Tài liệu Luận văn thạc sĩ xây dựng Dầm chuyển và ứng dụng dầm chuyển trong xây dựng

LêI C¶M ¥N T¸c gi¶ xin ch©n thµnh c¶m ¬n TS NguyÔn §¹i Minh ®· tËn t×nh gióp ®ì, híng dÉn, chØ b¶o vµ ®a ra nhiÒu ý kiÕn quý b¸u còng nh t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho t¸c gi¶ trong qu¸ tr×nh hoµn thµnh luËn v¨n. Xin ch©n thµnh c¶m ¬n tËp thÓ vµ ban Gi¸m ®èc C«ng ty MADI, còng nh gia ®×nh vµ b¹n bÌ ®· ®éng viªn vµ gióp ®ì t¸c gi¶ trong thêi gian häc cao häc vµ trong qu¸ tr×nh hoµn thµnh luËn v¨n tèt nghiÖp nµy. Víi thêi gian nghiªn cøu còng nh n¨ng lùc cña b¶n th©n cßn nhiÒu h¹n chÕ, luËn v¨n ch¾c kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt, tån t¹i. T¸c gi¶ mong muèn nhËn ®îc nhiÒu ý kiÕn ®ãng gãp quý b¸u tõ phÝa c¸c nhµ khoa häc, c¸c thÇy c« gi¸o vµ b¹n bÌ ®ång nghiÖp ®Ó luËn v¨n ®îc hoµn thiÖn h¬n. Hµ néi, th¸ng 02 n¨m 2011 NguyÔn NhËt T©m Lêi cam ®oan T«i xin cam ®oan c«ng tr×nh khoa häc nµy lµ cña riªng t«i, do t«i trùc tiÕp lµm díi sù híng dÉn tËn t×nh cña TS NguyÔn §¹i Minh. C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ nghiªn cøu nªu trong luËn v¨n lµ trung thùc cha tõng ®îc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nghiªn cøu nµo kh¸c. Häc viªn NguyÔn NhËt T©m Môc lôc PhÇn më ®Çu 1 1. Môc ®Ých nghiªn cøu..................................................................................1 2. NhiÖm vô nghiªn cøu cña ®Ò tµi.................................................................1 3. Ph¹m vi vµ ph¬ng ph¸p nghiªn cøu...........................................................2 4. Bè côc luËn v¨n...........................................................................................2 Ch¬ng 1: Tæng quan vÒ dÇm chuyÓn vµ ¸p dông dÇm chuyÓn trong x©y dùng 3 1.1. Lý do sö dông dÇm chuyÓn trong kÕt cÊu nhµ cao tÇng.........................3 1.2. Tæng quan vÒ dÇm chuyÓn......................................................................4 1.2.1. Kh¸i niÖm vÒ dÇm chuyÓn (Transfer beams hay Transfer girders). 4 1.2.2. Lý thuyÕt tÝnh to¸n............................................................................4 1.2.3. LÞch sö ph¸t triÓn lý thuyÕt tÝnh to¸n dÇm cao (Deep beam)..........5 1.3. ¸p dông dÇm chuyÓn BTCT trong x©y dùng...........................................8 1.3.1. C¸c lo¹i dÇm chuyÓn BTCT..............................................................8 1.3.2. Mét sè c«ng tr×nh sö dông kÕt cÊu dÇm chuyÓn..............................8 a. Trªn thÕ giíi..........................................................................................8 b. ë ViÖt Nam.........................................................................................16 Ch¬ng 2: Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chÞu lùc vµ sù øng xö cña dÇm chuyÓn (dÇm cao) 22 2. 