Thí nghiệm xác định khả năng chịu lực của sàn liên hợp thép bê tông sử dụng một số loại tôn phổ biến trên thị trường (tt)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - HUỲNH BÁ VINH THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU LỰC C C R UT.L CỦA SÀN LIÊN HỢP THÉP-BÊ TÔNG SỬ DỤNG MỘT SỐ LOẠI TÔN PHỔ BIẾN TRÊN THỊ TRƯỜNG D Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Mã số: 8.58.02.01 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG Đà Nẵng, năm 2021 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Quang Hưng Phản biện 1: PGS.TS Phạm Thanh Tùng Phản biện 2: TS Lê Anh Tuấn C C R UT.L D Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 24 tháng 01 năm 2021 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu Truyền thông, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN  Thư viện Khoa Xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN MỞ ĐẦU Tính cần thiết đề tài: Hiện nay, sàn liên hợp thép – bê tông sử dụng ngày nhiều thiết kế nhà dân dụng công nghiệp Khi thiết kế sàn liên hợp phải tuân thủ tiêu chuẩn Eurocode 4, dựa vào tính chất cơng trình chọn kích thước tơn chun dụng (tôn sàn Deck) phù hợp Tuy nhiên, thực tế có nhiều cơng trình dân dụng vừa nhỏ sử dụng tôn lợp mái (độ dày thường từ 0,45mm đến 0,5mm) thay cho tôn sàn chuyên dụng để làm kết cấu sàn liên hợp với chiều dài nhịp sàn khoảng 1,0m Việc sử dụng tôn lợp mái để làm kết cấu sàn liên hợp hoàn C C R UT.L toàn chưa quy định tiêu chuẩn, quy chuẩn hành mà chủ yếu dựa kết thi cơng thực tế cơng trình tương tự có Do D đó, khó kiểm sốt kết thiết kế, gây an toàn cho cơng trình vào vận hành Đề tài “Thí nghiệm xác định khả chịu lực sàn liên hợp thép-bê tông sử dụng số loại tôn phổ biến thị trường” nhằm xác định đánh giá khả làm việc kết cấu sàn liên hợp sử dụng số loại tôn lợp mái thơng dụng để đưa lời khun hữu ích đến người thiết kế lựa chọn kết cấu sàn sàn liên hợp thép – bê tông Mục tiêu nghiên cứu: Đề tài tập trung vào việc chế tạo sàn liên hợp phù hợp với quy định EC4 sử dụng số loại tôn thị trường Sau đó, tiến hành thí nghiệm để xác định khả chịu lực loại sàn, đánh giá đưa lời khuyên hữu ích phục vụ cho thiết kế sàn liên hợp Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu: Sàn liên hợp sử dụng số loại tôn thị trường với cấp bền khác - Phạm vi nghiên cứu: Xác định khả chịu lực sàn liên hợp Phương pháp nghiên cứu: Dùng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, cụ thể sau: - Thu mua loại tôn phục vụ cho thí nghiệm có sẵn thị trường thành phố Đà Nẵng thường nhà C C R UT.L thầu thi công sử dụng, gồm loại: 02 loại tơn lợp mái (9 sóng, 11 sóng) dày 0,5mm 01 loại tôn sàn Desk loại D H50W1000 dày 0,5mm; - Chuẩn bị bê tông với mác thông dụng: M250 M300 Bê tông đặt mua từ Công ty chuyên bê tông xây dựng; - Tiến hành đúc mẫu sàn liên hợp theo tiêu chuẩn EC4 tiêu chuẩn hành liên quan; - Tưới ẩm, bảo dưỡng mẫu liên tục mẫu sàn đủ 28 ngày tuổi; - Tiến hành thí nghiệm gia tải, quan sát trình làm việc mẫu sàn đến lúc phá hoại, ghi số gia tải lớn cho mẫu sàn; - Tổng hợp, phân tích, đánh giá trình làm việc mẫu sàn, xác định khả chịu lực tới hạn mẫu, tổng hợp cho nhóm mẫu; - Kết luận