Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Ứng xử cột liên hợp ống thép nhồi bê tông chịu tải trọng dọc trục

Trong đó trường hợp cột ống thép nhồi bê tông được sử dụng rất phổ biến do có các uu điểm về khả năng chịu lực, chống cháy tốt hơn cột thép thuần tuý, dé thi công và lắp đặt, thời gian t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

— o Ao—

H6 Ngoc Vinh

UNG XU

COT LIEN HOP ONG THEP NHOI BE TONG

CHIU TAI TRONG DOC TRUC

Chuyên ngành: Xây Dựng Dan Dung Va Công Nghiệp

Mã số ngành: 605820

LUẬN VĂN THẠC SI

Tp.Hồ Chi Minh, Thang 06-2014

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập — Tự do — Hạnh Phúc

NHIEM VỤ LUẬN VĂN THAC SĨ

Họ và tên học viên: HO NGOC VINH Phái: Nam

Ngày tháng năm sinh: 14 — 5 — 1983 Nơi sinh: TP Hồ Chí Minh

Chuyên ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp MSHV: 11210256

Khoá 2011

1 TEN DE TÀI:

Ung xử cột liên hợp thép bê tông chịu tai dọc trục.

2 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN

— Khảo sát thực nghiệm biến dang và khả năng làm việc của cột liên hợp thép bê tông

chịu tải trọng dọc trục.

—_ Để xuất công thức thực nghiệm tính toán cột liên hợp thép bê tông chịu tai trọng dọctrục.

— _ Xây dựng mô hình 3D phân tích ứng xử của cột băng phần mềm ANSYS.

3 NGÀY GIAO NHIỆM VU: 19-8-2013

4 NGÀY HOÀN THÀNH NHIEM VU: 20-6-2014

5 HO VÀ TÊN CÁN BO HƯỚNG DAN: TS LÊ VĂN PHƯỚC NHÂN

TS BÙI ĐỨC VINH Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua.

Tp HCM, ngày thẳng HĂM

CÁN BỘ HƯỚNG DÂN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRUONG KHOA CHUYỂN NGÀNH

Công trình được hoàn thành tại: trường Đại học Bách Khoa — ĐHQG —- HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa hỌC: -G- 5 E131 Ev 1E Etcxnnrhnrnrhnrynrvr

Cán bộ hướng dẫn khoa hỌC: -G- 5 E131 Ev 1E Etcxnnrhnrnrhnrynrvr

Cán bộ chấm nhận Xét 1: - 2G 2G E631 98 98 58 58 11 1 1E TT nở

Cán bộ chấm nhận Xét 2: - -G- G CC E1 E191 18 58191 51 51 11 11 11 1n nh ng nở

Luận văn được bảo vệ tại trường Dai hoc Bách Khoa thành phô H6 Chí Minh

ngày 31 tháng 8 năm 2014

Thanh phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ gồm:

CHỦ TỊCH HỘI DONG TRƯỞNG KHOA

Lời cam ơn

Toi xin chân thành cám ơn thầy Lê Văn Phước Nhân và thầy Bùi Dức Vinh da

nhiệt tình, tận tâm giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện luận

văn Thầy đã chia sẻ cho tôi những kinh nghiệm quý báu, cách thức nghiên cứu,

cách soạn thảo văn bản, cách trình bài văn bản khoa học để tôi có thể hoàn

thành tốt luận văn Tôi đã học được ở thầy Nhân và thầy Vinh phương phaplàm nghiên cứu khoa hoc, các kiến thức mà một người nghiên cứu cần phải có

Đồng thời tôi xin cám ơn quý thầy cô trong bộ môn Khoa kỹ thuật xây dựng đãtruyền cho tôi nhiều kiến thức chuyên ngành trong quá trình học tập tại trường

Tiếp theo tôi muốn gửi lời cám ơn đến tất cả anh em trong công ty Hoàng Vinh

đã giúp tôi rất nhiều trong quá trình làm thí nghiệm tại công ty

Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến những người đã giúp đỡtôi trong suốt thời gian qua Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô bạn bè, nhữngngười đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập tại trường

Với những tình cảm đó, tôi tự hứa sẽ luôn cố gắng phan đấu để xứng đáng với

tình cảm của mọi người dành cho mình

Hồ Ngọc Vinh

TÓM TẮT

Trong kết cấu liên hợp thép bê tông, cột là phần chịu lực chính của công trình

Luận văn này giới thiệu ứng xử của cột liên hợp thép bê tông trong đó lực tac

dụng vào phần lõi bê tông Các thí nghiệm được tiến hành trên 9 mẫu khácnhau nhằm xác định ứng xử của cột trong điều kiện làm việc thực tế Ngoài racác yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của cột như chiều dài cột, chiềudày ống thép, mác bê tông cũng được khảo sát Kết quả thí nghiệm cho thấykhả năng chịu lực của cột tăng khi tăng mác bê tông, chiều dày ống thép tăng

và chiều dài Ống thép giảm Ngoài ra trong dé tài này còn đề xuất công thứctính toán khả năng chịu lực của cột ống thép nhồi bê tông trong đó chỉ phần bê

tông chịu lực tác dụng, các di liệu thí nghiệm cũng được sử dung để xây dựng

mô hình dự đoán khả năng làm việc của cột.

Từ khóa: Cột liên hợp thép bê tông, bê tông nhồi ống thép, tải dọc trục

For composite stucture, composite column is part of the main stucture Theresearch introduces behavior of composite column in which the force acting onthe concrete core Composite column test were carried out with nine differentgroups in order to determine behavior of composite column In addition, factorseffect on factors affecting the bearing capacity of the column as the columnlength, thickness of steel pipe, concrete grade is also examined Experimentalresults show that the bearing capacity of the column increased when grade ofconcrete was increased, steel pipe thickness was increased and length of steel pipewas decreased This research also proposed a formula to calculate the bearingcapacity of composite column in which the force acting on the concrete core,experimental data are also used to build predictive models of columns ability towork.

Keywords: Composite column, concrete filled steel tube, steel tube confined concrete, axial compression.

