Đang tải... (xem toàn văn)
Mục tiêu của luận án là nghiên cứu đề xuất loại liên kết giữa sàn phẳng BTCT và cột giữa CFT phù hợp và hiệu quả với điều kiện thi công của Việt Nam. Nghiên cứu ứng xử và khả năng kháng nén thủng của liên kết sàn phẳng BTCT và cột giữa CFT được đề xuất bằng thực nghiệm và mô phỏng số.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐINH THỊ NHƯ THẢO ỨNG XỬ KHÁNG CHỌC THỦNG CỦA LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VÀ SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CHUYÊN NGÀNH : CƠ KỸ THUẬT MÃ SỐ : 62.52.01.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – 2019 Cơng trình hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGÔ HỮU CƯỜNG PGS.TS TRƯƠNG HỒI CHÍNH Phản biện 1: ………………………………………………… ………………………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………… ………………………………………………………………… Phản biện 3: ………………………………………………… ………………………………………………………………… Luận án bảo vệ Hội đồng chấm Luận án Tiến sĩ cấp Đại học Đà Nẵng vào ngày …… tháng …… năm 2019 Có thể tìm hiểu luận án tại: − Thư viện Quốc gia Việt Nam − Trung tâm Thông tin − Học liệu Truyền thông, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Trong thập niên qua, kết cấu thép – bê tông liên hợp sử dụng ngày rộng rãi cơng trình xây dựng dân dụng cơng nghiệp có ưu điểm trội mặt kết cấu thi cơng Cơng trình sử dụng giải pháp kết cấu liên hợp có khả chịu lực, độ cứng độ dẻo dai cao, đáp ứng tốt công sử dụng, có hiệu kinh tế đảm bảo tính thẩm mỹ, đồng thời tăng cường khả chống cháy so với kết cấu thép truyền thống Trong nhà nhiều tầng, chiều cao tầng, kích thước cột nhịp cấu kiện yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu kinh tế công sử dụng cơng trình Do đó, nhu cầu cần có hệ kết cấu giảm chiều cao tầng, giảm kích thước cột, tăng nhịp cấu kiện, rút ngắn thời gian thi cơng tiết kiệm chi phí xây dựng điều cần thiết Hệ kết cấu cột ống thép nhồi bê tông (CFT - Concrete Filled steel Tube) sàn phẳng bê tông cốt thép (BTCT) hệ kết cấu tương đối mới, phù hợp với tiêu chí mong đợi áp dụng rộng rãi giới tương lai gần Tuy nhiên, dạng liên kết hiệu cột CFT sàn phẳng BTCT ứng xử kháng nén thủng nó, yếu tố then chốt việc đảm bảo khả chịu lực hệ, chưa nghiên cứu đầy đủ thu hút nhiều quan tâm nhà nghiên cứu Đây lý để tác giả chọn đề tài “Ứng xử kháng chọc thủng liên kết cột ống thép nhồi bê tông sàn phẳng bê tông cốt thép” để nghiên cứu Luận án đề xuất chi tiết liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo phù hợp với điều kiện thi công Việt Nam Thơng qua tính tốn mơ sơ bộ, kích thước cấu tạo chi tiết liên kết đề xuất Ứng xử chịu cắt khả kháng nén thủng liên kết kích thước thật khảo sát thông qua nghiên cứu thực nghiệm Liên kết mô phần mềm phần tử hữu hạn ba chiều ABAQUS độ tin cậy kỹ thuật mô kiểm chứng qua việc so sánh với kết thực nghiệm 2 Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu đề xuất loại liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT phù hợp hiệu với điều kiện thi công Việt Nam - Nghiên cứu ứng xử khả kháng nén thủng liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT đề xuất thực nghiệm mô số - Đề xuất cơng thức dự đốn khả kháng nén thủng liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn luận án Ý nghĩa khoa học Ở Việt Nam, việc sử dụng cột CFT cơng trình xây dựng mẻ chưa phổ biến Những kết thu từ thí nghiệm mơ nghiên cứu góp phần bổ sung thêm luận điểm, kiến thức nguồn liệu bổ ích phục vụ cho nghiên cứu lĩnh vực Ý nghĩa thực