Nghiên cứu này sử dụng phần mềm ABAQUS để phân tích sự ảnh hưởng của cường độ bê tông đến khả năng chịu lực của cột CFST dưới tác dụng của tải trọng nén dọc trục. Nhằm nâng cao kiến thức liên quan đến ứng xử cơ học của cột CFST và việc sử dụng hiệu quả bê tông cường độ cao, các mô hình phần tử hữu hạn phi tuyến ba chiều đã được xây dựng và thực hiện quá trình phân tích số cho cột ngắn CFST.
KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG MÔ PHỎNG CỘT NGẮN ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CHỊU TẢI TRỌNG NÉN ĐÚNG TÂM ThS PHAN ĐÌNH HÀO, KS TRỊNH HỮU HIỆP Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Khả chịu lực cực hạn (chịu nén) cột ống thép nhồi bê tông (gọi tắt, theo Tiếng Anh, CFST) phụ thuộc chủ yếu vào đặc tính vật liệu cấu thành Ngồi ra, ứng xử cột phụ thuộc vào hiệu ứng giam giữ ống thép tác dụng lên lõi bê tơng đặc tính hình học ống tiết diện ngang hay tỷ số bề rộng cột với chiều dày ống thép Nghiên cứu sử dụng phần mềm ABAQUS để phân tích ảnh hưởng cường độ bê tông đến khả chịu lực cột CFST tác dụng tải trọng nén dọc trục Nhằm nâng cao kiến thức liên quan đến ứng xử học cột CFST việc sử dụng hiệu bê tông cường độ cao, mơ hình phần tử hữu hạn phi tuyến ba chiều xây dựng thực trình phân tích số cho cột ngắn CFST Nghiên cứu thực với ba trường hợp đặt tải khác nhau, bao gồm tải trọng tác dụng lên lõi bê tông, tải trọng tác dụng lên ống thép tải trọng tác dụng đồng thời lên lõi bê tông ống thép Kết khảo sát cho thấy trường hợp cột CFST nén lên phần lõi bê tơng có sức chịu nén tối đa lớn nhất, khả chịu tải cột tăng tăng cường độ chịu nén bê tơng nhồi Từ khóa: Cột ống thép nhồi bê tông (CFST); cường độ chịu nén tối đa; bê tông cường độ cao; hiệu ứng giam giữ; ứng xử học; tải trọng nén tâm; ổn định cục Đặt vấn đề 1.1 Xu hướng phát triển xây dựng đại Nhu cầu xây dựng nhà cao tầng Việt Nam gia tăng mạnh mẽ Việc tăng cường độ chịu nén bê tơng cho phép cột có tiết diện nhỏ cho phép sử dụng nhiều không gian sàn Tuy nhiên, sử dụng bê tông cường độ cao cho cột có kích thước nhỏ xảy phá hoại dòn Đối với cột bê tông cốt thép truyền thống, để ngăn chặn phá hoại dòn tăng độ dẻo cho cột, khoảng cách cốt thép đai thường giảm xuống Nói cách khác, số lượng thép đai sử dụng cho cột tăng lên điều tạo mặt trụ tự nhiên tách biệt lõi bê tơng bị Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/2016 giam giữ bên với lớp bê tông bảo vệ bên ngồi Vì vậy, nguy nứt vỡ sớm lớp bê tông bảo vệ cột làm việc tăng cao Trên sở đó, cột ống thép nhồi bê tông (Concrete Filled Steel Tube - CFST) giải pháp thay hiệu cho cột bê tông cốt thép truyền thống Ở quốc gia phát triển Hoa Kỳ, Anh, Úc, Nhật Bản, Trung Quốc, Thụy Điển,… việc sử dụng cột CFST hệ kết cấu tăng lên đáng kể, đặc biệt vùng thường xảy động đất Các cột CFST có khả chống động đất tốt nhờ tính ưu việt có cường độ nén lớn độ dẻo cao khả tiêu tán lượng tốt 1.