MÔ PHỎNG ỨNG XỬ LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THÀNH NHÂN MÔ PHỎNG ỨNG XỬ LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Đà Nẵng – Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THÀNH NHÂN MÔ PHỎNG ỨNG XỬ LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình Dân dụng Công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS ĐÀO NGỌC THẾ LỰC Đà Nẵng – Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Thành Nhân MÔ PHỎNG ỨNG XỬ LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Học viên: Nguyễn Thành Nhân Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình DD&CN Mã số: 60.58.02.08 Khóa: K31 Trƣờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Hệ kết cấu cột ống thép nhồi bê tông (CFST- Concrete Filled Steel Tube) với sàn phẳng bê tông cốt thép (BTCT) giải pháp kết cấu với tiềm ứng dụng lớn cho cơng trình nhà cao tầng Tuy nhiên, để đảm bảo làm việc chung hệ kết cấu cần phải giải mối liên kết sàn – cột Các nghiên cứu liên kết chủ yếu thực nghiệm, chƣa có nhiều mơ số để phân tích liên kết Trong luận văn sử dụng phần mềm ABAQUS để mơ cấu tạo phân tích trạng thái làm việc liên kết sàn phẳng BTCT-cột CFST Kết phân tích đƣợc xác minh với thí nghiệm để đánh giá tính xác việc mơ ABAQUS Từ kết mô phần mềm ABAQUS, ngƣời kỹ sƣ thiết kế nhà nghiên cứu tiến hành khảo sát chi tiết ứng xử liên kết, khảo sát ảnh hƣởng tham số đến làm việc liên kết để tìm liên kết hợp lý công cụ hiệu cho phép ngƣời kỹ sƣ phân tích, thiết kế kết cấu tƣơng tự nhƣ kết cấu có phức tạp cao ABAQUS Từ khóa - Cột ống thép nhồi bê tông; CFST(CFT); sàn phẳng BTCT; ABAQUS; liên kết Abstract - Concrete filled steel tube column and reinforced concrete plate slab structures is new structural method with great potential application to high rise buildings However, to ensure the overall work of the structure, it is necessary to solve the slab -column connection Today, the researches on reinforced concrete (RC) plate slab – CFST column connection mainly focus on experiment, not many simulations for connection analysis This thesis uses ABAQUS software to simulate RC plate slab - CFST column connections The results of the analysis will be verified with experiments to evaluate the accuracy of ABAQUS simulation Result of modeling using ABAQUS, designer and researcher can make more detailed investigations of connections behavior, investigate the effect of the parameters on the working of the connection to find more reasonable connection and also an effective tool that allows engineers to analyze, design similar structure as well as structure with higher complexity using ABAQUS Key word - Concrete filled steel tube column; CFST(CFT); Reinforced concrete plate slab; ABAQUS; connection MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 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 .2 CHƢƠNG TỔNG QUAN CỘT CFST, SÀN PHẲNG BTCT VÀ LIÊN KẾT GIỮA CỘT CFST VỚI SÀN PHẲNG BTCT 1.1 TỔNG QUAN VỀ CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG 1.1.1 Khái niệm cột ống thép nhồi bê tông 1.1.2 Phân loại cột ống thép nhồi bê tông 1.1.3 Ƣu điểm, nhƣợc điểm cột ống thép nhồi bê tông 1.1.4 áp dụng 1.2 TỔNG QUAN CÁC LOẠI SÀN PHẲNG BTCT 1.2.1 Sàn phẳng BTCT thƣờng 1.2.2 Sàn phẳng bê tông ứng suất trƣớc .9 1.2.3 Sàn Bubbledeck 10 1.2.4 Sàn U-boot Beton 12 1.3 TỔNG QUAN VỀ LIÊN KẾT GIỮA CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP 13 1.4 TỔNG QUAN VỀ MÔ PHỎNG LIÊN KẾT GIỮA CỘT CFST VỚI SÀN PHẲNG BTCT 17 1.