Luận án Tiến sĩ Kĩ thuật: Nghiên cứu ứng xử của liên kết sàn bê tông cốt thép với cột ống thép nhồi bê tông

Chia sẻ: Dopamine Grabbi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:189

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nhằm nghiên cứu đề xuất giải pháp cấu tạo liên kết cải tiến cột ống thép nhôi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép và sàn bê tông ứng lực trước; nghiên cứu ứng xử và cơ chế làm việc của liên kết cột ống thép nhôi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép bằng thực nghiệm và mô phỏng số; đề xuất công thức xác định chu vi phá hoại của tháp cắt thủng tại liên kết cột ống thép nhôi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép và sàn phẳng bê tông ứng lực trước. Mời các bạn tham khảo nội dung đề tài!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kĩ thuật: Nghiên cứu ứng xử của liên kết sàn bê tông cốt thép với cột ống thép nhồi bê tông

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRƯƠNG QUANG HẢI NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA LIÊN KẾT SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP VỚI CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐÀ NẴNG – NĂM 2021
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRƯƠNG QUANG HẢI NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA LIÊN KẾT SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP VỚI CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG Chuyên ngành : Cơ kỹ thuật Mã số : 9520101 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐÀO NGỌC THẾ LỰC PGS. TS. TRƯƠNG HOÀI CHÍNH ĐÀ NẴNG – NĂM 2021
i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Trương Quang Hải
ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i MỤC LỤC ........................................................................................................ ii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU ......................................................................... vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................... ix DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................. x DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................. xi MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................ 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................... 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................. 2 4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ........................................................................ 3 6. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 3 7. Bố cục của luận án ......................................................................................... 4 8. Những đóng góp mới của luận án .................................................................. 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUANCỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG, SÀN PHẲNG VÀ LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP.................................................................... 5 1.1. Tổng quan về cột ống thép nhồi bê tông ..........................................................5 1.2. Tổng quan các giải pháp sàn phẳng trong công trình xây dựng .................10
iii 1.3. Tổng quan về liên kết cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép ..........................................................................................................................14 1.4. Các giải pháp nâng cao khả năng chịu cắt thủng cho sàn ............................29 1.5. Tổng quan một số mô hình tính toán khả năng chịu cắt thủng sàn ............33 1.6. Tổng quan các tiêu chuẩn tính toán ...............................................................37 1.7. Kết luận Chương 1 ...........................................................................................43 CHƯƠNG 2. GIẢI PHÁP CẤU TẠO VÀ THỰC NGHIỆM LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG .......................... 45 2.1. Giải pháp cấu tạo và thực nghiệm liên kết cột giữa ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép ...............................................................................45 2.2. Giải pháp cấu tạo và thực nghiệm liên kết cột giữa ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông ứng lực trước .....................................................................76
