ỨNG DỤNG MÔ HÌNH GIÀN ẢO TRONG THIẾT KẾ DẦM CAO BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC ee12a525

1. ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NGUYỄN GIA TUYẾN
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH GIÀN ẢO
TRONG THIẾT KẾ DẦM CAO BÊ TÔNG
ỨNG LỰC TRƯỚC
Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã số : 60.58.02.08
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Người hướng dẫn khoa học: TS. Đào Ngọc Thế Lực
Đà Nẵng - Năm 2019

2. LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả phương án nêu trong luận văn là trung thực và chưa
từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn
Nguyễn Gia Tuyến

3. MỤC LỤC
TRANG BÌA
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC HÌNH
DANH MỤC CÁC BẢNG
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài....................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu .........................................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................2
5. Kết quả dự kiến.................................................................................................2
6. Bố cục đề tài......................................................................................................2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH GIÀN ÁO VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP
ỨNG LỰC TRƯỚC .....................................................................................................3
1.1. Sơ lược về mô hình giàn ảo và ứng dụng của mô hình giàn ảo........................3
1.2. Ứng dụng mô hình giàn ảo................................................................................4
1.3. Tổng quan về dầm cao.....................................................................................14
1.3.1. Khái niệm về dầm cao...............................................................................14
1.3.2. Các phân tích và trạng thái làm việc của dầm cao. ..................................15
1.3.3. Các mô hình giàn ảo đối với dầm cao......................................................16
1.3.4. Tính toán thiết kế, sử dụng các mô hình giàn ảo .....................................19
1.4. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC ..............................................23
1.4.1. Giới thiệu về dầm cao bê tông ứng lực trước...........................................23
1.4.2. Ưu, nhược điểm của dầm cao ứng lực trước............................................23
1.4.3. Các ứng dụng dầm cao bê tông ứng lực trước .........................................23
1.5. Kết luận chương...............................................................................................24
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH GIÀN ẢO CHO DẦM CAO SỬ DỤNG BÊ TÔNG CỐT
THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC........................................................................................25
2.1. Mô hình giàn ảo tính toán dầm cao ứng lực trước..........................................25
2.2. Quy trình thiết kế dầm cao ứng lực trước .......................................................30
2.3. Ví dụ minh họa thiết kế dầm cao ứng lực trước .............................................33
2.4. Kết luận chương...............................................................................................36

4. CHƯƠNG 3. XÁC MINH QUY TRÌNH TÍNH TOÁN VỚI THÍ NGHIỆM..........38
3.1. Chế tạo mẫu, thiết bị thí nghiệm...........................................................................38
3.1.1. Chế tạo mẫu thí nghiệm............................................................................38
3.1.2. Thiết bị thí nghiệm....................................................................................40
3.1.3. Xác định cường độ vật liệu.......................................................................43
3.2. Thiết lập thí nghiệm và thực hiện thí nghiệm.................................................46
3.3. Đánh giá kết quả thí nghiệm............................................................................48
3.4. Khảo sát tham số..............................................................................................50
3.5. Kết luận chương 3 ...........................................................................................51
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................................52
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................53
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)
BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC
PHẢN BIỆN.

5. TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH GIÀN ẢO
TRONG TÍNH TOÁN DẦM CAO ỨNG LỰC TRƯỚC
Học viên: Nguyễn Gia Tuyến Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN
Mã số: 60.58.02.08 , Khóa: K34 Khánh Hòa, Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHĐN
Tóm tắt – Trong tính toán, thiết kế dầm thông thường , giả thiết Bernulli là một giả
thiết quan trọng. Tuy nhiên, giả thiết này không còn chính xác với các dầm cao do phân bố
biến dạng trong dầm cao là phi tuyến. Mô hình giàn ảo là phương thức thiết kế đơn giản và
hiệu quả cho kết cấu dầm cao khi giả thiết tính toán theo Bernulli không còn chính xác.
Hiện nay, các nghiên cứu chỉ thực hiện tính toán dầm cao bằng mô hình giàn ảo đối
với dầm cao thông thường, dầm cao có khoét lỗ…và chưa có nhiều các nghiên cứu đề cập
đến tính toán dầm cao dự ứng lực trước. Vì vậy, việc nghiên cứu tính toán dầm cao ứng lực
trước bằng mô hình giàn ảo là cần thiết để đưa ra các giải pháp bố trí cáp và cấu tạo cốt
thép phù hợp với các ứng xử của dầm. Luận văn này sẽ nghiên cứu mô hình giàn ảo cho
dầm cao bê tông ứng lực trước và ứng dụng nó để thiết lập quy trình tính toán thiết kế.
Chương trình thực nghiệm được thực hiện để xác minh quy trình thiết kế.
Từ khóa – Mô hình giàn ảo (STM), dầm cao, bê tông ứng lực trước, khả năng chịu
cắt của dầm cao, phân bố ứng suất
APPLICATION OF STRUT-AND-TIE MODEL
FOR PRESTRESSED CONCRETE DEEP BEAMS DESIGN
Abstract – Reinforced concrete beam design, the Bernulli hypothesis is an important
assumption. However, this hypothesis is no longer accurate with deep beams because
deformation distribution in deep beams is nonlinear. Strut and tie model is a simple and
effective design method for deep beam structure when the calculation hypothesis according
to Bernulli is no longer accurate.
Currently, the studies only perform deep beam calculations by strut and tie model for
normal deep beams, deep beams with holes ... and there are not many studies mentioning
the pre-stressed concrete beams. Therefore, it is necessary to study the calculation of pre-
stressed concrete beams with strut and tie models to provide cable layout solutions and
reinforcement structure suitable for beam behavior. This thesis will study the strut and tie
model for pre-stressed concrete beams and apply it to establish the design calculation
process. Experimental programs are performed to verify the design process.
Keywords – Strut and Tie Model (STM); Deep beam; Prestressed concrete; strength
shear of deep beam; stress fields.

6. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CÁC KÝ HIỆU
fcu : Cường độ nén hiệu quả của vùng nút
Fnn : Cường độ chịu nén danh định của bê tông vùng nút
Anz : Diện tích mặt cắt vuông góc với phương chịu lực
n : Hệ số hiệu quả
fc’ : Cường độ chịu nén
d : Chiều cao dầm
b : Bề rộng dầm
Acs : Diện tích mặt cắt ngang hữu hiệu của thanh chịu nén
Fns : Cường độ thanh chịu nén
s : Hệ số hiệu quả
Fnt : Cường độ của thanh giằng
nbc : Số lượng thanh thép chịu nén
fy : Cường độ chịu kéo của cốt thép
Ri : Bán kính vết nứt
A : Khoảng cách từ gối tựa tới điểm đặt lực
d : Chiều cao dầm
P : Tải trọng tập trung
N : Lực dọc trong các thanh dàn
li : Chiều dài các thanh dàn
Ec : Mô đun đàn hồi của bê tông
Es : Mô đun đàn hồi của cốt thép
Rb : Cường độ chịu nén của bê tông
Rs : Cường độ chịu kéo của cốt thép
: Hệ số sức kháng
wt : Bề rộng thanh giằng
wc : Bề rộng thanh chống
a1 : Khoảng cách giữa hai vị trí đặt tải

7. DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Tra hệ số βs, βn là hệ số hiệu quả...............................................................13
Bảng 2.1. Kích thước hình học của dầm....................................................................33
Bảng 2.2. Thông số vật liệu cáp ứng lực trước..........................................................34
Bảng 2.3. Bê tông và cốt thép thanh ..........................................................................34
Bảng 3.1. Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông.........................................................44
Bảng 3.2. Số liệu thí nghiệm kéo cốt thép thanh 10................................................45
Bảng 3.3. Đặc tính kỹ thuật của cáp dự ứng lực........................................................45

8. DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Ứng dụng mô hình giàn ảo...........................................................................4
Hình 1.2. Mô hình giàn ảo của dầm bê tông cốt thép nhịp đơn giản ..........................5
Hình 1.3. Giàn đúng và không đúng............................................................................8
Hình 1.4. Từ dạng bố trí của các vết nứt suy ra dạng hợp lý của mô hình giàn ảo ....8
Hình 1.5. Thanh chống.................................................................................................9
Hình 1.6. Các vùng nút thủy tĩnh...............................................................................10
Hình 1.7. Các vùng nút trong phần giao nhau của cấu kiện......................................11
Hình 1.8. Các mô hình tính toán kích thước thanh chống.........................................12
Hình 1.9. Dầm cao......................................................................................................14
Hình 1.10. Quỹ đạo ứng suất......................................................................................15
Hình 1.11. Dầm cao chịu tải trọng mép đáy ..............................................................16
Hình 1.12. Mô hình giàn ảo của một dầm cao...........................................................17
Hình 1.13. Dầm cao liên tục hai nhịp ........................................................................18
Hình 1.14. Mô hình giàn ảo đối với một dầm liên tục hai nhịp ................................19
Hình 1.15. Mô hình giàn ảo và sơ đồ bố trí cốt thép đối với dầm giản đơn. ............21
Hình 1.16. Mô hình giàn ảo và sơ đồ bố trí cốt thép đối với dầm liên tục................22
Hình 2.1. Dầm cao hai lực tập trung..........................................................................25
Hình 2.2. Ứng suất nén chính trong dầm cao với tỷ lệ a/d=0,5.................................26
Hình 2.3. Ứng suất nén chính trong dầm cao với tỷ lệ a/d=1....................................26
Hình 2.4. Sơ đồ giàn ảo hai lực tập trung chịu ứng lực trước ...................................26
Hình 2.5. Mô hình giàn ảo hiệu chỉnh cho mô hình dầm cao ứng lực trước ............27
Hình 2.6. Giản đồ tính dầm cao ứng lực trước sử dụng mô hình giàn ảo.................31
Hình 2.7. Bố trí cốt thép dầm cao ứng lực trước .......................................................33
Hình 3.1. Công tác lắp đặt cốt thép cho dầm bê tông ứng lực trước.........................38
Hình 3.2. Công tác lắp đặt strain gauge vào cốt thép chủ .........................................39
Hình 3.3. Mẫu thí nghiệm sau khi hoàn thành công tác chế tạo ...............................39
Hình 3.4. Đổ bê tông cho mẫu thí nghiệm.................................................................40
Hình 3.5. Đúc mẫu bê tông mẫu trụ 150×300mm và dưỡng hộ................................43
Hình 3.6. Thí nghiệm nén mẫu bê tông .....................................................................44
Hình 3.7. Thí nghiệp ép chẻ.......................................................................................44
Hình 3.8. Mẫu thép, thí nghiệm kéo thép ..................................................................44
Hình 3.9. Lắp đặt thiết bị và thiết bị đo cho mẫu dầm cao thường ...........................46
Hình 3.10. Vết nứt ở cấp tải P = 210kN ....................................................................47

9. Hình 3.11. Vết nứt ở cấp tải P = 300kN ....................................................................47
Hình 3.12. Vết nứt ở cấp tải P = 396.9kN .................................................................48
Hình 3.13. Chiều rộng vết nứt ở cấp tải P = 396.9kN ...............................................48
Hình 3.14. Đồ thị quan hệ tải trọng và chuyển vị......................................................49
Hình 3.15. Chuyển vị tại mặt trên và mặt dưới tại giữa nhịp dầm............................49
Hình 3.16. Đồ thị tải trọng biến dạng nén trong bê tông tại mặt trên của dầm.........50
Hình 3.17. Đồ thị tải trọng - biến dạng của cốt thép ϕ10 trong thanh kéo...............50
Hình 3.18. Ảnh hưởng cường độ bê tông đến khả năng chịu lực của dầm...............51

10. 1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong thiết kế, tính toán dầm thông thường thì giả thiết Bernulli là một giả
thiết quan trọng. Tuy nhiên giả thiết này không còn chính xác với các dầm cao do
phân phối biến dạng trong dầm cao là phi tuyến. Do đó phương pháp tính toán như
dầm thông thường không còn phù hợp đối với tính toán dầm cao, cần một phương
pháp khác. Và một phương pháp được áp dụng thiết kế, tính toán dầm cao là
phương pháp mô hình “giàn ảo”.
Hiện nay, phương pháp mô hình giàn ảo được chấp nhận để phân tích và tính
toán kết cấu, và đã có trong tiêu chuẩn ACI, Eurocode. Đã có nhiều đề tài, nhiều bài
viết liên quan đến việc tính toán dầm cao bằng phương pháp mô hình giàn ảo.
Tuy nhiên, cùng một cấu kiện dầm cao có thể chọn được nhiều mô hình giàn
ảo khác nhau để tính toán (do mô hình giàn ảo chỉ yêu cầu về đường tải trọng và
cân bằng tĩnh), kết quả sẽ khác nhau với các mô hình được chọn khác nhau. Hiện
nay, các nghiên cứu chỉ thực hiện tính toán dầm cao bằng mô hình giàn ảo đối với
dầm cao thông thường, dầm cao có khoét lỗ….và chưa thấy nghiên cứu đề cập đến
tính toán dầm cao dự ứng lực trước. Vì vậy, việc nghiên cứu tính toán dầm cao dự
ứng lực trước bằng phương pháp mô hình giàn ảo là cần thiết để đưa ra các giải
pháp cấu tạo, khảo sát các ứng xử, trạng thái làm việc của kết cấu nhằm áp dụng
hiệu quả tính toán dầm cao dự ứng lực trước bằng phương pháp mô hình giàn ảo
trong xây dựng nhà cao tầng có không gian kiến trúc các tầng dưới được thông
thoáng rộng rãi không bị vướng nhiều các hệ cột. Đó là lý do để thực hiện đề tài:
“Ứng dụng mô hình giàn ảo trong thiết kế dầm cao ứng lực trước”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Tổng quan về mô hình chống giằng và các mô hình chống giằng trong thiết kế
dầm cao sử dụng bê tông cốt thép thường, bê tông cốt thép ứng lực trước.
Xây dựng mô hình giàn ảo, thiết kế chế tạo mẫu và thực hiện thí nghiệm mẫu
dầm bê tông cốt thép ứng lực trước và đề xuất quy trình tính toán cho dầm cao sử
dụng bê tông cốt thép ứng lực trước.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Dầm cao.

