Tài liệu Tt và thiết kê cầu dầm

1 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, với sự mở cửa của nền kinh tế đất nước, ngành xây dựng ở Việt Nam hiện nay đang phát triển rất mạnh và đa dạng. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, tốc độ đô thị hóa ngày phải càng cao để đáp ứng được việc tăng dân số, mọi người đều đổ dồn về các đô thị, các thành phố lớn để sinh sống, học tập và làm việc nên các công trình nhiều tầng được xây dựng nhiều tại các thành phố lớn. Từ những nhu cầu thực tế đó, đòi hỏi các kỹ sư xây dựng phải nghiên cứu thiết kế các công trình có không gian lớn ở các tầng bên dưới để phục vụ cho các nhu cầu sinh hoạt công cộng như: siêu thị, bãi để xe, văn phòng đại diện.Còn các tầng bên trên, các phòng có không gian nhỏ hơn phù hợp với nhu cầu về phòng ở khách sạn hay căn hộ gia đình. Một trong những giải pháp kết cấu có thể đáp ứng được yêu cầu thiết kế để tạo được không gian lớn ở các tầng bên dưới và không gian nhỏ hơn ở các tầng trên đó là kết cấu “Dầm chuyển” để đỡ các vách cứng hay các cột trong nhà nhiều tầng. 1.2 LÝ DO NGHIÊN CỨU Theo xu hướng ngày nay, nhà nhiều tầng là những công trình phức hợp đáp ứng nhiều công năng như thương mại và dịch vụ ở các tầng bên dưới, văn phòng làm việc và các căn hộ ở các tầng bên trên. Để có được không gian kiến trúc như trên, yêu cầu này đòi hỏi các nhịp khung lớn ở bên dưới và các nhịp khung nhỏ hơn ở bên trên, giải pháp đưa ra đòi hỏi phải có một kết cấu chuyển đổi giữa các tầng, chính vì lý do đó chùng tôi chọn đề tài “Tính toán và thiết kế kết cấu dầm chuyển bê tông cốt thép“. 1.3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Do hiện nay ở nước ta chưa có tiêu chuẩn hay các tài liệu hướng dẫn kỹ thuật chính thức nào về tính toán và thiết kế dầm chuyển (dầm cao) BTCT trong các công 2 trình cao tầng dân dụng, việc thiết kế thường được tính toán với hệ số an toàn tổng thể lớn hoặc theo các tài liệu kỹ thuật chuyên ngành của nước ngoài. Vì vậy đề tài này sẽ tập trung nghiên cứu và làm rõ khả năng chịu lực của dầm chuyển (dầm cao) khi chịu tải trọng lớn (khi sử dụng dầm chuyển để gánh đỡ các cột, vách và các cột, vách này đỡ nhiều tầng ở phía bên trên dầm chuyển) từ đó kiến nghị phương pháp tính toán và thiết kế cho loại dầm này. 1.4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Làm rõ khi nào phải sử dụng dầm chuyển trong kết cấu BTCT của các tòa nhà cao tầng dân dụng. Làm rõ khả năng chịu lực của dầm chuyển (moment uốn, lực cắt) từ đó nêu ra phương pháp thiết kế và tính toán cho dầm. Làm rõ vấn đề bố trí cốt thép chịu moment uốn và chịu cắt cho dầm chuyển. 1.5 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu là phương pháp lý thuyết (giải tích kết hợp với mô hình bằng phương pháp phần tử hữu hạn ) gồm các hướng sau:  Mô hình kết cấu để tìm nội lực bằng phương pháp phần tử hữu hạn trên phần mềm Etabs 9.7, Sap 2000.  Tính toán kết cấu dầm chuyển BTCT theo tiêu chuẩn ACI 318 – 2002 của Hoa Kỳ.  Tính toán kết cấu dầm chuyển theo mô hình giàn ảo (Strut and tie Model). Từ những phương pháp nêu trên, tìm hiểu nghiên cứu và sử dụng các kết quả thực nghiệm và mô hình phá hoại cũng như các phương pháp tính toán đã được công nhận và ứng dụng ở nước ngoài, từ đó kiến nghị chấp nhận áp dụng vào việc xây dựng ở Việt Nam. 3 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 2.1 Khái niệm và công năng của dầm chuyển. 