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng kết cấu CFST Cột CFST nghiên cứu ứng dụng việc xây dựng nhà cao tầng cầu vượt nhịp số quốc gia tiên tiến Thế giới đề cập Do vậy, cột CFST có tiết diện vng tròn phân tích mơ hình thí nghiệm cường độ chịu lực, khả ổn định cục ống thép, ứng xử chịu uốn,… số tác giả như: Ge Usami (1992, 1994); Uy (1998); Han (2004); Fujimoto cộng (2004); Yu cộng (2007); Han cộng (2008) Trong nghiên cứu trên, phần lớn thực phương pháp thí nghiệm mẫu thử phân tích kết ứng xử thu từ thí nghiệm Các nghiên cứu dựa mơ số hạn chế số lượng việc phân tích chưa sâu sắc tính chất phức tạp loại kết cấu liên hợp Tại Việt Nam, có số nghiên cứu lý thuyết mơ hình tính tốn dùng để phân tích ứng xử phi tuyến kết cấu CFST (Phan Đình Hào cộng sự, 2012); đánh giá khả chịu tải cột CFST (Chu Thị Bình, 2011); nghiên cứu thực nghiệm nén cột ngắn CFST tiết diện tròn mẫu lớn (Ngô Hữu Cường cộng sự, 2016) nghiên cứu gia cường chống trượt lõi bê tông bề mặt ống thép cột mảnh CFST chịu nén lệch tâm (Lê Xuân Dũng Phạm Mỹ, 2016) Tuy nhiên, nghiên cứu rời rạc, đồng thời việc ứng dụng loại kết cấu nước ta chưa triển khai rộng rãi Hơn nữa, đến chưa có Tiêu chuẩn Việt Nam dành cho việc thiết kế thi cơng kết cấu CFST Vì vậy, việc nghiên cứu sâu khả 17 KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG chịu lực cột CFST thực cần thiết, đặc biệt trường hợp sử dụng bê tông cường độ cao 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu Mục đích báo phân tích đánh giá khả chịu tải trọng nén tâm cột CFST sử dụng bê tông cường độ cao 65, 75 85 MPa Đồng thời, nghiên cứu khảo sát phân phối lực dọc lõi bê tông ống thép chịu tải trọng nén tâm; đánh giá gia tăng cường độ chịu nén lõi bê tông hiệu ứng giam giữ tạo ống thép Nội dung nghiên cứu 2.1 Mô hình hóa phần tử hữu hạn 2.1.1 u cầu việc mơ Xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn (PTHH) phần mềm Abaqus nhằm để mô làm việc cột ống thép nhồi bê tông tác dụng tải trọng nén Từ kết phân tích số, thơng tin chi tiết phân bố ứng suất biến dạng cột cung cấp giúp tăng cường hiểu biết tốt ứng xử học loại kết cấu liên hợp Yêu cầu đặt mô hình PTHH cần xây dựng cho mơ làm việc cột cách thực tế Đặc biệt, Face Face Face Y1 Face X 8-node element Ống thép, lõi bê tông gia tải vật thể tách biệt có tương tác với q trình làm việc Để mơ xác ứng xử thực tế cột liên hợp CFST, thành phần cột phải mơ hình với loại phần tử phù hợp Một mơ hình PTHH chiều dựa phần tử khối thành lập Bề mặt tiếp xúc chung ống thép, lõi bê tông tải mô cách áp dụng tương tác bề mặt dựa mơ hình ma sát Coulomb Để mơ hình ống thép, phần tử khối nút (C3D8) với đầy đủ điểm tích hợp sử dụng Trong đó, lõi bê tơng sử dụng đồng thời phần tử khối nút nút (C3D6) với việc giảm số điểm tích hợp (hình hình 2) Đối với gia tải, phần tử cứng nút (R3D4) sử dụng hình Việc chia lưới