Phân tích kết cấu sàn bubble deck chịu tác dụng tải trọng tĩnh và động báo cáo tổng kết kết quả đề tài khcn cấp trường msđt t ktxd 2013 56

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG BỘ MÔN SỨC BỀN KẾT CẤU BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHCN CẤP TRƯỜNG PHÂN TÍCH KẾT CẤU SÀN BUBBLE DECK CHỊU TÁC DỤNG TẢI TRỌNG TĨNH VÀ ĐỘNG Mã số đề tài: T-KTXD-2013-56 Thời gian thực đề tài: 05/2013 - 05/2014 Chủ nhiệm đề tài: TS Lương Văn Hải TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2013 Danh sách cán tham gia thực đề tài GV.TS Lương Văn Hải, BM Sức Bền Kết Cấu, Khoa KT Xây Dựng GV.TS Nguyễn Trọng Phước, BM Sức Bền Kết Cấu, Khoa KT Xây Dựng ThS Văn Đình Hưng, Học viên Cao học trường Đại học Bách khoa Tp.HCM TĨM TẮT Gần đây, cơng nghệ xây dựng lắp ghép sử dụng sàn BubbleDeck ứng dụng nhiều dự án công nghiệp giới Sàn BubbleDeck sử dụng bóng rỗng làm từ nhựa tái chế phương pháp cải tiến, bóng nhựa thay cho vùng bê tơng tham gia chịu lực sàn bê tông thông thường, làm giảm trọng lượng thân kết cấu Trong luận văn này, kết thực nghiệm sàn BubbleDeck chịu tải trọng tĩnh trình bày Ảnh hưởng yếu tố khác đến ứng xử sàn BubbleDeck xem xét, cường độ bê tơng, hình dạng đường kính bóng nhựa, cốt thép đai Các kết từ thực nghiệm so sánh với sàn bê tông cốt thép truyền thống để chứng tỏ tính ưu việt hiệu cơng nghệ Ngồi ra, việc cải tiến hình dạng bóng nhựa cách sử dụng bóng hình dẹt nhằm tăng khả chịu tải sàn tốt trình bày chi tiết Các kết nghiên cứu cho thấy tính hiệu khả thi để ứng dụng sàn BubbleDeck công trình xây dựng Việt Nam ABSTRACT The new prefabricated construction technology using BubbleDeck slab is recently applied in many industrial projects in the world BubbleDeck slab uses hollow balls made by recycled plastic and therefore it is an innovatory method of virtually eliminating concrete from the middle of conventional slab not contributes to the structural performance, thereby importantly reducing structural self weight In this thesis, the experimental results of BubbleDeck slab subject to static loadings are presented The effects of various factors to the behaviors of BubbleDeck slab are considered, such as the concrete strength, the shape and diameter of plastic balls, reinforcement stirrup The obtained results will be compared with that of traditional reinforced concrete floor in order to demonstrate the superiority and advances of the introduced technology In addition, the improving of the plastic ball’s shape by using elliptical balls for better load-bearing capacity is also presented in details The research results show the effectiveness and feasibility of the application of Bubble Deck slabs in the construction works in Vietnam i MỤC LỤC MỤC LỤC i CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI iv DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH viii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.2 Tổng quan công nghệ sàn BubbleDeck 1.2.1 Cấu tạo 1.2.2 Phạm vi ứng dụng công nghệ sàn BubbleDeck 1.3 Tình hình nghiên cứu giới nước 1.3.