khả chịu lực đại diện cho nhóm mẫu sàn đưa khuyến nghị hữu ích phục vụ cho cơng tác thiết kế sàn liên hợp Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài: Kết cấu sàn liên hợp gồm: Bê tông tôn sàn Desk sử dụng rộng rãi cơng trình dân dụng công nghiệp quy mô vừa lớn, kết cấu dần trở nên quen thuộc với nhà thiết kế nước với ưu điểm rút ngắn tiến độ thi công Tuy nhiên, với công C C R UT.L trình nhà quy mơ vừa nhỏ nay, việc sử dụng tôn lợp mái thay cho tôn sàn Desk làm kết cấu cho sàn liên hợp tương đối nhìu D nhằm tối ưu chi phí Việc sử dụng tơn lợp mái làm kết cấu sàn liên hợp chưa quy định tiêu chuẩn, quy chuẩn nước nước Mà dựa vào tính tốn ổn định mang tính tương quan, kinh nghiệm triển khai thi cơng thực tiễn Do đó, loại kết cấu sàn cần nghiên cứu, thí nghiệm thử nghiệm nhiều để đưa lời khuyên hữu ích cho người thiết kế, để hạn chế thấp rủi ro mà thiết kế chưa lường hết Nội dung luận văn: Nội dung luận văn trình bày chương: Chương Tổng quan sàn liên hợp thép - bê tông Chương Chương trình thí nghiệm Chương Kết thí nghiệm CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ SÀN LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG 1.1 Tổng quan kết cấu liên hợp 1.1.1 Lịch sử hình thành Lịch sử phát triển kết cấu liên hợp thép – bê tông gắn liền với lịch sử phát triển kết cấu thép kết cấu bê tông cốt thép Tuy đời muộn số kết cấu truyền thống kết cấu thép, kết cấu bê tông, kết cấu gỗ… dạng kết cấu sử dụng tới kỷ ngày có nhiều ưu việt cần phải khai thác 1.1.2 Các cơng trình hữu C C R UT.L 1.1.3 Đặc điểm, yêu cầu cấu tạo sàn liên hợp thép – bê tông D 1.1.4 Ưu điểm, nhượt điểm Ưu điểm: - Tiến độ thi cơng, chi phí tối ưu hơn; - Ngồi ra, kết cấu liên hợp thép-bê tơng có khả vượt nhịp lớn, chiều cao dầm giảm nên tăng không gian sử dụng, giảm chiều cao tầng Nhượt điểm: - Chiều cao cơng trình cịn hạn chế, áp dụng cho cơng trình nhiều tầng siêu cao tầng 1.2 Sự làm việc dạng phá hoại kết cấu sàn liên hợp Ba dạng làm việc sàn liên hợp: - Tương tác hoàn toàn: Khơng có trượt thép bê tơng mặt tiếp xúc, phá hoại dẻo giịn, lực tới hạn Pu lớn nhất; - Không tương tác: Trượt lớn xảy bề mặt tiếp xúc bê tơng thép, gần khơng có truyền lực cắt, lực tới hạn Pu nhỏ nhất; - Tương tác phần: Trượt bé, lực cắt truyền phần, tải tới hạn Pu có giá trị trung gian trường hợp trên, phá hoại giòn dẻo Các dạng phá hoậch thủy lực thiết bị đo theo sơ Kết nối toàn thiết bị đo với Data Logger để ghi số liệu tự động xác cao theo bước 01 giây Bước 2: Gia tải thử nghiệm với mẫu thử, kiểm tra làm việc dụng cụ đo với mẫu sàn thử nghiệm hiệu chỉnh để bắt đầu tiến hành thí nghiệm Bước 3: Tiến hành gia tải thí nghiệm, gia tải liên tục đặn mẫu bị phá hoại hồn tồn Quan sát q trình làm việc C C R UT.L sàn suốt q trình thí nghiệm Xác định thời điểm xuất vết nứt, thời điểm tôn bị bong tách khỏi phần bê tơng D 2.5 Tính tốn khả chịu lực nhóm mẫu Kết tính tốn khả chịu lực nhóm mẫu triển khai thí nghiệm gia tải, với trường hợp phá hủy bảng sau: Trường hợp phá hủy TL M250 Tải trọng Pth (kN) TL 11 - Desk M250 M250 Desk M300 I Ứng với KT mẫu thực tế thí nghiệm Tiết diện chịu mơmen dương giới hạn Tiết diện chịu lực cắt đứng giới hạn 46 37 41 