Báo cáo khoa học: "Vấn đề dính bám giữa thép và bê tông, biến dạng ngang của bê tông khi chịu nén, ổn định tổng thể và cục bộ của ống thép nhồi bê tông"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

75
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt: Khả năng chịu lực của ống thép nhồi bê tông phụ thuộc rất nhiều yếu tố, trong đó dính bám giữa ống thép và lõi bê tông, ống thép ngăn chặn biến dạng ngang của bê tông khi chịu nén và ổn định cục bộ của ống thép là những đặc tr-ng riêng biệt của loại vật liệu này. Gần đây, có nhiều nghiên cứu về vấn đề dính bám và biến dạng ngang của bê tông, tuy nhiên các kết quả nghiên cứu còn phân tán, ch-a thống nhất đ-ợc mức độ ảnh h-ởng của những yếu...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "Vấn đề dính bám giữa thép và bê tông, biến dạng ngang của bê tông khi chịu nén, ổn định tổng thể và cục bộ của ống thép nhồi bê tông"

VÊn ®Ò dÝnh b¸m gi÷a thÐp vμ bª t«ng, biÕn d¹ng ngang cña bª t«ng khi chÞu nÐn, æn ®Þnh tæng thÓ vμ côc bé cña èng thÐp nhåi bª t«ng ThS. Ng« thanh thuû Bé m«n CÇu hÇm Liªn Bé m«n c«ng tr×nh – C¬ së II Tr−êng §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i Tãm t¾t: Kh¶ n¨ng chÞu lùc cña èng thÐp nhåi bª t«ng phô thuéc rÊt nhiÒu yÕu tè, trong ®ã dÝnh b¸m gi÷a èng thÐp vμ lâi bª t«ng, èng thÐp ng¨n chÆn biÕn d¹ng ngang cña bª t«ng khi chÞu nÐn vμ æn ®Þnh côc bé cña èng thÐp lμ nh÷ng ®Æc tr−ng riªng biÖt cña lo¹i vËt liÖu nμy. GÇn ®©y, cã nhiÒu nghiªn cøu vÒ vÊn ®Ò dÝnh b¸m vμ biÕn d¹ng ngang cña bª t«ng, tuy nhiªn c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu cßn ph©n t¸n, ch−a thèng nhÊt ®−îc møc ®é ¶nh h−ëng cña nh÷ng yÕu tè nμy tíi kh¶ n¨ng chÞu lùc. Do ®ã, hÇu hÕt c¸c quy tr×nh vÒ èng thÐp nhåi bª t«ng ®Òu quy ®Þnh dïng nh÷ng gi¸ trÞ cËn d−íi an toμn hoÆc bá qua ¶nh h−ëng tÝch cùc cña nh÷ng hiÖn t−îng nμy. §Æc biÖt, vÊn ®Ò æn ®Þnh côc bé cña èng thÐp cho tíi nay vÉn ch−a cã nh÷ng nghiªn cøu tho¶ ®¸ng. C¸c quy tr×nh nh− AISC 2005 (Mü) hay AJC (NhËt) ®Òu quy ®Þnh gi¸ trÞ giíi h¹n cho tû sè D/t, nh»m môc ®Ých ®¹t ®−îc c−êng ®é giíi h¹n tr−íc khi x¶y ra mÊt æn ®Þnh côc bé, ®iÒu nμy g©y l·ng phÝ vËt liÖu thÐp, ®Æc biÖt lμ víi èng thÐp cã ®−êng kÝnh D lín. CBA Nh− vËy cÇn cã thªm nh÷ng nghiªn cøu vÒ vÊn ®Ò nμy, nh»m tiÕt kiÖm vËt liÖu