Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6170-10:2019 về Giàn cố định trên biển - Phần 10: Giàn trọng lực bê tông

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 6170-10 : 2019

GIÀN CỐ ĐỊNH TRÊN BIỂN PHẦN 10 : GIÀN TRỌNG LỰC BÊ TÔNG

Fixed offshore platforms - Part 10: Concrete Gravity Based Structures

Lời nói đầu

TCVN 6170-10 : 2019 thay thế TCVN 6170-10 : 2000

TCVN 6170-10 : 2019 do Cục Đăng kiểm Việt Nam biên soạn, Bộ Giao thông vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ tiêu chuẩn TCVN 6170 gồm 12 phần:

TCVN 6170-1 : 2017 Giàn cố định trên biển - Phần 1 Quy định chung

TCVN 6170-2 : 2017 Giàn cố định trên biển - Phần 2 Điều kiện và tải trọng môi trường

TCVN 6170-3 : 2017 Giàn cố định trên biển - Phần 3 Tải trọng thiết kế

TCVN 6170-4 : 2017 Giàn cố định trên biển - Phần 4 Thiết kế kết cấu thép

TCVN 6170-5 :1999 Công trình biển cố định - Kết cấu - Phần 5: Thiết kế kết cấu hợp kim nhôm

TCVN 6170-6 : 2019 Giàn cố định trên biển - Phần 6: Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép

TCVN 6170-7 : 2019 Giàn cố định trên biển - Phần 7: Thiết kế mỏng

TCVN 6170-8 : 1999 Công trình biển cố định - Kết cấu - Phần 8: Hệ thống chống ăn mòn

TCVN 6170-9 : 2019 Giàn cố định trên biển - Phần 9: Giàn thép kiểu jacket

TCVN 6170-10 : 2019 Giàn cố định trên biển - Phần 10: Giàn trọng lực bê tông

TCVN 6170-11 : 2002 Công trình biển cố định - Kết cấu - Phần 11: Chế tạo

TCVN 6170-12 : 2002 Công trình biển cố định - Kết cấu - Phần 12: Vận chuyển và lắp dựng

GIÀN CỐ ĐỊNH TRÊN BIỂN PHẦN 10 : GIÀN TRỌNG LỰC BÊ TÔNG

Fixed offshore platforms - Part 10: Concrete Gravity Based Structures

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu đối với thiết kế kết cấu giàn trọng lực bê tông (Gravity Based Structures), sau đây gọi tắt là GBS.

Các yêu cầu chung cho thiết kế kết cấu được quy định trong TCVN 6170-1 : 2017 và cho thiết kế kết cấu bê tông cốt thép trong TCVN 6170-6 : 2019.

2  Tài liệu viện dẫn

TCVN 6170-1: 2017 Giàn cố định trên biển - Phần 1: Quy định chung.

TCVN 6170-2 : 2017 Giàn cố định trên biển - Phần 2: Điều kiện và tải trọng môi trường.

TCVN 6170-3 : 2017 Giàn cố định trên biển – Phần 3: Tải trọng thiết kế.

TCVN 6170-4 : 2017 Giàn cố định trên biển - Phần 4: Thiết kế kết cấu thép.

TCVN 6170-6 : 2019 Giàn cố định trên biển - Phần 6: Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép.

TCVN 6170-7: 2019 Giàn cố định trên biển - Phần 7: Thiết kế móng.

TCVN 6170-8: 1999 Giàn cố định trên biển - Phần 8: Hệ thống chống ăn mòn.

TCVN ISO 9001: 2015 Hệ thống quản lý chất lượng - Các yêu cầu.

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Giàn trọng lực bê tông (GBS) là công trình được đặt trên nền đáy biển và được giữ ổn định tại một vị trí cố định chủ yếu bằng trọng lượng của nó. Trường hợp nền là đất mềm, có thể tăng thêm độ ổn định của giàn bằng các chân khay cắm xuyên xuống nền đất

Chân khay của giàn trọng lực bê tông (GBS) là các vách kéo dài từ đáy móng bê tông xuyên vào nền đất. Các gờ móng này được làm bằng thép hoặc bê tông cốt thép nhằm đảm bảo độ nổi của giàn trong quá trình vận chuyển trên biển và tăng cường sự ổn định trong quá trình khai thác.

4  Phân loại kết cấu và lựa chọn vật liệu

Phân loại kết cấu và lựa chọn vật liệu đối với Giàn trọng lực bê tông được quy định trong TCVN 6170-6.

5  Tải trọng thiết kế

Tải trọng thiết kế đối với Giàn trọng lực bê tông được quy định trong TCVN 6170-6.

6  Phân tích phản ứng tổng thể

Phân tích phản ứng tổng thể đối với Giàn trọng lực bê tông được quy định trong TCVN 6170-6.

7  Thiết kế kết cấu giàn trọng lực bê tông

7.1  Quy định chung

7.1.1  Các nguyên tắc và quy trình thiết kế kết cấu được quy định trong TCVN 6170-6.

7.1.2  Phần này quy định các yêu cầu chung liên quan đến tính toán thiết kế kết cấu giàn GBS. Các yêu cầu riêng cho thiết kế kết cấu giàn GBS cũng được quy định bổ sung.

7.2  Vật liệu

Các yêu cầu về vật liệu được quy định trong TCVN 6170-6 được áp dụng cho các kết cấu được thiết kế phù hợp với phần này.

Định nghĩa bê tông cường độ cao, bê tông nhẹ được quy định TCVN 6170-6.

7.3  Các ảnh hưởng tải trọng

7.3.1  Các ảnh hưởng của tải trọng phải được tính toán theo các phương pháp được quy định trong TCVN 6170-6. Vết nứt bê tông nếu gây tác động đáng kể lên ảnh hưởng tải trọng phải được đưa vào tính toán.

7.3.2  Trong các kết cấu mảnh, ảnh hưởng của chuyển vị kết cấu phải được đưa vào trong tính toán lực và mô men (ảnh hưởng bậc 2)

7.3.3  Các ảnh hưởng tải trọng do các biến dạng cưỡng bức phải được xem xét khi có liên quan. Lực cản do biến dạng cưỡng bức như độ lún gối đỡ, biến dạng dọc trục, v.v... phải được xem xét. Khi tính toán các tác động do lực cản, nứt có thể phải được xem xét theo 7.21.8. Trong trạng thái giới hạn cực đại ULS, phản ứng của kết cấu có thể được xem xét khi tính toán các ảnh hưởng của biến dạng và độ võng cưỡng bức.

7.3.4  Khả năng chịu lực của kết cấu có thể kiểm tra được bằng việc giả định các miền dẻo khi tính toán lực và mô men; và các chuyển vị cần thiết có thể xảy ra trong những miền này phải được chứng minh.

7.3.5  Mô men và lực cắt từ các tải trọng tập trung trên các tấm bản có thể được tính toán bằng cách giả định một tải trọng xiên 45 độ từ bề mặt chịu tải tới phần cốt thép ở mặt đối diện của bản.

7.3.6  Tính toán các ảnh hưởng tải trọng lên tường và vách (shell) chịu cắt có thể dựa trên các giả thiết khác thay vì lý thuyết đàn hồi nếu các điều kiện ứng suất của kết cấu thực có sẵn dựa trên các thử nghiệm hoặc tính toán phi tuyến.

7.3.7  Nếu không có tài liệu khác, ngoài tác động lên bề mặt, áp suất từ chất lỏng và khí cũng được giả định tác động cục bộ lên toàn bộ tiết diện cắt ngang hoặc trong các vết nứt, bất kể có sự bất lợi nhất.

7.3.8  Trong phân tích các kết cấu cốt FRP, sự phân phối lại phi tuyến của các hợp lực bên trong không được áp dụng do đường cong ứng suất - biến dạng tuyến tính của cốt FRP.

7.3.9  Đối với kết cấu cốt FRP, mô hình lực được nêu trong 7.15- Các vùng gián đoạn hình học hoặc tải trọng, phải được áp dụng thận trọng, cho phép không có sự phân bố lại của cốt FRP.

7.4  Chiều rộng bản cánh hữu hiệu

7.4.1  Một tiết diện chịu uốn có bản cánh nằm trong vùng chịu nén có thể được lựa chọn có một chiều rộng bản cánh hữu hiệu trên mỗi mặt ngoài sườn dầm tương đương với giá trị nhỏ nhất trong các giá trị sau:

- Chiều rộng bản cánh thực tế;

- 10% khoảng cách giữa các điểm mô men triệt tiêu của dầm;

- 8 lần chiều dày bản cánh.

7.4.2  Nếu bản cánh có một sườn (haunch) của chiều rộng vượt quá chiều cao của bản cánh, chiều rộng bản cánh hữu hiệu có thể tăng theo chiều cao của sườn (haunch), nhưng không được vượt quá chiều rộng thực tế của bản cánh.

7.4.3  Trong tiết diện bản cánh trên một mặt của sườn dầm và không được gia cường, độ uốn nghiêng và độ xoắn phải được xem xét. Ngoài ra, chiều rộng bản cánh hữu hiệu không được vượt quá 7,5% khoảng cách giữa các điểm mô men triệt tiêu trên dầm.

7.4.4  Nếu bản cánh được đặt tại vùng chịu kéo, cốt thép đặt theo chiều rộng có thể xem là hữu hiệu hoàn toàn.

7.4.5  Các giá trị do các phép tính toán chính xác hơn có thể được dùng thay thế những giá trị cho bên trên.

7.5  Các kết cấu bê tông cốt thép liên hợp (composite structures)

7.5.1  Các kết cấu bê tông cốt thép liên hợp là các kết cấu trong đó bê tông và thép hoạt động kết hợp cùng nhau. Các thành phần thép và bê tông phải được thiết kế phù hợp với TCVN 6170- 4 hoặc các tiêu chuẩn quốc tế được áp dụng khác. Mức độ an toàn tương tự phải đạt được như trong Tiêu chuẩn này. Các yêu cầu chung của Tiêu chuẩn này vẫn phải được áp dụng.

7.5.2  Một kết cấu kết liên hợp có thể được coi là một khối nếu lực cắt giữa các phần tử được truyền qua cốt thép, khóa chịu cắt (shear keys), và các thành phần khác. Lực trong các dầm neo (shear connector) kết hợp phải được tính toán phù hợp theo một Tiêu chuẩn quốc tế được công nhận về kết cấu liên hợp.

7.5.3  Trong trạng thái giới hạn cực đại và trạng thái giới hạn mỏi, các lực phải được tính toán theo các đặc tính kết nối, ví dụ khả năng kết dính hoàn toàn hoặc một phần giữa các thành phần của kết cấu liên hợp.

7.5.4  Khả năng của các thành phần kết cấu riêng biệt trong kết cấu liên hợp cũng phải được kiểm tra theo các tải trọng lên các thành phần trước khi làm việc đồng nhất. Trong trạng thái giới hạn làm việc, từng kết cấu phải được xem xét trước hoặc sau khi khi làm việc đồng thời.

7.5.5  Độ võng của kết cấu liên hợp có thể được xem như một mặt cắt bê tông bị nứt để tính toán mô men quán tính mặt cắt. Chiều cao của phần bê tông chịu nén phải được tính toán dựa trên các tải trọng tác động.

7.5.6  Hệ số vật liệu đối với đinh tán (stud) có thể được giả định bằng hệ số vật liệu cho thép gia cường, xem TCVN 6170-6 : 2018.

7.5.7  Đinh tán (stud) có thể được xem là phân phối khả năng chịu cắt của bê tông nếu chúng đi qua phần lõi bê tông và thỏa mãn các yêu cầu cốt thép ngang chịu cắt được nêu trong 7.12. Khả năng phân phối của đinh tán để chịu lực cắt từ bê tông có thể được tính toán theo 7.12.

7.5.8  Đinh tán (stud) phải được thiết kế để chịu được các ứng suất cắt do lực cắt dọc giữa bê tông và thép, và các ứng suất vuông góc trong trường hợp các đinh tán được giả định phân phối lực cắt lên tiết diện.

7.5.9  Đinh tán (stud) không được gây nén lên bê tông trong các vùng lân cận.

Lưu ý:

Để đảm bảo giới hạn các ứng suất cắt trong đinh tán (stud):

Trong đó:

D : Đường kính của đinh tán (mm)

E_cn: Mô đun đàn hồi của bê tông, lấy giá trị trong khoảng σ_c = 0 và 0,4¦_cck (MPa)

¦_cck : Cường độ chịu nén trụ điển hình của bê tông (Mpa)

α : α = 0,2(h_s/D+1) ≤ 1, trong đó h_s là chiều cao đinh tán (mm)

g_s : Hệ số vật liệu cho đinh bằng thép

t_s : Ứng suất cắt trong đinh tán (MPa)

Đinh tán (stud) không được đặt tại một vị trí có khoảng cách lớn hơn 22*t_h*(235 / ¦_yk-p)^0,5 tại vùng thép chịu nén, để tránh uốn dọc bản, trong đó ¦_yk-p là ứng suất đàn hồi đặc trưng của bản.

7.5.10  Đường cong S-N được sử dụng trong trạng thái giới hạn mỏi kiểm tra thành phần thép và đinh tán phải được xem xét đến ảnh hưởng của liên kết giữa đinh tán và thành phần thép, như dạng mối hàn.

7.6  Các kết cấu cốt thép ứng lực trước căng sau

7.6.1  Các kết cấu cốt thép ứng lực trước căng sau có thể được sử dụng với điều kiện được ghi nhận sự bảo vệ chống ăn mòn và được tiến hành đánh giá rủi ro có thể xảy ra ngẫu nhiên dẫn đến sự hư hỏng bất ngờ của cốt thép ứng lực trước.

7.6.2  Đánh giá rủi ro các tình huống ngẫu nhiên bao gồm việc đánh giá các hậu quả hư hỏng của chính cốt thép, tức là rủi ro do sự tác động của người, kết cấu, thiết bị, v.v.. do cốt thép hư hỏng bất ngờ, và sự phá hỏng tiềm tàng của cốt thép ứng lực trước.

7.6.3  Thiết kế phải tính toán các ảnh hưởng của việc sử dụng cốt thép ứng lực lên hiệu quả của kết cấu, sự phân bố bề rộng về nứt, sự phát triển của các lực trong cốt thép.

7.7  Lý thuyết chảy dẻo

7.7.1  Lý thuyết chảy dẻo có thể được sử dụng như cơ sở thiết kế trong điều kiện giới hạn cực đại ULS và giới hạn sự cố ALS nếu thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Khả năng chịu tải được khống chế bởi một dạng hư hỏng dẻo (chi tiết kết cấu phải có đủ khả năng chịu cắt và mô men);

- Các ảnh hưởng bậc hai là không đáng kể (không có dạng hư hỏng mất ổn định);

- Các khớp dẻo cùng các đường chảy dẻo cho phép chuyển vị xoay trước sự hư hỏng kết cấu của khớp.

Sự phù hợp theo các yêu cầu trên phải được lập tài liệu.

7.7.2  Sự phân phối lại của lực cắt và mô men do độ chảy dẻo giả định của thanh FRP không được chấp nhận. Xoay là do vết nứt và hư hỏng nén trong bê tông gây ra.

7.8  Các nguyên tắc thiết kế

7.8.1  Quy định chung

Thiết kế phải thỏa mãn với Tiêu chuẩn này, có thể dựa theo các tính toán cũng như kết quả thử nghiệm, hoặc kết hợp .

7.8.2  Các trạng thái giới hạn

7.8.2.1  Kết cấu phải thỏa mãn các yêu cầu theo các trạng thái giới hạn dưới đây:

- Trạng thái giới hạn cực đại (ULS)

- Trạng thái giới hạn sự cố (ALS)

- Trạng thái giới hạn mỏi (FLS)

- Trạng thái giới hạn làm việc (SLS)

7.8.2.2  Trong các trạng thái ULS và ALS, khả năng chịu tải phải được chứng minh bằng việc thử hoặc tính toán dựa trên các đặc tính biến dạng và cường độ vật liệu thiết kế.

7.8.2.3  Trong trạng thái FLS, kết cấu phải được chứng minh có thể chịu được các chu trình lặp tải trọng dự kiến tại các mức độ tải trọng áp dụng cho tuổi thọ hoạt động công trình.

Tài liệu phải bao gồm và sự kết hợp của:

- Mô men uốn

- Lực dọc

- Lực cắt

- Mô men xoắn

- Cốt thép neo

- Tải trọng từng phần

7.8.2.4  Thiết kế trong trạng thái SLS phải chứng minh kết cấu trong suốt tuổi thọ làm việc, sẽ thỏa mãn các yêu cầu chức năng tương ứng với khả năng và mục đích sử dụng. Các yêu cầu về trạng thái giới hạn làm việc cũng phải bảo đảm độ bền của kết cấu.

Tài liệu phải bao gồm:

- Các vết nứt

- Độ kín/rò rỉ

- Các biến dạng

- Chuyển vị

- Ảnh hưởng động

7.8.2.5  Tính chảy dẻo của cốt thép không được cho phép trong các giai đoạn tạm thời của các thành phần kết cấu chịu tác động môi trường biển với các tải trọng có thể g_¦ = 1,0.

7.8.2.6  Các kết cấu chứa dầu phải được thiết kế cho toàn bộ các điều kiện tải trọng có thể, với g_¦ = 1,0 bao gồm cả các tải trọng môi trường cực đại. Cốt thép kết cấu không được chảy dẻo trong điều kiện này.

7.8.2.7  Các kết cấu chứa dầu cũng phải được thiết kế cho các tải trọng có thể xảy ra từ tải trọng môi trường cực đại cho đến khi dầu được rời đi an toàn, với g_¦ = 1,0 với toàn bộ tải trọng. Kết cấu phải có một vùng chịu nén tối thiểu 100 mm dưới điều kiện tải trọng này. Các phân tích kết cấu phải được thực hiện lên kết cấu hư hỏng.

7.8.3  Các giá trị đặc trưng của cường độ vật liệu

7.8.3.1  Các giá trị đặc trưng của cường độ vật liệu phải được xác định theo các Tiêu chuẩn thiết kế và các Tiêu chuẩn được công nhận đối với việc thử vật liệu (ASTM, ACI, EN, ISO).