1. Tr¹ng th¸i giíi h¹n cùc h¹n...................................................................23 2.1.1. Ph¸ ho¹i do uèn...............................................................................24 a. Sù ph©n bè øng suÊt trªn tiÕt diÖn dÇm.............................................25 b. Sù h×nh thµnh vµ ph¸t triÓn vÕt nøt...................................................28 c. TÝnh to¸n kh¶ n¨ng chÞu uèn.............................................................28 2.1.2. Ph¸ ho¹i do c¾t................................................................................31 a. Sù h×nh thµnh vÕt nøt.........................................................................31 b. TÝnh to¸n kh¶ n¨ng chÞu c¾t..............................................................34 2.1.3. Kh¶ n¨ng chÞu lùc gèi tùa...............................................................35 2.1.4. Ph¸ ho¹i côc bé díi t¸c dông cña t¶i träng tËp trung....................36 2. 2. Tr¹ng th¸i giíi h¹n sö dông..................................................................38 2.2.1. §é vâng...........................................................................................38 2.2.2. BÒ réng khe nøt...............................................................................38 2. 3. Ph©n bè øng suÊt trong dÇm chuyÓn (dÇm cao) ®iÓn h×nh...................38 Ch¬ng 3: VÝ dô, kiÕn nghÞ quy tr×nh tÝnh to¸n thiÕt kÕ dÇm chuyÓn vµ c¸c vÊn ®Ò thuéc vÒ cÊu t¹o vµ thi c«ng dÇm chuyÓn trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam 44 3.1. Ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ dÇm chuyÓn......................................44 3.1.1. M« h×nh chèng - gi»ng (Strut and tie model)................................44 3.1.2. Ph¬ng ph¸p gi¶i tÝch kÕt hîp thùc nghiÖm.....................................45 3.1.3. §¸nh gi¸ tÝnh chÝnh x¸c cña m« h×nh PTHH.................................46 a. Ph¬ng ph¸p gi¶i tÝch..........................................................................46 b. M« h×nh PTHH...................................................................................47 3.2. VÝ dô tÝnh to¸n.......................................................................................56 3.2.1. VÝ dô 1.............................................................................................56 a. TÝnh to¸n cèt thÐp chÞu uèn...............................................................57 b. TÝnh to¸n cèt thÐp chÞu c¾t................................................................60 3.2.2. VÝ dô 2.............................................................................................62 a. TÝnh to¸n cèt thÐp chÞu uèn...............................................................63 b. TÝnh to¸n cèt thÐp chÞu c¾t................................................................66 3.3. KiÕn nghÞ ph¬ng ph¸p vµ quy tr×nh tÝnh to¸n, thiÕt kÕ dÇm chuyÓn trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam............................................................................68 3.4. C¸c vÊn ®Ò liªn quan ®Õn cÊu t¹o vµ thi