Nghiên cứu khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bê tông ứng lực trước tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Trần Việt Tâm NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 9580201 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ Hà Nội – Năm 2019 Công trình hồn thành Trường Đại học Xây dựng Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Phan Quang Minh PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương Phản biện : GS.TS Nguyễn Tiến Chương Phản biện : PGS.TS Trương Hoài Chính Phản biện : TS Nguyễn Đại Minh Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp Trường Đại học Xây Dựng vào hồi ngày tháng năm 2019 Có thể tìm hiểu luận án thư viện Quốc Gia Thư viện Trường Đại học Xây dựng MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày sàn phẳng BTCT bê tông ứng lực trước (sàn không dầm) sử dụng phổ biến xây dựng dân dụng Việt nam giới chúng có ưu điểm mặt kiến trúc, kết cấu thi công Trong thiết kế kết cấu sàn phẳng, vấn đề thiết kế chống phá hoại chọc thủng cột sản ln quan tâm đặc biệt kiểu phá hoại giòn nguy hiểm Một số cơng trình xây giới bị phá hoại chọc thủng để lại hậu nghiêm trọng như: Tòa nhà Sampoong Departement Hàn quốc (1995) làm 502 người chết 1000 người bị thương [86] ; Tòa nhà Skyline Plaza bang Virgina – Mỹ (1971) gây thương vong cho 14 công nhân [56] Tiêu chuẩn thiết kế hành Việt Nam “ Kết cấu bê tông bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5574-2018 ” [7] dựa tiêu chuẩn Nga SP 63.13330 [80] chủ yếu dẫn tính toán khả chống chọc thủng cho cấu kiện bê tông thông thường Trong công thức xác định khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT chưa xét đến ảnh hưởng yếu tố hàm lượng cốt thép dọc vùng kéo, ứng suất nén bê tơng ứng lực trước, kích thước tiết diện cột Nhằm tăng hiệu kinh tế sử dụng sàn phẳng, nghiên cứu khả chống chọc thủng sàn phẳng bê tông cốt thép bê tông ứng lực trước, từ đề xuất cơng thức dự báo kiểm chứng nghiên cứu thực nghiệm việc làm cần thiết MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN a) Nghiên cứu tổng quan khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT sàn phẳng BT ứng lực trước b) Nghiên cứu khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT phương pháp số, khảo sát tham số ảnh hưởng đến khả chống chọc thủng sàn phẳng bao gồm: hàm lượng cốt thép, ứng suất nén trước bê tơng, chiều dày sàn, kích thước tiết diện cột c) Đề xuất cơng thức tính tốn khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT bê tông ứng lực trước d) Xây dựng mơ hình thực nghiệm để kiểm chứng cơng thức đề xuất tính khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT bê tông ứng lực trước ĐỐI TƯỢNG, CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT sàn phẳng bê tơng có ứng lực trước với cấp độ bền bê tông không lớn B60, cốt thép ngang chịu cắt, khơng có lỗ mở, không xét đến ảnh hưởng mô men liên kết cột sàn, cột vị trí có tiết diện tròn tiết diện chữ nhật Cơ sở khoa học: Thông qua nghiên cứu lý thuyết, mô số thực nghiệm để đánh giá khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT bê tông ứng lực trước, đồng thời làm sáng tỏ trạng thái ứng suất, biến dạng liên kết cột sàn Giải pháp sàn phẳng BTCT, bê tông ứng lực trước ngày sử dụng rộng rãi cơng trình xây dựng dân dụng , nghiên cứu đề xuất công thức tính