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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CHÂU LẢNH ỨNG XỬ CẮT THỦNG CỦA LIÊN KẾT GIỮA SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số ngành: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2020 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM Cán hướng dẫn khoa học 1: TS THÁI SƠN Cán hướng dẫn khoa học 2: PGS TS NGÔ HỮU CƯỜNG Cán chấm nhận xét 1: PGS TS NGUYỄN MINH LONG Cán chấm nhận xét 2: TS NGUYỄN DUY LIÊM Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM ngày 13 tháng 01 năm 2020 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch hội đồng: PGS TS Hồ Đức Duy Thư ký: TS Đoàn Ngọc Tịnh Nghiêm Phản biện 1: PGS TS Nguyễn Minh Long Phản biện 2: TS Nguyễn Duy Liêm Ủy viên: PGS TS Lê Anh Thắng CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS.TS HỒ ĐỨC DUY PGS.TS LÊ ANH TUẤN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: CHÂU LẢNH MSHV: 1770050 Ngày, tháng, năm sinh: 28/07/1993 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD&CN Mã số: 60580208 I TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG XỬ CẮT THỦNG CỦA LIÊN KẾT GIỮA SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Xây dựng mơ hình số phần mềm phần tử hữu hạn ABAQUS cho phép dự đoán tin cậy ứng xử cắt thủng liên kết sàn phẳng bê tông cốt thép (BTCT) cột ống thép nhồi bê tông (Concrete-Filled Steel Tube (CFT)) So sánh kết mơ với kết thí nghiệm để chứng tỏ hợp lý, tính hiệu độ tin cậy phương pháp quy trình mơ Khảo sát ảnh hưởng thông số thiết kế (chiều dài chi tiết chống cắt, chiều dày sàn, cường độ bê tông) đến ứng xử khả kháng cắt thủng liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT Đề xuất cơng thức dự đốn lực cắt thủng liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT Xây dựng quan hệ lực cắt-chuyển vị đứng liên kết theo mơ hình đề xuất III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Tháng 08 năm 2019 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Tháng 12 năm 2019 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1: TS THÁI SƠN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2: PGS.TS NGÔ HỮU CƯỜNG TP HCM, ngày 13 tháng 01 năm 2020 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG NGÀNH TS THÁI SƠN PGS.TS NGÔ HỮU CƯỜNG PGS.TS LƯƠNG VĂN HẢI TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS.TS LÊ ANH TUẤN LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời chân thành biết ơn đến Thầy TS Thái Sơn Thầy PGS.TS Ngô Hữu Cường, người hướng dẫn tận tình để tơi hồn thành luận văn Hai Thầy truyền đạt nhiều kiến thức quý báu kinh nghiệm nghiên cứu khoa học, tận tình dìu dắt bảo, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM Tơi xin tỏ lịng biết ơn đến tất Thầy Cô tham gia giảng dạy lớp cao học ngành Kỹ thuật xây dựng dân dụng cơng nghiệp khố 2017 Các Thầy Cơ trang bị cho kiến thức, nhận xét, góp ý q báu để tơi phát triển đường nghiên cứu khoa học phát triển nghề nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Công ty Cổ phần Tư vấn đầu tư Thiết kế xây dựng CDCo, đặc biệt anh Trưởng phòng thiết kế kết cấu ThS.KS Huỳnh Tấn Kiệt tạo điều kiện để tơi hồn thành chương trình học tập Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn đến động viên, chia sẻ, khích lệ gia đình, bạn bè, đồng nghiệp để tơi ln nỗ lực học tập nghiên cứu Luận văn hoàn thành với nỗ lực thân thời gian quy định, khó tránh khỏi thiếu sót định, kính mong q Thầy Cơ dẫn thêm để tơi hồn thiện Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn! Trân trọng TP HCM, ngày 13 tháng 01 năm 2020 Châu Lảnh TÓM TẮT Trong luận văn này, ứng xử cắt thủng liên kết sàn phẳng bê tông cốt thép cột ống thép nhồi bê tông nghiên cứu dựa phương pháp mô số Liên kết mô phương pháp phần tử hữu hạn với việc sử dụng phần mềm ABAQUS Thông số chi tiết liên kết chịu tác