CHƯƠNG 6
DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

96

1. CẤU TẠO
Dầm liên hợp thép – bê tông được tạo bởi một dầm thép cán nóng hoặc dầm
thép tổ hợp hàn và tấm sàn bê tông cốt thép. Tấm sàn được liên kết với dầm thép để
đảm bảo sự làm việc đồng thời giữa chúng.
Có nhiều cách để liên kết giữa tấm đan và dầm thép. Trong luận văn này, ta sử
dụng liên kết chốt hàn là loại phổ biến và đáng tin cậy nhất hiện nay.

Hình 6.1. Một số tiết diện dầm liên hợp
Dầm liên hợp được kiểm tra ở hai trạng thái giới hạn là trạng thái phá hỏng và
trạng thái sử dụng.
Khác với dầm bình thường, tính toán dầm liên hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố
như loại tiết diện, phương pháp thi công, hình thức liên kết giữa tấm đan và dầm thép,
vị trí trục trumg hòa trên tiết diện ngang…
Trong luận văn này, ta bỏ qua kiểm tra dầm thép trong giai đoạn thi công vì
thường là thỏa.

2. CHIỀU RỘNG THAM GIA LÀM VIỆC CỦA SÀN
Khi chịu uốn, một phần tấm đan của sàn bê tông sẽ cùng tham gia làm việc tạo
thành tiết diện chữ T. Trên bề rộng tham gia làm việc b
eff
này, ứng suất pháp sẽ coi là
phân bố đều.

Hình 6.2. Chiều rộng tham gia làm việc của sàn b
eff
DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

97

Khi sườn tấm tôn đặt vuông góc với nhịp dầm, chỉ có vùng bê tông phía trên
sườn được xem như chịu nén trong tính toán.Khi sườn tấm tôn song song với nhịp
dầm, vùng bê tông nằm trong sườn cũng được kể đến trong tính toán (hình 6.3)

Hình 6.3. Bề rộng hiệu quả của sàn theo hướng dặt tấm tôn.

2.1. Ở vị trí giữa nhịp và gối trung gian
Chiều rộng tham gia làm việc của dầm được xác định như sau:
12eff e e
b b b

Với b
ei
= min(L
o
/8, b
i
)
Trong đó L
0
là khoảng cách xấp xỉ giữa 2 điểm có mômen bằng 0.
 Đối với dầm đơn giản : L
0
là nhịp dầm.

 Đối với dầm liên tục : L
0
là chiều dài dầm chịu mômen dương (đối vối nhịp) và là
chiều dài dầm chịu mômen âm (đối với gối) xác định từ hình 6.4

Hình 6.4. Nhịp tương đương để xác định chiều rộng tham gia làm việc của sàn đối
với dầm liên tục.
2.2. Ở vị trí gối biên
Chiều rộng tham gia làm việc của dầm được xác định như sau:
1 1 2 2eff e e
b b b



DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

98

Với
0
0,55 0,025 1,0
i
ei
L
b


  




Trong đó :
L
0
là chiều dài nhịp tương đương của nhịp biên xác định như trên hình 6.4
b
ei
xác định như trên mục 2.1

3. PHÂN LOẠI TIẾT DIỆN NGANG
Tùy theo khả năng xoay của tiết diện mà ta chia tiết diện ngang ra làm 4 loại:
 Loại 1 : tiết diện có khả năng phát triển mômen bền dẻo với khả năng xoay đủ để
hình thành khớp dẻo.
 Loại 2 : tiết diện cũng có khả năng phát triển mômen bền dẻo nhưng với khả năng
xoay hạn chế.
 Loại 3 : Mất ổn định cục bộ do một phần tiết diện thép bị oằn trong khi chịu nén
nên khả năng chịu uốn dẻo có thể không đạt được mặc dù ứng suất thớ ngoài cùng
của tiết diện thép có thể đạt tới giới hạn chảy.
 Loại 4 : sự mất ổn định cục bộ trong tiết diện thép xảy ra trước khi thớ ngoài đạt
đến giới hạn chảy.
Ta chỉ khảo sát dầm có tiết diện 1 hoặc 2 là loại thường gặp trong xây dựng dân
dụng. Các tiết diện 3 hoặc 4, do hiện tượng mất ổn định cục bộ bản bụng hoặc cánh,
khả năng chịu lực giảm đi, cần những tính toán riêng không đề cập đến trong luận văn
này.
Trong bảng 6.1 & 6.2 đưa ra các giá trị giới hạn độ mảnh của bản cánh và bản
bụng dầm thép cho các tiết diện loại 1 và 2 khi tiết diện chịu uốn với mômen âm (M
Sd

