luận án tiến sĩ kỹ thuật dầm liên hợp thép bê tông với tiết diện dầm thép chìm trong bản sàn bê tông

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan những nội dung trong Luận án Tiến sỹ “Dầm liên hợp thép bê tông với tiết diện dầm thép chìm trong bản sàn bê tông” là kết quả công trình nghiên cứu khoa học

Trang 1

HÀN NGỌC ĐỨC

DẦM LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG VỚI TIẾT DIỆN DẦM THÉP

CHÌM TRONG BẢN SÀN BÊ TÔNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng

Mã số: 9580201

LUẬN ÁN TIẾN SỸ

Hà Nội - Năm 2022

Trang 2

HÀN NGỌC ĐỨC

DẦM LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG VỚI TIẾT DIỆN DẦM THÉP

CHÌM TRONG BẢN SÀN BÊ TÔNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng

Mã số: 9580201

1 PGS TS Vũ Anh Tuấn

2 GS TS Phạm Văn Hội

Hà Nội - Năm 2022

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những nội dung trong Luận án Tiến sỹ “Dầm liên hợp thép bê tông với tiết diện dầm thép chìm trong bản sàn bê tông” là kết quả công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi

Các số liệu và kết quả trình bày trong Luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác ngoài danh sách các công trình khoa học của nghiên cứu sinh liên quan đến Luận án

Hà nội, ngày 8/11/2022

Hàn Ngọc Đức

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, Lãnh đạo Phòng Quản lý Đào tạo, Phòng Tổ chức Cán bộ, Ban chủ nhiệm Khoa Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp đã tạo điều kiện, hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện Luận án

Tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc, sự kính trọng tới Hai người hướng dẫn khoa học của tôi, PGS TS Vũ Anh Tuấn và GS TS Phạm Văn Hội Trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu, Hai thầy đã tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ, tạo các điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành Luận án

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô tại Bộ môn Công trình Thép

- Gỗ, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội - nơi tôi học tập, nghiên cứu, và công tác trong những năm vừa qua Tôi xin ghi nhận sự giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các nhà khoa học trong và ngoài Trường đã giúp tôi bổ sung, hoàn thiện Luận án

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới Cha Mẹ, những người đã sinh thành, nuôi dưỡng, giáo dục, và luôn ủng hộ tôi trên con đường đã lựa chọn Xin cảm ơn Vợ và các con đã luôn ở bên cạnh chia sẻ, động viên, tạo động lực để tôi sớm hoàn thành Luận án Xin tri ân người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã quan tâm, giúp đỡ tôi trong thời gian qua

Hàn Ngọc Đức

Trang 5

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM ƠN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT xii

DANH MỤC BẢNG BIỂU xvii

DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ xix

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

4 Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tiễn 4

5 Phương pháp nghiên cứu 4

6 Những đóng góp mới của luận án 5

7 Cấu trúc và nội dung luận án 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU DẦM LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG CÓ CHIỀU CAO NHỎ 7

