NGHIÊN CỨU LIÊN KẾT KHÁNG CHỌC THỦNG CỦA CỘT THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG DƢỚI TÁC DỤNG ĐỒNG THỜI CỦA LỰC CẮT VÀ MƠ MEN KHƠNG CÂN BẰNG TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HỒ CHÍ MINH TRẦN QUỐC TÀI NGHIÊN CỨU LIÊN KẾT KHÁNG CHỌC THỦNG CỦA CỘT THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG DƢỚI TÁC DỤNG ĐỒNG THỜI CỦA LỰC CẮT VÀ MƠ MEN KHƠNG CÂN BẰNG TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG TP HỒ CHÍ MINH - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HỒ CHÍ MINH TRẦN QUỐC TÀI NGHIÊN CỨU LIÊN KẾT KHÁNG CHỌC THỦNG CỦA CỘT THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG DƢỚI TÁC DỤNG ĐỒNG THỜI CỦA LỰC CẮT VÀ MÔ MEN KHÔNG CÂN BẰNG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 8.58.02.01 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS KS TRẦN VĂN PHÚC TP HỒ CHÍ MINH – 2021 CHƢƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Tổng Quan Đề Tài Trong nhà cao tầng, chiều cao tầng kích thước cấu kiện ảnh hưởng đến tính kinh tế cơng sử dụng nhà đầu tư Vì nhà đầu tư mong muốn tăng thêm tầng mà không phá vỡ quy hoạch kinh tế cao, rút ngắn thời gian thi cơng tiết kiệm chi phí xây dựng 1.2 Tình hình nghiên cứu đóng góp đề tài Các liên kết mà nhà nghiên cứu giới đề xuất cho loại kết cấu c điểm chung sử dụng chi tiết thép hình chịu cắt (shear head) sườn chịu cắt (shear key) hàn phần cột CFST phạm vi sàn Chi tiết liên kết với sàn phẳng BTCT để c thể truyền lực cắt tải trọng đứng từ sàn truyền vào cột, điển hình liên kết Satoh Shimazak (2004), Su Tian (2010), Yan (2011), Ju cộng (2013), Kim cộng (2014) (Hình 1.4), Đào Ngọc Thế Lực cộng (2017), Nguyễn Quốc Nhật (2018) (Hình 1.6) Đinh Thị Như Thảo (2019 1.3 Phạm vi nghiên cứu đề tài Nghiên cứu ứng xử chọc thủng liên kết sàn phẳng BTCT thường (không c tác động ứng suất trước, không c ỗ mở gần liên kết) - cột CFST (không phải cột iên g c) 1.4 Mục tiêu đề tài Nghiên cứu đề xuất loại liên kết sàn phẳng BTCT cột CFST phù hợp hiệu với điều kiện thi công Việt Nam 2 Nghiên cứu khả kháng chọc thủng liên kết sàn phẳng BTCT cột CFST phân tích tính tốn theo tiêu chuẩn TCVN 5574-2018, EC2, ACI-318 mô số PTHH ABAQUS CHƢƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.1 Cột ống thép nhồi bê tông 2.2 Sàn phẳng bê tông cốt thép 2.3 Khái niệm tƣợng chọc thủng 2.4 Các quy định chung tiêu chuẩn CHƢƠNG PHÂN TÍCH TÍNH TỐN LIÊN KẾT ĐỀ XUẤT 3.1 Đề xuất cấu tạo chi tiết kháng chọc thủng cột thép nhồi bê tơng Hình 3.1:Mặt liên kết Hình 3.2:Mặt cắt liên kết Hình 3.3:Mặt cắt liên kết Vật liệu mô đề xuất sau: Bảng 3.1 Bảng vật liệu liên kết Tên cấu kiện Vật liệu Bê tông sàn B30 Bê tông cột B30 Thép Q345B Thép I Q345B Cốt thép sàn SD390 Cốt thép cột SD390 3.2 Giới thiệu phần mềm ABAQUS 3.2.1 Một số loại phần tử