zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kiến trúc - Xây dựng

Phân tích ứng xử và thiết kế kết cấu bê tông cốt thép - Chương 8: Mô hình “giàn ảo”: khái niệm và mô hình

Chia sẻ: Phan Trọng Lễ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Báo xấu

516
lượt xem 191
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các mô hình “giàn ảo”, hay mô hình “chống và giằng” (Strut and Tie Model) được gia tăng sử dụng để thiết kế và triển khai cốt thép trong các thành phần kết cấu BTCT chịu tải trọng đứng và tải động đất. Những mô hình như vậy được trình bày trong các chương 8 sau đây.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Phân tích ứng xử và thiết kế kết cấu bê tông cốt thép - Chương 8: Mô hình “giàn ảo”: khái niệm và mô hình

Cao h c: Xây D ng Dân D ng và Công Nghi p Bài gi ng: Prof. Andrew Whittaker Môn h c: Phân Tích ng X & Thi t K K t C u BTCT Biên d ch: PhD H H u Ch nh Chương 8: MÔ HÌNH GIÀN O: KHÁII NII M & MÔ HÌÌNH KHÁ N M & MÔ H NH 8.1 KHÁI NI M CHUNG Các mô hình “giàn o”, hay mô hình “ch ng và gi ng” (Strut and Tie Model) ñư c gia tăng s d ng ñ thi t k và tri n khai c t thép trong các thành ph n k t c u BTCT ch u t i tr ng ñ ng và t i ñ ng ñ t. Nh ng mô hình như v y ñư c trình bày trong các chương 8 và chương 9 vì chúng th c s h u ích trong thi t k : Liên k t d m-c t trong khung ch u mômen và trong mũ c u (bent cap). Vách c ng (shear wall) v i kho ng tr ng hay l h ng l n. Móng tr c u giao thông Ph n ñ u d m (end block) c a d m căng trư c hay căng sau (pre- and post-tensioned). Trong các chương 8 và chương 9, mô hình giàn o ñư c trình bày cho thành ph n k t c u BTCT ch u t i tr ng ñ ng như d m cao, vai c t ñ , và các liên k t d m-c t. Các mô hình giàn o ñư c gi i thi u trong ACI 318-02 các ph n sau: §10.7 (D m cao - Deep flexural members) §11.8 (Các ñi u kho n ñ c bi t cho d m cao - Special provisions for deep flexural members) §Appendix A (Mô hình giàn o - Strut-and-tie models) Schlaich và ñ ng s lưu ý r ng các thành ph n k t c u BTCT ch u t i tr ng b i: Trư ng ng su t nén (trư ng ng su t nén bê tông). Gi ng ch u kéo (c t thép, tăng ñơ ng su t trư c, trư ng ng su t kéo bê tông) Vì các m c ñích phân tích, các mô hình giàn o gom l i t t c các ng su t nén và các gi ng ch u kéo, r i n i chúng v i nhau b i các nút (node). Chương 8: MÔ HÌNH GIÀN O: KHÁI NI M & MÔ HÌNH
Cao h c: Xây D ng Dân D ng và Công Nghi p Bài gi ng: Prof. Andrew Whittaker Môn h c: Phân Tích ng X & Thi t K K t C u BTCT Biên d ch: PhD H H u Ch nh 8.2 CÁC VÙNG KHÔNG LIÊN T C 8.2.1 Gi i thi u Theo lý thuy t mô hình giàn o, m t thành ph n k t c u như d m hay vai c t có th chia thành hai vùng: Vùng B (B vi t t t c a Beam hay Bernoulli) Vùng D (D vi t t t c a Discontinuity hay Disturbance) Trong vùng B, có th áp d ng lý thuy t d m, c th là các m t ph ng v n ph ng sau khi u n. Các n i ng su t trong các vùng này có th tính d dàng t n i l c c a ti t di n (mômen u n và xo n, l c d c và l c c t). N u ti t di n không n t (M < Mcr), các n i ng su t tính ñư c nh các ñ c trưng c a ti t di n như di n tích ti t di n (A) và mômen quán tính (I). N u ng su t kéo vư t quá cư ng ñ ch u kéo c a bê tông ( M > Mcr ), mô hình giàn (truss model) ñư c s d ng. Gi thuy t Bernoulli là cơ s c a nhi u phương pháp thi t k và phân tích k thu t k t c u. Gi thuy t này là không giá tr trong các vùng c a k t c u hay c a c u ki n mà phân ph i bi n d ng là phi tuy n ñáng k . Các ví d c a vùng như v y là: Vùng g n t i t p trung (bao g m vùng g n g i t a) Các góc và các liên k t c a khung Vùng g n l h ng Các vùng này do phân ph i bi n d ng phi tuy n l n ñư c g i là các vùng D. N u vùng D không b n t, có th phân tích chúng b ng phương pháp ng su t ñàn h i tuy n tính. Tuy nhiên trong nhi u trư ng h p, vùng D s n t và không th áp d ng lý thuy t tuy n tính ñư c n a. Mô hình giàn o ñã ñư c phát tri n ñ phân tích và thi t k cho các vùng D b phá ho i do n t. Chương 8: MÔ HÌNH GIÀN O: KHÁI NI M & MÔ HÌNH
Cao h c: Xây D ng Dân D ng và Công Nghi p Bài gi ng: Prof. Andrew Whittaker Môn h c: Phân Tích ng X & Thi t K K t C u BTCT Biên d ch: PhD H H u Ch nh Các vùng D m u có phân ph i bi n d ng phi tuy n do (a) không liên t c hình h c, (b) không liên t c tĩnh h c (t i tr ng) ñư c Schlaich và c ng s mô t dư i ñây: Trư c khi bàn lu n v các phương pháp phân tích và thi t k cho các vùng B và D, c n bi t phương pháp phân chia m t thành ph n k t c u như d m cao thành các vùng B và D. Vì m c ñích này, c n thi t ñánh giá ng x c a thành ph n k t c u giai ño n không n t. Xét m t n a d m ch u t i ñúng tâm như hình v dư i ñây (theo Schlaich et al.). Trình bày trong hình là các ñư ng ñ ng ng su t v i gi thi t v t li u ñàn h i tuy n tính. - Trong vùng B các ñư ng ñ ng ng su t thay ñ i t t . - Trong 2 vùng D các ñư ng ñ ng ng su t thay ñ i g p. Chương 8: MÔ HÌNH GIÀN O: KHÁI NI M & MÔ HÌNH
Cao h c: Xây D ng Dân D ng và Công Nghi p Bài gi ng: Prof. Andrew Whittaker Môn h c: Phân Tích ng X & Thi t K K t C u BTCT Biên d ch: PhD H H u Ch nh ð phân lo i ñúng các vùng B và D, ph i xem xét c hình h c và t i tr ng; ch xem xét hình h c là không ñ y ñ . Schlaich trình bày s phân chia các thành ph n k t c u thành các vùng B và D d a trên c hình h c và t i tr ng như sau: a. Phân vùng trong c t b. Phân vùng trong d m Chương 8: MÔ HÌNH GIÀN O: KHÁI NI M & MÔ HÌNH
Cao h c: Xây D ng Dân D ng và Công Nghi p Bài gi ng: Prof. Andrew Whittaker Môn h c: Phân Tích ng X & Thi t K K t C u BTCT Biên d ch: PhD H H u Ch nh 8.3 PHƯƠNG PHÁP THI T K VÀ MÔ HÌNH TOÁN 8.3.1 Phân tích h khung Phương pháp phân tích gì thích h p cho h k t c u siêu tĩnh như d m liên t c hay khung? Các phương pháp phân tích ñàn h i thích h p cho tr ng thái gi i h n d ch v (service limit state), khi mà ng x toàn b k t c u ho c là không n t ho c là xem như n t v i các ng su t kéo th p hơn ng su t ch y d o. Các phương pháp ñàn h i cũng có th ñư c dùng ñ ư c tính nghi m an toàn c a t i tr ng t i h n. Các phương pháp phân tích d o thích h p cho vi c xác ñ nh m t nghi m th c c a t i tr ng t i h n. 8.3.2 Mô hình hoá các vùng B và D Ti p theo s phân tích khung k t c u ñ xác ñ nh các n i l c trong các vùng B và các l c biên trong các vùng D, có th thi t k và tri n khai c t