Đề xuất sử dụng dạng bóng dẹt cải tiến trong kết cấu sàn BubbleDeck nhằm nâng cao khả năng chịu lực của sàn và tiết kiệm chi phí cho công trình.. Sàn BubbleDeck sử dụng quả bóng rỗng l
TỔNG QUAN
Giới thiệu
Hiện nay cùng với xu hướng đổi mới và hòa nhập, đất nước ta đang thực hiện quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hòa nhập nhanh với thế giới trên hầu hết các lĩnh vực Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến trên thế giới vào Việt Nam đang diễn ra trong tất cả các ngành, đặc biệt là ngành xây dựng với nhiều tiềm năng phát triển Chính vì vậy việc ứng dụng các công nghệ xây dựng mới trên thế giới vào Việt Nam luôn nằm trong xu thế hội nhập mạnh mẽ này Trong kết cấu xây dựng truyền thống ta thường áp dụng nguyên tắc: nhịp lớn thì dầm lớn và cột lớn, còn nhịp nhỏ thì dầm nhỏ và cột nhỏ Tuy nhiên, ta có thể thay đổi nguyên tắc này bằng cách ứng dụng và phát triển các công nghệ xây dựng mới trên thế giới, trong đó có công nghệ đúc sàn bằng bóng nhựa (BubbleDeck)
Công nghệ đúc sàn bằng bóng nhựa (BubbleDeck) là công nghệ sàn có nhiều cải tiến và thuận lợi hơn trong xây dựng Trong công nghệ này, ta sử dụng các quả bóng bằng nhựa tái chế để thay thế phần bêtông ít tham gia chịu lực ở giữa bản sàn
Công nghệ này làm giảm đáng kể trọng lượng bản thân kết cấu và do đó làm tăng khả năng vượt nhịp (khẩu độ) thêm khoảng 50% Sàn BubbleDeck là loại sàn phẳng không cần dầm và liên kết trực tiếp với hệ cột (vách chịu lực) và có nhiều ưu điểm kỹ thuật khác
Công nghệ sàn BubbleDeck do tác giả Jorgen Breuning người Đan Mạch phát minh và đã được chuyển giao cho một số công ty cũng như triển khai áp dụng thành công cho một số công trình tại Việt Nam Việc ứng dụng công nghệ mới này đã giúp chủ đầu tư tiết kiệm đáng kể chi phí xây dựng, và sắp tới dự kiến sẽ có nhiều công trình áp dụng công nghệ mới này Do đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng của sàn BubbleDeck đến các ứng xử của hệ kết cấu là cần thiết và có cả giá trị khoa học và thực tiễn Kết quả của nghiên cứu sẽ giúp ta có các đánh giá hợp lý cũng như có các khuyến cáo cần thiết cho các công trình dự định ứng dụng công nghệ sàn BubbleDeck.
Tổng quan về công nghệ sàn BubbleDeck
Sàn BubbleDeck thường có ba dạng cấu kiện phổ biến như sau:
- Dạng thứ nhất là tấm sàn BubbleDeck được đổ bê tông toàn khối tại chỗ, trong đó cấu tạo tấm gồm 3 thành phần chính: lưới thép dưới, quả bóng nhựa rỗng ở giữa và lưới thép ở trên Tấm sau khi được bố trí bằng hệ ván khuôn truyền thống sẽ được đổ bê tông tại công trường
- Dạng thứ hai là tấm BubbleDeck bán lắp ghép có phần dưới của quả bóng và lưới thép dưới được đổ bêtông tại xưởng dày 60mm Phần bêtông đúc sẵn này sẽ thay thế cho ván khuôn tại công trường
- Dạng thứ ba là tấm BubbleDeck thành phẩm dưới dạng các tấm đúc sẵn toàn khối nhằm lắp ghép tại công trường BubbleDeck được sản xuất theo 6 dạng tiêu chuẩn tùy theo độ dày tấm sàn là: 170, 230, 280, 340, 390, hay 430 mm
Hình 1.1: Các thành phần cấu tạo sàn BubbleDeck điển hình
Lưới thép hàn, lớp trên Bóng nhựa rỗng
(Sản xuất từ nhựa tái chế)
Lưới thép hàn, lớp dưới
Lớp bê tông thay coffa
1.2.2 Những ưu điểm của công nghệ sàn BubbleDeck
Tấm sàn BubbleDeck có nhiều ưu điểm trong thiết kế, kinh tế, môi trường, kiến trúc, an toàn, cách nhiệt, Cụ thể: a) Trong thiết kế
Giảm trọng lượng, tăng khả năng chịu lực, vượt nhịp lớn hơn, ít cột hơn, không cần hệ dầm hay sườn đỡ sàn, hệ cột không cần mũ đầu cột b) Trong kinh tế
Tiết kiệm vật liệu lên đến 50%, chi phí vận chuyển giảm đáng kể do lắp ráp tại chỗ Thi công nhanh hơn, giảm thời gian lắp dựng 20-40% Lắp đặt và hoàn thiện đơn giản, công trình linh hoạt trong bố trí, dễ thay đổi với chi phí thấp.
Sử dụng ít nguyên liệu – ximăng, cốt liệu, nước, cốt thép (1 kg nhựa thay thế cho 100 kg bêtông) Tiêu tốn ít năng lượng trong sản xuất, vận chuyển và thi công
Giảm thải CO2 đến 40kg/m 2 , không tạo phế thải do tất cả thành phần đều có thể tái chế d) Trong kiến trúc
Tự do lựa chọn hình dạng không gian, khả năng vươn dài và nhịp lớn hơn, mở rộng diện tích sử dụng, thiết kế không dầm, tối giản cột, tạo điều kiện bố trí kiến trúc linh hoạt Dễ dàng loại bỏ các khu vực sàn không cần thiết, thuận tiện cho việc thay đổi thiết kế nội thất Về tiêu chuẩn an toàn, kết cấu công trình trở nên kiên cố hơn do khối lượng giảm, đảm bảo an toàn trong trường hợp động đất Tính an toàn cháy nổ tăng do kết cấu sàn không sườn giúp không gian thông thoáng Kết cấu sàn này cũng chống cháy tương đương sàn đặc và có khả năng chống ngưng tụ hơi nước.
- Nếu sử dụng máy sưởi, tiết kiệm đến 30 %, nếu sử dụng máy lạnh, tiết kiệm đến 85 % Tổng cộng, tiết kiệm năng lượng khoảng 30-50% là khả thi (trong điều kiện Âu Châu)
1.2.3 Phạm vi ứng dụng của công nghệ sàn BubbleDeck
Ứng dụng của sàn BubbleDeck vô cùng đa dạng, từ nhà ở dân dụng, nhà xưởng công nghiệp, villa, khách sạn, cao ốc, trường học đến khu bãi đậu xe đều đảm bảo đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng.
- Một số công trình thực tế ở nước ngoài sử dụng sàn BubbleDeck được minh họa trong Hình 1.2 a) Bãi để xe với nhịp 16m, Freistadt, Đức b) City Hall ở Glostrup, Đan Mạch c) Cao ốc Watlerbos Complex, Hà Lan
Hình 1.2: Một số công trình sử dụng sàn BubbleDeck ở nước ngoài
- Một số công trình thực tế ở Việt Nam sử dụng sàn BubbleDeck được minh họa trong Hình 1.3 a) Tòa nhà South Building, Tp.HCM b) Chung cư Hưng Lộc, Nghệ An c) Thi công sàn BubbleDeck tại công trường
Hình 1.3: Một số công trình sử dụng sàn BubbleDeck ở Việt Nam
Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước
- Jorgen Breuning người Đan Mạch đã phát minh ra công nghệ sàn rỗng chịu lực hai phương đầu tiên có tên gọi là BubbleDeck, và được cấp bằng sáng chế vào các năm:
+ Bằng sáng chế Hoa Kỳ số 53396747 do Văn phòng cấp bằng sáng chế Hoa Kỳ cấp ngày 14-03-1993
+ Bằng sáng chế Đan Mạch số 166462 do “Patentdirektoratet” Đan Mạch cấp ngày 24-05-1993
+ Bằng sáng chế Châu Âu số EP 0552201 do Văn phòng cấp bằng sáng chế Châu Âu cấp ngày 28-05-1997
- Tác giả Tim Gudmand Hoyer (2003) đã khảo sát thực nghiệm 5 mẫu sàn BubbleDeck có kích thước 3200x1000x280 mm về cơ cấu phá hủy tại khe nối giữa hai tấm sàn ghép với nhau trong trường hợp sàn đổ bê tông trước lớp đáy Từ kết quả nghiên cứu tác giả đã đưa ra các lưu ý về khả năng chịu môment trong sàn BubbleDeck tại khe nối
Tác giả Corneille Charles Marais (2009) đã nghiên cứu hệ số điều chỉnh trong thiết kế và ứng dụng hiệu quả của tấm sàn bê tông phẳng có quả cầu rỗng ở Nam Phi Ông đã khảo sát thực nghiệm 12 mẫu sàn chia thành 3 nhóm kích thước chiều rộng, chiều dài, chiều cao lần lượt là 280, 295, 310 mm Mỗi nhóm có 1 sàn đặc làm đối chứng và tất cả sàn rỗng đều có quả cầu nhựa rỗng đường kính 180 mm.
- Tác giả Tina Lai (2010) đã nghiên cứu ứng xử của kết cấu sàn BubbleDeck và ứng dụng để làm mặt cầu chịu tải trọng nhẹ Trong nghiên cứu này, tác giả đã tiến hành mô phỏng kết cấu mặt cầu nhẹ chịu tải trọng tĩnh và động bằng phần mềm SAP2000 Ở đây tác giả đã qui đổi mặt cắt ngang của sàn BubbleDeck thành các lớp vật liệu tương ứng
- Tác giả Calin, S., Asavoaie, C., Florea, N (2010) đã nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng ANSYS sàn BubbleDeck có kích thước 652x652x28 cm chịu tải trọng phân bố đều Sàn được đặt trên 4 cột có kích thước mặt cắt ngang 40x40cm và cao 1.32 m
- Tác giả Calin, S., Patricia - Florea Murzea (2010) đã tiến hành mô phỏng sàn BubbleDeck bóng tròn và hai mô hình sàn có mặt cắt ngang tương đương chịu lực hai phương Các tác giả đã dùng môđun Nonlinear analysis của ANSYS 12.0 và môđun Linear analysis của AXIS VM 10.0 để phân tích và so sánh kết quả
- Tác giả CC Marais, JM Robbers BWJ van Rensburg (2010) đã tiến hành thực nghiệm 12 mẫu sàn BubbleDeck với bóng nhựa có đường kính là 180 mm để nghiên cứu sức kháng cắt và độ võng đàn hồi ngắn hạn Các kết quả cũng được so sánh với sàn ứng lực trước và sàn ô cờ về tính hiệu quả kinh tế trong điều kiện ở Nam Phi
1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Hiện nay tại Việt Nam, một số công ty đã ứng dụng công nghệ sàn BubbleDeck trong thiết kế và thi công các công trình dân dụng Một số công trình cụ thể có thể được liệt kê như sau:
- Công ty TNHH liên doanh BubbleDeck Việt Nam, được thành lập bởi ba thành viên: BubbleDeck International - DenMark, Công ty Cổ Phần Kết Cấu Không Gian TADITS và Công ty Cổ Phần M&C Các nghiên cứu được thực hiện tại TADITS nhằm cải tiến hệ kết cấu sàn BubbleDeck của Châu Âu theo các hướng tăng khả năng công nghiệp hóa và giảm trọng lượng kết cấu sàn để phù hợp cho sàn nhà nhiều tầng tại Việt Nam Một số công trình do công ty TADITS đã thực hiện như: tòa nhà 191 Bà Triệu, tòa nhà 249 Thụy Khuê, tòa nhà CMC, đường Nguyễn Phong Sắc, tòa nhà 73 Tô Hiến Thành, trường Phổ thông Quốc tế Thăng Long tại Linh Đàm
Công ty CP Thương mại Xây dựng DECOVINA sở hữu công nghệ BubbleDeck được cấp phép và chuyển giao bởi giáo sư Jorgen Breuning DECOVINA đã ứng dụng công nghệ này vào nhiều dự án xây dựng như nhà ở giá rẻ tại Hưng Yên, tòa nhà văn phòng Sóc Sơn tại Hà Nội và Vinacomin Tower tại Hạ Long - Quảng Ninh.
- Công ty Cổ Phần Tư Vấn Đầu Tư LICOGI 16.8 đã mua bản quyền công nghệ sàn BubbleDeck Hiện nay công ty đang thiết kế Chung cư + Văn phòng Nam An, ở khu dân cư Bắc Tân Kỳ, Tân Quý, Phường Bình Hưng Hòa, Quận Bình Tân, Thành phố Hồ Chí Minh bằng công nghệ mới: Móng Top-base + Sàn Bubbledeck + vách bằng gạch bê tông nhẹ với quy mô cao 21 tầng trong đó có 1 tầng hầm.