thƣ viện ABAQUS 3.2.2 Các loại phần tử đƣợc sử dụng ABAQUS 3.2.3 Mơ hình vật liệu bê tơng Mơ hinh phá hoại dẻo CDP (Concrete Damaged P asticity) chọn làm mơ hình vật liêu ê tơng Mơ hình xây dựng dựa chế phá hoại dẻo bê tông chịu nén chịu kéo 3.2.3.1 Ứng xử bê tơng chịu nén Hình 3.7:Quan hệ ứng suất-biến dạng bê tông chịu nén (ABAQUS Manual) Trong mơ hình vật liệu ê tơng đề xuất bới Kent [24]và Park [25] mô tả đường cong ứng suất-biến dạng bê tông vùng bê tông chịu nén để phù hợp với phần mềm ABAQUS hình 3.14 5 3.4:Quan hệ ứng suất-biến dạng bê tông chịu nén Kent Park 3.2.3.1 Ứng xử bê tông chịu kéo 3.5: Quan hệ ứng suất-biến dạng bê tông chịu kéo (ABAQUS Manual) Bảng 3.2: Bảng thông số vật liệu bê tông kéo nén Material's parameters B30 Concrete Elasticity E (GPa) Poison (μ) 32.5 0.2 Plasticity Parameters Dilation angle 31 Eccentricity 0.1 fb0/fc0 1.16 K 0.67 Viscosity parameter Concrete conpressive behavior Concrete compression damage Yeild stress Inelastic Damage Inelastic (MPa) strain parameter C strain 0 0.00E+00 1.74E-04 2.02E-05 10 3.67E-04 5.93E-05 15 5.85E-04 1.23E-04 20 8.45E-04 2.30E-04 25 1.18E-03 4.11E-04 30 2.00E-03 1.08E-03 25 2.80E-03 2.03E-03 0.166 20 3.15E-03 2.53E-03 0.333 15 3.41E-03 2.95E-03 0.5 10 3.63E-03 3.32E-03 0.666 3.83E-03 3.68E-03 0.8333 Concrete tensile behavior Concrete tension damage Yeild stress Cracking Damage Cracking (MPa) strain parameter strain 0 0.03 0.0011673 0.99 0.0011673 35 30 30 25 ỨNG SUẤT (MPA) 25 20 20 Compression 20 15 15 10 25 Tension 15 10 10 5 -0.5 -1.125 -2 -0.001 -3 -5 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 BIẾN DẠNG Hình 3.6: Quan hệ ứng xuất - biến dạng bê tông kéo nén 3.2.4 Mơ hình vật liệu thép Trong luận văn học viên sử dụng mơ hình đàn hồi dẻo tuyệt đối Mối quan hệ ứng suất – biến dạng thép Hình 3.11 sử dụng cho cốt thép chịu kéo chịu nén, thép tấm, thép hình 8 3.7:Quan hệ ứng suất- biến dạng thép Bảng 3.3: Tổng hợp vật liệu thép mô Loại Độ bền chảy fy (M Pa) Độ bền kéo f Thép (Q345B) 345 510 Thép hình I (Q345B) 345 510 Cốt thép (SD390) 390 560 u (M Pa) 3.2.5 Các dạng tƣơng tác mặt tiếp xúc phần tử 3.2.5.1 Tƣơng tác “Tie” 3.2.5.2 Tƣơng tác “embedded ” 3.2.5.3 Tƣơng tác “coupling” 3.3 Mô liên kết chọc thủng sàn BTCT cột thép nhồi bê tông 3.3.1 Các phận liên kết 3.3.2 Điều kiện biên mô Các đệm khai báo mơ hình A aqus sử dụng liên kết khớp u  u  u  hình 3.14 9 3.8:Điều kiện biên t ép đệm Lực tác dụng chọc thủng theo thời gian trình ày Lực chọc thủng (KN) hình 3.23 4000 3000 2000 1000 0 200 400 600 Thời gian (s) Hình 3.9:Biểu đồ gia tải theo thời gian Trong mơ hình luận văn lực tác dụng ngang đầu cột lần ượt với giá trị F1  F =50kN,100kN, 200kN để tạo mô men không cân liên kết lần ượt giá trị M z  M x  45kN.m, 90kN.m, 180kN.m theo hai phương X, Z 10 