iv 2.3. Giải pháp cấu tạo và thực nghiệm liên kết cột biên, cột góc ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép .................................................................97 2.4. Kết luận Chương 2 .........................................................................................106 CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG SỐ LIÊN KẾT VÀ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT THỦNG CỦA SÀN TẠI LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG ............................................ 108 3.1. Mô phỏng số liên kết cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng .................108 3.2. Mô hình tính toán khả năng chịu cắt thủng của sàn phẳng tại liên kết với cột giữa ống thép nhồi bê tông .............................................................................133
v 3.3. Kết luận Chương 3 .........................................................................................146 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................148 PHỤ LỤC .............................................................................................................. 150 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ............................................. 165 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 166
vi DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU α : Hệ số giãn vì nhiệt của cáp αv : Tỉ số độ cứng của shear-head với vùng bê tông ảnh hưởng γv : Hệ số chuyển mô men không cân bằng thành lực cắt trên tiết diện tới hạn σ : Ứng suất σcp : Ứng suất nén trung bình trong bê tông ε : Biến dạng tương đối (cốt thép, bê tông) εcm : Biến dạng tương ứng với cường độ chịu nén trung bình ftm μ : Hệ số ma sát ρ : Hàm lượng cốt thép chịu uốn θ : Góc nghiêng của vết nứt δ : Chuyển vị đứng của cột λ : Hệ số kể đến sự có mặt của cốt đai ảnh hưởng đến khả năng chịu cắt của bê tông ψ : Góc lệch được đo trong mặt phẳng p-q (diviatory) ϵ : Sự lệch của mặt thế năng dẻo ∆T : Độ chênh lệch nhiệt độ Δdow : Chuyển vị của cốt thép dọc tại vết nứt nghiêng cắt qua cốt thép dọc Asp : Diện tích một tao cáp Asw : Diện tích tiết diện ngang của một chu vi của cốt thép đai bc : Bề rộng cột bs : Bề rộng lớp cốt đai ở đỉnh shear-head bo : Chu vi dọc theo tiết diện tới hạn b0,in : Chu vi tiết diện phá hoại cắt qua cốt đai. b0,out : Chu vi tiết diện phá hoại bên ngoài vùng bố trí cốt đai. b1, b2 : Kích thước của chu vi tiết diện tới hạn cách mặt cột d/2 và b1 lấy song song với hướng của mô men không cân bằng B1, B2 : Kích thước mẫu thí nghiệm d : Chiều cao làm việc khi uốn của sàn dv : Chiều cao làm việc chịu cắt của sàn
vii dt : Biến phá hoại kéo trong mô hình CDP dc : Biến phá hoại nén trong mô hình CDP Ec : Mô đun đàn hồi của bê tông Es : Mô đun đàn hồi của cốt thép Esp : Mô đun đàn hồi của cáp ứng lực trước fpu : Giới hạn bền của cáp fpy : Giới hạn chảy của cáp fpi : Ứng suất kéo ban đầu trong cáp fyp : Ứng suất hiệu quả trong cáp fy : Cường độ chịu kéo của cốt thép fyw : Cường độ chảy dẻo của cốt đai fyw,ef : Ứng suất hiệu quả trong cốt thép đai (EC2) f'c , fcm : Cường độ chịu nén trung bình của bê tông mẫu hình lăng trụ ftm : Cường độ chịu kéo trung bình của bê tông mẫu hình lăng trụ fb0/fc0 : Tỉ số giữa cường độ nén hai trục và một trục của bê tông h : Chiều dày của sàn Is : Mô men quán tính của shear-head Ic : Mô men quán tính của tiết diện bê tông bao quanh shear-head J : Mô men quán tính của tiết diện tới hạn cách d/2 từ chu vi của cột k : Hệ số ảnh hưởng chiều dày của sàn đến khả năng chịu cắt thủng Kc : Hệ số điều khiển hình dạng mặt phẳng phá hoại Lv : Chiều dài shear-head tính từ mặt cột l : Chiều dài bụng shear-head ngàm vào cột Mu : Mô men không cân bằng tại cột nw : Số cốt thép đai cắt qua chu vi tới hạn Vu : Lực cắt trên tiết diện tới hạn VR : Khả năng chịu cắt danh nghĩa của sàn Vc,out : Khả năng chịu cắt thủng của sàn tại chu vi bên ngoài vùng bố trí cốt đai Vc,in : Khả năng chịu cắt thủng của sàn tại chu vi cắt qua cốt đai Vcal : Khả năng chịu cắt của sàn xác định theo tính toán Vtest : Khả năng chịu cắt của sàn xác định theo thực nghiệm