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.4 Mục tiêu phạm vi đề tài 1.4.1 Mục tiêu đề tài 1.4.2 Phạm vi đề tài CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP BUBBLEDECK 2.1 Giới thiệu chung BubbleDeck 2.2 Tính tốn khả chịu lực sàn BubbleDeck 2.2.1 Tính tốn cấu kiện chịu uốn theo TCXDVN 356 - 2005 2.2.1.1 Hệ số giới hạn chiều cao vùng nén 2.2.1.2 Tiết diện chữ nhật 2.2.1.3 Tiết diện chữ T 12 2.2.2 Tính toán cấu kiện chịu cắt theo TCXDVN 356 - 2005 16 2.2.2.1 Điều kiện tính toán 16 2.2.2.2 Điều kiện bê tông chịu nén vết nứt nghiêng .17 2.2.2.3 Điều kiện độ bền tiết diện nghiêng 18 2.2.2.4 Tính cắt cho dầm, sàn chịu tải tập trung 20 CHƯƠNG PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM 22 3.1 Vật liệu 22 3.1.1 Bê tông 22 ii 3.1.2 Cốt thép 22 3.1.3 Bóng nhựa 22 3.2 Mẫu sàn thí nghiệm 23 3.3 Dụng cụ thi công mẫu, gia tải đo đạc 27 3.4 Quy trình đúc mẫu thí nghiệm 28 3.5 Sơ đồ quy trình thí nghiệm, thu nhận liệu 29 3.5.1 Sơ đồ thí nghiệm 29 3.5.2 Bố trí thiết bị đo đạc 31 3.5.3 Quy trình gia tải thu nhận liệu 36 3.6 Kết thí nghiệm nhận xét 37 3.6.1 Kết thí nghiệm 37 3.7 Phân tích số liệu sàn kích thước 1615x680x195 mm 38 3.7.1 So sánh lực – chuyển vị 39 3.7.2 So sánh lực – biến dạng cốt thép 41 3.7.3 So sánh lực – biến dạng bê tông 43 3.7.4 So sánh lực – bề rộng vết nứt 44 3.8 Phân tích số liệu sàn kích thước 1900x800x230 mm 46 3.8.1 So sánh lực – chuyển vị 46 3.8.2 So sánh lực – biến dạng cốt thép 49 3.8.3 So sánh lực – biến dạng bê tông 51 3.8.4 So sánh lực – bề rộng vết nứt 53 3.9 Sàn bubbledeck bóng trịn 1615x680x195 mm 1900x800x230 mm 56 3.9.1 So sánh lực – chuyển vị 56 3.9.2 So sánh lực – biến dạng cốt thép 58 3.9.3 So sánh lực – biến dạng bê tông 60 3.9.4 So sánh lực – bề rộng vết nứt 61 3.10 Kết tính tốn lý thuyết 64 CHƯƠNG MÔ PHỎNG MẪU SÀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 67 4.1 Mục đích việc mô 67 4.2 Mơ hình vật liệu 67 4.2.1 Bê tông 67 4.2.2 Cốt thép 69 iii 4.3 So sánh kết thí nghiệm với kết ANSYS cho mẫu sàn 71 4.3.1 So sánh lực – chuyển vị 71 4.3.2 So sánh lực – biến dạng cốt thép 72 4.3.3 So sánh lực – biến dạng bê tông 72 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 5.1 Kết luận 76 5.2 Kiến nghị 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 iv CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI Kí hiệu a, a ' Giải thích, định nghĩa Đơn vị Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép As đến mép chịu kéo mm từ trọng tâm As' đến mép chịu nén Ab Diện tích tiết diện bê tơng mm2 As Diện tích tiết diện cốt thép dọc chịu kéo mm2 As' Diện tích tiết diện cốt thép dọc chịu nén mm2 Asw Diện tích tiết diện lớp cốt thép đai mm2 Abw Diện tích tiết diện lớp bê tơng chịu kéo mm2 b Bề rộng tiết diện chữ nhật, sườn tiết diện chữ T mm bf Bề rộng cánh tiết diện chữ T mm B Kí hiệu cấp độ bền bê tơng C Chiều dài hình chiếu tiết diện nghiêng mm Co Giá trị C để tính cốt thép đai mm Eb , Ec Môđun đàn hồi bê tông MPa Es Môđun đàn hồi cốt thép MPa ft Cường độ chịu kéo chẻ đôi bê tông mẫu trụ MPa fy Ứng suất chảy dẻo cốt thép MPa fu Ứng suất chịu kéo tới hạn cốt thép MPa F Kí hiệu tải trọng tập trung ( F1 , F2 ) h Chiều cao tiết diện mm ho Chiều cao làm việc mm hf Chiều cao cánh tiết diện chữ T mm L Khoảng cách gối tựa cạnh sàn mm M Kí hiệu mômen uốn kNm, Nmm M gh Khả chịu mômen tiết diện kNm, Nmm Mf Mômen phân giới tiết diện chữ T kNm, Nmm - N, kN v kNm, Nmm Mb Giá trị mơmen dùng để tính Qb Pcr Lực gây nứt N, kN Pu Lực phá hoại N, kN qsw Khả chịu lực cốt thép đai tính thành phân bố Q Lực cắt tính toán N, kN Qbo Khả chịu cắt bê tông N, kN Qb Khả chịu cắt bê tông tiết diện nghiêng N, kN Qb Giá trị nhỏ Qb N, kN Qsw Khả chống lực cắt cốt thép đai tiết N, kN kN/m, N/mm diện nghiêng Qbt Khả chịu cắt theo điều kiện ứng suất nén N, kN Rb ( fc' ); Rbt ( ft ) Giá trị tính tốn cường