3.3.3 Mơ tạo lƣới chia Hình 3.10:Các vị trí đo c uyển vị sàn 3.3.4 Kết mô Liên kết chịu lực kháng thủng Lực chọc thủng(KN) 3.3.4.1 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 12 15 18 21 24 27 Chuyển vị (mm) D1 D2 D3 D4 D5 D6 Hình 3.11: Đường quan hệ lực-chuyển vị vị trí đo 11 Liên kết chịu lực kháng thủng mô men 3.3.4.2 Lực chọc thủng(KN) phƣơng 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 12 15 18 21 24 27 30 Chuyển vị (mm) D1 D2 D3 D4 D5 D6 Hình 3.12:Đường quan hệ lực-chuyển vị vị trí đo, F1 =50kN Liên kết chịu lực kháng thủng mô men 3.3.4.3 Lực chọc thủng(KN) phƣơng 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 12 15 18 21 24 27 30 Chuyển vị (mm) D1 D2 D3 D4 D5 D6 Hình 3.13:Đường quan hệ lực-chuyển vị vị trí đo, F1  F =50kN 12 Phân tích đánh giá ứng xử làm việc hai 3.3.4.4 Lực chọc thủng (KN) mơ hình 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 12 15 18 21 24 27 30 33 36 Chuyển vị (mm) D2F01F D2F501F D2F1001F D2F2001F Hình 3.14:Đường quan hệ lực-chuyển vị vị trí D2 Q trình nghiên cứu, phân tích, tổng hợp, so sánh biểu đồ hai mơ hình liên kết chịu chọc thủng túy liên kết chịu mô men, luận văn đưa đánh giá kết thu sau: Qua biểu đồ quan hệ lực chọc thủng giới hạn chuyển vị hình 3.46, hình 3.47, hình 3.48, hình 3.49 ta thấy tăng mô men theo phương hai phương liên kết giá trị lực chọc thủng giảm so với khơng có mơ men giá trị chuyển vị Khi mơ hình liên kết khơng có mơ men lực chọc thủng chia cho giằng Ứng suất lúc phân bố thép, giằng làm việc với ứng suất tối đa c thể chịu Khi đ ứng xử liên kết thép cột thép bắt đầu xuất ứng suất tập trung 13 Khi mơ hình liên kết chịu mơ men theo phương lực chọc thủng giằng lớn lại ảnh hưởng lệch tâm Ứng suất lúc phần bố lớn ên phân tích mục 3.3.4.2 Khi mơ hình liên kết chịu mơ men theo hai phương lực chọc thủng giằng lớn lại ảnh hưởng lệch tâm Ứng suất lúc phần bố lớn góc thép phân tích mục 3.3.4.3 Góc xiên ứng suất mở rộng góc khoảng 450 ~600 vị trí thép Khi tăng độ chọc thủng tối đa, ứng suất giằng đạt tới hạn bắt đầu xuất góc xiên vị trí liên kết thép cột thép Chuyển vị thẳng đứng hướng xuống vị trí D1, D2 mơ hình liên kết, đạt giá trị lớn vị trí đo D2 giảm dần biên sàn 3.4 Tính tốn khả kháng chọc thủng liên kết theo tiêu chuẩn ACI-318-19, TCVN 5574-2018, EC2-2004 3.4.1 Kiểm tra khả kháng chọc thủng có xét mô men 3.4.1.1 Kiểm tra khả kháng chọc thủng liên kết có xét đến mơ men theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 3.4.1.2 Kiểm tra khả kháng chọc thủng liên kết có xét đến mơ men theo tiêu chuẩn ACI 318-19 14 3.4.1.3 Kiểm tra khả kháng chọc thủng liên kết có xét đến mô men phƣơng theo tiêu chuẩn EC2-2004 3.4.2 Kết tính tốn 3.5 So sánh phân tích kết Q trình nghiên cứu, phân tích, tổng hợp, so sánh biểu đồ mơ hình liên kết chịu