Mục tiêu và phạm vi của đề tài
Dựa trên các kết quả nghiên cứu đã có trong phần tổng quan, học viên đã xác định mục tiêu nghiên cứu chính trong luận văn gồm:
Khảo sát và phân tích ảnh hưởng của kích thước, hình dạng bóng nhựa, cường độ bê tông và cốt thép đai đến ứng xử của sàn BubbleDeck
Tiến hành mô phỏng các mẫu sàn bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm ANSYS để so sánh với kết quả thực nghiệm của các mẫu sàn
Đề xuất sử dụng dạng bóng dẹt cải tiến trong kết cấu sàn BubbleDeck nhằm nâng cao khả năng chịu lực của sàn và tiết kiệm chi phí cho công trình
Đưa ra các kết luận, kiến nghị, khuyến cáo và hướng phát triển của công nghệ sàn BubbleDeck
1.4.2 Phạm vi của đề tài Đề tài thực hiện khảo sát phân tích thực nghiệm ứng xử về khả năng chịu lực của sàn BubbleDeck Tổng cộng 9 mẫu thử gồm 2 mẫu sàn bê tông cốt thép đặc và 7 mẫu sàn BubbleDeck với 3 loại bóng nhựa sẽ được tiến hành khảo sát Các tham số nghiên cứu bao gồm: kích thước - hình dạng bóng nhựa, cường độ bê tông và cốt thép đai Đề tài tiến hành phân tích, so sánh, đưa ra những nhận xét và kết luận về tính hiệu quả của việc sử dụng bóng nhựa trong kết cấu sàn BubbleDeck Đồng thời đề tài còn mô phỏng các mẫu sàn bằng chương trình ANSYS để so sánh với kết quả thực nghiệm
Luận văn này được chia làm 2 phần:
Phần 1: Phần thuyết minh và thực nghiệm, gồm 5 chương:
Chương 1: TỔNG QUAN Chương 2: PHƯƠNG PHÁP BUBBLEDECK
Chương 3: PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM
Chương 4: MÔ PHỎNG MẪU SÀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU
Phần 2: Phần phụ lục, gồm các đặc tính của vật liệu, số liệu thí nghiệm và số liệu mô phỏng.
PHƯƠNG PHÁP BUBBLEDECK
Giới thiệu chung về BubbleDeck
Sàn BubbleDeck là một loại sàn rỗng sử dụng các quả bóng rỗng bằng nhựa tái chế để thay thế cho vùng bê tông ít tham gia chịu lực của bản sàn Qua đó làm tăng chiều cao tiết diện, tăng EI, giảm trọng lượng bản thân Sàn BubbleDeck không có dầm nhằm tạo được không gian rộng, có khả năng vượt được nhịp lớn, giảm được đáng kể trọng lượng của kết cấu, từ sàn đến cột và móng công trình Hình 2.1 so sánh các ưu và nhược điểm khi sử dụng sàn BubbleDeck và sàn bê tông cốt thép thông thường
Hình 2.1: So sánh sàn đặc với sàn BubbleDeck
Tiết kiệm chiều cao do không có hệ dầm
Nhịp lớn hơn do khả năng chịu tải của sàn lớn hơn Rộng hơn do bỏ bớt cột
Tính toán khả năng chịu lực của sàn BubbleDeck
2.2.1.1 Hệ số giới hạn chiều cao vùng nén a) Hệ số R
Khi tính toán cấu kiện chịu uốn, nén lệch tâm, kéo lệch tâm, ta thường gặp trường hợp trên tiết diện có một vùng chịu nén và một vùng chịu kéo Sơ đồ tính được thể hiện trên Hình 2.2
Hình 2.2: Sơ đồ tính toán tiết diện chữ nhật
Ta đặt: x là chiều cao vùng bê tông chịu nén và h o là chiều cao làm việc của tiết diện, bằng khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến mép chịu nén
Tiêu chuẩn TCXDVN 356 - 2005 đưa ra các trường hợp tính toán khi x R o h vàx R o h Giá trị của hệ số R được xác định bằng công thức thực nghiệm Với bê tông cốt thép thường (không có ứng lực trước) thì R được tính theo công thức:
(2.1) trong đó: - đặc trưng vùng chịu nén của bê tông và được xác định theo công thức:
R b - cường độ tính toán của bê tông, tính bằng MPa
- hệ số được lấy phụ thuộc vào loại bê tông
+ Với bê tông nặng: 0.85 + Với bê tông hạt nhỏ nhóm A và bê tông nhẹ: 0.80 + Với bê tông hạt nhỏ nhóm B, C: 0.75
sc u - ứng suất giới hạn của cốt thép ở vùng chịu nén và được lấy như sau:
Đối với các cấu kiện được chế tạo từ bê tông nặng, bê tông hạt nhỏ hay bê tông nhẹ, hệ số điều kiện làm việc của bê tông là một yếu tố quan trọng cần được cân nhắc tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể.
+ Với tải trọng tác dụng dài hạn, tải trọng tạm thời dài hạn và tạm thời ngắn hạn sc u = 500 MPa
+ Với tải trọng tác dụng tạm thời ngắn hạn sc u = 400 MPa
Đối với cấu kiện làm từ bê tông rỗng và bê tông tổ ong, trong mọi trường hợp tải trọng đều lấy sc u = 400 MPa Trường hợp tính toán kết cấu trong giai đoạn nén trước lấy giá trị sc u 330MPa b) Điều kiện về khả năng chịu lực
M M gh (2.3) trong đó M là mômen uốn bất lợi mà tiết diện phải chịu, được lấy theo tổ hợp nội lực hoặc hình bao mômen và M gh là khả năng chịu lực của tiết diện ở trạng thái giới hạn
2.2.1.2 Tiết diện chữ nhật a) Đặt cốt thép đơn
Sơ đồ tiết diện thể hiện ở Hình 2.2, trong đó cho A s ' 0 Để lập công thức tính
M gh , ta dùng các giả thiết sau:
- Bỏ qua sự làm việc của bê tông vùng kéo (xem là bị nứt), toàn bộ nội lực kéo do cốt thép A s chịu Khi thỏa mãn điều kiện x R o h thì ứng suất trong cốt thép A s đạt đến giá trị cường độ chịu kéo tính toán R s Xem hợp lực trong cốt thép chịu kéo là bằng R A s s và đặt tại trọng tâm của A s
- Ứng suất trong bê tông vùng nén đạt giá trị R b và phân bố đều
Lấy mômen đối với trục vuông góc với mặt phẳng uốn và đi qua điểm đặt hợp lực trong cốt thépA s , ta có được: gh b o 2
Chiều cao vùng nén được xác định từ điều kiện cân bằng lực: s s b
R A R bx (2.5) Điều kiện của x là:
Khi nội lực được tính theo sơ đồ đàn hồi thì x thỏa mãn: x R o h (2.6)
R - hệ số hạn chế chiều cao vùng nén, được xác định theo công thức (2.1)
Biểu thức (2.4) được sử dụng để tính khả năng chịu lực dựa trên vùng bê tông chịu nén, trong khi biểu thức (2.7) được sử dụng để tính khả năng chịu lực dựa trên cốt thép chịu kéo.
M R A h x (2.7) Để thuận tiện trong tính toán, ta đem biến đổi công thức như sau: Đặt o x
Khi có : m thì tính và theo m dựa vào công thức:
Khi đó, khả năng chịu lực được biến đổi thành:
Tính theo vùng nén: M gh m b R bh o 2 (2.11)
Tính theo theo cốt thép: M gh R A h s s o (2.12)
Phương trình cân bằng lực: R A s s R bh b o (2.13)
Bài toán xác đị nh kh ả n ă ng ch ị u l ự c
Khi ta biết kích thước tiết diện và cấu tạo của cốt thép, yêu cầu là xác định M gh Mục đích của việc xác định M gh là để kiểm tra khả năng chịu lực theo điều kiện (2.3) khi đã biết mômen M
Từ phương trình (2.13), ta rút ra theo công thức: s s b o
Trường hợp 1: khi R tính 1 0.5 và tính M gh theo công thức (2.12)
Trường hợp 2: khi R chứng tỏ cốt thép quá lớn, ứng suất trong cốt thép không thể đạt đến R s , sự phá hoại xảy ra từ phía bê tông chịu nén Lúc này phải tính
M gh theo công thức (2.4) hoặc (2.11) trong đó giá trị của x được xác định bằng cách giải đồng thời hệ hai phương trình (2.15) và (2.16) s A s R bx b
- ứng suất trong cốt thép chịu kéo
Có thể không cần giải hai phương trình trên mà lấy gần đúng x R o h hoặc
để tính toán M gh b) Đặt cốt thép kép
Sơ đồ tiết diện thể hiện ở Hình 2.2 và giả thiết đặt cốt thép đơn, ngoài ra còn có thêm giả thiết: ứng suất trong cốt thép chịu nén A s ' đạt đến cường độ chịu nén R sc khi x2a' Nếu x2a' thì ứng suất chưa đạt R sc Lấy mômen các lực đối với trục đi qua trọng tâm cốt thép chịu kéo, ta có được
M gh là khả năng chịu lực theo vùng nén
Phương trình cân bằng lực là:
R A R bx R A (2.18) với x R o h theo công thức (2.6) và x2a '
Khi mômen các lực đối với trục đi qua điểm đặt hợp lực của vùng nén có giá trị âm (x2a '), khả năng của vùng kéo phải được xác định bằng cách lấy mômen các lực đối với trục đi qua điểm đặt hợp lực của vùng nén Công thức tính mômen này là: gh * s^2.
Z - cánh tay đòn nội lực Có thể xác định Z một cách gần đúng như sau: max( ; ) a b
Z h x h (2.21) trong đó được xác định theo công thức (2.14) hoặc x được tính từ phương trình (2.5) và không kể đến A s '
Bài toán xác đị nh kh ả n ă ng ch ị u l ự c
Khi ta biết kích thước tiết diện, cấu tạo của A s , A s ' Yêu cầu là xác định khả năng chịu lực M gh Từ phương trình (2.18) ta rút ra x:
Trường hợp 1: Khi thỏa mãn điều kiện: 2a ' x R o h , thay x và A s ' vào công thức (2.17) để tính M gh
Trường hợp 2: Khi xảy ra x2a ' (kể cả khi x < 0) chứng tỏ A s là tương đối bé, tính M gh theo công thức (2.19)
Trường hợp 3: Khi xảy ra x R o h , chứng tỏA s quá lớn Lúc này cần xác định x bằng cách giải đồng thời hai phương trình (2.16) và (2.23)
Sau khi có được x, công thức (2.17) được sử dụng để tính M gh Chú ý, có thể không cần giải hệ phương trình để xác định x mà lấy gần đúng x R o h để tính toán
Các tr ườ ng h ợ p tính toán
Tùy theo cánh nằm ở vùng kéo hoặc vùng nén, mà ta chia thành 3 trường hợp như trong Hình 2.3
Trường hợp 1: Cánh nằm ở vùng kéo Ta bỏ qua tác dụng của cánh, chỉ tính toán theo tiết diện chữ nhật bxh (Hình 2.3a)
Trường hợp 2: Cánh nằm ở vùng nén, trục trung hòa nằm trong cánh (x h f )
Ta tính theo tiết diện chữ nhật b f xh (Hình 2.3b)
Trường hợp 3: Cánh nằm ở vùng nén x h f , trục trung hòa cắt qua sườn (Hình 2.3c) Ta tính theo tiết diện chữ T a) b) c)
Hình 2.3: Các trường hợp tính toán tiết diện chữ T
Hình 2.4: Sơ đồ tính toán tiết diện chữ T
Kí hiệu trong Hình 2.3 đến Hình 2.6: a - khoảng cách từ trọng tâm cốt thép A s đến mép chịu kéo a - khoảng cách từ trọng tâm A s ' đến mép chịu nén
A s - diện tích tiết diện cốt thép dọc chịu kéo
A s - diện tích tiết diện cốt thép dọc chịu nén b - bề rộng sườn b f - bề rộng cánh h - chiều cao tiết diện h f - bề dày cánh h o - chiều cao làm việc x - chiều cao vùng bê tông chịu nén
Lập công thức cho trường hợp 3, trong đó tiết diện đặt cốt thép kép được xét gồm
A s và A s ' Với trường hợp đặt cốt thép đơn, ta chỉ cần cho A s ' 0 Các giả thiết tính toán được lấy tương tự như đối với tiết diện chữ nhật
Khả năng chịu lực M gh được lập bằng cách lấy mômen đối với trục đi qua trọng tâm cốt thépA s
Phương trình hình chiếu, cân bằng lực:
Điều kiện để áp dụng phương trình (2.24) và (2.25) là x h phải lớn hơn f Ngoài ra, x còn phải thỏa mãn điều kiện (2.6) với x nhỏ hơn hoặc bằng R o h Trong khi đó, nếu tính toán có liên quan đến A s ' thì cần tuân thủ thêm điều kiện x phải lớn hơn hoặc bằng 2a '.
