CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ PHỎNG CỘT CFT
3.2: Khảo sát ứng xử của bê tông trong khung thực tế CFT sử dụng ống thép bê tông được gia cố bằng các mối hàn ngang
3.2.3: Ảnh hưởng tải trọng dầm và tải trọng tác dụng đồng thời lên toàn bộ tiết
Trong mục này sẽ đi khảo sát cường độ chịu lực của một kết cấu khung thực tế. Nghĩa là điều kiện tác động của tải trọng lên khung từ dầm như cả hai trường hợp khảo sát trên, đồng thời tải trọng tác động lên đỉnh cột trên toàn bộ tiết diện bao gồm diện tích mặt cắt ngang của ống thép và diện tích mặt cắt ngang của lõi bê tông. Điều kiện biên chân cột được ngàm chặt.
Khi chúng ta nén lên lõi bê tông và ống thép cùng một lúc chuyển vị ngang của lõi bê tông và ống thép theo phương x (ux) từ đỉnh cột đến top-ring và từ bot-ring đến chân cột hoàn tương ứng với nhau. Kết quả này được trình bày từ hình Hình. đến Hình. Khu vực giữa top and bot rings phần ống thép chuyển vị ra ngoài lõi lớn trong khi đó chuyển vị nở hông của bê tông theo phương x tại khu vực này không lớn. Do đó đường hàn đầu tiên tại top-ring không tiếp xúc được với lõi bê tông vì vậy tại khu vực này không gây áp lực tiếp xúc lớn trên lõi bê tông.
Hình. 3.51.Phổ chuyển vị theo phương X trong khung thực tế
Hình.3.52. Phổ chuyển vị theo phương Z trong khung thực tế
0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800
-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2
Lateral displacement [mm]
Distance along tube [mm]
ux displacement in tube along axial column ux displacement in core along axial column
0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800
0.0 1.5 3.0 4.5 6.0 7.5 9.0 10.5 12.0
Lateral displacement [mm]
Distance along tube [mm]
uz displacement in tube along axial column uz displacement in core along axial column
Hình 3.53 Phổ chuyển vị ngang theo phương X trong khung thực tế
Hình 3.54. Phổ chuyển vị ngang theo phương Z trong khung thực tế
Ngược lại chuyển vị ngang theo phương z giữa ống thép và lõi bê tông hoàn toàn tương ứng với nhau. Kết quả được minh hoạ trong hình Hình và Hình. Bởi vì khi dầm
chịu lực sẽ tạo ra mô mem kéo thành ống thép có xu hướng tách ra khỏi lõi bê tông, do hiệu ứng Poisson ống thép theo phương z có xu hướng nén vào lõi bê tông, nên tạo nên sự bám sát giữa thành ống thép và lõi bê tông Hình và Hình minh hoạ chính xác ứng xử vật lý này.
Mặt khác phần bê tông và ống thép từ top-ring lên đến đỉnh cột dưới tác động của tải trọng có xu hướng nở hông lớn, vì lúc này cả ống thép và lõi bê tông cùng chịu lực nên hiệu ứng nở hông diễn ra rất dễ dàng. Do đó phần bê tông bê trong ống từ đỉnh cột cho đến vòng liên kết tạo ra dạng cổ chai ngược, và khi tiếp tục gia tải thì phần bê tông này khó trượt qua được khu vực vòng liên kết, cứ như vậy khi ta tiếp tục gia tải thì phần bê tông từ phần đỉnh cột đến vòng liên kết bị phá hoại hoàn toàn. Kết quả này được chứng minh trong hình Hình.
Hình 3.55. Phổ chuyển vị theo phương X trong khung thực tế
Hình 3.56. Phổ chuyển vị theo phương Z trong khung thực tế
Hình 3.57. Phổ phá hoại nén bê tông trong ống
Đối với khung thực tế khi chịu lực trên toàn bộ tiết diện ngang của cột thì cường độ
chịu lực của cột có thể chịu lực tối đa đến (kết quả xem trong hình Hình) vượt gấp 2.4 lần so với các trường hợp làm việc được nghiên cứu Sự làm việc
vượt trội này là do có sự làm việc đồng thời giữa ống thép và lõi bê tông. Chính vì vậy trong trường hợp này không xảy ra hiện tượng mất ổn định cục bộ trong ống thép gây ra sự phá hoại tổng thể trong cột sớm hơn. Trong khi phần lõi bê tông chưa đạt đến trạng thái phá hoại hoàn toàn (xem kết quả trong Hìn).
Kết quả hình Hình cho thấy quá trình làm việc của khung từ lúc bắt đầu gia tải cho đến lúc phá hoại. Điểm giới hạn đạt được giá trị tương
ứng với chuyển vị . Với kết quả này cho thấy độ cứng của khung khá lớn, trong giai đoạn đầu tải trọng tăng rất nhanh trong khi chuyển vị dọc trục của cột tương đối bé. Khi chuyển vị đạt đến thì phần lõi bê tông từ đỉnh cột đến vòng liên kết bị
phá hoại dẫn đến khả năng chịu lực của khung giảm cho đến khi khung xác lập được vị
trí ổn định mới thì khả năng chịu lực của khung bắt đầu tăng trở lại nhưng rất chậm.
Kết quả này tạo ra một thềm chảy khá rộng từ 10mm đến 45mm thì mẫu mới bị phá hoại hoàn toàn. Sự phá hoại của khung có một thềm chảy lớn rất có ý nghĩa trong bài toàn thực tiễn, bởi vì đảm bảo sự an toàn cho công trình tránh gây thiệt hại lớn về tính mạng con người cũng như tài sản.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0.0 5.0x106 1.0x107 1.5x107 2.0x107 2.5x107 3.0x107
Force [N]
Displacement [mm]
Longitudinal displacement in core/tube-force curve
Hình 3.58. Đường cong chuyển vị lực dọc trục cột CFT
Hình 3.59. Phổ phá hoại nén bê tông trong ống trong trường hợp chỉ tải trọng tác dụng lên ống.