BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
--------------------------------------( In hoa, cỡ chữ 14, font Times New Roman)
NGUYỄN TRUNG KIÊN
KHÓA: 2015- 2017
( In hoa, cỡ chữ 14, font Times New Roman)
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HẠN CHẾ NỨT KẾT CẤU DẦM SÀN
BÊ TÔNG CỐT THÉP DO TÁC ĐỘNG CỦA NHIỆT ĐỘ
MÔI TRƯỜNG
( In h6- 20, font Times New Roman)
Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN
Mã số
: 60.58.02.08
(in thường, cỡ chữ 14, font Times New Roman)
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP
( In thường, cỡ chữ 14, font Times New Roman)
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. VŨ HOÀNG HIỆP
( In hoa, cỡ chữ 14, font Times New
Hà Nội - 2017
LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất, tôi xin trân trọng cảm ơn
thầy giáo TS. Vũ Hoàng Hiệp, thầy đã trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn khoa học
và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận văn này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Kiến trúc Hà
Nội, Khoa Sau Đại Học cùng các thầy cô giáo, những người đã trang bị kiến
thức cho tôi trong suốt quá trình học tập.
Xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, giúp
đỡ nhiệt tình và đóng góp nhiều ý kiến quý báu để tôi hoàn thành luận văn này.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Nguyễn Trung Kiên
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ là công trình nghiên cứu khoa học độc
lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung
thực và có nguồn gốc rõ ràng.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Nguyễn Trung Kiên
MỤC LỤC
Lời cảm ơn ..........................................................................................................
Lời cam đoan ......................................................................................................
Mục lục ...............................................................................................................
Danh sách các hình vẽ, đồ thị .............................................................................
Danh sách các bảng biểu ....................................................................................
Trang
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1 ........................................................................................................... 3
TỔNG QUAN VỀ VẾT NỨT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN SỰ
HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN VẾT NỨT TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG
CỐT THÉP ............................................................................................................ 3
1.1. Các nguyên nhân gây ra nứt kết cấu ............................................................. 3
1.1.1. Nguyên nhân do tác động của thay đổi nhiệt độ môi trường ...........................
4
1.1.2. Nguyên nhân về nền móng ............................................................................
.
5
1.1.3. Nguyên nhân do tác động của tải trọng ..........................................................
5
1.1.4. Nguyên nhân do vật liệu bê tông ....................................................................
6
1.1.5. Nguyên nhân do thi công bê tông ..................................................................
.
7
1.1.6. Nguyên nhân do thi công lắp dựng cốt thép ...................................................
7
1.2. Cơ chế tác động và ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự hình thành và phát
triển vết nứt ........................................................................................................... 8
1.2.1. Cơ chế tác động của nhiệt độ đến sự hình thành vết nứt .................................
8
1.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự làm việc của bê tông .....................................
9
1.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự làm việc của cốt thép .................................. 15
1.2.4. Tương tác giữa bê tông và cốt thép ở điều kiện thường ................................ 18
1.2.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự làm việc đồng thời của kết cấu BTCT......... 19
1.3. Các yêu cầu , tiêu chuẩn tính toán đến sự hình thành và mở rộng vết nứt 22
1.3.1. Theo TCVN 5574-2012 ............................................................................... 22
1.3.2. Theo tiêu chuẩn BS-8110 ............................................................................ 24
.
1.3.3. Theo tiêu chuẩn ACI-318 ............................................................................ 24
.
1.3.4. Theo tiêu chuẩn EUROCODE 1992-1-1 ...................................................... 24
1.4. Các sự cố nứt , hư hỏng công trình do ảnh hưởng của nhiệt độ ................. 25
1.5. Các giải pháp kết cấu nhằm hạn chế sự hình thành và phát triển vết nứt. 27
1.5.1. Giải pháp hạn chế vết nứt dưới sự thay đổi nhiệt độ trong điều kiện khí hậu
nóng ẩm ................................................................................................................ 27
.
