Thạc sĩ phân tích ứng xử của liên kết giữa cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng BTCT chịu tải trọng đứng

 Đ Ề ĐỀ P H C Ộ P H N Ề CƯ Ơ TÀI : H ÂN T Í Ộ T ỐN G H ẲNG B N GÀNH X ĐẠI H T R K Ơ NG L Í CH Ứ N G TH É B Ê TÔ X ÂY DỰ N H ỌC QUỐ C R ƯỜNG Đ Ạ K HOA K Ỹ T L UẬ N N G X Ử É P NH Ồ NG C Ố GV H HỌ C MS H N G DÂN D C GIA TP. H Ạ I HỌC B Á T HUẬT X N VĂN Ử CỦA Ồ I BÊ T Ố T TH É H D : C VIÊN : H V : D ỤNG V À    12/201 3 H Ồ CHÍ M Á CH KH O X ÂY DỰN G THẠ C LIÊN K T ÔNG É P PGS. T S LÊ MI N 1221405 À CÔNG N 3 M INH O A G C SĨ K ẾT G VÀ S À S .NGÔ H Ữ N H HOÀ N 1 N GHIỆP K G IỮA À N Ữ U CƯỜ N N G K HÓA 20 1 N G 12 Đề cương luận văn tốt nghiệp khóa 2012 HVTH:Lê Minh Hoàng 1 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT 2 1. GIỚI THIỆU VỀ CỘT BÊ TÔNG NHỒI ỐNG THÉP _ THE CONCRETE – FILLED STEEL TUBE ( CFT ) 2  2. GIỚI THIỆU VỀ SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP ( FLAT SLAB ) 3 3. GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 3 4. Ý NGHĨA THỰC TIỄN VÀ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 4 Ý nghĩa thực tiễn 4 Ý nghĩa khoa học 4 5. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC: 4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC 5 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN CỦA LUẬN VĂN 6 1. TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG TĂNG KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA LIÊN KẾT CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP 6  2. ĐỀ XUẤT LIÊN KẾT, TIẾN HÀNH TÍNH TOÁN LIÊN KẾT VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ VỚI THỰC NGHIỆM TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM 9  TÀI LIỆU THAM KHẢO 12 Đề cương luận văn tốt nghiệp khóa 2012 HVTH:Lê Minh Hoàng 2 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT 1. GIỚI THIỆU VỀ CỘT BÊ TÔNG NHỒI ỐNG THÉP _ THE CONCRETE – FILLED STEEL TUBE ( CFT ) Cột bê tông nhồi ống thép ( CFT ) đã được nghiên cứu bắt đầu từ năm 1961, hai tác giả đầu tiên đã viết báo cáo về đề tài này là Naka và Kato người Nhật Bản. Sau đó các nghiên cứu về cột CFT ngày càng phát triển mạnh mẽ, các lý thuyết tính toán và các kết quả thu được trong các phòng thí nghiệm cho kết quả tin cậy trong việ c thiết kế cột CFT ngày nay. Các công thức tính toán cột CFT có thể tham khảo bởi bài viết của một số tác giả như là: G Giakoumelis, D Lam [1], DM Lue, JL Liu, T Yen [2], K Sakino, H Nakahara [3] S Morino, K Tsuda [4]… Trong đó các lý thuyết về tính toán của S Morino, K Tsuda được tác giả tham khảo và sử dụng làm công cụ tính toán trong đề tài của mình. Ưu điểm của cột CFT khi so sánh với cột bê tông cốt thép hoặc cột thép đều có nhiều ưu điểm vượt trội, việc tạo nên những ưu điểm này chính là nhờ sự tương tác giữa thép và bê tông khi kết hợp lại với nhau. ∗ Tải trọng giới hạn gây sự mất ổn định của cột CFT sẽ được tăng lên do có sự làm việc đồng thời của bê tông, và cường độ của bê tông cũng sẽ được tăng lên do hiện ứng ép ngang của ống thép ( hiệu ứng confining ), hiện tượng từ biến của bê tông cũng nhỏ hơn so với cột bê tông cốt thép thông thường ∗ Hàm lượng thép trong cột CFT sẽ nhiều hơn so với cột