1.1 Dầm liên hợp thép bê tông có chiều cao tiết diện nhỏ 7

1.2 Liên kết chịu trượt dọc trong dầm liên hợp có chiều cao nhỏ 16

1.2.1 Nghiên cứu của H P Andrä cùng F Leonhardt 20

1.2.2 Nghiên cứu của E C Oguejiofor và M U Hosain 21

1.2.3 Nghiên cứu của D Kraus và O Wurzer 22

1.2.4 Nghiên cứu của U Yoshitaka và cộng sự 23

Trang 6

1.2.5 Nghiên cứu của S B Medberry và B M Shahrooz 23

1.2.6 Nghiên cứu của S Peltonen và M V Leskelä 24

1.2.7 Nghiên cứu của S Y K Al-Darzi và cộng sự 24

1.2.8 Nghiên cứu của J.da.C Vianna và cộng sự 25

1.2.9 Nghiên cứu của J J H Ahn và cộng sự 26

1.2.10 Nghiên cứu của B.Y Huo 26

1.2.11 Nghiên cứu của M Braun và cộng sự 28

1.2.12 Nghiên cứu của Emad và cộng sự 29

1.2.13 Nghiên cứu của Toi Limazie và Shiming Chen 29

1.3 Tóm lược chương 1 30

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG NDBEAM 31

2.1 Đề xuất hình dạng tiết diện dầm liên hợp NDBeam 31

2.1.1 Các yêu cầu của dầm liên hợp có chiều cao tiết diện nhỏ 31

2.1.2 Đề xuất hình dạng tiết diện dầm thép NDBeam 32

2.1.3 Đề xuất hình dạng tiết diện chốt bê tông trong dầm NDBeam 34

2.1.4 Đánh giá tiết diện dầm liên hợp NDBeam đề xuất 35

2.1.5 Giới hạn nghiên cứu của dầm liên hợp NDBeam 37

2.2 Tính toán dầm liên hợp NDBeam 38

2.2.1 Vật liệu 38

2.2.1.1 Thép kết cấu 38

2.2.1.2 Cốt thép 38

2.2.1.3 Bê tông 38

2.2.2 Các giả thiết tính toán 39

2.2.3 Phân vùng bê tông và thép kết cấu của dầm liên hợp NDBeam 40

Trang 7

2.2.3.1 Phân vùng bê tông 40

2.2.3.2 Phân vùng thép kết cấu 42

2.2.4 Sức kháng mô men bền dẻo dương của dầm liên hợp NDBeam 44

2.2.4.1 Trục trung hòa dẻo nằm phía trên bản cánh trên của dầm thép 44

2.2.4.2 Trục trung hòa dẻo nằm trong bản cánh trên của dầm thép 45

2.2.4.3 Trục trung hòa dẻo đi qua bụng dầm thép phía trên lỗ mở 46

2.2.4.4 Trục trung hòa dẻo đi qua lỗ mở bụng dầm thép, phía trên mặt tôn sàn47 2.2.4.5 Trục trung hòa dẻo đi qua lỗ mở bụng dầm, trong vùng chiều cao sóng tôn 48

2.2.4.6 Trục trung hòa dẻo đi qua bản cánh đỡ tôn sóng định hình 49

2.2.4.7 Trục trung hòa dẻo đi qua bụng dưới của dầm thép 51

2.2.4.8 Trục trung hòa dẻo đi qua cánh dưới của dầm thép 52

2.2.5 Xác định sức kháng cắt đứng, khả năng chịu uốn và cắt đồng thời của dầm liên hợp NDBeam 53

2.2.5.1 Sức kháng cắt đứng của dầm liên hợp 53

2.2.5.2 Khả năng chịu uốn và lực cắt đồng thời 53

2.2.6 Xác định sức kháng trượt dọc và mức độ liên kết của dầm liên hợp NDBeam54 2.2.6.1 Sức kháng trượt dọc của dầm NDBeam do chốt bê tông CD-iZ 54

2.2.6.2 Mức độ liên kết 54

2.2.7 Độ võng của dầm liên hợp NDBeam 54

2.2.7.1 Độ cứng của dầm liên hợp NDBeam 54

2.2.7.2 Độ võng dầm liên hợp 56

2.2.8 Liên kết không hoàn toàn 56

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ CỦA CHỐT BÊ TÔNG CHỊU TRƯỢT DỌC58 3.1 Thí nghiệm đẩy của chốt bê tông CD-iZ 58