tiễn Hiện liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT nhiều tác giả đề xuất khảo sát để tìm hiểu ứng xử kết cấu hiệu nhằm phục vụ cho việc ứng dụng vào thực tiễn Việc đề xuất chi tiết liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT có cấu tạo đơn giản hiệu quả, phù hợp với điều kiện thi công Việt Nam bước khởi đầu cho việc nghiên cứu thêm dạng liên kết khác để phát triển giải pháp kết cấu cột CFT – sàn phẳng BTCT cho cơng trình xây dựng Đặc biệt, việc xây dựng mơ hình số cho phép dự đoán khả chịu lực liên kết phù hợp với kết thực nghiệm điều cần thiết để có kết tin cậy việc áp dụng cho công tác thiết kế loại liên kết thực tiễn mà không cần thực thí nghiệm tốn thời gian Nội dung nghiên cứu - Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài - Đề xuất chi tiết liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT - Chế tạo liên kết tiến hành đúc mẫu thí nghiệm - Thiết lập quy trình thí nghiệm tiến hành thí nghiệm - Xử lý, phân tích số liệu đánh giá kết thí nghiệm - Mô số ứng xử liên kết phần mềm PTHH ba chiều ABAQUS có xét tác động phi tuyến hình học phi tuyến vật liệu - Kiểm chứng độ tin cậy kỹ thuật mô qua việc so sánh kết phân tích với kết thực nghiệm - Rút kết luận, kiến nghị Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với mô số phần mềm phần tử hữu hạn ba chiều ABAQUS Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Ứng xử cắt thủng liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT Phạm vi nghiên cứu - Sàn phẳng BTCT thường, khơng có ứng suất trước, khơng có lỗ mở gần liên kết; - Cột CFT nằm giữa, khơng phải cột biên góc; - Khơng xét đến ứng xử chịu mômen đồng thời liên kết tải ngang với trục cột gây ra; - Chỉ tác động tải tĩnh đẩy dần, lực lặp lại tải động Bố cục luận án Nội dung luận án gồm 126 trang A4 có bố cục sau: Mở đầu Chương 1: Tổng quan cột CFT liên kết với sàn phẳng BTCT Chương 2: Nghiên cứu thực nghiệm liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT Chương 3: Phân tích làm việc liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT phương pháp số Kết luận – Hướng phát triển Đóng góp luận án - Đề xuất chi tiết liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT đơn giản, dễ chế tạo phù hợp với điều kiện thi công nước - Thiết lập quy trình thí nghiệm tiến hành thí nghiệm để khảo sát ứng xử chịu cắt khả kháng nén thủng liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT đề xuất - Mơ số phân tích ứng xử kháng nén thủng liên kết phần mềm ABAQUS so sánh với kết thực nghiệm - Đề xuất hướng dẫn tính tốn để dự đốn khả kháng nén thủng liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT đề xuất theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012, Tiêu chuẩn Châu Âu EC2 Quy phạm Hoa Kỳ ACI 318-11 Chương TỔNG QUAN VỀ CỘT CFT VÀ LIÊN KẾT VỚI SÀN PHẲNG BTCT 1.1 Cột ống thép nhồi bê tông 1.2 Sàn phẳng bê tông cốt thép 1.3 Liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT 1.3.1 Nghiên cứu Satoh Shimazaki (2004) Satoh Shimazaki (2004) đề xuất chi tiết liên kết sàn phẳng BTCT với cột vuông CFT tiến hành khảo sát thực nghiệm xây dựng cơng thức dự đốn khả chịu lực liên kết Vành cứng Tấm thép liên kết Hình 1.22 Hình 1.23: Chi tiết liên kết mơ hình thí nghiệm Satoh Shimazaki 1.3.2 Nghiên cứu Su Tian (2010) Su Tian (2010) đề xuất chi tiết liên kết thép tròn hàn vào cột tròn CFT để đỡ sàn phẳng BTCT cho cơng trình nhà nhiều tầng chịu tác dụng động đất Kết thí nghiệm cho thấy liên kết đề xuất có cấu tạo