Xác đị nh kh ả n ă ng ch ị u l ự c
Khi ta biết kích thước tiết diện và cấu tạo cốt thép Yêu cầu là xác định M gh
PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM
Vật liệu
Thành phần chính của bê tông gồm: xi măng Holcim PCB 40, cát sông Đồng Nai có modul Mdl = 2, đá Đồng Nai có kích thước tối đa D max = 20 mm và nước máy Tỷ lệ phối trộn cụ thể của các thành phần được thể hiện trong Bảng 3.1 Độ sụt của bê tông sau khi trộn nằm trong khoảng từ 6 đến 8 cm.
Bảng 3.1: Bảng cấp phối bê tông
Thành phần vật liệu Đơn vị (1m 3 )
Xi măng Holcim PCB 40 Kg 341 450
Cát vàng m 3 0.447 0.392 Đá dăm 1-2 cm m 3 0.838 0.818
Cường độ chịu nén của bê tông được xác định dựa trên các mẫu lập phương 150×150×150 mm Cường độ chịu kéo của bê tông được xác định dựa trên các mẫu trụ 150×300 mm Tương ứng với mỗi mẫu sàn, ta sẽ lấy 1 mẫu để xác định cường độ chịu nén R b ( f c ' ) và 1 mẫu để xác định cường độ chịu kéo R bt (f t ) của bê tông
Kết quả thí nghiệm cường độ bê tông được thể hiện trong phần Phụ lục A a) Thí nghiệm nén b) Thí nghiệm chẻ đôi
Hình 3.1: Thí nghiệm xác định cường độ bê tông
Cốt thép sử dụng trong các mẫu sàn là thép Việt Nhật gồm 2 loại: thép tròn gân SD390 đường kính 10mm và 12mm; thép tròn trơn SD295 đường kính 6mm và 8mm Tương ứng với mỗi loại đường kính, ta lấy 3 mẫu làm thí nghiệm kéo để xác định cường độ của thép Giới hạn chảy và giới hạn bền của mỗi loại đường kính cốt thép được xác định theo giá trị trung bình của 3 mẫu kéo thí nghiệm Kết quả thí nghiệm cường độ của thép được thể hiện trong phần Phụ lục B a) Mẫu thép tròn đường kính 6; 8; 10; 12mm; b) Thí nghiệm kéo thép
Hình 3.2: Thí nghiệm xác định cường độ thép 3.1.3 Bóng nhựa
Bóng nhựa sử dụng cho các mẫu sàn được sản xuất từ nhựa tái chế với 3 loại kích thước: bóng tròn rỗng đường kính 154mm, bóng tròn rỗng đường kính 186mm và bóng dẹt rỗng đường kính 240mm – chiều cao 180mm a) Nhìn từ trên b) Nhìn ngang
Hình 3.3: Bóng nhựa với 3 loại kích thước
Mẫu sàn thí nghiệm
Có tổng cộng 9 mẫu sàn để khảo sát thí nghiệm bao gồm 2 mẫu sàn bê tông đặc thông thường, 2 mẫu sàn BubbleDeck bóng nhựa tròn Ф154 mm, 2 mẫu sàn BubbleDeck bóng nhựa tròn Ф186 mm, 3 mẫu sàn BubbleDeck bóng nhựa dẹt Ф240-180 mm Chín mẫu này được chia thành 2 nhóm A và B tương ứng với cấp độ bền bê tông là B25 và B35 Trong đó chi tiết các mẫu sàn và nhóm được thể hiện ở Bảng 3.2 và Hình 3.4 đến Hình 3.8
Bảng 3.2: Kính thước và nhóm các mẫu sàn
Sàn kích thước 1900x800x230 mm Tổng số Sàn mẫu đặc
A B25 A.S.0 A.BD.1 A.BD.2 A.BD.3 A.BD.4 B B35 B.S.0 B.BD.1 B.BD.2 B.BD.3 9
Kí hiệu và ý nghĩa trong Bảng 3.2 được giải thích như sau:
A, B – nhóm A và B tương ứng với cấp độ bền của bê tông là B25 và B35 S (Solid) – sàn bê tông đặc thông thường làm mẫu đối chứng, số thứ tự là 0, không có cốt thép đai BD (BubbleDeck) – sàn BubbleDeck, số thứ tự lần lượt là:
1 - bóng nhựa tròn rỗng đường kính 154mm, không có cốt thép đai 2 - bóng nhựa tròn rỗng đường kính 186mm, không có cốt thép đai 3 - bóng nhựa dẹt rỗng đường kính 240mm, cao 180mm, không có cốt thép đai 4 - bóng nhựa dẹt rỗng đường kính 240mm, cao 180mm, có cốt thép đai Như vậy ý nghĩa của các kí hiệu mẫu sàn như sau:
A.S.0 – sàn đặc, cấp độ bền bê tông B25, không có cốt đai A.BD.1 – sàn BubbleDeck bóng tròn Ф154 mm, cấp độ bền bê tông B25, không có cốt đai
A.BD.2 – sàn BubbleDeck bóng tròn Ф186 mm, cấp độ bền bê tông B25, không có cốt đai
A.BD.3 – sàn BubbleDeck bóng dẹt Ф240-180 mm, cấp độ bền bê tông B25, không có cốt đai
A.BD.4 – sàn BubbleDeck bóng dẹt Ф240-180 mm, cấp độ bền bê tông B25, có cốt đai
B.BD.1 – sàn BubbleDeck bóng tròn Ф154 mm, cấp độ bền bê tông B35, không có cốt đai
B.BD.2 – sàn BubbleDeck bóng tròn Ф186 mm, cấp độ bền bê tông B35, không có cốt đai
B.BD.3 – sàn BubbleDeck bóng dẹt Ф240-180 mm, cấp độ bền bê tông B35, không có cốt đai
Từ Hình 3.4 đến Hình 3.8, cốt thép được thể hiện như sau:
- Lớp thép trên bao gồm:
+ Thộp dọc là thộp trũn cú gõn chịu kộo đường kớnh ị10 hoặc ị12
+ Thộp ngang là thộp trũn trơn đặt theo cấu tạo đường kớnh ị6 hoặc ị8
- Lớp thép dưới bao gồm:
+ Thộp dọc là thộp trũn trơn chịu nộn đường kớnh ị6 hoặc ị8
+ Thộp ngang là thộp trũn trơn đặt theo cấu tạo đường kớnh ị6 hoặc ị8
- Vị trớ cạnh gối tựa và vị trớ đặt lực P được gia cường cốt thộp đai ị6 hoặc ị8 để tránh ứng suất tập trung
- Mẫu sàn A.BD.4 cú đặt cốt thộp đai ị8 tại vị trớ giữa cỏc quả búng theo phương dọc của sàn
Hình 3.4: Mẫu sàn thí nghiệm A.S.0 và B.S.0 (1615x680x195mm)
Hình 3.5: Mẫu sàn thí nghiệm A.BD.1 và B.BD.1 (1615x680x195mm)
Hình 3.6: Mẫu sàn thí nghiệm A.BD.2 và B.BD.2 (1900x800x230mm)
Hình 3.7: Mẫu sàn thí nghiệm A.BD.3 và B.BD.3 (1900x800x230mm)
Hình 3.8: Mẫu sàn thí nghiệm A.BD.4 (1900x800x230mm)
Dụng cụ thi công mẫu, gia tải và đo đạc
Các dụng cụ dùng để thi công mẫu, gia tải và đo đạc bao gồm:
- Máy trộn bê tông HP-350 (xuất xứ: Việt Nam), dung tích 250 lít/mẻ trộn
- Máy đầm dùi bê tông NZ70 (xuất xứ: VN)
- Kích thủy lực 100T, hiệu Larzep, sản xuất tại Tây Ban Nha
- Dụng cụ đo chuyển vị gồm có: 2 đồng hồ điện tử và 2 đồng hồ cơ
- Để đo biến dạng của thép, ta dùng cảm biến điện trở (strain gauge) FLA-5-11- 3L (TML SX tại Nhật) với các thông số được trình bày trong Bảng 3.3
- Để đo biến dạng bê tông, ta sử dụng 2 phương pháp Phương pháp thứ nhất dùng cảm biến điện trở (strain gauge) PL-60-11-3L (TML SX tại Nhật) có các đặc tính kỹ thuật được cho trong Bảng 3.3 Phương pháp thứ hai dùng thước đo độ giãn dài (Deformeter Matest sản xuất tại Ý) để đo khoảng cách giữa các chốt đồng
- Dụng cụ đo bề rộng vết nứt được dùng là kính lúp-Microscope sản xuất tại Ý
- Máy đọc dữ liệu từ các cảm biến điện trở được dùng để đo biến dạng thép và bê tông (strain gauge) có nhãn hiệu là Agilent, 34970A, Data Acquisition\Switch Unit (Nhật Bản sản xuất)
Bảng 3.3: Đặc tính kỹ thuật của cảm biến điện trở
Loại Hệ số gauge factor Điện trở () Đo biến dạng bêtông
PL-60-11-3L 2.07 1% 119.9 0.5 Đo biến dạng thép
Quy trình đúc mẫu thí nghiệm
Các mẫu sàn được chế tạo theo quy trình như sau:
Bước 1: Lựa chọn và tập kết vật liệu đúng theo dự kiến
Bước 2: Gia công và lắp dựng cốt pha, cốt thép Chuẩn bị cân đo, phân chia vật tư cát, đá và nước theo đúng cấp phối
Bước 3: Lắp cảm biến điện trở trên bề mặt thanh thép: mỗi mẫu sàn lắp 2 cảm biến theo phương dọc tại vị trí giữa nhịp, T_1 gắn trên thanh thép gần tâm sàn, T_2 gắn trên thanh thép gần cạnh bên dọc sàn Trong đó có sàn (A.BD.4) lắp thêm T_3 trên cốt đai tại vị trí 1/3 nhịp sàn
Chuẩn bị khuôn mẫu và thiết bị: gồm khuôn lập phương 150×150×150 mm, khuôn trụ 150×300 mm, máy trộn bê tông, đầm dùi, dụng cụ thi công bê tông Tiến hành đổ bê tông theo trình tự: đổ 5 mẫu sàn bê tông cấp bền B25, sau đó là 4 mẫu sàn cấp bền B35 Trong quá trình đổ, kiểm tra độ sụt bê tông, lấy mẫu nén và mẫu chẻ tương ứng với từng mẫu sàn.
Bước 5: Sau khi đổ bê tông, việc bảo dưỡng bê tông sàn và mẫu được thực hiện thường xuyên trong vòng 7 ngày đầu
Qui trình chế tạo mẫu được thể hiện chi tiết từ Hình 3.9 đến Hình 3.15 a) Cảm biến điện trở thép và bê tông b) Dán cảm biến lên thép
Hình 3.9: Các loại cảm ứng điện trở đo biến dạng a) Dán cảm biến cho thép dọc b) Dán cảm biến cho thép đai
Hình 3.10: Dán cảm biến điện trở đo biến dạng thép a) Sàn bóng tròn b) Sàn bóng dẹt
Hình 3.11: Gia công coffa, cốt thép, lắp đặt bóng nhựa cho sàn a) Đo độ sụt bê tông b) Lấy mẫu nén và chẻ bê tông
Hình 3.12: Đo độ sụt và lấy mẫu bê tông a) Máy trộn bê tông HP-350 b) Máy đầm dùi bê tông NZ-70
Hình 3.13: Công tác trộn và đầm bê tông
Hình 3.14: Các mẫu sàn sau khi đổ bê tông a) Phủ cát và tưới nước bão dưỡng sàn b) Phủ bao tải và tưới nước bão dưỡng mẫu bê tông
Hình 3.15: Bảo dưỡng sàn và mẫu bê tông
Sau khi thi công chế tạo mẫu, ta rút ra một vài nhận xét như sau: Đối với sàn có bóng nhựa, ta cần cố định bóng đúng vị trí Điều này để đảm bảo trong quá trình đổ và đầm bê tông bóng sẽ không bị đẩy nổi Thí nghiệm này dùng sợi thép buộc cố định lưới thép trên và lưới thép dưới với ván khuôn đáy Do đó bóng nhựa được giữ đúng vị trí giữa 2 lớp thép Khi đổ bê tông và đầm dùi, ta tránh đầm trực tiếp lên bóng nhựa để không làm xê dịch và làm xoay bóng (đối với bóng dẹt).