Lời cam đoan

Tôi tác giả của luận văn này cam đoan rằng:

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

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

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

a Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của minh

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 06 năm 2014

Học viên

Hồ Ngọc Vinh

Mục lục

Trang Danh mục hình vẽ vill

Danh muc bang biéu x

1 Giới thiệu 1

1.1 Giới thiệu chung về kết cấu liên hợp thép - bê tông 1

1.2 Dong lực nghiên €cỨU LH 0 002208] 4

1.3 Mục tiêu của đề tàu cv v2 5

14 Ý nghĩa của đề tài ng v v v vv v2 61.5 Giới hạn của đề tài cu và v v2 v2 7

1.6 Phuong pháp nghiên ctu .2 22.2.000 7

16.1 Vématly thuyết Q2 7

16.2 Thinghiém 0.0.0.0 0c ee 8

1.6.3 Mô hình phần tử hữu hạn 81.7 Cấu trúc của luận văn - cv v2 8

2 Tổng quan 9

2.1 Giới thiệu 2 Q Q QO Q Q Q Q Q v v v v xxx a 9

2.2 Khả năng chịu lực của cột liên hợp thép bê tông theo Eurocode 4 [1] 112.2.1 Khả năng chịu lực của cấu kiện 11

222 Ôn định của cấu kiện cv 12

2.3 Khả năng chịu lực của cột liên hợp thép bê tông theo AIJ |2| 132.4 Một số nghiên cứu về cột liên hợp thép bê tông 14

2.4.1 Tai tac dụng vào bê tông và théếp 14 2.4.2 Tải tác dụng vào lõi bê tong 2 2 ee c 16

2.5 Kétluan | aaaad ga ee 16

3 Khao sát thực nghiệm 18 3.1 Giới thiệU Q Q Q Q Q Q Q v v v v.v va 18

3.2 Mẫu thínghiệm 0.00000 2 và v2 193.3 Xác định các thông số vật liệu thí nghiệm 20

33.1 : on ốc .iddd 20 33.2 Thép c c c Q Q Q ee, 21 3.4 Chương trình thinghiém .0 22

3.5 Mô hình và quy trình gia BÀI Q2 3.5.1 Mohinhegiatai 0.0.0 ee

3.01.1 Modhinhl .0 0000000.000200020 3.01.2 Modhinh2 .2.000000 0 000.0002 3.5.1.3 Mục đích của mô hình 3.5.2 Quy trình gia ĐÃ cà gà va

3.6 Kết quả thínghiệm .0 0000000000000 eee

3.6.1 Nhận xét chung .2 2.00 2.2000.

3.6.2 Ảnh hưởng của chiều dài cột liên hợp thép bê tông 3.6.3 Ảnh hưởng của chiều dày ống thếp 3.6.4 Ảnh hưởng của cường độ bê tông

3.6.4.1 Cột C4vaC8 2 Q.1 v2 và 3.6.4.2 Cột CovaC9 2 2 v2 và

3.6.5 Ảnh hưởng của cường độ bê tông và chiều dày ống thép.

3.6.5.1 9 98h 98 “ aaa 3.6.5.2 Cột C2 và Cũ Quà v va 3.6.5.3 Cột Cổ và Quà và va 3.6.5.4 Cột ClvaC8 .0.0.0.02020202020202000048 3.6.5.5 Cột C2vaC9 2 Quà và va

3.6.6 Ảnh hưởng của chiều dài, chiều dày ống thép và mác bê tông.

3.7 Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng của ống thép

3.8 Dạng phá hoại của mẫu Ặ Q23.8.1 Phá hoại ởống thếp TQ va3.8.2 Phá hoại bề mặt lõi bê tong 2

3.9 So sánh kết qua và đề xuất công thức tính toán

3.9.1 So sánh với công thức các công thức tính toán theo EC4 và ALJ.

3.9.2 Công thức đề xuất Q23.10 Kết luận cu ee

Mô phỏng phần tử hữu hạn

41 Giới thiệu Quà và TT kg xa

4.2 Mô hình ống thép nhồi bê tông Ặ

4.2.1 Mô hình hình hoc .0.0000020020.0002 00008.

4.2.2 Lưới phần tử htuhan 0484

43 Mô hình vật héu 2 en 43.1 6 on ố - -aa.Aaaaa a H4

4.3.2 Ong thép oo

22

28

2O 2O 2O

44 Điều kiện biên của mô hình CV 59

4.5 Dat tai tác dung 2 cv và kg va 60

4.6 Kết quả mô phỏng sé 2 0.0 Q2 614.6.1 Biến dang lõi bê tong trong mô phỏng 614.6.2 So sánh đường cong lực - biến dạng giữa thực nghiệm và mô phỏng 614.6.3 So sánh kết quả mô phỏng được gia tải theo mô hình 1 và mô

hinh 2 0 ẶšẼšẼ 65 463.1 $=112 NHaIIIaaaiain 65

6 XNAdd da 000008 65

4.6.4 So sánh kết quả mô phỏng khi thay đổi 8 66

4.64.1 Môhình I Q.2 66 4.6.4.2 Môhình2 Q2 66

4.6.5 So sánh kết quả mô phỏng cột liên hợp trong 2 trường hợp tải

7793022 .A aAa 67

46.6 Kết luận 2 0.0.0.0 và v2 v v2 68

5 Kết luận và hướng phát triển của đề tài 69

5.1 Kétluan ÔŠ | aaAA GiIIIiIiIIia 69

5.2_ Hướng phát triển của đề tai Q2 70

Tài liệu tham khảo 71

6 Code bài toán mô phỏng bang dòng lệnh command 73

Ly lich trich ngang 99

Các dạng cột liên hợp thép bê tong 2 2 Ợ 5

Triển vọng ứng dụng Q Q Q Q Q Q Q Q v vV 7Ong thép nhồi bê tông QC Q HQ rà 9

Sơ đồ truyền lực [3] va 10

Ứng suất ống thép và bê tông trong các giai đoạn tải trọng [4] 10

Mẫu thí nghiệm Q.2 20Gia công Ống thép Q Q Q Q Q Q g g T v va 22

Khung gia ĐÃI Quà gà gà kg kg va 23

Thiét bikhao sAét 2 0 cớ 25

Mo hinh giatai 2 aaaaaaaaaaAaa 25 Quy trình giatal 2 kg Ta 27

Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng cột C3-C4 29

Dạng phá huỷ của mẫu cv v2 30

Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng cột CG-C7 31Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng cột C+-C8Ñ 33

Dạng phá huỷ của mẫu cv v2 34

Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng cột Cð-C9 35Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng cột C1-C4 36

Dạng phá huỷ của mẫu cv v2 37

Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng cột C2-C5 38

Dạng phá huỷ của mẫu Ặ Q2 39

Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng cột C3-C6 40Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng cột C1-C8Ñ 42

Dạng phá huỷ của mẫu cv v2 43

Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng cột C2-C9 44Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng cột C1-C3 46Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng dọc của ống thép 47

Dạng phá hoại của mẫu Ặ Q2 48 Dạng phá hoại của mẫu Ặ Q2 48 Dạng phá hoại của mẫu Ặ Q2 49

