BCKH Nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc chịu uốn của sàn liên hợp thép – bê tông nhịp đơn theo tiêu chuẩn EN 1994112004

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2021 15 (2V): 22–33 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC CHỊU UỐN CỦA SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG NHỊP ĐƠN THEO TIÊU CHUẨN EN 1994-1-1:2004 Nguyễn Văn Cườnga , Nguyễn Trung Kiênb,∗, Vũ Anh Tuấnb , Nguyễn Quốc Cườngb , Nguyễn Thanh Hàb a Công ty TNHH tư vấn Đại học Xây dựng, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam b Khoa Xây dựng Dân dụng Công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 23/04/2021, Sửa xong 24/05/2021, Chấp nhận đăng 25/05/2021 Tóm tắt Trong báo này, hai mẫu kết cấu sàn liên hợp thép-bê tông sơ đồ dầm đơn giản với tỷ lệ 1:1 có kích thước thực tế 2800 × 615 × 145 mm chế tạo phịng thí nghiệm tiến hành thí nghiệm uốn bốn điểm để đánh giá làm việc theo trạng thái giới hạn cực hạn trạng thái giới hạn sử dụng Thí nghiệm thực theo tiêu chuẩn EN 1994-1-1:2004 Kết thí nghiệm cho thấy giá trị tải trọng thí nghiệm trung bình tương ứng với độ võng cho phép 13,5 mm 28,74 kN Giá trị 85,2% so với kết xác định theo lý thuyết (33,73 kN) 63,0% so với tải trọng thí nghiệm trung bình cực hạn gây phá hoại mẫu (45,59 kN) Khi tải trọng thí nghiệm đạt đến 25 kN, trượt dọc bê tông với tơn sóng ghi nhận tăng nhanh đến mm Sau xảy tượng trượt dọc bê tơng với tơn sóng, tải trọng độ võng đồng thời tăng sàn bị phá hoại Điều đồng nghĩa với việc ứng xử sàn phá hoại dẻo Từ khoá: sàn liên hợp thép - bê tơng; thí nghiệm sàn liên hợp; khả chịu lực giới hạn; làm việc chịu uốn; uốn điểm; trượt dọc EXPERIMENTAL RESEARCH ON BENDING BEHAVIOR EVALUATION OF SIMPLE SPAN COMPOSITE STEEL DECK-SLABS ACCORDING TO EN 1994-1-1:2004 Abstract In this paper, two real scale (1:1) single span composite slab specimens with dimensions 2800 × 615 × 145 mm were fabricated in the laboratory and subjected to four-point bending test to verify its strength capacity under ultimate and serviceability limit states Four-point bending tests were performed in accordance with European standard EN 1994-1-1:2004 Thanks to the experimental and theoretical analyses, the average loading value corresponding to the allowable deflection of 13,5 mm is 28,74 kN This loading value is approximately 85,2 percent of predicted loading by theoretical calculation (33,73 kN) and reached 63,0 percent of ultimate loading (45,59 kN) The longitudinal slip between the concrete part and the decking was detected when the loading value reached 25 kN, and then rapidly increased to mm Together with the increasing of longitudinal slip, the loading and deflection increased consistently until the failure of the specimen This latter implies that the steel-concrete composite slab is characterized by plastic behavior Keywords: composite steel deck-slabs; composite slab test; ultimate load-carrying capacity; bending behaviour; four-point bending test; slip behaviour https://doi.org/10.31814/stce.nuce2021-15(2V)-03 © 2021 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: kiennt3@nuce.edu.vn (Kiên, N T.) 22 Cường, N V., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Giới thiệu Hệ sàn liên hợp thép-bê tơng kết hợp tơn sóng định hình bê tơng đổ trường Tơn sóng định hình khơng đóng vai trị cốt thép chịu lực sàn mà cịn có vai trò thay cốp pha, sàn thao tác tạm q trình thi cơng [1, 2] Bề mặt tơn bố trí gờ, gân chìm nhằm tăng khả chịu lực trượt dọc bề mặt tiếp xúc tôn với sàn bê tông giai đoạn làm việc liên hợp Chiều dày tôn sóng định