Sơ đồ và quy trình thí nghiệm, thu nhận dữ liệu
Sơ đồ thí nghiệm được thiết kế là sàn kê lên 2 cạnh gối tựa đơn như trong Hình 3.16 và Hình 3.17 Tải trọng là lực phân bố theo dãy được đặt giữa nhịp sàn và song song với 2 cạnh gối tựa Chiều rộng dãy là 150mm và chiều dài dãy bằng bề rộng của mẫu sàn Lực này được tạo ra từ kích thủy lực truyền lên dầm thép chữ I 150×150×10×10 đặt tại tâm sàn Hệ thống gối đỡ 2 cạnh sàn là thanh dầm thép chữ I 200×200×10×10 với kích thước được tính toán sao cho đảm bảo biến dạng đủ nhỏ và có thể xem gối tựa đơn là tuyệt đối cứng Điều này nhằm đảm bảo không làm tiêu hao năng lượng truyền từ kích thuỷ lực
Hình 3.16: Sơ đồ thí nghiệm mẫu sàn kích thước 1615x680x195 mm
Hình 3.17: Sơ đồ thí nghiệm mẫu sàn kích thước 1900x800x230 mm 3.5.2 Bố trí thiết bị đo đạc
Từ các kinh nghiệm được rút ra của các đề tài luận văn đã thực hiện và tận dụng những dụng cụ thiết bị hiện có, thí nghiệm này được bố trí thiết bị gia tải từ dưới lên và thiết bị đo chuyển vị được bố trí bên trên Với ưu điểm bố trí này, các hoạt động đo đạc và theo dõi vết nứt rất dễ dàng được thao tác, và mức độ an toàn lao động sẽ được nâng cao Từ đó, ta có thể khẳng định được độ tin cậy của số liệu thu được
Các chi tiết của việc bố trí thiết bị đo đạc được thể hiện từ Hình 3.18 đến Hình 3.22
Hình 3.18: Sơ đồ bố trí thiết bị đo đạc cho mẫu sàn A.S.0 và B.S.0
Các kí hiệu trong Hình 3.18 đến Hình 3.22 được giải thích như sau: ĐH_A, ĐH_B, ĐH_C, ĐH_D – đồng hồ đo chuyển vị 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 – thứ tự và vị trí gắn các chốt đồng D_1, D_2, D_3, D_4, D_5, D_6 – Demec đo biến dạng bê tông mặt trên sàn BT_1, BT_2, BT_3 – cảm biến điện trở đo biến dạng bê tông
T_1, T_2, T_3 – cảm biến điện trở đo biến dạng thép
Hình 3.19: Sơ đồ bố trí thiết bị đo đạc cho mẫu sàn A.BD.1 và B.BD.1
Hình 3.20: Sơ đồ bố trí thiết bị đo đạc cho mẫu sàn A.BD.2 và B.BD.2
Hình 3.21: Sơ đồ bố trí thiết bị đo đạc cho mẫu sàn A.BD.3 và B.BD.3
Hình 3.22: Sơ đồ bố trí thiết bị đo đạc cho mẫu sàn A.BD.4
3.5.3 Quy trình gia tải và thu nhận dữ liệu
Các mẫu sàn được gia tải bằng kích thủy lực 1000 kN theo từng cấp tải một cho đến khi bị phá hoại hoàn toàn Đầu tiên, ta kích 1 lực tương đương với trọng lượng bản thân mẫu sàn Sau đó giá trị cấp tải bắt đầu được tính từ 0 kN và giá trị mỗi cấp tải tiếp theo là 10 kN Sau mỗi cấp tải, ta sẽ giữ tải trong thời gian khoảng 3 phút để tiến hành đo chuyển vị, biến dạng của bê tông và thép, bề rộng vết nứt và ghi nhận quá trình hình thành và phát triển của vết nứt a) Mặt dưới sàn b) Mặt bên sàn
Hình 3.23: Dán cảm biến điện trở đo biến dạng bê tông
Hình 3.24: Lắp đặt thiết bị đo chuyển vị
Hình 3.25: Lắp đặt kích gia tải và thiết bị hiển thị cấp tải
Hình 3.26: Máy đo biến dạng thép và bê tông
Kết quả thí nghiệm và nhận xét
Kết quả thí nghiệm 9 mẫu sàn được tổng hợp trong Bảng 3.4 Các kết quả chi tiết của 9 mẫu sàn thí nghiệm được thể hiện trong phần Phụ lục C
Bảng 3.4: Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm 9 mẫu sàn
Kiểu phá hoại A.S.0 30 150 20.65 0.02 2.92 -1.036 35.39 uốn A.BD.1 30 140 14.64 0.04 1.66 -1.041 13.28 cắt A.BD.2 30 175 16.15 0.02 2.26 -0.943 8.34 cắt A.BD.3 40 185 21.06 0.06 5.64 -1.127 23.02 uốn A.BD.4 30 195 23.04 0.04 6.52 -1.258 25.10 uốn B.S.0 30 155 18.34 0.02 2.76 -1.008 29.07 uốn B.BD.1 20 145 13.27 0.02 1.40 -1.095 12.18 cắt B.BD.2 40 180 15.18 0.06 2.12 -0.998 8.03 cắt B.BD.3 30 200 20.22 0.04 5.14 -1.201 22.28 uốn
P cr – lực gây vết nứt đầu tiên
P u – lực phá hoại mẫu sàn Δ u – chuyển vị tại vị trí giữa sàn khi đạt tới lực phá hoại w cr – bề rộng của vết nứt đầu tiên w u – bề rộng của vết nứt khi đạt tới lực phá hoại ε cu – biến dạng của bê tông tại vị trí giữa sàn khi đạt tới lực phá hoại ε su – biến dạng của cốt thép dọc tại vị trí giữa sàn khi đạt tới lực phá hoại
- Hai mẫu sàn BubbleDeck bóng tròn Ф154 mm và 2 mẫu sàn BubbleDeck Ф186 mm bị phá hoại cắt Hai mẫu sàn đặc và 3 mẫu sàn BubbleDeck bóng dẹt Ф240-180 mm bị phá hoại uốn Thể tích bê tông của các mẫu sàn thay đổi tương ứng là:
+ Sàn có cùng kích thước 1615x680x195 mm thì sàn đặc có thể tích là 0.21 m 3 còn sàn BubbleDeck bóng tròn Ф154 mm có thể tích là 0.15 m 3 Như vậy, sàn BubbleDEck bóng tròn có thể tích giảm hơn sàn đặc là 28.6%
+ Sàn có cùng kích thước 1900x800x230 mm thì sàn BubbleDeck bóng tròn Ф186 mm có thể tích là 0.242 m 3 và sàn BubbleDeck bóng dẹt Ф240-180 mm có thể tích là 0.263 m 3 Như vậy, sàn BubbleDEck bóng dẹt có thể tích tăng 8.6% so với sàn BubbleDeck bóng tròn Ф186 mm, tương ứng với khả năng chịu lực tăng từ 6% đến 11% Bên cạnh đó diện tích bóng nhựa cũng giảm tương ứng khoảng 27% khi sử dụng bóng nhựa dẹt (2.54 m 2 ) và bóng tròn (3.48 m 2 )
Sàn BubbleDeck bóng tròn có lực phá hủy thấp hơn so với sàn đặc và sàn BubbleDeck bóng dẹt Ngoài ra, lực phá hủy của sàn bê tông cường độ B25 cũng yếu hơn so với sàn bê tông cường độ B35.
- Chuyển vị Δ u tại vị trí giữa sàn khi phá hủy của sàn BubbleDeck bóng tròn là nhỏ Điều này có thể giải thích do các sàn này bị phá hoại cắt Sàn đặc và sàn BubbleDeck có cốt thép đai chuyển vị lớn hơn Điều này có thể là do có sự tham gia chịu lực của bê tông và cốt thép đai
- Lực gây vết nứt đầu tiên P cr của các mẫu sàn là P cr = 20 ÷ 40 kN và bề rộng vết nứt đầu tiên w cr = 0.02 ÷ 0.06 mm Bề rộng vết nứt w u của sàn BubbleDeck bóng tròn thì nhỏ hơn so với bề rộng vết nứt của sàn đặc và sàn BubbleDeck bóng dẹt Điều này có thể giải thích là do bề rộng vết nứt tương ứng với chuyển vị nên sàn có chuyển vị lớn thì bề rộng vết nứt lớn hơn
Kiểu phá hoại của các mẫu sàn thí nghiệm có thể được xem trong các Hình 3.27 đến Hình 3.36 Quan sát mặt bên của các mẫu sàn, ta thấy rằng các vết nứt có xu hướng đi ngang qua bóng
Hình 3.27: Phá hoại uốn mẫu sàn A.S.0
Hình 3.28: Phá hoại cắt mẫu sàn A.BD.1 a) Mặt trước mẫu sàn A.BD.2 b) Mặt sau mẫu sàn A.BD.2
Hình 3.29: Phá hoại cắt mẫu sàn A.BD.2
Hình 3.30: Phá hoại uốn mẫu sàn A.BD.3
Hình 3.31: Phá hoại uốn mẫu sàn A.BD.4
Hình 3.32: Bóng dẹt trong mẫu sàn A.BD.4
Hình 3.33: Phá hoại uốn mẫu sàn B.S.0
Hình 3.34: Phá hoại cắt mẫu sàn B.BD.1
Hình 3.35: Phá hoại cắt mẫu sàn B.BD.2
Hình 3.36: Phá hoại uốn mẫu sàn B.BD.3
Phân tích số liệu sàn kích thước 1615x680x195 mm
Nhằm so sánh khả năng chịu lực của sàn bê tông cốt thép đặc truyền thống và sàn BubbleDeck sử dụng bóng tròn, các kết quả thí nghiệm trong phần này sẽ thể hiện và so sánh giá trị chuyển vị lớn nhất tại giữa sàn, biến dạng của bê tông và thép, bề rộng vết nứt trong sàn tương ứng với các mẫu thí nghiệm A.S.0, A.BD.1, B.S.0, B.BD.1 có cùng kích thước 1615x680x195 mm Trong đó A.S.0 và B.S.0 là các mẫu sàn bê tông cốt thép đặc truyền thống, A.BD.1 và B.BD.1 là các mẫu sàn BubbleDeck sử dụng bóng tròn đường kính 154 mm Ngoài ra, ký hiệu A và B lần lượt tương ứng với cấp độ bền của bê tông B25 và B35
3.7.1 So sánh lực – chuyển vị
Biểu đồ lực-chuyển vị (P-Δ) trong Hình 3.37 cho thấy mối quan hệ giữa tải trọng (lực) và chuyển vị (độ võng) tại vị trí giữa nhịp của 4 sàn có cùng kích thước Các sàn được đo bằng 2 đồng hồ đo chuyển vị ĐH_B và ĐH_C, và giá trị chuyển vị được sử dụng là giá trị trung bình của hai đồng hồ này.