11. 2
Phạm vi nghiên cứu: Mô hình giàn ảo trong thiết kế dầm cao bê tông cốt
thép ứng lực trước.
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp lý thuyết:
Thu thập tài liệu, tìm hiểu lý thuyết tính toán dầm cao, lý thuyết mô hình
giàn ảo trong tiêu chuẩn ACI và các tài liệu hiện có về mô hình giàn ảo tính toán
cho dầm cao bê tông cốt thép.
Đề xuất quy trình thiết kế dầm cao sử dụng mô hình giàn ảo trong thiết kế
dầm cao sử dụng bê tông cốt thép ứng lực trước, khảo sát các tham số ảnh hưởng.
Phương pháp thực nghiệm:
Xác minh kết quả tính toán lý thuyết với kết quả thực nghiệm.
5. Kết quả dự kiến
Mô hình giàn ảo trong thiết kế dầm cao ứng lực trước
Trình tự tính toán thiết kếdầm cao bằng mô hình giàn ảo sử dụng bê tông cốt
thép ứng lực trước.
Các kết quả thí nghiệm xác minh kết quả tính toán.
6. Bố cục đề tài
Đề tài gồm có 3 chương:
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH GIÀN ẢO VÀ BÊ TÔNG CỐT
THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC
Chương 2: MÔ HÌNH GIÀN ẢO SỬ DỤNG CHO DẦM CAO BÊ TÔNG
CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC
Chương 3: XÁC MINH QUY TRÌNH TÍNH TOÁN VỚI THÍ NGHIỆM

12. 3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH GIÀN ÁO VÀ BÊ TÔNG
CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC
1.1. SƠ LƯỢC VỀ MÔ HÌNH GIÀN ẢO VÀ ỨNG DỤNG CỦA MÔ HÌNH
GIÀN ẢO
Cấu kiện BTCT khi xét ở giới hạn cực hạn sẽ có sự thay đổi lớn trong trạng
thái làm việc của các bộ phận cấu kiện. Trạng thái làm việc của các bộ phận được
chia làm hai dạng:
Vùng chịu lực theo kiểu dầm:Vùng này được khảo sát dựa trên cơ sở giả
thuyết Becnuli, lý thuyết dầm.
Vùng chịu lực có đặc tính không liên tục về hình học hoặc về tĩnh học được
gọi là vùng D.
Trong vùng B trạng thái ứng suất tại một mặt cắt bất kỳ dễ dàng tính toán từ
các tác động tại một mặt cắt bằng các phương pháp thông thường, với điều kiện là
vùng này không bị nứt và thỏa mãn định luật Húc, các ứng suất sẽ được tính toán
theo lý thuyết uốn sử dụng các đặc trưng mặt cắt.
Trong vùng D trạng thái ứng suất bị thay đổi đột ngột, bị gián đoạn về hình
học (những chổ bị lồi lõm, các góc khung..) hoặc bị gián đoạn về tĩnh học ( những
nơi có lực tập trung). Gián đoạn tĩnh học phát sinh từ các lực tập trung hoặc các
phản lực gối và các neo cốt thép dự ứng lực.
Cách giải quyết vùng D: Từ trước đến nay phần lớn việc tính toán kết cấu bê
tông cốt thép chỉ quan tâm nhiều đến vùng B, việc tính toán thiết kế vùng D thường
dựa trên kinh nghiệm hoặc quan sát thực nghiệm. Trong thời gian gần đây việc
nghiên cứu tính toán vùng D đã được các tổ chức: Hiệp hội bê tông dự ứng lực, viện
bê tông Hoa kỳ và Ủy ban bê tông Châu Âu nghiên cứu đưa ra những quy định tiêu
chuẩn thiết kế đối với vùng D khá chi tiết. Theo các tổ chức này thì trạng thái làm
việc của bê tông trong giai đoạn giới hạn cực hạn được tính theo mô hình toán cơ và
mô hình tốt nhất được sử dụng là mô hình hình giàn ảo.

13. 4
1.2. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH GIÀN ẢO
Mô hình giàn ảo được ứng dụng trong phân tích và thiết kế cho vùng gần tải
trọng tập trung, các góc và các liên kết của khung, vùng gần lỗ hổng, những vùng
có biến dạng phi tuyến.
Hình 1.1. Ứng dụng mô hình giàn ảo
Các giả thiết cấu tạo và nguyên lý chung lập mô hình giàn ảo
Trạng thái làm việc của vùng D có thể được mô tả như sau:
Trước khi hình thành vết nứt, một trường ứng suất đàn hồi tồn tại có thể xác
định bằng cách sử dụng phương pháp phân tích đàn hồi. Khi hình thành vết nứt sẽ
làm đảo lộn trường ứng suất này, gây ra sự phân bố, định hướng lại mà chủ yếu là
các thành phần nội lực. Sau khi hình thành vết nứt các thành phần nội lực có thể
được mô hình hóa bằng cách sử dụng mô hình giàn ảo. Khi đó có thể tưởng tượng
kết cấu bê tông côt thép được mô phỏng bằng một kêt cấu giàn ảo bao gồm các
thanh chịu nén, các thanh giằng chịu kéo và các nối cuả các thanh đó là vùng nút
của giàn ảo. Nếu phần đầu mút của thanh chống hẹp hơn so với ở đoạn giữa của các
chống này có thể nứt theo chiều dọc. Các thanh cống có cốt thép nằm ngang để chống
nứt có thể chịu tải trọng lớn hơn và sẽ hư hỏng do bị nén vỡ. Sự hư hỏng cũng có thể do
sự chảy dẻo của các thanh giằng chịu kéo có chiều hướng phá hoại dẻo.

14. 5
Hình 1.2. Mô hình giàn ảo của dầm bê tông cốt thép nhịp đơn giản
a. Các giả thiết
Xét dầm đơn giản chịu tác dụng của lực tập trung, bị nứt:
Trong dầm sẽ có hệ lực với các thành phần :
(1) Lực nén trong bản cánh dầm phía đỉnh, Ct;
(2) Lực kéo phía đáy, Tb;
(3) Lực kéo thẳng đứng trong cốt thép đai, Tv;
(4) Lực nén nghiêng trong thanh chéo bê tông giữa các vết nứt xiên, Ci;
Hệ lực này được thay thế bằng một mô hình giàn ảo. Để thiệt lập mô hình
giàn ảo, cần có các giả định và đơn giản hóa. Cụ thể như sau:
+ Tất cả cốt thép đai bị cắt theo mặt cắt A-A được mô hình hóa thành một
cấu kiện thẳng đứng b-c gọi là thanh giằng (ảo).
+ Tất cả cấu kiện bê tông bị cắt theo mặt cắt B-B được mô hình hóa thành
cấu kiện e-f gọi là thanh chống (ảo). Cấu kiện xiên này chịu ứng suất nén để kháng
lại lực cắt trên mặt cắt B-B.
+ Phần biên trên giàn ảo chịu nén dọc là một lực thực sự trong bê tông
nhưng được biểu diễn dưới dạng một cấu kiện giàn ảo.
+ Các cấu kiện nén trong giàn ảo được vẽ bằng các đường nét đứt để ám chỉ
chúng là các lực trong bê tông. Các cấu kiện chịu kéo được quy ước vẽ bằng đường
nét liền.