c«ng dÇm chuyÓn..............73 3.4.1 CÊu t¹o dÇm chuyÓn........................................................................73 3.4.2 Thi c«ng dÇm chuyÓn.....................................................................73 KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 75 1. KÕt luËn.................................................................................................75 2. KiÕn nghÞ...............................................................................................76 Tµi liÖu tham kh¶o 77 danh môc c¸c thuËt ng÷, ký hiÖu vµ ch÷ viÕt t¾t 1. C¸c thuËt ng÷ DÇm chuyÓn (Transfer beams hay Transfer girders): DÇm chuyÓn BTCT lµ mét lo¹i dÇm thêng cã ®é cøng vµ tiÕt diÖn h×nh häc t¬ng ®èi lín, cã t¸c dông thay ®æi tr¹ng th¸i lµm viÖc cña hÖ kÕt cÊu tõ hÖ dÇm cét chÞu lùc sang hÖ dÇm v¸ch chÞu lùc hoÆc hÖ dÇm cét nhng víi sè lîng cét phÝa trªn dÇm nhiÒu h¬n sè lîng cét phÝa díi dÇm. DÇm cao (Deep beam): DÇm cao BTCT lµ dÇm cã tØ sè gi÷a nhÞp vµ chiÒu cao bÐ h¬n hoÆc b»ng 2,5. 2. C¸c ký hiÖu A DiÖn tÝch cña riªng cèt thÐp sên dÇm AS DiÖn tÝch cña c¸c thanh cèt thÐp chÝnh chÞu kÐo av NhÞp chÞu c¾t (kho¶ng c¸ch tõ mÐp t¶i ®Õn mÆt trong cña gèi tùa) b BÒ réng tiÕt diÖn dÇm C1HÖ sè cña bª t«ng. C2HÖ sè cña cèt thÐp. fcu §é bÒn ®Æc trng cña khèi bª t«ng lËp ph¬ng ft §é bÒn kÐo c¾t cña khèi trô bª t«ng fy §é bÒn ch¶y dÎo ®Æc trng cña cèt thÐp kh«ng øng suÊt tríc 3. h ChiÒu cao dÇm. h0(ha) ChiÒu cao lµm viÖc cña tiÕt diÖn (chiÒu cao hiÖu qu¶ cña dÇm). l NhÞp cña dÇm x¸c ®Þnh theo trung t©m cña c¸c gèi tùa. MU M«men uèn giíi h¹n V Lùc c¾t giíi h¹n V1 Kh¶ n¨ng chÞu c¾t cña dÇm chØ do bª t«ng vµ cèt thÐp chÝnh. V1c Kh¶ n¨ng chÞu c¾t cña dÇm chØ do bª t«ng. V1s Kh¶ n¨ng chÞu c¾t cña dÇm chØ do cèt thÐp chÝnh g©y ra. V2 Kh¶ n¨ng chÞu c¾t cßn thiÕu. y ChiÒu cao t¹i ®ã thanh cèt thÐp sên dÇm ®iÓn h×nh giao víi vÕt nøt chÐo, ®îc thÓ hiÖn b»ng nÐt chÊm trªn h×nh.  Lµ gãc hîp bëi thanh cèt thÐp ®ang ®îc xem xÐt víi vÕt nøt chÐo m HÖ sè an toµn riªng ®èi víi ®é bÒn cña vËt liÖu. Ch÷ viÕt t¾t BTCT Bª t«ng cèt thÐp. PTHH PhÇn tö h÷u h¹n. Danh môc c¸c b¶ng B¶ng 3.1: øng suÊt ph¸p t¹i nót B¶ng 3.2: B¶ng tÝnh chi tiÕt c¸c gi¸ trÞ B¶ng 3.3: Lùc c¾t t¹i c¸c nót B¶ng 3.4: ChuyÓn vÞ th¼ng t¶i c¸c nót B¶ng 3.5: So s¸nh kÕt qu¶ gi÷a ph¬ng ph¸p gi¶i tÝch vµ m« h×nh PTHH B¶ng 3.6: Mèi liªn hÖ gi÷a fcu vµ fy Danh môc c¸c h×nh vÏ, ®å thÞ H×nh 1.1: ThÝ nghiÖm trªn mét dÇm cao lín (K«ng vµ Kubik, 1991) H×nh 1.2: DÇm chuyÓn cña tßa nhµ The Legacy at Millennium Park Chicago - Mü H×nh 1.3: DÇm chuyÓn cña tßa nhµ The Legacy at Millennium Park Chicago - Mü H×nh 1.4: DÇm chuyÓn kÕt nèi víi chu vi têng bª t«ng - Tßa nhµ Trump International Hotel and Tower - Chicago - Mü H×nh 1.5: VÞ trÝ giao nhau cña c¸c dÇm chuyÓn - Tßa nhµ Trump International Hotel and Tower - Chicago - Mü H×nh 1.6: DÇm chuyÓn cña tßa nhµ Grand Street Hotel New York - Mü H×nh 1.7: DÇm chuyÓn cña tßa nhµ Grand Street