Nghiên cứu thực nghiệm giải pháp kết cấu sàn hiệu quả cho nhà nhịp nhỏ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ THANH LUẬN NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM GIẢI PHÁP KẾT CẤU SÀN HIỆU QUẢ CHO NHÀ NHỊP NHỎ C C R L T Chun ngành: Kĩ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp DU Mã số: 85 80 201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS ĐÀO NGỌC THẾ LỰC Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn C C DU R L T Lê Thanh Luận MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TĨM TẮT TIẾNG ANH DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Kết dự kiến Bố cục đề tài CHƢƠNG TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP SÀN TRONG NHÀ DÂN DỤNG 1.1 Các giải pháp sàn sử dụng xây dựng C C R L T DU 1.1.1 Sàn bê tông cốt thép lắp ghép 1.1.2 Sàn liên hợp thép bê tông 1.1.3 Sàn bóng 1.1.4 Sàn bê tông dự ứng lực 1.1.5 Sàn phẳng không dầm NEVO 1.1.6 Sàn bê tơng cốt thép tồn khối 1.2 Các giải pháp sàn sử dụng cho nhà nhịp nhỏ 1.2.1 Giới thiệu nhà nhịp nhỏ 1.2.2 Giải pháp kết cấu sàn phù hợp cho nhà nhịp nhỏ 10 1.3 Kết luận chƣơng 11 CHƢƠNG CẤU TẠO, TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG GIẢI PHÁP SÀN ĐỀ XUẤT CHO NHÀ NHỊP NHỎ 12 2.1 Đề xuất cấu tạo giải pháp sàn sử dụng cho nhà nhịp nhỏ 12 2.2 Thiết kế mẫu thí nghiệm 13 2.2.1 Tính tốn tơn nhƣ cốp pha giai đoạn thi công 14 2.2.2 Tính tốn sàn liên hợp giai đoạn sử dụng 19 2.3 Mô kết cấu sàn ABAQUS 24 2.3.1 Lựa chọn loại phần tử mơ hình 25 2.3.2 Mơ hình vật liệu ABAQUS 25 2.3.3 Tƣơng tác phần tử 28 2.3.4 Xây dựng mơ hình phân tích 29 2.3.5 Gán tải trọng định nghĩa điều kiện biên 29 2.3.6 Chia lƣới phần tử 30 2.4 Đánh giá phân tích kết mơ 30 2.4.1 Khảo sát làm việc tôn giai đoạn thi công 30 2.4.2 Khảo sát làm việc sàn giai đoạn sử dụng 32 2.5 Kết luận chƣơng 33 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 34 3.1 Chế tạo mẫu thiết lập thí nghiệm 34 3.1.1 Chế tạo mẫu thí nghiệm 34 3.1.2 Thí nghiệm bê tông cốt thép 40 3.1.3 Thiết lập thí nghiệm 40 3.1.4 Gia tải cho sàn 42 3.2 Kết thí nghiệm 44 C C 3.2.1 Ứng xử sàn 44 3.2.2 Kết quan hệ tải trọng chuyển vị 46 3.3 Đánh giá kết thí nghiệm với mơ số tính toán 47 3.4 Kết luận chƣơng 47 R L T DU KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 QUYÊT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH Đề tài: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM GIẢI PHÁP KẾT CẤU SÀN HIỆU QUẢ CHO NHÀ NHỊP NHỎ Học viên: Lê Thanh Luận - Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD&CN Mã số: 85 80 201, Khóa: K34- Kon Tum, Trƣờng Đại Học Bách Khoa – ĐHĐN Tóm tắt -Hiện nay, giải pháp kết cấu bê tơng cốt thép tồn khối (khung sàn BTCT) đƣợc sử dụng chủ yếu công trình dân dụng nhƣợc điểm giải pháp việc thi công chậm tốn nhiều ván khuôn chống cho việc thi cơng sàn Do đó, giải pháp kết cấu vừa đáp ứng đƣợc toàn khối, độ cứng tổng thể giống nhƣ sàn bê tông cốt thép đáp ứng