Lý thuyết thiết kế tiết diện chữ nhật BTCT - TCVN 5574:2018

Một tiết diện chữ nhật bê tông cốt thép - một dầm hoặc một cột - được kiểm tra theo TCVN 5574:2018 ở trạng thái giới hạn cường độ (uốn, nén lệch tâm, cắt và xoắn) và trạng thái giới hạn sử dụng (bề rộng vết nứt và độ võng). TCVN 5574 theo truyền thống trạng thái giới hạn của tiêu chuẩn SNiP (Nga), nên phương pháp khác Eurocode 2 ở một số điểm trình bày dưới đây.

Vật liệu - cường độ thiết kế lấy trực tiếp từ bảng

Khác với Eurocode 2 chia cường độ đặc trưng cho hệ số riêng phần ($\gamma_C = 1.5$, $\gamma_S = 1.15$), TCVN 5574 cho sẵn cường độ thiết kế trong bảng - hệ số độ tin cậy của vật liệu đã được áp dụng trong giá trị công bố. Với bê tông B30, cường độ thiết kế là $R_b = 17.0$ MPa và $R_{bt} = 1.20$ MPa; với thép CB500 $R_s = R_{sc} = 435$ MPa. Các hệ số nhân thêm duy nhất là hệ số điều kiện làm việc $\gamma_{bi}$ / $\gamma_{si}$ (vị trí đổ, tác động dài hạn, v.v.), mặc định bằng 1,0.

Giới hạn dẻo là chiều cao tương đối giới hạn $\xi_R$, xác định từ biến dạng chảy của thép và biến dạng cực hạn của bê tông $\varepsilon_{b2} = 0.0035$:

Uốn ULS - khối ứng suất chữ nhật

TCVN 5574 dùng khối ứng suất chữ nhật với toàn bộ cường độ thiết kế $R_b$ tác dụng trên toàn chiều cao vùng nén $x$ (không có giảm $0.8x$ / $\eta f_{cd}$ như EC2). Với chiều cao làm việc $h_0 = h - a$, cân bằng lực dọc của tiết diện đặt cốt đơn cho chiều cao vùng nén, và mô men lấy quanh cốt thép chịu kéo:

Nếu $\xi > \xi_R$ bê tông bị nén vỡ trước khi thép chảy, nên khả năng bị khống chế ở $\xi_R$ và thêm cốt thép chịu nén $A_s'$; Tool định cỡ cả hai lớp và cộng số hạng $R_{sc} A_s' (h_0 - a')$.

Nén lệch tâm ULS - uốn dọc

Một cột chịu lực dọc $N$ cùng mô men $M$. Độ lệch tâm ban đầu gồm độ lệch tâm do tải $e_1 = M/N$ và độ lệch tâm ngẫu nhiên $e_a = \max(h/30,\ l_0/600)$, cho $e_0$. Hiệu ứng độ mảnh (bậc hai) là hệ số uốn dọc $\eta$, áp dụng khi $\lambda = l_0/h > 8$:

Cánh tay đòn $e$ (tới cốt thép chịu kéo) và chiều cao vùng nén $x$ từ cân bằng lực dọc quyết định trường hợp: lệch tâm lớn ($x \le \xi_R h_0$, thép chảy, $\sigma_s = R_s$) hay lệch tâm bé (thép không chảy, $\sigma_s < R_s$). Tiết diện an toàn khi $N e \le M_{gh}$, khả năng quanh cốt thép chịu kéo:

Cắt ULS - tiết diện nghiêng

Cắt được kiểm tra trên một tiết diện nghiêng có hình chiếu ngang $C$ (§8.1.3). Khả năng chịu lực là tổng của số hạng bê tông $Q_b$ và số hạng cốt đai $Q_{sw}$, với $q_{sw} = R_{sw} A_{sw}/s_w$ là cường độ ngang và $C$ lấy ở giá trị bất lợi trong khoảng $[h_0,\ 2h_0]$:

Thanh chống bê tông bị nén giữa các vết nứt cũng được kiểm tra với $0.3\,R_b\,b\,h_0$, khống chế lượng cắt mà cốt đai có thể phát huy.

Xoắn ULS - tiết diện không gian

Xoắn được chịu trên một tiết diện không gian (xiên) hình thành bởi vết nứt xoắn ốc (§8.1.4). Với các kích thước lõi $Z_1, Z_2$ và $\delta = Z_1/(2Z_2 + Z_1)$, khả năng chịu xoắn kết hợp cốt đai kín và cốt dọc:

Giới hạn thanh chống bê tông $0.1\,R_b\,b^{2} h$ khống chế mô men xoắn tiết diện có thể chịu trước khi bê tông nén vỡ.

SLS - bề rộng vết nứt và độ võng

Tiết diện bắt đầu nứt khi mô men đạt $M_{crc} = 1.3\,W_{red}\,R_{bt,ser}$ (§8.2.2), dùng cường độ chịu kéo sử dụng $R_{bt,ser}$. Sau đó, bề rộng vết nứt là:

Độ võng (§8.2.3) theo độ cong $1/r = M/D$, trong đó độ cứng chống uốn $D$ dùng mô đun thép giảm $E_{s,red} = E_s/\psi_s$ cho tiết diện đã nứt; độ võng là $f = s\,(1/r)\,L^{2}$ với hệ số sơ đồ $s$. Cả $a_{crc}$ và $f$ được so với giới hạn của tiêu chuẩn.

Cốt thép tối thiểu, cấu tạo và các hệ số điều kiện làm việc $\gamma_{bi}$ / $\gamma_{si}$ luôn chi phối thiết kế cuối cùng.