3. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
4.7.2. Dầm liên hợp thép-bê tông (Dầm D2)
Kết quả tính toán ứng suất trong bản bê tông cho thấy các trạng thái ứng suất (nén) giữa thực nghiệm và tính toán lý thuyết là phù hợp.
ỨNG SUẤT TẠI ĐIỂM ĐO T15 8 10 12 14 16 18 20 -150 -100 -50 0 (Kg/cm2) P(T) Số liệu thớ nghiệm Số liệu tớnh toỏn lý
Hình 4.24. Biểu đồ ứng suất trong bê tông dầm D2
4.7.2.2. ứng suất trong thép hình
Kết quả tính toán ứng suất trong dầm thép hình cho thấy các trạng thái ứng suất (kéo, nén) giữa thực nghiệm và tính toán lý thuyết là phù hợp.
Đồ thị tải trọng - ứng suất trong dầm thép tại mặt cắt 2-2 (T5, T6, T7, T8) theo thực nghiệm và tính toán lý thuyết của dầm D2 thể hiện tại hình 4.26.
ỨNG SUẤT TẠI ĐIỂM T5 8 10 12 14 16 18 20 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 (Kg/cm2) P(T) ỨNG SUẤT TẠI ĐIỂM T6 8 10 12 14 16 18 20 0 100 200 300 400 500 600 (Kg/cm2) P(T)
ỨNG SUẤT TẠI ĐIỂM T7 8 10 12 14 16 18 20 0 500 1000 1500 2000 2500 (Kg/cm2) P(T) ỨNG SUẤT TẠI ĐIỂM T8 8 10 12 14 16 18 20 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 (Kg/cm2) P(T) Hình 4.25. Đồ thị ứng suất trong dầm thép (mặt cắt 2-2 dầm D2)
4.7.2.3. Độ võng của dầm liên hợp thép - bê tông
Bảng 4.15. So sánh độ võng tại giữa dầm D2 Cấp tải Thông số 10T 12T 14T 16T 18T 20T Độ võng tính toán (LT) (mm) 16,15 18,83 21,50 24,18 26,86 29,53 Độ võng thực nghiệm - TN (mm) 15,29 18,65 20,24 23,23 25,26 31,93
Sai lệch giữa TT với TN (%) 5,60% 1,09% 6,27% 4,09% 6,32% -7,49%
-2 3 8 13 18 23 28 33 38 0 0,9375 1,875 2,8125 3,75 4,6875 5,625 6,5625 7,5 (m) (mm) 4P = 0 T 4P = 10 T 4P = 12 T 4P = 14 T 4P = 16 T 4P = 17.5 T 4P = 18 T 4P = 20 T
Hình 4.26. Biểu đồ chuyển vị tại tiết diện giữa dầm D2
Bảng 4.16. So sánh tính hiệu quả dầm LHT-BT ƯST với dầm LHT-BT
TT Nội dung so sánh Dầm LH T-BT
ƯST (D1)
Dầm LHT-BT (D2) 1. Tải trọng khi đạt giới hạn độ võng ΣP = 30 T ΣP = 20,0 T
cho phép [L/250] = 30mm
2. Tải trọng khi bắt đầu xuất hiện vết nứt ΣP = 42,0 T ΣP = 30,0 T
3. Tải trọng phá hoại ΣP = 47,0 T ΣP = 31,0 T
4. Độ võng tại cấp tải P = 10T 9,41 mm 15,29 mm
5. Độ võng tại cấp tải P = 20T 19,30 mm 31,93 mm
6. Độ võng tại cấp tải P = 25T 24,00 mm -
4.9. So sánh Mô men dẻo giới hạn [M]ghd giữa lý thuyết và thực nghiệm
+ Mô men dẻo giới hạn theo tính toán lý thuyết [M+]gh = 43,89 Tm + Mô men nội lực tại tiết diện giữa dầm MP = 43,21 Tm.