Bề mặt lõi bê tông mẫu khi mau pháhoại 49

3.27 Biểu đồ so sánh thực nghiệm với công thức tính toán 50

3.28 4.1 41.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 Biểu đồ so sánh thực nghiệm với công thức đề xuất 52

Mô hình được mô phỏng Q2 55 Các điểm nút và các phan tử tao từ các diém nút 56

Các phan tử được sử dụng cho mô phỏng 56

Mặt phá huỷ bê tông của William và Warnke |ð] 57

Đường quan hệ ứng suất biến dạng áp dụng tiêu chuẩn CEB-FIB model HH aaaAaAaaa .a qa 57 Mô hình đàn dẻo tái bền tuyến th 2 59

Điều kiện biên của mô hình cu 60 Biến dạng lõi bê tông tại vị trí truyền lực 61

Quan hệ lực biến dang được khảo sát bang LVDT1 62

Quan hệ lực biến dang được khảo sát bằng LVDT2 63

Quan hệ lực biến dạng được khảo sát bằng SG2 vaSG5 64

Quan hệ lực biến dang được khảo sát bằng của cột C2 65

Quan hệ lực biến dang được khảo sát bằng của cột C2 65

Quan hệ lực biến dang được khảo sát bằng của cột C2 với hệ số 8 thay 0 Ặ 66 Quan hệ lực biến dang được khảo sát bằng của cột C2 với hệ số 8 thay 0 Ặ 67 Quan hệ lực biến dạng được mô phỏng theo kích thước cột C2 67

Đường cong mất on định của cấu kiện 12

Thành phần cấp phối của bê tông 20Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông 21Thong số kỹ thuật của ống thép 2 000020.0000200004 21Chi tiết các nhóm mau 2 Q Q Q Q Q Q Q Q v 22Bảng so sánh kết quả Q2 50Bảng so sánh kết quả tính toán 2 ee 52Thông số vật liệu thép 2.000.000.0000 000 ee ee 59

Bang so sánh tải giới hạn giữa thực nghiệm và mô phỏng 64

Các ký hiệu được sử dụng

a

~ + & ~|VÀ

YMa

Độ mảnh tương đối của cột

Hệ số giảm cường độ trong mặt phẳng ổn định

Hệ số độ mảnh lõi bê tông

Hệ số độ mảnh ống thép

Hệ số an toàn của ống thép

Hệ số an toàn của bê tông

Hệ số an toàn của thép thanh

Diện tích mặt cắt của ống thép

Diện tích mặt cắt ngang của bê tông

Diện tích mặt cắt ngang của thép dọc

Lực dọc giới hạn déo của cột

Lực nén tính toán tác dụng

Moment tính toán tác dụng

Tải trọng giới hạn đàn hồi của cột

Cường độ chịu nén mẫu bê tông với mẫu hình trụ

Giới hạn đàn hồi của thép Ống

Giới hạn đàn hồi của thép dọc

Độ cứng chống uốn của tiết diện cột

Moment quán tính của ông thép

Moment quán tính của bê tông (không nứt)

Moment quán tính của thép dọc

Modun đàn hồi của ống thép

Khả năng chịu lực giới hạn của cột Khả năng chịu lực giới hạn của bê tông

Khả năng chịu lực giới hạn của Ống thépDiện tích mặt cắt ngang của bê tôngDiện tích mặt cắt ngang của ống thépCường độ chịu uốn của bê tông

Cường độ chịu uốn của ông thépỨng suất nén giới hạn của bê tôngMôdun đàn hồi (MPa)

Ứng suất nén của bê tôngBiến dạng nén tương ứng với ơ,Môđun dan hồi cát tuyến

Hệ số giảm cường độ bê tông

bê tông có thể nằm ngoài bê tông, nằm hoàn toàn trong bê tông hay nằm mộtphần trong bê tông để cùng làm việc.

Trên thé giới kết cấu liên hợp thép bê tông được nghiên cứu sử dung từ đầu thé

kỷ XX và đã được ứng dụng rộng rãi trong việc xây dựng các công trình nhà

nhiều tầng và nhà có khung nhịp lớn do loại kết cấu này tận dụng được ưu điểm

chịu lực của hai loại vật liệu thép và bê tông

Bê tông hiệu quả khi nén, có tính chịu lửa tốt và giá thành rẻ trong khithép có khả năng chịu kéo cao và khả năng cho phép biến dạng dẻo lớn

Thép tương đối mỏng và dé bị mất ổn định trong khi bê tông có thể chống

lại hiện tượng này.

Bê tông có thể chống lại sự ăn mòn và có thể chịu được nhiệt độ cao

Thép làm cho kết cau chịu uốn tốt

Việc sử dụng kết cau liên hợp ngoài việc đảm bảo về khả năng chịu lực, độ dẻo,

a 2 bù a < ` ? ? x = on Z ` a 4° a <

độ ôn định của kêt cầu còn đảm bảo về mặt kiên trúc và kinh tê So với kêt câu

bê tông cốt thép truyền thống kết cấu liên hợp thép bê tông có một số ưu điểm:

e Khả năng chống ăn mòn của thép được tăng cường Diéu này càng có ý

nghĩa đối với công trình xây dựng ở vùng khí hậu có độ am cao, công trình

Z a tA ^^ Z ⁄Z* At ` = `

ven biển, các cầu kiện tiép xúc với môi trường ăn mon.

e Khả năng chịu lửa tốt Đối với các cấu kiện nằm hoàn toàn trong bê tôngkhả năng chịu lửa của cấu kiện liên hợp được bảo đảm tốt hơn thép bọc

ngoài.

e So với kết cấu bê tông cốt thép thông thường, kết cấu bê tông cốt thép

liên hợp có khả năng chịu lực lớn hơn do đó làm giảm kích thước tiết diệncột, nâng cao chiều dài nhịp dầm, chiều dày sàn nhỏ, kết cấu thanh mảnhhơn kết cấu bê tông cốt thép thông thường, không gian sử dụng và hiệuquả kiến trúc tăng (hình 1.1)

e Khả năng bién dạng lớn hơn kết cấu bê tông cốt thép thông thường Day

là ưu điểm quan trọng khi kết cấu chịu tải trọng động dat [6]

e So với kết cầu bê tông cốt thép thông thường, thì lượng thép dùng trong

kết cấu liên hợp lớn hơn Tuy nhiên nếu đánh giá hiệu quả kinh tế một

cách toàn diện, có thể chi phí vật liệu cao nhưng bù lại bởi tốc độ thi công

nhanh, công trình sớm đưa vào sử dụng, thời gian thu hồi và xoay vòngvốn nhanh

Năm 1974 khi xây dựng một toà nhà làm việc 29 tầng ở London người ta

đã đổi từ việc dùng kết cấu bê tông cốt thép thông thường sang dùng kết

cau liên hợp thép bê tông, thi công lõi cứng bằng phương pháp trượt ván

khuôn trên hệ khung thép Sàn được lắp ghép, sau đó đồ tại chỗ lớp trên

Lúc đó chí phí đầu tư cho phương án dùng kết cấu liên hợp cao hơn phương

án dùng kết cau bê tông cốt thép thông thường nhưng thời gian thi công

Composite Reinforced concrete

Column

Dimensions [cm]

