Đánh giá sự ảnh hưởng của dầm bê tông cốt thép chịu tải trọng khi số lượng cốt thép tại một mặt cắt được nối bằng ống ren thay đổi bằng thực nghiệm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NCKH CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG KHI SỐ LƯỢNG CỐT THÉP TẠI MỘT MẶT CẮT ĐƯỢC NỐI BẰNG ỐNG REN THAY ĐỔI BẰNG THỰC NGHIỆM MÃ SỐ: T2020-71TĐ SKC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG KHI SỐ LƯỢNG CỐT THÉP TẠI MỘT MẶT CẮT ĐƯỢC NỐI BẰNG ỐNG REN THAY ĐỔI BẰNG THỰC NGHIỆM Mã số: T2020 - 71TĐ Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Thanh Hưng TP HCM, 12/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA XÂY DỰNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG KHI SỐ LƯỢNG CỐT THÉP TẠI MỘT MẶT CẮT ĐƯỢC NỐI BẰNG ỐNG REN THAY ĐỔI BẰNG THỰC NGHIỆM Mã số: T2020 - 71TĐ Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Thanh Hưng Thành viên đề tài: Lê Anh Thắng Nguyễn Thế Anh TP HCM, 12/2020 DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI TT Đơn vị công tác lĩnh vực chuyên môn Nguyễn Thanh Giảng viên khoa Xây Hưng dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Lê Anh Thắng Giảng viên khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Nguyễn Thế Anh Giảng viên khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Họ tên Nội dung nghiên cứu cụ thể giao Nghiên cứu tổng quan, xây dựng mơ hình thí nghiệm Chữ ký Thí nghiệm mơ hình, xử lý số liệu Đánh giá kết viết báo cáo MỤC LỤC DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Danh mục bảng Danh mục hình THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung Mục tiêu Tính sáng tạo Kết nghiên cứu Sản phẩm Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng INFORMATION ON RESEARCH RESULTS MỞ ĐẦU 10 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài nước 10 Tính cấp thiết đề tài 11 Mục tiêu đề tài 11 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 12 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 12 Nội dung nghiên cứu 12 CHƯƠNG GIỚI THIỆU 22 1.1 Mở đầu 13 1.2 Công nghệ nối cốt thép ống ren thẳng có dập tù đầu cốt thép 13 1.3 Phân loại mối nối ống ren 14 1.4 Yêu cầu kỹ thuật ống nối ren 15 1.5 Công nghệ thiết bị sử dụng 17 1.6 Thi cơng mối nối cơng trình 18 1.7 Kiểm soát chất lượng nối 19 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 19 2.1 Mở đầu 19 2.2 Thiết kế mơ hình thực nghiệm 19 2.3 Vật liệu sử dụng 20 2.4 Q trình thí nghiệm 22 2.5 Kết đánh giá 23 CHƯƠNG THIẾT LẬP MƠ HÌNH TRÊN PHẦN MỀM ABAQUS 32 3.1 Giới thiệu tổng quan phần mền ABAQUS 32 3.2 Mơ hình vật liệu ABAQUS 32 3.3 Kết cấu dầm mô 34 3.4 Kết mơ so sánh với thí nghiệm 35 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH ẢNH Danh mục bảng Bảng 1: Phân loại mối nối ống ren theo trường hợp sử dụng 15 Bảng 2: Yêu cầu chất lượng đầu ren 15 Bảng 3: Cường độ chịu kéo mối nối 16 Bảng 4: Tính biến dạng mối nối 16 Bảng 5: Kích thước tính lý ống ren 17 Bảng 6: Các thông số kỹ thuật máy sau 17 Bảng 7: Trị số môment vặn (xiết) nhỏ lắp mối nối ống ren 18 Bảng 8: Cấp phối sử dụng cho công tác thiết kế 20 Bảng 9: Kết nén mẫu 21 Bảng 10: Thông số kỹ thuật thép chịu lực 21 Bảng 11: Thông số kỹ thuật coupler 21 