Bài giảng Cột chịu nén cột có cốt thép cứng

126 7.8. cột chịu nén Cột có cốt thép cứng 7.8.1.Đặc điểm cấu tạo. Năm 1963 loại cột có cốt thép cứng đ−ợc sử dụng đầu tiên trong các công trình ga tμu điện ngầm. Nhiều năm sau đó nó đ−ợc sử dụng trong công trình cầu, đặc biệt lμ công trình chịu động đất Loại cột nμy có cốt thép cứng lμ thép hình chữ I,U,L, ống thép. Trong quá trình thi công tận dụng cốt thép cứng lμm kết cấu chịu tải trọng nh−: ván khuôn, bê tông mới đổ vμ các loại tải trọng khác. Sau khi bê tông khô cứng vμ tháo ván khuôn, lúc nμy bê tông vμ cốt thép cứng cùng phối hợp chịu lực một cách thống nhất Mặt cắt ngang cột phải có ít nhất một trục đối xứng C−ờng độ nén của bê tông : 20 MPa : 55 MPa. C−ờng độ chảy của thép hình vμ cốt thép dọc sử dụng phải nhỏ hơn 420 MPa. Nếu trên tiết diện bố trí nhiều thép hình của cột thì phải đ−ợc liên kết với nhau bằng cốt thép đai vμ các bản giằng hoặc thanh giằng để đề phòng mất ổn định các thép hình riêng lẻ tr−ớc khi bê tông đông cứng. Các thép hình bọc bê tông phải đ−ợc tăng c−ờng bằng cốt thép dọc vμ cốt thép đai. Cốt thép dọc vμ cốt thép đai phải đ−ợc cấu tạo tuỳ theo trạng thái giới hạn đ−ợc xét. ở TTGH c−ờng độ cốt thép ngang đ−ợc quy định nh− trong cột có cốt thép mềm, đồng thời b−ớc cốt thép đai không đ−ợc lớn hơn:16 lần đ−ờng kính thanh thép dọc, 48 lần đ−ờng kính thanh giằng vμ 0,5 kích th−ớc nhỏ nhất của tiết diện. ở TTGH đặc biễt tham khảo quy trình. Thép ống hình tròn vμ hình chữ nhật phải thoả mãn yêu cầu ổn định Sự truyền tất cả tải trọng trong cột liên hợp phải đ−ợc xem xét trong thiết kế các thμnh phần đỡ. 127 Nếu hμm l−ợng cốt thép cứng trên tiết diện nhỏ hơn 4% thì tính toán cột có cốt thép cứng nh− cột có cốt thép mềm. Nếu ng−ợc lại thì tính toán nh− sau: 7.8.2Đặc điểm chịu lực. 7.8.2.1 Cột chịu nén đúng tâm 7.8.2.1.1. ổn định tổng thể Sức kháng nén danh định của cột : Nếu λ ≤ 2.25 thì Pn = 0.66λ Fe As Nếu λ > 2.25 thì Pn = l A0,88F se với : e e 2 s E F r K ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡= π λ A Fe = Fy+ C1Fyr ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ s r A A + C2 cf ′ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ s r A A ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+= s c3 e A A n C 1EE Sức kháng nén ổn định tổng thể tính toán: Pr= ϕcPn trong đó : ϕc = hệ số sức kháng(0,90) As = diện tích mặt cắt ngang của mặt cắt thép (mm2) Ac = diện tích mặt cắt ngang của bê tông (mm2) Ar = tổng diện tích mặt cắt ngang của cốt thép dọc (mm2) Fy = c−ờng độ chảy nhỏ nhất quy định của mặt cắt thép (MPa) Fyr = c−ờng độ chảy nhỏ nhất quy định của cốt thép dọc (MPa) cf ′ = c−ờng độ nén 28 ngμy nhỏ nhất quy định của bê tông (MPa) E = môđun đμn hồi của thép (MPa) A = chiều dμi không giằng của cột (mm) K = hệ số chiều dμi hiệu dụng n = tỷ số môđun của bê tông rs = bán kính hồi chuyển của mặt cắt thép trong mặt phẳng uốn, nh−ng không nhỏ hơn 0,3 lần chiều rộng của bộ phận liên hợp trong 128 mặt phẳng uốn đối với các thép hình đ−ợc bọc bê tông liên hợp (mm) C1, C2, C3 = hằng số cột liên hợp đ−ợc quy định trong C1 C2C3 Các ống đ−ợc nhồi đầy Các thép hình đ−ợc bọc C1 1,0 0,70 C2 0,85 0,60 C3 0,40 0,20 7.8.2.1.2. ổn định cục bộ Độ mảnh của các bản phải thỏa mãn: yF E k t b ≤ (6.9.4.2.1) trong đó: k = hệ số oằn của bản theo quy định trong bảng b = chiều rộng của bản nh− quy định trong bảng t = chiều dμy bản Chiều dμy vách của các ống phải thỏa mãn: +Đối với các ống tròn : yF E 2.8 t D ≤ +Đối với các ống chữ nhật : yF E 1.7 t b ≤ trong đó: D = đ−ờng kính ống (mm) b = chiều rộng mặt (mm) t = chiều dμy ống (mm) Các tỷ số chiều rộng - chiều dày giới hạn Các bản đ−ợc đỡ dọc một mép K b • Chiều rộng nửa bản cánh của các mặt cắt I • Chiều rộng toàn bản cánh của các thép [ Các bản cánh và các cạnh nhô