Nghiên cứu liên kết cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG BÁO CÁO TĨM TẮT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP BỘ H D aN D oc NGHIÊN CỨU LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Mã số: B2017-DNA-05 (KYTH-43) g an CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI : TS ĐÀO NGỌC THẾ LỰC Đà Nẵng, năm 2021 g an aN D oc H D DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI STT Họ tên Nơi cơng tác Vị trí TS Đào Ngọc Thế Lực TS Đào Ngọc Thế Vinh Thành viên ThS Trương Quang Hải ThS Lê Xuân Dũng ThS Nguyễn Thành Nhân Ths Huỳnh Tấn Tiến D Chủ nhiệm đề tài H Thành viên Thành viên aN D oc Thành viên Trường ĐH Bách khoa – ĐH Đà Nẵng Trường ĐH Queensland, Úc Trường ĐH Xây dựng Miền Trung Trường ĐH Bách khoa – ĐH Đà Nẵng Thư kí khoa học đề tài g an Trường ĐH Bách khoa – ĐH Đà Nẵng g an aN D oc H D MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT v THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU vi INFORMATION ON RESEARCH RESULTS x MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG, SÀN PHẲNG VÀ LIÊN KẾT GIỮA CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG3 1.1 Tổng quan 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 Ưu điểm, nhược điểm cột ống thép nhồi bê tông n ng ứng dụng 1.2 Tổng quan loại sàn phẳng BTCT 1.2.1 Sàn phẳng BTCT thường 1.2.2 Sàn phẳng bê tông ứng lực trước 1.2.3 Sàn Bubbledeck 1.2.4 Sàn U-boot Beton 1.3 Tổng quan liên kết cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép 1.3.1 Nghiên cứu Jin-Won Kim 1.3.2 Nghiên cứu Y Su, Y Tian 1.3.3 Nghiên cứu Cheol-Ho Lee 1.3.4 Nghiên cứu Young K.Ju 1.3.5 Nghiên cứu Hiroki Satoh 1.3.6 Nghiên cứu P.Y Yan, Y.C Wang (2015) 1.4 Nhận xét mặt tồn liên kết đƣợc nghiên cứu 1.5 Kết luận chƣơng CHƢƠNG NGHIÊN CỨU LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG GIẢI PHÁP TẤM THÉP LÀM SHEAR-HEAD 2.1 Đề xuất liên kết cột CFST với sàn phẳng BTCT i g an aN D oc H D 2.2 Chƣơng trình thí nghiệm liên kết cột CFST – sàn phẳng BTCT 2.2.1 Thiết kế mẫu thí nghiệm 2.2.2 Chế tạo mẫu thí nghiệm 2.2.3 Thí nghiệm vật liệu 2.2.4 Thiết bị thí nghiệm 2.2.5 Thiết lập thí nghiệm 2.2.6 Mơ tả đánh giá kết thí nghiệm 2.3 Mô liên kết cột CFST- sàn phẳng 2.3.1 Quy trình mơ liên kết sử dụng phần mềm ABAQUS 2.3.2 Đánh giá kết mô với thực nghiệm 2.4 Tính tốn liên kết cột CFST- sàn phẳng BTCT sử dụng thép 2.4 Đề xuất chu vi tới hạn mơ hình giải tích dự đoán khả n ng chịu cắt 2.4.2 Tính khả n ng chịu mơ men Shear-head 10 2.4.3 Tính đường hàn liên kết thép vào cột CFST 10 2.4.4 Tính tốn đoạn neo cốt thép sàn vào cột 10 2.4.5 Tính toán cốt thép hậu chọc thủng 10 2.5 Ví dụ thiết kế liên kết sàn phẳng BTCT với cột CFST 10 2.6 Kết luận Chƣơng 10 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG BÊ TƠNG CỐT THÉP SỬ DỤNG GIẢI PHÁP THÉP HÌNH H, I LÀM SHEAR-HEAD 11 3.1 Nghiên cứu ảnh hƣởng hình dạng shear-head đến ứng xử liên kết cột CFST với dầm bẹt bê tông cốt thép 11 3.1.1 