41 395 293 257 311 14 Trường hợp phá hủy TL M250 Tải trọng Pth (kN) TL 11 - Desk M250 M250 Desk M300 II Ứng với KT mẫu sàn bề rộng 1,00m Tiết diện chịu mômen dương giới hạn Tiết diện chịu lực cắt đứng giới hạn 123 124 121 123 1054 978 766 930 Từ kết tính tốn trên, tiến hành lựa chọn thơng số kỹ thuật Load-Cell kích gia tải phù hợp với bước gia tải đủ nhỏ để đảm bảo thể đầy đủ chi tiết trình làm việc mẫu nhằm đưa đánh giá xác ứng xử nhóm mẫu C C R UT.L 2.6 Dự đoán chế phá hoại mẫu D Theo kết tính tốn Mục 2.5, tải trọng dùng để gia tải Pth ứng nhóm mẫu lớn xét khả chịu lực mẫu sàn vật bê tông-thép làm việc đồng thời lúc đạt trạng thái phá hoại Tuy nhiên, đề tài thí nghiệm này, tác giả tập trung xét ảnh hưởng từ lực bám dính túy bê tơng thép tạo q trình thủy hóa xi-măng Do đó, tác giả dự kiến tải trọng Pth thực tế gia tải nhỏ giá trị tính tốn trường hợp Dự đốn, làm việc mẫu sàn thuộc dạng tương tác phần, dạng phá hoại mẫu dạng phá hoại II, phá hoại mẫu phá hoại giòn Nhìn chung, gia tải đến tải trọng Pth thực tế, mẫu bị bong, tách rời tôn khỏi bề mặt bê tông, bê tông chịu kéo nên xuất vết nứt gãy đột ngột vị trí xung yếu định, mẫu sàn khả chịu lực 15 CHƯƠNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 3.1 Hình ảnh gia tải thí nghiệm đến mẫu bị phá hoại xuất vết nứt Nhận xét chung: - Khi gia tải đến mức độ đủ lớn, làm liến kết bê tông tôn bong, tách phá vỡ liên kết, q trình phá vỡ liên kết bê tơng – tôn phát sinh tiếng nổ từ nhỏ (tiếng Lách tách) lớn (tiếng Bùng – mẫu bị phá hủy hồn tồn) - Các mẫu đạt trạng thái phá hoại, xuất vết nứt phạm C C R UT.L vi bụng mẫu, nơi chịu mômen dương lớn Tại vị trí gối tựa khơng xuất vết nứt D Hình 3.7: Mẫu D-M300-m2 bị phá hoại 16 Vết nứt C C R UT.L Hình 3.8: Vết nứt sau mẫu bị phá hoại mẫu D-M300-m2 D 18 3.2.2 Nhóm mẫu TL 11 - M250 70 60 Tải trọng P (kN) 50 40 30 C C R UT.L Mặt (st+) 20 D Mặt (st-) 10 0 100 200 300 400 500 Strain (µm/m) 600 Các giá trị đặc trưng nhóm mẫu sàn thí nghiệm sau: Tải trọng P (kN) 63,34 Strain (µm/m) Mặt (+) Mặt (-) 190,0 175,0 700 19 3.2.3 Nhóm mẫu tơn Deck - M250 70 60 Tải trọng P (kN) 50 40 30 Mặt (st+) C C R UT.L 20 Mặt (st-) D 10 0 100 200 300 400 500 Strain (µm/m) 600 Các giá trị đặc trưng nhóm mẫu sàn thí nghiệm sau: Tải trọng P (kN) 65,15 Strain (µm/m) Mặt (+) Mặt (-) 359,8 246,0 700 20 3.2.4 Nhóm mẫu tôn Deck – M300 70 60 Tải trọng P (kN) 50 40 30 C C R T.L Mặt (st+) 20 DU 10 Mặt (st-) 0 100 200 300 400 Strain (µm/m) 500 600 Các giá trị đặc trưng nhóm mẫu sàn thí nghiệm sau: Tải trọng P (kN) 68,46 Strain (µm/m) Mặt (+) Mặt (-) 598,0 396,2 700 21 3.3 Tương quan tải trọng độ võng nhịp Biểu đồ quan hệ tải trọng P độ võng nhịp nhóm mẫu sàn (xét bề rộng sàn 1m) thể sau: C C R UT.L D Các giá trị đặc trưng nhóm mẫu sàn thí nghiệm sau: Bê tơng M250 BT M300 Tên mẫu TL sóng TL11 sóng Tôn Desk Tôn Desk Pmax (kN) 59,55 63,34 65,15 68,46 fmax (mm) 1,35 1,45 1,85 1,80 22 3.4 Phân tích làm việc mẫu sàn Có thể nhìn thấy, làm việc chung mẫu thí nghiệm tương đối đồng nhau, phù hợp với chất nhận định ban đầu làm việc dạng kết cấu chịu uốn mẫu thí nghiệm đề Biểu đồ quan hệ tải trọng P độ võng nhịp nhóm mẫu sàn (xét bề rộng sàn 1m) chia