tóm tắt: Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên

Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.Nghiên cứu ảnh hưởng của cơ cấu màng tới cơ chế phá hủy của kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột khi mất cột biên.

luBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI Đỗ Kim Anh NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CƠ CẤU MÀNG TỚI CƠ CHẾ PHÁ HỦY CỦA KẾT CẤU SÀN PHẲNG BÊ TƠNG CỐT THÉP CĨ MŨ CỘT KHI MẤT CỘT BIÊN Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Mã sớ: 9580201 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội – Năm 2023 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Phạm Xuân Đạt PGS TS Nguyễn Ngọc Tân Phản biện 1: TS Nguyễn Đại Minh Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Ngọc Phương Phản biện 3: PGS TS Trần Thế Truyền Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp trường họp Trường Đại học Xây dựng Hà Nội vào hồi , ngày tháng năm 2023 Có thể tìm hiểu luận án thư viện Quốc Gia thư viện Trường Đại học Xây dựng Hà Nội MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài nghiên cứu Kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép phổ biến xây dựng dân dụng công nghiệp, đặc biệt siêu thị khu vui chơi giải trí Ngồi thời gian thi cơng nhanh chiều cao tầng thơng thủy lớn, kết cấu có trọng lượng lớn có nguy phá hoại chọc thủng khu vực sàn đầu cột Kể từ năm 1970, nghiên cứu sụp đổ lũy tiến chủ yếu hệ khung bê tơng cốt thép cịn hệ sàn phẳng tương đối hạn chế Có số tác giả nghiên cứu giải tích thực nghiệm ứng xử sàn phẳng trước sau nứt Gần đây, có thêm số nghiên cứu thực nghiệm ứng xử sàn bê tông cốt thép bị cột đánh giá sức kháng sụp đổ kết cấu sàn kể đến hiệu ứng màng căng Nhìn chung, kết nghiên cứu chưa làm rõ vai trò chế chịu lực thứ cấp hệ kết cấu sàn phẳng gặp cố cột Cơ chế này, kỳ vọng thay cho chế uốn, có khả phân phối lại nội lực hợp lý nên có khả chịu lực cao chế uốn Cơ chế chịu lực thứ cấp gọi đường truyền tải trọng thay cấu chịu lực màng căng Tuy nhiên, để đường truyền tải trọng thay phát huy hiệu quả, việc phá hoại chọc thủng không xảy sớm Vì vậy, đối tượng nghiên cứu đề tài sàn phẳng có mũ cột, nhằm hạn chế khả xảy phá hoại chọc thủng kết cấu sàn Đề tài nghiên cứu "Nghiên cứu ảnh hưởng cấu màng tới chế phá hủy kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột cột" Mục đích đề tài xác định sức kháng lại sàn sau cột, để đưa giải pháp ngăn chặn hạn chế thiệt hại sụp đổ lũy tiến Mục đích nghiên cứu luận án - Nghiên cứu thực nghiệm tập trung vào khía cạnh sau: phát triển vết nứt, phân bố tải trọng vào cột, hình thành phát triển cấu màng căng - Đánh giá sức kháng sụp đổ cấu màng căng kết cấu sàn phẳng bê tơng cốt thép có mũ cột, nghĩa xác định tỉ số sức kháng cấu màng căng so với chế uốn - Nghiên cứu mô số để đánh giá ảnh hưởng tham số đến sức kháng sụp đổ hệ Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Sàn