Tài liệu Xây dựng giải pháp

-1- PHẦN MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay với sự ứng dụng của công nghệ thông tin trong hệ thống sản xuất các sản phẩm và dịch vụ đã và đang càng ngày càng phát triển. Với công nghệ thông tin, các tính toán đƣợc thực hiện nhanh, tin cậy, chính xác và một phần thay thế sức lao động. Đến nay công nghệ thông tin đã xâm nhập hầu hết các lĩnh vực từ kinh tế, chính trị, kỹ thuật, đến việc tự động hóa trong sản xuất. Trong lĩnh vực kỹ thuật công trình cũng không ngoại lệ, việc ứng dụng công nghệ thông tin đã góp phần giảm tải thời gian công việc cho các kỹ sƣ trong việc thiết kế xây dựng các công trình, từ đó làm tăng tốc độ và hiệu quả của công việc. Mặt khác việc ứng dụng công nghệ thông tin còn giúp các kỹ sƣ có thể ƣớc lƣợng đƣợc chi phí ban đầu cho công trình. Với mục đích tạo ra một chƣơng trình tính toán cốt thép cho khung bê tông cốt thép áp dụng các tiêu chuẩn Việt Nam vào trong tính toán, mặt khác cung cấp cho sinh viên một công cụ phục vụ trong việc học tập cũng nhƣ nghiên cứu nên tác giả đã quyết định chọn đề tài “ Xây dựng ứng dụng tính toán, thiết kế khung bê tông cốt thép”. 2. Lịch sử nghiên cứu: 2.1 Phần mềm trong nƣớc: Rdsuite: [8] Là phần mềm thiết kế theo tiêu chuẩn Việt Nam do Công Ty Cổ Phần Công Nghệ Và Tƣ Vấn Thiết Kế Xây D ựng RD phát triển. Đƣợc thiết kế kết cấu theo các tiêu chuẩn Việt Nam và một số tiêu chuẩn nƣớc ngoài nhƣ BS8110, UBC1994, UBC1997, SNHIP… đƣợc Bộ Xây Dựng cho phép ở Việt Nam, trên cơ sở lấy kết quả phân tích nội lực và phân tích động lực từ các phần mềm Sap2000, Etabs và STAADPRO, RDsas, Vinasas, MCW, MDW. Phần mềm đƣợc Cục bản quyền - Bộ văn hóa thể thao du lịch cấp giấy chứng bản quyền số 4290/2009/QTG và đƣợc Cục sở hữu trí tuệ Bộ khoa học và công nghệ ra quyết định số 5252/QĐ-SHTT về việc cấp nhãn hiệu cho sản phẩm. Phần mềm gồm 2 mô đun chính: -2-  RDF (Research and Development Foundation): mô đun phân tích và thiết kế móng (móng đơn, móng băng, móng cọc, móng giằng). Mặt bằng móng có thể nhập trên nền đồ họa của phần mềm, từ file *.DWG hay nhập từ Sap2000, Etabs.. phân tích móng theo phƣơng pháp quy phạm hay phƣơng pháp đồng thời và phần tử hữu hạn.  RDS (Research and Development Structure): mô đun tổ hợp nội lực, phân tích thiết kế phần thân (dầm, cột, sàn, dàn, vách) tính tải trọng gió tĩnh và động, tải trọng động đất theo TCVN và một số tiêu chuẩn thông dụng lấy kết quả nội lực và phân tích động lực từ Sap, Etabs. RDW: Đƣợc xây dựng và phát triển bởi Công Ty Cổ Phần Tin Học Và Tƣ Vấn Xây Dựng CIC. Là phần mềm phân tích thiết kế kết cấu. RDW bổ sung các tiêu chuẩn việt nam về xác định tải trọng, tổ hợp nội lực, thiết kế kiểm tra cấu kiện bê tông và cốt thép. Xuất bản vẽ kỹ thuật vào các phần mềm SAP2000, ETABS, STAAPRO. Các tính năng chính của RDW nhƣ xác định tải trọng gió, tải trọng động đất. Tổ hợp nội lực theo TCVN 2737-1995. Thiết kế và kiểm tra cấu kiện bê tông cốt thép theo TCVN 5574-1991 và TCVN 356-2005. Tính toán xác định sơ bộ kích thƣớc cột. 2.2 Phần mềm trên thế giới: Etabs: Là phần mềm kết cấu chuyên dụng trong tính toán và thiết kế nhà cao tầng. Đây là hệ chƣơng trình phân tích và thiết kế kết cấu chuyên dụng trên máy tính cho các công trình dân dụng. Đƣợc phát triển bởi CSI (Computer and Structures INC). Điểm nổi bật nổi bật của Etabs