Khảo sát sự tăng cường độ bê tông nhờ hiệu ứng hạn chế nở hông do cốt đai gây ra trong cột bê tông cốt thép

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN VĂN THANH KHẢO SÁT SỰ GIA TĂNG CƢỜNG ĐỘ BÊ TÔNG NHỜ HIỆU ỨNG HẠN CHẾ NỞ HÔNG DO CỐT ĐAI GÂY RA TRONG CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã ngành : 85 80 201 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS TRẦN QUANG HƢNG Đà Nẵng, Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin 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 Trần Văn Thanh TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH Đề tài: KHẢO SÁT SỰ GIA TĂNG CƢỜNG ĐỘ BÊ TÔNG NHỜ HIỆU ỨNG HẠN CHẾ NỞ HÔNG DO CỐT ĐAI GÂY RA TRONG CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP Học viên: Trần Văn Thanh số: 85 80 201 - - Chuyên ngành: Kỹ thuật XDCT DD&CN h a: 36 - Trƣờng Đ i học ch hoa – ĐHĐN Tóm tắt - Cƣờng độ bê tơng đƣa v o tính to n đƣợc x c định thơng qua thí nghiệm nén mẫu khơng có h n chế nở hơng Trong thực tế, bê tơng bị h n chế nở hông cốt thép Nhiều nghiên cứu thực nghiệm trƣớc cho thấy rằng, khả chịu nén bê tông c tăng lên hi bê tông bị h n chế nở hông gây cốt đai Thông qua kết nghiên cứu trƣớc đây, luận văn dùng c c công thức phát triển Légéron Paultre để khảo sát gia tăng cƣờng độ bê tông nhờ hiệu ứng h n chế nở hông cốt đai gây cột bê tơng cốt thép Các ví dụ khảo sát gồm cột tiết diện chữ nhật tròn đ đặc tính cốt đai đƣợc thay đổi Kết cho thấy số trƣờng hợp cƣờng độ chịu nén bê tơng bị h n chế nở hơng tăng lên 10% Từ khóa - cột bê tơng cốt thép, hạn chế nở hông; cốt đai, cường độ nén, áp lực hiệu dụng Topic: INVESTIGATION OF THE INCREASE IN CONCRETE STRENGTH DUE TO THE EFFECT OF LIMITING EXPANSION CAUSED BY THE BELT IN REINFORCED CONCRETE COLUMN Summary - Compressive strength of concrete is determined by uniaxial testing via prismatic sample without any lateral expansion In fact, concrete may be confined by reinforcement, such as stirrup and hoop In litterature, many studies have suggested that the compressive strength of concrete can increase if concrete is confined Basing on these results, this study uses the formulas developed by Légéron and Paultre to calculate the confined concrete strength in case of concrete column with diffirent type of stirrup reinforcement By computing for rectangular and circular section columns The results show that in some cases the compressive strength of confined concrete can increase 10% Keywords - reinforced concrete column, confinement, stirrup, compressive strength, lateral effective pressure MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CA ĐOAN TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tƣợng ph m vi nghiên cứu Phƣơng ph p nghiên cứu Bố cục đề tài CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG 1.1 Các khái niệm bê tông - bê tông cốt thép .3 1.2 Cƣờng độ bê tông yếu tố ảnh hƣởng 1.3 Kết luận .12 CHƢƠNG SỰ LÀM VIỆC CỦA BÊ TÔNG TRONG CỘT KHI BỊ HẠN CHẾ NỞ HÔNG 13 2.1 Bê tông bị h n chế nở hông .13 2.1.1 Cƣờng độ nén bê tông 13 2.1.2 Bê tông h n chế nở hông theo tiêu chuẩn EN1992-1-1-2004 14 2.1.3 Quan hệ ứng suất – biến d ng bê tông nở hơng 15 2.1.4 Mơ hình cột tiết diện tròn bọc đai liên tục .16 2.1.5 Ứng dụng vào cột tiết diện chữ nhật đặt cốt đai 17 2.1.6 Cƣờng độ cực đ i bê tông h n chế nở hông - biểu thức Légeron Paultre (2003) 2.2 C c mơ hình x c định cƣờng độ bê tơng bị h n chế nở hông .21 2.2.1 Mơ hình Richart (1928) 21 2.2.2 Mơ hình Mander (1988) 22 2.2.3 Mơ hình sửa đổi Scott (2001) .24 2.3 C c bƣớc tính tốn theo mơ hình Légeron Paultre 26 2.4 Kết luận .27 CHƢƠNG KHẢO SÁT SỰ GIA TĂNG CƢỜNG ĐỘ BÊ TÔNG NHỜ HIỆU ỨNG HẠN CHẾ NỞ HÔNG DO CỐT ĐAI GÂY RA TRONG CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP28 3.1 Tổng quan ví dụ áp dụng 28 3.2 Xét cột vuông 250x250 .28 3.3 Xét cột vuông 1000x1000 30 3.3.1 Thông số đầu vào 30 3.3.2 Kết 31 3.3.3 Nhận xét 31 3.4 Xét cột chữ nhật (thay đổi tiết diện 500x500, 500x600 , 500x700, 500x800, 500x900, 500x1000, 500x1200) 31 3.4.1 Thông số đầu vào 31 3.4.2 Kết 32 3.4.3 Nhận xét 33 3.5 Một số toán khảo sát .33 3.5.1 Thay đổi cấp bền bê tông 33 3.5.2 Thay đối ích thƣớc tiết diện 35 3.5.3 Thay đổi khoảng cách cốt đai .36 3.5.4 Thay đổi lo i tiết diện 37 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39 Kết luận 39 Kiến nghị 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ ( ẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Cƣờng độ đặc trƣng, biến d ng bê tông theo EN 1992-1-1:2004 13 Bảng 3.1 Mô tả tiết diện 28 Bảng 3.2 Kết tỉ lệ f’cc/f’c ứng với trƣờng hợp s (mm) thay đổi .31 Bảng 3.3 Kết tỉ lệ f’cc/f’c ứng với giá trị tiết diện (mm) thay đổi 32 Bảng 3.4 Kết theo cấp bền bê tông 34 Bảng 3.5 Trƣờng hợp thay đổi ích thƣớc cột 35 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 X c định cƣờng độ chịu nén – mẫu thử Hình 1.2 X c định cƣờng độ chịu kéo Hình 1.3 Ảnh hƣởng lƣợng nƣớc nhào trộn đến độ lƣu biến hỗn hợp bê tông Hình 1.4 Quan hệ cƣờng độ tuổi bê tông 11 Hình 1.5 Sự phá ho i mẫu thử khối vuông 12 Hình 2.1 Quan hệ ứng suất – biến d ng bê tơng bị bó 15 Hình 2.2 Quan hệ ứng suất – biến d ng bê tông h n chế nở hơng 15 Hình 2.3 Sự cân ứng suất 17 Hình 2.4 Khái niệm cột tƣơng đƣơng 18 Hình 2.5 Mối quan hệ / I’e 21 Hình 2.6 Mơ hình ứng suất biến d ng bê tông – Mander .23 Hình 2.7 Mơ hình sửa đổi Scott 24 Hình 3.1 Các tiết diện cột khảo sát 28 Hình 3.2 Tiết diện cột 250x250 28 Hình 3.3 Tiết diện cột 1000x1000 .30 Hình 3.4 Các thơng số đầu vào cho cột 1000x1000 30 Hình 3.5 Đồ thị f’cc/f’c hoảng c ch đai s(mm) 31 Hình 3.6 Đồ thị f’cc/f’c ích thƣớc tiết diện (mm) 33 Hình 3.7 Giá trị f’cc (Mpa) 34 Hình 3.8 Giá trị ’cc 34 Hình 3.9 Giá trị f’cc ( pa) 35 Hình 3.10 Giá trị ’cc 35 Hình 3.11 Giá trị f’cc ( pa) 36 Hình 3.12 Giá trị ’cc 37 Hình 3.13 Giá trị f’cc ( pa) 38 Hình 3.14 Giá trị ’cc 38 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Cột bê tông cốt thép lo i kết cấu phổ biến c c cơng trình nhƣ cơng trình: dân dụng, cơng nghiệp cầu đƣờng Sự phá ho i cột ảnh hƣởng đến phá ho i kết cấu khác nguyên nhân dẫn đến phá ho i tồn kết cấu cơng trình Cƣờng độ bê tơng đƣa vào tính to n đƣợc x c định thơng qua thí nghiệm nén mẫu khơng có h n chế nở hơng Trong thực tế, bê tơng bị h n chế nở hông cốt thép Nhiều nghiên cứu trƣớc cho rằng, khả chịu nén bê tông (chủ yếu cột) c tăng lên hi bê tông bị h n chế nở hông gây cốt đai Việc nghiên cứu ảnh hƣởng này, góp phần bổ sung cho lý thuyết tính tốn cấu kiện chịu nén bê tông cốt thép Do vậy, nhằm khảo sát vai trò cốt đai ảnh hƣởng nhƣ đến cƣờng độ chịu nén bê tông cột bê tông cốt thép, đề tài nghiên cứu: “ hảo sát tăng cƣờng độ bê tông nhờ hiệu ứng h n chế nở hông cốt đai gây cột bê tông cốt