3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
3.5. Nghiên cứu thực nghiệm mẫu S-04-M-V
Liên kết tác giả đề xuất là một liên kết mới giữa cột CFT và sàn phẳng BTCT. Cấu tạo của liên kết bao gồm cột tròn đường kính 400 mm có chiều dày thành cột là 9mm.
Cột tròn được xẻ rãnh để hàn 8 sườn đứng có kích thước 155x180x8mm xung quanh cột. Các sườn đứng này có 2 phần:
9 Phần nằm bên ngoài cột thép có tác dụng liên kết với sàn phẳng BTCT, trên các sườn có khoét lỗ đường kính 20mm để bố trí 3 thanh thép chốt ngang φ14 dài 830mm xuyên qua lỗ. Thép thớ trên sàn sẽ được liên kết với thép chốt nhằm đảm bảo việc neo cốt thép sàn chịu kéo, như Hình 3.27, Hình 3.28, Hình 3.29.
9 Phần mằm bên trong cột thép cũng được khoét lỗ tròn đường kính 20 mm có tác dụng như những chốt ảo khi liên kết với bê tông trong lòng cột. Các sườn nằm phía trong này sẽ truyền lực cắt và mô ment vào cột CFT.
Hình 3.27: Chi tiết neo cốt thép chịu kéo sàn thông qua thanh chốt ngang
Hình 3.28: Chi tiết liên kết mới được đề xuất
CHI TIEÁT THEÙP CHOÁT D14 3þ14
830
155
80
155
80
180 120 44404031
180 110
32.5 454532.5 155
CHI TIẾT SƯỜN (155x180x8) MẶT ĐỨNG LIÊN KẾT
400
88
MẶT BẰNG LIÊN KẾT
CỘT THÉP: D400x9
Hình 3.29: Chi tiết liên kết sườn – cột CFT
3.5.1. Vật liệu thép cột tròn đường kính 400 mm và thép sườn dày 8mm được hàn theo chu vi cột tròn trong mẫu S-04-M-V
Hình 3.30: Quan hệ “ứng suất – biến dạng” của thép cột D400
Hình 3.31: Quan hệ “ứng suất – biến dạng” của thép sườn dày 8mm
3.5.2. Cấu tạo mẫu thí nghiệm S-04-M-V
Mẫu thí nghiệm S-04-M-V về kích thước hình học, hàm lượng cốt thép giống hoàn toàn với mẫu thí nghiệm S-C-V và S-C-M-V. Điểm khác nhau là trong mẫu thí nghiệm S-04-M-V cốt thép sàn được neo vào các thanh thép chốt φ14 để đảm bảo tiếp nhận được mô ment uốn thớ trên của sàn và truyền vào cột CFT thông qua các sườn liên kết.
Hình 3.32: Mặt bằng bố trí thép φ14 lớp dưới sàn
Hình 3.33: Mặt bằng bố trí thép φ14 lớp trên sàn
Hình 3.34: Mặt cắt A-A
3.5.3. Sơ đồ lắp đặt strain gauge đo biến dạng cốt thép, biến dạng bê tông và chuyển vị trên sàn của thí nghiệm S-04-M-V
9 Sơ đồ vị trí đo biến dạng cốt thép
Các strain gauge đo biến dạng cốt thép ký hiệu: S1, S3, S4, S5, S6 được gắn ở thép lớp trên trước khi đổ bê tông.
Hình 3.35 : Sơ đồ lắp đặt strain gauge đo biến dạng của cốt thép lớp trên Các strain gauge đo biến dạng cốt thép ký hiệu: S7, S8, S9, S10, S6 được gắn ở thanh thép chốt ngang φ14 xuyên qua lỗ sườn đứng dày 8mm Hình 3.36.
9 Sơ đồ vị trí đo biến dạng bê tông
Các strain gauge đo biến dạng bê tông được ký hiệu: C1, C2, C3, C4, C5 được gắn ở mặt dưới sàn với vị trí giống như mẫu thí nghiệm S-C-V và S-C-M-V Hình 3.8.
9 Sơ đồ vị trí đo chuyển vị
Các chuyển vị kế được ký hiệu: D1, D2, D3, D4, D5, D6 được gắn ở mặt trên sàn với vị trí giống như thí nghiệm S-C-V và S-C-M-V Hình 3.9.