thÐp ®ång thêi n©ng cao tÝnh kinh tÕ vμ më réng ph¹m vi øng dông cña lo¹i vËt liÖu nμy trong x©y dùng Summary: Loading capacity of Concrete Filled Steel Tubes (CFTs) depends on many parameters, of which bond, confinement, and local buckling are important chareteristics. Many researches recently focus on bond and confinement; however, there is great difference in these results. Thus, many Codes for CFTs require the use of the lower bound values or neglect the good effects of these factors. Meanwhile, local buckling of steel tubes are not fully understood. CFTs Codes, such as AISC 2005 (USA) and AJC (Japan), limit the value of D/t in order to reach the design strength before local buckling. This leads to waste of steel, especially large value of D being used. Further studies on these issues are needed to provide economic way of using steel material as well as promote the use of CFTs in the field of construction. ®iÓm lín lµ ph¸t huy ®−îc −u ®iÓm cña c¶ thÐp vµ bª t«ng. ThÐp ph¸t huy ®−îc kh¶ i. giíi thiÖu chung n¨ng chÞu uèn c¾t, xo¾n vµ c¶ chÞu nÐn; bª Trong hai thËp kû trë l¹i ®©y, èng thÐp t«ng ph¸t huy ®−îc kh¶ n¨ng chÞu nÐn. §ång nhåi bª t«ng ®−îc øng dông réng r·i trong x©y thêi, sù t−¬ng t¸c gi÷a hai vËt liÖu còng n©ng dùng, ®Æc biÖt lµ nhµ cöa, t¹i c¸c n−íc nh− cao kh¶ n¨ng chÞu lùc cña lo¹i vËt liÖu nµy. Mü, NhËt, Trung Quèc. Lo¹i vËt liÖu nµy cã −u Lâi bª t«ng h¹n chÕ mÊt æn ®Þnh côc bé cña
èng thÐp; trong khi ®ã èng thÐp h¹n chÕ biÕn b¸m vµ c−êng ®é neo ®· ®−a tíi mét sè kÕt d¹ng ngang cña bª t«ng, lµm t¨ng c−êng ®é luËn nh− sau: chÞu nÐn vµ ®é dÎo cña bª t«ng, èng thÐp - B×nh qu©n c−êng ®é dÝnh b¸m cña thÐp nhåi bª t«ng thÓ hiÖn tÝnh dÎo rÊt tèt, do ®ã rÊt vµ bª t«ng lµ 0.8 N/mm2; lín h¬n nhiÒu so víi thÝch hîp víi kÕt cÊu chÞu t¶i träng ®éng ®Êt. quy tr×nh Anh (British Standards, 1979), gi¸ trÞ nµy lµ 0.4 N/mm2. Kh¶ n¨ng chÞu lùc cña èng thÐp nhåi bª t«ng kh«ng nh÷ng phô thuéc vµo ®Æc tr−ng - Víi nh÷ng mÉu cã dïng neo chèng c¾t, h×nh häc, c−êng ®é vËt liÖu vµ æn ®Þnh tæng ®−êng cong ph¸ ho¹i hÇu nh− kh«ng cã sù thÓ mµ cßn phô thuéc dÝnh b¸m gi÷a thÐp vµ kh¸c biÖt gi÷a t¨ng t¶i liªn tôc vµ t¨ng t¶i theo bª t«ng, sù h¹n chÕ biÕn d¹ng ngang cña èng tõng cÊp. thÐp ®èi víi bª t«ng khi chÞu nÐn vµ æn ®Þnh côc bé cña èng thÐp. - Quan