ống thép lõi bê tông thực cách đơn giản cần phải đảm bảo độ xác lời giải phân tích (hình 4) Face 3 Face Face Hình Phần tử C3D8 n 6 Face SPOS Face Face Z 2.1.2 Mơ hình hóa phần tử hữu hạn Face tính chất học vật liệu thành phần, làm việc tương tác ống thép lõi bê tông gia tăng cường độ chịu nén bê tông hiệu ứng giam giữ cần quan tâm mức q trình mơ Face Face SNEG Hình Phần tử C3D6 Hình Phần tử R3D4 Hình Chia lưới ống thép lõi bê tơng 18 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/2016 KẾT CẤU – CƠNG NGHỆ XÂY DỰNG 2.1.3 Mơ hình vật liệu a Vật liệu bê tơng Mơ hình phá hoại dẻo, Damage Plasticity Model, phần mềm Abaqus sử dụng để mô ứng xử bê tơng cột liên hợp CFST Mơ hình có khả dự đoán ứng xử nén kéo bê tông áp lực giam giữ Đường cong quan hệ ứng suất biến dạng nén đơn trục bê tông sử dụng cho việc phân tích kết thu từ thí nghiệm nén mẫu hình trụ tiêu chuẩn với bê tơng trộn từ mẻ cho cột Trong thí nghiệm này, mối quan hệ ứng suất biến dạng ghi đến ứng suất lớn (Ultimate Strength), phần lại mối quan hệ ứng suất biến dạng lấy tương ứng với đường thẳng với độ dốc nhỏ Mơ hình độ cứng kéo sử dụng để xác định thuộc tính nứt sau nứt bê tơng Mơ hình giả định ứng suất trực tiếp qua vết nứt giảm dần không vết nứt mở Hệ số Poisson bê tông miền biến dạng đàn hồi lấy c = 0.2 hệ ứng suất biến dạng đầy đủ thu từ thí nghiệm kéo đơn trục mẫu sử dụng q trình phân tích mơ hình PTHH Hệ số Poisson thép miền biến dạng đàn hồi lấy a = 0.3 2.2 Tính chất loại vật liệu 2.2.1 Bê tông Tất mẫu đúc theo phương thẳng đứng với bê tông mẻ trộn để đảm bảo tính đồng chất lượng bê tơng cột Các thí nghiệm vật liệu bê tông thực để xác định cường độ chịu nén tuổi 28 ngày, bao gồm mẫu bê tơng đúc thành mẫu hình trụ mẫu hình lập phương, theo Tiêu chuẩn Thụy Điển [18] Đối với mẫu hình trụ có đường kính D = 150 mm, chiều cao H = 300 mm cường độ chịu nén mẫu fc,cyl = 65 MPa, mô đun đàn hồi Ec = 38.5 GPa Đối với mẫu hình lập phương 150x150x150 mm, cường độ chịu nén mẫu fc,cube = 79.4 MPa Năng lượng xảy nứt bê tông, GF = 157 b Vật liệu thép N/m, xác định lượng yêu cầu để mở đơn vị diện tích bề mặt vết nứt, theo Một mơ hình đàn hồi dẻo với tiêu chí chảy dẻo Von-Mises liên quan đến quy tắc dòng chảy biến RILEM (1985) Đây thuộc tính vật liệu khơng phụ thuộc vào kích thước kết cấu dạng cứng đẳng hướng sử dụng để mô tả ứng xử ống thép (HKS 1997) Mối quan Các kết đặc tính bê tơng thể bảng hình Bảng Đặc tính vật liệu bê tơng [18] Khối lượng riêng (kg/m ) 2400 Cường độ chịu nén (MPa) Mô đun đàn hồi (MPa) 65 38500 75 85 40800 43332 Hình Đường cong ứng suất - biến dạng bê tơng [18] Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/2016 19 KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG 2.2.2 Ống thép Các thí nghiệm kéo mẫu thép tiến hành theo Tiêu chuẩn Thụy Điển [18] Tính chất trung bình mẫu kéo bao gồm: ứng suất chảy fy = 433 MPa, ứng