tốn phù hợp với TCVN 5574-2018 ý nghĩa thực tiễn luận án Cơng thức đề xuất có xét ảnh hưởng hàm lượng cốt thép ứng suất nén trước bê tông, tương quan chiều cao cột chiều cao làm việc sàn đến khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT giúp thiết kế hợp lý Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu nghiên cứu lý thuyết, mô số kết hợp với thực nghiệm CÁC ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN a) Xây dựng mơ hình số phần mềm ANSYS viết ngôn ngữ ADPL, từ dễ dàng khảo sát tham số quan trọng ảnh hưởng đến khả chống chọc thủng sàn bao gồm: ảnh hưởng hàm lượng cốt thép, ứng suất nén bê tông ứng lực trước, kích thước tiết diện cột tương quan chiều cao tiết diện hình chữ nhật cột b) Đề xuất cơng thức tính tốn khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT phù hợp với TCVN 5574-2018 c) Đề xuất cơng thức tính tốn khả chống chọc thủng sàn phẳng bê tông ứng lực trước phù hợp với TCVN 55742018 d) Xây dựng mơ hình thực nghiệm khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT sàn phẳng bê tông ứng lực trước Các số liệu thí nghiệm thu khơng kiểm chứng công thức đề xuất luận án mà số liệu tham khảo cho nghiên cứu khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT bê tông ứng lực trước CẤU TRÚC LUẬN ÁN Luận án gồm Phần mở đầu, chương, Kết luận kiến nghị, Phần Phụ lục, Danh mục cơng trình cơng bố liên quan đến Luận án Tài liệu tham khảo CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ VỀ KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG 1.1 KHÁI NIỆM VỀ KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG Phá hoại chọc thủng kết cấu sàn phẳng tượng phá hoại cục lực cắt theo phương vị trí liên kết cột sàn phẳng, vùng phá hoại có dạng hình nón cụt xung quanh cột (Hình 1.1) Khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT phụ thuộc vào Hình 1 Dạng phá hoại điển nhiều yếu tố như: Chất lượng bê hình liên kết cột sàn chọc thủng tông, Cốt thép chịu dọc chịu kéo (hàm lượng, phân bố cốt thép), kích thước cột, vị trí cột, tương quan kích thước cột chiều dày sàn BTCT, tồn ứng suất trước bê tông, ,ảnh hưởng điều kiện biên… 1.2 CÁC MƠ HÌNH XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG BẢN BTCT Có nhiều mơ hình lý thuyết thực nghiệm trình bày tóm tắt sau: 1.2.1 Mơ hình học phá hoại chọc thủng theo điều kiện cân  Shehata (1985) Regan (1989) [79]  Mơ hình Brom [28] 1.2.2 Mơ hình dàn  Mơ hình dàn giằng Marzouk Tiller [66] 1.2.3 Mơ hình phá hoại vùng kéo  Mơ hình dàn giằng Alexander -Simmonds [25]  Mơ hình dàn giằng Georgopolous [74]  Mơ hình dàn giằng Menétrey [67] 1.2.4 Mơ hình uốn tính chọc thủng 1.2.5 Mơ hình vết nứt tới hạn góc xoay Muttoni (2008) Hình 1.2 Xác định KN CCT theo Muttoni 2008 1.3 CÁC MƠ HÌNH XÁC ĐỊNH KN CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA BẢN BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC 1.3.1 Mơ hình ứng suất kéo 1.3.2 Mơ hình thêm lượng thép dọc chịu kéo tương đương 1.3.3 Mơ hình ứng suất nén ngược tương đương (decompression stress) 1.4 NGHIÊN CỨU VỀ THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG BTCT Luận án thu thập 270 mẫu thí nghiệm cơng bố làm sở cho việc kiểm chứng mơ hình số, cơng thức đề xuất thiết kế thí nghiệm Chi tiết thí nghiệm xem phụ lục A luận án 1.5 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỐ Một hướng