0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 1 2 3 4 5 6 Tả i t rọng (kN ) Chuyển vị (mm) Thực nghiệm Mụ phỏng
Qua biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị dầm chuyển bờ tụng cốt thộp với hàm lượng 1% sợi thộp trong Hỡnh 4.25, cho thấy, trong giai đoạn dầm BTCT làm việc chưa xuất hiện vết nứt thỡ kết quả giữa mụ phỏng và thực nghiệm chờnh lệch nhau lớn nhất ở tải trọng 200 kN với độ lệch khoảng 8%. Tại vị trớ chuyển vị giới hạn 5mm, kết quả chờnh lệch giữa mụ phỏng và thực nghiệm là 1,75%.
Bảng 4.5. Số liệu lực – chuyển vị mụ phỏng dầm cao BTCT 2% sợi thộp
Dầm gia cường 2% SỢI THẫP
Chuyển vị (mm) Lực (kN) 0 0.000 2,50124 236,075 3,12655 294,485 4,06448 374,576 5,47133 480,254 5,60289 489,708 5,80028 503,891 5,80143 503,975 5,80315 504,100 5,80381 504,147 5,8039 504,156 5,8039 504,156 0 100 200 300 400 500 600 0 1 2 3 4 5 6 Tả i t rọng (kN ) Chuyển vị (mm) Thực nghiệm Mụ phỏng
Trong trường hợp dầm cao BTCT sử dụng bờ tụng cú hàm lượng cốt sợi 2% cho kết quả sai số giữa mụ phỏng và thực nghiệm lớn hơn so với dầm chuyển bờ tụng cốt thộp thụng thường và hàm lượng 1%. Cụ thể, trong giai đoạn làm việc chưa xuất hiện vết nứt độ lệch lớn nhất của mụ phỏng và thực nghiệm tại mức tải trọng 200 kN là 14,1%. Tại vị trớ chuyển vị giới hạn 5mm độ lệch lớn nhất giữa mụ phỏng và thực nghiệm là 6,96%.
Bảng 4.6. Số liệu lực – chuyển vị mụ phỏng dầm cao BTCT 3% sợi thộp
Dầm gia cường 3% SỢI THẫP Chuyển vị (mm) Lực (kN) 0 0 1,25062 131,293 2,50124 262,306 4,37719 442,738 5,00256 495,415
Hỡnh 4.27. Biểu đồ quan hệ lực – chuyển vị dầm cao BTCT 3% sợi thộp
Biểu đồ Hỡnh 4.27 cho thấy dầm chuyển bờ tụng cốt thộp với bờ tụng được gia cường 3% cốt sợi thộp cú kết quả giữa thực nghiệm và mụ phỏng cú độ lệch
0 100 200 300 400 500 600 0 1 2 3 4 5 6 Tả i t rọng (kN ) Chuyển vị (mm) Thực nghiệm Mụ phỏng
lớn hơn so với cỏc trường hợp khỏc. Cụ thể, trong giai đoạn làm việc chưa xuất hiện vết nứt độ lệch giữa mụ phỏng và thực nghiệm là 16,7% và tại vị trớ chuyển vị giới hạn 5mm kết quả giữa mụ phỏng và thực nghiệm chờnh lệch nhau khoảng 11,3%.
Từ những kết quả phõn tớch ở trờn, cú thể thấy được rằng, khi hàm lượng cốt sợi gia cường trong bờ tụng cốt thộp tăng thỡ độ chờnh lệch giữa kết quả mụ phỏng và thực nghiệm cũng tăng. Với hàm lượng cốt sợi tăng từ 1% đến 3% thỡ mụ phỏng số sử dụng mụ hỡnh Hsu - Hsu cho bờ tụng và mụ hỡnh đàn dẻo lý tưởng của thộp cho kết quả chờnh lệch giữa mụ phỏng và thực nghiệm trong khoảng từ 1,75% đến 11,3%. Nhỡn chung, cú thể kết luận rằng: Sử dụng mụ hỡnh số phỏt triển cho vật liệu bờ tụng thụng thường để mụ phỏng cho tớnh chất của bờ tụng cốt sợi với hàm lượng sợi thộp từ khoảng 1% đến 3% là cú thể chấp
nhận được.