đƣợc việc thi công nhanh, tiết kiệm cần thiết Luận văn mô tả giải pháp kết cấu sàn cho nhà nhịp nhỏ (L ≤ 5m) bao gồm: Kết cấu sàn sử dụng sàn liên hợp thép – bê tơng Theo tơn đƣợc bố trí với mục đích làm ván khn sàn giai đoạn thi công cốt thép tham gia chịu kéo giai đoạn sử dụng; Sử dụng giải pháp tƣờng chịu lực để thay kết cấu khung Tƣờng đƣợc cấu tạo gạch khơng nung có lổ, phần lổ đƣợc nhồi bê tông bổ sung cốt thép từ móng để kết nối với sàn đảm bảo độ toàn khối hệ kết cấu Chƣơng trình thực nghiệm đƣợc thực mẫu kích thƣớc thật Kết thí nghiệm cho thấy đƣợc tin cậy an toàn giải pháp kết cấu hồn tồn áp dụng thực tế xây dựng nhà nhịp nhỏ Từ khóa – Sàn liên hợp, sàn bê tông cốt thép, gạch block C C R L T DU Topic: EXPERIMENTAL STUDYFOR EFFECTIVE SLAB STRUCTURE FOR SMALL HOUSE Abstract – Currently, the solution of reinforced concrete structure (frame and reinforced concrete slab) is still used mainly in civil works and the disadvantage of this solution is the slow construction and use of many formwork for slab construction Therefore, a structural solution has just met the whole, the overall hardness is like reinforced concrete slab and fast construction, saving is necessary This thesis has studied and proposed a solution of slab structure for small span houses (L ≤ 5m) including: The slab structure using steel - concrete composite slab Accordingly, the deck slab will be arranged with the purpose of making floor formwork in the construction phase and reinforcement involved in pulling during the use period; Use load-bearing wall solution to replace frame structure Walls are made of bricks with holes, this hole will be stuffed with concrete and reinforced with reinforcement from the foundation to connect to the floor to ensure the structural integrity of the structure Experimental programs are performed on real size samples Experimental results show the reliability and safety of structural solutions and are fully applicable in the actual construction of small existing span houses Keywords – Composite slab, reinforced concrete slab, block brick DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Lựa chọn phần tử mô .25 Bảng 2.2 Thơng số mơ hình phá hoại dẻo 26 Bảng 3.1 Cấp phối vật liệu cho 1m3 bê tông, 34 Bảng 3.2 Kết thí nghiệm nén mẫu bê tơng 150×150 (mm2) 40 Bảng 3.3 Quan hệ cấp tải chuyển vị sàn 42 C C DU R L T DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sàn bê tơng cốt thép lắp ghép Hình 1.2 Cấu tạo sàn liên hợp điển hình Hình 1.3 Kết cấu sàn Bubble Deck Hình 1.4 Sàn bê tơng cốt thép ứng lực trƣớc Hình 1.5 Ngun lí tính tốnsàn NEVO Hình 1.6 Kết cấu sàn NEVO Hình 1.7 Sàn sƣờn bêtơng cốt thép tồn khối .9 Hình 1.8 Mặt mặt đứng nhà ống điển hình 10 Hình 1.9 Giải pháp sàn sƣờn tồn khối cho cơng trình 11 Hình 1.10 Giải pháp sàn liên hợp cho cơng trình dân dụng 11 Hình 2.1 Giải pháp kết hợp sàn liên hợp với tƣờng chịu lực .12 Hình 2.2 Kích thƣớc gạch block