3.1.1 Vật liệu chế tạo mẫu 58

Trang 8

3.1.1.1 Thép kết cấu 58

3.1.1.2 Bê tông 58

3.1.2 Mẫu thí nghiệm 60

3.1.2.1 Nhóm mẫu T1G*, T1GT*, T1GW* và T1G 61

3.1.2.2 Nhóm mẫu T2G 61

3.1.2.3 Nhóm mẫu T3G và T3F 62

3.1.2.4 Nhóm mẫu B3G 63

3.1.2.5 Nhóm mẫu ND3G 63

3.1.3 Thí nghiệm 64

3.1.3.1 Nguyên tắc thí nghiệm 64

3.1.3.2 Xác định sơ bộ sức kháng cắt của mẫu (tải trọng) thí nghiệm 64

3.1.3.3 Sơ đồ thí nghiệm 65

3.1.4 Kết quả thí nghiệm 66

3.1.4.1 Quan hệ giữa tải trọng và trượt dọc của nhóm mẫu T1G*, T1GW* và T1GT* 66

3.1.4.2 Quan hệ giữa tải trọng và trượt dọc của mẫu T1G, T2G và T3G 68

3.1.4.3 Quan hệ giữa tải trọng và trượt dọc của mẫu B3G và ND3G 70

3.1.4.4 Quan hệ giữa tải trọng và trượt dọc của mẫu T3F 71

3.1.5 Phân tích kết quả thí nghiệm 73

3.1.5.1 Sự phá hoại của mẫu 73

3.1.5.2 Cơ chế phá hoại của mẫu 74

3.1.5.3 Ảnh hưởng của các tham số đến khả năng chịu trượt dọc của chốt 75

3.1.5.4 Ảnh hưởng của số lượng lỗ mở đến sự làm việc đồng thời 77

3.1.5.5 Ảnh hưởng của số lượng bản bụng cắt qua chốt bê tông 78

3.1.5.6 Ảnh hưởng của bản cánh giữa trong nhóm mẫu ND 79

3.1.5.7 Ảnh hưởng của thành phần ma sát 80

3.2 Xác định sức kháng trượt dọc của chốt bê tông 81

3.2.1 Đề xuất công thức xác định sức kháng cắt cho 01 chốt bê tông CD-iZ 81

Trang 9

3.2.1.1 Cơ sở thiết lập công thức 81

3.2.1.2 Giá trị hệ số điều chỉnh 82

3.2.1.3 Công thức đề xuất khả năng chịu lực trượt của một chốt bê tông 86

3.2.2 Đánh giá công thức đề xuất với các công thức đã công bố của các tác giả khác87 3.2.2.1 So sánh kết quả tính toán theo lí thuyết với kết quả thí nghiệm của nhóm mẫu T1G*, T1GW* và T1GT* 87

3.2.2.2 So sánh kết quả tính toán theo lí thuyết với kết quả mô phỏng số 88

3.2.3 Đề xuất công thức xác định sức kháng cắt của mẫu T có nhiều chốt 92

3.2.4 Đề xuất công thức xác định khả năng chịu trượt dọc của dầm NDBeam 93

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THIẾT KẾ DẦM LIÊN HỢP NDBEAM VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA QUY TRÌNH THIẾT KẾ 96

4.1 Quy trình thiết kế dầm liên hợp NDBeam 96

4.1.1 Bước 1 - Số liệu thiết kế 96

4.1.2 Bước 2 – Thiết kế dầm NDBeam trong giai đoạn thi công 96

4.1.3 Bước 3 – Thiết kế dầm NDBeam trong giai đoạn liên hợp (giai đoạn sử dụng)96 4.2 Xây dựng chương trình thiết kế dầm liên hợp NDBeam (NDP) 97

