Nghiên cứu liên kết cột biến ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN QUỐC NHẬT NGHIÊN CỨU LIÊN KẾT CỘT BIÊN ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD CN Mã số: 60.58.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2018 Cơng trình hoàn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS Đào Ngọc Thế Lực Phản biện 1: GS.TS Phạm Văn Hội Phản biện 2: TS Lê Anh Tuấn Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 11 tháng 03 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Học liệu Truyền thông Trường Đại học Bách khoa - Thư viện Khoa Xây dựng dân dụng công nghiệp, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Xu hướng xây dựng nhà cao tầng ngày sử dụng nhiều Việt Nam Kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép (BTCT) xem giải pháp sàn hiệu làm giảm chiều cao tầng, tăng số tầng sử dụng thuận tiện cho thi công đẩy nhanh tiến độ xây dựng, thuận lợi bố trí đường ống thiết bị kĩ thuật, linh hoạt bố trí mặt Khi nhà cao nhịp khung lớn lực dọc cột lớn Nếu sử dụng giải pháp kết cấu bê tơng cốt thép thơng thường kích thước cột lớn ảnh hưởng đến mặt kiến trúc khơng gian sử dụng cơng trình, giải pháp cột ống thép nhồi bê tông (CFST) lựa chọn hợp lý để thay cột bê tông cốt thép truyền thống ưu điểm vượt trội mặt kĩ thuật độ cứng lớn, cường độ cao, độ dẻo khả phân tán lượng lớn, mặt công nghệ cột ống thép nhồi bê tông dễ dàng thi công không tốn coffa, rút ngắn thời gian thi công xây dựng Việc kết hợp hai loại kết cấu sàn phẳng BTCT cột CFST cho kết cấu nhà cao tầng đem lại hiệu cao mặt kinh tế, kĩ thuật Tuy nhiên, vấn đề lớn kết hợp hai loại kết cấu liên kết Việc liên kết cột ống thép nhồi bê tông sàn phẳng bê tông cốt thép phức tạp, ứng xử liên kết chưa hiểu rõ Do đó, việc nghiên cứu liên kết cột biên CFST với sàn phẳng BTCT cần thiết để đưa giải pháp cấu tạo, khảo sát ứng xử, trạng thái làm việc chế truyền lực nhằm áp dụng hiệu hệ kết cấu sàn phẳng BTCT cột CFST xây dựng nhà cao tầng Đấy lý để thực luận văn với đề tài: “Nghiên cứu liên kết cột biên ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép” Mục tiêu nghiên cứu đề tài Nghiên cứu tổng quan cột ống thép nhồi bê tông, sàn phẳng bê tông cốt thép liên kết cột ống thép nhồi bê tông sàn phẳng bê tông cốt thép; Đề xuất giải pháp liên kết cột biên CFST với sàn phẳng BTCT; Đề xuất giải pháp tính tốn liên kết cột biên CFST với sàn phẳng BTCT; Thí nghiệm đánh giá hiệu quả, làm việc liên kết cột biên CFST với sàn phẳng BTCT; So sánh làm việc cột biên cột giữa, từ đưa lưu ý thiết kế, tính toán, cấu tạo Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Mối liên kết cột CFST sàn phẳng BTCT Phạm vi nghiên cứu: Mối liên kết cột biên CFST với sàn phẳng BTCT Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết tính toán, cấu tạo; nghiên cứu thực nghiệm Kết dự kiến Đưa cấu tạo cho liên