đơn giản, dễ thi cơng, có khả chịu tải trọng đứng tốt có độ dẻo dai đáng kể 1.3.3 Nghiên cứu Yan (2011) Yan (2011) đề xuất hai loại liên kết sàn phẳng – cột CFT dùng chi tiết chịu cắt hàn vào vỏ cột thép nằm chìm bê tông sàn Chi tiết chịu cắt liên kết loại có dạng chữ I loại có dạng hộp Kết thí nghiệm cho thấy tải trọng cắt thủng cực hạn liên kết loại có giá trị 417 kN liên kết loại 569 kN Hình 1.32: Cấu tạo liên kết loại Yan Hình 1.34: Cấu tạo liên kết loại Yan 1.3.4 Nghiên cứu Kim cộng (2014) Kim cộng (2014) đề xuất số sơ đồ liên kết kháng cắt dùng cốt cứng cho liên kết cột CFT − sàn phẳng BTCT Kết thực nghiệm cho thấy khả kháng cắt liên kết sử dụng liên kết thép hình kháng cắt cao nhiều so với liên kết sàn phẳng BTCT − cột CFT khơng sử dụng liên kết thép hình kháng cắt 1.3.5 Các nghiên cứu nước 1.4 Ưu nhược điểm liên kết công bố 1.4.1 Ưu điểm: Đều đảm bảo khả chịu lực độ dai cần thiết 1.4.2 Nhược điểm: Các liên kết Satoh Shimazaki, Yan Kim cộng sự: Có chi tiết cấu tạo phức tạp, khó gia cơng, nằm chìm sàn nên cản trở việc lắp đặt cốt thép sàn; Liên kết Satoh Shimazaki, Su Tian liên kết loại Yan: Cốt thép sàn bị gián đoạn cột CFT; Liên kết Su Tian: Bản gối có khả chịu uốn độ cứng thấp; Các liên kết Satoh Shimazaki, Su Tian, Yan Kim cộng sự: Sự truyền lực từ sàn vào vỏ ống thép cột CFT thông qua chi tiết chịu cắt, không truyền trực tiếp vào lõi bê tơng vị trí liên kết 1.5 Khả kháng nén thủng sàn phẳng BTCT theo tiêu chuẩn hành 1.5.1 Tiêu chuẩn Việt Nam 5574:2012 1.5.2 Tiêu chuẩn Châu Âu EC2 1.5.3 Quy phạm Hoa Kỳ ACI 318-11 1.6 Kết luận Chương trình bày ưu điểm cấu kiện kết cấu cột CFT sàn phẳng BTCT giải pháp kết cấu cột CFT – sàn phẳng BTCT, tổng quan tình hình nghiên cứu liên kết cơng bố Qua nêu lên cần thiết việc đề xuất chi tiết liên kết từ tiến hành nghiên cứu thực nghiệm mô số làm việc liên kết để làm rõ ứng xử chịu cắt thủng hiệu liên kết đề xuất CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM LIÊN KẾT SÀN PHẲNG BTCT VÀ CỘT CFT 2.1 Mơ hình thí nghiệm 2.1.1 Mở đầu Liên kết đề xuất sàn phẳng BTCT − cột CFT ký hiệu S-02-M-V liên kết sàn phẳng − cột BTCT đối chứng có đường kính cột thơng số sàn BTCT ký hiệu S-C-V 2.1.2 Đặc điểm cấu tạo liên kết đề xuất 2.1.2.1 Cấu tạo liên kết đề xuất Cấu tạo liên kết gồm (Hình 2.1 Hình 2.2): 20 20 25 80 8 100 180 180 20 20 20 20 155 25 Bản thép dày 16mm 155 16 155 20202020 20 Cột thép D=400mm 120 120 Chi tiết sườn thép 80 100 180 125 400 400 125 650 Hình 2.1 Hình 2.2: Cấu tạo chi tiết liên kết 2.1.2.2 Ưu nhược điểm liên kết đề xuất – Ưu điểm d14a120 21-d14a120 = 2400 2500 50 50 50 d14a240 1050 50 11-d14a240 = 2400 2500 50 Hình 2.3: Mặt bố trí lớp thép mẫu SC-V 900 50 11-d14a240 = 2400 2500 A A 8d16 d6a150 200 200 50 A A 21-d14a120 = 2400 2500 + Cốt thép chịu lực sàn phẳng BTCT có cấu tạo liên tục + Cấu tạo hệ sườn thép gối có tác dụng nhận tải trọng từ sàn phẳng BTCT truyền vào vỏ thép lõi bê tơng làm tăng tính tồn khối liên kết + Thêm nữa, với việc dùng hệ sườn gối nằm hẳn sàn, việc lắp đặt cốt thép sàn trở nên dễ dàng với sàn BTCT thông thường – Nhược điểm Do hệ sườn cứng nằm hẳn sàn phẳng BTCT nên tính thẩm mỹ khơng đảm bảo 2.1.3 Kích thước cấu tạo mẫu thí nghiệm 2.1.3.1 Cấu tạo chi tiết mẫu S-C-V 400 2500 1050 50 Hình 2.4: Mặt bố trí lớp thép mẫu S-C-V Hình 2.5: Mặt cắt A-A mẫu S-C-V 21-d14a120 = 2400 2500 50 50 11-d14a240 = 2400 2500 2380 80100 180 50 20 50 Hình 2.6: Mặt bố trí lớp thép mẫu S-02-M-V Hình 2.7: Mặt bố trí lớp thép