Khảo sát thực nghiệm ứng xử của cột ống thép nhồi bê tông (CFST) chịu động đất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ TRUNG CƯỜNG KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ CỦA CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG (CFST) CHỊU ĐỘNG ĐẤT Chun ngành: Kỹ thuật xây dụng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã số: 60 58 02 08 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HCM tháng 06 năm 2018 Công trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa-ĐHQGTP.HCM Cán hướng dẫn 1: TS Cao Văn Vui Cán hướng dẫn 2: Cán chấm nhận xét 1: Huỳnh Minh Phước Cán chấm nhận xét 2: Lê Văn Phước Nhân Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa-ĐHQG-Tp HCM ngày 23 Tháng 08 năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS TS Ngô Hữu Cường TS Huỳnh Minh Phước TS Lê Văn Phước Nhân PGS TS Trần Văn Miền TS Trần Cao Thanh Ngọc TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DựNG CHỦ TỊCH HỘI ĐÒNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập-Tự do-Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: VÕ TRUNG CƯỜNG MSHV: 1570132 Ngày tháng năm sinh: 20/12/1988 Nơi sinh: Quảng Trị Chuyên nghành: Kỹ thuật xây dựng dân dụng công nghiệp.Mã số: 60 58 02 08 I TÊN ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ CỦA CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG (CFST) CHỊU ĐỘNG ĐẤT NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: o Khảo sát thực nghiệm khả chịu lục ứng xử cột ống thép nhồi bê tông (CFST) chịu tải trọng ngang tuần hồn nhằm mơ tải động đất o Đánh giá ảnh hưởng bê tông đến mức độ tăng khả chịu tải cột CFST chịu động đất o Xem xét dạng phá hoại cột CFST tác dụng tải động đất II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04 - 09 - 2017 III.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 22 - 06 - 2018 IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Cao Văn Vui Tp HCM ngày tháng .năm 2018 TS Cao Văn Vui CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ Xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp nằm hệ thống luận cuối khóa nhằm trang bị cho học viên cao học khả tự nghiên cứu, biết cách giải vấn đề cụ thể đặt thục tế xây dụng Đó trách nhiệm niềm tự hào học viên cao học Để hoàn thành luận văn này, sụ cố gắng nỗ lục thân, nhận đuợc sụ giúp đỡ nhiều từ tập thể cá nhân Tôi xin ghi nhận tỏ lòng biết ơn đến tập thể cá nhân dành cho tơi sụ giúp đỡ q báu Đầu tiên tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS Cao Văn Vui Thầy đua gợi ý để hình thành nên ý tuởng đề tài góp ý cho tơi nhiều cách nhận định đắn vấn đề nghiên cứu, nhu cách tiếp cận nghiên cứu hiệu Xin chân thành cảm ơn Cán Phòng thí nghiêm kết cấu cơng trình - Khoa Kỹ Thuật Xây Dụng (BKsel) - Truờng Đại học Bách khoa TP.HCM tạo điều