Bảng 12: Giá trị tải trọng theo độ võng vị trí dầm 25 Bảng 13: Tải trọng gây nứt tải trọng phá hủy dầm 28 Bảng 14: Thông số mơ hình phá hoại dẻo 34 Danh mục hình Hình Mơ hình mẫu dầm bê tơng cốt thép 20 Hình Mơ hình thực tế mẫu dầm thực nghiệm 20 Hình Độ sụt hỗn hợp bê tông 20 Hình Mẫu khối lập phương thí nghiệm 15×15×15cm 21 Hình Cốt thép nối Coupler 22 Hình Sơ đồ truyền tải 22 Hình Bố trí lắp đặt dầm thí nghiệm 23 Hình Vị trí đo độ võng q trình gia tải 23 Hình Biểu đồ mối quan hệ tải trọng chuyển vị vị trí 24 Hình 10 Biểu đồ mối quan hệ tải trọng chuyển vị vị trí 24 Hình 11 Biểu đồ mối quan hệ tải trọng chuyển vị vị trí 25 Hình 12 Biểu đồ mối quan hệ tải trọng biến dạng cốt thép vị trí dầm 26 Hình 13 Biểu đồ mối quan hệ tải trọng biến dạng cốt thép vị trí 1/3 dầm 26 Hình 14 Biểu đồ mối quan hệ tải trọng biến dạng cốt thép vị trí 1/4 dầm 27 Hình 15 Biểu đồ mối quan hệ tải trọng chuyển vị cốt thép Ø16 nối Coupler cốt thép Ø16 khơng có mối nối 27 Hình 17 Các giai đoạn trạng thái ứng suất-biến dạng tiết diện thẳng góc 29 Hình 18 Vết nứt dầm D1(a), D2(b), D3(c), D4(d), D5(e), D6 (f), D7(g) 31 Hình 19 Coupler sau dầm bị phá hủy 31 Hình 20 Concrete model (C3D8R) and Embedded technique 35 Hình 21 Kết cấu dầm mô 35 Hình 22 Load deflection curve forExperiment-D1, D4, D7 and Abaqus-D1 36 Hình 23 Load deflection curve forExperiment-D2, D4, D7 and Abaqus-D2 36 Hình 24 Load deflection curve forExperiment-D3, D6, D7 and Abaqus-D3 36 Hình 25 Biểu đồ mối quan hệ tải trọng biến dạng cốt thép vị trí dầm dầm thử có Coupler nối dầm(D1), dầm đối chứng(D7) dầm mô 37 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA XÂY DỰNG Tp HCM, ngày tháng 12 năm 2020 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Đánh giá ảnh hưởng dầm bê tông cốt thép chịu tải trọng tĩnh số lượng cốt thép mặt cắt nối ống ren thay đổi thực nghiệm - Mã số: T2020-71TĐ - Chủ nhiệm: Nguyễn Thanh Hưng - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: từ 1/2020 đến 12/2020 Mục tiêu: Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng dầm bê tông cốt thép chịu tải trọng số lượng cốt thép mặt cắt nối ống ren (TCVN 8163:2009) thay đổi, sở để xây dựng tiêu chuẩn cho doanh nghiệp Tính sáng tạo: Đây nghiên cứu Việt Nam nghiên cứu đánh giá tác động vị trí tỉ lệ nối thép ống ren (coupler) đến ứng xử dầm bê tông cốt thép Các đánh giá đưa mơ hình thực nghiệm với dầm bê tơng có cốt thép nối Coupler mặt cắt Để hỗ trợ kết từ thí nghiệm, phân tích phương pháp phần tử hữu hạn phi tuyến tính thực với trợ giúp phần mềm ABAQUS Kết so sánh dầm có cốt thép nối coupler dầm bê tông cốt thép không nối cốt thép cho thấy khả chịu lực ứng xử của dầm bê tông cốt thép nối thép coupler có thay đổi tương đối nhỏ so với dầm bê tông không nối thép Kết nghiên cứu: - Dầm bê tơng cốt thép có số lượng cốt thép mặt cắt nối ống ren (coupler) thay đổi làm ảnh hưởng đến khả chịu lực dầm, nhiên việc ảnh hưởng tương đối thấp vào khoảng 11.5% giai đoạn đàn hồi không vết nứt, 12.5% giai đoạn đàn hồi có vết nứt, giai đoạn sau đàn hồi 15% giá trị chấp nhận - Dầm bê tông cốt thép thay đối vị trí nối cốt thép số lượng cốt thép nối ống ren (coupler) mặt cắt có chênh lệch khả chịu lực tương