bê tông cốt ∗ thép thông thường, do bê tông được bao bọc bởi lớp thép bên ngoài do đó biến dạng của cột CFT sẽ lớn hơn biến dạng của cột bê tông cốt thép => năng lượng dự trữ lớn nên phù hợp cho thiết kế các công trình chịu động đất ∗ Cột CFT đơn giản và dễ thi công trong quá trình xây dựng do vậy tiết kiệ m được chi phí xây dựng và thời gian thi công ∗ Khả năng chống cháy của cột CFT cũng tốt hơn cột bê tông cốt thép thông thường. Đề cương luận văn tốt nghiệp khóa 2012 HVTH:Lê Minh Hoàng 3 2. GIỚI THIỆU VỀ SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP ( FLAT SLAB ) Ngày nay việc sử dụng sàn phẳng bê tông cốt thép được sủ dụng rộng rãi trên thế giới và ở Việt Nam, Ưu điểm của loại sàn này là làm tăng chiều cao thông thủy của tầng, đảm bảo được các yêu cầu về kiến trúc, chi phí xây dựng thấp, Các lý thuyết tính toán về sàn phẳng bê tông cốt thép có thể tham khảo tài liệu ACI – 318 hoặc sử dụng các phầ n mềm phân tích kết cấu. Phương pháp truyền thống cho hệ kết cấu đỡ sàn này là hệ sàn được đỡ bởi cột bê tông cốt thép thông thường ( có hoặc không có mũ cột ). 3. GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI Qua việc phân tích những ưu điểm của cột CFT và sự phát triển của sàn phẳng bê tông cốt thép, tác giả nhận thấy nếu sử dụng cột CFT thay thế cho cột bê tông cốt thép thông thườ ng trong hệ kết cấu đỡ sàn phẳng sẽ là phương án tối ưu nhất. Tiết kiệm nhất và mang tính ứng dụng cao, Đây là đề tài còn rất mới và cần nhiều lý thuyết tính toán và kiểm tra bằng thực nghiệm, trong phạm vi của đề tài dưới sự hướng dẫn của giáo viên tác giả chỉ tập trung phân tích sự chọc thủng ( punching shear ) gữa liên kết giữa cột CFT và sàn phẳng chịu tác động của t ải trọng đứng. Song song với quá trình tính toán, tác giả sẽ đề suất dạng liên kết và tiến hành thực nghiệm để so sánh với kết quả tính toán và đưa ra nhận xét, kiến nghị. Tên đề tài: “Phân tích ứng xử của liên kết giữa cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng BTCT chịu tải trọng đứng “ Dự kiến thực hiện các công việc sau: - Khảo sát ứng xử của liên kết giữa cột CFT với sàn phẳng BTCT có liên kết được đề xuất bởi tác giả. - Xây dựng một mô hình thực nghiệm cho phép dự đoán khả năng chịu chọc thủng của liên kết, chỉ xét cho tải trọng thẳng đứng - Đề xuất công thức tính toán chịu lực chọc thủng c ực hạn - So sánh kết quả với phần mềm mô phỏng Abaqus version 6.13 - Thiết lập công thức thiết kế cho liên kết này; - Đề suất các bố trí thép cho sàn phẳng bê tông cốt thép Đề cương luận văn tốt nghiệp khóa 2012 HVTH:Lê Minh Hoàng 4 4. Ý NGHĨA THỰC TIỄN VÀ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI Ý nghĩa thực tiễn Dựa vào kết quả những nghiên cứu và những ứng dụng thực tế, ta có thể thấy được rằng liên kết giữa cột CFT và sàn phẳng BTCT có nhiều ưu điểm: - Có khả năng chịu biến dạng ngang lớn hơn so với liên kết sàn – cột thông thường, để tránh sự phá hoại sớm do chọc thủng sàn và duy trì khả năng chịu tải trọng đứng; - Hạn chế mô men uốn trong sàn và làm tăng khả năng chịu cắt ở vùng lân cận cột CFT. Do đó ngày nay , liên kết giữa cột CFT và sàn phẳng BTCT đã được ứng dụng nhiều nơi trên thế