15. 6
b. Các bước chung để thành lập một mô hình giàn ảo
Đầu tiên phải xác định đầy đủ các điều kiện biên của những vùng được mô
hình hóa, ta có thể làm như sau:
+ Xác định kích thước hình học, tải trọng, điều kiện gối của toàn bộ kết cấu.
+ Chia 3 kích thước kết cấu bằng những mặt phẳng khác nhau để dễ dàng
phân tích riêng bởi mặt trung bình của hệ thanh. Phần lớn các trường hợp kết cấu sẽ được
chia theo các mặt trực giao hoặc có thể song song với nhau.
+ Xác định phản lực gối bằng các sơ đồ tĩnh học lý tưởng. Với những kết cấu
siêu tĩnh, giả thiết sự làm việc là đàn hồi tuyến tính.
+ Chia kết cấu thành những vùng B và D
+ Xác định nội ứng suất của những vùng B và xác định kích thước của những
vùng B và xác định kích thước của những vùng B bằng mô hình giàn ảo hoặc sử
dụng những phương pháp thông thường mà quy trình thiết kế đã cho phép.
+ Xác định những lực tác dụng riêng lên vùng D để phục vụ cho việc xét
đường truyền lực của chúng. Ngoài tải trọng ra còn phải xét những ứng suất biên
trong những mặt cắt phân chia các vùng D và B, chúng được lấy từ kết quả thiết kế
vùng B theo các giả định và mô hình của vùng B.
+ Kiểm tra những vùng D riêng rẽ theo sự cân bằng.
c. Định hướng tối ưu hóa mô hình giàn ảo
Hiểu biết về sự phân bố ứng suất là tối quan trọng đối với người thiết kế, cho
phép chúng ta giảm đi một số lượng lớn các mô hình mà vẫn đảm bảo được các điều
kiện sử dụng đặt ra của kết cấu. Do vậy để tạo thuận lợi cho việc định hướng, các
mô hình theo dòng lực biểu thị bởi ứng suất đàn hồi.
Để đưa ra cách bố trí cốt thép thích hợp và khả thi cần có một vài điều chỉnh
mô hình theo dòng lực và phù hợp với các đặc tính đặc trưng riêng của kết cấu bê
tông cốt thép. Điều này bao gồm các yếu tố sau:
+ Cách bố trí cốt thép nên thỏa mãn các yêu cầu thực tế để đơn gianr hóa
việc lập mô hình như sử dụng cốt thép thẳng với số lượng các chổ uốn cong là tối
thiểu, nên bố trí các cốt thép thẳng góc và song song với các cạnh của kết cấu khi có
thể.

16. 7
+ Các cốt thép gần bề mặt nên được đặt lựa theo các cạnh và các mặt của kết
cấu để khống chế nứt một cách hợp lý.
+ Trong trạng thái bê tông đã nứt, các thanh cốt thép sẽ hướng theo dòng của
các lực kéo, thực chất chúng là các thanh kéo của mô hình, vị trí biết trước.
+ Sự sắp xếp của cốt thép cần phải đủ tương ứng với mọi trường hợp tải
trọng khác nhau. Điều này là một trong các lý do giải thích tại sao quỹ đạo ứng suất
không phải là cơ sở duy nhất để thiết kế cốt thép, mà quỹ đạo ứng suất sẽ biến đổi
như một hàm của tải trọng.
+ Sự hình thành các vết nứt và biến dạng dẻo của vật liệu kết cấu sẽ làm
phân phối lại nội lực như được xác định trên cơ sở của lý thuyết đàn hồi. Mô hình
lựa chọn mang những lực tối thiểu và biến dạng có thể. Vì các thanh kéo có biến
dạng lớn hơn các thanh chống nên mô hình các thanh kéo nhỏ nhất và ngắn nhất sẽ là tốt
nhất. Trong trường hợp nghi vấn, kết quả chiều dài thanh li và lực kéo Ti có thể sử dụng
như một tiêu chuẩn để tối ưu hóa mô hình:
imum
li
Ti min
* (1.1)
Với trường hợp ngoại lệ, các thanh chống chịu ứng suất lớn trên một chiều dài
đáng kể, vì vậy nó sẽ có biến dạng trung bình tương cao tương tự như biến dạng của các
thanh kéo, nó cũng được đưa ra trong tiêu chuẩn tối ưu:
imum
li
Fi i min
*
* (1.2)
Trong đó:
Fi : Lực trong thanh chống hoặc thanh nén thứ i
Li : Chiều dài của thanh i
i : Biến dạng trung bình của thanh i

17. 8
Hình 1.3.Giàn đúng và không đúng
Cách tiếp cận này sẽ cho phép cùng một lúc xem xét các biến dạng nhỏ hơn
của các thanh kéo trong kết cấu bê tông đã nứt hoặc chưa nứt. Nguyên tắc này giúp
loại trừ các mô hình sai.
d. Sự phù hợp mô hình giàn ảo với thực trạng vết nứt
Nếu có sẵn về bức ảnh về các mẫu vết nứt thì có thể giúp ta chọn một mô
hình giàn ảo tốt nhất.
Hình sau thể hiện mẫu vết nứt trong một đầu lắp mộng ở vùng tựa của một
dầm đúc sẵn.
Hình 1.4. Từ dạng bố trí của các vết nứt suy ra dạng hợp lý
của mô hình giàn ảo

18. 9
Trong hình (d) thanh chống B-D đi qua một vùng nứt mẫu thí nghiệm, điều
này cho thấy đấy không phải là vị trí hợp lý với thanh chống.
Kết cấu của mô hình giàn ảo
Kết cấu và hình dạng của mô hình giàn ảo được xác định bằng cánh tay đòn
nội ngẫu lực z giữa hai thanh mạ và góc của thanh chống xiên hoặc ứng suất nén
của thân giàn ảo. Việc xác định z và theo nguyên tắc sau.
a. Cánh tay đòn ngẫu lực z
Được xác định từ việc thiết kế chịu uốn của mặt cắt ngang tại các vị trí có
moment lớn nhất. Nó được xem là không đổi trong suốt vùng có moment uốn giữ
nguyên dấu.
Z=j.d (1.3)
Với j : Hệ số không thứ nguyên (theo ACI lấy gần đúng =0,875-1)
d : Chiều cao mặt cắt ngang dầm
Góc nghiêng của thanh chống xiên
Được xác định từ việc thiết kế chịu cắt của mặt cắt ngang và những thay đổi
về độ lớn của lực dọc trục hoặc lực căng trước. Nó được xem là không đổi trong
suốt vùng có lực cắt giữ nguyên dấu.
Các bộ phận cấu thành của mô hình giàn ảo
a. Thanh chịu nén ảo
Hình 1.5. Thanh chống

19. 10
Trong mô hình giàn ảo, các thanh chống tương ứng với các trường ứng suất
nén của bê tông theo hướng của thanh chống. các thanh chống được lý tưởng hóa 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 hai đầu. Đôi khi là thành dạng hình chai hoặc các mô hình giàn 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 chống và
giằng, các thanh chống được thể hiện bằng các đường đứt dọc theo trục của các
thanh chống.
e. Các thanh chịu kéo ảo
Bộ phận cấu thành chính thứ hai của một mô hình giàn ảo là thanh chịu kéo. Thanh
chống này tương đương với một hoặc một vài lớp cốt thép đặt cùng hướng được
thiết kế với As.fy Tntrong đóTn = Tu là lực do thanh kéo kháng lại.
Các thanh giằng chịu kéo có thể bị phá hỏng do không co neo giằng ở đầu.
sự neo giằng của các thanh chịu kéo trong các vùng nút là một phần quan trọng của
việc tính toán thiết kế vùng D sử dụng mô hình giàn ảo. Các thanh chịu kéo thể hiện
bằng các đường liền nét trong mô hình giàn ảo.
f. Các nút của giàn ảo
Các mối nối trong mô hình thanh chịu kéo và thanh chống còn được hiểu như
là các vùng nút. Ba hoặc nhiều lực gặp nhau tại một nút. Các lực gặp nhau tại một
nút phải cân bằng. có nghĩa là Fx=0, Fy = 0 vµ M = 0đối với điểm nút. Điều
kiện thứ 3 ngụ ý rằng các đường tác dụng lực phải đi qua một điểm chung hoặc có
thể phân tích được thành các lực mà chúng tác dụng qua một điểm chung.
Hình 1.6. Các vùng nút thủy tĩnh