phẳng BTCT có mũ cột, chế tạo bê tông thông thường, tuân thủ quy định thiết kế, cấu tạo cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế hành Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu làm việc sàn phẳng BTCT có mũ cột với chiều dài nhịp theo hai phương nhau, cột biên cận góc cột biên Cơ sở khoa học đề tài nghiên cứu Dựa kết nghiên cứu kết cấu sàn bê tông cốt thép lĩnh vực phòng chống sụp đổ lũy tiến Phương pháp nghiên cứu Kết hợp hai phương pháp: thực nghiệm mô số Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài nghiên cứu Ý nghĩa khoa học: - Làm rõ ứng xử sàn phẳng BTCT có mũ từ lúc bắt đầu sụp đổ hồn tồn, góp phần xây dựng giải pháp giảm thiểu hậu SĐLT - Định tính định lượng hiệu ứng chịu lực thứ cấp, đánh giá mức độ ảnh hưởng tham số đến hiệu ứng Kết nghiên cứu sở liệu cần thiết cho thiết kế sàn phẳng BTCT có mũ cột chống SĐLT Ý nghĩa thực tiễn: - Việc đánh giá khả hạn chế sụp đổ cấu màng căng kết cấu sàn phẳng bê tơng cốt thép có mũ cột bị biến dạng lớn cho lời giải xác hơn, đồng thời giúp thiết kế cơng trình hợp lý hiệu Những đóng góp luận án - Cung cấp số liệu thực nghiệm ứng xử sàn phẳng BTCT có mũ cột bị cột bao gồm: chế phá hoại, hình thành phát triển vết nứt, quan hệ tải trọng chuyển vị, quan hệ biến dạng chuyển vị Kết sử dụng làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu lĩnh vực - Xác định thời điểm xuất CCMC định lượng hiệu chế chịu lực thứ cấp so với chế uốn hệ sàn phẳng có mũ cột - Xây dựng mơ hình PTHH phần mềm LS-DYNA cho phép phân tích phi tuyến làm việc sàn phẳng BTCT có mũ cột CBG CBCG trạng thái biến dạng lớn Thông qua mô hình số, khảo sát ảnh hưởng tham số đến sức kháng sàn để đưa kiến nghị áp dụng Nội dung và cấu trúc luận án Luận án bao gồm phần mở đầu, chương phần kết luận kiến nghị với cấu trúc sau: Mở đầu Chương 1: Tổng quan sàn phẳng bê tông cốt thép chịu biến dạng lớn Chương 2: Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử sàn phẳng bê tơng cốt thép có mũ cột Chương 3: Nghiên cứu ứng xử kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột mơ số khảo sát tham số Kết luận kiến nghị CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU BIẾN DẠNG LỚN 1.1 Khái niệm sụp đổ lũy tiến, số dạng sụp đổ lũy tiến và sớ vụ sụp đổ lũy tiến điển hình Hình 1.4 Siêu thị Sampoong trước sau bị sụp đổ Khái niệm sụp đổ lũy tiến "Sụp đổ lũy tiến cơng trình lan truyền phá hoại từ cấu kiện sang cấu kiện khác, xuất phát từ cố cục ban đầu cuối dẫn tới sụp đổ phần lớn không tương xứng với nguyên nhân ban đầu, chí toàn kết cấu" SĐLT phân loại theo phương pháp hoại lan truyền, bao gồm loại sau đây: bánh kếp, dây kéo, Đô-mi-nô, mặt cắt, không ổn định, hỗn hợp Một số vụ sụp đổ lũy tiến điển hình (Hình 1.4 1.7) Hình 1.7 Sụp đổ tòa nhà Alfred 1.2 Tổng quan nghiên cứu chống sụp đổ lũy tiến 1.2.1.Nghiên cứu thực nghiệm Dat Pham thực nghiên cứu sàn dầm BTCT để