Nghiên cứu khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bê tông ứng lực trước

Luận án nghiên cứu khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bê tông ứng lực trước, cung cấp thông tin chi tiết về tính năng và ứng dụng.

• Tác giả: Trần Việt Tâm
• Người hướng dẫn: GS.TS Phan Quang Minh
• Trường học: Đại học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng và công nghiệp
• Đề tài: Khả Năng Chống Chọc Thủng Của Sàn Bê Tông Ứng Lực Trước
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• 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
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG
• 1.1. Khái niệm về khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng
• 1.2. Các mô hình xác định khả năng chống chọc thủng sàn phẳng BTCT
• 1.2.1. Mô hình cơ học phá hoại chọc thủng theo điều kiện cân bằng
• 1.2.2. Mô hình thanh dàn
• 1.2.3. Mô hình phá hoại vùng kéo
• 1.2.4. Mô hình uốn khi tính chọc thủng
• 1.2.5. Mô hình vết nứt tới hạn và góc xoay của Muttoni (2008)
• 1.3. Các mô hình xác định khả năng chống chọc thủng sàn phẳng bê tông ứng lực trước
• 1.3.1. Mô hình ứng suất kéo chính
• 1.3.2. Mô hình thêm lượng thép dọc chịu kéo tương đương
• 1.3.3. Mô hình ứng suất nén ngược tương đương (decompression stress)
• 1.4. Nghiên cứu thực nghiệm về khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT
• 1.5. Khảo sát khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bằng phương pháp số
• 1.6. Các tiêu chuẩn thực hành
• 1.6.1. Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI-318-2014
• 1.6.2. Tiêu chuẩn châu Âu EC2 (2004)
• 1.6.3. Tiêu chuẩn Ôxtrâylia AS3600 (2018)
• 1.6.4. Tiêu chuẩn Canada CSA A23
• 1.6.5. Tiêu chuẩn Trung Quốc GBJ 50010-2010
• 1.6.6. Tiêu chuẩn Anh Quốc BS 8110-1997
• 1.6.7. Tiêu chuẩn Đức DIN 1045-2008
• 1.6.8. Tiêu chuẩn FIB – Modal Code 2010
• 1.6.9. Tiêu chuẩn TCVN 5574-2018
• 1.7. Các nghiên cứu về khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT ở Việt nam
• 1.8. Nhận xét rút ra từ tổng quan
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG MÔ PHỎNG SỐ
• 2.1. Mô hình hóa cốt thép trong bê tông
• 2.2. Mô hình vết nứt trong bê tông
• 2.3. Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn
• 2.3.1. Phần tử trong mô hình
• 2.3.2. Chia lưới và điều kiện biên
• 2.3.3. 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
• 2.3.4. Mô hình quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông khi chịu kéo
• 2.3.5. Tiêu chuẩn phá hoại
• 2.3.6. Tiêu chuẩn phá hoại của bê tông. Tiêu chuẩn phá hoại của mẫu
• 2.4. Thông số đầu vào cho mô hình
• 2.4.1. Cốt thép, cốt thép cường độ cao, thép tấm đệm
• 2.4.2. Tải trọng đứng. Tải trọng do ứng suất trước
• 2.5. Sơ đồ khối thuật toán xây dựng mô hình tính khả năng chống chọc thủng của sàn trong Ansys viết bằng ngôn ngữ ADPL
• 2.6. Kiểm chứng mô hình số với thí nghiệm được công bố
• 2.6.1. Mô phỏng thí nghiệm Yaser Mirzae
• 2.6.2. Mô phỏng thí nghiệm Alam (1997)
• 2.6.3. Mô phỏng thí nghiệm Franklin and Long cho sàn phẳng BT ứng lực
• 2.6.4. Mô phỏng thí nghiệm của Rahman
• 2.7. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng thép dọc đến khả năng chống chọc thủng của sàn BTCT
• 2.8. Khảo sát số ảnh hưởng của ứng suất nén trước trong bê tông đến khả năng chống chọc thủng của bản sàn
• 2.9. Khảo sát ảnh hưởng của cường độ bê tông, tham số kích thước đến khả năng chống chọc thủng của bản sàn BTCT
• 2.9.1. Ảnh hưởng của cường độ bê tông