hình từ 0,75 mm đến 1,50 mm, chiều cao phổ thơng sóng từ 40 mm đến 100 mm [2] Để chống ăn mịn, hai mặt tơn sóng mạ kẽm Giới hạn chảy dẻo thép đạt tới 460 N/mm2 Theo yêu cầu cấu tạo, chiều dày toàn sàn liên hợp không nhỏ 80 mm, chiều dày phần bê tơng sóng tơn khơng nhỏ 40 mm để tránh phá hoại giòn đảm bảo lớp bảo vệ cho cốt thép [1] Sàn liên hợp thép-bê tông sử dụng phổ biến nhiều nước phát triển Mỹ, Anh, Pháp, Nhật Bản, Úc Ở Việt Nam, sàn liên hợp loại kết cấu bắt đầu áp dụng phổ biến cơng trình cơng nghiệp, cơng trình nhà cao tầng Tuy nhiên, Việt Nam chưa có tiêu chuẩn thiết kế cho dạng kết cấu này, việc thiết kế chủ yếu dựa số tiêu chuẩn nước EN 1994-1-1:2004 [1], ANSI/SDI C-2017 [3] Bên cạnh việc áp dụng thực tế, nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm làm việc, tính tốn kết cấu liên hợp tiếp tục nhận nhiều quan tâm Có thể kể đến nghiên cứu mang tính kiểm chứng lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm khả chịu uốn sàn liên hợp sử dụng tơn có gân [4]; nghiên cứu thực nghiệm sàn liên hợp để xác định hệ số m − k [5]; đề xuất sử dụng phương pháp cân lực để đánh giá trượt dọc sàn liên hợp [6]; nghiên cứu thực nghiệm phân tích số làm việc chịu uốn sàn liên hợp nhịp liên tục [7]; nghiên cứu thực nghiệm ứng xử sàn liên hợp trường hợp có không sử dụng chốt neo đầu sàn [8]; nghiên cứu thực nghiệm sàn liên hợp đánh giá ứng xử chịu uốn kết cấu sàn nhịp đơn liên hợp thép-bê tông theo tiêu chuẩn ANSI/SDI C-2017 [9]; so sánh làm việc sàn liên hợp nhịp đơn nhiều nhịp [10]; đánh giá ảnh hưởng mức độ liên kết kháng cắt đến ứng xử uốn dầm liên hợp thép – bê tông sử dụng liên kết kháng cắt dạng Perfobond thực nghiệm [11]; tối ưu trọng lượng dầm liên hợp thép-bê tông sử dụng dầm thép I không đối xứng [12]; mô làm việc dầm liên hợp thép-bê tơng có bụng khoét lỗ [13] Trong báo này, hai mẫu sàn liên hợp thép-bê tông (SP2-1 SP2-2) thiết kế chế tạo phịng thí nghiệm LAS 125-XD, Đại học Xây dựng Các mẫu sàn liên hợp sử dụng tơn sóng định hình loại QL99-50-08 dày 0,8 mm, bê tông cấp bền C25/30 cốt thép cấu tạo đường kính mm Mẫu sàn có kích thước hình học 2800 × 615 × 145 mm Các mẫu sàn sau tiến hành thí nghiệm uốn bốn điểm nhằm đánh giá làm việc sàn liên hợp qua sơ đồ dầm đơn giản Kết thí nghiệm cho phép phân tích thơng số bao gồm chảy dẻo tôn, khả chịu tải sàn, trượt dọc tôn sàn bê tông độ võng sàn Vật liệu, chế tạo mẫu phương pháp thí nghiệm 2.1 Mẫu thí nghiệm vật liệu a Mẫu thí nghiệm Trong nghiên cứu này, hai mẫu sàn tương tự đặc trưng hình học, tính chất học chế tạo ký hiệu SP2-1 SP2-2 Việc sử dụng hai mẫu nhằm có so sánh, đánh giá hạn chế sai sót trình chế tạo mẫu Chi tiết kích thước hình học cấu tạo hai mẫu sàn thí nghiệm trình bày Hình Mẫu sàn có kích thước hình học, chiều dài, L 2800 mm, bề rộng sàn tương đương với bề rộng tơn sóng định hình, B 615 mm, chiều cao tổng 23 đánh giá và hạ ế ế ẫ ết kích thướ ọ ấ ẫ có kích thướ ủ ẫ ệm đượ ọ chiề ề ộ sàn tương đương vớ ề ộ ủ ộ Cường, N V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng sóng đị ề ổ ể sàn đượ ề ặt đáy củ ấ đếthể ề sàn ặ tính ủ từ bề mặt đáy tôn đến bề mặtợtrênđượ ấ ạSànđườ bêốtông, ố H 145 mm liên hợp bố trí ảng cốt thép cáchcấu đềtạo đường u kính mm, khoảng cách 100 × 100 mm (Hình 1) C t thép Ø6@100 25 50 145 95 25 25 QL99-50-08 615 ắ Hình Mặt ặcắt ngang mẫu sànẫ thí nghiệm ậ ệ ệ b Vật liệu - Bê tơng: Các mẫu thí nghiệm sử dụng bê tơng có cấp bền C25/30 với cường độ chịu nén tiêu chuẩn 28 ngày N/mmị2 , mô đun cu 30 độ ẫ tuổi ệ mẫu trụ, ụ fck2 25 N/mm ấvà mẫu ề lập phương, fcường đàn hồi cát tuyến, Ecm 31000 N/mm Trong q trình đổ bê tơng, mẫu lập phương có kích ẩ ở150 × 150 × ổi ụ chế tạo để kiểm tra khảẫnăngậpchịu phương thước 150đốmmớcũngẫđã nén thực tế bê tơng Thí nghiệm nén bê tông thực mẫu, tuân theo tiêu chuẩn mô đun đàn hồ ế Trong trình đổTCVN 3118:1993 ẫ[14].