kết cột biên ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tơng cốt thép; Đưa dẫn tính tốn; Đánh giá tính hiệu liên kết cột biên CFST với sàn phẳng BTCT thực nghiệm Bố cục đề tài Mở đầu: Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Chương 1: Tổng quan kết cấu cột ống thép nhồi bê tông, sàn phẳng bê tông cốt thép mối liên kết cột CFST với sàn phẳng BTCT Chương 2: Nghiên cứu cấu tạo tính tốn liên kết cột biên ống thép nhồi bê tông sàn phẳng bê tông cốt thép Chương 3: Khảo sát liên kết thực nghiệm Kết luận kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN CỘT CFST, SÀN PHẲNG BTCT VÀ LIÊN KẾT GIỮA CỘT CFST VỚI SÀN PHẲNG BTCT 1.1 TỔNG QUAN VỀ CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG 1.1.1 Khái niệm cột ống thép nhồi bê tông 1.1.2 Phân loại cột ống thép nhồi bê tông 1.1.3 Ưu điểm, nhược điểm cột ống thép nhồi bê tông a Ưu điểm Độ bền lõi bê tông tăng khoảng lần so với độ bền bê tông thường [10]; Cách xếp vật liệu trên mặt cắt ngang làm tối ưu cường độ độ cứng cấu kiện Cốt thép phân bố chu vi tiết diện nên phát huy hiệu làm việc cao chịu mô men uốn Bê tông tạo lõi lý tưởng để chống lại tải trọng nén q trình làm việc, trì hỗn chống lại bất ổn định cục ống thép đặc biệt cấu kiện có tiết diện hình vng chữ nhật [7]; Việc nhồi bê tông vào ống thép làm nâng cao độ chống ăn mòn bên ống thép, làm giảm độ mảnh, làm tăng độ ổn định cục thành ống làm tăng khả chống móp méo vỏ ống thép va đập [10]; Giá thành tổng thể cơng trình làm kết cấu ống thép nhồi bê tơng nói chung nhỏ nhiều so với giá thành cơng trình tương tự làm kết cấu bê tông cốt thép hay kết cấu thép thông thường Việc vận chuyển lắp ráp dễ dàng đồng thời làm giảm tải trọng xuống móng [10],[7] b Nhược điểm Một cấu kiện CFST bao gồm hai vật liệu với khác đường cong ứng suất-biến dạng ứng xử có khác biệt rõ rệt; Cơ chế phá hoại cấu kiện phụ thuộc vào nhiều yếu tố hình dạng, chiều dài, đường kính, chiều dày ống thép, cường độ thép cường độ bê tông [7]; Các ứng xử, chế làm việc, trạng thái phá hoại liên kết chưa hiểu rõ gây khơng khó khăn cho tính tốn thiết kế cấu tạo liên kết 1.1.4 Khả áp dụng 1.2 TỔNG QUAN CÁC LOẠI SÀN PHẲNG BTCT 1.2.1 Sàn phẳng BTCT thường Ưu điểm: + Cốt pha đơn giản, thi công nhanh; + Tạo không gian linh hoạt, dễ dàng bố trí mặt bằng; + Khơng dầm, tạo khoảng thơng thủy lớn sàn; + Chiều dày kết cấu nhỏ từ giảm chiều cao tầng Nhược điểm: + Nhịp trung bình, khả chịu tải ngang hạn chế; + Cần có cốt thép chống chọc thủng xung quanh cột cột cần có kích thước lớn hơn; + Cần kiểm soát độ võng dài hạn 1.2.2 Sàn phẳng bê tông ứng suất trước 1.2.3 Sàn Bubbledeck 1.2.4 Sàn U-Boot Beton 1.3 TỔNG QUAN VỀ LIÊN KẾT GIỮA CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Việc sử dụng cột ống thép nhồi bê tông với sàn bê tông cốt thép ngày phổ biến nhiều nước Mỹ, Hàn Quốc, Trung Quốc, Nhật Bản Việc sử