Luận án TS: Nghiên cứu khả năng chống chọc thủng sàn phẳng bê tông ứng lực trước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG TRẦN VIỆT TÂM NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Mã số: 9580201 LUẬN ÁN TIẾN SỸ Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG TRẦN VIỆT TÂM NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Mã số: 9580201 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1: GS.TS PHAN QUANG MINH 2: PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG Hà Nội - 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày 08 tháng 08 năm 2019 Tác giả luận án Trần Việt Tâm ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Phan Quang Minh, PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương đã tận tình hướng dẫn, cho nhiều chỉ dẫn khoa học có giá trị, thường xuyên động viên, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu, hoàn thành luận án và nâng cao năng lực khoa học cho tác giả. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Bộ môn công trình Bê tông cốt thép, Phòng thí nghiệm LAS-XD125, Khoa xây dựng dân dụng và công nghiệp, Khoa đào tạo Sau đại học nơi tác giả nghiên cứu và hoàn thành luận án.

Tác giả xin cảm ơn PGS-TS Vũ Hoàng Hưng – trường Đại học thủy lợi, đã có những ý kiến đóng góp quý báu trong xây dựng mô hình khảo sát số bằng phần mềm ANSYS. Cuối cùng tác giả bày tỏ lòng biết ơn người thân trong gia đình đã động viên khích lệ, chia sẻ những khó khăn với tác giả trong quá trình thực hiện luận án. Tác giả luận án Trần Việt Tâm iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU.

vii DANH MỤC CÁC BẢNG. x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. xi MỞ ĐẦU. Lý do chọn đề tài.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu, cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu. Các đóng góp mới của luận án.

Cấu trúc của luận án. 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG. Khái niệm về khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng. Các mô hình xác định khả năng chống chọc thủng sàn phẳng BTCT.

Mô hình cơ học phá hoại chọc thủng theo điều kiện cân bằng. Mô hình thanh dàn. Mô hình phá hoại vùng kéo. Mô hình uốn khi tính chọc thủng.

Mô hình vết nứt tới hạn và góc xoay của Muttoni (2008). Các mô hình xác định khả năng chống chọc thủng sàn phẳng bê tông ứng lực trước. Mô hình ứng suất kéo chính. Mô hình thêm lượng thép dọc chịu kéo tương đương.

Mô hình ứng suất nén ngược tương đương (decompression stress). Nghiên cứu thực nghiệm về khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT. Khảo sát khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bằng phương pháp số. Các tiêu chuẩn thực hành.

Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI-318-2014. Tiêu chuẩn châu Âu EC2 (2004). Tiêu chuẩn Ôxtrâylia AS3600 (2018). Tiêu chuẩn Canada CSA A23.

Tiêu chuẩn Trung Quốc GBJ 50010-2010. Tiêu chuẩn Anh Quốc BS 8110-1997. Tiêu chuẩn Đức DIN 1045-2008. Tiêu chuẩn FIB – Modal Code 2010.

Tiêu chuẩn TCVN 5574-2018. Các nghiên cứu về khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT ở Việt nam. Nhận xét rút ra từ tổng quan. 37 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG MÔ PHỎNG SỐ.

Mô hình hóa cốt thép trong bê tông. Mô hình vết nứt trong bê tông. Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn. Phần tử trong mô hình.

Chia lưới và điều kiện biên. Vật liệu trong mô hình. Sự làm việc của bê tông. Mô hình quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông thường khi nén, không kiềm chế nở ngang.

Mô hình quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông khi chịu kéo. Tiêu chuẩn phá hoại. Tiêu chuẩn phá hoại của bê tông. Tiêu chuẩn phá hoại của mẫu.

Thông số đầu vào cho mô hình. Cốt thép, cốt thép cường độ cao, thép tấm đệm. Tải trọng đứng. Tải trọng do ứng suất trước.

Sơ đồ khối thuật toán xây dựng mô hình tính khả năng chống chọc thủng của sàn trong Ansys viết bằng ngôn ngữ ADPL. Kiểm chứng mô hình số với thí nghiệm được công bố. Mô phỏng thí nghiệm Yaser Mirzae. Mô phỏng thí nghiệm Alam (1997).

Mô phỏng thí nghiệm Franklin and Long cho sàn phẳng BT ứng lực. Mô phỏng thí nghiệm của Rahman. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng thép dọc đến khả năng chống chọc thủng của sàn BTCT. Khảo sát số ảnh hưởng của ứng suất nén trước trong bê tông đến khả năng chống chọc thủng của bản sàn.

Khảo sát ảnh hưởng của cường độ bê tông, tham số kích thước đến khả năng chống chọc thủng của bản sàn BTCT. Ảnh hưởng của cường độ bê tông. Ảnh hưởng của chiều cao làm việc của sàn. Ảnh hưởng kích thước tiết diện hình chữ nhật của cột.

Xây dựng công thức xác định khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT và bê tông ứng lực trước. Cơ sở xây dựng công thức. Xây dựng công thức xác định khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT. Xây dựng công thức xác định khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bê tông ứng lực trước.

Đánh giá công thức đề xuất với kết quả mô phỏng số. Đánh giá công thức đề xuất với kết quả các kết quả thí nghiệm được công bố. Nhận xét chương 2. 84 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG BTCT VÀ BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC.

Mục tiêu và nội dung nghiên cứu thực nghiệm. Mục tiêu nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu. Cơ sở thiết kế mẫu và mô hình thí nghiệm.

Cơ sở xây dựng mô hình. Thiết lập mẫu thí nghiệm. Thiết kế và chế tạo mẫu thí nghiệm. Cốt thép thường.

Cốt thép căng trước. Kích thước và cấu tạo mẫu thí nghiệm. Cấu tạo mẫu không ứng lực S0N1; S0N2 ; S0N3. Cấu tạo mẫu S1 ; S2.

Hệ gia tải. Hệ gia tải đứng. Khung gia tải ứng lực trước. Sơ đồ bố trí thiết bị đo.

Sơ đồ lắp đặt chuyển vị kế (LVDT). Sơ đồ lắp đặt cảm biến (Strain gauges). Chế tạo mẫu thí nghiệm. Đúc mẫu thí nghiệm.

Trình tự căng thép ứng lực trước. Trình tự buông neo. Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu. Thí nghiệm cường độ chịu nén, kéo và mô đun đàn hồi của bê tông.

Thí nghiệm kéo thép. Thí nghiệm kéo thép ứng lực trước. Tổn hao ứng suất trong thép ứng lực trước. Thí nghiệm khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng.

Kết quả thí nghiệm. Số liệu thí nghiệm và cách xử lý. Khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng. Độ võng lớn nhất tại điểm giữa của bản sàn.

Sự hình thành vết nứt. Quan hệ giữa tải trọng và độ võng của điểm giữa sàn phẳng. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng bê tông. Quan hệ giữa tải trọng và ứng suất trong cốt thép.

Kiểm chứng mô hình ANSYS với kết quả thí nghiệm. Kiểm chứng công thức đề xuất với kết quả thí nghiệm. Nhận xét chương 3. 130 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ.

132 TÀI LIỆU THAM KHẢO.PL1 PHỤ LỤC B.PL8 PHỤ LỤC C.PL10 PHỤ LỤC D.PL103 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU BTCT Bê tông cốt thép BTƯL Bê tông ứng lực trước PTHH Phần tử hữu hạn HLT Hàm lượng thép KN CCT Khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT Pct , Vu Lực nén (cắt) tới hạn gây chọc thủng sàn Rb , fcu Cường độ chịu nén tính toán (đặc trưng) của bê tông mẫu lập phương fc’ Cường độ chịu nén tính toán (đặc trưng) của bê tông mẫu lăng trụ Rbm ,fcm’ Cường độ chịu nén trung bình của bê tông mẫu lập phương (lăng trụ) Rbt , ft Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông Eb , Ec Mô đun đàn hồi của bê tông b , fcp Ứng suất nén trước trong bê tông Es Mô đun đàn hồi của cốt thép y, fy Giới hạn chảy của cốt thép CHƯƠNG 1: Tổng lực tập trung do tải trọng ngoài tác dụng Lực tập trung lớn nhất mà bê tông có thể tiếp nhận khi chưa bị phá hoại Chiều dày hiệu dụng của sàn Tổng mômen uốn do tải trọng ngoài tác dụng Mômen uốn lớn nhất mà bê tông có thể tiếp nhận khi chưa bị phá hoại Cường độ chịu kéo tính toán dọc trục của bê tông ứng với TTGH1 Giá trị trung bình của chu vi đáy trên và đáy dưới tháp nén thủng u Chu vi tiết diện tới hạn Wb Mômen kháng uốn CHƯƠNG 2 fc Cường độ chịu nén mẫu lăng trụ, ứng suất ứng với với biến dạng εc Lực tập trung lớn nhất mà bê tông có thể tiếp nhận khi chưa bị phá hoại viii ε0 biến dạng tại ứng suất f’c, biến dạng ứng với ứng suất bằng 50% cường độ nén lớn nhất của bê tông Biến dạng nén của bê tông tại ứng suất lớn nhất em , sm Biến dạng và ứng suất ban đầu của bê tông. Em Mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông vm Hệ số biến động của mô đun cát tuyến Giá trị hệ số biến động tại đỉnh biểu đồ khi v0 Hệ số biến động ban đầu của mô đun cát tuyến , Hệ số đặc trưng cho độ điển đầy của biểu đồ vật liệu h mức gia tăng ứng suất sm,el ứng suất ứng với giới hạn đàn hồi của vật liệu umk Hệ số biến động của mô đun tiếp tuyến νs Hệ số Poát xông của cốt thép. - ứng suất chính theo các phương chính x, y, z , cường độ chịu kéo và nén một trục của bê tông fcb , f1, f2 Cường độ chịu nén 2 trục đẳng áp, cường độ chịu nén 2 trục dưới trạng thái áp lực thủy tĩnh, cường độ chịu nén 1 trục dưới trạng thái áp lực thủy tĩnh sh , bh Hệ số ảnh hưởng chiều dày sàn đến khả năng chống chọc thủng của sàn BTCT bo, b c Hệ số truyền lực cắt khi vết nứt mở và đóng.