chọc thủng túy liên kết chịu mơ men kết hợp tính tốn theo tiêu chuẩn, luận văn đưa đánh giá kết thu sau: Phân tích mơ số PTHH ABAQUS cho kết lực chọc thủng lớn iên kết với nghiên cứu liên kết tác giả Đinh Thị Như Thảo (2019), thông qua biểu đồ quan hệ “Lực- chuyển vị” đo vị trí D1 c điều kiện biên, vị trí đo Hình 3.50, Hình 3.51 Tuy nhiên giá thành liên kết đề xuất cao iên kết tác giả Đinh Thị Như Thảo, giá trị kinh tế thu lại cao áp dụng vào việc gia cố kết cấu để thay đổi công sử dụng, tăng giá trị sử dụng sàn thi công Hình 3.15:Liên kết đề xuất Đinh Thị Như Thảo (2019) 15 Lực chọc thủng (KN) Hình 3.16:Kết nghiên cứu Đinh Thị Như Thảo (2019) 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 12 15 18 21 24 27 30 Chuyển vị (mm) D1F01F D1F502F D1F501F D1F1002F D1F1001F D1F2002F D1F2001F Hình 3.17:Đường quan hệ lực-chuyển vị vị trí D1 Hệ số điều kiện chọc thủng tính tốn tiêu chuẩn TCVN 5574-2018, ACI 318-19, EC2 mô phần mềm PTHH ABAQUS khoảng lần thể hình 3.52 Điều thấy tiêu chuẩn tính tốn kháng thủng an tồn 16 Việc áp dụng tính tốn theo EC2 có hệ số kháng chọc thủng cao so với tính tốn theo ACI 318-19 TCVN 5574-2018 có xét đến mơ men phương hai phương Hệ số kháng chọc thủng liên kết kháng chọc thủng tính tốn chọc thủng theo tiêu chuẩn TCVN-5574-2018, EC-2, ACI 318-19 c xét đến mơ men nhỏ tính tốn khơng xét mơ men Trong q trình mơ chứng minh hệ giằng thép đ ng vai trị quan trọng mũ cột hình thành khối nén thủng Từ kết đ ta c thể tính tốn chọc thủng theo tiêu chuẩn TCVN-5574-2018, EC-2, ACI 318-19 Phần giằng phần liên kết thép lõi thép có cơng dụng tăng cứng thép đầu cột chịu tải trọng truyền từ sàn vào thép Cấu tạo phía sàn phẳng BTCT thép hàn vào giằng cột thép Bản thép có vai trị quan trọng ứng xử liên kết, phân phối ứng suất với sàn bê tơng Bản thép cịn đ ng vai trị Lực chọc thủng (kN) tăng khả kháng thủng cho sàn BTCT 3000 2000 1000 0 TCVN 5574-2018 1F ACI 318-19 2F Hệ số kháng thủng TCVN 5574-2018 2F EC2 1F ACI 318-19 1F EC2 2F 17 Lực chọc thủng(kN) Hình 3.18:Biểu đồ hệ số kháng thủng theo tiêu chuẩn 3000 2514 2500 2667 2420 2000 1500 1000 500 0 45 2336 2090 2241 1178 90 135 Mô men(kN.m) Moment phương 180 225 Moment phương Hình 3.19:Biểu đồ quan hệ lực-mơ men liên kết Biểu đồ quan hệ “Lực-mô men” cho thấy giá trị lực chọc thủng giảm từ 2667kN xuống 2241kN xét ảnh hưởng mô men hai phương giá trị 90kN.m đến180kN.m Giá trị lực chọc thủng xét ảnh hưởng mô men phương giảm xét mơ men phương (2667kN - 2336kN) Biểu đồ quan hệ “Lực-mô men” cho thấy giá trị lực chọc thủng xét ảnh hưởng mô men hai phương giảm mạnh từ 2241kN xuống 1178kN xét mô men truyền vào có giá trị 90kN.m đến 180kN.m Tuy nhiên giá trị lực chọc thủng xét ảnh hưởng mô men phương giảm xét mơ men hai phương (2336kN - 2090kN) 18 