Liên kết cột CFST – dầm bẹt BTCT sử dụng thép (Mẫu 1) 11 3.1.2 Liên kết cột CFST – dầm bẹt BTCT sử dụng thép hình chữ H (Mẫu 2) 11 3.1.3 Thiết lập kết thí nghiệm 11 3.1.4 Thảo luận kết thí nghiệm 11 3.2 Nghiên cứu thực nghiệm liên kết cột giữa, cột biên, cột góc ống thép nhồi bê tơng với sàn phẳng bê tơng cốt thép sử dụng shear-head dạng thép hình H, I 11 3.2.1 Liên kết cột CFST với sàn phẳng BTCT 12 ii 3.2.2 Liên kết cột biên, cột góc CFST với sàn phẳng BTCT 13 3.3 Kết luận Chƣơng 15 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 15 Kết luận 15 Kiến nghị 15 g an aN D oc H D iii g an aN D oc H D DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Cấu tạo liên kết đề xuất cột CFST- sàn phẳng BTCT Hình 2.2 Bố trí cốt thép mẫu - M1 (khơng có thép Post-punching) Hình 2.3 Bố trí cốt thép mẫu – M2 (có cốt thép Post-punching) Hình 2.4 Chế tạo mẫu cột - thép chịu cắt Hình 2.6 Bố trí cốt thép cho Mẫu 1(M1) Mẫu 2(M2) Hình 2.9 Lắp đặt strain gauges hồn thành ván khn cốt thép Hình Đổ bê tơng sàn dưỡng hộ mẫu Hình 2.19 Mẫu thí nghiệm tựa gối đỡ Hình 2.20 Lắp đặt kích, load cell, LVDT Hình 2.30 Sự phá hoại sàn bị cắt thủng Hình 2.32 Đồ thị tải trọng – chuyển vị đứng sàn Hình 2.33 Hình dạng phá hoại thủng sàn Hình 2.45 Đường cong tải trọng chuyển vị Hình 2.50 Chu vi tiết diện diện tới hạn đề xuất Hình 2.58 Cấu tạo chi tiết liên kết cột CFST- sàn phẳng BTCT 10 Hình 3.13 Bố trí cốt thép sàn 12 Hình 3.17 Bố trí mơ hình thí nghiệm 12 Hình 3.18 Bề mặt phá hoại sàn 12 Hình 3.20 Tải trọng – chuyển vị đứng đầu cột 13 Hình 3.23 Bố trí cốt thép cho liên kết cột biên, cột góc CFST – sàn phẳng BTCT 13 Hình 3.25 Thiết lập thí nghiệm cho cột biên, cột góc 14 Hình 3.26 Ứng xử mẫu cột biên sau thí nghiệm 14 Hình 3.27 Đồ thị tải trọng - chuyển vị đồ thị tải trọng - biến dạng bê tông vùng nén 14 Hình 3.29 Ứng xử mẫu cột góc sau phá hoại 14 Hình 3.30 Đồ thị tải trọng - chuyển vị tải trọng - biến dạng cốt đai15 iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Cấu tạo chi tiết mẫu M1, M2 Bảng 2.5 Các loại phần tử mô liên kết Bảng Tiên đoán khả n ng chịu cắt thủng sàn sử dụng liên kết thép 10 g an aN D oc H D v DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT CFST Concrete fi ed stee tube BTCT Bê tông cốt th p ng th p nhồi bêtông f'c Cường độ chịu n n bêtông fy Cường độ chịu k o cốt th p Ec ôđun đàn hồi bêtông Es ôđun đàn hồi cốt th p : Mơmen qn tính thép chịu cắt Ic : Mơmen qn tính tiết diện bê tông bao quanh mũ chịu cắt wu : Tải trọng phân bố sàn D Is Đường kính cốt thép d chiều cao àm việc sàn H db : Chiều dày sàn b : Bề rộng dải sàn D oc h Tổng diện tích cốt th p chịu k o bề rộng b dải sàn a Chiều cao v ng n n bêtông Mp : Mômen dẻo thép chịu cắt an fwf aN As Cường độ tính tốn chịu cắt quy ước que hàn : Chiều cao đường hàn lw Chiều dài đường hàn τtd Ứng suất tiếp đường hàn tw Chiều dày th p hw Chiều cao th p S g hf ômen tĩnh tiết diện chữ nhật thép vi BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NA ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Độc lập - Tự - Hạnh phúc THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU g an aN D oc H D Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu liên kết cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép - Mã số: B2017-DNA-05 (KYTH-43) - Chủ nhiệm đề tài TS Đào Ngọc Thế Lực - Trường Đại học Bách hoa, Đại học Đà Nẵng - Tổ chức chủ trì Đại học Đà Nẵng - Thời gian thực hiện: 01/2016 đến 12/2018 Mục tiêu: - Đề xuất giải pháp cấu tạo liên kết cột ống thép nhồi bê tông (CFST) sàn phẳng bê tông cốt thép (BTCT); - Xây dựng cơng cụ phân tích, tính tốn liên kết sàn BTCT cột CFST; - Đưa dẫn thiết kế cụ thể cho liên kết sàn BTCT cột CFST Tính sáng tạo: - Đề xuất kiểu liên kết cột CFST với sàn phẳng BTCT; - Thực thí nghiệm với mẫu có kích thước lớn để đánh giá làm việc thực tế liên kết đề xuất Một hệ khung gia tải thí nghiệm chuyên dụng sử dụng cho thí nghiệm sàn xây dựng; - Mô phần mềm Abaqus để phân tích liên kết; - Đề xuất chu vi phá hoại cắt thủng sàn, từ đề xuất mơ hình giải tích dự đốn khả n ng chịu cắt thủng sàn Kết nghiên cứu: - Đề xuất hai giải pháp cấu tạo liên kết cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép:  Giải pháp 1: sử dụng thép làm shear-head gồm: (1) Tấm thép phẳng làm chốt chịu cắt (shear-head); (2) Bố trí hệ cốt đai bọc thép chịu cắt; Đề xuất phương án neo cốt thép chịu vii MỞ ĐẦU g an aN D oc H D Tính cấp thiết đề tài Với việc gia t ng mạnh mẽ dự án nhà cao tầng đô thị lớn Việt Nam đặt nhu cầu cấp thiết tìm kiếm giải pháp kết cấu chịu lực hiệu mặt kỹ thuật kinh tế Một xu hướng kết cấu có tính ứng dụng, hiệu cao việc kết hợp kết cấu cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép thành hệ kết cấu chịu lực cho nhà cao tầng do: ết cấu cột ống th p nhồi bêtông Concrete Filled Steel Tube - C ST ngày sử dụng rộng r i àm kết cấu chịu ực cơng trình xây dựng nhà cao tầng có nhiều ưu điểm vượt trội so với kết cấu th p kết cấu bêtông cốt th p thông thường khả n ng chịu ực cao, độ dẻo kết cấu ớn, khả n ng tiêu tán n ng ượng ớn Ngoài khả n ng thi công nhanh, không tốn k m chi phí thời gian cho cơng tác ván khn ưu điểm vượt trội oại kết cấu Việc giảm chiều cao cơng trình giảm đáng kể tác động tải trọng ngang cho công trình Kết cấu sàn phẳng bê tơng cốt thép (BTCT) không dầm xem hiệu cho việc giảm chiều cao tầng đảm bảo khoảng thông thủy sử dụng Việc sử dụng sàn phẳng BTCT không dầm thuận lợi cho việc thi công, rút ngắn thời gian xây dựng, thuận lợi cho việc bố trí đường ống thiết bị kĩ thuật, dễ dàng thơng gió linh hoạt bố trí mặt Tuy nhiên, để ứng dụng loại kết cấu rộng rãi thực tế vấn đề quan trọng cần giải nghiên cứu liên kết sàn phẳng bê tông cốt thép vào cột ống thép nhồi bê tông Hiện chưa có nhiều nghiên cứu cấu tạo loại liên kết này, ứng xử liên kết chưa hiểu rõ, biện pháp gia cường liên kết, chưa có cơng cụ tính tốn, dẫn thiết kế cụ thể Việt Nam Do việc nghiên cứu liên