hÖ gi÷a dÝnh b¸m vµ tr−ît d−íi t¸c dông cña t¶i träng trïng phôc ®i theo mét ®−êng cong t−¬ng tù nh− quan hÖ gi÷a øng ii. vÊn ®Ò dÝnh b¸m gi÷a thÐp vμ suÊt vµ biÕn d¹ng cña thÐp. bª t«ng f2δ f2δ DÝnh b¸m gi÷a èng thÐp vµ lâi bª t«ng lµ mét vÊn ®Ò quan träng, ¶nh h−ëng lín ®Õn ChiÒu dµi ChiÒu dµi ®Æc tÝnh chÞu lùc cña lo¹i vËt liÖu nµy. Tuy ph©n bè ph©n bè ≤ 3.5D ≤ 0.5D nhiªn, cho ®Õn nay vÉn ch−a cã b»ng chøng khoa häc x¸c ®¸ng vÒ ¶nh h−ëng cña dÝnh CBA b¸m ®Õn kh¶ n¨ng chÞu lùc cña èng thÐp nhåi bª t«ng. Theo nghiªn cøu cña Okamoto vµ Maeno a. Tr¹ng th¸i c©n b. Tr¹ng th¸i tr−íc (1988) th× dÝnh b¸m kh«ng cã ¶nh h−ëng ®¸ng b»ng giíi h¹n giíi h¹n kÓ ®Õn kh¶ n¨ng chÞu uèn cña cét èng thÐp H×nh 1. Sù ph©n bè øng suÊt dÝnh b¸m nhåi bª t«ng. Tuy nhiªn ng−êi ta vÉn nghi ngê Mét nghiªn cøu kh¸c cña gi¸o s− Roeder vÒ møc ®é chÝnh x¸c cña kÕt luËn nµy víi lý vµ céng sù ®−a ®Õn mét sè kÕt luËn nh− sau: do sè l−îng mÉu thÝ nghiÖm cña nghiªn cøu nµy ch−a ®ñ lín. Trong khi ®ã, Itoh vµ - ë tr¹ng th¸i giíi h¹n, øng suÊt dÝnh b¸m Matsamura (1991) cho r»ng kh¶ n¨ng chÞu f2δ ph©n bè ®Òu xung quanh ®−êng kÝnh vµ uèn t¨ng lªn khi dÝnh b¸m gi÷a thÐp vµ bª däc theo chiÒu dµi 3.5 D: t«ng t¨ng lªn. Theo Sam, Qie vµàRizkalla (2004), tÝnh dÎo cña cét t¨ng lªn khi c−êng ®é f2δ = 2.109 - 0.026(D/t) (1) dÝnh b¸m t¨ng lªn. C−êng ®é dÝnh b¸m cña èng thÐp trßn lín h¬n h×nh ch÷ nhËt vµ gi¶m - ë tr¹ng th¸i chÞu t¶i tr−íc TTGH, øng ®i khi D/t t¨ng (Roeder, 1998). suÊt dÝnh b¸m ph©n bè theo h×nh tam gi¸c däc theo chiÒu dµi 0.5D Mét nghiªn cøu kh¸c cña Shakir – Khalil (1993) tËp trung vµo vÊn ®Ò tÝnh to¸n lùc dÝnh - Lùc däc trôc ®−îc chuyÓn tõ thÐp qua
bª t«ng vµ ng−îc l¹i th«ng qua øng suÊt dÝnh Schneider (1998) vµ nhiÒu nghiªn cøu kh¸c, b¸m hoÆc neo chèng c¾t. øng suÊt nÐn ngang trong bª t«ng gi¶m nÕu dïng èng thÐp cã mÆt c¾t ch÷ nhËt (so víi - Co ngãt cña bª t«ng lµ mét yÕu tè rÊt mÆt c¾t trßn); gi¶m nÕu dïng bª t«ng c−êng bÊt lîi cho øng suÊt dÝnh b¸m. ®é cao; gi¶m nÕu ®é m¶nh cña cét t¨ng vµ c¶ tr−êng hîp èng thÐp nhåi bª t«ng chÞu uèn Nh− vËy, qua c¸c nghiªn cøu ®· cã, cã thuÇn tuý. Shams vµ Saadeghvaziri (1999) kÕt thÓ kh¼ng ®Þnh r»ng dÝnh b¸m cã ¶nh h−ëng luËn r»ng ƒ’cc gi¶m khi tû sè D/t t¨ng. ®Õn kh¶ n¨ng chÞu t¶i còng nh− tÝnh dÎo cña èng thÐp nhåi bª t«ng. Tuy