Luận án dầm liên hợp thép bê tông với tiết diện dầm thép chìm trong bản sàn bê tôngt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI HÀN NGỌC ĐỨC DẦM LIÊN HỢP THÉP BÊ TƠNG VỚI TIẾT DIỆN DẦM THÉP CHÌM TRONG BẢN SÀN BÊ TÔNG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 9580201 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ Hà Nội – Năm 2022 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Xây Dựng Hà Nội Người hướng dẫn khoa học 1: PGS TS Vũ Anh Tuấn Người hướng dẫn khoa học 2: GS.TS.Phạm Văn Hội Phản biện 1: GS.TS Nguyễn Tiến Chương Phản biện 2: PGS.TS Vũ Quốc Anh Phản biện 3: PGS.TS Lê Khả Hòa Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường họp Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Vào hồi … … ngày … tháng … năm … Có thể tìm hiểu luận án Thư viện Quốc Gia Thư viện Trường Đại học Xây dựng Hà Nội MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Bê tơng thường vật liệu có giá thành thấp có cường độ chịu lực khơng cao lại giịn, thép kết cấu có giá thành tương đối cao lại có cường độ lớn dẻo Để tận dụng tối đa làm việc hiệu hai loại vật liệu kể trên, hình thức kết cấu liên hợp thường sử dụng Kết cấu dầm liên hợp thép bê tông (LHT-BT) truyền thống thường có cấu tạo dầm thép tiết diện chữ I cán nóng tổ hợp hàn liên kết với sàn bê tông Bên cạnh khả chịu lực cao, khả kháng hỏa chống ăn mịn tốt, rút ngắn thời gian thi cơng giảm trọng lượng thân kết cấu, dầm LHT-BT truyền thống có nhược điểm chiều cao kết cấu dầm sàn tương đối lớn, điều làm tăng chiều cao tổng thể cơng trình qua làm tăng ảnh hưởng tải trọng ngang tác động lên công trình Để hạn chế nhược điểm này, dầm liên hợp thép bê tơng có chiều cao tiết diện nhỏ nghiên cứu phát triển Đây hệ dầm liên hợp có cánh hay cánh chịu nén dầm thép tồn tiết diện dầm thép chìm sàn bê tơng nhờ giảm chiều cao tổng thể hệ kết cấu dầm sàn, tăng khơng gian sử dụng phịng, dễ dàng thuận tiện bố trí hệ thống kỹ thuật điện, giảm chi phí điều hịa khơng khí, tăng khả kháng hỏa, giảm chi phí hàn cơng trường phù hợp với xu hướng phát triển bền vững Gần số nước công bố tiêu chuẩn thiết kế kết cấu liên hợp cho cơng trình dân dụng cơng nghiệp Tuy nhiên, chưa có phần hướng dẫn thiết kế loại dầm LHT-BT có chiều cao tiết diện nhỏ Việt Nam chưa có tiêu chuẩn thiết kế kết cấu LHT-BT nói chung tiêu chuẩn thiết kế dầm liên hợp thép bê tơng có chiều cao nhỏ nói riêng Đây lý chọn hướng nghiên cứu luận án “Dầm liên hợp thép bê tông với tiết diện dầm thép chìm sàn bê tơng” Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận án đề xuất loại dầm liên hợp thép bê tơng (gọi tắt NDBeam) có tiết diện dầm thép dạng hộp rỗng có lỗ mở hình thang nửa bụng, dầm thép nằm chìm phần sàn bê tơng với mục đích giảm chiều cao hệ kết cấu dầm sàn Từ đó, đánh giá làm việc dầm liên hợp NDBeam đề xuất khơng sử dụng chốt có mũ chịu cắt Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Dầm liên hợp thép bê tơng NDBeam sử dụng dầm thép có tiết diện hộp rỗng, phần tiết diện dầm thép chìm sàn bê tơng, dầm liên hợp khơng sử dụng chốt có mũ chịu cắt truyền thống, liên kết dầm thép sàn bê tông thông qua lỗ mở nửa hai bụng dầm thép - Phạm vi nghiên cứu luận án: • Dầm liên hợp đơn giản, dầm thép có tiết diện hình hộp rỗng, mơ men dầm liên hợp mơ men dương; • Dầm sử dụng làm dầm phụ đỡ sàn liên hợp thép bê tông có sử dụng tơn sóng định hình; • Lỗ mở dạng hình thang đồng dạng với sóng âm tơn sóng, vị trí lỗ mở hai bụng dầm lấy trùng nhau, khoảng cách lỗ mở khoảng cách sóng âm tơn sóng • Dầm nghiên cứu chịu tải trọng tĩnh Cơ sở khoa học ý nghĩa thực tiễn - Cơ sở khoa học: - Đề xuất dầm liên hợp thép bê tơng sử dụng