viii Vabaqus : Khả năng chịu cắt của sàn theo mô phỏng Abaqus Vp : Khả năng chịu cắt của sàn do độ nghiêng của cáp ứng lực trước Vc : Khả năng chịu cắt của bê tông Vsw : Khả năng chịu cắt của cốt đai sw : Khoảng cách giữa những chu vi của cốt đai tf : Chiều dày bản cánh của shear-head tw : Chiều dày bản bụng của shear-head w : Bề rộng vết nứt
ix DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CFST : Concrete filled steel tube (Ống thép nhồi bê tông) BTCT : Bê tông cốt thép LVDT : Linear Variable Differential Transducer CHS : Circular Hollow Section - CHS SHS : Square Hollow Section - SHS RHS : Rectangular Hollow Section - RHS CSCT : Critical Shear Crack Theory - lý thuyết vết nứt cắt tới hạn CDP : Concrete damage plastic Shear-head : Chi tiết liên kết cột CFST với sàn phẳng BTCT sử dụng thép hình chữ H, I và được nhúng vào trong bê tông sàn Stud : Là các chi tiết dạng đinh, có tán một đầu hoặc hai đầu được hàn vào thành ống thép hoặc bố trí trong sàn để chịu cắt
x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Cấp phối vật liệu cho 1m3 bê tông ............................................................55 Bảng 2.2. Bảng tổng hợp các thiết bị thí nghiệm ......................................................56 Bảng 2.3. Kết quả thí nghiệm nén, ép chẻ mẫu bê tông trụ 150×300 (mm2)............64 Bảng 2.4. Số liệu thí nghiệm kéo cốt thép thanh, thép hình H100 và thép ống........65 Bảng 2.5. Giá trị lực căng cáp ...................................................................................81 Bảng 2.6. Cấp phối vật liệu cho vữa bơm ống gen ...................................................82 Bảng 2.7. Kết quả thí nghiệm nén, ép chẻ mẫu bê tông trụ 150×300 (mm2)............87 Bảng 2.8. Số liệu thí nghiệm kéo cốt thép thanh, thép hình H100 và thép ống........87 Bảng 2.9. Đặc tính kĩ thuật của cáp dự ứng lực lấy theo các tiêu chuẩn ..................88 Bảng 3.1. Lựa chọn phần tử cho các bộ phận của liên kết sàn – cột CFST ............109 Bảng 3.2. Mô phỏng các bộ phận của kết cấu.........................................................109 Bảng 3.3. Các thông số đặc trưng cho vật liệu bê tông...........................................113 Bảng 3.4. Tham số của mô hình CDP .....................................................................114 Bảng 3.5. Các dạng tương tác sử dụng trong mô phỏng .........................................116 Bảng 3.6. Kích thước chia nhỏ phần tử(mm) ..........................................................117 Bảng 3.7.Thông số của các mẫu thí nghiệm và mô phỏng số tính toán cường độ chịu cắt thủng của sàn phẳng bê tông cốt thép................................................................140 Bảng 3.8. So sánh kết quả tính toán với thực nghiệm.............................................141 Bảng 3.9. So sánh kết quả tính toán với nghiên cứu của D.V. Bompa [16] ...........141 Bảng 3.10. So sánh kết quả tính toán với kết quả mô phỏng số Abaqus ................141 Bảng 3.11. Thông số của mẫu thí nghiệm và các mẫu mô phỏng số sử dụng để tính toán cường độ chịu cắt thủng của sàn phẳng bê tông ứng lực trước ...............144 Bảng 3.12. So sánh kết quả tính toán với thực nghiệm...........................................145 Bảng 3.13. So sánh kết quả mô phỏng với công thức tính đề xuất. ........................145