S1 S3
S6 S5
S2 S4 1.5d =180
MẶT BẰNG BỐ TRÍ THÉP LỚP TRÊN HƯỚNG GIA TẢI NGANG
KHUNG CỨNG
2500
2500
Hình 3.36 : Sơ đồ lắp đặt strain gauge đo biến dạng của thép chốt ngang φ14 xuyên qua lỗ của sườn đứng
3.5.4. Quá trình đúc mẫu thí nghiệm
Hình 3.37 Lắp đặt ván khuôn và cốt thép cho mẫu (S-04-M-V)
S3
HƯỚNG GIA TẢI NGANG
S3S1
S2 S6S5
1.5d = 280
S9 S7
S10 S8
S8,S10 S7,S9
Hình 3.38: Đổ bê tông mẫu (S-04-M-V)
Hình 3.39: Lắp đặt mẫu thí (S-04-M-V) vào khung thí nghiệm 3.5.5. Quá trình gia tải
Giai đoạn 1: Gia tải ngang đến khi chuyển vị đầu cột đạt giá trị 8 mm
Bước gia tải này giống như trường hợp mẫu S-C-M-V, bước gia tải cuối cùng ứng với chuyển vị tương đối tại đầu cột đạt giá trị mục tiêu H/140 khi đó chuyển vị đầu cột đạt giá trị 8 mm.
Giai đoạn 2: Gia tải đứng đến khi liên kết bị phá hoại hoàn toàn do chọc thủng Bước này được tiến hành giống hoàn toàn như trong thí nghiệm mẫu S-C-V.
3.5.6. Kết quả thí nghiệm mẫu S-04-M-V 9 Giá trị kết quả đo giai đoạn gia tải ngang
Giá trị lực kích đo được ứng với cấp chuyển vị đỉnh cột 8 mm là 84 kN.
Hình 3.40: Quan hệ “lực – chuyển vị đỉnh cột”
9 Giá trị kết quả đo giai đoạn gia tải chọc thủng
Hình 3.41: Đường quan hệ “Lực – Chuyển vị”mẫu (S-04-M-V)
Hình 3.42: Đường quan hệ “Lực – biến dạng cốt thép”mẫu (S-04-M-V)
Hình 3.43: Đường quan hệ “Lực – biến dạng bê tông”mẫu (S-04-M-V) 9 Kiểu phá liên kết trong thí nghiệm S-04-M-V
Giai đoạn 1: Gia tải ngang đến khi chuyển đầu cột đạt giá trị 8 mm
Kết quả thí nghiệm khi chuyển vị ngang tại đầu cột đạt giá trị 8 mm ứng với giá trị lực đo được là 84kN, trên sàn không xuất hiện vết nứt.
Giai đoạn 2 : Gia tải đứng đến khi liên kết bị phá hoại hoàn toàn do chọc thủng.
Vết nứt đầu tiên xuất hiện ở mặt trên vị trí sườn đứng liên kết với cột thép ứng với cấp tải là 300 kN, cùng với việc gia tăng tải trọng vết nứt phát triển về số lượng, chiều dài và bề rộng hướng về phía góc sàn, vết nứt tiếp tuyến xuất hiện ngoài chu vi cột ở cấp tải 520 kN, quan sát khi mẫu bị phá hoại hoàn toàn do chọc thủng các vết nứt tiếp tuyến xuất hiện với mật độ ít hơn so với liên kết cột - sàn phẳng BTCT thông thường, giá trị lực đo được khi liên kết bị phá hoại hoàn toàn ứng với cấp tải là 738 kN.
Hình 3.44: Chu vi tháp chọc thủng mẫu thí nghiệm (S-04-M-V) 3.5.7. Nhận xét kết quả thí nghiệm mẫu S-04-M-V
Cơ chế hình thành tháp chọc thủng
Về cơ bản sự hình thành tháp chọc thủng trong mẫu S-04-M-V giống với mẫu S-C- V và mẫu S-C-M-V, tháp chọc thủng hình thành ở mép dưới của sàn tại vị trí cột CFT giao với sàn phẳng BTCT và phát triển hướng lên mặt trên của sàn, các vết nứt phát triển về góc sàn với mật độ nhiều nhất.
So sánh kết quả thí nghiệm mẫu S-04-M-V với mẫu S-C-V và S-C-M-V Bảng 3-3:So sánh kết quả thí nghiệm mẫu (S-C-V), (S-C-M-V), (S-04-M-V)
Mẫu thí nghiệm Lực choc thủng (kN)
Chuyển vị (mm)
D1 D3
S-C-V 812 21.1 16
S-C-M-V 800 20.6 14.4
S-04-M-V 738 26.0 16
Kết quả thí nghiệm cho lực chọc thủng mẫu S-04-M-V có giá trị nhỏ hơn mẫu S-C- V là 10 % và mẫu S-C-M-V là 8.4 %, nguyên nhân do sự không liên tục của liên kết tại vị trí cột CFT giao với sàn phẳng BTCT, điều này sẽ được phân tích trong mô phỏng ở chương 4.
Mặc dù sự phá hoại do chọc thủng của liên kết cột CFT và sàn phẳng BTCT nhỏ hơn một chút so với kết cấu cột - sàn phẳng BTCT thông thường tuy nhiên thông qua nghiên cứu thực nghiệm liên kết theo đề xuất bởi tác giả được chứng minh có thể duy trì được tải trọng đứng và đạt được độ dai mong muốn.