Hotel New York - Mü H×nh 1.8: DÇm chuyÓn cña tßa nhµ Grand Street Hotel New York - Mü H×nh 1.9: DÇm chuyÓn cña tßa nhµ ideo MORPH 38 - Bangkok - Th¸i Lan H×nh 1.10: C«ng nh©n ®ang thi c«ng dÇm chuyÓn - Tßa nhµ Grand Hyatt Kuala Lumpur - Kuala Lumpur - Malaysia H×nh 1.11: L¾p dùng hÖ thèng dµn ®ì dÇm chuyÓn - Tßa nhµ The Issara Ladprao - Bangkok - Th¸i Lan H×nh 1.12: C«ng nh©n ®ang l¾p ®Æt cèt thÐp dÇm chuyÓn - Tßa nhµ The Issara Ladprao - Bangkok - Th¸i Lan H×nh 1.13: DÇm chuyÓn tßa nhµ Bé C«ng An H×nh 1.14: DÇm chuyÓn tßa nhµ Bé C«ng An H×nh 1.15: Thi c«ng dÇm chuyÓn tßa nhµ Donphin Plaza H×nh 1.16: Thi c«ng dÇm chuyÓn tßa nhµ Donphin Plaza H×nh 1.17: Thi c«ng dÇm chuyÓn tßa nhµ Donphin Plaza H×nh 1.18: Thi c«ng dÇm chuyÓn tßa nhµ Donphin Plaza H×nh 2.1: Sù ph¸ ho¹i do uèn H×nh 2.2: BiÓu ®å ph©n bè øng suÊt H×nh 2.3: BiÓu ®å ph©n bè øng suÊt t¹i tiÕt diÖn gi÷a vµ 1/4 nhÞp H×nh 2.4: Quü ®¹o øng suÊt H×nh 2.5: S¬ ®å tÝnh to¸n kh¶ n¨ng chÞu uèn cho dÇm H×nh 2.6: ChÕ ®é ph¸ ho¹i A H×nh 2.7: ChÕ ®é ph¸ ho¹i B H×nh 2.8: ChÕ ®é ph¸ ho¹i C H×nh 2.9: S¬ ®å tÝnh to¸n kh¶ n¨ng chÞu c¾t cña dÇm chuyÓn H×nh 2.10: øng suÊt gèi tùa ë phÝa trªn gèi tùa dµi H×nh 2.11: BiÓu ®å ph©n bè øng suÊt ngang trong mét mÆt ph¼ng ë díi t¶i träng tËp trung Q H×nh 2.12: Sù kÕt hîp cña t¶i träng tËp trung vµ øng suÊt uèn do t¶i träng tËp trung H×nh 2. 13: DÇm mét nhÞp H/L = 2/3 C/L = 1/20. ChÞu t¸c dông cña t¶i träng tËp trung ë gi÷a nhÞp H×nh 2.14: DÇm mét nhÞp H/L = 2/3 C/L = 1/20. ChÞu t¸c dông cña t¶i träng tËp trung t¹i 2 ®iÓm ë 1/4 nhÞp H×nh 2.15: DÇm mét nhÞp H/L = 1.0 C/L = 1/20. ChÞu t¸c dông cña t¶i träng tËp trung ë gi÷a nhÞp H×nh 2.16: DÇm mét nhÞp H/L = 1.0 C/L = 1/20. ChÞu t¸c dông cña t¶i träng tËp trung t¹i 2 ®iÓm ë 1/4 nhÞp H×nh 2.17: DÇm mét nhÞp H/L = 4/3 C/L = 1/20. ChÞu t¸c dông cña t¶i träng tËp trung ë gi÷a nhÞp H×nh 2.18: DÇm mét nhÞp H/L = 4/3 C/L = 1/20. ChÞu t¸c dông cña t¶i träng tËp trung t¹i 2 ®iÓm ë 1/4 nhÞp H×nh 3.1: M« h×nh chèng - gi»ng trong dÇm cao H×nh 3.2: S¬ ®å H×nh 3.3: BiÓu ®å lùc c¾t vµ m«men H×nh 3.4: S¬ ®å kÕt cÊu H×nh 3.5: Ph©n bè øng suÊt ph¸p trong dÇm H×nh 3.6: Lùc c¾t t¹i c¸c nót thuéc tiÕt diÖn ngµm H×nh 3.7: S¬ ®å chuyÓn vÞ H×nh 3.8: Ph©n bè øng suÊt ph¸p t¹i tiÕt diÖn ngµm theo PP PTHH H×nh 3.9: T¸c dông cña ngÉu lùc H×nh 3.10: VÝ dô 1 H×nh 3.11: Ph©n bè øng suÊt trong dÇm H×nh 3.12: BiÓu ®å ph©n bè øng suÊt ph¸p t¹i vÞ trÝ gi÷a dÇm H×nh 3.13: S¬ ®å c¸nh tay ®ßn cña cèt thÐp chÞu kÐo H×nh 3.14: Bè trÝ cèt thÐp chÞu c¾t H×nh 3.15: VÝ dô 2 H×nh 3.16: Ph©n bè øng suÊt trong dÇm H×nh 3.17: BiÓu ®å ph©n bè øng suÊt ph¸p t¹i gi÷a dÇm H×nh 3.18: S¬ ®å c¸nh tay ®ßn cña cèt thÐp chÞu kÐo H×nh 3.19: Bè trÝ cèt thÐp chÞu c¾t H×nh 3.20: S¬ ®å cÊu t¹o dÇm chuyÓn 1 PHÇN Më ®Çu 1. Môc ®Ých nghiªn cøu Do hiÖn nay ë ViÖt Nam cha cã tiªu chuÈn hay híng dÉn kü thuËt chÝnh thøc nµo vÒ tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ dÇm chuyÓn (dÇm cao) bª