dụng lực cắt thủng lấy từ thí nghiệm cơng bố gần tạp chí chuyên ngành quốc tế Độ tin cậy mơ hình số kiểm chứng thông qua việc so sánh kết đạt quan hệ lực  chuyển vị, hình dạng kích thước tháp xuyên thủng chế phá hoại liên kết với liệu từ kết thực nghiệm Từ mơ hình kiểm chứng độ tin cậy, thơng số mơ cường độ bê tông, chiều dài chi tiết chống cắt, chiều dày sàn thay đổi để khảo sát ảnh hưởng chúng đến ứng xử khả kháng cắt thủng liên kết Từ đó, cơng thức đề xuất để dự đoán lực cắt thủng với dạng liên kết điển hình Ngồi ra, quan hệ lực cắt thủng chuyển vị đứng liên kết thông qua công thức đơn giản đề xuất luận văn ABSTRACT In this thesis, the punching shear response of connections between reinforced concrete flat slab and concrete-filled steel tube columns are investigated by using the numerical simulation approach The connections are modeled by the finite element method with the use of ABAQUS software The details of the connections under punching shear are retrieved from experimental studies recently published in literature The reliability of the numerical simulation is verified through the comparison of obtained results of load-displacement relations, size and shape of cracking patterns and failure modes to those observed in experimental studies Based on the verified models, parametric studies are conducted to examine the influence of concrete strength, length of shearhead, slab thickness on the punching shear response of the connections From that point, a formula is proposed to predict punching shear strength of some typical connection types In addition, a simplified expression consisting of two linear equations is also proposed to predict the relation between punching shear and vertical displacement of the connections LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Châu Lảnh, học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp, khóa 2017, Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Tơi xin cam đoan luận văn thân tự thực Các số liệu, kết luận văn hoàn toàn trung thực Việc tham khảo nguồn thông tin, tài liệu luận văn trích dẫn ghi rõ nguồn gốc Tơi xin chịu trách nhiệm kết nghiên cứu luận văn TP HCM, ngày 13 tháng 01 năm 2020 Châu Lảnh MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài 1.4 Các chương luận văn CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 2.1 Ứng xử phá hoại cắt thủng hệ cột-sàn phẳng BTCT 2.2 Tổng quan nghiên cứu cắt thủng liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT 12 2.2.1 Liên kết Cheol-Ho Lee cộng [16] 12 Cheol-Ho Lee c 12 2.2.2 Liên kết Pinyu-Yan [2] 15 2.2.3 Liên kết Jin-Won Kim cộng [3] 18 2.3 Kết luận 20 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN LỰC CẮT THỦNG 21 3.1 Cơng thức tính tốn cắt thủng cột-sàn phẳng BTCT tiêu chuẩn thiết kế 21 3.1.1 Tiêu chuẩn Eurocode - EC2 [17] 22 3.1.2 Tiêu chuẩn ACI 318-14 [18] 24 3.1.3 Tiêu chuẩn BS 8110 [19] 25 3.2 Công thức thực nghiệm nghiên cứu gần 26 3.2.1 Công thức Cheol-Ho Lee cộng [16] 26 3.2.2 Công thức Pinyu-Yan cộng [20] 27 3.2.3 Công thức Jin-Won Kim cộng [3] 30 3.3 Kết luận 32 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG LIÊN KẾT GIỮA SÀN PHẲNG BTCT VÀ CỘT CFT BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS 33 4.1 Cách thức xây dựng mơ hình liên kết Abaqus 33 4.1.1 Loại phần tử tương tác 33 4.1.2 Mô điều kiện biên 36 4.1.3 Tải trọng 37 4.1.4 Chia lưới 37 4.2 Mơ hình phá hoại dẻo (Concrete Damage Plasticity (CDP)) bê tông ABAQUS 38 4.3 Các thơng số cho mơ hình vật liệu bê tơng, cốt thép thép hình dùng mô ABAQUS 42 4.4 Kết mơ thí nghiệm Pinyu-Yan 46 4.4.1 Mơ tả thí nghiệm 46 4.4.2 Kết mô 50 4.5 Kết mơ thí nghiệm Jin-Won Kim 55 4.5.1 Mơ tả thí nghiệm 55 4.5.2 Kết mô 58 4.6 Kết luận 62 CHƯƠNG 5: PHÁT TRIỂN PHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN KHẢ NĂNG CẮT THỦNG CỦA LIÊN KẾT 63 5.1 Khảo