2.1.1 Khái niệm dầm chuyển: Dầm chuyển BTCT là một loại dầm thường có độ cứng và tiết diện hình học tương đối lớn (tỷ lệ chiều dài trên chiều cao phải nhỏ hơn hoặc bằng 2.5 đối với nhịp liên tục và 2 đối với nhịp đơn), có tác dụng thay đổi trạng thái làm việc của hệ kết cấu từ hệ dầm cột chịu lực sang hệ dầm vách chịu lực hoặc hệ dầm cột nhưng với số lượng cột phải trên dầm nhiều hơn số lượng cột phía dưới dầm. 2.1.2 Công năng của dầm chuyển: Công năng của dầm chuyển là gánh đỡ toàn bộ tải trọng kết cấu bên trên nó rồi phân bố xuống từng chân cột bên dưới. Chính vì dầm chuyển phải nhận một lượng tải trọng rất lớn nên chúng thường có kích thước và độ cứng lớn hơn so với dầm truyền thống. Ngoài khả năng chống lại moment uốn trực tiếp do tải trọng lớn bên trên, dầm chuyển còn có khả năng chống cắt lớn hơn nhiều so với dầm truyền thống vì ảnh hưởng bởi tiết diện lớn của dầm. Trong kiến trúc nhà cao tầng dầm chuyển được lựa chọn nhiều vì khả năng vượt nhịp lớn và khả năng thay đổi kiến trúc một cách linh hoạt. 2.1.3 Ƣu điểm và khuyết điểm của dầm chuyển. 2.1.3.1 Ƣu điểm: Giải việc được việc trốn cột, tạo không gian lớn cho tầng bên dưới, kết cấu dầm chuyển có khả năng vượt nhịp lớn, nhịp có thể lên đến 16-20m, giảm kích thước cấu kiện của các tầng trên kết cấu dầm chuyển. 2.1.3.2 Khuyết điểm: Tải trọng tập trung bên trên dầm chuyển khá lớn, khi xảy ra động đất kết cấu dầm chuyển rất dễ phá hoại. 4 Tính toán thi công dầm chuyển tương đối phức tạp, khó khăn trong lắp dựng giàn giáo cũng như đổ bê tông toàn khối cấu kiện lớn. Trọng lượng bản thân công trình phân bố không đồng đều, tập trung khối lượng lớn ở tầng có dầm chuyển làm cho công trình rất dễ mất ổn định khi có ngoại lực tác dụng vào công trình (động đất, gió bão) và các kết cấu bên dưới của dầm chuyển dễ mất ổn định. 2.1.4 Các loại dầm chuyển BTCT: Trong xây dựng thông thường có 2 loại dầm chuyển dưới dạng BTCT: Dầm thường và dầm ứng lực trước. Dầm chuyển BTCT thường là dầm chuyển được chế tạo bằng BTCT truyền thống. Dầm chuyển ứng lực trước là dầm chuyển được chế tạo bằng BTCT kết hợp với cốt thép cường độ cao được kéo căng tạo ứng suất nén trong bê tông.Trong đó có thể chỉ dùng cốt thép cường độ cao để tạo ứng suất trước cho bê tông hoặc kết hợp cả với cốt thép thường. 2.1.5 Một số công trình sử dụng dầm chuyển: Hình 2.1: Dầm chuyển của toà nhà ideo MORPH 38 Bangkok – Thái Lan 5 Hình 2.2: Công nhân đang lắp đặt cốt thép dầm chuyển – Toà nhà The Issara Ladprao – Bangkok – Thái Lan Công trình toà nhà Donphin Plaza gồm 4 toà tháp cao 28 tầng. Dầm chuyển ứng lực trước có chiều cao 3m vượt nhịp lớn nhất là 28,4m đặt ở sàn tầng 4 (cao độ +32.125m). Hình 2.3 đến 2.5 công nhân đang hoàn thiện phần bê tông dầm chuyển. Hình 2.3: Thi công dầm chuyển toà nhà Donphin Plaza. 6 Hình 2.4: Thi công dầm chuyển toà nhà Donphin Plaza. Hình 2.5: Thi công dầm chuyển toà nhà Donphin Plaza. 