xây tƣờng 13 Hình 2.3 Mặt cắt ngang tôn 13 Hình 2.4 Mặt sàn 14 Hình 2.5 Mặt bố trí tơn 14 Hình 2.6 Mơ hình sàn thí nghiệm 15 Hình 2.7 Mặt cắt cấu tạo sàn .15 Hình 2.8 Mặt cắt ngang bố trí kết cấu sàn 16 Hình 2.9 Sơ đồ tính tơn lúc thi cơng .16 Hình 2.10 Kích thƣớc tôn .17 Hình 2.11 Sơ đồ tính tốn độ võng gây tải trọng thân 19 Hình 2.12 Sơ đồ tính sàn 20 Hình 2.13 Sơ đồ ứng suất tiết diện sàn liên hợp 20 Hình 2.14 Cấu tạo chốt neo đầu sàn 22 Hình 2.15 Cấu tạo cốt thép sàn 24 Hình 2.16 Quan hệ ứng suất nén- biến dạng nén vỡ 26 Hình 2.17 Quan hệ ứng suất nén- biến dạng nén vỡ 26 Hình 2.18 Quan hệ ứng suất kéo - biến dạng nứt 27 Hình 2.19 Quan hệ biến dạng nứt hệ số phá hoại kéo .27 Hình 2.20 Quan hệ ứng suất –biến dạng mơ hình thép đàn dẻo lý tƣởng 27 Hình 2.21 Tƣơng tác tôn sàn bê tông .28 Hình 2.22 Tƣơng tác cốt thép đƣợc nhúng vào sàn 29 Hình 2.23 Mơ hình phân tích ứng xử sàn liên hợp .29 Hình 2.24 Tải trọng điều kiện biên mơ hình sàn 30 Hình 2.25 Mơ hình sàn sau chia lƣới .30 Hình 2.26 Sơ đồ tính tơn giai đoạn thi cơng .30 Hình 2.27 Gia tải thí nghiệm lên tơn 31 C C DU R L T Hình 2.28 Kết ứng suất phân bố tơn mức tải q=300daN/m2 31 Hình 2.29 Phổ phân bố chuyển vị tôn 31 Hình 2.30 Kết mô tải trọng – chuyển vị 32 Hình 2.31 Kết mơ tải trọng – biến dạng thép phi 10 nhịp 32 Hình 2.32 Ứng suất cốt thép sàn ứng với tải trọng 33 Hình 2.33 Kết mô tải trọng – biến dạng bê tơng vùng nén 33 Hình 2.34 Chỉ số hƣ hỏng DAMAGET bê tông 33 Hình 3.1 Thi cơng móng 34 Hình 3.2 Kích thƣớc viên gạch 35 Hình 3.3 Cơng tác xây tƣờng .35 Hình 3.4 Gia cơng cốt thép tơn 36 Hình 3.5 Bố trí chống tơn .36 Hình 3.6 Chi tiết đầu tƣờng 37 Hình 3.7 Cơng nhân lại sàn 37 Hình 3.8 Lắp đặt cấu tạo cốt thép sàn .38 Hình 3.9 Đổ bê tông sàn 39 Hình 3.10 Sàn sau tháo dỡ chống 39 Hình 3.11 Mặt dƣới sàn sau tháo dỡ chống 40 Hình 3.12 Mơ hình gia tải thí nghiệm sàn 41 Hình 3.13 Chia lƣới gia tải bề mặt sàn 41 Hình 3.14 Gắn đồng hồ đo chuyển vị mặt dƣới sàn 42 Hình 3.15 Vết nứt liên kết tƣờng sàn 44 Hình 3.16 Hình ảnh sàn bề mặt dƣới sàn P = 380daN/m2 45 Hình 3.17 Bê tơng sàn vị trí gối lên tƣờng cấp tải P = 380daN/m2 45 Hình 3.18 Đồ thị tải trọng – chuyển vị sàn 46 Hình 3.19 Đồ thị tải trọng – chuyển vị sàn theo thí nghiệm mơ 47 C C DU R L T MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện công tác thiết kế thi công nhà dân dụng sử dụng phƣơng thức truyền thống nhƣ giải pháp sàn BTCT đổ toàn khối hay việc sử dụng hệ lớn ván khuôn chống cho thi công sàn Những vấn đề ảnh hƣởng lớn đến giá thành cơng trình xây dựng nhƣ thời gian hồn thành cơng trình Do cần có phải pháp kết cấu, thi công hiệu nhằm rút ngắn thời gian chi phí xây dựng để đáp ứng nhu cầu lớn nhà Ý tƣởng giải pháp kết cấu sàn bán lắp ghép sử dụng hệ sƣờn dầm thép thành mỏng định hình kết hợp với sàn khối block nhẹ chế tạo sẵn, giải pháp giải vấn đề thi công loại bỏ hệ ván khuôn chống nhƣ làm cho kết cấu sàn nhẹ giúp giảm tải trọng cho móng thuận tiện cho việc sử dụng kết cấu tƣờng chịu lực thay cho giải pháp khung C C R L T Tuy nhiên, để thuyết phục ngƣời sử dụng nhƣ nhà quản lý xây dựng chấp nhận hiểu giải pháp kết cấu đề xuất, cần có thực nghiệm để kiểm chứng, với quan điểm luận văn thực đề tài:“Nghiên cứu thực nghiệm giải pháp kết cấu sàn hiệu cho nhà nhịp nhỏ” DU Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu giải pháp kết cấu sàn sử dụng xây dựng để từ đề xuất giải pháp cấu tạo sàn cho nhà nhịp nhỏ; - Tính tốn, thiết kế mẫu thí nghiệm cho giải pháp sàn đề xuất; - Nghiên cứu mô số khảo sát ứng xử mơ hình thí nghiệm đề xuất; - Xây dựng mơ hình thí nghiệm gia tải thí nghiệm cho mơ hình sàn đề xuất; - Thu thập số liệu tải trọng, quan sát ứng xử, đánh giá độ tin cậy tính khả thi giải pháp sàn đề xuất Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: Giải pháp kết cấu sàn cho nhà nhịp nhỏ - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu thực nghiệm gıải pháp kết cấu sàn cho nhà nhịp nhỏ Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp lý thuyết: - Thu thập tài liệu, tìm hiểucác giải pháp kết cấu sàn sử dụng xây dựng để từ đề xuất giải pháp cấu tạo sàn cho nhà nhịp nhỏ; - Nghiên cứu thiết kế mơ hình thí nghiệm với giải pháp sàn đề xuất - Mô số mô hình sàn đề xuất phần mềm ABAQUS Phương pháp thực nghiệm: -Thực nghiệm gıải pháp kết cấu sàn đề xuất cho nhà nhịp nhỏ; Kết dự kiến - Đề xuất giải pháp cấu tạo sàn cho nhà nhịp nhỏ; - Xây dựng mơ hình thí nghiệm cho giải pháp sàn đề xuất gồm: Sử dụng hệ kết cấu tƣờng chịu lực sử dụng gạch block xây tƣờng - Mơ số mơ hình sàn đề xuất phần mềm ABAQUS - Đề xuất kiểu gia tải thí nghiệm cho mơ hình sàn thực tế; C C - Thu thập số liệu tải trọng, quan sát ứng xử, đánh giá độ tin cậy tính khả thi giải pháp sàn đề xuất R L T Bố cục đề tài DU Đề tài gồm có chƣơng: Chƣơng 1: TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP SÀN TRONG NHÀ DÂN DỤNG Chƣơng 2: CẤU TẠO, TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG SỐ GIẢI PHÁP SÀN ĐỀ XUẤT CHO NHÀ NHỊP NHỎ Chƣơng 3: NGHİÊN CỨU THỰC NGHİỆM GIẢI PHÁP SÀN ĐỀ XUẤT CHO NHÀ NHỊP NHỎ Kết luận kiến nghị 45 Δ=22.425mm Tại mép dƣới sàn nhịp không thấy xuất vết nứt, liên kết tƣờng sàn khơng có thêm vết nứt Cho thấy sàn làm việc bình thƣờng C C R L T DU Hình 3.16 Hình ảnh sàn bề mặt sàn P = 380daN/m2 Hình 3.17 Bê tơng sàn vị trí gối lên tường cấp tải P = 380daN/m2 46 3.2.2 Kết quan hệ tải trọng chuyển vị Kết thí nghiệm đƣợc đánh giá qua đồ thị tải trọng phân bố sàn chuyển vị sàn nhƣ Hình 3.18 C C DU R L T Hình 3.18 Đồ thị tải trọng – chuyển vị sàn Một điểm ý thí nghiệm sau tháo chống, hệ đồng hồ đo chuyển vị đƣợc lắp đặt vào vị trí sàn, tiến hành theo dõi chuyển vị sàn đến chuyển vị ổn định thực gia tải Do đó, xem chuyển vị sàn sau thí nghiệm chuyển vị tải trọng chất lên sàn gây (Xem hoạt tải) bỏ qua ảnh hƣởng tải trọng thân Với tải trọng sàn P =150daN/m2 sàn đạt chuyển vị Δ=6.145mm