7.8.3.2  Cường độ của bê tông đổ tại chỗ, vữa, bê tông cốt sợi và vữa cốt sợi ¦_cn có thể được xác định từ cường độ chịu nén đặc trưng ¦_cck như sau (xem TCVN 6170-6)

¦_cn = ¦_cck ^{. (1 -} ¦_cck ^{/ 600)}

7.8.3.3  Trong phân tích địa chất, độ bền vật liệu đặc trưng phải được xác định để xác suất vật liệu không phù hợp lớn có thể xảy ra trong bất cứ phạm vi đáng kể là thấp nhất. Bất cứ ảnh hưởng hư hỏng nào xảy ra trong quá trình thi công cũng cần phải được xem xét.

7.8.3.4  Trong trạng thái giới hạn mỏi FLS, sức kháng đặc trưng của đất phải được sử dụng. Đối với các vật liệu khác, tiêu chuẩn chấp nhận phải được xác định với mức độ an toàn tương đương với các quy định hiện tại.

7.8.3.5  Nếu sức kháng lớn của một thành phần là bất lợi (ví dụ trong các liên kết yếu), một giá trị trên của sức kháng đặc trưng phải được sử dụng để đưa ra một xác suất hư hỏng thấp của kết cấu liền kề. Giá trị trên phải được chọn cùng mức xác suất vượt với xác suất của giá trị thấp hơn được gạch dưới. Trong các trường hợp như vậy, hệ số vật liệu phải được lấy bằng 1,0 trong tính toán sức kháng và được áp dụng như một tải trọng lên các thành phần liền kề.

7.8.4  Hệ số an toàn riêng phần của vật liệu

7.8.4.1  Hệ số an toàn riêng phần của vật liệu g_m, trong kết cấu bê tông cốt thép (bê tông, cốt thép và cốt FRP, vữa, bê tông cốt sợi và vữa cốt sợi) phải được chọn phù hợp theo tiêu chuẩn này và cho trạng thái giới hạn xem xét. Ngoài ra, các hệ số vật liệu của cốt FRP phải phụ thuộc vào thời gian chịu tải được xem xét.

7.8.4.2  Đối với các thành phần kết cấu thép, hệ số vật liệu phải phù hợp với TCVN 6170-9.

7.8.4.3  Thiết kế móng phải được thực hiện với hệ số vật liệu đất nền phù hợp với TCVN 6170-7.

7.8.5  Thiết kế theo thử nghiệm

7.8.5.1  Nếu không thể xác định được tải trọng tác động lên kết cấu, cường độ của vật liệu hoặc thành phần kết cấu không thể xem xét chính xác, một mô hình thí nghiệm phải được thực hiện.

7.8.5.2  Cường độ đặc trưng của chi tiết kết cấu hoặc thành phần kết cấu có thể được kiểm tra bằng cách kết hợp giữa thử nghiệm và tính toán.

7.8.5.3  Một kết cấu thử, một chi tiết kết cấu thử hoặc một mô hình thử phải tương đương với công trình được xem xét. Các kết quả thử phải đưa ra một cơ sở tin cậy phù hợp với Tiêu chuẩn được công nhận.

7.9  Cơ sở thiết kế theo tính toán

7.9.1  Cường độ vật liệu thiết kế

7.9.1.1  Các hệ số vật liệu g_m tính đến sự không chắc chắn về cường độ vật liệu và kích thước tiết diện ngang. Hệ số vật liệu được xác định không tính đến việc giảm khả năng chịu lực do ăn mòn hoặc các hư hỏng cơ học

7.9.1.2  Hệ số vật liệu cho bê tông và cốt thép được cho trong Bảng 1.

Bảng 1. Hệ số vật liệu cho bê tông và cốt thép

7.9.1.3  Cường độ chịu nén f_cn, và cường độ chịu kéo f_tn của bê tông đổ tại chỗ, vữa, bê tông cốt sợi và vữa cốt sợi phải được xác định theo TCVN 6170-6.

7.9.1.4  Nếu thiết kế phải được thực hiện bằng thử nghiệm, các yêu cầu được cho trong 7.22.5 phải được áp dụng.

7.9.1.5  Khi cường độ thiết kế bê tông cao là không phù hợp, phải tiến hành đánh giá đặc biệt các hệ số vật liệu và giá trị danh nghĩa của cường độ bê tông đổ tại chỗ

7.9.1.6  Đối với cốt là các thanh FRP, sẽ sử dụng các thiết bị phù hợp với các thông số vật liệu đặc trưng và các hệ số vật liệu cho từng trạng thái giới hạn được xác định theo các Tiêu chuẩn được công nhận. Các hệ số vật liệu cho cường độ và độ cứng của các trạng thái giới hạn khác nhau phải được báo cáo trong chứng chỉ vật liệu

7.9.1.7  Đối với kết cấu cốt FRP, trạng thái giới hạn cực đại phải được kiểm tra cho các tổ hợp tải trọng thích hợp theo TCVN 6170-6, sử dụng một hệ số vật liệu phản ánh thời gian chịu tải cực đại trong từng trường hợp tổ hợp tải trọng cũng như các ảnh hưởng của sự tiếp xúc với chất kiềm. Ảnh hưởng của nhiệt độ được khái quát bởi các hệ số chuyển đổi nhiệt độ được nêu trong TCVN 6170-6.

7.9.1.8  Thời gian chịu tải được xem xét trong thiết kế đối với các kết cấu bê tông cốt FRP phải không nhỏ hơn các giá trị trong Bảng 2 cho trạng thái giới hạn áp dụng theo TCVN 6170-6.

Bảng 2. Các hệ số vật liệu, g_m, cho cốt FRP

7.9.1.9  Đối với trạng thái giới hạn mỏi, hệ số vật liệu g_F,SSA phải được đưa vào cho thời gian chịu tải. Thời gian tải trọng được sử dụng trong tích lũy tổn thương không dưới 5 năm trong từng khối ứng suất (block stress).

7.9.1.10  Đối với trạng thái ALS, một hệ số vật liệu cho độ bền g_FA, được đưa vào tính toán thời gian của các trường hợp sự cố, phải được sử dụng cho cốt FRP với sự xem xét kỹ về hậu quả của sự cố và thời gian của những sự cố này. Thời gian xem xét không dưới 24 giờ, xem 7.9.1.13.

Đối với trạng thái SLS, hệ số vật liệu g_FS cho độ bền tính đến tuổi thọ thiết kế của kết cấu sẽ được dùng cho cốt FRP, xem 7.9.1.13.

7.9.1.11  Các giá trị thiết kế cho bê tông/vữa

E_cd = E_cn / g_c

E_cn = 22000.( g_cck /10)^0,3 MPa đối với g_cck < 65 MPa

E_cn = 4800.( g_cck)^0,5 MPa đối với g_cck > 65 MPa

f_cd = f_cn / g_c

f_td = f_tn / g_c

Trong đó:

E_cd giá trị thiết kế của Mô đun đàn hồi được dùng trong đường cong ứng suất - biến dạng

E_cn giá trị chuẩn hóa của Mô đun đàn hồi dùng trong đường cong ứng suất - biến dạng

f_cck cường độ lăng trụ chịu nén đặc trưng

f_cd cường độ chịu nén thiết kế

f_cn cường độ chịu nén chuẩn, xem 7.9.1.3

f_td cường độ thiết kế chịu kéo một trục

f_tn cường độ chịu kéo chuẩn, xem 7.9.1.3

g_c hệ số vật liệu (Bảng 1)

7.9.1.12  Các giá trị thiết kế cho cốt thép:

E_sd = E_sk / g_s

f_sd = f_sk / g_s

Trong đó:

E_sd giá trị thiết kế Mô đun đàn hồi của cốt thép

E_sk giá trị đặc trưng Mô đun đàn hồi của cốt thép

f_sd cường độ thiết kế của cốt thép

f_sk cường độ đặc trưng của cốt thép

g_s hệ số vật liệu cốt thép (Bảng 1)

7.9.1.13  Các giá trị thiết kế cho cốt thép thanh FRP

E_Fd = E_F / g_FE

f_fd = f_F / g_m

Trong đó:

g_FE hệ số vật liệu cho Mô đun đàn hồi E_F tính cho ảnh hưởng từ biến dài hạn trong các thanh.

g_m hệ số vật liệu cho cường độ của các thanh cốt FRP tính cho thời hạn đặt tải, nhiệt độ làm việc cũng như các xem xét trong chế tạo và đổ bê tông. Đối với việc thực hiện g_m trong các trạng thái ULS, ALS và SLS:

g_m của các thanh FRP trong trạng thái giới hạn cực đại ULS

g_m phải được thực hiện trong thiết kế ở trạng thái ULS bởi phụ thuộc vào loại tổ hợp tải trọng, cụ thể trong Bảng 2 g_m là một hàm của:

- g_F, một hệ số vật liệu để tính toán sự thay đổi thống kê của cường độ vật liệu, sự thiếu chính xác khi đổ bê tông do các đặc tính cơ học của thanh và mức độ kiểm soát thực hiện trong quá trình sản xuất, và

- h_F,TTR xuất phát từ thời gian đặc trưng đến đường cong phá hủy trong suốt thời gian chịu các dạng tải trọng kết hợp ngẫu nhiên

g_m = g_F . h_T . h_F,TTR

Trong đó:

g_F = 1,25, đối với các sản phẩm thanh được chứng nhận đáp ứng được tất cả các yêu cầu về QA/QC của nhà sản xuất quy định tại phụ lục G - TCVN 6170-6, được sản xuất theo một chương trình chứng nhận đã được thiết lập

g_F = 1,4, đối với các sản phẩm thanh được chứng nhận đáp ứng được tất cả các yêu cầu về QA/QC của nhà sản xuất quy định tại phụ lục G - TCVN 6170-6 trong giai đoạn thiết lập ban đầu của chương trình chứng nhận

h_T là hệ số chuyển đổi nhiệt độ hoạt động, xem TCVN 6170-6.

h_F,TTR = (f_F / f_F,TTR(i))

Trong đó:

f_F: Cường độ chịu kéo đặc trưng ngắn hạn (lực trên diện tích) của thanh FRP

f_F,TTR(i): Cường độ chịu kéo đặc trưng (lực trên diện tích) trong thanh FRP cho đến khi hư hỏng tại thời gian xem xét tải trọng i, được ghi lại qua ngoại suy dữ liệu thử TTR

i: I (50 năm), II (1 năm) hoặc III (1 tuần) tương ứng với khoảng thời gian chịu tải theo Bảng 2.

g_m của các thanh FRP trong trạng thái giới hạn sự cố ALS

g_m phải được thực hiện trong thiết kế ở trạng thái ALS như g_FA, g_m là một hàm của:

- g_F, một hệ số vật liệu để tính toán sự thay đổi thống kê của cường độ vật liệu, sự thiếu chính xác khi đổ bê tông do các đặc tính cơ học của thanh và mức độ kiểm soát thực hiện trong quá trình sản xuất, và

- h_F,TTR xuất phát từ thời gian đặc trưng đến đường cong phá hủy trong suốt thời gian chịu các dạng tải trọng kết hợp ngẫu nhiên

g_m = g_F . h_T . h_F,TTR

Trong đó:

g_F = 1,2

h_T : Hệ số chuyển đổi nhiệt độ làm việc. Xem TCVN 6170-6.

h_F,TTR = (f_F / f_F,TTR(i))

Trong đó:

f_F: Cường độ chịu kéo đặc trưng ngắn hạn (lực trên diện tích) của thanh FRP

f_F,TTR(i): Cường độ chịu kéo đặc trưng (lực trên diện tích) trên thanh FRP cho đến khi hư hỏng tại thời gian xem xét tải trọng I, được ghi lại qua ngoại suy dữ liệu thử TTR

i: Thời gian dự kiến của tình huống hư hỏng và hậu quả được xem xét. Không nhỏ hơn 24 giờ

g_m của các thanh FRP trong trạng thái giới hạn làm việc SLS

g_m phải được thực hiện trong thiết kế ở trạng thái SLS như g_FS, g_m là một hàm của:

- g_F, một hệ số vật liệu để tính toán sự thay đổi thống kê của cường độ vật liệu, sự thiếu chính xác khi đổ bê tông do các đặc tính cơ học của thanh và mức độ kiểm soát thực hiện trong quá trình sản xuất, và

- h_F,TTR xuất phát từ thời gian đặc trưng đến đường cong phá hủy trong suốt thời gian chịu các dạng tải trọng kết hợp ngẫu nhiên.

g_m = g_F . h_T . h_F,TTR

Trong đó:

f_F: Cường độ chịu kéo đặc trưng ngắn hạn (lực trên diện tích) của thanh FRP

f_F,TTR: Cường độ chịu kéo đặc trưng (lực trên diện tích) trong thanh FRP cho đến khi hư hỏng tại thời gian xem xét tải trọng I, được ghi lại qua ngoại suy dữ liệu thử TTR

i: Thời gian phụ thuộc tuổi thọ thiết kế của kết cấu. Không được lấy nhỏ hơn 50 năm

7.9.1.14  Quan hệ ứng suất - biến dạng đối với bê tông hoặc vữa trong miền chịu nén của một mác bê tông nhất định phải được chọn sao cho kết quả dự đoán các đặc trưng phản ứng tại các trạng thái giới hạn thích hợp thỏa mãn các kết quả thử. Thay cho dữ liệu đó, mối quan hệ chung được đưa ra theo Hình 1 có thể được sử dụng.

Hình 1. Biểu đồ ứng suất - biến dạng chung để tính toán cường độ bê tông cốt liệu thường trong vùng chịu nén

Lưu ý: Vùng chịu nén được định nghĩa là âm và do đó các giá trị ε và σ là âm đối với bê tông chịu nén

Đối với:

ε_cn < ε_c < ε_co

Thì:

σ_c = -¦_cn

Đối với:

Thì:

Đối với:

Thì:

ε_cu = (2,5m-1,5)ε_cn

Trong đó:

Đối với bê tông/vữa cốt liệu chặt thông thường có f_cck ≤ 65MPa, có thể giả định rằng:

Đối với bê tông/vữa cốt liệu chặt thông thường có f_cck > 65MPa, có thể giả định rằng:

E_cn = 4800(f_cck)^0,5 MPa

Trong đó: ε₁ =1,9 ‰ và k_e = 0,004 ‰/ MPa

7.9.1.15  Đối với bê tông có mác >C65 và đối với tất cả bê tông cốt liệu nhẹ, các giá trị của E_cn và ε_cu được xác định bằng cách kiểm tra loại bê tông yêu cầu. Bê tông chịu biến dạng kéo phải được giả định không có ứng suất trừ khi có ngoại lệ.

7.9.1.16  Đối với bê tông cốt sợi của tất cả các mác, các giá trị của E_cn và ε_cu được xác định bằng cách kiểm tra các loại bê tông cốt sợi yêu cầu. Bê tông chịu biến dạng kéo được giả định không có ứng suất trừ khi có ngoại lệ.

7.9.1.17  Đối với bê tông cốt liệu chặt trung bình của các mác bê tông giữa C25 và C45, có thể sử dụng biểu đồ ứng suất - biến dạng đơn giản sau đây:

Hình 2. Biểu đồ ứng suất - biến dạng đơn giản đối với bê tông cốt liệu chặt trung bình của các mác giữa C25 và C45 chịu nén.

ε_co = -2 ‰ là biến dạng tại điểm ứng suất lớn nhất

7.9.1.18  Đối với bê tông cốt liệu nhẹ của các mác bê tông giữa LC25 và LC35, biểu đồ ứng suất - biến dạng song tuyến đơn giản có thể được áp dụng để tính khả năng chịu tải.

Giới hạn biến dạng tối đa đối với bê tông cốt liệu nhẹ trong vùng chịu nén là:

Trong đó: ε₁ =-3,5‰, ρ₁, =2200 kg/m³ và ρ là mật độ của cốt liệu nhẹ.

Hình 3. Biểu đồ ứng suất - biến dạng đơn giản đối với bê tông cốt liệu nhẹ của các mác bê tông giữa LC25 và LC35

7.9.1.19  Trước khi sử dụng bê tông nhẹ không tiêu chuẩn hoặc bê tông liên hợp (composite) trong kết cấu, quan hệ ứng suất biến dạng đến khi hư hỏng phải được ghi lại.

7.9.1.20  Đối với tính toán khả năng của lực dọc và mô men uốn, các phân bố ứng suất khác nhau được đưa ra trong Tiêu chuẩn này có thể được áp dụng, miễn là chúng không gây lên khả năng chịu cắt ngang lớn hơn.

7.9.2  Đường cong ứng suất biến dạng đối với vữa kết cấu và vữa cốt sợi.

7.9.2.1  Đối với vữa kết cấu và vữa cốt sợi có cường độ đặc trưng (characteristic cylinder strength) lớn hơn 65 Mpa, các giá trị E_cn và ε_cu phải được xác định bằng việc thử loại vữa sử dụng. Vữa chịu biến dạng kéo phải được giả định không có ứng suất trừ khi có ngoại lệ.

Lưu ý:

Theo hướng dẫn có thể lấy bằng 4800 ∙ (f_cck)^0,5. Đối với vữa kết cấu có cường độ lớn hơn 65 Mpa, đường cong ứng suất - biến dạng có thể được coi là tuyến tính cho đến khi hư hỏng.

7.9.3  Đường cong ứng suất – biến dạng cốt thép

7.9.3.1  Đối với cốt thép, quan hệ giữa lực và biến dạng là đại diện cho dạng đánh giá phải được sử dụng.

Biểu đồ ứng suất - biến dạng cho thiết kế phải được lập bằng việc chia cường độ đặc trưng f_sk với hệ số vật liệu g_s.

7.9.3.2  Trong trường hợp tác động liên hợp giả định với bê tông không áp dụng những hạn chế chặt chẽ hơn, thì lực trong cốt thép sẽ bị giới hạn ε_su tới 10‰. Đối với cốt thép ứng lực trước, lực căng ứng lực trước phải được thêm vào giới hạn này.

7.9.3.3  Đối với cốt thép thỏa mãn theo TCVN 6170-6, ứng suất thép có thể được giả định tăng tuyến tính từ 0 tới f_sd khi biến dạng tăng từ 0 tới ε_sy = f_sd / E_sk.