so với các chƣơng trình khác trong phân tích kết cấu công trình là giảm rõ rệt thời gian yêu cầu trong việc xây dựng mô hình tính, giảm thời gian xử lý và tăng độ chính xác, sở dĩ nhƣ vậy bởi vì Etabs thực hiện đƣa vào các tính năng điển hình cho bài toán hệ các công trình dân dụng trong xây dựng mà các chƣơng trình khác có thể chƣa nhận ra. Các đặt tính này bao gồm :  Hầu hết các tòa nhà có hình dạng đơn giản với hệ dầm nằm ngang và hệ cột thẳng đứng. Một hệ thống lƣới đơn giản định nghĩa lƣới sàn ngang và cột đứng có thiết lập các hệ hình học tƣơng tự với thời gian nhỏ. Một số mức sàn trong hệ công trình là điển hình. Hầu hết các chƣơng trình khác không nhận dạng cụ thể yếu tố thực tế này, dẫn đến quá trình tính toán tăng lên nhiều lần không cần thiết. -3-  Hầu hết các công trình thì kích thƣớc của phần tử có liên hệ rất nhiều đến chiều rộng của nhịp và chiều cao tầng. Các kích thƣớc này có ảnh hƣởng rỏ rệt đến độ cứng của phần tử thanh. Chính xác hóa điều này ảnh hƣởng đến các công thức tính độ cứng của các phần tử. Hầu hết các công trình trên đƣờng cong trọng tâm của kích thƣớc và chính xác độ cứng thƣờng mất nhiều thời gian khi thực hiện.  Trong phân tích các công trình dân dụng thì các thành phần lực của phần tử đƣợc tác dụng trên bề mặt ngoài của gối tựa phần tử. Các biến đổi tƣơng tự không đƣợc tự động tính toán ở các chƣơng trình khác hệ thống tải trọng trong các công trình thƣờng không nhiều.  Tải trọng nói chung đều có ảnh hƣởng thẳng đứng và đi xuống (tĩnh tải và hoạt tải) hoặc theo phƣơng ngang (gió hoặc động đất). Tải trọng đứng thƣờng đƣợc áp dụng trên sàn và dầm, còn tải trọng ngang thƣờng đƣợc áp dụng theo mức tầng. Tải trọng trên các ô sàn cần đƣợc dồn tự động vào các hệ thanh của công trình. Mặt khác các mức tải trọng với yêu cầu thay đổi cần phải có lựa chọn đặc biệt cho phép tạo ra và tổ hợp tiện lợi đối với các tải trọng đứng , ngang và tải trọng động. Một vấn đề rất cần có đối với việc phân tích công trình bằng máy tính đó là việc xuất kết quả với các định dạng khác nhau. SAP2000: Phần mềm SAP (Structural Analysis Program) đƣợc bắt đầu từ các kết qủa nghiên cứu phƣơng pháp số và phƣơng pháp phần tử hữu hạn trong tính toán cơ học mà ngƣời đặt nền móng là Giáo sƣ Edward L.Wilson ( University Avenue Berkeley, California, USA ). Năm 1970, giáo sƣ cùng các cộng sự chính thức cho ra đời phiên bản đầu tiên của SAP. Trong những năm tiếp theo, những nghiên cứu và phát triển sâu hơn về phƣơng pháp phần tử hữu hạn và các phƣơng pháp tính toán số đã tạo điều kiện cho các phiên bản tiếp theo của SAP ra đời: OLIDSAP, SAP3, SAP IV, SAP80, SAP90. SAP 80 đƣợc nâng cấp và hoàn thiện vào cuối những năm 1980, nó đƣợc coi là mốc đánh dấu sự xuất hiện phần mềm tính toán kết cấu có tính thƣơng mại đầu tiên của họ chƣơng trình SAP. Phần mềm này đƣợc tiếp tục phát triển bởi công ty Computer and Structure Inc ( CSI ). Vào năm 1992, CSI cho ra đời phiên bản tiếp theo là SAP 90, hiện nay vẫn còn đƣợc sử dụng rất rộng rãi. SAP 2000 là một bƣớc đột phá của họ phần mềm SAP, mà theo CSI tuyên bố SAP 2000 là công nghệ ngày nay cho -4- tƣơng lai ( technology today for future ). SAP 2000 đã tích hợp các chức năng phân tích kết cấu bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn và chức năng thiết kế kết cấu thành một. Ngoài khả năng phân tích các bài