đánh giá hình thành phát triển cấu màng căng cho trường hợp cột cột biên cận góc, thể Hình 1.20 Kết nghiên cứu cho thấy có hình thành cấu màng căng đồng thời với Hình 1.20 Mơ hình thí nghiệm cấu dây căng dầm biên phía cột bị phá hoại Trong đó, nửa vành cứng đóng vai trị quan trọng để đảm bảo cho kết cấu dầm - sàn không bị phá hoại độ võng vị trí cột đạt 10% chiều dài nhịp Qian Li thực nghiên cứu kết cấu sàn phẳng bị cột để xác định ĐTTTT Kết cho thấy: sàn dày, chế phá hoại cuối cắt Nếu, sàn chịu tải tập trung vị trí cột phá hoại cắt xảy điểm đặt lực, thể Hình 1.22 Nếu sàn chịu tải phân bố bị phá hoại cắt xảy cột biên Đối với sàn mỏng khả chịu lực cấu màng nén cấu màng căng cao đáng kể so với sàn dày Hình 1.22 Sơ đồ gia tải phân bố tập trung Qian Li 1.2.2 Nghiên cứu mô số Phạm Anh Tuấn cộng thực nghiên cứu mô số để xác định rõ phần đóng góp chế dây căng màng căng vào sức kháng hệ Kết cho thấy: - Trong kịch cột, hệ dầm hệ dầm-sàn có ứng xử khác đối Hình 1.25 Khả chịu lực ứng với vị trí cột với hai phương pháp chất tải khả chịu lực khả biến dạng kết cấu - Hiệu ứng màng căng sàn phẳng nhạy cảm với điều kiện biên so với hiệu ứng dây căng dầm - Hệ cột góc chịu tải trọng phân bố cho thấy hình thành phần vành nén cạnh sàn màng căng sàn - Khả chịu lực hệ chịu tải trọng phân bố lớn chịu tải trọng tập trung trải qua giai đoạn tăng tải thứ hai hiệu ứng màng phát huy Hình 1.25 thể khả chịu lực thấp trường hợp cột cận góc năm vị trí cột khác 1.3 Tiêu chuẩn thiết kế chống sụp đổ lũy tiến Hoa Kỳ Ba phương pháp sử dụng để thiết kế chống sụp đổ lũy tiến là: phương pháp kháng cục đặc biệt, phương pháp lực giằng, phương pháp đường truyền tải trọng thay - Phương pháp kháng cục đặc biệt: đảm bảo phần tử chịu lực có đủ khả chịu tác động trực tiếp từ nguyên nhân - Phương pháp lực giằng: đảm bảo tính liên tục tồn vẹn kết cấu cho phần tử chịu lực bị phá hoại phần tử cịn lại liên kết với nhau, từ tải trọng phân phối lại hợp lí để tránh sụp đổ, thể Hình 1.27 - Phương pháp đường truyền tải trọng thay thế: cho phép vài phần tử chịu lực bị phá hủy hồn tồn phần kết cấu lại phải thiết lập “đường truyền lực mới”, Hình 1.28 Hình 1.27 Phương pháp lực giằng Hình 1.28 Bỏ cột theo phương pháp đường truyền tải trọng thay 1.4 Tổng quan ứng xử sàn phẳng BTCT sau cột 1.4.1 Hiệu ứng nhịp tăng gấp đơi Hình 1.29 Sự tăng nội lực dầm gối tựa Nếu hệ bị cột biểu đồ mơ-men uốn bị ảnh hưởng đáng kể hiệu ứng động hiệu ứng gấp đôi nhịp, tương tự dầm liên tục hai nhịp, bị gối tựa giữa, mô-men uốn dầm trước sau gối tựa B khác hoàn toàn độ lớn dấu, minh họa Hình 1.29 Hình 1.31 Sự hình thành cấu màng căng sàn BTCT 1.4.2 Cơ chế chịu lực thứ cấp Hình 1.31 minh họa làm việc hai phương hình thành cấu màng căng ô sàn BTCT bị cột biên cận góc (CBCG) Đây giai đoạn hệ kết cấu làm việc trạng thái biến dạng lớn Tuy nhiên, để cấu phát huy hiệu điều kiện biên phải có đủ độ bền độ cứng để