mẫu S-02-M-V 2.1.4 Sơ đồ thí nghiệm – Thí nghiệm chia làm giai đoạn sau: 200 200 50 50 155 A 120 11-d14a240 = 2400 2500 A 50 A 120 180 180 A 21-d14a120 = 2400 2500 50 50 2.1.3.2 Cấu tạo chi tiết mẫu S-02-M-V 400 440 20 21-d14a120 = 2400 2500 50 Hình 2.8: Mặt cắt A-A mẫu S-02-M-V Liên kết chịu chuyển vị cưỡng Tải lặp tăng dần Khoảng trống Hình 2.10: Giai đoạn − Cho liên kết chịu chuyển vị cưỡng đến trị mục tiêu H/140 Hình 2.11: Giai đoạn − Tiến hành gia tải đứng liên kết phá hoại nén thủng 2.2 Thiết bị thí nghiệm 2.2.1 Khung gia tải 2.2.2 Danh mục thiết bị vật tư thí nghiệm 2.3 Tiến hành thí nghiệm xử lý kết 2.3.1 Vật liệu 2.3.1.1 Bê tông a) Các mẫu dùng để xác định cường độ chịu nén trung bình fcm b) Các mẫu dùng để xác định cường độ kéo chẻ trung bình fsp Hình 2.13: Thí nghiệm nén kéo chẻ mẫu bê tơng Kết cường độ nén trung bình mẫu hình trụ fcm = 40.4 MPa cường độ kéo trung bình bê tơng fctm = 0.9fsp = 3.16 MPa thể Bảng 2.4 Bảng 2.5 2.3.1.2 Thép Các thép vỏ thép cột CFT mẫu S-02-M-V sử dụng thép Q345B Thí nghiệm kéo cho thấy thép có giới hạn chảy nhỏ 351 MPa, giới hạn bền 489 MPa 11 Hình 2.25: Lắp đặt mẫu S-C-V vào giá gia tải Hình 2.26: Lắp đặt mẫu S-02-M-V vào giá gia tải 2.3.3.3 Lắp đặt thiết bị gia tải Hình 2.27: Lắp đặt thiết bị gia tải cho mẫu S-C-V S-02-M-V 2.3.3.4 Lắp đặt dụng cụ, thiết bị đo Hình 2.28: Lắp đặt chuyển vị kế cho mẫu S-C-V Hình 2.29: Lắp đặt chuyển vị kế cho mẫu S-02-M-V Hình 2.30: Gắn cảm biến đo biến dạng bê tông cốt thép sàn cho mẫu S-C-V S-02-M-V 12 Hình 2.31: Kết nối dây cảm biến chuyển vị kế vào data logger 900 800 700 600 500 400 300 200 100 900 800 700 600 500 400 300 200 100 Lực (kN) Lực (kN) 2.3.4 Tiến hành gia tải – Kết thực nghiệm mẫu S-C-V 2.3.4.1 Gia tải thí nghiệm Bắt đầu gia tải đứng khoảng 5% tổng lực phá hoại theo tính tốn, khoảng 30 kN/cấp tải 2.3.4.2 Kết thí nghiệm mẫu S-C-V Lực phá hoại nén thủng: 827.3 kN Thực nghiệm-D1 Thực nghiệm-D2 Thực nghiệm-D3 Thực nghiệm-D4 12 16 20 Chuyển vị (mm) Thực nghiệm-S2 24 Hình 2.32: Đường quan hệ lực chuyển vị mẫu S-C-V Thực nghiệm-S1 0.01 0.02 0.03 Biến dạng 0.04 Hình 2.33: Đường quan hệ lực - biến dạng cốt thép sàn mẫu S-C-V Lực (kN) 2.3.4.3 Hình dạng tháp nén thủng mẫu S-C-V Sàn bị phá hoại nén thủng với giá trị lực 827.3 kN (Hình 2.36) -0.0015 Thực nghiệm Thực nghiệm Thực nghiệm Thực nghiệm Thực nghiệm C1 C2 C3 C4 C5 900 800 700 600 500 400 300 200 100 -0.001 -0.0005 Biến dạng Hình 2.35: Đường quan hệ lực - biến dạng bê tơng sàn mẫu S-C-V Hình 2.36: Hình dạng tháp nén thủng mẫu S-C-V 13 2.3.5 Tiến hành gia tải – Kết thực nghiệm mẫu S-02-M-V Lực (kN) 2.3.5.1 Thí nghiệm giai đoạn Dùng kích thủy lực động gắn đầu để tiến hành gia tải ngang theo phương pháp gia tải điều khiển chuyển vị Giá trị lực kích đo ứng với cấp chuyển vị đỉnh cột 17 mm 74 kN 80 70 60 50 40 30 20 10 0 12 16 20 Chuyển vị ngang đầu cột (mm) Hình 2.38: Quan hệ lực – chuyển vị ngang đầu cột 2.3.5.2 Thí nghiệm giai đoạn Gia tải đứng đến liên kết sàn phẳng BTCT - cột CFT bị phá hoại hoàn toàn nén thủng với lực nén thủng 1024.00 kN 2.3.5.3 Kết thí nghiệm giai đoạn mẫu S-02-M-V Chuyển Chuyển Chuyển Chuyển Chuyển vị D1 vị D2 vị D3 vị D4 vị D5 Lực (kN) Biến dạng C1 Biến dạng C2 Biến dạng C3 Biến dạng C4 -0.002 Biến dạng S1 Biến dạng S2 Biến dạng S3 Biến dạng S4 Biến dạng S5 Biến dạng S6 12 15 18 21 24 27 Chuyển vị (mm) Hình 2.39: Đường quan hệ lực − chuyển vị mẫu S-02-M-V -0.003 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 Lực (kN) Lực (kN) 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0.005 0.01 Biến dạng 0.015 0.02 Hình 2.40: Đường quan hệ lực − biến dạng cốt thép sàn mẫu S-02-M-V 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 -0.001 0.001 Biến dạng Hình 2.41: Đường quan hệ lực − biến dạng bê tông sàn mẫu S-02-M-V Hình 2.42: Hình dạng tháp nén thủng của mẫu S-02-M-V 14 2.3.5.4 Hình dạng tháp nén thủng mẫu S-02-M-V Giai đoạn 1: Gia tải chuyển vị ngang đầu cột đạt giá trị 17 mm ứng với lực đo 74 kN, sàn không xuất vết nứt Giai đoạn 2: Kết thí nghiệm cho thấy sàn bị phá hoại nén thủng Lực nén thủng phá hoại hoàn toàn cho liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT P = 1024.00 kN Hình 2.42 2.4 Kết luận Chương trình bày cấu tạo liên kết sàn phẳng – cột BTCT toàn khối sàn phẳng BTCT - cột CFT đề xuất mới, kết thí nghiệm vật liệu bê tơng, thép cốt thép sàn phẳng quy trình thực nghiệm xác định ứng xử cắt thủng mẫu S-C-V mẫu S-02-MV Kết thí nghiệm thể qua biểu đồ quan hệ lực nén thủng đại lượng chuyển vị, ứng suất, biến dạng bê tông cốt thép mẫu S-C-V S-02-M-V Kết hình dạng tháp nén thủng ứng xử chịu lực tương đồng với nghiên cứu tác giả giới Chương PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT SÀN PHẲNG BTCT VÀ CỘT CFT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỐ 3.1 Đặt vấn đề 3.2 Giới thiệu phần mềm ABAQUS 3.2.1 Một số loại phần tử thư viện ABAQUS 3.2.2 Các loại phần tử sử dụng mơ 3.2.3 Mơ hình vật liệu bê tơng 3.2.3.1 Ứng xử bê tông chịu nén 3.2.3.2 Ứng xử bê tơng chịu kéo 3.2.3.3 Mơ hình phá hoại dẻo bê tông 3.2.3.4 Khái niệm bề mặt chảy dẻo mơ hình phá hoại dẻo 3.2.4 Các loại tương tác mặt tiếp xúc phần tử 3.2.4.1 Tương tác “tie” 3.2.4.2 Tương tác “embedded” 3.2.4.3 Tương tác “coupling” 15 50 Ứng suất kéo (MPa) Ứng suất nén (MPa) 3.2.4.4 Tương tác “hard contact” 3.3 Các tốn mơ số tác giả thí nghiệm 3.3.1 Các thơng số đặc trưng vật liệu 40 30 20 10 0 0.001 0.002 0.003 0.004 Biến dạng Hình 3.16: Quan hệ ứng suất – biến dạng bê tông chịu nén 3.5 2.5 1.5 0.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Bề rộng vết nứt (mm) Hình 3.17: Quan hệ ứng suất – bề rộng vết nứt bê tông chịu kéo Đường cong ứng xử quan hệ biến dạng ứng suất kéo thép cốt thép sàn d = 14 mm mẫu S-C-V S-02-M-V trình bày Hình 2.14 Hình 2.15 3.3.2 Mô ứng xử chịu nén thủng liên kết sàn phẳng − cột BTCT S-C-V 3.3.2.1 Các phận mẫu S-C-V Hình 3.18: Hình dạng mơ Hình 3.19: Mô sàn cột bê tông Hình 3.20: Mô cốt thép sàn cột Hình 3.21: Mô gối đệm trên, 3.3.2.2 Các dạng tương tác mô mẫu S-C-V Bảng 3.3: Các dạng tương tác mô mẫu S-C-V Cấu kiện Dạng tương tác Cấu kiện tương tác Sàn BTCT Hard contact − Bản thép đệm biên biên Cốt thép sàn Embedded element − Sàn phẳng BTCT d=14mm − Cột BTCT 16 3.3.2.3 Điều kiện biên mô mẫu S-C-V Khai báo điều kiện biên tương tự tiến hành thực nghiệm, biên biên sử dụng biên liên kết khớp u1 = u2 = u3 = Hình 3.24 Hình 3.25 Hình 3.24: Mô điều kiện biên mặt mẫu S-C-V Hình 3.25: Mô điều kiện biên mặt mẫu S-C-V Hình 3.26: Mô chia lưới tạo phần tử mẫu S-C-V 900 800 700 600 500 400 300 200 100 Lực (kN) Lực (kN) 3.3.2.4 Mô tạo lưới chia mẫu S-C-V Việc chọn lưới chia cho phần tử bê tông; đệm thép; cốt thép sàn, cột chọn lưới chia có kích thước l = 50 mm Kết chia lưới cho mẫu S-C-V Hình 3.26 3.3.2.5 So sánh kết thực nghiệm kết mô mẫu S-C-V Mô phỏng-D1 Thực nghiệm-D1 10 15 20 Chuyển vị (mm) 25 Hình 3.27: Quan hệ lực – chuyển vị D1 mẫu S-C-V 900 800 700 600 500 400 300 200 100 Mô