1.5.2. Giải pháp hạn chế vết nứt do tải trọng , thi công và vật liệu ......................... 28
1.5.3.Một số giải pháp xử lý vết nứt trong quá trình sử dụng ................................. 29
1.6. Nhiệm vụ của luận văn. ................................................................................ 31
CHƯƠNG 2 ......................................................................................................... 32
CƠ SỞ KHOA HỌC THIẾT KẾ KẾT CẤU CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA SỰ
THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG ........................................................... 32
2.1 Thông số về nhiệt độ tác động đến hệ kết cấu công trình ........................... 32
2.2. Các nguyên tắc và giả thiết tính toán kết cấu chịu tác động của nhiệt độ.. 37
2.2.1. Nguyên tắc tính toán .................................................................................... 37
2.2.2. Giả thiết tính toán ........................................................................................ 38
2.3. Phương pháp tính toán nội lực kết cấu chịu tác động của nhiệt độ ........... 39
2.3.1. Phương pháp cơ học kết cấu ........................................................................ 39
2.3.2. Phương pháp phần tử hữu hạn ..................................................................... 39
.
2.4. Lý thuyết về tác động nhiệt trong kết cấu ................................................... 42
2.5. Phân tích một số giải pháp kết cấu dầm sàn để hạn chế tác động do thay
đổi nhiệt độ môi trường ....................................................................................... 45
2.5.1. Giải pháp sử dụng khe co giãn ..................................................................... 45
2.5.2. Giải pháp thay đổi độ cứng của hệ kết cấu ................................................... 47
2.5.3 . Giải pháp sử dụng sàn ứng lực trước ........................................................... 47
2.5.4. Giải pháp sử dụng dải bê tông đổ sau ........................................................... 48
2.6. Mô hình hóa hệ dầm sàn bê tông cốt thép chịu tác động do thay đổi nhiệt
độ môi trường theo phương pháp phần tử hữu hạn .......................................... 49
2.6.1. Cách xác định các loại tải trọng tác dụng lên công trình ............................. 49
.
2.6.2. Tổ hợp tải trọng .......................................................................................... 50
2.6.3. Đề xuất qui trình tính toán nội lực hệ kết cấu chịu tác động do thay đổi nhiệt
độ môi trường bằng phần mềm SAP2000 ver16..................................................... 51
CHƯƠNG 3 ......................................................................................................... 56
KHẢO SÁT MỘT SỐ GIẢI PHÁP KẾT CẤU NHẰM HẠN CHẾ NỨT KẾT
CẤU DẦM SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP DO TÁC ĐỘNG CỦA THAY ĐỔI
NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG ............................................................................... 56
3.1. Các thông số tính toán ban đầu.................................................................... 57
3.2. Phân tích, so sánh các tổ hợp tải trọng có kể đến tác động do thay đổi nhiệt
độ và các tổ hợp tải trọng thông thường đối với hệ dầm sàn bê tông cốt thép . 60
3.2.1. Đối với hệ dầm khung bê tông cốt thép ........................................................ 60
3.2.2. Đối với hệ sàn bê tông cốt thép .................................................................... 63
3.3. Giải pháp thay đổi chiều dày sàn sườn toàn khối ....................................... 65
3.4. Giải pháp sử dụng khe co giãn ..................................................................... 71
3.5. Giải pháp thay đổi mạng dầm sàn sườn toàn khối...................................... 76
3.6. Giải pháp sử dụng sàn không dầm ứng suất trước ..................................... 82
3.6.1. Các thông số ban đầu ................................................................................... 83
3.6.2. Xác định nội lực - Sơ đồ các dải tính toán .................................................... 84
3.6.3. Tính toán tổn hao ứng suất ........................................................................... 84
3.6.4. Tính thép ứng lực trước cho sàn ................................................................... 87
3.6.5. Tính toán tiết diện theo trạng thái giới hạn 2 về sự hình thành vết nứt ......... 89
.
3.7. Kiểm soát kết quả phân tích kết cấu ........................................................... 90
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................
DANH S¸CH H×NH VÏ
Số hiệu
Tên hình
Trang
Hình 1.1.
Ảnh hưởng của nhiệt độ tới cường độ chịu kéo của bê tông
10
Hình 1.2.
Tỷ lệ giữa giá trị cường độ độ nén đặc trưng ở nhiệt độ so
11
với nhiệt độ 20°C
Hình 1.3.
Thay đổi về mô đun đàn hồi của bê tông theo nhiệt độ
11
Hình 1.4.
Tổng biến dạng nhiệt của bê tông theo nhiệt độ
12
Hình 1.5.