kiện giúp đỡ trình thục luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ Thuật Xây dụng, truờng Đại học Bách Khoa Tp.HCM truyền dạy kiến thức q giá cho tơi, kiến thức thiếu đuờng nghiên cứu khoa học sụ nghiệp sau Luận văn thạc sĩ hoàn thành thời gian quy định với sụ nỗ lục thân, nhiên khơng có thiếu sót Kính mong q Thầy Cơ dẫn thêm để bổ sung kiến thức hồn thiện thân Xin trân trọng cảm ơn TP HCM ngày 22 tháng năm 2018 Võ Trung Cuờng TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu thực nghiệm ứng xử cột ống thép nhồi bê tông (CFST) chịu tải dọc trục cố định tải ngang tuần hồn, mơ tải động đất Thí nghiêm thực 24 mẫu ống thép với loại đường kính 90mm 114mm phá hoại Trong đó, đường kính có độ dày khác 2.5mm, 3mm 3.5mm Sau tiến hành so sánh kết thí nghiệm ống thép có bê tông Column Filled Steel Tube (CSFT) ống thép bê tơng Steel tube (ST) vấn đề: o Dạng phá hoại o Quan hệ lực - chuyển vị o Quan hệ moment - biến dạng o Số vòng lặp o Độ cứng Kết nghiên cứu thực nghiệm góp phần đánh giá khả chịu động đất cột tròn CFST tính tốn cơng trình chịu động đất Ngồi ra, kết thí nghiệm ứng xử cột CFST chịu tải trọng ngang tuần hoàn có ích cho nghiên cứu tương lai để kiểm chứng mơ hình phần tử hửu hạn hay mơ hình khác ABSTRACT This thesis presents the experimental results on the behaviour of concrete filled steel tube (CFST) subjected to constant axial and lateral cyclic loading, simulated earthquake excitations The experiment was conducted for 24 steel tube specimens with diameters of 90 mm and 114 mm to failure For each diameter, three thickness are 2.5mm, 3mm and 3.5mm The results of CSFTs are then compared with those of STs on the following aspects: o Failure mode o Force - displacement relationships o Flexural moment - strain relationships o Number of cycles o Stiffness Experimental results contribute to the assessment of CFST columns subjected to earthquakes In addition, the experimental results on the behavior of CFST columns with lateral cyclic loading will be useful for future studies such as validation of finite element models or other models LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng việc tơi thực hướng dẫn thầy TS Cao Văn Vui Các kết luận văn thật chưa công bố nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm công việc thực TPHCM ngày 22 tháng 06 năm 2018 Võ Trung Cường MỤC LỤC Chương MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 1.4 Ý nghĩa nghiên cứu Chương TỔNG QUAN _3 2.1 G iới thiệu chung .3 2.1.1 Đặc điểm chung cột CFST liên hợp 2.1.2 Đặc điểm cột CFST thực nghiên cứu .3 2.2 Tổng quan nghiên cứu nước 2.2.1 Ở nước 2.2.2 Ở nước .10 Chương CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM _13 3.1 Vật liệu .13 3.1.1 Bê tông 13 3.1.2 Ống thép hình .14 3.2 Chế tạo mẫu .15 3.2.1 Mẩu thí