thép cho các thành ph n k t c u. ð i v i các vùng không n t (B và D), có th dùng các phương pháp chu n ñ phân tích ng su t c a thép và bê tông. N u các ng su t kéo trong các vùng riêng l B hay D vư t quá cư ng ñ ch u kéo c a bê tông, các n i l c nên tính toán b ng phương pháp giàn o (strut-and-tie procedure) s ñư c bàn lu n các ph n ti p theo. Phương pháp giàn o tương ñ i minh b ch, bao g m 3 bư c chính như sau: 1. Phát tri n mô hình giàn o ñư c gi i thích dư i ñây. Các thanh ch ng (strut) ch u nén và các thanh gi ng (tie) ch u kéo làm cô ñ ng hay thay th các trư ng ng su t th t b i các h p l c ñư ng th ng và t p trung ñ cong c a chúng t i các nút (node). 2. Tính toán các l c ch ng và gi ng, mà ph i tho ñi u ki n cân b ng. Các l c này là các n i l c v a nêu ph n trên. 3. Xác ñ nh kích thư c các thanh ch ng, các thanh gi ng, và các nút v i chú ý thích ñáng các b r ng khe n t. M t s th n tr ng c n lưu ý trong khi phát tri n m t mô hình giàn o vì bê tông có th ch u ñ ng ñư c ch m t kho ng gi i h n c a bi n d ng d o: T i thi u yêu c u tái phân ph i l c. Ch n m t phân ph i c a các thanh ch ng và các thanh gi ng mà là b n sao hư ng và ñ l n c a các n i l c tính b ng phân tích ñàn h i. o M t mô hình như v y có th dùng ñ ki m tra m c t i s d ng và m c t i t i h n. o Có th phát tri n mô hình khác ñ tính t i tr ng t i h n th c (l n hơn) b ng cách tái ñ nh hư ng hay di chuy n các thanh ch ng và gi ng. V y ph i xem xét ñ n kh năng xoay hay kh năng bi n d ng không ñàn h i c a mô hình. Chương 8: MÔ HÌNH GIÀN O: KHÁI NI M & MÔ HÌNH
Cao h c: Xây D ng Dân D ng và Công Nghi p Bài gi ng: Prof. Andrew Whittaker Môn h c: Phân Tích ng X & Thi t K K t C u BTCT Biên d ch: PhD H H u Ch nh Trình bày ñây s t p trung vào s phát tri n các mô hình giàn o cho các vùng D. M t vùng như v y ñư c Schlaich và c ng s trình bày ví d d m cao ch u t i phân b ñ u dư i ñây. Trong hình dư i, ph n a là các ñư ng ñ ng ng su t ñàn h i, các ng su t ñàn h i (σx) và mô hình giàn o; các n i l c (T , C, C1), kho ng cách cánh tay ñòn (z), và góc nghiêng c a thanh ch ng (ν) như là các hàm s c a kích thư c d m Fi (d/l) ñư c bi u di n trong ph n b c a hình. a) – + Lưu ý: b) • V trí các thanh ch ng (4) và thanh gi ng (1). z/l • Quan h gi a các ñư ng ñ ng ng su t và hư ng thanh ch ng (≈ ⊥). ν • Phân ph i không ñ u c a T/pl C/pl ng su t σx trên chi u cao d m. → So sánh v i phân b trong lý thuy t d m. Fi ↑↓ Fi → const • S thay ñ i giá tr c a T (hay C) và C1 khi gia tăng t s d/l. Chương 8: MÔ HÌNH GIÀN O: KHÁI NI M & MÔ HÌNH
Cao h c: Xây D ng Dân D ng và Công Nghi p Bài gi ng: Prof. Andrew Whittaker Môn h c: Phân Tích ng X & Thi t K K t C u BTCT Biên d ch: PhD H H u Ch nh Do s khi m di n c a k t qu phân tích ñàn h i như trình bày trên, các mô hình giàn o ñư c phát tri n như th nào? Schlaich và c ng s ñã thi t l p m t phương pháp tên là phương pháp ñư ng t i tr ng (load-path method) ñ phát tri n các mô hình giàn o, và phương pháp này ñư c mô t dư i ñây. 8.3.3 Phương pháp ñư ng t i tr ng ñ phát tri n mô hình giàn o Bư c th nh t c a phương pháp ñư ng t i tr ng là xác ñ nh t t c các