kết sàn phẳng bê tông cốt thép cột ống thép nhồi bê tông cần thiết để đưa giải pháp cấu tạo, cơng cụ tính tốn dẫn thiết kế liên kết nhằm đảm bảo làm việc chung kết cấu tính ứng dụng rộng rãi thực tế Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Đề xuất giải pháp cấu tạo liên kết cột ống thép nhồi bê tông sàn phẳng bê tông cốt thép; g an aN D oc H D - Xây dựng công cụ tính tốn liên kết sàn BTCT cột CFST; - Đưa dẫn thiết kế cụ thể cho liên kết sàn BTCT cột CFST Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng: - Liên kết cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép Phạm vi nghiên cứu: - Cấu tạo, cơng cụ tính tốn, thiết kế liên kết cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tơng cốt thép cơng trình có nhịp lớn, nhà cao tầng Cách tiếp cận, phƣơng pháp nghiên cứu Cách tiếp cận - Tiếp cận từ sở lý luận, từ tổng quan vấn đề nghiên cứu đ đạt tác giả nước, mặt tồn nghiên cứu để đưa vấn đề quan trọng iên quan đến đề tài cần tiếp tục nghiên cứu; - Tiếp cận từ thực tiễn, khảo sát đánh giá thực trạng ứng dụng kiểu kết cấu phối hợp cột CFST sàn phẳng bê tông cốt thép cơng trình xây dựng, đặc biệt cơng trình cao tầng; - Tiếp cận từ định hướng, mục tiêu tiêu chuẩn thiết kế cơng trình xây dựng Thế giới nói chung Việt Nam nói riêng Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết làm việc cột CFST, sàn bê tông cốt thép, làm việc chung hai loại kết cấu này, v.v.; - Xây dựng mô hình tính tốn máy tính sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn; - Kết hợp nghiên cứu mơ hình thí nghiệm: mơ hình thí nghiệm xây dựng với kích thước mơ làm việc thực tế liên kết cột CFST sàn bê tông cốt thép Nội dung nghiên cứu Trong phạm vi nghiên cứu, đề tài phân thành nội dung cụ thể sau Nội dung 1: Nghiên cứu tổng quan đề xuất kế hoạch nghiên cứu Nội dung 2: Nghiên cứu đề xuất giải pháp cấu tạo liên kết Nội dung 3: Thiết kế, chế tạo tiến hành thí nghiệm Nội dung 4: Xây dựng mơ hình số tính tốn liên kết D Nội dung 5: Nghiên cứu đưa dẫn thiết kế cụ thể Nội dung 6: Đánh giá kết quả, hoàn thiện báo cáo Nội dung 7: Tổng kết nghiệm thu Bố cục thực C n vào nội dung, báo cáo tổng kết bố cục thành chương sau: Chương Tổng quan kết cấu cột ống thép nhồi bê tông, sàn phẳng liên kết cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng Chương Nghiên cứu liên kết cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bêtông cốt thép sử dụng giải pháp thép làm shear-head Chương Nghiên cứu liên kết cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bêtông cốt thép sử dụng giải pháp thép hình H, I làm shear-head Kết luận kiến nghị CHƢƠNG g an aN D oc H TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG, SÀN PHẲNG VÀ LIÊN KẾT GIỮA CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG 1.1 Tổng quan 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 Ưu điểm, nhược điểm cột ống thép nhồi bê tông 1.1.4 Kh n ng ứng d ng 1.2 Tổng quan loại sàn phẳng BTCT 1.2.1 Sàn phẳng BTCT