dầm thép có tiết diện rỗng, phần tiết diện chìm sàn bê tơng NDBeam - Phân tích làm việc dầm NDBeam sở lý thuyết kết cấu liên hợp thép bê tông theo tiêu chuẩn Châu Âu - Đánh giá khả chịu trượt dọc chốt bê tông qua lỗ mở bụng dầm thép - Ý nghĩa thực tiễn: - Dầm liên hợp thép bê tông sử dụng dầm thép có tiết diện rỗng, phần tiết diện chìm sàn bê tơng NDBeam ứng dụng hệ dầm sàn cơng trình xây dựng dân dụng cơng nghiệp - Quy trình thiết kế dầm NDBeam đề xuất áp dụng thực tế thiết kế dầm liên hợp có chiều cao nhỏ kết cấu xây dựng Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết - Phương pháp thực nghiệm: thí nghiệm đẩy Push-out - Phương pháp lập trình mơ số (VB+ C#; ABAQUS) Đóng góp luận án - Đề xuất loại dầm liên hợp NDBeam, có tính chất hình học đảm bảo u cầu tiết kiệm chiều cao kết cấu tiết kiệm chốt thép chịu cắt có mũ truyền thống; - Cung cấp số liệu thực nghiệm xác định ảnh hưởng kích thước lỗ mở, chiều dày bụng dầm làm việc đồng thời chốt chịu cắt bê tơng lỗ mở hình thang ngược dọc theo bụng dầm thép (chốt bê tông CD-iZ) tới khả chịu trượt loại chốt này; - Đề xuất công thức xác định khả chịu trượt loại chốt bê tông CD-iZ dầm NDBeam; - Đề xuất quy trình thiết kế lập chương trình NDP thiết kế dầm NDBeam ứng dụng cơng trình xây dựng dân dụng cơng nghiệp, độ tin cậy phần mềm đánh giá mơ hình số PTTH sử dụng ABAQUS Cấu trúc nội dung luận án Luận án trình bày 127 trang, bao gồm phần mở đầu, mục lục, danh mục chữ viết tắt, ký hiệu, 31 bảng biểu, 84 hình vẽ, sơ đồ, đồ thị, tài liệu tham khảo, cơng trình khoa học cơng bố, nội dung luận án gồm chương phần kết luận CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU DẦM LIÊN HỢP THÉP BÊ TƠNG CĨ CHIỀU CAO NHỎ 1.1 Dầm liên hợp thép bê tơng có chiều cao tiết diện nhỏ Dầm liên hợp thép bê tơng có chiều cao tiết diện nhỏ dầm liên hợp có cánh hay cánh chịu nén dầm thép toàn tiết diện dầm thép nằm chìm sàn bê tông giảm tối đa việc sử dụng chốt có mũ chịu cắt so với dầm liên hợp truyền thống Cấu tạo ban đầu dầm liên hợp thép bê tơng có chiều cao nhỏ gồm: Dầm thép sử dụng loại tiết diện chữ I không đối xứng  dầm hộp liên kết với sàn bê tơng rỗng đúc sẵn , tơn định hình có sóng cao , bê tơng phẳng đúc sẵn  lớp bê tơng bù đổ chỗ  (Hình 1.2) Hình 1.2 Một số giải pháp dầm sàn có chiều cao nhỏ Một số dạng tiết diện dầm thép áp dụng cho dầm liên hợp có chiều cao tiết diện nhỏ kể đến dầm Slimflor (SF), Asymmetric Slimflor beams (ASBs), DELTABEAM, Ultra-shallow Floor Beam (USFB) (Hình 1.3), iTECH (Hình 1.4), TEC (Hình 1.5), … Các dạng dầm đề xuất có phần tiết diện dầm thép đặt chìm sàn bê tơng qua giảm chiều cao tổng thể hệ dầm sàn, tăng khả chống cháy cho tiết diện sử dụng chốt bê tông qua lỗ mở bụng thay chốt hàn có mũ để tăng mức độ liên kết chịu trượt dọc Mặc dù vậy, loại dầm tồn nhược điểm: Dầm ASBs có liên kết chịu trượt dọc nhỏ có thành phần ma sát bê tơng dầm thép, khó thi cơng, cần phải sử dụng dầm thép cán nóng khơng đối xứng loại chun biệt, cần có tơn sàn riêng có chiều cao lớn; dầm Deltabeam có độ cứng nhỏ, khó khăn lắp dựng sàn, cần có sàn bê tơng có lỗ đặc biệt Hình 1.3 Một số dạng tiết diện dầm thép áp dụng cho dầm liên hợp có chiều cao nhỏ Hình 1.4 Dầm iTECH Hình 1.5 Dầm TEC 1.2 Liên kết chịu trượt dọc dầm liên hợp có chiều cao nhỏ Trong kết cấu dầm liên hợp truyền thống, để đảm bảo tính liên hợp sàn bê tông dầm thép liên kết học nằm chìm sàn bê tơng sử dụng Loại liên kết sử dụng rộng rãi chốt có mũ chịu cắt (Hình 1.9-1), loại có ưu điểm thi cơng nhanh, va chạm với cốt thép sàn, có khả chịu cắt ngang thân chốt theo hướng Ngoài số loại liên kết khác phát triển như: liên kết có thép góc L