Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Khả năng chịu cắt dọc của liên kết Perfobond trong sàn liên hợp thép-bê tông

TÓM TẮTTrong nghiên cứu này, chương trình thí nghiệm nén - đẩy Push – out Test đượctiến hành trên 12 mẫu chia đều cho 4 nhóm để xác định trực tiếp sức khángcắt dọc của liên kết chịu cắt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

—–o∆o—–

LÊ THÀNH CHUNG

KHẢ NĂNG CHỊU CẮT DỌCCỦA LIÊN KẾT PERFOBONDTRONG SÀN LIÊN HỢP THÉP-BÊ TÔNG

Chuyên ngành: Xây Dựng Dân Dụng Và Công NghiệpMã số ngành: 605820

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp.Hồ Chí Minh, Tháng 12-2013

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Lê Văn Phước Nhân và TS Bùi Đức Vinh

4 TS Lê Văn Phước Nhân5 TS Hồ Đức Duy

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyênngành sau khi luận văn đã được sửa chữa

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng và công nghiệp Mã số: 605820

I TÊN ĐỀ TÀI: Khả năng chịu cắt dọc của liên kết Perfobond trong sàn liênhợp thép - bê tông

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Xác định khả năng chịu cắt dọc của liênkết perfobond trong sàn liên hợp dựa trên thực nghiệm và mô phỏng số Từ đóđánh giá ảnh hưởng của các thông số đến khả năng chịu cắt dọc của liên kết.III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/01/2013

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 22/11/2013V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Lê Văn Phước Nhân và TS Bùi Đức Vinh

Tp HCM, ngày 10 tháng 12 năm 2013.CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BAN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Lời cảm ơn

Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn của mình đến các thầy hướng dẫn là TS.Lê Văn Phước Nhân và TS Bùi Đức Vinh, người đã đưa ra gợi ý đầu tiên đểhình thành nên ý tưởng của đề tài, khuyên bảo tôi rất nhiều về cách nhận địnhđúng đắn trong những vấn đề nghiên cứu, các tiếp cận nghiên cứu hiệu quả cũngnhư nguồn tài liệu quý báu Với sự hướng dẫn tận tình, và luôn động viên tôitrong suốt quá trình thực hiện luận văn của các thầy hướng dẫn đã giúp tôi đạtđến kết quả nghiên cứu cuối cùng

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô đã trực tiếp giảng dạy các môn học,truyền đạt cho tôi những kiến thức và phương pháp học tập, nghiên cứu mới

Và cuối cùng tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình đã luôn bên cạnhđộng viên rất nhiều và tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành tốt luậnvăn này

Xin chân thành cảm ơn!

Thành Chung

TÓM TẮT

Trong nghiên cứu này, chương trình thí nghiệm nén - đẩy (Push – out Test) đượctiến hành trên 12 mẫu chia đều cho 4 nhóm để xác định trực tiếp sức khángcắt dọc của liên kết chịu cắt dạng perfobond sẽ được sử dụng cho kết cấu sànliên hợp Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá ảnh hưởng của chiều dày tấmperfobond, cường độ chịu nén của bê tông, hàm lượng cốt thép đến ứng xử củaliên kết Kết quả thí nghiệm cho thấy các yếu tố này đóng vai trò chủ yếu ảnhhưởng đến khả năng chịu cắt và độ dai của liên kết Khả năng chịu cắt và độ daicủa liên kết tăng tỉ lệ với chiều dày tấm perfobond và cường độ chịu nén của bêtông Tuy nhiên, khi tăng hàm lượng cốt thép thì khả năng chịu cắt tăng khôngđáng kể trong khi độ dai của liên kết lại giảm Ngoài ra, mô phỏng phần tử hữuhạn cho thí nghiệm nén - đẩy cũng được tiến hành Kết quả mô phỏng cho khảnăng chịu cắt khá phù hợp với kết quả thực nghiệm

Từ khóa: Liên kết kháng cắt, Perfobond, Thí nghiệm nén đẩy

In this study, the push-out tests were carried out on twelve specimens, whichwere divided into four groups to determinate longitudinal shear resistance andductility of the perfobond shear connector to be used in composite slab Theobjective of research is evaluating the effect of thickness of perfobond rib, con-crete strength, and steel bars passing perfobond holes on behaviour of shearconnection The test results show that these parameters are main factors effect-ing on longitudinal shear resistance and ductility of connection Shear resistanceand ductility of connection are proportional to perfobond thickness and concretestrength However, increasing number of steel bars passing the holes enhancesinsignificantly shear resistance and decreases the ductility of connection In ad-dition, simulating the push-out test using finite element model are conducted.The results show that shear resistance obtained from modelling is in agreementwith results derived from experiment

Keywords: Shear connector, Perfobond, Push-out tests

Lời cam đoan

Tôi, tác giả của luận văn này cam đoan rằng:

 Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thực hiệndưới sự hướng dẫn của TS Lê Văn Phước Nhân và TS Bùi Đức Vinh

 Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận văn này là trung thực vàchưa từng được công bố dưới bất kỳ hình thức nào

 Các giá trị tham khảo là chính xác, không có chỉnh sửa

 Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 12 năm 2013

Học viên

Lê Thành Chung

1.1Giới thiệu về kết cấu liên hợp và sàn liên hợp thép – bê tông 1

1.2Động lực cho nghiên cứu 2

1.3Mục tiêu và giới hạn của đề tài 6

1.4Cấu trúc của luận văn 6

2Tổng quan72.1Sàn liên hợp thép – bê tông 7

2.1.1Sự làm việc của sàn liên hợp [1] 7

2.1.2Lực cắt dọc trong sàn liên hợp [1] .11

2.2Liên kết chống cắt trong kết cấu liên hợp 13

2.2.1Phân loại liên kết [1] 13

2.2.2Sự truyền lực cắt trong liên kết 16

2.2.3Đánh giá khả năng chịu lực của một số dạng liên kết chống cắt182.3Liên kết chống cắt dạng perfobond 24

3.2Mô hình thí nghiệm nén - đẩy 31

3.2.1Mô hình mẫu thí nghiệm 31

3.2.2Các đặc trưng của vật liệu 34

3.2.2.1Bê tông 34

3.2.2.2Thép và cốt thép 35

3.3Chương trình thí nghiệm nén - đẩy (push - out test) 35

3.3.1Nhóm mẫu và mục tiêu khảo sát .35

3.3.2Chế tạo mẫu và chuẩn bị thiết bị thí nghiệm 36

3.3.4Đánh giá kết quả thí nghiệm 43

3.3.4.1Ảnh hưởng của chiều dày perfobond 43

3.3.4.2Ảnh hưởng của cường độ bê tông 43

3.3.4.3Ảnh hưởng của hàm lượng cốt thép qua lỗ 44

3.3.5Sự hình thành và phát triển vết nứt 45

3.4So sánh kết quả thực nghiệm với các nghiên cứu trước .47

3.5Thiết lập công thức dự đoán khả năng chịu cắt của liên kết 49

3.6Kết luận 51

4Mô phỏng phần tử hữu hạn534.1Giới thiệu 53

4.2Mô hình vật liệu .54

4.2.1Mô hình vật liệu cho bê tông .54

4.2.2Mô hình vật liệu cho tấm thép định hình, perfobond và cốt thép564.3Mô hình PTHH mẫu thí nghiệm 56