ra hoặc các bản • Khoảng cách giữa mép tự do và hàng bulông thứ nhất hoặc các đ−ờng hàn trong các bản 0,56 • Toàn chiều rộng của cạnh bên nhô ra đối với các đôi thép góc trong tiếp xúc liên tục Các thân của thép T cán 0,75 • Toàn chiều cao của T 129 Các cấu kiện nhô ra khác • Toàn chiều rộng của cạnh bên nhô ra đối với thanh chống thép góc đơn hoặc thanh chống thép góc đôi với tấm ngăn 0,45 • Toàn chiều rộng nhô ra đối với các cấu kiện khác Các bản đ−ợc đỡ dọc hai mép k b Các bản cánh hộp và các bản táp • Khoảng cách tĩnh giữa các bản bụng trừ đi bán kính góc trong trên mỗi bên đối với các bản cánh hộp 1,40 • Khoảng cách giữa các đ−ờng hàn hoặc bulông đối với các bản phủ bản cánh Các bản bụng và các cấu kiện bản khác • Khoảng cách tĩnh giữa các bản cánh trừ đi các bán kính đ−ờng hàn đối với các bản bụng của các dầm cán 1,49 • Khoảng cách tĩnh giữa các thanh đỡ mép đối với tất cả các cấu kiện khác Các bản táp có khoét lỗ 1,86 • Khoảng cách tĩnh giữa các thanh đỡ mép 7.8.2.1.3. Độ mảnh giới hạn +Đối với các bộ phận chính: ≤A s K 120 r +Đối với các bộ phận liên kết: ≤A s K 140 r trong đó: K = hệ số chiều dμi hiệu dụng A = chiều dμi không giằng (mm) r s = bán kính hồi chuyển nhỏ nhất (mm) 7.8.2.2. Cột chịu nén lệch tâm theo một ph−ơng 7.8.2.2. 1. Sức kháng nén cột Nh− nén đúng tâm 7.8.2.2. 2. Sức kháng uốn của cột 7.8.2.2. 2.1.Cột có cốt thép cứng lμ ống thép Nếu vấn đề ổn định cục bộ đ−ợc đảm bảo, nghĩa lμ: +Đối với các ống tròn : yF E 2.8 t D ≤ Thì sức kháng uốn tính toán: .r f nM Mϕ= 130 0,3 . ≥u c n P Pϕ , ( 2. ). . . . . . (3) 3 2 1,7. . − ⎛ ⎞= + + −⎜ ⎟⎝ ⎠ r yr w y n y w y c d c A F A FdM Z F A F f b 0,0 0,3 . ≤ ≤u c n P Pϕ uP Trong đó: fϕ : Hệ số sức kháng uốn(1,0) Nếu 2,0 y D E t F < thì n psM M= Nếu 2,0 8,8 y y E D E F t F < < thì n ycM M= psM : Mô men dẻo của riêng tiết diện cốt thép cứng ycM : Mô men chảy của toμn bộ tiết diện cột 7.8.2.2. 2.2.Cột có cốt thép cứng thép hình U,C,L Khi thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ thì sức kháng uốn danh định lấy trị số nhỏ hơn Nếu thì Nếu thì Mn đ−ợc xác định bằng nội suy tuyến tính giữa Mn cho bởi ph−ơng trình (1)(2) khi Pu=0 vμ Mn cho bởi ph−ơng trình (3) Trong đó: : Lực nén dọc trục do tải trọng tính toán Z : Mô men chống uốn dẻo theo của mặt cắt thép hình theo trục uốn aw : Diện tích bản bụng thép hình c : Khoảng cách từ tim cốt thép dọc đến bề mặt gần nhất của bộ phận trong mặt phẳng uốn d : Chiều cao của bộ phận ở trong mặt phẳng uốn b : Chiều rộng của bộ phận thẳng góc với mặt phẳng uốn Fyr : Giới hạn chảy nhỏ nhất của cốt thép dọc 7.8.2.2. 2.3.Ph−ơng pháp khuyết đại mômen Nh− phần cột có cốt thép mềm nh−ng Chú ý rằng:Khi xác định sự khuyết đại mômen đối với các bộ phận liên hợp chịu nén dọc trục vμ uốn kết hợp, phải áp dụng ph−ơng trình sau : Pe = λ esFA (1) (2) = = n ps n yc M M M M 131 7.8.2.3. Cột chịu nén lệch tâm theo Hai ph−ơng Tải trọng nén dọc trục Pu vμ các mômen xảy ra đồng thời, Mux vμ Muy, tính toán đối với các tải trọng tính toán bằng các ph−ơng pháp giải tích đμn hồi phải thỏa mãn mối quan hệ sau : Nếu 0,2 rP uP < , thì 1,0 M M M M 2,0P P ry uy rx ux r u ≤⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++ Nếu 0,2 P P r u ≥ , thì 1,0 M M M M 9,0 8,0 P P ry uy rx ux r u ≤⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++ Pr = sức kháng nén tính toán dọc trục nh− trên Mrx = sức kháng uốn tính toán theo trục x nh− trên Mry = sức kháng uốn tính toán theo trục y nh− trên Mux = mômen uốn tính toán theo trục x đ−ợc tính toán theo quy định ở bên d−ới Muy = mômen uốn tính toán theo trục y đ−ợc tính toán theo quy định ở bên d−ới Các mômen Mux vμ Muy theo các trục đối xứng, có thể đ−ợc xác định bằng Sự phân tích đμn hồi bậc hai, có tính đến độ khuyếch đại mômen gây ra bởi tải trọng trục tính toán