Hình 3.37: Quan hệ lực – chuyển vị của sàn A.S.0, A.BD.1, B.S.0, B.BD.1
Kết quả thực nghiệm trên Hình 3.37 cho thấy quan hệ lực – chuyển vị (P-Δ) của 4 sàn có kích thước 1615x680x195 mm về cơ bản có thể chia làm 3 giai đoạn Giai đoạn 1 được tính từ lúc bắt đầu gia tải P = 0 kN đến khoảng P = 20÷30 kN khi vết nứt đầu tiên xuất hiện Trong giai đoạn này, ứng xử của các sàn tương tự nhau và đường quan hệ lực – chuyển vị (P-Δ) có độ dốc lớn nhất và tăng tuyến tính Giai đoạn 2 được tính từ khi vết nứt đầu tiên xuất hiện đến khoảng P = 120 kN Trong giai đoạn này, ứng xử của các sàn vẫn tương tự nhau và đường quan hệ lực – chuyển vị (P-Δ) có độ dốc lớn nhưng nhỏ hơn giai đoạn 1 và xem như tuyến tính
Giai đoạn 3 được tính từ P = 120 kN đến khi sàn bị phá hoại Trong giai đoạn này, đường quan hệ lực – chuyển vị (P-Δ) có độ dốc nhỏ và chuyển vị của sàn đặc lớn hơn sàn BubbleDeck
Bảng 3.5: So sánh lực của sàn 1615x680x195 mm
Hình 3.37 và Bảng 3.5, cho thấy rằng lực phá hủy P u của các nhóm sàn có đặc tính sau: đối với nhóm A (B25), lực P u của sàn A.BD.1 giảm 6.7% so với sàn A.S.0 Đối với nhóm B (B35), lực P u của sàn B.BD.1 giảm 6.5% so với sàn B.S.0 Còn đối với nhóm BD Ф154, lực P u của sàn B.BD.1 tăng 3.6% so với sàn A.BD.1 Nghĩa là sử dụng cấp độ bền cao (B35 so với B25) thì khả năng chịu lực của các sàn, tương ứng với lực tới hạn trong sàn sẽ tăng khoảng 4% Ngoài ra, khi bố trí thêm các bóng nhựa bên trong thì khả năng chịu lực của sàn giảm khoảng 7% so với cùng cấp độ bền bê tông
Bảng 3.6: So sánh chuyển vị của sàn 1615x680x195 mm
Từ Hình 3.37 và Bảng 3.6, ta có nhận xét về chuyển vị Δ u của các nhóm sàn như sau: đối với nhóm A (B25), chuyển vị Δ u của sàn A.BD.1 giảm 29.1% so với sàn A.S.0 Đối với nhóm B (B35), chuyển vị Δ u của sàn B.BD.1 giảm 27.7% so với sàn B.S.0 Đối với nhóm BD Ф154, chuyển vị Δ u của sàn B.BD.1 giảm 9.4% so với sàn A.BD.1
Qua việc quan sát và phân tích như trên, một số kết luận về lực và chuyển vị được rút ra như sau:
- Khả năng chịu lực: Sàn BubbleDeck (A.BD.1, B.BD.1) giảm từ 6.5% đến 6.7% so với sàn đặc (A.S.0, B.S.0) Sàn BubbleDeck mác bê tông B35 (B.BD.1) cao hơn 3.6% so với sàn BubbleDeck mác bê tông B25 (A.BD.1)
- Chuyển vị: Sàn BubbleDeck (A.BD.1, B.BD.1) giảm từ 27.7% đến 29.1% so với sàn đặc (A.S.0, B.S.0) Điều này có thể là do sàn đặc phá hoại uốn còn sàn BubbleDeck phá hoại cắt Còn khi so sánh về cấp độ bê tông, ta thấy sàn BubbleDeck mác bê tông B35 (B.BD.1) giảm 9.4% so với sàn BubbleDeck mác bê tông B25 (A.BD.1)
3.7.2 So sánh lực – biến dạng cốt thép
Hình 3.38 thể hiện mối quan hệ lực - biến dạng cốt thép (P- ε s ) của 4 sàn A.S.0, A.BD.1, B.S.0, B.BD.1 có cùng kích thước 1615x680x195 mm Biến dạng cốt thép dọc chịu kéo được đo tại vị trí gần tâm và ở lớp thép trên theo phương dọc của sàn
Kết quả đo chính là giá trị của cảm biến điện trở đo biến dạng cốt thép T_1
Kết quả thực nghiệm trên Hình 3.38 cho thấy quan hệ lực – biến dạng cốt thép (P- ε s ) của 4 sàn có kích thước 1615x680x195 mm có thể chia làm 3 giai đoạn Giai đoạn 1 được tính từ lúc bắt đầu gia tải P = 0 kN đến khoảng P = 20÷30 kN khi vết nứt đầu tiên xuất hiện Trong giai đoạn này, ứng xử của các sàn tương tự nhau và đường quan hệ lực – biến dạng cốt thép (P- ε s ) có độ dốc lớn nhất và tăng tuyến tính
Giai đoạn 2 được tính từ khi vết nứt đầu tiên xuất hiện đến khoảng P = 120 kN
Trong giai đoạn này, ứng xử của các sàn vẫn tương tự nhau và đường quan hệ lực – biến dạng cốt thép (P- ε s ) có độ dốc lớn nhưng nhỏ hơn giai đoạn 1 và xem như tuyến tính Giai đoạn 3 được tính từ P = 120 kN đến khi sàn bị phá hoại Trong giai đoạn này, đường quan hệ lực – biến dạng cốt thép (P- ε s ) có độ dốc nhỏ và biến dạng cốt thép của sàn đặc lớn hơn sàn BubbleDeck
Hình 3.38: Quan hệ lực – biến dạng cốt thép của sàn A.S.0, A.BD.1, B.S.0, B.BD.1
Bảng 3.7: So sánh biến dạng thép của sàn 1615x680x195 mm
Hình 3.38 và Bảng 3.7, cho thấy biến dạng thép ε su của các nhóm sàn có đặc tính sau: đối với nhóm A (B25), biến dạng thép ε su của sàn A.BD.1 giảm 62.5% so với sàn A.S.0 Đối với nhóm B (B35), biến dạng thép ε su của sàn B.BD.1 giảm 58.1% so với sàn B.S.0 Còn đối với nhóm BD Ф154, biến dạng thép ε su của sàn B.BD.1 giảm 8.2% so với sàn A.BD.1
Qua việc quan sát và phân tích như trên, một số kết luận về biến dạng thép được rút ra như sau:
- Sàn BubbleDeck (A.BD.1, B.BD.1) giảm từ 58.1% đến 62.5% so với sàn đặc (A.S.0, B.S.0) Nguyên nhân có thể là do sàn đặc phá hoại uốn và sàn BubbleDeck phá hoại cắt
- Sàn BubbleDeck cấp độ bền bê tông B35 ( B.BD.1) giảm 8.2% so với sàn BubbleDeck cấp độ bền bê tông B25 (A.BD.1)
3.7.3 So sánh lực – biến dạng bê tông
Hình 3.39 thể hiện mối quan hệ lực - biến dạng bê tông (P- ε c ) của 4 sàn A.S.0, A.BD.1, B.S.0, B.BD.1 có cùng kích thước 1615x680x195 mm Biến dạng bê tông chịu nén được đo tại vị trí gần tâm và mặt dưới của sàn Kết quả đo chính là giá trị của cảm biến điện trở đo biến dạng bê tông BT_1
Hình 3.39: Quan hệ lực – biến dạng bê tông của sàn A.S.0, A.BD.1, B.S.0, B.BD.1
Kết quả thực nghiệm Hình 3.39 cho thấy quan hệ lực – biến dạng bê tông (P- ε c ) của 4 sàn có kích thước 1615x680x195 mm có thể chia làm 2 giai đoạn Giai đoạn 1 được tính từ lúc bắt đầu gia tải P = 0 kN đến khoảng P = 20÷30 kN khi vết nứt đầu tiên xuất hiện Trong giai đoạn này, ứng xử của các sàn tương tự nhau và đường quan hệ lực – biến dạng bê tông (P- ε c ) có độ dốc lớn và xem như tuyến tính Giai đoạn 2 được tính từ P = 20÷30 kN đến khi sàn bị phá hoại Trong giai đoạn này, đường quan hệ lực – biến dạng bê tông (P- ε c ) cho thấy ứng xử của các sàn có sự chênh lệch về độ dốc nhưng khi sàn bị phá hoại, biến dạng bê tông chênh lệch nhau không nhiều
Bảng 3.8: So sánh biến dạng bê tông của sàn 1615x680x195 mm
Hình 3.39 và Bảng 3.8, cho thấy biến dạng bê tông ε cu của các nhóm sàn có đặc tính sau: đối với nhóm A (B25), biến dạng bê tông ε cu của sàn A.BD.1 tăng 0.4% so với sàn A.S.0 Đối với nhóm B (B35), biến dạng bê tông ε cu của sàn B.BD.1 tăng 8.6% so với sàn B.S.0 Đối với nhóm BD Ф154, dạng bê tông ε cu của sàn B.BD.1 tăng 5.2% so với sàn A.BD.1
Qua việc quan sát và phân tích như trên, một số kết luận về biến dạng bê tông được rút ra như sau:
Phân tích số liệu sàn kích thước 1900x800x230 mm
Nhằm so sánh khả năng chịu lực của sàn BubbleDeck sử dụng bóng tròn truyền thống và các bóng dẹt cải tiến, đồng thời xét đến sự ảnh hưởng của cốt đai trong sàn, các kết quả thí nghiệm trong phần này sẽ thể hiện và so sánh giá trị chuyển vị lớn nhất tại giữa sàn, biến dạng của bê tông và thép, bề rộng vết nứt trong sàn tương ứng với các mẫu thí nghiệm A.BD.2, A.BD.3, A.BD.4, B.BD.2, B.BD.3 có cùng kích thước 1900x800x230 mm Trong đó A.BD.2 và B.BD.2 là các mẫu sàn BubbleDeck sử dụng bóng tròn đường kính 186 mm, A.BD.3 và B.BD.3 là các mẫu sàn BubbleDeck sử dụng bóng dẹt cải tiến đường kính 240-180 mm, và A.BD.4 là mẫu sàn BubbleDeck sử dụng bóng dẹt cải tiến đường kính 240-180 mm có gia cường cốt đai Ngoài ra, ký hiệu A và B lần lượt tương ứng với cấp độ bền của bê tông B25 và B35
3.8.1 So sánh lực – chuyển vị
Hình 3.41 thể hiện mối quan hệ lực - chuyển vị (P-Δ) của 5 sàn A.BD.2, A.BD.3, A.BD.4, B.BD.2, B.BD.3 có cùng kích thước 1900x800x230 mm Chuyển vị được đo tại vị trí giữa nhịp sàn, là giá trị trung bình của 2 đồng hồ đo chuyển vị ĐH_B và ĐH_C
Kết quả thực nghiệm cho thấy quan hệ lực - chuyển vị (P-Δ) của các sàn có 3 giai đoạn chính: giai đoạn 1 (P = 0-30÷40 kN) ứng xử tương tự nhau, P-Δ tăng tuyến tính với độ dốc lớn nhất; giai đoạn 2 (P = 30÷40-140÷160 kN) vẫn ứng xử tương tự nhau, P-Δ tăng tuyến tính nhưng độ dốc giảm; giai đoạn 3 (P = 140÷160 kN-phá hoại) P-Δ có độ dốc nhỏ, chuyển vị sàn BubbleDeck bóng dẹt lớn hơn sàn BubbleDeck bóng tròn.
Hình 3.41: Quan hệ lực – chuyển vị của sàn A.BD.2, A.BD.3, A.BD.4, B.BD.2,
Bảng 3.10: So sánh lực của sàn 1900x800x230 mm
BD Ф240-180 (Không đai và có đai)
Hình 3.41 và Bảng 3.10, cho thấy rằng lực phá hủy P u của các nhóm sàn có các đặc tính sau: đối với nhóm A (B25), lực P u của sàn A.BD.3 tăng 5.7% so với sàn A.BD.2 Đối với nhóm B (B35), lực P u của sàn B.BD.3 tăng 11.1% so với sàn B.BD.2 Đối với nhóm BD Ф186, P u của sàn B.BD.2 tăng 2.9% so với sàn A.BD.2 Đối với nhóm BD Ф240-180, P u của sàn B.BD.3 tăng 8.1% so với sàn A.BD.3 Còn đối với nhóm BD Ф240-180 (không đai và có đai), lực P u của sàn A.BD.4 tăng 5.4% so với sàn A.BD.3
Bảng 3.11: So sánh chuyển vị của sàn 1900x800x230 mm
BD Ф240-180 (Không đai và có đai)
Hình 3.41 và Bảng 3.11, cho thấy chuyển vị Δ u của các nhóm sàn có đặc tính như sau: đối với nhóm A (B25), chuyển vị Δ u của sàn A.BD.3 tăng 30.4% so với sàn A.BD.2 Đối với nhóm B (B35), chuyển vị Δ u của sàn B.BD.3 tăng 33.2% so với sàn B.BD.2 Đối với nhóm BD Ф186, chuyển vị Δ u của sàn B.BD.2 giảm 6.0% so với sàn A.BD.2 Đối với nhóm BD Ф240-180, chuyển vị Δ u của sàn B.BD.3 giảm 4.0% so với sàn A.BD.3 Còn đối với nhóm BD Ф240-180 (không đai và có đai), chuyển vị Δ u của sàn A.BD.4 tăng 9.4% so với sàn A.BD.3
Qua việc quan sát và phân tích như trên, một số kết luận về lực và chuyển vị được rút ra như sau:
- Khả năng chịu lực: Trong cùng một cấp độ bền bê tông, sàn BubbleDeck bóng dẹt (A.BD.3, B.BD.3) tăng từ 5.7% đến 11.1% so với sàn BubbleDeck bóng tròn (A.BD.2, B.BD.2) Sàn BubbleDeck cấp độ bền bê tông B35 (B.BD.2, B.BD.3) tăng từ 2.9% đến 8.1% so với sàn BubbleDeck cấp độ bền bê tông B25 (A.BD.2, A.BD.3) Sàn BubbleDeck bóng dẹt (A.BD.4) có cốt thép đai tăng 5.4% so với sàn BubbleDeck bóng dẹt (A.BD.3) không có cốt thép đai
- Chuyển vị: Trong cùng một cấp độ bền bê tông, sàn BubbleDeck bóng dẹt (A.BD.3, B.BD.3) tăng từ 30.4% đến 33.2% so với sàn BubbleDeck bóng tròn (A.BD.2, B.BD.2) Sàn BubbleDeck cấp độ bền bê tông B35 (B.BD.2, B.BD.3) giảm từ 4.0% đến 6.0% so với sàn BubbleDeck cấp độ bền bê tông B25 (A.BD.2, A.BD.3) Sàn BubbleDeck bóng dẹt (A.BD.4) có cốt thép đai tăng 9.4% so với sàn BubbleDeck bóng dẹt (A.BD.3) không có cốt thép đai
3.8.2 So sánh lực – biến dạng cốt thép
Hình 3.42 thể hiện mối quan hệ lực - biến dạng cốt thép (P- ε s ) của 5 sàn A.BD.2, A.BD.3, A.BD.4, B.BD.2, B.BD.3 có cùng kích thước 1900x800x230 mm Biến dạng cốt thép dọc chịu kéo được đo tại vị trí gần tâm và ở lớp thép trên theo phương dọc của sàn Kết quả đo chính là giá trị của cảm biến điện trở đo biến dạng cốt thép T_1
Kết quả thực nghiệm trên Hình 3.42 cho thấy quan hệ lực – biến dạng cốt thép (P-ε s ) của 5 sàn có kích thước 1900x800x230 mm về cơ bản có thể chia làm 3 giai đoạn Giai đoạn 1 được tính từ lúc bắt đầu gia tải P = 0 kN đến khoảng P = 30÷40 kN khi vết nứt đầu tiên xuất hiện Trong giai đoạn này, ứng xử của các sàn tương tự nhau và đường quan hệ lực – biến dạng cốt thép (P-ε s ) có độ dốc lớn nhất và tăng tuyến tính Giai đoạn 2 được tính từ khi vết nứt đầu tiên xuất hiện đến khoảng P 140÷160 kN Trong giai đoạn này, ứng xử của các sàn vẫn tương tự nhau và đường quan hệ lực – biến dạng cốt thép (P-ε s ) có độ dốc lớn nhưng nhỏ hơn giai đoạn 1 và xem như tuyến tính Giai đoạn 3 được tính từ P = 140÷160 kN đến khi sàn bị phá hoại Trong giai đoạn này, đường quan hệ lực – biến dạng cốt thép (P-ε s ) có độ dốc nhỏ và biến dạng cốt thép của sàn BubbleDeck bóng dẹt lớn hơn sàn BubbleDeck bóng tròn
Hình 3.42: Quan hệ lực – biến dạng cốt thép của sàn A.BD.2, A.BD.3, A.BD.4,
Bảng 3.12: So sánh biến dạng thép của sàn 1900x800x230 mm
BD Ф240-180 (Không đai và có đai)
Hình 3.42 và Bảng 3.12, cho thấy biến dạng thép ε su của các nhóm sàn có các đặc tính sau: đối với nhóm A (B25), biến dạng thép ε su của sàn A.BD.3 tăng 176.1% so với sàn A.BD.2 Đối với nhóm B (B35), biến dạng thép ε su của sàn B.BD.3 tăng 177.4% so với sàn B.BD.2 Đối với nhóm BD Ф186, biến dạng thép ε su của sàn B.BD.2 giảm 3.7% so với sàn A.BD.2 Đối với nhóm BD Ф240-180, biến dạng thép ε su của sàn B.BD.3 giảm 3.2% so với sàn A.BD.3 Còn đối với nhóm BD Ф240-180 (không đai và có đai), biến dạng thép ε su của sàn A.BD.4 tăng 9.0% so với sàn A.BD.3
Qua việc quan sát và phân tích như trên, một số kết luận về biến dạng thép được rút ra như sau:
Đối với cùng cấp độ bền bê tông, sàn BubbleDeck bóng dẹt (A.BD.3, B.BD.3) tăng độ cứng uốn từ 176,1% đến 177,4% so với sàn BubbleDeck bóng tròn (A.BD.2, B.BD.2) Sự gia tăng này có thể là do sàn BubbleDeck bóng dẹt (A.BD.3, B.BD.3) chủ yếu chịu phá hoại uốn trong khi sàn BubbleDeck bóng tròn (A.BD.2, B.BD.2) chịu phá hoại cắt.