nghiên cứu xác định khả chống chọc thủng ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) phần mềm mô BTCT Phương pháp số xét làm việc phi tuyến vật liệu bê tông, cho phép quan sát, đánh giá trước tiến hành nghiên cứu thí nghiệm đối tượng thực tế; cơng cụ có chi phí thấp, dễ dàng xây dựng, thay đổi thơng số Hình 1.13 Mơ hình mơ suốt q trình nghiên cứu Aikaterini Genikomsou (2015) 1.6 CÁC TIÊU CHUẨN THỰC HÀNH 1.6.1 Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI-318-2014 [19] 1.6.2 Tiêu chuẩn châu Âu EC2 (2004) [36] 1.6.3 Tiêu chuẩn Ôxtrâylia AS3600 (2018) [18] 1.6.4 Tiêu chuẩn Canada CSA A23.3-14 [30] 1.6.5 Tiêu chuẩn Trung Quốc GBJ 50010-2010 [47] 1.6.6 Tiêu chuẩn Anh Quốc BS 8110-1997 [29] 1.6.7 Tiêu chuẩn Đức DIN 1045-2008 [34] 1.6.8 Tiêu chuẩn FIB – Modal Code 2010 [37] 1.6.9 Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 5574-2017 [7] 1.7 CÁC NGHIÊN CỨU CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG BTCT TẠI VIỆT NAM PGS.TS Lê Thanh Huấn, nghiên cứu “Ảnh hưởng ứng lực trước vùng đầu cột kết cấu sàn phẳng không dầm bê tông cốt thép” [1], thí nghiệm mẫu với ứng suất nén trung MPa để kiểm chứng công thức Fb = (1+n)Rb um ho Phạm Ngọc Vượng (2018) [3] nghiên cứu “ Phân tích khả chống chọc thủng sàn phẳng bê tơng cốt thép có xét đến ảnh hưởng điều kiện biên phần mềm ANSYS” để mô liên kết cột sàn BTCT dùng mơ hình để khảo sát độ cứng dầm biên ảnh hưởng đến khả chống chọc thủng 1.8 NHẬN XÉT RÚT RA TỪ NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN Khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT phụ thuộc vào cường độ bê tông, hàm lượng thép dọc chịu kéo bố trí thép gia cường phạm vi tháp chọc thủng, tham số kích thước cột sàn, ứng suất nén trước bê tông Công thức dự báo khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT bê tông ứng lực trước theo tiêu chuẩn dựa mơ hình lý thuyết thực nghiệm nhiên có khác lớn So sánh hai tiêu chuẩn sử dụng nhiều ACI-318-14 EC2-2004 để tính tốn kiểm tra 270 mẫu thí nghiệm cơng bố, sai số trung bình EC2-2004 ACI-318-2014 15.66% (ACI-318 dự báo cho kết lớn hơn), nhiên nhiều trường hợp sai số 30% Áp dụng TCVN 5574-2018 vào tính tốn khả chống chọc thủng cho 270 mẫu thí nghiệm cơng bố luận án thu thập biểu đồ hình 1.22 Tỷ lệ Pcttn/Pcttcvn=1.45 công thức dự báo chưa kể đến ảnh hưởng hàm lượng thép dọc chịu kéo, ứng suất nén trước bê tông Trong số trường hợp, chiều dày sàn tỷ lệ chiều cao chiều rộng tiết diện chữ nhật cột lớn, Pcttcvn dự báo lại khơng thiên an tồn (phụ lục A, mẫu sàn số 236, 240, 250, 251, 252, 255) Hiện với phát triển phương pháp số phần mềm mô đặc biệt phần mềm ANSYS, xây dựng mơ hình để tính tốn khả chống chọc thủng cho liên kết cột sàn Ưu điểm mơ hình số dễ dàng thay đổi tham số cần khảo sát kích thước sàn cột, vật liệu, bố trí cốt thép, ứng suất nén trước bê tông Đây xu hướng để giải tốn điều kiện biên, hình dáng liên kết cột sàn phức tạp, tiết kiệm chi phí làm thực nghiệm Các nhận xét định hướng nghiên cứu luận án Luận án sử dụng phương pháp số để khảo sát tham số ảnh hưởng đến khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT bê tông ứng lực trước Từ kết khảo sát số đề xuất công thức xác định khả chống chọc thủng sàn phẳng có xét đến ảnh hưởng hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo, ứng suất nén trước bê tông, tham số kích