toán thƣờng gặp của kết cấu công trình, SAP 2000 đã bổ sung thêm các loại phần tử mẫu và tính năng phân tích kết cấu phi tuyến. Giao diện của SAP 2000 làm việc hoàn toàn trong môi trƣờng. Toàn bộ qúa trình từ xây dựng mô hình kết cấu, thực hiện tính toán và biểu diễn kết qủa đều có giao diện đồ họa trực quan. Thƣ viện mẫu (Template) cung cấp một số dạng kết cấu thông dụng nhất, từ đây ta có thể dễ dàng sửa đổi để có đƣợc kết cấu nhƣ mong muốn. Các tính năng chính của SAP2000 nhƣ : có khả năng tính toán mạnh, hổ trợ nhiều loại kết cấu làm việc ở nhiều trạng thái khác nhau, chịu tác động của nhiều loại tải trọng. Có thể sử dụng Sap2000 để giải quyết các kết cấu với các cấu tạo khác nhau nhƣ hệ thanh, hệ tấm vỏ, kết cấu đặc. Các kết cấu có thể làm việc ở các trạng thái đặc biệt nhƣ: trạng thái ứng suất phẳng, biến dạng phẳng, đối xứng trục, biến dạng lớn. Về vật liệu có thể mô tả vật liệu đẳng hƣớng, trực hƣớng, dị hƣớng hay vật liệu với các tính chất phi tuyến. Về mặt tải trọng tác dụng, SAP2000 hỗ trợ rất tốt với sự đa dạng về thể loại đó là: tĩnh tải với các loại lực, nhiệt độ, gối lún, dự ứng lực… ; hoạt tải với nhiều loại xe tiêu chuẩn, xe do ngƣời dùng tự định nghĩa tác dụng trên nhiều làn phức tạp phù hợp với nhiều quy trình đặc biệt là quy trình AASHTO; Tải trọng động với nhiều dạng có phƣơng pháp tính toán tiên tiến nhƣ: tải trọng thay đổi theo thời gian, phổ phản ứng… Kết quả tính toán của chƣơng trình đầy đủ và tin cậy. Có thể xuất kết quả ra màn hình độ hoạ, văn bản hay máy in, hơn nữa có thể xuất kết quả dạng tập tin cho các chƣơng trình thiết kế sau tính toán. So với phiên bản trƣớc, SAP2000 đã hoàn thiện và tích hợp phần thiết kế mặt cắt thép và bê tông cốt thép vào chƣơng trình chính giúp việc sử dụng đƣợc thuận tiện, nhờ đó kết quả tính toán kết cấu sẽ đƣợc sử dụng ngay trong phần thiết kế mặt cắt. -5- Nhận xét chung: 2.3 Các phần mềm kể trên tuy đã đáp ứng đƣợc hầu hết các yêu cầu ở nƣớc ta nhƣng vẫn có những nhƣợc điểm nhất định. Đối với các phần mềm trên thế giới đều đƣợc tính theo các tiêu chuẩn thế giới do đó khi áp dụng tại nƣớc ta thƣờng chỉ dừng lại ở bƣớc tính nội lực, còn đối với các chƣơng trình trong nƣớc thì đều ở hình thức thƣơng mại hóa do đó học sinh, sinh viên không áp dụng đƣợc cho mục đích học tập và nghiên cứu. 3. Mục tiêu nghiên cứu: Trong đề tài tác giả tập trung nghiên cứu cơ sở lý thuyết và dữ liệu nội lực từ phần mềm Etabs xuất ra để xây dựng phần mềm tính toán và thiết kế khung bê tông cốt thép cho phép ngƣời dùng có thể tính đƣợc cốt thép hàng loạt. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu: 4.1 Phƣơng pháp nghiên cứu: Qua việc khảo sát các phần mềm trong ứng dụng tính toán cốt thép trong và nƣớc nhóm tác giả tiến hành nghiên cứu nhƣ sau: Tìm hiểu các tiêu chuẩn Việt Nam về tính toán cốt thép cho dầm, cột. Tìm hiểu các phần mềm đã có trong nƣớc. Thiết kế dữ liệu từ việc tìm hiểu các tiêu chuẩn. Tìm hiểu phần mềm xây dựng Etabs, phân tích cấu trúc của file nội lực đƣợc xuất ra. Sử dụng ngôn ngữ lập trình Visual Basic .Net 2005 để ứng dụng vào việc xây dựng chƣơng trình. Thiết kế giao diện cho chƣơng trình, ứng dụng các công thức tính toán cốt thép vào chƣơng trình. 