4.2.1 Sơ đồ khối của chương trình 97

4.2.2 Chương trình NDP 98

4.2.2.1 Các mô đun của chương trình NDP 98

4.2.2.2 Giao diện của chương trình NDP 99

4.3 Đánh giá độ tin cậy của quy trình thiết kế dầm NDBeam 100

4.3.1 Số liệu tính toán 100

4.3.1.1 Kích thước hình học 100

4.3.1.2 Vật liệu thép và bê tông 102

4.3.2 Tính toán theo chương trình NDP 103

Trang 10

4.3.3 Mô phỏng dầm liên hợp NDBeam bằng mô phỏng ABAQUS 103

4.3.3.1 Mô hình vật liệu 103

4.3.3.2 Lựa chọn dạng phần tử 108

4.3.3.3 Mô phỏng dầm NDBeam 110

4.3.4 Đánh giá độ tin cậy của quy trình thiết kế đề xuất 116

4.3.4.1 So sánh kết quả tính khả năng chịu uốn của dầm NDBeam 116

4.3.4.2 So sánh kết quả tính độ võng của dầm NDBeam 117

KẾT LUẬN 120

1 Kết luận 120

2 Hướng phát triển tiếp theo của luận án 121

TUYỂN TẬP CÁC BÀI BÁO CÔNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN TRÊN CÁC TẠP CHÍ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH 122

TÀI LIỆU THAM KHẢO 123 PHỤ LỤC A GIAO DIỆN CHƯƠNG TRÌNH PL-1 A.1 Hộp thoại nhập dữ liệu hình học dầm PL-1 A.2 Hộp thoại nhập dữ liệu vật liệu PL-1 A.3 Hộp thoại nhập dữ liệu kích thước hình học tiết diện dầm thép PL-2 A.4 Hộp thoại nhập dữ liệu nhập dữ liệu tôn sóng định hình PL-2 A.5 Hộp thoại nhập dữ liệu thông số hình học sàn bê tông PL-3 A.6 Hộp thoại nhập dữ liệu chốt bê tông PL-3 A.7 Hộp thoại nhập dữ liệu tải trọng PL-4 A.8 Hộp thoại nhập dữ liệu tổ hợp tải trọng PL-4 A.9 Hộp thoại nhập giá trị giới hạn độ võng dầm PL-5 A.10.Hộp thoại kết quả kiểm tra dầm trong giai đoạn thi công PL-5

Trang 11

A.11.Hộp thoại kết quả kiểm tra dầm trong giai đoạn liên hợp PL-5 PHỤ LỤC B MÃ CHƯƠNG TRÌNH PL-7 B.1 Biến số PL-7 B.2 Phân loại tiết diện PL-10 B.3 Xác định đặc trưng của tiết diện PL-14 B.4 Xác định bề rộng hiệu quả PL-16 B.5 Xác định vị trí trục trung hòa đàn hồi và độ cứng của dầm liên hợp PL-16 B.6 Xác định vị trí trục trung hòa dẻo và mô men bề dẻo dương PL-18 B.7 Xác định mức dộ liên kết PL-21