Beam

Dimensions [cm] 160/40 160/ 120

HÌNH 1.1: Bang so sánh kích thước đầm và cột liên hợp thép bê tong với đầm va cột

bê tông cốt thép khi khả năng chịu lực như nhau [1]

từ 27 tháng rút xuống còn 8 tháng Do đó nếu đánh giá tổng giá trị thì sẽ

đạt hiệu quả cao hon [7]

Với các ưu điểm vượt trội của kết cấu liên hợp thép bê tông so với kết cấu bêtông cốt thép truyền thống thì việc nghiên cứu ứng dụng và phát triển kết cấu

liên hợp thép bê tông đang được nhiều nước trên thế giới thực hiện

Tại Việt Nam, một số công trình cầu vượt thi công trong thời gian gần đây ởthành phố HCM đều sử dụng kết cấu liên hợp thép bê tông (hình 1.2) nhằm

giảm thời gian thi công, sớm đưa vào sử dụng làm giảm tình trạng kẹt xe ở các

thành phố lớn

Với các ưu điểm vượt trội so với kết cấu bê tông cốt thép truyền thống, kết cấu

liên hợp thép bêtông đang được các nhà khoa học trên thế giới nỗ lực nghiên

cứu để ngày càng hoàn thiện, mở rộng hơn, đồng thời khai thác triệt để hơnnhững ưu điểm của loại kết cấu này trong tương lai

(a) Cầu vượt Nguyễn Tri Phương đang thi công

HÌNH 1.2: Cầu vượt sử dụng kết cấu liên hợp thép bê tông

1.2 Động lực nghiên cứu.

Trong thực tế cột liên hợp thép bê tong được thiết kế có ba dạng chính: ốngthép nhồi bê tông (hình 1.3(a)), cột có thép hình năm hoàn toàn trong bê tông(hình 1.3(b)) và cột có thép hình nằm một phan trong bê tông (hình 1.3(c))

Trong đó trường hợp cột ống thép nhồi bê tông được sử dụng rất phổ biến do

có các uu điểm về khả năng chịu lực, chống cháy tốt hơn cột thép thuần tuý, dé

thi công và lắp đặt, thời gian thi công nhanh, đáp ứng được các yêu cầu về kiến

trúc (đặc biệt cột tròn) và tăng khả năng làm việc của bê tông nhờ tận dụng

hiệu ứng chống nở hông của ống thép đối với bê tông

Hiện nay đã có nhiều phương pháp xác định khả năng chịu lực của cột liên hợp

thép bê tông tuy nhiên các phương pháp đó chỉ áp dụng cho cột liên hợp chịu

lực tác dụng vào phần lõi bê tông và ống thép Mặt khác do tiêu chuẩn thiết

kế cột liên hợp thép bê tông ở nước ta chưa có nên việc tính toán cấu kiện này

chủ yếu thực hiện dựa trên các tiêu chuẩn nước ngoài như Eurocode 4, ACI 318

(a) Ống thép nhồi bê tông (b) Cột bê tông lõi cứng bao phủ

một phần

(c) Cột bê tông lõi cứng bao phủ hoàn toàn

HÌNH 1.3: Các dạng cột liên hợp thép bê tông

Do sử dụng tiêu chuẩn của nước ngoài nên các hiểu biết về kinh nghiệm ứng xửtong thể (biến dạng ống thép, nở hông của bê tông ) của cột liên hợp thép bê

tông cho các trường hợp vật liệu khác nhau và khả năng làm việc của cột trong

điều kiện khí hậu nước ta còn hạn chế

Do đó việc phân tích ứng xử của ống thép nhồi bê tông trong đó lực truyền vàophần lõi bê tông khi chịu tải trọng vượt quá tải thiết kế nhằm mô tả trạng thailàm việc thực tế cột, từ đó so sánh khả năng chịu tải thực tế của cột bê tông cốt

thép liên hợp với tiêu chuẩn thiết kế Eurocode 4 và AIJ (Architectural Institute

of Japan)

1.3 Mục tiêu của đề tài.

Mục tiêu chính của đề tài là khảo sát thực nghiệm ứng xử của Ong thép nhồi bêtông bao gồm những vẫn đề sau:

e Ảnh hưởng của chiều dày ống thép (t).

e Ảnh hưởng của độ mảnh (L/D).

e Anh hưởng của cường độ chịu nén lõi bê tông.

e So sánh các kết quả thí nghiệm của cột bê tông cốt thép liên hợp với kết

qua tính toán khả năng chịu lực của cột được nêu trong Eurocode 4 vàAlJ.

e Dé xuất công thức tinh toán kha năng chịu lực của cột liên hợp thép bê

tông trong đó chỉ lõi bê tông chịu lực tác dụng

e Mô phỏng ứng xử của cột và so sánh kết quả mô phỏng với ứng xử thực tế

của cột liên hợp thép bê tông

1.4 Ý nghĩa của đề tài.

Với các ưu điểm trên kết cấu liên hợp thép bê tông hiện nay đang được sử dụng,nghiên cứu và phát triển Do đó việc nghiên cứu phát triển một kết cấu liên hợp

chưa có công thức tính toán khả năng chịu lực là một vấn đề cần được quan

^~

tâm.

Cột liên hợp thép bê tông trong đó chỉ lõi bê tông chịu lực tác dụng có thể sử

dụng thay thế cột thép được sử dụng trong cầu vượt được thi công tại thànhphố Hồ Chí Minh trong thời gian gần đây (hình 1.4(a)) va thay thé cột thép Iđược sử dụng cho cột chéng tạm trong công tác thi công top down (hình 1.4(b))nhằm giảm tiết diện cột và tăng hiệu quả kinh tế

Với những kết quả đạt được của đề tài, khi thiết kế các công trình liên hợp thép

bê tông người thiết kế có thể hiểu rõ hơn ứng xử của cột liên hợp thép bê tông

và có thể tham khảo kết quả nghiên cứu khi áp dụng tiêu chuẩn trong việc thiết

kế cột liên hợp sao cho khả năng làm việc của cột trong thiết kế phù hợp với

(a) Cột các cầu vượt (b) Cột chống tạm trong thì công top down

HÌNH 1.4: Triển vọng ứng dụng

ứng xử của cột trong điều kiện làm việc thực tế và phù hợp với điều kiện Việt

Nam.