dụng cột ống thép nhồi bê tơng cho kết cấu cơng trình đem lại nhiều ưu điểm so với cột bê tông cốt thép truyền thống Với kết hợp cột CFST sàn phẳng BTCT tạo hệ thống kết cấu tối ưu hơn, hiệu Tuy nhiên, tồn lớn để sử dụng loại kết cấu kết cấu cơng trình giải vấn đề liên kết cột sàn phẳng Hiện chưa tìm nghiên cứu liên kết cột biên CFST với sàn phẳng BTCT Do đó, phần tổng quan tổng hợp nghiên cứu liên kết cột CFST với sàn phẳng BTCT để làm sở cho việc đề xuất liên kết cho cột biên Hình 1.13 Thí nghiệm liên kết cột CFST-sàn BTCT Jin-Won Kim(2014)[6] a) Sự phá hoại mẫu thép mũ chịu cắt b) Sự phá hoại mẫu có bố trí thép mũ chịu cắt Hình 1.14 Sự phá hoại sàn BTCT - thí nghiệm Jin-Won Kim (2014)[6] Hình 1.15 Mẫu liên kết Y Su, Y Tian (2010)[12] Hình 1.16 Mơ q trình thí nghiệm - Y Su, Y Tian (2010) [12] Hình 1.17 Liên kết đề xuất Cheol-Ho Lee (2007) [4] Hình 1.18 Liên kết đề xuất Young K Ju (2013)[13] Hình 1.19 Liên kết cột CFST - sàn BTCT đề xuất Hiroki Satoh (2004)[2] Nhận xét: Qua tổng quan trên, tác giả đề xuất kiểu liên kết khác cho cột CFST với sàn phẳng BTCT Nhìn chung liên kết đảm bảo khả chịu lực hình thức liên kết gợi ý để đề xuất liên kết cho cột biên CFST với sàn phẳng BTCT Liên kết đề xuất đảm bảo liên tục cột, cốt thép neo vào cột không ảnh hưởng đến vấn đề đổ bê tông cột, chi tiết liên kết đảm bảo chế truyền lực từ sàn vào cột Cấu tạo cụ thể trình bày chương 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương thực tổng quan vấn đề sau: + Tổng quan kết cấu CFST mà cụ thể cột CFST + Tổng quan loại sàn phẳng sử dụng sàn phẳng bê tông cốt thép thường, sàn bê tông dự ứng lực, sàn Bubbledeck, U-Boot Beton + Tổng quan loại liên kết sàn phẳng bê tông cốt thép với cột ống thép nhồi bê tông để làm sở cho việc nghiên cứu liên kết cột biên với sàn phẳng BTCT Qua tổng quan thấy ưu điểm kết cấu sàn phẳng kết cấu cột CFST hiệu mang lại kết hợp sàn phẳng cột CFST kết cấu công trình đặc biệt kết cấu nhà nhiều tầng Tuy nhiên, cần phải giải vấn đề liên kết sàn cột Trong phạm vi luận văn liên kết cột biên sàn phẳng BTCT thực nghiên cứu chương CHƯƠNG GIẢI PHÁP CẤU TẠO VÀ TÍNH TỐN LIÊN KẾT CỘT BIÊN CFST VỚI SÀN PHẲNG BTCT 2.1 GIẢI PHÁP CẤU TẠO LIÊN KẾT CỘT BIÊN – SÀN PHẲNG BTCT a) Sử dụng thép mũ chịu cắt (shearheads) b) Dùng dầm tích hợp (Intergral beams) c) Tăng cường khả chịu cắt thủng chốt thép chịu cắt (Shear stud reinforcements) d) Tăng cường khả chịu cắt thủng “Shearband” Căn vào phân tích chế truyền tải trọng chế phá hoại cắt thủng liên kết sàn phẳng BTCT với cột biên CFST kết hợp với kết nghiên cứu tiêu chuẩn ACI 318 Liên kết sàn phẳng BTCT với cột biên CFST đề xuất sau: 1 2 AI A-A AI 1- Cột ống thép nhồi bê tông (CFST) 3- Tấm đệm 2- Mũ thép chòu cắt (shear-head) chữ H 4- Khoan lỗ sắn mặt cột để neo cốt thép vào cột Hình 2.5 Cấu tạo liên kết cột biên CFST – sàn phẳng BTCT Mũ thép chịu