Ứng xử cột liên hợp ống thép nhồi bê tông chịu tải trọng dọc trục

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA —–o∆o—– Hồ Ngọc Vinh ỨNG XỬ CỘT LIÊN HỢP ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG CHỊU TẢI TRỌNG DỌC TRỤC Chuyên ngành: Xây Dựng Dân Dụng Và Công Nghiệp Mã số ngành: 605820 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp.Hồ Chí Minh, Tháng 06-2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: HỒ NGỌC VINH Phái: Nam Ngày tháng năm sinh: 14 – – 1983 Nơi sinh: TP Hồ Chí Minh Chuyên ngành xây dựng dân dụng công nghiệp MSHV: 11210256 Khoá 2011 TÊN ĐỀ TÀI: Ứng xử cột liên hợp thép bê tông chịu tải dọc trục NHIỆM VỤ LUẬN VĂN  Khảo sát thực nghiệm biến dạng khả làm việc cột liên hợp thép bê tông chịu tải trọng dọc trục  Đề xuất cơng thức thực nghiệm tính tốn cột liên hợp thép bê tông chịu tải trọng dọc trục  Xây dựng mơ hình 3D phân tích ứng xử cột phần mềm ANSYS NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19-8-2013 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20-6-2014 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS LÊ VĂN PHƯỚC NHÂN TS BÙI ĐỨC VINH Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thông qua Tp HCM, ngày ……… tháng ……… năm ……… CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA CHUN NGÀNH Cơng trình hồn thành tại: trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG – HCM Cán hướng dẫn khoa học: Cán hướng dẫn khoa học: Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn bảo vệ trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh ngày.31 tháng năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ gồm: CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA Lời cảm ơn Tôi xin chân thành cám ơn thầy Lê Văn Phước Nhân thầy Bùi Đức Vinh nhiệt tình, tận tâm giúp đỡ hướng dẫn tơi q trình thực luận văn Thầy chia sẻ cho kinh nghiệm quý báu, cách thức nghiên cứu, cách soạn thảo văn bản, cách trình văn khoa học để tơi hồn thành tốt luận văn Tơi học thầy Nhân thầy Vinh phương pháp làm nghiên cứu khoa học, kiến thức mà người nghiên cứu cần phải có Đồng thời tơi xin cám ơn quý thầy cô môn Khoa kỹ thuật xây dựng truyền cho nhiều kiến thức chuyên ngành trình học tập trường Tiếp theo muốn gửi lời cám ơn đến tất anh em cơng ty Hồng Vinh giúp tơi nhiều q trình làm thí nghiệm công ty Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến người giúp đỡ suốt thời gian qua Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô bạn bè, người giúp đỡ suốt thời gian học tập trường Với tình cảm đó, tơi tự hứa ln cố gắng phấn đấu để xứng đáng với tình cảm người dành cho Hồ Ngọc Vinh i TÓM TẮT Trong kết cấu liên hợp thép bê tơng, cột phần chịu lực cơng trình Luận văn giới thiệu ứng xử cột liên hợp thép bê tơng lực tác dụng vào phần lõi bê tơng Các thí nghiệm tiến hành mẫu khác nhằm xác định ứng xử cột điều kiện làm việc thực tế Ngoài yếu tố ảnh hưởng đến khả chịu lực cột chiều dài cột, chiều dày ống thép, mác bê tông khảo sát Kết thí nghiệm cho thấy khả chịu lực cột tăng tăng mác bê tông, chiều dày ống thép tăng chiều dài ống thép giảm Ngoài đề tài cịn đề xuất cơng thức tính tốn khả chịu lực cột ống thép nhồi bê tơng phần bê tơng chịu lực tác dụng, liệu thí nghiệm sử dụng để xây dựng mơ hình dự đốn khả làm việc cột Từ khóa: Cột liên hợp thép bê tông, bê tông nhồi ống thép, tải dọc trục ii ABSTRACT For composite stucture, composite column is part of the main stucture The research introduces behavior of composite column in which the force acting on the concrete core Composite column test were carried out with nine different groups in order to determine behavior of composite column In addition, factors effect on factors affecting the bearing capacity of the column as the column length, thickness of steel pipe, concrete grade is also examined Experimental results show that the bearing capacity of the column increased when grade of concrete was increased, steel pipe thickness was increased and length of steel pipe was decreased This research also proposed a formula to calculate the