t«ng cèt thÐp, bª t«ng øng lùc tríc, bª t«ng cèt cøng trong c¸c c«ng tr×nh cao tÇng d©n dông, viÖc thiÕt kÕ thêng ®îc tÝnh to¸n víi hÖ sè an toµn tæng thÓ lín hoÆc theo c¸c tµi liÖu kü thuËt chuyªn ngµnh cña níc ngoµi. V× vËy, ®Ò tµi luËn v¨n nµy sÏ tËp trung lµm râ vÒ kh¶ n¨ng chÞu lùc vµ sù øng xö cña dÇm chuyÓn khi chÞu t¶i träng lín (vÝ dô: khi sö dông dÇm hay sµn chuyÓn ®ì c¸c cét, v¸ch vµ c¸c cét v¸ch nµy ®ì nhiÒu tÇng ë phÝa trªn dÇm hay sµn chuyÓn). Trªn c¬ së ®ã, kiÕn nghÞ ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ lo¹i dÇm nµy trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam (theo Tiªu chuÈn Bª t«ng Cèt thÐp hiÖn hµnh). 2. NhiÖm vô nghiªn cøu cña ®Ò tµi C¸c nhiÖm vô chÝnh cña ®Ò tµi lµ: Lµm râ khi nµo ph¶i sö dông dÇm chuyÓn trong kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp cao tÇng d©n dông (gi¶i ph¸p kÕt cÊu dÇm chuyÓn ®îc sö dông thÝch hîp h¬n so víi kÕt cÊu dµn, vßm hoÆc kÕt cÊu dÇm cã thªm gèi ®ì ë gi÷a, trªn c¬ së c©n nh¾c c¸c yÕu tè kiÕn tróc c«ng n¨ng sö dông, kinh tÕ vµ kü thuËt cña c«ng tr×nh). Lµm râ kh¶ n¨ng chÞu lùc (uèn, c¾t) ë tr¹ng th¸i giíi h¹n thø nhÊt (®é bÒn hay cùc h¹n) vµ ë tr¹ng th¸i giíi h¹n thø hai (giíi h¹n sö dông: vâng, nøt) cña dÇm chuyÓn khi chÞu t¶i träng lín. Lµm râ vÒ vÊn ®Ò bè trÝ cèt thÐp chÞu uèn, chÞu c¾t. Ngoµi ra cÇn lu ý mét sè vÊn ®Ò kh¸c vÒ cÊu t¹o dÇm vµ c¸c vÊn ®Ò khi ®æ bª t«ng víi dÇm cã chiÒu cao lín tõ 2m trë lªn hoÆc t¹i khu vùc bè trÝ cèt thÐp qu¸ dµy. KiÕn nghÞ ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ dÇm chuyÓn c¨n cø theo Tiªu chuÈn Bª t«ng Cèt thÐp hiÖn hµnh cña ViÖt Nam, cÊp ®é bÒn bª t«ng, m¸c thÐp vµ c¸ch lùa chän hÖ sè ®é tin cËy cña vËt liÖu (hÖ sè an toµn riªng cña vËt liÖu) hîp lý. 3. Ph¹m vi vµ ph¬ng ph¸p nghiªn cøu 2 Ph¹m vi nghiªn cøu sù øng xö cña dÇm chuyÓn bª t«ng cèt thÐp thêng. Ph¬ng ph¸p nghiªn cøu lµ ph¬ng ph¸p lý thuyÕt (gi¶i tÝch kÕt hîp víi m« h×nh b»ng ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n), t×m hiÓu vµ sö dông c¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm vµ m« h×nh ph¸ ho¹i còng nh c¸c ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n ®· ®îc c«ng nhËn vµ øng dông ë níc ngoµi, tõ ®ã kiÕn nghÞ chÊp nhËn ¸p dông trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam víi c¸c hÖ sè an toµn riªng cña vËt liÖu bª t«ng vµ cèt thÐp phï hîp. 4. Bè côc luËn v¨n Ngoµi phÇn më ®Çu vµ kÕt luËn chung, néi dung luËn v¨n ®îc tr×nh bµy gåm 3 ch¬ng: Ch¬ng 1: Tæng quan vÒ dÇm chuyÓn vµ ¸p dông dÇm chuyÓn trong x©y dùng. Ch¬ng 2: Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chÞu lùc vµ sù øng xö cña dÇm chuyÓn. Ch¬ng 3: VÝ dô, KiÕn nghÞ quy tr×nh tÝnh to¸n thiÕt kÕ dÇm chuyÓn vµ c¸c vÊn ®Ò thuéc vÒ cÊu t¹o vµ thi c«ng dÇm chuyÓn trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam. Ch¬ng 1 Tæng quan vÒ dÇm chuyÓn vµ ¸p dônG dÇm chuyÓn trong x©y dùng 1.1. Lý do sö dông dÇm chuyÓn trong kÕt cÊu nhµ cao tÇng C¸c