Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Ứng xử chịu lực của dầm liên hợp bê tông - thép tiết diện chữ T ngược sử dụng liên kết Perfobond

Nghiên cứu này tập trung khảo sát thực nghiệm và đánh giá ứng xử của dâm liênhợp thép — bê tông cốt thép sử dụng thép hình dạng chữ T ngược cùng liên kếtkháng cắt perfobond dạng mở.. Liê

LE HOÀNG PHƯƠNG

UNG XỬ CHỊU LỰC CUA DAM LIÊN HỢP

BE TONG - THÉP TIẾT DIỆN CHỮ T NGƯỢC

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Bùi Đức Vinh

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Lê Văn Phước Nhân

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Ngô Hữu Cường

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Minh Long

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Truong đại hoc Bách Khoa, DHQG Tp.HCMNgày 09 tháng 09 năm 2013

1 TS Nguyễn Sỹ Lâm

2 TS Lê Văn Cảnh3 TS Ngô Hữu Cường

4 TS Nguyễn Minh Long

5 TS Bùi Đức VĩnhCHỦ TỊCH HỘI DONG TRƯỞNG KHOA

TS NGUYEN SY LAM TS NGUYEN MINH TAM

-

-000 -NHIEM VU LUAN VAN THAC Si

Ho va tén hoc vién: LE HOANG PHUONG Phai: NAMNgày, tháng, năm sinh: 15-06-1977 Nơi sinh: TIỀN GIANG

Chuyên ngành: Xây Dựng Dan Dụng - Công Nghiệp MSHV: 11210244-Khoa: 2011

TS LE VAN PHUOC NHANNội dung va dé cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Tp HCM, ngày 28 tháng 06 năm2013

CÁN BỘ HƯỚNG DAN KHOA QL CHUYEN NGANH

TRUONG BANQUAN LY CHUYEN NGANH

Trước tiên tôi xin chân thành sửi lời biết on sâu sắc đến 2 thay TS.Bùi Đức Vinh và TS Lê Văn Phước Nhân đã tận tình hướng dẫn cũng như truyềnđạt cho tôi những kiến thức quý báo trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đểhoàn thành bài luận văn này.

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thay cô trong khoa Xây Dựngtrường Dai Hoc Bách Khoa đã trang bị cho tôi những kiến thức can thiết giúp tôi ratnhiêu trong bài luận văn cũng như ứng dụng cho cuộc sông và nghiên cứu sau này.

Xin chân thành cảm ơn các anh chi em trong công ty Hoàng VinhT.R.C.C đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi hết mình trong giai đoạn chế tạo mẫu và tiễnhành thí nghiệm tại công ty.

Tôi cũng xin cảm ơn công ty XI mang Sai gon đã tài trợ nguyên vậtliệu xi mang cho nhóm chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện chế tạo mẫuthí nghiệm.

Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình và các anh em bạn bè đã hết lònggiúp đỡ và động viên tôi những lúc khó khăn trong thời gian thực hiện dé tài luậnvăn.

Xin chân thành cảm ơn.

TP.HCM, ngày 28 tháng 06 năm 2013

LÊ HOÀNG PHƯƠNG

Nghiên cứu này tập trung khảo sát thực nghiệm và đánh giá ứng xử của dâm liênhợp thép — bê tông cốt thép sử dụng thép hình dạng chữ T ngược cùng liên kếtkháng cắt perfobond dạng mở Chương trình thực nghiệm tiến hành trên 3 mẫu dầmliên hợp với kích thước lớn với chiều dai lên đến 4.0m Các mau thí nghiệm đượcthiết kế có sự khác biệt về hình dạng và cường độ của bản bê tông nhưng giốngnhau về hình dang và kích thước của dầm thép hình T Liên kết perfobond dạng tiếttiết điện mở đối xứng, số lượng cốt thép trong mỗi chốt bê tông được áp dụnggiống nhau cho tất cả các mẫu thí nghiệm.

Mục tiêu của khảo sát thực nghiệm nhăm nghiên cứu ứng xử của dầm liên hợp

và đánh giá khả năng làm việc của liên kết perfobond sử dụng trong dâm Thôngqua các thông số đo được bao gồm: lực -độ võng, trượt tương đối tại mặt tiếp xúcgiữa bản bêtông va dam thép, biến dang của bản bêtông và thép hình, bién dạng củaliên kết perfobond

Bên cạnh các khảo sát thực nghiệm, mô phỏng phân tử hữu hạn với phi tuyết vậtliệu cũng được thực hiện dé bổ sung những kết quả mà thực nghiệm chưa làm được.Mô hình dam liên hợp được mô tả với các kích thước giống như mẫu thí nghiệm vàđược hiệu chỉnh với kết quả thí nghiệm Kết quả mô phỏng khá tương đồng so vớikết quả phân tích từ thực nghiệm, điều đó cho thây độ tin cậy và tính khả thi củaphương pháp mô phỏng.

Ngoài ra, các so sánh với dầm liên hop sử dụng thép hình chũ I thông thườngcũng được thực hiện nhăm hướng tới đề xuất một thiết kế hợp lý nhất cho loại đầmnay trong từ trường hợp cụ thé

Từ khóa: Kết câu liên hợp, liên kết perfobond, perfobond hở

Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của ca nhân,

được thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Bùi Đức Vinh và TS.Lê Văn Phước

Nhân.Các số liệu, kết quả được trình bảy trong luận văn này trung thực và chưa từngđược công bố dưới bat kỳ hình thức nao

Tôi xin chiu trách nhiệm vê nghiên cứu của mình.

Học viên

Lê Hoàng Phương

CHƯƠNGI: GIỚI THIỆU -5222-2222222222212212212E2E2 Lee |1.1 Kết cấu liên hợp thép-bê tông cốt thép 2S v11 11 11111111151 11811558E111EEyEg |

1.2 Động lực cho nghiên CỨU c2 1111111111111 11 111121111111 1211111111111 11 sa 3

13 Mục tiêu và giới hạn của (Ok SH HH nh nhe 414 Nội dung và ý nghĩa của dé tài ST 1 1n T1 SE EE t2 1x HH HH HH rao 5

1.4.1 Nội dung nghiên CUU o.oo eit 1e 5

1.4.2 — Ý nghĩa dé tate ccccccccccccecsccsescssseeeseevecsesvsseevevevssesetesvevevsvteetsnsvsvsven 51.5 _ Câu trúc luận Van cece cece cesses 22 22212212112212211112112112112212112.2111 Ea 5

CHƯƠNG2: ccc cece cet ee 111 11111011111 1111111 1111111111 1H H1 tk Hà Hưng 6

¡9/6900 ` 6

2.1 Giới thIỆUu c2 2222001012121 11 11212 1111 eee eee eee 6

2.2 Cac giai đoạn làm việc của dam liên hợp 0200000000201 11 11111111 x ng 72.3 _ Liên kết chong cắt dạng đinh mũ - 22s S113 11 S15115151111111551E 511111 tưyg 824 Lién kết chong cắt dang perfobond -S s1 113111 1111111111581 115111 krrrg 102.5 Ứng xử của dâm liên hợp compoSife - - -SS s11 E151 1211111111281 1111EEtEtkrrreg 112.6 Dam liên hợp dạng T ngược với liên kết cắt kién perprobond - 122.7 Mô phỏng Phân tử hữu hạn cho dâm liên hợp 5: s3 521 232E2EE5255EEExx2 142.8 Trinh tự thiết kế dam theo Eurocode 4 2 SE 2511151 hen 152.9 _ Tính moment dẻo cho dâm liên hop đơn giản - 5 n3 2211 2351211115EEEEEtxg 162.10 KẾtluận 22 1 2122122122121 2222.212 rrre 18CHUONG3: KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM 25: 2222222222122 2E Eree 19

3.2 _ Nguyên ly và mô hình thí nghiệm kích thước lớn (large scale) - 203.2.1 Nguyên ly thí nghiệm xác định khả năng chịu lực -: 20

3.2.2 Thí nghiệm các tính chất cơ lý của Bê tông s5 cncn S21 Ex re 213.3 Thí nghiệm uốn dầm 2 ST Tnhh HH HH he ha 223.3.1 _ Thiết kế mẫu thí nghiệm - - 11 1 3121155151 111215111 111171101 tt ra 22