4.3.1Mô hình hình học 56

4.3.2Lưới phần tử hữu hạn .57

4.3.3Tải trọng và điều kiện biên 58

4.4Kết quả phân tích PTHH .60

4.4.1So sánh kết quả mô hình PTHH và thực nghiệm 60

4.4.2Khảo sát ứng xử cục bộ của mẫu 64

4.5Nhận xét 67

5Kết luận695.1Kết luận 69

5.1.1Liên kết perfobond 69

5.1.2Khả năng chịu cắt dọc và các yếu tố ảnh hưởng 70

5.1.3Kết quả thực nghiệm 70

5.1.4Kết quả mô phỏng PTHH 72

5.2Những nghiên cứu tiếp theo 72

A Dòng lệnh Command của bài toán mô phỏng bằng Ansys78

Danh sách hình vẽ

1.1Ứng xử của dầm không liên hợp và dầm liên hợp [1] 2

1.2Tòa nhà Millenium Tower, Viên – Áo 3

1.3Cầu vượt tại ngã tư Hàng xanh 3

1.4Cấu tạo của sàn liên hợp thép – bê tông 4

1.5Cầu vượt tại thành phố HCM sử dụng liên kết đinh mũ 4

1.6Dầm cầu liên hợp sử dụng liên kết perfobond 5

1.7Cầu vượt sông Lech ở Schongau – Đức 5

2.1Cấu tạo sàn liên hợp 7

2.2Sự làm việc của sàn liên hợp 9

2.3Các dạng phá hoại sàn liên hợp 10

2.4Ứng xử giòn và dẻo của sàn liên hợp .10

2.5Xác định m − k từ kết quả thí nghiệm 12

2.6Các dạng phá hoại phụ thuộc vào nhịp của sàn .13

2.7Biến dạng, ứng suất uốn, ứng suất cắt của kết cấu liên hợp 14

2.8Một số dạng liên kết chống cắt .15

2.9Đường cong quan hệ lực cắt - độ trượt của thí nghiệm push-out 16

2.10 Sự phân bố lực cắt của liên kết dạng đinh [2] 17

2.11 Dạng phá hoại của liên kết dạng đinh [2] 18

2.12 Kích thước và hình dạng perfobond 21

2.13 Mẫu thí nghiệm với Pefobond và T-pefobond 22

2.14 Dạng phá hoại bản bê tông và liên kết T-perfobond 22

2.15 Hình dạng liên kết perfobond của VFT-WIB [3] 23

2.16 Liên kết chống cắt perfobond dạng chốt kín .24

2.17 Nguyên lý làm việc của chốt bê tông [4] 25

2.18 Liên kết dạng perfobond mở 25

3.1Cấu tạo sàn liên hợp sử dụng liên kết perfobond 29

3.2Mẫu thí nghiệm push-out cho liên kết đinh 31

3.3Đường cong quan hệ P − δ 32

3.4Mặt cắt ngang và mặt bên của mẫu thí nghiệm 32

3.5Hình dạng và kích thước liên kết perfobond .32

3.6Kích thước thép tấm định hình 33

3.7Liên kết perfobond được hàn vào sàn định hình 33

3.8Các trường hợp bố trí cốt thép trong liên kết 34

3.9Mẫu thí nghiệm sau khi được hàn xong 37

3.10 Mẫu thí nghiệm được lắp vào ván khuôn 37

3.11 Mẫu thí nghiệm sau khi đổ bê tông xong 38

3.12 Mẫu thí nghiệm sau khi sơn xong 38

3.13 Lắp đặt thiết bị đo biến dạng trượt 40

3.14 Lắp đặt thiết bị đo độ mở vết nứt 40

3.15 Mẫu chuẩn bị gia tải 41

3.16 Sơ đồ gia tải 41

3.17 Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và độ trượt của các nhóm mẫu 42

3.18 Độ trượt trung bình của nhóm N1 và N4 43

3.19 Độ trượt trung bình của nhóm N2 và N4 44

3.20 Độ trượt trung bình của nhóm N1 và N3 45

3.21 Cơ chế phá hoại của chốt bê tông [4] 46

3.22 Vết nứt trên mẫu N4 khi kết thúc thí nghiệm .46

3.23 So sánh khả năng chịu cắt của hai nhóm N1 và N4 .49

3.24 So sánh khả năng chịu cắt của hai nhóm N2 và N4 .49

3.25 So sánh khả năng chịu cắt của hai nhóm N1 và N3 .50

4.1Mặt phá hủy bê tông của Willam và Warnke [5] 54

4.2Đường cong ứng suất - biến dạng kéo và nén dọc trục của bê tông [5] 554.3Đường cong ứng suất - biến dạng đưa vào mô hình PTHH 55

4.4Mô hình vật liệu tái bền đẳng hướng song tuyến cho thép tấm và cốt thép 564.5Phần tử Solid65 trong Ansys 57

4.6Phần tử Shell43 trong Ansys 57

4.7Phần tử Link8 trong Ansys .58

4.8Mô hình hình học mẫu thí nghiệm 58

4.9Mô hình PTHH mẫu thí nghiệm 59

4.10 Điều kiện biên của mô hình PTHH 60

4.11 So sánh đường cong tải trọng - độ trượt từ thực nghiệm và mô phỏngPTHH của nhóm mẫu N1 .62

4.12 So sánh đường cong tải trọng - độ trượt từ thực nghiệm và mô phỏngPTHH của nhóm mẫu N2 .62

4.13 So sánh đường cong tải trọng - độ trượt từ thực nghiệm và mô phỏngPTHH của nhóm mẫu N3 .63

4.14 So sánh đường cong tải trọng - độ trượt từ thực nghiệm và mô phỏngPTHH của nhóm mẫu N4 .63

4.15 Kết quả trường chuyển vị của bê tông 64

4.16 Sự phân bố ứng suất (M P a) theo phương Y của perfobond 65

4.17 Sự phát triển ứng suất σyy tại các vị trí đặc biệt trên perfobond 65

4.18 Sự phân bố biến dạng theo phương Y của bê tông 66

4.19 Sự phát triển biến dạng εyytại các vị trí điển hình trong bê tông .67

Danh sách bảng

3.1Thành phần cấp phối bê tông 34

3.2Đặc trưng cơ học của bê tông 35

3.3Đặc trưng cơ học của thép 35

3.4Các nhóm mẫu thí nghiệm 36

3.5Kết quả thí nghiệm các nhóm mẫu 42

3.6So sánh khả năng chịu cắt dọc từ thực nghiệm và các tác giả khác 48

3.7So sánh khả năng chịu cắt dọc từ công thức 3.2 và thực nghiệm 51

4.1Khả năng chịu cắt dọc từ mô phỏng và thực nghiệm 61

4.2Chuyển vị tại tải tới hạn từ mô phỏng và thực nghiệm .61

Chương 1Giới thiệu

thép – bê tông

Thép và bê tông là hai loại vật liệu quan trọng và phổ biến nhất được sử dụngtrong xây dựng dân dụng và công nghiệp cũng như trong xây dựng cầu đường.Mặc dù rất khác nhau về bản chất nhưng hai loại vật liệu này bổ sung cho nhau:

• Bê tông có khả năng chịu nén tốt trong khi thép hiệu quả khi chịu kéo

• Thép tương đối mảnh và dễ bị mất ổn định, khả năng chống oằn kém nhưngtạo độ dai cho kết cấu

• Bê tông có khả năng bảo vệ, chống ăn mòn và chịu nhiệt độ cao

Trong các tòa nhà, sàn thường được đúc bằng bê tông cốt thép Dầm và cột cóthể lắp ráp thuận tiện bằng cách sử dụng cấu kiện thép, thông thường sử dụngthép hình tiết diện I hoặc H Trước đây khi chưa xuất hiện liên kết cơ học giữabản bê tông và dầm thép thì hai cấu kiện này làm việc độc lập, nhưng từ năm1950 trở đi người ta sử dụng phổ biến các loại liên kết cơ học để liên kết giữasàn bê tông và dầm thép Các liên kết này có tác dụng giảm hoặc loại bỏ sựtrượt bề mặt giữa thép và bê tông, vì vậy sàn bê tông và dầm thép làm việccùng nhau Hình 1.1 thể hiện ứng sử của dầm sử dụng liên kết

Hình 1.1: Ứng xử của dầm không liên hợp và dầm liên hợp [1]

Kết cấu liên hợp có nhiều ưu điểm hơn so với kết cấu bê tông cốt thép thôngthường đó là giảm kích thước của các cấu kiện, tăng không gian sử dụng, manglại tính hiệu quả cho giải pháp kiến trúc Có thể dễ dàng sử dụng phương phápthi công hiện đại (phương pháp thi công ván khuôn trượt, thi công lắp ghép)làm tăng tốc độ thi công, sớm đưa công trình vào sử dụng; và có khả năng chịuđộng đất tốt

Trên thế giới, việc sử dụng kết cấu liên hợp cho các cấu kiện liên hợp như dầm,cột và sàn đã cho thấy hiệu quả của nó Chẳng hạn như tòa nhà Major Bankcao 35 tầng ở thành phố Dallas bang Texas, trụ sở Citibank ở Duisberg – Đức,tòa nhà Millenium Tower ở Viên - Áo (hình 1.2) Ở Việt Nam, tòa nhà sử dụngkết cấu liên hợp điển hình là trung tâm thương mại Diamond Plaza ở thành phốHCM Gần đây, các công trình cầu vượt mới thi công ở Hà Nội và thành phốHCM đều sử dụng kết cấu liên hợp (hình 1.3)

Trong công trình sử dụng kết cấu liên hợp, sàn liên hợp bê tông với tấm thépđịnh hình được sử dụng phổ biến Cấu tạo của sàn liên hợp bao gồm tấm thépđịnh hình, liên kết, cốt thép, và bê tông đúc tại chỗ (hình 1.4) Tấm thép địnhhình đóng vai trò là ván khuôn khi thi công và là cốt thép chịu kéo khi bê tôngđông cứng Liên kết được hàn vào tấm thép định hình, có vai trò chống cắt dọc,ngăn cản sự trượt giữa tấm thép và bê tông

Trong thực tế xây dựng công trình hiện nay ở Việt Nam, đặc biệt là các côngtrình cầu vượt mới thi công ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh đa số đều sử

(a) Toàn cảnh công trình(b) Mặt bằng kết cấu

Hình 1.2: Tòa nhà Millenium Tower, Viên – Áo

Hình 1.3: Cầu vượt tại ngã tư Hàng xanh

dụng liên kết chống cắt dạng đinh mũ (head stud connector) (hình 1.5) Tuynhiên, trong kết cấu chịu mỏi, việc sử dụng liên kết đinh mũ có một số hạn chế,yêu cầu thiết bị hàn chuyên dụng và máy phát điện công suất cao trên côngtrường Hơn nữa, vật liệu thép cho đinh mũ phải có cường độ cao hơn thép kếtcấu, điều này dẫn tới khó khăn khi nhiều nơi chưa thể tự sản xuất loại thép này

Hình 1.4: Cấu tạo của sàn liên hợp thép – bê tông

Hình 1.5: Cầu vượt tại thành phố HCM sử dụng liên kết đinh mũ

Điều này đòi hỏi các kỹ sư và các nhà nghiên cứu tìm kiếm các giải pháp thaythế cho đinh mũ

Liên kết perfobond được phát triển bỡi Leonhardt và cộng sự vào năm 1987 vàđược công nhận là đã khắc phục được những nhược điểm của liên kết đinh mũ,đặc biệt khi chịu tải trọng lặp kết cấu có khả năng chịu mỏi lớn Sản phẩmdầm liên hợp VFT-WIB của công ty SSS Engineer (Đức) đã ứng dụng liên kếtperfobond cho dầm vượt nhịp khẩu độ lớn (hình 1.6)

Năm 1999, cầu vượt sông Lech ở Schongau của Đức đã sử dụng liên kết bond cho dầm liên hợp, với nhịp cầu 27+30+26m (hình 1.7) Theo đó, cầu có

perfor-(a) Dầm sau khi được cắt(b) Lắp đặt cốt thép sàn

Hình 1.6: Dầm cầu liên hợp sử dụng liên kết perfobond

Hình 1.7: Cầu vượt sông Lech ở Schongau – Đức

tổng chiều dài 83m, các hạng mục chính của công trình được hoàn thành chỉtrong vòng 3 tháng

Ở nước ta, từ thực tế ứng dụng kết cấu liên hợp vào các công trình dân dụng côngnghiệp và cầu vượt ngày càng nhiều và những ưu việt của liên kết perfobond,việc nghiên cứu khảo sát khả năng chịu lực của liên kết perfobond để có thể ứngdụng vào công trình là rất cần thiết, và đó là động lực thúc đẩy cho nghiên cứunày