cắt (shear-head) Sử dụng thép chữ H chữ I, phần cánh cắt bỏ để chừa lại phần bụng Phần đưa vào bên cột qua rãnh xẻ mặt cột Shear-head đóng vai trò quan trọng việc làm tăng khả chịu cắt cho sàn xem chốt (shear key) đảm bảo tính liên tục sàn cột CFST Tấm thép liên tục bao quanh chu vi cột (Continuity plate) Chi tiết bố trí phía cánh tiết H I, hàn theo chu vi cột liên kết với thép Shear-head Tạo điểm tựa để truyền lực từ sàn vào cột cho phần sàn khơng bố trí Shear-head Cột CFST Tấm thép Cốt thép vòng Shear-head Cốt đai C Thép lớp trên/lớp Hình 2.6 Cấu tạo chi tiết liên kết cột biên CFST – sàn phẳng BTCT Bên cạnh chi tiết Shear – head đệm, liên kết bổ 10 c, J đặc trưng tiết diện tới hạn cách d/2 từ chu vi cột; Vu, Mu lực cắt trực tiếp, mô men không cân tiết diện tới hạn;   0,85 lực cắt Hình 2.8 Xác định chu vi tiết diện tới hạn khơng có Shear-head b Xác định khả chịu cắt bê tơng sàn bố trí cốt thép chịu cắt H Với việc bố trí thép chịu cắt dạng thép hình chữ H nhúng vào sàn chu vi tiết diện tới hạn thay đổi Lúc biểu thức kiểm tra ứng suất cắt sàn lực cắt Vu mô men không cân Mu liên kết sàn cột tính theo công thức: vn   1,06 fc'   vu2   V Mc V Mc (2.2) vu2  u  v u  u  v u   1,06 fc'  Ac2 J bo2d J   Trong đó: bo2 chu vi tiết diện tới hạn lấy hình 2.9; c, J đặc trưng tiết diện tới hạn cách d/2 từ chu vi cột; Vu, Mu lực cắt trực tiếp, mô men không cân tiết diện tới hạn;   0,85 lực cắt 11 Hình 2.9 Xác định chu vi tiết diện tới hạn sử dụng Shear-head Trong cơng thức tính hệ số chuyển lực cắt mô men Mu gây tiết diện tới hạn xác định theo công thức sau: γ v  1- γ f   (2.3)   b1 1     b2 Giá trị  v M u chuyển mô men không cân lệch tâm lực cắt phía trục tiết diện tới hạn định nghĩa hình 2.9 cách d/2 từ mặt cột c Tính tốn khả chịu uốn Shear-head Thép mũ chòu cắt Mặt gối tựa Vu / (mặt cột) Mp hv ( lv - C1) Vu _ Vc ( Lực cắt thép chòu cắt ) v V v c hv Mp Moâ men thép chòu cắt Hình 2.10 Tiết diện tới hạn nội lực thép mũ chịu cắt Phần lực cắt phần chiều dài vươn mũ chịu cắt chịu tỷ lệ với tỷ số độ cứng α v αv = E s Is E c Ic 12 Trong đó: E s , Is - môdul đàn hồi mômen quán tính mũ chịu cắt; E c , I c - mơdul đàn hồi mơmen qn tính phần tiết diện bê tông bao quanh mũ chịu cắt Biểu đồ mơmen tìm từ việc tích phân biểu đồ lực cắt Nếu Vc /2 = Vu /2Φ , mômen dẻo M p mặt gối tựa [11.12.4.6, ACI 318] [5] là: Vu   c  h v +α v  lv -   2Φη    Trong đó:   0,9 uốn Mp = (2.4) Theo quy phạm [mục 11.12.4.5, ACI 318] [5], tỷ số độ cứng thép mũ chịu cắt α v  0,15 vùng chịu nén thép phải đặt cách đáy sàn khoảng khơng lớn 0,3d Nếu mũ cột khơng có đủ độ cứng cần thiết khơng có tác dụng chịu cắt Khi tính tốn thiết kế sàn có mũ chịu cắt, mô men dải cột giảm khả chịu mô men thép mũ chịu cắt Giá trị mô men M v giảm dải cột xác định theo biểu thức: Mv = Φα v Vu  c1   lv -  2η  2 (2.5) d Tính đường hàn liên kết thép vào cột