Thay đổi về nhiệt dung riêng của bê tông cốt liệu silic theo
13
nhiệt độ
Hình 1.6.
Thay đổi về hệ số dẫn nhiệt của bê tông theo nhiệt độ
13
Hình 1.7.
Độ dẫn nhiệt của các loại bê tông khác nhau như hàm của
14
nhiệt độ
Hình 1.8.
Ảnh hưởng của nhiệt độ tới khối lượng riêng của bê tông
15
Hình 1.9.
Tỷ lệ giữa giá trị cường độ chịu kéo của một số loại cốt thép
16
ở nhiệt độ cao so với ở nhiệt độ 20 °C
Hình 1.10. Tỷ lệ giữa giá trị cường độ chịu kéo của một số loại cốt thép
16
ULT ở nhiệt độ cao so với ở nhiệt độ 20 °C
Hình 1.11. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới mô đun đàn hồi của thép
16
Hình 1.12. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hệ số dẫn nhiệt của thép
17
Hình 1.13. Tổng biến dạng nhiệt của cốt thép theo nhiệt độ
17
Hình 1.14. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới nhiệt dung riêng của cốt thép
18
Hình 1.15. Phương pháp I : (hình trái) Pha đốt nóng mẫu ; (hình phải)
20
Pha chất tải
Hình 1.16. Phương pháp II : (hình trái) Đốt nóng mẫu ở cấp tải trọng
20
không đổi ;(hình phải) Biến dạng trượt giữa bê tông và cốt
thép khi nhiệt độ tăng
Hình 1.17. Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu tác động của nhiệt độ đến kết
21
dính giữa bê tông và cốt thép (Diederichs)
Hình 1.18. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến lực dính bám giữa bê tông và
21
thép theo phương pháp thí nghiệm I: (trái) thép gai; (phải)
thép tròn trơn (Diederichs)
Hình 1.19. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến lực dính bám giữa bê tông và
22
thép theo phương pháp thí nghiệm II: (trái) thép gai; (phải)
thép tròn trơn (Diederichs)
Hình 2.1.
Biểu đồ của các thành phần cấu thành của một thông số nhiệt
34
độ
Hình 2.2.
Nhiệt độ bên trong Tín và bên ngoài Tout
35
Hình 2.3.
37
Hình 2.4.
Năng lượng mặt trời hiệu ứng bức xạ T3, T4, T5 và các định
hướng xây dựng khác nhau
Mô hình vật liệu của phần tử cốt thép
Hình 2.5.
Phần tử một chiều
40
Hình 2.6.
Phần tử hai chiều
40
Hình 2.7.
Phần tử ba chiều
41
Hình 2.8.
Chức năng khai báo các đặc trưng vật liệu bê tông trong
52
38
SAP2000
Hình 2.9.
Chức năng khai báo các đặc trưng vật liệu cốt thép trong
52
SAP2000
Hình 2.10. Chức năng khai báo các loại tải trọng trong SAP2000
53
Hình 2.11. Chức năng khai báo tác động của nhiệt độ cho phần tử thanh
53
trong SAP2000
Hình 2.12. Chức năng khai báo tác động của nhiệt độ cho phần tử tấm
54
trong SAP2000
Hình 2.13. Chức năng khai báo tải trọng nhiệt độ ban đầu cho phần tử
54
tấm trong SAP2000
Hình 2.14. Chức năng khai báo tải trọng nhiệt độ ban đầu cho phần tử
thanh trong SAP2000
55
Hình 3.1.
Mô hình không gian 3D
57
Hình 3.2.
Mặt bằng kết cấu công trình
58
Hình 3.3.
Mô hình khung bê tông cốt thép trong phần mềm SAP2000
60
Hình 3.4.
Biểu đồ so sánh giá trị momen uốn M3 dẩm tầng mái của
61
combo ENVE max
Hình 3.5.
Biểu đồ so sánh giá trị momen uốn M3 dẩm tầng mái của
61
combo ENVE min
Hình 3.6.
Biểu đồ so sánh giá trị momen uốn M3 dẩm tầng 2 của combo
61
ENVE max
Hình 3.7.
Biểu đồ so sánh giá trị momen uốn M3 dẩm tầng 2 của combo
62
ENVE min
Hình 3.8.
Mô hình sàn bê tông cốt thép trong phần mềm SAP2000
63
Hình 3.9.