ậ Cường độ chịu nén trung bình mẫu ngày tuổi 32,9 N/mm , tương ứng với cường độ chịu 2u phương kích u ế ạo để ể ả chị nén củacó mẫu trụ,thướ fck 27,4 N/mm [15] mm đượ ệủ định ẫhình ần (decking): lượ Mơ đun đàn hồ tơn sóng đượ -ựTơnế sóng Tơn sóng định hình QL99-50-08 loại hai sóng, sóng tơn cao ệm nén bê tông đượ ự ệ ẫ Các đặc trưng củ ế ệ ế ệ ệ ả đượ ấ 50 mm, chiều dày 0,8 mm, bề rộng tơn 615 × mm, vị trí trục trung hòa đàn hồi Cường độ ị ới cường độ ị ủ Tơn sóng đị 120 15 ENA 12.9 ôn sóng đị ề ộ ủ ộ60 ấ đượ ọ 0.8 ụ ổ 120 r ục trung hòa đàn60hồ 120 ị uy cách và kích ế ặ ắ 600 thướ ả độ ề kéo đứ ủ ấ 24.28 dướ ẫ 180 ẫ 50 , tương ứ ủ 12.9 ả 25.72 ẩ ề ủ ấ Quy cách và kích thướ ủ tơn sóng đị Hình Quy cách kích thước tơn sóng định hình Bảng Đặc trưng hình học tiết diện nguyên hiệu QL99-50-08 Tiết diện hiệu Tiết diện nguyên Căng thớ Căng thớ A p (mm ) I p (mm ) Ie f f (mm ) We f f (mm ) Ie f f (mm4 ) We f f (mm3 ) 618 272000 236578 8380 219079 7801 4 Trong A p , I p diện tích mơ men qn tính tồn tiết diện; Ie f f , We f f mơ men qn tính mơ men kháng uốn tiết diện hiệu 24 ố ố ấ ủ ế ệ ệ ả Cường, N V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng rong đó:ộ ủả ộ ếđề ệ Lướ(ENA) tính từ mép 24,28 mm ệ[16] đườQuy cách kích thước chi cách u tiết theo mặt cắt ngang ả kéo ọ ềtấm tơn sóngẫ minh họa ệ Hình 2.ốGiớiủhạnảếchảy,ệ fy vàệ độảbền ệ đứt, ố fu tơn qua cường Lướ ọ ề có cường độ ộ ố ệ ẫ ị đườ ả ả ả cách đề ệ ố ố u ố ẩ Hình Bố lưới cốtcốtthép đặt Hìnhtrí Bố trí lưới thép đặt sàn liênsàn hợp liên hợp ố ố lướ ố thép đặ ợ ốế - Cốt thép ế cấu tạo: Lưới thép buộc dùng cốt thép đường kính mm khoảng cách 100 × 100 mm, bố trí dọc chiều dài mẫu thí nghiệm (Hình 3) Khoảng cách bảo vệ cốt thép 25 mm Cốt thép có chịu kéomũ tiêu chuẩn, 225 N/mm skđường ố cường trịnốđộ có mũ ế ếcófcó kính2 danh danh nghĩa ề trịn có đường kính nghĩa ề - Chốt liên kết: Các chốt trịn có mũ liên kết có đường kính danh nghĩa 19 mm chiều cao ố ố ố ết đượ ằ ế ị Độ ền kéoủđứ ậủ ệậ ệ ền kéo ết đượ 100đứ mm Độ bền kéo đứt vật liệuố làm chốt 400 N/mm2 Chốt liên kết hàn thiết bịằ ảođộ độđặc đặchắc ắc và tính ố chốt liên kết ốđược bố ế đảm đồngđồ giữaấ ụ chuyên đểụdụng đả đểđể đả ảo bảo độ đặ ắcvàvàtính tính đồ ấ ữmốiữhàn Các ố ố đượtrí tạiốcác vịạtrí gối tựa ị Tạiốmỗiựvị tríạgối tựa, ỗ 6ị chốt ố ựhàn quaốtấmđượ tôn, liên kết vớiấbản bụng thép ế ố chữạả C (Hình ị ỗ ị ố ự ố đượ ấ ụ 4) ữố ự ữ Ch t ch u c t D19u100 G ic 45 A-A u nh 50 50 100 A 145 ụ 45 ả 100 ợ ố thí nghiệm kéo mẫu 307 N/mm2 432 N/mm2 Mơ đun đàn hồi tơn sóng lấy ố ấ độ ẩ tiết diện nguyên tiết diện hiệu trình bày Bảng 205000ị N/mm2 Các đặc trưng 145 ộ ần lượ ố Thép C100 Thép C100 A Hình Chi tiết cấu tạo vị trí gối tựa mẫu Hình Chi tiết cấu tạo vị trí gối tựa mẫu ế ấ 25 ị ố ự ủ ẫ ế ế ả ẫ ệ ến đo biế ổ ả Cường, N V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 2.2 Chế tạo mẫu thí nghiệm ố ến đo biế ạ đượ - Cảm biến đo biến dạng (Strain Gauge): Tổng số 18 cảm biến đo biến dạng, loại KYOWA KFGSố 5-120-C1-11 ặt dướ tôn sóng trí nhưhình Vịệ trí ủcũng ảký hiệuếncủa đocác biế L1M2R bố tríđị mặt củaị tơn sóng định ệ ế ếẫ ếẫ ệ ẫ ệ cảmđượ biến đoểbiến ạng ệ dạng thể Hình ả đo biế ếnả đoạbiế ến đoạbiế ến ủ ảệ G1 đượ đượ G6 đượ G3 G5 ến đo biế ủếnả đo biế ả G4 ến đo biế G2 25 ảố đo biế ến ả đo ạbiế ến đo ạạbiế ạạ ổ ốổ ảốổ ến ố ặt dướ tơnđịủa sóng địsóng ịđịtrí ị trínhư