CFST 2.3 THIẾT KẾ LIÊN KẾT SÀN BTCT – CỘT CFST CHO CỘT BIÊN Mẫu thí nghiệm thực mẫu có kích thước thật Cơ sở để chọn mẫu dựa vào điều kiện làm việc tương đương với khả chịu tải liên kết cho sàn có kích thước 6m × 6m Sự tương đương dựa sở sau: (1) Về kích thước mẫu lấy tương đương với dải sàn mơ hình thật (1,5m × 2,7m); (2) Tải trọng truyền cột biên lấy tương đương với tải trọng tác dụng vào cột để thiết kế mẫu thí nghiệm; (3) Mơ men vị trí mặt cột lấy tương ứng với mơ men mẫu thí nghiệm Lúc ta có sơ đồ gia tải cho 13 thí nghiệm sau: 400 150 400 1500 400 300 150 300 150 400 400 400 400 400 400 150 2700 Hình 2.12 Sơ đồ gia tải Tác dụng lên chân cột lực tương đương với tải trọng sàn truyền xuống cột biên Vu  220(kN) Mômen mép cột theo phương X phương Y xác định MX, MY: KT Tải hS KT cột Vu MX MY mẫu trọng (mm) (m×m) (kN) (kNm/2,4m) (kNm/1,35m) (m) (kN/m2) 1,5×2,7 200 0,3×0,3 12 220,0 -85,0 -70,0 Vật liệu: Bê tơng Thép Thép Shearhead Thép cột f c’ Ec fy Es fy Esh fy Esc (Mpa) (Mpa) (Mpa) (Mpa) (Mpa) (Mpa) (Mpa) (Mpa) 30 27.103 350 21.104 220 21.104 220 21.104 Tiêu chuẩn thiết kế ACI 318-11 Tính tốn thiết kế: Bước 1: Xác định cốt thép chịu uốn theo phương X,Y Bước 2: Cốt thép lớp bố trí dùng 10a100 Bước 3: Kiểm tra khả chịu ứng suất cắt bê tông sàn tiết 14 diện thứ khơng có mũ thép chịu cắt Bước 4: Kiểm tra khả chịu ứng suất cắt bê tông sàn tiết diện thứ bố trí thêm mũ thép chịu cắt Bước 5: Xác định chiều dài mũ thép chịu cắt để đảm bảo ứng suất cắt sàn tiết diện tới hạn thứ vị trí đầu thép chịu cắt nhỏ khả chịu ứng suất cắt bê tông Bước 6: Kiểm tra thép chịu cắt Bước 7: Xác định cốt thép chịu uốn cuối tiết diện thép chịu cắt Bước 8: Tính tốn kiểm tra đường hàn Bước 9: Tính tốn cốt thép dầm vòng CHI TIẾT CẤU TẠO LIÊN KẾT 2700 900 300 Þ14a85 300 Þ14a85 900 Þ14a170 II I 1200 Þ14a85 1500 300 Þ14a85 Þ14a170 300 Þ14a85 II 150 400 400 400 400 400 400 150 2700 Hình 2.18 Bố trí cốt thép lớp (hàm lượng thép ρ = 1,26 %) 2700 1200 300 Þ10a85 1200 Þ10a100 1500 1200 Þ10a100 300 Þ10a85 Þ10a100 150 400 400 400 400 400 400 2700 Hình 2.19 Bố trí cốt thép lớp 150 15 2700 600 600 300 600 600 75 1500 600 85 85 85 85 85 85 85 75 300 75 85 Cốt thép đai chữ U ngược 75 600 (bố trí Þ10a75 cách mặt cột Þ10a85 lại) 150 400 400 Cốt thép vòng (bố trí Þ10a77) 400 400 400 400 150 2700 Hình 2.20 Bố trí cốt thép đai U 2700 300 600 600 300 350 600 Coät CFST 600 Continuity plate t=10mm (Ống thép 300x300x10) Load plate t=30mm, Þ180mm Shear-head 1500 50 100 300 600 (Thép hình H100x100) 300 400 50 600 50 150 400 400 400 400 400 400 150 2700 200 200 35100 65 Hình 2.21 Bố trí thép Shear-head 400 150 800 1200 Hình 2.22 Bố trí Shear-head 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương tác giả luận văn thực vấn đề sau: - Thực phân tích đề xuất giải pháp cấu tạo cho liên kết cột biên CFST với sàn phẳng BTCT gồm: + Bố trí