1.3Mục tiêu và giới hạn của đề tài

Đề tài khảo sát khả năng chịu cắt dọc của liên kết perfobond trong sàn liên hợpthép – bê tông sẽ được thực hiện trong nghiên cứu này Chương trình thí nghiệmpush- out được tiến hành với tổng số 12 mẫu thí nghiệm chia thành 4 nhóm,khả năng chịu cắt dọc được đánh giá trực tiếp Nhằm đánh giá sự ảnh hưởngcủa các thông số đến khả năng làm việc và chịu lực của liên kết, mỗi nhóm sẽthay đổi một thông chính Ngoài ra, phương pháp mô phỏng PTHH cũng đượcthực hiện trên phần mềm Ansys và so sánh với kết quả thực nghiệm

Luận văn này được chia làm các phần chính như sau:

• Chương 1: Giới thiệu về nội dung, mục tiêu và ý nghĩa của đề tài nghiêncứu

• Chương 2: Trình bày tổng quan về mô hình ứng xử của sàn liên hợp và giớithiệu về liên kết chống cắt perfobond

• Chương 3: Trình bày nội dung của chương trình thí nghiệm push out cho4 nhóm mẫu, từ đó nêu lên được những yếu tố ảnh hưởng đến khả năngchịu cắt dọc của liên kết

• Chương 4: Thiết lập mô hình phần tử hữu hạn cho thí nghiệm push outnhằm khảo sát khả năng chịu cắt của liên kết

• Chương 5: Nêu lên những kết luận của nghiên cứu, đồng thời đề xuất nhữngkiến nghị và hướng phát triển trong thời gian sắp tới

Chương 2Tổng quan

2.1.1Sự làm việc của sàn liên hợp [1]

Sàn liên hợp được cấu tạo bỡi 3 phần chính: tấm thép định hình, cốt thép và bêtông đúc tại chỗ (hình 2.1) Tấm thép hình có vai trò là ván khuôn trong quátrình thi công và là cốt thép chịu kéo sau khi bê tông đông cứng

Hình 2.1: Cấu tạo sàn liên hợp

Sàn liên hợp được sử dụng rộng rãi trong xây dựng các trung tâm thương mại,nhà nhiều tầng cũng như trong xây dựng cầu đường bỡi vì những ưu điểm sau:

• Thi công đơn giản, tốc độ nhanh

• Sàn công tác vững chắc, an toàn cho công nhân.

• Trọng lượng bản thân nhẹ hơn so với bê tông cốt thép truyền thống

• Giảm thiểu sai số vì cấu kiện thép được sản xuất và kiểm tra tại nhà máy

Sàn liên hợp về bản chất là phần tử kết cấu làm việc một phương, nhịp của sànlà khoảng cách giữa hai dầm phụ Dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài, tấmsàn bị biến dạng uốn và sinh ra ứng suất trượt tại mặt tiếp xúc giữa tấm thépvà bê tông Nếu liên kết giữa tấm thép và bê tông đảm bảo chuyển vị dọc giữatấm thép và phần bê tông tiếp xúc là bằng nhau thì sàn có liên kết hoàn toàn.Nếu tồn tại chuyển vị dọc tương đối giữa tấm thép và phần bê tông tiếp xúc thìsàn có liên kết không hoàn toàn

Phân biệt hai dạng trượt ở bề mặt tiếp xúc giữa thép với bê tông: Trượt cục bộrất nhỏ, không nhìn thấy bằng mắt thường, nhưng làm phân bố lại nội lực liênkết; trượt tổng thể lớn, có thể nhìn thấy và đo được, phụ thuộc vào loại liên kếtgiữa tấm thép và bê tông

Ba dạng làm việc của sàn liên hợp (hình 2.2):

• Tương tác hoàn toàn giữa tấm thép và bê tông: không tồn tại sự trượt tổngthể tại bề mặt tiếp xúc Sự truyền lực cắt dọc là hoàn toàn và tải trọngcực hạn Pu là lớn nhất, hiệu ứng liên hợp là hoàn toàn Sự phá hoại có thểlà giòn hoặc dẻo

• Tương tác bằng không giữa tấm thép và bê tông: sự trượt tổng thể ở bềmặt tiếp xúc không bị giới hạn và gần như không có không có sự truyềnlực cắt dọc Tải trọng cực hạn là nhỏ nhất và gần như không có hiệu ứngliên hợp Sự phá hoại xảy ra từ từ

• Tương tác một phần giữa tấm thép và bê tông: sự trượt tổng thể ở bề mặttiếp xúc khác không nhưng có giới hạn Lực cắt dọc được truyền một phần,tải trọng cực hạn có giá trị trung gian giữa hai trường hợp trên Sự pháhoại có thể là giòn hoặc dẻo

Hình 2.2: Sự làm việc của sàn liên hợp

Độ cứng của sàn, thể hiện bỡi độ dốc của phần đầu đường cong P - δ, là khácnhau ứng với mỗi dạng làm việc Độ cứng lớn nhất ứng với tương tác hoàn toànvà nhỏ nhất ứng với tương tác bằng không Có 3 dạng liên kết giữa tấm thép vàbê tông:

• Liên kết lý – hóa: nhỏ, luôn luôn tồn tại với bất kỳ dạng tấm định hìnhnào

• Liên kết ma sát: xuất hiện ngay khi sự trượt nhỏ xuất hiện

• Liên kết neo cơ học: làm việc sau khi có sự trượt đầu tiên và phụ thuộchình dạng của bề mặt tiếp xúc

Từ 0 đến Pf, liên kết giữa thép và bê tông chủ yếu là liên kết lý – hóa Sau khixuất hiện vết nứt, liên kết ma sát và liên kết neo cơ học bắt đầu có tác dụng vìcó sự trượt nhỏ xuất hiện Độ cứng trở nên rất khác nhau do ảnh hưởng của cácdạng liên kết

Sự phá hoại của sàn liên hợp có thể xảy ra theo một trong các dạng sau (hình2.3):

• Dạng phá hoại I: phá hoại do moment dương (tiết diện I), xảy ra đối vớinhững sàn nhịp lớn với mức độ tương tác cao giữa thép và bê tông

Hình 2.3: Các dạng phá hoại sàn liên hợp

• Dạng phá hoại II: phá hoại do lực cắt dọc lớn, khả năng chịu tải tới hạnđạt được tại mặt tiếp xúc giữa thép và bê tông Dạng này xảy ra tại tiếtdiện II dọc theo chiều dài chịu cắt Ls

• Dạng phá hoại III: phá hoại do lực cắt theo phương đứng lớn gần gối tựa(tiết diện III) nơi lực cắt theo phương đứng là quan trọng Dạng này chỉcó thể nguy hiểm đối với bản có chiều dày lớn và nhịp bản ngắn chịu tảinặng

Ứng xử của sàn liên hợp (hình 2.4):