thép với cốt thép vịng (Hình 1.9-2), liên kết dùng thép hình U Hình 1.9 Các liên kết chịu cắt dầm liên hợp (đơn vị: mm) Trong kết cấu dầm liên hợp có chiều cao tiết diện nhỏ, chốt bê tông qua lỗ mở bụng dầm thép đóng vai trị chốt chịu cắt Khả chịu trượt dọc dầm phụ thuộc vào khả chịu cắt chốt bê tông dọc theo chiều dài dầm lực ma sát phần dầm thép bê tơng Thơng thường thí nghiệm đẩy dùng để đánh giá ứng xử chốt bê tông xác định sức kháng cắt chốt Hình dạng kích thước sơ đồ thí nghiệm đẩy Leonhardt F cộng thể Hình 1.11 Hình 1.11 Mơ hình, hình chiếu thơng số thí nghiệm đẩy Dựa kết thí nghiệm đẩy kết luận sức kháng trượt dọc chốt phụ thuộc vào sức kháng nén của bê tơng ép mặt phía cuối thép, ép mặt bê tông thành lỗ mở, sức kháng cắt uốn cốt thép bố trí qua lỗ mở thành phần ma sát bề mặt tiếp xúc thép bê tông Các nghiên cứu liên kết chịu trượt dọc thực tác giả: H P Andrä F Leonhardt (1987); E C Oguejiofor M U Hosain (1994); D Kraus O Wurzer (1997); U Yoshitaka cộng (2001); S B Medberry B M Shahrooz (2002); S Peltonen M V Leskelä (2002-2003); S Y K Al-Darzi cộng (2007); J.da.C Vianna cộng (2009); J J H Ahn cộng (2010); B.Y Huo (2010); M Braun cộng (2015); Emad cộng (2017); Toi Limazie Shiming Chen (2017) Các tác giả tập trung vào thí nghiệm đẩy Push-out mơ số để đánh giá làm việc xây dựng công thức tính sức kháng chịu trượt dọc chốt bê tơng qua lỗ mở Tuy nhiên chưa có nghiên cứu chốt có dạng hình thang ngược chịu cắt 02 bụng thép dầm TÓM LƯỢC CHƯƠNG  Kết cấu dầm LHT-BT kết hợp ưu điểm chịu lực loại vật liệu dẫn đến khả chịu mô men độ cứng cao nhiều so với dầm thép bê tông thông thường Bên cạnh dầm liên hợp cịn có nhược điểm khả chịu lửa kém, chiều cao kết cấu lớn tăng chi phí sử dụng liên kết có mũ chịu cắt  Trong năm gần đây, nhằm giảm chiều cao kết cấu dầm sàn, giảm chiều cao tổng thể cơng trình, giảm chi phí thi cơng, khơng sử dụng chốt có mũ chịu cắt, loại dầm liên hợp có chiều cao nhỏ Slimflor, ASBs, DELTABEAM, USFB, COSFB đề xuất, nhiên loại dầm tồn số hạn chế  Các nghiên cứu công bố cho thấy sức kháng cắt chốt bê tông phụ thuộc vào cấp bền bê tông, chiều dày thép bụng dầm, kích thước số lượng lỗ mở, có khơng có bố trí cốt thép, ma sát bề mặt tiếp xúc… Để đánh giá ứng xử chốt bê tông xác định sức kháng cắt, thơng thường thí nghiệm đẩy sử dụng  Hiện nay, việc nghiên cứu ứng dụng dầm liên hợp có chiều cao tiết diện nhỏ cịn hạn chế, chưa xây dựng quy trình tính tốn chưa đề cập đến mức độ liên kết loại dầm CHƯƠNG NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG NDBEAM 2.1 Đề xuất hình dạng tiết diện dầm liên hợp NDBeam 2.1.1 Các yêu cầu dầm liên hợp có chiều cao tiết diện nhỏ 2.1.2 Đề xuất hình dạng tiết diện dầm thép Hình dạng tiết diện dầm thép dùng dầm liên hợp chiều cao nhỏ (gọi tắt NDBeam) đề xuất Hình 2.1 Hình 2.1 Hình dạng tiết diện dầm thép NDBeam đề xuất 2.1.3 Đề xuất hình dạng tiết diện chốt bê tơng dầm NDBeam Luận án đề xuất sử dụng lỗ mở hình thang ngược (CD-iZ) nghiên cứu Hình 2.3 Một số hình dạng lỗ chốt bê tơng 2.1.4 Đánh giá tiết diện dầm liên hợp NDBeam đề xuất 2.1.5 Giới hạn nghiên cứu dầm liên hợp NDBeam 2.2 Tính tốn dầm liên hợp NDBeam 2.2.1 Vật liệu Thép kết cấu mác S235, S275 S355; cốt thép dùng cho kết cấu liên hợp gồm S220, S400 S500; bê tông với khối lượng riêng từ 1800 đến 2500 kg/m3, có cấp bền từ C20/25 đến C50/60 2.2.2 Các giả thiết tính tốn Dầm liên hợp NDBeam tính toán với giả thiết tương tự dầm liên hợp truyền thống theo EN 1994-1-1, tiết diện tính tốn tiết diện ngang có kể đến phần lỗ mở bụng dầm; không xét đến cốt thép bố trí bụng dầm tính tốn điều kiện bình thường 2.2.3 Phân vùng bê tơng thép kết cấu dầm