3.3.2 Nhóm mẫu và mục tiêu khảo sát eee 2:22 2221211212111111112122 tre 25

3.3.3 Chế tạo mẫu và chuẩn bị thiết bị thí nghiệm - 22 22s SE 12E E822 25

3.4.1 Kết quả tóm tắt S ST TH TT HH HH HH HH HH HH tư 323.4.2 Ứng xử chung của mau thí nghiệm 2-2 t1 S1 11113131351 E15155515111x 115% 353.4.3 Kết quả thí nghiệm dâm TÌ - 1 2s E51 1119551511111111111112E1E 8t tri 363.4.4 Kết quả thí nghiệm dâm T2 - 1 21 E551 111955151 1111111111115 818tr ng 403.4.5 _ Kết quả thí nghiệm dâm T2 - 212 551111955151 111111111111112E1 8t tri 443.4.6 So sánh kết quả thí nghiệm c2 221111955151 11111111111112EE 8t ri 473.4.7 Đánh giá dạng phá hoại chung của đâm - 2: SE E23 2115155515111 1E5xE 513.5 So sánh kết quả thực nghiệm với nghiên cứu khac e ce ccecccceecseseeeeeeeeveeseeeeee 53

3.5.1 Giới 00 00 o] | ccc cree 53

3.5.2 So sánh kết Quac ccececcccccccccccceececsescescsvsesceevsevsvsvsseessessevevssusravsveveveveveeseneen 543.5.3 So sánh biểu dO cee cec cesses eeseessecesueeeceessiessessitsnsiisstsesessesressseees 543.5.4 _ Nhận xét kết Qua ccc cccccccccccecsesceeceesesceeveveesesvssseesesevsvesustsvsveveveveveeeneen 563.6 Kếtluận Q.22 12221112 221211211122112112212 11a 573.6.1 Ảnh hưởng của việc thay đổi hình dang mặt cắt ngang bản bê tông 573.6.2 Anh hưởng của mac bê tÔng - - c SE 111 955151 11111111111 1111 8t He ng 573.6.3 Ảnh hưởng của tâm thép làm perfobond - 2S E153 5515155115111 1xE 583.6.4 Đánh giá kha năng sử dung của dâm liên hợp dang T ngược sử dung liên kết

perfobond - - - 2210112111111 1111 11111111155 11511111 n TT nnnEknT KT kho 58

CHƯƠNG4: MÔ PHONG PHAN TU HỮU HAN 2000 2222222222222 59

42 Mo hình vat lu cece ccc ccccceccccucceceeeeceresuteeeseerseseeeeerseeetseeeneettaes 60

42.1 Dam thép hinh oo cccccccccceeereeeeeeeeees Error! Bookmark not defined

42.2 Sànbêtông Error! Bookmark not defined.

42.3 Cốt thép trong ban sàn bê tông Error! Bookmark not defined.42.4 Cho liên kết Perfobond - c1 1 1 1111212 5112111 ne nêu 6543 Mô hình phân tử hữu hạn cho thí nghiệm L2 2 cece cece cece ee ee eee eees 66

43.1 Mô hình hình hoc mẫu thí nghiệm 2 1 S211 E 515312151 E1151 111 2111 8 tran 66

4.3.2 Chia lưới phan ter occ cccccccccccsccescececccusceeseseesvevevsvsvsseceesesesseevevevsveseeeees 66A3.3 Điều kiện tiẾp XÚC 1S ST n1 HT tt H Hà HH HH ung 674.3.4 Khai báo điều kiện biên - S22 1211221121212111221.1 11 re 67

41 Hiệu chỉnh mô hình 02200000000 ccc 11111111 11T 1kg TT kg TK TT TT TT Ty 67

4.2 _ Kết quả phân tích phan tử hữu hạn S1 13111181 1111151 5151515151111 1 1E rt 68

443 Kếtluận 0.2220 0 212 222 nrrg 71CHƯƠNG5: KẾT LUẬN ẰẶ 222222 221226 735 KẾtluận 2 2222222122221 1221 T2 1u 73

5.1.1 Kết quả thí nghiệm, các yếu tô ảnh hưởng đến khả năng làm việc của dam

liên hợp dạng T ngược sử dụng liên kêt perfobond - 22 2222 +2 222122212322 xxsse2 73

5.1.2 _ Đánh giá khả năng sử dụng của dam liên hợp dạng T ngược sử dụng liên kết

perfobond Ef n ttt KT n TK ko 74

5.1.3 Mô phỏng phan tử hữu hạn cho thí nghiệm - 22s SE SE EzErsrreeg 745.2 _ Hướng phát triển của dé tài 2 SE 111111 11011111 E2 HH HH erg 75

Hình 1-1: Câu vượt Lăng Cha Cả - 2 1S 1112151 1111111111111 1111515051101 21E1 11t He nở |Hình 1-2 Một số tiết diện điển hình của dầm liên hợp thép — bê tông cét thép 2Hình 1-3: Dam liên hop dạng chữ I và T ngược -. + scs S21 5E21111111515551E11 18x xerereg 3Hình 2-1 Hình dạng của tiết diện dầm liên hop [6] - 5.5: c3 311 11E235E11511555515EE xe teg 6Hình 2-2: Biéu đồ ứng suất - biến dạng [ 14] 2: S13 111 E55515111111E181 11511 EEtx kg 6Hình 2-3: Các giai đoạn chiu tải của dầm liên hợp [4] - - eee 7Hình 2-4: Chi tiết đinh mũ được sử dụng phô biến hiện nay - 2 2S 3312351 sx2 8Hình 2-5: Một số dạng liên kết Perfobond [13] 0.c.cccccccccccccceseseseeceseevevsvsvsvsceeesveveveveeeeees 10

Hình 2-6 Thí nghiệm của E.G Oguejiofor and M.U Hosaln -55: 12Hình 2-7 Thí nghiệm của B S Jayas and M.U.Hosal c2 22 2222222222221 s+2 12

Hình 2-8 Mô hình mẫu dam thí nghiệm dầm composite của Li và cộng sự [I2] 12Hình 2-9: Mẫu thí nghiệm uốn dam I [4] - i1 SE 3139151 125355151E151515155151 21111151 EEeE 13Hình 2-10: Mẫu thí nghiệm uốn dầm T ngược [4] -.- i2: s2 E1E5151155112551211x1x 2E EeEtre 13Hình 2-11 :Mô hình mô phỏng dam composite của Vinh[4] c ccccxcxxzEssEsExse2 14Hình 2-12 Mô hình mô phỏng dầm composite của Q.Q.Liang và cộng sự[ 17] 15Hình 2-13 Biểu đồ ứng suất dẻo khi trục trung hoà đi qua tam đan (mômen uôn dương) 16Hình 2-14 Biểu đồ ứng suất dẻo khi trục trung hoa đi qua bản cánh dam thép 17Hình 2-15.Biéu đồ ứng suất khi trục trung hoà đi qua bản bung dam thép - 18Hình 3-1: Hình dạng dầm composite dạng T ngược với liên kết Perfobond 19Hình 3-2: Mẫu dâm T1-T2-T - 2¿- + 221151512212112121112112111121111121212211121 ra 23Hình 3-3: Hình dạng liên kết Perfobond dạng Omega - SE 33v 5551212111155 11E1Ee 25Hình 3-4: Hàn tô hợp bụng vào bản cánh dầm thép - 2 2S E351 125155121211111 15111 EtEe 26Hình 3-5: Lap đặt cốp pha - 2S 1 1112511 11111511111111111 01052 11 81121 HH Ho 26Hình 3-6: Gia công cốt thép 2 2S 3 2111 11111511111111111E1105 21121 tt 2tr nga 26Hình 3-7: Dan Strain Gauges đo biến dạng Perfobond ¿222 222cc csxssssk2 26Hình 3-8: Hoàn thành đỗ bê tông - S1 S11 1125151 11111111111111111E81 01 21K HH HH riyg 26

Hình 3-9: Mẫu thí nghiệm hoàn chỉnh S2 2121 E1 1121515151 12121121 18 22tr 26Hình 3-10: Mô hình mẫu thí nghiệm 2 E22 SE 2111 1515551125511 82152181 tr nền 28