Biểu đồ so sánh giá trị momen uốn M11 và M22 trong sàn tầng
63
mái của combo ENVE max
Hình 3.10. Biểu đồ so sánh giá trị momen uốn M11 và M22 trong sàn tầng
64
mái của combo ENVE min
Hình 3.11. Biểu đồ so sánh giá trị momen uốn M11 và M22 trong sàn tầng 2
64
của combo ENVE max
Hình 3.12. Biểu đồ so sánh giá trị momen uốn M11 và M22 trong sàn tầng 2
64
của combo ENVE min
Hình 3.13. Mặt bằng kết cấu công trình khi đặt khe dãn
72
Hình 3.14. Mặt bằng kết cấu công trình khi bố trí thêm hệ dầm phụ
77
Hình 3.15. Mặt bằng kết cấu công trình phương án sàn ứng suất trước
84
Danh s¸ch c¸c b¶ng biÓu
Số hiệu
Tên bảng, biểu
Trang
Bảng 1.
Các giá trị nhiệt độ Tin
35
Bảng 2.
Các giá trị nhiệt độ Tout cho phần cấu trúc trên mặt đất
36
Bảng 3.
Các giá trị nhiệt độ Tout cho phần cấu trúc dưới mặt đất
36
Bảng 4.
Khoảng cách các khe co giãn nhiệt ẩm cho kết cấu BTCT
47
Bảng 5.
Bảng tổ hợp tải trọng theo tiêu chuẩn ACI 318-02
50
Bảng 6.
Momen nội lực sàn theo tổ hợp ENVE không kể đến tác động
65
nhiệt độ phương án sàn dày 10cm
Bảng 7.
So sánh giá trị Mcrc và Mt phương án sàn dày 10cm
65
Bảng 8.
Giá trị bề rộng vết nứt thẳng góc acr phương án sàn dày 10cm
66
Bảng 9.
Momen nội lực sàn theo tổ hợp ENVE không kể đến tác động
66
nhiệt độ phương án sàn dày 12cm
Bảng 10.
So sánh giá trị Mcrc và Mt phương án sàn dày 12cm
67
Bảng 11.
Giá trị bề rộng vết nứt thẳng góc acr phương án sàn dày 12cm
67
Bảng 12.
Momen nội lực sàn theo tổ hợp ENVE không kể đến tác động
67
nhiệt độ phương án sàn dày 14cm
Bảng 13.
So sánh giá trị Mcrc và Mt phương án sàn dày 14cm
68
Bảng 14.
Giá trị bề rộng vết nứt thẳng góc acr phương án sàn dày 14cm
68
Bảng 15.
Momen nội lực sàn theo tổ hợp ENVE phương án sàn dày
68
10cm kể đến ảnh hưởng do tác động của nhiệt độ
Bảng 16.
Momen nội lực sàn theo tổ hợp ENVE phương án sàn dày
69
12cm kể đến ảnh hưởng do tác động của nhiệt độ
Bảng 17.
Momen nội lực sàn theo tổ hợp ENVE phương án sàn dày
69
14cm kể đến ảnh hưởng do tác động của nhiệt độ
Bảng 18.
Giá trị momen lớn nhất thay đổi trong tổ hợp có nhiệt độ và tổ
69
hợp không có nhiệt độ
Bảng 19.
Momen nội lực sàn theo tổ hợp ENVE không kể đến tác động
72
của nhiệt độ phương án sàn dày 12cm chưa bố trí khe giãn
Bảng 20.
Momen nội lực sàn theo tổ hợp ENVE không kể đến tác động
73
của nhiệt độ phương án sàn dày 12cm có bố trí khe giãn
Bảng 21.
Momen nội lực sàn theo tổ hợp ENVE có kể đến tác động của
74
nhiệt độ phương án sàn dày 12cm có bố trí khe giãn
Bảng 22.
So sánh giá trị Mcrc và Mt sàn dày 12cm có bố trí khe giãn
74
Bảng 23.
Giá trị bề rộng vết nứt thẳng góc acr phương án sàn dày 12cm
74
có bố trí khe giãn
Bảng 24.
Giá trị momen lớn nhất thay đổi trong tổ hợp có nhiệt độ và tổ
75
hợp không có nhiệt độ khi bố trí khe giãn
Bảng 25.
