Tải trọng dài hạn là gì

Chương III. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN VÀ CẤU TẠO Nội dung công tác thiết kế kết cấu BTCTThiết kế kết cấu BTCT gồm hai việc chính là tính toán và cấu tạo. Nội dung cơ bản của công tác thiết kế gồm:- Chọn sơ đồ tính và sơ bộ xác định kích thước tiết diện các bộ phận [chiều dày của bản, tường, kích thước tiết diện dầm, cột…]- Chọn vật liệu sử dụng thiết kế kết cấu: mác BT, nhóm thép .v.v.- Xác định tải trọng và tác động;- Xác định nội lực do từng phương án tải trọng và tổ hợp nội lực;- Tính toán tiết diện BTCT: Xác định hoặc kiểm tra kích thước tiết diện BT, diện tích cốt thép.- Chọn giải pháp bảo vệ kết cấu chống sự phá huỷ của môi trường [trong các trường hợp cần thiết: thí dụ kết cấu làm việc trong phân xưỏng có tính chất huỷ mòn cốt thép ];- Chọn và bố trí cốt thép theo các yêu cầu về chịu lực và cấu tạo, thiết kế chi tiết các bộ phận và các thanh cốt thép, thể hiện bản vẽ.3.2. Tải trọng và tác động3.2.1 Yêu cầu chungCác loại tải trọng, tác động và trị số của chúng dùng để thiết kế phải lấy theo tiêu chuẩn nghành tương ứng. Đối với các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp bình thường, hiện nay dùng tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737- 1995.3.2.2. Các loại tải trọngTheo tính chất [3 loại]Tải trọng thường xuyên [tĩnh tải] : là tải trọng có tác dụng không thay đổi trong quá trình sử dụng kết cấu, như trọng lượng bản thân kết cấu, các tường ngăn cố định v.v..Tải trọng tạm thời [hoạt tải] : là tải trọng có thể thay đổi về điểm đặt, trị số, phương, chiều tác dụng, như tải trọng của người, đồ đạc, tải trọng do cầu trục, gió, xe cộ v.v.. Tải trọng đặc biệt : là tải trọng rất ít khi xảy ra, như nổ, động đất v.v..Theo phương, chiều [2 loại]:Tải trọng thẳng đứng là tải trọng tác dụng theo phương thẳng đứng, như trọng lượng bản thân kết cấu; người; đồ đạc v.v..Tải trọng nằm ngang : là tải trọng tác dụng theo phương nằm ngang, như gió, lực hãm của xe cộ v.v..Theo thời gian tác dụng[2 loại]:Tải trọng tác dụng dài hạn [tải trọng dài hạn ] gồm tải trọng thường xuyên và một phần của tải trọng tạm thời [trọng lượng thiết bị, vật liệu…].Tải trọng tác dụng ngắn hạn [tải trọng ngắn hạn ]: gồm phần còn lại của tải trọng tạm thời [người đi lại, gió, xecộ…].25Theo trị số[2 loại]:Tải trọng tiêu chuẩn [Pc] còn gọi là trị số tiêu chuẩn của tải trọng, trị số này lấy bằng giá trị thường gặp trong quá trình sử dụng công trình và được xác định theo các kết quả thống kê.Tải trọng tính toán [ P ]: P= γPcγ- Hệ số độ tin cậy của tải trọng. Nó được xác định theo một xác suất đảm bảo quy định để kể đến các tình huống bất ngờ, đột xuất mà tải trọng có thể vượt quá trị số tiêu chuẩn. Theo TCVN 2737-1995: 1,2 ÷ 1,4 đối với tải trọng tạm thời; γ= 1,1 ÷ 1,3 đối với tải trọng thường xuyên; 0,8 ÷ 0,9 nếu tải trọng giảm gây bất lợi cho kết cấu [ví dụ: Tính đối trọng cho công son].3.2.3. Các tác độngGồm các tác dụng do