Ứng suất cốt thép có thể được giả định bằng f_sd khi biến dạng thay đổi giữa ε_sy và ε_su

Thép có thể được giả thiết có đặc tính biến dạng và ứng suất chảy giống nhau trong cả vùng chịu nén và kéo. Nếu dự kiến sự bất ổn định của cốt thép trong vùng chịu nén xảy ra, các đặc tính trong vùng chịu nén phải được điều chỉnh.

7.9.3.4  Đối với nhiệt độ trên 150°C, biểu đồ ứng suất - biến dạng đối với các thanh có gờ theo TCVN 6170-6 có thể được giả định thỏa mãn với Hình 4 đối với cốt thép.

Hình 4. Biểu đồ ứng suất - biến dạng đối với cốt thép phù hợp với TCVN 6170-6

Hình 5. Quan hệ ứng suất và biến dạng ngắn hạn đối với các thanh có gờ tại nhiệt độ trên 150°C

Biểu đồ trong Hình 5 không bao gồm biến dạng do nhiệt hoặc biến dạng từ biến do nhiệt độ cao

7.9.4  Đường cong ứng suất - biến dạng cốt FRP

7.9.4.1  Mô đun đàn hồi thiết kế của thanh cốt FRP được định nghĩa là E_Fd.

7.9.4.2  Đường cong ứng suất – biến dạng cốt FRP trong vùng chịu kéo phải được xem như tuyến tính cho đến khi hư hỏng tại cường độ thiết kế f_Fd. Giá trị của f_Fd phụ thuộc vào thời gian chịu tải trọng kết hợp được định nghĩa trong Bảng 2.

7.9.4.3  Cốt FRP không được xem xét làm việc trong vùng chịu nén.

7.9.4.4  Tác động của nhiệt độ lên cường độ của cốt FRP phải được xem xét trong thiết kế, xem TCVN 6170-6.

7.9.5  Kích thước hình học trong tính toán khả năng chịu cắt (sectional capacities)

7.9.5.1  Khi cho phép độ lệch lớn hơn trong kích thước được xác định trong Bảng 3, các độ lệch trong kích thước mặt cắt và vị trí cốt thép phải được xem xét trong thiết kế. Độ lệch nhỏ hơn dung sai xác định có thể được xem xét.

Bảng 3. Độ lệch cho phép

Đối với kết cấu có hình dạng đặc biệt và dung sai thay thế hình học có thể được xác định từ một điểm mà khả năng chịu lực tính toán dựa trên các dung sai cụ thể không làm giảm khả năng chịu lực trên 10%.

7.9.5.2  Nếu xem xét sự kết hợp bất lợi nhất của các dung sai đối với kích thước tiết diện và vị trí cốt thép, và sự kiểm soát phù hợp sau đó xác minh rằng sai số thực tế vượt quá các sai số quy định, thì hệ số vật liệu theo Bảng 1 phải được sử dụng.

Nếu các tài liệu hoàn công thể hiện độ lệch dự kiến của dung sai không thỏa mãn thì phần đó phải được đánh giá lại trong toàn bộ các trạng thái giới hạn thích hợp.

7.9.5.3  Đối với kết cấu đúc dưới nước, các mối nối ngang có chiều dày bê tông 100 mm, và trong khu vực tiếp xúc giữa mặt đất và bê tông không được đưa vào tính toán như mặt cắt ngang hữu hiệu truyền lực. Nếu kết cấu được đặt trong đá tối thiểu 100 mm, toàn bộ mặt cắt bê tông có thể được tính toán là hữu hiệu cho việc truyền lực lên nền đất.

7.9.6  Lực kéo trong các cấu kiện

7.9.6.1  Lực kéo phải do cốt thép chịu, trừ khi:

- Lực kéo gây ra do lực cắt, neo hoặc thép buộc và bởi các khu vực chịu tải trọng từng phần nếu không có sự tăng cường độ bê tông được xem xét, có thể giả định được truyền bởi bê tông theo thiết kế phù hợp với tiêu chuẩn này.

7.9.7  Ảnh hưởng từ biến (creep effects)

7.9.7.1  Ảnh hưởng từ biến phải được xem xét nếu thích hợp. Việc đánh giá sơ bộ ảnh hưởng từ biến có thể thu được bằng các phương pháp triển khai ban đầu cho các cột đơn giản. Hai phương pháp tham khảo, được gọi là phương pháp hệ số từ biến (creep factor method) và phương pháp tâm sai từ biến (creep eccentricity method)

Hình 6. Mối liên hệ ứng suất - biến dạng được điều chỉnh cho bê tông

Lưu ý:

Phương pháp hệ số từ biến: Phương pháp sử dụng một biểu đồ ứng suất - biến dạng được điều chỉnh cho bê tông. Trong biểu đồ này, các biến dạng ngắn được nhân với (1+φ), φ là hệ số từ biến, xem Hình 1 và Hình 6.

Các giá trị của φ phải được xác định cẩn thận theo các nguyên tắc đã được công nhận. Hệ số từ biến φ sẽ được xác định cho phạm vi nhiệt độ có liên quan, mác bê tông và độ ẩm.

Phương pháp tâm sai từ biến. Trong phương pháp này, ảnh hưởng của từ biến được tính bằng cách đưa ra sự lệch tâm do từ biến gây ra. Phương pháp này rất thuận tiện sử dụng. Hai điều kiện quan trọng liên quan đến việc áp dụng phương pháp là:

- Tổng độ lệch tâm phải đủ nhỏ để tránh nứt.

- Giá trị của tải trọng gây ra từ biến phải đủ nhỏ để tránh phản ứng vật liệu phi tuyến dưới tải trọng ngắn hạn.

7.9.8  Ảnh hưởng của áp lực nước

7.9.8.1  Ảnh hưởng của áp suất thủy tĩnh lên cường độ bê tông phải được đánh giá tại những vị trí liên quan. Đối với bê tông cốt liệu nhẹ, ảnh hưởng này có thể là đáng kể.

7.10  Mô men uốn và lực dọc (ULS)

7.10.1  Quy định chung

7.10.1.1  Khả năng chịu mô men uốn và lực dọc có thể được xác định bằng việc giả định mặt cắt ngang vẫn phẳng sau khi biến dạng, các đặc tính ứng suất và biến dạng của bê tông và cốt thép được cho trong 7.9.

Khi các ảnh hưởng tải trọng được xác định bằng cách áp dụng kỹ thuật phân tích đàn hồi, các kết cấu như vậy phải bao gồm các cấu kiện có khả năng phát triển cường độ đàn hồi và duy trì cường độ này trong quá trình biến dạng cần thiết để tạo thành một cơ cấu. Cường độ đàn hồi phải được ghi lại đầy đủ, xem 7.7 .

7.10.1.2  Các ảnh hưởng tải trọng được xác định bằng cách áp dụng các kỹ thuật phân tích thiết kế đàn hồi không được áp dụng trong kết cấu cốt FRP. Độ biến dạng nén trung bình tính trên mặt cắt ngang không được vượt quá (ε_cu + ε_cu)/2. Độ biến dạng gây ra bởi co ngót và từ biến tuyến tính phải được thêm vào và tổng độ biến dạng phải nằm trong giới hạn trên.

7.10.1.3  Khi tính toán khả năng chịu lực của một mặt cắt do tải trọng dọc trục bên ngoài, tải trọng dọc trục phải được giả định có độ lệch tâm tối thiểu theo trục chính bất lợi nhất. Độ lệch tâm không được nhỏ hơn đường kính mặt cắt lớn nhất là 20 mm hoặc 1/30 kích thước mặt cắt ngang theo chiều lệch tâm.

Các yêu cầu được cho trong mục này nằm trong quy định chung áp dụng cho cấu kiện có tỷ số giữa chiều cao h của cấu kiện và khoảng cách giữa các điểm mô men uốn triệt tiêu nhỏ hơn 0,5. Nếu tỷ số này lớn hơn 0,5, các giả định thích hợp với các dạng khác của cấu kiện như chiều cao dầm, công xôn phải được áp dụng.

7.10.1.4  Nếu khu vực cốt thép chịu nén vượt quá 4% diện tích bê tông, việc tính toán khả năng chịu tải phải dựa trên diện tích bê tông làm việc.

Diện tích bê tông làm việc thực tế được định nghĩa là diện tích bê tông giữa tâm của cốt thép trên miền chịu kéo và miền chịu nén của kết cấu. Đối với các kết cấu cốt thép sử dụng các bó thanh thép, tâm của cốt thép là tâm của bó. Đối với kết cấu có nhiều lớp cốt thép, tâm cốt thép được tính từ thanh bên ngoài trên mặt chịu kéo và nén.

7.10.1.5  Trong các kết cấu chịu tải trọng dọc trục như cột và vách, cốt thép phải được xem xét ảnh hưởng chịu nén nếu được bảo vệ đủ để chống lại sự uốn dọc. Cốt thép nén phải được ghép nối bằng cách bắt chéo các thanh ở bên ngoài, trừ khi được chứng minh là đủ.

7.10.1.6  Đối với cột có cốt thép xoắn như mô tả trong 7.23.10.9, và với mác bê tông trung bình không lớn hơn C45, sức kháng ngang có thể được tính toán phù hợp với điều này.

Khả năng chịu lực dọc phải được tính toán sử dụng mặt cắt ngang hữu hiệu, được định nghĩa là lõi bê tông bên trong tâm của cốt thép xoắn cộng với mặt cắt ngang bê tông tương đương của cốt thép dọc dựa trên tỷ số mô đun đàn hồi của thép và bê tông (modular ratio). Đối với độ lệch tâm nhỏ hơn 0,25D_k, cường độ chịu nén thiết kế gia tăng của bê tông có thể được giả định bằng:

Trong đó:

s: Là khoảng cách tâm cốt thép xoắn, được đo theo chiều dọc của cột

D_k: Là đường kính của lõi bê tông bên trong tâm cốt thép xoắn, A_ss

¦_ssd: Là cường độ thiết kế của cốt thép xoắn, A_ss

e: Là độ lệch tâm của tải trọng

Các biến dạng ε_co và ε_cu phải được giả định tăng cùng tỷ lệ với cường độ thiết kế.

Khả năng chịu lực không được nhỏ hơn khả năng chịu lực của mặt cắt ngang, bao gồm cả cốt thép dọc không tính đến các tác động của cốt thép xoắn và cũng không được lớn hơn 1,5 lần khả năng chịu lực.

7.10.1.7  Khả năng chịu lực của mặt cắt ngang không có cốt thép được xác định bằng quan hệ ứng suất - biến dạng được đưa ra trong 7.9.1.14, giả định bê tông không chịu kéo.

Độ lệch tâm không được lớn hơn để gây ra một miền chịu nén ít nhất bằng một nửa chiều cao mặt cắt ngang.

7.10.1.8  Cường độ chịu kéo đối với bê tông cốt sợi chứa tối thiểu một phần trăm theo thể tích sợi thép có thể được tính như k_wf_td. Đối với thiết kế tiết diện ngang chịu lực kéo dọc, hệ số k_w phải được lấy bằng 1,0; khi thiết kế mô men uốn hoặc mô men uốn kết hợp với lực nén dọc trục, hệ số k_w phải được lấy bằng 1,5-h/h₁.

h là Chiều cao tiết diện ngang, và h₁ = 1,0 m.

7.11  Kết cấu mảnh

7.11.1  Quy định chung

7.11.1.1  Đối với kết cấu không ổn định, một phương pháp phân tích đơn giản sẽ được xem xét chấp nhận nếu được ghi chép đầy đủ các ảnh hưởng của tải trọng thiết kế không vượt quá độ bền tính toán tương ứng cho sự mất ổn định của kết cấu đối với biến dạng liên quan. Các phân tích phi tuyến chung được nêu trong TCVN 6170-6.

Các kết cấu mảnh chịu nén theo chiều dọc hoặc mô men uốn kết hợp với lực nén dọc trục phải được đo đạc các ảnh hưởng tác động và ảnh hưởng của chuyển vị của kết cấu (lý thuyết bậc 2). Ảnh hưởng của từ biến bê tông phải được đưa vào tính toán nếu có ảnh hưởng bất lợi lên khả năng chịu lực.

7.11.1.2  Chuyển vị do các tác động ngắn hạn phải được tính toán phù hợp với đường cong ứng suất - biến dạng được cho trong 7.9.1.

7.11.1.3  Ảnh hưởng của từ biến phải được tính toán phù hợp với lịch sử hoạt động của kết cấu và các tác động đặc trưng, xem TCVN 6170-6.

7.11.1.4  Kết cấu phải được giả định là mảnh nếu phù hợp với 7.11.1.10 tới 7.11.1.12, ảnh hưởng của chuyển vị không được bỏ qua.

Nếu các ảnh hưởng bậc hai là đáng kể, các ảnh hưởng đó phải được xem xét. Thiết kế các kết cấu liền kề phải được vào tính toán các ảnh hưởng bậc hai có thể truyền qua các mối nối.

7.11.1.5  Các kết cấu được ghép nối với các kết cấu mảnh chịu nén phải được thiết kế để lực và mô men uốn phù hợp với độ ngàm giả định và các mô men bổ sung gây ra do sự chuyển vị trong các kết nối kết cấu.

Độ cứng giả định cho các kết cấu đặc biệt phải phù hợp với các ảnh hưởng tác động thiết kế và trạng thái biến dạng tương ứng.

Cốt thép tối thiểu phải bằng với giả thuyết khi tính toán chuyển vị phải được đưa vào kết cấu

7.11.1.6  Lực nén trong kết cấu mảnh chịu nén phải được giả định có độ lệch tâm không chủ định được tính theo dung sai quy định cho độ cong và độ nghiêng của từng kết cấu.

7.11.1.7  Độ lệch tâm không được nhỏ hơn đường kính mặt cắt lớn nhất là 20 mm, hoặc 1/30 kích thước mặt cắt ngang theo hướng lệch tâm, nếu các điều kiện đặc biệt không đưa ra cơ sở cho các giá trị khác. Chiều dài mất ổn định l_c là chiều dài của một đầu nối với giằng có cùng lực uốn lý thuyết (lực Euler) và hướng của chuyển vị của kết cấu đang xét tới.

7.11.1.8  Độ lệch tâm không định trước phải được giả định hoạt động dọc theo trục chính của mặt cắt ngang có ảnh hưởng bất lợi nhất, đồng thời xem xét ảnh hưởng của các mô men uốn bậc 1 và 2.

7.11.1.9  Độ mảnh hình học không được vượt quá

Trong đó:

A_s: Diện tích cốt thép

A_c: Diện tích mặt cắt ngang của bê tông không bị nứt

Độ mảnh phụ thuộc vào lực của kết cấu phải được tính toán từ công thức sau:

Trong đó:

I_c: Là mô men quán tính của A_c

N_¦: Lực dọc thiết kế

l_e: Chiều dài hữu hiệu, chiều dài mất ổn định hình học

Diện tích cốt thép A_s được đưa ra với giá trị đầy đủ đối với mặt cắt chữ nhật có cốt thép ở góc, hoặc với cốt thép được phân phối dọc theo mặt vuông góc với hướng của chuyển vị. Đối với các dạng tiết diện khác hoặc vị trí đặt cốt thép khác, diện tích cốt thép có thể được tính là 2/3 tổng diện tích cốt thép nếu không sử dụng các giá trị chính xác hơn.

7.11.1.10  Độ mảnh phụ thuộc vào lực theo hướng có sức kháng nhỏ nhất chống lại mất ổn định phải không được lớn hơn 45.

7.11.1.11  Ảnh hưởng của các chuyển vị có thể được bỏ qua nếu độ mảnh phụ thuộc lực dựa trên các tác động thiết kế nhỏ hơn 10.

7.11.1.12  Đối với kết cấu có thanh đầu giằng, không chịu lực bên, giới hạn này có thể được tăng thành:

Trong đó:

|M_OA|: Mô men ngàm số học nhỏ nhất được tính theo lý thuyết bậc 1

|M_OB|: Mô men ngàm số học lớn nhất được tính theo lý thuyết bậc 1

Nếu kết cấu được thiết kế theo toàn bộ chiều dài đối với mô men ngàm số học lớn nhất được tính toán không tính đến các chuyển vị (lý thuyết bậc 1).

Tỷ số M_OA /M_OB là tỷ số giữa mô men ngàm số học nhỏ nhất và lớn nhất được tính toán không tính đến các chuyển vị (lý thuyết bậc 1). Tỷ số này phải được nhập với giá trị dương khi mô men ngàm gây ra lực kéo trên cùng một mặt của cấu kiện (đường cong đơn) và giá trị âm với trường hợp ngược lại (đường cong kép).

Nếu mô men ngàm lớn nhất nhỏ hơn kết quả tính toán theo độ lệch tâm nhỏ nhất phù hợp với 7.11.1.7, tỷ số phải được lấy bằng 1,0.

7.11.1.13  Nếu độ mảnh phụ thuộc lực được tính toán với lực dọc dựa trên lực dài hạn đặc trưng cho kết cấu và mô men ngàm tương ứng không vượt quá các giá trị trong 7.11.1.9, ảnh hưởng của từ biến có thể được bỏ qua.

7.11.1.14  Dầm và cột, do độ mảnh, có thể xảy ra các lực bổ sung đáng kể do chuyển vị xoắn của kết cấu (uốn cạnh hoặc xoắn) phải được thiết kế phù hợp.

7.11.1.15  Khi thiết kế các kết cấu vách và tường móng, phải xem xét tới các chuyển vị cục bộ ảnh hưởng tới các ảnh hưởng tác động thiết kế. Việc tính toán phải dựa trên các phương pháp và nguyên lý được chấp nhận trong 7.11.1.1 tới 7.11.1.10 nếu áp dụng.

7.11.1.16  Nếu các bộ phận quan trọng của kết cấu chịu kéo do uốn hoặc kéo dọc trục và sự phân bố lại của lực do nứt, các phân tích phi tuyến chi tiết của bê tông cốt thép có thể được yêu cầu.

7.12  Lực cắt trong dầm và bản

7.12.1  Cơ sở

7.12.1.1  Các quy định trong phần này áp dụng cho dầm, bản và các kết cấu có tỷ số giữa chiều dài nhịp và chiều cao tối thiểu bằng 3,0 đối với các gối đỡ hai bên và tối thiểu 1,5 đối với công xôn. Các kết cấu có tỷ số nhỏ hơn giữa chiều dài và chiều cao phải được thiết kế phù hợp với 7.15.