Trang 12

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Các chữ cái Latin viết hoa

A diện tích của tiết diện cấu kiện

Aa diện tích tiết diện dầm thép hộp

Ac diện tích nén của thành lỗ lên chốt bê tông

Aa1 diện tích phần thép kết cấu (1) của dầm liên hợp NDBeam

Ac1 diện tích vùng bê tông (1) của dầm liên hợp NDBeam

Av diện tích chịu cắt dầm thép

At diện tích mặt cắt ngang chốt bê tông

As diện tích tiết diện thanh thép qua lỗ mở

CD-SL lỗ mở rãnh dài

CD-Z lỗ mở hình thang

CD-iZ lỗ mở hình thang ngược

Ea mođun đàn hồi của thép kết cấu

Ec mođun đàn hồi của bê tông

Ecm mođun đàn hồi cát tuyến của bê tông có kể đến ảnh hưởng của các

Trang 13

tác động ngắn hạn E.N.A trục trung hòa đàn hồi

FEA phân tích phần tử hữu hạn

I1 mômen quán tính của dầm liên hợp NDBeam

Ic1 mômen quán tính vùng bê tông (1) của dầm liên hợp NDBeam

MplFEM mômen bền dẻo của dầm liên hợp theo mô phỏng ABAQUS

MRd mômen bền dẻo suy giảm của dầm liên hợp

Na1 sức kháng kéo (nén) phần thép (1) của dầm liên hợp NDBeam

Nc1 sức kháng nén vùng bê tông (1) của dầm liên hợp NDBeam

ND(a) dầm thép hộp loại a

ND(b) dầm thép hộp loại b

ND(c) dầm thép hộp loại c

NDP chương trình thiết kế dầm liên hợp NDBeam

Trang 14

NDBeam dầm liên hợp có chiều cao nhỏ đề xuất

P tải trọng phá hoại mẫu thí nghiệm

PRd sức kháng cắt của một chốt bê tông

P.N.A trục trung hòa dẻo

SLS trạng thái sử dụng

ULS trạng thái cực hạn

Các chữ cái Latin viết thường

a chiều dày lớp bê tông phía trên dầm thép hộp

bb bề rộng bản cánh dưới dầm thép hộp

bc khoảng cách giữa 2 đầu tôn sóng

beff bề rộng hiệu quả của dầm liên hợp

bf bề rộng bản cánh tiết diện dầm thép chữ I

bm bề rộng dầm thép hộp gồm cả 2 cánh đỡ tôn sàn

bt1 bề rộng cánh trên dầm thép hộp

d1 đáy lớn của lỗ mở hình thang ở bản bụng

d2 đáy nhỏ của lỗ mở hình thang ở bản bụng

fcd cường độ nén tính toán của bê tông

fck cường độ nén đặc trưng của bê tông mẫu trụ

fcm cường độ nén trung bình của bê tông mẫu trụ

fcr ứng suất của bê tông tại thời điểm bị nứt

fct cường độ chịu kéo của bê tông

fctm cường độ chịu kéo trung bình của bê tông

fcu cường độ nén đặc trưng của bê tông mẫu lập phương

fsk giới hạn chảy dẻo của cốt thép

fy giới hạn chảy của thép kết cấu

Trang 15

fyd cường độ tính toán của thép kết cấu

hb chiều cao bụng dầm thép hộp phía dưới bản đỡ sàn

hc chiều dày sàn bê tông phía trên sóng tôn

hsc chiều cao bản thép trong bản bê tông

ht chiều cao bụng dầm thép hộp phía trên bản đỡ sàn

ht1 chiều cao lỗ mở hình thang trên bụng dầm thép hộp

ht2 chiều cao phía trên lỗ mở hình thang của bụng dầm thép hộp

hw chiều cao lỗ mở bản bụng hình thang

k1 hệ số điều chỉnh, xét đến sự phá hoại nén vỡ của phần diện tích bê

tông chịu nén ở phía trên

k2 hệ số điều chỉnh, xét đến hình dáng tiết diện chốt bê tông

n số lượng chốt tính toán trong mẫu n” tỷ số mô đun đàn hồi của thép và bê tông tính cho cả tải trọng ngắn

hạn và dài hạn

q tải trọng phân bố trên dầm

tb chiều dày cánh dưới dầm thép hộp

tm chiều dày bản cánh đỡ tôn sàn

tt chiều dày cánh trên dầm thép hộp

tsc chiều dày bản thép trong bản bê tông

tw chiều dày bụng dầm thép tiếp xúc với chốt bê tông hình thang

twb chiều dày bụng dưới dầm thép hộp

twt chiều dày bụng trên dầm thép hộp

n số lượng lỗ mở trên bản thép

x khoảng cách từ mặt trên dầm liên hợp đến vị trí trục trung hòa dẻo

y khoảng cách từ mặt dưới của cánh dưới dầm thép đến trọng tâm

Tiêu đề	Luận Án Tiến Sỹ Kỹ Thuật Dầm Liên Hợp Thép Bê Tông Với Tiết Diện Dầm Thép Chìm Trong Bản Sàn Bê Tông
Tác giả	Hàn Ngọc Đức
Người hướng dẫn	PGS. TS. Vũ Anh Tuấn, GS. TS. Phạm Văn Hội
Trường học	Trường Đại học Xây dựng Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật Xây dựng
Thể loại	Luận Án
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	15
Dung lượng	622,59 KB