độ bê tơng (cường độ nén kéo) MPa Rs ( f s ); Rsc Cường độ tính tốn nén kéo cốt thép dọc MPa Rsw Cường độ tính tốn cốt thép ngang MPa s Khoảng cách cốt thép đai mm uf Giá trị để tính n tiết diện chữ T mm v1 , v2 Khoảng cách từ gối tựa đến lực tập trung mm w Bề rộng khe nứt mm wcr Bề rộng khe nứt thời điểm bắt đầu nứt mm wu Bề rộng khe nứt tới hạn mm x Chiều cao vùng bê tông chịu nén mm Z Cánh tay đòn nội lực mm Za Khoảng cách trọng tâm As As' mm Zb Cánh tay đòn nội lực tiết diện đặt cốt thép đơn mm  Hệ số để xác định  ,  R - m Hệ số tính tốn tiết diện -  Hệ số để tính b1 -  Hệ số tính tốn tiết diện - vi b Hệ số điều kiện làm việc bê tông - s Hệ số điều kiện làm việc cốt thép -  Hệ số đặc trưng vùng nén bê tông - b1 Hệ số để tính Qbt - b2 ,b3 ,b4 Các hệ số để tính Qb , Qb , M b - w1 Hệ số cốt đai để tính Qbt - f Hệ số phụ thuộc cánh chữ T chịu nén -  Tỉ số chiều cao vùng nén x / ho - R Giới hạn  dùng tính tốn - s Hàm lượng cốt thép - c Ứng suất nén bêtông MPa s Ứng suất cốt thép chịu kéo MPa  sc.u Ứng suất giới hạn cốt thép vùng nén MPa s Biến dạng cốt thép - su Biến dạng cốt thép lúc phá hoại - c Biến dạng bê tông - cu Biến dạng bê tông lúc phá hoại -  Chuyển vị vị trí sàn mm u Chuyển vị tới hạn vị trí sàn mm vii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Các hệ số b , b3 , b ,  19  Bảng 3.1: Bảng cấp phối bê tông .22  Bảng 3.2: Kính thước nhóm mẫu sàn .23 Bảng 3.3: Đặc tính kỹ thuật cảm biến điện trở 28 Bảng 3.4: Bảng tổng hợp kết thí nghiệm mẫu sàn 37 Bảng 3.5: So sánh lực sàn 1615x680x195 mm 40 Bảng 3.6: So sánh chuyển vị sàn 1615x680x195 mm 40 Bảng 3.7: So sánh biến dạng thép sàn 1615x680x195 mm 42 Bảng 3.8: So sánh biến dạng bê tông sàn 1615x680x195 mm 44 Bảng 3.9: So sánh bề rộng vết nứt sàn 1615x680x195 mm 45 Bảng 3.10: So sánh lực sàn 1900x800x230 mm 48 Bảng 3.11: So sánh chuyển vị sàn 1900x800x230 mm 48 Bảng 3.12: So sánh biến dạng thép sàn 1900x800x230 mm 50 Bảng 3.13: So sánh biến dạng bê tông sàn 1900x800x230 mm 53 Bảng 3.14: So sánh vết nứt sàn 1900x800x230 mm 55 Bảng 3.15: So sánh lực sàn BubbleDeck Ф154, 1615x680x195 mm 57 Bảng 3.16: So sánh chuyển vị sàn BubbleDeck Ф154, 1615x680x195 mm 57 Bảng 3.17: So sánh biến dạng thép sàn BubbleDeck Ф154, 1615x680x195 mm 59 Bảng 3.18: So sánh biến dạng bê tông sàn BubbleDeck Ф154, 1615x680x195 mm với sàn BubbleDeck Ф186, 1900x800x230 mm 61 Bảng 3.19: So sánh bề rộng vết nứt sàn BubbleDeck Ф154, 1615x680x195 mm .63 Bảng 3.20: Bảng tính mơmen giới hạn Mgh theo TCXDVN 356-2005 .64 Bảng 3.21: Bảng tính lực cắt Q theo TCXDVN 356-2005 65 Bảng 4.1: So sánh lực, chuyển vị sàn A.BD.1 71 Bảng 4.2: So sánh biến dạng cốt thép sàn B.BD.1 72 Bảng 4.3: So sánh biến dạng bê tông sàn A.BD.2 73 Bảng 4.4: So sánh biến dạng bê tông sàn A.BD.3 74 ... phạm vi ti? ?t diện nghiêng x? ?t 2.2.2.4 T? ?nh c? ?t cho dầm, sàn chịu t? ??i t? ??p trung Khi dầm, sàn chịu t? ??i trọng t? ??p trung cần t? ?nh với t? ? ?t ti? ?t diện nghiêng xu? ?t ph? ?t từ gối t? ??a không vư? ?t ti? ?t diện... cách t? ?? trọng t? ?m c? ?t thép As đến mép chịu kéo mm t? ?? trọng t? ?m As' đến mép chịu nén Ab Diện t? ?ch ti? ?t diện bê t? ?ng mm2 As Diện t? ?ch ti? ?t diện c? ?t thép dọc chịu kéo mm2 As' Diện t? ?ch ti? ?t diện c? ?t. .. ph? ?t triển công nghệ sàn BubbleDeck 1.4.2 Phạm vi đề t? ?i Đề t? ?i thực khảo s? ?t phân t? ?ch thực nghiệm ứng xử khả chịu lực sàn BubbleDeck T? ??ng cộng mẫu thử gồm mẫu sàn bê t? ?ng c? ?t thép đặc mẫu sàn