Atơn ặt dướ tơn ị trí ố ố ặt dướ sóng ệ ủ ệ B C ạng đượ ể ệ 1100 ạng đượ 1100 ể ạng ệ đượ ể ệ500 145 50 95 ả 615 B G8 C G7 25 A 145 50 95 50 95 145 A-A G9 G11 G12 G10 615 50 B-B G14 G13 25 2700 2800 145 50 95 50 G15 G17 G18 G16 615 C-C Hình Bố trí cảm biến đo biến dạng ắp đặ ả ến đo biế Hình Bố trí cảm biến đo biến dạng ố ả ố ếnả đo biế ến ả đoạbiế ến đo ạbiế ố đổ ẫ - Lắp đặt biến dạng đổ bê tông mẫu: Sau ả đặ ếnảđo đobiến ạđổ vàạđổ ẫ ắp ến đo biế vàẫđổ ẫ liên kết tơn sóng định hình với ắp đặ ắp ả đặcảm ến đo biế ạbiế thép chữ C100 ếtại tơn hai đầu sóng địtơn chốt chịu cắt D19, tiến ữ hành lắpạiđặt haicácđầcảmấbiến ế tơn sóng đị ữ ại hai đầ ế tơn sóng đị ữ ại haiấnhư đầ ấ ế tơn sóng đị ữ ại hai đầ ấ mặtắdưới tôn, ghép cốp pha, lắp đặt cốt ến thépđo lớpbiế đổ bê tông ằ đo biến ằdạng ố ị ế ắp đặ ả ạ ặt dướ thể ấ ố ị ắ ế ắp đặ ả ến đo biế ạ ặt dướ ấ ằ ố ị ắ ế ắp đặ ả ến đo biế ạ ặt dướ ấ ằ ố ị ắ ế ắp đặ ả ến đo biế ạ ặt dướ ấ Hình ốố đặố ắpốốđặ ắpố ớp tông ểệ ểệ ệ ố ắp vàđổ đổbê bê tông đặ ớp ố ớp ớp và đổ bê tông ắp đặ vàtrên đổvà bê tông ểnhư ệ ểnhư ắp đặbiến ến đo ạng biế ả đặbiến ến đo biế ạng ả đo ếnả đo biế (a) ắp Lắpđặ đặtắp cảm dạng ắp đặ ả ến đo biế ạng (b) ốGhép cốp ) Đổ ố pha ố ẫệ ế ếẫ ếẫ ệ Hình Q trình chế tạo mẫu sàn thí nghiệm ạng ) Đổ ẫ ẫĐổ bê tông ) Đổ (c) ẫ mẫu ệ ố ế 26ạ ẫ ) Đổ ệ ẫu Phương pháp t ệ ẫ ệ đượ ần lượ ệm theo sơ đồ ố ốn điể ị ả ọ ập trung đặ đố ứ và cách đề ố ự ộ ả Cường, N V., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Phương pháp ệ ằ ả tọ ụ ẫ ệ ả ằ ủ ự 2.3 Phương phápệ thí nghiệm ằ ộ ẫầ đượ ảần lượ ệm ựtheoậsơ đồ ố ốn điể ị ớằ ị ệ ệthíả nghiệm ọ ậptheo trung ứ đầu và cách ửHaiả mẫu ọng ịsơ ủđặ ảđố ọng kích bằ ộmm ụ ảTrong ụ đothí sànđầđược đồ uốn bốn điểm vớiđềđược nhịpốlàđoự2700 ọ trung ệ đogối ủ ự1100 mm Tải nghiệm tập đặtụ đốiốxứngẫ vàụcách ụđều tựaảmộtằị khoảng ực điệằnày,ửhai tải ỗ trọng ẫuả sàn đượ chuyể điệ ửbằng trọng P tác dụng lên ệmẫu gia tải kích thủy lực 50 kN thông quaằ hệ dầm ầ thí nghiệm ả ạdo ự ậ ị ằ ộ phân để đo chuyể ị đứ ố ự tải tạo thành hai lực tập trung có giá trị nửa tải trọng đầu kích, ký đo đị bằ ụ ụ đohiệu ữả ọng ị đầ 2) vàệđo trượ ọ ịủ ủ ả ọng đầu kích ới tơn sóng P/2 Giá đầusàn kích điện tử Mỗi mẫu ựctrị điệcủa ửtải trọng ỗ ẫu đềuđược đượ đo ốbằng dụng ụ cụụđo đolực chuyể ị điệ sàn bố trí ọa sơ đồ - LinearệVariable ẫDifferential Transformer) ợ dụng cụ đo chuyển vị điện tử (LVDT để để đo chuyển vị đo chuyể ị đứ ố ự đứng hai trượt dọcchuyể sàn bê độ (LVDT-1 ủ ệm được(LVDT-2) xác đị ớivà đoốsóng ệuđịđo ị tơng với gốiữị tựa ị 2)ẫLVDT-3), và đo trượtạiọgiữa ủ nhịp tôn tơnụsóngụđịnh hình (LVDT-4 LVDT-5) Hình minh họa sơ đồ thí nghiệm mẫu sàn liên hợp ọa sơ đồ ệ ẫ ợ đo sau: Giá trị độ võng mẫu sàn thí nghiệm xác định từ số liệu đo chuyển vị dụng cụ đo ị độ ủ ẫ ệm  xác đị ố ệu đo chuyể ị sau:  f1 + f3 ụ ụ đo sau: f = f2 − (1)  ị xác trongđóđóf1 , f2 , f3 lần ần ị vị ểđược xácqua đị dụng cụ đo ụ LVDT-1, ụ đo LVDT lượtlượ giá trị chuyển định LVDT-2 LVDT-3 Các dụng cụ đo lực đo chuyển vị kết nối với thu xử lý số liệu TDS530, ụ ụ đo lực và đo chuyể ị đượ ế ố ộ cho ố ần lượ ị ể ị xác đị ụ ụ đo LVDT phép ghi nhận tự động giá trị đo ệ ậ ự độ ị đo ụ 1100 ệ LVDT-1 ụ đo lực và đo chuyể ậ ự độ ị đo ị đượ ế P/2 P/2 ố ộ 1100 LVDT-3 LVDT-4 LVDT-5 LVDT-2 2700 (a)(a)SơSơđồ ệ đồ thí nghiệm (a) Sơ đồ ệ đồ thí nghiệmệ (b) Hìnhảảnh sơ sơ đồ ả sơ đồ ệ Sơ đồ ả ệ Hình Sơ đồ hình ảnh thí nghiệm Sơ đồ ả 27 ệ ố Cường, N V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Quy trình thí nghiệm thực theo dẫn EN 1994-1-1:2004, bao gồm bước sau: - Bước 1: Lắp đặt kết cấu sàn, hệ khung