MỞ ĐẦU 1. Cột ống thép nhồi bê tông (Concrete Filled steel Tube — CFT) Cột ống thép nhdi bê tông càng ngày càng được sử dung rộng rãi trên thé giới, đặc biệt là ở Nhật Bản, do có nhiều ưu điểm hơn so với cột thép hoặc cột bê tông cốt thép (BTCT) truyền thống về mặt kiến trúc, kết câu và thi công, Morino và Keigo Tsuda (2003): * Sự tương tác giữa ống thép và lõi bê tông: Lõi bê tông giúp giảm nguy cơ xảy ra mat 6n định cục bộ và hạn chế sự Suy giảm cường độ sau khi mat 6n định cục bộ của ống thép;Cường độ chịu nén của bê tông sẽ được tăng lên do hiệu ứng bó lõi bê tông của ống thép va sự suy giảm cường độ của lõi bê tông cũng không xảy ra đột ngột do năm trong vỏ thép;Sự co ngót va từ biến của bê tông nhỏ hơn nhiều so với cột BTCT thông thường. *x Đặc trưng mặt cắt ngang: Hàm lượng thép của tiết điện CFT lớn hơn nhiều so với tiết điện BTCT và ông thép năm ngoài cũng có thé chảy dẻo khi chịu uốn làm tăng độ dẻo dai và có khả năng hap thu năng lượng động dat tốt. *x Hiệu quả về mặt thi công: Ông thép làm kiêm nhiệm vụ cốp pha và không cần cốt thép.
Thông thường hệ cột gồm vỏ thép và dầm sàn thép được lắp đặt tạo thành hệ khung kết cau thép ồn định thì bê tông mới được bơm nhôi vào do đó có thé day nhanh tốc độ thi công và giảm chi phí làm sạch công trường. * Khả năng chống cháy:Tốt hơn cột thép trong kết cau truyền thống nhiều do có lõi bê tông chịu cháy tốt. Y Cột CFT có khả năng chịu lực lớn do đó thanh mảnh và có tính thâm mỹ cao. Sàn phẳng bê tông cốt thép San phang bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong các công trình dân dụng như cao 6c văn phòng và căn hộ chung cư vi có nhiều ưu điểm như giảm chiéu cao tang, có tính thầm mỹ cao, công năng phòng có thé thay đổi một cách linh hoạt, giảm thời gian thi công, hệ ván khuôn đơn giản và có chi phí thấp.
Giải pháp kết cầu truyền thống cho kết câu đỡ san phẳng nay là cột BTCT có hoặc không có mũ cột hoặc bản đầu cột. Sự truyền lực từ sàn qua cột trong đó đặc biệt là khả năng kháng chọc thủng của liên kết sàn - cột BTCT là một yếu tố quan trọng trong việc phân tích thiết kế hệ kết câu này. Có nhiều phương pháp được dé xuất dé gia tăng khả năng kháng chọc thủng, trong đó việc tăng cường các thành phan chịu cắt của liên kết là một phương | pháp tối ưu vì có khả năng ứng dụng hiệu quả mà không cân tăng tiết diện của sàn hoặc cột. Các phương pháp điển hình có thé ké đến như dùng hệ mũ cột của Corley va Hawkins (1968), dùng các chốt chịu cắt của Elgabry va Ghali (1990), dùng tâm thép của Subedi va Baglin (2003) va gia cường liên kết băng tam FRP.
Tuy nhiên đa số các nghiên cứu chỉ áp dụng cho hệ kết cau cột — sàn phang BTCT thông thường. Liên kết giữa cột CFT và sàn phẳng BTCT Với những ưu điểm kế trên của cột CFT, gan đây nhiều tác giả đã tiến hành nghiên cứu sử dụng cột CFT thay thé cho cột BTCT thông thường trong giải pháp kết cau san phẳng. Tuy nhiên, điểm khó khăn lớn nhất của liên kết cột CFT - sản phăng BTCT là tính không toàn khối của 2 loại câu kiện nay và việc làm sao g1ữ được tính liên tục của ống thép và cốt thép san trong cầu tạo dé đảm bảo sự truyền lực từ cột trên xuống và việc neo cốt thép sản chịu kéo. Các liên kết mà các nhà nghiên cứu trên thế giới dé xuất cho loại kết câu này đều có một điểm chung là tạo ra một thành phần chịu cắt băng thép (shear head) hàn tại đầu cột CFT.