7.12.1.2  Khả năng chịu lực đối với các hư hỏng do kéo (V_cd+V_sd) và hư hỏng do nén V_ccd phải được kiểm tra. Việc tính toán có thể được thực hiện phù hợp với các nguyên lý đơn giản trong 7.12.2, nguyên lý mô hình khung (truss model method) trong 7.12.3 hoặc nguyên lý chung được cho trong 7.14.

7.12.1.3  Trong trường hợp các sườn (haunch) hoặc cốt thép ứng lực trước bị nghiêng so với trục dọc của kết cấu, thành phần các lực vuông góc với trục dọc phải được thêm vào các lực cắt tính toán từ các tác động. Nếu lực hoặc các phản ứng được áp dụng cho các cấu kiện kết cấu theo cách mà các lực kéo được đặt theo hướng của lực, các lực này sẽ được truyền bởi cốt thép.

7.12.1.4  Trong các khu vực đỡ, hệ thống ứng suất phải được chọn phù hợp với TCVN 6170-6:2018.

Khả năng chịu hư hỏng do kéo đối với lực trực tiếp áp dụng cho khoảng cách a ≤ 2d từ mặt gối đỡ có thể được kiểm tra bằng cách chứng minh tiết diện ngang có đủ khả năng chịu lực cho một phần của tải trọng tương ứng với tải nhân với hệ số a/2d khi xác định lực cắt.

Trong đó:

a : khoảng cách từ bề mặt của gối đỡ

d : khoảng cách từ tâm của cốt thép chịu kéo tới góc ngoài của vùng chịu nén

Đối với các tải trọng phân bố đều, giá trị của lực cắt tại khoảng cách d từ bề mặt gối tựa có thể được sử dụng để kiểm tra khả năng chịu kéo trong các mặt cắt ngang gần với gối tựa.

Khả năng chịu hư hỏng do nén phải được kiểm tra tại bề mặt của gối đối cho toàn bộ lực cắt.

7.12.1.5  Cốt thép chịu cắt phải được tính toán khả năng chịu lực nếu cốt thép được trang bị tối thiểu trong 7.23.9.6 và bao gồm các cốt thép đai hoặc các cốt thép uốn. Trong dầm tối thiểu một nửa khả năng chịu lực cắt phải đủ bởi cốt đai.

Khoảng cách giữa cốt đai được đo dọc theo trục dọc phải không được lớn hơn 0,6∙h’(1 + cot α) ≤ h’ và không lớn hơn 500 mm, xem 7.23.9.6. Chỉ cốt thép chịu cắt của các góc giữa 45 và 90 độ theo trục dọc phải được tính toán. Cốt thép chịu cắt phải được nghiêng về cùng một phía của mặt cắt ngang như các ứng suất kéo chủ yếu. Khoảng cách giữa các cốt đai phải không vượt quá 0,4∙h’(1 + cot α) hoặc 0,7∙h’ nếu lực cắt lớn hơn 2∙f_td∙b_w∙d hoặc nếu kết hợp với lực cắt thi có lực dọc trục đáng kể hoặc tác động có ảnh hưởng mỏi. Vuông góc với hướng của nhịp kết cấu, khoảng cách phải không được vượt quá chiều cao dầm hoặc lớn hơn 600 mm.

Trong đó:

α: góc giữa cốt thép chịu cắt và trục dọc.

h’: khoảng cách giữa tâm cốt thép theo mặt chịu kéo và chịu nén của cấu kiện.

7.12.1.6  Đối với bản, khả năng chịu lực theo mọi hướng phải tối thiểu bằng lực cắt thiết kế đối với hướng đó. Nếu khả năng chịu lực không đủ do không có cốt thép chịu cắt, diện tích của cốt thép chịu cắt phải được cung cấp theo phương có yêu cầu lớn nhất.

Nếu tác động được truyền sang phần gối đỡ chủ yếu theo một phương thì phải kiểm tra khả năng chịu lực cắt cho phương này.

Nếu tấm không chịu các lực màng (membrane force) bên trong mặt phẳng tấm mỏng, tấm có thể được thiết kế đối với lực cắt cơ bản tại vị trí xem xét.

7.12.1.7  Cánh dầm chịu lực cắt có thể được thiết kế phù hợp với các quy định cho các ảnh hưởng tác động kết hợp nêu trong 7.14 hoặc 7.15.

7.12.1.8  Các thanh FRP được sử dụng làm cốt chịu cắt phải được đặt vuông góc với trục dọc cấu kiện. Góc α giữa cốt thép chịu cắt và trục dọc trong 7.12.1.5 phải được lấy bằng 90 độ.

7.12.1.9  Cốt FRP có thể được sử dụng như cốt chịu cắt trong các kết cấu bê tông cốt thép. Biến dạng tối đa phải được sử dụng trong tính toán cường độ chịu cắt khi sử dụng phương pháp đơn giản nêu trong 7.12.2.

Lưu ý: Giá trị khuyến nghị đối với biến dạng tối đa được sử dụng trong tính toán độ bền chịu cắt là 4‰.

7.12.1.10  Khi thiết kế kết cấu với cốt chịu cắt FRP, các quy định trong 7.12.2 và 7.12.3 phải áp dụng. A_s và A_SV phải được thay bằng A_F và A_F,V trong công thức thiết kế.

7.12.1.11  Khi sử dụng phương pháp mô hình khung theo 7.12.3, ứng suất tối đa f_Fb trong cốt thép chịu cắt đúc sẵn là :

f_Fb = h_b∙f_Fd

Trong đó:

f_Fb: Cường độ chịu kéo thiết kế của thanh uốn FRP.

h_b: Hệ số chuyển đổi xác định thực nghiệm cho điểm uốn (bend).

f_Fd: Cường độ chịu kéo của cốt FRP thẳng khi tổ hợp tải trọng phù hợp được định nghĩa trong TCVN 6170-6.

7.12.2  Phương pháp đơn giản

7.12.2.1  Đối với kết cấu không có cốt thép chịu cắt, khả năng chịu lực cắt do hư hỏng kéo có thể được lấy như V_cd. Khả năng chịu lực cắt mà không có lực dọc có thể được tính như sau:

Trong đó:

A_s: Diện tích mặt cắt ngang của cốt thép được neo trên mặt chịu kéo (mm²)

b_w: Chiều rộng dầm (mm)

d: Khoảng cách từ tâm cốt thép chịu kéo đến cạnh chịu nén (mm)

d₁: 1000 mm

k_A:100 Mpa

k_v: Đối với tấm và dầm không cốt thép chịu cắt, hệ số được lấy bằng 1,5-d/d₁, nhưng không lớn hơn 1,4 và không nhỏ hơn 1,0

7.12.2.2  Khả năng chịu lực kéo đối với lực cắt kết hợp với lực nén dọc trục có thể được tính như sau:

Trong đó:

M_o = - N_f∙W_c/A_c

N_f: Lực dọc thiết kế, dương nếu chịu kéo

V_f: Lực cắt thiết kế đối với tiết diện ngang dưới điều kiện xem xét

M_f: Tổng mô men uốn trong mặt cắt kết hợp với lực cắt V_f

N_f/A_c: Không được lấy với giá trị số học lớn hơn 0,4 f_cd

W_c: Mô đun kháng uốn (sectional modulus) của mặt cắt bê tông đối với cốt sợi có độ kéo cực đại hoặc sợi có độ nén tối thiểu

I_c: Mô men quán tính cho mặt cắt bê tông không nứt

S_c: Mô men diện tích về tâm trục của mặt cắt ngang đối với một phần của mặt cắt bê tông

z₁: Lớn hơn 0,7d và I_c / S_c

b_w: Chiều rộng dầm

7.12.2.3  Khả năng chịu cắt với lực kéo trục trùng nhau có thể được lấy lớn nhất là:

và

Trong đó:

ε_s: là biến dạng trong cốt thép dọc chịu ứng suất lớn nhất được tính toán trên cơ sở các tác động tải trọng đồng thời, trong đó bao gồm ảnh hưởng của liên kết.

Khi tính toán V_cd, không có phần cốt thép theo chiều dọc trong phần được xem xét có độ biến dạng thiết kế lơn hơn ε_sy.

7.12.2.4  Khả năng chịu lực đối với các cấu kiện có cốt ngang (cốt thép chịu cắt) được phân bố theo chiều dọc, có thể được giả định bằng sức kháng V_cd cộng thêm V_sd từ cốt thép ngang. Khi tính V_cd, k_v sẽ được lấy bằng 1,0 đối với các kết cấu cốt thép.

7.12.2.5  Khả năng chịu lực V_sd phải được xác định bởi thành phần lực theo phương của lực cắt trên cốt thép ngang qua vết nứt nghiêng 45 độ so với trục dọc của cấu kiện trong giới hạn chiều cao z từ cốt thép chịu kéo:

Đối với cốt thép ngang bao gồm các thành phần có khoảng cách s được đo dọc theo trục dọc, công thức sẽ trở thành:

z có thể lấy bằng 0,9d nếu mặt cắt ngang nằm trong vùng chịu nén. Nếu toàn bộ mặt cắt ngang có biến dạng kéo, z phải được lấy bằng khoảng cách h’ giữa các nhóm cốt thép dọc sử dụng (trọng tâm) ở mặt trên và mặt dưới so với mặt phẳng uốn.

7.12.2.6  Khả năng chịu hư hỏng do nén là:

V_ccd = 0,30∙¦_cd∙b_w∙z(1 + cot α) < 0,45∙¦_cd∙b_w∙z

7.12.2.7  Khi áp dụng 7.12.1.10 cho kết cấu bê tông cốt có cốt FRP là cốt chịu kéo theo chiều dọc, cần phải có sự điều chỉnh k_v và k_A do các mô đun đàn hồi khác nhau của cốt FRP so với cốt thép, điều này ảnh hưởng đến chiều rộng vết nứt và (aggregate interlock) khi tính toán sự chịu lực của bê tông, V_co∙k_A phải được lấy bằng:

k_A = 100-E_F/E_sk trong đó k_A có đơn vị MPa

k_v phải được xác định thông qua phương pháp thử

7.12.2.8  Đối với kết cấu bê tông có cốt FRP là cốt chịu cắt, cường độ chịu cắt của mặt cắt bê tông phải được lấy thấp hơn:

- V_sd được tính toán sử dụng f_Fb = h_bxf_Fd. Hệ số vật liệu phải tương ứng với thời gian chịu tải

+ V_co + V_sd, trong đó V_sd được tính toán sử dụng f_F là biến dạng tối đa. Hệ số vật liệu cho độ cứng phải được sử dụng để xác định f_F.

Lưu ý: Giá trị khuyến nghị cho biến dạng tối đa là 4‰

- Đối với mặt cắt bê tông không có cốt thép chịu cắt (bản, tương), khả năng chịu cắt phải được lấy như V_co.

7.12.3  Phương pháp mô hình khung (Truss model method)

7.12.3.1  Khả năng chịu lực đối với riêng lực cắt hoặc trong kết hợp với các ảnh hưởng tác động khác có thể được tính toán dựa trên một mô hình khung giả định, với bê tông chịu nén tại một góc θ với trục dọc của dầm. Cốt thép chịu cắt hoạt động như những thanh giằng chịu kéo, và miền chịu kéo và nén như các biên trong khung giả định. Một phần khả năng chịu lực V_cd theo 7.12.2 sẽ không được đưa vào.

7.12.3.2  Đối với kết cấu chịu lực cắt, góc θ phải được chọn giữa 25 độ và 60 độ.

7.12.3.3  Đối với kết cấu chịu lực cắt và lực nén dọc trục, góc θ có thể được chọn nhỏ hơn 25 độ, nhưng không được nhỏ hơn tương ứng với hướng lực nén cơ sở được tính toán cho bê tông không nứt

7.12.3.4  Đối với kết cấu chịu lực cắt kết hợp không có lực kéo dọc đáng kể, góc θ có thể được lấy thông thường θ = 45°

7.12.3.5  Khả năng chịu cắt do hư hỏng nén phải được tính toán từ thành phần lực theo hướng cửa lực cắt từ cốt thép ngang A_SV qua một vết nứt giả định ở một góc θ tới trục dọc đối với các cấu kiện kết cấu trong giới hạn chiều cao z từ cốt thép chịu kéo:

Trong đó:

α: Góc giữa cốt thép ngang và trục đọc

θ: Góc giữa các thanh chống bê tông chịu nén nghiêng và trục dọc

7.12.3.6  Đối với cốt thép ngang bao gồm các chi tiết có khoảng cách s được đo dọc theo trục dọc, khả năng chịu cắt sẽ bằng:

7.12.3.7  Cốt thép chịu cắt đối với trường hợp tải trọng bất lợi nhất có thể được thiết kế cho lực cắt nhỏ nhất với một chiều dài z∙cot θ, tương ứng với hình chiếu của vết nứt nghiêng, được đo dọc theo trục dọc.

7.12.3.8  Khả năng chịu hư hỏng do nén phải được lấy bằng:

Cường độ chịu nén thiết kế ¦_c2d trong vùng chịu nén phải được xác định cho trạng thái biến dạng tính toàn phù hợp theo TCVN 6170-6. Khi góc θ được giả định giữa 30 và 60 độ, cường độ chịu nén thiết kế có thể được giả định là:

¦_c2d = 0,6¦_cd

7.12.3.9  Đối với kết cấu bê tông cốt thép có cốt FRP là cốt thép chịu cắt, ¦_cd trong 7.12.3.5 và 7.12.3.6 phải được lấy phù hợp với công thức cường độ cho cốt chịu cắt FRP uốn phù hợp với 7.12.1.10.

7.12.4  Lực bổ sung trong cốt thép dọc từ lực cắt

7.12.4.1  Khi tính toán phù hợp với phương pháp đơn giản, cốt thép dọc phải được thiết kế cho một tải trọng kéo bổ sung, F_SV do lực cắt:

F_SV = V_f trong kết cấu không có cốt thép chịu cắt

F_SV = V_f - 0,5∙V_sd∙(1 + cot α) ≥ 0 trong kết cấu có cốt thép chịu cắt

Trong đó:

V_f là lực cắt thiết kế áp dụng

V_sd là lực cắt của cốt thép chịu cắt (xem 7.12.3.6)

Lực F_SV phải được giả định tác động lên cả hai thanh nhánh nếu nó bất lợi, ví dụ các khu vực gần các điểm có mô men triệt tiêu.

7.12.4.2  Khi tính toán phù hợp với phương pháp mô hình khung, một lực kéo F_SV phải được giả định trên cả hai mặt của tiết diện ngang:

F_SV = 0,5∙V_f∙(cot θ - cot α) ≥ 0

7.12.4.3  Lực tối đa trong cốt thép dọc trên mặt chịu kéo phải không được lấy lớn hơn giá trị tương ướng với mô men lớn nhất khi kết hợp với lực dọc trục trên cùng phần của đường cong mô men trên mặt đang xét.

7.12.5  Bản chịu tải trọng tập trung

7.12.5.1  Thiết kế bản chịu các tải trọng tập trung do lực nén vuông góc với tâm phẳng của bản, ví dụ phản ứng của cột hoặc bánh xe, có thể được thực hiện phù hợp theo mục này. Mục này không áp dụng cho các trường hợp tải trọng tập trung gây ra lực kéo vuông góc với tâm của bản. Trong trường hợp này, một tính toán chi tiết truyền lực kéo phải được thực hiện.

7.12.5.2  Tính toán có thể được dựa trên một diện tích chịu tải chữ nhật với diện tích và tỷ số bằng nhau giữa các kích thước theo hai phương diện tích chịu tải thực tế.

7.12.5.3  Khả năng chịu hư hỏng do kéo đối với một tải trọng tập trung trong phần bên trong của bản phải được xác định dựa trên một giả định mặt cắt chữ nhật khống chế với các biên tại một khoảng cách 1,0.d từ diện tích chịu tải.

Mặt cắt khống chế phải được chọn theo một trong các cách sau:

- Một khu vực gồm diện tích chịu tải phải được tách biệt bởi mặt cách khống chế từ phần còn lại của bản

- Mặt cắt khống chế không có vị trí gần hơn khu vực chịu tải 1,0.d

- Chu vi của mặt cắt khống chế phải được tối thiểu, nhưng các góc thẳng có thể được giả định, ví dụ các góc không được bo tròn, xem Hình 7.

Hình 7. Mặt cắt ngang khi kiểm tra thiết kế khả năng chịu lực cắt của tải tập trung trên bản mỏng

Hình 8. Mặt cắt ngang khi kiểm tra thiết kế bản mỏng có cột góc

7.12.5.4  Đối với tải di động tập trung gần các gối đỡ, vị trí tác động chi phối sẽ là khoảng cách từ biên của diện tích chịu tải tới mặt của gối đỡ bằng 2.d

7.12.5.5  Khi một tải trọng tập trung được áp dụng cho vùng lân cận của một cạnh tự do, bổ sung thêm theo 7.12.5.2, một mặt cắt khống chế phải được giả định kéo dài tới cạnh tự do và vuông góc với nó, xem Hình 7.

7.12.5.6  Các quy định tương tự áp dụng cho các góc của bản, xem Hình 8a. Trong trường hợp này, khả năng chịu tải cũng phải được kiểm tra đối với mặt cắt tại khoảng cách đo từ góc trong của tải trọng. Mặt cắt phải được giả định theo hướng bất lợi nhất và theo cách mà nó chia góc và tác động từ phần còn lại của bản, xem Hình 8b.

7.12.5.7  Nếu khoảng cách giữa đường viền của một lỗ khoét trong bản và đường viền của diện tích chịu tải hoặc cột ít hơn hoặc bằng 5d, phần của mặt cắt khống chế có vị trí giữa hai đường tiếp tuyến với đường viền của lỗ khoét, bắt đầu từ trọng tâm của diện tích chịu tải, phải được loại bỏ khi tính toán khả năng chịu cắt, xem Hình 9.