Hình 2.4: Ứng xử giòn và dẻo của sàn liên hợp

Phá hoại giòn hay dẻo phụ thuộc vào đặc trưng của mặt tiếp xúc giữa thép vàbê tông Bản có thép tấm định hình dạng lồi mở dễ ứng xử giòn, ngược lại bảncó thép tấm định hình dạng lõm có xu hướng biểu hiện ứng xử dẻo

2.1.2Lực cắt dọc trong sàn liên hợp [1]

Dạng phá hoại II của sàn liên hợp tương ứng với khả năng chịu cắt theo phươngdọc Phương pháp kiểm tra là đánh giá khả năng chịu cắt dọc τu tồn tại trênđoạn chịu cắt Ls và so sánh với lực tác dụng Khả năng chịu cắt dọc τu phụthuộc vào dạng thép tấm định hình và phải được thiết lập riêng cho tất cả théptấm định hình vì giá trị của nó là hàm số của sự bố trí cụ thể của hướng dậpnổi, điều kiện bề mặt,

Khả năng chịu cắt dọc của sàn được xác định bằng phương pháp bán thựcnghiệm m - k, được đề xuất bỡi Porter và Ekberg (1976) Phương pháp nàykhông dẫn tới việc tính toán khả năng chịu cắt dọc τu mà sử dụng lực cắt đứng

Vt để kiểm tra sự phá hoại do lực cắt dọc trên đoạn chịu cắt Ls.Phương pháp m - k

Phương pháp bán thực nghiệm m − k sử dụng công thức tham số tuyến tínhtrong đó tất cả các tham số đều có mặt:

Eurocode4 không xét khả năng chịu cắt dọc của bê tông và xác định đườngthẳng đặc trưng qua giá trị nhỏ nhất của mỗi nhóm thí nghiệm và giảm đi10%.Việc không kể đến tác dụng chịu cắt của bê tông do thấy rằng đối với các côngtrình nhà ở, khả năng chịu cắt dọc của bê tông không lớn nếu giới hạn chịu nén

fck nằm trong khoảng 25 đến 35M P a.Chiều dài chịu cắt Ls phụ thuộc vào dạng tải trọng Với tải trọng phân bố đềutrên nhịp L của dầm đơn giản, Ls bằng L/4 Giá trị này nhận được bằng cáchcân bằng diện tích dưới biểu đồ lực cắt cho trường hợp tải phân bố đều và trườnghợp hai tải tập trung tác dụng cách hai gối tựa một đoạn Ls Đối với dạng tảitrọng khác, Ls nhận được bằng cách tương tự Trường hợp sàn liên hợp đượcthiết kế theo sàn liên tục, cho phép sử dụng nhịp đơn tương đương giữa các điểmuốn khi xác định khả năng chịu cắt

Đường thẳng cắt dọc trên hình 2.6 chỉ có giá trị trong khoảng giới hạn nhấtđịnh, phụ thuộc vào nhịp của sàn, có thể xảy ra một trong ba dạng phá hoại.

Hình 2.6: Các dạng phá hoại phụ thuộc vào nhịp của sàn

Nếu khả năng chịu cắt của sàn không đủ, có thể làm tăng lên bằng cách sử dụngmột số dạng neo hoặc làm biến dạng cục bộ tấm thép định hình

2.2.1Phân loại liên kết [1]

Xét một dầm liên hợp Nếu không có liên kết chống cắt giữa sàn bê tông và dầmthép thì hai lớp vật liệu sẽ trượt tương đối với nhau và ứng suất do uốn trên mộttiết diện được thể hiện trong hình 2.7 Nếu khả năng chịu cắt dọc được cungcấp bỡi một dạng liên kết chống cắt thì ứng suất tại mặt tiếp xúc giữa hai lớpvật liệu trùng nhau, dầm làm việc như một cấu kiện liên hợp hoàn chỉnh

(a) Biến dạng(b) Ứng suất do uốn(c) Ứngsuất

cắt

• Trường hợp không có liên kết

• Trường hợp liên kết hoàn toàn

(d) Biến dạng(e) Ứng suất do uốn(f) Ứng suất cắt

Hình 2.7: Biến dạng, ứng suất uốn, ứng suất cắt của kết cấu liên hợp

Nếu xét trường hợp sử dụng liên kết hoàn toàn và dầm làm việc trong giai đoạnđàn hồi, gọi T là lực trượt trên một đơn vị chiều dài tại vị trí tiếp xúc giữa bêtông và dầm thép, thì T được tính theo công thức:

T = V.S

Với V: lực cắt theo phương đứng tại điểm tính toán

I: moment quán tính của tiết diện tương đương

S: moment tĩnh của tiết diện bản bê tông hoặc tiết diện thép lấy đối với trụctrung hòa

Một số loại liên kết đã được sử dụng như liên kết đinh mũ (headed stud), thépC (channel), hoop block, post-installed, thép T, perfobond, T-perfobond (hình2.8).

(a) Đinh tán(b) Thép C(c) Hoop block

đàn – dẻo với thềm dẻo tương ứng với sức kháng đặc trưng PRk và khả năngbiến dạng trượt lớn su Theo Eurocode4, một liên kết được coi là dẻo nếu biếndạng trượt su lớn hơn hoặc bằng 6mm, với điều kiện là phải bố trí đủ số liên kếtsuốt chiều dài nhịp dầm.

(a) Liên kết dẻo(b) Liên kết không dẻo

Hình 2.9: Đường cong quan hệ lực cắt - độ trượt của thí nghiệm push-out

Giá trị su ≥ 6mm sẽ thỏa mãn đối với liên kết đinh mũ nếu nó có chiều cao ítnhất bằng 4 lần đường kính và đường kính này nằm trong khoảng 16 đến 22mm.Điều này dùng cho sàn bê tông thường, nếu dùng bản sàn liên hợp với tấm thépđịnh hình thì biến dạng trượt có thể lớn hơn, khi đó su sẽ từ 10 đến 15mm vớiđiều kiện là đinh mũ phải đủ cao hơn đỉnh của các sóng tấm thép

Các dạng liên kết khác có thể xếp vào loại liên kết dẻo như: bu lông cường độcao, thép góc cánh mỏng được hàn hoặc thép góc dập nguội dùng liên kết đinh.Ngược lại các liên kết dạng khối cứng như: thanh thép hình chữ T, chữ C, được xếp vào loại liên kết không dẻo, biến dạng của liên kết chỉ do biến dạngcủa bê tông bị ép trên mặt tiếp xúc với liên kết

2.2.2Sự truyền lực cắt trong liên kết

Trong các loại liên kết kể trên thì liên kết chống cắt dạng đinh (head stud) đượctiến hành nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới Slobodan Rankovic,

Dragolijub Drenic [2] đã tiến hành nghiên cứu và minh họa việc truyền lực cắttrong liên kết chống cắt dạng đinh Theo đó, dưới tác dụng của tải trọng, lựccắt P xuất hiện và truyền từ chân của liên kết cắt vào bản bê tông như hình2.10.