Với các kết quả thu được từ thực nghiệm và mô phỏng sẽ là nguồn dữ liệu phục

vụ cho những nghiên cứu tiếp theo

1.5 Giới han của dé tài.

Sự thay đổi về vật liệu, hình dáng, kích thước sẽ ảnh hưởng đến khả năng

chịu lực của cột liên hợp thép bê tông Tuy nhiên do giới hạn về thời gian vàkinh phí nên đề tài này chỉ khảo sát cột liên hợp thép bê tông có mác Bê tông

300 và 500; chiều dày ống thép 3.96mm và 4.78mm; chiều dài ống thép 0.8 m;

liên hợp đều được thiết kế sơ bộ dựa theo chỉ dẫn từ Eurocode 4 với kích thước

và tỷ lệ để phù hợp với điều kiện thí nghiệm

1.6.2 Thi nghiệm

Trong luận văn này phần quan trọng nhất là khảo sát thực nghiệm và đánh giá

ảnh hưởng của việc thay đổi chiều dài, chiều dày ống thép và cường độ chịu nén

của bê tông đến ứng xử của cột Ong thép nhồi bê tông Với mục tiêu đặt ra của

đề tài, chương trình thí nghiệm được tiến hành trên 9 mẫu với với Ống thép tròn

có đường kính 168mm.

1.6.3 Mô hình phần tử hữu hạn.

Việc mô phỏng phần tử hữu hạn để so sánh ứng xử của cột liên hợp thép bê

tông giữa các mẫu thí nghiệm và mô hình mô phỏng Trong đề tài này kết cấu

sẽ được mô phỏng bằng phần mềm ANSYS 14.0, áp dụng phân tích phi tuyến

với mục tiêu để mô hình mô phỏng làm việc phù hợp với kết cấu thực

1.7 Câu trúc của luận văn.

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

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

a

cuu.

Chương 2: Trinh bay tổng quan về cột liên hợp thép bê tông

Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm

Chương 4: Mô phỏng cấu kiện bằng phương pháp phan tử hữu han

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương 2

Tổng quan.

2.1 Giới thiệu

Ong thép nhồi bê tông được tạo thành bởi sự kết hợp của 2 loại vật liệu Ống

thép bên ngoài và lõi bê tông bên trong, trong đó ống thép được sử dụng trongcấu kiện là ống thép vuông (hình 2.1(a)) hay tròn (hình 2.1(b)), bê tông đượcđúc toàn khối ở phía trong ống thép

Lỗi be tông Loi bê tông

Ong thép Ong thép

(a) Ống thép vuông (b) Ống thép tròn

Hinu 2.1: Ống thép nhồi bê tôngKhi tải trọng tác dụng vào lõi bê tông, toàn bộ tải trọng do phần lõi bê tôngchịu, ống thép chịu tác dụng bởi lực nở hông của lõi bê tông và một phần rấtnhỏ của luc ma sat giữa ống thép và lõi bê tông (hình 2.2)

Trong giai đoạn đầu tỷ số Poisson của lõi bê tông nhỏ hơn ống thép, ống thépchưa có tác dụng chống nở hông (confinement) đối với lõi bê tông (hình 2.3(a))

Trong gian đoạn này ứng suất trong ống thép là ứng suất phẳng, tuy nhiên ứng

suất trong lõi bê tông là ứng suất 3 chiều [4] Ong thép có tác dung han chế nd

hông của lõi bê tông làm cho khả năng chịu lực của cấu kiện tăng

longitudinal longitudinalstress

longitudinal — ina stress s i

⁄⁄ —_ ⁄⁄ | a

lateral 7 2p sou

compressive tension tensile

hoop stress hoop stress

(a) 1 > Ve (b) va > Ve

HÌNH 2.3: Ứng suất ống thép va bê tông trong các giai đoạn tải trong [4]

2.2 Kha năng chịu lực của cột liên hợp thép bê tông

theo Eurocode 4 [1].

2.2.1 Kha năng chịu lực của câu kiện

Khả năng chịu lực của ống thép nhồi bê tông được xác định theo công thức:

Khi đó khả năng chịu nén dẻo của tiết diện tròn lấp đầy bê tông có thể được

Với Nụ na là giá trị của khả năng kháng dẻo được tính có dùng hệ số antoàn cục bộ của vật liệu ys, +, Ya lấy bang 1

ÁN tai trọng giới han đàn hồi của cột.

2.2.2 On định của cấu kiện

Tai trọng dọc trục tính toán của cột:

BANG 2.1: Đường cong mất ổn định của cấu kiện

Đường cong Dạng tiết diện Độ không mất 6n định hoàn chỉnh Đường conga Dang đồ đầy bê tông, cốt dọc (4,/A„<3%) L/300.

(a=0.21) hay không có cốt dọc, tiết diện ống thép không bổ

sung thép I.

Đường cong b Tiết diện H được bê tông bao một phần hay toàn bộ L/210

(a=0.34) mất ổn định đối với trục chính (y-y) của tiết diện thép,

tiết diện ống đổ đầy bê tông có cốt dọc (3%⁄<A,/A„<6%) hoặc có bổ sung thép hình U.

Đường cong c Tiết diện H được bê tông bao một phan L/170

(a=0.49) hoặc toàn bộ, mất ổn định đối với trục phụ (z-z)

của tiết diện thép.

2.3 Kha năng chịu lực của cột liên hợp thép bê tông

2.4 Một số nghiên cứu về cột liên hợp thép bê tông.

Với các ưu điểm vượt trội về khả năng chịu lực so với cột bê tông cốt thép thông

thường, cột liên hợp thép bê tông ngày nay đang được sử dụng nhiều cho cáccông trình cao tầng hay các công trình có khung nhịp lớn Bên cạnh đó cột liênhợp thép bê tông cũng là một trong những đề tài đang được các nhà khoa học

trên thế giới đầu tư nghiên cứu nhằm đưa ra hướng phát triển mới của cấu kiện

này Hiện nay có rất nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến cột liên hợp thép

bê tông, một số kết quả điển hình được liệt kê tóm tắt ở đây

2.4.1 Tai tác dụng vào bê tông và thép

Qing Yu, Zhong Tao, Ying-Xing Wu (2008) tiễn hành nghiên cứu ứng xử của

cột liên hợp thép bê tông với lõi bê tông sử dụng bê tông cường độ cao Thi

nghiệm với 28 mẫu khác nhau về loại tiết diện (hình vuông và hình tròn); tỷ số

độ mảnh (thay đổi từ 12 đến 120); độ lệch tâm (thay đổi từ 0 đến 0.6) Dựa trên

quan sát thực nghiệm về ứng xử của mẫu và các số liệu thí nghiệm cho thấydạng phá hủy của cột ngắn là dạng phá hủy cắt (cột tròn), phá hủy uốn cục bộ