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Luận văn hoàn thành với mục tiêu sau: Nghiên cứu đề xuất liên kết sàn phẳng BTCT cột thép nhồi ê tông tác dụng đồng thời lực chọc thủng mô men không cân Mô liên kết cột CFST sàn phẳng BTCT phần mềm ABAQUS trình bày Chương Sử dụng phần tử C3D8R bê tơng, thép hình T3D2(cốt thép) phù hợp với q trình mơ Trên sở mơ kết hợp với tính tốn theo tiêu chuẩn hành mở hướng nghiên cứu nhằm tăng tính hiệu quả, đảm bảo độ tin cậy Bên cạnh đ giảm thời gian chi phí nghiên cứu thực nghiệm Luận văn thực khảo sát ứng xử liên kết đề xuất phần mềm PTHH ABAQUS có tính chất vật liệu bê tơng, thép, tiết diện sàn phẳng BTCT, thép sàn liên kết đề xuất tác giả Đinh Thị Như Thảo kiểm chứng thực nghiệm, có khả kháng chọc thủng cao thông qua so sánh biểu đồ quan hệ “Lực- chuyển vị” liên kết đề xuất Thực so sánh đánh giá kết mô liên kết PTHH ABAQUS tính tốn theo tiêu chuẩn hành TCVN 5574-2018, EC-2, ACI 318-19 có hệ số điều kiện chọc thủng khoảng lần Điều thấy tiêu chuẩn tính tốn kháng thủng an tốn 19 Trong q trình mơ chứng minh hệ giằng thép đ ng vai trò quan trọng mũ cột hình thành khối nén thủng Từ kết đ tính tốn chọc thủng theo tiêu chuẩn TCVN-5574-2018, EC-2, ACI 318-19 Phần giằng phần liên kết thép lõi thép có cơng dụng tăng cứng thép đầu cột chịu tải trọng truyền từ sàn vào thép Cấu tạo phía sàn phẳng BTCT thép hàn vào giằng cột thép Bản thép có vai trị quan trọng ứng xử liên kết, phân phối ứng suất với sàn bê tơng Bản thép cịn đ ng vai trị tăng khả kháng thủng cho sàn BTCT Khảo sát mô liên kết phần mềm PTHH ABAQUS nhận thấy việc chọn phương án thép dày hợp lí Khảo sát liên kết kháng chọc thủng PTHH ABAQUS có mơ men truyền vào lực kháng chọc thủng liên kết nhỏ so với khơng có mô men Thành phần lực chọc thủng liên kết lực tác dụng phá hoại liên kết Khi tính tốn liên kết theo tiêu chuẩn TCVN-5574-2018, EC-2, ACI 318-19 có xét đến mơ men hệ số điều kiện kháng chọc thủng nhỏ so với chọc thủng túy Hệ số điều kiện kháng chọc thủng xét mô men theo hai phương nhỏ xét mô men phương 4.2 Kiến nghị Từ kết nghiên cứu trên, đề xuất thêm số liên kết sàn phẳng BTCT cột thép nhồi bê tông chịu lực 20 chọc thủng mơ men có ưu điểm vượt trội giải pháp kết cấu Hiện phương pháp tác giả đề xuất tăng độ cứng sàn phẳng BTCT cột thép nhồi ê tông, chưa c trọng cường độ chịu cắt vật liệu Cần nghiên cứu vật liệu có khả tăng cường độ chịu cắt với chi phí hợp lí  ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HỒ CHÍ MINH TRẦN QUỐC TÀI NGHIÊN CỨU LIÊN KẾT KHÁNG CHỌC THỦNG CỦA CỘT THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG DƢỚI TÁC DỤNG... (2010), Yan (2011), Ju cộng (2013), Kim cộng (2014) (Hình 1.4), Đào Ngọc Thế Lực cộng (2017), Nguyễn Quốc Nhật (2018) (Hình 1.6) Đinh Thị Như Thảo (2019 1.3 Phạm vi nghiên cứu đề tài Nghiên cứu ứng