Luận án tiến sĩ: Ứng xử liên kết sàn bê tông cốt thép với cột ống thép nhồi bê tông - Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRƯƠNG QUANG HẢI NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA LIÊN KẾT SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP VỚI CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐÀ NẴNG – NĂM 2021 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRƯƠNG QUANG HẢI NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA LIÊN KẾT SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP VỚI CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG Chuyên ngành : Cơ kỹ thuật Mã số 9520101 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐÀO NGỌC THẾ LỰC PGS. TRƯƠNG HOÀI CHÍNH ĐÀ NẴNG – NĂM 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận án Trương Quang Hải ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.ii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU.vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.ix DANH MỤC CÁC BẢNG.x DANH MỤC CÁC HÌNH.xi MỞ ĐẦU. Lý do chọn đề tài. Mục tiêu nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Nội dung nghiên cứu. Bố cục của luận án.

Những đóng góp mới của luận án. TỔNG QUANCỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG, SÀN PHẲNG VÀ LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP. Tổng quan về cột ống thép nhồi bê tông. Tổng quan các giải pháp sàn phẳng trong công trình xây dựng.

Tổng quan về liên kết cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép. Các giải pháp nâng cao khả năng chịu cắt thủng cho sàn. Tổng quan một số mô hình tính toán khả năng chịu cắt thủng sàn. Tổng quan các tiêu chuẩn tính toán.

Kết luận Chương 1. GIẢI PHÁP CẤU TẠO VÀ THỰC NGHIỆM LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG. Giải pháp cấu tạo và thực nghiệm liên kết cột giữa ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép. Giải pháp cấu tạo và thực nghiệm liên kết cột giữa ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông ứng lực trước.

Giải pháp cấu tạo và thực nghiệm liên kết cột biên, cột góc ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép. Kết luận Chương 2. MÔ PHỎNG SỐ LIÊN KẾT VÀ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT THỦNG CỦA SÀN TẠI LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG. Mô phỏng số liên kết cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng.

Mô hình tính toán khả năng chịu cắt thủng của sàn phẳng tại liên kết với cột giữa ống thép nhồi bê tông. Kết luận Chương 3.146 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.150 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC.165 TÀI LIỆU THAM KHẢO.166 vi DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU α : Hệ số giãn vì nhiệt của cáp αv : Tỉ số độ cứng của shear-head với vùng bê tông ảnh hưởng γv : Hệ số chuyển mô men không cân bằng thành lực cắt trên tiết diện tới hạn σ : Ứng suất σcp : Ứng suất nén trung bình trong bê tông ε : Biến dạng tương đối (cốt thép, bê tông) εcm : Biến dạng tương ứng với cường độ chịu nén trung bình ftm μ : Hệ số ma sát ρ : Hàm lượng cốt thép chịu uốn θ : Góc nghiêng của vết nứt δ : Chuyển vị đứng của cột λ : Hệ số kể đến sự có mặt của cốt đai ảnh hưởng đến khả năng chịu cắt của bê tông ψ : Góc lệch được đo trong mặt phẳng p-q (diviatory) ϵ : Sự lệch của mặt thế năng dẻo ∆T : Độ chênh lệch nhiệt độ Δdow : Chuyển vị của cốt thép dọc tại vết nứt nghiêng cắt qua cốt thép dọc Asp : Diện tích một tao cáp Asw : Diện tích tiết diện ngang của một chu vi của cốt thép đai bc : Bề rộng cột bs : Bề rộng lớp cốt đai ở đỉnh shear-head bo : Chu vi dọc theo tiết diện tới hạn b0,in : Chu vi tiết diện phá hoại cắt qua cốt đai. b0,out : Chu vi tiết diện phá hoại bên ngoài vùng bố trí cốt đai. b1, b2 : Kích thước của chu vi tiết diện tới hạn cách mặt cột d/2 và b1 lấy song song với hướng của mô men không cân bằng B1, B2 : Kích thước mẫu thí nghiệm d : Chiều cao làm việc khi uốn của sàn dv : Chiều cao làm việc chịu cắt của sàn vii dt : Biến phá hoại kéo trong mô hình CDP dc : Biến phá hoại nén trong mô hình CDP Ec : Mô đun đàn hồi của bê tông Es : Mô đun đàn hồi của cốt thép Esp : Mô đun đàn hồi của cáp ứng lực trước fpu : Giới hạn bền của cáp fpy : Giới hạn chảy của cáp fpi : Ứng suất kéo ban đầu trong cáp fyp : Ứng suất hiệu quả trong cáp fy : Cường độ chịu kéo của cốt thép fyw : Cường độ chảy dẻo của cốt đai fyw,ef : Ứng suất hiệu quả trong cốt thép đai (EC2) f'c , fcm : Cường độ chịu nén trung bình của bê tông mẫu hình lăng trụ ftm : Cường độ chịu kéo trung bình của bê tông mẫu hình lăng trụ fb0/fc0 : Tỉ số giữa cường độ nén hai trục và một trục của bê tông h : Chiều dày của sàn Is : Mô men quán tính của shear-head Ic : Mô men quán tính của tiết diện bê tông bao quanh shear-head J : Mô men quán tính của tiết diện tới hạn cách d/2 từ chu vi của cột k : Hệ số ảnh hưởng chiều dày của sàn đến khả năng chịu cắt thủng Kc : Hệ số điều khiển hình dạng mặt phẳng phá hoại Lv : Chiều dài shear-head tính từ mặt cột l : Chiều dài bụng shear-head ngàm vào cột Mu : Mô men không cân bằng tại cột nw : Số cốt thép đai cắt qua chu vi tới hạn Vu : Lực cắt trên tiết diện tới hạn VR : Khả năng chịu cắt danh nghĩa của sàn Vc,out : Khả năng chịu cắt thủng của sàn tại chu vi bên ngoài vùng bố trí cốt đai Vc,in : Khả năng chịu cắt thủng của sàn tại chu vi cắt qua cốt đai Vcal : Khả năng chịu cắt của sàn xác định theo tính toán Vtest : Khả năng chịu cắt của sàn xác định theo thực nghiệm vii Vabaqus : Khả năng chịu cắt của sàn theo mô phỏng Abaqus Vp : Khả năng chịu cắt của sàn do độ nghiêng của cáp ứng lực trước Vc : Khả năng chịu cắt của bê tông Vsw : Khả năng chịu cắt của cốt đai sw : Khoảng cách giữa những chu vi của cốt đai tf : Chiều dày bản cánh của shear-head tw : Chiều dày bản bụng của shear-head w : Bề rộng vết nứt ix DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CFST : Concrete filled steel tube (Ống thép nhồi bê tông) BTCT : Bê tông cốt thép LVDT : Linear Variable Differential Transducer CHS : Circular Hollow Section - CHS SHS : Square Hollow Section - SHS RHS : Rectangular Hollow Section - RHS CSCT : Critical Shear Crack Theory - lý thuyết vết nứt cắt tới hạn CDP : Concrete damage plastic Shear-head : Chi tiết liên kết cột CFST với sàn phẳng BTCT sử dụng thép hình chữ H, I và được nhúng vào trong bê tông sàn Stud : Là các chi tiết dạng đinh, có tán một đầu hoặc hai đầu được hàn vào thành ống thép hoặc bố trí trong sàn để chịu cắt x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.