Giá trị nội lực không kể đến tác động của nhiệt độ dầm khung
77
trục 1,3,5,8 khi chưa bố trí hệ dầm phụ
Bảng 26.
Giá trị nội lực không kể đến tác động của nhiệt độ dầm khung
78
trục 1,3,5,8 khi bố trí hệ dầm phụ
Bảng 27.
Giá trị nội lực dầm khung trục 1,3,5,8 kể đến tác động của
79
nhiệt độ khi chưa bố trí hệ dầm phụ
Bảng 28.
Giá trị bề rộng khe nứt acrc của dầm khung trục 1,3,5,8 khi
79
chưa bố trí hệ dầm phụ
Bảng 29.
Giá trị nội lực dầm khung trục 1,3,5,8 kể đến tác động của
80
nhiệt độ khi bố trí hệ dầm phụ
Bảng 30.
Giá trị bề rộng khe nứt acrc của dầm khung trục 1,3,5,8 khi bố
80
trí hệ dầm phụ
Bảng 31.
Giá trị nội lực dầm khung trục 1,3,5,8 thay đổi khi không bố
81
trí hệ dầm phụ trong tổ hợp có nhiệt độ và tổ hợp không có
nhiệt độ
Bảng 32.
Giá trị nội lực dầm khung trục 1,3,5,8 thay đổi khi bố trí hệ
dầm phụ trong tổ hợp có nhiệt độ và tổ hợp không có nhiệt độ
81
Bảng 33.
Giá trị bề rộng vết nứt thay đổi trong dầm giữa phương án bố
trí hệ dầm phụ và không bố trí hệ dầm phụ
82
1
MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Hiện tượng nứt kết cấu BTCT đặc biệt đối với các kết cấu cao tầng
thường gây lo ngại cho chủ đầu tư và người sử dụng công trình mặc dù khi tính toán
khả năng chịu lực theo trạng thái giới hạn, các lý thuyết tính toán ở cả phương Đông
và phương Tây thường bỏ qua sự làm việc của bê tông ở vùng chịu kéo, chỉ xét đến
sự làm việc của cốt thép chịu lực. Quy chuẩn Xây dựng Việt Nam và Tiêu chuẩn kết
cấu bê tông TCVN 5574:2012 đều quy định giới hạn bề rộng khe nứt khi tính toán
kiểm tra kết cấu theo trạng thái giới hạn 2. Song thực tế tính toán thiết kế hiện nay
thường bỏ qua bước tính toán kiểm tra sự hình thành vế nứt và bề rộng khe nứt của
kết cấu/cấu kiện. Khi các vết nứt ảnh hưởng đến sự an toàn của kết cấu, hay làm
giảm độ bền lâu của kết cấu, cần thiết phải xử lý hay gia cường để tránh xảy ra sự
cố công trình.. Ngược lại, trong nhiều trường hợp hiện tượng nứt kết cấu có thể
chấp nhận được mà không đòi hỏi xử lý hay gia cường bổ sung nào do kết quả tính
toán kiểm tra khả năng chịu lực thực tế của kết cấu hoặc kết quả thí nghiệm thử tải
kết cấu cho thấy kết cấu đảm bảo các yêu cầu chịu lực theo thiết kế. Vì vậy, việc xét
đến ảnh hưởng của nứt trong tính toán thiết kế kết cấu là cần thiết nhằm tránh các
sự cố nảy sinh do nứt kết cấu hoặc có thể tránh được việc xử lý kết cấu không cần
thiết khi phát hiện thấy hiện tượng nứt nhưng nằm trong giới hạn cho phép của quy
chuẩn, tiêu chuẩn. Mặt khác, các quy định về chiều dài khối nhiệt độ không cần tính
toán tác động nhiệt độ môi trường trong TCVN 5574:2012 có nguồn gốc từ tài liệu,
tiêu chuẩn nước ngoài, nơi có điều kiện tự nhiên, vật liệu, hình thức kết cấu không
hoàn toàn giống như Việt Nam, điều đó cũng cần có sự khảo sát, đánh giá kỹ cả về
lý thuyết và thực nghiệm.
