Thực tế hiện nay, kết cấu bê tông cốt thép được gia cường bởi nhiều thanh thép hình (BTCT liên hợp) được ứng dụng rất rộng rãi khi xây dựng các tòa nhà cao tầng trên khắp thế giới. Nhưng chưa có chỉ dẫn tính toán thiết kế cho loại kết cấu này, mà các tiêu chuẩn như Eurocode 4 và AISC2010 mới dừng lại ở chỉ dẫn thiết kế cho việc tăng cường kết cấu BTCT bằng một thanh thép hình. Vì vậy, việc xác định khả năng chịu lực thực sự của kết cấu cột BTCT liên hợp thông qua thực nghiệm là rất cần thiết. Từ đó, chúng ta sẽ có cơ sở để đề xuất phương pháp thiết kế và mô phỏng sự làm việc của dạng kết cấu này trên mô hình số. Trong phạm vi báo cáo này, tác giả sẽ giới thiệu một số kết quả nghiên cứu thực nghiệm cột bê tông cốt thép liên hợp chịu uốn thuần túy.
111Equation Chapter Section 1KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KẾT CẤU CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP LIÊN HỢP CHỊU UỐN ĐƠN Trần Văn Toản1 Trường Đại học Thủy lợi, email: tranvantoan@wru.vn tranvantoan@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG chịu lực Hình lắp đặt mẫu thí Thực tế nay, kết cấu bê tông cốt nghiệm Hình thép gia cường nhiều thép hình (BTCT liên hợp) ứng dụng rộng rãi xây dựng tòa nhà cao tầng khắp giới Nhưng chưa có dẫn tính tốn thiết kế cho loại kết cấu này, mà tiêu chuẩn Eurocode AISC2010 dừng lại dẫn thiết kế cho việc tăng cường kết cấu BTCT thép hình Vì vậy, việc xác định khả chịu lực thực kết cấu cột BTCT liên hợp thông qua thực nghiệm cần thiết Từ đó, có sở để đề xuất phương pháp thiết kế mơ Hình Sơ đồ cột bê tông cốt cứng làm việc dạng kết cấu mơ hình số Trong phạm vi báo cáo này, tác giả giới thiệu số kết nghiên cứu thực nghiệm cột bê tông cốt thép liên hợp chịu uốn túy PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trên sở cách tiếp cận, phạm vi đối tương nghiên cứu, tác giả sử dụng chủ yếu phương pháp nghiên cứu sau: 1) Nghiên cứu tổng quan; 2) Nghiên cứu sở lý thuyết, kế thừa kết nghiên cứu kết cấu BTCT liên hợp có liên quan cơng bố ngồi nước; 3) Phương pháp thực nghiệm; 4) Phương pháp quan sát phân tích tổng hợp; 5) Phương pháp chuyên gia KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Chúng tơi tiến hành 04 thí nghiệm xác định khả chịu tải xác định chế phá hủy cột BTCT liên hợp có sơ đồ Hình Sơ đồ thực nghiệm Mẫu cột thực nghiệm gia cơng chế tạo Phòng thí nghiệm Kết cấu thuộc INSA de Rennes, Pháp Tất vật liệu sử dụng, quy trình sản xuất, đổ bê tông, bảo dưỡng mẫu tuân thủ quy phạm hành thi công nghiệm thu kết cấu bê tơng cốt thép Cột thí nghiệm chế tạo lắp đặt dạng dầm chịu uốn đơn Lực tác dụng lên dầm đặt nhịp xi lanh thủy lực có khả gia tải đến 1500kN (mỗi xi lanh) Toàn hệ thống thí nghiệm đặt hệ thống giàn thép IPE400 Hệ thống thiết bị đo đạc biến dạng chuyển vị bào gồm: đầu đo chuyển vị gắn dọc theo trục dầm để đo bến dạng uốn dầm, đầu đo góc xoay đặt phía dầm vị trí gối tựa, đầu đo chuyển vị gắn phía cuối dầm, đầu đo biến dạng chiều gắn thép hình, 22 đầu đo biến dạng gắn lên khung thép chịu lực, đầu đo biến dạng gắn bề mặt bê tơng phía cột thí nghiệm Chi tiết vị trí thể Hình tích Kết thí nghiệm mẫu dầm bê tông cốt cứng bị phá hủy uốn cắt Quá trình phá hủy chia thành pha sau: Pha 1-Uốn túy: Các vết nứt uốn xuất phát triển nhanh vị trí nhịp gia tăng tải trọng tác dụng lên dầm Pha 2-Uốn cắt đồng thời: Tiếp tục tăng tải vết nứt uốn dầm tiếp tục phát triển mở rộng thêm, vết nứt phát triển thêm phía gối tựa Đồng thời xuất thêm vết nứt chéo hướng từ điểm đặt lực phía gối tựa mơ ment uốn lực cắt gây Pha 3-Cắt túy: Các vết nứt uốn cắt không phát triển thêm mà chủ yếu xuất vết nứt có hướng nghiêng khoảng 45o bề mặt dầm, đặc biệt xuất nhiều xung quanh điểm đặt lực gia tải Hình Khả chịu lực tương ứng với Hình Vị trí lắp đặt thiết bị đo Quá trình gia tải để uốn dầm dầm bị phá hủy, diễn biến nứt bề mặt bê tông vẽ lại để làm sở đánh giá truyền lực học cột Sau nữa, liệu thu từ đầu đo chuyển vị, biến dạng gắn mẫu cột xử lý phân tích Ngồi ra, pha nứt, mơ hình phá hủy phân tải lớn dầm thu (1678 ÷1809)kN Từ liệu thu thiết bị đo biến dạng, đường cong ứng suất biến dạng bê tơng cốt thép (thu từ thí nghiệm vật liệu), đường cong ứng suất thép chịu lực, thép đai bê tông ứng với trình gia tải tính tốn thơng qua lý thuyết ứng suất biến dạng Kết tính tốn Hình 4, Hình 6, Hình 7, Hình Error: Reference source not found chuyển vị vị trí dầm Sau khả chịu tải cột đạt 894.1kN (chuyển vị 7.1mm) tương ứng với lớp thép đạt đến chảy dẻo dầm tiếp tục làm việc khả chịu tải thực tế tăng lên Theo Bo Li (2013) khả chịu tải dầm đạt đến giai đoạn chảy dẻo chung 1461.2kN (chuyển vị 15.2mm) Và thực tế, sau dầm đạt đến giai đoạn chảy dẻo chung khả chịu tải dầm tiếp tục tăng lên đến phá hủy 1757.2kN chuyển vị tăng lên đến 61.6mm Điều cho thấy khả chịu tải thực dầm thực tế lớn 20% so với tính tốn thiết kế Bo Li Khả chịu Hình Đường cong ứng suất tải trọng thép mẫu DW-HC Hình Đường cong ứng suất bê tơng tải trọng Hình Đường cong ứng suất tải trọng thép mẫu CW Hình CW-Mơ hình vết nứt giai đoạn cuối trước dầm bị gãy Hình Đường cong ứng suất tải trọng thép mẫu CW-HC Hình 10 CW-HC: Mơ hình vết nứt giai đoạn cuối trước dầm bị gãy Hình Đường cong ứng suất tải trọng thép mẫu DW Hình 11 DW: Mơ hình vết nứt giai đoạn cuối trước dầm bị gãy Hình 12 CW-HC: Mơ hình vết nứt giai đoạn cuối trước dầm bị gãy Như vậy, thơng qua q trình thực nghiệm, ta thấy rõ cột bê tông cốt cứng bị phá hủy theo mơ hình uốn-cắt chảy dẻo đến đứt lớp thép chịu lực Điều thể rõ thông qua [3] EUROCODE 2005 Design of composite steel and concrete structures Part 1.1: General rules and rules for buildings European Commission [4] ACI-318 2005 Building code requirements for reinforced concrete American Concrete Institute [5] AISC2010 2010 Specification for structural steel buildings American Concrete Institute [6] AISC2011 2011 Design examples version 14.1 American Concrete Institute [7] EN100021 2001 Metallic materials tensile testing - part 1: Method of test at ambient temperature European Commission [8] NFEN12390-32003 2003 Testing hardened concrete Compressive strength of test specimens European Commission [9] Li Bo, Lam E S, Wu B, and Wang Y 2013 Experimental investigation on reinforced concrete interior beamcác số liệu đo đạc biến dạng cốt thép column joints rehabilitated by mẫu trình quan sát phát ferrocement jackets Engineering triển vết nứt bề mặt cột Structures So với cột BTCT thông thường dầm BTCT với tăng cường thép [10] Trần Văn Toản 2016 Nghiên cứu thực nghiệm dầm bê tơng cốt thép chịu uốn hình HEB 100 khả chịu tải cột đơn Tạp chí Tài ngun nước số 02; tăng lên (2.3÷2.5) lần Kết thí nghiệm thu phản ánh [12] Fabian A, Dan D, and Stoian V 2011 Theoretical and experimental study on thực tế làm việc dầm bê tông cốt composite steel-concrete shear walls cứng Đây sở để đề xuất phương pháp with vertical steel encased profiles tính tốn thiết kế mơ hình số hóa phân Journal of Constructional Steel tích loại kết cấu Research [13] Plumier A, Bogdan T, and Degee H 2013 Design for shear of columns with TÀI LIỆU THAM KHẢO several encased steel profiles [1] Van-Toan TRAN 2015 Thèse “Etude Aproposal Structural Engineering numérique et expérimantale des murs (ASCE) en béton armé renforcés par plusieurs profilés métalliques totalement enrobés”, Insa de Rennes, France [2] EUROCODE 2004 Design of concrete structures Part 1: General rules and rules for buidings” European Commission ... NFEN1 239 0 -32 0 03 20 03 Testing hardened concrete Compressive strength of test specimens European Commission [9] Li Bo, Lam E S, Wu B, and Wang Y 20 13 Experimental investigation on reinforced concrete... reinforced concrete American Concrete Institute [5] AISC2010 2010 Specification for structural steel buildings American Concrete Institute [6] AISC2011 2011 Design examples version 14.1 American Concrete... lực Điều thể rõ thông qua [3] EUROCODE 2005 Design of composite steel and concrete structures Part 1.1: General rules and rules for buildings European Commission [4] ACI -31 8 2005 Building code requirements