bearing capacity of composite column in which the force acting on the concrete core, experimental data are also used to build predictive models of columns ability to work Keywords: Composite column, concrete filled steel tube, steel tube confined concrete, axial compression iii Lời cam đoan Tôi tác giả luận văn cam đoan rằng: Luận văn công trình nghiên cứu thực cá nhân, thực hướng dẫn TS Lê Văn Phước Nhân TS Bùi Đức Vinh Các số liệu, kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố hình thức Các giá trị tham khảo xác, khơng có chỉnh sửa Tơi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Tp.Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 06 năm 2014 Học viên Hồ Ngọc Vinh iv Mục lục Trang Danh mục hình vẽ viii Danh mục bảng biểu x Giới thiệu 1.1 Giới thiệu chung kết cấu liên hợp thép 1.2 Động lực nghiên cứu 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Ý nghĩa đề tài 1.5 Giới hạn đề tài 1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.6.1 Về mặt lý thuyết 1.6.2 Thí nghiệm 1.6.3 Mơ hình phần tử hữu hạn 1.7 Cấu trúc luận văn 1 7 8 9 11 11 12 13 14 14 16 16 18 18 19 20 20 21 22 – bê tông Tổng quan 2.1 Giới thiệu 2.2 Khả chịu lực cột liên hợp thép bê tông 2.2.1 Khả chịu lực cấu kiện 2.2.2 Ổn định cấu kiện 2.3 Khả chịu lực cột liên hợp thép bê tông 2.4 Một số nghiên cứu cột liên hợp thép bê tông 2.4.1 Tải tác dụng vào bê tông thép 2.4.2 Tải tác dụng vào lõi bê tông 2.5 Kết luận Khảo sát thực nghiệm 3.1 Giới thiệu 3.2 Mẫu thí nghiệm 3.3 Xác định thông số vật liệu 3.3.1 Bê tông 3.3.2 Thép 3.4 Chương trình thí nghiệm thí nghiệm v theo Eurocode theo AIJ [2] [1] 3.4.1 3.4.2 Nhóm mẫu thí nghiệm Chi tiết mẫu chuẩn bị thí nghiệm 3.4.2.1 Gia công ống thép 3.4.2.2 Bê tông 3.4.2.3 Khung nén mẫu 3.4.2.4 Lắp đặt thiết bị thí nghiệm 3.5 Mơ hình quy trình gia tải 3.5.1 Mơ hình gia tải 3.5.1.1 Mơ hình 3.5.1.2 Mơ hình 3.5.1.3 Mục đích mơ hình 3.5.2 Quy trình gia tải 3.6 Kết thí nghiệm 3.6.1 Nhận xét chung 3.6.2 Ảnh hưởng chiều dài cột liên hợp thép bê tông 3.6.3 Ảnh hưởng chiều dày ống thép 3.6.4 Ảnh hưởng cường độ bê tông 3.6.4.1 Cột C4 C8 3.6.4.2 Cột C5 C9 3.6.5 Ảnh hưởng cường độ bê tông chiều dày ống thép 3.6.5.1 Cột C1 C4 3.6.5.2 Cột C2 C5 3.6.5.3 Cột C3 C6 3.6.5.4 Cột C1 C8 3.6.5.5 Cột C2 C9 3.6.6 Ảnh hưởng chiều dài, chiều dày ống thép mác bê tông 3.7 Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng ống thép 3.8 Dạng phá hoại mẫu 3.8.1 Phá hoại ống thép 3.8.2 Phá hoại bề mặt lõi bê tông 3.9 So sánh kết đề xuất cơng thức tính tốn 3.9.1 So sánh với công thức công thức tính tốn theo EC4 AIJ 3.9.2 Cơng thức đề xuất 3.10 Kết luận Mô phần tử hữu hạn 4.1 Giới thiệu 4.2 Mơ hình ống thép nhồi bê tơng 4.2.1 Mơ hình hình học 4.2.2 Lưới phần tử hữu hạn 4.3 Mơ hình vật liệu 4.3.1 Lõi bê tông 4.3.2 Ống thép vi 22 22 22 23 23 24 25 25 26 26 26 27 28 28 28 30 32 32 34 36 36 38 39 41 43 45 46 47 47 47 50 50 51 52 54 54 55 55 55 57 57 59 4.4 4.5 4.6 Điều kiện biên mô hình Đặt tải tác dụng Kết mô số 4.6.1 Biến dạng lõi bê tông mô 4.6.2 So sánh đường cong lực - biến dạng thực nghiệm mô 4.6.3 So sánh kết mô gia tải theo mơ hình mơ hình 4.6.3.1 β= 1.12 4.6.3.2 β= 1.44 4.6.4 So sánh kết mô thay đổi β 4.6.4.1 Mơ hình 4.6.4.2 Mô hình 4.6.5 So sánh kết mô cột liên hợp trường hợp tải tác dụng 4.6.6 Kết luận 59 60 61 61 61 65 65 65 66 66 66 67 68 Kết luận hướng phát triển đề tài 5.1 Kết luận 5.2 Hướng phát triển đề tài 69 69 70 Tài liệu tham khảo 71 Code tốn mơ dịng lệnh command 73 Lý lịch trích ngang 99 vii ... 2011 TÊN ĐỀ TÀI: Ứng xử cột liên hợp thép bê tông chịu tải dọc trục NHIỆM VỤ LUẬN VĂN  Khảo sát thực nghiệm biến dạng khả làm việc cột liên hợp thép bê tông chịu tải trọng dọc trục  Đề xuất công... thước dầm cột liên hợp thép bê tơng cột bê tông cốt thép khả chịu lực [1] Cầu vượt sử dụng kết cấu liên hợp thép bê tông Các dạng cột liên hợp thép bê tông Triển vọng ứng dụng... 2.3 Khả chịu lực cột liên hợp thép bê tông 2.4 Một số nghiên cứu cột liên hợp thép bê tông 2.4.1 Tải tác dụng vào bê tông thép 2.4.2 Tải tác dụng vào lõi bê tông 2.5 Kết