Hai vấn đề nứt liên quan đến tính toán thiết kế kết cấu BTCT cao tầng là:
- Tính năng sử dụng (bao gồm bề rộng khe nứt lớn nhất, mật độ vết nứt và sự
ăn mòn cốt thép )
- Ảnh hưởng của nứt đến sự suy giảm độ cứng kết cấu/cấu kiện.
2
Nứt trong các kết cấu/cấu kiện BTCT thường được xếp loại theo nguyên
nhân gây nứt:
1- Các vết nứt do uốn ở dầm/sàn bê tông cốt thép
2- Các vết nứt xiên do uốn - cắt
3- Các vết nứt tách dọc theo cốt thép chủ ở dầm
4- Các vết nứt do nhiệt độ và co ngót
5- Các vết nứt do lún gây ra
Nhiều nghiên cứu đã thống nhất rằng, có thể có một số đặc điểm giống nhau
trong cơ chế hình thành các vết nứt ở các kết cấu/cấu kiện, nhưng các nghiên cứu về
sự bắt đầu và phát triển của các vết nứt chưa thực sự thoả mãn yêu cầu của tính toán
thiết kế.
Ở đây luận văn chủ yếu tập trung đến các vấn đề nứt ở các hệ kết cấu dầm
sàn BTCT thường do nhiệt độ môi trường gây ra và các giải pháp hạn chế ảnh
hưởng của nứt do thay đổi nhiệt độ môi trường. Có hai vấn đề nứt kết cấu, bao gồm
tính năng sử dụng và sự suy giảm độ cứng kết cấu. Bề rộng khe nứt lớn nhất và mật
độ vết nứt liên quan đến tính năng sử dụng (vì sự xuất hiện vết nứt gây cảm giác
khó chịu và bất an đối với người sử dụng công trình và khả năng ăn mòn cốt thép
chịu lực ảnh hưởng đến độ bền lâu của kết cấu/cấu kiện). Sự suy giảm độ cứng của
kết cấu/cấu kiện do bị nứt ít khi được xét đến khi phân tích nội lực và biến dạng kết
cấu.
Từ những phân tích nêu trên : Đề tài “Nghiên cứu giải pháp hạn chế nứt
kết cấu dầm sàn bê tông cốt thép do tác động của nhiệt độ môi trường ” có tính
cấp thiết và tính thực tiễn cao. Trong giới hạn phạm vi nghiên cứu các giải pháp hạn
chế nứt do tác động của nhiệt môi trường đối với kết cấu BTCT toàn khối thì luận
văn tập trung nghiên cứu các giải pháp về thiết kế kết cấu còn các giải pháp về vật
liệu và thi công sẽ chưa đề cập đến trong nội dung của luận văn .
THÔNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện
– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội.
Email:
[email protected]
TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN
91
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
* KẾT LUẬN
1. Qua các nội dung được nghiên cứu, khảo sát, phân tích trong đề tài luận
văn cho thấy trong công tác thiết kế kết cấu bê tông cốt thép thi công toàn khối, việc
sử dụng phương pháp mô phỏng và phân tích kết cấu có kể đến ảnh hưởng của sự
thay đổi nhiệt độ môi trường đến hệ kết cấu là cần thiết , hạn chế những sai lệch về
kết quả nội lực cũng như biến dạng trong từng cấu kiện và của cả hệ so với thực tế.
2. Đề tài đã mô tả chi tiết các nguyên nhân cụ thể gây ra nứt kết cấu , cơ chế
tác động và ảnh hưởng của thay đổi nhiệt độ đến sự làm việc của kết cấu bê tông cốt
thép đồng thời đưa ra các giải pháp về thiết kế và thi công để hạn chế ảnh hưởng
của nứt đến hệ kết cấu .
3. Cơ sở khoa học và thiết kế công trình bê tông cốt thép có kể đến tác động
do thay đổi nhiệt độ môi trường được đề xuất, mô tả chi tiết vấn đề xây dựng mô
hình, phân chia các tải trọng sử dụng trong quá trình phân tích, các thông số đầu
vào, tổ hợp nội lực và tính toán cấu kiện, quan trắc kiểm soát tính toán có thể áp
dụng thực hành.
