Ứng xử kháng chọc thủng của liên kết cột ống thép nhồi bê tông và sàn phẳng bê tông cốt thép

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 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Đà Nẵng − Năm 2019 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 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGÔ HỮU CƯỜNG PGS.TS TRƯƠNG HỒI CHÍNH Đà Nẵng − Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Đinh Thị Như Thảo Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi mà kết nghiên cứu phần đề tài nghiên cứu hợp tác Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP Hồ Chí Minh Tập đồn Thép JFE – Nhật Bản PGS.TS Ngô Hữu Cường chủ trì Cơng tác thí nghiệm thực Phịng thí nghiệm Kết cấu Cơng trình Bách Khoa (BKSEL), Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM Các số liệu kết nghiên cứu nêu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Đà Nẵng, ngày 20 tháng năm 2019 Tác giả luận án Đinh Thị Như Thảo i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC i DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH ẢNH vii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết luận án Mục tiêu nghiên cứu Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn luận án Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Bố cục luận án Đóng góp luận án 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 11 ii 1.3 Liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT 19 1.4 Ưu nhược điểm liên kết công bố tác giả 40 1.5 Khả kháng nén thủng sàn phẳng BTCT theo tiêu chuẩn hành 42 1.6 Kết luận 46 Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM LIÊN KẾT SÀN PHẲNG BTCT VÀ CỘT CFT 47 2.1 Mơ hình thí nghiệm 47 2.2 Thiết bị thí nghiệm 56 iii 2.3 Tiến hành thí nghiệm xử lý kết 58 2.4 Kết luận 81 Chương PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT SÀN PHẲNG BTCT VÀ CỘT CFT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỐ 82 3.1 Đặt vấn đề 82 3.2 Giới thiệu phần mềm ABAQUS 82 3.3 Các tốn mơ số tác giả thí nghiệm 94 3.4 Áp dụng tính tốn khả nén thủng cực hạn mẫu S-02-M-V theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2012, EC2 ACI 318-11 118 iv 3.5 Kết luận 122 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 124 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC TÀI LIỆU THAM KHẢO v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Ý nghĩa Ký hiệu BTCT Bê tông cốt thép CFT Ống thép nhồi bê tông (Concrete-Filled steel Tube) TTGH Trạng thái giới hạn ACI Viện Bê tông Hoa Kỳ (American Concrete Institute) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam EC Tiêu chuẩn Châu Âu (Eurocode) PTHH Phần tử hữu hạn vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Thơng số mẫu thí nghiệm chuỗi thứ Satoh Shimazaki (2004) [37] 21 Bảng 1.2: Thơng số mẫu thí nghiệm chuỗi thứ Satoh Shimazaki (2004) [37] 22 Bảng 1.3: Thơng số mẫu thí nghiệm chuỗi thứ Satoh Shimazaki (2004) [37] 23 Bảng 1.4: Thông số vật liệu mẫu thí nghiệm Yan (2011) [44] 30 Bảng 2.1: Số liệu mẫu S-C-V S-02-M-V 51 Bảng 2.2: Danh mục thiết bị thí nghiệm 57 Bảng 2.3: Cấp phối bê tông B30 58 Bảng 2.4: Cường độ nén trung bình 59 Bảng 2.5: Cường độ kéo chẻ trung bình 59 Bảng 2.6: Lực nén thủng cực hạn liên kết sàn phẳng BTCT − cột CFT liên kết sàn phẳng − cột BTCT toàn khối 80 Bảng 3.1: Các công thức xác định thông số đặc trưng vật liệu bê tông 84 Bảng 3.2: Các thông số đặc trưng vật liệu bê tông mô 94 Bảng 3.3: Các dạng tương tác mô mẫu S-C-V 98 Bảng 3.4: So sánh kết thực nghiệm mô mẫu S-C-V 101 Bảng 3.5: Các dạng tương tác mô mẫu S-02-M-V 107 Bảng 3.6: So sánh kết thực nghiệm mô mẫu S-02-M-V 112 Bảng 3.7: So sánh kết thực nghiệm mô mẫu S-C-V mẫu S-02M-V 117 Bảng 3.8: Kết tính tốn lực kháng nén thủng cực hạn theo tiêu chuẩn mẫu S-02-M-V 121 Bảng 3.9: Giá trị lực nén thủng mẫu S-C-V S-02-M-V nghiên cứu thực nghiệm tính tốn theo tiêu chuẩn 122 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Cấu tạo điển hình cột ống thép nhồi bê tơng Hình 1.2: Cấu tạo cột CFT đặc [17] Hình 1.3: Cấu tạo cột CFT mặt cắt rỗng [17] Hình 1.4: Cấu tạo cột CFT bọc BTCT [17] Hình 1.5: Cấu tạo cột CFT gia cường cốt thép, cốt cứng (thép hình) sườn tăng cứng [17] Hình 1.6: Tịa nhà Fleet Place House [34] 10 Hình 1.7: Tịa nhà Queensberry House [34] 10 Hình 1.8: Tịa nhà Strong Building 11 Hình 1.9: Nén thủng sàn dạng hình với góc 60o, 45o 30o [31] 12 Hình 1.10: Dạng phá hoại mẫu thí nghiệm Kinnuen Nylander (1960) [25] 13 Hình 1.11: Sự hình thành tháp nén thủng theo thí nghiệm Kinnuen Nylander [25] 13 Hình 1.12: Sự sụp đở cao ốc Sampoong-Hàn Quốc phá hoại nén thủng [16] 14 Hình 1.13: Sự sụp đở chung cư 2000 Commonwealth Avenue, Boston, Massachusetts, Hoa kỳ phá hoại nén thủng [24] 14 Hình 1.14: Sự sụp đở hộ cao tầng Skyline Plaza ở Bailey’s Crossroad, Virginia, Hoa Kỳ phá hoại nén thủng [38] 15 Hình 1.15: Ba dạng phá hoại nén thủng sàn phẳng BTCT − Menetrey (2002) [10] 16 Hình 1.16: Cốt thép chịu cắt liên kết cột − sàn phẳng BTCT [10], [32] 16 Hình 1.17: Hệ cốt cứng chịu cắt − Corley Hawkins (1968) [11] 17 Hình 1.18: Sử dụng chốt chịu cắt Elgabry Gali (1987) [14] 18 Hình 1.19: Hệ băng kháng cắt Pilakoutas Li (2003) [36] 18 Hình 1.20: Hệ liên kết chịu cắt “NUUL” Subedi Baglin (2003) [41] 18 Hình 1.21: Hình dạng phá hoại liên kết “NUUL” bị nén thủng [41] 18 Hình 1.22: Chi tiết liên kết Satoh Shimazaki (2004) [37] 19