xi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Cấu tạo cột ống thép nhồi bê tông...............................................................5 Hình 1.2. Mặt cắt điển hình cột ống thép nhồi bê tông ...............................................7 Hình 1.3. Cột ống thép nhồi bê tông với hai lớp ống thép ..........................................7 Hình 1.4. Cột CFST được bao bọc bởi bê tông cốt thép .............................................8 Hình 1.5. Cột CFST tăng cường kết cấu thép và cốt thép gia cường .........................8 Hình 1.6. Cột CFST với sườn tăng cứng ....................................................................9 Hình 1.7. Nhà được xây dựng bằng kết cấu CFST [5]................................................9 Hình 1.8. Trung tâm thương mại Ruifeng, Trung Quốc [28] ...................................10 Hình 1.9. Tokyo Baycourt Club Hotel & Spa Resort, Nhật Bản [60] ......................10 Hình 1.10. Sàn phẳng bê tông cốt thép .....................................................................11 Hình 1.11. Sàn bê tông ứng lực trước .......................................................................12 Hình 1.12. Sàn Bubbledeck .......................................................................................13 Hình 1.13. Sàn U-Boot Beton ...................................................................................14 Hình 1.14. Liên kết cột CFST-sàn BTCT của H. Satoh và K. Shimazaki (2004) [51] ...................................................................................................................................15 Hình 1.15. Kết quả thí nghiệm C.H. Lee et al. (2008) [35] ......................................16 Hình 1.16. Liên kết cột ống thép - sàn BTCT đề xuất bởi M.A. Eder (2012)[26] ...17 Hình 1.17. Cấu tạo liên kết và mô hình thí nghiệm của Y. Su và Y. Tian (2009) [52] ...................................................................................................................................18 Hình 1.18. Liên kết đề xuất bởi Y.K. Ju (2013) [30] ................................................18 Hình 1.19. Thí nghiệm liên kết cột CFST với sàn BTCT bởi J.W. Kim (2014) [32] ...................................................................................................................................20 Hình 1.20. Liên kết cột CFST - sàn BTCT của P.Y. Yan và Y.C. Wang (2015) [55] ...................................................................................................................................21 Hình 1.21. Liên kết đề xuất của J. L. Yu và Y. C. Wang (2018) [56] ......................22 Hình 1.22. Mô hình thí nghiệm và hình ảnh phá hoại sau thí nghiệm [56] ..............22 Hình 1.23. Chi tiết liên kết đề xuất bởi Đ.T.N. Thảo (2019)[3] ...............................23
xii Hình 1.24. Mô hình thí nghiệm và hình dạng mặt phá hoại của sàn [3] ...................23 Hình 1.25. Cấu tạo liên kết đề xuất [57] ...................................................................24 Hình 1.26. Cấu tạo chi tiết liên kết và mô hình thí nghiệm [57] ..............................24 Hình 1.27. Phá hoại của mẫu sau thí nghiệm [57] ....................................................25 Hình 1.28. Shear-head trong liên kết sàn - cột BTCT và kết quả thí nghiệm [28] ...26 Hình 1.29. Vị trí tiết diện tới hạn cho sàn cột biên sử dụng mũ thép chịu cắt [28] ..27 Hình 1.30. Tiết diện tới hạn, ứng suất cắt do lực cắt, ứng suất cắt do mô men [28] 27 Hình 1.31. Thí nghiệm liên kết sàn – cột BTCT chịu ứng lực trước căng ngoài [42] ...................................................................................................................................28 Hình 1.32. Thép hình H gia cố khả năng chịu cắt thủng cho sàn W.G. Corley và N.M.Hawkins (1968)[19] ..........................................................................................30 Hình 1.33. Hệ thống nâng cao khả năng chị cắt thủng Subedi và Baglin (2003)[50] ...................................................................................................................................30 Hình 1.34. Hệ thống nâng cao khả năng chị cắt thủng C. Ålander (2005)[13] ........31 Hình 1.35.Chi tiết liên kết đề xuất bởi W. Piel và G. Hanswille (2006) [47]..........31 Hình 1.36. Hệ thống nâng cao khả năng chịu cắt thủng [57]....................................31 Hình 1.37. Chốt thép chịu cắt bố trí trong bản sàn [24]............................................32 