4. Dựa trên quy trình thiết kế đề xuất, sử dụng các thông số đầu vào đã được
nghiên cứu, đề tài đã khảo sát các ví dụ làm rõ các giải pháp về mặt kết cấu để hạn
chế nứt kết cấu dầm sàn bê tông cốt thép khi có thêm ảnh hưởng do tác động của
nhiệt độ do thay đổi nhiệt độ môi trường gây ra tác động lên hệ kết cấu , cụ thể như
sau :
- Giải pháp thay đổi chiều dày hệ kết cấu sàn sườn , khi xét đến ảnh hưởng
đến hệ kết cấu sàn do thay đổi nhiệt độ môi trường , giá trị momen lớn nhất trong
sàn tăng 40,79% khi chiều dày sàn tăng từ 10cm lên 12cm và tăng 115% khi chiều
dày sàn tăng từ 10cm lên 14cm
- Giải pháp sử dụng khe dãn , khi xét ảnh hưởng đến hệ kết cấu sàn chịu tác
động do thay đổi nhiệt độ môi trường thì bề rộng khe nứt acr1 và acr2 không thay đổi
nhiều ở tầng 2 nhưng thay đổi tương đối đáng kể ở tầng mái , cụ thể là bề rộng khe nứt
acr2 giảm 33,33% và acr1 giảm 20% so với trường hợp không kể đến tác động do thay
92
đổi nhiệt độ môi trường
- Giải pháp sử dụng sàn không dầm ứng lực trước giá trị % của momen lớn nhất
tăng lên giữa tổ hợp có nhiệt độ và không có nhiệt độ tại tầng mái lần lượt là : M11
(ENVE Max ) tăng 237,34% , M22 (ENVE Min ) tăng 2,92% , M22 (ENVE Max ) tăng
93,99% và M11 (ENVE Min ) tăng 3,77%
- Giải pháp thay đổi mạng dầm trong hệ sàn sườn toàn khối , qua tính toán và
khảo sát chi tiết thì phương án này mang lại hiệu quả hạn chế vết nứt không được hiệu
quả như các giải pháp còn lại
Tuy nhiên để chọn ra được phương án tối ưu nhất thì cần phải xét trên nhiều
yếu tố cụ thể nhưng các phương án kết cấu được đề cập trong các ví dụ trong luận
văn cũng là phương án tham khảo cho người thiết kế quan tâm trong quá trình tính
toán thiết kế công trình có kể đến ảnh hưởng của tải trọng nhiệt độ .
*KIẾN NGHỊ
Tiêu chuẩn thiết kế cho kết cấu bê tông cốt thép cần đưa ra những hướng
dẫn về tính toán cụ thể cho công trình chịu tác động của nhiệt độ .
Để tính toán được tác động của nhiệt độ lên hệ kết cấu cần tìm hiểu kỹ
lưỡng các thông số đặc trưng vật liệu, điều kiện môi trường, tiến độ thi công để
đánh giá ảnh hưởng do tác động của nhiệt độ chính xác hơn từ đó đưa ra được các
phương án cụ thể nhằm hạn chế tối đa ảnh hưởng đó đến hệ kết cấu
Cần thêm kết quả thí nghiệm, quan trắc đánh giá độ tin cậy của kết quả phân
tích kết cấu.
Giới hạn về bề rộng khe nứt của tiêu chuẩn TCVN 5574: 2012 chủ yếu tập
trung vào vấn đề ăn mòn kết cấu, trong khi đó quan điểm về chống ăn mòn kết cấu
lại gắn với chiều dày lớp bê tông bảo vệ. Công thức tính bề rộng khe nứt của tiêu
chuẩn Việt Nam chưa đề cập đến ảnh hưởng của chiều dày lớp bê tông bảo vệ như
trong các tiêu chuẩn của Anh và Mỹ. Ngoài ra, cũng cần có quy định về sự cho
phép có vết nứt và giới hạn bề rộng khe nứt đối với kết cấu bê tông ƯLT (căng bán
phần, bám dính hay không bám dính) để dễ áp dụng khi thiết kế các loại kết cấu
này. Mật độ các vết nứt, các giới hạn riêng về nứt do cắt, xoắn, vết nứt tại các conson hầu như chưa được đề cập trong các tiêu chuẩn BTCT. Những vấn đề này cần
93
có các nghiên cứu và khảo sát để có các quy định cụ thể, có thể áp dụng trong thiết
kế kết cấu công trình BTCT.