nhiªn c¸c nghiªn σ σ cøu nµy ch−a thèng nhÊt ®−îc víi nhau vÒ c−êng ®é vµ sù ph©n bè lùc dÝnh b¸m khi truyÒn lùc còng nh− møc ®é ¶nh h−ëng cña nã ®Õn kh¶ n¨ng chÞu t¶i. Do ®ã c¸c quy tr×nh b a chØ ®−a ra gi¸ trÞ an toµn ë cËn d−íi cho c−êng b a ®é dÝnh b¸m khi tÝnh to¸n sù truyÒn lùc gi÷a thÐp vµ bª t«ng; cßn khi tÝnh to¸n kh¶ n¨ng ε chÞu t¶i th× ch−a xÐt tíi dÝnh b¸m. ε Quy tr×nh AISC cña Mü ®Ò nghÞ dïng a. Bª t«ng kh«ng bÞ h¹n chÕ biÕn d¹ng ngang c−êng ®é dÝnh b¸m 0.6MPa. Sù truyÒn t¶i b. Bª t«ng bÞ h¹n chÕ biÕn d¹ng ngang (lâi bª träng tõ bª t«ng sang thÐp hoÆc ng−îc l¹i, t«ng trong èng thÐp) nÕu kh«ng dïng neo th× chØ th«ng qua chiÒu CBA H×nh 2. Quan hÖ gi÷a øng suÊt vμ biÕn d¹ng dµi dÝnh b¸m b»ng 2D (mét chiÒu D trªn ®iÓm cña bª t«ng truyÒn lùc vµ mét chiÒu dµi D d−íi ®iÓm Nhãm nghiªn cøu cña Richard (1928) ®Ò truyÒn lùc). MÆt kh¸c còng ch−a cã b»ng nghÞ dïng øng suÊt nÐn lín nhÊt cho bª t«ng, chøng khoa häc vÒ sù tr−ît gi÷a thÐp vµ bª ƒ’cc, theo c«ng thøc: t«ng. Do ®ã, AISC chØ cho phÐp tÝnh to¸n sù truyÒn tr¶i träng dùa vµo dÝnh b¸m hoÆc neo ƒ’cc = ƒ’c (1 + 4.1p/ ƒ’c) (2) mµ kh«ng xÐt ®ång thêi. N¨m 1972, Newmand ®Ò nghÞ mét c«ng iii. vÊn ®Ò èng thÐp ng¨n chÆn thøc phi tuyÕn: biÕn d¹ng ngang cña bª t«ng ƒ’cc = ƒ’c [1 + 3.7(p/ ƒ’c)0.86] (3) èng thÐp ng¨n chÆn biÕn d¹ng ngang GÇn ®©y h¬n, Shams vµ Saadeghvaziri cña bª t«ng lµm t¨ng c−êng ®é chÞu nÐn, f’cc (1999) ®−a ra c«ng thøc tÝnh øng suÊt nÐn lín vµ ®é dÎo cña bª t«ng. C−êng ®é chÞu nÐn f’cc nhÊt cho bª t«ng, f’cc nh− sau: phô thuéc vµo h×nh d¹ng cña mÆt c¾t trßn hay ch÷ nhËt, c−êng ®é cña bª t«ng, ®é m¶nh cña ƒ’cc = ƒ’c {1 + A/[1+(D/tB)α]} (4) thanh, tû sè D/t vµ t×nh tr¹ng chÞu t¶i träng cña trong ®ã: thanh (nÐn thuÇn tuý, uèn thuÇn tuý hay nÐn – uèn). Theo nghiªn cøu cña Furlong (1967),
p - øng suÊt nÐn ngang trong bª t«ng C3 = 0.6 + 2As/(As+Ac) < 0.9 (7) ƒ’c - c−êng ®é chÞu nÐn cña bª t«ng Víi: Ec - m« ®un ®µn håi cña bª t«ng D - ®−êng kÝnh èng thÐp Es - m« ®un ®µn håi cña thÐp t - chiÒu dµy èng thÐp α - hÖ sè h×nh d¹ng Ic - m« men qu¸n tÝnh cña mÆt c¾t ngang bª t«ng. A, B - hÖ sè phô thuéc f’c Is - m« men qu¸n tÝnh cña mÆt c¾t ngang Trong ba c«ng thøc (2), (3) vµ (4) th× èng thÐp. c«ng thøc (4) tiÕn bé nhÊt. Trong khi c«ng thøc (2) vµ (3) chØ xÐt tíi c−êng ®é bª t«ng