20. 11
Các vùng nút được phân loại thành:
Nút CCC: Ba lực nén gặp nhau
Nút CCT: Một trong các lực là lực kéo
Cũng có thể là các mối nối CTT và TTT
Hình 1.7. Các vùng nút trong phần giao nhau của cấu kiện
Nội lực trong mô hình giàn ảo
a. Cường độ nút
Cường độ chịu nén danh định của bê tông vùng nút nn
F được xác định:
.
nn cu n
F f A (1.4)
Trong đó: An diện tích mặt cắt vuông góc với phương chịu lực (mm2
), fcelà
cường độ nén hiệu quả của vùng nút (MPa):
'
0,85. .
cu s c
f B f (1.5)
Với: β2 là hệ số hiệu quả xác định theo Bảng 1.1, '
c
f là cường chịu nén (MPa)
b. Cường độ thanh chịu nén
'
.
ns cu c
F f A (1.6)
Trong đó: fcu là cường độ chịu nén hiệu quả (MPa), Ac là diện tích mặt cắt
ngang hữu hiệu của thanh chịu nén (mm2
)
Diện tích mặt cắt ngang hữu hiệu của thanh chịu nén Acs được xác định:
Trường hợp a): Đây là dạng nút hay gặp trong các dầm để mô hình hóa vùng
neo của cốt thép đai với các cốt thép dọc. Về mặt chịu lực, đây là nút CTT (1 thanh
nén, 2 thanh kéo). Do các thanh cốt thép đứng được neo bởi thanh cốt thép dọc nên

21. 12
độ cứng của thanh cốt thép dọc sẽ ảnh hưởng đến chiều rộng của thanh nén. Phạm
vi ảnh hưởng này được lấy là 6 lần đường kính thanh cốt thép dọc (6dba) về mỗi
phía của thanh cốt thép đứng. Nếu chiều dày của cấu kiện vượt quá 6dba về mỗi phía
của thanh cốt thép dọc thì kích thước theo chiều dày của thanh nén được xác định
như trên mặt cắt x-x.
a)Thanh nén được neo bằng cốt thép
b) Thanh nén được neo bằng gối và cốt thép c) Thanh nén được neo bằng gối và
thanh nén
Hình 1.8. Các mô hình tính toán kích thước thanh chống
Trường hợp b): đây là dạng nút hay gặp ở khu vực đầu dầm có gối hoặc nơi
đặt lực tập trung ở các dầm cao. Về mặt chịu lực, nút này có dạng CCT (hai thanh
nén, một thanh kéo). Chiều cao của nút ha được tính toán trên cơ sở chiều cao cần
thiết để đủ bố trí các thanh cốt thép chịu kéo và bề rộng vùng ảnh hưởng của cốt
thép. Nếu các thanh cốt thép được neo đầy đủ, bề rộng vùng ảnh hưởng được lấy
bằng 6dba như đã nêu trên. Khi đã biết chiều cao vùng nút ha và bề rộng tấm gối lb, chiều
rộng có hiệu của thanh nén sẽ được xác định theo nguyên tắc nút thủy tĩnh và sự mở rộng
vùng nút đã trình bày ở trên.

22. 13
Trường hợp c): là dạng nút hay gặp trong mô hình dầm cao, vai đỡ …về mặt
chịu lực, dạng nút này có kiểu CCC (3 thanh nén). Khi đã biết chiều cao của 1 thanh
nén hs và bề rộng của tấm kê gối hay đặt lực lb, chiều cao của thanh nén còn lại cũng
được tính theo nguyên tắc nút thủy tĩnh.
Cường độ nén hiệu quả fcetrong thanh nén được xác định:
'
0,85. .
cu s c
f B f (1.7)
Trong đó: '
c
f là cường chịu nén (MPa)
Bảng 1.1. Tra hệ số βs, βn là hệ số hiệu quả
Kiểu thanh chống hay nút của mô hình giàn ảo βs, βn
Đối chiếu
ACI 381-11
Thanh chốnghình trụ (tiết diện không đổi theo chiều dài) 1.00 A.3.2.1
Thanh chống hình cổ chai có thép giằng thỏa mản
A.3.3(*)
0.75 A.3.2.2
Thanh chống hình cổ chai không thép giằng thỏa mản
A.3.3(*)
0.60 A.3.2.2
Thanh chống của của KC chịu kéo hay trong cánh chịu
kéo của KC
0.40 A.3.2.3
Các trường hợp thanh chống khác 0.60 A.3.2.4
Nút kiểu CCC 1.00 A.5.2.1
Nút kiểu CCT 0.80 A.5.2.2
Nút kiểu CTT hoặc kiểu TTT 0.60 A.5.2.3
c. Cường độ của thanh giằng
Cường độ danh định của thanh kéo được xác định thông qua cường độ của cốt
thép thường và dự ứng lực:
( )
nt y ts se p tp
F f A f f A (1.8)
Trong đó: Ats là tổng diện tích của cốt thép dọc thường trong thanh giằng (mm2
),
Atplà diện tích thép dự ứng lực (mm2
), fy là cường độ chảy của cốt thép dọc thường (MPa),
fselà ứng suất trong thép dự ứng lực do tạo dự ứng lực (MPa).

23. 14
1.3. TỔNG QUAN VỀ DẦM CAO
1.3.1. Khái niệm về dầm cao
Tác động dầm được xét đến khi thiết kế chịu uốn ln/dc nhỏ hơn hoặc bằng
5/2 (đối với các nhịp liên tục) hoặc 5/4 đối với nhịp đơn, các nhịp ngắn hơn phải
được thiết kế có “tính đến sự biến dạng không tuyến tính. Tác động của dầm cao
còn được xét đến khi thiết kế chịu cắt nếu ln/d nhỏ hơn 5. Vậy dầm cao là dầm mà
trong đó lực nén của tải trọng tập trung đáng kể tại các gối đỡ. Điều này xuất hiện
nếu tải trọng tập trung lớn hơn khoảng 2d tới gối đỡ hoặc đối với dầm các tải trọng
phân bố đều có tỷ số nhịp với chiều cao ln/d nhỏ hơn khoảng 4 đến 5.
Hình 1.9. Dầm cao