Tuy nhiờn, kết quả so sỏnh trờn cũng chỉ ra rằng: Khi được gia cường sợi thộp, ứng xử của BTCT và cấu kiện BTCT cú gia cường sợi thộp cú sự khỏc biệt so với BTCT thụng thường. Sự khỏc biệt này ngày càng tăng và trở nờn đỏng kể khi hàm lượng sợi thộp tăng. Do đú, trong định hướng nghiờn cứu tiếp theo cần cú sự điều chỉnh cỏc thụng số, mụ hỡnh đầu vào của ABAQUS để cú kết quả mụ phỏng sỏt với thực nghiệm hơn, nhất là đối với cỏc cấu kiện BTCT được gia cường hàm lượng thộp cao, cú thể lờn đến 5% về khối lượng.
Ngoài ra, trong kết quả mụ phỏng, khi chịu uốn 3 điểm, vựng chịu ứng suất cao nhất (thể hiện bằng cỏc màu vàng cam và xanh nhạt trong Hỡnh 4.23) là vựng “hỡnh nan quạt” hướng từ điểm đặt lực tỏa về 2 bờn gối tựa. Kết quả mụ phỏng này phự hợp với thực nghiệm ghi nhận trờn dầm cao BTCT cú và khụng cú gia cường bằng sợi thộp.
4.4. Ứng dụng mụ hỡnh mụ phỏng một dầm chuyển trong cụng trỡnh thực tế
Dựa vào kết quả so sỏnh giữa mụ phỏng và thực nghiệm ở phần trờn, mụ phỏng cho kết quả hội tụ tương đối tốt so với thực nghiệm. Do đú, Luận văn phỏt triển từ mẫu mụ hỡnh thực nghiệm để ứng dụng mụ phỏng dầm chuyển của một cụng trỡnh thực tế. Đú là dầm chuyển sử dụng tại tầng 2 của cụng trỡnh Bệnh viờn Đa khoa Hoàn Mỹ Sài Gũn (địa chỉ số 60 - 60A đường Phan Xớch Long, phường 1, quận Phỳ Nhuận, Thành phố Hồ Chớ Minh). Quy mụ thực tế của cụng trỡnh và vị trớ sử dụng dầm chuyển như Hỡnh 4.28.
Hỡnh 4.28. Cụng trỡnh Bệnh viện Đa khoa Hoàn Mỹ Sài Gũn
Cụng trỡnh Bệnh viện đa khoa Hoàn Mỹ Sài Gũn – cơ sở Phan Xớch Long cú diện tớch khuụn viờn 8.800 m2, quy mụ 02 hầm, trệt và 12 lầu. Dầm chuyển được sử dụng tại lầu 2 của cụng trỡnh cú kớch thước L x H x B = 13 x 1.6 x 1.3
(m) để vượt nhịp, sử dụng vật liệu BTCT thụng thường, truyền tải từ hệ thống cột phớa trờn xuống múng, tạo khoảng thụng thủy rộng cho sảnh đún của cụng trỡnh.
Sử dụng phương phỏp và cỏc số mụ phỏng đó nờu, Luận văn xõy dựng mụ hỡnh mụ phỏng cho dầm chuyển cụng trỡnh Bệnh viện đa khoa Hoàn Mỹ Sài Gũn như sau:
Hỡnh 4.29. Xõy dựng mụ hỡnh tớnh toỏn dầm chuyển thực tế
Hỡnh 4.31. Tiến hành chia lưới để phõn tớch cấu kiện dầm chuyển
Hỡnh 4.32. Kết quả phõn tớch mụ hỡnh tớnh toỏn dầm chuyển thực tế
Nội dung so sỏnh, đỏnh giỏ chủ yếu trong phần này là xem xột mức độ hiệu quả về khả năng chịu lực của dầm chuyển khi giả định ứng dụng bờ tụng cốt sợi thộp thay thế cho BTCT thụng thường trong kết cấu dầm chuyển tại cụng trỡnh thực tế Bệnh viện Đa khoa Hoàn Mỹ Sài Gũn.
Tiờu chớ đỏnh giỏ là sử dụng tải trọng đó thiết kế cho cụng trỡnh thực tế xuất ra từ phần mềm Etabs để xỏc định chuyển vị bằng phần mềm ABAQUS thụng qua mụ phỏng dầm chuyển BTCT thụng thường. Từ đú, thay đổi tớnh đặc
tớnh thụng số của bờ tụng thụng thường bằng bằng bờ tụng cú hàm lượng gia cường sợi thộp 3% theo khối lượng. Trờn cơ sở đú, đỏnh giỏ tăng khả năng chịu tải của dầm chuyển gia cường sợi thộp ứng với chuyển vị tại tải trọng thiết kế đó xỏc định ở mụ phỏng dầm BTCT thụng thường.