Hình 9. Khả năng chịu lực gần lỗ khoét trong bản

7.12.5.8  Việc phân bổ lực cắt dọc các mặt cắt nguy hiểm có thể được tính toán phù hợp với lý thuyết cho các bản mỏng.

7.12.5.9  Trong phương pháp đơn giản, phân bố tuyến tính của lực cắt dọc theo từng mặt của mặt cắt khống chế thường được giả định. Một phần của mô men lệch tâm do mô men từ một cột đỡ, mặt cắt bị lệch tâm có tải trọng tại cạnh tự do phải được giả định được cân bằng bởi một thay đổi tuyến tính của lực cắt trong mặt cắt nguy hiểm.

7.12.5.10  Đối với mặt cắt chữ nhật, phần này của mô men có thể được lấy bằng:

b_y : Là chiều dài của mặt cắt nguy hiểm song song với trục mô men và b_x là mặt vuông góc với nó. Đối với các tiết diện khống chế khác, phần mô men được xác định như đối với một mặt cắt chữ nhật có diện tích và tỷ số mặt bằng nhau.

7.12.5.11  Phần mô men đưa vào phải được giả định không được đưa vào do thay đổi lực cắt, phải được truyền bởi mô men uốn hoặc mô men xoắn dọc theo mặt cắt khống chế.

7.12.5.12  Khả năng chịu lực V_cd trên đơn vị chiều rộng của mặt cắt khống chế tại hư hỏng kéo do cắt đối với một bản không có cốt thép chịu cắt phải được xác định phù hợp với 7.12.1.1. Chiều cao d phải được lấy bằng d=(d_x + d_y)/2, trong đó x và y là hướng của cốt thép. Đối với tỷ lệ cốt thép, ρ_x = A_sx /(b∙d) và ρ_y = A_sy /(b∙d), giá trị trung bình hình học của hai hướng của cốt thép chịu kéo phải được đưa vào. A_sx và A_sy Là lượng cốt thép theo phương x và y.

Tỷ lệ cốt thép phải được xác định là giá trị trung bình trên một chiều rộng 2.d cho từng mặt của diện tích chịu tải. Khả năng chịu tải phải được giảm phù hợp với các quy định trong 7.12.2.3, nếu bản chịu lực kéo dọc

Khả năng chịu lực phải được kiểm tra cho các điều kiện tải trọng còn lại, bao gồm lực cắt trong mặt cắt của bản mỏng bên ngoài mặt cắt khống chế, phù hợp với 7.12.2.

7.12.5.13  Nếu khả năng chịu cắt của bản không chứa cốt thép chịu cắt được tính toán phù hợp với 7.12.5.1 tới 7.12.5.12 nhỏ hơn ảnh hưởng tác động được tính toán, cốt thép chịu cắt phải được trang bị trong các khu vực mà khả năng chịu cắt là không đủ.

7.12.5.14  Khả năng chịu tải đối với hư hỏng cắt kéo (tensile shear failure) trên đơn vị chiều rộng của mặt cắt khống chế của bản có cốt thép chịu cắt phải được lấy bằng tổng khả năng chịu lực, V_cd được tính toán sử dụng k = 1,0, cộng với khả ngăng chịu lực từ cốt thép chịu cắt:

V_sd = ∑¦_sdA_SV sin α

V_sd phải được lấy tối thiểu bằng 0,75V_cd

7.12.5.15  Cốt thép chịu cắt yêu cầu được tính toán từ mặt cắt khống chế phải được phân bổ dọc theo tối thiểu hai hàng với khoảng cách từ 0,5d tới 1,0d

7.12.5.16  Bên ngoài mặt cắt từ 1,0d từ bề mặt, cốt thép chịu cắt yêu cầu phải được tính cho các tiết diện phẳng như trong 7.12.2.4 và 7.12.2.5 và được phân bố như trong 7.12.1.5. Khoảng cách giữa các chi tiết cốt thép theo phương vuông góc với mặt khống chế có thể được lấy tới 0,75d theo hướng của nhịp.

7.12.5.17  Cốt thép chịu cắt trong vùng chịu tác động tập trung có thể bao gồm cốt đai, kết hợp với các thanh uốn. Các loại cốt thép khác có thể được thêm vào nếu kết cấu được xác minh bằng các tài liệu có sẵn.

7.12.5.18  Hư hỏng do nén gây ra bởi lực cắt phải được xem xét theo 7.12.2.6 đối với các tiết diện tại bề mặt diện tích chịu tải.

7.12.5.19  Đối với các cấu kiện bê tông có các cốt FRP là cốt dọc chịu kéo, quy định trong 7.12.5.12 và 7.12.5.14 phải được bổ sung các yêu cầu trong 7.12.2.7 và 7.12.2.8 để dự đoán cường độ chịu cắt V_cd

7.13  Mô men xoắn trong dầm

7.13.1  Quy định chung

7.13.1.1  Khả năng chịu mô men xoắn phải được kiểm tra theo hư hỏng kéo và nén

Nếu tải trọng truyền trong trạng thái giới hạn cực đại không phụ thuộc vào khả năng chịu xoắn, thiết kế có thể được thực hiện mà không cần xem xét các mô men xoắn.

7.13.1.2  Khả năng chịu xoắn của mặt cắt ngang phải được tính toán dựa trên một mặt cắt rỗng giả định với một đường biên ngoài trùng với chu vi thực tế của mặt cắt. Chiều dày của mặt cắt hữu hiệu phải được xác định như chiều dày yêu cầu sử dụng một ứng suất bê tông chịu nén thiết kế được giới hạn tới f_c2d, trong đó f_c2d bằng cường độ chịu nén thiết kế giảm yếu dưới ứng xuất kéo theo hai trục. Tuy nhiên, đối với trường hợp chịu xoắn thuần túy, chiều dày giả định phải được giới hạn bằng 0,2 nhân với đường kính của đường tròn lớn nhất có thể vẽ được trong mặt cắt, và lớn nhất bằng chiều dày thực tế đối với mặt cắt rỗng thực tế. Bê tông bên ngoài cốt đai phải không được bao gồm trong thiết kế nếu khoảng cách từ đường tâm của cốt đai tới mặt bê tông vượt quá một nửa chiều dày giả định, hoặc nếu tổng ứng suất chịu nén nghiêng, từ mô men xoắn và lực cắt vượt quá 0,4f_cd. Bê tông bên ngoài cốt đai thường phải được loại bỏ nếu bề mặt bê tông là gồ ghề.

7.13.1.3  Các phần mặt cắt ngang điển hình có thể được thiết kế cho các lực cắt tính toán phù hợp với nguyên lý chung trong 7.14 và phù hợp với các yêu cầu theo 7.13.1.4 tới 7.13.1.7.

7.13.1.4  Ứng suất (internal forces) phải được xác định phù hợp với các phương pháp được công nhận dựa trên các yêu cầu cân bằng dưới giả định bê tông không chịu kéo. Khi biến dạng kéo xảy ra trong bê tông, các lực phải được tính toán như đối với mô hình khung không gian tại mặt phẳng tâm của vách giả định. Trong khung này, toàn bộ lực kéo phải được chịu bởi cốt thép, trong khi bê tông chịu nén.

7.13.1.5  Hư hỏng do chịu nén giới hạn khả năng chịu xoắn của mặt cắt ngang

Khả năng chịu hư hỏng do chịu nén đối với riêng mô men xoắn là giá trị sinh ra ứng suất bê tông chịu nén tương đương với f_c2d được nêu trong 7.14.1.6 và 7.14.1.7. Ứng suất chịu nén phải được tính cho mặt cắt rỗng giả định ở trạng thái cân bằng giống như ứng suất được sử dụng để thiết kế cột thép chịu xoắn.

Đối với mô men xoắn khi kết hợp lực dọc hoặc lực cắt, khả năng chịu hư hỏng nén phải được xác định bằng việc lấy ứng suất bê tông chịu nén lớn nhất trong mắt cắt ngang hữu hiệu f_c2d

7.13.1.6  Khả năng chịu hư hỏng do chịu kéo phải được xác định bằng các lực chịu kéo tối đa mà cốt thép chịu xoắn có thể chịu trong khung không gian giả định. Thiết kế có thể dựa trên việc xem xét lực cắt trong vách, cần chứng minh ứng suất tương ứng trong góc có thể được truyền.

7.13.1.7  Đối với mô men xoắn kết hợp với mô men uốn, lực dọc hoặc lực cắt, cốt thép yêu cầu có thể được tính toán là tổng cốt thép yêu cầu do mô men xoắn và do các ảnh hưởng tác động khác.

7.13.1.8  Cốt thép chịu xoắn phải được cung cấp với cốt đai có neo phù hợp. Trong các kết cấu hoặc cấu kiện phù hợp với các quy định này phải được thiết kế chịu lực xoắn, cốt đai ở mỗi mặt sẽ có một mặt cắt ngang tối thiểu:

Trong đó A_c là diện tích bê tông của mặt cắt dọc được tính toán sử dụng chiều dày vách nhỏ nhất của mặt cắt rỗng, hoặc 0,2 nhân với đường kính của đường trong phù hợp với 7.13.1.2 và 7.13.1.3 đối với mặt cắt đặc. Cường độ chịu kéo phải không được nhập giá trị nhỏ hơn 2,55 Mpa.

7.13.1.9  Nếu sự truyền tải trọng phụ thuộc hoàn toàn vào khả năng chịu xoắn, khoảng cách giữa các cốt đai phải không vượt quá 300 mm. Nếu bổ sung mô men xoắn thiết kế vượt quá một nửa khả năng của mặt cắt được tính toán theo hư hỏng do nén, khoảng cách phải nhỏ hơn 300 mm và tại mặt cắt bê tông sử dụng hoàn toàn không vượt quá 150 mm.

7.13.1.10  Ngoài cốt thép đai, cốt thép chịu xoắn gồm một cốt thép dọc, được phân bố gần như đều hoặc tập trung ở các góc. Khoảng cách không được vượt quá giới hạn cho các đai, và cốt thép dọc phải có diện tích mặt cắt ngang trên một đơn vị chiều dài dọc theo chu vi đai ít nhất bằng với diện tích tối thiểu trên một đơn vị chiều dài đối với các đai.

7.13.1.11  Cốt thép dọc có thể ít hơn nếu lực nén dọc trục được cung cấp tác động đồng thời hoặc cốt đai được đặt song song gần với phương của lực kéo chính và nếu có đủ khả năng chịu lực. Tối thiểu một thanh sẽ được cung cấp ở mỗi góc của đai và có đường kính tối thiểu giống như đai.

7.13.1.12  Cốt thép chịu xoắn, gồm cốt đai và cốt thép dọc phải được phân bố theo mặt cắt sao cho toàn bộ các mặt cắt ngang có lượng cốt thép tối thiểu cần thiết.

7.13.1.13  Đối với các cấu kiện bê tông cốt FRP là cốt chịu xoắn, các quy định trong 7.13.1.6 và 7.13.1.7 phải được bổ sung bằng cách hạn chế độ biến dạng kéo trong cốt thép chịu xoắn.

Lưu ý: Giá trị khuyến nghị cho biến dạng tối đa đươc sử dụng là 4‰.

7.13.1.14  Đối với các cấu kiện bê tông cốt FRP là cốt chịu xoắn, cốt chịu xoắn tối thiểu được cung cấp theo 7.13.1.8 phải được thay bằng ¦_sk với ứng suất chịu kéo của cốt FRP tương ứng với một biến dạng tối đa.

Lưu ý: Giá trị khuyến nghị cho biến dạng tối đa được sử dụng là 4‰. Cường độ chịu kéo tương ứng ¦_sk = E_F x 4‰

7.14  Nguyên lý thiết kế chung đối với kết cấu chịu lực bên trong bản mỏng

7.14.1  Quy định chung

7.14.1.1  Thiết kế kết cấu chịu các lực tác động lên tâm mặt phẳng có thể được thực hiện bởi một nguyên lý dựa trên một mô hình nội lực giả định thỏa mãn các điều kiện cân bằng và các yêu cầu tương thích đối với vị trí cục bộ được thiết kế.

7.14.1.2  Bê tông được giả định là truyền lực nên bởi các vùng chịu nén, và cốt thép theo hai hoặc nhiều hơn phương truyền lực kéo. Trong các điều kiện nhất định, một giả định giới hạn các lực cắt song song với vết nứt và lực kéo trong bê tông giữa các vết nứt có thể được giả định.

7.14.1.3  Biến dạng và ứng suất phải được tính toán như giá trị trung bình trên một vùng bị nứt. Biến dạng có thể được giả định không đổi trong vùng cục bộ và qua chiều dày. Biến dạng trung bình trong cốt thép có thể được giả định bằng biến dạng trung bình song song với phương của cốt thép cho khu vực đó. Ứng suất và biến dạng chính của bê tông phải được giả định trùng phương với vùng chịu nén giả định.

7.14.1.4  Thiết kế các vách chịu cắt, tấm và vỏ có thể dựa trên các lực tác động trong mặt phẳng. Khi kết cấu chịu mô men kết hợp với lực màng (membrane force), thiết kế có thể được thực hiện bằng việc giả định kết cấu được chia thành các lớp trong đó lấy lực tác dụng là lực màng (membrane force) được phân bố đều qua chiều dày từng lớp, và biến dạng trung bình trong các lớp thỏa mãn điều kiện biến dạng tuyến tính thay đổi qua chiều dày.

7.14.1.5  Nguyên lý tính toán này có thể được sử dụng khi thiết kế cho lực cắt trong dầm và bản với cốt thép chịu cắt và cho mô men xoắn trong dầm.

7.14.1.6  Cơ sở thiết kế sẽ đưa ra mối quan hệ ứng suất và biến dạng cho cốt thép và bê tông trong các vùng chịu trạng thái ứng suất phẳng trong bê tông bị nứt phải được ghi lại để đưa ra thỏa thuận giữa khả năng chịu lực tính toán và thử nghiệm. Đối với cốt thép, quan hệ giữa biến dạng trung bình và ứng suất trung bình được cho trong 7.9.3.3 có thể được giả định. Đối với cốt FRP, quan hệ biến dạng ứng suất được cho trong 7.9.4.1.

7.14.1.7  Đối với bê tông chịu nén, quan hệ ứng suất và biến dạng được cho trong 7.9.1.14, với ứng suất giảm theo hệ số f_c2d / f_cd có thể được giả định.

Đối với bê tông trong vùng chịu nén giả định, cường độ chịu nén thiết kế giảm yếu có thể được lấy bằng

Trong đó: ε₁ là biến dạng kéo trung bình.

7.14.1.8  Các ứng suất kéo trung bình giữa các vết nứt phải được xác định bởi quan hệ được ghi lại theo các thử nghiệm điển hình.

7.14.1.9  Cần phải chứng mình các vết nứt có thể truyền cả ứng suất chịu cắt trong bê tông và ứng suất kéo trong cốt thép được bắt đầu từ các yêu cầu cân bằng.

7.14.1.10  Nếu ứng suất kéo trong bê tông giữa các vết nứt không được xem xét σ₁ = 0, việc kiểm tra điều kiện ứng suất trong vết nứt có thể được bỏ qua.

7.14.1.11  Các ứng suất trong cốt thép tại các vết nứt phải được xác định từ các điều kiện cân bằng và không được vượt quá cường độ thiết kế của cốt thép. Đối với cốt FRP, ứng suất không được vượt quá ứng suất thiết kế tương ứng với biến dạng tối đa. Cường độ thiết kế phải được tính toán xem xét tới một hệ số vật liệu liên quan tới thời gian chịu tải phù hợp với 7.9.1.8.

Lưu ý: Một giá trị khuyến nghị đối với biện dạng tối đa được sử dụng là 4‰

7.14.1.12  Đối với kết cấu bê tông có cốt FRP là cốt ngang và dọc, quy định trong 7.14.1.6 phải được điều chỉnh theo đường cong ứng suất - biến dạng thích hợp cho FRP trong 7.9.4.1.

7.14.2  Khả năng chịu lực màng (membrane force) trong bản mỏng

7.14.2.1  Khả năng chịu lực màng (membrane force) trong tấm và vỏ phải được xác định theo các nguyên lý được công nhận dựa theo các xem xét cân bằng. Cường độ chịu kéo của bê tông phải được bỏ qua.

7.14.2.2  Đối với các lực màng (membrane force), như khi phần tử bàn chịu các lực trong bản mòng (Hình 10) và cốt thép được bố trí đối xứng ở giữa chiều cao, phần tử có thể được thiết kế như dưới đây khi tối thiểu một lực màng (membrane force) chính là lực kéo. Bê tông được xem xét chịu ứng suất nén (σ_c) tại một góc θ với trục dọc x (tương ứng với dấu của N_xy)

Các thanh cốt thép phải được thiết kế để mang các lực F_x và F_y, trong đó:

F_x = N_x + |N_xy|∙cot θ

F_y = N_y + |N_xy|∙tan θ

(Đơn vị của F là lực/đơn vị dài) có giá trị dương đối với F_x và F_y, và chịu các ứng suất kéo dương.

Góc có thể được chọn tùy theo từng trường hợp tải trọng và mỗi phần tử bản, lưu ý tới các yêu cầu của 7.23 liên quan tới cốt thép tối thiểu.

Đối với N_x <-|N_xy|∙cot θ, không yêu cầu cốt thép theo phương x, do đó, F_y và σ_c được cho như sau:

Đối với N_y <-|N_xy|∙tan θ, không yêu cầu cốt thép theo phương y, F_x và σ_c được cho như sau:

Một trường hợp có thể xảy ra khi cả N_x và N_y là âm và N_x∙N_y > N²_xy. Cốt thép không yêu cầu và các lực màng (membrane force) chính có thể được tính toán phù hợp với công thức tiêu chuẩn

Hình 10. Phần tử bản chịu các lực màng (membrane force)

7.14.2.3  Các lực màng (membrane forces) và mô men uốn được kết hợp

Trong trường hợp khi phần tử bản chịu tổ hợp các mô men và các lực màng (membrane forces), hoặc chỉ mô men, phần tử màng có thể tương ứng:

Hình 11. Các lực và mô men áp dụng

7.15  Các vùng gián đoạn hình học hoặc tải trọng

7.15.1  Quy định chung

7.15.1.1  Trong các khu vực có gián đoạn hình học hoặc tải trọng để các giả định cho mặt cắt là không phù hợp, việc tính toán có thể dựa trên các mô hình lực được thử nghiệm và xem xét lý thuyết phù hợp. Các mô hình có thể là hệ khung, vùng chịu ứng suất hoặc tương tự thỏa mãn các điều kiện cân bằng.