4.2 Phạm vi nghiên cứu: Trong thời gian thực hiện đề tài. Nhóm tác giả tiến hành nghiên cứu và tìm hiểu một số nội dung sau: Vì chƣơng trình đƣợc xây dựng dựa trên dữ liệu nội lực đã đƣợc tính toán từ phần mềm Etabs do đó nhóm tác giả tiến hành nghiên cứu phần mềm này. Từ đó tiến hành nghiên cứu cấu trúc, kiểu dữ liệu của file access đƣợc xuất ra. Xác định các dữ liệu cần dùng từ file access này. -6- Sử dụng ngôn ngữ lập trình VB.NET 2005 trong việc xây dựng chƣơng trình. Lựa chọn và kế thừa các phƣơng pháp phù hợp với chƣơng trình. Tính toán cốt thép theo tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn đối với tiết diện dầm, tính toán cốt thép tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm phẳng đối với cấu kiện cột. 5. Tính mới của đề tài và những vấn đề chƣa thực hiện đƣợc: Đề tài là một phần trong chƣơng trình xây dựng công trình thực tế mà Khoa Kỹ Thuật Công Trình đặt ra. Công việc chính của chƣơng trình là tính toán cốt thép cho cấu kiện dầm, cột theo tiêu chuẩn Việt Nam. Tính toán hàng loạt cốt thép cho cấu kiện dầm chữ nhật cốt đơn. Tính toán hàng loạt cốt thép cho hệ cột chịu nén lệch tâm phẳng theo tiết diện chữ nhật đặt thép đối xứng hoặc không đối xứng. Tạo giao diện thân thiện với ngƣời dùng, cho phép ngƣời dùng có thể in báo cáo tính cốt thép hoặc xuất báo cáo sang file excell. Tuy nhiên, trong khoảng thời gian có hạn nên đề tài vẫn còn một số hạn chế và cần phải đƣợc hoàn thiện sau này nhƣ chƣa tính đƣợc cốt thép cho dầm tiết diện chữ nhật đặt cốt kép, dầm tiết diện chữ T,I. Chƣa thực hiện đƣợc cho tiết diện cột chịu nén lệch tâm xiên. 6. Sơ lƣợc cấu trúc đề tài: Luận văn này đƣợc chia thành các nội dung chính sau: Chƣơng 1: Cơ Sở Lý Thuyết Tóm lƣợc về cách lựa chọn tin học. Trình bày cở sở lý thuyết, công thức tính toán cốt thép cho các cấu kiện dầm, cột. Chƣơng 2: Tính Toán Bố Trí Cốt Thép Mô tả dữ liệu file nội lực từ Etabs xuất ra. Cách thức lọc các cặp nội lực. Tạo cơ sở dữ liệu dùng để tính toán cốt thép. Chƣơng 3: Thực Hiện Đề Tài Giới thiệu các chức năng của chƣơng trình tính toán thiết kế khung bê tông cốt thép sau thời gian nghiên cứu. Kết Luận Nêu lên nhận xét đánh giá hƣớng phát triển của đề tài và kết luận. -7- CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Lý thuyết tính toán cốt thép: 1.1.1 Bê tông: 1.1.1.1 Cƣờng độ chịu nén của bê tông: Để xác định đƣợc khả năng chịu nén của bê tông ngƣời ta sử dụng mẫu nén thí nghiệm để xác định cấp độ bền chịu nén để làm thƣớc đo. Cấp độ bền chịu nén của bê tông ký hiệu là chữ B, là giá trị trung bình thống kê của cƣờng độ chịu nén tức thời, tính bằng đơn vị Mpa, với xác suất đảm bảo không dƣới 95% xác định trên các mẫu lập phƣơng kích thƣớc tiêu chuẩn (150mm x 150mm x 150mm), đƣợc chế tạo, dƣỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn và thí nghiệm nén ở độ tuổi 28 ngày.[6] Gọi : NP – lực làm mẫu bị phá hoại A – diện tích tiết diện ngang của mẫu thử Bi – cƣờng độ chịu nén của mẫu thử Bi  NP , MPa A (1.1) bàn nén NP a mau thu a a=150 NP Hình 1.1 Mẫu thử và mô hình thí nghiệm nén. 1.1.1.2 Cƣờng độ chịu kéo của bê tông: Khả năng chịu kéo của bê tông đƣợc xác định dựa trên cấp độ bền chịu kéo của bê tông và mác bê tông theo cƣờng độ chịu kéo. Cấp độ bền chịu kéo của bê tông ký hiệu là chữ Bt, là giá trị trung bình thống kê của cƣờng độ chịu kéo tức thời, tính bằng đơn vị Mpa, với xác suất đảm bảo không -8- dƣới 95% , xác định trên mẫu kéo tiêu chuẩn đƣợc chế tạo, dƣỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn và thí nghiệm nén ở độ tuổi 28 ngày.