Hỡnh 4.33. Kết quả lực dọc tỏc dụng lờn dầm chuyển xuất ra từ Etabs (kN)
Hỡnh 4.34. Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị dầm chuyển thực tế
0.000 2000.000 4000.000 6000.000 8000.000 10000.000 0 10 20 30 40 Tả i t rọng (kN ) Chuyển vị (mm) 0% Sợi thộp 3% Sợi thộp
Qua biểu đồ Hỡnh 4.34 cú thể thấy rằng, giai đoạn làm việc đàn hồi tuyến tớnh của dầm chuyển gần như khụng cú sự khỏc biệt giữa dầm chuyển sử dụng bờ tụng thường và bờ tụng cốt sợi với hàm lượng 3%. Tuy nhiờn, sau giai đoạn làm việc đàn hồi tuyến tớnh, ở mức tải trọng từ 3.000 kN trở lờn, dầm chuyển BTCT thụng thường cú xu hướng phỏt triển chuyển vị nhanh hơn hẳn so với dầm chuyển được gia cường 3% sợi thộp.
Ngoài ra, khi ứng dụng bờ tụng cốt sợi với hàm lượng 3% cho kết cấu dầm chuyển thỡ tải trọng cực hạn của dầm theo mụ phỏng tăng lờn đỏng kể, cụ thể là khoảng 36,3% so với việc sử dụng BTCT thụng thường.
Tại tải trọng thiết kế, chuyển vị của dầm chuyển BTCT thụng thường là 7,24 mm. Khi sử dụng bờ tụng cốt sợi với hàm lượng 3% thỡ khả năng chịu tải của dầm chuyển tại mức chuyển vị này tăng từ 3.630 kN thành 4.228 kN, tương ứng tỷ lệ tăng khoảng 16,47%. Với giả định cỏc thụng số khỏc khụng thay đổi, cú thể nhận xột rằng, do kết cấu dầm chuyển được thiết kế để đỡ tải trọng truyền xuống từ 10 tầng bờn trờn, do đú kết quả tăng khả năng chịu tải 16,47% này cú thể xem tương đương với khả năng chịu thờm tải của khoảng 1,5 tầng nữa. Ngoài ra, cũn cú những hiệu quả khỏc trong việc hạn chế xuất hiện và phỏt triển vết nứt trong kết cấu dầm chuyển và cục bộ tại cỏc vị trớ đặt tải, nếu sử dụng BTCT gia cường bằng sợi thộp để thay thế cho BTCT thụng thường. Điều này cho thấy hiệu quả của việc sử dụng BTCT gia cường bằng sợi thộp trong kết cấu dầm chuyển BTCT.
CHƯƠNG 5
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1. Kết luận:
Kết cấu dầm chuyển BTCT với những đặc điểm về cấu tạo hỡnh học và khả năng chịu lực được sử dụng trong cỏc kết cấu nhà cao tầng BTCT, đỏp ứng được cỏc yờu cầu về mặt cụng năng, cú thể là giải phỏp tốt trong một số trường hợp đũi hỏi cần hệ kết cấu chuyển vượt nhịp lớn giữa khu trờn và khu dưới trong tũa nhà.
Đặc điểm làm việc của kết cấu dầm chuyển cũng như nguyờn lý cấu tạo loại dầm này cú sự khỏc biệt so với kết cấu dầm chịu uốn thụng thường. Do dạng phỏ hoại bởi lực cắt thường xảy ra đối với dầm chuyển, nờn cần phải đặc biệt quan tõm đến tớnh toỏn chịu cắt khi thiết kế loại dầm này.
Việc sử dụng cốt sợi thộp để gia cường cho dầm chuyển BTCT cú tỏc dụng hiệu quả trong việc tăng khả năng chịu lực, giảm chuyển vị, hạn chế sự xuất hiện và phỏt triển vết nứt trong dầm chuyển BTCT.
5.2. Kiến nghị
Từ kết quả nghiờn cứu lý thuyết cho thấy, sự phỏ hoại đối với dầm chuyển BTCT khụng chỉ do moment uốn, lực cắt mà cũn do phỏ hoại gối tựa và phỏ hoại cục bộ (nộn vỡ) ngay dưới khu vực đặt tải trọng tập trung.
Do khả năng của hệ thống gia tải thớ nghiệm, kết quả thực nghiệm uốn 3 điểm dầm cao BTCT (cú và khụng cú gia cường bằng sợi thộp) trong Phũng Thớ nghiệm cụng trỡnh dừng ở mức tải trọng tương đối thấp, chỉ khảo sỏt được sự hỡnh thành và phỏt triển vết nứt trong kết cấu dầm cao BTCT chủ yếu trong giai đoạn đàn hồi, chưa khảo sỏt được ứng xử của dầm cao ở cỏc trạng thỏi dẻo và phỏ hủy.