giới và từng bước được ứng dụng vào các công trình tại Việt Nam. Tuy nhiên, hiện nay vẫn chưa có một cơ sở lý thuyết tính toán cụ thể cho sự làm việc của liên kết này khi chịu tải trọ ng đứng . Do đó, kết quả từ thí nghiệm của nghiên cứu này sẽ được dùng để hiệu chỉnh các mô hình, mô phỏng tính toán cũng như những hiểu biết sâu hơn về cơ chế làm việc ứng xử của liên kết này khi chịu lực. Từ kết quả thí nghiệm và mô phỏng sẽ xây dựng một mô hình thực nghiệm cho phép dự đoán khả năng chịu lực của liên kết này. Ý ngh ĩa khoa học Đây là đề tài còn mới , qua nghiên cứu này, với những kết quả thu được từ thí nghiệm và mô phỏng số được thực hiện bởi tác giả khác sẽ góp phần nào bổ sung thêm những luận điểm, kiến thức mới và là nguồn dữ liệu bổ ích phục vụ cho những nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực này. 5. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC: ∗ Một số lượng lớn các bài báo nghiên cứu về kết cấu cột CFT liên kết với sàn phảng bê tông cốt thép được trình bày bởi các nhà khoa học trên toàn thế giới. Trong đó, có nhiều tác đề suất nhiều loại liên kết chịu cắt khác nhau, tiến hành thực nghiệm và công bố kết quả, các hướng nghiên cứu khác như là phân tích phi tuyến liên, phân tích có kể đến thành phần động, ngoài ra còn có các h ướng tiếp cận lý thuyết tính toán mới về lực chọ thủng cho sàn phẳng bê tông cốt thép - CH Lee, JW Kim, JG Song [5] ( 2008 – Elsevier ) : Phân tích lực chọc thủng của liên kết giữa sàn phẳng bê tông cốt thép và cột CFT - AM Shaaban, H Gesund [6] (1994 ) : Phân tích lực chọc thủng của sàn phẳng bê tông cốt thép Đề cương luận văn tốt nghiệp khóa 2012 HVTH:Lê Minh Hoàng 5 - NJ Gardner, XY Shao [7] (1996) : Phân tích lực chọc thủng cho sàn phẳng bê tông cốt thép liên tục. - H Satoh, K Shimazaki [8] (2013) : Nghiên cứu thực nghiệm liên kết giữa cột CFT Và sàn phẳng bê tông cốt thép - PY Yan [9] ( 2011 ): Phân tích chọc thủng liên kết giữa cột CFT và sàn phẳng bê tông cốt thép TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC Ở Việt Nam thì theo sự hiểu biết của bản thân thông qua sự khảo sát thông tin trên các tạp chí thuộc danh mục ISI, Tác vẫn chưa tìm thấy bất kỳ nhóm nào đang tiến hành nghiên cứu ứng dụng cột CFT trong thiết kế sàn phẳng, tuy nhiên các nghiên cứu về cột CFT cũng đã được một số tác giả tiến hành nghiên cứu và đã được đăng trên tạp chi xây dựng như sau: - TS. Ngô H ữu Cường, Ngô Trường Lâm Vũ, Trần Hữu Huy, Phan Đình Hào : Phân tích phi tuyến cấu kiện thép nhồi bê tông - TS. Chu Bình : Nghiên cứu thực nghiệm cột ống thép nhồi bê tông trong điề kiện cháy. Đề cư ơ 1. T C S À N sàn p h T r là n g tr o C á và sà n (1 ơ ng luận văn t ố C H T ÌM HIỂ U C HỐNG C H À N PHẲ N N gày nay c h ẳng bê tô n 1) Ảnh h kết ( M 2) Tăng k 3) Tăng k 4) Thay 5) Gia c ư r ong các p h phương p h g hiên cứu c á o ng phạm v á c dạn g liê n n phẳn g b ê ) Gia cườ n ố t nghiệp khóa H ƯƠNG 2: U CÁC P H H ỌC TH Ủ N G BÊ TÔ N c ó nhiều p h n g cốt thép v h ưởng của M .P.Niels e k ích thướ c k ích t hướ c đổi cường ư ờng các l i h ương pháp h áp tốt nhấ t á c loại vật l v i nghiên c ứ n kết được ê tôn g cốt t h n g lực chố n 2012 NỘI