Các thành phân chịu cắt này sẽ liên kết với sàn phang BTCT dé có thé truyền lực cắt do tải trọng đứng từ san truyền vao cột, điển hình là các liên kết của Satoh và Shimazak (2004),Pinyu-Yan (2011), Su và Tian (2014). Qua việc tham khảo các chỉ tiết liên kết đã được công bố trên thế giới, nghiên cứu nay dé xuất một chi tiết liên kết giữa cột CFT va sàn phang BTCT đơn giản, hiệu quả và phù hợp với điều kiện thi công trong nước. Thông qua các tính toán và mô phỏng sơ bộ, các kích thước của liên kết sẽ được đề xuất và khả năng chịu lực chọc thủng của liên kết sẽ được khảo sát thông qua nghiên cứu thực nghiệm. Sau đó liên kết cột- san cũng được mô phỏng băng phần mềm phan tử hữu hạn 3 chiều ABAQUS để so sánh kiểm chứng với kết quả thực nghiệm.
Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chính của luận văn bao g6m: Để xuất một liên kếtgiữa cột giữa CFT và sàn phăng BTCT. Y Neghién cứu thực nghiệm để khảo sát khả năng chịu chọc thủng của liên kết được dé xuất so với liên kết cột — sàn phăng BTCT thông thường. * Sử dụng phan mềm ABAQUS dé mô phỏng và so sánh với kết quả thực nghiệm nhăm xây dựng một mô hình số phù hợp với liên kết cột CFT va sàn phang BTCT. Những kết quả thu được từ nghiên cứu này sẽ làm cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo nhằm phát triển một giải pháp kết câu mới sử dụng cột CFT thay thé cho cột BTCT thông thường trong hệ kết câu cột - sàn phăng BTCT.
Ý nghĩa thực tiễn và ý nghĩa khoa học của đề tài Ý nghĩa thực tiễn Hiện nay liên kết giữa cột CFT và san phăng BTCT đã được nhiều tác giả dé xuất và khảo sát để tìm hiểu ứng xử nhăm phục vụ cho việc ứng dụng vào thực tiễn. Việc đề xuất một liên kết giữa cột CFT và sàn phang BTCT có câu tạo đơn giản, phù hợp với điều kiện thi công tại Việt Nam sẽ là bước khởi đầu cho việc nghiên cứu thêm các dạng liên kết khác phù hợp và tối ưu nhất. Đặc biệt, việc xây dựng một mô hình số cho phép dự đoán khả năng chịu lực của liên kết phù hợp với kết quả thực nghiệm là một điều cần thiết để có được kết qua tin cậy trong việc áp dụng cho thiết kế loại liên kết này trong thực tiễn mà không cân thực hiện các thí nghiệm tốn kém và mat thời gian. Y nghia khoa hoc Đây là dé tai còn khá mới mẻ.
Hy vọng rang những kết quả thu được từ thi nghiệm và mô phỏng trong nghiên cứu này sẽ góp phan bé sung thêm những luận điểm, kiến thức mới và là nguôn dit liệu bổ ích phục vụ cho những nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực này. Các chương của luận văn Luận văn bao gồm 5 chương có nội dung tóm tắt như sau: Chương 1: Mở đầu Giới thiệu chung về dé tài và mục tiêu nghiên cứu, nội dung của luận văn. Chương 2: Tông quan tình hình nghiên cứu Nêu tổng quát tình hình nghiên cứu về các phương pháp gia tăng khả năng kháng chọc thủng của liên kết cột BTCT, cột CFT và sàn phăng BTCT. Chwong 3: Nghiên cứu thực nghiệm Giới thiệu, mô tả quy trình chuẩn bị, thực hiện thí nghiệm và kết quả ứng xử của liên kết đề xuất khi chịu tải chọc thủng và xoay cưỡng bức-chọc thủng:So sánh kết quả thí nghiệm của liên kết dé xuất với liên kết cột - sàn phắng BTCT thông thường dé làm rõ sự hiệu quả của liên kết.