Sự suy giảm độ cứng kết cấu do nứt cần được nghiên cứu thêm sao cho viêc
phân tích nội lực hay chuyển vị trong kết cấu đảm bảo an toàn và đúng với sự làm
việc thực của kết cấu. Đối với kết cấu thấp tầng hay nhịp bé, có thể vấn đề này
không quan trọng, nhưng sẽ có những ảnh hưởng đáng kể đối với kết cấu cao tầng,
siêu cao tầng hay kết cấu nhịp lớn
Hướng phát triển nghiên cứu :
Trong nghiên cứu này, nội dung nghiên cứu mới chỉ hạn chế nghiên cứu ảnh
hưởng của sự thay đổi nhiệt độ môi trường đến sự làm việc của cấu kiện dầm sàn
BTCT ở giai đoạn hình thành và phát triển vết nứt do tác động của tải trọng nhiệt
độ. Do đó, để đánh giá chính xác hơn trong tính toán tác động của nhiệt độ lên độ
bền công trình, việc nghiên cứu cần tiến hành thêm các bước sau:
- Nghiên cứu ảnh hưởng của thay đổi nhiệt độ môi trường sự suy giảm độ
cứng kết cấu sau khi hình thành vết nứt.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt :
1. Triệu Tây An và nhóm tác giả (1996), “Hỏi đáp thiết kế và thi công kết cấu nhà
cao tầng (tập 1)”, NXB Xây Dựng, Hà Nội
2. Nguyễn Tiến Đích (2011), “Công tác bê tông trong điều kiện khí hậu nóng ẩm
Việt Nam” , NXB Xây Dựng
3. TS. Nguyễn Trung Hòa (dịch ), “ Qui phạm Anh Quốc BS 8110-1997”, NXB
Xây Dựng
4. TS. Lê Việt Dũng (2012 ), “Nghiên cứu mô hình mô phỏng sự làm việc của cấu
kiện BTCT dưới tác động của tải trọng và nhiệt độ” , Báo cáo nghiên cứu khoa học
cấp trường , ĐH Xây Dựng
5. Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2006), “ Kết cấu bê
tông cốt thép (Phần cấu kiện cơ bản)”, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội .
6. PGS.TS Trần Mạnh Tuân (2003) , “ Tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu
chuẩn ACI 318-2002” ,NXB Xây Dựng
7. Trần Ích Thịnh, Ngô Như Khoa (2007), “Phương pháp phần tử hữu hạn” , NXB
Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
8. TCVN 5574 : 2012 : “Kết cấu bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn xây dựng”.
9. TCVN 2737 : 1995 : “Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế”.
10. TCVN 9345:2012 : “Kết cấu bê tông cốt thép – Hướng dẫn kĩ thuật phòng
chống nứt dưới tác động của khí hậu nóng ẩm”
11. Quy chuẩn Việt Nam 02:2009/BXD, “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia số liệu điều
kiện tự nhiên dùng trong xây dựng”, NXB Xây Dựng.
12. Trang Web , “Chongthamnguoc.vn”
13. Trang Web , “Ketcau.wiki”
Tiếng Anh :
14. J. E. Akin(1994), “Finite Element for Analysis and Design” , Academic Press
15. Fritz Leonhardt (1988) Special Report – “Cracks and Crack Control in
Concrete Structures” .
16. Frank J.Vecchio and James A.Sato ( 1990) , Technical Paper , “Thermal
Gradient Effects in Reinforced Concrete Frame Structures”
17. K.Ahmed (2011), “Temperature Effects in Multi – Story Buildings”
18. H. Krisnamoothy(1996), “Finite Element Analysis - Theory and Programming”
, Tata McGraw Hill.
19. The Institution of Structural Engineers ( 2010) , “Manual for the design of
building structures to Eurocode 1 and Basis of Structural Design”
20. Leonardo Da Vinci Pilot Project ( 2005 ) , “Implemention of Eurocodes –
Hanbook 3 – Action Effects for Buildings”
21. Reinforced Concrete Buildings Series, Chapter 2 (2000)– “Crack control of
Slabs”
22. European Standard , “Eurocode 1: Actions on Structures – Part 1-5 : General
Actions – Thermal Actions ( 2003)”
23. European Standard , “Eurocode 2: Design of Concrete Structures – Part 1-2 :
General Rules – Structural Fire Design ( 2003)”
.PDF 
20 
222 
95 