DU N H ƯƠNG P H Ủ NG CỦA N G CỐT T h ương phá p v à cột, các chiều dày e n, 1998 ) c sàn phẳn g c đầu cột t ạ độ bê tôn g i ên kết chị u kể trên thì t . Các nghi ê l iệu và các ứ u của tác g n g hiên c ứ h ép. n g cắt bằn 6 N G THỰC H ÁP TR U LIÊN K Ế T HÉP p gia tăng l đề tài đã đ ư sàn đến k h g quang đ ầ ạ i vị trí liê n g t ại liên k u cắt ( Pa p phương p h ê n cứu gần liên k ết để g iả thì chủ y ứ u gần đâ y g g cách sử d HIỆN C Ủ U YỀN TH Ố Ế T CỘT B l ực chống c ư ợc công b ố h ả năng ch ầ u cột ( Th n kết ết ( Maraz p anikolao u h áp gia cư ờ đây của n h tăng cườn g y ếu tậ p tru n g iữa cột b ê d ụng thép Ủ A LUẬN V Ố NG TĂ N B Ê TÔNG c học thủng ố ống chọc t e concrete z ouk, 1998 u , 2005 ) ờ ng thêm c á h iều tác giả g khả năng c n g vào phư ơ ê tôn g cốt t h đai H VTH:Lê Mi n V ĂN N G KHẢ CỐT TH É cho liên k t hủng của l society, 2 ) á c liên kết c chủ yếu t ậ c hống chọ c ơ ng pháp s ố h ép thôn g t n h Hoàng NĂNG É P VÀ k ết giữa l iên 007 ) c hịu cắt ậ p trung c thủng, ố 5 t h ư ờng Đề cư ơ (2 (3 ơ ng luận văn t ố ) Gia cườ n hoặc bul o ) Gia cườ n ố t nghiệp khóa n g lực chố n o ng (Elga b n g lực chố n 2012 n g cắt bằn g b ry and G h n g cắt bằn 7 g các than h h ali, 1990 ) g “ shearb h thép đượ c ) and” (Pila k c neo chặt k outas an d H VTH:Lê Mi n bằng đin h d Li, 2003 n h Hoàng h tán Đề cư ơ (4 C hai t á ơ ng luận văn t ố ) Gia cườ n Baglin, 2 C ác dạn g l á c g iả là L e ố t nghiệp khóa n g bằng c á 2 003 ) l iên kết gi ữ e e, Kim an d 2012 á c tấm thé p ữ a sàn ph ẳ d Son g ( Le e 8 p được hà n ẳ n g bê tôn g e et al, 200 n bằng các g cốt théo v 8 ) thanh U ( S v à cột CF T H VTH:Lê Mi n S ubedi an d T đ ư ợc đề c n h Hoàng d c ập bởi Đề cương luận văn tốt nghiệp khóa 2012 HVTH:Lê Minh Hoàng 9 2. ĐỀ XUẤT LIÊN KẾT, TIẾN HÀNH TÍNH TOÁN LIÊN KẾT VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ VỚI THỰC NGHIỆM TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM 2.1 Đễ xuất liên kết của tác giả giữa cột CFT và sàn phẳng bê tông cốt thép • Mô tả liên kết: Dựa vào các ưu điểm của cột CFT tác giả xin đề xuất liên kết như hình trên, cột chịu lực là ống thép nhồi bê tông, tại vị trí đỡ sàn được gia cường bằng tấm thép hình tròn được hàn theo chu vi của ống thép, vị trí giao nhau giữa sàn phẳng bê tông cốt thép và cột thép nhồi bê tông được hàn thêm đinh tán để gia tăng khả năng chịu cắt của liên kết. [...]... tấm chịu uốn 3 Lý thuyết tính toán các liên kết truyền thống Chương 3 Phân tích tính toán liên kết được đề xuất bởi tác giả Áp dụng các lý thuyết trên để phân tích những kết cấu tiêu biểu đã được nghiên cứu trước đó Từ đó tác giả sẽ tính toán khả năng chống chọc thủng và đưa ra lý thuyết tính toán liên kết được đề xuất Chương 4 Lập trình số mô phỏng tính toán các bài toán cụ thể và so sánh với kết. .. cho liên kết bình thường, không đề cập đến liên kết mà tác giả đưa ra, do đó việc tính toán khả năng chịu chọc thủng của liên kết mà tác giả đề cập còn phải kể đến khả năng chịu cắt của đinh tán và thấm thép gia cường Việc tính toán tấm thép gia cường ( tính toán chiều dày tấm thép, kiểm tra độ ổn định, thiết kế đường hàn ) tác giả sẽ nghiên cứu sâu