- Sàn BubbleDeck cấp độ bền bê tông B35 (B.BD.2) giảm 3.7% so với sàn BubbleDeck cấp độ bền bê tông B25 (A.BD.2) Trong khi sàn BubbleDeck cấp độ bền bê tông B35 (B.BD.3) giảm 3.2% so với sàn BubbleDeck mác bê tông B25 (A.BD.3) Nguyên nhân có thể là do chuyển vị của sàn có cấp độ bền bê tông B35 giảm so với sàn có cấp độ bền bê tông B25, cụ thể là sàn (B.BD.2) giảm 6.0% so với sàn (A.BD.2) và sàn (B.BD.3) giảm 3.2% so với sàn (A.BD.3)
- Trong cùng một cấp độ bền bê tông B25, sàn BubbleDeck bóng dẹt (A.BD.4) có cốt thép đai tăng 9.0% so với sàn BubbleDeck bóng dẹt (A.BD.3) không có cốt thép đai Nguyên nhân có thể là do chuyển vị của sàn (A.BD.4) tăng 9.4% so với sàn (A.BD.3)
3.8.3 So sánh lực – biến dạng bê tông
Hình 3.43 thể hiện mối quan hệ lực - biến dạng bê tông (P- ε c ) của 5 sàn A.BD.2, A.BD.3, A.BD.4, B.BD.2, B.BD.3 có cùng kích thước 1900x800x230 mm Biến dạng bê tông chịu nén được đo tại vị trí gần tâm và mặt dưới của sàn Kết quả đo chính là giá trị của cảm biến điện trở đo biến dạng bê tông BT_1
Hình 3.43: Quan hệ lực – biến dạng bê tông của sàn A.BD.2, A.BD.3, A.BD.4,
Kết quả thực nghiệm Hình 3.43 cho thấy quan hệ lực – biến dạng bê tông (P-ε c ) của 5 sàn có kích thước 1900x800x230 mm có thể chia làm 2 giai đoạn Giai đoạn 1 được tính từ lúc bắt đầu gia tải P = 0 kN đến khoảng P = 30÷40 kN khi vết nứt đầu tiên xuất hiện Trong giai đoạn này, ứng xử của các sàn tương tự nhau và đường quan hệ lực – biến dạng bê tông (P-ε c ) có độ dốc lớn và xem như tuyến tính Giai đoạn 2 được tính từ P = 30÷40 kN đến khi sàn bị phá hoại Trong giai đoạn này, đường quan hệ lực – biến dạng bê tông (P-ε c ) cho thấy ứng xử của các sàn có sự chênh lệch nhiều, không ổn định về độ dốc Khi sàn bị phá hoại, biến dạng bê tông của sàn BubbleDeck bóng dẹt lớn hơn sàn BubbleDeck bóng tròn
Sàn bubbledeck bóng tròn 1615x680x195 mm và 1900x800x230 mm
Nhằm so sánh khả năng chịu lực của sàn BubbleDeck có kích thước ô sàn và sử dụng các bóng tròn đường kính khác nhau, các kết quả thí nghiệm trong phần này sẽ thể hiện và so sánh giá trị chuyển vị lớn nhất tại giữa sàn, biến dạng của bê tông và thép, bề rộng vết nứt trong sàn tương ứng với các mẫu thí nghiệm A.BD.1, A.BD.2, B.BD.1, B.BD.2 Trong đó A.BD.1 và B.BD.1 là các mẫu sàn BubbleDeck có kích thước 1615x680x195 mm và sử dụng bóng tròn đường kính 154 mm, A.BD.2 và B.BD.2 là các mẫu sàn BubbleDeck có kích thước 1900x800x230 mm và sử dụng bóng tròn đường kính 186 mm Ngoài ra, ký hiệu A và B lần lượt tương ứng với cấp độ bền của bê tông B25 và B35
3.9.1 So sánh lực – chuyển vị
Hình 3.46 thể hiện mối quan hệ lực - chuyển vị (P-Δ) của 2 sàn BubbleDeck bóng tròn Ф154 A.BD.1, B.BD.1 có kích thước 1615x680x195 mm, và 2 sàn BubbleDeck bóng tròn Ф186 A.BD.2, B.BD.2 có kích thước 1900x800x230 mm
Chuyển vị được đo tại vị trí giữa nhịp sàn Kết quả đo chính là giá trị trung bình của 2 đồng hồ đo chuyển vị ĐH_B và ĐH_C
Hình 3.46: Quan hệ lực – chuyển vị của sàn A.BD.1, A.BD.2, B.BD.1, B.BD.2
Kết quả thực nghiệm trên Hình 3.46 cho thấy quan hệ lực – chuyển vị (P-Δ) của 2 sàn BubbleDeck có kích thước 1615x680x195 mm (A.BD.1, B.BD.1) và 2 sàn BubbleDeck có kích thước 1900x800x230mm (A.BD.2, B.BD.2) có thể chia thành 3 giai đoạn Giai đoạn 1 được tính từ lúc bắt đầu gia tải đến P = 20 kN khi vết nứt đầu tiên xuất hiện Trong giai đoạn này, độ dốc đường hệ lực – chuyển vị (P-Δ) của 4 sàn gần bằng nhau và xem như tuyến tính Giai đoạn 2, đối với 2 sàn (A.BD.1, B.BD.1) được tính từ P = 20 kN đến P = 120kN còn 2 sàn (A.BD.2, B.BD.2) được tính từ P = 20 kN đến P = 130÷150 kN Trong giai đoạn này, đường hệ lực – chuyển vị (P-Δ) của 4 sàn có độ dốc gần bằng nhau và vẫn tuyến tính Giai đoạn 3, đối với 2 sàn (A.BD.1, B.BD.1) được tính từ P = 120 kN đến khi phá hủy còn 2 sàn (A.BD.2, B.BD.2) được tính từ P = 130÷150 kN đến khi phá hủy Trong giai đoạn này, độ dốc của 4 sàn đều nhỏ và chuyển vị tăng nhanh Chuyển vị (P-Δ) lúc phá hủy của 2 sàn A.BD.2, B.BD.2 lớn hơn 2 sàn A.BD.1, B.BD.1
Bảng 3.16: So sánh lực của sàn BubbleDeck Ф154, 1615x680x195 mm với sàn BubbleDeck Ф186, 1900x800x230 mm
Hình 3.46 và Bảng 3.16, cho thấy đối với nhóm A (B25), lực P u của sàn A.BD.2 tăng 25.0% so với sàn A.BD.1 Ngoài ra, đối với nhóm B (B35), lực P u của sàn B.BD.2 tăng 24.1% so với sàn B.BD.1
Bảng 3.17: So sánh chuyển vị của sàn BubbleDeck Ф154, 1615x680x195 mm với sàn BubbleDeck Ф186, 1900x800x230 mm
Hình 3.46 và Bảng 3.17, cho thấy chuyển vị Δ u của các nhóm sàn có đặc tính sau: đối với nhóm A (B25), chuyển vị Δ u của sàn A.BD.2 tăng 10.3% so với sàn A.BD.1 Đối với nhóm B (B35), chuyển vị Δ u của sàn B.BD.2 tăng 14.4% so với sàn B.BD.1
Qua việc quan sát và phân tích như trên, một số kết luận về lực và chuyển vị được rút ra như sau:
- Khả năng chịu lực: Trong cùng một cấp độ bền bê tông, sàn BubbleDeck bóng tròn Ф186 (A.BD.2, B.BD.2) tăng từ 24.1% đến 25.0% so với sàn BubbleDeck bóng tròn Ф154 (A.BD.1, B.BD.1)
- Chuyển vị: Trong cùng một cấp độ bền bê tông, sàn BubbleDeck bóng tròn Ф186 (A.BD.2, B.BD.2) tăng từ 10.3% đến 14.4% so với sàn BubbleDeck bóng tròn Ф154 (A.BD.1, B.BD.1)
- Hàm lượng cốt thép và khoảng cách nhịp: Hàm lượng cốt thép của sàn
BubbleDeck bóng tròn Ф186 (A.BD.2, B.BD.2) tăng 11.1% so với sàn BubbleDeck bóng tròn Ф154 (A.BD.1, B.BD.1) (1.20% so với 1.08%), tương ứng với khoảng cách nhịp tăng 17.6% (1700mm so với 1445mm)
3.9.2 So sánh lực – biến dạng cốt thép
Hình 3.47 thể hiện mối quan hệ lực - biến dạng cốt thép (P- ε s ) của 2 sàn BubbleDeck bóng tròn Ф154 A.BD.1, B.BD.1 có kích thước 1615x680x195 mm, và
2 sàn BubbleDeck bóng tròn Ф186 A.BD.2, B.BD.2 có kích thước 1900x800x230 mm Biến dạng cốt thép dọc chịu kéo dược đo tại vị trí gần tâm và ở lớp thép trên theo phương dọc của sàn, kết quả đo chính là giá trị của cảm biến điện trở đo biến dạng cốt thép T_1
Hình 3.47: Quan hệ lực – biến dạng cốt thép của sàn A.BD.1, A.BD.2, B.BD.1,
Kết quả thực nghiệm trên Hình 3.47 cho thấy quan hệ lực – biến dạng cốt thép (P-ε s ) của 2 sàn BubbleDeck có kích thước 1615x680x195 mm (A.BD.1, B.BD.1) và 2 sàn BubbleDeck có kích thước 1900x800x230mm (A.BD.2, B.BD.2) có thể chia thành 3 giai đoạn Giai đoạn 1 được tính từ lúc bắt đầu gia tải đến P = 20 kN khi vết nứt đầu tiên xuất hiện Trong giai đoạn này, độ dốc đường hệ lực – biến dạng cốt thép (P-ε s ) của 4 sàn gần bằng nhau và xem như tuyến tính Giai đoạn 2, đối với 2 sàn (A.BD.1, B.BD.1) được tính từ P = 20 kN đến P = 120kN còn 2 sàn (A.BD.2, B.BD.2) được tính từ P = 20 kN đến P = 130÷150 kN Trong giai đoạn này, 2 sàn (A.BD.1, B.BD.1) có độ dốc đường hệ lực – biến dạng cốt thép (P-ε s ) nhỏ hơn 2 sàn (A.BD.2, B.BD.2) và vẫn tuyến tính Giai đoạn 3, đối với 2 sàn (A.BD.1, B.BD.1) được tính từ P = 120 kN đến khi phá hủy còn 2 sàn (A.BD.2,
B.BD.2) được tính từ P = 130÷150 kN đến khi phá hủy Trong giai đoạn này, độ dốc của 4 sàn nhỏ và biến dạng thép tăng nhanh Biến dạng thép lúc phá hủy của 2 sàn A.BD.1, B.BD.1 lớn hơn 2 sàn A.BD.2, B.BD.2
Bảng 3.18: So sánh biến dạng thép của sàn BubbleDeck Ф154, 1615x680x195 mm với sàn BubbleDeck Ф186, 1900x800x230 mm
Hình 3.47 và Bảng 3.18, cho thấy biến dạng cốt thép ε su của các nhóm sàn có đặc tính như sau: đối với nhóm A (B25), biến dạng cốt thép ε su của sàn A.BD.2 giảm 37.2% so với sàn A.BD.1 Đối với nhóm B (B35), biến dạng cốt thép ε su của sàn B.BD.2 giảm 34.1% so với sàn B.BD.1
Qua việc quan sát và phân tích như trên, một số kết luận về biến dạng cốt thép được rút ra như sau:
- Trong cùng một cấp độ bền bê tông, sàn BubbleDeck bóng tròn Ф186 (A.BD.2, B.BD.2) giảm từ 34.1% đến 37.2% so với sàn BubbleDeck bóng tròn Ф154 (A.BD.1, B.BD.1)
- Hàm lượng cốt thép của sàn BubbleDeck bóng tròn Ф186 (A.BD.2, B.BD.2) tăng 11.1% so với sàn BubbleDeck bóng tròn Ф154 (A.BD.1, B.BD.1) (1.20% so với 1.08%), tương ứng với khoảng cách nhịp tăng 17.6% (1700mm so với 1445mm)
3.9.3 So sánh lực – biến dạng bê tông