7 2.2 Các phƣơng pháp tính toán dầm chuyển 2.2.1 Tính toán kết cấu theo tiêu chuẩn ACI 318-2002 2.2.1.1 Phân tích khả năng chịu lực và sự làm việc của dầm chuyển Đối với các dầm BTCT thông thường đều dựa trên lý thuyết đàn hồi và sử dụng các giả thiết vật liệu là đồng chất và đẳng hướng.Nhưng điều đó trở nên không hợp lý đối với kết cấu bê tông đặc biệt như dầm chuyển (dầm cao) sau khi xuất hiện các vết nứt, những kết quả thu được đã làm rõ sự khác biệt sự làm việc của dầm thông thường và dầm chuyển (dầm cao).Có thể thấy rằng sự phân bố ứng suất trên tiết diện và khả năng chịu lực của loại dầm này khác so với dầm thông thường. Tiêu chuẩn ACI-318 theo quy phạm Hoa Kỳ đã nêu rõ tác động của dầm chuyển (dầm cao) phải được xét đến trong trường hợp l/d < 2,5 đối với các nhịp liên tục hoặc 2 đối với các nhịp đơn do có sự phụ thuộc và tác động lẫn nhau của ứng suất pháp theo phương dọc dầm và theo phương thẳng đứng cũng như ảnh hưởng của ứng suất tiếp do lực cắt gây ra. Phân tích đàn hồi đã cho thấy những đặc điểm quan trọng sau đây của sự phân bố ứng suất trong dầm chuyển (dầm cao) : Các giả thiết tiết diện phẳng cho dầm không thỏa mãn đối với dầm chuyển (dầm cao). Có một vùng chịu ứng suất lớn tại vị trí gối tựa và đặc biệt là ở mặt gối tựa. Biến dạng dọc do lực cắt gây ra trong dẩm chuyển (dầm cao) là lớn hơn nhiều so với biến dạng uốn, do đó đóng vai trò nhiều hơn so với tổng biến dạng. Dầm chuyển (dầm cao) thường có vết nứt xuất hiện khá sớm, thông thường khe nứt xuất hiện theo phương của ứng suất nén chính, tức là vuông góc với phương của ứng suất kéo.Trong nhiều trường hợp, khe nứt xuất hiện thẳng đứng hoặc nghiêng khi dầm bị phá hoại do lực cắt. 8 Khả năng chịu lực của dầm chuyển (dầm cao) BTCT được xác định căn cứ vào các dạng phá hoại của dầm gồm có các khả năng sau : Khả năng chịu uốn, khả năng chịu cắt, khả năng chịu lực của gối tựa. 2.2.1.2 Lý thuyết tính toán Dạng phá hoại thực tế trong dầm chuyển (dầm cao) BTCT ngoài việc phụ thuộc vào kích thước dầm, tỉ số giữa chiều dài nhịp và chiều cao dầm, cách đặt lực tác dụng mà còn phụ thuộc vào số lượng và cách bố trí cốt thép trong dầm.Có 2 dạng phá hoại chính được xác định gồm : Phá hoại do uốn và phá hoại do lực cắt.  Phá hoại do uốn: Phá hoại do uốn của dầm chuyển (dầm cao) BTCT là dạng phá hoại dẻo, sự phát triển các vết nứt theo chiều dọc xuất phát từ bụng dầm và dần lên phía trên, cùng với sự gia tăng tải trọng, sự phá hoại thông thường xảy ra do cốt thép bị kéo đứt hoặc bị chảy dẻo, rất hiếm trường hợp bê tông vùng nén bị phá hoại. T¶i träng ph©n bè ®Òu VÕt nøt lín g©y ra ph¸ ho¹i VÕt nøt nhá trong vïng chÞu kÐo do uèn Hình 2.6: Sự phá hoại do uốn  Sự phân bố ứng suất trên tiết diện dầm Quy phạm ACI-318 chỉ ra rằng dầm chuyển (dầm cao) BTCT làm việc hoàn toàn khác với dầm BTCT thông thường.Trong giai đoạn đàn hồi ứng suất théo 9 phương ngang trong bê tông tại các tiết diện phân bố theo quy luật phi tuyến khá phức tạp. x Trôc trung hßa h x h Trôc trung hßa l Biểu đồ phân bố ứng suất của dầm thường Biểu đồ phân bố ứng suất của dầm chuyển (dầm cao) Hình 2.7: Biểu đồ phân bố ứng suất Hình 2.7 cho thấy sự phân bố ứng suất do uốn tại tiết diện giữa nhịp so sánh với sự phân bồ ứng suất tuyến tính, ta thấy trục