hơn trong luận văn của mình dựa vào lời giải kết. .. năng chống chọc thủng của liên kết Hiện nay việc thiết lập các công thức để xác định lực chọc thủng gây ra cho liên kết giữa sàn phẳng bê tông cốt thép và cột được nhiều tác giả đề cập, tuy nhiên tác giả chỉ tham khảo và xem xét sử dụng ba tiêu chuẩn phổ biến hiện nay là : Eurocode 2, British Standard BS8110 và tiêu chuẩn American concrete Institute ( ACI- 318 ) để tham khảo tính toán liên kết này... vỏ của LeVy 2.3 Mô phỏng tính toán liên kết bằng phần mềm ABAQUS 6.13 Sau khi tính toán bằng phương pháp số cho được kết quả lực chọc thủng giới hạn mà liên kết bắt đầu xuất hiện vết nứt, sau đó mô phỏng liên kết này bằng phầm mềm mô phỏng ABAQUS để so sánh kết quả, từ đó đánh giá được độ tin cậy của phương pháp tính toán lực chọc thủng giới hạn cho liên kết của tác giả 2.4 Thí nghiệm xác định tải. .. 2 - Trình bày cơ sở lý thuyết - Áp dụng lý thuyết - Phân tích và so sánh với các kết cấu tiêu biểu đã có kết quả phân tích trước đây - Phân tích các kết cấu phức tạp hơn để đưa ra kết quả độc lập 3 4 - Xây dựng chương trình tính toán - So sánh kết quả và thời gian tính toán với các phần mềm thương mại - Thay đổi các thông số và rút ra nhận xét 5 - Kết luận và kiến nghị 6 - Tổng hợp, trình bày, viết... thủng của liên kết 10 Đề cương luận văn tốt nghiệp khóa 2012 HVTH:Lê Minh Hoàng • Mô tả thí nghiệm: Tác giả đễ xuất thí nghiệm để so sánh với phương pháp số tính toán và phần mềm ABAQUS , Thí nghiệm được thực hiện tại trường Đại học Bách Khoa TPHCM dưới sự chỉ dẫn của PGS TS Ngô Hữu Cường Quá trình thí nghiệm được thực hiện chỉ với lực gia thẳng ứng mà không khảo sát moment gây ra cho liên kết Từ kết. .. ra cho liên kết Từ kết quả thực nghiệm tác giả sẽ so sánh và rút ra được những kết luận về phương pháp tính liên kết, từ đó đễ xuất, hiệu chỉnh lại cho phù hợp với kết quả thí nghiệm thực tế 2.5 Nội dung dự kiến của luận văn Chương 1 Giới thiệu chung Nội dung chương này nêu lý do chọn đề tài, mục đích của đề tài, ý nghĩa của đề tài, phương pháp nghiên cứu, tổng quan tình hình nghiên cứu về vấn đề này... nghiệm Ngôn ngữ lập trình Matlab sẽ được sử dụng Sau khi chương trình tính toán được xây dựng, tiến hành thay đổi các thông số của bài toán để rút ra những nhận xét cụ thể So sánh kết quả và thời gian tính toán của chương trình với các phần mềm thương mại như Ansys, Abaqus Chương 5 Kết luận 11 Đề cương luận văn tốt nghiệp khóa 2012 HVTH:Lê Minh Hoàng 2.6 Tiến độ dự kiến thực hiện luận văn ( 6 tháng ) STT . liên kết giữa cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng BTCT chịu tải trọng ứng “ Dự kiến thực hiện các công việc sau: - Khảo sát ứng xử của liên kết giữa cột CFT với sàn phẳng BTCT có liên kết. được hàn theo chu vi của ống thép, vị trí giao nhau giữa sàn phẳng bê tông cốt thép và cột thép nhồi bê tông được hàn thêm đinh tán để gia tăng khả năng chịu cắt của liên kết. Đề cương luận. THỰC HIỆN CỦA LUẬN VĂN 6 1. TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG TĂNG KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA LIÊN KẾT CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP 6  2. ĐỀ XUẤT LIÊN KẾT, TIẾN