thước Cơng thức đề xuất phù hợp với TCVN 5574-2018 kiểm chứng mơ hình thực nghiệm luận án CHƯƠNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG BTCT BẰNG MÔ PHỎNG SỐ 2.1 GIỚI THIỆU Mô số trở thành phương pháp tin cậy hiệu để nghiên cứu KN CCT sàn BTCT Sử dụng phương pháp không xác định giá trị lực chọc thủng, mà xét đến tham số ảnh hưởng khác như: hàm lượng cốt thép, ảnh hưởng kích thước cột, chiều dảy sàn, điều kiện biên, ứng suất nén trước bê tông …mà nhiều công thức dự báo chưa kể đến ANSYS [12] [26] phần mềm tính tốn kết cấu theo PTHH mạnh đặc biệt mơ phân tích làm việc cấu kiện BTCT Ưu điểm phần mềm ngồi việc sử dụng trực tiếp mơ hình phi tuyến vật liệu mơ đun sẵn có phần mềm, người dùng đưa vào mơ hình vật liệu phù hợp với tốn cần nghiên cứu, đồng thời xây dựng mođun chương trình bổ sung ngơn ngữ thiết kế tham số APDL cho tốn để tích hợp thêm vào phần mềm Ngôn ngữ thiết kế tham số ADPL (ANSYS Parametric Design Language) [19] ngơn ngữ lập trình FORTRAN, cung cấp đầy đủ chức tạo biến số, số, hàm, vector, ma trận, phép lặp để mơ hình hóa tốn có điều kiện biên phức tạp, cần giải lặp tạo mơ đun thơng dụng Mơ hình xây dựng ngôn ngữ ADPL tệp tin chứa mã nguồn dạng văn bản, cho phép thay đổi tham số liệu đầu vào kích thước mơ hình, lưới cốt thép, lưới thép ứng lực trước, mơ hình cường độ vật liệu, tải trọng… Trong chương nghiên cứu khả chống chọc thủng sàn phẳng bê tông cốt thép bê tông ứng lực mô số phần mềm ANSYS Mechanical V.15.0 viết ngơn ngữ APDL Sử dụng mơ hình này, thay đổi tham số để khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả chống chọc thủng, từ đề xuất cơng thức xác định khả chống chọc thủng sàn BTCT bê tông ứng lực trước phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT hành Việt nam 2.2 MƠ HÌNH HĨA CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG Theo phương pháp PTHH, có ba mơ hình khác để mơ hình hóa phần tử cốt thép phần tử bê tơng: mơ hình 11 ANSYS khơng có phần tử hay tải trọng ứng suất trươc riêng biệt để giải cho tốn sàn bê tơng ứng suất trước, nên sử dụng tác dụng nhiệt vào phần tử mô cốt thép ứng lực trước 2.7 2.8 SƠ ĐỒ KHỐI THUẬT TỐN XÂY DỰNG MƠ HÌNH TÍNH KN CCT CỦA SÀN PHẲNG TRONG ANSYS VIẾT BẰNG ADPL KIỂM CHỨNG MƠ HÌNH VỚI THÍ NGHIỆM ĐƯỢC CƠNG BỐ 2.8.1 Mơ thí nghiệm Yaser Mirzae 2.8.2 Mơ thí nghiệm Alam 2.8.3 Mơ thí nghiệm Franklin and Long 2.8.4 Mơ thí nghiệm Rahman 2.8.5 Nhận xét Kết mơ số thí nghiệm với mẫu sàn BTCT bê tông ứng lực trước cho lực phá hoại gần Do mơ hình mơ số lực dính bê tơng cốt thép xem tuyệt đối, điều kiện biên mơ hình số khơng giống hồn tồn thí nghiệm, việc mơ vết nứt bê tơng nén vỡ khơng hồn tồn giống thực tế, tượng khóa cứng (shear locking) nên kết độ võng điểm mơ hình số dự báo thường nhỏ so với thực tế 2.9 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG THÉP DỌC ĐẾN KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN BTCT Hình 2.32 Quan hệ hàm lượng thép dọc KN CCT sàn phẳng nhóm N1R 12 2.10 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA ỨNG SUẤT NÉN TRƯỚC TRONG BÊ TÔNG ĐẾN KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA BẢN SÀN Hình 2.38 Quan hệ ứng suất nén khả chống chọc thủng sàn bê tông ứng lực trước 2.11 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CƯỜNG ĐỘ BÊ TƠNG, THAM SỐ KÍCH THƯỚC ĐẾN KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN BTCT 2.11.1 Ảnh hưởng cường độ bê tông 2.11.2 Ảnh hưởng chiều cao làm việc sàn 2.11.3 Ảnh hưởng chiều cao làm việc sàn Hình 2.45 Quan hệ ứng suất nén khả chống chọc thủng sàn bê tơng ứng lực trước 13 2.12 XÂY DỰNG CƠNG THỨC XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG BTCT VÀ BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC 2.12.1 Cơ sở xây dựng công thức 2.12.2 Xây dựng công thức xác định khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT F   k s k c u m h R bt (2.33) Trong đó: - - - - : Hệ số phụ thuộc loại bê tông, lấy với bê tông nặng Rbt: Cường độ chịu kéo tính tốn bê tơng; ho: Chiều cao làm việc sàn với cốt thép thường; ks : Hệ số ảnh hưởng ảnh hưởng hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo đến KN CCT 0.9s uc ks  (1  ) ; 1.0 ≤ ks ≤ 1.30 0.021  s ud s : Hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo phân bố trung bình sàn theo phương x (sx) phương y (sy) lấy không lớn 2% [36] : s = (sx + sy)/2 kc: Hệ số ảnh hưởng tỷ số kích thước tiết diện hình 0.15 chữ nhật cột: c >2 kc   hc / h0  ; c ≤ kc lấy c : Tỷ số chiều cao (hc) chiều rộng (bc) tiết diện Cột um: Chu vi tiết diện kiểm tra cách mép cột h0/2, cột chữ nhật um = 2(bc+hc +2h0) uc: Chu vi tiết diện cột, với cột chữ nhật uc = 2(bc + hc) ud: Chu vi đáy tháp lấy cách mép cột h0, cột chữ nhật ud = 2(bc +hc +4h0) 14 2.12.3 Xây dựng công thức xác định khả chống chọc thủng sàn phẳng bê tông ứng lực trước (2.34) F   k s k c u m h ( Rbt  0.12 p ) Trong đó: p ứng suất nén trước hiệu bê tông lấy khơng lớn 3.5 MPa [19], tính trung bình ứng suất nén trước hiệu theo phương x (px) phương y (py) : p = (px + py)/2 2.12.4 Đánh giá công thức đề xuất với kết mô số KN CCT CTĐX (KN) 2.12.5 Đánh giá công thức đề xuất với kết kết thí nghiệm cơng bố 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 TN Công thức đề xuất 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1,000 1,100 KN CCT THÍ NGHIỆM (KN) Hình 2.50 So sánh cơng thức 2.33, 2.34 thí nghiệm sàn phẳng BTCT bê tơng ứng lực trước cơng bố Hình 2.50 cho kết so sánh công thức đề xuất 2.33 2.34 270 mẫu thí nghiệm BTCT bê tơng ứng lực trước cơng bố, chi tiết mẫu thí nghiệm xem phụ lục A Tỷ số Pctthí nghiệm /Pctđx trung bình 1.27 , độ lệch quân phương =0.200, hệ số biến động =0.158 nên cơng thức 2.33 2.34 có hệ số an toàn phù hợp dự báo khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT bê tông ứng lực trước 15 2.13 NHẬN XÉT CHƯƠNG Xây dựng mơ hình số để tính tốn khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT bê tơng ứng lực trước Mơ hình số xây dựng phần mềm ANSYS, viết ngôn ngữ ADPL, thay đổi thơng số kích thước sàn cột, bố trí cốt thép dọc, vật liệu, ứng suất nén trước bê tông thuận tiện nghiên cứu thiết kế Với mơ hình mơ khảo sát tham số ảnh hưởng đến khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT bê tông ứng lực trước Từ kết khảo sát số, đề xuất cơng thức tính tốn khả chống chọc thủng sàn BTCT bê tông ứng lực trước phù hợp với TCVN 5574-2018 Áp dụng công thức xây dựng 230 mẫu thí nghiệm sàn phẳng BTCT 40 mẫu thí nghiệm sàn phẳng bê tơng ứng lực trước công bố giới cho kết trung bình Pctđx/Pctthí nghiệm 1.27 Cơng thức đề xuất kiểm chứng chương luận án CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG BTCT VÀ BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC 3.1 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 3.1.1 Mục tiêu nghiên cứu a) Cơ cấu phá hoại chọc thủng khả chống chọc thủng sàn b) Khảo sát quan hệ tải trọng với: chuyển vị điểm sàn, góc xoay, biến dạng vùng nén đầu cột bê tông, biến dạng cốt thép c) Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo đến khả chống chọc thủng sàn phẳng 16 d) Khảo sát ảnh hưởng ứng suất nén trước đến khả chống chọc thủng sàn phẳng e) Kiểm chứng mơ hình số công thức 2.33 2.34 xây dựng chương 3.1.2 Nội dung nghiên cứu 3.2 CƠ SỞ THIẾT KẾ MẪU VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM 3.2.1 Cơ sở xây dựng mơ hình Trong nghiên cứu này, tác giả đề xuất tỷ lệ 1/4 cho phù hợp với điều kiện phịng thí nghiệm LAS-XD125 thuộc Đại học xây dựng, kế thừa số kết thí nghiệm Alam [23], Franklin and Long [40] cộng thực 3.2.2 Thiết lập mẫu thí nghiệm Mẫu thí nghiệm luận án giống hình 3.1 Tất mẫu sàn BTCT có kích thước 1000x1000 mm chiều dày sàn 60 mm Cột có kích thước 120x120 mm, bố trí 10, đai 6 a100 Hình 3.1 Mẫu thí nghiệm luận án 3.3 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẪU THÍ NGHIỆM 3.3.1 Bê tơng Bê tơng có cấp độ bền B30 (khoảng mác 400), sử dụng phụ gia siêu dẻo để bê tơng đạt cường độ 10-14 ngày 3.3.2 Cốt thép thường 17 Thép Việt Ý nhóm CB 240-T có đường kính 6 Thí nghiệm cho thấy cốt thép có giới hạn chảy nhỏ 367 Mpa giới hạn bền 560 Mpa 3.3.3 Cốt thép ứng lực trước Cốt thép căng trước thép cường độ cao có đường kính =7.1 mm Theo tài liệu nhà sản xuất (công ty CP đầu tư Phan Vũ) , cốt thép có giới hạn chảy nhỏ 1272 Mpa giới hạn bền 1420 Mpa 3.4 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẪU THÍ NGHIỆM - Nhóm (Khơng ứng lực trước ) S0N1: Gồm mẫu ký hiệu S0N1-1, S0N1-2, S0N1-3 Đây mẫu không ứng lực trước, có hàm lượng thép 0.71% (a100) Trong nhóm mẫu không ứng lực trước, đặt lớp thép 7.1 khơng căng - Nhóm (Khơng ứng lực trước) S0N2: Gồm mẫu ký hiệu S0N2-1, S0N2-2, S0N2-3 Đây mẫu khơng ứng lực trước, có hàm lượng thép thường 1.35% (a50) - Nhóm (Khơng ứng lực) S0N3: Gồm mẫu ký hiệu S0N3-1, S0N3-2, S0N3-3 Đây mẫu khơng ứng lực trước, có hàm lượng thép thường 0.39 % (a200) - Nhóm (Ứng lực trước) S1: Gồm mẫu ký hiệu S1-1, S12, S1-3 Đây mẫu ứng lực trước với ứng suất nén trước bê tông p =1.50 MPa, hàm lượng thép thường 0.71% - Nhóm (Ứng lực trước) S2: Gồm mẫu ký hiệu S2-1, S22, S2-3 Đây mẫu ứng lực trước với ứng suất nén trước bê tông p =2.50 MPa, hàm lượng thép thường 0.71% 3.4.1 Cấu tạo mẫu không ứng lực trước SON1, SON2, SON3 3.4.2 Cấu tạo mẫu ứng lực trước S1, S2 3.5 HỆ GIA TẢI 3.5.1 Hệ gia tải đứng Hệ gia tải đứng thiết kế để đỡ mẫu sàn gia tải theo phương từ lên 18 Hình 3.2 Cấu tạo kết cấu khung đỡ 3.5.2 Hệ gia tải ngang Hệ khung gia tải ứng lực trước thiết kế để căng thép cường độ cao 7.1 theo phương Hình 3.7 Cấu tạo khung gia tải ứng lực trước 3.6 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ THIẾT BỊ ĐO 3.6.1 Sơ đồ lắp chuyển vị kế LDVT 3.6.2 Sơ đồ lắp đặt cảm biến (strain gauses) 19 3.7 CHẾ TẠO MẪU THÍ NGHIỆM 3.7.1 Đúc mẫu thí nghiệm 3.7.2 Trình tự căng cáp ứng lực trước 3.7.3 Trình tự bng neo 3.8 THÍ NGHIỆM CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU 3.8.1 Thí nghiệm cường độ chịu nén, kéo mơ đun đàn hồi bê tơng 3.8.2 Thí nghiệm kéo thép 3.8.3 Thí nghiệm kéo thép ứng lực trước 3.8.4 