shear-head dạng thép hình chữ H chịu cắt; + Tấm thép đệm bên shear head; + Bố trí cốt thép vòng; + Cốt thép chịu mô men từ sàn vào cột gần mặt bên cột để tạo không gian đổ bê tơng vào ống thép; + Bố trí hệ cốt đai dạng C - Thực giải pháp tính tốn cho liên kết đề xuất gồm 16 nội dung sau: + Xác định khả chịu cắt bê tơng sàn khơng có thép hình I, H; + Xác định khả chịu cắt bê tông sàn có thép hình chịu cắt I, H; + Tính khả chịu uốn Shear-head; + Tính tốn đường hàn liên kết - Thực tính tốn cấu tạo cụ thể cho liên kết cột biên CFST- sàn phẳng BTCT Như vậy, chương cung cấp sở lý thuyết để thiết kế liên kết đề xuất Để xác minh tính hiệu giải pháp cấu tạo tính tốn liên kết đề xuất cần tiến hành thí nghiệm mẫu thật để kiểm chứng, nội dung thực chương CHƯƠNG KHẢO SÁT LIÊN KẾT BẰNG THỰC NGHIỆM 3.1 CHẾ TẠO MẪU, THIẾT BỊ VÀ THIẾT LẬP THÍ NGHIỆM 3.1.1 Đề xuất mẫu thí nghiệm 2700 300 Þ14a85 900 300 Þ14a85 300 Þ14a85 900 Þ14a170 1500 1200 Þ14a85 300 Þ14a85 Þ14a170 150 400 400 400 400 400 400 150 2700 a) Cốt thép lớp 2700 1200 300 Þ10a85 1200 Þ10a100 1500 1200 Þ10a100 300 Þ10a85 Þ10a100 150 400 400 400 400 400 400 150 2700 (b) Cốt thép lớp Hình 3.1 Mẫu thí ngiệm cột biên liên kết cột CFST-sàn phẳng BTCT 17 3.1.2 Chế tạo mẫu thí nghiệm Hình 3.2 Chế tạo mẫu cột - thép chịu cắt Hình 3.3 Gia cơng cốt thép Hình 3.4 Bố trí cốt thép cho mẫu Hình 3.5 Cấu tạo chi tiết cốt thép Hình 3.6 Lắp đặt strain Hình 3.7 Đổ bê tơng sàn dưỡng gauges hồn thành ván khn hộ mẫu cốt thép 3.1.3 Thiết bị thí nghiệm a Strain gauges Hãng sản xuất Tokyo Sokki Kenkyujo.Co.Ltd 18 Hình 3.8 Cảm biến đo biến dạng (strain gauges) b Cảm biến đo chuyển vị LVDT Hình 3.9 Cảm biến đo chuyển vị LVDT c Máy bơm dầu d Kích thủy lực Hình 3.10 Kích thủy lực 250 (tấn) bơm dầu dùng cho thí nghiệm 3.1.4 Thiết lập thí nghiệm Theo thiết kế, sàn neo giữ neo nối vào đế khung gia tải Đầu đầu cột bố trí neo giữ chế tạo tròn gối tựa ổ bi nhằm đảm bảo cho cột trượt tự theo phương thẳng đứng hạn chế ma sát với thành cột Tiếp sau tiến hành lắp kích thủy lực cảm biến đo lực Lắp cảm biến đo chuyển vị LVDT Nối strain gauges vào thiết bị đo nối vào máy tính Kiểm tra lại thiết bị đo, thiết lập đồng hồ đo, tham số đo cho máy tính để 19 sẵn sàn cho thí nghiệm Hình 3.11 Lắp đặt thiết bị thiết bị đo cho mẫu thí nghiệm 3.2 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CỦA VẬT LIỆU 3.2.1 Bê tơng Đúc mẫu thí nghiệm: tiến hành đúc mẫu trụ kích thước 150  300mm lúc thi công đổ bê tông sàn Mẫu dưỡng hộ điều kiện phòng thí nghiệm thực thí nghiệm tuổi 28 ngày Hình 3.12 Đúc mẫu bê tơng mẫu trụ 150×300mm dưỡng hộ Thí nghiệm mẫu: mẫu thí nghiệm tuổi 28 ngày, sử dụng máy nén với lực nén P  1000kN để nén phá hoại mẫu, mối quan hệ tải trọng biến dạng ghi lại phần mềm máy tính Hình 3.13 Hình 3.13 Thí nghiệm nén mẫu bê tơng Kết thí nghiệm thống kê Bảng 3.1 Bảng 3.1 Kết thí