suất bền fu = 568 MPa, biến dạng điểm bắt đầu hóa cứng εah = 0.029, biến dạng tương ứng với ứng suất bền εau = 0.136, mô đun đàn hồi Ea = 206 GPa Đường cong quan hệ ứng suất - biến dạng kéo ống thép thể hình Hình Đường cong ứng suất - biến dạng ống thép [18] 2.2.3 Tính tốn sức chịu tải tối đa cột theo Eurocode Giả thiết xảy tương tác đầy đủ ống thép lõi bê tơng, sức chịu tải tối đa cột CFST tính tốn theo Tiêu chuẩn Eurocode (EC4) sau: Pu,cal = Pa,cal + Pc,cal (1) đó: - Pa,cal - sức kháng dẻo danh nghĩa tiết diện ống thép Pa,cal= fyAa (2) Pa ,cal f y Aa 433 - Pc,cal - sức kháng dẻo danh nghĩa tiết diện bê tông Pc,cal = fc,cylAc (3) - fy - ứng suất chảy ống thép, thu từ kết thí nghiệm vật liệu; - fc,cyl - cường độ chịu nén mẫu bê tơng hình trụ, thu từ thí nghiệm vật liệu; - Aa, Ac diện tích mặt cắt ngang ống thép lõi bê tông Sức kháng dẻo danh nghĩa tiết diện ống thép: (1592 149.4 ) 10 3 1007( kN ) Sức kháng dẻo danh nghĩa tiết diện bê tông: Pc ,cal f c ,cyl Ac 65 149.42 103 1139( kN ) Sức chịu tải tối đa cột theo EC4: Pu ,cal Pa ,cal Pc ,cal 1007 1139 2146( kN ) Bảng Sức chịu tải cột CFST theo EC4 20 Sức chịu tải tính tốn (kN) Cường độ bê tông (MPa) 65 75 85 Pa,cal 1007 1007 1007 Pc,cal 1139 1315 1490 Pu,cal 2146 2322 2497 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/2016 KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG 2.3 Các dạng cột mô 2.3.1 Các trường hợp đặt tải trọng Điều kiện chịu tải cột chịu lực nén tâm, phần ống thép lõi bê tông chịu tải đồng thời Tuy nhiên, với mục đích phân tích, đánh giá ứng xử học khác cột CFST hiệu ứng giam giữ ống thép lõi bê tơng, mơ hình xây dựng thêm dành cho hai điều kiện tải trọng khác tải trọng áp dụng lên riêng phần lõi bê tông tải trọng áp dụng lên riêng phần ống thép Để áp dụng tải cho hai trường hợp nén phần lõi bê tơng nén phần ống thép khoảng 10 mm cuối đầu cột không đổ đầy bê tơng Ngồi ra, trường hợp đặt tải trọng nén tâm lên ống thép rỗng thực để lấy kết làm tham chiếu cho trường hợp nghiên cứu nêu Do đó, tồn trường hợp đặt tải trọng tóm tắt sau: - SES: cột ống thép túy, tải trọng tác dụng lên ống thép rỗng; - SFC: cột CFST, tải trọng tác dụng lên phần lõi bê tông; - SFS: cột CFST, tải trọng tác dụng lên - phần ống thép; SFE: cột CFST, tải trọng tác dụng lên toàn tiết diện ống thép lõi bê tơng 2.3.2 Đặc trưng hình học cột CFST Cột có chiều cao 650 mm, tiết diện ngang có đường kính ngồi 159 mm chiều dày ống thép 4.8 mm (hình 7) Trong đó: Hình Các trường hợp tải trọng tác dụng a Tải trọng tác dụng phần lõi bê tông; b Tải trọng tác dụng phần ống thép; c Tải trọng tác dụng lên phần lõi bê tông ống thép; d Tiết diện ngang cột CFST 2.4 Sự tương tác ống thép lõi bê tơng Trong q trình mơ cột CFST, tương tác ống thép lõi bê tông cần xem xét Sử dụng tiếp xúc bề mặt để khai báo cho tương tác bề mặt ống thép bề mặt ngồi lõi bê tơng Khi bề mặt ống