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG 21 CHƢƠNG MÔ PHỎNG SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT BẰNG ABAQUS 23 2.1 MÔ TẢ VỀ LIÊN KẾT 23 2.2 MÔ PHỎNG LIÊN KẾT BẰNG ABAQUS 24 2.2.1 Giới thiệu phần mềm ABAQUS 24 2.2.2 Xây dựng mơ hình cho liên kết 24 2.2.3 Mơ hình vật liệu Abaqus 25 2.2.4 Gán điều kiện biên cho kết cấu 29 2.3 TRÌNH TỰ THỰC HIỆN CÁC BƢỚC MÔ PHỎNG TRONG ABAQUS 29 2.3.1 Xây dựng cấu kiện 29 2.3.2 Định nghĩa vật liệu thuộc tính mặt cắt 31 2.3.3 Định nghĩa thuộc tính mặt cắt .33 2.3.4 Định nghĩa lắp ghép cấu kiện .33 2.3.5 Thiết lập bƣớc phân tích .34 2.3.6 Định nghĩa tải trọng điều kiện biên 34 2.3.7 Chia nhỏ phần tử 35 2.3.8 Phân tích liệu 36 2.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 36 CHƢƠNG PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MƠ PHỎNG 37 3.1 SO SÁNH KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ THÍ NGHIỆM .37 3.1.1 Mơ tả thí nghiệm 37 3.1.2 Phân tích quan hệ tải trọng chuyển vị kết cấu 39 3.1.3 Đánh giá ứng xử bề mặt sàn từ mơ hình ABAQUS thực nghiệm 40 3.1.4 Phân tích ứng suất, biến dạng thép chịu cắt .41 3.1.5 Phân tích hình thành phát triển tháp chọc thủng 44 3.2 KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA CHIỀU DÀI TẤM THÉP CHỊU CẮT 46 3.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG 47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ ĐƢỢC CƠNG BỐ DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CFST : Concrete filled steel tube (Ống th p nhồi bêtông) BTCT : Bê tông cốt th p f’c : Cƣờng độ chịu nén bê tông fy : Cƣờng độ chịu k o cốt th p Ec : ôđun đàn hồi bêtông Es : ôđun đàn hồi cốt th p  : Đƣờng kính cốt thép d : Chiều cao làm việc sàn hs : Chiều dày sàn c : Hệ số Poisson bê tông  : Độ lệch tâm bê tông σ b0 σ c0 : Tỷ số cƣờng chịu nén hai trục trục Kc : Tỷ số cƣờng độ chịu mặt phẳng làm việc so với cƣờng độ chịu nén mặt phăng làm việc bê tơng  : Góc phá hủy bê tơng  : Độ nhớt bê tông DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng Tên bảng biểu Trang biểu 2.1 Các loại phần tử mô liên kết 25 2.2 Thông số miền đàn hồi bê tông 25 2.3 Thơng số mơ hình phá hoại dẻo 26 2.4 Các dạng tƣơng tác sử dụng mô 28 2.5 3.1 ích thƣớc chia nhỏ phần tử So sánh phản ứng bề mặt sàn từ mơ hình ABAQUS thực 28 40 nghiệm 3.2 3.3 Sự hình thành phát triển tháp chọc thủng qua cấp tải ích thƣớc mẫu khảo sát 44 46 3.4 Mơ hình mẫu khảo sát chiều dài thép 46 3.5 Trạng thái ứng suất mặt cắt cho mẫu khảo sát 47 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang 1.1 Cấu tạo cột ống thép nhồi bê tông 1.2 Mặt cắt điển hình cột ống thép nhồi bê tơng 1.3 Cột ống thép nhồi bê tông với hai lớp ống thép 1.4 Cột CFST đƣợc bao bê tông (Concrete-encased CFST) 1.5 Cột CFST tăng cƣờng kết cấu thép cốt th p gia cƣờng 1.6 CFST với sƣờn tăng cứng 1.7 Một số tiết diện tổ hợp từ cột CFST 1.8 Nhà đƣợc xây dựng kết cấu CFST 1.9 Ví dụ cầu đƣợc xây dựng kết cấu CFST 1.10 Sàn phẳng bê tông cốt thép 1.11 Sàn bê tông ứng suất trƣớc 10 1.12 Sàn Bubbledeck 11 1.13 Sàn U-Boot Beton 12 1.14 Thí nghiệm liên kết cột CFST-sàn BTCT Jin-Won Kim(2014) 13 1.15 Sự phá hoại sàn BTCT - thí nghiệm Jin-Won Kim (2014) 14 1.16 Liên kết đề xuất Cheol-Ho Lee (2007) 15 1.17 Liên kết cột CFST-sàn BTCT đề xuất Hiroki Satoh (2004) 16 1.18 Mơ hình thí nghiệm đƣợc thực P.Y Yan, Y.C Wang 17 1.19 Mơ hình ABAQUS liên kết đề xuất P.Y Yan, Y.C Wang 18 1.20 Khảo sát liên đề xuất P.Y Yan, Y.C Wang 18 1.21 Liên kết đề xuất Young K Ju (2013) 19 1.22 Mô đề xuất Young K Ju ANSYS 19 1.23 Mẫu liên kết Y Su, Y Tian (2010) 20 1.24 Mơ q trình thí nghiệm - Y Su, Y Tian (2010) 20 1.25 Mô kết thí nghiệm phần mềm DIANA v9.3 21 2.1 Cấu tạo liên kết cột CFST sàn phẳng BTCT 24 2.2 Mô 1/4 liên kết đề xuất cột CFST sàn phẳng BTCT 25 2.3 Các đƣờng cong quan hệ bê tông vùng chịu kéo 26 2.4 Các đƣờng cong quan hệ bê tông vùng chịu nén 27 Số hiệu Tên hình vẽ hình vẽ Trang 2.5 Chia nhỏ phần tử 28 2.6 Điều kiện biên, điều kiện chuyển vị cho kết cấu 29 2.7 Mơ hình sàn bê