nghiệm nén mẫu bê tơng Mẫu Pi (N) A(mm2) R(MPa) 782000 17662,5 44,3 850000 17662,5 48,1 851000 17662,5 48,2 Cường độ trung bình mẫu bê tơng chịu nén là: R = 46,87MPa 20 3.2.2 Cốt thép Mẫu thép lấy từ cốt thép sàn, lấy mẫu thép 14 dài 600mm để thí nghiệm kéo thép Hình 3.14 Mẫu thép, thí nghiệm kéo thép Thực thí nghiệm kéo mẫu thép ghi số liệu máy tính ta có bảng số liệu bảng 3.2 Bảng 3.2 Số liệu thí nghiệm kéo cốt thép Mẫu Ø(mm) Pi (N) A(mm2) Ru(MPa) 14 101500 153,86 659,7 14 102140 153,86 663,9 14 102050 153,86 663,3 3.3 MÔ TẢ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐO 3.3.1 Mơ tả kết thí nghiệm Thực gia tải cho mẫu với cấp tải Pi=20kN, giữ tải chuyển vị LVDT biến dạng Strain gauges ổn định, thời gian giữ tải cấp phút quan sát thấy được: Tại cấp tải P = 140kN xuất vết nứt mặt sàn vết nứt bán kính vng góc với mặt cột hướng bên ngồi hình 3.15 Hình 3.15 Vết nứt sàn cấp tải P=140kN 21 Tiếp tục tăng tải trọng đến cấp tải P=160kN vết nứt nhỏ xuất nhiều hơn, vết nứt cũ tiếp tục phát triển chạy dài đến đỉnh shear-head Vết nứt tập trung chủ yếu mặt cột theo phương cạnh dài, mặt bên sàn xuất thêm vết nứt từ góc cột đến cạnh sàn nghiên góc 450 hình 3.16 Hình 3.16 Vết nứt sàn cấp tải P=160kN Tiếp tục tăng tải trọng vết nứt tiếp tục hình thành phát triển nhiều hơn, vết nứt song song với vết nứt ban đầu mặt cột Cấp tải P = 400kN vết nứt mở rộng lớn vị trí gần mặt cột song song với cột Bề rộng vết nứt khoản 3mm hình 3.18 Hình 3.18 Vết nứt sàn cấp tải P=400kN Tiếp tục tăng tải trọng, chuyển vị sàn tăng nhanh, vết nứt mép cột phát triển mạnh, vết nứt bên ngồi tăng khơng đáng kể, sàn bị nghiêng lớn P=440kN sàn chuyển vị mức phá hoại uốn Hai phần sàn gập hai bên so với shear-head sàn hình 3.19 22 Hình 3.19 Sự phá hoại sàn P=440kN 3.3.2 Đánh giá kết đo Với kết thu từ số liệu cảm biến đo lực LVDT vẽ đồ thị thể mối quan hệ chuyển vị đứng cột tải trọng tác dụng Hình 3.20 Quan sát thấy tải trọng đạt đến giá trị đỉnh phá hoại xảy ra, sau khả chịu tải sàn giảm nhanh đột ngột, bê tông vùng kéo bị tách lớn mặt cột Hình 3.20 Đồ thị tải trọng – chuyển vị đứng sàn Hình 3.21 Đồ thị tải trọng – chuyển vị so với ACI 318 23 Qua kết thí nghiệm so sánh với kết tính tốn để chọn mẫu thí nghiệm theo tiêu chuẩn ACI 318-11 thấy khác mơ hình phá hoại kết thí nghiệm cho kết q an tồn so với tính toán theo tiêu chuẩn mà cụ thể Ptest/PACI 318 = 440/220 = 2,0 Hình 3.21 3.3.3 Nhận xét mơ hình phá hoại qua kết thí nghiệm liên kết cột biên CFST với sàn phẳng BTCT Qua quan sát thí nghiệm liên kết cột CFST với sàn phẳng BTCT, ta nhận thấy chế ứng xử mơ hình phá hoại cột biên phá hoại uốn Vết nứt vùng bê tông chịu kéo phát triển gần mặt cột chủ yếu vết nứt uốn, vùng cạnh cột song song với Shear –head vết nứt mở rộng Ở thời điểm phá hoại sàn võng lớn ứng xử dẻo, khơng có chuyển vị lớn đột ngột 