Hình 1.38. Tăng cường khả năng chịu cắt thủng cho sàn bằng “Shearband” [46] ...32 Hình 1.39. Dầm tích hợp trong bản sàn [1]...............................................................33 Hình 1.40. Mô hình cơ học của S. Kinnunen và H. S. E. Nylander (1960) [31] ......33 Hình 1.41. Mô hình tính khả năng chịu cắt thủng của sàn P. Menétrey (1996)[45].35 Hình 1.42. Mô hình tính khả năng chịu cắt thủng theo CSCT..................................36 Hình 1.43. Mô hình giàn ảo phân tích khả năng chịu cắt thủng cho sàn [41] ..........37 Hình 1.44. Mô hình Carl Erik Broms (2016)[17] .....................................................37 Hình 1.45. Sơ đồ tính toán chọc thủng của cấu kiện không có cốt thép ngang ........38 Hình 1.46. Sơ đồ tính toán chọc thủng của bản bê tông cốt thép có cốt thép ngang đặt đều nhau theo phương đứng [6] ..........................................................................39 Hình 1.47. Xác định chu vi tiết diện tới hạn .............................................................40 Hình 1.48. Bố trí stud và chu vi tiết diện tới hạn khi chịu cắt [11]..........................41
xiii Hình 1.49. Xác định chu vi tiết diện tới hạn theo EC2 [25] .....................................42 Hình 1.50. Chu vi tại tiết diện tới hạn cho trường hợp có cốt thép chịu cắt .............43 Hình 2.1. Liên kết cột ống thép nhồi bê tông – dầm bẹt bê tông cốt thép ................46 Hình 2.2. Vết nứt trên các mẫu dầm bẹt tại thời điểm phá hoại ...............................47 Hình 2.3. Minh họa cơ chế truyền lực từ sàn vào cột [40]........................................47 Hình 2.4. Cấu tạo liên kết đề xuất .............................................................................48 Hình 2.5. Mô hình phân tích sàn ...............................................................................50 Hình 2.6. Phân tích chọn kích thước mẫu .................................................................51 Hình 2.7. Chọn mẫu điểm neo gia tải cho mẫu thí nghiệm ......................................51 Hình 2.8. Kích thước mẫu thí nghiệm.......................................................................51 Hình 2.9. Cấu tạo chi tiết liên kết..............................................................................52 Hình 2.10. Bố trí cốt thép đai và thép vòng ..............................................................53 Hình 2.11. Mặt cắt cấu tạo cốt thép – liên kết sàn BTCT với cột CFST ..................53 Hình 2.12. Cấu tạo chi tiết liên kết ...........................................................................54 Hình 2.13. Bố trí cốt thép sàn ...................................................................................54 Hình 2.14. Dưỡng hộ bê tông sàn và mẫu bê tông ....................................................55 Hình 2.15. Thi công đế gia tải thí nghiệm ................................................................57 Hình 2.16. Các chi tiết neo và mô hình thí nghiệm neo............................................58 Hình 2.17. Sơ đồ bố trí mô hình thí nghiệm .............................................................58 Hình 2.18. Lắp đặt thí nghiệm ..................................................................................59 Hình 2.19. Bố trí mô hình thí nghiệm .......................................................................59 Hình 2.20. Bố trí các cảm biến (LVDT) đo chuyển vị bề mặt sàn ...........................60 Hình 2.21. Bố trí cảm biến đo biến dạng bê tông mặt dưới của sàn .........................60 Hình 2.22. Strain gauge đo biến dạng bề mặt cánh trên của shear-head ..................61 Hình 2.23. Bố trí strain gauge đo biến dạng cốt thép đai và cốt thép vòng ..............61 Hình 2.24. Bố trí strain gauge đo biến dạng cốt thép dọc .........................................62 Hình 2.25. Bố trí các cảm biến đo biến dạng trong cốt thép và shear-head .............62 Hình 2.26. Bố trí các cảm biến đo chuyển vị và biến dạng trên bề mặt bê tông ......63 Hình 2.27. Kết nối các cảm biến vào thiết bị nhận dữ liệu Data logger ...................63
xiv Hình 2.28. Thí nghiệm cường độ bê tông .................................................................64 Hình 2.29. Mẫu thép, thí nghiệm kéo thép................................................................65 Hình 2.30. Ứng xử tại mặt trên của sàn ở thời điểm phá hoại ..................................66 Hình 2.31. Phá hoại bê tông tại mặt dưới của sàn.....................................................66 Hình 2.32. Tháp phá hoại cắt thủng của sàn .............................................................67 Hình 2.33. Mặt phá hoại được giữ bởi cốt đai ..........................................................67 Hình 2.34. Vết nứt bề mặt sàn và chu vi trung bình của tháp cắt thủng cho trường hợp phá hoại 1 (mặt phá hoại nằm bên ngoài vùng bố trí cốt đai)............................68 Hình 2.35. Mặt phá hoại sau khi tách khối bê tông tại đỉnh shear-head ...................69 Hình 2.36. Mặt phá hoại sau khi tách khối bê tông theo phương xiên của sàn ........69 Hình 2.37. Tháp phá hoại cắt thủng khi tách các khối bê tông bị giữ bởi cốt đai ....69 Hình 2.38. Hình dạng mặt trên của tháp cắt thủng và chu vi trung bình của tháp cắt thủng cho trường hợp phá hoại 2 (mặt phá hoại cắt qua vùng bố trí cốt đai) ...........70 Hình 2.39. Đồ thị tải trọng – chuyển vị đứng đầu cột...............................................71 Hình 2.40. Đồ thị tải trọng – chuyển vị mặt sàn .......................................................71 Hình 2.41. Đồ thị tải trọng - biến dạng bê tông mặt dưới của sàn ............................72 Hình 2.42. Tải trọng – biến dạng tại cánh trên của shear-head ................................72 Hình 2.43. Tải trọng – biến dạng trong cốt thép dọc ................................................73 Hình 2.44. Tải trọng – biến dạng trong cốt thép đai .................................................73 Hình 2.45. Tải trọng – biến dạng trong cốt thép vòng ..............................................74 Hình 2.46. Ứng xử phá hoại tại góc của cột so sánh với các nghiên cứu khác.........75 Hình 2.47. Quỹ đạo bố trí cáp sàn.............................................................................78 Hình 2.48. Bố trí cáp cho mẫu thí nghiệm ................................................................78 Hình 2.49. Bố trí cốt thép sàn ...................................................................................79 Hình 2.50. Dưỡng hộ bê tông sàn .............................................................................79 Hình 2.51. Cấu tạo đầu neo cáp ứng lực trước .........................................................80 Hình 2.52. Cấu tạo đầu neo ngoài của cáp ứng lực trước .........................................80 Hình 2.53. Thi công kéo cáp sàn ...............................................................................81 Hình 2.54. Bơm vữa ống gen ...................................................................................82
xv Hình 2.55. Sơ đồ bố trí mô hình thí nghiệm .............................................................83 Hình 2.56. Bố trí LVDT đo chuyển vị bề mặt bê tông sàn .......................................83 Hình 2.57. Bố trí strain gauge đo biến dạng bề mặt trên và mặt dưới của bê tông...84 Hình 2.58. Bố trí strain gauge đo biến dạng cốt thép đai..........................................84 Hình 2.59. Bố trí strain gauge đo biến dạng cốt thép dọc .........................................85 Hình 2.60. Strain gauge đo biến dạng bề mặt cánh trên của shear-head ..................85 Hình 2.61. Bố trí các cảm biến đo biến dạng trong cốt thép và shear-head .............85 Hình 2.62. Kết nối các cảm biến vào thiết bị nhận dữ liệu Data Loger ....................86 Hình 2.63. Bố trí mô hình thí nghiệm .......................................................................86 Hình 2.64. Các thiết bị ứng ứng lực trước ................................................................88 Hình 2.65. Vết nứt trên sàn P = 730 kN ....................................................................89 Hình 2.66. Vết nứt trên sàn P = 1230 