[6] NP a NP 4a Hình 1.2 Mẫu thử và mô hình thí nghiệm kéo Gọi : NP – lực làm mẫu bị phá hoại A – diện tích tiết diện ngang của mẫu thử Bit – cƣờng độ chịu kéo của mẫu thử . 1.1.1.3 Tƣơng quan giữa cấp độ bền chịu nén (kéo) của bê tông: Tƣơng quan giữa cấp độ bền chịu nén và cƣờng độ chịu nén tức thời của bê tông đƣợc xác định theo: B = Bm (1-1,64ν) (1.2) Tƣơng quan giữa cấp độ bền chịu kéo cƣờng độ chịu kéo tức thời của bê tông đƣợc xác định theo: Bt = Bmt (1-1,64ν) (1.3) Trong đó: B, Bmt là các giá trị trung bình thống kê của cƣờng độ chịu nén và cƣờng độ chịu kéo tức thời đƣợc xác định theo: Bm ( Bmt )  n1B1  n2 B2  ...  nn Bn n1  n2  ...  nn (1.4) Với n1 , n2 ,..., nn là số lƣợng các mẫu thử tiêu chuẩn có cƣờng độ tƣơng ứng khi nén (kéo) là B1 , B2 ,..., Bn . ν – hệ số biến động của cƣờng độ các mẫu thử tiêu chuẩn, phụ thuộc vào trình độ sản xuất bê tông. ν = 0,135 ứng với trƣờng hợp khi nén. ν = 0,165 ứng với trƣờng hợp khi kéo. -9- Bảng 1.1: Tương quan giữa cấp độ bền chịu nén của bê tông B và mác bê tông cường độ chịu nén M.[6] Cƣờng độ Cấp độ bền Cƣờng độ trung bình Mác cƣờng của mẫu độ chịu nén thử tiêu M chịu nén B Cấp độ bền chịu nén B chuẩn, MPa trung bình Mác cƣờng của mẫu độ chịu nén thử tiêu chuẩn, MPa B3,5 4,50 M50 B5 6,42 M75 B7,5 9,63 M100 B 10 12,84 M150 B12,5 16,05 M150 B15 19,27 M200 B20 25,69 M250 B22,5 28,90 M300 B25 32,11 M350 B27,5 35,32 M350 B30 38,53 M400 B 35 B 40 B 45 B 50 B 55 B 60 B 65 B 70 B75 B 80 44,95 M450 51,37 M500 57,80 M600 64,22 M700 70,64 M700 77,06 M800 83,48 M900 89,90 M900 96,33 M1000 102,75 M1000 Theo TCXDVN 356-2005; chỉ tiêu chất lƣợng cơ bản của bê tông đƣợc biểu thị bằng cấp độ bền. Cấp độ bền chịu kéo của bê tông ( ký hiệu Bt, Mpa) : Bt 0,4 ; Bt 0,8 ; Bt 1,2 ; Bt 1,6 ; Bt 2,0 ; Bt 2,4 ; Bt 2,8 ,… Bảng 1.2 : Tương quan giữa cấp độ bền chịu kéo của bê tông Bt và mác theo cường độ chịu kéo K cho trong bảng.[6] Cƣờng độ trung bình của Mác bê tông theo cƣờng mẫu thử tiêu chuẩn, MPa độ chịu kéo K Bt0,4 0,55 - Bt0,8 1,10 K10 Bt1,2 1,65 K15 Bt1,6 2,19 K20 Cấp độ bền chịu kéo Bt - 10 - Bt2,0 2,74 K25 Bt2,4 3,29 K30 Bt2,8 3,84 K35 Bt3,2 4,39 K40 Bt3,6 4,94 - Bt4,0 5,48 - 1.1.1.4 Cƣờng độ chịu nén tiêu chuẩn của bê tông: Cƣờng độ chịu nén tiêu chuẩn của bê tông Rbn: Tƣơng quan giữa cƣờng độ chịu nén tiêu chuẩn của bê tông và cấp độ bền chịu nén của bê tông đƣợc xác định theo công thức: Đối với bê tông nặng, bê tông hạt nhỏ, bê tông nhẹ và bê tông rỗng: Rbn  (0, 77  0, 001B)  0, 72 B (1.5) Đối với bê tông tổ ong: Rbn  (0,95  0, 005B) B (1.6) Cƣờng độ chịu nén tiêu chuẩn của bê tông Rbn phụ thuộc vào cấp độ bền chịu nén của bê tông tính theo công thức (1.5) đã làm tròn đƣợc cho trong bảng 1.3. [6] Bảng 1.3: các cường độ tiêu chuẩn của bê tông Rbn, Rbtn và cường độ tính toán của bê tông khi tính toán theo trạng thái giới hạn thứ 2: Rb.ser, Bbt.ser, Mpa: cấp độ bền chịu nén của bê tông Trạng thái Loại bê tông B7,5 B10 B12,5 B15 B20 B25 B30 B35 M100 M150 M150 M200 M250 M350 M400 M450 bê tông nặng Nén dọc trục Rbn, Rb.ser Kéo dọc trục Rbtn, 5,5 7,5 9,5 11,0 15,0 18,5 22,0 25,5 bê tông nhẹ 3,5 7,5 9,5 11,0 15,0 18,5 22,0 25,5 bê tông tổ ong 6,9 9,0 10,5 11,5 bê tông nặng 0,70 0,85 1,00 1,15 1,40 1,60 1,80 1,95 hạt nhỏ bê tông hạt nhỏ nhóm A 0,70 0,85 1,00 1,15 1,40 1,60 1,80 1,95 nhóm B 0,60 0,70 0,85 0,95 1,15 1,35 1,50 - 11 - Rbt.ser nhóm C bê tông nhẹ 1,15 1,40 1,60 1,80 1,95 cốt liệu đặc 0,70 0,85 1,00 1,15 1,40 1,60 1,80 1,95 cốt liệu rỗng 0,70 0,85 1,00 1,10 1,20 1,35 1,50 1,65 bê tông tổ ong 0,63 0,89 1,00 1,05 Ghi chú: a) Bê tông hạt nhỏ:  Nhóm A: Đóng rắn tự nhiên, hoặc dưỡng hộ trong điều kiện khí quyển, cốt liệu cát có modul lớn > 2,0.  