Hình 3-11: Dua đầm vào vị trí thí 7054 Oo) cc c1 2222212211111 11111 81 2x s2 29Hình 3-12: Lap đặt thiết bi đo biến dạng trượt LVDT 5-6-7- ác nnnnreg 30Hình 3-13: Lap đặt thiết bị đo chuyển vị LVỤDT1-2-3-4 5 St 111215122122 tre reeg 30Hình 3-14: Lap đặt thiết bị đo biến dạng bụng dâm SG7-§-9-10 - cty 30Hình 3-15: Lap đặt thiết bị đo biến dạng bản bê tông SG5-6 2 3n 1211111 ty 30Hình 3-16: Lắp đặt thiết bị Load-Cell với tải trọng nén tôi đa 100 Tắn -s.sscneneằ 31Hình 3-17: Setup hệ thông thu thập số liệu chuẩn bị thí nghiệm oo eee eee 31Hình 3-18: Sơ d6 gia tải -á- ST T111 T11 t TH HH HH HT HH HH HH HH tưng 31Hình 3-19: Phá hoại điển hình của dầm 22 2 TS SE 115551111551 15H ryn 35Hình 3-20: Quan hệ luc-d6 võng dâm T1-T2-T2 2 2s 3 S51 155155151515155151111x121xEEtxe 35Hình 3-21: Độ võng Dâm T1-T2-T3 tại Puay 5.2 5 2221221112121 212181 gen 36Hình 3-22: Biểu đồ quan hệ lực-độ võng của dầm TÌ 22 S2 TT nhe 38Hình 3-23: Độ võng dầm T1 qua từng cấp tải - S1 cv cv S111 1181211111111 ki 38

Hình 3-27: Quan hệ Lực-Trượt dầm TÌ - + St s S311 1551555151151255151E1E 111181 E tr Hưyn 40Hình 3-28: Độ trượt tương đôi của dâm T1 qua từng cấp tải - SE nrưyn: 40Hình 3-29: Biểu đô quan hệ lực-độ võng của dâm T2 1 TT HH rưện 4]Hình 3-30: Độ võng dầm T2 qua từng cấp tai o.cccccceccccccccesescsveceseecsesvsesvsessteveveveeeeen 42Hình 3-31: Quan hệ luc-bién dạng bản bê tông dầm T2 - 2211231211851 5151115121 seE 42Hình 3-32: Quan hệ luc-bién dạng của dâm thép hình T2 52 Sc St v2 E2E 2E vzxc 42Hình 3-33: Quan hệ luc-bién dạng của perfobond dầm T2 2: St St x23 E1E 12x vzxc 43Hình 3-34: Quan hệ lực-trượt đầm T2 SE 158111115111 11111 511111111 1110181 1111112 21H sa 43Hình 3-35: Độ trượt tương đôi của dâm T2 qua từng cấp tải - - cncncxnEeeynrưyn: 43Hình 3-36: Biểu đồ quan hệ lực-độ võng của dâm T3 3 TT HH rrên 44Hình 3-37: Độ võng dầm T3 qua từng cấp tải - n T1 1111111211 8E Hy th 44Hình 3-38: Quan hệ luc-Bién dạng bản bê tông dầm TT3 2 21139211 851515115E sec 45Hình 3-39: Quan hệ luc-bién dạng của dâm thép hình T2 - 222 s v22 E2E2 12x vzxc 45Hình 3-40: Quan hệ luc-bién dạng của perfobond dầm T3 - 22+ St cx x15 45Hình 3-41: Quan hệ lực-trượt đầm T3 S3 S15811 11151111111 15111 1111111018111 111 2n n sa 46Hình 3-42: Độ trượt tương đôi của dâm T3 qua từng cấp tải - - cncncnnsE re nhờn: 46Hình 3-43: Biến dạng mặt trên- dưới sàn bê tông - 22 S112 12E1E211E112111 1E tre 47Hình 3-44: Biến dạng tại S7 Q.02 22 121111111111 Hn ng t 1x 1115115511 k ket 48Hình 3-45: Biến dạng tại SGS nein xxx ket 48Hình 3-46: Biến dạng tại SG9 - T21 11T E n ng HE kH HH HH HH HH HH Hư 48Hình 3-47: Biến dạng tại SG10 2 n1 111111 E21 12105211 E TT H111 H tr HH Hư 48Hình 3-48: Biến dạng tại SGI - 21211 11111111 11110 T51 KH HH HH ng HH Hư 49Hình 3-49: Biến dạng tại SG2 -.- 1111 111111 111102511 TT HE HH HH Hư 49Hình 3-50: Biến dạng tại SGỔ Q.02 0202121111111 n1 1t 11111551 eg 49Hình 3-51: Biến dạng tại SG Q Q22 2221211111111 n 1n ng n ng t1 115115511 x tk ket 49Hình 3-52: Độ trượt tương đôi giữa các dầm qua từng cấp tải cncnnnnnreryyn: 50Hình 3-53: Biến dạng dầm T1 qua từng cấp tải ác 2 2121111511101 xe Hư 51Hình 3-54: Biến dạng dầm T2 qua từng cấp tải ác c2 2121111511111 1x HH Hư 51Hình 3-55: Biến dạng dầm T3 qua từng cấp tải ác c2 2121111511101 kg Hư 52Hình 3-56: so sánh biéu đồ luc-chuyén a7 Oe Oe) os 0 54

Hình 3-57: So sánh độ võng TI-HT 2 2 20000 110111111 1111111111111 111111111 1k ky 55Hình 3-58: So sánh trượt TÍ-HT - c2 2120201120111 1111111111111 15x TT TT ky ren 5S

Hình 3-59: So sánh biến dang 0015707 cece rere ibn enti teetietiteenitines 55Hình 4-1: Mô hình phan tử SHELL43 trong ANSYS Error! Bookmark not defined.Hình 4-4: Phan tử SOLID6S 0 ccc cccccccecceeceseeseevseeeeeees Error! Bookmark not defined

Hình 4-2: Dang 3D mặt pha hủy bê tông cua Willam và Warnke[17][18][19] Error!Bookmark not defined.

Hình 4-5: Mô hình phan tử LINK180 trong ANSYS Error! Bookmark not defined.Hình 4-6: Mô hình phan tử REINF264 trong ANSYS - 2 SE 12121 run 62Hình 4-8: Mô hình phan tử COMBIN39 trong ANSYS S1 1n nh uêg 65Hình 4-9: Mô hình hình học của mẫu dâm liên hợp S212 SE 25E112515111511 1x5 xxeE 66

Hình 4-16: Điều kiện biên tại vị trí giữa 0 ẳ.ẳằiÏ 68Hình 4-18: Điều kiện biên gối tua ooo ccc ccccccccceceeecsesscseseseseseevsveveeseseeecstecsteveveveveveneeen 68Hình 4-19 Chuyển vi theo phương Yooi ccccccccccccccccceccscsesescesesvsveceesevevevevsveveseevevsveveneeen 69Hình 4-20 Chuyển vị theo phương X S1 n1 S211 111 111111 111151181 8.222 2g ngư 69Hình 4-21 Võng so với ban đầu - 2211121111111 111812 tt HH HH HH HH HH nha 69Hình 4-22 Võng so với ban đầu 2211111111111 111812 HH HH HH HH HH HH Ha 69Hình 4-23: Biéu đồ quan hệ Luc-Chuyén 2= 69Hình 4-24 Phân bố ứng suất SX 2 1S TS 1125151 1111111111111111E 0101 21H HH riyg 70Hình 4-25 Phân b6 ứng suất SY 2c 1111111125151 1111111111111 8101 1E HH HH rig 70Hình 4-26: Biéu dé quan hệ Luc-Bién (6-0 2 71

DANH MUC BANG BIEU

Bang 3-1: Thanh phan cấp phối bê tông ooo cccccccccccecsescsesvsveceeseususvsvsveveseseeeeeeeeeeen 21Bang 3-2: Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tONg ose cccccccccesececeeeeseesesceesessesevevevseees 21Bảng 3-3: Kết quả thi nghiệm quan hệ ứng suất — bién dang ceeeccccceceeeeseeeeeeeeeeees 22Bảng 3-4: Các thông số kỹ thuật của thép và cốt thép cho bê tông 2 scsxszzzss2 22Bang 3-5: Thông số mẫu thí nghiệm - 2 S1 331 11151511181 515151115211 12E1E 818121 trưng 23

Bang 3-6: Công thức tính toán theo EC4 [Š] C22202 cece cece eee eee 111111111111 1111 xk2 24

Bảng 3-7: Kết quả tính toán sức kháng đẻo - S1 3n 3 E215111511151115151151 1111 1E my 24Bảng 3-8: Kết quả thí nghiệm dam SE 3311 1551151111181 5151515151111 250755 1Ern 32Bảng 3-9: So sánh vật liệu đầu vào giữa 2 mẫu dầm TI và HI - s2 cscssz se 53Bang 3-10: So sánh cấu tạo hình học giữa 2 mẫu dầm T1 và HI - 22 Sscssz s22 22x 53Bảng 3-11: So sánh kết quả thí nghiệm Dam T1 và HI c2 E22 E222 E.Errg 54Bang 4-1: Kết quả mô phỏng - 22 S3 1 11935151151511151 1151511151111 81x 1 t E2 tt n Ha 68

GIỚI THIEU

1.1 Kết cau liên hợp thép-bê tông cốt thépTrong những thập niên gần đây, sự phát triển của ngành công nghiệp xâydựng diễn ra rất nhanh, nhiều kỹ thuật cao đã được nghiên cứu và thực tế ứng dụngthành công Việc lựa chọn tối ưu cho giải pháp kết cau là một van dé lớn đang được

đặt ra cho ngành xây dựng hiện nay.