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương thực nội dung sau: Tiến hành chế tạo mẫu theo giải pháp cấu tạo tính tốn thực chương Chế tạo mẫu thí nghiệm với kích thước thật để kết thu từ thí nghiệm phản ánh với thực tế làm việc liên kết Thiết lập thí nghiệm, tham số đo đo cảm biến điện trở ghi lại kết chương trình máy tính Kết thí nghiệm cho thấy khả chịu lực sàn theo thí nghiệm lớn khả chịu cắt thiết kế theo công thức đề xuất 2,0 lần, kết cho thấy an toàn thiết kế mẫu theo tiêu chuẩn ACI 318 điều chứng tỏ giải pháp liên kết đề xuất cột biên CFST với sàn phẳng tin cậy Kết thí nghiệm cho thấy phá hoại mẫu phá hoại uốn 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Luận văn thực nghiên cứu đề xuất liên kết cột biên CFST với sàn phẳng BTCT (gồm giải pháp cấu tạo tính tốn) nhằm áp dụng hệ kết cấu vào thực tế xây dựng công trình Liên kết đề xuất kiểm tra thực nghiệm để đánh giá hiệu giải pháp cấu tạo tính tốn Dưới kết luận nhận được: - Luận văn phân tích đề xuất giải pháp cấu tạo cho liên kết cột biên CFST với sàn phẳng BTCT gồm: Bố trí shear-head dạng thép hình chữ H chịu cắt; Tấm thép đệm bên shear head; Bố trí cốt thép vòng; Cốt thép chịu mô men từ sàn vào cột gần mặt bên cột để tạo không gian đổ bê tông vào ống thép; Bố trí hệ cốt đai dạng C - Thực giải pháp tính tốn cho liên kết đề xuất gồm: Xác định khả chịu cắt bê tơng sàn khơng có thép hình I, H; Xác định khả chịu cắt bê tông sàn có thép hình chịu cắt I, H; Tính khả chịu uốn Shear-head; Tính tốn đường hàn liên kết Từ tính tốn cấu tạo cụ thể cho liên kết cột biên CFSTsàn phẳng BTCT - Thực chế tạo mẫu với kích thước thật thực thí nghiệm Kết thí nghiệm cho thấy khả chịu lực sàn theo thí nghiệm lớn khả chịu cắt thiết kế theo công thức đề xuất 2,0 lần, kết cho thấy an toàn thiết kế mẫu theo tiêu chuẩn ACI 318, điều chứng tỏ giải pháp liên kết đề xuất cột biên CFST với sàn phẳng tin cậy KIẾN NGHỊ Cần thực phân tích chi tiết mơ hình ứng suất để đánh giá mơ hình phá hoại sàn, phá hoại thủng hay phá hoại uốn… Cần thí nghiệm thêm để khảo sát nhiều tham số ảnh hưởng đến cường độ liên kết ảnh hưởng shear-head đến phân bố độ cứng liên kết ảnh hưởng đến mơ hình phá hoại liên kết Nghiên cứu liên kết cho sàn bê tông ứng suất trước… ... tài: Nghiên cứu liên kết cột biên ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép” Mục tiêu nghiên cứu đề tài Nghiên cứu tổng quan cột ống thép nhồi bê tông, sàn phẳng bê tông cốt thép liên. .. ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG 1.1.1 Khái niệm cột ống thép nhồi bê tông 1.1.2 Phân loại cột ống thép nhồi bê tông 1.1.3 Ưu điểm, nhược điểm cột ống thép nhồi bê tông a Ưu điểm Độ bền lõi bê tông tăng khoảng... phẳng bê tông cốt thép thường, sàn bê tông dự ứng lực, sàn Bubbledeck, U-Boot Beton + Tổng quan loại liên kết sàn phẳng bê tông cốt thép với cột ống thép nhồi bê tông để làm sở cho việc nghiên