nền móng lún không đều và do sự thay đổi của nhiệt độ.3.3. Nội lực:3.3.1. Các phương pháp xác định nội lực trong kết cấu.Xác định nội lực theo sơ đồ đàn hồi:Coi vật liệu là đàn hồi để dùng các công thức của SBVL, cơ học kết cấu, lý thuyết đàn hồi vào việc xác định trường ƯS hoặc nội lực trong kết cấu.Nhược điểm: . Không phản ánh đúng bản chất vật liệu [BT là vật liệu đàn dẻo] . Trong vùng kéo của cấu kiện thường có khe nứt nên không phải là vật liệu đồng nhất Ưu điểm: Sử dụng được các công thức và phương pháp của SBVL, cơ học kết cấu, lý thuyết đàn hồi. Thuật toán đơn giản, nên hiện tại vẫn đang được sử dụng nhiều.Khái niệm và phương pháp xác định nội lực theo sơ đồ dẻo: Là phương pháp có xét tới biến dạng dẻo của cốt thép và bê tông, xét tới sự hình thành khớp dẻo, sự phân phối lại nội lực giữa các tiết diện. Khớp dẻo là liên kết khớp có thể chịu được một mô men không đổi nào đó kdM≡.zSKhíp dÎoMkd =RsAsZs=C∈stRsAs.26M < RsAsZs => Khớp dẻo chưa xuất hiện [chưa xoay]; M ≥ RsAsZs=> Khớp dẻo xuất hiện [xoay].Sự khác nhau giữa khớp dẻo và khớp thường : Khớp thường không ngăn cản chuyển vị xoay, taị khớp M = 0. Khớp dẻo có ngăn cản chuyển vị xoay. Mô men tại khớp dẻo bằng Mkd=RsAsZs .Nguyên tắc phân phối lại nội lực khi khớp dẻo hình thành : Tuỳ sơ đồ kết cấu và sự bố trí cốt thép trên các tiết diện mà trình tự hình thành khớp dẻo có thể khác nhau. Nhưng dù khớp dẻo xuất hiện ở đâu, trình tự hình thành các khớp dẻo thế nào thì sự phân phối lai nội lực vẫn luôn luôn phải đảm bảo điều kiện cân bằng tĩnh học. Ví dụ với dầm trên, điều kiện cân bằng tĩnh học là: 0[][][MMlaMlbMkdBkdAkd=++nhÞp] Ưu điểm của phương pháp:- Cho phép điều chỉnh một cách hợp lý mô men tại các tiết diện.Từ đó: + Làm cho việc bố trí cốt thép được đơn giản ; + Làm cơ sở cho việc tính toán và cấu tạo mối nối của các kết cấu lắp ghép.- Tuy nhiên phương pháp này cũng chỉ là gần đúng vì rất khó đánh giá chính xác mức độ dẻo. Chỉ dùng phương pháp này để tính toán các loại kết cấu dầm phụ, bản liên tục.Các điều kiện khi xác định nội lực theo sơ đồ khớp dẻo:- Các khe nứt đầu tiên xuất hiện quá sớm thì đến trạng thái cân bằng giới hạn, khe nứt ở các tiết diện ấy mở rộng quá lớn. Để hạn chế bề rộng khe nứt, chỉ cho phép điều chỉnh %30≤giá trị mô men xác định được theo sơ đồ đàn hồi ;- Kết cấu không bị phá hoại do lực cắt ;- Cốt thép phải có thềm chảy rõ ràng hoặc có vùng biến dạng dẻo rộng [CI;CII;CIII; dây thép kéo nguội].Chú ý: Thép có thềm chảy nhỏ thì Mđiều chỉnh nhỏ27PA BMAMBMkd[A]Mkd[B]CMnhMkd[nh]BMkd[A]P1ACBMkd[A]P2ACMkd[B]BMkd[A]P3ACMkd[B]Mkd[nh]a blM0- BT không bị ép vỡ trước khi ssR=σ. Đ ể thoả mãn điều kiện này, kết quả thí nghiệm cho thấy: Với BT mác300≤ => 301,037,0 =≤=≤dmdααξξ Với BT mác 255,0295,0400 =≤=≤=>≥dmdααξξ3.3.2. Tổ hợp nội lựcKhái niệmTĩnh tải thường xuyên tác dụng lên kết cấu, trong khi hoạt tải có thể xuất hiện ở những chỗ khác nhau vào những thời điểm khác nhau. Nội lực dùng để tính toán