Các ống kỹ thuật và đường ống này thường được đặt bên dưới đáy dầm và, vì lý do thẩm mỹ, được che phủ bởi trần treo, tạo ra một khoảng không gian chết. Trên mỗi tầng, chiều cao của khoảng không gian chết này cộng thêm vào chiều cao tổng thể của công trình tùy thuộc vào số lượng và kích thước của các ống.
Do đó, các lỗ khoét trên bụng dầm cho phép người thiết kế giảm chiều cao kết cấu, đặc biệt đối với thi công nhà cao tầng. Nói cách khác, dẫn đến một thiết kế kinh tế hiệu quả.
Tập trung ứng suất
Hiện tượng tập trung ứng suất được quan sát thấy ở vùng lân cận các bất quy tắc hình học như sự thay đổi đột ngột của tiết diện hoặc các lỗ khoét. Chúng thường được gọi là khuyết cắt. Các khuyết cắt tạo ra sự gia tăng cục bộ của ứng suất danh nghĩa. Kết quả là dòng ứng suất phân bố không đều dọc theo tiết diện ngang. Tỷ số giữa ứng suất lớn nhất và ứng suất danh nghĩa được gọi là hệ số tập trung ứng suất. Hệ số này phụ thuộc vào vị trí của tải trọng và hình học của khuyết cắt. Các giá trị này thường được xác định từ thực nghiệm. Ngày nay, chúng ta sử dụng FEA để xác định hệ số tập trung ứng suất.
Lỗ khoét nhỏ so với lỗ khoét lớn trên dầm
Lỗ khoét nhỏ
Các lỗ khoét được phân loại là nhỏ hoặc lớn và vị trí tốt nhất của lỗ khoét được quyết định dựa trên kích thước của nó. Lỗ khoét trên bụng dầm có thể có nhiều hình dạng khác nhau như tròn, chữ nhật, hình thoi, tam giác, hình thang và thậm chí các hình dạng bất quy tắc. Tuy nhiên, lỗ khoét tròn và chữ nhật là phổ biến nhất.
Lỗ khoét có thể được coi là lớn khi đường kính của nó vượt quá 0,25 lần chiều cao bụng dầm. Khi lỗ khoét đủ nhỏ để duy trì ứng xử dạng dầm (nói cách khác, nếu lý thuyết dầm thông thường vẫn áp dụng được), thì lỗ khoét có thể được gọi là nhỏ.
Nếu cơ chế chịu tải đối với uốn thuần túy của dầm không bị thay đổi do lỗ khoét, thì khả năng chịu uốn ở trạng thái giới hạn cực hạn không bị ảnh hưởng.
Ứng suất chính trong bê tông và ứng suất trong cốt thép đối với một lỗ khoét ở giữa nhịp
Dựa trên lý thuyết đàn hồi, ứng suất cắt lớn nhất đạt được ở vùng lân cận tâm tiết diện ngang. Do giải pháp phi tuyến, CSFM (phương pháp trường ứng suất tương thích) có thể quan sát thấy sự phân phối lại ứng suất về vùng có đủ năng lượng để truyền tải trọng. Điều này có nghĩa là các lỗ khoét ở vùng lân cận gối tựa ảnh hưởng đến khả năng chịu lực nhiều hơn so với các lỗ khoét ở giữa nhịp nơi mô men uốn lớn nhất tác dụng.
Ứng suất chính trong bê tông và ứng suất trong cốt thép đối với ba lỗ khoét tại các tiết diện nguy hiểm về uốn và cắt
Lỗ khoét lớn
Sự hiện diện của các lỗ khoét lớn trong dầm bê tông cốt thép đòi hỏi sự chú ý đặc biệt trong giai đoạn phân tích và thiết kế do sự giảm cả cường độ lẫn độ cứng của dầm và nứt quá mức tại lỗ khoét do tập trung ứng suất cao. Trong thực tế, các lỗ khoét thường được bố trí gần gối tựa nơi lực cắt chiếm ưu thế.
Thực nghiệm đã chỉ ra rằng dầm có cốt thép không đủ và cấu tạo không phù hợp xung quanh vùng lỗ khoét sẽ bị phá hoại sớm theo kiểu giòn. Rõ ràng, cơ chế phá hoại bao gồm bốn khớp dẻo, một ở mỗi đầu của cánh trên và cánh dưới.
Các quan sát thực nghiệm về dạng phá hoại cuối cùng đã phát triển một phương pháp phân tích để dự đoán cường độ cực hạn của dầm có lỗ khoét chữ nhật lớn. Phương pháp này dựa trên phân tích tải trọng sụp đổ trong đó các yêu cầu cơ bản về cân bằng, chảy dẻo và cơ chế được thỏa mãn đồng thời.
Khớp dẻo và vết nứt ở vùng lân cận khớp dẻo
Tương tự như dầm có lỗ khoét nhỏ, việc bố trí lỗ khoét lớn trong vùng uốn thuần túy của dầm sẽ không ảnh hưởng đến khả năng chịu mô men của dầm với điều kiện chiều cao của khối ứng suất nén cực hạn nhỏ hơn hoặc bằng chiều cao cánh chịu nén và phá hoại do mất ổn định của cánh chịu nén được ngăn ngừa bằng cách giới hạn chiều dài của lỗ khoét, điều này cần được phân tích kỹ lưỡng.
Phân tích oằn, dạng oằn thứ nhất và hệ số tới hạn
Tóm tắt
Các lỗ khoét trong dầm, tường, bản là công việc thường ngày của các kỹ sư kết cấu. Thế giới hiện đại mong muốn các kết cấu thông thoáng, cao và mảnh mang lại lợi ích về kinh tế cũng như môi trường. Hiểu rõ cơ chế phá hoại và cách phòng ngừa là điều cốt lõi để tạo ra các kết cấu cao, thông thoáng và ấn tượng. Bên cạnh đó, nó còn tiết kiệm chiều cao kết cấu cho các ống kỹ thuật, đường ống hoặc các tiện ích khác.
Phương pháp tính toán CSFM được sử dụng để phân tích các loại kết cấu này đã được kiểm tra và xác minh kỹ lưỡng. Tìm hiểu thêm về xác minh các cấu kiện kết cấu hoặc tìm hiểu sâu hơn về Cơ sở lý thuyết để xác minh theo Eurocode
CSFM là phương pháp minh bạch cung cấp cho kỹ sư kết cấu khả năng kiểm soát ứng xử của kết cấu. Để tìm hiểu thêm về phương pháp và ứng dụng của nó, hãy xem hội thảo trực tuyến của chúng tôi về Thiết kế bê tông cốt thép theo CSFM.
Dùng thử MIỄN PHÍ
Hãy tự mình xác nhận CSFM và ứng dụng của nó trong tính toán vết nứt trong kết cấu bê tông. Dùng thử phiên bản mới nhất của IDEA StatiCa Concrete trong 14 ngày hoàn toàn MIỄN PHÍ. Và chắc chắn rồi, hãy cho chúng tôi biết phản hồi của bạn! Chúng tôi luôn mong muốn được nghe về trải nghiệm của bạn.
Hy vọng bạn đã thích đọc bài viết này.