Nhóm B: Đóng rắn tự nhiên, hoặc dưỡng hộ trong điều kiện khí quyển, cốt liệu cát có modul lớn ≤ 2,0.  Nhóm C: Được chưng cất. b) Ký hiệu M để chỉ mác bê tông TCXDVN: 5574-1991 trước đây. 1.1.1.5 Cƣờng độ tính toán của bê tông:  Cƣờng độ chịu nén tính toán của bê tông Rb:[6] Khi tính theo trạng thái giới hạn thứ 1: Rb  Rbn  bc . bi , MPa Khi tính theo trạng thái giới hạn thứ 2: Rbn Rb.ser   bc , MPa Trong đó:  bc  hệ số tin cậy của bê tông khi nén (lấy theo bảng 2.3)  bi  hệ số làm việc của bê tông (lấy theo bảng 2.3) Rbn: cƣờng độ chịu nén tiêu chuẩn của bê tông. Giá trị Rb khi chƣa kể đến hệ số điều kiện làm việc  bi cho trong phụ lục 2  Cƣờng độ chịu kéo tính toán của bê tông Rbt:[6] Khi tính theo trạng thái giới hạn thứ 1: Rbt  Rbtn  bt . bi , MPa Khi tính theo trạng thái giới hạn thứ 2: (1.7) - 12 - Rbt .ser  Rbtn  bt , MPa (1.8) Trong đó:  bt  hệ số tin cậy của bê tông khi kéo (lấy theo bảng 2.3)  bi  hệ số làm việc của bê tông (lấy theo bảng 2.4) Giá trị Rbt, Rbt.ser khi chƣa kể đến hệ số điều kiện làm việc  bi cho trong phụ lục 2. Bảng 1.4: hệ số độ tin cậy của một số loại bê tông khi nén  bc và khi kéo  bt : Giá trị  bc và  bt khi tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn Thứ nhất Loại bê tông  bc Thứ hai  bc ứng với cấp độ bền  bc ;  bt của bê tông Khi nén Bê tông nặng ,bê tông hạt nhỏ, bê tông tự 1,3 1,5 Khi kéo 1,3 1,0 ứng suất, bê tông nhẹ và bê tông rỗng Bê tông tổ ong 1,5 2,3 1,0 Bảng 1.5: hệ số điều kiện làm việc của bê tông  bi Các yếu tố cần kể đến hệ số điều kiện làm việc của bê tông Hệ số điều kiện làm việc  bi Ký hiệu 1- tính chất tác dụng dài hạn của tải trọng: a- khi kể đến tải trọng thƣờng xuyên, tải rọng tạm thời dài hạn Giá trị  b2 và tạm thời ngắn hạn -Đối với bê tông: nặng, hạt nhỏ, nhẹ đóng rắn tự nhiên và bê tông đƣợc dƣỡng hộ nhiệt trong điều kiện môi trƣờng: + Đảm bảo cho bê tông đƣợc tiếp tục tăng cƣờng độ theo thởi gian( môi trƣờng nƣớc, đất ẩm hoặc không khí có độ ẩm trên 75%) 1,00 - 13 - + Không đảm bảo cho bê tông đƣợc tiếp tục tăng cƣờng độ theo thời gian 0,90 -Đối với bê tông tổ ong, rỗng không phụ thuộc vào điều kiện sử dụng 0,85 b-Khi kể đến tải trọng tạm thời ngắn hạn (tác dụng ngắn hạn) trong tổ hợp đang xét 1,10  b3 2- Đổ bê tông theo phƣơng đứng mỗi lớp dày trên 1,5cm: - Đối với bê tông: nặng, hạt nhỏ, nhẹ 0,85 - Đối với bê tông tổ ong , rỗng. 0,85 3- Đổ bê tông cột theo phƣơng đứng, kích thƣớc lớn nhất của tiết  b 5 0,85 diện nhỏ hơn 300mm 1.1.1.6 Modul đàn hồi của bê tông:[6] Modul đàn hồi của bê tông đƣợc định nghĩa từ biểu thức: Eb  tg 0  b  el (1.9) Modul đàn hồi – dẻo hay modul biến dạng của bê tông đƣợc định nghĩa từ biểu thức: Eb'  tg  b    . b   .Eb (1.10) b  el Modul đàn hồi ban đầu của bê tông Eb khi nén và khi kéo phụ thuộc vào cấp độ bền của bê tông lấy theo phụ lục 3. Modul trƣợt của bê tông  (hệ số Poátxông) lấy bằng 0,2 đối với tất cả các loại bê tông. Bảng 1.6: Modul đàn