Luận án tiến sĩ behaviour of steel concrete composite beams made of ultra high p

Phân tích ứng xử chịu lực của dầm hỗn hợp thép-bê tông trong luận án tiến sĩ. Đánh giá sức kháng uốn, cắt và biến dạng.

Trường ĐH

Universität Leipzig

Chuyên ngành

Kỹ thuật Xây dựng

Tác giả

Luan An

Thể loại

Luận án

Năm xuất bản

Số trang

243

Thời gian đọc

37 phút

Lượt xem

0

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

50 Point

Tóm tắt nội dung

I. Tìm hiểu dầm liên hợp thép bê tông và ứng dụng

Dầm liên hợp thép bê tông là cấu kiện quan trọng trong xây dựng hiện đại. Chúng kết hợp giữa thép và bê tông, tạo ra các cấu trúc có khả năng chịu lực tốt hơn. Việc sử dụng dầm liên hợp mang lại hiệu quả kinh tế và giảm thiểu trọng lượng công trình. Dầm này được sử dụng phổ biến trong cầu, tòa nhà cao tầng và các công trình hạ tầng khác.

1.1. Lợi ích của dầm liên hợp

Dầm liên hợp giúp tăng cường cường độ chịu uốn và cường độ chịu cắt. Chúng cũng cải thiện độ cứng của cấu kiện, giúp tăng khả năng chịu tải và kéo dài tuổi thọ công trình.

1.2. Các loại vật liệu sử dụng

Thép hình và bê tông là hai vật liệu chính trong dầm liên hợp. Bê tông có thể được thay thế bằng Ultra High Performance Concrete (UHPC) để nâng cao tính năng cơ học.

II. Đặc tính của UHPC trong dầm liên hợp

Ultra High Performance Concrete (UHPC) cung cấp cường độ vượt trội với khả năng chịu nén cao. Sự kết hợp này tạo ra các dầm liên hợp có khả năng chống lại các tác động môi trường tốt hơn. Bê tông UHPC có mật độ cao, giúp tăng cường độ bền và độ ổn định cho dầm.

2.1. Cường độ và độ bền

UHPC có cường độ chịu nén lớn hơn 150 MPa và cường độ chịu kéo trên 7 MPa. Điều này cho phép dầm liên hợp sử dụng ít vật liệu hơn mà vẫn đảm bảo an toàn.

2.2. Khả năng chống thấm và ăn mòn

Với cấu trúc dày đặc, UHPC có khả năng chống thấm và ăn mòn vượt trội, làm tăng tuổi thọ của dầm liên hợp trong các điều kiện khắc nghiệt.

III. Nghiên cứu về hành vi của dầm liên hợp

Nghiên cứu tập trung vào hành vi chịu uốn của dầm liên hợp thép bê tông sử dụng UHPC. Thí nghiệm được thực hiện với nhiều mẫu khác nhau để đánh giá hiệu suất của dầm dưới tải trọng uốn. Kết quả cho thấy UHPC cải thiện đáng kể khả năng chịu tải của dầm.

3.1. Thí nghiệm uốn

Các thử nghiệm uốn được thực hiện trên sáu dầm liên hợp với sự thay đổi về tỷ lệ thép và bê tông. Kết quả cho thấy sự khác biệt rõ rệt trong phản ứng của dầm khi thay đổi cấu hình.

3.2. Phân tích kết cấu

Phân tích kết cấu giúp hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của dầm liên hợp dưới áp lực. Điều này bao gồm việc xem xét sự phân bố ứng suất và biến dạng trong dầm.

IV. Vấn đề liên kết cắt và đinh chống cắt

Liên kết cắt và đinh chống cắt là yếu tố quan trọng trong dầm liên hợp. Chúng giúp truyền tải lực giữa các phần của dầm một cách hiệu quả. Đánh giá đúng vai trò của các liên kết này giúp cải thiện tính năng của cấu kiện.