tơng 29 2.8 Mơ hình cột thép CFST 30 2.9 Mô hinh lõi bê tông cột CFST 30 2.10 Mơ hình cốt thép 30 2.11 Mơ hình vật liệu thép 31 2.12 Mơ hình vật liệu bê tơng 33 2.13 Khai báo thuộc tính mặt cắt 33 2.14 Xây dựng 1/4 mơ hình 34 2.15 Thiết lập bƣớc phân tích 34 2.16 hai báo điều kiện biên, chuyển vị 35 2.17 Chia nhỏ phần tử 35 2.18 Phân tích liệu 36 3.1 Mẫu cột – thép chịu cắt 37 3.2 Bố trí cốt thép sàn 38 3.3 Mẫu thí nghiệm đƣợc tựa gối đỡ 38 3.4 Lắp đặt kích, load cell, LVDT 39 3.5 Nối thiết bị, thiết lập đồng hồ đo lực, chuyển vị, biến dạng 39 3.6 Đƣờng cong tải trọng chuyển vị theo thí nghiệm ABAQUS 40 3.7 Vị trí khảo sát trạng thái ứng xử thép chịu cắt 42 3.8 Phổ ứng suất thép chịu cắt 43 3.9 Các đƣờng cong quan hệ thép chịu cắt 43 3.10 Sự phân bố ứng suất kéo mặt cắt sàn 45 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] ê uân Dũng (2 15), Nghiên cứu thực nghiệm khả chịu lực cột ống thép nhồi bê tông Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ cấp sở, Đại học Bách hoa Đà Nẵng [2] Nguyễn Viết Trung, Trần Việt Hùng (2006), Kết cấu ống thép nhồi bê tông, Nhà xuất xây dựng Hà Nội [3] Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong Nguyễn Đình Cống (2011), Kết cấu bê tơng cốt thép - ph n cấu kiện ản, Nhà xuất khoa học kĩ thuật [4] Đào Ngọc Thế Lực, Trƣơng Hồi Chính, Trƣơng Quang Hải Phạm Xuân Hiệu ―Nghiên cứu giải pháp cấu tạo tính tốn liên kết cột ống thép nhồi bê tơng sàn phẳng bê tông cốt th p‖ Hội nghị Khoa học toàn quốc ật liệu Kết cấu omposit học, ông nghệ ứng ng, Đại học Nha Trang, TP Nha Trang, 28-29/7/2016 Tiếng Anh: [5] Jin-Won Kim, Cheol-Ho Lee and Thomas H.K Kang (2014) Shearhead Reinforcement for Concrete Slab to Concrete-Filled Tube Column Connections ACI Structural Journal, 111, 3, pp 629-638 [6] ACI318-11, Building code requirements for Structural Concrete and Commentary American Concrete Institute [7] Cheol-Ho Lee, Jin-Won Kim and Jin-Gyu Song (2007), "Punching shear strength and post-punching behavior of CFT column to RC flat plate connections", Journal of Constructional Steel Research 64,(2008), pp 418–428 [8] Hiroki Satoh and Kazushi Shimazaki (2004), Experimental research on load resistance performance of CFT column flat plate connection, 13 th World Conference on Earthquake Engineering Vancouver, B.C, Canada [9] P.Y Yan, Y.C Wang (2016), Hybrid steel tubular column/flat slab construction— Development of a shearhead system to improve punching shear resistance, Journal of Constructional Steel Research 119 (2016), pp154–168 [10] Young K Ju, Yong Chul Kim and Jaeho Ryu (2013), Finite element analysis of concrete filled tube column to flat plate slab joint, Journal of Constructional Steel Research 64 (2008), pp418–428 [11] Y Su and Y Tian (2010), Experimental study of RC slab-CFT column connections under seismic deformations, Challenges, Opportunities and Solutions in Structural Engineering and Construction, pp 315-320 [12] B Alfarah, F López-Almansa, S Oller, ―New methodology for calculating damage variables evolution in Plastic Damage odel for RC structures‖ Engineering Structures, February 2017 PHỤ LỤC ... nhịp sàn rỗng gần giống với sàn Bubble Deck 1.3 TỔNG QUAN VỀ LIÊN KẾT GIỮA CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Việc sử dụng cột ống thép nhồi bê tông với sàn bê tông cốt thép. .. cấu kiện với tiết diện ngang lớn Ống thép Lõi b? ?tông Ống thép Lõi b? ?tông Ống thép Lõi b? ?tông Ống thép Lõi b? ?tông Ống thép Lõi b? ?tông Hình 1.3 Cột ống thép nhồi bê tông với hai lớp ống thép Một... (Hình 1.2) Ống thép Lõi b? ?tông a Lõi b? ?tông Lõi b? ?tông a D Ống thép Lõi b? ?tông Ống thép a Ống thép b Ống thép Lõi b? ?tông Ống thép Lõi b? ?tông Hình 1.2 Mặt cắt điển hình cột ống thép nhồi bê tông Một