thường 1.2.2 Sàn phẳng bê tông ứng lực trước 1.2.3 Sàn Bubbledeck 1.2.4 Sàn U-boot Beton 1.3 Tổng quan liên kết cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép 1.3.1 Nghiên cứu Jin-Won Kim 1.3.2 Nghiên cứu Y Su, Y Tian 1.3.3 Nghiên cứu Cheol-Ho Lee 1.3.4 Nghiên cứu Young K.Ju 1.3.5 Nghiên cứu Hiroki Satoh 1.3.6 Nghiên cứu P.Y Yan, Y.C Wang (2015) 1.4 Nhận xét mặt tồn liên kết đƣợc nghiên cứu 1.5 Kết luận chƣơng CHƢƠNG g an aN D oc H D NGHIÊN CỨU LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG GIẢI PHÁP TẤM THÉP LÀM SHEAR-HEAD 2.1 Đề xuất liên kết cột CFST với sàn phẳng BTCT + Tấm thép phẳng dùng làm chốt chịu cắt (shear-head): Sử dụng thép phẳng để làm chi tiết lên kết sàn-cột Vì đường hàn thép vào mặt cột khó kiểm sốt chất ượng chế tạo dễ gây phá hoại đột ngột liên kết bị hỏng trượt mặt cột, thép liên kết đưa vào bên cột thông qua rãnh mặt cột hàn vào bề mặt bên ngồi cột Với cách bố trí àm t ng độ an toàn cho liên kết, đồng thời thép tham gia chịu cắt thủng cho sàn Phần th p đưa vào bên cột có tác dụng chốt hạn chế trượt bê tơng õi Để đảm bảo tính hiệu làm việc liên kết nên có thép liên kết mặt cột + Cốt đai bao quanh thép: Vì thép có chiều dày bé gây ứng suất tập trung cho bê tơng, để phân phối tải trọng vào thép hệ cốt th p đai bọc bên th p sử dụng để t ng diện tiếp xúc truyền tải trọng từ bê tông vào th p đồng thời t ng khả n ng chịu cắt thủng cho sàn + Neo cốt thép sàn vào cột: Để liên kết làm việc tồn khối cốt thép chịu mơ men phải neo vào cột Nghiên cứu đề xuất cách neo thép đơn giản cho thi công th p uốn đủ chiều dài neo đưa vào cột thông qua lỗ khoan sẵn mặt cột, việc đưa th p vào cột tương đối đơn giản đ kiểm chứng thực tế A A 1 6 3 4 6 A-A 1- CFST column; 2- Top layer reinforcement is anchored to column; 3- Connection steel plate 4- Stirrup reinforcement; 5- Hole; 6- Bottom layer reinforcement is anchored to column/ Post punching bar Cột CFST; Cốt thép lớp neo vào cột; Tấm thép liên kết sàn – cột CFST; Hệ cốt đai bọc thép; Lỗ khoan sẵn để xuyên cốt thép; Cốt thép lớp neo vào cột Hình 2.1 Cấu tạo liên kết đề xuất cột CFST- sàn phẳng BTCT D + Cốt thép hậu chọc thủng: Theo kết nghiên cứu thực nghiệm Cheol-Ho Lee et al (2007) cho thấy bố trí thêm cốt thép hậu chọc thủng (post-punching) khả n ng chịu cắt thủng mẫu t ng từ 20%-40% độ cứng nút liên kết nâng lên khoảng 40%-80% so với mẫu thép hậu chọc thủng cốt th p đ ng n cản phá hoại sớm bê tông vùng nén theo ACI 352.1R-89 cốt th p đủ chịu tải trọng sau sàn bị chọc thủng tác dụng tải trọng động giữ cho sàn khơng bị sụp đổ Do tính tốn iên kết cần bố trí thêm cốt thép vùng nén 2.2 Chƣơng trình thí nghiệm liên kết cột CFST – sàn phẳng BTCT 2.2.1 Thiết kế mẫu thí nghiệm Bảng 2.1 Cấu tạo chi tiết mẫu M1, M2 Tấm thép (mm) (dài×cao×dày) Cốt thép lớp Cốt thép lớp Cốt đai Postpunching bar hs (mm) 180 400×100×15 Ø12a100 Ø10a200 ϕ10a50 M2 180 400×100×15 Ø12a100 Ø10a200 ϕ10a50 2Ø22 oc 1400 200 1400 1200 1200 200 D 