l c tác d ng trên vùng D nh m ñ m b o r ng s cân b ng trên m t ngoài c a vùng D ñư c tho m n. ð u tiên xét vùng D trong hình dư i : Áp su t phân b p ñ i di n cho các l c c a vùng B mà tác d ng lên vùng D. (Ngoài ra, chi u cao h p lý vùng D là bao nhiêu?). Ans: h > 0,5l Bư c th hai là phân chia nh bi u ñ ng su t (trong trư ng h p này là ng su t phân b tuy n tính p) ñ các t i tr ng tìm ra ñư ng ñi t m t này ñ n m t khác c a k t c u. V i ví d trên, t i phân b p mà áp ñ t trên ñ nh d m s ñư c ch ng ñ b i hai ph n l c g i t a ñáy d m: A và B. T i phân b p ñư c thay th b i các l c t ng c ng A và B, v i ñ l n c a A l n hơn B. Các ñư ng t i tr ng không như phác th o hình v trên. Các ñư ng t i tr ng có xu hư ng l y ñư ng ng n nh t (shortest path) kh dĩ ñi t t i tr ng tác d ng ñ n các ph n l c g i t a. Mô hình giàn o h p lý nào ñ i v i d m cao trên? M t mô hình kh dĩ trình bày dư i ñây. Lưu ý các ñi m sau liên quan ñ n mô hình giàn o này : Các v trí c a các thanh ch ng th ng ñ ng và thanh ch ng nghiêng theo ñư ng t i tr ng ch y t t i phân b ñ nh d m ñ n các ph n l c g i t a A và B ñáy d m. V trí c a thanh ch ng n m ngang o T i sao c n thanh ch ng này? o T i sao v trí thanh ch ng như mô t trong hình ? V trí c a thanh gi ng n m ngang o T i sao c n thanh gi ng này ? Chương 8: MÔ HÌNH GIÀN O: KHÁI NI M & MÔ HÌNH
Cao h c: Xây D ng Dân D ng và Công Nghi p Bài gi ng: Prof. Andrew Whittaker Môn h c: Phân Tích ng X & Thi t K K t C u BTCT Biên d ch: PhD H H u Ch nh o L c ch u kéo c a thanh gi ng do c t thép cung c p C t thép ñư c neo như th nào ? Bây gi xét ví d khác hình dư i. N u xoay 90° theo chi u kim ñ ng h , Sơ ñ này có th bi u di n m t ph n ñ u d m căng sau (post-tensioned). Làm th nào phát tri n m t mô hình giàn o cho trư ng h p có ng su t kéo trong vùng B như hình trên? Trư c h t như trên, thay th ng su t phân b p b ng các l c t p trung (trong ví d này là F và B). n ñ nh m t thanh gi ng ch u l c kéo B ñư c vòng tròn trên. Chèn các thanh ch ng ch u các l c nén F và B. Rõ ràng không có t i tr ng kéo ph n phía trên d m như trong hình. Mô hình giàn o tương ng như sau : Lưu ý các ñi m sau t hình trên : Có s d ch chuy n kho ng cách theo hư ng truy n c a l c F. Thanh ch ng c n thi t t i ñi m chuy n ti p (transition point) ký hi u A ñ cung c p s thay ñ i hư ng c a l c F. Làm sao gi i ñư c l c trong thanh gi ng ch u kéo t i ñáy d m t i ñi m ký hi u B ? Có th phát tri n nhi u mô hình giàn o cho m t trư ng h p t i ñơn gi n. Làm th nào ch n ñư c mô hình t i ưu? Các t i tr ng theo ñư ng truy n v i ñ l n nh nh t và bi n d ng ít nh t. Vì các thanh gi ng có th bi n d ng l n hơn các thanh ch ng bê tông, m t mô hình có các thanh gi ng v i s lư ng ít nh t và chi u dài ng n nh t có v là mô hình t t nh t. Chương 8: MÔ HÌNH GIÀN O: KHÁI NI M & MÔ HÌNH
Cao h c: Xây D ng Dân D ng và Công Nghi p Bài gi ng: Prof. Andrew Whittaker Môn h c: Phân Tích ng X & Thi t K K t C u BTCT Biên d ch: PhD H H u Ch nh Schlaich và c ng s ñ xu t bi u th c ñơn gi n sau ñ th c hi n nh n xét th hai trên, ∑ Fi liε mi = Minimum (8-1) i v i Fi là l c ch ng hay gi ng i, li là chi u dài ph n t i, và εmi là bi n d ng trung bình c a ph n t i. S tham gia các thanh ch ng bê tông trong phương trình trên ñây nó chung có th b qua vì bi n d ng trong các thanh ch ng bê tông thư ng nh hơn nhi u so v i bi n d ng trong các thanh gi ng (εc
