Nghiên cứu ảnh hưởng của cốt đai đến khả năng chịu lực dọc trục của cột bằng phương pháp thực nghiệm

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM HỮU HUY NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT ĐAI ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC DỌC TRỤC CỦA CỘT BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM Chuyên Ngành : XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Mã Số Ngành : 60.58.20 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2011 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS HỒ HỮU CHỈNH (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét :………………………………………………………… (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét :………………………………………………………… (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày……tháng……năm 2011 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA XÂY DỰNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo - Tp HCM, ngày tháng năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHẠM HỮU HUY Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh: 26/09/1982 Nơi sinh : Tp HCM Chuyên ngành: CAO HỌC XÂY DỰNG DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP K2007 MSHV : 02107459 1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: • Thí nghiệm nén mẫu cột bêtơng cốt thép trường • Tính tốn, kiểm chứng kết thực nghiệm với mơ hình lý thuyết Frédéric Légoron & Patrick Paultre, mơ hình Mander • Đánh giá hiệu gia cường ép ngang thép đai lên cường độ chịu nén dọc trục 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 07/09/2009 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 15/07/2010 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS HỒ HỮU CHỈNH Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm tạ Thầy Cô giáo thuộc Bộ môn Công trình tạo điều kiện tốt quan tâm khích lệ mặt trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình Thầy HỒ HỮU CHỈNH trình hoàn thành luận văn Xin cám ơn đồng nghiệp Phịng Quản lý Kỹ thuật Thi cơng, Xí nghiệp Xây lắp II – Công ty Cổ phần Địa ốc 10 giúp đỡ phương tiện, nhân lực để thực trình thực nghiệm Cảm ơn bạn học viên Khóa 2007, Khóa 2008 ngành Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp bạn sinh viên môn Vật liệu Xây dựng giúp đỡ số tài liệu bổ sung việc thực luận văn Xin cảm ơn Thầy NGUYỄN MINH TÂM (bộ môn Nền móng) giúp đỡ kỹ thuật nén tĩnh cột thời gian thực luận văn này, KTS.Lê Minh Trí giúp đỡ ngày đầu thực luận văn Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 07 năm 2010 Học viên PHẠM HỮU HUY TÓM TẮT Cốt ngang (cốt đai) biết đến cốt thép gia cường cho khả chịu cắt cấu kiện chịu uốn, tính tốn tiêu chuẩn Việt Nam chưa nói nhiều đến ảnh hưởng khác cốt ngang như: tăng độ dẻo dai kết cấu, tăng cường khả chịu nén cấu kiện cốt ngang làm bê tông lõi bị ràng buộc không tự nở ngang đạt đến giới hạn phá hoại Hiệu việc tăng cường cốt đai cho cột ta tăng cường thêm cốt đai vùng bêtơng chịu nén, có biến dạng lớn, dễ bị phá hoại Hệ thống công thức Mander đề nghị sử dụng rộng rãi từ sớm vấn đề bêtông bị ép ngang; chẳng hạn như: cường độ bê tông tăng lên không tự nở ngang, ảnh hưởng hình dạng, kích thước, cường độ cốt đai đến khả tăng cường độ bê tơng Đến năm 2003, mơ hình tác giả Frédéric Légeron Patrick Paultre ứng dụng hợp lý Vấn đề bê tông bị ràng buộc cốt đai nhắc đến tiêu chuẩn Mỹ (ACI), châu Âu (Euro code) kể thực nghiệm thực nghiên cứu nước Đề tài thực với mong muốn tìm hiểu rõ ảnh hưởng cốt ngang đến làm việc cấu kiện chịu nén dọc trục, cốt đai đường kính nào, bố trí đạt hiệu tốt để làm sở tham khảo ứng dụng vào thực tế thi cơng ngồi cơng