ƒ’c Isr - m« men qu¸n tÝnh cña c¸c thanh thÐp. vµ øng suÊt nÐn ngang (p) th× c«ng thøc (4) kh«ng chØ xÐt ®Õn c−êng ®é bª t«ng f’c mµ cßn K - hÖ sè chiÒu dµi cã hiÖu. xÐt ®Õn h×nh d¹ng mÆt c¾t ngang vµ tû sè D/t. L - chiÒu dµi tù do cña thanh. ë giai ®o¹n ®Çu chÞu t¶i, do hÖ sè në h«ng cña thÐp (kho¶ng 0.3) lín h¬n hÖ sè në Nh− vËy, ®é cøng cã hiÖu EJeff, ®−îc h«ng cña bª t«ng (kho¶ng 0.15 - 0.20) nªn dïng ®Ó tÝnh ®é cøng chÞu nÐn cña èng thÐp øng suÊt nÐn ngang trong bª t«ng lµ ®¸ng kÓ nhåi bª t«ng. §é cøng nµy bao gåm ®é cøng vµ lµm t¨ng c−êng ®é chÞu nÐn cña bª t«ng. cña èng thÐp, thanh thÐp, lâi bª t«ng vµ sù CBA Quy tr×nh AISC cña Mü cho phÐp xÐt ®Õn hiÖu t−¬ng t¸c gi÷a hai vËt liÖu. øng nµy ®èi víi èng thÐp trßn nhåi bª t«ng §èi víi æn ®Þnh côc bé cña èng thÐp, cho b»ng c¸ch dïng c−êng ®é chÞu nÐn cña bª tíi nay vÉn ch−a cã nh÷ng nghiªn cøu ®Çy ®ñ t«ng lµ 0.95ƒ’c, thay v× 0.85ƒ’c; cßn ®èi víi èng vÒ nh÷ng ¶nh h−ëng cña nã tíi kh¶ n¨ng chÞu thÐp ch÷ nhËt nhåi bª t«ng th× kh«ng xÐt ®Õn nÐn vµ uèn cña èng thÐp nhåi bª t«ng. Do ®ã, hiÖu øng nµy. hiÖn nay c¸c quy tr×nh dïng c¸c quy ®Þnh rµng buéc vÒ thµnh phÇn % thÐp trong mÆt c¾t vµ iv. VÊn ®Ò mÊt æn ®Þnh tæng thÓ vμ tû lÖ D/t (hoÆc b/t) ®Ó ®¶m b¶o ®¹t c−êng ®é côc bé cña èng thÐp tÝnh to¸n tr−íc khi xuÊt hiÖn mÊt æn ®Þnh côc bé. Quy tr×nh AISC quy ®Þnh: æn ®Þnh tæng thÓ cña thanh chÞu nÐn ¶nh h−ëng trùc tiÕp ®Õn kh¶ n¨ng chÞu lùc cña - Hµm l−îng thÐp trong mÆt c¾t kh«ng thanh. §èi víi èng thÐp nhåi bª t«ng, hiÖu øng ®−îc Ýt h¬n 1%. nµy ®−îc xÐt th«ng qua: - Víi mÆt c¾t ch÷ nhËt: Pe, Pe = π2(EIeff)/(KL)2 (5) b/t < 2.26(E/Fy)0.5; tû sè b/t lín h¬n trong ®ã: chØ ®−îc dïng khi th«ng qua thÝ nghiÖm vµ ph©n tÝch. EIeff = EsIs + EsIsr + C3EcIc (6)
h¹n chÕ cña quy tr×nh sÏ dÉn tíi l·ng phÝ vËt - Víi mÆt c¾t trßn: liÖu thÐp. Mong r»ng trong t−¬ng lai sÏ cã D/t < 0.15(E/Fy); tû sè b/t lín h¬n chØ nh÷ng nghiªn cøu ®Çy ®ñ vÒ c¸c hiÖn t−îng ®−îc dïng khi th«ng qua thÝ nghiÖm vµ ph©n nµy ®Ó èng thÐp nhåi bª t«ng ®−îc ¸p dông tÝch. réng r·i trong c«ng tr×nh cÇu; gãp phÇn n©ng cao ®é tin cËy cña c«ng tr×nh vµ tiÕt kiÖm chi - Víi mÆt c¾t trßn, thÐp cã E = 210GPa, phÝ x©y dùng. Fy = 420MPa th× D/t < 75. Trong thùc tÕ t¹i Mü, tû sè D/t th−êng dïng kho¶ng 100. Nh− vËy, do ch−a cã Tµi liÖu tham kh¶o