24. 15
1.3.2. Các phân tích và trạng thái làm việc của dầm cao.
Hình 1.10. Quỹ đạo ứng suất
Những phân tích đàn hồi đối với các dầm cao ở trạng thái chưa nứt chỉ có ý
nghĩa trước khi hình thành vết nứt. Trong một dầm cao, sự hình thành vết nứt sẽ
xuất hiện ở một phần ba đến một nữa tải trọng giới hạn. Sau khi các vết nứt phát
triển, sự phân bố lại các ứng suất chính là cần thiết vì có thể không có lực kéo
ngang qua vết nứt, kết quả phân tích đàn hồi là mối quan tâm chủ yếu vì chúng thể
hiện sự phân bố các ứng suất gây ra vết nứt và đưa ra chỉ dẫn về hướng cho vết nứt
và dòng lực sau khi nứt. Trong hình 2.a, các đường đứt nét là các quỹ đạo ứng suất
nén song song với hướng của ứng suất nén chính và các đường liền nét là các quỹ
đạo ứng suất kéo song song với các ứng suất kéo chính.các vết nứt được dự đoán
xuất hiện vuông góc với các đường liền nét (song song với các đường liền nét đứt)
Trong trường hợp dầm giản đơn đỡ tải trọng tập trung giữa nhịp, các ứng suất
nén chính tác dụng gần như song song với các đường nối tải trọng và các trục đỡ,
các ứng suất kéo chính lớn nhất tác dụng song song với đáy dầm, các ứng suất nén
và các ứng suất kéo ngang trên mặt phẳng thẳng đứng ở điểm giữa nhịp (hình 1.10)
Dầm giản đơn đàn hồi chưa nứt đỡ một tải trọng đều có các quỹ đạo ứng suất
như thể hiện trong hình 1.9.Sự phân bố các ứng suất ngang trên các mặt phẳng

25. 16
thẳng đứng tại giữa nhịp và tại 1/4 nhịp. Các quỹ đạo ứng suất có thể được biểu
diễn bằng một giàn giản đơn hoặc một giàn phức tạp hơn. Trong trường hợp đầu
tiên, tải trọng được chia thành hai phần, mỗi phần được thể hiện bằng một vectơ
hợp lực của nó. Trong trường hợp thứ hai tải trọng được chia làm bốn phần. Góc
thay đổi từ 68o
đối với l/d = 1,0 hoặc nhỏ hơn đến khoảng 55o
đối với l/d = 2,0.
Hình 1.10a thể hiện quỹ đạo ứng suất đối với một dầm cao đỡ tải trọng đều tác
dụng lên một mép tại mặt dưới dầm. Các quỹ đạo chịu nén tạo nên một vòm với các
tải trọng treo từ vòm đó ( hình 1.10b và 1.10c ), mẫu vết nứt như hình 1.10d thể
hiện tải trọng được truyền từ trên nhờ cốt thép cho đến khi nó tác dụng lên vòm chịu
nén, sau đó vòm truyền tải trọng xuống trụ đỡ.
Biểu đồ tương tự được đưa ra trong hình 1.11. và các mô hình giàn cho thấy
lực trong thanh giằng dọc sẽ không đổi dọc theo chiều dài của dầm cao. Điều này có
nghĩa là lực này phải được nén chặt lại tại các mối nối trên khắp các phản lực.
Sự hư hỏng có liên quan đến phần trên là nguyên nhân chính gây ra sự cố
trong dầm cao.
Hình 1.11. Dầm cao chịu tải trọng mép đáy
1.3.3. Các mô hình giàn ảo đối với dầm cao
Hình 1.12 thể hiện mô hình dàn ảo đối với 1 dầm cao. Các tải trọng phản lực,
các thanh chống và giằng được bố trí sao cho các trọng tâm của mỗi cấu kiện giàn
và các đường tác dụng của tải trọng tác dụng từ bên ngoài trùng nhau từ mối nối. Điều
này cần thiết cho sự cân bằng mối nối, trong một dầm bêtông cốt thép, sự neo dầm sẽ
được tiến hành hoàn chỉnh bằng các móc theo chiều thẳng đứng hoặc chiều nằm ngang,

26. 17
hoặc trong các trường hợp cực hạn bằng tấm neo như đã thể hiện.
Hình 1.12. Mô hình giàn ảo của một dầm cao
Ví dụ trong một dầm giản đơn với các cốt thép đai thẳng đứng, chịu tải trọng
tác dụng giữa nhịp. Đây là sự kết hợp của một vài giàn, một giàn sử dụng một thanh
chống trực tiếp kéo dài từ tải trọng đến trụ đỡ. Giàn này chịu lực cắt Vc. Một giàn
khác sử dụng các cốt thép đai như các cấu kiện chịu kéo thẳng đứng và có các quạt
chịu nén dưới tải trọng và trên các phản lực, lực thẳng đứng trong mỗi cốt thép đai
tính được bằng cách giả định là cốt thép đai đã chảy dẻo. Thành phần lực thẳng
đứng trong mỗi thanh chống chịu nén nhỏ phải bằng giới hạn chảy của cốt thép đai
của nó để mối nối ở trong trạng thái cân bằng, không sử dụng cốt thép đai phía xa
nhất, vì không thể kéo một thanh xiên chịu nén từ điểm đặt tải trọng đến đáy của cốt
thép này không lấn vào thanh chống chịu nén trực tiếp.

27. 18
Hình 1.13. Dầm cao liên tục hai nhịp
Ví dụ hình vẽ 1.13a thể hiện mô hình giàn ảo cho một dầm liên tục hai nhịp.
Hơn nữa, Các thanh chống được thể hiện bằng phần đánh bóng đậm, tại trụ đỡ bên
trong có hai giàn chịu tải trọng.

28. 19
Hình 1.14. Mô hình giàn ảo đối với một dầm liên tục hai nhịp
Giàn bên trên (hình1.14.b) sử dụng cốt thép đỉnh có lực kéo T2 và giàn bên
dưới ( hình 1.14.c ) sử dụng cốt thép có lực kéo T1. Độ lớn của mỗi giàn có thể dựa
trên hình dạng của các tam giác và các giá trị Ac.fy của cánh chịu kéo. Độ lớn của
dầm tìm được bằng cách cộng chúng lại với nhau, lực T1 và T2 neo tại các điểm
chịu tải và trụ đỡ tại các tấm gối. thực ra, các thanh cốt thép sẽ được neo bằng cách
kéo dài hoặc móc vượt ra ngoài các vị trí của các tấm neo gối. Lưu ý rằng các lực
kéo T1 và T2 được giả định là không đổi giữa các tấm neo gối.
1.3.4. Tính toán thiết kế, sử dụng các mô hình giàn ảo
Sự tính toán thiết kế dầm cao sử dụng mô hình giàn ảo bao gồm việc bố trí
một giàn truyền các tải trọng cần thiết. Một khi đã tìm ra được một giàn thỏa mãn,
các mối nối và các cấu kiện của giàn phải được thiết kế chi tiết để truyền các lực
cần thiết, các kích thước tổng thể của giàn phải đạt đến mức sao cho toàn bộ giàn
vừa khít bên trong dầm và có lớp ngoài tương xứng.
Các dầm cao liên tục là các cấu kiện rất cứng và theo đúng nghĩa là rất nhạy
với độ lún không đều giữa các trục đỡ của chúng do sự chuyển dịch móng và do
chiều cao không đều nhau giữa các cột đỡ dầm. Giai đoạn đầu tiên trong tính toán
thiết kế một dầm như vậy là ước tính vùng phản lực và sử dụng nó dể tính các
đường bao lực cắt và momen, mặc dù có thể xảy ra sự phân bố lại momen và lực cắt
nào đó nhưng tổng lượng sẽ bị giới hạn.
Vấn đề quan trọng là lựa chọn mô hình đỡ tải trọng. hướng của các thanh
chống chịu nén trong mỗi nhịp chịu cắt phải cùng hướng chung của các ứng suất
chính trong nhịp chịu cắt đó, các quỹ đạo ứng suất đã được đơn giản hóa sẽ thực sự
hữu ích trong việc thiết lập mô hình giàn, các nghiên cứu đã đưa ra đề nghị rằng các