Kết quả so sỏnh giữa thực nghiệm và mụ phỏng chỉ ra được những khỏc biệt khi sử dụng mụ hỡnh mụ phỏng cho BTCT thụng thường để mụ phỏng cho cấu kiện BTCT gia cường bằng sợi thộp. Cỏc khỏc biệt này trở nờn đỏng kể nhất là khi hàm lượng sợi thộp sử dụng để gia cường đạt trờn 3%.
cứu, mở rộng một số nội dung trong Luận văn như sau:
(1) Làm rừ sự khỏc biệt giữa cỏc khỏi niệm dầm chuyển và dầm cao trong nghiờn cứu lý thuyết. Khảo sỏt ứng xử của dầm cao BTCT với mức gia tải cao hơn, đạt tới trạng thỏi chịu lực tới hạn và ở trạng thỏi phỏ hủy của cấu kiện để nhỡn nhận rừ hơn tỏc dụng của việc gia cường cốt sợi thộp cho kết cấu BTCT.
(2) Nghiờn cứu thực nghiệm với số lượng mẫu dầm thớ nghiệm nhiều hơn để làm rừ tớnh đỳng đắn của số liệu thực nghiệm, khắc phục hạn chế chỉ đỳc 01 mẫu dầm cho mỗi tỷ lệ gia cường sợi thộp.
(3) Nghiờn cứu, bổ sung, hiệu chỉnh cỏc thụng số và mụ hỡnh đầu vào để kết quả mụ phỏng bằng phần mềm ABAQUS đối với dầm cao BTCT cú và khụng cú gia cường bằng sợi thộp cú sự hội tụ tốt hơn nữa, nhất là khi sử dụng hàm lượng cốt sợi thộp trờn 3%.
(4) Nghiờn cứu tớnh toỏn thiết kế dầm chuyển trong trường hợp phỏ hoại gối tựa và phỏ hoại cục bộ (nộn vỡ) ngay dưới khu vực đặt tải trọng tập trung.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lờ Thanh Huấn, Kết cấu nhà cao tầng bờ tụng cốt thộp. Nhà xuất bản Xõy dựng, 2007. [2] Phan Quang Minh, Ngụ Thế Phong, Nguyễn Đỡnh Cống. Kết cấu bờtụng cốt thộp
- Phần cấu kiện cơ bản, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, 2007.
[3] Albritton, G. E. Review of the literature pertaining to the analysis of deep beams. U.S Army Engineer Waterways Experiment Station, Corps of Engineers, Missisipi, 1965.
[4] Cement and Concrete Institution. Biliography on deep beams. Library
Biliography No. Ch.71, Cement and Concrete Assosiation, London, 1969.
[5] CIRCIA Guide 2. The design of deep beams in reinforced concrete. Construction
Industry Research and Information Association, 1977.
[6] Tang C.W.J and Wong H.H.A. Strenght and Stability of slender reinforced concrete deep beams. The Structure Engineers, 1987.
[7] Chemrouk, M. Slender concrete deep beams: behaviour, serviceability and strength. PhD Thesis, University of Newcastle upon Tyne, 1988.
[8] Paiva, H.A.R., Siess, C.P. Strength and Behavior of Deep Beams in Shear.
Journal of the Structural Division, Vol. 91, Issue 5, pp. 19 - 41, 1965.
[9] Loenhardt F. and Walther R. Wandartige Trager (Deep Beams). Deutscher
Ausschuss Fỹr Stahlbeton Bull, Wilhelm Ernst and Sohn, Berlin, 1966.
[10] F. K. Kong Edited. Reinforced concrete deep beams. Taylor & Francis Books Inc., 2003.
[11] Nielsen M.P. Limit Analysis and Concrete Plasticity. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, pp. 420, 1984.
[12] Braestrup, M.W. and Nielsen, M.P. Plastic methods of analysis and design, Inc. Handbook of Structural Concrete, Pitman, London, 1983.
[13] Kong, F.K. and Evans, P.J. Web reinforcement effects on lightweigh concrete deep beams. Journal of the American Concrete Institute, Vol 72, pp. 139 - 147,
[14] Kong, F.K and Sharp, G.R. Shear strength of lightweight reinforced concrete deep beams with web openings. Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol 51, pp. 267 – 275, 1973.