tßa nhµ cao tÇng hiÖn nay t¹i c¸c ®« thÞ lín nh Hµ Néi, thµnh phè Hå ChÝ Minh, do mÆt b»ng kh«ng lín nªn cã c«ng n¨ng lµ sù kÕt hîp cña nhiÒu dÞch vô kh¸c nhau. C¸c khu díi cña tßa nhµ thêng ®îc sö dông lµm b·i ®Ëu xe, trung t©m th¬ng m¹i, phßng häp, vên treo hoÆc c¸c kh«ng gian më cho nh÷ng chøc n¨ng theo yªu cÇu cña chñ ®Çu t, trong khi ®ã ë c¸c tÇng phÝa trªn thêng lµ c¸c c¨n hé vµ v¨n phßng víi hÖ kÕt cÊu cét v¸ch ph©n chia kh«ng gian sö dông. Víi cÊu tróc kh«ng gi¶n më ë phÝa díi vµ hÖ kÕt cÊu cét v¸ch ë phÝa trªn, ®ßi hái ph¶i cã mét kÕt cÊu chuyÓn vît nhÞp lín gi÷a khu trªn vµ khu díi cña tßa nhµ cao tÇng. C¸c kÕt cÊu chuyÓn nµy cho ®Õn nay ®îc chÊp nhËn sö 3 dông do yªu cÇu kiÕn tróc mÆc dï vÒ mÆt kÕt cÊu gi¶i ph¸p dÇm chuyÓn cã thÓ kh«ng thÝch hîp nÕu xÐt ®Õn tÝnh ®Òu ®Æn theo chiÒu cao nhµ hay trªn mÆt b»ng khi chÞu t¶i träng ®éng ®Êt. KÕt cÊu chuyÓn cã thÓ ®îc hiÓu nh lµ mét kÕt cÊu chÞu uèn/c¾t cã kh¶ n¨ng vît nhÞp lín, dïng ®Ó chÞu t¶i träng tõ cét hay v¸ch t¸c dông ë phÝa trªn sau ®ã ph©n phèi l¹i chóng vµ truyÒn xuång hÖ kÕt cÊu cét phÝa díi. Trong nhµ cao tÇng hÖ kÕt cÊu chuyÓn cã thÓ ë díi d¹ng dÇm chuyÓn, giµn, vßm hay dÇm cã thªm gèi ®ì ë gi÷a. Do yªu cÇu kÕt cÊu chuyÓn ph¶i cã kh¶ n¨ng vît nhÞp vµ chÞu t¶i träng lín tõ trªn truyÒn xuèng nªn lo¹i kÕt cÊu nµy thêng cã ®é cøng vµ kÝch thíc h×nh häc (chiÒu cao, bÒ réng tiÕt diÖn) lín h¬n so víi c¸c kÕt cÊu truyÒn thèng. §èi víi kÕt cÊu chuyÓn díi d¹ng lµ vßm hay dÇm cã thªm gèi ®ì ë gi÷a khi sö dông sÏ g©y chia c¾t kh«ng gian ë phÝa bªn trong nhµ, kh«ng ®¸p øng ®îc yªu cÇu vÒ c«ng n¨ng sö dông vµ tÝnh thÈm mü. Cßn víi kÕt cÊu chuyÓn ë d¹ng giµn thÐp víi u ®iÓm lµ kh¶ n¨ng vît ®îc nhÞp lín, nhng ®Ó chÞu ®îc t¶i träng lín th× cÇn ph¶i cã mét hÖ kÕt cÊu giµn víi kÝch thíc rÊt lín mÆt kh¸c ®Ó thiÕt kÕ vµ thi c«ng víi mét kÕt cÊu giµn lín nh vËy lµ hÕt søc phøc t¹p, dÉn ®Õn chi phÝ ®Çu t cao kh«ng mang l¹i hiÖu qu¶ vÒ kinh tÕ. V× vËy, trªn thùc tÕ ngêi ta thêng dïng kÕt cÊu chuyÓn lµ dÇm chuyÓn bª t«ng cèt thÐp (BTCT) cho nhµ cao tÇng. 1.2. Tæng quan vÒ dÇm chuyÓn 1.2.1. Kh¸i niÖm vÒ dÇm chuyÓn (Transfer beams hay Transfer girders). DÇm chuyÓn BTCT lµ mét lo¹i dÇm thêng cã ®é cøng vµ tiÕt diÖn h×nh häc t¬ng ®èi lín, cã t¸c dông thay ®æi tr¹ng th¸i lµm viÖc cña hÖ kÕt cÊu tõ hÖ dÇm cét chÞu lùc sang hÖ dÇm v¸ch chÞu lùc hoÆc hÖ dÇm cét nhng víi sè lîng cét phÝa trªn dÇm nhiÒu h¬n sè lîng cét phÝa díi dÇm. 1.2.2. Lý thuyÕt tÝnh to¸n CÊu kiÖn dÇm chÞu uèn ®îc nghiªn cøu vµ tÝnh to¸n víi hai th«ng sè ®Æc 4 trng: chiÒu cao tiÕt diÖn vµ nhÞp dÇm. Theo quan ®iÓm c¬ häc th× chiÒu cao cña dÇm cha ph¶n ¸nh ®Çy ®ñ b¶n chÊt sù lµm viÖc cña cÊu kiÖn nµy. Sù lµm viÖc cña dÇm (dÇm th«ng thêng hay dÇm cao) thêng c¨n cø vµo tû lÖ gi÷a chiÒu cao vµ nhÞp cña dÇm hoÆc tû sè gi÷a nhÞp chÞu c¾t cña dÇm (kho¶ng c¸ch tõ gèi tùa ®Õn ®iÓm ®Æt lùc tËp trung) víi chiÒu cao tiÕt diÖn dÇm. Trong cÊu kiÖn BTCT ®èi víi cÊp t¶i träng