Hình 3.48 thể hiện mối quan hệ lực - biến dạng bê tông (P- ε c ) của 2 sàn BubbleDeck bóng tròn Ф154 A.BD.1, B.BD.1 có kích thước 1615x680x195 mm, và 2 sàn BubbleDeck bóng tròn Ф186 A.BD.2, B.BD.2 có kích thước 1900x800x230 mm Biến dạng bê tông chịu nén được đo tại vị trí gần tâm và mặt dưới của sàn, kết quả đo chính là giá trị của cảm biến điện trở đo biến dạng bê tông BT_1
Hình 3.48: Quan hệ lực – biến dạng bê tông của sàn A.BD.1, A.BD.2, B.BD.1,
Kết quả thực nghiệm trên Hình 3.48 cho thấy quan hệ lực – biến dạng bê tông (P- ε c ) cho thấy độ dốc của sàn B.BD.2 lớn hơn sàn B.BD.1 và sàn A.BD.2 lớn hơn sàn A.BD.1 Biến dạng bê tông khi phá hủy của 2 sàn A.BD.1, A.BD.2 lớn hơn 2 sàn B.BD.1, B.BD.2
Bảng 3.19: So sánh biến dạng bê tông của sàn BubbleDeck Ф154, 1615x680x195 mm với sàn BubbleDeck Ф186, 1900x800x230 mm
Hình 3.48 và Bảng 3.19, cho thấy biến dạng bê tông ε cu của các nhóm sàn có đặc điểm sau: đối với nhóm A (B25), biến dạng bê tông ε cu của sàn A.BD.2 giảm 9.4% so với sàn A.BD.1 Đối với nhóm B (B25), biến dạng bê tông ε cu của sàn B.BD.2 giảm 8.8% so với sàn B.BD.1
Qua việc quan sát và phân tích như trên, một số kết luận về biến dạng bê tông được rút ra như sau:
- Trong cùng một cấp độ bền bê tông, sàn BubbleDeck bóng tròn Ф186 (A.BD.2, B.BD.2) giảm từ 8.8% đến 9.4% so với sàn BubbleDeck bóng tròn Ф154 (A.BD.1, B.BD.1)
Lượng cốt thép của sàn BubbleDeck bóng tròn Φ186 (A.BD.2, B.BD.2) tăng 11,1% so với sàn BubbleDeck bóng tròn Φ154 (A.BD.1, B.BD.1) (1,20% so với 1,08%), tương ứng với khoảng cách nhịp tăng 17,6% (1700mm so với 1445mm).
3.9.4 So sánh lực – bề rộng vết nứt
Hình 3.49 thể hiện mối quan hệ lực - bề rộng vết nứt (P-w) của 2 sàn BubbleDeck bóng tròn Ф154 A.BD.1, B.BD.1 có kích thước 1615x680x195 mm, và 2 sàn BubbleDeck bóng tròn Ф186 A.BD.2, B.BD.2 có kích thước 1900x800x230 mm Bề rộng vết nứt được đo tại vị trí gần giữa nhịp sàn khi vết nứt đầu tiên xuất hiện Sau đó, bề rộng vết nứt được đo tương ứng với từng cấp tải
Hình 3.49: Quan hệ lực – bề rộng vết nứt của sàn A.BD.1, A.BD.2, B.BD.1,
Kết quả tính toán lý thuyết
Nhằm tính toán kiểm tra khả năng chịu lực của sàn đặc bê tông cốt thép truyền thống và sàn BubbleDeck có kích thước ô sàn, cấp độ bền bê tông và sử dụng các bóng tròn đường kính khác nhau, trong phần này sẽ trình bày các kết quả tính toán mômen giới hạn M gh và lực cắt Q theo tiêu chuẩn TCXDVN 356-2005
Bảng 3.21: Bảng tính mômen giới hạn M gh theo TCXDVN 356-2005
Kí hiệu A.S.0 A.BD.1 A.BD.2 A.BD.3 A.BD.4 B.S.0 B.BD.1 B.BD.2 B.BD.3 b
Ghi chú: cường độ của bê tông và cốt thép trong công thức tính ở Bảng 3.21 và
Bảng 3.22 lấy từ kết quả thí nghiệm nén, chẻ mẫu bê tông và kéo mẫu thép được trình bày ở phần Phụ lục A và B
Bảng 3.22: Bảng tính lực cắt Q theo TCXDVN 356-2005
Kí hiệu A.S.0 A.BD.1 A.BD.2 A.BD.3 A.BD.4 B.S.0 B.BD.1 B.BD.2 B.BD.3 b
A bw : diện tích tiết diện nhỏ nhất của bê tông chịu kéo tại vị trí giữa 2 quả bóng theo phương dọc sàn.
A sw : diện tích tiết diện của cốt thép đai (mẫu sàn A.BD.4) tại vị trí giữa 2 quả bóng theo phương dọc sàn
Một số kết luận được rút ra từ Bảng 3.21 và 3.22 như sau:
Kết quả tính toán mômen giới hạn Mgh theo tiêu chuẩn TCXDVN 356 – 2005 cho giá trị thấp hơn so với kết quả mômen giới hạn thực nghiệm M_u tại thời điểm các mẫu sàn bị phá hoại.
Ngoài ra, có thể thấy rõ sự chênh lệch giữa giá trị lực cắt Q theo TCXDVN và giá trị Q u theo kết quả thí nghiệm Điều này có thể được giải thích như sau: các giá trị mômen giới hạn M gh và lực cắt Q tính toán theo lý thuyết là khả năng chịu lực tới hạn của sàn được tính riêng cho từng giá trị mômen hay lực cắt Ngược lại, các giá trị mômen M u và lực cắt Q u từ thực nghiệm là khả năng chịu lực tại thời điểm sàn bị phá hoại Trong trường hợp phá hoại uốn xảy ra trước thì khả năng chịu cắt vẫn còn, vì vậy lực cắt Q và Q u có sự chênh lệch nhiều
- Giá trị lực cắt tính theo lý thuyết Q của các mẫu sàn có đặc tính như sau: các mẫu sàn đặc thì lớn nhất, các mẫu sàn BubbleDeck bóng tròn thì nhỏ nhất và kế đến là các mẫu sàn BubbleDeck sử dụng bóng dẹt Các mẫu sàn có cấp độ bền bê tông B35 thì cho giá trị mômen giới hạn M gh và lực cắt Q lớn hơn các mẫu sàn có cấp độ bền bê tông B25 Điều này hoàn toàn phù hợp với các kết quả thực nghiệm
- Khi các mẫu sàn có cùng kích thước và cấp độ bền bê tông thì giá trị lực cắt Q theo tính toán lý thuyết của sàn BubbleDeck bóng dẹt lớn hơn sàn BubbleDeck bóng tròn Điều này cũng khẳng định sự phù hợp hoàn toàn với các kết quả thực nghiệm.
CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG MẪU SÀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
Mục đích của việc mô phỏng
Bên cạnh việc nghiên cứu thực nghiệm thì các nghiên cứu bằng mô phỏng số cũng rất cần thiết Trong các phương pháp số thông dụng thì phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) là phương pháp phổ biến nhất và được sử dụng để tính toán các kết cấu bê tông cốt thép Đây cũng là công cụ hữu hiệu khi nghiên cứu các loại kết cấu sàn BubbleDeck Chương này trình bày các kết quả của việc mô hình hóa cấu kiện sàn bê tông cốt thép đặc và sàn BubbleDeck theo phương pháp PTHH nhằm kiểm chứng và phân tích ứng xử của các mẫu sàn trên so với các kết quả từ thí nghiệm.
Mô hình vật liệu
Theo phụ lục ACI 318 và từ kết quả của các mẫu nén hình lập phương, môđun đàn hồi của bê tông được xác định bởi công thức
E f (4.1) trong đó: E c là module biến dạng tiếp tuyến và f c ' là cường độ chịu nén của mẫu thử hình trụ (150x300mm) ở ngày thứ 28
Công thức qui đổi cường độ bê tông từ mẫu lập phương (mác bê tông Việt Nam
R R 150 lấy theo mẫu nén tiêu chuẩn 150x150x150 mm TCVN 3118 - 93) sang mẫu hình trụ theo tiêu chuẩn ACI 318-05:
' 150 c 1.2 f R (4.2) Đường cong ứng suất – biến dạng của bê tông (MacGregor, 1992) được mô tả bởi công thức:
(4.3) trong đó: là biến dạng do ứng suất f , và 0 là biến dạng lúc bê tông đạt cường độ nén tới hạn và được xác định bởi:
E (4.4) và E c liên hệ với ứng suất f thông qua công thức: c
(4.5) Điểm đầu tiên của đường cong tuân theo định luật Hook:
Hình 4.1 mô tả mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng được sử dụng trong luận văn này dựa trên nghiên cứu của Kachlakev và cộng sự (2001) Giá trị ứng suất tại điểm 1 được xác định là 0.40 f c ' và được xác định trong phạm vi tuyến tính của phương trình (4.5) Các điểm khác được tính toán từ phương trình (4.3), với 0 thu được từ phương trình (4.4) Điểm cuối được xác định tại f c ' và u = 0.003.
Hình 4.1: Đường cong ứng suất – biến dạng của bê tông
Hình 4.2: Mô hình phần tử Solid65 dùng cho bê tông
4.2.2 Cốt thép Đặc trưng vật liệu thép được xác định theo đường cong ứng suất – biến dạng khi thí nghiệm kéo mẫu thép Biểu đồ này áp dụng cho cả thép chịu kéo và chịu nén
Biến dạng dẻo y được tính bởi công thức: y y s f
E (4.7) trong đó: E s là modul đàn hồi của thép, f y là ứng suất chảy dẻo của thép xác định từ thí nghiệm kéo mẫu thép, và f u là ứng suất tới hạn của thép xác định từ thí nghiệm kéo mẫu thép
Trong kết cấu bê tông cốt thép, cốt thép có dạng thanh hoặc lưới nên không cần quan tâm tới ứng xử ba chiều của cốt thép Mô hình vật liệu của cốt thép sử dụng mối quan hệ ứng suất – biến dạng được thể hiện trên Hình 4.3
Hình 4.3: Đường cong ứng suất – biến dạng của cốt thép thông thường Để mô hình hóa cốt thép trong bê tông, chúng ta có thể sử dụng 3 mô hình được thể hiện trên Hình 4.4 a) Mô hình phân tán (“smeared”, “distribute”) b) Mô hình nhồi (“embeded”) c) Mô hình rời rạc (“discrete”)
Hình 4.4: Mô hình cốt thép trong bê tông cốt thép do Tavarez đề xuất năm 2001
Trong mô hình "phân tán", cốt thép phân bố rải rác trong bê tông, tăng cường độ cứng và cường độ cho bê tông theo hướng cốt thép Ngược lại, mô hình "nhồi" coi cốt thép là các bộ phận riêng biệt liên kết với bê tông tại các điểm đồng chuyển vị Tuy nhiên, việc mô hình hóa theo phương pháp "nhồi" phức tạp hơn do sự định nghĩa các điểm đồng chuyển vị và ít được sử dụng trong thực tế.