[15] Robins, P.J and Kong, F.K. Modified finite element method applied to reinforced concrete deep beams. Civil Engineer and Public Works Review, Vol. 68, pp. 808 – 963, 1973.
[16] Kong, F.K. and Singh, A. Shear strength of lightweight concrete deep beams subjected to repeated loads. In Shear in Reinforced Concrete. American Concrete
Institue Publication SP42, Detroit, 1974.
[17] Garcia, R.C. Strength and stability of concrete deep beams. Ph.D Thesis,
University of Cambridge, 1982.
[18] Kong, F.K., Garcia, R.C., Paine, J.M., Wong, H.H.A., Tang, C.W.J. and Chemrouk, M. Instability and buckling of reinforced concrete deep beams.
Structural Engineers. Vol. 64B, pp3 – 49, 1986.
[19] Mau, S.T. and Hsu, T.T.C. Shear strength prediction for deep beams with web reinforcement. American Concrete Institue, Structural Journal Vol. 84, pp. 496 –
513, 1987.
[20] Kotsovos, M. D. Design of reinforced concrete deep beams. The Structural Engineer, Vol 66, pp. 28 – 32, Jan 1988.
[21] The Legacy at Millennium Park, Chicago, Load transfer beam on the southwest corner. Internet: https://www.emporis.com/images/details/681754/exterior-load- transfer-beam-on-the-southwest-corner, 16/9/2020.
[22] General Urban Developments: Kuala Lumpur Grand Hyatt Hotel 43fl. Internet: https://www.skyscrapercity.com/threads/kuala-lumpur-grand-hyatt- hotel-43-fl-com.599782/page-4, 16/9/2020.
[23] 17 best buildings of 2014. Internet: https://www.rediff.com/business/slide- show/slide-show-1-special-10-best-buildings-of-2014/20140709.htm#9, 17/9/2020.
[24] New Design Condominium in Thailand. Internet: https://issuu.com/li- zenn/docs/newdesigncondo_selected, 17/9/2020.
[25] Giải thưởng Kiến trỳc Quốc gia năm 2012: Giải nhất - Dolphin Plaza. Internet:
https://kienviet.net/2013/04/18/giai-nhat-giai-thuong-ktqg-2012-dolphin-plaza/,
18/9/2020.
[26] Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Ngọc Long, Phạm Duy Anh. Bờ tụng cốt sợi thộp. Nhà xuất bản Xõy dựng, 2010.
[27] Bờ tụng cốt sợi là gỡ? Ứng dụng và phõn loại bờ tụng cốt sợi. Internet:
https://giavatlieuxaydung.com/kien-thuc-vlxd/be-tong-cot-soi-la-gi-ung-dung- va-phan-loai-be-tong-cot-soi/, 18/9/2020.
[28] Shah Surendra and Rangan. Effect of Fiber addition on concrete strength. Indian
Concrete Journal, Vol 32, pp. 31 - 36, 1994.
[29] Ramakrishnan V., Oberling G. and Peter Tatnal. Flexural Fatigue Strength of Steel Fiber Reinforced Concrete. Symposium Paper, Vol. 105, pp. 225 - 246, 1987. [30] Griffith, A. A. The phenomena of rupture and flow in solids. Philosophical
Transactions of the Royal Society of London, A 221, pp. 163 – 198, 1921.
[31] Romualdi, J.P. and Batson, G.B. Mechanics of crack arrest in concrete, Journal
of Engineering Mechanics, Vol 89, pp. 147 – 168, 1963.
[32] Charles H., Henage and Doberty. T.J. Analysis of reinforced fibrous concrete.
Journal of ASCE, Structural Division, Vol. 2, No. ST.1, pp. 177-188, Jan. 1976.
[33] Naaman A.E and Shah S.P. Pull-out mechanism in steel fiber - reinforced concrete. Civil and Environmental Engineering, Vol. 102, pp. 1537 - 1544, 1976. [34] Hughes B.P. and Fattuhi N.I. Reinforced steel fiber concrete corbels with
various shear span-to-depth ratios. American Concrete Institue Structural Journal, Vol. 86, pp. 590–601, 1989.
[35] Saluja, S.K., Sarma S.K., Singh M.S. and Kumar, S. Compressive strength of fibrous concrete. The Indian Concrete Journal, Vol. 46, pp. 99 - 102, 1992. [36] Balaguru, P., Narahari, R. and Patel, M. Flexural toughness of steel fibre
reinforced concrete. American Concrete Institue Materials Journal, Vol 64, pp. 541 - 546, 1992.
[37] Faisal, Wafa and Samir, A.A. Mechanical properties of high strength fibre