thép lõi bê tông tiếp xúc với tác dụng tải trọng nén, chúng truyền lực cắt lực theo phương vng góc bề mặt chung chúng Độ ôm chặt ống thép lõi bê tông mô dựa tương tác bề mặt với mơ hình tiếp xúc pressureoverclosure theo phương vng góc mơ hình ma Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/2016 sát Coulomb theo hướng tiếp tuyến với bề mặt tiếp xúc Với việc sử dụng mơ hình này, bề mặt tách biệt trượt tương truyền áp lực tiếp xúc ứng suất cắt lõi bê tông ống thép Trong hình thức mơ hình ma sát Coulomb, hai bề mặt tiếp xúc chịu ứng suất cắt bề mặt chung chúng đến cường độ định trước chúng bắt đầu trượt tương Mơ hình ma sát Coulomb định nghĩa ứng suất cắt quan trọng τcrit mà trượt bề mặt bắt đầu Ứng suất cắt quan trọng Tcrit định nghĩa phần áp lực tiếp xúc p bề mặt crit p (4) đó: μ hệ số ma sát lõi bê tông ống thép Theo Baltay Gjelsvik (1990), hệ số ma sát bê tơng thép có giá trị từ 0.2 đến 0.6 Ở đây, hệ số ma sát lấy 0.2 tất trường hợp phân tích mơ hình PTHH 21 KẾT CẤU – CƠNG NGHỆ XÂY DỰNG Khi bề mặt bê tơng ống thép tiếp xúc với áp lực tiếp xúc truyền chúng Ngược lại, áp lực tiếp xúc giảm giá trị không (0) bề mặt tách biệt với 2.5 Điều kiện biên cách áp dụng tải trọng 2.5.1 Điều kiện biên Hình cho thấy hai gia tải sử dụng đầu cột q trình thí nghiệm nén Trong mơ hình PTHH, sử dụng phần tử cứng để mơ hình cho gia tải Trong thí nghiệm mơ hình PTHH, tải trọng áp dụng cho cột thông qua gia tải phía Do đó, gia tải phía ngăn cản chuyển vị theo bậc tự do, cho phép dịch chuyển theo phương dọc trục cột Trong đó, gia tải phía ngăn cản chuyển vị theo bậc tự tương tác gia tải bề mặt cột phần mềm Abaqus sử dụng để mơ hình làm việc với thực tế 2.5.2 Cách áp dụng tải trọng Trong nghiên cứu này, mục tiêu cần đạt theo dõi đến cuối ứng xử học cột nên tải trọng áp dụng theo phương pháp gia tải cách tăng dần chuyển vị nút trung tâm tải phía Nhằm đạt mục tiêu phân phối tải trọng lên đầu cột, tất nút khác bề mặt gia tải buộc phải có tịnh tiến thẳng đứng giống nút trung tâm Ngoài ra, phương pháp Newton-Raphson ứng dụng để tìm cân cấp gia tải Trong thí nghiệm, tiếp xúc trực tiếp Kết nghiên cứu khảo sát 3.1 Quan hệ lực chuyển vị dọc trục cột CFST gia tải bề mặt cột thực để thu kết xác Do đó, Kết mơ thu xem hình 8-10 bên Hình Quan hệ lực - chuyển vị Hình Quan hệ lực - chuyển vị dọc trục đỉnh cột CFST dọc trục đỉnh cột CFST với bê tông nhồi 65 MPa với bê tông nhồi 75 MPa Hình 10 Quan hệ lực - chuyển vị dọc trục đỉnh cột CFST với bê tông nhồi 85 MPa 3.2 Khả chịu lực cột CFST Bảng Sức chịu tải tối đa cột CFST theo mơ hình PTHH (kN) Trường hợp tải 22 SES 65 1008 Cường độ bê tông (MPa) 75 1008 85 1008 SFC 2914 3159 3280 SFS 994-2692 994-2951 994-3065 SFE 2334 2580 2688 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/2016 KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG 3.3 Các dạng phá hoại cột CFST - 65 MPa- PTHH