liên hợp NDBeam Các phần bê tông thép kết cấu tiết diện dầm liên hợp ký hiệu phân vùng để thuận tiện cho việc tính tốn 2.2.4 Sức kháng mơ men bền dẻo dương dầm liên hợp NDBeam Mô men bền dẻo dương dầm liên hợp phụ thuộc vào vị trí trục trung hịa dẻo (P.N.A) Khoảng cách x từ vị trí P.N.A đến mặt sàn bê tơng xác định dựa phương trình cân hợp lực theo phương ngang a Trục P.N.A nằm phía cánh dầm thép Hình 2.10 Trục P.N.A nằm phía cánh dầm thép Giá trị mô men bền dẻo: x  M pl ,Rd  N a   a  y   2  (2.35) b Trục P.N.A nằm cánh dầm thép Hình 2.11 Trục P.N.A nằm cánh dầm thép Giá trị mô men bền dẻo dầm liên hợp NDBeam: a x M pl , Rd  N a (ha   y )   2N a1, x (-)  (beff  bt1 )( x  a)0, 85 f cd  2 c Trục P.N.A qua bụng dầm thép phía lỗ mở Giá trị mơ men bền dẻo dầm liên hợp NDBeam: (2.41) 11 g Trục trung hịa dẻo qua bụng dầm thép Hình 2.16 Trục P.N.A qua qua bụng dầm thép Giá trị mô men bền dẻo dầm liên hợp NDBeam: a a t a h   M pl , Rd  N a    y   N c  t    N c3  t  tt   2   2 2  a a h t  N c4  t1  ht  tt    kN c5  m  ht  tt   2 2    h t  a x t t a h  N c6 , x   m  t  t   2N a1  t    2N a  t  tt   2 2 2 2 2 2  t t h t a  x  2N a3  m  ht  tt    2N a4 , x (-)   m  t  t  2 2 2 2 2 (2.73) h Trục trung hòa dẻo qua cánh dầm thép Hình 2.17 Trục P.N.A qua qua qua cánh dầm thép Giá trị mô men bền dẻo dầm liên hợp NDBeam: 12 h ax x x a t   h h M pl , Rd  N a  y  a  N c1  a    N c  a    t      2  2 2 h  h  x a x a h h  N c3  a    tt  t   N c4  a    tt  ht  t1  2 2 2 2     (2.79) h ax h ax t h  kN c5  m  hb  tb  a  N c6 , x  b  tb  a   2 2  2  2.2.5 Xác định sức kháng cắt đứng, khả chịu uốn cắt đồng thời dầm liên hợp NDBeam 2.2.6 Xác định sức kháng trượt dọc mức độ liên kết dầm liên hợp NDBeam Dầm NDBeam có tiết diện chốt dạng hình thang ngược có bụng dầm thép nên việc xác định sức kháng trượt dọc chốt bê tơng CD-iZ cần có nghiên cứu riêng Chi tiết cơng thức tính sức kháng trượt dọc dầm NDBeam đề xuất chương Mức độ liên kết chịu trượt dọc dầm liên hợp NDBeam xác định theo công thức (2.83) VL , Rd   N () ;  N ci () (2.83)  đó: VL,Rd sức kháng trượt dọc dầm; N () , N () ci tương ứng khả chịu lực phần tiết diện thép vùng kéo phần bê tơng vùng nén Nếu  ≥ 1, dầm có liên kết hoàn toàn  < dầm xem có liên kết khơng hồn tồn 2.2.7 Độ võng dầm liên hợp NDBeam 2.2.8 Liên kết không hồn tồn Đối với dầm liên hợp truyền thống có mức độ liên kết khơng hồn tồn, theo EN 1994-1-1, cần phải tính đến suy giảm sức kháng mơ men bền dẻo gia tăng độ võng dầm Tuy nhiên dầm liên hợp NDBeam, phá hoại chốt bê tông chịu cắt phá hoại giịn (trình bày chi tiết chương 3) nên tính tốn dầm NDBeam giới hạn mức độ liên kết ln đảm bảo hồn tồn TĨM LƯỢC CHƯƠNG  Trên sở nghiên cứu làm việc dầm liên hợp thép bê tơng có chiều cao nhỏ phát triển ứng dụng thực tế 13 nay, dầm liên hợp NDBeam có dầm thép hộp với bụng có lỗ mở hình thang chìm sàn bê tơng đề xuất  Dầm NDBeam loại dầm mới, cần phải có nghiên cứu cụ thể tính tốn dầm theo trạng thái giới hạn chịu lực trạng thái giới hạn sử dụng  Vận dụng lí thuyết tính tốn dầm liên hợp theo EN 1994-1-1, cơng thức xác định đặc trưng hình học tiết diện dầm liên hợp có chiều cao nhỏ, xác định sức kháng mômen bền dẻo, sức kháng cắt đứng, sức kháng trượt dọc độ cứng thiết lập  Các công thức đề xuất sở để xây dựng quy trình thiết kế dầm liên hợp NDBeam trình bày chương CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ CỦA CHỐT BÊ TÔNG CHỊU TRƯỢT DỌC 3.1 Thí nghiệm đẩy chốt bê tơng CD-iZ 3.1.1 Vật liệu Vật liệu thép S235 có giới hạn chảy 235Mpa Các nhóm mẫu T1G*, T1GW* T1GT* từ vật liệu bê tơng C25/30 Các nhóm mẫu T1G; T2G; T3G; T3F; B3G ND3G từ bê tơng C20/25 3.1.2 