Trước đây giải pháp sử dụng bê tông cốt thép truyền thông luôn là ưu tiênhàng đâu, tuy nhiên đến thời điểm hiện nay còn có các giải pháp khác hiệu quả hơn.Kết câu liên hợp bê tông-thép (composite construction) là sự kết hợp của thép-bêtông cốt thép thành một thé thống nhất làm việc đồng thời với nhau Loại kết caunày đã được bắt đầu nghiên cứu trong những năm đầu của thập niên 1920, được đưavào giảng dạy đại học từ những năm 90 và được ứng dụng nhiều nơi trên thế giớitrong các công trình hạ tầng, kiến trúc và các dạng công trình kỹ thuật khác

Trên thé giới đã có rất nhiều công trình nỗi tiếng sử dụng kết cau liên hop, ở

Việt nam công trình trung tâm thương mai Diamond Plaza tọa lạc tại trung tam Tp

HCM là một điển hình Gần đây các công trình cầu vượt mới được thi công ở TPHỗ Chí Minh cũng sử dụng kết câu liên hợp, trong khi luận văn nay đang được thựchiện thì cầu vượt nút giao thông Lăng Cha Cá (Hình 1-1) đã được thi công và đưa

vào sử dụng với việc áp dụng kết câu liên hợp dé rút ngăn thời gian thi công.

tốt, tăng độ cứng kết cau và khả năng biến dạng lớn hơn bê tông cốt thép truyền

thống Đó là những ưu điểm lớn trong việc thiết kế chịu tải trọng động đất cho các

công trình, đặc biệt đôi với nha cao tầng Ngoài ra ở đây ta có thé dùng phươngpháp thi công hiện đại như thi công lắp ghép, thi công ván khuôn trượt sẽ làm tăngtốc độ thi công, sớm đưa công trình vào sử dụng, đạt hiệu quả dau tư cao

Thực chất kết câu liên hợp là một dạng đặc biệt của kết câu bê tông cốt thép,trong đó “cốt thép” thông thường được thay bằng thép hình ở dạng thép tô hợp hoặcthép định hình “Thép” có thể năm trong, năm ngoài bê tông hay năm ở một hoặchai phía của trục trung hoà.

Dâm liên hợp bê tông thép được thiết kế với bản sàn bê tông liên kết với đầmthép bên dưới, giữa chúng được gắn chặt với nhau bởi các liên kết kháng cắt (shearconnector) Dang điển hình của dầm liên hợp được thé hiện ở Hình 1-2

b*EFFECTIVE WIDTH _ — EFFECTIVE WIDTH

WIRE FABRIC OR |Jy:::[[ :ÍL

xin ———‡- tạdij 2“MINMUM ©

(c)

Hình 1-2 Mội số tiết điện dién hình của dầm liên hop thép — bê tông cốt thép

Thông thường, dam thép được làm băng thép hình có tiết tiện đối xứng như chữ Ihay H, bản bê tông được được đồ toàn khối băng các loại bê tông có cường độ thấp(từ 25~30 MPa) và liên kết đính tán được sử dụng.

1.2 Động lực cho nghiên cứuDễ nhận thấy rang, đa phan các dam liên hợp trong kết cau đều được thiết kếở dạng dầm đơn giản với thép định hình chữ I hay H Do đó ở giai đoạn khai thác,

phần cánh đưới của dầm đều chịu kéo và cánh trên sẽ chịu nén cùng với bản bê

tông Như vậy có nhiều điểm chưa được hop lý về mặt thiết kế có thé ké ra ở đây:e Phân cánh trên của dầm thép nhiều khả năng chịu nén có hợp lý chưa?e Thừa kha năng chịu nén đặc biệt khi sử dụng bê tông cường độ cao, ngược

lại thiếu khả năng chịu lực trong vùng kéo.e Liên kết đinh tán thường được sử dụng có các yêu cau khắt khe về vật liệu và

kỹ thuật thi công.Như vậy, có thể nhận thây răng với việc sử dụng dầm thép định hình chữ Ihoặc H cho dam liên hợp thường chưa thực sự tối ưu về khả năng chịu lực

sáng to chăng hạn như mat 6n định ngoài mặt phang thắng đứng, phá hoại do lực cắttheo phương thang đứng.

Do vậy ý tưởng này cải tiến tiết diện dầm liên hợp cần phải được kiểm chứngbăng thực nghiệm để quan sát ứng xử cũng như các dạng phá hoại của nó khi làmviệc chịu uốn Phan liên kết giữa bụng dam thép hình T và sàn bê tông sẽ ứng xử rasao khi đồng thời chịu lực cắt theo 2 phương dọc và vuông góc với trục dam, sàn bêtông có bị lật ra ngoài mặt phẳng hay không

Xuất phát từ những ý tưởng và thực tế trên, việc khảo sát khả năng chịu lựcloại dầm này là thật sự rất cân thiết

I3 Mục tiêu và giới hạn của đề tàiĐề tai “Khao sát ứng xử chịu lực của dầm composite dang chữ T ngược vớiliên kết perfobond dạng mở” sẽ được thực hiện trong nghiên cứu này Chương trìnhthí nghiệm được tiến hành với thiết kế của mẫu dam dạng chữ T ngược với liên kếtperfobond có hình dang Omega đối xứng Các nhóm mẫu khác nhau sẽ được khảosát nhằm đánh giá các yếu tô liên quan đến cơ chế truyền lực, dạng phá hoại và khảnăng chịu lực của từng dạng dam

Bên cạnh khảo sát thực nghiệm, mô hình phan tử hữu hạn ba chiều cũng

được thực hiện để mô phỏng sự làm việc của dầm điền hình Ngoài ra mô phỏng sỐcũng nhằm giúp đánh giá tốt hơn sự phân bố ứng suất trong dầm mà thí nghiệmkhông quan sát cụ thể được

Dang dam được khảo sát trong nghiên cứu này được áp dụng giới hạn choloại dầm liên hợp có dầm thép định hình tiết tiện chữ T và liên kết kháng cắtperfobond dạng mở, với bê tông vùng chịu nén ở mác 300 và mác 500, chiều daidam được giới hạn không quá 4.0m

Với những mục tiêu được trình bay ở phan trước về kết cau liên hop, dé tàitiên hành khảo sát ứng xử của mâu dâm, bao gôm những vân đê sau:

Ung xử chung của dâm T ngược và tìm hiéu sự khác biệt so với dâm ISự phù hợp của kiều liên kết Perfobond với thực tế

Khảo sát và phân tích cơ chê truyên lực của bản bụng dâm thép, sự mât ônđịnh của bản bung dam

Ảnh hưởng của lực cắt theo phương vuông góc với trục dầm và khả năngxuyên thủng bản bê tông.

Khảo sát dang phá hoại của dam gồm phá hoại của thép hình, liên kết chốngcắt và bê tông

1.4.2 Y nghĩa dé tài

1.5

Nhằm mục dich nghiên cứu dé hiểu được sâu hơn ứng xử của dầmliên hợp thép-bê tông cốt thép dang T ngược với liên kết perfobond.Tìm hiểu tính khả thi để đưa vào ứng dụng thực tế thi công

Các số liệu thí nghiệm sẽ giúp phục vụ cho công tác thiết kế và xâydựng tiêu chuẩn sau này

Cầu trúc luận văn

Luan van này được chia làm các phan chính như sau:

Chương 1: Giới thiệu về nội dung đề tàiChương 2: Trinh bay tổng quan về kết cấu dầm liên hợp với liên kếtchống cắt perfobond

Chương 3: Khảo sát thực nghiệm uốn dam cho 03 mẫu kích thướclớn, từ đó đánh giá ứng xử chịu lực cho từng loại mau dam

Chương 4: Thiết lập bai toán mô phỏng phan tử hữu han và khảo sáttham sé

Chương 5: Nêu kết luận dé xuất những kiến nghị và hướng phát triểntrong thời gian t01.