(Chi tiết xem phụ lục 4 – Phần 1 - Tính toán thí nghiệm dầm D1)
4.10. Phân tích nguyên nhân phá hoại
4.10.1. Dầm liên hợp thép - bê tông ƯST (D1)
Cấp tải Hiện t−ợng Dự đoán nguyên nhân
Tách lớp giữa bê tông và thép tại đầu dầm
Xuất hiện một số vết nứt tách giữa mặt d−ới bản bê tông với cánh trên dầm thép ở tiết diện đầu dầm ΣP = 42,0T
Nứt dọc theo chiều dài dầm, tại vị trí giữa bản bê tông dầm, xuất hiện từ hai gối.
- Độ võng của dầm LHT-BT ƯST lớn (≈L/125), giữa hai loại vật liệu có biến dạng khác nhau, nên xảy hiện t−ợng tách lớp.
- Có thể do 2 nguyên nhân: Hiện t−ợng bản bê tông chịu tải nh− côngxôn do mặt phẳng chịu tải không tuyệt đối phẳng. Đồng thời hiện t−ợng ép mặt của mũ liên kết chốt ảnh h−ởng cục bộ đến các phần bê tông xung quanh chốt.
ΣP = 45,0T Nứt ngang bản bê tông ngoài phạm vi thanh căng, các vết nứt xuất hiện mặt d−ới bản bê tông
- Sự làm việc liên hợp giữa bê tông và thép mất dần, xuất hiện hiện t−ợng phân tách làm 2 loại vật liệu, do đó bản bê tông bị uốn cong, phần trên chịu nén, phần d−ới chịu kéo, xuất hiện những vết nứt nh− mô tả.
ΣP = 46,0T
Bong sơn ở nhiều khu vực của dầm thép
- Dầm thép bị biến
dạng dẻo, sơn phủ bị bong nhiều chỗ
Nứt tách toàn bộ mặt d−ới bản bê tông với cánh trên dầm thép hình; Các vết nứt ngang bê tông xuất hiện trên toàn bộ bản bê tông, từ mặt d−ới bê tông phát triển lên phía trên.
- T−ơng tự nh− tại cấp ΣP = 45,0T
ΣP = 47,0T Nứt cục bộ bê tông tại các điểm đặt tải; Phá vỡ bê tông tại mặt trên, ngoài phạm vi thanh căng, sát gối neo.
- Kết cấu có thế mất sự làm việc liên hợp, phá hoại cục bộ tại vị trí đặt tải
4.10.2. Dầm liên hợp thép - bê tông (D2)
Cấp tải Hiện t−ợng Dự đoán nguyên nhân
ΣP = 30,0T Nứt dọc theo chiều dài dầm, tại vị trí giữa bản bê tông dầm, xuất hiện từ hai gối.
- T−ơng tự nh− tại cấp ΣP = 42,0T dầm D1
ΣP = 31,0T Nứt tách toàn bộ mặt d−ới bản bê tông với cánh trên dầm thép hình;
- T−ơng tự nh− tại cấp ΣP = 42,0T dầm D1
Các vết nứt ngang bê tông xuất hiện trên toàn bộ bản bê tông, từ mặt d−ới bê tông phát triển lên phía trên.
- T−ơng tự nh− tại cấp ΣP = 45,0T dầm D1
Nứt cục bộ bê tông tại các điểm đặt tải; Phá vỡ mặt bê tông tại cách gối khoảng 1,8m (gần vị trí móc cẩu)
- T−ơng tự nh− tại cấp ΣP = 47,0T dầm D1
Toàn bộ chốt hàn bị hỏng mối nối, trong khoảng 2,0m tính từ gối (phần mối hàn giữa chốt và thép hình) - Phần chốt hàn liên kết với dầm (có thế do không có thiết bị hàn chuyên dụng, mặt phẳng hàn phức tạp), bị phá hoại do lực cắt và mô men lớn.
Thảo luận về nội dung đạt đ−ợc trong Ch−ơng 4
1. Trong giai đoạn thi công, tiết diện làm việc của dầm D1, D2 là dầm thép ƯST và dầm thép thông th−ờng, các kết quả thực nghiệm về ứng suất trong giai đoạn này so với các số liệu tính toán phù hợp về trạng thái ứng suất (kéo, nén).
2. Trong giai đoạn sử dụng, tiết diện làm việc của dầm D1&D2 là dầm LHT-BT ƯST và dầm LHT-BT, các kết quả thực nghiệm về ứng suất của dầm D1&D2 trong gian đoại này so với các số liệu tính toán phù hợp về trạng thái ứng suất (kéo, nén).
Sai số giữa lý thuyết và thực nghiệm TT Loại mẫu ứng suất trong bản bê tông ứng suất trong dầm thép Độ võng 1 Dầm D1 10% - 24% 9% - 23% ≤ 20% 2 Dầm D2 8% - 23% 9% - 20% ≤ 10%
3. Hiệu quả của giải pháp ƯST
TT Nội dung Dầm D1 Dầm D2 Hiệu quả
D1/D2 1 Tải trọng khi đạt giới hạn độ
võng cho phép [L/250]
P = 30,0 T P = 20,0 T 150%
2 Tải trọng khi bắt đầu xuất hiện vết nứt
P = 42,0 T P = 30,0 T 140%
3 Tải trọng phá hoại P = 47,0 T P = 31,0 T 151%
Một số vấn đề cần l−u ý
1. Do điều kiện về cơ sở vật chất phục vụ thí nghiệm, kinh phí thí nghiệm hạn chế nên tác giả chỉ thực hiện đ−ợc trên hai mẫu thí nghiệm, do đó số liệu thực nghiệm mang ý nghĩa định tính là chủ yếu. Tuy nhiên đề c−ơng thí nghiệm rõ ràng, khoa học, các thiết bị đo đ−ợc kiểm tra kỹ l−ỡng, quá trình thực hiện nghiêm túc, cẩn thận, đúng quy trình, nên các số liệu thực nghiệm có đủ độ tin cậy. Sai số giữa kết quả lý thuyết và thí nghiệm là chấp nhận đ−ợc.
2. Trong biểu đồ ứng suất tại các tiết diện 1-1; 2-2; 3-3 của dầm D1 và D2, ứng suất trong bê tông tại vị trí tiếp xúc với cánh trên dầm thép không thể đo đ−ợc, do đó chấp nhận giả thiết trong giai đoạn đàn hồi biến dạng của bê tông và thép tại các điểm đo T1, T5, T9 là nh− nhau, từ đó xác định đ−ợc ứng suất trong bê tông tại các điểm trên.
3. Các điều kiện về môi tr−ờng nh− nhiệt độ, độ ẩm cũng ảnh h−ởng đến sai số của các thiết bị đo.
4. Mặc dù công tác nghiên cứu thực nghiệm đ−ợc thực hiện tại Phòng thí nghiệm và Kiểm định công trình - tr−ờng Đại học Xây dựng, là phòng thí nghiệm hợp chuẩn, đã đ−ợc Bộ Xây dựng cấp phép (LAS XD 125), có đội ngũ cán bộ, kỹ thuật viên chuyên nghiệp, nh−ng vẫn còn những hạn chế sau:
- Trong quá trình gia công những sai số về kích th−ớc hình học, độ thẳng, đồng trục, tính đồng nhất của các vật liệu là không tránh khỏi;
- Lực căng tr−ớc trong 2 thanh căng không đều nhau;
- Quá trình lắp, đo đọc các tensor điện trở, tenzomet đòn, indicator, sai số của thiết bị đo;
- Các mối hàn liên kết neo không có thiết bị hàn chuyên dụng, mặt phẳng hàn phức tạp, liên kết với dầm thép khó khăn.
Kết luận chung của luận án
Luận án hoàn thành đầy đủ các mục tiêu đề ra về việc nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm một giải pháp kết cấu mới: Dầm liên hợp thép - bê tông ứng suất tr−ớc để ứng dụng trong xây dựng dân dụng và công nghiệp.