trường Với khái niệm suy đốn thơi thúc tác giả tâm thực đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm” Trong đó, tiến hành lập mơ hình nén 13 mẫu cột tương đối giống thực tế (tiết diện 20cmx20cm, Mác 300, dài 1500mm) chia làm đợt với nhiều lựa chọn cốt đai, quy cách bố trí khác tiến hành nén trường kiểm tra lực nén phá hủy kết hợp đo ứng suất biến dạng, đồng thời tính tốn thơng số mẫu theo mơ hình tác giả F.Légeron P.Paultre, tác giả Mander Việc so sánh đối chiếu kết cho tác giả số kết đáng lưu ý để ứng dụng thực tế cơng trình thi cơng MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Quá trình hình thành vết nứt & phá hoại bêtông chịu nén tự không ép ngang (Unconfined concrete) 1.2 Đặt vấn đề nghiên cứu 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.4 Ý nghĩa nghiên cứu CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 2.2 Tình hình nghiên cứu nước CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT & TÍNH TỐN ÁP DỤNG 3.1 Các khái niệm 3.2 Mơ hình ép ngang Mander(1988) 3.3 Mơ hình ép ngang tăng cường khả chịu lực cột bêtông Patric Paultre Frédéric Légeron (2008) 12 3.4 Tính tốn khả chịu nén cột theo mơ hình Mander mơ hình Frédéric Légoron & Patrick Paultre 22 CHƯƠNG 4: THIẾT LẬP MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 30 4.1 u cầu mơ hình cần đáp ứng 30 4.2 Thiết kế cột & Mơ hình tiến hành nén phá hủy cột 30 CHƯƠNG 5: THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG 36 5.1 Quy trình thí nghiệm 36 5.2 Q trình thí nghiệm nén mẫu trường cột đai nhánh 37 5.3 Q trình thí nghiệm nén mẫu trường cột đai nhánh 41 5.4 Kết quan sát thực nén cột trường 50 5.5 Kết số liệu thí nghiệm nén mẫu trường 51 CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA CỘT BẰNG PHẦN MỀM ANSYS 53 6.1 Mô tả công t ác lập trình mơ 53 6.2 Kết trình thực mơ 53 6.3 Nhận xét trình mô 61 CHƯƠNG 7: PHÂN TÍCH SO SÁNH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 64 7.1 Bảng kết so sánh tính tốn theo Mander – P.Paultre & F.Légeron – Thực nghiệm 64 7.2 ' Biểu đồ tỷ số hiệu ép ngang I c lực nén phá hoại theo Mơ hình Mander – Mơ hình P.Paultre & F.Légeron – Thực nghiệm 65 7.3 Bảng so sánh&biểu đồ thể tính hiệu cốt đai đến lực nén phá hoại 67 CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69 8.1 Kết luận 69 8.2 Kiến nghị 70 PHỤ LỤC 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 112 CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI Ag : tổng tiết diện mặt cắt ngang cọc, mm2 Acc0 : tiết diện lõi ảo bê tông bị ép ngang (mm2) Acc1: tiết diện lõi thực bê tông bị ép ngang (mm2) Ac2 : tiết diện vỏ đai gia cường bị ép ngang (mm2) Asp : mặt cắt tiết diện thép đai gia cường bị ép ngang (mm2) Ash: tổng tiết diện thép đai gia cường ép ngang bước s C: đường kính lõi bê tơng bị ép ngang (mm) fe : ứng suất hữu hiệu bê tông f’c : cường độ chịu nén thiết kế bê tông tự nở hông (MPa) ρcc : tỉ số thể tích thép dọc lõi fpy : cường độ cháy dẻo cáp DUL (MPa) fhy: cường độ cháy dẻo thép đai (MPa) ρse : tỉ số thể tích ép ngang hiệu (%) f’h : ứng suất thép ép ngang đỉnh tác động lên lớp (MPa) f’le: ứng suất ép ngang hiệu đỉnh tác động lên lõi bê tông (MPa) f’cc : ứng suất nén cực hạn đỉnh bê tông bị ép ngang (MPa) Es: Module đàn hồi thép đai (MPa) ε’c: biến dạng nén cực hạn bê tông tự nở hông ε’cc : biến dạng nén cực hạn đỉnh bê tông bị ép ngang εcc50: biến dạng nén sau đỉnh 50% f’cc Ke: số gia cường ép ngang hình dọc κ: hệ số điều chỉnh độ dốc I’e: số hiệu ép ngang không thứ nguyên đỉnh I’e50: số hiệu ép ngang không thứ nguyên 50% f’cc sau đỉnh n: số lượng cốt đai Pmax: ứng suất nén cực hạn thực