TONG QUAN

2.1 GidithiéuDam liên hop thép-bê tông cốt thép được câu tao bởi su lắp ghép của haithành phan dâm thép va bản sản bê tông (Hình 0-1) Dam thép được sử dụng bởithép định hình hay tổ hop, bê tông được đúc toàn khối và gan chặt với dầm thép quacác liên kết, thường dùng là chốt kháng cắt

I-beam with Haunched-slab Steel box girder I beam with precast

steel girder with steel sheet concrete slab

1II

Strain Bending stress Shear stress

Hình 0-2: Biêu đô ứng suat - biên dang [14]Dâm liên hợp composite thực sự làm việc sau khi thép hình, cốt thép thường,chốt liên kết và bê tông đóng răn kết hợp thành một cấu kiện duy nhất Dưới tácdụng của tải trọng, đầm composite bị uốn, thép hình năm trong vùng ứng suất kéo,sản bê tông năm trong vùng ứng suất nén và ứng suất cắt xuất hiện tại mặt tiếp xúcgiữa bê tông và thép Tại vị trí này sẽ phát sinh biến dang trượt tương đối giữa damthép va sàn bê tông Do đó liên kết chong cat (shear connector) được bố trí nhắm

2.2 Các giai đoạn làm việc của dầm liên hợpSự làm việc của kết câu được minh họa theo (Hình 0-3), được chia thành 3ø1aI đoạn sau:

P=er- kh the CÁC nh >> TC

4 =Shear force I — ———— „ ea

Bending moment = — stage 1

| >xkB strain ae

Ê Shearforce af ƒEE=srrrrrrrvrEEIEGLCIEEIEEIEEER —= 3c an

Bending moment| HH uu force strain stress

Theo biểu đồ biến dạng, nếu san đủ dày thì trục trung hòa sẽ nam trong bêtông, như vậy một phân bê tông chịu kéo Ngược lại, khi bản sàn mỏng thì trụctrung hòa năm trong phan dam thép thi lúc này phan phía trên chịu nén

Giai đoạn 2 :Khi tải trọng tiếp tục tăng, ứng suất cắt giữa thép và bê tôngtăng làm tăng biến dạng liên kết Biến dạng này làm tăng biến dạng tổng thể củadầm Hình 2.3b biểu diễn ảnh hưởng của biến dạng trượt đến sự phân bố ứng suấtvà biến dạng của dầm Ở giai đoạn này dầm liên hợp được thiết kế liên kết loại mộtphan Tuy nhiên biến dạng trượt rất nhỏ và có thé bỏ qua

Giai đoạn 3:Thép đạt đến giới hạn chảy, vùng dẻo phát triển và sau đó toànbộ tiết diện thép bị chảy đẻo Quá trình này cũng xảy ra tương tự như với bê tông,biểu đồ ứng suất bién dạng như hình 2.3c

sẽ bị thay đổi.Giai đoạn 3a: Thép đạt đến giới hạn chảy, khi tính theo trạng thái giới hạntới hạn xem khối ứng suất dẻo phát triển trên toàn bộ tiết diện thép

Giai đoạn 3b: Tải trọng tiếp tục tăng lên, bêtông không làm việc déo Khibiến dạng phát triển gây ra ứng suất quá lớn sẽ làm phá hoại giòn tại bề mặt bảnBTCT, sự gia tăng ứng suất trong bê tông dẫn đến sự gia tăng biến dạng.ứng suất sẽbị thay đồi

2.3 Liên kết chống cắt dạng đỉnh mũTrong một hệ kết cầu liên hợp bao gồm 03 thành phân cơ bản: Kết câu thép,kết câu bê tông cốt thép và chỉ tiết liên kết hai phần bê tông và thép Hai phần bêtông và thép đóng vai trò khối chịu tải trọng tác tộng từ bên ngoài Liên kết (shearconnector) đóng vai trò truyền lực giữa hai khối trên và đảm bảo chúng làm việcđồng thời Trong thực tế thiết kế và xây dựng công trình hiện nay, chỉ tiết liên kếtdạng đỉnh (headed sud) đang được sử dụng phổ biến cho các loại kết cấu

Trong quá trình sử dụng liên kết đinh mũ (head stud connector) đã xuất hiệnmột số bat lợi chăng hạn như các yêu cầu về thiết bị han khi thi công tại hiệntrường(Hình 0-4) Vật liệu thép cho liên kết đinh tán bat buộc phải có cường độ cao

hơn thép kết câu, điều này dẫn đến các khó khăn khi nhiều nơi chưa thé tự sản xuất

S Rankovic, D Drenic [22] đã nghiên cứu và mô tả việc truyền lực cắt trong

liên kết chống cắt dang định Theo đó, dưới tác dung của tai trọng, lực cắt P xuất

hiện và truyền từ chân của liên kết cắt vào bản bê tông Lực Py xuất hiện với gócnghiêng nhỏ phía trên đường hàn liên kết chốt và cánh dầm thép Với sự gia tăng áp

lực trong bê tông, tại chân của liên kết cat bê tông bị vỡ ra và lực cat được truyền

vào thân của chốt liên kết thông qua lực Ps Điều nay gây ra biến dang dẻo do uốntrong thân chốt và nó cũng làm xuất hiện lực kéo trong chốt mà ngăn cản sự táchrời Do lực kéo này trong liên kết cắt mà phát sinh ứng suất kéo trong bê tông, nhấtlà tại đầu của chốt liên kết Bên cạnh đó lực kéo trong chốt còn làm xuất hiện lựcma sát tại vị trí tiếp xúc giữa bê tông và cánh trên của dâm thép (lực Pg) Thanhphần năm ngang của lực kéo ký hiệu là P„ được truyền vào chân của liên kết cắt.Trong trường hop nay liên kết phá hoại ngay phía trên đường han do tác động củalực kéo và lực cắt Điều này làm xuất hiện vết nứt xiên mà có điểm sốc tại đầu củachốt liên kết

Theo Eurocode 4 khả năng kháng cắt của liên kết đỉnh mũ được hàn quanhchân được tính như phương trình 1.1.

P=min(P.,, Pea) (1)

1 _—_ 2 `

Với: Pì,=0.8/.(0.25z4”)/y, và (a)Trong đó:

+ dvàh - đường kính (d< 22mm) và chiều cao của chốt;

+ f,- sức bền kéo đứt của thép làm chốt (không quá 500 N/mm’):

+ fy - sức bén chịu nén của bê tông theo mẫu tru:+ Eom - giá trị trung bình của môdun đàn hỏi tiếp tuyến của bêtông,+ a là hệ số điêu chỉnh,

a=l khi h/d > 4;a =0,2 [(h/d)+1] khi3 < h/d < 4.

+ y, =1,25 làhệ s6 an toan riêng cho trang thái giới han tới hạn

2.4 Liên kết chống cắt dạng perfobondVào những năm 1980, Leonhardt [10] cùng cộng sự gần như là những ngườiđâu tiên đề xuất liên kết perfobond cho kết câu liên hợp thép — bêtông Liên kếtPerfobond được cau tao băng cách han những thanh thép tắm có đục lỗ lên cánhtrên của dầm thép, thép sàn được bố trí xuyên qua các lỗ này (nếu có) cùng với bêtông sau khi đông cứng sẽ tạo thành chốt chống lại lực cắt dọc, từ đó ngăn cản sựtrượt giữa dầm thép và sàn bêtông cốt thép.

Gan đây đã có nhiều biến thể khác nhau của liên kết perfobond đã được dénghị, Hình 0-5 minh hoạ một số hình dạng khác nhau của liên kết perpobond

M.R.Veldanda, M.U.Hosain [8] đã tiến hành thí nghiệm so sánh khả năngchống cắt của liên kết dạng đỉnh và liên kết dạng perfobond chốt kín Kết quả chothay với những mẫu có bẻ dày bản bê tông là 100 mm thi dạng 1 lỗ perfobond có khanăng chịu lực tương đương với 5 liên kết dạng đinh lómm x 75mm Ngoài ra, khi sửdụng thêm cốt thép vào trong lỗ thì khả năng chịu lực tăng khoảng 50% khi sử dụngsan 100mm và 40% với san 150mm.

E.C.Oguejiofor, M.U.Hosain [9] tiến hành thí nghiệm PO với 40 mẫu dùngliên kết perfobond chốt kín, xét được các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu lựccủa liên kết và từ đó đưa ra được phương trình tính toán khả năng chống cắt q, củaliên kết

Hai tác gia Isabel valente, Paulo j.s.cruz [10] đã thực hiện khảo sát thựcnghiệm sự trượt giữa bê tông và thép khi sử dụng liên kết dạng perfobond đóng kín

với bê tông nhẹ Thí nghiệm được tiên hành với 4 nhóm mẫu, các thông sô được sử

dụng là cường độ bê tông, ham lượng cốt thép đặt trong liên kết và khoảng cách các

~^

lo.