(cột vuông); độ dẻo của cột liên hợp thép bê tông với lõi bê tông sử dụng bêtông tự lèn nhỏ hơn so bê tông thường [8]

J.M.Portolés, M.L.Rimero, J.L.Bonet, F.C.Filippou (2011) nghiên cứu ứng xử

của cột liên hợp thép bê tông trong các trường hợp thay đổi cuờng độ bê tông

(30MPa, 70MPa, 90MPa); tỷ số giữa đường kính và chiều dày ống thép; độ lệchtâm (tỷ số độ lệch tâm và đường kính) và độ mảnh cột (tỷ số giữa chiều dài và

đường kính) Thí nghiệm được tiến hành trên 37 mẫu Kết quả cho thấy tải giới

hạn của cột liên hợp lõi bê tông cường độ cao (7OMPa và 90MPa) có độ mảnh

lớn chịu tải lệch tâm lớn khác nhau không đáng kể [9]

Dalin Liu (2006) đã tiên hành nghiên cứu thực nghiệm và phân tích ứng xử củacột liên hợp thép bê tông (cột hình chữ nhật) Thí nghiệm được tiến hành trên

20 mẫu (4 mẫu dài và 16 mẫu ngắn) với các thay đổi: tiết diện cột (hình vuông

và hình chữ nhật); độ mảnh (thay đổi từ 10 đến 60); độ lệch tâm (e/H thay đổi

từ 0.1 đến 0.42) Dựa trên quan sát thực nghiệm về ứng xử của mẫu và các sốliệu thí nghiệm cho thay tải phá hủy được tính theo EC4 cao hơn so với thực

nghiệm 4%, tương tự tải phá hủy được tính theo ACI và AISC cao hơn so với

thực nghiệm lần lượt là 14% và 24% và đưa ra mô hình dự đoán ứng xử của cột

liên hợp thép bê tông chịu tải lệch tâm [10]

Zhong Tao, Lin-Hai Han (2006) đã nghiên cứu dạng mới của cột liên hợp (với

ống thép phía ngoài và ông thép phía trong với lõi bê tông ở giữa) Thí nghiệmđược tiên hành trên 30 mẫu (gồm 3 mẫu cột ngắn, 03 dầm và 24 mẫu cột dài),trong đó 24 mẫu cột có 12 mẫu là cột liên hợp thép bê tông với ống thép phíangoài và ống thép phía trong có lõi bê tông ở giữa (CFDST), 06 mẫu ống thépphía ngoài và phía trong không có lõi bê tông ở giữa (EST) và 06 mẫu ống thépphía ngoài và lõi bê tông bên trong (CFST) Thí nghiệm được tiến hành với các

thay đổi về chiều dài và độ lệch tâm e Dựa trên quan sát thực nghiệm về ứng

xử của mẫu và các số liệu thí nghiệm cho thấy cột CFDST khả năng chịu lực và

độ dẻo của cột được nâng cao do tác dụng liên hợp giữa lõi bê tông và Ống thép

[11]

Z.H Lu and Y.G Zhao (2008) đã tiên hành nghiên cứu và đưa ra công thứctính toán khả năng chịu tải dọc trục của cột liên hợp thép bê tông Kết quả cho

thấy khả năng chịu tải của cột liên hợp tính theo tiêu chuẩn ACI 2005 thấp hơn

so với kết quả thực tế là 22.4%; thấp hơn 8% so với theo tiêu chuẩn Nhật AIJ

2001; Eurocode 4 cho kế quả cao hơn 2.6% so với kết quả thực tế, trong khi đócông thức do tác giả đề xuất có sai lệch so với kết quả thực nghiệm là 1.8% [12]

2.4.2 Tai tác dụng vào lõi bê tông.

Lin-Hai Han, Wei Liu và You Fu Yang (2007) đã tiễn hành nghiên cứu ứng xử

của cột liên hợp thép bê tông với các thông số thay đổi: hình dạng cột (cột

vuông, cột chữ nhật); tỷ số giữa tiết diện mặt cắt ngang của lõi bê tông và diện

tích nén (tỷ số A,/A)) (thay đổi từ 1 đến 25) tỷ số giữa đường kính và chiều dàyống thép (thay đổi từ 52.1 đến 104.7) Thí nghiệm được thực hiện trên 46 mẫu

Tác giả đã khảo sát thực nghiệm, mô tả kết quả quan sát được trong các mẫuthí nghiệm, các yếu tố ảnh hưởng đến kha năng chịu lực của cau kiện Kết quảcho thấy khi chịu tải trọng dọc trục khả năng chống nở hông của cột liên hợpống thép nhồi bê tông tiết diện tròn cao hơn cột tiết diện vuông, hiệu ứng chống

nở hông của ông thép xảy ra khi tỷ số giữa tiết diện mặt cắt ngang lõi bê tong

và diện tích nén nhỏ hơn 9 {3}

Zhi-wu Yu, Fa-xing Ding, C S Cai (2006), đã tiễn hành thí nghiệm cột liên hợp

thép bê tông với sự thay đổi cường độ bê tông (30MPa, 40MPa, 60MPa); loại

bê tông (bê tông thường và bê tông tự lèn); kích thước lỗ trên ống thép; tải tácdụng Thí nghiệm được tiễn hành trên 17 mẫu Trong nghiên cứu của mình các

tác giả đã đưa ra các biểu đồ lực - chuyển vị cũng như phân tích sự ảnh hưởng

của các yêu tố đến khả năng chịu lực của cột liên hợp như: cường độ bê tông,kích thước lỗ trên ống thép, tải tác dụng [13]

2.5 Kết luận

Chương này đề cập đến cấu tạo và cơ chế làm việc cột liên hợp thép bê tông vàđồng thời giới thiệu một số nghiên cứu ứng xử cột liên hợp được thực hiện củacác nhà khoa học trên thế giới Các nghiên cứu trước đây chủ yếu nghiên cứu

ứng xử các dạng cột liên hợp chịu tải đúng tâm hay lệch tâm từ đó so sánh với

các công thức trong các tiêu chuẩn tính toán kết cấu liên hợp và đưa ra kết luận

về các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu lực và ứng xử của cấu kiện Tuynhiên trong các nghiên cứu trước, lực tác dụng lên ống thép và bê tông còn việc

nghiên cứu tải tác dụng vào phan lõi bê tông (ống thép chỉ có tác dụng chỗng

nở hông) còn hạn chê

Hiện nay, có rất nhiều các công trình có thể áp dụng được cấu kiện này như trụ

các cầu vượt, cột chống tam trong phương phap thi công top-down Vì vậy, việcnghiên cứu một dạng mới của cột liên hợp ống thép nhồi bê tông là rất cần thiết

và mang ý nghĩa rất lớn trong quá trình thiết kế và thi công nhằm tìm hiểu ứng

xử của loại cấu kiện này, áp dụng vào thực tế và đề ra hướng phát triển lâu dài

của loại câu kiện này

độ bê tông thay đổi Do đó việc nghiên cứu ứng xử của cột liên hợp ống thép

nhồi bê tông với lực tác dụng truyền vào lõi bê tông không tác dụng lên Ống

thép với các thông số thay đổi đã nêu ở chương 1 vẫn là một đề tài chưa được

nghiên cứu.