Luận án đạt đ−ợc những nội dung mới nh− sau:
1. Thiết lập công thức tính toán chiều dài hợp lý của dây căng ứng suất tr−ớc cho dầm liên tục. Công thức có thể áp dụng cho dầm thép ứng suất tr−ớc và dầm liên hợp thép - bê tông ứng suất tr−ớc;
2. Thiết lập công thức tính toán Mô men dẻo giới hạn của dầm; vận dụng lý thuyết cơ học kết cấu vào kết cấu dầm liên hợp thép - bê tông ứng suất tr−ớc để xác định đ−ợc ứng suất, chuyển vị của dầm liên hợp thép - bê tông ứng suất tr−ớc;
3. Xây dựng ch−ơng trình máy tính PCB 1.0, kết hợp nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình lớn để tính toán khảo sát và đánh giá hiệu quả của dầm liên hợp thép - bê tông ứng suất tr−ớc với dầm liên hợp thép - bê tông.
Kiến nghị
Cần tiếp tục nghiên cứu thực nghiệm để làm cơ sở kết hợp với lý thuyết cho giải pháp kết cấu dầm liên hợp thép - bê tông ứng suất tr−ớc, để có thể đóng góp vào tiêu chuẩn về kết cấu liên hợp thép - bê tông sẽ ban hành tại Việt Nam trong thời gian tới đây.
Danh mục những công trình công bố của tác giả
1. Phạm Văn Hội, Phạm Anh Tuấn (2010), Tính toán mô men bền dẻo của tiết diện liên hợp thép - bê tông ứng suất tr−ớc, Tạp chí Xây dựng, số 04- 2010, tr 54-56.
2. Phạm Văn Hội, Phạm Anh Tuấn (2009), Tính toán mô men bền dẻo của tiết diện liên hợp thép - bê tông trên cơ sở tiêu chuẩn Eurocode 4, Tạp chí Xây dựng, số 12-2009, tr 54-56.
3. Phạm Anh Tuấn (2007), Nghiên cứu ứng dụng kết cấu LHT-BT, Tạp chí Khoa học - công nghệ của Bộ NN&PTNT, số 3+4/2007, tr 91-93.
4. Phạm Anh Tuấn (2007), Tính toán dầm thép ứng suất tr−ớc có kể đến biến hình dẻo, Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy lợi và môi tr−ờng - Tr−ờng Đại học Thủy lợi, số 16/2007, tr 75-79.
5. Phạm Anh Tuấn (2006), Kết cấu kim loại ứng suất tr−ớc và ứng dụng trong xây dựng và thủy lợi ở Việt Nam, Tạp chí Khoa học - công nghệ của Bộ NN&PTNT, số 20/2006, tr 66-67.
6. Phạm Anh Tuấn (2006), Tính toán kết cấu dầm thép ứng suất tr−ớc có dây căng trong giai đoạn đàn hồi, Đặc san Khoa học Công nghệ thủy lợi - Viện Khoa học Thủy lợi - 4/2006, tr 42-46.
Danh mục Tμi liệu tham khảo
Tiếng Việt
1. Tr−ơng Hoài Chính (2008), Thiết kế sàn không dầm Bê tông ứng lực tr−ớc theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 356-2005 - Luận án Tiến sỹ kỹ thuật,
Th− viện tr−ờng Đại học Xây dựng, Hà Nội.
2. Phan Văn Cúc; Nguyễn Lê Ninh (1994), Tính toán và cấu tạo kháng chấn các công trình nhiều tầng, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. 3. Trịnh Kim Đạm, Lê Bá Huế (1994), Khung bê tông cốt thép, Nhà xuất bản
khoa học và kỹ thuật, Hà Nội
4. Phạm Văn Hội (2006), Kết cấu liên hợp thép bê tông, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội
5. Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn T−, Đoàn Ngọc Tranh, Hoàng Văn Quang (2004), Kết cấu thép công trình dân dụng và công nghiệp, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
6. Phạm Văn Hội, Lê Anh Tuấn, Nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp (bê tông cốt cứng) để xây dựng nhà cao tầng trên địa bàn thành phố Hà Nội,
Đề tài 01C-04/03-2004-2.