Cấp phối vật liệu cho 1m3 bê tông. Bảng tổng hợp các thiết bị thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm nén, ép chẻ mẫu bê tông trụ 150×300 (mm2). Số liệu thí nghiệm kéo cốt thép thanh, thép hình H100 và thép ống.

Giá trị lực căng cáp. Cấp phối vật liệu cho vữa bơm ống gen. Kết quả thí nghiệm nén, ép chẻ mẫu bê tông trụ 150×300 (mm2). Số liệu thí nghiệm kéo cốt thép thanh, thép hình H100 và thép ống.

Đặc tính kĩ thuật của cáp dự ứng lực lấy theo các tiêu chuẩn. Lựa chọn phần tử cho các bộ phận của liên kết sàn – cột CFST. Mô phỏng các bộ phận của kết cấu. Các thông số đặc trưng cho vật liệu bê tông.

Tham số của mô hình CDP. Các dạng tương tác sử dụng trong mô phỏng. Kích thước chia nhỏ phần tử(mm).Thông số của các mẫu thí nghiệm và mô phỏng số tính toán cường độ chịu cắt thủng của sàn phẳng bê tông cốt thép. So sánh kết quả tính toán với thực nghiệm.

So sánh kết quả tính toán với nghiên cứu của D. So sánh kết quả tính toán với kết quả mô phỏng số Abaqus. Thông số của mẫu thí nghiệm và các mẫu mô phỏng số sử dụng để tính toán cường độ chịu cắt thủng của sàn phẳng bê tông ứng lực trước. So sánh kết quả tính toán với thực nghiệm.

So sánh kết quả mô phỏng với công thức tính đề xuất.145 xi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Cấu tạo cột ống thép nhồi bê tông. Mặt cắt điển hình cột ống thép nhồi bê tông. Cột ống thép nhồi bê tông với hai lớp ống thép.

Cột CFST được bao bọc bởi bê tông cốt thép. Cột CFST tăng cường kết cấu thép và cốt thép gia cường. Cột CFST với sườn tăng cứng. Nhà được xây dựng bằng kết cấu CFST [5].

Trung tâm thương mại Ruifeng, Trung Quốc [28]. Tokyo Baycourt Club Hotel & Spa Resort, Nhật Bản [60]. Sàn phẳng bê tông cốt thép. Sàn bê tông ứng lực trước.

Sàn U-Boot Beton. Liên kết cột CFST-sàn BTCT của H. Kết quả thí nghiệm C. Lee et al.

Liên kết cột ống thép - sàn BTCT đề xuất bởi M. Cấu tạo liên kết và mô hình thí nghiệm của Y. Liên kết đề xuất bởi Y. Thí nghiệm liên kết cột CFST với sàn BTCT bởi J.

Liên kết cột CFST - sàn BTCT của P. Liên kết đề xuất của J. Mô hình thí nghiệm và hình ảnh phá hoại sau thí nghiệm [56]. Chi tiết liên kết đề xuất bởi Đ.

Mô hình thí nghiệm và hình dạng mặt phá hoại của sàn [3]. Cấu tạo liên kết đề xuất [57]. Cấu tạo chi tiết liên kết và mô hình thí nghiệm [57]. Phá hoại của mẫu sau thí nghiệm [57].

Shear-head trong liên kết sàn - cột BTCT và kết quả thí nghiệm [28]. Vị trí tiết diện tới hạn cho sàn cột biên sử dụng mũ thép chịu cắt [28]. Tiết diện tới hạn, ứng suất cắt do lực cắt, ứng suất cắt do mô men [28] 27 Hình 1. Thí nghiệm liên kết sàn – cột BTCT chịu ứng lực trước căng ngoài [42].

Thép hình H gia cố khả năng chịu cắt thủng cho sàn W. Hệ thống nâng cao khả năng chị cắt thủng Subedi và Baglin (2003)[50]. Hệ thống nâng cao khả năng chị cắt thủng C.Chi tiết liên kết đề xuất bởi W. Hệ thống nâng cao khả năng chịu cắt thủng [57].