ngăn cản chuyển vị ngang hai đầu cột 1.5 Những hạn chế tồn nội dung cần nghiên cứu Mặc dù đạt nhiều kết quan trọng lĩnh vực nghiên cứu SĐLT với kịch hệ kết cấu cột chịu lực Tuy nhiên, lĩnh vực tương đối mẻ so với lý thuyết tính tốn kết cấu BTCT trạng thái biến dạng nhỏ Do đó, số hạn chế tồn cải tiến luận án này, thể Bảng 1.2 Nội dung cần nghiên cứu luận án: - Phần nghiên cứu thực nghiệm thực hai mẫu sàn phẳng bê tơng cốt thép có mũ cột để xác định: • Định lượng sức kháng cấu màng căng • Sự hình thành phát triển vết nứt, chế phá hoại • Quan hệ tải trọng - chuyển vị, ứng suất - biến dạng - Phần nghiên cứu mô số gồm: khảo sát ảnh hưởng tham số đến ứng xử hệ đánh giá vai trò mũ cột Các tham số khảo sát là: Hàm lượng cốt thép sàn, cường độ chịu nén bê tơng, vị trí cột tham số mũ cột Bảng 1.2 Một số hạn chế cải tiến luận án STT Những hạn chế tồn Tập trung chủ yếu vào kết cấu dầm sàn BTCT, kết cấu sàn phẳng BTCT hạn chế, đặc biệt với kích thước lớn Mơ hình thực nghiệm điều kiện biên đơn giản Tạo tải trọng phân bố với số lượng điểm tải hạn chế Bỏ qua ảnh hưởng vùng lân cận đến khu vực sàn nghiên cứu Phá hoại cắt thường xảy sớm nên khó quan sát phát triển chế màng căng Được cải tiến luận án Sử dụng hai mẫu sàn phẳng BTCT có kích thước mẫu tương đối lớn, với tỉ lệ 1/3 so với kích thước thực tế Mơ điều kiện biên cách tạo liên kết khớp chân cột Tạo tải trọng phân bố 24 điểm đặt tải Xét đến ảnh hưởng vùng lân cận đến khu vực sàn nghiên cứu Khắc phục phá hoại cắt xảy sớm cách cấu tạo thêm mũ vào đầu cột hệ sàn phẳng CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ CỦA SÀN PHẲNG BÊ TƠNG CỐT THÉP CĨ MŨ CỘT 2.1 Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm - Nghiên cứu ứng xử hệ bị CBCG cột biên (CBG) - Đánh giá sức kháng sụp đổ cấu màng sàn phẳng có mũ cột bê tơng cốt thép 2.2 Cơ sở xây dựng mơ hình thí nghiệm 2.2.1 Tỉ lệ thu nhỏ và kích thước mẫu thí nghiệm Từ cơng trình thực tế (Hình 2.1), giả thiết hai tình cột Xét sàn điển hình nghiên cứu tập trung vào khu vực có cột bị mất, thể Hình 2.2 Kích thước khu vực xác định theo biểu đồ nội lực cột sàn, thể Hình 2.4 Hình 2.5 Sau thu nhỏ khu vực lại ba lần để làm kích thước cho mẫu thí nghiệm 11 2.2.4 Biện pháp gia tải trọng phân bố Tải trọng phân bố tạo 24 điểm đặt tải, thông qua giá đỡ, thể Hình 2.16 Hình 2.16 Sơ đồ gia tải mẫu SPMC1 cấp tải trọng cuối 2.2.5 Kiểm tra làm việc liên kết cột thép với sàn Tổng lực dọc năm cột thép (nội lực) tải trọng hai mẫu so sánh thể Hình 2.27 Đồ thị thể ngoại lực nội lực tương đối suốt q trình thí nghiệm Trừ số ngoại lệ, có chênh lệch khơng q 5% Có nghĩa là, cơng tác nghiên cứu thực nghiệm hai mẫu sàn phẳng bê tông cốt thép tiến hành tốt, đạt độ tin cậy Hình 2.27 Sự cân ngoại lực nội lực 12 2.3 Phân tích và đánh giá kết thí nghiệm 2.3.1 Sự phát triển vết nứt và chế phá hoại Hình 2.28 Ứng xử mẫu SPMC1 Hình 2.29 Ứng xử mẫu SPMC2 Vết nứt dương số