hồi ban đầu của bê tông khi nén và kéo Cấp độ bền chịu nén và mác bê tông B7,5 B10 B12,5 B15 B20 B25 B30 B35 M100 M150 M150 M200 M250 M300 M400 M450 16,0 18,0 21,0 23,0 27,0 30,0 32,5 34,5 Bê Dƣỡng tông nhiệt ở áp suất 14,5 16,0 19,0 20,5 24,0 27,0 29,0 31,0 nặng khí quyển Loại bê tông Đóng rắn tự nhiên hộ - 14 - Chƣng cất Đóng rắn tự nhiên A 12,0 13,5 16,0 17,0 20,0 22,5 24,5 26,0 13,5 15,5 17,5 19,5 22,0 24,0 26,0 27,5 12,5 14,0 15,5 17,0 20,0 21,5 23,0 24,0 12,5 14,0 15,5 17,0 20,0 21,5 23,0 11,5 13,0 14,5 15,5 17,5 19,0 20,5 16,5 18,0 19,5 21,0 Dƣỡng hộ nhiệt ở áp suất khí quyển B Đóng rắn tự nhiên Bê Dƣỡng tông hộ hạt ở áp suất nhỏ khí quyển C nhiệt Chƣng cất 1.1.2 Cốt thép: 1.1.2.1 Cƣờng độ tiêu chuẩn của cốt thép Rsn:[6] Cƣờng độ tiêu chuẩn của cốt thép Rsn là giá trị nhỏ nhất đƣợc kiểm soát của giới hạn chảy thực tế hoặc quy ƣớc( bằng ứng suất ứng với biến dạng dƣ là 0,2%).Cƣờng độ tiêu chuẩn Rsn của một số loại cốt thép thanh cho trong bảng 1.7. Bảng 1.7 Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn Rsn và cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép thanh khi tính toán theo trạng thái giới hạn thứ hai Rs.ser: Nhó m thép CI, A-I CII, A-II CIII, A-III Giá Rs.ser, MPa 235 295 390 trị Rsn và - 15 - CIV, 590 A-IV A-V 788 A-VI 980 AT- 1175 VII A- 540 IIIB 1.1.2.2 Cƣờng đô tính toán của cốt thép:  Cƣờng độ chịu kéo tính toán của cốt thép: Khi tính theo trạng thái giới hạn thứ 1: RS  Rsn s . si , MPa (1.11) Khi tính theo trạng thái giới hạn thứ 2: RS  Rsn s , MPa (1.12) Trong đó:  s  hệ số tin cậy của cốt thép lấy theo bảng 2.7  si  hệ số làm việc của cốt thép lấy theo TCXDVN 356-2005 Bảng 1.8 Hệ số tin cậy của cốt thép  s : Các yếu tố cần kể Đặc trƣng Nhóm cốt thép Các giá trị  si đến hệ số điều của Ký cốt kiện làm việc của thép Giá trị hiệu cốt thép 1. cốt thép chịu Cốt lực cắt ngang thép Tất cả các 0,8 nhóm cốt thép  s1 2.có nối hàn cốt Cốt thép khi chịu lực ngang cắt thép CIII; A-III 0,9 BP-I  s2 - 16 - 3.Tải trọng lặp Cốt thép Tất cả các Tuỳ thuộc chu kỳ và nhóm cốt thép. dọc và cốt nhóm cốt thép (bảng 24 TCXDVN 356-20005)  s3 thép ngang 4. có nối hàn khi Cốt chịu tải trọng lặp thép CI; A-I;CII Tuỳ thuộc chu kỳ và nhóm cốt thép dọc và cốt A-II;CIII thép (bảng 25 TCXDVN 356-20005)  s4 A-III;CIV ngang khi A-IV;A-V có liên kết hàn 5. Trong đoạn Cốt thép lx lp truyền ứng suất dọc căng đối với cốt thép Cốt không neo thép Tất và dọc cả các không căng l x :khoảng cách kể từ đầu đoạn truyền ứng suất đến tiết nhóm cốt thép diện ứng suất  s5 đoạn neo cốt thép không Trong đó: l p , lan : tƣơng ứng là chiều dài căng đoạn truyền cốt thép và vùng lx lan 6. Cốt thép cƣờng Cốt thép CIV; A-IV; độ cao làm việc dọc chịu A-V;A-VI; neo cốt thép  s 6    (  1)(2 theo điề kiện ứng kéo AT-VII; B-II; suất lớn hơn giới K-7;K-19   1)   R Với  : hệ số phụ thuộc nhóm cốt  s6 thép: CIV; A-IV:  =1,2 hạn chảy quy ƣớc. A-V;B-II; BP-II,K-7;K-19:  =1,15 A-IV; AT-VII:  =1,1 7.Cấu kiện làm từ Cốt bê tông nhẹ cấp ngang thép  s7 CI; A-I;BP-I 0,8 B7,5 và thấp hơn. 8.Cấu kiện làm từ Cốt thép Tất bê tông tổ ong cấp dọc chịu nhóm cốt thép B7,5 và thấp hơn. nén cả các 190  40 B 1 RSC - 17 - Cốt  s8 thép ngang các  s 9 9.Lớp bảo vệ cốt Cốt thép Tất thép chịu nhóm cốt thép trong cấu dọc cả 25B 1 RSW Tuỳ thuộc loại cốt thép có gờ hay không có gờ lớp bê tông bảo vệ. kiện