a Cột SES b Cột SFC Hình 11 Biến dạng cột SES cột SFC c Cột SFS d Cột SFE Hình 12 Biến dạng cột SFS cột SFE 3.4 Ứng suất ống thép lõi bê tông cột CFST - 65 MPa – PTHH a Ứng suất pháp b Ứng suất tiếp Hình 13 Ứng suất pháp ứng suất tiếp ống thép cột SES a Ứng suất pháp b Ứng suất tiếp Hình 14 Ứng suất pháp ứng suất tiếp lõi bê tông cột SFC a Ứng suất pháp b Ứng suất tiếp Hình 15 Ứng suất pháp ứng suất tiếp lõi bê tông cột SFS a Ứng suất pháp b Ứng suất tiếp Hình 16 Ứng suất pháp ứng suất tiếp lõi bê tông cột SFE 3.5 Sự phân phối lực dọc trục lõi bê tông ống thép (tiết diện cột CFST - 65 MPa - PTHH) Hình 17 Phân phối lực dọc trục lõi bê tông ống thép tiết diện cột SFE Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/2016 Hình 18 Phân phối lực dọc trục lõi bê tông ống thép tiết diện cột SFC 23 KẾT CẤU – CƠNG NGHỆ XÂY DỰNG Phân tích kết mô 4.1 So sánh kết mô với kết thực nghiệm có tính tốn lý thuyết Kết mơ so sánh với kết thí nghiệm Johansson Gylltoft [18] thể bảng Bảng So sánh kết mô với thực nghiệm [18] tính tốn lý thuyết theo EC4 Loại cột, trường hợp tải Cường độ bê tơng (MPa) Pmax thí nghiệm [18] (kN) Pu,cal theo EC4 (kN) PFEA mô (kN) Pmax Pu , cal PFEA Pmax PFEA Pu , cal SES - 920 - 1008 - 1.1 - SFC 65 2220 2138 2914 1.03 1.31 1.36 SFS 65 950 2138 994-2692 0.44 1.05-2.83 0.46-1.25 SFE 65 2150 2138 2334 1.09 1.09 SFC 75 - 2322 3159 - - 1.36 SFS 75 - 2322 994-2951 - - 0.43-1.27 SFE 75 - 2322 2580 - - 1.11 SFC 85 - 2497 3280 - - 1.31 SFS 85 - 2497 994-3065 - - 0.40-1.23 SFE 85 - 2497 2688 - - 1.08 Từ bảng 4, số liệu cho thấy thống cao kết thu thí nghiệm phân tích PTHH cột CFST có cường độ bê tông 65 MPa, bao gồm SES, SFS SFE với tỉ số lực nén là: 1.1, 1.05 1.09 Tuy nhiên, kết mô cho trường hợp cột SFC chưa đạt thống cao với kết từ thí nghiệm (tỉ số lực nén: 1.31) Ngun nhân mơ hình vật liệu sử dụng cho bê tơng chưa mô tốt cho trạng thái ứng suất ba trục lõi bê tông Sự tăng cường độ chịu nén bê tơng mơ hình vật liệu lớn so với thực tế Ngoài ra, khác sơ đồ thí nghiệm [18] mơ hình PTHH dẫn đến khác Cụ thể là, với thí nghiệm nén mẫu, tải trọng áp dụng tâm lên phần bê tông hai đầu cột Trong đó, với mơ hình PTHH, tải trọng áp dụng tâm lên phần bê tơng đầu cột, đầu lại ngăn cản chuyển vị theo bậc tự 4.2 Ứng xử học cột tương ứng Từ đường cong quan hệ lực nén – chuyển vị dọc trục cột CFST phân tích mơ hình PTHH (hình 8-10), nhận xét rằng: tăng cường độ bê tông, quy luật gia tăng lực – chuyển vị cột CFST tương tự cho trường hợp gia tải Việc tăng cường độ chịu 24 nén bê tông theo cấp độ làm tăng đáng kể khả chịu lực cột CFST Trong giai đoạn đàn hồi, cột SFE có ứng xử cứng so với cột SFC Đối với cột SFE, lõi bê tông ống thép tiếp nhận tải đồng thời nên tải trọng phân phối từ đầu cho ống thép lõi bê tơng Trong đó, cột SFC cho thấy lõi bê tơng chịu tồn tải trọng giai đoạn đầu Ứng xử cột SFS, giai đoạn đàn