xuất mặt mẫu Tiếp đến, mặt mẫu, hai vết nứt âm số đồng thời xuất Cuối vết nứt âm số vết nứt dương số 5, thể Hình 2.28 2.29 SPMC1 có vết nứt không đối xứng, đạt tải trọng cao 18 kN/m2 mẫu bị phá hoại đầu cột C1 bị kéo vào nhịp SPMC2 có vết nứt đối xứng, đạt tải trọng cao 21,7 kN/m2 mẫu bị phá hoại vết gãy lớn vị trí mép sàn gần cột C1 2.3.2 Quan hệ tải trọng và chuyển vị Quá trình biến dạng chia thành bốn giai đoạn tương ứng với độ cứng quy ước khác nhau, thể Hình 2.30 2.31 13 Hình 2.30 Quan hệ tải trọng - chuyển vị mẫu SPMC1 Hình 2.31 Quan hệ tải trọng - chuyển vị mẫu SPMC2 Hình 2.32 so sánh quan hệ tải trọng chuyển vị hai mẫu SPMC1 SPMC2, rút nhận xét sau: Sau giai đoạn đàn hồi, độ cứng mẫu SPMC1 giảm nhanh mẫu SPMC2 tính bất đối xứng, khả hạn chế chuyển vị ngang hai đầu cột C1 C5 nhỏ mẫu SPMC2 Vùng biên ngồi mẫu SPMC2 có tính đối xứng nên khả hạn chế chuyển vị ngang hai đầu cột C1 C5 tốt Chính điều dẫn đến mẫu SPMC2 có khả chịu lực 21,7 kN/m2 cao 20% so với mẫu SPMC1 18 kN/m2, khả chuyển vị hai mẫu khác không đáng kể 175,9 mm 173,4 mm 14 Hình 2.32 Quan hệ tải trọng - chuyển vị mẫu SPMC1 & SPMC2 2.3.3 Sự xuất cấu màng căng Hình 2.34 Biến dạng cốt thép BSG1 TSG11 SPMC1 Hình 2.35 Biến dạng cốt thép BSG1 TSG11 SPMC2 Thời điểm cấu màng căng xuất lúc số đọc TSG11 đổi dấu từ âm sang dương Hình 2.34 2.35 thể quan hệ biến dạng - chuyển vị cốt thép hai vị trí BSG1 TSG11 hai mẫu BSG1 TSG11 gắn vào cốt thép sàn lớp lớp trên, vị trí gần sát cột C6 bị BSG1 ln bị biến dạng kéo gắn cốt thép sàn lớp Cụ thể là, mẫu SPMC1 đạt đến chuyển vị fmàng = 122 mm mẫu SPMC2 đạt đến 15 chuyển vị fmàng = 95 mm, số đọc TSG 11 chuyển dấu từ âm sang dương thời điểm cấu màng căng xuất 2.3.4 Hiệu cấu màng căng đến sức kháng sàn Hiệu cấu màng căng so với cấu uốn hai mẫu sàn phẳng có mũ cột CBCG CBG thông qua hai tỉ số: khả chịu lực Pgiới hạn/Pyield khả biến dạng fgiới hạn/fyield ,như Hình 2.43 Hình 2.43 Khả chịu lực cấu màng căng cấu uốn sàn phẳng BTCT có mũ cột 16 2.3.5 Vai trò mũ cột - Cặp mẫu CBCG: SPMC1 SP1, việc sử dụng mũ cột làm tăng khả chịu lực lên 28,6% chuyển vị lên 93% so với mẫu khơng có mũ cột, thể Hình 2.44 - Cặp mẫu CBG: SPMC2 SP3, mũ cột làm khả chịu lực tăng thêm 20,5% chuyển vị tăng thêm 122,6 % so với mẫu khơng có mũ cột, thể Hình 2.45 Hình 2.44 So sánh quan hệ tải trọng - chuyển vị mẫu CBCG Hình 2.45 So sánh quan hệ tải trọng - chuyển vị mẫu CBG 17 2.4 Nhận xét Chương - Mẫu CBCG bị phá hoại gãy vành chịu nén bên ngồi cột góc C1 bị kéo vào gây ổn định - Mẫu CBG bị phá hoại đứt màng căng nên sàn bị gãy gập vị trí vết nứt lớn mép sàn - Việc cấu tạo thêm mũ cột cho hai sàn bị cột biên cận góc cột biên không làm khả chịu lực tăng lên đến 26,3% 20,5%, mà tăng khả chuyển vị lên đến 93% 122,6% - Hiệu ứng chịu lực thứ cấp sàn phẳng bê tơng cốt thép có mũ cột cột biên cận góc cột biên cho phép tăng khả chịu lực thêm 12,7% 36% so với khả chế