29. 20
thanh chống nên được định hướng trong phạm vi ±15o
của các góc thể hiện trong
các hình này.
Khi có thể sử dụng được một vài giàn khác nhau, trong số đó, giàn nào có
lượng cột thép ít nhất giàn đó được xem là mô hình hóa chính xác nhất trạng thái
làm việc của một dầm bê tông. Giàn này sẽ đạt đến các quỹ đạo ứng suất đàn hồi,
do độ cứng của hai loại vật liệu bê tông và cốt thép khác nhau.
Nếu dầm đủ mảnh để các vùng quạt chịu nén tại tải trọng và trụ đỡ không
chồng lên nhau, thì sẽ không tồn tại thanh chống chịu nén chính thay vào đó sẽ là
một vùng chịu nén, trong trường hợp này góc của vùng chịu nén xác định được
bằng cách sử dụng phương trình sau:
'
10 110.( )
. . . .
u
c w
v
f b j d
(1.9)
Với 25o
<= <= 65o
Khi thiết lập hình dạng của giàn, ước tính về lực đầu tiên trong cấu kiện có thể
được xác định. Trong nhiều trường hợp, các giàn gần như rất khó xác định, tuy
nhiên các giàn như vậy có thể giải quyết được một cách dễ dàng bằng cách giả định
rằng các cốt đai chảy dẻo và cốt thép dọc chảy dẻo ở các điểm momen cực đại. Sau
đó có thể tính được lực trong mỗi cấu kiện và từ đó tính toán được kích thước cần
thiết đối với mỗi cấu kiện chịu nén để chịu các lực nén yêu cầu.Các thanh chống
chịu nén sẽ chịu ứng suất fce. Thông thường fce = 0,5 f’c trong các dầm cao.
Trong giai đoạn này điều thiết yếu là giàn sẽ được vẽ theo tỷ lệ nhất định để
thiết lập kích thước các phần tử thủy tĩnh tại giao điểm các cấu kiện giàn. Khi điều
này được thực hiện, độ nghiêng của một số thanh chống sẽ được thực hiện, độ
nghiêng của một số thanh chống sẽ được thay đổi và tính toán lại lực trong thanh
chống, sau đó mới đòi hỏi giàn phải vẽ lại theo tỉ lệ. Quá trình này được lặp lại cho tới
khi đạt được sự hội tụ, thường là một hoặc hai chu kỳ, khi quá trình này diễn ra, cốt
thép được lựa chọn để đủ cung cấp trị số As.fy bằng hoặc lớn hơn các lực kéo trong
mỗi cốt thép dài và trong các thanh giằng.
Các thanh xiên chịu nén tỏa ra từ điểm đặt tải cắt các cốt thép đai tại cao độ
trọng tâm của cốt thép đáy, do cần có sự thay đổi lực của cốt thép đáy để cân bằng

30. 21
với thành phần của lực ngang trong thanh xiên chịu nén. Lực trong cốt thép đáy bị
giảm xuống tại mỗi thanh cốt thép đai nhờ thành phần ngang của thanh xiên chịu
nén cắt nhau tại điểm đó, trong đó đường bậc thang thể hiện lực kéo hợp thành
trong cốt thép đáy, lực kéo được tính toán từ lý thuyết dầm M/jd thể hiện bằng
đường nét đứt.
Có thể thiết kế dầm cao bằng mô hình giàn ảo. Nên chú ý vị trí nút trên các
gối đỡ. Lượng cốt thép tối thiểu là 0,1% so với mặt cắt bê tông theo từng hướng nên
được bố trí trên từng mặt.
Mô hình giàn ảo là việc bố trí thép của một dầm cao trên hai gối được thể hiện
trên hình 1.15. Cánh tay đòn z nên đước lấy ở mức z = 0,6.l sao cho lực trong thanh
biên chịu kéo vào khoảng Fs = 0,2q.l = 0,4A ( A : phản lực tại gối tựa ).
Vùng gối của các dầm liên tục có thể được thiết kế bằng mô hình thể hiện trên
hình 1.16. Theo hướng dẫn của FIP , thường thì cốt thép trên toàn bộ vùng gối nên
được tính toán với lực Fs = 0,2q.l và nên đước bố trí trên toàn bộ chiều cao 0,6l, lực
trong thanh mạ chịu kéo nên lấy Fs = 0,16q.l ở tại đầu nhịp ( hình 1.16.a ) và Fs =
0.09.q.l ở các nhịp trung gian.
Hình 1.15. Mô hình giàn ảo và sơ đồ bố trí cốt thép đối với dầm giản đơn.

31. 22
Hình 1.16. Mô hình giàn ảo và sơ đồ bố trí cốt thép đối với dầm liên tục

32. 23
1.4. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC
Nghiên cứu về dầm cao bê tông ứng lực trước chưa được nghiên cứu phổ biến như
dầm cao thường, dầm cao có khoét lỗ. Một số nghiên cứu gần đây của Guo-Lin Wang
và Shao-Ping Meng năm 2008 đã góp phần làm sáng tỏ hơn về sự kết hợp giữa dầm
cao bê tông cốt thép với căng cáp ứng lực trước, là những tư liệu, kiến thức quý giá làm
nền tảng cho các nghiên cứu sâu hơn về dầm cao bê tông ứng lực trước.
1.4.1. Giới thiệu về dầm cao bê tông ứng lực trước
Với xu hướng phát triển của công nghệ cũng như phù hợp yêu cầu về mặt kiến
trúc, thẩm mỹ, kinh tế, cho công trình thì hệ kết cấu cột sẽ được giảm để tạo không
gian kiến trúc với nhiều ưu điểm nổi trội giải quyết bài toán không gian sử dụng
linh hoạt, dễ dàng cho việc bố trí không gian sử dụng phù hợp với công năng của
kiến trúc công trình, giảm số lượng cột, chiều cao thông thủy hợp lý, dễ dàng bố trí
các công năng sử dụng, ở Việt Nam kết cấu dầm cao được sử dụng nhiều cho các
công trình khách sạn, chung cư, cầu ….các khu dưới của các tòa nhà thường được
bố trí bãi đỗ xe, nhà hàng, trung tâm thương mại, hội trường, công viên,
showroom…hoạc các không gian mở theo yêu cầu kiến trúc. Với không gian kiến
trúc mở ở các tầng dưới và các hệ vách cột ở phía trên thì yêu cầu phải có một hệ
kết cấu vượt nhịp lớn của các hệ tầng trên và hệ tầng dưới, vì vậy các giải pháp kết
cấu dầm cao bê tông ứng lực trước này được sử dụng do yêu cầu kiến trúc của tòa
nhà. Các kết cấu dầm cao này phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật như cường độ cao,
chịu uốn , chịu cắt, chịu kéo
1.4.2. Ưu, nhược điểm của dầm cao ứng lực trước
a. Ưu điểm:
- Vượt nhịp lớn, giải quyết bài toán không gian kiến trúc,
- Tăng khả năng chịu lực của kết cấu,
b. Nhược điểm:
- Kích thước hình học lớn so với kết cấu bê tông cốt thép thông thường.
1.4.3. Các ứng dụng dầm cao bê tông ứng lực trước
- Giảm số lượng cột, dễ dàng bố trí các công năng sử dụng như trung tâm thương
mại, hội trường, showroom, các không gian mở theo yêu cầu kiến trúc.
- Kết cấu và nền móng ngoài khơi (bến cảng, nhà máy ven biển )

33. 24
1.5. Kết luận chương
Trong chương này, tác giả luận văn đã đề cập một số vấn đề sau:
- Lý thuyết về mô hình giàn ảo.
- Nêu được các phương pháp được sử dụng để lựa chọn mô hình giàn ảo
hiệu quả.
- Tổng quan về khái niệm và sự làm việc của dầm cao ứng lực trước.
- Trong chương 2 tác giả sẽ tìm hiểu mô hình giàn ảo cho dầm cao ứng lực
trước từ đó thiết lập quy trình thiết kế cho kết cấu dầm cao ứng lực trước.