hồi, tương tự với cột ống thép rỗng SES Tuy nhiên, sau ống thép chảy phần bê tơng tham gia chịu lực, khả chịu lực cột phục hồi bê tông đạt cường độ tối đa Trong trình gia tăng tải trọng, làm việc cột SES SFS cho thấy khác xu hướng ổn định cục ống thép Trong đó, cột SES, ổn định cục ống thép biến dạng lõm vào bên bắt đầu tăng kích thước với biến dạng thẳng đứng (hình 11a) Ngược lại, cột SFS cho thấy ổn định cục ống thép biến dạng lồi bên ngồi có ngăn cản lõi bê tông từ bên Do đó, ổn định cục ống thép trường hợp cột bị biến dạng lượn sóng phía bên ngồi (hình 12a) Tải trọng lõi bê tông chịu hai trường hợp cột SFE SFC đạt giá trị cao so với sức Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/2016 KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG chịu tải danh nghĩa bê tơng tính theo Tiêu chuẩn Eurocode Điều cho thấy hiệu ứng giam giữ mà ống thép tác dụng lên lõi bê tông làm tăng sức chịu tải lõi bê tông hiệu ứng thể rõ cột SFC Đối với cột SFE, lõi bê tơng đóng góp khoảng 60% (hình 17) khả chịu lực cột Trong đó, lõi bê tơng cột SFC đóng góp cao cho khả chịu lực cột, khoảng 80% (hình 18) [5] Fujimoto, T., Mukai, A., Nishiyama, I and Sakino, K (2004), Behavior of Eccentrically Loaded ConcreteFilled Steel Tubular Columns Journal of Structural Engineering, 130(2): p 203-212 [6] Yu, Z (2007), Experimental behavior of circular concrete-filled steel tube stub columns Journal of Constructional Steel Research, 63: p.165-174 [7] Han, L.-H., Liu, W and Yang, Y-F (2008), Behaviour of concrete-filled steel tubular stub columns subjected to axially local compression Journal of Constructional Steel Research, 64: p.377-387 [8] Chu Thị Bình (2011), Khả chịu tải cột thép ống nhồi bê tơng, Tạp chí Kết cấu Cơng nghệ Xây dựng, tháng [9] Phan Đình Hào, Ngơ Hữu Cường, Ngô Trường Lâm Vũ Trần Hữu Huy (2012), Phân tích ứng xử phi tuyến kết cấu ống thép nhồi bê tông Đề tài Nghiên cứu Khoa học cấp Bộ - Mã số: B2010-TDA01-23TRIG Hoàn thành tháng Kết luận Kết nghiên cứu từ phân tích mơ hình PTHH so sánh với kết tính tốn theo EC4 kết thí nghiệm tác giả khác [18] cho phép rút số kết luận sau: - Ứng xử học khả chịu lực cực hạn (chịu nén) cột CFST phụ thuộc vào cách gia tải áp dụng nén lên cột Trường hợp nén vào lõi bê tông cho kết cường độ chịu nén tối đa cột lớn so với hai cách đặt tải lại; - Cường độ chịu nén bê tơng nhồi có ảnh hưởng trực tiếp đến khả chịu lực tối đa cột CFST, quan hệ chúng tỉ lệ thuận Đồng thời, quy luật đường cong quan hệ lực nén – chuyển vị tương tự cột có cách đặt tải thay đổi cường độ bê tông nhồi; - Hiệu ứng giam giữ ống thép lõi bê tông tạo ứng suất nén ba trục làm tăng cường độ chịu nén lõi bê tông cách đáng kể Cột CFST áp dụng tải trọng nén lên phần lõi bê tơng có hiệu ứng giam giữ tốt nhất; - Các số liệu kết mơ số nghiên cứu cung cấp phần sở liệu cho việc phân tích nhằm góp phần xây dựng Tiêu chuẩn