Chương 4: Mô phỏng liên kết Nghiên cứu phần mềm ABAQUS 6.13 và thiết lập quy trình mô phỏng số liên kết đề xuất. Các thí nghiệm được lựa chọn dé mô phỏng bao gồm: 1. Thí nghiệm về lực chọc thủng cực hạn của Li (2000). Thí nghiệm về lực choc thủng của liên kết giữa cột CFT và sàn phắng BTCT của Pinyu- Yan (2011).
Thí nghiệm đã thực hiện ở chương 3. So sánh kết quả mô phỏng với kết quả thí nghiệm để làm rõ độ tin cậy của mô hình SỐ. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của luận văn Dua ra những kêt luận cũng như những hạn chê còn tôn tai của luận văn và dé xuât hướng phát triển. CHƯƠNG 2: TONG QUAN VE TINH HÌNH NGHIÊN CỨU 2.
Sự hình thành tháp choc thủng Khi sàn truyền lực đứng qua liên kết cột giữa - sàn phăng BTCT, liên kết sẽ bị phá hoại do chọc thủng cục bộ tại vi trí liên kết. Dé giải thích sự hình thành tháp chọc thủng Kinnuen và Nylander (1960) đã tiến hành nhiêu thí nghiệm choc thủng của liên kết san— cột giữa tròn BTCT và kết luận sự hình thành tháp chọc thủng trải qua 4 bước như sau Hình 2.1: (1) Các vết nứt đầu tiên theo phương tiếp tuyến xuất hiện tại các phan tử bê tông chịu kéo xung quanh chu vi cột do mô men âm. (2) Sự lan truyền nút sẽ tiếp tục xảy ra với sự hình thành các vết nứt hướng tâm từ các vết nut tiếp tuyến. (3) Tiếp đó các vết nứt tiếp tuyến khác sẽ xuất hiện bên ngoài chu vi cội.
(4) Khi tăng tải thêm, các vết nút tiếp tuyến theo phương đứng ban dau ở mặt trên sản tiếp tục phát triển theo phương xiên hướng về phía mặt cột ở mặt dưới sàn. (5) Với sự gia tăng chuyên vi đứng, vét nứt mở rộng đên mép cột. Vêt nứt cat cuôi cùng hoặc trùng hoặc năm ở ngoài vét nứt tiêp tuyên ngoài cùng mà đã xuât hiện trước khi phả hoại.1: Sự hình thành tháp chọc thủng 2. Các phương pháp gia tăng khả năng kháng chọc thủng của liên kết cột — sàn phẳng BTCT Có nhiều phương pháp được phát triển và nghiên cứu đề giúp gia tăng khả năng kháng chọc thủng của liên kết cột - sàn phăng BTCT, mục này sẽ giới thiệu một cách tổng quan các phương pháp đã được ứng dung, và là cơ sở dé giải thích ly do chọn liên kết mới của tác giả.
Gia tăng hàm lượng cốt thép chịu kéo cho liên kết Sự phá hoại do chọc thủng là sự mở rộng và lan truyền vết nứt tại thớ bê tông chịu kéo ở mặt trên sản xuống tho bê tông chịu nén ở mặt dưới sàn sát mép cột, điều này cho thay cường độ bê tông chịu kéo ảnh hưởng nhiều đến khả năng kháng chọc thủng của liên kết. Tuy nhiên việc gia tăng hàm lượng cốt thép chịu kéo trong sản cũng làm tăng khả năng kháng chọc thủng của liên kết. Muttoni (2008), Guandalini (2009) và Marzouk và Hussei (1991) đã tiễn hành thí nghiệm chọc thủng cột - sàn phắng BTCT với hàm lượng thép chịu kéo thay đối khác nhau theo mỗi phương.