300 Þ10 a200 Þ10 a50 Þ10 a50 Cột Þ12 a100 220 an Þ10 a200 Þ12 a100 aN Þ12 a100 Þ12 a100 Dầm đỡ 180 Dầm đỡ Þ10 a200 2 Þ10 a200 400 H M1 g MẪU Hình 2.2 Bố trí cốt thép mẫu - M1 (khơng có thép Post-punching) 1400 200 1400 1200 1200 200 300 Dầm đỡ Þ12 a100 Þ12 a100 Þ12 a100 Þ10 a200 2Þ22 Þ10 a50 Þ10 a50 Cột 2Þ22 Þ10 a200 400 180 Þ12 a100 220 Dầm đỡ MẪU Hình 2.3 Bố trí cốt thép mẫu – M2 (có cốt thép Post-punching) 2.2.2 Chế tạo mẫu thí nghiệm Hình 2.4 Chế tạo mẫu cột - thép chịu cắt oc H D g an aN D Hình 2.5 Bố trí cốt thép cho Mẫu 1(M1) Mẫu 2(M2) Hình 2.6 Lắp đặt strain gauges hồn thành ván khn cốt thép Hình 2.7 Đổ bê tơng sàn dưỡng hộ mẫu 2.2.3 Thí nghiệm vật liệu 2.2.4 Thiết bị thí nghiệm 2.2.5 Thiết lập thí nghiệm D Hình 2.8 Mẫu thí nghiệm tựa gối đỡ aN D oc H g an Hình 2.9 Lắp đặt kích, load cell, LVDT 2.2.6 Mơ t đánh giá kết qu thí nghiệm a Mơ tả kết thí nghiệm a) Mẫu M1 b) Mẫu M2 Hình 2.10 Sự phá hoại sàn bị cắt thủng b Đánh giá kết đo đạc Hình 2.11 Đồ thị tải trọng – chuyển vị đứng sàn ( lv - C1) D d lv ( lv - C1) oc Tấm thép chịu cắt H d C1 Tiết diện tới hạn thứ D Tiết diện tới hạn thứ g an aN Hình 2.12 Hình dạng phá hoại thủng sàn 2.3 Mô liên kết cột CFST- sàn phẳng 2.3.1 Quy trình mơ liên kết sử d ng phần mềm ABAQUS Bước 1: Định nghĩa phận liên kết (Part) Bảng 2.2 Các loại phần tử mơ liên kết Cấu kiện Kích thƣớc Sàn bê tông Cột thép hộp CFST Lõi Bê tơng cột CFST Tấm sườn thép 4.800 × 4.800 mm2 dày 180mm 300 × 300 mm2 dày mm 210 × 210 mm2 100 × 400 mm2 dày 15 mm Dài 2800 mm (riêng cốt thép neo dài 250mm, đoạn neo thép dài 300 mm) 180 × 100 mm Cốt thép ϕ10, ϕ12 Cốt đai ϕ10 Phần tử mô C3D8R C3D8R C3D8R C3D8R T3D2 T3D2 Bước 2: Định nghĩa vật liệu tiết diện (Property) Bước 3: Lắp ghép phận tạo mơ hình liên kết (Assembly) Bước 4: Điều kiện tương tác (Interaction) Bước 5: Chia lưới cho phần tử (Mesh) Bước 6: Gán điều kiện biên cho kết cấu (Load) Bước 7: Thiết lập bước phân tích (Step) Bước 8: Phân tích tốn (Job) Bước 9: Kết (Results) 2.3.2 Đánh giá kết qu mô với thực nghiệm a Quan hệ tải trọng chuyển vị kết cấu H D 5d 5d lv g an aN D oc Hình 2.13 Đường cong tải trọng chuyển vị 2.4 Tính tốn liên kết cột CFST- sàn phẳng BTCT sử dụng thép 2.4.1 Đề xuất chu vi tới hạn mơ hình gi i tích dự đốn kh n ng chịu cắt bc 0.9l v 0.5d 2d bc Hình 2.14 Chu vi tiết diện diện tới hạn đề xuất b0 4bc 12d (2.1) Vc k fc b0d0 (2.2) k 1/(1.50.9..d.kdg ) kdg 32/(6dg ) 0.75 rf 1.5 s yd d Es (2.3) (2.4) (2.5) Bảng 2.3 Tiên đoán khả n ng chịu cắt thủng sàn sử dụng liên kết thép fyd MPa dg mm fc MPa ψ rad Kdg kψ d0 mm b0 mm Vc (kN) Vtes M1 /Vc Vtes M2 /Vc 350 30 17 0.0233 0.6957 0.2709 150 3000 502.6 0.96 0.99 D oc H D 2.4.2 Tính khả chịu mơ men Shear-head 2.4.3 Tính đường hàn liên kết thép vào cột CFST 2.4.4 Tính tốn đoạn neo cốt thép sàn vào cột 2.4.5 Tính tốn cốt thép hậu chọc thủng 2.5 Ví dụ thiết kế liên kết sàn phẳng BTCT với cột CFST Thiết kế liên kết cột ống thép ngồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép có nhịp L=6m (Hình 2.5) Biết tổng tải trọng tĩnh tải hoạt tải tác dụng lên sàn 11kN/m2 Chọn bê tơng theo ACI 318-11 có f’c= 17MPa = 170daN/cm2 có mơ đu đàn hồi Ec = 27×104 Pa, kích thước lớn đá d m d ng cho bê tông dg =30mm Cốt thép chọn thép có fy = 350MPa = 3500daN/cm2, mơ đu đàn hồi Es = 21×104MPa ng thép thép chịu cắt chọn thép CCT34 với cường độ chảy dẻo fy = 220MPa = 2200daN/cm2, mô đu đàn hồi Es = 21×104 Pa ích thước ống thép vng kích thước c1×c1×t = 30×30×0.9(cm3) Chiều dày sàn h=180mm Bán kính sàn lấy từ tâm cột đến vị trí có mơ men tính rs = 0.22L 220 15 180 22 15 Khoan lỗ Þ24 Đường hàn 6mm 50 100 100 100 300 400 350 Khoan lỗ Þ14 22 180 70 g 40 100 40 160 an Thép 400×100×15 70 aN 300 400 300 Cột vuoõng 300ì300ì9 350 300 350 ị12 a100 ị12 a100 Þ12 a100 180 Þ12 a100 Þ10 a200 2Þ22 Þ10 a50 Þ10 a50 Cột 2Þ22 Þ10 a200 Hình 2.15 Cấu tạo chi tiết liên kết cột CFST- sàn phẳng BTCT 2.6 Kết luận Chƣơng 10 CHƢƠNG g an aN D oc H D NGHIÊN CỨU LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG GIẢI PHÁP THÉP HÌNH H, I LÀM SHEAR-HEAD 3.1 Nghiên cứu ảnh hƣởng hình dạng shear-head đến ứng xử liên kết cột CFST với dầm bẹt bê tông cốt thép 3.1.1 Liên kết cột CFST – dầm bẹt BTCT sử d ng thép (Mẫu 1) 3.1.2 Liên kết cột CFST – dầm bẹt BTCT sử d ng thép hình chữ H (Mẫu 2) 3.1.3 Thiết lập kết thí nghiệm 3.1.4 Th o luận kết qu thí nghiệm 3.2 Nghiên cứu thực nghiệm liên kết cột giữa, cột biên, cột góc ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép sử dụng shear-head dạng thép hình H, I - Chốt chịu cắt (shear-head): Sử dụng thép hình thép tổ hợp hàn, tiết diện I H làm chốt chịu cắt Phần bụng thép chữ H I ngàm vào bên cột hàn mặt cột - Tấm thép đỡ liên tục bao quanh chu vi cột (Continuity plate): Chi tiết bố trí phía cánh tiết H I, hàn theo chu vi cột liên kết với cánh shear-head - Cốt đai C gia cường: Sử dụng thép có gờ hình dạng chữ C Z sử dụng đinh mở rộng hai đầu (Stub) hàn theo dải bố trí suốt chiều cao sàn Kích thước móc neo yêu cầu đảm bảo cốt đai không bị tuột kéo 6đ Khoảng cánh bố trí: lớp thứ cách mặt cột, cách cánh đỉnh Shear-head 0.5d (d-chiều cao làm việc sàn) Và khoảng cách cốt đai sđ  3d/4 - Cốt thép vòng: Khi chiều cao tiết diện đảm bảo cho việc bố trí cốt thép ưới cốt th p vòng nên đặt mặt sàn Trong trường hợp không đảm bảo không gian bố trí cốt thép cốt th p vịng bố trí vào mặt sàn Đường kích cốt thép vịng lấy  10mm khoảng bố trí tối thiểu s = 100mm - Cốt thép sàn (cốt thép lớp cốt thép lớp dưới): Cốt th p xuyên qua cột lổ khoan sẵn mặt cột Chú ý lổ khoan phải khác cao trình mặt cột để thuận tiện cho việc xiên th p Để thuận tiện cho đổ bê tông lõi cột, cốt thép nên bố trí cho đủ tạo khoảng trống cho ống đổ bê tông di chuyển thi công 11 3.2.1 Liên kết cột CFST với sàn phẳng BTCT a Thiết kế chế tạo mẫu thí nghiệm an aN D oc H D Hình 3.1 Bố trí cốt thép sàn b Thí nghiệm vật liệu c Thiết lập thí nghiệm g Hình 3.2 Bố trí mơ hình thí nghiệm d Quan sát