Mẫu thí nghiệm Bảng 3.1 Mơ tả nhóm mẫu thí nghiệm STT Chiều Số Kích thước lỗ dày lỗ thép T1G* 190×120×88 T1GT* 190×120×88 10 T1GW* 250×180×88 T1G 190×120×88 T2G 190×120×88 T3G 190×120×88 T3F 190×120×88 B3G 190×120×88 ND3G 190×120×88 Tên Số mặt cắt 1 1 1 2 Ma sát Bê tông Không Không Không Khơng Khơng Khơng Có Khơng Khơng C25 C25 C25 C20 C20 C20 C20 C20 C20 Các nhóm mẫu chế tạo mẫu giống ký hiệu thêm số cuối 1, 3.1.3 Thí nghiệm Sử dụng phương pháp đẩy (Push-out) theo quy định Phụ lục B2 EC4 để xác định khả chịu cắt chốt bê tông 14 Hình 3.9 Sơ đồ hình ảnh bố trí LVDT mẫu ND3G 3.1.4 Kết thí nghiệm Kết thí nghiệm thu quan hệ tải trọng độ trượt dọc nhóm mẫu Giá trị trung bình tải thí nghiệm phá hoại nhóm mẫu tương đồng với tải trọng dự kiến 3.1.5 Phân tích kết 3.1.5.1 Sự phá hoại mẫu Kết thí nghiệm cho thấy mẫu thí nghiệm có phá hoại giống với phát triển vết nứt từ vị trị đặt lực, phá hoại mẫu phá hoại giịn Hình 3.15 Hình ảnh phá hoại nhóm mẫu T1G, T2G T3G 3.1.5.2 Cơ chế phá hoại mẫu Hình ảnh phần bê tơng thép mẫu T1G sau phá hoại mẫu T1G (Hình 3.17) cho thấy phá hoại chốt chia làm ba phần rõ rệt: Phần  bê tông chốt trạng thái bị nén vụn mịn cịn bám chặt góc nhọn sau mẫu phá hoại Phần , bê tông chốt gần 15 với vị trí ép mặt thép với chốt khẳng Phần , phần bê tơng cịn lại chốt có xu hướng lồi lên (lõm xuống) Hình 3.17 Hình ảnh mẫu T1G sau phá hoại Chi tiết chế phá hoại chốt bê tông CD-iZ mô tả sơ đồ minh họa Hình 3.18 Hình 3.18 Sơ đồ minh họa dạng phá hoại chốt bê tông CD-iZ 3.1.5.3 Ảnh hưởng tham số đến khả chịu trượt dọc chốt Ba nhóm mẫu T1G*, T1GW* T1GT* phân tích để đánh giá ảnh hưởng chiều dày thép kích thước lỗ mở đến khả chịu cắt chốt CD-iZ Kết cho thấy khả chịu lực nhóm mẫu T1GT* lớn 18% so với nhóm mẫu T1G* diện tích vùng nén chốt tăng 67% chiều dày thép tăng từ mm lên 10 mm Lực phá hoại nhóm mẫu T1GW* lớn 11% so với nhóm mẫu T1G* tăng chiều dài lỗ mở hình thang lên 60mm (là tăng diện tích chịu kéo tiết diện chốt bê tơng) Độ dốc nhóm mẫu T1GT* có độ dốc lớn ba nhóm mẫu hay nhóm mẫu có độ cứng lớn so với nhóm T1G* T1GW* độ dày bụng tiết diện chữ T tăng lên từ 6mm đến 10mm Việc tăng kích thước lỗ mở dẫn đến giá trị trượt dọc 16 mẫu T1GW* lớn T1G* nhiên ảnh hưởng đến giá trị độ cứng hai nhóm Hình 3.19 Quan hệ tải trọng trung bình - độ trượt mẫu T1* 3.1.5.4 Ảnh hưởng số lượng lỗ mở đến làm việc đồng thời Tải trọng phá hoại mẫu tăng số lượng chốt bê tơng tăng chứng tỏ có làm việc đồng thời chốt mẫu Lực phá hoại mẫu chốt tổng tích lũy, tức cần phải kể đến hệ số ảnh hưởng kCD-iZ mẫu có nhiều chốt Khi số lượng chốt lớn 3, đường nét đứt Hình 3.20 gần thẳng đứng hệ số kCD-iZ giảm ổn định, đề xuất lấy kCD-iZ 0,8 Giá trị trượt dọc mẫu giảm (độ cứng mẫu tăng) số lượng chốt tăng Hình 3.20 Quan hệ giá trị trung bình tải trọng, độ trượt số lượng lỗ 3.1.5.5 Ảnh hưởng số lượng bụng cắt qua chốt bê tông 17 Khi số lượng bụng mẫu thép tăng lên hai bụng khả chịu lực chốt tăng lên hai lần 3.1.5.6 Ảnh hưởng cánh nhóm mẫu ND Bản cánh nhóm mẫu ND3G có ảnh hưởng khơng đáng kể đến lực tới hạn chốt bê tông 3.1.5.7 Ảnh hưởng thành phần ma sát Ảnh hưởng thành phần ma sát lên sức kháng trượt dọc nhóm mẫu đáng kể Giá trị sức kháng ma sát tính tốn tương đương với sức kháng ma sát áp dụng cho cột liên hợp bọc khơng hồn tồn theo EN 1994-1-1 3.2 Xác định sức kháng trượt dọc chốt bê tông 3.2.1 Đề xuất công thức xác định sức kháng cắt cho 01 chốt bê tông CD-iZ Khả chịu cắt chốt bê tông 1, 3tw 2hw (3.12) PRd  2,73( f cu Ac  f ct At ) hw d1  d 3.2.2 Đánh giá công thức đề xuất với công thức tác giả khác Kết tính tốn theo cơng thức tác giả đề xuất có độ xác tương đối cao (Bảng 