thép” c ý nghĩa thực tiễn Mục tiêu nghiên cứu Dựa vào kết có sẵn, khảo sát thay đổi cƣờng độ bê tông cột thay đổi thơng số nhƣ ích thƣớc cột, đƣờng ính bƣớc đai, cấp bền bê tông Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: Cƣờng độ chịu nén bê tông cấu kiện bê tông cốt thép bê tông bị h n chế nở hông gây cốt đai - Ph m vi nghiên cứu: Ảnh hƣởng cốt đai đến h n chế nở hông cƣờng độ nén bê tông Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: Dựa vào kết nghiên cứu có sẵn giới, từ đ hảo sát ảnh hƣởng thông số cấu kiện bê tông cột Bố cục đề tài Mở đầu Nội dung Chƣơng 1: Tổng quan cƣờng độ chịu nén bê tông Chƣơng 2: Sự làm việc bê tông cột bị h n chế nở hông Chƣơng 3: hảo sát gia tăng cƣờng độ bê tông nhờ hiệu ứng h n chế nở hông cốt đai gây cột bê tông cốt thép Kết luận kiến nghị CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG 1.1 Các khái niệm bê tông - bê tông cốt thép Bê tông lo i đ nhân t o, đƣợc hình thành việc trộn thành phần: Cốt liệu thơ, cốt liệu mịn, chất kết dính, theo tỷ lệ định (đƣợc gọi cấp phối bê tông) ê tông lo i vật liệu quan trọng đƣợc sử dụng rộng r i lĩnh vực xây dựng n c ƣu điểm sau: C cƣờng độ chịu nén cao, bền môi trƣờng Cốt liệu c thể sử dụng nguyên liệu địa phƣơng Dễ giới h a, tự động h a qu trình sản xuất thi công C thể t o đƣợc nhiều lo i bê tơng c tính chất h c nhau, c c lo i bê tông phổ biến là: bê tông tƣơi, bê tông nhựa, bê tông Asphalt, bê tông Polime c c lo i bê tông đặc biệt h c ê tông đƣợc sử dụng rộng r i xây dựng c c cơng trình iến trúc, m ng, g ch hông nung hay g ch bloc , mặt l t vỉa hè, cầu cầu vƣợt, đƣờng lộ, đƣờng băng, c c cấu trúc b i đỗ xe, đập, hồ chứa/bể chứa nƣớc, ống cống, chân cột cho c c cổng, hàng rào, cột điện chí thuyền Việc sản xuất sử dụng bê tông c nhiều t c động h c đến môi trƣờng nhìn chung hơng hồn tồn tiêu cực nhƣ nhiều ngƣời nghĩ ặc dù sản xuất bê tông đ ng g p đ ng ể vào việc sản sinh hí nhà ính, việc t i sử dụng bê tông l i phổ biến c c cơng trình qu cũ qu giới h n tuổi thọ Những ết cấu bê tông bền c tuổi thọ cao Đồng thời, hối lƣợng t c dụng nhiệt cao độ thẩm ém, bê tông vật liệu dùng cho nhà tiết iệm lƣợng Trong bê tông, chất ết dính (xi măng + nƣớc, nhựa đƣờng, phụ gia ) làm vai trị liên ết c c cốt liệu thơ c ích thƣớc 5,0mm-40 mm lớn (đ , sỏi, đôi hi sử dụng vật liệu tổng hợp bê tơng nhẹ) cốt liệu mịn c ích thƣớc từ 1,0mm- 5,0mm (thƣờng c t, đ m t, đ xay, ) hi đ ng rắn, làm cho tất thành hối cứng nhƣ đ Cƣờng độ chịu éo bê tông nhỏ cƣờng độ chịu nén nhiều (8-15 lần) Ngoài c c thành phần nhƣ trên, ngƣời ta cịn c thể thêm c c phụ gia để cải thiện số tính chất bê tông lúc thi công nhƣ qu trình sử dụng Phụ gia c nhiều lo i h c nhau, c lo i để nâng cao độ dẽo hỗn hợp bê tông, c lo i 37 Hình 3.12 Nhận xét: Giá trị ’cc hi tăng hoảng c ch c c cốt đai, cƣờng độ chịu nén biến d ng nở hơng giảm Trong ví dụ này, biến d ng nở hông giảm từ 0.0031 xuống 0.0020, tức giảm 35 3.5.4 Thay đổi loại tiết diện Trong phân tích này, giữ nguyên cấp bền bê tông C20/25 tiến hành thay đổi lo i tiết diện (xem ảng 3.1), ta c bảng ết quả: COL-A COL_B COL-C COL-D f'cc 28.4 28.4 28.8 29.2 ε'cc 0.0025 0.0025 0.0039 0.0055 38 Hình 3.13 Giá trị f’cc (Mpa) Hình 3.14 Nhận xét: Giá trị ’cc chịu nén cột tăng lên theo c c lo i tiết diện COL-A; COL-B; COL-C; COL-D Qua đ cho thấy hi cốt thép đai dày chịu nén cột tăng, biến