chịu uốn - Tình cột biên cận góc bất lợi so với cột biên khả chịu lực thấp 20% CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA KẾT CẤU SÀN PHẲNG BTCT CĨ MŨ CỘT BẰNG MƠ PHỎNG SỐ VÀ KHẢO SÁT THAM SỐ Để khái quát hóa ứng xử hệ sàn phẳng bê tơng cốt thép có mũ cột chịu biến dạng lớn, cần phải thực nghiên cứu mơ hình số Chương tập trung vào việc xây dựng mơ hình số chương trình phần tử hữu hạn LS-DYNA cho hai mẫu sàn phẳng BTCT có mũ cột bị cột biên cận góc cột biên trình bày chương Sau đó, độ tin cậy mơ hình số cần kiểm chứng Cuối cùng, sử dụng mơ hình số đủ độ tin cậy để khảo sát ảnh hưởng tham số đến ứng xử hệ sàn phẳng có mũ cột 3.1 Xây dựng mơ hình sớ sàn phẳng có mũ cột 3.1.1 Mơ hình hóa vật liệu bê tơng, cớt thép và lực bám dính cớt thép bê tơng - Mơ hình hóa cho bê tơng phần tử có dạng hình hộp chữ nhật sáu mặt, ứng suất mặt mặc định số Với chiều dày hai mẫu 80 mm, mẫu mơ hình hóa thành lớp, lớp dày 10 mm để hạn chế tối đa hiệu ứng đồng hồ cát Do đo kích thước phần tử chọn 40 mm × 40 mm × 10 mm 18 - Phần tử Hughes-Liu mặc định có ứng suất biến dạng không đổi dọc theo trục phần tử chịu kéo nén, chọn để mô cốt thép - Lực bám dính cốt thép bê tông sử dụng theo tùy chọn “CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID” LSDYNA thể Hình 3.4 Hình 3.4 Mơ hình liên kết cốt thép bê tông 3.1.2 Mô điều kiện biên Liên kết cứng đầu cột với sàn liên kết khớp chân cột tạo cách sử dụng tùy chọn “DUPLICATE_NODES” “BOUNDARY_SPC_SET” LS-DYNA để điều khiển hai nút cột hệ nút sàn chập vào nhau, khai báo “Δx = 1, Δy = 1, Δz = φz = 1” để chuyển vị thẳng theo ba phương x, y, z chuyển vị xoay quanh trục z bị triệt tiêu, thể Hình 3.5 3.6 Hình 3.5 Mơ hình liên kết cứng cột sàn Hình 3.6 Mơ liên kết khớp chân cột với sàn thí nghiệm 19 3.1.3 Mơ tải trọng phân bớ Hình 3.7 Quan hệ tải trọng - thời gian mơ hình số Trọng lượng thân tải trọng phân bố tạo cách sử dụng tùy chọn “LOAD_BODY_Z” “LOAD_NODE_SET” LS-DYNA Quan hệ tải trọng theo thời gian thể Hình 3.7 để đảm bảo tải trọng tăng theo cấp tương đương với thực nghiệm Tốc độ gia tải kiểm soát để khơng phát sinh hiệu ứng qn tính đáp ứng điều kiện tĩnh thí nghiệm 3.2 Kiểm chứng độ tin cậy mơ hình sớ 3.2.1 Hình dạng phá hoại Hình 3.25 Vết nứt số SPMC2 từ thí nghiệm FEM Hình 3.26 Vết nứt số SPMC2 thu từ thực nghiệm FEM 20 Hình ảnh vết nứt mặt mặt mẫu SPMC2 thu từ hai phương pháp tương đồng nhau, thể Hình 3.25, 3.26 3.27 Hình 3.27 Hình ảnh phá hoại SPMC2 từ thực nghiệm FEM 3.2.2 Quan hệ tải trọng chuyển vị Hình 3.28 Quan hệ tải trọng - chuyển vị mẫu thí nghiệm & FEM Hình 3.28 thể quan hệ chuyển vị tải trọng thu từ thí nghiệm mơ hình số SPMC1 SPMC2 Mỗi đồ thị cho thấy, hai đường cong có tương đồng suốt q trình biến dạng Điều cho thấy mơ hình số phản ánh tương đối tốt thí nghiệm giai đoạn biến dạng lớn 3.2.3 Tỉ lệ tải trọng truyền vào cột Hình 3.29 3.30 thể tỉ lệ tải trọng truyền vào ba nhóm