4.1. Hiệu suất của liên kết cắt

Liên kết cắt không có gia cố thường có độ dẻo kém, trong khi các liên kết với gia cố cho thấy hiệu suất tốt hơn. Điều này ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của dầm.

4.2. Vai trò của đinh chống cắt

Đinh chống cắt được sử dụng để tăng cường khả năng truyền tải lực. Việc cải thiện thiết kế của chúng có thể dẫn đến sự gia tăng đáng kể về cường độ chịu cắt của dầm.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai

Nghiên cứu về hành vi của dầm liên hợp thép bê tông là rất quan trọng cho ngành xây dựng. Những phát hiện từ nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc áp dụng UHPC trong các dự án xây dựng. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa thiết kế và nâng cao hiệu suất của dầm liên hợp.

5.1. Triển vọng nghiên cứu

Cần có thêm nhiều nghiên cứu về các loại vật liệu mới và phương pháp gia cố cho dầm liên hợp. Điều này sẽ giúp cải thiện tính năng và độ bền của cấu kiện.

5.2. Ứng dụng thực tế

Các ứng dụng thực tế của dầm liên hợp trong công trình xây dựng cần được nghiên cứu kỹ lưỡng để đảm bảo tính hiệu quả và an toàn trong thi công.

Xem trước tài liệu
Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Luận án tiến sĩ behaviour of steel concrete composite beams made of ultra high performance concrete

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (243 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

Behaviour of Steel-Concrete Composite Beams Made of Ultra High Performance Concrete Der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät der Universität Leipzig DISSERTATION zur Erlangung des akademischen Grades Doktor-Ingenieur (Dr. Bui Duc Vinh geboren am 07 April 1972 in Vinh Phuc - Vietnam Leipzig, 9th October 2010 Foreword This thesis was the results of a long hard working period of the author, is would not have been possible without the contribution of a great number of people: First of all, I would like to thank to my supervisor Prof. Nguyen Viet Tue for giving me the opportunity to join his research group and giving me this challenging research project. I had learn a lot of thing from many hours discussion with him.

He was not only always able to push up my spirits while I was in despair with my results but also sharing with me in sad moment which I had spent, and I am very grateful for that. The experiments of this study could not have been performed without the help and technical expertise of the laboratory personnel, as of Dipl. Holger Busch, Dipl. Immanuel Wojan and many staffs at MFPA-Leipzig for conducting the experiments.

I would like to express my thanks for their support. My gratitude also goes to Dr. Nguyen Duc Tung, Dr. Jiaxin Ma, Dr.

Michael Küchler, Dipl. Jiabin Li, Dipl. Stephan Mucha, Dipl. Gunter Schenck etc.

my colleagues in IMB (Institut für Massivbau und Baustofftechnologie, Uni-Leipzig) for many valuable suggestions and discussion hours. Grateful appreciation is also due to Mrs. Sigrid Fritzsche and Mrs. Sylvia Proksch for their warm friendship and constant help during my stay in Leipzig.

I wish to thank the German Research Foundation (DFG- Deutsche Forschungs- gemeinschaft) for finance support the research project SPP 1182, which allows me take up doctoral studies at University of Leipzig, Germany. Last but not least, I want to sincerely thank my parents and especially my wife Van Anh and son Nhan for their great support and patience during my study. I hope in the future I can return all their love. Biography Bui Duc Vinh was born in Vinh Phuc, Vietnam, on the 7th April 1972.

In October 1991 he started his studies in Civil Engineering at Ho Chi Minh University of Technology (HCMUT), where he received his Bachelor degree in 1996, specialize in Coastal Engineering. He started joint Faculty of Civil Engineering (FCE), HCMUT and worked as research assistant. Two year after, 1998, he obtained Master Degree in Mechanic of Construction from University of Liege, Belgium. He continued his studies on structural engineering and focused on high strength concrete material, modelling of concrete structures.

