4.5 Phân tích trạng thái giới hạn sử dụng

Các kiểm tra SLS được thực hiện cho giới hạn ứng suất, bề rộng vết nứt và giới hạn độ võng. Ứng suất trong bê tông và các phần tử cốt thép được kiểm tra theo EN 1992-1-1 tương tự như quy định đối với ULS.

Giới hạn ứng suất

Ứng suất nén trong bê tông phải được giới hạn để tránh các vết nứt dọc. Theo EN 1992-1-1 mục 7.2 (2), vết nứt dọc có thể xuất hiện nếu mức ứng suất dưới tổ hợp tải trọng đặc trưng vượt quá giá trị k₁f_ck. Ứng suất nén trong bê tông được đánh giá bằng tỷ số giữa ứng suất nén chính lớn nhất σ_c = σ_c2 thu được từ phân tích phần tử hữu hạn (FE) cho các trạng thái giới hạn sử dụng và giá trị giới hạn σ_c,lim. Khi đó:

$$\frac{σ_{c}}{σ_{c,lim}}$$

$$σ_{c,lim} = k_1\cdot f_{ck}$$

trong đó:

f_ck        cường độ đặc trưng của mẫu trụ bê tông,

k₁         =0.6.

Nếu ứng suất trong bê tông dưới tải trọng gần như thường xuyên nhỏ hơn k₂f_ck theo EN 1992-1-1 mục 7.2(3), có thể giả thiết từ biến tuyến tính. Nếu ứng suất trong bê tông vượt quá k₂f_ck, cần xét đến từ biến phi tuyến (xem EN 1992-1-1 mục 3.1.4). Trong IDEA StatiCa Detail, chỉ có thể giả thiết từ biến tuyến tính theo EN 1992-1-1 mục 3.1.4 (3) (xem Mô hình vật liệu (EN)).

Có thể coi là tránh được nứt hoặc biến dạng không chấp nhận được nếu, dưới tổ hợp tải trọng đặc trưng, ứng suất kéo trong cốt thép không vượt quá k₃f_yk (EN 1992-1-1 mục 7.2 (5)). Khả năng làm việc của cốt thép được đánh giá bằng tỷ số giữa ứng suất trong cốt thép tại vị trí vết nứt σ_s = σ_sr và giá trị giới hạn quy định σ_s,lim:

$$\frac{σ_{s}}{σ_{s,lim}}$$

$$σ_{s,lim} =  k_3\cdot f_{yk}$$

trong đó:

f_yk        cường độ chảy của cốt thép,

k₃        =0.8.

Độ võng

Độ võng chỉ có thể được đánh giá đối với tường hoặc dầm tĩnh định (isostatic) hoặc dầm siêu tĩnh (hyperstatic). Trong các trường hợp này, xét giá trị tuyệt đối của độ võng (so với trạng thái ban đầu trước khi chịu tải), và giá trị cho phép lớn nhất của độ võng phải do người dùng thiết lập. Không thể kiểm tra độ võng tại các đầu bị cắt ngắn, vì đây về bản chất là các kết cấu không ổn định, trong đó cân bằng được thỏa mãn bằng cách thêm các lực đầu mút, do đó độ võng không thực tế. Độ võng ngắn hạn u_z,st hoặc dài hạn u_z,lt có thể được tính toán và kiểm tra so với các giá trị giới hạn do người dùng xác định:

$$\frac{u_ z}{u_{z,lim}}$$

trong đó:

u_z         độ võng ngắn hạn hoặc dài hạn được tính bằng phân tích FE,

u_z,lim    giá trị giới hạn của độ võng do người dùng xác định.

Bề rộng vết nứt

Bề rộng và hướng của vết nứt chỉ được tính cho các tác động dài hạn (sử dụng E_c,eff) đối với các tổ hợp có bật tùy chọn đánh giá bề rộng vết nứt. Các kiểm tra dựa trên giá trị giới hạn do người dùng chỉ định theo Eurocode được trình bày như sau:

$$\frac{w}{w_{lim}}$$

trong đó:

w         bề rộng vết nứt được tính bằng phân tích FE,

w_lim     giá trị giới hạn của bề rộng vết nứt do người dùng xác định.

Có hai cách tính bề rộng vết nứt (nứt ổn định và nứt không ổn định). Trong trường hợp tổng quát (nứt ổn định), bề rộng vết nứt được tính bằng cách tích phân biến dạng trên các phần tử 1D của thanh cốt thép. Sau đó, hướng vết nứt được tính từ ba điểm tích phân gần nhất (tính từ tâm của phần tử hữu hạn 1D cốt thép đang xét) của các phần tử bê tông 2D. Mặc dù cách tính hướng vết nứt này không tương ứng với vị trí thực của các vết nứt, nó vẫn cho các giá trị mang tính đại diện, dẫn đến kết quả bề rộng vết nứt có thể so sánh với các giá trị bề rộng vết nứt theo yêu cầu của tiêu chuẩn tại vị trí thanh cốt thép.