đối thấp dao động từ đến 6% - Dầm bê tông cốt thép cốt thép nối ống ren (coupler) với số lượng cốt thép nối từ 75% đến 100%, vị trí thay đổi 1/2, 1/3, 1/4 dầm khơng có thay đổi quy luật ứng xử dầm chịu tải trọng tĩnh so với dầm đối chứng - Có thể dùng phương pháp mơ phần tử hữu hạn thông qua phần mềm Abaqus để dự đốn phân tích ứng xử dầm bê tơng cốt thép có mối nối cốt thép ống ren Sản phẩm: Sản phẩm khoa học: - 01 báo đăng tạp chí xây dựng chuyên ngành: Tạp chí Xây dựng, Bộ Xây Dựng, Số 623 - Tháng 4-2020, Trang: 172-176 - Đào tạo 01 Học viên Cao học Sản phẩm ứng dụng: - Mơ hình thí nghiệm - Mơ hình mơ đánh giá Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Hiệu quả: Tài liệu tham khảo cho nghiên cứu suất Phương thức chuyển giao: Thông qua thuyết minh, báo báo cáo công bố Địa ứng dụng: Các trường đại học, viện nghiên cứu, trung tâm nghiên cứu quản lý xây dựng Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài 150mm Tải trọng tác dụng thẳng đứng dầm Cốt thép chịu kéo sử dụng 2D16 Cốt thép chịu nén sử dụng 2D16 Cốt thép đai sử dụng D6@150( Thép AIII) Phần tử C3D8R thư viện vật liệu phần mềm Abaqus sử dụng để rời rạc mơ hình Phần tử C3D8R dạng phần tử khối ba chiều, nút tuyến tính gán cho phần tử bê tơng Các cốt thép mơ hình hóa mơ hình phần tử dạng (truss) Phần tử dạng T3D2 sử dụng để mô cốt thép Số liệu đầu vào dạng phần tử diện tích mặt cắt ngang khơng cần định nghĩa cụ thể tiết diện hình học mặt cắt Coupler mơ hình phần tử thanh(truss), có chiều dài 4.2 cm, sử dụng vật liệu tương tự cốt thép có tiếp diện giảm 12% so với thép dọc Cốt thép coupler khai báo nhúng (embedded) vào bê tơng với giả thiết dính bám cốt thép với bê tơng tuyệt đối Hình Concrete model (C3D8R) and Embedded technique Hình Kết cấu dầm mơ 39 Kết mô so sánh với thí nghiệm Kết mơ phỏng: mối quan hệ tải trọng chuyển vị, tải trọng biến dạng dầm theo biểu đồ đây: Hình Load deflection curve for Experiment -D1, D4, D7 and Abaqus -D1 Hình 23 Load deflection curve forExperiment -D2, D4, D7 and Abaqus -D2 Hình 24 Load deflection curve for Experiment -D3, D6, D7 and Abaqus-D3 40 Hình 25 Biểu đồ mối quan hệ tải trọng biến dạng cốt thép vị trí dầm dầm thử có Coupler nối dầm(D1), dầm đối chứng(D7) dầm mơ Hình 23 24 cho thấy biểu mối quan hệ tải trọng - chuyển vị biểu đồ mối quan hệ tải trọng – biến dạng cốt thép vị trí dầm dầm thử, dầm đối chứng dầm mô phần mềm Abaqus có hình dạng gần giống Về chuyển vị giai đoạn làm việc đàn hồi đường quan hệ dầm thử dầm mô khơng có khác biệt độ lệch trung bình 2%, giai đoạn làm việc phi tuyến tải trọng dầm mô nhỏ so với dầm thử khoảng 7% Về biến dạng giai đoạn làm việc đàn hồi độ chênh lệch trung bình 5%, giai đoạn làm việc phi tuyến 10%, sai số chấp nhận kết mơ thiên an tồn Từ xem kết mô đáng tin cậy, độ giảm tiết diện Coupler 12% 41 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Từ kết trình nghiên cứu thực nghiệm đánh giá tác động vị trí tỉ lệ nối thép ống ren đến ứng xử dầm bê tông cốt thép nhận thấy ưu điểm bật việc sử dụng coupler mối nối dầm bê tơng cốt thép tác giả có số kết luận kiến nghị sau: + Dầm bê tông cốt thép có số lượng cốt thép mặt cắt nối ống ren (coupler) thay đổi làm ảnh hưởng