ứng xử mẫu thí nghiệm Hình 3.3 Bề mặt phá hoại sàn 12 e Kết thí nghiệm 1350 100 50 Continuity plate Shear-head t=10mm (H100x100) 300 1500 aN Þ14a170 Þ14a170 Þ14a170 Load plate 1500 g I1 1-1 an 900 1200 Shear-head (H100x100) 150 150 Load plate 200 50 RC flat slab 65 Þ14a170 450 CFST column (Steel pile 300x300x10) 35 300 Þ14a85 2I D 300 Þ14a85 600 900 oc Þ14a85 I1 300 H 150 200 D Hình 3.4 Tải trọng – chuyển vị đứng đầu cột 3.2.2 Liên kết cột biên, cột góc CFST với sàn phẳng BTCT a Chế tạo mẫu thí nghiệm 2-2 2I Hình 3.5 Bố trí cốt thép cho liên kết cột biên, cột góc CFST – sàn phẳng BTCT b Thí nghiệm vật liệu c Thiết lập thí nghiệm 13 Hình 3.6 Thiết lập thí nghiệm cho cột biên, cột góc d Kết thí nghiệm cột biên H D g an aN D oc Hình 3.7 Ứng xử mẫu cột biên sau thí nghiệm Hình 3.8.Đồ thị tải trọng - chuyển vị đồ thị tải trọng - biến dạng bê tơng vùng nén e Kết thí nghiệm cột góc Hình 3.9 Ứng xử mẫu cột góc sau phá hoại 14 g an aN D oc H D Hình 3.10 Đồ thị tải trọng - chuyển vị tải trọng - biến dạng cốt đai 3.3 Kết luận Chƣơng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Kết nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu liên kết cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tơng cốt thép” đ hồn thành mục tiêu đề ra, cụ thể: - Đề xuất hai giải pháp cấu tạo liên kết cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép: (1) Giải pháp sử dụng thép làm chốt chịu cắt (shear-head); (2) Giải pháp sử dụng thép hình H, I làm shearhead; - Xây dựng mơ hình mô số liên kết phần mềm Abaqus nhằm hỗ trợ việc phân tích liên kết sử dụng thép; - Đưa dẫn thiết kế cụ thể cho kiểu liên kết đề xuất sử dụng thép Đề tài đ tiến hành nghiên cứu thực nghiệm mẫu có kích thước lớn nhằm đánh giá làm việc liên kết đề xuất: (1) Hai mẫu sử dụng Giải pháp dùng thép làm shear-head; (2) Ba mẫu sử dụng Giải pháp dùng thép hình H làm shear-head (liên kết cột giữa, cột biên, cột góc ống thép nhồi bê tơng với sàn phẳng BTCT) Kết cho thấy khả n ng chịu lực liên kết đảm bảo, chi tiết liên kết đáp ứng vai trò kết nối sàn – cột Kiến nghị Cần thực thêm thí nghiệm để đánh giá chi tiết ứng xử chi tiết liên kết ảnh hưởng chúng kích thước shearhead, hàm ượng cốt th p, cường độ bê tông, v.v đến làm việc liên kết 15 ... Tổng quan kết cấu cột ống thép nhồi bê tông, sàn phẳng liên kết cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng Chương Nghiên cứu liên kết cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng b? ?tông cốt thép sử dụng... học ? ?Nghiên cứu liên kết cột góc ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép? ?? Trần Phan Nhật thực Đề tài cao học ? ?Nghiên cứu liên kết cột biên ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông. .. QUAN VỀ KẾT CẤU CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG, SÀN PHẲNG VÀ LIÊN KẾT GIỮA CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG 1.1 Tổng quan cột ống thép nhồi bê tông 1.1.1 Khái niệm cột ống thép nhồi bê tông 1.1.2