Cao h c: Xây D ng Dân D ng và Công Nghi p Bài gi ng: Prof. Andrew Whittaker Môn h c: Phân Tích ng X & Thi t K K t C u BTCT Biên d ch: PhD H H u Ch nh Chương 8: MÔ HÌNH GIÀN O: KHÁI NI M & MÔ HÌNH
Cao h c: Xây D ng Dân D ng và Công Nghi p Bài gi ng: Prof. Andrew Whittaker Môn h c: Phân Tích ng X & Thi t K K t C u BTCT Biên d ch: PhD H H u Ch nh Dùng các thông tin trên ñây, tìm các mô hình giàn o kh dĩ (kho ng 2-3 mô hình và so sánh) cho các trư ng h p sau: Bài t p 1: M t liên k t ñóng trong m t m i n i khung BTCT : Xác ñ nh các vùng B và D. M V các thanh gi ng ch u kéo và các thanh ch ng ch u nén. M Bài t p 2: M t liên k t m trong m t m i n i khung BTCT : Xác ñ nh các vùng B và D. M V các thanh gi ng ch u kéo và các thanh ch ng ch u nén. M Bài t p 3: Vai ñ c t v i t i d c tr c nh a)- b)- (v i hai trư ng h p): Xác ñ nh các vùng B và D. M M V các thanh gi ng ch u kéo và N N các thanh ch ng ch u nén. M M Chương 8: MÔ HÌNH GIÀN O: KHÁI NI M & MÔ HÌNH
Cao h c: Xây D ng Dân D ng và Công Nghi p Bài gi ng: Prof. Andrew Whittaker Môn h c: Phân Tích ng X & Thi t K K t C u BTCT Biên d ch: PhD H H u Ch nh Bài t p 4: Ph n ñ u m t d m căng-sau (post- tensioned beam): Xác ñ nh các vùng B và D. V các thanh gi ng ch u kéo và các thanh ch ng ch u nén. Bài t p 5: P D m cao v i t i t p trung l ch tâm ñ t trên móng ñàn h i. a Xác ñ nh các vùng B và D. V các thanh gi ng ch u kéo và các thanh ch ng ch u nén. σmin σmax d Các ví d trên dùng ñ minh h a cách ch n m t mô hình giàn o cho m t trư ng h p t i bi t trư c. N u nhi u trư ng h p t i thì x lý như th nào ? Thi t k cho t ng trư ng h p t i và ph i h p các mô hình và thép gi ng. Ch n m t mô hình mà h p lý nh t cho t t c trư ng h p t i tr ng mà không là t i ưu cho trư ng h p t i riêng l . Chương 8: MÔ HÌNH GIÀN O: KHÁI NI M & MÔ HÌNH
Cao h c: Xây D ng Dân D ng và Công Nghi p Bài gi ng: Prof. Andrew Whittaker Môn h c: Phân Tích ng X & Thi t K K t C u BTCT Biên d ch: PhD H H u Ch nh Bài t p 6: Thi t k và b trí c t thép theo phương pháp Strut-and-Tie cho ño n d m BTCT chuy n b c (stepped beam) có các thông s sau: Kích thư c d m: b = 15 inch, h = 22 inch, d = 20 inch Mômen u n: M = 4 kip.in Cư ng ñ v t li u: fy = 40 ksi (thép), f’c = 4 ksi (bêtông) Ghi chú: 1 inch = 25,4 mm ; 1 kip.in = 113 kNm ; 1 ksi = 6,9 MPa = 70,3 kG/cm2 A A-A h h A h M A h b M A G i ý b trí thép: G i ý sơ ñ tính “strut and tie”: Chương 8: MÔ HÌNH GIÀN O: KHÁI NI M & MÔ HÌNH
Cao h c: Xây D ng Dân D ng và Công Nghi p Bài gi ng: Prof. Andrew Whittaker Môn h c: Phân Tích ng X & Thi t K K t C u BTCT Biên d ch: PhD H H u Ch nh TRƯ NG NG SU T C A D M CHUY N B C (Xác ñ nh b ng ForcePAD) a)- Xác l p mô hình tính toán: b)- Trư ng ng su t kéo theo ForcePAD: b)- Trư ng ng su t nén theo ForcePAD: Chương 8: MÔ HÌNH GIÀN O: KHÁI NI M & MÔ HÌNH

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.