kN ..................................................................89 Hình 2.67. Vết nứt trên sàn P = 1730 kN ..................................................................89 Hình 2.68. Vết nứt dưới sàn P = 1730 kN.................................................................89 Hình 2.69. Bề mặt trên của sàn lúc phá hoại.............................................................90 Hình 2.70. Phá hoại bê tông tại mặt dưới của sàn.....................................................90 Hình 2.71. Các trường hợp phá hoại tại liên kết .......................................................91 Hình 2.72. Hình ảnh phá hoại mặt trên của sàn và xét tương quan miền phá hoại mặt trên sàn với hệ cốt đai, shear-head và cáp ứng lực ...................................................92 Hình 2.73. Đồ thị tải trọng – chuyển vị đứng đầu cột...............................................93 Hình 2.74. Đồ thị tải trọng – chuyển vị bề mặt sàn ..................................................94 Hình 2.75. So sánh biến dạng bê tông mặt dưới của sàn theo hai phương ...............94 Hình 2.76. Tải trọng – biến dạng trong cốt thép đai .................................................95 Hình 2.77. Tải trọng – biến dạng của shear-head .....................................................96 Hình 2.78. Cấu tạo liên kết cột biên, cột góc CFST – sàn phẳng BTCT ..................97 Hình 2.79. Kích thước mẫu thí nghiệm cho cột biên, cột góc ..................................98 Hình 2.80. Cấu tạo chi tiết liên kết ...........................................................................99 Hình 2.81. Bố trí cốt thép cho liên kết cột biên, cột góc CFST- sàn phẳng BTCT 100 Hình 2.82. Dưỡng hộ bê tông sàn sau khi đổ ..........................................................100
xvi Hình 2.83. Chi tiết neo đầu cột ...............................................................................101 Hình 2.84. Thiết lập thí nghiệm cho cột biên, cột góc ............................................102 Hình 2.85. Ứng xử của mẫu cột biên sau thí nghiệm..............................................103 Hình 2.86. Đồ thị tải trọng - chuyển vị và tải trọng - biến dạng bê tông vùng nén 104 Hình 2.87. Đồ thị tải trọng - biến dạng trong cốt thép đai và thép vòng ................104 Hình 2.88. Ứng xử của mẫu cột góc sau phá hoại ..................................................105 Hình 2.89. Đồ thị tải trọng - chuyển vị và tải trọng - biến dạng của cốt đai ..........106 Hình 3.1. Giả thiết đường cong nén một trục của bê tông [14] ..............................110 Hình 3.2. Giả thiết mô hình kéo một trục của bê tông [14] ....................................112 Hình 3.3. Đồ thị ứng suất – biến dạng nén, biến dạng kéo một trục của bê tông ..114 Hình 3.4. Đồ thị biến dạng – biến phá hoại nén dc, biến phá hoại kéo dt ...............115 Hình 3.5. Mô hình mô phỏng liên kết sàn BTCT – cột CFST ................................115 Hình 3.6. Điều kiện biên, điều kiện chuyển vị cho kết cấu ...................................118 Hình 3.7. Đồ thị tải trọng – chuyển vị đứng của sàn theo thí nghiệm và mô phỏng .................................................................................................................................118 Hình 3.8. Đồ thị tải trọng – biến dạng của bê tông mặt dưới sàn theo phương vuông góc với mặt cột từ kết quả thí nghiệm và mô phỏng ...............................................119 Hình 3.9. Đồ thị tải trọng – biến dạng của cốt thép dọc trong sàn từ kết quả thí nghiệm và mô phỏng ...............................................................................................119 Hình 3.10. Đồ thị tải trọng – chuyển vị của sàn theo phương vuông góc với mặt cột theo kết quả thí nghiệm và mô phỏng .....................................................................120 Hình 3.11. Mô hình mô phỏng mẫu thí nghiệm sàn ứng lực trước – cột CFST .....120 Hình 3.12. Đồ thị ứng suất – biến dạng nén, kéo một trục của bê tông .................121 Hình 3.13. Điều kiện biên mô phỏng ......................................................................122 Hình 3.14. Đồ thị tải trọng – chuyển vị của sàn theo thí nghiệm và mô phỏng ....123 Hình 3.15. Đồ thị tải trọng – chuyển vị của sàn theo phương vuông góc với mặt cột theo kết quả thí nghiệm và mô phỏng .....................................................................123 Hình 3.16. Đồ thị tải trọng – biến dạng của bê tông mặt dưới...............................124 Hình 3.17. Đồ thị tải trọng – biến dạng của cốt thép đai .......................................124