Hình 2.10: Sự phân bố lực cắt của liên kết dạng đinh [2]

LựcPw xuất hiện với góc nghiêng nhỏ phía trên đường hàn liên kết chốt và cánhdầm thép Với sự gia tăng áp lực trong bê tông, tại chân của liên kết, bê tôngbị vỡ ra và lực cắt được truyền vào thân của chốt thông qua lực PB Điều nàygây ra biến dạng dẻo do uốn trong thân chốt và nó cũng làm xuất hiện lực kéotrong chốt Do lực kéo này trong liên kết cắt mà phát sinh ứng suất kéo trongbê tông, nhất là tại đầu của chốt

Bên cạnh đó lực kéo trong chốt còn làm xuất hiện lực ma sát tại vị trí tiếp xúcgiữa bê tông và cánh trên của dầm thép (lực PB) Thành phần nằm ngang củalực kéo ký hiệu là Pz được truyền vào chân của liên kết cắt Trong trường hợpnày liên kết phá hoại ngay phía trên đường hàn do tác động của lực kéo và lựccắt Điều này làm xuất hiện vết nứt xiên mà có điểm gốc tại đầu của chốt liênkết như hình 2.11

Hình 2.11: Dạng phá hoại của liên kết dạng đinh [2]

2.2.3Đánh giá khả năng chịu lực của một số dạng liên kết

chống cắt

Việc nghiên cứu ứng dụng và phát triển kết cấu bê tông - cốt thép liên hợp dùngtrong các lĩnh vực cầu đường, nhà cửa và các dạng công trình kỹ thuật khác đãvà đang được rất nhiều quốc gia quan tâm Hiện nay có rất nhiều công trìnhnghiên cứu liên quan đến các dạng liên kết chống cắt, một số kết quả điển hìnhđược liệt kê tóm tắt ở đây

JORGEN G OLLGAARD và cộng sự [6] nghiên cứu khả năng chịu lực của liênkết dạng đinh với bê tông thường và bê tông nhẹ bằng thí nghiệm push-out Tácgiả đã đề xuất công thức tính toán khả năng chịu cắt của đinh theo cường độvà mô đun đàn hồi của bê tông, đưa ra được công thức quan hệ giữa chuyển vịvà tải trọng

MD KHASRO MIAH [7] phân tích biến dạng của liên kết chống cắt trong kếtcấu liên hợp Theo đó, việc khảo sát đo lường biến dạng ở chân liên kết đinhtán bằng thực nghiệm tương đối khó khăn, khả năng chịu lực của chân liên kếtvà vùng bê tông xung quanh có thể xác định bằng phương pháp số Các tác giảđã đề xuất mô hình tính cũng như các thông số vật liệu cho mô hình và biểu đồứng xử của liên kết

EHAB ELLOBODY, BEN YOUNG [8] đã thực hiện các nghiên cứu thực nghiệmđối với liên kết dạng đinh trong kết cấu liên hợp có sử dụng tấm tôn sàn đặt

vuông góc với dầm thép Nội dung chính của nghiên cứu là phát triển mô hìnhphần tử hữu hạn nhằm khảo sát ứng xử của liên kết Phần mềm ABAQUS đượcsử dụng, kết quả mô phỏng được so sánh với các công thức tính toán cườngđộ liên kết theo AISC, BS5950 và EC4 Các tác giả đã đưa ra các biểu đồ lực- chuyển vị và phân tích sự ảnh hưởng của các yếu tố cường độ bê tông, kíchthước tấm tôn, đường kính và chiều cao của chốt đến khả năng chịu lực của liênkết Kết quả cho thấy, khả năng chịu lực của liên kết được tính toán theo tiêuchuẩn AISC và BS5950 cao hơn so với mô phỏng khoảng 25% Trong khi đó, kếtquả tính bằng EC4 tương đối gần với mô phỏng nhất.

A.L.SMITH, G.H.COUCHMAN [9] đã tiến hành thí nghiệm push-out trên 27mẫu sử dụng liên kết chống cắt dạng đinh có sử dụng tấm tôn định hình Kếtquả thí nghiệm cho thấy, nếu dùng hai đinh liên kết tại một vị trí thì khả năngchịu lực tăng khoảng 16% so với việc chỉ dùng một đinh Ngoài ra, khi sử dụnglưới thép đặt dưới đầu đinh thì khả năng chịu lực sẽ tăng khoảng 30% so vớitrường hợp đặt dưới lớp bảo vệ tính từ mặt sàn cho cả hai trường hợp đặt mộtvà hai đinh

M M ABBASS và các cộng sự [10] nghiên cứu cường độ và ứng xử của liênkết dạng đinh dùng cho sàn bê tông cốt thép, thí nghiệm với 7 mẫu khác nhauvề đường kính chốt và cường độ bê tông Kết quả cho thấy, khi tăng đường kínhchốt liên kết và cường độ bê tông tăng thì khả năng chịu cắt của liên kết cũngtăng Khi tải trọng còn thấp thì biến dạng trượt tương đối nhỏ, tại vị trí đạt80% tải lớn nhất thì biến dạng tăng nhanh cùng với sự phá hủy ở bản bê tông.SHERVIN MALEKIN và SAMAN BAGHERI [11] nghiên cứu ứng xử của liênkết chống cắt dạng chữ C trong các trường hợp sử dụng bê tông thường, bê tôngcốt thép và bê tông sợi Thí nghiệm tiến hành trên 9 mẫu chịu tác dụng của tảitrọng thường và 7 mẫu chịu tải trọng lặp Nghiên cứu đã phân tích mức độ ảnhhưởng của các loại sợi cũng như hàm lượng cốt thép đến khả năng chịu lực củaliên kết Kết quả cho thấy, sự phá hoại của mẫu chủ yếu xảy ra trong bê tôngvà ứng xử của liên kết được xếp vào loại liên kết dai Bên cạnh đó mô phỏng

liên kết trên phần mềm Ansys được thực hiện để so sánh kết quả với lý thuyếtvà thực nghiệm [12].