nghiệm (MPa) s: bước đai (mm) Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VẾT NỨT & SỰ PHÁ HOẠI CỦA BÊTÔNG CHỊU NÉN TỰ DO KHƠNG ÉP NGANG (Unconfined concrete): Bêtơng mơt vật liệu hỗn hợp gồm xi măng & cốt liệu (cát, đá) cốt liệu chịu nén có quan hệ ứng suất biến dạng phi tuyến, thân chúng vật liệu giòn nên chịu tải (lực kéo, lực nén) có ứng lực kéo vng góc với phương biến dạng Ví dụ bêtơng chịu tải nén trục vết nứt có chiều hướng phát triển song song ứng suất nén tối đa Trong thí nghiệm nén mẫu hình lăng trụ ma sát bề mặt bàn nén & hai mặt mẫu thử kìm chế hình thành vết nứt thẳng đứng vùng vết nứt xuất chiều cao mẫu Khi chịu tải trọng, bêtông xuất vết nứt vô nhỏ đưa đến việc phân bố lại ứng suất từ phần sang phần khác Chiều dài vết nứt vô nhỏ từ (0,3175cm – 1,27cm) Các vết nứt gồm dạng: + Các vết nứt liên kết: vết nứt vô nhỏ xuất dọc theo bề mặt vữa cốt liệu + Các vết nứt vữa : vết nứt vô nhỏ cắt ngang qua vữa màng liên kết Trong thí nghiệm nén trục mẫu bêtơng, hình thành phát triển vết nứt đến phá hoại mẫu bêtông gồm giai đoạn : + Giai đoạn 1: Trước chịu tải, q trình bêtơng đơng kết co ngót vữa bị kiềm chế cốt liệu làm xuất ứng suất kéo dẩn đến kết vết nứt không tải Khi bêtông chịu tải trọng thấp, vết nứt làm cho đường cong ứng suất biến dạng tuyến tính đoạn 30% cường độ chịu nén bêtông + Giai đoạn 2: Khi tăng tải bêtông chịu ứng suất từ 30% đến 40% cường độ chịu nén nó, ứng suất mặt dốc cốt liệu vượt cường độ chịu kéo & chịu cắt bề mặt cốt liệu – vữa vết nứt liên kết bắt đầu phát triển, vết nứt Trang Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm ổn định phát triển tải trọng tiếp tục tăng có phân bố lại tải trọng nên làm đường cong quan hệ ứng suất biến dạng bắt đầu cong + Giai đoạn 3: Khi tải trọng tăng vượt tối đa từ 50% đến 60% vết nứt cục phát triển song song việc nén tải có biến dạng ngang Trong giai đoạn có phát triển vết nứt ổn định (vết nứt tăng theo việc tăng tải không tăng tải trọng không đổi) Sự bắt đầu giai đoạn đặt tải gọi giới hạn không liên tục + Gia đoạn 4: Khi đạt 75% - 80% tải trọng tới hạn số lượng vết nứt vữa bắt đầu tăng vết nứt vô nhỏ bắt đầu hình thành Do có phần không bị hư hỏng chịu tải trọng lúc đường cong quan hệ ứng suất biến dạng trở nên phi tuyến nhiều Sự bắt đầu thời kỳ tạo vết nứt gọi ứng suất tới hạn Cùng với xuất biến dạng dọc ε1 ta thấy vết nứt vơ nhỏ trở nên rộng vết nứt phân bố tới biến dạng ngang biến dạng ngang biến dạng kéo tính thơng qua hệ số Poisson Khi tải trọng vượt 75% - 80% độ bền nén tối đa vết nứt biến dạng tăng nhanh biến dạng theo thể tích tăng theo εv= ε1 + 2ε3 Việc xác định ứng suất tới hạn quan trọng : + Sự gia tăng biến dạng thể tích gây nên áp lực ngồi thép chịu kéo, nhờ thép dọc cốt đai có tác dụng kìm chế giãn nở ngang bêtông + Khi tải trọng lớn tải trọng giới hạn cấu trúc bêtơng có xu hướng trở nên khơng ổn định làm biến dạng ngày tăng cách nhanh chóng dẫn đến vỡ nứt bêtông 1.2 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU : Cốt ngang (cốt đai) biết đến cốt thép gia cường cho khả chịu cắt cấu kiện chịu uốn, tính tốn tiêu chuẩn Việt Nam chưa nói đến ảnh hưởng khác cốt ngang như: tăng độ dẻo dai kết cấu, tăng cường khả Trang Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm h Công tác tiến hành nén mẫu Ø a 150 : Trang 98 Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm Trang 99 Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm i Công tác tiến hành nén mẫu Ø 10 a 150 : Trang 100 Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm Trang 101 Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm j Công tác tiến