34. 25
CHƯƠNG 2
MÔ HÌNH GIÀN ẢO CHO DẦM CAO SỬ DỤNG BÊ TÔNG
CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC
Hiện nay, dầm cao được sử dụng nhiều trong các công trình nhà cao tầng.
Kết cấu dầm cao ứng lực trước tỏ ra rất hiệu quả cho các dầm cao vượt nhịp lớn, nó
là giải pháp hợp lý cho bố trí không gian bên dưới và phân chia hệ kết cấu bên trên.
Tuy nhiên việc ứng dụng trong thực tế còn hạn chế do chưa có những tiếp cận về
mô hình và quy trình thiết kế cụ thể. Do đó, chương hai của luận văn sẽ cung cấp
một mô hình tính toán dầm cao ứng lực trước, xây dựng quy trình tính toán dựng
trên mô hình phân tích và thực hiện ví dụ để cụ thể hóa quy trình thiết kế.
2.1. MÔ HÌNH GIÀN ẢO TÍNH TOÁN DẦM CAO ỨNG LỰC TRƯỚC
Theo thực tế sự dụng, mô hình dầm cao chịu 2 lực tập trung đang được sử
dụng phổ biến (dầm chuyển đỡ 2 cột bên trên). Vì vậy, trong luận văn này tác giả
chọn dầm cao chịu hai lực tập trung (với tỉ lệ a/d=1) để nghiên cứu mô hình tính.
Khảo sát dầm cao chịu lực hai tập trung P. Khoảng cách hai gối tựa là L,
khoảng cách từ tải trọng tới vị trí gối tựa là a. Chiều cao dầm là d, khoảng cách giữa
hai vị trí đặt lực là a1.
a a a
L
d
1
Hình 2.1. Dầm cao hai lực tập trung
Sử dụng phần mềm sap 2000 để phân tích để quan sát ứng suất nén chính
trong dầm cao. Từ đó thấy được đường truyền tải trọng ở trong bài toán dầm cao
chịu hai lực tập trung.

35. 26
Hình 2.2. Ứng suất nén chính trong dầm cao với tỷ lệ a/d=0,5
Hình 2.3. Ứng suất nén chính trong dầm cao với tỷ lệ a/d=1
Hình trên cho thấy, trường hợp a/d= 0,5 đường tải trọng truyền trực tiếp từ vị
trí đặt tải tập trung tới gối tựa. Trường hợp a/d= 1 chúng ta thấy rõ đường truyền tải
trọng không phải là đường truyền thẳng từ vị trí đặt tải trọng tới gối tựa. Dựa vào
phân tích ứng suất đàn hồi trong dầm cao và lực nén trước trong cáp, tác giả sẽ lựa
chọn mô hình giàn áo như sau:
Vn Vn
P P
Hình 2.4. Sơ đồ giàn ảo hai lực tập trung chịu ứng lực trước
Tải bản FULL (72 trang): bit.ly/2Ywib4t
Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ

36. 27
Theo kết quả ứng suất của phân tích đàn hồi và nguyên tắc năng lượng biến
dạng tối thiểu theo biểu thức i i mi
FL Minimum (Fi, Li, εmi là lực, chiều dài và
biến dạng trung bình trong phần tử thanh thứ i của giàn ảo), một mô hình giàn ảo
(MSTM) cho dầm cao ứng lực trước trên gối tựa đơn giản chịu 2 tải tập trung đối
xứng như hình vẽ bao gồm nút A bên trên, nút B bên dưới, thanh chống chính AB,
thanh chống thứ cấp AC và BC, thanh chống theo phương ngang và thanh giằng
theo phương ngang
Hình 2.5. Mô hình giàn ảo hiệu chỉnh cho mô hình dầm cao ứng lực trước
Hiển nhiên, mô hình này không thể mang thêm bất kì tải trọng nào khi thanh
chống chính AB bị nén vỡ mặt cho thanh chống thứ cấp AC và BC vẫn hoạt động
hiệu quả. Vì vậy, sự phá hoại của thanh chống AB xác định trạng thái tới hạn của
mô hình, trong khi đó các thanh chống thứ cấp chỉ có tác dụng chuyển tải. Tuy
nhiên, để đạt được khả năng chịu lực cao hơn, thì các phá hoại sớm, chẳng hạn như
trượt của cáp, nên được ngăn chặn để đảm bảo thanh chống thứ cấp hoạt động cho
đến khi hỏng mô hình giàn ảo.
Tải bản FULL (72 trang):
bit.ly/2Ywib4t
Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ

37. 28
Các công thức tính toán được đề xuất bởi Guo-Lin Wang và Shao-Ping Meng
nghiên cứu dầm cao bê tông ứng lực trước vào năm 2008 thì:
Từ điều kiện cân bằng lực tại nút C:
pe p c1 c2
c2 c1
F cos F cos F cos
F sin F sin
p
c1 pe
p
c2 pe
sin cos
F F
sin( )
sin cos
F F
sin( )
(2.1)
Trong đó:
0 p
h h
arctan
e
;
p
h
arctan
a e
là góc giữa các thanh chống
AC và BC so với phương ngang, Fc1 và Fc2 là lực trong các thanh chống AC và BC;
hp là khoảng cách từ đỉnh dầm đến điểm neo của cáp ứng lực trước; h0 là chiều cao
làm việc của dầm, a là nhịp chịu cắt đo giữa điểm đặt lực tập trung và tâm gối tựa; e
là khoảng cách từ tâm gối tựa đến đầu dầm; Fpe là ứng lực trước hiệu quả.
Vì nút B bên dưới chịu ứng suất nén – kéo đồng thới lớn nhất nó xác định khả
năng chịu lực của mô hình.Từ điều kiện cân bằng lực tại nút B và công thức trên có:
n c2 n
c pe
s s
V F sin V
F mF
sin sin (2.2)
n
c s c2 pe
s
V
T F cos F cos nF
tan (2.3)
Trong đó:
p
s
sin cos sin
m
sin( )sin
;
p s
s
sin cos sin( )
n
sin( )sin
; Fc và T là lực
trong thanh chống AB và thanh giằng nằm dưới; s là góc nghiêng của thanh chống
chính AB.
Ứng suất nén chính f2 trong thanh chống AB tại nút B có thể tính theo công
thức:
c
2
str
F
f
A (2.4)
Với Astr là tiết diện ngang của thanh chống chính tại nút B và được định nghĩa:
str w a s b s
A b (l cos l sin ) (2.5)
Trong đó: bw là bề rộng của bụng (bề rộng dầm); la là chiều dày của nút B; lb là
bề rộng của tấm mang tải.
Cho ứng suất kéo chính f1 tại nút B được định nghĩa bởi Tan như sau:
ee12a525