2006, he jointed research team of Prof. Nguyen Viet Tue, at Institute for Structural Concrete and Building Materials, University of Leipzig (IMB, Uni-Leipzig). At here, his work concentrates on investigation structural behaviour of steel-concrete composite beams made of ultra high performance concrete. March 2010 he finished his dissertation under the supervision of Prof.

Nguyen Viet Tue. Leipzig, October 2010 Bui Duc Vinh vi Biography Dedicated to my parents, my wife Van Anh and my son Bui Hoang Nhan viii Biography Abstract Ultra-High Performance Concretes (hereafter, UHPC) have high mechanical strengths (fc > 150 MPa, ft > 7 MPa) and exhibit quasi-strain hardening in tension. Their very density improve durability and extend long service life. The steel-concrete composite beams with concrete slab made of UHPC possess ad- vanced properties give significant improvement in ultimate strength of the com- posite beams.

The research reported in this thesis aimed to determine the perfor- mance and structural behaviour of composite steel-UHPC elements in bending. In addition, the continuous Perfobond based shear connectors that belong to the beams was investigated as well. The Experimental assessment of the shear connector was conducted through 11 series Push-Out test with 27 specimens. In order to predict shear capacity, char- acteristic load-slip curves as well as contribution of constituents.

The connec- tors without any reinforcement show very poor ductility, the characteristic slip reached lower 1. They could be classified as non-ductile connector. The headed stud show better characteristic load-slip response, but this connec- tor often failed by shanked at the base of connector. The shear connector with added reinforcement in front cover and dowel exhibits better performance than headed stud connection in both terms of load capacity and ductility.

The test pointed out that embedded rebars in dowel play an important role in improve- ment performance of the connector. The contribution of steel fiber less important than and It is not obviously when steel fiber vary in range of 0. The structural response of the composite members under bending with the UHPC slab in compression was investigated with four points bending test of six full scale composite beams. The concrete mix contained either 1% fibres or 0.5% (by vol- ume) of straight steel fibres with concrete strength of approximately 150 MPa.

The experimental study demonstrates that the use of UHPC slab with contin- uous shear connector is possible, and it enhances the performance of composite elements in terms of resistance and stiffness. The finite element analysis of the Push-Out specimens and composite beams which tested in this investigation was carried out using software ATENA. Full three dimension models for both Push-Out specimens and composite beams were developed in order to taken into account complexity of geometry. The concrete was modelled using a Microplane M4 with parameters were calibrated accom- panying to uni-axial compression and RILEM bending test.

Modelling result showed a reasonable agreement with the experimental data. The FE simulation is not only provide ultimate strength, global behaviour but also explained local damage area as well process of collapse occurred in structures. However, the FE analysis need more improvement in concrete material model, in order to used for parameter studies. Finally, based on result of experimental and numerical investigation a numerous recommendations are issued for practical design.

The results form this work provide to better knowledge on using new UHPC in composite structures. It also contribute to provision of design code. Contents Foreword iii Biography v Abstract ix Abbreviations xv List of Symbols xvii List of Figures xix List of Tables xxvii 1. State of the art.

Context and motivation. Objectives of study. Scope of work. Structure of the thesis.

Consideration aspects of steel-concrete composite beams 7 2. Single span composite beams under sagging moment. Basic Structural Behaviour. Structural composite beam with continuous shear connection 12 2.

Perfobond shear connector (PSC). Conventional Perfobond shear connector. Modified pefobond shear connectors. Development of concrete technology.

Composite beam made of UHPC. Finite Element modelling. modelling of composite beams. Modelling of Push-Out test.

Design of composite beam. Limit state design philosophy. Methods for analysis and design. Resistant capacity of composite beam under sagging moment 26 2.

Partial shear connection. Ductile and non-ductile shear connectors. Characterization material properties of UHPC 31 3. Development of UHPC-A Historical perspective.