trung hòa được hạ thấp xuống, ứng suất chịu kéo ở mép biên lớn hơn nhiều so với mép biên chịu nén. h l Hình 2.8: Quỹ đạo ứng suất Trong Hình 2.8 các đướng nét đứt là quỹ đạo ứng suất nén song song với hướng của ứng suất nén chính và các đường nét liền là quỹ đạo ứng suất kéo song song với các ứng suất kéo chính.Các vết nứt dự báo xuất hiện vuông góc với các 10 đường nét liền, tức là xuất hiện theo phương của ứng suất nén chính.Trong một số trường hợp khe nứt cũng có thể xuất hiện thẳng đứng hoặc nghiêng khi dầm bị phá hoại do cắt. Cũng từ hình vẽ trên nhận thấy rằng quỹ đạo ứng suất kéo và ứng suất nén dày hơn tại vị trí gối biên của dầm, tức là phản ánh sự tập trung ứng suất nén tại gối dầm.  Tính toán khả năng chịu uốn của dầm H×nh 2.9: S¬ ®å tÝnh to¸n kh¶ n¨ng chÞu uèn cho dÇm Khả năng chịu lực của dầm chuyển (dầm cao) được xác định theo công thức sau: M n  As f y  jd  Cốt thép chịu uốn được tính như sau : As  3 fc' Mu 200bd  As min  bd   f y ( jd ) fy fy Trong đó : M n : Khả năng chịu uốn của cấu kiện As : Diện tích cốt thép chịu uốn f y : Cường độ chịu kéo của cốt thép 11 f c ' : cường độ chịu nén của bê tông As min : hàm lượng cốt thép tối thiểu jd : Cánh tay đòn moment nội lực được tính toán như sau : h jd h2 h1 b H×nh 2.10: Mặt cắt thể hiện cánh tay đòn moment (jd). Đối với dầm chuyển nhịp đơn: Khi 1  l / h  2 thì jd  0.2(l  2h) Khi l / h  1 thì jd  0.6l Đối với dầm chuyển nhịp liên tục: Khi 1  l / h  2 thì jd  0.2(l  1.5h) Khi l / h  1 thì jd  0.5l Trong đó : l : là nhịp dầm chuyển (dầm cao) xác định theo trung tâm của gối tựa hoặc lấy bằng 1.15ln 12 h : chiều cao của dầm Thép dọc tính toán được bố trí ở phần dưới của dầm trong phạm vi từ chiều cao đáy dầm đến một khoảng bằng : y  0.25h  0.05l  0.2h  Phá hoại do lực cắt: Ứng suất cắt trong dầm chuyển (dầm cao) có ý nghĩa rất lớn đối với trạng thái ứng suất nên không được bỏ qua như trong dầm chịu uốn thuần túy.Biểu đồ ứng suất trong bê tông vùng chịu nén không còn như giả thiết vẫn hay sử dụng dụng nữa,ngay cả trong trạng thái đàn hồi.Khi đạt trạng thái giới hạn, biểu đồ ứng suất không còn theo dạng parabol như các dầm thông thường nữa .  Sự hình thành vết nứt Đối với dầm chuyển (dầm cao) các gối tựa trực tiếp chịu tác dụng của tải trọng phía trên thì sự phá hoại bắt đầu khi tải trọng tăng từ 0.6 tới 0.9 tải trọng cực hạn.Bắt đầu bằng một vết nứt xiên nằm trực tiếp dọc theo đường nối của điểm đặt lực với vị trí mặt gối tựa, vết nứt mở rộng ban đầu vào khoảng 1/3 chiều cao dầm. Khả năng chịu lực cắt được tăng lên và sự phát triển của các vết nứt sẽ phụ thuộc vào số lượng, cách bố trí và sự làm việc của các thanh cốt thép. DÇm bÞ ph¸ ho¹i bëi vÕt nøt trªn toµn bé chiÒu cao Hình 2.11: Dạng phá hoại do cắt 13 Theo hình 2.11 vết nứt phát triển từ vị trí đặt lực (phía trên của dầm) đến gối tựa (phía dưới dầm ) sẽ tách dầm ra làm đôi, đây là sự phá hoại đặc trưng do lực cắt tác dụng lên dầm. Đối với độ bền chịu cắt của dầm chuyển, khả năng chịu cắt có thể lớn hơn 2 đến 3 lần so với khả năng chịu cắt xác định theo phương pháp tính toán như với dầm thông thường.