MAHDI SHARIATI [13] tiến hành nghiên cứu ứng xử của liên kết chống cắtdạng chữ C với các bê tông thường, bê tông có cốt thép và bê tông nhẹ Kếtquả của thí nghiệm cho thấy rằng, khả năng chịu lực của liên kết khi sử dụng bêtông nhẹ giảm 20% so với bê tông thường Liên kết dài hơn cho độ dai lớn hơn.Với mẫu bê tông thường không đặt cốt thép thì độ dai tương đối nhỏ, kết cấu bịphá hoại giòn Khi cùng so sánh cùng một kích thước liên kết thì cốt thép làmkhả năng chịu lực và độ dai cho liên kết

Liên kết chống cắt dạng perfobond được nghiên cứu nhiều trong những năm gầnđây Trong một số công trình đã được công bố, các tác giả đã nghiên cứu ứngxử của liên kết cũng như xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến chúng và đề xuấtmột số mô hình tính toán cho dạng liên kết này

M.R.VELDANDA, M.U.HOSAIN [14] đã tiến hành thí nghiệm so sánh khảnăng chống cắt của liên kết dạng đinh và liên kết dạng perfobond chốt kín.Kết quả cho thấy với những mẫu có bề dày bản bê tông là 100mm thì một lỗperfobond có khả năng chịu lực tương đương với năm liên kết đinh kích thướcl6mm×75mm Ngoài ra, khi sử dụng thêm cốt thép xuyên qua lỗ thì khả năngchịu lực tăng khoảng 50% khi sử dụng sàn dày 100mm và 40% khi sử dụng sàndày 150mm

E.C.OGUEJIOFOR, M.U.HOSAIN [15] tiến hành mô phỏng thí nghiệm out với 40 mẫu dùng liên kết perfobond đóng kín, xem xét các yếu tố ảnh hưởngđến khả năng chịu lực của liên kết và từ đó đưa ra phương trình tính toán khảnăng chống cắt qu của liên kết

push-ISABEL VALENTE và PAULO J.S.CRUZ [16] đã thực hiện khảo sát thựcnghiệm sự trượt giữa bê tông và thép khi sử dụng liên kết dạng perfobond đóngkín với bê tông nhẹ Thí nghiệm được tiến hành với 4 nhóm mẫu, các thông sốđược khảo sát là cường độ bê tông, hàm lượng cốt thép đặt trong liên kết vàkhoảng cách các lỗ Chương trình thí nghiệm nhằm đánh giá ứng xử của liên kết,

đồng thời so sánh với kết quả tính từ công thức thực nghiệm của Ouguejiofor vàHosain đã nghiên cứu trước đó Kết quả cho thấy, tải phá hoại tính bằng côngthức này nhỏ hơn so với giá trị thực nghiệm khoảng 20% Bên cạnh đó, việc sửdụng liên kết perfobond với bê tông nhẹ cho kết quả độ dai liên kết rất nhỏ (δu

= 1.39 - 2.2mm).PETER CHROMIAK, JIRI STUDNICKA [17] đã tiến hành thí nghiệm với liênkết perfobond có dạng như hình 2.12 Theo đó, thí nghiệm push-out được tiếnhành trên 12 mẫu với đường kính lỗ 32mm và 16 mẫu với đường kính 60mm.Loại liên kết này cho biến dạng trượt δu khoảng 1.8 đến 2.2mm

(a) Đường kính lỗ 60mm(b) Đường kính lỗ 32mm

Hình 2.12: Kích thước và hình dạng perfobond

TUE và VINH [4] đã tiến hành các khảo sát thực nghiệm đối với hai dạngperfobond đóng và mở tiết diện lỗ tròn Bản sàn được làm bằng bê tông cườngđộ siêu cao với cường độ nén 150M P a Kết quả cho thấy, liên kết perfobond cókhả năng truyền lực tốt; khả năng chịu lực của hai loại liên kết này cho kết quảgần như nhau Ngoài ra công trình nghiên cứu đã đưa ra được phương trìnhtham số dự đoán khả năng chịu tải trọng tới hạn của liên kết

J.DA.C.VIANNA và các cộng sự [18] đã tiến hành khảo sát ứng xử của liên kếtperfobond và T-perfobond Các tác giả đã tiến hành 12 thí nghiệm push-out theotiêu chuẩn EC4 Thí nghiệm được chia thành 2 nhóm chính: liên kết perfobond2 lỗ và liên kết perfobond 4 lỗ (hình 2.13), với bề dày của bản sàn bê tông là120mm và 200mm Kết quả của thí nghiệm này cho thấy:

Hình 2.13: Mẫu thí nghiệm với Pefobond và T-pefobond

• Đối với perfobond: khi bề dày của bản bê tông tăng thì khả năng chịu lực

PRk tăng và biến dạng trượt δu cũng tăng Số lượng các lỗ trong liên kếtkhông ảnh hưởng nhiều đến khả năng chịu lực

• Đối với T-perfobond: dạng liên kết này cho khả năng chịu lực tốt hơn, tuynhiên độ dai của liên kết lại nhỏ hơn so với liên kết perfobond Nếu so sánhvới cùng dạng liên kết T-perfobond thì khi tăng bề dày sàn từ 120mm lên200mm thì khả năng chịu cắt tăng 26% và giá trị này cũng tăng khi thayđổi hình dạng từ 2 lỗ sang 4 lỗ

Hình 2.14 mô tả dạng phá hoại của mẫu sau khi kết thúc thí nghiệm

Hình 2.14: Dạng phá hoại bản bê tông và liên kết T-perfobond

Trong ngành xây dựng cầu, kết cấu liên hợp thép - bê tông đang được ứng dụngrộng rãi, trong đó liên kết dạng cắt liên tục dựa trên nguyên lý làm việc của

chốt bê tông đang được quan tâm và ứng dụng ở một số quốc gia như Đức, BaLan Năm 2010, W.LORENC, E.KUBICA, M.KOZUCH [19] đã nghiên cứu quátrình làm việc của dạng liên kết dùng cho cầu, theo đó liên kết được tạo ra bởiđường cắt liên tục tại bụng dầm I của VFT-WIB [3] Hình 2.15 minh họa môhình kết cấu và đường cắt trên bụng dầm Tác giả đã tiến hành các thí nghiệmpush-out và thí nghiệm trên dầm.

Hình 2.15: Hình dạng liên kết perfobond của VFT-WIB [3]

Năm 2006, Hyeong-Yeol Kim, Youn-Ju Jeong [20] đã thực hiện khảo sát ứngxử của sàn cầu liên hợp thép – bê tông dùng liên kết perfobond Để kiểm chứnghiệu quả ứng dụng hệ sàn này, các thí nghiệm push-out, full-scale flexural, vàliên kết dầm - sàn cho mỗi loại tấm định hình đã được tiến hành Kết quả củanhững thí nghiệm cho thấy rằng liên kết perfobond sử dụng rất hiệu quả đểchống cắt trong sàn liên hợp