làm từ bê nén tông tổ ong. Giá trị  s khi tính toán kết cấu Nhóm thép thanh theo các trạng thái giới hạn Thứ nhất Thứ hai 1,05 1,00 6÷8 1,10 1,00 10÷40 1,07 1,00 C-VI,A-IV,A-V 1,15 1,00 A-VI, AT-VII 1,20 1,00 Có kiểm soát độ 1,10 1,00 CI.A-I;CII;A-II CIII,A-II có đƣờng kính mm Thép thanh A-IIIB giãn dài và ứng suất Chỉ kiểm soát 1,20 độ giãn dài 1,00 - 18 -  Cƣờng độ chịu nén tính toán của cốt thép: Khi tính theo trạng thái giới hạn thứ 1, 2: RSC tính theo bảng 1.9 Bảng 1.9:Cường độ tính toán của cốt thép thanh khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất. Cƣờng độ chịu kéo, Cƣờng độ chịu MPa Nhóm thép thanh Cốt nén RSC thép Cốt thép dọc RS ngang RSW CI;A-I 225 175 225 CII;A-II 280 225 280 A-III có đƣờng 6÷8 355 285* 355 365 290* 365 CIV;A-IV 510 405 450** A-V 68090 545 500** A-VI 815360 650 500** AT-VII 980 785 500** Có kiểm soát độ 490 360 200 khính mm CIII;A-IV có 10÷40 đƣờng kính mm A-IIIB giãn dài và ứng suất Chỉ kiểm soát độ 450 200 giãn dài Ghi chú: Trong trƣờng hợp, khi vì lý do nào đó, cốt thép không căng nhóm CIII, A-IIII trở lên dùng làm cốt ngang, giá trị cƣờng độ tính toán RSW lấy nhƣ đối với thép CIII,AIII. 1.1.2.3 Modul đàn hồi của cốt thép ES: Modul đàn hồi của cốt thép ES lấy theo bảng 1.10 - 19 - Bảng 1.10: Modul đàn hồi của cốt thép Nhóm cốt thép ES*10 4 ,MPa CI,A-I,CII,A-II 21 CIII,A-III 20 CIV,A-IV,A-V,A- 19 VI,AT-VII A-IIIB 18 B-II,BP-II 20 K-7,K-19 18 BP-I 17 1.1.3 Tính toán cốt thép dầm tiết diện chữ nhật cốt đơn: 1.1.3.1 Tính toán cốt thép dọc dầm có tiết diện chữ nhật cốt đơn:[6] Nhằm tận dụng hết khả năng chịu lực (tiết kiệm vật liệu) của vật liệu bê tông – cốt thép, lấy trƣờng hợp phá hoại thứ nhất của giai đoạn III ( gai đoạn phá hoại) trạng thái ứng suất - biến dạng làm cơ sở tính toán. 1.1.3.2 Các giả thiết tính toán:[6] Sơ đồ ứng suất của bê tông vùng chịu nén có hình dạng chữ nhật. Ứng suất trong vùng bê tông chịu nén đạt đến cƣờng độ chịu nén tính toán Rb (có xét đến hệ số điều kiện làm việc của bê tông  b ). Ứng suất trong cốt thép chịu kéo As đạt đến cƣờng đô chịu kéo tính toán Rs. Bỏ qua miền bê tông chịu kéo. *Sơ đồ ứng suất: Ab=b.x ? b.Rb x ? b.Rb.b.x x h0 M Zb As Rs.As a b Hình 1.3: sơ đồ ứng suất của dầm tiết diện chữ nhật cốt đơn. h - 20 - M – mômen x- chiều cao miền bê tông chịu nén. a – khoảng cách từ mép bê tông chịu kéo đến trọng tâm nhóm cốt thép chịu kéo As . h0= h – a : chiều cao có ích của tiết diện. Rs: cƣờng độ chịu kéo tính toán của bê tông. Rb: cƣờng độ chịu nén tính toán của bê tông.  b : hệ sồ điều kiện làm việc của bê tông. Ab= b.x: diện tích vùng bê tông chịu nén. Zb= h0-x/2: cánh tay đòn ngẫu lực.  Các công thức cơ bản (các phương trình cân bằng): Phƣơng trình cân bằng momen: M / A  0  M   b .Rb .b.x(h0  0,5.x) S M / A b  0  M  Rs . As (h0  0,5.x) (1.13) (1.14) Phƣơng trình cân bằng lực:  X  0  R .A s s   b .Rb .b.x (1.15) *Điều kiện hạn chế: Để đảm bảo phá hoại dẻo thì cốt thép As không đƣợc quá nhiều, tức là cần phải hạn chế As, tƣơng ứng với nó là hạn chế chiều cao vùng bê tông chịu nén x. Nghiên cứu thực nghiệm cho biết rằng trƣờng hợp phá hoại dẻo xảy ra khi:  x  R h0 (1.16) Trong đó: R      1  sR 1    sc.u  1,1   : đặc trƣng vùng nén của bê tông, xác định theo công thức sau:     0,008. b .Rb  =0,85: đối với bê tông nặng.  =0,80: đối với bê tông hạt nhỏ, nhóm A. (1.17)