Đối với dầm thông thường, cơ chế truyền lực cắt thông qua bê tông vùng nén, cốt thép dọc, mặt gồ gề của cốt liệu trong vết nứt chéo và lực kéo trong cốt thép chịu cắt.Tuy nhiên đối với dầm có chiều cao lớn, phần lớn tải trọng được truyền trực tiếp từ điểm đặt lực đến gối tựa. Cốt thép trong dầm có chiều cao tiết diện lớn có sự khác biệt so với dầm thông thường.Cốt thép chịu kéo As bố trí theo yêu cầu chịu moment uốn nằm sát với mép chịu kéo (mép dưới dầm), vùng kéo của dầm và vùng đặt cốt thép chịu kéo có thể nằm trong khoảng 1/3 chiều cao phía dưới của dầm. Ứng suất chính trong dầm khi xảy ra vết nứt chéo hướng dốc đứng hơn 45 , do đó cốt thép đai thẳng đứng Av đi qua đường nứt chéo không nhiều, ít có hiệu quả hơn so với cốt thép ngang Avh .Các thanh thép ngang không chỉ có tác dụng theo hướng vuông góc với vết nứt chéo mà còn truyền lực cắt tốt hơn lên mặt cốt liệu gồ gề tại vết nứt chéo.  Tính toán khả năng chịu lực cắt Dầm cao với tỷ số a / d  2.5 và ln / d  5 thường có khả năng chịu lực cắt tốt hơn dầm thông thường,do đó khả năng chịu lực cắt Vc của dầm cao cũng tăng lên.Các biểu thức tính toán thép chịu cắt theo tiêu chuẩn ACI-318 sẽ được trình bày như sau : Khoảng cách x từ gối tựa tới mặt cắt bị phá hoại do lực cắt đối với dầm cao tính theo công thức : Đối với dầm chịu tải trọng phân bố đều : x  0.15ln 14 Đối với dầm chịu tải trọng tập trung : x  0.5a Trong đó: ln : là khoảng cách giữa các mép trong gối tựa a : khoảng cách từ gối tựa tới lực tập trung Trong các trường hợp trên x không được vượt quá chiều cao hữu hiệu d của dầm. Lực cắt do ngoại lực tác dụng phải thỏa mãn các điều kiện sau: Đối với dầm có tỷ số ln / d  2 thì Vu   (8 fc ' bwd ) 2  l   Đối với dầm có tỷ số 2  ln / d  5 thì Vu    10  n  f c ' bw d  d 3   Nếu không thỏa mãn điều kiện trên thì phải mở rộng tiết diện.Hệ số giảm bền  trong trường hợp này lấy bằng 0.75. Khả năng chịu cắt của bê tông Vc được tính theo công thức sau :  M u  Vu  d  ' ' Vc   3.5  2.5 1.9 f c  2500 pw  bw d  6 f c bw d Vu  d  Mu   Trong đó đại lượng trong ngoặc có giá trị giới hạn 1  3.5  2.5 Trong đó:  : Hệ số giảm bền M u : moment do ngoại lực tác dụng Vu : Lực cắt do ngoại lực tác dụng d : Chiều cao tính toán của tiết diện dầm bw : Bề rộng dầm Mu  2.5 Vu  d 15 pw : Trọng lượng riêng của bê tông Trong thiết kế,có thể dùng công thức đơn giản hơn để tính toán khả năng chịu lực của bê tông Vc  2 fc ' bwd Khi lực cắt do ngoại lực tác dụng Vu vượt quá khả năng chịu cắt của bê tông Vc , cốt thép chịu cắt cần phải tính toán để thỏa mãn phương trình cân bằng : Vu   (Vc  Vs ) , khả năng chịu lực của cốt thép được tính theo công thức sau :  A  1  ln / d  Avh  11  ln / d   Vs   v     f y d   S v  12  S h  12 Trong đó : Vs : Khả năng chịu lực của cốt thép chịu cắt Av : Tổng diện tích cốt thép theo phương đứng Avh :Tổng diện tích cốt thép theo phương ngang S v : Bước cốt thép theo phương đứng Svh : Bước cốt thép theo phương ngang Từ biểu thức Vu   (Vc  Vs ) ,ta có : Av  1  ln / d  Avh  11  ln / d  Vu  Vc     S v  12  S h  12  f yd  Khoảng cách lớn nhất Sv : Sv  d hoặc Sv  45cm (18 in),(chọn giá trị nhỏ nhất) 5 Khoảng cách lớn nhất S h : Sh  d hoặc Sh  45cm (18 in),(chọn giá trị nhỏ nhất) 3 Diện tích thép nhỏ nhất Av : Av  0.0015 bsv Diện tích thép