Nếu cả hai mô hình trên đều phải giả thiết độ dính bám giữa bê tông và cốt thép là tuyệt đối, thì mô hình “rời rạc” (Hình 4.4c) lại cho phép xét trượt giữa bê tông và cốt thép Trong đó, cốt thép được mô hình hóa bằng phần tử dàn một chiều (chỉ chịu kéo hoặc nén) và có liên kết chốt ở hai đầu thông qua nút chung của phần tử bê tông và cốt thép (Hình 4.4c) Vì thế, việc theo dõi ứng suất trong bê tông và cốt thép thuận tiện hơn Cũng như mô hình “nhồi”, nhược điểm của mô hình “rời rạc” là không xét được thể tích chiếm chổ của cốt thép trong bê tông Tuy nhiên, khi nghiên cứu ứng xử tổng thể giữa mô hình “rời rạc” và mô hình “phân tán”, kết quả cho thấy không có sự chênh lệch nhiều Do vậy, mô hình “rời rạc” vẫn đang là mô hình được sử dụng phổ biến nhất, và sẽ được sử dụng trong nghiên cứu hiện tại
Hình 4.5: Mô hình phần tử Link8 dùng cho cốt thép
Chú ý rằng, vì các mẫu sàn có tính đối xứng nên để thuận tiện cho việc tính toán ta chỉ cần lập mô hình cho 1/4 của từng mẫu sàn Các quả bóng nhựa được xem như coffa tạo khuôn và không xét trong mô hình Các Hình 4.6 đến 4.20 lần lượt mô tả mô hình mẫu sàn, mô hình cốt thép, mô hình lưới phần tử, mô hình ứng suất, mô hình vết nứt của sàn đặc, sàn BubbleDeck bóng tròn và sàn BubbleDeck bóng dẹt
Hình 4.6: Mô hình 1/4 mẫu sàn
Hình 4.7: Mô hình cốt thép sàn đặc
Hình 4.8: Mô hình chia lưới phần tử sàn đặc
Hình 4.9: Mô hình ứng suất S x của phần tử sàn đặc
Hình 4.10: Mô hình vết nứt sàn đặc
Hình 4.11: Mô hình cốt thép sàn BubbleDeck bóng tròn
Hình 4.12: Mô hình bê tông sàn BubbleDeck bóng tròn
Hình 4.13: Mô hình chia lưới phần tử sàn BubbleDeck bóng tròn
Hình 4.14: Mô hình ứng suất S x của phần tử sàn BubbleDeck bóng tròn
Hình 4.15: Mô hình vết nứt sàn BubbleDeck bóng tròn
Hình 4.16: Mô hình cốt thép sàn BubbleDeck bóng dẹt
Hình 4.17: Mô hình bê tông sàn BubbleDeck bóng dẹt
Hình 4.18: Mô hình chia lưới phần tử sàn BubbleDeck bóng dẹt
Hình 4.19: Mô hình ứng suất S x của phần tử sàn BubbleDeck dẹt
Hình 4.20: Mô hình vết nứt sàn BubbleDeck bóng dẹt
So sánh kết quả thí nghiệm với kết quả ANSYS cho các mẫu sàn
Hình 4.21 và 4.22 thể hiện mối quan hệ lực - chuyển vị (P-Δ) của các sàn đặc thông thường và sàn BubbleDeck bóng tròn đường kính 154 mm, có kích thước 1615x680x195 mm dựa trên kết quả thí nghiệm và kết quả mô phỏng ANSYS
Độ chuyển vị được đo tại vị trí giữa nhịp sàn Giá trị đo được là giá trị trung bình của hai đồng hồ đo chuyển vị ĐH_B và ĐH_C Trong phần mềm ANSYS, giá trị chuyển vị được đo tại vị trí tâm của sàn.
Hình 4.21: Quan hệ lực – chuyển vị của sàn A.S.O
Bảng 4.1: So sánh lực, chuyển vị sàn A.S.0
Mẫu sàn Lực P u (kN) Chuyển vị Δ u (mm)
Thí nghiệm ANSYS Sai số
(%) Thí nghiệm ANSYS Sai số
Hình 4.21 và Bảng 4.1, cho thấy đường quan hệ lực – chuyển vị giữa thí nghiệm và ANSYS của sàn đặc A.S.0 là tương đồng nhau Khi sàn phá hoại thì sai số về lực là 8.1% và sai số về chuyển vị là 10.9%
Chuyển vị giữa sàn Δ (mm)
Hình 4.22: Quan hệ lực – chuyển vị của sàn A.BD.1
Bảng 4.2: So sánh lực, chuyển vị sàn A.BD.1
Mẫu sàn Lực P u (kN) Chuyển vị Δ u (mm)
Thí nghiệm ANSYS Sai số
(%) Thí nghiệm ANSYS Sai số
Hình 4.22 và Bảng 4.2, cho thấy đường quan hệ lực – chuyển vị giữa thí nghiệm và ANSYS của sàn BubbleDeck A.BD.1 sử dụng bóng tròn đường kính 154 mm là tương đồng nhau Khi sàn phá hoại thì sai số về lực là 9.3% và sai số về chuyển vị là 5.7%
4.3.2 So sánh lực – biến dạng cốt thép
Hình 4.23 và 4.24 thể hiện mối quan hệ lực - biến dạng cốt thép (P-ε s) của các sàn đặc thông thường A.S.0 và sàn BubbleDeck B.BD.1 bóng tròn đường kính 154 mm, có kích thước 1615x680x195 mm dựa trên kết quả thí nghiệm và kết quả mô phỏng ANSYS Biến dạng cốt thép dọc chịu kéo được đo tại vị trí gần tâm và ở lớp thép trên theo phương dọc của sàn Kết quả đo chính là giá trị của cảm biến điện trở đo biến dạng cốt thép T_1 và trong ANSYS là giá trị biến dạng cốt thép dọc tại vị trí tương ứng
Hình 4.23: Quan hệ lực – biến dạng cốt thép của sàn A.S.0 Bảng 4.3: So sánh biến dạng cốt thép sàn A.S.0
Mẫu sàn Biến dạng thép ε su ( 0 / 00 ) Thí nghiệm ANSYS Sai số (%) A.S.0 35.39 40.08 13.3
Hình 4.23 và Bảng 4.3, cho thấy đường quan hệ lực – biến dạng cốt thép giữa thí nghiệm và ANSYS của sàn A.S.0 là tương đồng nhau Khi sàn phá hoại thì sai số về biến dạng cốt thép dọc là 13.3%
Hình 4.24: Quan hệ lực – biến dạng cốt thép của sàn B.BD.1
Bảng 4.4: So sánh biến dạng cốt thép sàn B.BD.1
Mẫu sàn Biến dạng thép ε su ( 0 / 00 ) Thí nghiệm ANSYS Sai số (%) B.BD.1 12.18 13.48 10.6
Hình 4.24 và Bảng 4.4, cho thấy đường quan hệ lực – biến dạng cốt thép giữa thí nghiệm và ANSYS của sàn B.BD.1 là tương đồng nhau Khi sàn phá hoại thì sai số về biến dạng cốt thép dọc là 10.6%.
4.3.3 So sánh lực – biến dạng bê tông
Hình 4.25 thể hiện mối quan hệ lực - biến dạng bê tông (P- ε c ) của sàn đặc A.S.0, có kích thước 1615x680x195 mm dựa trên kết quả thí nghiệm và kết quả mô phỏng ANSYS Biến dạng bê tông chịu nén được đo tại vị trí gần tâm và mặt dưới của sàn
Kết quả đo chính là giá trị của cảm biến điện trở đo biến dạng bê tông BT_1 Còn trong ANSYS là giá trị biến dạng bê tông chịu nén tại vị trí tương ứng
Hình 4.25: Quan hệ lực – biến dạng bê tông của sàn A.S.0
Bảng 4.5: So sánh biến dạng bê tông sàn A.S.0
Mẫu sàn Biến dạng bê tông ε cu ( 0 / 00 ) Thí nghiệm ANSYS Sai số (%) A.S.0 -1.04 -1.02 -1.1
Hình 4.25 và Bảng 4.5, cho thấy đường quan hệ lực – biến dạng bê tông giữa thí nghiệm và ANSYS của sàn A.S.0 gần tương đồng nhau Tuy nhiên đường quan hệ lực – biến dạng bê tông trong ANSYS có 2 vị trí biến dạng đột biến Tại cấp tải P 50÷60 kN đường quan hệ của ANSYS biến dạng tăng nhanh Điều này có thể là do sự xuất hiện của vết nứt Tại cấp tải khi sàn phá hoại, thì biến dạng giảm đột ngột Điều này có thể là do các phần tử bê tông ở mép ngoài cùng bị nén vỡ ngay trước đó Sai số của biến dạng bê tông ε cu khi sàn phá hoại là 1.1%
Hình 4.26 và 4.27 thể hiện mối quan hệ lực - biến dạng bê tông (P- ε c ) của các sàn BubbleDeck A.BD.2, A.BD.3 có kích thước 1900x800x230 mm dựa trên kết quả thí nghiệm và kết mô phỏng ANSYS Biến dạng bê tông chịu nén được đo tại vị trí gần tâm và mặt dưới của sàn Kết quả đo chính là giá trị của cảm biến điện trở dùng để đo biến dạng bê tông BT_1 Còn trong ANSYS, kết quả là giá trị biến dạng bê tông chịu nén tại vị trí tương ứng
Hình 4.26: Quan hệ lực – biến dạng bê tông của sàn A.BD.2
Bảng 4.6: So sánh biến dạng bê tông sàn A.BD.2
Mẫu sàn Biến dạng bê tông ε cu ( 0 / 00 ) Thí nghiệm ANSYS Sai số (%) A.BD.2 -0.94 -0.97 3.3
Hình 4.26 và Bảng 4.6, cho thấy đường quan hệ lực – biến dạng bê tông giữa thí nghiệm và ANSYS của sàn A.BD.2 gần tương đồng nhau Tuy nhiên đường quan hệ lực – biến dạng bê tông từ thí nghiệm “mềm” hơn, trong ANSYS đường quan hệ
Tại tải trọng P = 50÷60 kN, đường cong quan hệ tải trọng-biến dạng do phần mềm ANSYS tính toán cho thấy biến dạng bê tông ban đầu tăng nhanh ở giai đoạn có vết nứt, sau đó tăng chậm lại gần như tuyến tính Sai số của giá trị biến dạng bê tông ε cu khi sàn phá hoại chỉ khoảng 3,3%.
Hình 4.27: Quan hệ lực – biến dạng bê tông của sàn A.BD.3
Bảng 4.7: So sánh biến dạng bê tông sàn A.BD.3
Mẫu sàn Biến dạng bê tông ε cu ( 0 / 00 ) Thí nghiệm ANSYS Sai số (%) A.BD.3 -1.13 -1.16 2.8
Hình 4.27 và Bảng 4.7, cho thấy đường quan hệ lực – biến dạng bê tông giữa thí nghiệm và ANSYS của sàn A.BD.3 gần tương đồng nhau Tại cấp tải P = 50÷80 kN biến dạng tăng nhanh, do ở cấp tải này xuất hiện vết nứt Từ cấp tải P = 80÷150 kN biến dạng tăng chậm gần như tuyến tính và độ dốc lớn Từ cấp tải P = 150 kN đến khi sàn phá hoại thì biến dạng tăng nhanh và độ dốc nhỏ, riêng kết quả của ANSYS lúc sàn bị phá hoại thì biến dạng giảm đột ngột Điều này có thể là do các phần tử bê tông ở mép ngoài cùng bị nén vỡ ngay trước đó Sai số của biến dạng bê tông ε cu khi sàn phá hoại là 2.8%.
Qua việc so sánh các kết quả từ thí nghiệm với các kết quả ANSYS như trên, ta có thể rút ra một số nhận xét như sau:
- Sai số về lực phá hủy giữa thực nghiệm và mô phỏng biến thiên trong khoảng từ 8.1% đến 9.3%
- Sai số về chuyển vị giữa thực nghiệm và mô phỏng biến thiên trong khoảng từ 5.7% đến 10.9%
- Sai số về biến dạng cốt thép giữa thực nghiệm và mô phỏng biến thiên trong khoảng từ 10.6% đến 13.3%
- Sai số về biến dạng bê tông giữa thực nghiệm và mô phỏng biến thiên trong khoảng từ 1.1% đến 3.3%
Như vậy kết quả từ mô phỏng các mẫu sàn bằng phương pháp phần tử hữu hạn là tương đối phù hợp Các sai số trên có thể phát sinh trong quá trình thí nghiệm (gia tải, đọc kết quả, kiểm tra cường độ bê tông, thép ) và ngoài ra, trong mô hình tính toán chưa kể đến sự tương tác giữa các bóng nhựa và vật liệu bê tông.
