) hệ số đề xuất là n = 2. Bảng 3.1. Kết quả tính nội lực của ô bản sàn (kN.m) SAFE SAFE Tính theo lý thuyết Phương Vị trí Ô bản độc lập Bốn ô bản liền kề ô bản đơn 4x5 (m) 4x5 (m) Gối trái -6.06 -4.41 -4.32 Strip A Nhịp 2.66 5.24 6.89 (cạnh dài) Gối phải -6.06 -4.41 -4.12 Gối trái -9.36 -4.11 -3.72 Strip B Nhịp 4.14 7.44 8.26 (cạnh ngắn) Gối phải -9.36 -4.11 -6.01 Strip A Strip B Hình 3.7. So sánh phương pháp t nh theo lý thuyết ô bản đơn và phần mềm SAFE (kN.m) 2 KẾT LUẬN Kết quả khảo sát độ võng và phân phối nội lực được trình bày trong nghiên cứu này. Về độ võng, khi xem xét ô bản độc lập thì độ võng lớn nhất nằm ở tâm ô sàn nhưng đối với ô bản liền kề thì độ võng lớn nhất nằm tại giao điểm hai dầm trực giao. Khi sử dụng phần mềm SAFE để khảo sát nội lực thì momen sẽ phân phối theo tỷ lệ độ cứng giữa dầm và sàn. Như đã khảo sát khi tỷ lệ hd/hs ≥ 9 thì liên kết dầm-sàn mới có thể được xem là ngàm. Vì vậy, khi tính toán theo lý thuyết ô bản đơn, để đảm bảo tính an toàn, momen nhịp cần phải được hiệu chỉnh bằng một hệ số lớn hơn 1 trước khi thiết kế. Để xác định được hệ số này một 833
cách tổng quát, cần phải khảo sát ô sàn với nhiều kích thước và tỷ lệ tương quan độ cứng dầm-sàn khác nhau. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tác giả Võ Bá Tầm, Kết cấu bê tông cốt thép 1 (cấu kiện cơ bản), Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh. [2] Tác giả Nguyễn Đình Cống, Sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. [3] CSI Analysis Reference Manual, For SAP2000, ETABS, SAFE and CSiBridge. 834