nhỏ nhất Avh : Avh  0.0025 bsv 16 2.2.2 Tính toán theo mô hình giàn ảo (Strut and tied) 2.2.2.1 Giới thiệu: Trạng thái làm việc của các dầm trong giai đoạn giới hạn cực hạn phải được tính theo mô hình toán cơ, là mô hình tốt nhất đối với dầm bêtông cốt thép có bố trí cốt thép sườn dầm, gọi là mô hình “chống và giằng” (Strut and tie model) hay còn gọi là mô hình giàn ảo. Thiết kế dầm Bê tông theo trạng thái ứng suất tới hạn bằng mô hình giàn ảo là xét đến các điều kiện làm việc của hai vùng B và D trong kết cấu. Phương pháp mô hình giàn ảo sử dụng một số nguyên tắc của cơ học kết cấu hệ thanh, nguyên tắc này sẽ không ảnh hưởng gì hoặc tác động nào đến việc phân tích ảnh hưởng của mặt cắt bằng các hệ tĩnh học cổ truyền. Trong phương pháp này nội dung tính toán thiết kế dầm chuyển chủ yếu dựa trên tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-01 của Bộ Giao Thông Vận Tải Việt Nam và các tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-2002 và AASHTOLRFD và một số báo cáo khoa học gần đây. 2.2.2.2 Phân vùng ứng suất biến dạng của các cấu kiện bêtông cốt thép Thông thường, trong quá trình tính toán thiết kế, các cấu kiện bê tông cốt thép được phân loại thành các dạng cơ bản như cột, thanh, dầm, bản … và hệ kết cấu khung, dàn, …theo các đặc điểm chịu lực và hình thức kết cấu của chúng. Đối với từng cấu kiện cụ thể thì trạng thái ứng suất, biến dạng của các tiết diện cũng thay đổi tùy theo vị trí và phương thức chịu tải. Tùy theo tỷ lệ giữa chiều dài nhịp và chiều cao, dầm bê tông cốt thép chịu uốn có thể phân chia thành các vùng ứng suất B và D như sau:  Vùng B (Beam) là các vùng có trạng thái ứng suất tuân theo các giả thiết của dầm về tiết diện chịu uốn, chủ yếu phần giữa nhịp chịu tác dụng của moment uốn, lực cắt nhỏ hoặc bằng không. Tại các vùng này vẫn có thể 17 tính toán thiết kế như với cấu kiện chịu uốn theo các tiêu chuẩn tính toán kết cấu bê tông cốt thép hiện hành.  Vùng D (Discontinuity zone) là vùng có trạng thái ứng suất phức tạp, thường xuất hiện tại các vùng mối nối, thay đổi tiết diện đột ngột, có lỗ khoét, gấp khúc hoặc tại các liên kết gối tựa và điểm đặt lực tập trung tên cấu kiện. Các vai cột, các mố đỡ và công xôn ngắn cũng thuộc các dạng kết cấu có vùng D. a) D b) D c) D B D D D D B D B D D B D B Hình 2.12: Các vùng B và D của dầm bê tông Thông thường người ta giả thiết vùng D kéo dài khoảng một lần chiều cao cấu kiện về mỗi phía từ điểm đặc các tải trọng tập trung của các phản lực gối hoặc các vùng có mặt cắt hay hướng thay đổi đột ngột. Theo kinh nghiệm thực tế, vùng D được xác định theo các kích thước hình học và điều kiện chịu lực như sau. 18 Hình 2.13a: Các vùng không liên tục hình học Hình 2.13b: Các vùng không liên tục về hình học 2.2.2.3 Mô hình giàn ảo (Strut and tie model) Mô hình giàn ảo đã được nhiều tác giả nghiên cứu từ những năm 1920. Một trong những ưu điểm của mô hình này là thể hiện được những bộ phận chịu lực nén, kéo chủ yếu của kết cấu và người thiết kế có thể hình dung ra một cách cụ thể cơ cấu chịu lực của sơ đồ dùng trong tính toán. Các bộ phận chịu nén được thể hiện bằng những thanh chống, khu vực chịu kéo được thay bằng các thanh giằng và