Xác định độ cứng trong mặt phẳng của sàn phẳng bê tông cốt thép sử dụng hộp tạo rỗng

Bài báo xác định độ cứng trong mặt phẳng của sàn phẳng bê tông cốt thép sử dụng hộp tạo rỗng bằng phương pháp đồng nhất hóa sử dụng điều kiện biên tuần hoàn

Sàn bê tông cốt thép là cấu kiện chiếm khối lượng lớn trong công trình nhà cao tầng. Để đáp ứng những đòi hỏi ngày càng cao về tính kinh tế của công trình, cũng như các mục tiêu về phát triển bền vững thông qua những giải pháp tiết kiệm và tái chế vật liệu, các loại sàn rỗng đã được phát triển khá mạnh mẽ thời gian gần đây. 

Đi cùng với xu hướng sử dụng những loại kết cấu sàn mới, các tiêu chuẩn thiết kế như ACI 318, EuroCode 8 cũng đưa ra những yêu cầu và tiêu chí phân loại độ cứng trong mặt phẳng của sàn tầng ngày càng khắt khe... Trong khi đó, các kĩ sư vẫn tập trung vào thiết kế sàn rỗng theo khả năng chịu uốn; và áp dụng giả thuyết cứng tuyệt đối cho độ cứng trong mặt phẳng của các loại sàn này. 

Giả thuyết này thực tế chỉ phù hợp với các loại sàn sườn bê tông cốt thép, có độ dày sàn trong khoảng 10 đến 15 cm. Mặt khác, các phần mềm thiết kế kết cấu công trình (SAP200, SAFE,…) phổ biến hiện nay thường chỉ mô hình các loại sàn bê tông cốt thép bằng mô hình vỏ Kirchhoff Love hoặc Reissner Mindlin đồng nhất, nghĩa là chỉ có thể tự động xác định độ cứng trong mặt phẳng của các loại sàn đặc. 

Độ cứng trong mặt phẳng (cả độ cứng ngoài mặt phẳng) của sàn rỗng nói chung và sàn hộp nói riêng được các phần mềm hỗ trợ bằng cách khai báo các hệ số điều chỉnh độ cứng. Bài báo này trình bày cách xác định độ cứng trong mặt phẳng của sàn phẳng bê tông cốt thép sử dụng hộp tạo rỗng bằng phương pháp đồng nhất hóa sử dụng điều kiện biên tuần hoàn. 

Để so sánh sự làm việc của các kết cấu màng tương đương và sàn hộp chi tiết (sàn hộp 3D), ta kiểm tra trường hợp các mô hình sàn, màng chịu lực vuông góc và phân bố dọc theo cạnh dài của chúng; tổng hợp lực có giá trị bằng nhau. Một cạnh ngắn của sàn ngàm cứng, các cạnh còn lại để tự do. Hình 5 mô tả lần lượt từ dưới lên: biến dạng của sàn hộp, biến dạng của màng SHQB (thu được độ cứng từ phương pháp Đồng  nhất hóa), biến dạng của màng LFNE (thu được độ cứng từ công cụ tính toán của một công ty thiết kế), biến dạng của màng RSA (thu được độ cứng từ phần mềm RSA). 

Do lực tác động và điều kiện liên kết là như nhau, ta có thể xem xét giá trị chuyển vị lớn nhất đã được chuẩn hóa (bằng cách chia cho giá trị chuyển vị lớn nhất) của từng mô hình màng so với mô hình sàn hộp 3D chi tiết (Bảng 5). sàn hộp, đồng thời thiên về an toàn (chuyển vị lớn hơn chuyển vị của sàn hộp). Độ chênh lệch lớn nhất chỉ 2,8%. Không những có độ chênh lệch nhỏ, tại vị trí gần với biên ngàm cứng, chuyển vị của mô hình SHQB bám sát rõ rệt chuyển vị của mô hình sàn 3D. 

Điểm vượt trội này của mô hình SHQB so với các mô hình khác có thể nhận thấy được bằng mắt thường; - Mô hình màng LFNE là mô hình đang được sử dụng phổ biến trong thiết kế hiện nay, tuy nhiên, độ chênh lệch trong chuyển vị của mô hình LFNE so với sàn hộp lên tới 8,7%; thiên về nguy hiểm. Sai số này quá lớn so với sai số thường được chấp nhận trong ngành Xây dựng là 5%. 

Mặt khác, phương pháp này chỉ cho phép các kĩ sư thiết kế khoảng cách giữa các hộp theo hai phương là giống nhau; điều này sẽ hạn chế rất nhiều phương án thiết kế của các kĩ sư; - Mô hình màng RSA có độ sai lệch lớn nhất, do phần mềm này có thể tính toán nhanh độ cứng TMP (theo công thức); nhưng chỉ có thể tính toán cho khối rỗng hình hộp chữ nhật, không phải khối rỗng hình chóp cụt như hai mô hình màng còn lại. Từ đó, có thể kết luận phương pháp đồng nhất hóa sử dụng điều kiện biên tuần hoàn có thể sử dụng để xây dựng mô hình màng tương đương, mô tả được sự làm việc TMP của sàn hộp. 

Phương pháp này không những cho độ chính xác cao hơn các công cụ phổ biến hiện nay trong thiết kế sàn hộp, mà còn có tính linh hoạt cao hơn, cho phép xác định độ cứng của sàn hộp với khoảng cách hộp tạo rỗng theo hai phương không giống nhau bằng mô hình màng trực hướng, tương tự [10].

Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:

Build.Data