nghiªn cøu ®Çy ®ñ nªn quy tr×nh quy ®Þnh thiªn vÒ an toµn. §iÒu nµy g©y ra l·ng phÝ vËt [1]. American Institude of Steel construction, liÖu thÐp vµ l·ng phÝ kinh phÝ thÝ nghiÖm khi Specification for Structural Steel Buildings, 2005. dïng tû sè D/t v−ît giíi h¹n cho phÐp. [2]. Aval et al, Comprehensive Composite Inelastic Fiber Element for Cyclic Analysis of Concrete Filled Cã thÓ nãi, vÊn ®Ò æn ®Þnh côc bé cña Steel Tube Columns, Journal of Engineering èng thÐp ®ang rÊt cÇn nh÷ng nghiªn cøu míi Mechanics, 2002. ®Ó cung cÊp mét ph−¬ng ph¸p hiÖu qu¶, chÝnh x¸c vµ ®¬n gi¶n ®Ó øng dông vµo thiÕt [3]. Caner et al, Lateral Confinement Needed to kÕ, ®ång thêi lµm næi bËt c¸c −u ®iÓm vÒ kinh Suppress Softening of Concrete in Compression, tÕ còng nh− gãp phÇn phæ biÕn sö dông lo¹i Journal of Engineering Mechanics, 2002. vËt liÖu nµy. [4]. Fam et al, Concrete Filled Steel Tubes CBA Subjected to Axial Compression and Lateral Loads, v. KÕt luËn Journal of Structural Engineering, 2004. Nh− vËy, qua c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu [5]. Hajjar, Concrete Filled Steel Tube Columns under Earthquake Loads, Prog. Struct. Engng còng nh− c¸c øng dông cô thÓ trong c¸c c«ng Mater, 2000. tr×nh x©y dùng t¹i c¸c n−íc Mü, NhËt vµ Trung Quèc, èng thÐp nhåi bª t«ng ®· tá râ −u thÕ [6]. Heng-zhi et al, Numerical Analysis of Ultimate vÒ kh¶ n¨ng chÞu t¶i träng lín vµ tÝnh dÎo dai, Strength of Concrete Filled Steel Tubular Arch ®©y lµ nh÷ng ®Æc ®iÓm quan träng cho vËt liÖu Bridges, Journal of Zhejiang University Science, cña c¸c c«ng tr×nh chÞu t¶i träng ®éng ®Êt vµ 2005. giã. MÆt kh¸c tÝnh kinh tÕ còng lµ mét ®Æc [7]. Laura De Lorenzis, A CoMParative Study of ®iÓm quan träng thóc ®Èy nhanh qu¸ tr×nh øng Models on Confinement of Concrete Cylinders with dông lo¹i vËt liÖu nµy trong x©y dùng. Tuy FRP Composites, Devision of Building Technology, nhiªn, cho tíi nay ch−a cã c¸c nghiªn cøu ®Çy Chalmers University of Technology, 2001. ®ñ vÒ vÊn ®Ò dÝnh b¸m gi÷a thÐp vµ bª t«ng, [8] Roeder et al, Composite Action in Concrete vÊn ®Ò èng thÐp ng¨n chÆn biÕn d¹ng ngang Filled Tubes, Journal of Structural Engineering, cña bª t«ng, ®Æc biÖt lµ vÊn ®Ò mÊt æn ®Þnh 1999♦ côc bé cña èng thÐp. §èi víi èng thÐp nhåi bª t«ng cã ®−êng kÝnh lín, nÕu tu©n theo nh÷ng