cột hai mẫu sàn phẳng có mũ cột SPMC1 SPMC2, thu từ thực nghiệm mơ hình số Sáu đồ thị cho thấy có khác đáng kể ngắn hạn chuyển vị nhỏ Khi chuyển vị tăng hai phương pháp cho kết gần Như vậy, mô hình số phản ánh tương đối phù hợp với ứng xử học hai mẫu sàn phẳng BTCT có mũ cột 21 Hình 3.29 Tỉ lệ tải trọng truyền vào cột SPMC1 từ thí nghiệm & FEM Hình 3.30 Tỉ lệ tải trọng truyền vào cột SPMC2 từ thí nghiệm & FEM 3.3 Khảo sát ảnh hưởng tham sớ mơ hình sớ 3.3.1 Tham số hàm lượng cốt thép sàn Khảo sát ba hàm lượng cốt thép sàn khác cho thấy khả chịu lực hệ CBG bị ảnh hưởng nhiều tham số hàm lượng cốt thép sàn so với hệ CBCG, thể Hình 3.42 22 Hình 3.42 Quan hệ tải trọng - chuyển vị thay đổi hàm lượng cốt thép sàn 3.3.2 Tham số cường độ chịu nén bê tông Khảo sát bốn giá trị cường độ chịu nén bê tơng khác thấy tham số ảnh hưởng đến sức kháng sụp đổ mẫu CBG lớn so với mẫu CBCG Ngoài ra, tham số cường độ chịu nén bê tông ảnh hưởng đến khả chịu lực hệ CBG tương đương với tham số hàm lượng cốt thép đến khả chịu lực hệ, thể Hình 3.43 Hình 3.43 Quan hệ tải trọng - chuyển vị thay đổi cường độ chịu nén bê tơng 3.3.3 Vị trí cột Hình 3.44 Quan hệ tải trọng - chuyển vị thay đổi vị trí cột 23 Khảo sát năm vị trí cột khác nhau: cột góc, cột biên giữa, cột biên cận góc, cột cột cận góc, thể Hình 3.44 Kết cho thấy CTCG nguy hiểm đối có sức kháng sụp đổ nhỏ so với bốn vị trí cịn lại Kế tiếp đến vị trí CBCG, thể Bảng 3.6 Bảng 3.6 So sánh sức kháng tới hạn năm trường hợp cột Cột cận góc (CTCG) Sức kháng tới hạn (kN/m2) chuyển vị tới hạn 150 mm 16,1 Sự chênh lệch (%) -31,2 Vị trí cột CBCG 16,5 -29,5 Cột góc (CG) 21,3 -9,0 CBG 21,8 -6,8 Cột (CT) 23,4 3.3.4 Khảo sát vai trò mũ cột Tỉ lệ tải trọng trung bình truyền vào cột C1, C3 C5 tương ứng với sàn khơng mũ có mũ, 20,2%; 40%; 23,5% 22,4%; 40,5%; 25,3%, Hình 3.48 Việc có thêm mũ cột dẫn đến tỉ lệ tải trọng truyền vào cột C1 tăng thêm 10,9%, cột C5 tăng thêm 7,7%, tăng thêm không đáng kể 1,25% vào cột C3 Như vậy, có thêm mũ cột cột C1 bị ảnh hưởng nhiều nhất, sau cột C5 Hình 3.48 Sự thay đổi tỉ lệ tải trọng truyền vào cột có thêm mũ cột 3.4 Nhận xét Chương - Tham số hàm lượng cốt thép sàn cường độ chịu nén bê tơng có ảnh hưởng đến khả chịu lực hệ bị cột biên nhiều hệ bị cột biên cận góc Ba tham số hàm lượng cốt thép mũ cột, chiều dày mũ cột, kích thước mũ cột có ảnh hưởng không đáng kể đến sức kháng sụp đổ hệ 24 - Trong năm vị trí cột, tình cột cận góc bất lợi nhất, cột biên cận góc - Cấu tạo mũ cột vào hệ sàn phẳng dẫn đến tỉ lệ tải trọng truyền vào cột C1 tăng 10,9%, cột C5 tăng 7,7%, tăng không đáng kể 1,25% vào cột C3 so với sàn khơng có mũ cột - Sàn phẳng có mũ cột hay khơng có mũ cột bị cột biên cận góc ảnh hưởng bất lợi cột góc C1, tiếp đến cột biên C5 cuối cột C3 Ngược lại, việc cột không gây bất lợi cho hai cột C2 C4 KẾT LUẬN Kết luận - Cung cấp liệu thực nghiệm mô số khả chống sụp đổ chế