< 0) và cánh nén không được giữ ổn định bởi tấm sàn liên hợp. Hệ số
235

y
f


(với f
y

(N/mm
2
) là giới hạn chảy của thép dầm) cho phép kể đến các loại thép khác nhau. Trị
số trong ngoặc chỉ các chỉ các giới hạn bất lợi có thể chấp nhận khi dầm thép không
được bọc hoàn toàn trong bê tông .
Khi tiết diện chịu mômen dương (M
Sd
> 0) sự có mặt của tấm đan sẽ đóng vai
trò khi phân loại như sau:
 Tất cả các cánh chịu nén của dầm thép nếu được liên kết với sàn composite bằng
các liên kết được bố trí theo các khoảng cách thích hợp (nhỏ hơn 20tε đối với tấm
sàn đặc và 5tε đối với tấm sàn có sườn vuông góc với dầm) có thể được coi như tiết
diện loại 1.
 Khi chịu moment dương, nếu trục trung hòa dẻo nằm trong bê tông hoặc cánh trên
và được liên kết với tấm sàn thì tiết diện liên hợp là loại 1 do bản bụng và cánh
dưới chịu kéo hoàn toàn. Trường hợp ngược lại, trục trung hòa dẻo nằm trong bản
bụng thì tiết diện là loại 2 do sự tăng ép mặt của tấm sàn gây nén phần trên của tiết
diện làm hạn chế khả năng quay của tiết diện.
DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

99

Bảng 6.1. Bảng phân loại cánh dầm thép chịu nén

Dầm thép tiết diện chữ I hoặc H
Phân loại
Thép định hình
Thép tổ hợp hàn




1
10
c
t



10
c
t



9
c
t



9
c
t




2
11
c
t



15
c
t



10
c
t



14
c
t




Bảng 6.2. Bảng phân loại bụng dầm thép chịu nén


Phân
bố ứng
suất


Phân loại
Bụng chịu uốn
α = 0,5

Bụng chịu nén
α = 1

Bụng chịu uốn nén
0 ≤ α ≤ 1

1
72
d
t



33
d
t



Khi α > 0,5 :

396
13 1
d
t





Khi α ≤ 0,5 :
36d
t




2
83
d
t



38
d
t



Khi α > 0,5 :

456
13 1
d
t





Khi α ≤ 0,5 :
41,5d
t





4. KIỂM TRA THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN TỚI HẠN
4.1. Sức bền tiết diện đối với mômen uốn
4.1.1. Các giả thiết tính toán
Khả năng chịu uốn của tiết diện loại 1 và loại 2 được xác định bằng phân tích
dẻo.
Một số giả thiết đơn giản hóa:
- Xem tương tác giữa dầm thép và bản bê tông là hoàn toàn;
DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

100

- Tất cả các thớ của dầm thép đạt đến giới hạn chảy trong vùng kéo và nén. Ứng suất
trong các thớ bằng giới hạn chảy tính toán f

yd
(= ± f
y
/γ
a
).
- Ứng suất nén trong bê tông là phân bố đều và bằng
0.85
c
ck
f

. Hệ số 0,85 cho phép
đối với sự khác nhau giữa cường độ mẫu hình trụ thí nghiệm và cường độ thực tế
quan sát được trong cấu kiện.
- Bỏ qua khả năng chịu kéo của bê tông và lấy bằng zero.
- Khi chịu kéo, cốt thép trong bản bê tông đạt đến giới hạn chảy với ứng suất bằng
f
sk
/γ
s
.
- Cốt thép bản trong vùng nén có tác dụng rất ít đến khả năng chịu moment cuả tiết
diện nên có thể bỏ qua.

4.1.2. Sức bền tiết diện chịu mômen dương
Sức bền dẻo của bản bê tông chịu nén :
0,85
ck
cf c eff

c
f
N h b







Sức bền dẻo của dầm thép khi chịu kéo :
,
y
pl a a
a
f
NA



Trường hợp 1 : Trục trung hòa nằm trong bản bê tông

Hình 6.5. Biểu đồ ứng suất dẻo khi trục trung hòa đi qua bản bê tông (Mômen
dương)
Trục trung hòa dẻo qua bản bê tông thì N
cf
> N
pla
Chiều cao vùng bê tông chịu nén
,

0,85
pl a
c
eff ck
c
N
zh
bf








Khả năng chịu uốn của tiết diên, lấy momen đối với trọng tâm vùng nén
DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

101

 
,,
0,5 0,5
a c p
pl Rd pl a
M N h h h z   

Trường hợp 2 : Trục trung hòa đi qua cánh của dầm thép


Hình 6.6. Biểu đồ ứng suất dẻo khi trục trung hòa đi qua cánh dầm thép(Mômen
dương)

Trục trung hòa dẻo qua cánh dầm thép thì
,
,

2
–
cf pl a
f f y
pl a cf
a
NN
b t f
NN









Cánh tay đòn z từ mặt trên sàn đến trục trung hòa có thể tính được từ công thức
 
,
2/   
c p y a

pl a cf f
N N b z h h f




,
2


a
pl a cf
cp
y
f
NN
z h h
bf


Khả năng chịu uốn tiết diện dầm, lấy momen với trọng tâm vùng chịu nén của bê tông
 
 
 
, , ,
0,5 0,5 0,5     
a c p p
pl Rd pl a pl a cf
M N h h h N N z h


Trường hợp 3 : Trục trung hòa đi qua bản bụng của dầm thép
Trục trung hòa dẻo qua bản bụng dầm thép thì
,
,

2
–
cf pl a
f f y
pl a cf
a
NN
b t f
NN









DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

102


Hình 6.7. Biểu đồ ứng suất dẻo khi trục trung hòa đi qua bản bụng của dầm
thép(Mômen dương)

Nhận xét :
 
w w w w
, 2 , 1 ,
, 2 , 1
w w w w
, 2 , 2
ww
ww
/ / / 2
//
2/
/ 2 /
y a y a
pl a pl a pl a
pl a pl a cf
y a y a
pl a pl a cf
ya
cf
ya
cf
N t z f N t z f N
N N N
N t z f N N t z f
N t z f
z N t f











   

  



Khả năng chịu uốn tiết diện dầm, lấy momen với trục trọng tâm thép hình
 
w
,,
0,5 0,5 0,5
a c p
pl Rd apl Rd cf cf
M M N h h h N z    

M
apl,Rd
: mômen kháng uốn tiết diện dầm thép có được từ các đặc trưng hình học
tiết diện dầm.

4.1.3. Sức bền tiết diện chịu mômen âm
Sức bền dẻo của cốt thép dọc :
s sk

s
s
Af
F



Các giả thiết cơ bản:
 Liên kết giữa thép và bê tông là hoàn toàn
 Tất cả các thớ - thép và cốt thép : đạt đến giới hạn chảy
 Bê tông nằm hoàn toàn trong vùng chịu kéo: bỏ qua khả năng
chịu lực
Các ký hiệu:
A
s
là tổng diện tích cốt thép đặt trong phạm vi bê rộng tính toán b
eff

h
s
là khoảng cách giữa trọng tâm cốt thép và đỉnh của cánh trên của
tiết diện dầm thép.
DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

103

Trường hợp 1 : Trục trung hòa qua cánh dầm thép

Hình 6.8. Biểu đồ ứng suất dẻo khi trục trung hòa đi qua cánh dầm
thép (Mômen âm)

Trục trung hòa dẻo qua cánh dầm thép thì
,
,

2
–
s pl a
f f y
pl a s
a
FN
b t f
NF









Cánh tay đòn z
f
có thể tính được từ công thức
,
2/
s ya
pl a f f
FzN b f




Khả năng chịu uốn tiết diện dầm, lấy momen với trọng tâm cốt thép
 
 
 
, , ,
0,5 0,5
sfa s s
pl Rd pl a pl a
M N h h N F z h   

Trường hợp 2 : Trục trung hòa qua bụng dầm thép

Hình 6.9. Biểu đồ ứng suất dẻo khi trục trung hòa đi qua bụng dầm thép (Mômen
âm)
Trục trung hòa dẻo qua bụng dầm thép thì
,
,

2
–
s pl a
f f y
pl a s
a
FN
b t f
NF










DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

104

Tương tự như trường hợp 3 tiết diện chiệu mômen dương (mục 4.2.3) có
2
sa
w
wy
F
z
tf



Khả năng chịu uốn tiết diện dầm, lấy momen với trục trọng tâm thép hình
 
w
,,
0,5 0,5 0,5
ssa c p

pl Rd apl Rd
FM M F h h h z    

M
apl,Rd
: mômen kháng uốn tiết diện dầm thép có được từ các đặc trưng hình học
tiết diện dầm.

4.2. Độ bền tiết diện khi chịu lực cắt và mômen
Các thí nghiệm cho thấy, lực cắt xuất hiện trong dầm một phần sẽ do bản chịu,
tuy nhiên việc lập mô hình phân phối lực cắt này không đơn giản, sự phân phối này
phụ thuộc vào vị trí các liên kết và việc hình thành vết nứt trong bản ở các gối trung
gian của dầm liên tục.
Trong thực tế , giả thiết rằng lực cắt này chỉ do bản bụng của dầm thép chịu
Điều kiện thỏa mãn khả năng chịu lực cắt đứng của dầm
,Sd pl Rd
VV

Khả năng chịu lực cắt
 
,
/3
v y a
pl Rd
V A f



A
v

: diện tích chịu cắt của tiết diện dầm thép
 Đối với dầm I hay H tổ hợp hàn, Av là diện tích của bụng dầm
 Đối với dầm thép định hình được tính theo công thức
 
aw
A 2 2
v
f f f
A b t t r t   

r: bán kính bo tròn bản cánh và bản bụng.
Điều kiện trên chỉ thỏa mãn khi bản bụng không bị mất ổn định do lực cắt, nếu

/ 69
w
dt


đối với bụng dầm không có sườn cứng và không được bọc bởi bê tông

/ 124
w
dt


đối với bụng dầm không có sườn cứng và được bọc bởi bê tông có
các cốt dọc và cốt đai phù hợp.

/ 30
w

d t k



đối với bụng được gia cường bởi các sườn cứng cách nhau khoảng
cách là a và không bọc trong bê tông.
Với k
τ
là hệ số mất ổn định được tính như sau :
 
 
2
2
4 5,34 / / , / 1
5,34 4 / / , / 1
a d a d
k
a d a d










DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG


105

Trong trường hợp dầm liên tục, ở chỗ gối trung gian thường có lực cắt và
mômen tác dụng đồng thời, các thí nghiệm cho thấy , giá trị giá trị sức kháng mômen
dẻo
,pl Rd
M

sẽ không giảm nếu lực cắt không vượt quá giá trị :
,
0,5
Sd pl Rd
VV

Khi điều kiện trên không thỏa mãn thì cần kiểm tra tiết diện dưới tác dụng đồng
thời của lực cắt và mômen , giá trị sức kháng mômen tính như sau :
 
2
, , , ,
,
2
11
Sd
v Rd f Rd pl Rd f Rd
pl Rd
V
M M M M
V
  




    







Hình 6.10. Ảnh hưởng của lực cắt đến sức kháng mômen của tiết diện

4.3. Liên kết dầm thép – sàn liên hợp
4.3.1. Đại cương
Các liên kết và cốt thép ngang phân bố dọc theo mặt tiếp xúc giữa bê tông và
thép phải có khả năng truyền lực dọc giữa tấm đan và dầm thép định hình.
Liên kết dẻo chịu cắt phải có đủ khả năng biến dạng dẻo để thỏa mãn giả thiết
có sự phân bố lại lực cắt.
Một liên kết được coi là dẻo khi nó có khả năng biến dạng đủ khi chịu trượt để
phù hợp giả thiết dẻo hoàn toàn của liên kết khi trượt. Eurocode 4 cho phép một liên
kết được coi là dẻo nếu độ trượt
mms
u
6
và phải có số liên kết đủ theo chiều dài nhịp
dầm.
Đối với bản sàn đặc, chốt hàn sẽ thỏa mãn là liên kết dẻo nếu chốt có chiều cao
toàn bộ ít nhất bằng 4 lần đường kính chốt và đường kính này nằm trong khoảng 16
đến 22 mm. Đối với bản sàn liên hợp, biến dạng trượt có thể lớn hơn, khi đó s
u

sẽ từ 10
-15mm với điều kiện là chốt phải nhô cao hơn đỉnh của các sóng tôn.
Để chống sự nâng tách của bản sàn, liên kết cần kiểm tra có sức bền chịu kéo ít
nhất bằng 0.1 lần sức bền chịu trượt. Thông thường các liên kết chốt hàn có mũ hoàn
toàn đảm bảo điều kiện này.

DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

106

4.3.2. Sức bền tính toán của liên kết
4.3.2.1. Chốt hàn có mũ trong bản sàn đặc
Sức bền tính toán của một chốt mũ được hàn xung quanh chân lấy theo giá trị
nhỏ hơn của một trong hai giá trị sau:

Hình 6.11. Chốt hàn
Giá trị phá hoại của chốt :
2
(1)
0,8
4
u
Rd
v
d
f
P








Giá trị phá hoại của bê tông bao xung quanh chốt :
2
(2)
0,29
ck cm
Rd
v
d f E
P




Với:
d : đường kính thân chốt (≤ 25mm)
h : tổng chiều cao chốt
f
u
: sức bền kéo đứt của thép làm chốt (≤ 500 N/mm
2
)
f
ck
: sức bền chịu nén của bê tông theo mẫu hình trụ
E
cm

: giá trị trung bình module đàn hồi tiếp tuyến của bê tông.
α : hệ số điều chỉnh
1, 4
0,2 1 ,3 4
h
d
hh
dd









   





γ
v
: hệ số an toàn lấy bằng 1,25

4.3.2.2. Chốt hàn có mũ trong bản sàn liên hợp
Khi sườn tấm tôn vuông góc với trục của dầm thép, sức bền chịu cắt tính toán
được tính như bản đặc nhân thêm với hệ số hiệu chỉnh k

t
cho bởi biểu thức sau :
0
0,7
1





stud
t
pp
r
bh
k
hh
n

Trong đó :
n
r
: là số lượng chốt trong một sườn tại vị trí giao nhau của dầm với tấm tôn (n
r
≤ 2
ngay cả khi số chố thực tế lớn hơn 2).
k
t
: hệ số lấy không lớn hơn giá trị k
t,max

cho trong bảng 6.3

Bảng 6.3. Bảng giá trị giới hạn k
t,max

Số chốt liên
kết trong một
sườn
Chiều dày
tấm tôn thép
(mm)
Chốt có đường kính ≤
20mm và được hàn
xuyên qua tấm tôn
Chốt có đường kính 19mm
hay 20mm hàn qua tấm
tôn có đục lỗ
n
r
= 1
≤ 1
0,85
0,75
> 1
1
0,75
DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

107


n
r
= 2
≤ 1
0,7
0,6
> 1
0,8
0,6
Điều kiện áp dụng : d ≤ 20mm , b
0
≥ h
p
, h
p
≤ 85mm

Hình 6.11. Sườn tôn vuông góc với dầm thép
Khi sườn tấm tôn song song với trục dầm thép, hệ số k
l
tính bằng
0
0,6 1 1

  



stud
l

pp
bh
k
hh


Hình 6.12. Sườn tôn song song với dầm thép

4.3.3. Yêu cầu bố trí các liên kết chốt hàn

Hình 6.13. Minh họa chi tiết chốt liên kết chịu cắt tại dầm biên (cho chốt có đường
kính 19mm)
DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

108


Hình 6.14. Minh họa bố trí chốt liên kết chịu cắt trên dầm (cho chốt có đường kính
19mm)
DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

109

Chiều dày tấm tôn sàn Decking không được vượt quá 1.25 mm và chiều dày lớp
kẽm mạ không được vượt quá 0.04 mm.
Chiều dày cánh trên dầm thép liên kết với neo không được nhỏ hơn 0.4 lần
đường kính neo để đảm bảo khả năng chịu uốn cục bộ của cánh dầm thép.
Số lượng neo liên kết bố trí ít sẽ không phù hợp tính kinh tế với công nghệ và
thiết bị thi công.
Chiều dày lớp bê tông sàn phía trên tấm tôn yêu cầu ít nhất là 50 mm.

Chiều dài thân neo trước khi hàn không được nhỏ hơn 2 lần đường kính thân
neo.
Khoảng cách từ mép neo đến mép cánh dầm thép không được nhỏ hơn 20 mm.
Khoảng cách dọc nhỏ nhất giữa các neo là 5d và không được vượt quá quá giá
trị nhỏ hơn trong hai giá trị 800 mm và 6 lần chiều cao tấm tôn sàn.
Khoảng cách ngang giữa các neo không nhỏ hơn 2.5d trong sàn bê tông đặc và
4d đối với các loại sàn liên hợp khác.
Tại những đoạn tấm thép tôn không liên tục, khoảng cách nhỏ nhất từ tâm neo
đến mép tấm tôn không được nhỏ hơn 30 mm, chính vì lí do này các dầm thép có bề
rộng cánh nhỏ hơn 125 mm không được sử dụng để liên kết khi sóng tôn vuông góc
trục dầm thép.
Đối với dầm biên, khoảng cách từ tâm neo đến mép sàn không được nhỏ hơn
6d.

4.3.4. Thiết kế liên kết chịu cắt đối với dầm phụ liên hợp
Đối với dầm liên hợp đơn giản chịu tải phân bố đều, lực cắt dọc giữa sàn và
dầm biến thiên tuyến tính và đạt cực đại tại đầu dầm. Tuy nhiên, do tính chất biến
dạng dẻo của liên kết chốt hàn, lúc phá hoại, xem như các liên kết đều chịu tải như
nhau.
Lực cắt dọc cực đại giữa hai tiết diện cực hạn (điểm có moment cực đại và cực
tiểu) không thể vượt quá sức bền dẻo của bản bê tông khi chịu nén và sức bền dẻo của
thép hình khi chịu kéo. Nếu ta bố trí đủ chốt hàn chịu được lượng lực cắt này thì ta
được liên kết hoàn toàn.
Tổng lực cắt dọc gây ra trên mỗi chiều dài nguy hiểm :
0,85
min ;
a y eff c ck
lf
ac
A f b h f

V






Lượng chốt hàn cần để đạt được liên kết hoàn toàn:
lf
f
Rd
V
N
P


Nếu bố trí số lượng chốt hàn nhỏ hơn N
f
thì ta được liên kết không hoàn toàn,
khi đó mức độ liên kết là
f
N
N



DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

110


Nếu mức độ liên kết quá thấp, sự phá hoại sẽ xảy ra do các liên kết bị hỏng vì
biến dạng quá lớn chứ không phải do sự hình thành khớp dẻo trong các tiết diện tới
hạn nữa. Giới hạn tối thiểu của
f
N
N


được Eurocode qui định như sau:
L
e
≤ 25m :
 
355
1 0,75 0,03
e
y
L
f


  



;
0,4




L
e
> 25m :
1





Hình 6.15. Mômen bền suy giảm tùy theo mức độ liên kết

Đường cong của hình 6.15 trên là biểu đồ quan hệ thực giữa moment bền suy
giảm và mức độ liên kết. Người ta thay thế đường cong lồi này bằng đường thẳng cho
đơn giản và thiên về an toàn. Khi đó moment bền suy giảm tính bằng công thức theo
quan hệ tuyến tính:
 
()
, . , ,
red
pl Rd apl Rd pl Rd apl Rd
f
N
M M M M
N
  

Với M
apl,Rd
là mômen bền dẻo của riêng dầm thép
M

pl,Rd
là mômen bền dẻo của tiết diện liên hợp khi liên kết hoàn toàn

()
,
red
pl Rd
M
là mômen bền dẻo suy giảm do liên kết không hoàn toàn.

DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

111

4.3.5. Thiết kế liên kết chịu cắt đối với dầm chính liên hợp
Việc thiết kế liên kết cho dầm liên tục tương đối phức tạp dựa trên các đặc điểm tính
toán như sau :
Tính toán dẻo miễn là các tiết diện tại chiều dài nguy hiểm thuộc loại 1 hoặc 2.
Liên kết tại vùng mômen âm phải là liên kết hoàn toàn nhằm đảm bảo sự dẻo hóa của
cốt thép để có thể phân phối lại nội lực.
Liên kết tại vùng mômen dương có thể là liên kết không hoàn toàn vì mômen lớn nhất
M
Sd
do tải trọng gây ra thường nhỏ hơn mômen bền dẻo của tiết diện M
pl,Rd.
Để đơn giản trong tính toán và thiên về an toàn , ta làm toàn bộ dầm chính là liên kết
hoàn toàn
Số lượng liên kết để đảm bảo liên kết hoàn toàn là
0,85
min ;

a y eff c ck
s sk
a c s
f
Rd
A f b h f
Af
N
P
  






Trong đó A
s
là diện tích cốt thép dọc trong sàn (mm
2
/m)
f
sk
giới hạn chảy của cốt thép
γ
s
là hệ số an toàn của cốt thép dọc
Bố trí các liên kết đều trên dầm, khoảng cách đảm bảo theo điều 4.3.3.

4.4. Cốt thép ngang

Tấm sàn cần phải có đầy đủ các cốt thép theo phương ngang để truyền tải các
ứng suất từ các neo liên kết và đảm bảo không có sự phá hoại sớm của bê tông do lực
cắt ngang (longitudinal shear)
Tổng diện tích cốt thép ngang A
e
trên một đơn vị chiều dài dầm ở mỗi mặt cắt.
Giá trị diện tích này phụ thuộc vào sự sắp xếp tấm tôn và các neo liên kết trên bề mặt
phá hoại L
s
, L
s
là chiều dài của mặt phá hoại
Ví dụ đối với tiết diện b-b trên hình 6.16
L
s
= 2h + s + d’
Trong đó h là chiều cao chốt
d’ là đường kính mũ chốt
s là khoảng cách giữa 2 trục của chốt
Sức bền chịu cắt của mặt cắt phá hoại V
Rd
lấy bằng
 
(1) (2)
min ;
Rd Rd Rd
V V V

Đối với bản sàn bê tông
(1)

2,5 /
Rd Rd s e sk s
V L b A f



(2)
0,2 /
Rd s ck c
V L f b



Sức bền
(1)
Rd
V
có thể được hiểu giống như tổng sức bền chịu cắt của bê tông và
sức bền chịu kéo của cốt thép,
(2)
Rd
V
bằng thanh xiên ở góc được thể hiện bằng bê tông
DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

112

chịu nén. τ
Rd
là sức bền chịu cắt của bê tông với hệ số 2,5 thể hiện ảnh hưởng của cốt

thép ngang.

Bảng 6.4. Bảng sức bền chịu cắt của bê tông

Hình 6.16. Diện tích cốt thép ngang trên các tiết diện
Tấm thép tôn trong sàn liên hợp cũng được xét đến như một thành phần chịu
lực cắt ngang cùng với cốt thép ngang, vì vậy trong trường hợp sườn tấm tôn vuông
góc và liên tục trên dầm, đại lượng
py
d
p
p
p
Af



được thêm vào,
(1)
Rd
V
trở thành
(1)
2,5 / /
Rd Rd s e sk s p yp ap
V L b A f A f
  
  

Với A

p
là diện tích tấm tôn thép trên một đơn vị chiều dài dầm
f
yp
là giới hạn chảy của tấm tôn thép
(2)
0,2 / / / 3
Rd s ck c p yp ap
V L f b A f


Trong trường hợp tấm tôn có sườn vuông góc nhưng không liên tục trên dầm,
đại lượng
,pb R
p
d
d
P
s


được thêm vào,
(1)
Rd
V
trở thành
(1)
,
2,5 / /  
Rd Rd s e sk s pb Rd

V L b A f P s


Với P
pb,Rd
là sức kháng của chốt chống xé ,được tính như sau
DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

113

,
yp
pb Rd do
ap
f
P k d t




Trong đó
16
do
a
k
d

  

d

do
– là đường kính mũ chốt liên kết lấy bằng 1,1 đường kính thân
chốt
a – là khoảng cách từ trục chốt liên kết đến mép tấm tôn
t – là bề dày tấm tôn thép.
Giá trị lực cắt dọc gây ra phá hoại
0,5
Rd
Sd
P
V
s

Với P
Rd
: Sức bề tính toán của chốt chịu cắt.
s : khoảng cách giữ các trục của chốt liên kết.

4.5. Sức bền chống oằn (xoắn ngang) của dầm liên hợp
Trong dầm liên hợp, cánh trên dầm thép ở vùng mômen dương chịu nén, tuy
nhiên, nó được ngăn mất ổn định bởi bản bê tông hoặc bản sàn liên hợp.
Đối với dầm liên tục, tại vùng mômen âm, cánh dầm liên hợp chịu nén, nguy cơ
mất ổn định có thể xảy ra
Để kiểm tra đảm bảo khả năng không mất ổn định do xoắn ngang, người ta đưa
ra hệ số độ mảnh tương đương
LT

để kiểm tra, việc tính toán giá trị độ mảnh tương
đương tương đối phức tạp, theo tiêu chuẩn Eurocode 4 và để phù hợp với mức độ luận
văn , được phép bỏ qua việc kiểm tra mất ổn định do xoắn ngang của dầm nếu tuân

theo các điều kiện sau :
- Sai khác về độ lớn về độ lớn của 2 nhịp cạnh nhau không vượt quá 20% của nhịp
ngắn hơn.
- Các tải trọng phân bố đều trên nhịp, tải trọng thường xuyên chiếm ít nhất 40% của
toàn bộ tải trọng tính toán.
- Liên kết thỏa mãn các quy định về kích thước tiêu chuẩn, đồng thời đảm bảo rằng
khoảng cách theo phương dọc giữa các liên kết không quá lớn (để tránh sự nhổ đứt
các liên kết này khi dầm gần mất ổn định). Nếu dùng chốt có đường kính d, chiều
cao h thì giới hạn giữa các chốt như sau :
s ≤ 0,02b
f
d
2
h/t
3

- Bản sàn có ít nhất hai dầm thép nhằm đảm bảo tao nên mô hình một sườn chữ U
ngược.
- Độ cứng khi uốn ngang của bản bê tông (đặc hoặc liên hợp) phải đủ so với độ cứng
của bản bụng, tiêu chuẩn này như sau :
*3
2
0,35 /
cm a w a
E I E t a h

DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

114


Trong đó : a – khoàng cách giữa các dầm thép
*
2
I
– mômen quán tính của bản sàn trên một đơn vị chiều dài dầm,
khi tính bỏ qua vùng bê tông chịu kéo
E
cm
– module đàn hồi tiếp tuyến của bê tông
E
a
– module đàn hồi của thép dầm
h
a
– chiều cao dầm thép
- Chiều cao dầm thép h
a
không được vượt quá giới hạn lấy theo bảng 6.5 , phụ thuộc
loại thép và có hay không có bọc bê tông




Dầm thép
hình
S235
S275
S355
S420/S460
S235

S275
S355
S420/S460
IPE
600
550
400
270
750
700
550
420
HPA
800
700
650
500
950
850
800
650
Bảng 6.5. Chiều cao lớn nhất dầm thép để tránh bị mất ổn định trong vùng mômen
âm.

5. KIỂM TRA THEO TRANG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG
5.1. Kiểm tra độ võng
Giá trị của độ võng giới hạn dầm liên hợp cũng lấy như đối với dầm thép theo
bảng 6.6
Bảng 6.6. Giá trị giới hạn của độ võng thẳng đứng cho dầm và sàn.
Trong các loại cấu kiện

Giá trị của độ võng giới hạn
Mái nói chung
L/200
Mái chịu tải trọng thường xuyên hay khi
bảo dưỡng, sửa chữa
L/250
Sàn nói chung
L/250
Sàn và mái chịu tải trọng tường ngăn bằng
thạch cao hoặc kính
L/250
Sàn đỡ cột
L/400

Thực tế cho thấy trong hệ dầm sàn của nhà dân dụng, độ võng thường thỏa
mãn khi tỷ số giữa nhịp của dầm và chiều cao toàn bộ tiết diện nằm trong khoảng sau :
- Với dầm đơn giản : 15 – 18 đối với dầm chính; 18 – 20 đối với dầm phụ.
- Với dầm liên tục : 18 – 22 đối với dầm chính; 22 – 25 đối với dầm phụ.
DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

115

Độ võng của dầm đơn giản liên kết hoàn toàn tính theo công thức quen thuộc :
4
5
384
f
a
pL
EI




I – là mômen quán tính của tiết diện dầm liên hợp
Trong vùng mômen dương, tiết diện xem như không nứt, I tính như sau:
 
 
2
3
2
4 1 12
a c p a
eff c
a
A h h h
bh
II
nr n

  


Trong đó : n – là hệ số qui đổi tương đương thép – bê tông có kể đến tác động dài
hạn và ngắn hạn

1
23
a
cm
cm

E
n
E
E






r – tỷ số diện tích dầm thép (A
a
) với diện tích bê tông (b
eff
h
c
)
I
a
– mômen quán tính của tiết diện dầm thép.
Liên kết một phần có ảnh hưởng tới sự làm việc của dầm theo trạng thái giới
hạn sử dụng, khi đó độ võng tính theo công thức sau :
1 1 1
a
f
ff
N
k
N





  
   

  
  

  


Trong đó : δ
f
– là độ võng đối với liện kết hoàn toàn
δ
a
– là độ võng của dầm thép khi chịu cùng một tải trọng
k – là hệ số lấy bằng 0,3 đối vối kết cấu không chống khi thi công và 0,5
đối với kết cấu được chống khi thi công.

5.2. Sự hình thành vết nứt trong bê tông
Điểu này thực tế không thể tránh khỏi trong các vùng bê tông chịu kéo. Để kể
đến ảnh hưởng của vết nứt, tiêu chuẩn qui định về cấu tạo như sau:
Nếu không có biện pháp xử lý để hạn chế bề rộng vết nứt trong bê tông ở mặt
trên của sàn phía trên dầm liên hợp, thì cần bố trí trong phần bề rộng tham gia làm việc
của sàn một hàm lượng cốt thép dọc ít nhất là :
 0,4% diện tích của phần bê tông đối với kết cấu có chống đỡ
 0,2% diện tích của phần bê tông đối với kết cấu không chống đỡ.
DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG


116

Đồng thời phải kéo dài các cốt thép này một đoạn bằng ¼ chiều dài của nhịp ở hai
bên gối trung gian hoặc ½ nhịp đối với kết cấu dạng console. Đối với bản sàn liên hợp,
người ta thường không kể đến sự tham gia của tấm tôn trong tỷ lệ thép kể trên.
Khi cần thiết phải hạn chế bề rộng vết nứt gây ra chỉ do các biến dạng ngược chiều
(do co ngót, chuyển vị gối tựa) thì diện tích tối thiểu của cốt dọc được tính theo công
thức đơn giản sau :
 
min
/
s s c ct ct s
A kk k f A



Trong đó : k – hệ số nhằm giảm sức bền chịu kéo của bê tông lấy bằng 0,8
k
c
– hệ số kể đến sự phân phối dạng tam giác của biến dạng trong tiết
diện liên hợp trước khi nứt

 
0
1
0,3 1
1 / 2
c
c

k
hz
  


h
c
– chiều dày lớp bê tông phía trên sườn tấm tôn.
z
0
– khoảng cách giữa trục trọng tâm cánh bê tông và trọng tâm tiết diện
liên hợp khi xem bê tông không nứt và bỏ qua cốt thép
k
s
– hệ số kể đến sự giảm khả năng chịu lực của sàn do trượt cục bộ và
nứt đầu tiên cùa liên kết, thường lấy bằng 0,9.
σ
s
- ứng suất cho phép lớn nhất của cốt thép ngay sau khi hình thành vết
nứt, tra bảng 6.7.
A
ct
– diện tích của bản bê tông chịu kéo (ứng với bề rộng tham gia làm
việc b
eff
)
f
ct
– cường độ trung bình của bê tông tại thời điểm vết nứt xảy ra, khi
ngoài 28 ngày có thể lấy f

ct
= 3 N/mm
2
.
Bảng 6.7 cho đường kính các thanh cốt thép gai, giá trị σ
s
tương ứng phụ thuộc
vào đường kính thanh và bề rộng vết nứt cho phép (0,3 ≤ w
k
≤0,5mm)
Bảng 6.7. Ứng suất cho phép lớn nhất trong cốt thép
Đường kính max (mm) của
thanh thép
6
8
10
12
16
20
25
32
Chiều rộng tính toán của vết
nứt
Ứng suất lớn nhất của thép σ
s
(N/mm
2
)
w
k

= 0,3 mm
450
400
360
320
280
240
200
160
w
k
= 0,5 mm
500
500
500
450
380
340
300
260





DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

117

6. LƯU ĐỒ

THIẾT KẾ DẦM ĐƠN GIẢN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG




























Bắt đầu

A
Giả thiết tiết diện
dầm, thông số vật
liệu, liên kết
Đặc trưng tiết
diện
Kiểm tra trong giai
đoạn thi công
Kiểm tra trong giai
đoạn liên hợp
Kết thúc
Kiểm tra phân loại
tiết diện
DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

118

KIỂM TRA PHÂN LOẠI TIẾT DIỆN




























Bắt đầu
Phân loại tiết diện
Thông số tiết diện
ngang dầm thép

Loại 1 hay 2
?

A
No
Trở lại
Yes
DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

119


KIỂM TRA Ở GIAI ĐOẠN THI CÔNG

























Bắt đầu
Tính giá trị mômen
do tải trọng tác

dụng M
Sd

M
Rd
Trở lại
Kiểm tra sức bền chịu
uốn của dầm thép
M
Sd
≤ M
Rd
δ

Tính độ võng δ ở giai
đoạn làm việc
δ ≤ δ
max
A
A
Yes
No
Yes
No