hay hướng dẫn tính tốn thiết kế kết cấu CFST nước ta tương lai gần TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ge, H., and Usami, T (1992), Strength of concrete-filled thin-walled steel box columns- experiment Journal of Structural Engineering, 118(11): p 3036-3054 [2] Ge, H., and Usami, T (1994), Strength analysis of concrete-filled thin-walled steel box columns Journal of Constructional Steel Research, 30: p.259-281 [3] [4] Uy, B (1998), Concrete-filled fabricated steel box columns for multi-storey buildings: behaviour and design Progress in Structural Engineering and Materials, 1(2): p 150-158 Han, L.-H (2004), Flexural behaviour of concretefilled steel tubes Journal of Constructional Steel Research, 60: p.313-337 Tạp chí KHCN Xây dựng – số 4/2016 [10] Ngo-Huu, C., Nguyen-Minh, L., Ho-Huu, C., Kamura, H., Nanba, T and Nakagawa, K (2016), Experimental study of circular stub CFT columns under axial compression loads Proceedings of EASEC-14, p 994-1002 [11] Lê Xuân Dũng Phạm Mỹ (2016), Nghiên cứu ảnh hưởng trượt tương đối ống thép lõi bê tông đến khả chịu lực nén lệch tâm cột ống thép nhồi bê tơng Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 1(98), trang: 15-21 [12] ABAQUS Documentation Version 6.14-4 [13] Eurocode Design of composite steel and concrete structure Part 1.1, General rules and rules for buildings [14] Starossek, U., Falah, N and Lohning, T (2008), Numerical Analyses of the Force Transfer in Concrete-Filled Steel Tube Columns The 4th International Conference on Advances in Structural Engineering and Mechanics, (ASEM’08) [15] HKS (1997) ABAQUS/Standard User’s Manual, version 5.7, Hibbit, Karlsson & Sorensen, Pawtucket, R.I [16] RILEM 50-FMC Committee (1985) “Determination of the fracture energy of mortar and concrete by means of three-point bend tests on notched beams.” Mater Struct., 18(106), 285-290 [17] Baltay, P., and Gjelsvik, A (1990) “Coefficient of friction for steel on concrete at high normal stress.” J Mater Civ Eng., 2(1), 46-49 [18] Johansson, M., and Gylltoft, K (2002), Mechanical Behavior of Circular Steel-Concrete Composite Stub Columns Journal of Structural Engineering Vol 128 No 8, August 1, p.1073-1081 Ngày nhận bài: 07/11/2016 Ngày nhận sửa lần cuối: 09/12/2016 25 ... cách đặt tải thay đổi cường độ bê tông nhồi; - Hiệu ứng giam giữ ống thép lõi bê tông tạo ứng suất nén ba trục làm tăng cường độ chịu nén lõi bê tông cách đáng kể Cột CFST áp dụng tải trọng nén lên... dụng bê tông cường độ cao 65, 75 85 MPa Đồng thời, nghiên cứu khảo sát phân phối lực dọc lõi bê tông ống thép chịu tải trọng nén tâm; đánh giá gia tăng cường độ chịu nén lõi bê tông hiệu ứng... khả chịu lực cực hạn (chịu nén) cột CFST phụ thuộc vào cách gia tải áp dụng nén lên cột Trường hợp nén vào lõi bê tông cho kết cường độ chịu nén tối đa cột lớn so với hai cách đặt tải lại; - Cường