hành nén mẫu Ø a 100 : Trang 102 Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm Trang 103 Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm k Công tác tiến hành nén mẫu Ø a 100 : Trang 104 Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm Trang 105 Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm Trang 106 Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm l Công tác tiến hành nén mẫu Ø 10 a 100 : Trang 107 Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm Trang 108 Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm m Các mẫu cột thí nghiệm sau nén phá hoại : Trang 109 Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm n Công tác thu thập kết quả, số liệu tính tốn : o Bảng quy đổi số lực n nén kích thuỷ lực : Trang 110 Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Frederic Legeron and Patrick Paultre,M.ASCE,2003 “ Uniaxial Confinement Model for Normal and High_Strength Concrete Columns” [2] Patrick Paultre, M.ASCE; and Frederic Legeron, M.ASCE, 2008 “ Confinement Reinforcement Design for Reinforced Concrete Columns” [3] Mander, JB., M.J.N Priestley and R Park – Observed Stress-Strain Behavior of Confined Concrete – Journal of Structural Engineering, ASCE, August 1988, Vol 114, No.8, pp.1827-1849 [4] ACI 318M – 02 – Building Code Requrements for Structural Concrete, American Concrete Institute, Farmington Hill, Michigan, 2002 [5] ACI 318M – 05 – Buiding Code Requirements for structural concrete and Commentary [6] EC2 –Manual for the design of reinforced concrete building structures, The Institution of Structural Engineers, The Institution of Civil Engineers, March 2000 [7] Tiêu chuẩn BS 8110-1-1997 “Column design ” [8] TCXDVN 356:2005 – Kết cấu bê tông bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế - NXB Xây dựng Hà Nội, 2005 [9] TS Hồ Hữu Chỉnh, "Tài liệu Bê tông cốt thép nâng cao chương trình cao học” Khoa kỹ thuật Xây Dựng ĐH Bách Khoa TP HCM, 2008 [10] Trần Thanh Loan, “Phương pháp tính tốn cấu kiện BTCT chịu uốn & chịu nén theo ACI – So sánh với quy phạm Việt Nam”, Luận văn thạc sĩ, Trường ĐHBK Tp.HCM, 07/2002 [11] Hồ Ngọc Tri Tân, "Nghiên cứu ảnh hưởng cốt ngang kết cấu BTCT chịu uốn phương pháp thực nghiệm”, Luận văn Thạc sĩ, Trường ĐHBK Tp.HCM, 06/2008 [12] Nguyễn Hùng Thành, "Nghiên cứu ảnh hưởng ép ngang thép đai lên sức chịu tải nén dọc trục cọc ống BTCT ly tâm dự ứng lực ”, Luận văn Thạc sĩ, Trường ĐHBK Tp.HCM, 07/2009 Trang 111 Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên : PHẠM HỮU HUY Phái : Nam Năm sinh : 26-09-1982 Nơi sinh : TP.HCM Địa liên lạc : 72 đường 37, Khu phố 3, Phường Tân Quy, Quận 7, TP.Hồ Chí Minh Điện Thoại : 0909.695.229 Email : huyktxd@yahoo.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 2000 – 2005 : Sinh viên Trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh 2007 – 2010 : Học viên cao học trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC Năm 2006 – đến : Công ty Cổ phần Địa Ốc 10 178-180-182 Ngơ Gia Tự, Phường 9, Quận 10, TP Hồ Chí Minh Trang 112 ... cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm b Quá trình tiến hành nén mẫu đai Ø a 200 : Trang 42 Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm. .. đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm b Quá trình tiến hành nén mẫu đai Ø a 100 : Trang 38 Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm. .. (KN) Nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả chịu lực dọc trục cột phương pháp thực nghiệm CỘT 8D10, CỘT 8D10, CỘT 8D10, ĐAI D6a150 ĐAI D8a150 ĐAI D10a150 Số nhánh đai phương X: 4 Số nhánh đai phương