Nếu không có các mô hình tính toán được công nhận, hình dạng của mô hình có thể được xác định từ điều kiện ứng xuất đối với kết cấu đồng nhất không nứt phù hợp với lý thuyết đàn hồi.

7.15.1.2  Các quy định trong phần này phải được sử dụng để xác định các nội lực trong phần tử tại một khoảng cách nhỏ hơn d từ gối đỡ hoặc tử các tải trọng tập trung. Nội lực có thể được sử dụng với khoảng cách lên tới 2.d

7.15.1.3  Nội lực phải được tính toán dựa trên một mô hình lực giả định các thanh chống bê tông chịu nén và cốt thép giằng. Mặt cắt hữu hiệu cho các thanh chống bê tông chịu nén phải được giả định phù hợp với các mô hình tính toán được công nhận.

7.15.1.4  Lực kéo do độ lệch trong vùng chịu nén giả định phải được xem xét.

Cốt thép phải có hình dạng phù hợp với mô hình phân tích và được neo phù hợp với các quy định trong 7.17 đối với các nút giả định.

7.15.1.5  Ứng suất bê tông tính toán trong thanh chống không được vượt quá f_c2d như được nêu trong 7.14.1.7. Khi tính toán f_c2d, biến dạng kéo trung bình bắt đầu từ biến dạng nén trong thanh chống và biến dạng kéo trong cốt thép.

7.15.1.6  Cần phải chứng minh rằng các lực tính toán trong thanh chống và giằng giả định có thể truyền sang các nút, với cường độ bê tông chịu nén thiết kế phù hợp với 7.15.1.5, và các quy định khác của Tiêu chuẩn này. Cường độ bê tông chịu nén thiết kế được tăng có thể đưa vào tính toán các khu vực chịu tải một phần. Nếu không có cốt thép đặc biệt hoặc ứng suất nén vuông góc với thanh chống chịu nén trong mô hình lực, cường độ bê tông chịu nén giảm yếu phải được giả định.

7.15.1.7  Nếu cường độ bê tông chịu nén giảm yếu f_c2d không bắt nguồn từ điều kiện biến dạng, ứng suất bê tông chịu nén tính toán trong các nút giả định không được vượt quá các giá trị sau:

- 1,1∙f_cd trong các nút không có cốt thép chịu kéo được neo (nén hai hoặc ba chiều);

- 0,9∙f_cd trong các nút có cốt thép chịu kéo chỉ theo một phương được neo;

- 0,7∙f_cd trong các nút có cốt thép chịu kép nhiều hơn một phương được neo.

7.15.1.8  Khi áp dụng mô hình hệ khung trong khu vực có sự gián đoạn hình học, ứng suất tối đa trong các thanh FRP phải không được vượt quá cường độ thiết kế theo 7.12.1.10 đối với tổ hợp tải trọng thích hợp được xác định theo TCVN 6170-6.

7.16  Lực cắt trong các nút chế tạo

7.16.1  Quy định chung

7.16.1.1  Trong các nút bê tông giữa bê tông đã khô cứng và bê tông đổ tiếp tục lên, sự truyền lực cắt có thể được giả định phù hợp với các quy định được cho trong phần này.

7.16.1.2  Các nút thi công phải không được giả định truyền các lực lớn hơn nếu kết cấu đã được đúc nguyên khối.

7.16.1.3  Bề mặt bê tông đã khô cứng được phân thành dạng trơn, nhám hoặc răng cưa. Một bề mặt có thể được giả định là nhám nếu trên bề mặt có các gờ liên tục không dưới 2mm. Một bề mặt được giả định là răng cưa khi răng cưa có chiều dài song song với hướng của lực không vượt quá 8 lần chiều cao và cạnh bề mặt của răng cưa phải tạo một góc với hương của nút không nhỏ hơn 60 độ. Độ cao tối thiểu phải bằng 10 mm.

7.16.1.4  Cường độ chịu cắt thiết kế của bê tông, t_cd có thể đưa vào tính toán chỉ với các bề mặt tiếp xúc đã được làm sạch và không có vữa xi măng trước khi đổ, và nếu không có ứng suất chịu kéo vuông góc với bề mặt tiếp xúc.

7.16.1.5  Khả năng chịu lực cắt song song với nút thi công có diện tích hữu hiệu và diện tích cốt thép trong bề mặt nút, phải được lấy bằng:

V_d = t_cd∙A_c + f_sd∙A_s(cos α + µ∙sin α) - µ∙σ_c∙A_c < 0,3∙f_cd∙A_c

Trong đó:

A_s: Diện tích cốt thép được neo đủ trong cả hai phía của nút và không được sử dụng cho các mục đích khác.

α: Góc giữa cốt thép và bề mặt tiếp xúc, trong đó chỉ các cốt thép có góc giữa 90 độ và 45 độ (với hướng của lực) phải được đưa vào tính toán.

µ: Hệ số ma sát.

σ_c: Ứng suất bê tông đồng thời tối thiểu tác động vuông góc với bề mặt tiếp xúc.

7.16.1.6  Cốt thép đi qua nút phải có diện tích mặt ngang không nhỏ hơn 0,001A_c hoặc có ứng suất chịu nén vuông góc tác động đồng thời tối thiểu 0,4 Mpa.

7.16.1.7  Trong các nút song song với trục dọc, khoảng cách giữa các cốt thép không được vượt quá 4 lần chiều dày bê tông tối thiểu, được đo vuông góc với bề mặt bê tông hoặc 500 mm.

Tổ hợp các giá trị được cho trong Bảng 4 đưa ra khả năng tối thiểu phải được sử đụng trong thiết kế.

Bảng 4. Các giá trị truyền lực trong các nút thi công

7.16.1.8  Khi các bề mặt tiếp xúc dạng răng cưa, cường độ lực cắt thiết kế t_cd phải được giả định tác động lên mặt cắt ngang cho diện tích thực nhỏ nhất tại chân răng cưa.

7.16.1.9  Cường độ thiết kế t_cd, trong bề mặt tiếp xúc phải được xác định từ phần bê tông có cường độ nhỏ nhất.

7.16.1.10  Cốt thép có thể được bỏ qua trong các nút thi công nhám hoặc răng cưa truyền các lực cắt, trong các trường hợp sau:

- Khi các phần có đủ cường độ di chuyển từ từng phần vuông góc với mặt phẳng theo các cách khác nhau. Khả năng chịu lực phải được tính toán phù hợp 7.16.1.5 và 7.16.1.9.

- Trong các kết cấu có hoạt tải phân bố đều không vượt quá 5 kPa và có phá hoại nhỏ. Cường độ bê tông thiết kế phải lấy bằng 0,5∙t_cd và các lực trong nút bê tông phải được xác định phù hợp với nguyên lý được mô tả trong các kết cấu liên hợp nêu trong 7.5.

- Trong các kết cấu có các tác động kết hợp giữa các phần không được đưa vào tính toán khả năng chịu lực, cần phải kiểm tra không có các ảnh hưởng bất lợi trong trạng thái giới hạn làm việc.

7.16.1.11  Khi tính toán khả năng truyền lực của các lực cắt trong các nút bê tông giữa các cấu kiện đúc sẵn, các quy định trong 7.16.1.5 tới 7.16.1.9 có thể được bỏ qua nếu đủ cơ sở giả định các giá trị khác với các giá trị trong Bảng 4.

7.16.1.12  Đối với các kết cấu bê tông cốt FRP có cốt thép dọc đi qua nút thi công, các quy định trong 7.16.1.5 phải được sửa đổi bằng việc thay thế với cường độ thiết kế của cốt FRP tương ứng với biến dạng tối đa. Cường độ thiết kế phải được tính toán xem xét tới một hệ số vật liệu tương ứng với thời gian chịu tải theo mục 7.9.1.8.

Lưu ý: Giá trị khuyến nghị đối với biến dạng cực đại có thể sử dụng là 4 ‰.

7.16.1.13  Đối với kết cấu bê tông có các thanh FRP là cốt thép đi qua nút thi công, lượng cốt thép tối thiểu yêu cầu phù hợp với các quy định trong 7.16.1.6 phải được sửa đổi với hệ số 200 / E_F với E_F có đơn vị Mpa khi ứng suất chịu nén thay thế không thỏa mãn.

7.17  Cường độ kết dính và phá hủy neo

7.17.1  Quy định chung

7.17.1.1  Khoảng cách giữa các thanh cốt thép phải đảm bảo độ kết dính tốt.

7.17.1.2  Cốt thép trong các lớp khác nhau phải được sắp xếp sao cho đủ khoảng trống để máy đầm hoạt động.

7.17.1.3  Các liên kết chồng phải được chế tạo để truyền lực đều ra các thanh. Cường độ giảm do các liên kết chồng gần nhau phải được đưa vào tính toán khi liên quan.

7.17.1.4  Các liên kết chồng phải được phân bổ. Số lượng tối đa các liên kết chồng xuất hiện trong một tiết diện ngang thường được giới hạn nhỏ hơn:

- 1/2 diện tích cốt thép

- Một lớp cốt thép (lớp có diện tích cốt thép lớn nhất)

7.17.1.5  Khả năng chống kết dính và phá hủy neo phải được xác định theo các nguyên lý được công nhận. Cả độ kết dính cục bộ và kết dính neo phải được kiểm tra.

Trong các khu vực có độ kết dính giảm, cường độ kết dính thiết kế phải không được lấy lớn hơn 70% giá trị cho các vùng có độ kết dính tốt.

Việc xem xét phải được thực hiện với trạng thái ứng suất trong vùng neo. Độ kháng kết dính phải được đảm bảo bằng cốt thép ngang, cốt đai, móc neo hoặc các neo cơ học.

7.17.1.6  Các thanh cốt thép phải có chiều dài không nhỏ hơn:

Trong đó:

ɸ: Là đường kính của thanh cốt thép

σ_s: Ứng suất tính toán trong thanh cốt thép trong trạng thái giới hạn cực đại tại mặt cắt ngang đang xét

¦_bd: Cường độ kết dính thiết kế, được tính toán phù hợp với 7.17.1.16.

t: Dung sai dọc xác định cho vị trí cuối thanh. Nếu các dung sai này không được xác định trong bản vẽ, giá trị t phải không được lấy nhỏ hơn 3ɸ.

7.17.1.7  Chiều dài nối chồng yêu cầu khi ghép nối phải được lấy bằng chiều dài phát triển tính toán. Chiều dài nối chồng yêu cầu không được nhỏ hơn giá trị lớn hơn 20ɸ và 300 mm. Chiều dài phát triển phải không được giả định là hữu hiệu trên một chiều dài vượt quá 80ɸ.

7.17.1.8  Thanh cốt thép trong bó thép phải có chiều dài phát triển không nhỏ hơn:

Trong đó:

ɸ_e: đường kính tương đương theo tiết diện ngang cốt thép

¦_bc: Cường độ kết dính thiết kế theo 7.17.1.16

¦_bs: Cường độ kết dính thiết kế theo 7.17.1.16

k_n: Hệ số phụ thuộc số lượng thanh trong bỏ thép và được lấy bằng

0,8 đối với bó 2 thanh

0,7 đối với bó 3 thanh

0,6 đối với bó 4 thanh

t: Dung sai dọc xác định cho vị trí cuối thanh, xem 7.17.1.6

Chiều dài phát triển phải không được giả định là hữu hiệu trên một chiều dài vượt quá 80ɸ.

Đối với mối nối ghép chống của các bó cốt thép với đường kính tương đương lớn hơn 32 mm, các thanh phải được nối chồng riêng lẻ và xen kẽ tối thiều bằng chiều dài phát triển l_b. Khi kết thúc giữa các gối, các thanh phải được cắt riêng và xen kẽ trong cùng một hướng. Chiều dài phát triển phải được tính toán cho từng thanh riêng biệt bằng việc nhập đường kính thanh đang xét ɸ_c trong công thức trên.

7.17.1.9  Chiều dài phát triển đối với lưới sợi thép hàn phải lấy không nhỏ hơn:

Trong đó:

∑F_vn / g­_s: tổng các lực tương ứng với hư hỏng cắt tại mối hàn trong chiều dài phát triển

l_b: Chiều dài phát triển theo 7.17.1.6

l’_b: Không được lấy lớn hơn chiều dài phát triển theo 7.17.1.25

¦_bd: Cường độ kết dính thiết kế được tính toán theo 7.17.1.16, xem thêm 7.17.1.6

Đối với lưới sợi thép hàn, F_vn = 0,2∙A_s∙f_sk ≥ 4 kN trong đó A_s là diện tích tiết diện của đường kính sợi lớn nhất.

Chiều dài nối chồng yêu cầu bằng với chiều dài phát triển tính toán. Chiều dài nối chồng không được lấy nhỏ hơn 20ɸ và 200 mm.

7.17.1.10  Đối với các cốt thép ứng lực trước, chiều dài phát triền cho ứng lực trước phải được lấy bằng:

l_pd = α∙ɸ+β∙σ_p∙ɸ/¦_bc

Trong đó:

α: Là hệ số lấy theo Bảng 5

β: Là hệ số lấy theo Bảng 5

ɸ: Là đường kính danh nghĩa của cốt thép

σ_p: Là ứng suất cốt thép do ứng lực trước

¦_bc: Là phần liên quan đển bê tông của cường độ kết dính thiết kế theo 7.17.1.16

Bảng 5. Hệ số được sử dụng khi tính toán chiều dài phát triển đối với các đơn vị cốt thép ứng lực trước

αɸ trong công thức tính xác định chiều dài khi không có sự truyền lực được giả định.

7.17.1.11  Các neo chịu kéo sau phải được thiết kế theo cường độ thiết kế của cốt thép. Neo phải được thiết kế để truyền lực xung quanh mà không gây hư hại lên bê tông. Tài liệu kiểm tra tính đầy đủ của các neo phải được duyệt.

7.17.1.12  Thiết kế các khu vực neo phải phù hợp với các nguyên lý được công nhận. Cốt thép phải được trang bị, nếu được yêu cầu để tránh tung hoặc bị tách ra. Cường độ thiết kế của cốt thép phải được giới hạn để kiểm soát việc nứt khi chịu lực:

- Tới 300 Mpa đối với cốt thép

- Tới ứng suất tương ứng với một biến dạng 2 ‰ trong cốt FRP. Để đánh đá ứng suất tương ứng với biến dạng E_Fd phải được sử dụng.

7.17.1.13  Việc thả ứng lực trước có thể được giả định từ từ nếu một trong các yêu cầu sau được đáp ứng:

- Lực kéo trước được thả dần dần từ các trụ

- Tác động lên đầu kết cấu bê tông bị giảm đi bởi một bộ đệm giữa đầu kết cấu bê tông và điểm cốt thép được cắt

- Cả bê tông và cốt thép ứng lực trước được cắt theo cùng một cách

7.17.1.14  Sự phát triển của lực kéo do ngoại lực phải được tính toán theo 7.17.1.6. Với chiều dài phát triển của lực kéo ứng lực trước f_bd, phải được giảm bởi hệ số (1 - σ_p / f_bc). Trong tính toán này, độ giảm dài hạn σ_p do co ngót, từ biến và độ trùng phải được xem xét. Chiều dài phát triển đối với lực kéo ứng lực trước giảm yếu phải được giả định không thay đổi, bằng với l_pb

Hình 12. Chiều dài ứng lực trước khi ứng lực trước được neo (in bond)

7.17.1.15  Lực kéo ngang trong vùng phát triển phải được chịu bởi cốt thép, trừ khi có thể bỏ qua cốt thép.

7.17.1.16  Cường độ kết dính thiết kế f_bd đối với thép có gờ, thép sợi có gờ và cáp thép có thể được tính như sau:

¦_bd = ¦_bc + ¦_bs ≤ 2∙k₁∙¦_td

Trong đó:

Trong đó:

k₁: Hệ số phụ thuộc loại cốt thép, được cho trong Bảng 6

c: Kích thước tối thiểu c₁, c₂ và (s₁ - ɸ) / 2 được cho trong Hình 13

ɸ: Đường kính của cốt thép neo

k₃: Hệ số phụ thuộc vào cốt thép ngang và vị trí của nó được cho trong Hình 14

Hệ số k₃ được lấy bằng 0 đối với cáp thép

A_st: Diện tích của cốt thép ngang không được sử dụng cho các lực kéo khác và có một khoảng cách không lớn hơn 12 lần đường kính cốt thép neo. Nếu cốt thép được sử dụng một phần, diện tích phải được giảm tương ứng

s_t: Khoảng cách giữa các cốt thép ngang

k₂: Có giá trị bằng 1,6 nếu khoảng cách s giữa các thanh neo vượt quá 9ɸ hoặc (6c + ɸ), bất cứ cái nào lớn hơn; k₂ có giá trị bằng 1,0 nếu s nhỏ hơn giá trị lớn hơn 5ɸ và (3c + ɸ). Các giá trị trung bình được nội suy tuyến tính.

7.17.1.17  Đối với cốt thép trơn lấy: ¦bd = k₁∙¦_td

Bảng 6. Các giá trị của k₁ đối với các loại cốt thép

Hình 13. Các giá trị của cốt thép bảo vệ và khoảng cách giữa cách thanh trong tính toán cường độ kết dính

Hình 14. Các giá trị k₃ cho các dạng thay đổi của cốt thép ngang trong tính toán cường độ kết dính

7.17.1.18  Khi tính toán sự phát triển của lực trong cốt thép mà trong quá trình đổ bê tông có một góc nhỏ hơn 20 độ so với tầm nằm ngang, sự cắt giảm của f_bc cường độ kết dính thiết kế f_bd theo 7.17.1.16 phải được thực hiện:

- Nếu chiều cao đổ bê tông dưới cốt thép vượt quá 250 mm, độ giảm yếu đối với thanh có gờ là 30% và đối với các dạng thanh khác là 50%. Nếu chiều cao đổ bê tông là 100 mm hoặc nhỏ hơn, không cần giảm yếu. Đối với các giá trị trung bình, việc nội suy tuyến tính phải được thực hiện.

- Nếu có một ứng suất kéo vuông góc với cốt thép neo lớn hơn 0,5f_td trong vùng phát triển, độ giảm yếu là 20%.