Constituent materials of Ultra High Performance Concrete. Principle of UHPC. Composition of UHPC. Cost of UHPC.

Material used in this work. Relevant material properties. Properties of fresh UHPC. Time dependent properties of UHPC.

Mechanical behaviour characterization. Development of compressive strength. Stress-strain behaviour in uni-axial compression. Bi-axial behaviour of UHPC.

Flexural and direct tension behaviour of UHPC. Fracture properties of UHPC. Experimental study for perfobond shear connector in UHPC 53 4. Experimental programs and specimens.

Push-Out test specimens. Arrangement for Push-Out series. Standard Push-Out test setup. Test results and observations.

Resistance and slip results. Behaviour of headed stud shear connectors in UHPC. General behaviour of perfobond shear connector in UHPC. Influence of dowel profile and test setup.

Influence of fiber content to load slip-behaviour. Influence of transverse reinforcement arrangement. Influence of embedding reinforcement through concrete dowel 72 Contents xiii 4. Summary conclusions for Push-Out test.

Experimental investigation on the structural behaviour of steel- UHPC composite beams 75 5. Experimental program for composite beams. Aim and Objectives. Design and construction of test specimens.

Test set-up and instrumentation. Analysis of the test results and observations. Structural behaviour and Observations of beam B1 and B2 83 5. Structural behaviour and Observation of beam B3 and B4.

Test results and observing of beam B5. Test results and observing of beam B6. Shear flow distribution in composite beam. Load-slip behaviour in composite beam versus Push-Out test101 5.

Distribution of longitudinal shear forces. Material models for Finite Element Modelling 107 6. Material models for structural steel and reinforcement. Microplane M4 material model for concrete.

Aspects of concrete material model. Microplane M4 material model in ATENA. Parameter study of Microplane. Setting up virtual test.

Input parameter and sensitivity analysis. UHPC experimental data. Results of M4 model parameters investigation and discussion118 6. Proposed set of parameter for UHPC.

Adjustment strategy for model parameters. Result of compression and bending modelling with M4. Finite Element Modelling 127 7. Modelling of Push Out Test.

Finite element model. Experimental validation finite element model. Local behaviour Push-Out specimens. Proposed model for prediction ultimate capacity of perfor- bond shear connector.

Modelling of composite beam. Finite element model. Validation of the FE model. Local stress distribution in steel girder and shear connectors155 7.

Shear flow on concrete dowel. Conclusions and Future Perspective 159 8. Ultra high performance concrete. Composite beam members made of UHPC under static load 160 8.

Perfobond based shear connectors in UHPC. Modelling of composite beams. Recommendations for further research. Appendices: Concrete mix proportional 165 A.

List of tables for constituent materials. Appendices: Standard Push-Out Test 169 B. Experimental results of Standard Push-Out test. List of drawings and charts.

Appendices: Bending test of composite beam 181 C. Design of steel-concrete composite beams for bending test. List of drawings and charts .

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Câu hỏi thường gặp

Luận án "Luận án tiến sĩ behaviour of steel concrete composite beams" nghiên cứu về vấn đề gì?

Phân tích ứng xử chịu lực của dầm hỗn hợp thép-bê tông trong luận án tiến sĩ. Đánh giá sức kháng uốn, cắt và biến dạng.

Luận án "Luận án tiến sĩ behaviour of steel concrete composite beams" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại Universität Leipzig. Năm bảo vệ: 2010.

Luận án "Luận án tiến sĩ behaviour of steel concrete composite beams" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Luận án tiến sĩ behaviour of steel concrete composite beams" thuộc chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng. Danh mục: Kinh Tế Phát Triển.

Luận án "Luận án tiến sĩ behaviour of steel concrete composite beams" có bao nhiêu trang?

Luận án "Luận án tiến sĩ behaviour of steel concrete composite beams" có 243 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Luận án tiến sĩ behaviour of steel concrete composite beams" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter