Bài viết này đề cập đến khái niệm và tác dụng của biểu đồ tương tác.
Khái niệm
Biểu đồ tương tác của một tiết diện là tập hợp các giá trị (N, Mx, My) thể hiện khả năng chịu lực của tiết diện.
Hình 1: Biểu đồ tương tác
Biểu đồ tương tác thể hiện mối quan hệ giữa lực dọc và mô men trong đánh giá khả năng chịu lực của tiết diện, lực dọc thay đổi thì khả năng chịu mô men thay đổi và ngược lại. Hình 1(a) là biểu đồ tương tác dạng ba chiều, đó là tập hợp các điểm thể hiện khả năng chịu lực trên các phương nằm trong góc 1/4 của tiết diện. Hình 1(b) là biểu đồ tương tác phẳng hay còn gọi là mặt cắt đứng của biểu đồ tương tác, là tập hợp các giá trị thể hiện khả năng chịu lực của tiết diện theo phương uốn cụ thể.
Biểu đồ tương tác là công cụ đánh giá khả năng chịu lực một cách tổng quát, có thể dùng để tính toán cả trường hợp chịu uốn thuần túy (dầm) hoặc chịu nén - uốn (cột). Biểu đồ tương tác cũng là một công cụ trực quan để đánh giá xu hướng làm việc của tiết diện.
Nguyên lý xây dựng biểu đồ tương tác
Nguyên lý xây dựng biểu đồ tương tác tương đối đơn giản. Quá trình bắt đầu từ việc giả thiết trước vị trí của đường giới hạn vùng nén quy ước (trong trường hợp sử dụng khối ứng suất chữ nhật cho bê tông) hoặc trục trung hòa (trong trường hợp sử dụng mô hình ứng suất bê tông phức tạp hơn). Sau khi có đường giới hạn vùng nén quy ước hoặc trục trung hòa, tiến hành xác định ứng suất cốt thép dựa trên giả thiết tiết diện phẳng và giả thiết về biến dạng cực hạn của bê tông khi phá hoại (TCXDVN 356-2005 đưa ra công thức trực tiếp xác định ứng suất cốt thép, tuy nhiên bản chất vẫn dựa trên giả thiết tiết diện phẳng). Sau khi có ứng suất của các thành phần bê tông và cốt thép, tiến hành xác định khả năng chịu lực của tiết diện từ các thành phần bằng các phép toán thông thường. Thay đổi vị trí đường giới hạn vùng nén quy ước hoặc trục trung hòa, ta có tập hợp của các giá trị tạo nên biểu đồ tương tác.
Nguyên lý xây dựng biểu đồ tương tác tương đối đơn giản, tuy nhiên việc thực hành đòi hỏi phải thực hiện rất nhiều phép tính. Do đó cần thiết phải có sự tham gia của máy tính điện tử.
Tác dụng của biểu đồ tương tác
Sử dụng biểu đồ tương tác để kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện
Công dụng đầu tiên của biểu đồ tương tác là kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện.
Sau khi xây dựng xong được biểu đồ tương tác, tiến hành kiểm tra các điểm thể hiện nội lực. Nếu điểm thể hiện nội lực nằm trong giới hạn của biểu đồ thì tiết diện đảm bảo khả năng chịu lực. Hệ số khả năng chịu lực (khả năng vượt quá yêu cầu cần thiết) có thể được đánh giá qua tỉ số của mô men thể hiện khả năng và mô men nội lực, hoặc tỉ số của chiều dài các tia từ điểm gốc tọa độ 0 tới điểm thể hiện khả năng chịu lực và từ điểm 0 tới điểm thể hiện nội lực
Sử dụng biểu đồ tương tác để tính toán gần đúng diện tích cốt thép
Biểu đồ tương tác đã được sử dụng từ khá lâu trong các tiêu chuẩn nước ngoài như BS hay ACI. Tiêu chuẩn các nước xây dựng sẵn các biểu đồ tương tác dưới dạng không thứ nguyên (không phụ thuộc trực tiếp vào tiết diện cột hay vật liệu sử dụng) với các hàm lượng cốt thép khác nhau. Kỹ sư tiến hành biểu diễn các điểm thể hiện nội lực trên biểu đồ và nội suy để tìm ra được hàm lượng cốt thép thích hợp.
Trong lập trình thiết kế kết cấu, các kỹ sư đưa ra các thuật toán đúng dần bao gồm các vòng lặp để tìm ra được hàm lượng cốt thép thỏa mãn tiết diện đảm bảo khả năng chịu lực với hệ số khả năng chịu lực xấp xỉ bằng 1.
Quan tâm Zalo KetcauSoft để theo dõi các bài viết và tài liệu mới