Nhu moi cau kiện, khả năng chịu lực của ống thép nhồi bê tông phụ thuộc vàokhả năng chịu lực của các vật liệu cấu thành Bên cạnh các yếu tố vật liệu, khả

năng chịu lực tới hạn của cột liên hợp thép bê tông còn phụ thuộc vào độ mảnh

của cột (đường kính cột, chiều dài cột) Vì vậy sự thay đổi các yếu tố trên sẽlàm thay đổi khả năng chịu lực tới hạn và ứng xử của cột liên hợp thép bê tông

là một trong những mục tiêu của đề tài

Luận văn nghiên cứu ứng xử của cột ống thép nhồi bê tông và so sánh khả năng

chịu lực của loại cột được nghiên cứu với cột liên hợp được tính theo tiêu chuẩn

EC4 và AIJ Từ các thông số thí nghiệm đề xuất công thức tính toán đối với

loại cấu kiện này Việc thí nghiệm và mô phỏng với mục đích làm rõ các vấn đề

sau:

e Khao sát ứng xử của cột liên hợp trong đó lõi bê tông chịu tai doc trục khi

thay đổi chiều dài, độ dày ống thép, cường độ bê tông của cấu kiện:

— Biến dạng dọc trục của lõi bê tông

— Biến dạng nở hông của cột liên hợp

— Kha năng chịu lực của cột.

— Dạng phá hoại của cột.

So sánh tải giới hạn cột liên hợp thép bê tông của nghiên cứu với tải trong

giới hạn được tính toán trong tiêu chuẩn EC4 va ALJ

Đề xuất công thức tính toán khả năng chịu lực của cấu kiện này

So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng

Mô phỏng khảo sát ứng xử một số trường hợp cột liên hợp thép bê tông

chưa được khảo sát trong thực nghiệm

3.2 Mẫu thí nghiệm.

Toàn bộ các thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm LAS - XD 516

thuộc công ty Hoàng Vinh T.R.C.C, là co sở kiểm định được Bộ Xây dựng côngnhận hợp chuẩn quốc gia cho các thí nghiệm về vật liệu và kết cấu công trình

Do giới hạn về thời gian và kinh phí nên việc thí nghiệm sẽ được tiến hành trên

9 mẫu cột liên hợp với các biến số: chiều dài cột L (mm); cường độ bê tông f,(MPa); độ day ống thép t (mm)

Mẫu thí nghiệm được thiết kế với đường kính ngoài của ống thép 168mm và lõi

bê tông bên trong Ong thép bên ngoài sử dung thép ống hiệu Seah, trên Ốngthép có khoan 2 lỗ nhỏ với kích thước 14mm x 7mm đặt cách vị trí giữa cột

một doan +250 dùng lắp thanh inox (đường kính 6 mm, dai 200 mm) trong quá

trình đổ bê tông lõi để khảo sát biến dạng dọc của bê tông (hình 3.1)

Để khảo sát ứng xử cột liên hợp thép bê tông một cách chính xác và phù hợp

với thực té, các yêu tố ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm như: vật liệu (ốngthép, bê tông), thiết bị đo (LVDT, kích gia tải và các đồng hồ đo) và công tác

thi công mẫu thí nghiệm đều được tiến hành kiểm tra

3.3 Xác định các thông số vật liệu thí nghiệm.

loại bê tông trên được thiết kế ở bảng 3.1 Việc kiểm tra các mẫu bê tông bằng

thí nghiệm là quan trọng nhằm đảm bảo cường độ bê tông của mẫu thí nghiệmphù hợp với mục tiêu đề ra

BANG 3.1: Thành phần cấp phối của bê tông Thành phần Đơn vị Bê tông M300 (mở) Bê tông M500 (m?)

Để xác định chính xác các thông số của vật liệu của từng loại mẫu thí nghiệm

trong suốt quá trình tạo mẫu, bê tông được lẫy mẫu và thực hiện các thí nghiệm

xác định cường độ chịu nén Công tác lấy mẫu được thực hiện cho từng đợt đổ

bê tông Mẫu kiểm tra cường độ bê tông có kích thước 150mmx150mmx150mm,

mỗi lần đúc 3 mẫu giống nhau Sau khi đúc mẫu được dưỡng hộ và ngâm nước

7 ngày trước khi thí nghiệm cường độ, tiếp theo mẫu được nén cùng thời điểm

diễn ra thí nghiệm mẫu cột liên hợp thép — bêtông cốt thép Kết qua thí nghiệm

cường độ chịu nén của các mẫu bê tông cho ở bảng 3.2

BANG 3.2: Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông Đợt đồ bêtông Ký hiệu cột Maul Mẫu2 Mẫu3 Trung bình

Đợt | Cl, C2 33.62 34.16 33.15 33.64

Dot 2 C3, C4, C5 35.76 36.53 35.91 36.07

Dot 3 C8, C9 49.25 50.85 49.67 49.92

Dot 4 C6, C7 19.35 21.56 20.87 20.59

Việc nghiên cứu được tiễn hành trên mau có cường độ bê tông 35MPa và 50MPa

Tuy nhiên trong quá trình đổ mẫu đợt 4 (cột C6 và C7) trong cát đồ bê tôngxuất hiện bùn làm cho cường độ bê tông chỉ đạt 20.59 MPa Như đã để cập

phần trên một trong những mục tiêu của đề tài này là khảo sát ảnh hưởng củamác bê tông đến ứng xử của cột do đó đối với cột C6 và C7 vẫn tiến hành thí

nghiệm để khảo sát ứng xử của cột liên hợp thép bê tông với cường độ theo mẫu

thí nghiệm nhằm khảo sát ảnh hưởng của cường độ lõi bê tông đến khả năngchịu lực của cấu kiện