phỏng-S1 Thực nghiệm-S1 0.01 0.02 0.03 Biến dạng 0.04 Hình 3.29: Quan hệ lực – biến dạng S1 mẫu S-C-V 3.3.2.6 Sự hình thành vết nứt tháp nén thủng mô mẫu S-CV Cùng với phát triển vết nứt hướng tâm vết nứt tiếp tuyến bên chu vi cột hình thành, sau vết nứt tiếp tuyến liên kết với hình thành nên tháp nén thủng với cấp tải 759.58 kN (Hình 3.34) 17 b Hình 3.32: Các vết nứt tiếp tuyến xuất mẫu S-C-V Hình 3.33: Các vết nứt hướng tâm phía góc sàn mẫu S-C-V b a Hình 3.34: Hình dạng tháp nén thủng mẫu S-C-V 3.3.2.7 Nhận xét Kết cho thấy lực nén thủng mô thấp lực nén thủng thực nghiệm 8.19% chuyển vị D1 nhỏ 6.82% so với thực nghiệm Kết cấp tải gây nứt vùng tháp nén thủng mô gần với kết thực nghiệm 3.3.3 Mô ứng xử chịu nén thủng liên kết sàn phẳng BTCT – cột ống thép nhồi bê tông S-02-M-V 3.3.3.1 Các phận mẫu S-02-M-V Hình 3.35: Hình dạng mơ Hình 3.36: Mô sàn cột bê tông Hình 3.37: Mô cốt thép sàn cột Hình 3.38: Mô hệ sườn, thép đầu cột cột thép mẫu S-02-M-V 18 3.3.3.2 Các dạng tương tác mô mẫu S-02-M-V Bảng 3.5: Các dạng tương tác mô mẫu S-02-M-V Cấu kiện Dạng tương tác Sàn BTCT Hard contact Lõi cột bê tông Hard contact Cột thép Hard contact Cột thép Tie Hệ sườn thép Hệ sườn thép Hard contact Tie Tấm gối đệm thép Cốt thép sàn d=14mm Hard contact Embedded element Cấu kiện tương tác − Cột thép − Bản thép đầu cột − Cột thép − Hệ sườn thép − Lõi cột bê tông − Sàn BTCT − Bản thép đầu cột − Hệ sườn thép − Lõi cột bê tông − Cột thép − Bản thép đầu cột − Sàn BTCT − Sàn BTCT − Lõi bê tông cột 3.3.3.3 Điều kiện biên mô mẫu S-02-M-V Khai báo điều kiện biên tương tự tiến hành thực nghiệm, biên biên sử dụng biên liên kết khớp u1 = u2 = u3 = Hình 3.43 Hình 3.44 3.4.3.4 Mơ tạo lưới chia mẫu S-02-M-V Việc chọn lưới chia cho phần tử bê tông; đệm thép; cốt thép sàn, cột chọn lưới chia có kích thước l = 50 mm Kết chia lưới cho mẫu S-02-M-V Hình 3.45 Hình 3.43: Mơ điều kiện biên mặt mẫu S-02-M-V Hình 3.45: Mô chia lưới tạo phần tử mẫu S-02-M-V 19 Tải trọng (kN) 3.3.3.5 So sánh kết thực nghiệm kết mô mẫu S-02-M-V Giai đoạn Cho liên kết chịu chuyển vị xoay cưỡng đến giá trị mục tiêu H/140 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Thực nghiệm Mô 10 12 14 16 18 Chuyển vị ngang đầu cột (mm) Hình 3.46: Hình dạng liên kết S-02-M-V chuyển vị ngang đầu cột có giá trị 17 mm Hình 3.47: Quan hệ lực – chuyển vị ngang đầu cột mẫu S-02-M-V Hình 3.48: Ứng suất Mises sàn chuyển vị đầu cột có giá trị 17mm mẫu S-02-M-V Nhận xét: Trong trình mơ giai đoạn gia tải ngang khơng làm xuất vết nứt sàn Hình 3.48 Giai đoạn Tiến hành gia tải gây nén thủng cho liên kết phương pháp điều khiển chuyển vị đến liên kết bị “phá hoại hoàn toàn” Bảng 3.6: So sánh kết thực nghiệm mô mẫu S-02-M-V Lực nén Chuyển vị Chuyển vị thủng D1 D3 (kN) (mm) (mm) 1024.00 23.43 17.56 Thí nghiệm S-02-M-V 925.15 22.38 15.25 Mô S-02-M-V 9.65% 4.48% 13.15% Chênh lệch (%) 20 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 Mô phỏng-C1 200 100 Thực nghiệm-C1 -0.003-0.0025-0.002-0.0015-0.001-0.0005 Lực (kN) Lực (kN) 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 Mô phỏng-D1 Thực nghiệm-D1 12 15 18 21 24 Chuyển vị (mm) Hình 3.49: Quan hệ lực – chuyển vị D1 mẫu S-02-M-V Biến dạng Hình 3.53: Quan hệ lực – biến dạng C1 mẫu S-02-M-V 3.3.3.6 Sự hình thành vết nứt tháp nén thủng mẫu S-02-M-V Cùng với phát triển vết nứt hướng tâm vết nứt tiếp tuyến bên ngồi chu vi cột hình thành Sau vết nứt tiếp tuyến liên kết với hình thành nên tháp nén thủng với cấp tải P = 925.15 kN (Hình 3.56 Hình 3.57) Hình 3.54: Các vết nứt tiếp tuyến xuất mẫu S-02-M-V Hình 3.55: Các vết nứt hướng tâm phía góc sàn mẫu S-02-M-V Hình 3.56: Hình dạng tháp nén thủng mẫu S-02-M-V 21 Hình 3.57: Hình dạng tháp nén thủng mẫu S-02-M-V thực nghiệm mô số 3.3.3.7 Nhận xét Kết nghiên cứu thực nghiệm mô số mẫu SC-V S-02-M-V cho thấy khả kháng nén thủng liên kết đề xuất S-02-M-V lớn mẫu đối chứng S-C-V 20% độ cứng mẫu S02-M-V lớn mẫu S-C-V tương đối nhiều (Hình 3.58) 1100 1000 900 800 Lực (kN) 700 600 500 Mô phỏng-D1-SCV 400 Thực nghiệm-D1-SCV" 300 Mô phỏng-D1-S02MV 200 Thực nghiệm-D1-S02MV 100 0 12 15 Chuyển vị (mm) 18 21 24 Hình 3.58: Quan hệ lực – chuyển vị D1 mẫu S-C-V mẫu S-02-M-V 27 22 Bảng 3.7: So sánh kết thực nghiệm mô mẫu S-C-V mẫu S-02-M-V Lực nén thủng Chuyển vị D1 Chuyển vị D3 (kN) (mm) (mm) Mẫu Thực Mô Thực Mô Thực Mô nghiệ nghiệm nghiệm m 827.3 759.58 20.65 19.24 14.27 13.56 S-C-V 1024 925.15 22.38 21.68 17.56 15.25 S-02-M-V 8.38% 12.68% 23.06% 12.46% Chênh lệch 23.78% 21.79% Phân tích mơ số cho kết lực phá hoại mẫu tương đối sát với kết thực nghiệm độ dốc phần đầu đường quan hệ “Lực – chuyển vị” hay “Lực – biến dạng” từ phân tích số lớn kết ứng xử tương ứng thực nghiệm Điều chứng tỏ độ cứng chịu cắt dự đoán liên kết chịu nén thủng từ phân tích số lớn so với kết tương ứng từ thực nghiệm Ta nhận thấy điều vừa nêu nghiên cứu tương tự khác công bố mô ứng xử chịu cắt cấu kiện bê tông cốt thép, kể dầm chịu cắt lẫn liên kết sàn – cột chịu cắt thủng Điều hạn chế mơ hình bê tơng có sẵn thư viện phần mềm ABQUS cần nghiên cứu làm rõ nghiên cứu khác 3.4 Áp dụng tính tốn khả nén thủng cực hạn mẫu S-02-MV theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2012, EC2 ACI 318-11 3.5 Kết luận Kết mô thể qua biểu đồ quan hệ lực nén thủng đại lượng học chuyển vị biến dạng bê tông cốt thép mẫu S-C-V S-02-M-V cho thấy tải trọng nén thủng giá trị đại lượng học chênh lệch phạm vi 10.0% Hình dạng kích thước tháp nén thủng mơ số phần mềm ba chiều ABAQUS tương đối tương đồng với kết thực nghiệm 23 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Nghiên cứu đề xuất loại chi tiết liên kết sàn phẳng BTCT với cột CFT có cấu tạo đặc điểm khác với liên kết tác giả công bố sau: − Cột thép tròn có khoan lỗ để lớp cốt thép chịu lực sàn phẳng xuyên qua lõi bê tông cột thép tạo liên tục cốt thép chịu lực để đảm bảo liên tục sàn phẳng BTCT − Phía sàn phẳng BTCT sát mép cột liên kết với thép Bản thép hàn vào cột thép gia cường thêm hệ sườn thép, thép đóng vai trò mũ cột nhằm tăng khả chịu cắt thủng cho sàn phẳng BTCT − Phần cột thép xẻ rãnh để hàn hệ sườn thép gồm sườn đứng xung quanh cột Hệ sườn thép chia phần: phần nằm bên ngồi cột thép có tác dụng đỡ thép đầu cột nhận tải trọng truyền từ sàn vào thép đầu cột truyền vào cột thép lõi bê tông cột Phần nằm bên cột thép lõi bê tơng cột kht lỗ tròn có tác dụng chốt ảo liên kết với lõi bê tông nằm cột thép Với liên tục cốt thép chịu lực sàn phẳng, cấu tạo hệ sườn thép thép đầu cột làm tăng tính tồn khối liên kết nên liên kết tiếp nhận tải trọng đứng từ sàn tải trọng ngang đầu cột Qua kết nghiên cứu thực nghiệm kết mô số liên kết sàn phẳng – cột BTCT tồn khối liên kết đề xuất, đưa số kết luận sau: − Quá trình gia tải ngang tạo chuyển vị cho đỉnh cột đến giá trị 17 mm ứng với độ lệch 1/140 không ảnh hưởng đến khả chịu nén thủng liên kết đề xuất − Bản thép đầu cột đóng vai mũ cột làm cho chu vi đáy tháp nén thủng thép mở rộng làm tăng khả nén thủng