xvii Hình 3.18. Cấu tạo vùng liên kết theo chiều dài của shear-head ...........................125 Hình 3.19. Hình ảnh phá hoại sàn theo chiều dài của shear-head .........................126 Hình 3.20. Đồ thị tải trọng - chuyển vị sàn khi thay đổi chiều dài shear-head......126 Hình 3.21. Mô hình xác định tương quan độ cứng của shear-head với bê tông ....127 Hình 3.22. Hình ảnh phá hoại sàn phụ thuộc tiết diện ngang shear-head ..............127 Hình 3.23. Đồ thị tải trọng - chuyển vị sàn khi thay đổi kích thước shear-head ...127 Hình 3.24. Cơ chế ảnh hưởng của cốt thép dọc đến sức kháng cắt của sàn [15] ....128 Hình 3.25. Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng cốt thép..............................129 Hình 3.26. Đường cong tải trọng - chuyển vị theo sự thay đổi cường độ bê tông..130 Hình 3.27. Cơ chế truyền lực cắt trong sàn qua mô hình giàn ảo ...........................131 Hình 3.28. Phân bố ứng suất trong sàn ...................................................................132 Hình 3.29. Đường cong tải trọng - chuyển vị ảnh hưởng cốt thép đai ...................133 Hình 3.30. Phân tích các chu vi tới hạn của sàn phẳng bê tông cốt thép ................135 Hình 3.31. Phân tích các chu vi tới hạn của sàn phẳng bê tông ứng lực trước .......136 Hình 3.32. Chiều cao làm việc chịu cắt dv xác định từ kết quả thí nghiệm ............137 Hình 3.33. Đề xuất chu vi phá hoại.........................................................................137
1 MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Hiện nay, với việc gia tăng mạnh mẽ các dự án nhà cao tầng tại các đô thị lớn tại Việt Nam đặt ra nhu cầu cấp thiết tìm kiếm các giải pháp kết cấu chịu lực mới hiệu quả về mặt kĩ thuật và kinh tế. Một trong những xu hướng kết cấu mới có tính ứng dụng, hiệu quả cao là kết hợp kết cấu cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép thành hệ kết cấu chịu lực cho nhà cao tầng do: Kết cấu cột ống thép nhồi bê tông (Concrete Filled Steel Tube - CFST) được sử dụng rộng rãi để làm kết cấu chịu lực trong các công trình nhà cao tầng do có nhiều ưu điểm vượt trội so với kết cấu thép và kết cấu bê tông cốt thép thông thường như khả năng chịu lực cao do đó làm giảm tiết diện cột nhờ vậy tăng diện tích sàn sử dụng, độ dẻo của kết cấu lớn, khả năng tiêu tán năng lượng lớn. Ngoài ra khả năng thi công nhanh do bỏ qua ván khuôn cột và gia công cốt thép thanh nên tiết kiệm nhân công, giảm chi phí thi công cũng là ưu điểm vượt trội của loại kết cấu này. Trong công trình nhà cao tầng, việc giảm chiều cao nhà sẽ giảm đáng kể tác động của tải trọng ngang cho công trình. Kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép (BTCT) được xem là giải pháp hiệu quả cho việc giảm chiều cao tầng nhưng vẫn đảm bảo khoảng thông thủy sử dụng. Việc sử dụng sàn phẳng BTCT sẽ thuận lợi cho việc thi công, rút ngắn thời gian xây dựng, thuận tiện cho việc bố trí đường ống thiết bị kĩ thuật, dễ dàng thông gió và linh hoạt bố trí mặt bằng. Từ phân tích trên, nếu kết hợp hai loại kết cấu riêng biệt này thành kết cấu chịu lực mới cho nhà cao tầng sẽ đem lại những hiệu quả đáng kể về mặt kinh tế, kỹ thuật. Tuy nhiên, vấn đề quan trọng nhất khi kết hợp hai loại kết cấu này là giải quyết liên kết sàn - cột. Hiện nay, các nghiên cứu mới chỉ tập trung cho liên kết cột giữa ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép, chưa có các nghiên cứu cho liên kết cột biên, cột góc ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng BTCT hay sàn phẳng bê tông ứng lực trước. Bên cạnh đó, chưa có nhiều các nghiên cứu có tính hệ