3.17) Các công thức Bing Y Huo Cedric A D'Mello công thức Toi Limazie Shiming Chen cho kết sai lệch không lớn so với kết thí nghiệm (ngoại lệ trường hợp sai lệch 27,2%) Bảng 3.17 So sánh lực đẩy thí nghiệm với giá trị lí thuyết Nhóm mẫu T1G* T1GW * T1GT* Giá trị thí nghiệ m trung bình (kN) 113,0 125,0 133,0 Giá trị lí thuyết theo nghiên cứu trước (kN) sai khác so với giá trị thí nghiệm (%) Theo cơng thức đề xuất (3.12) Theo Bing Y Huo Cedric A D'Mello Theo Toi Limazie Shiming Chen 110,8 1,9% 127,5 2,0% 129,9 2,3% 102,0 9,7% 128,0 2,4% 126,0 5,3% 122,0 8,0% 159,0 27,2% 139,0 4.5% 18 Công thức (3.12) kiểm chứng với kết mơ phân tích phần tử hữu hạn (FEA) Bing Huo Công thức đề xuất cho kết gần với kết mơ số FEA, loại đường kính lỗ chiều dày bụng khảo sát cho hệ số biến động COV nhỏ hệ số xác định R2 cao so với kết tính theo công thức Bing Huo 3.2.3 Đề xuất công thức xác định sức kháng cắt mẫu có nhiều chốt Đối với dầm T có nhiều chốt, sức kháng cắt mẫu bao gồm sức kháng tất chốt mẫu có kể đến hệ số suy giảm kCD1, 3tw 2hw (3.13) PRd  2,73( f cu Ac  f ct At )nkCD _ iZ iZ: hw d1  d Trong đó: n số lượng chốt mẫu; kCD-iZ hệ số kể đến làm việc đồng thời chốt (lấy 0,9 với n =2; 0,8 với n ≥3) 3.2.4 Đề xuất công thức xác định khả chịu trượt dọc dầm NDBeam Ngoài việc kể đến hệ số kCD-iZ cơng thức (3.13), dầm NDBeam có 02 bụng thép nên khả chịu trượt chốt tăng lên tương ứng 02 lần, khả chịu trượt dọc dầm NDBeam sau: PRd  2.2,73( 1, 3tw 2hw f cu Ac  f ct At )nkCD iZ hw d1  d (3.14) TÓM LƯỢC CHƯƠNG  Các kết thí nghiệm cho thấy mẫu thí nghiệm bị phá hoại độ trượt tương đối thép kết cấu bê tông nhỏ (dưới 1mm), chứng tỏ chế phá hoại chốt bê tơng dạng phá hoại giịn  Khả chịu cắt chốt bê tơng hình thành khả chịu nén phần bê tông nơi tiếp xúc với mép hình thang theo phương chịu tải khả chịu kéo phần bê tông phía theo phương ngang vng góc với bụng mẫu thép  Kích thước lỗ mở hình thang, chiều dày bụng thép dầm ảnh hưởng đến làm việc, sức kháng trượt dọc độ cứng chốt bê tơng Giữa chốt bê tơng có làm việc đồng thời, nhiên sức kháng trượt dọc dầm khơng tích số khả chịu cắt 19 chốt đơn nhân với số lượng chốt dầm mà phải kể đến hệ số suy giảm (đề xuất hệ số 0,8 có từ 03 chốt)  Sự đóng góp khả chịu lực thành phần ma sát đáng kể, nhiên xem phần dự trữ, thiên an tồn cho kết cấu  Cơng thức xác định sức kháng trượt dọc chốt bê tơng dạng hình thang đề xuất CHƯƠNG XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THIẾT KẾ DẦM LIÊN HỢP NDBEAM VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA QUY TRÌNH THIẾT KẾ 4.1 Quy trình thiết kế dầm liên hợp NDBeam Quy trình thiết kế dầm gồm 03 bước chính: số liệu thiết kế; thiết kế dầm NDBeam giai đoạn thi công thiết kế dầm NDBeam giai đoạn liên hợp (giai đoạn sử dụng) 4.2 Xây dựng chương trình thiết kế dầm NDBeam (NDP) 4.2.1 Sơ đồ khối chương trình Hình 4.1 Sơ đồ khối chương trình thiết kế dầm NDBeam 20 4.2.2 Chương trình NDP 4.3 Đánh giá độ tin cậy quy trình thiết kế dầm NDBeam Quy trình thiết kế dầm NDBeam đề xuất kiểm chứng thơng qua kết tính khả chịu uốn độ võng dầm theo (NDP) theo mô ABAQUS 4.3.1 Số liệu tính tốn Dầm NDBeam có nhịp 6m, cấu tạo dầm thép Hình 4.3 Bê tông sử dụng cho dầm C20/25 theo EN1992-1-1, thép kết cấu dùng S235 theo EN 1993-1-1 Dầm thép đặt chìm phần sàn liên hợp Hình 4.4 (a) Hình chiếu cạnh hình chiếu dầm thép NDBeam (b) Tiết diện ngang dầm thép NDBeam Hình 4.3 Cấu tạo dầm thép Hình 4.4 Cấu tạo dầm liên hợp NDBeam 21 4.3.2 Tính tốn theo chương trình NDP Khi tính tốn theo quy trình đề xuất sử dụng chương trình NDP thu kết Bảng 4.3 Bảng 4.3 Kết tính tốn theo NDP Đại lượng Khả chịu kéo phần tiết diện thép