Tổn hao ứng suất thép ứng lực trước Hình 3.7 Phân bố ứng suất trước sàn 3.9 THÍ NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA BẢN SÀN 3.10 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 3.10.1 Số liệu cách xử lý 3.10.2 Khả chống chọc thủng sàn phẳng 20 Bảng 3.10 Kết KN CCT sàn BTCT thường S0N3 S0N1 S0N2 Nhóm s 0.71 % 0.39 % 1.35 % Mẫu 3 Pcti 78.0 66.8 74.9 86.0 86.6 84.4 118.1 114.7 113.9 Pcttb 73.2 85.7 115.6 Bảng 3.11 Kết KN CCT sàn BT ứng lực trước S0N1 S1 S2 Nhóm p 1.53 2.45 s 0.71 % 0.71 % 0.71 % Mẫu 3 Pcti 86.0 86.6 84.4 104.1 102.2 102.3 104.9 115.9 117.3 Pcttb 85.5 102.8 116.6 3.10.3 Độ võng lớn điểm sàn 3.10.4 Sự hình thành vết nứt 3.10.5 Quan hệ tải trọng độ võng điểm sàn Bảng 3.38 Quan hệ tải trọng-độ võng theo hàm lượng thép 21 Bảng 3.41 Quan hệ tải trọng-độ võng theo ứng suất nén trước 3.10.6 3.10.7 3.10.8 3.10.9 Quan hệ tải trọng biến dạng bê tông Quan hệ tải trọng ứng suất cốt thép Kiểm chứng mơ hình Ansys với thực nghiệm Kiểm chứng cơng thức đề xuất với thực nghiệm Bảng 3.17 So sánh kết thí nghiệm cơng thức đề xuất theo hàm lượng thép Nhóm S0N3 S0N1 S0N2 Hàm lượng 0.39 % 0.71 % 1.35 % ks 1.08 1.13 1.20 Pthí nghiệm 72.3 85.7 115.6 Pđề xuất 65.3 68.3 75.5 Pthí nghiệm / Pđề xuất 1.11 1.25 1.53 22 Khi hàm lượng thép sàn nhỏ 1%, tỷ số Pthí nghiệm / Pđề xuất 1.11 1.25 Hệ số an tồn phù hợp hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo thông thường bố trí sàn phẳng Với hàm lượng thép lớn 1.35%, tỷ số Pthí nghiệm / Pđề xuất 1.53 Với sàn phẳng có hàm lượng thép lớn thường sàn có mơ men uốn lớn có chiều dày nhỏ, nên cần có hệ số an tồn cao Bảng 3.18 So sánh kết thí nghiệm cơng thức đề xuất theo ứng suất nén trước Nhóm S0N1 S1 S2 Ứng suất nén 1.53 2.45 Hàm lượng 0.71 % 0.71 % 0.71 % ks 1.12 1.12 1.12 Pthí nghiệm 85.7 102.8 116.6 Pđề xuất 68.3 76.9 80.6 Pthí nghiệm / Pđề xuất 1.25 1.34 1.45 Khi ứng suất nén trước sàn nhỏ 1.53 MPa tỷ số Pthí nghiệm / Pđề xuất 1.25 1.34 Hệ số an tồn phù hợp ứng suất nén trước thông thường thiết kế sàn phẳng bê tông ứng lực trước Với ứng suất nén trước bê tông 2.45 MPa, tỷ số Pthí nghiệm / Pđề xuất 1.45 Khi ứng suất nén trước bê tông lớn, có rủi ro đứt cáp, tổn hao ứng suất, nên cần có hệ số an tồn cao 3.11 NHẬN XÉT CHƯƠNG Chương luận án xây dựng mơ hình thí nghiệm xác định khả chống chọc thủng sàn phẳng bê tông cốt thép bê tông ứng lực trước Thông qua 15 mẫu thí nghiệm, khảo sát ảnh hưởng hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo, 23 ứng suất nén trước bê tông, đồng thời kiểm chứng độ xác cơng thức đề xuất 2.33 2.34 Kết thí nghiệm nhóm mẫu sàn BTCT cho thấy hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo ảnh hưởng đáng kể đến khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT: hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo tăng từ 0.39% lên 0.71% khả chống chọc thủng sàn tăng 1.17 lần, hàm lượng cốt thép dọc tăng từ 0.39% lên 1.35% KN CCT sàn tăng 1.57 lần Cơng thức 2.33 cho hệ số Pthí nghiệm / Pđề xuất với nhóm khảo sát 1.11, 1.25 1.53 Kết thí nghiệm nhóm mẫu sàn bê tơng ứng lực trước cho thấy ảnh hưởng ứng suất nén trước bê tông làm tăng khả chống chọc thủng sàn bê tông ứng lực trước: ứng suất nén trước sàn 1.53 MPa khả chống chọc thủng tăng 1.20 lần so với BTCT thường, ứng suất nén trước 2.45 MPa KN CCT tăng 1.36 lần so với BTCT thường Công