Độ giảm tối đa cho bên trên phải được áp dụng và không được kết hợp.

7.17.1.19  Tại các đầu gối đỡ đơn, chiều dài phát triển được xác định theo 7.17.1.6 tới 7.17.1.15 có thể được giảm trên gối đỡ, nếu phản ứng của gối đỡ được áp dụng như lực nén trực tiếp lên bề mặt chịu kéo. Trong trường hợp này, cốt đai sẽ tiếp tục trong vùng gối đỡ.

Khi tính toán chiều dài phát triển, giá trị có thể tăng 50% nhưng f_bd không có giá trị cao hơn tương ứng với giá trị tối đa theo 7.17.1.16.

7.17.1.20  Cốt thép được đưa vào tính toán tại các gối đỡ lý thuyết, thường phải được mở rộng tối thiểu 100 mm. Vị trí của cốt thép phải được thể thiện trên bản vẽ, với các giới hạn dung sai.

7.17.1.21  Nếu cốt thép trong các lớp khác nhau được nối hoặc neo theo cùng một hướng, khả năng chịu lực phải được giới hạn tới giá trị có thể được tính toán cho các thanh chỉ trong một lớp, sử dụng lớp có giá khả năng chịu lực lớn nhất. Quy định này có thể được bỏ qua nếu chứng minh được bằng thiết kế chính xác hơn.

7.17.1.22  Cốt thép có thể được neo với các neo đặc biệt như các bản biên. Một tổ hợp các nguyên lý neo có thể được sử dụng. Toàn bộ khả năng chịu lực của neo có thể được tính toán như toàn bộ khả năng chịu lực từ nguyên lý neo lớn nhất và một nửa khả năng neo từ một trong nhưng nguyên lý còn lại. Đối với thép trơn, một tổ hợp kết dích và neo không được sử dụng.

7.17.1.23  Đối với cốt thép chịu kéo của thanh có gờ với một móc neo, có thể giả định một lực tập trung phát triển dọc theo phần uốn của móc. Móc chỉ phải giả định hữu hiệu nếu có cốt thép ngang và được uốn theo 7.23.1.8. Nếu móc được uốn một góc 90 độ, phần đoạn thẳng sau chỗ uốn phải tối thiểu bằng 10 lần đường kính của thanh uốn. Nếu góc là 135 độ, phần thanh thẳng có thể giảm xuống là 5 lần đường kính thanh.

Đối với các thanh phù hợp theo EN 10080 (xem 7.23.1), lực tập trung trong phần uốn có thể lấy bằng 25% khả năng chịu lực của thanh nếu móc có một góc 90 độ. Nếu góc là 135 độ, lực có thể lấy bằng 40%.

Neo phần còn lại của lực trong thanh phải được tính toán bời lực phát triển dọc theo thanh bên ngoài phần uốn.

Cốt thép phù hợp với EN 10080 với móc neo được mô tả bên trên có thể được xem là neo trong phần uốn của thanh miễn là thanh được uốn cong với một trục gá có đường kính bằng hoặc ít hơn 4ɸ và được uốn theo 7.23.1.

7.17.1.24  Đối với cốt FRP, khả năng chịu lực của cốt thép trong vùng uốn phải được tính toán theo 7.12.1.10.

7.17.1.25  Nếu chiều dài phát triển của cốt thép không được tính toán theo 7.17.1.6 tới 7.17.1.8, chiều dài neo cốt thép trong một lớp có thể được xác định như sau:

a) Đối với thép thanh có gờ theo EN 10080, chiều dài neo phải được lấy bằng 50∙ɸ. Điều này áp dụng cho lớp bê tông bảo vệ tối thiểu bằng ɸ hoặc khoảng cách giữa các thanh neo tối thiểu là 8∙ɸ. Nếu cốt thép ngang có vị trí gần nhất với bề mặt bê tông và lớp bê tông bảo vệ của cốt thép neo là tối thiểu 1,5∙ɸ, khoảng cách phải tối thiểu là 5∙ɸ.

b) Đối với các thanh trơn với đầu neo cuối, chiều dài neo được lấy bằng 40∙ɸ giả định rằng f_sk ≤ 250 MPa.

c) Đối với sợi thép hàn, chiều dài neo phải lấy tối thiểu lớn hơn:

- 3 thanh ngang đặt trong vùng neo cho sợi thép hàn có đường kính từ 4 tới 9 mm

- 4 thanh ngang đặt trong vùng neo cho sợi thép hàn có đường kính từ 10 tới 12 mm

Ngoài ra, chiều dài neo không được nhỏ hơn:

- 30∙ɸ đối với lưới bằng thanh có gờ

- 40∙ɸ đối lưới bằng thanh trơn

Sự phát triển của lực dọc theo chiều dài neo có thể được giả định là đều.

Đối với cốt thép trong bê tông có chiều cao dưới cốt thép lớn hơn 150 mm và góc nhỏ hơn 20 độ với mặt ngang, chiều dài neo phải tăng lên 10∙ɸ đối với thép có gờ và thanh thép sợi có gờ, và 20∙ɸ đối với thép trơn.

7.17.1.26  Các quy định này không áp dụng cho thanh FRP. Cốt thép tối thiểu yêu cầu phù hợp với Q phải được ghép đủ khả năng chịu lực.

7.17.1.27  Dọc theo triều dài phát triển, cốt thép ngang hoặc cốt neo phải được trang bị theo 7.23.1.3, nếu không có sự đánh giá chính xác hơn được thực hiện. Nếu cốt thép này là các thanh FRP, cốt thép phải được thiết kế xét tới một ứng suất tương ứng với độ biến dạng 4‰. Để đánh giá ứng suất tương ứng với độ biến dạng này, E_Fd phải được sử dụng.

7.18  Các diện tích chịu tải một phần

7.18.1  Quy định chung

7.18.1.1  Nếu lực nén F_f được truyền lên một cấu kiện bê tông có ứng suất nén phân bố gần như đều nhau trên một khu vực chịu tải giới hạn A₁ thì ứng suất nén trên diện tích chịu tải liên quan đến lực f_cd được phép tăng với điều kiện là khu vực này chỉ chiếm một phần bề mặt (tiết diện ngang) của cấu kiện bê tông, và nếu lực có thể được giả định truyền cùng hướng và được phân bố trên một diện tích phân bố rộng hơn, A₂ trong cấu kiện bê tông. Quy định này được áp dụng cho thiết kế trong trạng thái ULS. Để dự đoán tuổi thọ mỏi, sự tăng cường độ phải được ghi lại.

7.18.1.2  Diện tích chịu tải được sử dụng trong tính toán A₁ và diện tích phân bố giả định A₂ phải được tính sao cho tâm của chúng trùng với hợp lực tác dụng. Các mặt bên của kim tự tháp cụt hoặc còn cụt được tạo giữa diện tích chịu tải và diện tích phân bố không tạo một góc nghiêng lớn hơn 1:2

7.18.1.3  Kích thước mặt cắt ngang của diện tích phân bố không được giả định lớn hơn tổng kích thước của bề mặt chịu tải được đo trong cùng hướng chính và độ dày bê tông được đo song song với hướng của lực.

7.18.1.4  Nếu nhiều hơn một tải trọng tác động đồng thời, các diện tích phân bổ tương ứng không được trùng nhau.

7.18.1.5  Khả năng chịu nén đối với bê tông độ đặc trung bình có thể lấy bằng:

7.18.1.6  Khả năng chịu nén đối với bê tông nhẹ có thể lấy bằng:

7.18.1.7  Kích thước của diện tích phân bố không được giả định lớn hơn 4 lần kích thước của diện tích chịu tải được đo cùng hướng chính, xem Hình 15.

Hình 15. Các giới hạn hình dạng đối với các diện tích chịu tải một phần

7.18.1.8  Nếu tỷ lệ giữa kích thước lớn hơn và nhỏ hơn của diện tích chịu tải nhỏ hơn 2, và diện tích phân bố được giả định có đặc trưng hình học tương tự với diện tích chịu tải A1, khả năng chịu nén của bê tông độ đặc trung bình có thể lấy bằng:

Khả năng chịu nén của bê tông nhẹ có thể lấy bằng:

Xem Hình 15.

7.18.1.9  Các quy định từ 7.18.1.5 tới 7.18.1.8 được áp dụng cho thiết kế trong trạng thái ULS. Tuổi thọ mỏi phải được dự đoán dựa trên f_cd nếu cường độ tăng dưới các tải trọng mỏi không được ghi lại.

7.18.1.10  Bê tông phải có đủ cốt thép để chịu lực kéo ngang.

Trong các hướng chính vuông góc với hướng của lực nén, cốt thép cho các lực nén ngang phải được cung cấp theo:

0,25∙F_f(1 – a₁ / a₂) và 0,25∙F_f(1 – b₁ / b₂)

Xem Hình 15.

Cốt thép chịu kéo ngang phải được đặt để tâm của cốt thép nằm tại một khoảng cách từ diện tích chịu tải bằng một nửa chiều dài mặt bên của diện tích phân bố theo cùng hướng, nhưng không được lớn hơn khoảng cách tới diện tích phân bố. Cốt thép có thể được phân bố trên một bề rộng  tương ứng với chiều dài của mặt bên diện tích phân bố vuông góc với hướng của cốt thép và trên một chiều cao tương ứng với một nửa diện tích chịu tải song song với hướng của cốt thép.

Cốt thép bổ sung phải được trang bị nếu các lực ngang có thể phát triển do sự mở rộng của các gối đỡ mềm, áp lực chất lỏng hoặc tương tự.

7.18.1.11  Trong trường hợp quy định về cốt thép chịu kéo ngang xác định trong 7.18.1.10 thỏa mãn với các thanh FRP, các thanh phải được thiết kế cho một ứng suất chịu kéo tương ứng với biến dạng lớn nhất. Nếu các đoạn thép uốn trong cốt thép chịu kéo ngang, cường độ thiết kế phải không vượt quá khả năng chịu lực của đoạn uốn được tính toán theo 7.12.1.10. Trong cả hai trường hợp, hệ số vật liệu tương ứng với thời gian chịu tải theo 7.9.1.8 phải được xem xét.

Lưu ý: Giá trị khuyến nghị cho biến dạng tối đa được sử dụng là 4 ‰.

7.18.1.12  Cần phải chứng minh các lực do cốt thép uốn có thể chịu được. Nếu không có cốt thép cho lực kéo ngang vuông góc với mặt phẳng của cốt thép uốn, cốt thép không được uốn quanh một đường kính nhỏ hơn được xác định theo công thức:

Trong đó β là góc mở của đoạn uốn.

s là khoảng hở giữa các thanh cốt thép. Đối với các cốt thép gần mặt tự do song song với mặt phẳng của cốt thép uốn, khoảng cách s không được lớn hơn hai lần khoảng cách từ tầm của thanh thép tới mặt tự do.

Nếu cần thiết có cốt thép cho lực kéo ngang, tổng diện tích cốt thép phải tối thiểu bằng 40% diện tích của thanh uốn. Cốt thép ngang phải có tối thiểu 2 thanh đặt theo đường cong của đoạn uốn. Cốt thép ngang có thể được bỏ qua nếu ứng suất nén tối thiểu bằng f_td vuông góc với mặt phẳng đoạn uốn.

Để giới hạn áp suất tác động trong đoạn uốn, cốt thép phải không được uốn quanh một đường kính nhỏ hơn đường kính xác định theo công thức:

Đối với bê tông độ đặc trung bình

Đối với bê tông nhẹ

Trong tính toán này, s không được vượt quá 4ɸ.

Đối với các yêu cầu với đường kính gối uốn, xem 7.23.4.

Không cần thiết phải kiểm tra cốt đai được thực hiện theo 7.23.4.8 phù hợp với các quy định của mục này. Phần này không áp dụng cho các thanh FRP.

7.19  Trạng thái giới hạn mỏi

7.19.1  Quy định chung

7.19.1.1  Toàn bộ lịch sử ứng suất tác động lên tuổi thọ kết cấu là đáng kể với đánh giá tuổi thọ hoạt động phải được đưa vào tính toán khi xác định phân bố dài hạn của chu trình ứng suất (xem TCVN 6170-6)

7.19.1.2  Trạng thái ngẫu nhiên của tải trọng phải đưa vào tính toán để xác định các phân bổ của ứng suất. Cả sự thay đổi của phạm vi ứng suất và ứng suất chính và thời gian tác động phải được xem xét. Nguyên lý phân tích phải được ghi lại.

7.19.1.3  Các ảnh hưởng của phản ứng động đáng kể phải được tính toán phù hợp khi xác định phạm vi ứng suất. Lưu ý đặc biệt cần phải được hiện khi xác định các phạm vi ứng suất trong kết cấu hoặc phần tử bị tác động trong các phạm vi cộng hưởng. Tổng độ tắt dần (damping) giả định phải phù hợp với thiết kế.

7.19.1.4  Bố trí hình học của các thành phần kết cấu và cốt thép phải giảm thiểu khả năng phá hủy mỏi.

7.19.1.5  Thiết kế mỏi có thể được thực hiện sử dụng các nguyên lý dựa trên các thí nghiệm mỏi và phân tích hư hỏng tích lũy, các nguyên lý dựa trên sự nứt gãy cơ học hoặc sự kết hợp các nguyên lý này. Các nguyên lý như vậy phải thích hợp và được ghi lại.

7.19.1.6  Đối với các kết cấu chịu nhiều chu trình ứng suất, cần phải chứng minh rằng kết cấu sẽ chịu được các ứng suất dự kiến trong suốt tuổi thọ thiết kế yêu cầu.

7.19.1.7  Sự tính toán tuổi thọ thiết kế tại các biên độ ứng suất thay đổi và/hoặc ứng suất chính có thể dựa trên lý thuyết tích lũy tổn thương tuyến tính. Các ứng suất cho các tác dụng chu trình có thể được sắp xếp theo các khối ứng suất (block stress). Từng khối ứng suất có thể được xác định bởi ứng suất đỉnh và đáy, và một số lượng tương ứng các chu trình ứng suất. Tối thiểu 10 khối được khuyến nghị cho từng mức ứng suất phân bố để từng khối đưa ra một phân bố đáng kể cho tổng tỷ lệ hư hỏng.

7.19.1.8  Nếu trạng thái ngẫu nhiên của tải trọng gồm các phạm vi ứng suất, ứng suất chính và thời gian thay đổi, một luật tích lũy tổn thương tuyến tính có thể được giả định:

7.19.1.9  Trong đó k là số khối ứng suất được sử dụng (≥ 10) trên tỷ lệ tải trọng, n_i là số chu trình trong khối ứng suất i, N_i là số chu trình ứng suất với cùng một mức trung bình, phạm vi ứng suất và thời gian gây ra hư hỏng.

7.19.1.10  Độ bền mỏi đặc trưng hay sức kháng (đường cong S-N) của kết cấu phải được áp dụng cho vật liệu, chi tiết kết cấu, trạng thái ứng suất được xem xét và môi trường xung quanh. Các đường cong S-N phải được đưa vào tính toán mọi ảnh hưởng chiều dày vật liệu thích hợp. Các đường cong S-N như vậy phải được ghi lại. Đường cong S-N đối với bê tông, thép, và FRP có thể được sử dụng với nhau với các ứng suất từ phân tích được tính toán dựa theo TCVN 6170-6.

7.19.1.11  Các quan hệ độ bền mỏi (đường cong S-N) đối với bê tông phải đưa vào tính toán cho toàn bộ thông số thích hợp như:

- Chất lượng bê tông;

- Ảnh hưởng tải trọng;

- Trạng thái ứng suất (chu trình khi chịu nén hoặc nén/kéo);

Môi trường xung quanh (không khí, ngập nước,..).

7.19.1.12  Giới hạn cho tỷ số tổn thương tích lũy (h)(cumulative damage ratio) được sử dụng trong thiết kế phải phụ thuộc vào khả năng tiếp cận kiểm tra và sửa chữa. Các giới hạn cho tỷ số tổn thương tích lũy theo Bảng 7 thường được chấp nhận cho bê tông và cốt thép.

Bảng 7. Giới hạn tỷ số tổn thương tích lũy (h)

7.19.1.13  Các ảnh hưởng tác động phải được tính toán phù hợp theo lý thuyết đàn hồi.

7.19.1.14  Khả năng chịu lực được coi là đủ khi được tính toán tuổi thọ thiết kế cho biên độ tác động lớn nhất tương ứng với tối thiểu 2,0x10⁶ chu trình nếu tải trọng mỏi do các tác động thay đổi ngẫu nhiên như sóng, gió...

7.19.1.15  Đối với kết cấu bê tông cốt FRP với lịch sử tải trọng đều (phạm vi ứng suất và ứng suất chính không đổi), giới hạn cho tỷ số hư hỏng (h = n / N) được sử dụng trong thiết kế là 0,33.

7.19.1.16  Đối với kết cấu bê tông cốt FRP với lịch sử tải trọng không đều, nếu lý thuyết tổn thương tích lũy này được sử dụng, tỷ số hư hỏng được sử dụng trong thiết kế là 0,03. Tỷ số tổn thương tích lũy cho phép khi chịu các thay đổi tải trọng được xác định để tính toán sự không đảm bảo trong mô hình tổn thương tích lũy và sự suy giảm của độ bền còn lại ở cuối tuổi thọ công trình.

7.19.2  Độ bền mỏi, tuổi thọ thiết kế.

7.19.2.1  Tuổi thọ thiết kế của bê tông và vữa chịu các chu trình ứng suất có thể được tính từ công thức:

Trong đó:

¦_rd: là cường độ chịu nén đối với dạng hư hỏng đang xét.

σ_max: ứng suất nén lớn nhất, được tính toán là giá trị trung bình của từng khối ứng suất.

σ_min: ứng suất nén tối thiểu, được tính toàn theo giá trị trung bình của từng khối ứng suất.

C₅: Thông số độ bền mỏi. Đối với bê tông, C₅ được lấy bằng 1,0. Đối với vữa, C₅ được xác định bằng thử nghiệm.

Lưu ý: Trong trường hợp không có thí nghiệm mỏi cho vữa, C₅ có thể lấy bằng 0,8.

Khi σ_min là lực kéo, σ_min phải được lấy bằng 0 khi tính toán tuổi thọ thiết kế.