các mối nối của thanh đó sẽ được xem là vùng nút của giàn ảo. Hình 2.14 cho thấy các thanh chống và giằng được sử dụng để tạo nên một hệ giàn trong cấu kiện dầm bê tông cốt thép có tỷ lệ chiều cao lớn. Tải trọng tập trung tác dụng trên dầm sẽ gây ra các biến đổi trường ứng suất tại khu vực đặt lực và gối tựa và cũng tạo ra các vùng D như đã nói trên. Theo các quy trình thiết kế kết cấu bê tông cốt thép gần đây, các vùng D như trên sẽ được tính toán riêng biệt. Với các dầm dài, ít ảnh hưởng các vùng D không liên tục, có thể sử dụng mô hình giàn ảo cho các vùng B với các thanh kéo ngang theo phương cốt thép dọc và thanh đứng cho cốt đai, các thanh chống nằm ngang ở vùng bê tông chịu nén và các thanh chống chéo góc trong các ô giàn tạo ra bởi các thanh chịu kéo. Phương của các góc nghiêng ứng suất nén chính trong thanh nén thay đổi từ 18 o đến 65o. Trên 19 cơ sở các lực xác định được từ mô hình giàn, sẽ tiến hành kiểm tra ứng suất trong bê tông và cốt thép, đặc biệt là các vùng neo thép dọc chịu lực. Trên cơ sở các nghiên cứu về luồng ứng suất hay quỹ đạo ứng suất chính nén và kéo trong các vùng D, người ta giả thiết hình thành các vùng chịu nén và chịu kéo với cơ cấu hình thành các cột chống và các thanh giằng. Cơ cấu hoạt động của hệ thanh này giống như hệ giàn phẳng hoặc giàn không gian hình thành bên trong các cấu kiện bê tông cốt thép. P Nót Thanh d¹ng chai M« h×nh thanh chèng th¼ng Vïng nót Nót Thanh gi»ng Hình 2.14: Mô hình giàn ảo nhịp đơn giản trong dầm chuyển(dầm cao) Để lựa chọn mô hình cho các vùng D, bước đầu tiên của việc tính toán là phác hoạ phương các quỹ đạo ứng suất chính trong cấu kiện bê tông cốt thép. Điều này cần có kinh nghiệm trong quá trình lựa chọn mô hình cho một cấu kiện cụ thể. Với một cấu kiện có thể có nhiều mô hình khác nhau được lựa chọn để tính toán và sẽ cho các kết quả khác nhau. Có thể dựa vào kết quả tính toán đàn hồi (phần tử hữu hạn Sap 2000) để đề xuất mô hình hợp lý nhưng cần chú ý rằng trường ứng suất sẽ thay đổi khi khe nứt xuất hiện trong bê tông cốt thép. 2.2.2.4 Các bộ phận cơ bản cấu thành mô hình giàn ảo. 20  Các thanh chống chịu nén. Trong mô hình thanh chống và thanh giằng, các thanh chống tương ứng với trường ứng suất nén của bê tông theo hướng của thanh chống. Các thanh chống được lý tưởng hoá có dạng như lăng trụ hoặc các cấu kiện thon đều nhưng thường thay đổi mặt cắt ngang dọc theo chiều dài của nó, vì bê tông ở đoạn giữa chiều dài thanh chống rộng hơn so với ở hai đầu. Đôi khi là thành dạng hình chai hoặc các mô hình dạng cục bộ. Việc trải rộng các lực nén làm tăng lực kéo ngang, có thể là nguyên nhân làm cho thanh chịu kéo bị nứt theo chiều dọc. Nếu thanh chống không có cốt thép ngang, nó có thể bị hư hỏng sau khi sự hình thành vết nứt này xảy ra. Trong các mô hình giàn ảo, các thanh chống được thể hiện bằng các đường đứt nét dọc theo trục của các thanh chống. Hình 2.15: Các thanh chống chịu nén ảo  Các thanh giằng chịu kéo. Bộ phận cấu thành chính thứ hai của mô hình giàn ảo là thanh chịu kéo. Thanh chống này tương đương với một hoặc một vài cốt thép đặt cùng hướng được thiết kế với Asfy ≥ Tn trong đó Tn = Tu là lực do thanh kéo kháng lại.