7. Lê Ngọc Hồng (1998), Sức bền vật liệu, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
8. Vũ Thành Hải, Tr−ơng Quốc Bình, Vũ Hoàng H−ng (2006), Kết cấu thép, Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội
9. Lê Xuân Huỳnh (2006), Tính toán kết cấu theo lý thuyết tối −u, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
10.Lê Bá Huế (2003), Khung Bê tông cốt thép, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
11.Đoàn Định Kiến, Nguyễn Văn Tấn, Phạm Văn Hội, Phạm Văn T−, L−u Văn T−ờng (1998), Kết cấu thép, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
12.Đoàn Định Kiến (1979), Kết cấu thép ứng lực tr−ớc trong cột cao, Luận án Tiến sĩ, Tr−ờng Đại học Xây dựng, Hà Nội.
13.Đoàn Định Kiến (2005), Thiết kế kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội
14.Nguyễn Nh− Khải, Nguyễn Bình Hà, Phạm Duy Hòa (2005), Cầu thép bê tông cốt thép liên hợp, NXB Xây dựng, Hà Nội.
15.Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2008), Kết cấu bê tông cốt thép (Phần cấu kiện cơ bản), Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
16.Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống, Trịnh Kim Đạm, Nguyễn Xuân Liên, Nguyễn Phấn Tấn (2004), Kết cấu Bê tông cốt thép, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
17.Ngô Thế Phong, Lý Trần C−ờng, Trịnh Kim Đạm, Nguyễn Lê Ninh (1996), Kết cấu Bê tông cốt thép, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
18.Đỗ Quốc Sam, Nguyễn Văn Yên, Đoàn Định Kiến (1968), Kết cấu thép tập IV, NXB Đại học và trung học chuyên nghiệp, Hà Nội.
19.Lê Đình Tâm (2009), Cầu thép, NXB giao thông vận tải, Hà Nội.
20.Võ Văn Thảo (1998), Ph−ơng pháp nghiên cứu thực nghiệm kết cấu xây dựng, Tr−ờng Đại học Xây dựng, Hà Nội.
21.Võ Văn Thảo (1996), Ph−ơng pháp khảo sát - nghiên cứu thực nghiệm công trình, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
22.Lều Thọ Trình, Lê Xuân Huỳnh, Nguyễn Văn Ph−ợng (1995), Cơ học kết cấu Tập 1,2, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
23.Nguyễn Việt Trung, Nguyễn Tuyết Trinh (2009), Ví dụ tính toán cầu dầm liên hợp, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội
24.TCVN 2737:1995, Tải trọng tác động - Tiêu chuẩn thiết kế.
25.TCXDVN 338:2005, Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế.
26.TCXDVN 356:2005, Kết cấu bê tông và Kết cấu bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế.
Tiếng Anh
27. Andrea Dall’Asta (2005), Finite Element Model for Externally Prestressed Composite Beams with Deformable Connection, Journal of Structural Engineering - ASCE - May 2005, page 706-714;
28. Adrea Dall’Asta (2006), Steel-concrete composite beams prestressed by external tendons: Effects of material and geometric nonlinearities,
Advanced Steel Construction 2 (2006) page 53-70;
29. Adrea Dall’Asta (2006), Finite element formulation for geometric and material nonlinear analysis of beams prestressedwith external slipping tendons, Finite Elements in Analysis and Design 44 (2008) page 910-919;
30.Adrea Dall’Asta (2006), Finite element formulation for geometric and material nonlinear analysis of beams prestressedwith external slipping tendons, Finite Elements in Analysis and Design 44 (2008) page 910-919;
31.Belenya, E (1977), Prestressed Load-Bearing Metal Structure, Mir Publishers Moscow, Russian.
32.Shiming Chen (2005), Experimental study of prestressed steel - concrete composite beams with external tendons for negative moments, Journal of Constructional Steel Research 61 (2005) page 1613-1630.
33.Shiming Chen, Zhibin Zhang (2005), Effective width of a concrete slab in steel - concrete composite prestressed external tendons, Journal of Constructional Steel Research 62 (2006), page 493-500.
34.Shiming Chen, Zhibin Zhang (2009), A comparative study of continuous steel_concrete composite beams prestressed with external tendons: Experimental investigation, Journal of Constructional Steel Research 62 (2009), page 1480-1489.
35.Shiming Chen, Ping Gu (2005), Load carrying capacity of composite beams prestressed with external tendons under positive moment, Journal of Constructional Steel Research 61 (2005), page 515-530.