Năm 2009, Youn-Ju Jeong, Hyeong-Yeol Kim, Hyun-Bon Koo [21] đã tiến hànhkhảo sát khả năng kháng cắt của sàn liên hợp thép – bê tông sử dụng liên kếtperfobond Trong nghiên cứu này, sàn cầu liên hợp thép – bê tông chịu tác dụngcủa tải trọng bề mặt, khả năng kháng cắt dọc được đánh giá bằng phương phápm–k Các thí nghiệm push-out và full-scale flexural được tiến hành với các liênkết chống cắt dùng dạng perfobond giống nhau và khả năng kháng cắt tươngứng được đánh giá và so sánh với nhau Kết quả cho thấy rằng, khả năng khángcắt của sàn chịu tải trọng bề mặt, trường hợp đoạn chịu cắt dài, tương đươngvới kết quả của thí nghiệm push-out Tuy nhiên, trường hợp đoạn chịu cắt ngắn,kết quả không tương đương vì lực ma sát giữa tấm thép và bê tông tăng lên

Hiện nay việc ứng dụng liên kết chống cắt cho dầm sàn liên hợp trong thực tếthi công công trình của nước ta chủ yếu là dùng liên kết dạng đinh Các nghiêncứu khác về bê tông cốt thép liên hợp vẫn còn hạn chế, đến nay chưa thấy cácđề tài nghiên cứu ở Việt Nam đối với liên kết dạng perfobond, cũng như là chưaứng dụng dạng liên kết này ngoài thực tế thi công công trình.

Nguyên lý chịu lực của liên kết là dựa vào khả năng chịu cắt của chốt bê tôngxuyên qua tấm thép được mô tả theo hình 2.17, nguyên lý này được giới thiệuđầu tiên bởi Leonhardt và cộng sự Theo đó dưới tác dụng của lực dọc, liên kếtsẽ ngăn cản sự trượt tương đối giữa bản bê tông và dầm thép

Hình 2.17: Nguyên lý làm việc của chốt bê tông [4]

2.3.2Liên kết chống cắt dạng perfobond mở

Liên kết chống cắt dạng perfobond mở cũng dựa trên nguyên lý làm việc củaliên kết dạng perfobond đóng kín Trong phạm vi đề tài này, ứng xử của liên kếtperfobond mở (một số tài liệu gọi tên là Crestbond) sẽ được nghiên cứu, hình2.18 minh họa hình dạng của liên kết perfobond mở sử dụng trong nghiên cứunày

Hình 2.18: Liên kết dạng perfobond mở

Việc sử dụng loại liên kết perfobond dạng mở có một số lợi ích sau:

• Hình dạng của liên kết có thể được cắt tự động bằng máy CNC

• Với một đường cắt có thể cho hai tấm liên kết (nếu đối xứng)

• Cường độ của tấm thép cho liên kết và dầm có thể như nhau, quá trìnhgia công chế tạo dầm tương đối đơn giản bằng hệ thống hàn tự động

• Dễ dàng cho việc đặt cốt thép sàn khi thi công

2.3.3Một số công thức dự đoán khả năng chịu cắt của liên

kết perfobond

Trong tiêu chuẩn EC4 chỉ có phần tính toán lý thuyết cho trường hợp liên kếtchống cắt kiểu đinh mũ, còn liên kết chống cắt dạng perfobond đã được các nhàkhoa học nghiên cứu và đưa ra được các công thức thực nghiệm sau:

OGUEJIOFOR và HOSAIN [15] đã thành lập biểu thức tính toán khả năngchịu cắt của liên kết perfobond như sau:

qu = 4.5htfc0+ 3.31nd2pfc0+ 0.91Atrfy (2.4)

Với h: chiều cao của perfobond

t: chiều dày của perfobond

fc0: cường độ chịu nén của bê tông

n: số lượng lỗ trong perfobond

d: đường kính lỗ

Atr: diện tích cốt thép xuyên qua lỗ

fy: giới hạn chảy của thép

MEDBERRY và SHAHROOZ [22] cũng đưa ra công thức tính qu dựa trên kếtquả thí nghiệm push-out như sau:

Với b: chiều dày của sàn (mm)

h: chiều dài của sàn ở phía trước liên kết (mm)

bf: chiều rộng cánh dầm (mm)

Lc: chiều dài phần tiếp xúc giữa bê tông và cánh dầm thép (mm)

VERISSIMO và cộng sự [23] đã đánh giá khả năng chịu cắt của liên kết dựatrên công thức của Oguejiofor và Hosain như sau:

qu = 4.04n

bhtf

0c+ 2.37nd2pfc0+ 0.16Accpfc0+ 31.85 × 106(Atr

Acc) (2.6)Với Acc: diện tích bê tông chịu cắt dọc (mm2)

AL-DARZI và cộng sự [24] tính khả năng chịu cắt của một chốt liên kết fobond theo công thức sau:

per-qu= 255.31 + 7.62 × 10−4htfc0− 7.59 × 10−7Atrfy+ 2.53 × 10−3Ascpfc0 (2.7)

Với Asc: diện tích bê tông tại các lỗ

USHIJIMA và cộng sự [25] đưa ra công thức dự đoán khả năng chịu cắt củamột chốt bê tông như sau:

quho= 3.38d2

r

tdf

0

Với d: đường kính lỗ (mm)

t: chiều dày của perfobond (mm)

fc0: cường độ chịu nén của bê tông (M P a)

MARECEK và cộng sự [26] đưa ra công thức tính khả năng chịu cắt tổng cộng(Pdouble) từ khả năng chịu cắt của mỗi chốt (Prk):

Pdouble = kdPrk (2.9)

kd = 166 + b − 100

14000≤ 1.85 (2.10)Với b: khoảng cách giữa các lỗ (mm)

TUỆ và VINH [4] đã đưa ra phương trình tham số tính toán khả năng chốngcắt của pefobond trong trường hợp sử dụng bê tông cường độ siêu cao (fc0 = 146- 171 M P a) như sau:

fck: cường độ chịu nén của bê tông (M P a)

fyr, fya: cường độ chảy dẻo của thép cốt thép và thép kết cấu (M P a)

Ar, Arf : diện tích mặt cắt ngang cốt thép đặt trong lỗ liên kết và đặt trong bêtông (mm2)

2.3.4Triển vọng áp dụng của liên kết perfobond

Hiện nay, loại liên kết chịu cắt kiểu đinh mũ được sử dụng rộng rãi trên thế giớivà ở nước ta Tuy nhiên loại liên kết này có một số nhược điểm khi sử dụng đólà dưới tác dụng của tải trọng lớn thì xảy ra hiện tượng trượt giữa liên kết vàbê tông (với bê tông thường), hoặc bị phá hoại cắt tại chân đinh tán (với bêtông cường độ cao), hoặc có thể xảy ra hiện tượng phá hoại do mỏi tại khu vựcđường hàn Ngoài ra khi thi công đòi hỏi sử dụng thiết bị hàn chuyên dụng [4]

Với những kết quả đạt được của đề tài, loại liên kết này khi ứng dụng sẽ khắcphục được những nhược điểm của liên kết chống cắt bằng đinh mũ, tạo đượcđiều kiện thuận lợi cho thi công