đến khả chịu lực dầm, nhiên việc ảnh hưởng tương đối thấp vào khoảng 11.5% giai đoạn đàn hồi không vết nứt, 12.5% giai đoạn đàn hồi có vết nứt, giai đoạn sau đàn hồi 15% giá trị chấp nhận + Dầm bê tơng cốt thép thay đối vị trí nối cốt thép số lượng cốt thép nối ống ren (coupler) mặt cắt có chênh lệch khả chịu lực tương đối thấp dao động từ đến 6% + Dầm bê tông cốt thép cốt thép nối ống ren (coupler) với số lượng cốt thép nối từ 75% đến 100%, vị trí thay đổi 1/2, 1/3, 1/4 dầm khơng có thay đổi quy luật ứng xử dầm chịu tải trọng tĩnh so với dầm đối chứng + Có thể dùng phương pháp mô phần tử hữu hạn thông qua phần mềm Abaqus để dự đốn phân tích ứng xử dầm bê tơng cốt thép có mối nối cốt thép ống ren Để đánh giá cách đầy đủ ứng xử kết cấu nối cốt thép ống ren (Coupler) cần có thêm nghiên cứu dạng kết cấu, loại tải trọng tác động 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Xây dựng, TCVN 5574:2012: “Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép”, Hà nội, (2012) [2] Bộ Xây dựng, TCVN 8163:2009: “Tiêu chuẩn thép cốt bê tông – mối nối ống ren”, Hà nội, (2009) [3] B MacKay, D Schmidt, T Rezansoff,“Mechanical Connections of Reinforcing Bars”ACI Committee 439 B, (1998) [4] Rasha T S Mabrouk , Ahmed Mounir, “Behavior of RC beams with tension lap splicesconfined with transverse reinforcement using different types of concrete under pure bending”, Alexandria Engineering Journal, Vol.-57, Issue 3, P 1727-1740, (2012) [5] Standards New Zealand, NZS 3101:2006: “Concrete Structures Standard - Part 1: The Design of Concrete Structures sets out minimum requirements for the design of reinforced and pre-stressed concrete structures”, (2006) [6] American Concrete Institute, ACI 318M-11: “Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary”, (2011) [7] Ahmed El-Azab, Hatem M Mohamed, “Effect of tension lap splice on the behaviorof high strength concrete (HSC) beams”, HBRC Journal, Vol.-10, Issue 3, P 287-297, (2014) [8] Lê Anh Thắng, Nguyễn Tất Thành, Hoàng Trọng Quang “Validation of computational models of steel slag used as large particles in concrete beams” Internet: http://thuvienso.hcmute.edu.vn, (2016) [9] D Ngo and A.C Scordelis, “Finite Element Analysis of Reinforced Concrete Beams,” ACI Journal, Vol.-64, P 152-163, (1967) [10] Vebo and Ghali,“Moment-Curvature Relations of Reinforced Concrete Slab” J Struct Div., ASCE, 103(ST3), P 515–531, (1977) [11] Bộ Xây dựng, TCVN 9381:2012: “Tiêu chuẩn hướng dẫn đánh giá mức độ nguy hiểm kết cấu nhà”, Hà nội, (2012) 43 MINH CHỨNG SẢN PHẨM ĐỀ TÀI 44 45 46 47 48 49 50 51 52 ... KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG KHI SỐ LƯỢNG CỐT THÉP TẠI MỘT MẶT CẮT ĐƯỢC NỐI BẰNG ỐNG REN THAY ĐỔI BẰNG THỰC NGHIỆM Mã số: T2020 - 71TĐ... cho dầm bê tông cốt thép số mặt cắt dầm - Nhiệm vụ 4: Đánh giá ảnh hưởng dầm bê tông cốt thép chịu tải trọng số lượng cốt thép mặt cắt nối ống ren thay đổi 12 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU KỸ THUẬT MỐI NỐI... nhằm đánh giá ảnh hưởng dầm bê tông cốt thép chịu tải trọng số lượng cốt thép mặt cắt nối ống ren thay đổi a Mối quan tải trọng chuyển vị Mối quan hệ tải trọng chuyển vị vị trí đo độ võng dầm nối