thức 2.34 cho hệ số Pthí nghiệm / Pđề xuất với nhóm khảo sát 1.25 1.34 KẾT LUẬN KẾT LUẬN Trên sở kết nghiên cứu khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT bê tông ứng lực trước, luận án rút kết luận sau: Xây dựng mơ hình mơ số phần mềm ANSYS viết ngôn ngữ ADPL đảm bảo độ tin cậy Với mơ hình mơ số xây dựng được, dễ dàng điều chỉnh tham số kết cấu kích thước sàn cột, vật liệu, bố trí cốt thép, ứng suất nén bê tơng ứng lực trước, vị trí lưới thép ứng lực trước, điều kiện biên… để khảo sát khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT bê tông ứng lực trước Luận án đề xuất công thức 2.33 dự báo khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT có kể đến ảnh hưởng hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo, ảnh hưởng kích thước tiết 24 diện cột, phù hợp với TCVN 5574-2018 Công thức kiểm chứng mẫu thí nghiệm luận án 230 mẫu thí nghiệm cơng bố, cơng thức tin cậy sử dụng nghiên cứu thiết kế cơng trình Luận án đề xuất cơng thức 2.34 để dự báo khả chống chọc thủng sàn phẳng bê tông ứng lực trước phù hợp với TCVN 5574-2018 Công thức kiểm chứng mẫu thí nghiệm luận án 40 mẫu thí nghiệm cơng bố, cơng thức tin cậy sử dụng nghiên cứu thiết kế cơng trình Luận án xây dựng mơ hình thí nghiệm xác định khả chống chọc thủng sàn phẳng bê tông cốt thép bê tông ứng lực trước Thông qua 15 mẫu thí nghiệm, kiểm chứng độ tin công thức đề xuất 2.33 2.34 Các số liệu thí nghiệm thu tài liệu tham khảo có ích cho nghiên cứu khả chống chọc thủng sàn phẳng BTCT bê tông ứng lực trước KIẾN NGHỊ Trong kết cấu sàn phẳng BTCT bê tông ứng lực trước, khả chống chọc thủng sàn vị trí cột góc, cột biên cột khác cần phát triển tiếp mơ hình số thực nghiệm để bổ sung hệ số xét đến vị trí cột Các nghiên cứu thường tập trung vào giải toán liên kết cột sàn đơn, mà không xét đến kết cấu thực hệ khơng gian liên tục, xây dựng mơ hình mơ số cho hệ sàn phẳng, từ đánh giá hệ số an tồn tách thành hệ cột sàn đơn DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Trần Việt Tâm, ” Khả chống chọc thủng sàn phẳng bê tơng ứng lực trước có nhịp không “, tuyển tập báo cáo hội nghị Khoa học công nghệ trường Đại học xây dựng lần thứ 17, Nhà xuất xây dựng – Bộ xây dựng, 2016 Trần Việt Tâm, Phạm Ngọc Vượng, ”Ảnh hưởng hàm lượng cốt thép chịu uốn đến khả chống chọc thủng sàn phẳng bê tông cốt thép “, Tạp chí xây dựng, Bộ xây dựng, 07/2018, ISSN 0866-8762 Trần Việt Tâm, ”Ảnh hưởng tham số kích thước đến khả chống chọc thủng sàn phẳng bê tơng cốt thép “, Tạp chí xây dựng, Bộ xây dựng, 01/2019, ISSN 0866-8762 Trần Việt Tâm, ”Ảnh hưởng ứng suất nén trước bê tông đến khả chống chọc thủng sàn phẳng“, Tạp chí xây dựng, Bộ xây dựng, 01/2019, ISSN 0866-8762 ... 1.2.4 Mơ hình uốn tính chọc thủng 1.2.5 Mơ hình vết nứt tới hạn góc xoay Muttoni (2008) Hình 1.2 Xác định KN CCT theo Muttoni 2008 1.3 CÁC MƠ HÌNH XÁC ĐỊNH KN CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA BẢN BÊ TÔNG ỨNG... khả chống chọc thủng cho 270 mẫu thí nghiệm cơng bố luận án thu thập biểu đồ hình 1.22 Tỷ lệ Pcttn/Pcttcvn=1.45 công thức dự báo chưa kể đến ảnh hưởng hàm lượng thép dọc chịu kéo, ứng suất nén trước... 113.9 Pcttb 73.2 85.7 115.6 Bảng 3.11 Kết KN CCT sàn BT ứng lực trước S0N1 S1 S2 Nhóm p 1.53 2.45 s 0.71 % 0.71 % 0.71 % Mẫu 3 Pcti 86.0 86.6 84.4 104.1 102.2 102.3 104.9 115.9 117.3 Pcttb 85.5