màng căng sàn phẳng bê tơng cốt thép có mũ cột cột biên cột biên cận góc Dữ liệu sử dụng tài liệu tham khảo cho lĩnh vực liên quan - Sức kháng sụp đổ với chế màng căng sàn phẳng bê tơng cốt thép có mũ cột cao 12,7% 36% so với chế uốn, đồng thời chuyển vị tới hạn cao 136% 291%, tương ứng cột biên cận góc bị cột biên - Xây dựng mơ hình số đủ độ tin cậy để mô ứng xử học sàn phẳng bê tơng cốt thép có mũ cột từ thời điểm bắt đầu thời điểm cận sụp đổ khảo sát ảnh hưởng số tham số đến sức kháng sụp đổ sàn phẳng Kiến nghị - Mở rộng nghiên cứu sàn phẳng bê tơng cốt thép có mũ cột bị cột vị trí khác bị đồng thời hai cột Đặc biệt, cần ưu tiên nghiên cứu cho vị trí cột cận góc xem vị trí bất lợi năm vị trí cột xem xét luận án - Khi phân tích ứng xử sàn phẳng bê tơng cốt thép có mũ cột, cần phải tính đến hiệu ứng động tình cột chịu lực bị phá hoại đột ngột để định tính định lượng ứng xử kết cấu xác DANH MỤC BÀI BÁO VÀ CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ Đỗ Kim Anh, Nguyễn Ngọc Tân, Phạm Xuân Đạt, Nguyễn Trung Hiếu (2017), “Phân tích số tham số ảnh hưởng đến hiệu ứng màng sàn BTCT”, Tạp chí khoa học Kiến trúc Xây dựng, số 28/2017, 4-41-43, ISSN 1859-350X Do Kim Anh, Nguyen Ngoc Tan, Pham Xuan Dat, Nguyen Trung Hieu (2018), “Analysis of several design parameters for improving tensile membrane action inreinforced concrete slabs”, Vasect journal of structural engineering & construction technology, No26, 2018, 1082-91, ISSN 1859.3194 Pham Xuan Dat, Trieska Yokhebed Wahyudi, Do Kim Anh (2018), “Analytical model for predicting membrane actions in RC beam-slab structures subjected to penultimate-internal column loss scenarios”, Journal of science and technology in Civil Engineering, Vol.12 No3, 4-2018, 13-10-22, ISSN 1859-2996 Kim Anh Do, Ngoc Tan Nguyen, Trung Hieu Nguyen, Pham Xuan Dat (2018), “An experimental study on the load-carrying capacity of unrestrained RC slabs with considering membrane action”, Proceedings of the international conference on the 55th anniversary of establisment of Vietnam institute for building science and tecnology, 11-2018, 8-110-117 Đỗ Kim Anh, Nguyễn Ngọc Tân, Phạm Xn Đạt, Nguyễn Trung Hiếu (2021), “Khảo sát mơ hình sức kháng sụp đổ sàn phẳng bê tông cốt thép có mũ cột bị cột” Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng, 10-2021, 14-132-145, p-ISSN 2615-9058, e-ISSN 27349489 Do, A K., Nguyen, T N., Tran, C Q., Nguyen, H T., & Pham, D X (2021), “Experimental and numerical investigations on the collapse behaviour of RC flat slab structures”, Asian Journal of Civil Engineering, 22(6), 1143–1155 doi:10.1007/s42107-021-00371-2 Nguyen Trung Hieu, Nguyen Ngoc Tan, Do Kim Anh, Pham Xuan Dat, (2023), “Experimental study on the collapse response of flat slab structures with drop panels under gravity loading condition”, Structures 56 (2023), 104855, https://doi.org/10.1016/j.istruc.2023.07.045