gia tải dụng cụ, thiết bị đo theo sơ đồ thí nghiệm (Hình 7) - Bước 2: Tiến hành gia tải thử để kiểm tra làm việc dụng cụ, thiết bị đo ổn định hệ thí nghiệm Giá trị tải trọng thử lấy 10% tải trọng thí nghiệm giữ vịng ± phút, sau hạ tải Các số đọc dụng cụ đo hiệu chỉnh trước bắt đầu thí nghiệm - Bước (Chu trình 1): Tiến hành tăng tải trọng giá trị tải trọng tải trọng thí nghiệm P dừng lại giữ vịng ± phút, sau hạ tải từ từ - Bước (Chu trình 2): Tiến hành tăng tải trọng giá trị tải trọng 1,5 lần tải trọng thí nghiệm dừng lại giữ vịng ± phút, sau hạ tải từ từ - Bước (Chu trình 3): Tiến hành tăng tải trọng mẫu thí nghiệm bị phá hoại hồn tồn Khi thực thí nghiệm, tải trọng tác dụng lên kết cấu cần tăng cách liên tục, đặn không gây lực xung tải trọng đạt giá trị mong muốn Tốc độ tăng tải kiểm sốt khơng vượt q 20% tải trọng thí nghiệm phút Trong trình thực hiện, quan sát làm việc kết cấu sàn, xác định thời điểm xuất vết nứt theo dõi phát triển bề rộng vết nứt Giá trị tải trọng thí nghiệm xác định dựa giá trị mô men bền dẻo dương tiết diện sàn liên hợp giá trị độ võng cho phép mẫu sàn thí nghiệm lấy f = L/200 = 13, mm, theo EN 1994-1-1:2004 [1] Phân tích làm việc chịu uốn sàn nhịp đơn liên hợp thép – bê tông 3.1 Xác định khả chịu lực sàn tính tốn theo lý thuyết Sàn liên hợp tính tốn theo trạng thái giới hạn cực hạn trạng thái giới hạn sử dụng [15] Kết tính tốn theo lý thuyết trình bày Bảng Bảng Kết tính tốn sàn liên hợp theo EN 1994-1-1:2004 [1] Thơng số Ký hiệu Giá trị Đơn vị x pl 13,25 mm M +pl,Rd 21,65 kNm Tải trọng tác dụng lên sàn theo mô men bền dẻo không kể đến trọng lượng thân giá chia tải P 33,23 kN Độ võng cho phép f 13,5 mm Vị trí trục trung hịa đàn hồi tính từ mặt sàn (khi phần bê tông chịu kéo coi bị nứt) xc 40,09 mm Momen quán tính tiết diện đoạn có vết nứt vùng chịu kéo Icc 5,621 × 106 mm4 Tải trọng tác dụng lên sàn theo độ võng cho phép P ser 33,73 kN Vị trí trục trung hịa dẻo tính từ mặt sàn Mô men bền dẻo dương sàn 28 Cường, N V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 3.2 Vị trí trục trung hịa dẻo (P.N.A) Vết nứt hai mẫu sàn bắt đầu xuất phát triển theo phương đứng tính từ bề mặt tiếp xúc bê tơng với tơn sóng trìnhố bày Hình Thời điểm ệmẫu sàn bị phá hướng ị hoại,Đơn vị phát triển vết nứtứ có xu hướng ịchuyển từ phương đứng thành phương ngang Vị trí chuyển tiếp tương ứng với vị trí trục trung hòa dẻo (Plastic Neutral Axis - P.N.A) sàn thời điểm bắt đầu bị ả trí ọ trục trung ụng lên theo độ hai mẫu sàn giống nhau, cách mặt sàn khoảng 15 phá hoại Vị dẻosàn mm, tương đương với giá trị tính tốn theo EN 1994-1-1:2004 (13,25 mm) ị ụ ẻ ụ trung hòa dẻo ẻ dựa ự ự phát triển ể vết ế nứt ứ bê tông ủ mẫu ẫ thí nghiệm ệ Hình Vịị trí trục ế ứ ủ ẫ đầ ấ ệ ển theo phương đứ ề ặ ế ữ đượ ời điể ẫ ị 3.3 Biểu ạđồ hướ quan hệ giữaể tảiủtrọng độ võng mẫuể sàn thí nghiệm ế ứt có xu hướ phương đứ phương ngang ể thíế nghiệm, này tương ụ ẻ Trongị trình độ ứvõngớtại ịgiữa nhịp sàn xác định theo công thức (1) tương ời điể đầ hệ ịgiữa tảiạtrọng ị ụđộ võng ởẻ nhịp ả hai ẫ mẫu sàn liên ủ ấ cấp tảiạtrọng ứng với Mối quan ủ Hình ả (không , tương đương vớ lượng ị thân sàn hệ dầm bao gồm trọng hợp SP2-1ố SP2-2 đượcặtrình bày chia tải) Tấm sàn bị trung ểu phá đồ hoại ệkhiữtải ảtrọng ọ thí nghiệm độ ủ ẫbình đạt 45,59 ệ kN, tương ứng với độ võng trung bình nhịp 43 mm Có thể nhận thấy Hình 9, biểu đồ quan hệ tải trọng độ ữnhauị ủcó thể xáclàm đị việc sàn tương võng hai mẫu SP2-1 SP2-2 cóệhìnhđộdạng giống chia tương ấ ả ọ ố ệ ữ ả ọ độ ữ ị ứ ứng với chu trình gia tải sau: ủ ợ đoạn OA, tải trọng đượ tăng dần từ đến 14,1 kN ồTrong ọ giai đoạn Chu trình 1: ẫtương ứng với lượ ả ệ ầ ả quan hệ tải trọng độ võng tuyến tính Khi tải trọng giảm dần đường quan hệ tải trọng độ võng trùng với đường gia tải cho sàn Ứng xử sàn liên hợp đoạn OA đàn hồi tuyến tính Chu trình 2: tải trọng tăng dần từ đến 21,15 kN (150% tải trọng thí nghiệm) tương ứng với đoạn OB sau giảm dần 0, tương ứng với đoạn BB’ Quan hệ tải trọng độ võng đoạn AB phi tuyến, vị trí điểm B vết nứt xuất Chuyển vị dư đạt xấp xỉ mm Chu trình 3: tải trọng tăng dần từ đến lúc sàn bị phá hoại Giai đoạn thể đoạn B’BC Mối quan hệ tải trọng độ võng đoạn B’B tuyến tính, đoạn BC phi tuyến Độ võng tăng đồng thời với tải trọng tác dụng Điểm C tương ứng với thời điểm mẫu thí nghiệm bị phá hoại hồn tồn, cho phép xác định giá trị tải trọng giới hạn tác dụng lên sàn 45,59 kN Sau điểm C mẫu sàn liên hợp khơng cịn khả chịu lực 29 Cường, N V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng ểu đồđồ quan hệ ệ ữ tải ả trọng ọ –– độ độ võng củaủ hai mẫuẫ sàn thí nghiệmệ Hình Biểu ấ ị ả ọ ệ đạ kN, tương ứ độ giá trị tải trọng ạđặc ữtrưngị sàn xác định từ thực nghiệm tính tốn theo EN 1994-1Các 1:2004 trìnhểbàyậtrongấ Bảng Các giá ểu trị đồ bao gồm tải trọng P tương ứng với độ võng cho ệ ữ ả ọ ser độ ủ ẫ phép (13,5 mm) tải trọng gây phá hoại sàn Pult ố ể ự ệ ủ tương ải sau:ứng với độ võng cho phép sàn theo thí nghiệm lý thuyết Bảng Tải trọng tương  : tương ứ ới đoạ ả ọng tăng dầ đế P ser (kN) Trong giai đoạ ệ ữ ả ọng và độ ế ả ọ Pult ả (kN) ầ Mẫu sàn ENệ 1994-1-1:2004 Thí nghiệm Sai Ứ ủ ề đườ ữ ả ọng và độ đườ ả số là đàn hồ ế SP2-1 ợp đoạn OA33,73 29,49 12,6% 46,09 SP2-2 33,73 27,99 17,0% 45,09 ả ọng tăng dầ đế ả ọ ệ Trung bình 33,73 28,74 14,8% 45,59 tương ứ ới đoạn OB và sau giả ầ ề tương ứ ới đoạn BB’ Quan hệ ữ ả ọng và độ võng đoạ ế ị trí điể ế ứt xuấ ệ ể ị dư Quan hệ tải trọng thí nghiệm biến dạng tôn mẫu sàn SP2-1 thể đạ ấ ỉ Hình 10 Vị trí mặt cắt thể Hình Tại mặt cắt, biến dạng sóng tốn đo ả ọng tăngtrên dầ 0tơn đế sóng ị đoạn này đượ ể ba mặt làmặt dưới, mặt mặt −6 Tạiện thời dạng 10độ võng (0,15%) vậtB’B liệulàđạt tới giới hạn chảy trênđiểm đoạnbiến B’BC Mốcủa ệtôn ữđạt ả1497 ọng× và trênthì đoạn tuyế (307 đoạ N/mm2 ) bắt đầuến chuyển sang chảy dẻo Thời điểm mẫu sàn bị phá hoại giá trị ứtải trọng Độ võng tăng đồ ả ọ ụng Điểm C tương thí nghiệmời46,09 cáctoàn, mặt cắt tơnxác sóng điể kNẫ tất ệcác vị ị trí đo ại hoàn chocủa phép đị ịchảy ả dẻo ọ Hình ạ10 cho thấy tơn sóng bắt đầu chảy dẻo từ mặt nhịp sàn (Hình 10(a), mặt cắt ụ kN Sau điể ẫ ợ ả chị ự B-B), sau phát triển hai bên lên phía theo chiều cao tơn sóng Các kết hồn tồn phù xác đị tínhừtốn ự ệ ị ảcủa ọng trưng hợp với làm việc dẻo sàn đặc phù hợpcủvới lý thuyết ả giá trị tải ịtrọng tươngồ ứngả vớiọđộ võngtương ứ Theo kết quảđượ tổng hợp Bảng cho phép ới độ ả ọ sàn theo thí nghiệm lý thuyết, ta thấy: Giá trị tải trọng tác dụng Pser tương ứng với độ võng cho phép theo thí nghiệm mẫu sàn SP2-1 87,4% mẫu sàn SP2-2 83,0% so với giá trị theo EN-1994-1-1 Sự sai khác ảnh hưởng cường độ bê tông, mô đun đàn hồi 30 ẫ ẫẫ ệ ệệ ố ốố Cường, N V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng mẫu thí nghiệm xác định đặc trưng học (150 × 150 × 150 mm) so với mẫu sàn làm việc thực tế (2800 × 615 × 145 mm) (a) Mặt ặtdướ dướ ặt ặt dướ (b) Mặt ặ ặ ặữ ữ ữ (c) Mặt ặặặ Hình 10 ểuđồđồ đồ quanệ hệ –ế ế ếdạng ủ ẫ ẫsàn ẫ SP2-1 ểu ệ ữệgiữa ữữ ả ảọtrọng ọ ọ– ––biến ểuBiểu đồ ả tải ạ ạtơn sóng ủ ủmẫu ọ tơn sóng ệ ếạ ạcác ủấ ấ ấ cụ đo ủ ẫ ẫ ẫ vị điện1tử 1đượ đượ ạệgiữa ệ ữệ bê ữ ảữtông ả ảọ ọvới 1đượ ệ ệđược ế ế ủ ủdụng ủ ủchuyển Độ trượt ạdọc đo LVDT-4 ặTrên ắtđượ đượ ể 11, ạỗ ỗ ỗặ ặđạt ặắ ắgiá ắ ếtrị ủthì ị ị sàn ể ểệ ệởệ ởtảiở trọng thí ế ế25 ủ ủbắt ể ể ệể ệ ệđược đặt haiị đầu ặ ặ đượ ạnghiệm ạkN LVDT-5 Hình ố được tạ ặt ặtđó làmặt mặt dướ ữ ặ neo ốđược dướ ặ ặữ ữnày đođo tạđotạgiữa làđólà mặt dướ ặ Lúc ặ ặchốt ủ ủ ởủ đầu sàn bắt đầu làm việc đầu xuấtốhiện trượt dọc bêặt tông với tơn sóng đóng vai trị điểm giữ ờiđiể điể ế ế ếạ ạ ủ ủ ủấ ấ ấ đạđạđạ u u u ệ đạđạớ ớ ớ ạ ạời ời điể ậ ậ ậệ ệ đạ ờiđiể điể ẫ ẫ ẫ ạ ạả ả ả ắt đầắtđầđầ ể ể ể ả ả ảẻ ẻ ẻ ờiờiđiể ị ịị ạạạạạ ịđo tríđotrên đotrên mặắ ắ ắủ ủ ủ ị trí ị ảị ịả ảọ ọ ọ ệ ệệ ấ ấ ảấ ả ả ị trí mặmặ đềđềđề đãchả chảẻ ẻ ẻ ặtdướ dướ đãđã chả ấ ấấ ắt đầắtđầđầ ả ả ảẻ ẻ ẻừ ừặt ặtdướ ạạạ ữ ữ ữ ị ị ịủ ủ ủ ặ ắ , sau ể ặ ắ , sau ể ặ ắ , sau ể ềềề ủủủ ế ế ếả ả ả ợ ợ ợớ ớ ự ự ự ệ ệ ệẻ ẻ ẻủ ủ ủ ợ ợ ợớ ớ ế ếế tương ớiđộđộ Theo đượ Theo ả ảđượ tương Theo kếkếkếả đượ ổ ổ ổ ợ ợởợ ảở ả ả ề ề ề ị ịả ịả ảọ ọ ọtương ứ ứ ứ ớiớiđộ ủ ệ ế ấ ị ả ọ ụ tương tương ủ ủ ệ ệ ếế ấấ ị ịả ả ọ ọ ụụ tương ứ ứ ứ ới ới độớiđộđộ ệ ệ ệủ ủ ủẫ ẫ ẫ ằ ằằ ẫẫẫ ựsaikhác saikhác khác ảnh hưở ủ ủ ủ ảnh hưở ằ ằằ ớớ ị ị ị ự ựsai vậvậvậ ể ể ể ảnh hưở cường đun đàn xác định đặc trưng cơhọhọ cường đun đàn xác định đặc trưng cường độđộđộ đun đàn hồhồhồ ủ ủ ủẫ ẫ ẫ ệ ệ ệxác định đặc trưng cơcơhọ uuu u uu ớ ớẫ ẫ ẫ ệ ệ ệự ự ự ế ế ế u uu u uu Độ trượdọc ọtương đố đốiữgiữa bê tơng soớvới tơn sóng ủ mẫu ẫ sàn Hình 11 Độ trượt Độ trượ ọ ữ ới tơn sóng đo ằ ụ ụ đo chuyể ị điệ Cóử thể nhận thấy Hình 9, sau xảy tượng trượt dọc bê đặ ại hai đầ ả ọ tơng với tơn ệmsóng đạ giá trị tải trọng thí nghiệm 25 kN, tải trọng độ võng đồng thời tăng sàn ị đầ ấ ện trượ ọ ữ ố bị phá hoại ởĐiều đồng nghĩa với việc ứng xử sàn phá hoại ữdẻo [17] Kết thu đầ ẽ đầ ệ đóng vai trị là điể từ nghiên cứu thực nghiệm ứng xử sàn liên hợp trường hợp sử dụng chốt neo đầu sàn [8] ể ậ ấ ả ện tượng trượ ọ ữ 31 ả ọng và độ võng đồ ị ả ọ ệ tăng cho đế ị ại Điều này đồng nghĩa vớ ệ ứ ủ ẻ ế ả này thu đượ ứ ự ệ ứ ủ ợ trườ ợ ụ ốt neo đầ ần lưu ý đố ấ ợ ụ Cường, N V., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Cần lưu ý sàn liên hợp không sử dụng chốt neo đầu sàn, phá hoại sàn xem xét phá hoại giòn phá hoại dẻo tùy thuộc vào tải trọng thời điểm độ trượt dọc 0,1 mm so với tải trọng thời điểm sàn bị phá hoại Sàn xem phá hoại dẻo tải trọng phá hoại vượt 10% tải trọng gây độ trượt 0,1 mm, ngược lại sàn bị phá hoại giòn [1] Kết luận Trong nghiên cứu này, hai mẫu sàn liên hợp nhịp đơn chế tạo tiến hành thí nghiệm uốn bốn điểm kiểm tra làm việc theo trạng thái giới hạn chịu lực giới hạn sử dụng Các mẫu chế tạo tỷ lệ 1:1 Thí nghiệm uốn bốn điểm thực theo quy định tiêu chuẩn EN 1994-1-1:2004 Bên cạnh việc phân tích làm việc, xác định giá trị cực hạn ứng với hai trạng thái giới hạn, việc tính tốn lý thuyết tiến hành Thơng qua việc phân tích lý thuyết thực nghiệm nhận thấy giá trị tải trọng thí nghiệm trung bình tương ứng với độ võng cho phép 13,5 mm 28,74 kN, giá trị tải trọng thời điểm nhỏ so với kết xác định theo lý thuyết (33,73 kN) 63,0% so với tải trọng thí nghiệm cực hạn gây phá hoại mẫu (45,59 kN) Khi tải trọng thí nghiệm đạt đến 25 kN, độ trượt dọc bê tơng với tơn sóng ghi nhận tăng nhanh đến mm Sau xảy tượng trượt dọc bê tơng với tơn sóng giá trị tải trọng thí nghiệm 25 kN, tải trọng độ võng đồng thời tăng sàn bị phá hoại Điều đồng nghĩa với việc ứng xử sàn phá hoại dẻo Thông qua phân tích thực nghiệm-lý thuyết làm việc sàn liên hợp, thấy ứng xử chịu uốn sàn thực phù hợp với lý thuyết tính tốn, thể qua qua vị trí trục trục hịa dẻo ứng xử sóng tơn Đồng thời bố trí đủ liên kết chịu trượt, ứng xử sàn đặc trưng làm việc dẻo Tài