sát thơng số vật liệu hình học 63 5.1.1 Kết khảo sát dạng liên kết 64 5.1.2 Kết khảo sát dạng liên kết 68 5.2 Xây dựng công thức xác định khả chịu cắt liên kết 72 5.2.1 So sánh lực cắt thủng công thức tiêu chuẩn, thực nghiệm gần kết mô số Abaqus 72 5.2.2 Xây dựng công thức xác định cường độ cắt thủng 83 5.2.3 Xây dựng quan hệ lực cắt-chuyển vị đứng 88 5.3 Kết luận 96 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 97 6.1 Kết luận 97 6.2 Hướng phát triển 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 PHỤ LỤC 104 Kết khảo sát dạng liên kết 104 1.1 Chiều dài chi tiết chống cắt (lv) 104 1.2 Chiều dày sàn (h) 107 1.3 Cường độ bê tông (fc) 110 Kết khảo sát dạng liên kết 113 2.1 Chiều dài chi tiết chống cắt (lv) 113 2.2 Chiều dày sàn (h) 116 2.3 Cường độ bê tông (fc) 119 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Hệ kết cấu liên hợp sàn phẳng BTCT cột CFT Hình 1.2: Phá hoại xuyên thủng mẫu sàn phẳng [1] Hình 2.1: Sự sụp đổ tịa nhà 2000 Commonwealth Avenue, Boston, US, 1971 [4] .6 Hình 2.2: Sự sụp đổ cửa hàng bách hóa Sampoong, Seoul, Hàn Quốc 1995 [5] Hình 2.3: Sự sụp đổ tầng nhà đỗ ô tô Piper Rows, Wolverhampton, Anh 1997 [5] Hình 2.3: So sánh phá hoại giòn phá hoại dẻo [6] Hình 2.4: Dạng phá hoại cắt thủng sàn phẳng Hình 2.6: Hệ cốt thép chịu cắt theo đề xuất Lips cộng [10] .10 Hình 2.7: So sánh khả kháng cắt thủng có khơng sử dụng cốt thép chịu cắt [10] 10 Hình 2.8: Chi tiết đề xuất Corley Hawkins [12] 11 Hình 2.9: Liên kết đề xuất Cheol-Ho Lee [16] 12 Hình 2.10: Thí nghiệm Cheol-Ho Lee [16] 13 Hình 2.11: Sự phá hoại sàn BTCT - thí nghiệm Cheol-Ho Lee [16] 13 Hình 2.12: Chi tiết liên kết loại PinYu-Yan [2] 15 Hình 2.13: Chi tiết liên kết loại PinYu-Yan [2] 15 Hình 2.14: Thí nghiệm Pinyu-Yan [2] .16 Hình 2.15: Hình dạng vết nứt mặt sàn chịu kéo liên kết [2] 17 Hình 2.16: Hình dạng tháp xuyên thủng liên kết [2] .17 Hình 2.17: Liên kết đề xuất Jin-Won Kim cộng [3] 18 Hình 2.18: Thí nghiệm Jin-Won Kim [3] 19 Hình 2.19: Sự phá hoại sàn BTCT - thí nghiệm Jin-Won Kim [3] 19 Hình 3.1: Chiều cao làm việc sàn .21 Hình 3.2: Chu vi tháp xuyên thủng theo tiêu chuẩn 21 Hình 3.3: Mơ hình kiểm tra cắt thủng trạng thái giới hạn độ bền [17] 22 Hình 3.4: Chu vi tháp xuyên thủng theo tiêu chuẩn EC2 [17] 23 Hình 3.5: Chu vi tháp xuyên thủng theo tiêu chuẩn ACI 318 [18] 24 Hình 3.6: Chu vi tháp xuyên thủng theo tiêu chuẩn BS 8110 [19] 25 108 109 1.3 Cường độ bê tông (fc) 110 111 112 Kết khảo sát dạng liên kết 2.1 Chiều dài chi tiết chống cắt (lv) 113 114 115 2.2 Chiều dày sàn (h) 116 117 118 2.3 Cường độ bê tông (fc) 119 120 121 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: CHÂU LẢNH Ngày tháng năm sinh: 28/07/1993 Nơi sinh: Phú Yên Địa liên lạc: Xn Mỹ, Hịa Mỹ Đơng, Tây Hịa, Phú Yên Địa thường trú: 48 Thân Nhân Trung, P.13, Tân Bình, TP Hồ Chí Minh Điện thoại: 0904 549 153 Email: chaulanh93@gmail.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 2011-2016: Tốt nghiệp Khoa Xây dựng Cơng trình Dân dụng Cơng nghiệp, Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh 2017-2019: Học viên cao học Ngành xây dựng Cơng trình Dân dụng Công nghiệp, Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh ... quan ứng xử liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT  Thiết lập chương trình mơ liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT /cột ống thép phần mềm Abaqus cho phép dự đoán tin cậy ứng xử chịu cắt thủng liên kết sàn phẳng. .. chiều dày sàn, cường độ bê tông) đến ứng xử khả kháng cắt thủng liên kết sàn phẳng BTCT cột CFT  Đề xuất công thức dự đoán lực cắt thủng liên kết sàn phẳng BTCT cột cột CFT /cột ống thép Xây dựng... hoại cắt thủng kết cấu cột -sàn phẳng BTCT Hình 2.5: Dạng phá hoại cắt thủng sàn phẳng Khi sàn truyền lực ? ?ứng qua liên kết sàn phẳng BTCT cột, liên kết bị phá hoại cắt thủng cục vị trí liên kết