nghiệm 15 ĩĩ I p a g e 3.2.2 Quy trình thi cơng mẫu .19 3.3 Mơ hình cơng thức tính tốn tải trọng lặp (cyclic loading) 22 3.3.1 Độ mảnh cột 22 3.3.2 Cơng thức tính tốn tải trọng lặp (cyclic loading) 23 3.4 Quy trình thục nghiệm 26 3.4.1 Dụng cụ thí nghiệm .26 3.4.2 Sơ đồ thí nghiệm 26 3.4.3 Bố trí thiết bị đo đạt 27 Chương KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 29 4.1 Dạng phá hoại 29 4.2 Quan hệ lực ngang - chuyển vị ngang 35 4.2.1 Quan hệ lực ngang - chuyển vị ngang mẫu D90x2.5 35 4.2.1.1 Quan hệ lực ngang - chuyển vị ngang 35 4.2.1.2 .So sánh nhận xét 37 4.2.2 Quan hệ lực ngang - chuyển vị mẫu D90x3.0 39 4.2.2.1 Quan hệ lực ngang - chuyển vị 39 4.2.2.2 .So sánh nhận xét 41 4.2.3 Quan hệ lực ngang - chuyển vị mẫu D90x3.5 43 4.2.3.1 Quan hệ lực ngang - chuyển vị 43 4.2.3.2 .So sánh nhận xét 45 ĩĩ I p a g e 4.2.4 Quan hệ lực - chuyển vị mẫu DI 14x2.5 47 4.2.4.1 Quan hệ lục - chuyển vị 47 4.2.4.2 So sánh nhận xét 49 4.2.5 Quan hệ lục ngang - chuyển vị mẫu DI 14x3.0 51 4.2.5.1 Quan hệ lục ngang - chuyển vị 51 4.2.5.2 So sánh nhận xét 53 4.2.6 Quan hệ lục ngang - chuyển vị mẫu DI 14x3.5 55 4.2.6.1 Quan hệ lục ngang - chuyển vị 55 4.2.6.2 So sánh nhận xét 57 4.3 Quan hệ mô ment - biến dạng 59 4.3.1 Quan hệ mô ment - biến dạng mẫu DI 14x2.5 59 4.3.2 Biểu đồ mơ ment - biến dạng nhóm mẫu DI 14x3.0 61 4.3.3 Biểu đồ mơ ment - biến dạng nhóm mẫu DI 14x3.5 63 4.4 Số vòng lặp 65 4.4.1 Nhóm mẫu D90x2.5 65 4.4.2 Nhóm mẫu D90x3.0 65 4.4.3 Nhóm mẫu D90x3.5 66 4.4.4 Nhóm mẫu DI 14x2.5 66 4.4.5 Nhóm mẫu DI 14x3.0 67 4.4.6 Nhóm mẫu DI 14x3.5 67 ĩĩĩ I p a g e 4,3,2 Biểu đồ mơ ment- biến dạng nhóm mẫu ĐI 14x3,0 b) Biều đồ moment - biến dạng mẫu DI 14x3.0-1 M om ent (N m m) M om ent (N m m) a) Biêu đỏ moment - biên dạng mâu DI 14x3.0-2 Hình 4.26 Bỉều đồ moment - biến dạng mẫu DI 14x3.0 b) Bìều đồ moment - biến dạng mẫu DI 14x3.0-3 621 p a g e Hình 4.26 Bỉều đồ moment - biến dạng mẫu DI 14x3.0 4.3.3 Biểu đề mô merit - biến dạng nhổm mẫu Đ114x3.5 Mo me nt (N mm ) Mome nt a) Biều đồ moment - biến dạng mẫu DI 14x3.5-0 4.3.3 Biểu đề mô merit - biến dạng nhổm mẫu Đ114x3.5 b) Biêu đỏ moment - biên dạng mâu DI 14x3.5-1 63 I p a g e M om ent (N m m) M om ent (N m m) a) Biêu đỏ moment - biên dạng mâu DI 14x3.5-2 Hình 4.27 Bỉều đồ moment - biến dạng mẫu DI 14x3.5 b) Bìều đồ moment - biến dạng mẫu DI 14x3.5-3 64IP ag e Hình 4.27 Bỉều đồ moment - biến dạng mẫu DI 14x3.5 4.4 Số vòng lặp 4.4.1 Nhóm mẫu D90x2.5 Số vòng lặp - D90x2.5 (Vòng) Hình 4.28 Biểu đồ so sảnh số vỏng lặp nhóm mẫu D90x2.5 Qua biểu đồ so sánh hình 4.28, ta nhận thấy số vòng lặp ống thép có bê tơng nhau, nhiều số vòng lặp ống khơng có bê tơng 2.5 vòng 4.4.2 Nhóm mẫu D90x3.0 Số vòng lặp - D90x3.0 (Vòng) Hình 4.29 Biểu đồ so sảnh sổ vòng lặp nhóm mẫu D90x3.0 65 I p a g e Qua biểu đồ so sánh hình 4.29, ta nhận thấy số vòng lặp ống thép có bê tơng nhau, nhiều số vòng lặp ống khơng có bê tơng vòng 4.4.3 Nhóm mẫu D90x3.5 Số vòng lặp - D90x3.5 (Vòng) Hình 4.30 Biểu đồ so sảnh số vỏng lặp nhóm mẫu D90x3.5 Qua biểu đồ so sánh hình 4.30, ta nhận thấy số vòng lặp trung bình ống thép có bê tơng 17.833 vòng, nhiều số vòng lặp ống khơng có bê tơng 2.33 vòng 4.4.4 Nhóm mẫu D114x2.5 Số vòng lặp - D114x2.5 (Vòng) Hình 4.31 Biểu đồ so sảnh sổ vòng lặp nhóm mẫu DI 14x2.5 66 I p a g e Qua biểu đồ so sánh hình 4.31, ta nhận thấy số vòng lặp trung bình ống thép có bê tơng 20.3 vòng, nhiều hon số vòng lặp ống khơng có bê tơng 2.3 vòng 4.4.5 Nhóm mẫu DI 14x3.0 Số vòng lặp - D114x3.0 (Vòng) Hình 4.32 Biểu đồ so sảnh số vỏng lặp nhóm mẫu DI 14x3.0 Qua biểu đồ so sánh hình 4.32, ta nhận thấy số vòng lặp trung bình ống thép có bê tơng 18.33 vòng, nhiều số vòng lặp ống khơng có bê tơng 0.33 vòng 4.4.6 Nhóm mẫu DI 14x3.5 Số vòng lặp - D114x3.5 (Vòng) Hình 4.33 Biểu đồ so sảnh sổ vòng lặp nhóm mẫu DI 14x3.5 67 I p a g e Qua biểu đồ so sánh hình 4.33, ta nhận thấy số vòng lặp trung bình ống thép có bê tơng 26.5 vòng, nhiều số vòng lặp ống khơng có bê tơng vòng 4.5 Độ cứng Độ cứng cột tính cách vẽ đường bao biểu đồ quan hệ lực ngang - chuyển vị Sau đó, vẽ tiếp tuyến đường cong, xác định góc tạo tiếp tuyến phương ngang Độ cứng: £ = tan(ỡộ (N/mm) N h ó m D ffl •o> ft bl Ơ o o Ơ KO o Ơ KO o Ơ KO o Ợ1 B Lh B Lh BB to Ó Ợ1 68 I p a g e Qua biểu đồ so sánh hình 4.33, ta nhận thấy số vòng lặp trung bình ống thép có bê tơng 26.5 vòng, nhiều số vòng lặp ống khơng có bê tơng vòng 69 I p a g e Độ cứng D90x2.5 Hình 4.35 Biểu so sánh độ cứng nhóm mẫu D90x2.5 Hình 4.36 Biểu so sánh độ củng trung bình nhóm mẫu D90x2.5 Từ biểu đồ hình 4.35 Ta thấy độ cứng trung bình ống thép khơng bê tơng D90x2.5-0(ST- Steel tube) thấp 101% so với ống có đổ đầy bê tông D90x2.5(CFST: Concrete Fill Steel Tube) 70 I p a g e 4.5.2 Nhóm D90x3.0 D90x3.0-0 D90x3.0-l D90x3.0-2 D90x3.0-3 Hình 4.37 Biểu đồ độ cứng nhóm mẫu D90x3.0 Độ cứng D90x3.0 Displacemnt (mm) Hình 4.38 Biểu so sánh đồ độ củng nhóm mẫu D90x3.0 ... ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ CỦA CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG (CFST) CHỊU ĐỘNG ĐẤT NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: o Khảo sát thực nghiệm khả chịu lục ứng xử cột ống thép nhồi bê tông (CFST) chịu tải... đánh ứng xử cột ống thép nhồi bê tông CFST chịu động đất, để áp dụng thực tiễn phù hợp 2Ipage Chương TỔNG QUAN 2.1 Giói thiệu chung 2.1.1 Đặc điểm chung cột CFST liên hợp Cột ống thép nhồi b tông. .. “Phân tích ứng xử tĩnh cột ống thép tròn nhồi bê tơng CFST”, dùng phuơng pháp phân tích ứng xử tĩnh cột ống thép tròn nhồi bê tơng có xét đến tác động kháng nở hơng vỏ thép đến lõi bê tông sụ sai