liệu tham khảo [1] EN 1994-1-1 (2004) Eurocode 4: Design of steel and concrete composite structures, part 1.1: General rules and rules for building [2] Tuan, V A (2004) Steel-concrete composite structure: Slabs, beams and columns for buildings [3] American National Standards Institute/Steel Deck Institute (2017) ANSI/SDI C-2017 Standard for Composite Steel Floor Deck-Slabs [4] Mistakidis, E S., Dimitriadis, K G (2008) Bending resistance of composite slabs made with thin-walled steel sheeting with indentations or embossments Thin-Walled Structures, 46(2):192–206 [5] Marimuthu, V., Seetharaman, S., Jayachandran, S A., Chellappan, A., Bandyopadhyay, T K., Dutta, D (2007) Experimental studies on composite deck slabs to determine the shear-bond characteristic values of the embossed profiled sheet Journal of Constructional Steel Research, 63(6):791–803 [6] Abdullah, R., Easterling, W S (2009) New evaluation and modeling procedure for horizontal shear bond in composite slabs Journal of Constructional Steel Research, 65(4):891–899 [7] Gholamhoseini, A (2018) Experimental and finite element study of ultimate strength of continuous composite concrete slabs with steel decking International Journal of Advanced Structural Engineering, 10(1):85–97 [8] Abbas, H S., Bakar, S A., Ahmadi, M., Haron, Z (2015) Experimental studies on corrugated steelconcrete composite slab Journal of the Croatian Association of Civil Engineers, 67(2) [9] Linh, N N., Hiếu, N T., Tân, N N (2018) Thí nghiệm thử tải đánh giá ứng xử chịu uốn kết cấu sàn nhịp đơn liên hợp thép – bê tông theo tiêu chuẩn SDI T-CD-2017 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXD, 12(7):34–44 [10] Linh, N N., Tân, N N (2019) Thực nghiệm so sánh làm việc khả chịu lực kết cấu sàn liên hợp thép - bê tông nhịp đơn nhiều nhịp chịu tải trọng tĩnh Tạp chí Xây dựng, (5-2019):224–231 32 Cường, N V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng [11] Nhân, L V P., Đức Vinh, B., Đức Duy, H., Sơn, L T., Tín, L T H (2021) Ảnh hưởng mức độ liên kết kháng cắt đến ứng xử uốn dầm liên hợp thép – bê tông sử dụng liên kết kháng cắt dạng Perfobond: Phương pháp thực nghiệm Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXD, 15(1V):37–47 [12] Tuấn, V A (2013) Thiết kế tối ưu trọng lượng dầm liên hợp thép-bê tông sử dụng dầm thép I khơng đối xứng Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD, 7(2):21–28 [13] Kiên, N T., Hiếu, N T., Hoàng, N N (2020) Phân tích làm việc dầm liên hợp thép - bê tông khoét lỗ bụng phương pháp mô số Tạp chí Xây dựng, 1:29–32 [14] Bộ Khoa học Công nghệ Việt Nam (1993) Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ chịu nén [15] EN 1992-1-1 (2004) Eurocode 2: Design of concrete structures, part 1.1: General rules and rules for building [16] JFE Metal Products & Engineer Inc Deck plates for Composite Slab Structure QL Deck [17] Crisnel, M (1996) Recent Developments in Steel/Concrete Composite Slabs Structural Engineering International, 6(1):41–41 33 ... chịu uốn sàn liên hợp nhịp liên tục [7]; nghiên cứu thực nghiệm ứng xử sàn liên hợp trường hợp có không sử dụng chốt neo đầu sàn [8]; nghiên cứu thực nghiệm sàn liên hợp đánh giá ứng xử chịu uốn. .. cấu sàn nhịp đơn liên hợp thép- bê tông theo tiêu chuẩn ANSI/SDI C-2017 [9]; so sánh làm việc sàn liên hợp nhịp đơn nhiều nhịp [10]; đánh giá ảnh hưởng mức độ liên kết kháng cắt đến ứng xử uốn. .. diện sàn liên hợp giá trị độ võng cho phép mẫu sàn thí nghiệm lấy f = L/200 = 13, mm, theo EN 1994-1-1:2004 [1] Phân tích làm việc chịu uốn sàn nhịp đơn liên hợp thép – bê tông 3.1 Xác định khả chịu