liên kết − Kết nghiên cứu thực nghiệm cho thấy giá trị lực kháng nén thủng liên kết đề xuất (P = 1024.00 kN) lớn khoảng 24% so với giá 24 trị lực kháng nén thủng liên kết sàn phẳng – cột BTCT toàn khối (P = 827.3 kN) có tiết diện, cấu tạo cốt thép chịu lực cường độ bê tông sàn Điều chứng tỏ liên kết đề xuất thiết kế đảm bảo khả chịu lực − Kết mô số cho kết lực phá hoại mẫu nén thủng gần với kết thực nghiệm độ cứng chống cắt liên kết chịu nén thủng lớn so với thực nghiệm Ta nhận thấy điều vừa nêu nghiên cứu tương tự khác mô cấu kiện BTCT chịu cắt − Kết mô số cho kết lực gây thủng, chuyển vị biến dạng chênh lệch so với kết nghiên cứu thực nghiệm khoảng 10% Điều chứng tỏ sử dụng mơ hình số cơng cụ dự đốn khả làm việc liên kết sàn phẳng – cột BTCT số dạng liên kết khác sàn phẳng – cột CFT − Dựa vào quy định tiêu chuẩn TCVN 5574:2012, EC2, ACI 31811, tác giả tính toán khả kháng nén thủng cực hạn cho liên kết đề xuất Kết tính tốn cho thấy giá trị lực nén thủng cực hạn theo tiêu chuẩn nhỏ khả chịu cắt thủng thực nghiệm liên kết Điều cho thấy việc đề xuất tính tốn phù hợp an tồn cho liên kết đề xuất Hướng phát triển − Kết nghiên cứu đề tài phát triển để đề xuất chi tiết liên kết sàn phẳng BTCT với cột biên cột góc CFT − Dựa kết luận án, đề xuất thêm số loại liên kết sàn phẳng – cột CFT có ưu điểm tạo tối ưu giải pháp kết cấu cột CFT sàn phẳng BTCT − Việc mô cấu kiện chịu cắt, đặc biệt ứng xử chịu cắt thủng, phần mềm PTHH tương đối phức tạp chưa thật xác cho giai đoạn trước phá hoại mơ hình vật liệu bê tơng chưa hồn thiện cho việc mô ứng xử cắt Cần nghiên cứu sử dụng thêm số mơ hình vật liệu khác phần mềm khác nhau, phát triển thêm mơ hình vật liệu phù hợp để việc mơ ứng xử chịu cắt đạt kết xác DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC Đinh Thị Như Thảo, Lưu Thanh Bình, Trần Duy Phương, Nguyễn Tấn Phát, Đồn Ngọc Tịnh Nghiêm, Trương Hồi Chính, Ngơ Hữu Cường (2017), Phân tích phi tuyến cấu kiện ống thép nhồi bê tông chịu tải trọng nhiệt, Tạp chí Xây dựng, ISSN 0866-8762, Số 10/2017, Trang 96-101 Đinh Thị Như Thảo, Lưu Thanh Bình, Trần Duy Phương, Nguyễn Văn Hiệp, Trương Hồi Chính, Ngơ Hữu Cường (2018), Phân tích bậc hai phi đàn hồi cột ống thép nhồi bê tơng, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, ISSN 1859-2996, Số 12(02), Trang 18-23 Đinh Thị Như Thảo, Lưu Thanh Bình, Trương Hồi Chính, Hồ Hữu Chỉnh, Ngô Hữu Cường (2018), So sánh việc tính tốn nén thủng liên kết sàn phẳng – cột tròn bê tơng cốt thép theo Tiêu chuẩn Việt Nam, Châu Âu Hoa Kỳ, Tạp chí Xây dựng, ISSN 0866-8762, Số 10/2018, Trang 191-194 Đinh Thị Như Thảo, Lưu Thanh Bình, Lê Minh Hồng, Trương Hồi Chính, Nguyễn Văn Hiệp, Ngơ Hữu Cường (2018), Khảo sát thực nghiệm mô số ứng xử chịu chọc thủng liên kết sàn phẳng – cột tròn bê tơng cốt thép, Tạp chí Xây dựng, ISSN 0866-8762, Số 01/2019, Trang 145-150 ... tác giả chọn đề tài Ứng xử kháng chọc thủng liên kết cột ống thép nhồi bê tông sàn phẳng bê tông cốt thép để nghiên cứu Luận án đề xuất chi tiết liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT có cấu tạo đơn... tác − Cột thép − Bản thép đầu cột − Cột thép − Hệ sườn thép − Lõi cột bê tông − Sàn BTCT − Bản thép đầu cột − Hệ sườn thép − Lõi cột bê tông − Cột thép − Bản thép đầu cột − Sàn BTCT − Sàn BTCT... lực sàn phẳng xuyên qua lõi bê tông cột thép tạo liên tục cốt thép chịu lực để đảm bảo liên tục sàn phẳng BTCT − Phía sàn phẳng BTCT sát mép cột liên kết với thép Bản thép hàn vào cột thép gia