th«ng thêng, tiÕt diÖn h×nh häc cña dÇm ®îc lùa chän s¬ bé th«ng qua tû lÖ gi÷a chiÒu cao vµ nhÞp cña dÇm thêng kho¶ng tõ 1:12 ®Õn 1:08 ®èi víi dÇm chÝnh vµ 1:20 ®Õn 1:12 ®èi víi dÇm phô. C¸c dÇm nµy ®îc xem lµ dÇm th«ng thêng vµ viÖc tÝnh to¸n lo¹i cÊu kiÖn nµy ®îc tiÕn hµnh theo c¸c lý thuyÕt quen thuéc cña kÕt cÊu BTCT, dùa trªn c¬ së chÊp nhËn mét sè gi¶ thiÕt cña søc bÒn vËt liÖu. Nh ®· ®Ò cËp, kÕt cÊu dÇm chuyÓn cã c¸c ®Æc ®iÓm lµ chÞu t¸c dông cña t¶i träng lín, chiÒu cao dÇm lµ kh¸ lín. §iÒu nµy cã nghÜa lµ tû lÖ gi÷a chiÒu cao tiÕt diÖn vµ nhÞp cña dÇm lµ nhá. Víi lo¹i dÇm nµy th× gi¶ thiÕt vÒ tiÕt diÖn ph¼ng kh«ng cßn thÝch hîp. HÖ qu¶ kÐo theo lµ sù ph©n bè øng suÊt vµ biÕn d¹ng trªn mÆt c¾t dÇm cã nh÷ng thay ®æi kh¸c h¼n so víi kÕt cÊu dÇm chÞu uèn th«ng thêng. §©y lµ ®iÓm kh¸c biÖt c¬ b¶n cña kÕt cÊu dÇm chuyÓn. V× nh÷ng lý do nµy mµ ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n dÇm chuyÓn (transfer beam) ®îc dùa trªn lý thuyÕt cña tÝnh to¸n cña dÇm cao (deep beam) vµ ®· ®îc chÊp nhËn, ¸p dông trong tiªu chuÈn thiÕt kÕ cña mét sè níc trªn thÕ giíi (CIRIA Guide 2, ACI 318, Eurocode 2, CEB-FIP, CAN3-A23.3-M84). V× vËy, trong luËn v¨n nµy, viÖc tÝnh to¸n thiÕt kÕ dÇm chuyÓn BTCT cã thÓ hiÓu lµ tÝnh to¸n thiÕt kÕ dÇm cao BTCT. 1.2.3. LÞch sö ph¸t triÓn lý thuyÕt tÝnh to¸n dÇm cao (Deep beam) Lý thuyÕt tæng quan vÒ tÝnh to¸n dÇm cao BTCT ®· ®îc tr×nh bµy vµ tæng kÕt bëi Albritton (1965), HiÖp héi Xi m¨ng vµ Bª t«ng (C&CA 1969), HiÖp héi Nghiªn cøu vµ Th«ng tin C«ng nghÖ X©y dùng (CIRIA 1977). Sau ®ã ®· ®îc nghiªn cøu bæ sung bëi Tang vµ Wong (1987), Chemrouk (1988). Nh÷ng nghiªn cøu ®Çu tiªn nµy, ®· chØ ra r»ng hÇu hÕt c¸c dÇm cao lµm viÖc trong giai ®o¹n ®µn håi. TÊt nhiªn, ngµy nay c¸c nghiªn cøu dùa trªn m« h×nh ®µn håi dÔ dµng ®îc thùc hiÖn b»ng ph¬ng ph¸p sai ph©n h÷u h¹n vµ phÇn tö h÷u h¹n (Coates vµ céng sù 1988, Zienkiewicz vµ Taylor 1989). Tuy nhiªn, mét bÊt 5 lîi quan träng cña nghiªn cøu dùa trªn m« h×nh ®µn håi lµ c¸c gi¶ thiÕt vÒ vËt liÖu ®ång chÊt, ®¼ng híng vµ tu©n theo ®Þnh luËt Hooke. Do ®ã khã cã híng dÉn ®Çy ®ñ cho viÖc thiÕt kÕ thùc tÕ [16]. V× vËy, cÇn ph¶i tiÕn hµnh c¸c nghiªn cøu cã xÐt ®Õn tr¹ng th¸i phi ®µn håi (®Æc biÖt lµ c¸c d¹ng hay c¬ chÕ ph¸ ho¹i) cña dÇm cao trong ®ã c¸ch nghiªn cøu tèt nhÊt lµ nghiªn cøu thùc nghiÖm. Trong nh÷ng thËp niªn 1960, hÖ thèng cã thÓ thÝ nghiÖm ®Õn t¶i träng giíi h¹n ®îc thö nghiÖm bëi Paiva & Siess (1965) vµ Loenhardt & Walther (1966). Nh÷ng thö nghiÖm nµy ®· ®¹t ®îc mét bíc tiÕn lín trong nghiªn cøu vÒ dÇm cao [16]. H×nh 1.1: ThÝ nghiÖm trªn mét dÇm cao lín (K«ng & Kubik 1991) [16] Trong cuèi nh÷ng n¨m 1960 cña thÕ kû tríc mét ch¬ng tr×nh dµi h¹n ®· ®îc khëi xíng bëi GS.Kong vµ hiÖn vÉn tiÕp tôc ®îc nghiªn cøu t¹i §¹i häc Newcastle upon Tyne (n¬i GS Kong lµm viÖc), thÝ nghiÖm ph¸ ho¹i ®· ®îc thùc hiÖn trªn h¬n 490 dÇm cao, trong ®ã bao gåm c¸c mÉu dÇm cã träng lîng 6 4,5 T (H×nh 1.1) vµ c¸c dÇm cã ®é m¶nh lín víi tû lÖ chiÒu cao (h)/chiÒu réng dÇm (b) (hay h/b) lªn ®Õn 67 (Kong vµ céng sù 1986, Kong & Kubik 1991) [16]. C¸c gi¶i ph¸p cña vÊn ®Ò dÇm cao sö dông kh¸i niÖm dÎo ®· ®îc b¸o c¸o bëi Nielsen (1971), Braestrup & Nielsen (1983). Nghiªn cøu cña Kong vµ Robins n¨m 1971 ®· chØ ra r»ng cèt thÐp bè trÝ xiªn trong sên dÇm ®· ®¹t hiÖu qu¶ ®èi víi dÇm cao. §iÒu nµy còng ®· ®îc kh¼ng ®Þnh thªm bëi Kong vµ Singh (1972). Kong vµ céng sù (1972a), ngêi còng ®· ®Ò xuÊt mét ph¬ng ph¸p so s¸nh sù ¶nh hëng cña sè lîng c¸c lo¹i cèt thÐp trong sên dÇm (Kong vµ céng sù 1972b.) [16]. N¨m 1973 Kong vµ Sharp ®· t×m ra cêng ®é vµ c¸ch thøc ph¸ ho¹i cña dÇm cao cã thªm lç më, tõ ®ã hä ®· ®Ò xuÊt ra c«ng thøc tÝnh to¸n t¶i träng giíi h¹n, sau ®ã ®· ®îc chØnh söa l¹i vµo nh÷ng n¨m 1977 vµ 1978. Còng trong n¨m 1973 Robins vµ Kong sö dông ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n dù ®o¸n t¶i träng giíi h¹n vµ sù h×nh thµnh c¸c vÕt nøt trong dÇm cao, ®Õn n¨m 1977 Taner vµ céng sù ®· chØ ra r»ng ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n sÏ cho kÕt qu¶ tèt nhÊt khi ¸p dông cho dÇm cao cã c¸nh [16]. §Õn n¨m 1974 Kong vµ Singh ®· nghiªn kh¶ n¨ng lµm viÖc vµ sù ph¸ ho¹i cña dÇm cao díi t¸c dông cña t¶i träng lÆp [16]. N¨m 1982 Garcia lµ mét trong nh÷ng ngêi ®Çu tiªn thùc hiÖn c¸c thÝ nghiÖm vÒ sù mÊt æn ®Þnh trªn mét lo¹t c¸c dÇm cao bª t«ng cã ®é m¶nh lín, sau ®ã ®· ®îc Kong vµ céng sù tiÕp tôc thÝ nghiÖm vµo n¨m 1986 [16]. N¨m 1987 Mau vµ Hsu ¸p dông c¸c lý thuyÕt m« h×nh giµn ®Ó tÝnh to¸n cho dÇm cao [16]. N¨m 1988 Kotsovos ®· nghiªn cøu toµn diÖn dÇm cao víi nguyªn nh©n c¬ b¶n lµ sù ph¸ ho¹i do c¾t [16]. ¸p dông dÇm chuyÓn BTCT trong x©y dùng 1.3.1. C¸c lo¹i dÇm chuyÓn BTCT 1.3. Trong x©y dùng th«ng thêng cã 2 lo¹i dÇm chuyÓn díi d¹ng BTCT: dÇm thêng vµ dÇm øng lùc tríc. DÇm chuyÓn BTCT thêng lµ dÇm chuyÓn ®îc chÕ 7 t¹o b»ng BTCT truyÒn thèng. DÇm chuyÓn øng lùc tríc lµ dÇm chuyÓn ®îc chÕ t¹o b»ng BTCT kÕt hîp víi cèt thÐp cêng ®é cao ®îc kÐo c¨ng t¹o øng suÊt nÐn trong bª t«ng. Trong ®ã cã thÓ chØ dïng cèt thÐp cêng ®é cao ®Ó t¹o øng suÊt tríc cho bª t«ng hoÆc kÕt hîp c¶ víi cèt thÐp thêng. 1.3.2. Mét sè c«ng tr×nh sö dông kÕt cÊu dÇm chuyÓn a. Trªn thÕ giíi. Trªn thÕ giíi dÇm chuyÓn BTCT ®îc sö dông nhiÒu ë c¸c thµnh phè lín nh Mü, Hong Kong, Malaysia, Singapore, Bangkok (Th¸i Lan) v.v. Díi ®©y lµ h×nh ¶nh mét sè kÕt cÊu dÇm chuyÓn BTCT ®îc thi c«ng ë Chicago (Mü, H×nh 1.1 - 1.5), ë New York (H×nh 1.6 - 1.8), ë Malaysia (H×nh 1.9) vµ ë Bangkok (H×nh 1.10 - 1.12). Cã thÓ nãi, dÇm chuyÓn thêng ®îc sö dông khi vît c¸c kh«ng gian lín trong c¸c tßa nhµ ®a chøc n¨ng [20]. 8 H×nh 1.2: DÇm chuyÓn cña tßa nhµ The Legacy at Millennium Park Chicago - Mü [20] 9 H×nh 1.3: DÇm chuyÓn cña tßa nhµ The Legacy at Millennium Park Chicago - Mü [20] H×nh 1.4: DÇm chuyÓn kÕt nèi víi chu vi têng bª t«ng - Tßa nhµ Trump International Hotel and Tower - Chicago - Mü [20]