d ng nở hông tăng theo 39 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu khảo sát số luận văn c thể rút kết luận: Để tăng hiệu hiệu ứng hiệu ứng h n chế nở hông bê tông c thể sử dụng c c giải ph p sau: - Tăng cấp độ bền bê tơng - Tăng đƣờng ính cốt đai - ố trí thêm giằng cốt đai - Giảm hoảng c ch c c lớp cốt đai - Sử dụng ết hợp c c giải ph p KIẾN NGHỊ Có thể cho phép tăng biến d ng cực h n bê tơng có kiềm chế nở ngang thiết kế so với mức 0.002 nhƣ nƣớc ta, nên sử dụng cốt đai hông lớn 12, khoảng cách không nhỏ 50 mm để tận dụng khả làm việc vật liệu 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] NGÔ QUANG TUẤN, Nghiên cứu ảnh hƣởng cốt đai đến tỷ số nén cột bê tông cốt thép thiết kế kháng chấn kết cấu nhà nhiều tầng, Luận văn th c sỹ kỹ thuật, Đại học B ch khoa Đà nẵng, 2018 [2] THÁI ĐỨC KIÊN (2011), "Ảnh hưởng cốt đai đến khả ch u lực cột bê tông cốt thép ch u nén tâm", Khảo sát - Thiết kế xây dựng [3] LÊ NGỌC HỒNG, Cơ sở học môi trƣờng liên tục lý thuyết đàn hồi, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2002 [4] NGUYỄN TRUNG HÒA, Tiêu chuẩn châu Âu Eurocode EN 1992 -1 -1, thiết kế kết cấu bê tông bê tông cốt thép, NXB Xây dựng, Hà Nội, 2006 [5] NGUYỄN ĐÌNH CỐNG, Kết cấu bê tông cốt thép – phần cấu kiện bản, Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, (2008), Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [6] NGUYỄN ĐÌNH CỐNG, Tính tốn thực hành cấu kiện bê tơng cốt thép theo tiêu chuẩn TCXDVN 365-2005, Nhà xuất xây dựng [7] NGUYỄN ĐÌNH CỐNG, Tính tốn tiết diện cột bê tông cốt thép, Nhà xuất xây dựng (2006) [8] F LE´GERON and P PAULTRE, Uniaxial Confinement Model for Normal- and High-Strength Concrete Columns, Journal of Structural Engineering, Vol 129, (2), 241-252, 2003 [9] K.SHARMA, P BHARGAVA, P SHINGH and K KAUSHIK, Confinement Reinforcement Design for Plain and Fibre Reinforced High Strength Concrete Culumns, Journal of Advanced Concrete Technology, Vol 5, (1), 113-127, 2007 41 [10] R EID, A.N DANCYGIER, Confinement effectiveness in circular concrete columns, Journal of ScienceDirect, Engineering Structures 28, 1885–1896, 2006 [11] J MOKARI and A.S.MOGHADAM, Experimental and Theoretical Study of Reinforced Concrete Columns with Poor Confinement Retroffited by Thermal Post Tension Steel Jacketing, Journal of Applied Sciences (24), 4579 – 4586, 2008 [12] GUPTA A.K and AKBAR H., A Finite Element for the Analysis of Reinforced Concrete Structures, International Journal for Numerical Methods in Engineering (19), 1705 – 1712, 1983 [13] Mohammad Z.AfifiHamdy, Theoretical stress–strain model for circular concrete columns confined by GFRP spirals and hoops ... khảo sát vai trò cốt đai ảnh hƣởng nhƣ đến cƣờng độ chịu nén bê tông cột bê tông cốt thép, đề tài nghiên cứu: “ hảo sát tăng cƣờng độ bê tông nhờ hiệu ứng h n chế nở hông cốt đai gây cột bê tông. .. hông bê tông theo biểu thức Légeron Paultre [8] với bƣớc tính tốn cụ thể 28 CHƢƠNG KHẢO SÁT SỰ GIA TĂNG CƢỜNG ĐỘ BÊ TÔNG NHỜ HIỆU ỨNG HẠN CHẾ NỞ HÔNG DO CỐT ĐAI GÂY RA TRONG CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP... văn Trần Văn Thanh TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH Đề tài: KHẢO SÁT SỰ GIA TĂNG CƢỜNG ĐỘ BÊ TÔNG NHỜ HIỆU ỨNG HẠN CHẾ NỞ HÔNG DO CỐT ĐAI GÂY RA TRONG CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP Học viên: Trần