Nam 2010, W.Lorenc, E.Kubica, M.kozuch [11] đã đưa ra bài báo kiểm traquá trình làm việc của dạng liên kết dùng cho câu, theo đó liên kết được tạo ra bởiđường cắt liên tục tại bung dầm I của VEFT-WIB [12] Hình 2.20 minh hoa mô hìnhkết cấu và đường cắt trên bụng dam Bai báo đã mô tả được ứng xử của kết câubăng thí nghiệm PO cũng như thí nghiệm trên dâm

Trong phạm vi đề tài này liên kết Perfobond dang mở (một số tài liệu øọI tênlà Crestbond) sẽ được kết hợp sử dung cùng dầm composite dạng T ngược Loại

liên kết này có một số lợi ich sau: có thé được cắt tự động bang may CNC-Plasma,

với một đường cắt có thé cho 2 tam liên kết (đối xứng), cường độ của tam thép choliên kết và dầm có thể như nhau, quá trình gia công chế tạo dầm tương đối đơn giảnbang hệ thống hàn tự động va dé dang cho việc đặt cốt thép sàn khi thi công

2.5 Ứng xử của dầm liên hợp compositeB S Jayas va M.U.Hosai [2] (1989), đã tiến hành nghiên cứu trên 04 mẫu(large scale) đầm composite cùng 2 mẫu push-out được tách ra từ 2 mẫu dầm đầutiên(Hình 0-7) Tác giả đã khảo sát ứng xử thực nghiệm và kết luận kết quả quan sát

được trong các mẫu thí nghiệm phù hợp với những công thức tính toán, các phương

trình thực nghiệm do tác giả đề xuất

E.G Oguejiofor và M.U Hosain [3](1994) đã tiễn hành thực nghiệm trên 6mẫu dam large scale composite với liên kết perfobond dạng kín (Hình 0-6) Bangviệc thay đồi số lượng, vị trí cốt thép ngang trong lỗ perfobond, tác giả đã khảo sátứng xử của các mẫu và đưa ra nhận xét về ảnh hưởng của cốt thép ngang đến khảnăng chỊu lực của dam liên họp

Fig 6 Defscrsd share of ERS-I after faiture.

Hinh 0-6 Thi nghiém cua E.G Hình 0-7 Thí nghiệm của B S JayasOguejiofor and M.U Hosain and M.U.Hosai

2.6 Dam liên hợp dạng T ngược với liên kết cắt kiến perprobondB Jurkiewiez và J.M Hottier [7] (2005) đã khảo sát sự ảnh hưởng của liênkết nằm ngang đến khả năng làm việc của dầm thép thông qua thí nghiệm 3 mẫupush-out và mâu dâm large scale.

Năm 2010, Vinh [4] đã khảo sát chi tiết về ứng xử của kết cầu dâm liên hợpdạng thép hình I và T ngược có sử dụng loại liên kết perfobond Bêtông cường độcao (UHPC) có cường độ chịu nén từ 140 MPa đến 180MPa được tác gia sử dụngxuyên suốt trong dé tài với 8 mẫu thí nghiệm push — out dé xác định ứng xử của liênkết, cùng với 6 mẫu dam liên hợp.(Hình 0-9 và Hình 0-10)

Cross section beam 1 and 2 Detal | of dowel profiles P>+4als

Steel plate S355 6000mm x 75mm x 10mm, 59 holes đa 45mm

Figure 5.1.: Sketch layout of Beam B1 and B2

Hình 0-9: Mau thi nghiệm uốn dam I [4]

Steel piste S355 800Omm x 345mm x 14mm, 79 holes dia 45mm ral

Figure 5.3.: Design layout of Beam B5 and B6

Hinh 0-10: Mau thi nghiệm uốn dầm T ngược [4]

Song song với thời gian đê tài này đang được thực hiện, một đê tài luận văncao học khác với việc khảo sát khả năng ứng xu của dâm composite dạng chữ Icùng liên kết Perforbond dang mở cũng dang được thực hiện bởi tác giả Đào Duy

Kiên [1] Kết quả thực nghiệm của nghiên cứu này sẽ được dùng để so sánh và đánhgiá cùng với kết qua thu thập được của dé tài nay.

2.7 Mô phỏng Phan tử hữu hạn cho dam liên hợpDé giải quyết các van dé hạn chế và điều kiện thí nghiệm, nhiều tac giả đãkết hợp nghiên cứu thực nghiệm cùng tiến hành mô phỏng phan tử hữu hạn dầmcomposite qua các phân mềm như ANSYS, ATENA, ABAQUS

Vinh [4] đã sử dụng phần mềm phân tử hữu hạn ATENA dé xây dựng môhình mô phỏng sự làm việc của dầm liên hợp bê tông thép trong bản sàn được làmbăng bê tông cường độ siêu cao, dầm thép có tiết điện T ngược và sử dụng liên kếtliên kết perfobond với mô hình ba chiều đầy đủ cho phan bê tông, thép và cốt thépđã được xây dựng Kết quả mô phỏng tương đồng với kết quả quan sát thực nghiệmvà thu được nhiêu tham sô mà thực nghiệm chưa quan sát được (

reinforcing barSteel perfobond rib Transverse reinforcing bar

bottom flange

B - UHPC dowel A -cross sectionHình 0-11 :Mô hình mô phỏng dầm composite của Vinh[4]

D.A Nethercot và cộng sự [16] (2006) đã tiến hành nghiên cứu ứng xử củaliên kết chịu cat trong đầm composite với việc sử dụng mô phỏng phan tử hữu hantrên phần mềm Ansys Kết quả mô phỏng được tác giả so sánh với các số liệu thuđược từ thực nghiệm trước đó và các mô phỏng trên một số phần mềm khác tươngđương Từ kết quả so sánh độ chính xác va sự đơn giản hơn khi làm thực nghiệm ,tác giả dé xuất một số hiệu chỉnh chương trình dé dé xuất đưa mô phỏng vào ứngdụng cho dự đoán các tham số thiết kế.

Q.Q Liang và cộng sự [17], đã tiến hành mô phỏng dạng dầm composite đơngiản chịu đồng thời uốn và lực cắt băng phan mềm ABAQUS Kết quả được kiểmchứng phù hop với kết qua thực nghiệm tác giả đề xuất mô hình mô phỏng phù hợpdé ứng dụng tìm các thông số, dir liệu cho quy trình thiết kế của dạng dầm tươngứng.(Hình 0-12)

305

Hình 0-12 Mô hình mô phỏng dâm composite của Q.Q.Liang và cộng sự{17]

F.D Queiroz và cộng sự[18] (2009) đã ứng dụng phan tử hữu hạn mô hìnhhai chiều 2D để đánh giá ứng xử của dầm composite, nghiên cứu các tham số ảnhhưởng của góc xoay , và khả năng phân phối lại momen cho dam bán liên tục.Nghiên cứu đã chỉ ra răng một số xu hướng được thiết lập trong các tài liệu liênquan đến dầm composite với liên kết chịu cắt đầy đủ và không áp dụng đối với cáctrường hợp có liên kết chịu cắt một phân

2.8 Tính moment dẻo cho dầm liên hợp đơn giảnKhảo sát trường hợp hay gặp trong các công trình nhà, tam đan liên hợp bêtông với tôn sóng định hình, sóng tôn vuông góc với trục của dam thép Chiều caolớn nhất có thé của vùng bêtông chịu nén là chiều dây h, của tâm đan từ đỉnh củasóng tôn, chiều cao của sóng ký kiệu hy (Các công thức dưới đây vẫn dùng đượctrong trường hợp dùng tâm đan đặc (chỉ có bê tông cốt thép) khi cho hy = 0) Để dongiản hoá khi thiết lập công thức giả thiết rang dầm thép có dạng chữ I đối xứng.