vùng kéo Khả chịu nén phần bê tông vùng nén Lực trượt dọc tối đa dầm Khả chịu trượt dọc chốt bê tông nửa chiều dài dầm Mức độ liên kết hoàn toàn Chiều cao vùng nén x từ trục trung hòa dẻo đến mặt sàn bê tơng Trục trung hịa dẻo qua cánh dầm thép Mômen bền dẻo dương dầm liên hợp, (Mpl,Rd) Giá trị Đơn vị 1318,7 kN 1216,2 1216,2 kN kN 1303,0 kN 34,4 (mm) 210,1 (kNm) 4.3.3 Mô dầm liên hợp NDBeam mô ABAQUS P 1500 2250 3000 2250 3000 L=6000 Hình 4.11 Sơ đồ kết cấu dầm liên hợp NDBeam Hình 4.16 Mơ hình PTHH 22 Dầm liên hợp NDBeam có nhịp m mô liên kết đầu khớp cố định, đầu khớp di động Sơ đồ kết cấu Hình 4.11 Mơ hình phần tử hữu hạn mơ tả Hình 4.16 4.3.4 Đánh giá độ tin cậy quy trình thiết kế đề xuất Các kết tính tốn dầm NDBeam theo quy trình đề xuất (theo NDP) từ mơ thí nghiệm uốn dầm phần mềm ABAQUS (FEA) thể Bảng 4.5 Hình 4.21 Bảng 4.5 Mơmen bền dẻo vị trí trục trung hịa dẻo P.N.A Chương trình NDP FEA Vị trí trục trung hịa dẻo P.N.A Cánh dầm thép Cánh dầm thép N/A Khoảng cách từ P.N.A đến mặt dầm liên hợp, x (mm) Mô men bền dẻo (kNm) 34,4 35 -1,7% 210,1 274 -23,3% Sai lệch NDP FEA (%) Hình 4.21 Quan hệ lực P độ võng dầm liên hợp NDBeam Kết Bảng 4.5 Hình 4.21 cho thấy vị trí trục trung hịa dẻo P.N.A tính theo NDP theo kết mơ ABAQUS nằm cánh dầm thép, mômen bền dẻo tính tốn theo NDP cho kết nhỏ giá trị mô ABAQUS (sai lệch 23,3%) độ võng lớn kết từ mơ (tại P=100kN, sai lệch 17,2%) Kết giải thích tính tốn theo NDP, thiên 23 an toàn xét tiết diện giảm yếu dầm thép vị trí qua lỗ mở bụng dầm thép (qua chốt bê tơng) TĨM LƯỢC CHƯƠNG Trên sở quy trình thiết kế dầm liên hợp NDBeam phương pháp xác định khả chịu trượt dọc dầm, chương trình thiết kế dầm liên hợp có chiều cao tiết diện nhỏ NDBeam (NDP) xây dựng So sánh kết tính tốn khả chịu uốn dầm NDP với kết tính tốn mơ dầm phần mềm ABAQUS cho thấy mômen bền dẻo dương theo NDP cho giá trị nhỏ kết mô từ phần mềm ABAQUS (sai khác 23,3% thiên an toàn) Ngoài độ võng dầm tính tốn theo quy trình NDP cho giá trị lớn kết từ mô (tức độ cứng dầm nhỏ kết mô phỏng) Tóm lại, tính tốn thiết kế theo quy trình đề xuất với phần mềm NDP xét tiết diện giảm yếu qua lỗ mở bụng dầm thép nên kết tính khả chịu lực độ cứng dầm theo NDP cho kết thiên an tồn so với kết mơ Như thiên an tồn sử dụng kết tính từ NDP với quy trình đề xuất nghiên cứu để phục vụ tính tốn thiết kế dầm NDBeam thực tế KẾT LUẬN Kết luận  Phân tích đánh giá dầm liên hợp thép bê tơng có chiều cao nhỏ áp dụng giới Việt Nam cho thấy tồn số hạn chế, nghiên cứu đề xuất hình dạng dầm liên hợp NDBeam cần thiết, đáp ứng nhu cầu thực tế thiết kế xây dựng  Quy trình tính tốn dầm liên hợp có chiều cao tiết diện nhỏ NDBeam đề xuất hỗ trợ kĩ sư thiết kế áp dụng thực tế thiết kế sở tham khảo cho nghiên cứu khác liên quan đến thiết kế dầm liên hợp có chiều cao nhỏ theo EN1994-1-1 Quy trình thiết kế kiểm chứng, kết tính tốn theo quy trình đề xuất so sánh với kết thu thông qua mơ ABAQUS cho thấy quy trình thiết kế đảm bảo độ tin cậy  Nghiên cứu thực nghiệm phần bê tơng qua lỗ mở hình thang ngược dọc theo bụng dầm thép với vai trò liên kết chịu cắt (chốt bê tơng CD-iZ) Kết thí nghiệm Push-out cho thấy mẫu thí nghiệm có phá hoại giống với phát triển vết nứt sàn từ vị trị 24 đặt lực, phá hoại chốt bê tơng hình thang dạng phá hoại giòn Cơ chế phá hoại chốt bê tơng CD-iZ hai thành phần chính: nén khơng nở hơng bê tơng diện tích tiếp xúc với thép thành lỗ kéo phần bê tơng cịn lại Đánh giá ảnh hưởng tham số kích thước lỗ mở, chiều dày bụng dầm làm việc đồng thời chốt đến khả chịu lực trượt dầm độ cứng chốt cho thấy: khả chịu lực chốt bê tông CD-iZ tăng lên tăng chiều dày bụng thép dầm