3.3.2 “Thép

Các thông số kỹ thuật của ống thép được lấy theo các thông số của nhà sảnxuất được cho trong bảng 3.3

BANG 3.3: Thông số kỹ thuật của ống thép

Thông số kỹ thuật Đơn vị Ống thép dày 3.96 mm Ống thép dày 4.78 mm

Giới hạn chảy dẻo f, MPa 287 304

Giới hạn bền ƒ„ MPa 372 406

Biến dang dẻo cự %o 1.8 1.8

Modun dan hồi E MPa 200 10° 200 10°

3.4 Chương trình thí nghiêm.

3.4.1 Nhóm mau thí nghiệm.

Như đã trình bày ở phần trên thí nghiệm sẽ được tiên hành trên 9 mẫu cột liênhợp thép bê tông có ký hiệu từ C1 dén C9 với các biên sô: chiều dài cột L (mm);cường độ bê tông f (MPa); độ dày ông thép t (mm) Các thông sô của mẫu

được nêu cụ thể trong bảng 3.4

BANG 3.4: Chi tiết các nhóm mau

Kýhiệu Mô hình Cường độ bê tông Chiều dày ông thép Chiều dài ỗng thép

gia tải ƒ (MPa) t (mm) L (mm)

3.4.2 Chi tiết mẫu và chuẩn bi thí nghiệm.

3.4.2.1 Gia công Ông thép

Trong thí nghiệm cột liên hợp thép bê tông, ông thép được sử dụng hiệu Seah

và có đường kính 168 mm, được xuất xưởng với chiều dài ống 6 m Ông thép

được cắt phù hợp với chiều dài mẫu thí nghiệm (hình 3.2(a)) Sau khi cắt, ông

thép sẽ được mài phẳng Tiếp theo, ống thép được đưa vào máy phay để khoan

2 lỗ có kích thước 7 mm x 14 mm cách điểm vi trí giữa ống một đoạn + 250 mm

để lắp thanh inox đo biến dang dọc của bê tông (hình 3.2(b))

HÌNH 3.2: Gia công Ông thép

3.4.2.2 Bê tông.

Trong cấu kiện liên hợp ống thép nhồi bê tông, phần bê tông được đổ trực tiếp

vào trong ống thép không sử dụng vấn khuôn (đây cũng là một trong những ưu

điểm của kết cấu liên hợp: thời gian thi công công trình giảm) Ông thép cần

phải được vệ sinh sạch trước khi đồ bê tông Trong quá trình đồ bê tông, các

ống thép được cố định để tránh bị nghiêng, bê tông được dùi kỹ để không bi rổ

Cột liên hợp sau khi được đồ phải được bảo dưỡng để chống nứt bê tông Công

tác đúc mẫu bê tông được tiễn hành trong quá trình đổ lõi bê tông cột liên hợp,

nhằm phục vụ công tac xác định đặc trưng cơ lý của bê tông sau này Sau đó

các mẫu bê tông được ngâm bảo dưỡng trong bồn nước

HÌNH 3.3: Khung gia tải

Khung được thiết kế chịu được tải 300T có cấu tạo gồm: 4 tam thép tiết diện

120 mm x 25 mm dai 2400 mm; 2 tam thép tiết diện 500 mm x 500 mm dày

100 mm và 16 tam thép hình tam giác có chiều dài 2 cạnh là 100 mm dày 8 mm

được sử dụng để làm tăng chiều dài đường hàn nhằm đảm bảo khả năng chịu

lực của khung Nhằm làm tăng độ cứng của khung, 2 thanh thép I kích thước

200 mm x 100 mm x 5.5 mm x 8 mm được hàn vào 2 bên của khung Chi tiết

cấu tạo của khung được thể hiện như hình 3.3

3.4.2.4 Lắp đặt thiết bị thí nghiệm

khi lõi bê tông đạt cường độ, mẫu được vệ sinh sạch và đưa vào thí nghiệm

Trước khi tiến hành thí nghiệm bề mặt bê tông của mẫu cần phải được mài

phẳng Thí nghiệm khảo sát các đại lượng: lực, biến dạng ống thép và biến dọccủa bê tông Sơ đồ bố trí thiết bị cho thí nghiệm nén cột được thể hiện ở hình

3.4 Sau khi lắp đặt các LVDT và các Strain Gauge mẫu được tiến hành cânchỉnh bằng thước thuỷ và xác định các vị trí đặt các tấm thép nén mẫu Cácthiết bị được lắp đặt trên mẫu thí nghiệm có chức năng sau:

e LVDT2, LVDT3, LVDT4: Do biến dang dọc của ống thép, từ đó xây dựng

đường quan hệ giữa lực và dang phá hủy Các LVDT này có phần dé được

cố định trên ống thép, 1 đầu của thanh nhôm chạm vào LVDT và đầu conlại của thanh nhôm chạm vào miếng nhôm được cô định trên ống thép

e LVDT1 ghi lại bién dang dọc của bê tông LVDT này có phần thân được

cố định vào thanh inox đã được đặt vào phần lõi bê tông trong quá trình

đổ bê tông, phần đầu LVDT tựa vào thanh nhôm dài và đầu kia của thanh

nhôm chạm vào miếng nhôm được cố định trên thanh inox còn lại

e SG1, SG2, SG3: Là những strain gauge nhãn hiệu SHOWA, loại

N11-FA-5-120-11, có chiều dài 5mm, được dán vào ống thép theo phương dọc đểghi lại biến dang doc của Ong thép khi chịu tải tác dụng

e SG4, SG5, SG6: Là những strain gauge nhãn hiệu SHOWA, loại

N11-FA-5-120-11, có chiều dài 5mm, được dán vào ống thép theo phương ngang đểchỉ lại hiện tượng nở hông của ống thép khi chịu tải tác dụng

e Cảm biến ứng suất được nối với kích dầu 300 T dùng để ghi lại giá trị lực

khi thí nghiệm

3.5 Mo hình và quy trình gia tài.

3.5.1 Mô hình gia tai

Cột liên hợp ông thép nhôi bê tông trong đó lực truyền vào phần lõi bê tông

được nghiên cứu trong luận văn nay gồm 2 mô hình gia tải hình 3.5:

Gối cầu Gối cầu

Khung thép oe Khung thep

Thép tam tron Thép tam tron duong kinh 150mm đường kính 150mm

i.

Kích 300 tấn “8 : Kích 300 tấn _ "Ÿ

Thép tắm tròn

đường kính 150mm Cảm biên ứng suât ¬ ck Z

Cam biên ứng suat

(a) Mô hình 1 (b) Mô hình 2

HINH 3.5: M6 hinh gia tai