Trường hợp 1 - Trục trung hoà năm trong tâm dan

Ký hiệu lần lượt F, và F, là sức bền dẻo của thép hình khi chịu kéo vacủa tâm đan khi chịu nén:

F.=Af,/y, (2.1)

F=h,bt, (0.85 f,/7,) (2.2)

Trong đó: A, là điện tích tiết điện thép hình

Trường hợp khảo sát (trên hình H2 14) xảy ra khi:F, > F, (2.3)

VỊ trí của trục trung hoa dẻo so với mặt trên cua tấm dan z được tính theocông thức:

Truong hợp này xảy ra khi F, < F,, rõ ràng khi đó khoảng cách của trục trunghoà dẻo z sẽ lớn hơn chiều dày toàn bộ của tâm đan (h, + hy) (chiều day sàn hỗnhop; nhưng để trục trung hoa năm trong bản cánh dam thép (chiều day t; và chiềurộng bẹ) cân thoả mãn điêu kiện phụ sau:

Fa- Fe <2b tf, (7, (2.6)

(nn); best ; 0,85 TQ

Hình 0-14 Biểu đồ ứng suất dẻo khi trục trung hoa đi qua ban cánh dầm thépKhoảng cách z tính toán dé dàng khi coi như ứng suất trong cách chịu néncủa dầm thép bang 2£/7„ còn F, coi như tong của các ứng suất kéo trong dâm théphình đặt tại trọng tâm của dam Ta rút ra khoảng cách z từ phương trình cân bang:

Fy = Fe + 2br (z— hạ — hp) Â/7⁄„ (2.7)Dé tính khả năng chịu mômen déo của tiết diện ta lập phương trình mômenvới trong tâm vùng bêtông chịu nén có:

Mi Ra = Fa (h2 + h/2 + hy ) - (Fy - F2) (2+ h,)/2 (2.8)

Trường hợp 3— Trục trung hoà đi qua bản bụng của dâm thépKhi Fc< E; và Fạ— Fo > 2 bdf/7„ (2.9)thì trục trung hoa đẻo sẽ đi qua bản bụng dâm thép (H2 15)

Đề đơn giản khi trình bay, giả thiết rằng trục trung hoà năm dưới chỗ uốncong ở mép ban bụng nếu dam là định hình cán Dé dàng tìm được phan chiều caochịu kéo của bản bụng nam trên trọng tâm của thép hình z„, khi coi như ứng suất

bang 2£/7„ trên suốt chiêu cao này và ứng suất phân bố đều f/ 7, trên toàn bộ chiêu

cao hạ Ta có:

Zy = Fel(2tw6/,) (2.10)

(n-); bor ; 0,85F 4/7,

' :

p 4

(k-0) fy/alfy!ta

Hình 0-15.Biéu đồ ứng suất khi trục trung hoa đi qua ban bung dam thép

(mômen uốn dương)Khả năng chịu mômen bên được tính toán so với trọng tâm của thép hình:

Ma = Manga + F(h/2 + hự2 + hy )— Fe Zy/2.

hoặc

Ma = Manga + Fe(h2 + h2 + hy ) - Fc7/(4tvÊ/ y,) (2.11)Mục đích của biểu thức này là tính mômen bên déo Mạn gạ mà giá tri của nócó thé đưa vào trong bảng của thép hình cán dé sử dụng

2.9 Kết luậnTrong chương nay đã dé cập đến các khía cạnh cau tạo của dầm liên hợpthép - bê tông thép và giới thiệu một số nghiên cứu đã được thực hiện bởi các nhàkhoa học trên thế giới Phần lớn những nghiên cứu trước đây đi sâu vào phân tíchứng xử của các dạng dầm composite khác nhau, cùng sự hiệu quả của nhiều loạiliên kết kháng cắt băng việc phân tích thực nghiệm hay mô phỏng phan tử hữu hạn.Các kết quả nghiên cứu đã cung cấp rất nhiều những dit liệu cho quá trình hoanthiện tiêu chuẩn thiết kế cho đầm composite nói chung

Như đã biết, nghiên cứu nay dé xuất một phương án khác của dầm liên hợpvới việc thay thé dầm thép tiết diện I thành tiết điện T ngược Điều này sẽ loại bỏhoàn toàn phân cánh trên dầm thép, bản bê tông sẽ chịu toàn bộ ứng suất nén, cánhdưới đâm thép sẽ chịu toàn bộ ứng suất kéo Như vậy, về nguyên tắc tiết diện sẽ tối

ưu về khả năng chiu lực của từng loại vật liệu thành phan

Bên cạnh đó trong nghiên cứu này liên kết kháng cắt kiểu Perfobond vớihình dạng Omega được dé nghị sử dụng.(Hình 3-1)

Bê tôngvung nén

Dam thép T

ngược cùng liên

kết Perfobond

bá

Hình 3-1: Hình dang dầm composite dang T ngược với liên kết Perfobond

Nghiên cứu được thực hiện với việc tiên hành thí nghiệm trên 03 mẫu damvới chiêu dài 4m, các mẫu thí nghiệm được tính toán và trình bày ở phân 3.3.1 củachương này Qua việc theo dõi ứng xử của các mẫu dâm trong thí nghiệm uôn dâm

với mục đích làm sáng tỏ và trả lời các câu hỏi được nêu ra như sau:

> Ung xu chung cua dầm T ngược va tim hiểu sự khác biệt so với đầm I ra sao?(So sánh với các kết quả đã và đang nghiên cứu )

> Kiểu liên kết Perfobond liệu có phù hợp với thực tế không?> Phân bé lực cắt doc trong dầm như thế nào?

> Khảo sát và phân tích cơ chế truyền lực của bản bụng dầm thép ra sao? Khi naosẽ xảy ra mat ồn định?

> Ảnh hưởng của lực cắt theo phương vuông góc với trục dầm và khả năng xuyênthủng bản bê tông?

> Kết quả nghiên cứu sẽ dat được những gi? Triển vọng áp dụng thực tế ra sao?Toàn bộ các thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm LAS - XD 516 thuộccông ty Hoàng Vinh T.R.C.C, đây là cơ sở kiểm định được Bộ xây dựng công nhậnhợp chuân quôc gia cho các thí nghiệm vé vật liệu và két cầu công trình.

3.2 Nguyên lý và mô hình thí nghiệm kích thước lớn (large scale)3.2.1 Nguyên lý thí nghiệm xác định khả năng chịu lực

Cau tạo của mau dâm thí nghiệm có ba thành phan chính: (i) một dâm théphình T, (ii) liên kết perfobond cắt trực tiếp trên bản bụng của dam T và (iii) phanbản bê tông Liên kết perfobond và dầm chữ T được làm từ cùng một loại thép CT3.Chiều day tam perfobond được chọn là 8.0mm băng với chiều dày bản bụng củadâm để dễ gia công, hình dạng của liên kết được thiết kế sao cho với một đường cắtcó thé cho 2 tâm liên kết đối xứng nhau Điều này rất có lợi cho áp dụng trong thựctế sau này đông thời giúp giảm chi phi và thời gian gia công tam liên kết Trongnghiên cứu này hình dạng mặt cắt của liên kết perfbbond gan giống với chữ Omega@, và được gia công chính xác trên máy cắt thép CNC trước khi đem hàn vào damT.

Các mẫu thí nghiệm được chia thành 3 loại khác nhau về hình dạng (khôngthay đổi diện tích) của mặt cắt ngang khối bê tông và cường độ chịu nén của bê

tông Mục mô tả cụ thê kích thước và hình dạng của các mẫu dâm

Dé dam bao kha nang kiêm soát các yêu tô có thê anh hưởng đên kha nang

làm việc của mẫu thí nghiệm, tat cả các nguyên vật liệu đầu vào như thép tâm, bê

tông và côt thép đêu được thí nghiệm kiêm tra song song với quá trình thí nghiệmdầm liên hợp

3.2.2 Thí nghiệm các tính chất cơ lý của Bê tông

Bê tông được sử dụng trong mẫu thí nghiệm được chia thành 2 nhóm chính

có cường độ chịu nén Mác 300 va Mác 500 Thanh phan cấp phối của hai loại bêtông trên được thiết kế ở Bảng 3-1 Toản bộ mẫu bê tông có bồ sung thêm phụ giasiêu dẻo, hàm lượng sử dụng bằng 1.0 % khối lượng xi măng

Bảng 3-1: Thanh phan cấp phối bê tôngThành phần Đơn Khoi lượng/m'

vị M300 M0XI măng SAI GON (PC50) kg 385 410

Cát (mô đun độ lớn 2.0) kg 760 740

Đá 1 x 2 (Dmax 25mm) kg 1040 1210

Nước (nước sinh hoạt) lít 200 140

Phụ gia siêu dé© (MAPEI) kg 3.7 4.1

Để xác định chính xác các thông số cơ học của vật liệu, đối với từng loạimẫu của thí nghiệm trong suốt quá trình tạo mẫu, bê tông được lấy mẫu và thựchiện các thí nghiệm xác định cường độ chịu nén, mô dun đàn hỏi, hệ số Poisson vađường quan hệ ứng suất biến dạng Thí nghiêm các mẫu được thực hiện cùng thờiđiểm với việc tiến hành thí nghiệm dầm liên hợp Kết quả thí nghiệm cường độ chịu

nén của các mẫu bê tông kích thước 15 x 15 x 15 cm cho ở Bang 3-2

Bảng 3-2: Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông

dâm T1 dâm T2 dâm T3

Mẫu 1 (MPa) 36.25 37.54 54.23Mẫu 2 (MPa) 36.01 38.25 51.56Mẫu 3 (MPa) 37.36 36.13 56.27

Trung bình (MPa) 36.54 37.30 54.02

Kết quả thí nghiệm xác định đường quan hệ ứng suất - biến dạng của một sốmẫu trụ kích thước $150mm x H 300mm điển hình được cho ở hinh , các thông sốliên quan bao gồm cường độ nén, mô dun đàn hồi và hệ số Possoin cho ở Bảng 3-3.