kích thước lỗ mở bụng, nhiên độ cứng chốt tăng lên đáng kể tăng chiều dày bụng thép, việc tăng kích thước lỗ mở bụng dầm ảnh hưởng đến độ cứng chốt Có làm việc đồng thời chốt bê tơng dầm có nhiều chốt, nhiên khả chịu lực mẫu chốt khơng đơn tổng tích lũy, mà phải kể đến hệ số suy giảm làm việc đồng thời chốt, hệ số có xu hướng hội tụ đến 0,8 số chốt dầm vượt Khả chịu lực trượt mẫu dầm tăng lên tương ứng với số lượng mặt cắt (của bụng) qua chốt bê tông Ảnh hưởng sức kháng ma sát đến khả chịu trượt dầm đáng kể, nhiên cần thận trọng kể đến trình thiết kế dầm xảy triệt tiêu ma sát tác dụng tải trọng lặp  Công thức xác định khả chịu trượt chốt bê tông CD-iZ dầm liên hợp NDBeam đề xuất Kết so sánh khả chịu lực trượt chốt tính theo cơng thức đề xuất với kết thí nghiệm kết tính theo công thức nghiên cứu trước cho thấy công thức đề xuất đảm bảo độ tin cậy, đáp ứng yêu cầu thiết kế kết cấu thực tế  Chương trình thiết kế dầm liên hợp có chiều cao tiết diện nhỏ NDBeam (NDP) đề xuất ứng dụng lĩnh vực thiết kế xây dựng dân dụng công nghiệp Chương trình cơng cụ hữu ích hỗ trợ kĩ sư thực hành thiết kế, giảm đáng kể khối lượng tính tốn thủ cơng, thời gian thiết kế giảm thiểu sai sót tính tốn thiết kế Hướng phát triển luận án  Nghiên cứu khả chịu lực trượt dọc dầm sử dụng chốt bê tơng có bố trí cốt thép qua lỗ mở bụng dầm  Nghiên cứu dầm có chiều cao nhỏ sử dụng với vai trị dầm có liên kết cứng dầm với cột 25 TUYỂN TẬP CÁC BÀI BÁO CÔNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN TRÊN CÁC TẠP CHÍ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH 2018 H N Duc, V A Tuan, and N T Dat, “Behaviour and pushout test of concrete dowel connectors for longitudinal shear in shallowhollow composite beams,” J Sci Technol Civ Eng - NUCE, vol 12, no 5, pp 1–9, doi: 10.31814/stce.nuce2018-12(5)-01 2019 H N Đức, V A Tuấn, and T M Dũng, “Sức kháng trượt dọc chốt bê tông dầm liên hợp rỗng chiều cao nhỏ qua thí nghiệm đẩy,” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, vol 13, pp 1–8, doi: https://doi.org/10.31814/stce.nuce2019-13(5V)-01 2021 N.-D Han, A.-T Vu, D.-H Nguyen, T.-K Nguyen, and V.C Nguyen, “Experimental Study on Shear Strength and Failure Mechanisms of Concrete Dowel in Shallow-Hollow Composite Beam”, CIGOS 2021, Emerging Technologies and Applications for Green Infrastructure, pp 247–255, http://dx.doi.org/10.1007/978-981-167160-9_24 2021 V A Tuan , H N Duc, N D Hoa, N T Hieu and N T Kien, “A new type of hollow-shallow steel and concrete composite floor beam” J Sci Technol Civ Eng - NUCE, vol 15, no 4, pp 65–73 2021 A.-T Vu, N.-D Han, K Nguyen, and D.-H Nguyen, “The influences of the number of concrete dowels to shear resistance based on push out tests,” Frat ed Integrità Strutt., vol 16, no 59, pp 254– 264, doi: 10.3221/IGF-ESIS.59.19 2022 H N Duc, V A Tuan , N D Hoa, and N T Kien, “ Shear resistance determination of concrete dowel in shallow concrete-steel composite floor-beam based on push-out tests” J Sci Technol Civ Eng – HUCE (NUCE), vol 16, no 4, pp 1–9 ... 1.1 Dầm liên hợp thép bê tơng có chiều cao tiết diện nhỏ Dầm liên hợp thép bê tơng có chiều cao tiết diện nhỏ dầm liên hợp có cánh hay cánh chịu nén dầm thép toàn tiết diện dầm thép nằm chìm sàn. .. nhược điểm này, dầm liên hợp thép bê tông có chiều cao tiết diện nhỏ nghiên cứu phát triển Đây hệ dầm liên hợp có cánh hay cánh chịu nén dầm thép toàn tiết diện dầm thép chìm sàn bê tơng nhờ giảm... bụng dầm thép - Phạm vi nghiên cứu luận án: • Dầm liên hợp đơn giản, dầm thép có tiết diện hình hộp rỗng, mô men dầm liên hợp mô men dương; • Dầm sử dụng làm dầm phụ đỡ sàn liên hợp thép bê tơng