tiết diện là tổng đại số của nội lực do tĩnh tải và nội lực bất lợi nhất do hoạt tải. Việc xác định nội lực bất lợi tại một tiết diện nào đó gọi là tổ hợp nội lực. Các loại tổ hợp Tổ hợp cơ bản1 [1] : Gồm nội lực do các tĩnh tải và một nội lực bất lợi nhất trong các nội lực do hoạt tải : Tại tiết diện [k] thuộc nhánh max: Tmax[k] = TG[k] + maxTPi[k] Tại tiết diện [k] thuộc nhánh min : Tmin[k] = TG[k] + minTPi[k]Tổ hợp cơ bản2 [2] : Gồm nội lực do các tĩnh tải và tất cả các nội lực bất lợi do các trường hợp hoạt tải nhân với hệ số tổ hợp1≤Ψ : Tại tiết diện [k] thuộc nhánh max: Tmax[k] = TG[k] + ][][+∑ΨkPiT Tại tiết diện [k] thuộc nhánh min : Tmin[k] = TG[k] + ][][−∑ΨkPiT Tổ hợp [1] với[2] => Đối với tổ hợp Cơ bản, nội lực bất lợi tại tiết diện[k]là: Tmax[k] = TG[k] + max[TPi[k] ; ][][+∑ΨkPiT] Tmin[k] = TG[k] +min[TPi[k] ; ][][−∑ΨkPiT].Tập hợp tất cả các giá trị Tmax và Tmin theo mọi tiết diện dọc theo trục cấu kiện ta được hai nhánh của biểu đồ bao nội lực.Ví dụ: Đối với dầm ba nhịp chịu tải trọng tập trung, ta có hình dạng của biểu đồ bao mô men như hình vẽ : 28Tổ hợp đặc biệt : Gồm nội lực do các tĩnh tải ; do một tải trọng đặc biệt [đang xét]; do các hoạt tải dài hạn và do các hoạt tải ngắn hạn có thể xảy ra [ví dụ có động đất thì không có gió]: Tại tiết diện [k] thuộc nhánh max: Tmax[k] = TG[k]+ TĐB[k] + ][][+Ψ∑kPiiT Tại tiết diện [k] thuộc nhánh min : Tmin[k] = TG[k]+ TĐB[k] + ][][−Ψ∑kPiiTΨvà iΨlà các hệ sổ tổ hợp tuỳ thuộc tính chất của công trình và các loại tải trọng tác dụng lên nó [tra trong TCVN 2737-1995].Trình tự tiến hànhBước1: Xác định nội lực với từng phương án tải trọng tại các tiết diện tính toán [nội lực do tĩnh tải; do hoạt tải sử dụng ; do gió…].Bước2: Tổ hợp nội lực. 3.4. Phương pháp tính kết cấu BTCT3.4.1. Phương pháp tính kết cấu BTCT theo ứng suất cho phép Phương pháp này được sử dụng rộng rãi vào nửa đầu thế kỷ 20- Nội dung: + Coi BTCT là vật liệu làm việc đàn hồi; + Sử dụng các công thức của SBVL để xác định ứng suất σdo tải trọng gây ra; + Xác định ứng suất cho phép của vật liệu: cpσ;- Điều kiện đảm bảo cho kết cấu làm việc an toàn: cpσσ≤- Nhược điểm: chưa xét đến tính biến dạng dẻo của BT và CT.3.4.2. Phương pháp tính kết cấu BTCT theo nội lực phá hoại Phương pháp này được một số nước sử dụng vào khoảng giữa thế kỷ 20- Nội dung:+ Sử dụng các công thức của SBVL và cơ học kết cấu để xác định nội lực do tải trọng tiêu chuẩn gây ra trong kết cấu Scrc; + Xác định nội lực mà kết cấu chịu được tại thời điểm sắp sửa bị phá hoại: Sph => Điều kiện đảm bảo cho kết cấu làm việc an toàn: kScrc ≤ Sph . k- Hệ số an toàn, thường lấy k = 1,5 ÷ 2,5- Ưu điểm: Đã kể đến tính biến dạng dẻo của BT và CT [thông qua việc xác định Sph]- Nhược điểm: + Dùng hệ số an toàn [k] chung chưa phản ánh được đầy đủ sự khác nhau của các yếu tố ảnh hưởng đến độ an toàn của kết cấu; + Chưa xét đến biến dạng và khe nứt của kết cấu. 3.4.3. Phương pháp tính kết cấu BTCT theo TTGH29