giai đoạn chính: - Giai đoạn làm việc đàn hồi (đoạn AB): Quan hệ tải trọng độ võng gần tuyến tính - Giai đoạn làm tách dần tôn bê tông (đoạn BC): Trong giai đoạn này, tải trọng tăng chậm nhiên độ võng tăng nhanh C C R UT.L - Giai đoạn phá hoại (đoạn CD): Trong giai đoạn này, tơn tách hồn tồn khỏi lớp bê tông, xuất vết nứt đột ngột, sàn bị phá hoại, D khả chịu tải 3.5 Kết luận - Khả chịu trượt dọc túy mẫu khoảng 50% khả chịu mômen dương nhịp nhỏ nhiều so với khả chịu lực cắt đứng đầu gối tựa - Mẫu sàn liên hợp sử dụng tôn lợp mái bị phá hủy đột ngột, tức phá hoại giịn; ngược lại sàn sử dụng tơn Deck chun dụng có giai đoạn làm việc dẻo nên đảm bảo độ an tồn - Với loại tơn lợp mái, với đặc tính tiết diện sóng tơn thấp nên phần thép chịu kéo có cánh tay địn đến trục trung hịa lớn hơn, phát huy tốt mặt chịu tải trọng Tuy nhiên, hạn chế mặt chịu chuyển vị, bề mặt tôn phẳng nên liên kết bám dính với bê tơng thấp, dễ bị tách rời có chuyển vị lớn; 23 - Với loại tôn sàn Deck chuyên dụng: Phát huy tốt làm việc đồng thời bê tông thép nên đạt độ võng cho phép lớn KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn trình bày kết thực nghiệm làm việc khác kết cấu sàn liên hợp sử dụng tôn sàn chuyên Desk tôn không chuyên dụng (tôn lợp mái) Dựa vào kết thực nghiệm, rút kết luận sau: - Sự làm việc sàn liên hợp thép – bê tông tuần theo C C R UT.L làm việc kết cấu sàn bê tơng cốt thép chịu uốn, chia thành giai đoạn chính: (1) - Giai đoạn làm việc đàn hồi, (2) - Giai đoạn làm D tách dần tôn bê tông, (3) - Giai đoạn phá hoại - Trong kết cấu sàn liên hợp thép – bê tông, làm việc đồng thời vật liệu quan trọng, định làm việc ổn định bền vững kết cấu - Sàn liên hợp sử dụng tôn lợp mái bị phá hủy đột ngột, tức phá hoại giịn; ngược lại sàn sử dụng tơn Deck chun dụng có giai đoạn làm việc dẻo nên đảm bảo độ an toàn - Kết thực nghiệm cho thấy, giá trị tải trọng phá hoại mẫu ứng với khả chịu trượt dọc túy mẫu khoảng 50% khả chịu mômen dương nhịp nhỏ nhiều so với khả chịu lực cắt đứng đầu gối tựa Từ thực tế này, cho thấy việc bố trí đầy đủ đinh chống trượt đầu gối tựa quan trọng 24 cần thiết nhằm phát huy tối đa khả làm việc loại vật liệu: thép bê tông - Liên kết tôn lợp bê tông kết cấu sàn liên hợp không ổn định, dễ bị bong tách tác động co giản nhiệt độ mơi trường, đặc biệt với khí hậu mùa Việt Nam Do đó, việc sử dụng tôn lợp mái cho kết cấu sàn liên hợp không đảm bảo tin cậy - Hạn chế sử dụng loại kết cấu cho cơng trình có tính chất rung động thường xun, nhằm tránh gây ảnh hưởng đến liên kết tôn bê tông D C C R UT.L ... kiểm sốt kết thiết kế, gây an tồn cho cơng trình vào vận hành Đề tài ? ?Thí nghiệm xác định khả chịu lực sàn liên hợp thép- bê tông sử dụng số loại tôn phổ biến thị trường? ?? nhằm xác định đánh giá khả. .. sàn liên hợp phù hợp với quy định EC4 sử dụng số loại tơn thị trường Sau đó, tiến hành thí nghiệm để xác định khả chịu lực loại sàn, đánh giá đưa lời khuyên hữu ích phục vụ cho thiết kế sàn liên. .. sàn liên hợp Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu: Sàn liên hợp sử dụng số loại tôn thị trường với cấp bền khác - Phạm vi nghiên cứu: Xác định khả chịu lực sàn liên hợp Phương