Hệ số C₁ phải được lấy bằng:

- 12,0 đối với kết cấu trong không khí

- 10,0 đối với kết cấu trong nước với các khối ứng suất có sự thay đổi ứng suất trong phạm vi chịu nén - nén.

- 8,0 đối với kết cấu trong nước với các khối ứng suất có sự thay đổi ứng suất trong phạm vi chịu nén - kéo.

Nếu tuổi thọ thiết kế tính toán (log N) lớn hơn giá trị X theo công thức dưới đây:

Thì tuổi thọ thiết kế có thể tăng bằng việc nhân giá trị log N với hệ số C₂ được lấy như sau:

C₂=(1 + 0,2(log₁₀ N - X)) > 1,0

7.19.2.2  Tuổi thọ thiết kế của cốt thép chịu các chu trình ứng suất có thể được tính toán dựa trên:

log₁₀ N = C₃ - C₄ log₁₀ ∆σ

Trong đó:

∆σ: là sự thay đổi ứng suất của cốt thép (Mpa)

C₃ và C₄ là các hệ số phụ thuộc vào dạng cốt thép, bán kính uốn và môi trường ăn mòn

Ứng suất tối đa trong cốt thép σ_max phải nhỏ hơn f_sk / g_s, trong đó g_s được lấy theo Bảng 1.

7.19.2.3  Đối với các thanh cốt thép thẳng trong kết cấu bê tông chịu các cấp tác động X0, XC1, XC2, XC3, XC4, XF1, XA1 và XA2 giá trị C₃ = 19,6 và C₄ = 6,0 phải được sử dụng. Xem 7.21.2 cho định nghĩa các cấp tác động.

Đối với cốt thép uốn quanh một đường kính nhỏ hơn 3∙ɸ và được sử dụng cho kết cấu dưới các cấp tác động XC1, XC2, XC3, XC4, XS2, XF1 và XA2, giá trị C₃ = 15,9 và C₄ = 4,8 phải được sử dụng. Xem 7.21.2 cho định nghĩa các cấp tác động.

Đối với các đường kính uốn trung bình giữa 3∙ɸ và các thanh thẳng, giá trị nội suy có thể được sử dụng.

Tuổi thọ mỏi vô hạn (infinite fatigue life) có thể được giả định nếu giá trị tính toán N lớn hơn 2.10⁸ chu trình.

7.19.2.4  Các giá trị C₃ và C₄ đối với thanh thẳng trong kết cấu bê tông dưới các cấp tác động XD1, XD2, XD3, XS1, XS2, XS3, XF2, XF3, XF4, XA3 và XSA được đưa ra trong Bảng 8. Đối với các thanh cốt thép thẳng trong kết cấu bê tông dưới các điều kiện môi trường đặc biệt hoặc khắc nghiệt, không bao gồm trong danh sách được nêu, ảnh hưởng của sự ăn mòn lên đặc tính mỏi phải được đánh giá riêng. Xem 7.21.2 cho định nghĩa các cấp tác động.

Sự đánh giá đặc biệt cũng phải được thực hiện đối với các thanh uốn.

Cốt thép được bảo vệ chống ăn mòn sử dụng hệ thống ca tốt có thể được đánh giá cho tuổi thọ mỏi sử dụng các giá trị C₃ và C₄ trong 7.19.2.3.

Bảng 8. Các giá trị cho C₃ và C₄

7.19.2.5  Hiệu quả dài hạn đặc trưng phải được thành lập từ các thử nghiệm liên quan với chu trình và tải trọng liên tục bao gồm các phạm vi ứng suất, ứng suất chính và thời gian chịu tải theo TCVN 6170-6 : 2018.

7.19.2.6  Công thức tuổi thọ làm việc an toàn được sừ dụng như sau:

Trong đó σ_peak là ứng suất đỉnh của chu trình ứng suất, σ_trough là ứng suất đáy của chu trình ứng suất và ¦_F là cường độ kéo đặc trưng của thanh. Hệ số vật liệu tính cho thời gian chịu tải. Hệ số C là hệ số phụ thuộc được xác định từ thử nghiệm chu trình mỏi để thu được một đường cong thấp đặc trưng.

7.19.2.7  Trong thiết kế, thời gian chịu tải được sử dụng trong tích lũy hư hỏng không được lấy nhỏ hơn 5 năm trong từng khối ứng suất.

7.19.2.8  Cốt ứng lực trước FRP phải được kiểm tra đối với tuổi thọ hoạt động an toàn theo công thức trong 7.19.2.6 trên đối với cốt không ứng lực trước FRP.

7.19.3  Mô men uốn và lực dọc

7.19.3.1  Ứng suất trong bê tông và cốt thép phải được tính toán dựa trên một quan hệ ứng suất - biến dạng thực. Ảnh hưởng của từ biến và co ngót có thể đưa vào khi tính toán các ứng suất.

Đối với bê tông chịu lực nén, f_rd lấy bằng f_cd.

7.19.3.2  Nếu một tính toán chính xác hơn không được thực hiện, các ứng suất trong bê tông và cốt thép có thể được tính toán với một phân bố ứng suất tuyến tính trong vùng chịu nén. Các tính toán có thể dựa trên mô đun đàn hồi bằng 0,8E_ck đối với bê tông.

Trong một tính toán như vậy, cường độ tham chiếu f_rd của bê tông chịu nén có thể lấy bằng:

f_rd = α∙f_cd

Giá trị α có thể được tính là α = 1,3 - 0,3β > 1,0

Trong đó:

β: tỷ số giữa ứng suất nhỏ nhất và lớn nhất tác động đồng thời lên vùng bê tông chịu nén cục bộ. Khoảng cách giữa các điểm được sử dụng khi tính toán β không được vượt quá 300 mm (0 < β < 1,0)

7.19.3.3  Đối với cốt FRP, mức ứng suất trong bê tông được định nghĩa trong 7.19.3.2, phải được tính toán sử dụng mô đun đàn hồi thiết kế của cốt FRP, E_fd. Mức ứng suất trong thanh FRP phải được xác định dựa trên các mặt nứt và các đường cong biến dạng ứng suất của bê tông được cho trong 7.19.3.2. Đối với cốt FRP, đường cong ứng suất - biến dạng tuyến tính phải được áp dụng trong tính toán.

7.19.4  Lực cắt

7.19.4.1  Tuổi thọ thiết kế khi chịu hư hỏng do kéo của bê tông mà không có cốt thép chịu cắt có thể được tính toán theo 7.19.2.1.

σ_max /f_rd Phải được chuyển thành V_max /V_cd

σ_min /f_rd phải được chuyển thành V_min /V_cd

7.19.4.2  Đối với các khối ứng suất khi lực cắt đổi dấu, mẫu số log N trong công thức tính trong 7.19.2.1 phải được thay bằng:

1 + V_min /V_cd

Nếu lực cắt đổi dấu công thức, nếu cần thiết, được thực hiện cả giá trị dương và âm cho V_max và V_min tương ứng trong các công thức trên.

V_cd phải được tính toán theo 7.12.2.

Hệ số C₁ phải được lấy bằng:

- 12.0 đối với kết cấu trong không khí có lực cắt không đổi dấu.

- 10.0 đối với kết cấu trong không khí có lực cắt đổi dấu và đối với kết cấu trong nước có lực cắt không đổi dấu.

- 8.0 đối với kết cấu trong nước có lực cắt đổi dấu.

7.19.4.3  Tuổi thọ thiết kế do hư hỏng kéo của bê tông đối với các kết cấu có cốt thép chịu cắt có thể được tính toán theo 7.19.2.1 bằng cách giả định bê tông tại toàn bộ các mức tải trọng truyền một phần lực cắt tác động bằng tỷ lệ của bê tông với khả năng chịu cắt của bê tông và cốt thép chịu cắt kết hợp. Khi tính toán phân bố lực cắt của bê tông, cường độ kéo của bê tông phải giảm 0,5f_td. Ngoài ra, tổng lực cắt có thể được giả định là được chịu bởi cốt thép. Tuổi thọ thiết kế của bê tông khi chịu phá hoại do kéo kéo phải được chứng minh theo 7.19.1.

7.19.4.4  Tuổi thọ thiết kế của cốt thép chịu cắt có thể được tính toán, theo 7.19.2.2 tới 7.19.2.4 đối với cốt thép và 7.19.2.5 tới 7.19.2.6 đối với cốt FRP, bằng việc giả định cốt thép chịu cắt tại toàn bộ các mức tải trọng truyền một phần tác động lực cắt bằng tỷ lệ của cốt thép chịu cắt với khả năng chịu cắt kết hợp của thép và bê tông lấy bằng 0,5f_td. Các ứng suất trong cốt chịu cắt phải được tính toán dựa trên một mô hình khung giả định có thanh chống nghiêng một góc 45 độ.

7.19.4.5  Nếu lực cắt thay đổi dấu, điều này phải được tính đến khi thực hiện khi tính toán số chu trình ứng suất trong cốt thép chịu cắt

7.19.4.6  Tuổi thọ thiết kế do hư hỏng nén của bê tông có thể được tính toán theo 7.19.2.1.

σ_max /f_rd Phải được chuyển thành V_max /V_ccd

σ_min /f_rd phải được chuyển thành V_min /V_ccd

Đối với các khối ứng suất trên có lực cắt đổi dấu, sử dụng V_min = 0

V_ccd phải được tính toán theo 7.12.2.6.

Hệ số C₁ phải được nhập với các giá trị được cho trong 7.19.4.2.

7.19.4.7  Ngoài việc kiểm tra theo yêu cầu trên, tuổi thọ thiết kế của mặt cắt ngang chịu tác động của các lực dọc đồng thời phải được tính toán từ các ứng suất nén tại tâm của mặt cắt ngang. Các ứng suất cắt trong trường hợp này có thể được giả định không đổi trên một chiều cao tương ứng với cánh tay đòn bên trong, có thể lấy bằng 0,9∙d. Ứng suất tham chiếu của bê tông, f_rd phải được lấy bằng f_cd.

7.19.5  Cốt neo và cốt đai

7.19.5.1  Việc chứng minh tuổi thọ thiết kế khi chịu sự tác động của lực có thể được thực hiện theo 7.19.2.1.

σ_max /f_rd Phải được chuyển thành t_bmax / f_bd

σ_min /f_rd phải được chuyền thành t_bmin / f_bd

Cường độ kết dính f_bd phải được tính toán theo 7.17.1.16.

Ứng suất kết dính, t_b phải được lấy bằng:

t_b = 0,25∙ɸ∙σ_s/l_b

7.19.5.2  Đối với các kết cấu trong không khí phải bằng 12,0, đối với các kết cấu trong nước, phải bằng 10,0. Nếu các ứng suất kết dính, đổi dấu, ảnh hưởng đảo ngược (reversible effect) lên tuổi thọ mỏi phải được xem xét đặc biệt khi tính toán tuổi thọ mỏi.

7.20  Trạng thái giới hạn sự cố

7.20.1  Quy định chung

7.20.1.1  Các tính toán kết cấu cho trạng thái giới hạn sự cố sẽ ghi lại khả năng chịu lực của kết cấu. Các tính toán có thể được thực hiện theo các quy định của điều này và của 7.10, 7.11, 7.12, 7.13, 7.14, 7.15, 7.16, 7.17, 7.18, 7.22.

7.20.1.2  Hệ số vật liệu được cho trong 7.9.1

7.20.1.3  Cường độ và đặc tính biến dạng được cho trong 7.9.1 tới 7.9.4. Giới hạn biến dạng ε_cu và ε_su có thể được xem xét đặc biệt.

7.20.1.4  Các kết cấu thuộc cấp an toàn 2 và 3 (xem TCVN 6170-6) phải được thiết kế để tải trọng sự cố không gây ra hư hỏng lớn. Các kết cấu công trình biển nói chung được xác định thuộc cấp an toàn 3.

Thiết kế có thể cho phép hư hỏng cục bộ và các chuyển vị vượt quá như được giả định theo thiết kế trong trạng thái giới hạn cực đại, các các mô hình kết cấu và cơ chế truyền tải trọng thường không được phép có thể được giả định.

7.20.2  Nổ và tác động

7.20.2.1  Đối với các tải trọng nổ và tải trọng dạng tác động, mô đun đàn hồi tăng cường và cường độ vật liệu dựa trên một quan hệ được ghi lại giữa cường độ và tỷ lệ biến dạng có thể được đưa vào tính toán. Tỷ lệ biến dạng giả định trong kết cấu phải được ghi lại.

7.20.2.2  Các tính toán kết cấu có thể được đưa vào tính toán sự thay đổi tải trọng theo thời gian và các đặc tính động của kết cấu.

7.20.3  Cháy

7.20.3.1  Độ bền chống cháy yêu cầu được xác định theo một trong các cách sau:

-  Một kết cấu biển phải được thiết kế để chống lại một cơn cháy theo các yêu cầu trong các Tiêu chuẩn được công nhận, nếu không có các yêu cầu khác đối với kết cấu thực được lấy theo Tiêu chuẩn được công nhận hoặc các quy chuẩn quốc gia khác.

- Đối với các kết cấu mà quy chuẩn xây dựng quốc gia đưa ra các yêu cầu về độ bền chống cháy theo tải trọng do cháy, tải trọng do cháy được tính toán và yêu cầu độ bền chống cháy được xác định theo các Tiêu chuẩn được công nhận.

- Độ bền chống cháy cần thiết có thể được xác định dựa trên tải trọng do cháy được tính toán và thời gian cháy hoặc đường cong nhiệt độ - thời gian cho các trường hợp không có các Tiêu chuẩn được công nhận.

7.20.3.2  Kết cấu có thể được chứng minh có đủ độ bền chống cháy theo một trong các nguyên lý sau:

- Tính toán theo 7.20.3.3;

- Sử dụng các nguyên lý quốc tế được chấp nhận;

- Thử nghiệm theo một Tiêu chuẩn quốc tế được chấp nhận.

Sự thích hợp của độ bền chống cháy phải được ghi lại.

7.20.3.3  Sự phân bố nhiệt độ trong kết cấu được xác định dựa trên đường cong nhiệt độ/thời gian thực tế và độ bền chống cháy yêu cầu, đưa các ảnh hưởng cách nhiệt và các hệ số liên quan vào xem xét.

Các đặc tính cường độ của vật liệu như một hàm số của nhiệt độ được cho trong TCVN 6170-6. Đặc tính cường độ đặc biệt phải được áp dụng cho bê tông chịu nhiệt độ thấp tới nhiệt độ lạnh sâu (cryogenic temperature).

Các đặc tính biến dạng của bê tông và đặc tính biến dạng của cốt thép được cho trong TCVN 6170-6.

Một biểu đồ ứng suất - biến dáng tương tự áp dụng cho trạng thái giới hạn cực đại, với tung độ ứng suất được giảm, có thể được giả định cho bê tông khi tính toán khả năng chịu lực.

Các chuyển vị và lực do nhiệt độ thay đổi trong kết cấu phải được đưa vào tính toán trong thiết kế.

Các đặc tính cường độ của thanh FRP là một hàm số nhiệt độ phải được bắt đầu bằng thử nghiệm.

7.20.3.4  Kết cấu phải được chi tiết hóa để duy trì khả năng chịu tải yêu cầu trong thời gian yêu cầu. Phải tìm ra một dạng hình học thích hợp để giảm tỷ lệ rủi ro nứt lớp bê tông bảo vệ. Cốt thép phải được chi tiết để trong trường hợp lớp bê tông bảo vệ bị nứt tại các mối nối hoặc neo, cốt thép vẫn có đủ khả năng chịu lực.

7.20.3.6  Khả năng cách nhiệt và độ kín khí của kết cấu phải được chứng minh trong trạng thái giới hạn sự cố khi chịu cháy.

7.21  Trạng thái giới hạn làm việc (SLS)

7.21.1  Quy định chung

7.21.1.1  Khi tính toán các ảnh hưởng tác động trong trạng thái giới hạn làm việc, dạng phản ứng của kết cấu trong trạng thái giới hạn này sẽ chi phối lựa chọn mô hình phân tích.

Độ bền thiết kế trong trạng thái SLS thường liên quan tới các tiêu chí:

- Thời gian;

- Giới hạn nứt;

- Độ kín;

- Giới hạn độ võng và dao động.

7.21.1.2  Các đặc tính của vật liệu dưới các tác động ngắn và dài hạn, và ảnh hưởng của co ngót, nhiệt độ và chuyển vị, nếu có, phải được đưa vào trong tính toán.

Nứt bê tông phải được giới hạn để không gây ảnh hưởng xấu tới chức năng và độ bền của kết cấu. Kích thước vết nứt được kiểm soát bằng cách đảm bảo chiều rộng vết nứt dự kiến tính toán nằm trong giới hạn bề rộng nứt đặc trưng được cho trong Bảng 10.

7.21.1.3  Khi cần thiết đảm bảo độ kín của các khoang chống lại sự rò rỉ do áp lực trong/ngoài khác nhau, tiết diện bê tông phải được thiết kế có một vùng chịu nén biên cố định, xem 7.21.6.

7.21.1.4  Các kết cấu bê tông phải có tối thiểu một cốt thép có khả năng chịu phân bố nứt và độ bền chống lại các ảnh hưởng tải trọng nhỏ không được tính toán trong thiết kế.

7.21.1.5  Các hệ số vật liệu đối với bê tông và cốt thép được cho trong 7.9.1

7.21.1.6  Trong phân tích và thiết kế kết cấu, phải đảm bảo các chuyển vị và vết nứt, vết nứt của bê tông và các hư hỏng cục bộ khác không có tính chất làm cho cấu trúc không thích hợp với mục đích trong trạng thái giới hạn làm việc, cũng như không làm thay đổi các giả định khi thiết kế trong các trạng thái giới hạn khác.

7.21.2  Độ bền

7.21.2.1  Đối với các kết cấu bê tông có đặc tính lâu dài, phụ thuộc vào các điều kiện môi trường tác động, cấu trúc vật liệu phải được chọn phù hợp theo TCVN 6170-6.

7.21.2.2  Các phần tử/kết cấu bê tông phải được phân loại theo các cấp tác động trong Bảng 9.

Bảng 9. Cấp độ tác động tương ứng với điều kiện môi trường