Bang 3-3: Kết quả thí nghiệm quan hệ ứng suất — bién dang

Mác Mẫu Lựcnén Cường Môđun Giớihạn Giới hạn nén

bêtông (kN) độchu đànhồi biến dạng lớn nhất

nénf Ev(MPa) đànhồi Elimit(MPa) Eelas (%o) (%o)

1 635 35.9

M300 2 627 35.5 29.0x10° 1.8 2.24

3 620 35.11 890 50.4

M500 2 900 50.9 33.0x10° 1.5 2.59

3 882 49.9

Các thông số kỹ thuật của thép hình và cốt thép cho bê tông được lấy theocác thông số của nhà sản xuất được cho ở Bảng 3-4

Bảng 3-4: Các thông số kỹ thuật của thép và cốt thép cho bê tông

Thông sô kỹ thuật Thép thanh 12 Thép tâm CT3

Giới hạn cháy f; (MPa) 330 250

Giới hạn bên f, (MPa) 500 390Biến dạng dẻo ey (%o) 1.8 1.8Môđun đàn hồi E (MPa) 200x10° 200x10°

3.3 Thí nghiệm uốn dầm3.3.1 Thiết kế mẫu thí nghiệmTrong khảo sát này, 03 mẫu thí nghiệm kích thước lớn được chế tạo Cácmẫu có cùng thép hình chữ T với giới hạn chảy §=230MPa, cốt thép ngang có giớihạn chảy £ = 400 MPa được bồ trí 2®12 cho mỗi chốt liên kết Tong diện tích mặtcat ngang của các dầm gan như không chênh lệch đáng kể Hình dang và kích thướcmặt cắt ngang của các dầm được thé hiện như Hình 3-2 và cho ở Bảng 3-5

Bảng 3-5: Thông số mẫu thí nghiệm

Mẫu Bản bê tông Thép hình T Số thép ngang

Dam BT Tiết diện (HxW) P chịu lực D12

TI M300 120x600 T264x200 212 M300 (100+140) x600 T264x200 2T3 M500 120x600 T264x200 2

se ee se ee se ee ee 4

De aS << = \p12

Dim T1 - L=4mBê tông M300

OT Í 1 =

Dam T3 - L=4m ee

Mặt cắt doc Beam T3

- - Hình 3-2: Mẫu đầm T1-T2-T3Qua các thông số kỹ thuật và hình dang cấu tạo của dam liên hợp như đã dénghị, áp dụng EC4 với các công thức được tóm tắt ở Bang 3-6 dé tính toán momendéo va lực tới han cho dâm khi làm việc.

Bang 3-6: Công thức tính toán theo EC4 [Š |

Sức kháng dẻo dọc trục của dam N= A,f y

Xác định vi tri trục trung hòa dẻo Nola < Neg

Z duoc tinh toan tu phuong trinhPHONE Z=N ig! Diy X 9.85 fy / 7.)

can bangÀ A h

Momen bên uôn dương đị.Ra = Nụụ, b +h, +h,-z/ 2|

Mo ra = PXI.55(WN mm)=> P=M jy pg /1.55(WN)Tính hoạt tải lớn nhất

Chú ý với các hệ số an toàn y; và y được lấy băng 1 cho tat cả các trườnghợp tính toán mẫu thực nghiệm Kết quả tính toán sức khang moment dẻo M DL Rdva lực tac dung tương lớn nhất P,,,x theo so dé Hình 3-10 được cho ở Bảng 3-7

Bang 3-7: Kết quả tính toán sức kháng dẻo

Mẫu Dâm thép hình Bản bê tông Kết quả

As Nga Ac Nor M' pire Prnax(mm) (KN) (mm?) (KN) (KN.m) (KN)MẫuTI 4800 1104 120x600 1768 236.8 306

Mẫu T2 4800 1104 (100-140)xó00 2063 258.9 334.1

Mau T3 4800 1104 120x600 3143 255 330

Mỗi dam có 23 chốt liên kết kháng cắt, mỗi chốt bố trí hai cốt thép ø12 x500mm đặt theo phương vuông góc với lực cat dọc trục đầm Cốt dọc chịu lực cóđường kính ø10mm, mỗi thanh dài 3960mm, tổng cộng có bốn thanh được đặt tạibốn góc cốt đai Cốt đai ø8 có bước a=170mm được đặt ngang qua mỗi chốt liênkết

3.3.2 _ Nhóm mẫu và mục tiêu khảo sátNhằm đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số đến khả năng làm việc vàchịu lực của dầm, các thông số chính sẽ được khảo sát qua thí nghiệm bao gồm:

- Ứng xử chung của dầm, dạng phá hoại, cấp tải trọng xuất hiện vết nứt.- Lực uốn, độ võng, biến dang, độ trượt tương đối của dầm thép tại các tiết

diện với khoảng cách được chia đều từ đầu dầm đến giữa dầm và biếndang của perfobond.

3.3.3 Chế tạo mẫu và chuẩn bị thiết bị thí nghiệm3.3.3.1 Gia công dầm thép hình

Dâm thép hình chữ T sử dụng trong thí nghiệm này là tô hợp hàn từ các théptam được cắt theo qui cách băng máy CNC tự động, bao gồm bản cánh dưới day14mm, rộng b=200mm và dai L=4m Bản bụng được cắt chung cùng với hình liênkết Perfobond dang Omega theo thiết kế dé nghị bởi H Vinh [4], với bản thép day8mm tổng chiều dài 4.0m Hình 3-3: Hình dạng liên kết Perfobond dang Omega giảithích cầu tạo của liên kết cắt perfobon

mẫu Tiếp theo đó cốt thép chịu lực được đặt vào các chốt bê tông, cuối cùng lưới

thép đai ngang, doc được gắn vào vị trí theo thiết kế Lưới thép nay còn có tác dụngchống nứt cho khối bê tông Bê tông cho bản san được trộn bằng máy trộn cưỡngbức và đồ từng mẻ 40 lit cho đến khi day kín bản san

Sau khi đỗ bê tông xong mẫu được bảo quan để tránh nứt bề mặt bê tông

Đôi với các mẫu nhỏ dùng để nén kiểm tra cường độ được ngâm bảo dưỡng trong

bon nước Công tác gia công và thi công đúc mau thí nghiệm được mô tả và giảithích thông qua các Hình 3-4 đến Hình 3-9.

”

Hình 3-8: Hoan thành đồ bê tông Hình 3-9: Mẫu thí nghiệm hoàn chỉnh

GHI CHU:- SG1, SG2, SG3, SG4: Do biến dạng của Perfobond.- §G5: Do biến dạng mặt trên bản BTCT.

- §G6: Do biến dạng mặt dưới bản BTCT.- §G7, SG8, SG9: Do biến dạng của cánh và bụng dim thép.- LVDTI, LVDT2, LVDT3, LVDT4: Do chuyển vị của kết chu.- LVDTS, LVDT6, LVDT7, LVDT8: Do sự trượt giữa dim thép T và sản

259 |:zo|_—

| 300 |300

bd 250 120] 225 |

500

Hinh 3-10: M6 hinh mau thi nghiém

Sau quá trình bảo dưỡng để bê tông đạt cường độ trong thời gian 14 ngày,dầm được tháo dỡ ván khuôn, vệ sinh sạch sẽ và được đưa vào vị trí thí nghiệm(Hình 3-11)

Hình 3-11: Đưa dầm vào vị trí thí nghiệmĐối với thí nghiệm uốn dâm các đại lượng bao gồm: lực, chuyển vị, biếndạng trượt tương đối giữa bản bê tông và dam thép, biến dạng của Perfobond vàdầm thép can được ghi lại trong suốt quá trình thí nghiệm So đồ bồ trí thiết bị chothí nghiệm uốn dam được thể hiện ở Hình 3-10

Theo sơ đồ hình 3.5, lực tác dụng lên mẫu được ghi nhận từ cam biến do lực(load cell, cấp tải 1000kN), độ võng và chuyển vị trượt tương đối giữa bản bê tôngvà dầm thép được đo bởi các cảm biến chuyển vị (LVDT) Biến dang (strain) củadam thép và perfobond được đo bởi cảm biến Quá trình lắp đặt thiết bị đo biếndạng, chuyển vị được mô tả qua Hình 3-12 đến Hình 3-17