• 2.9.2. Ảnh hưởng của chiều cao làm việc của sàn
• 2.9.3. Ảnh hưởng kích thước tiết diện hình chữ nhật của cột
• 2.10. Xây dựng công thức xác định khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT và bê tông ứng lực trước
• 2.10.1. Cơ sở xây dựng công thức
• 2.10.2. Xây dựng công thức xác định khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT
• 2.10.3. 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
• 2.10.4. Đánh giá công thức đề xuất với kết quả các kết quả thí nghiệm được công bố
• 2.11. Nhận xét chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG BTCT VÀ BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC
• 3.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu thực nghiệm
• 3.1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 3.1.2. Nội dung nghiên cứu
• 3.2. Cơ sở thiết kế mẫu và mô hình thí nghiệm
• 3.2.1. Cơ sở xây dựng mô hình
• 3.2.2. Thiết lập mẫu thí nghiệm
• 3.2.3. Thiết kế và chế tạo mẫu thí nghiệm
• 3.2.4. Cốt thép thường
• 3.2.5. Cốt thép căng trước
• 3.2.6. Kích thước và cấu tạo mẫu thí nghiệm
• 3.2.7. Cấu tạo mẫu không ứng lực S0N1; S0N2 ; S0N3
• 3.2.8. Cấu tạo mẫu S1 ; S2
• 3.3. Hệ gia tải
• 3.3.1. Hệ gia tải đứng
• 3.3.2. Khung gia tải ứng lực trước
• 3.4. Sơ đồ bố trí thiết bị đo. Sơ đồ lắp đặt chuyển vị kế (LVDT)
• 3.4.1. Sơ đồ lắp đặt cảm biến (Strain gauges)
• 3.5. Chế tạo mẫu thí nghiệm
• 3.5.1. Đúc mẫu thí nghiệm
• 3.5.2. Trình tự căng thép ứng lực trước
• 3.5.3. Trình tự buông neo
• 3.6. Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu
• 3.6.1. Thí nghiệm cường độ chịu nén, kéo và mô đun đàn hồi của bê tông
• 3.6.2. Thí nghiệm kéo thép
• 3.6.3. Thí nghiệm kéo thép ứng lực trước
• 3.6.4. Tổn hao ứng suất trong thép ứng lực trước
• 3.7. Thí nghiệm khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng
• 3.8. Kết quả thí nghiệm
• 3.8.1. Số liệu thí nghiệm và cách xử lý
• 3.8.2. Khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng
• 3.8.3. Độ võng lớn nhất tại điểm giữa của bản sàn
• 3.8.4. Sự hình thành vết nứt
• 3.8.5. Quan hệ giữa tải trọng và độ võng của điểm giữa sàn phẳng
• 3.8.6. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng bê tông
• 3.8.7. Quan hệ giữa tải trọng và ứng suất trong cốt thép
• 3.9. Kiểm chứng mô hình ANSYS với kết quả thí nghiệm
• 3.10. Kiểm chứng công thức đề xuất với kết quả thí nghiệm
• 3.11. Nhận xét chương 3
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC B
• PHỤ LỤC C
• PHỤ LỤC D

Tóm tắt

I. Tổng quan về khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng

Khả năng chống chọc thủng của sàn bê tông là một yếu tố quan trọng trong thiết kế kết cấu, đặc biệt là trong các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp. Chống chọc thủng đề cập đến khả năng của sàn bê tông trong việc chịu đựng các lực tác động mà không bị phá hoại. Các mô hình xác định khả năng này bao gồm mô hình cơ học phá hoại chọc thủng theo điều kiện cân bằng, mô hình thanh dàn, và mô hình phá hoại vùng kéo. Những mô hình này giúp các kỹ sư hiểu rõ hơn về cách thức mà bê tông ứng lực trước có thể chịu lực và phân phối ứng suất. Việc nghiên cứu khả năng này không chỉ giúp đảm bảo an toàn cho công trình mà còn tối ưu hóa thiết kế, giảm thiểu chi phí xây dựng.

1.1 Khái niệm về khả năng chống chọc thủng

Khái niệm về khả năng chống chọc thủng của sàn bê tông được định nghĩa là khả năng chịu đựng lực tác động mà không xảy ra hiện tượng phá hoại. Sàn chiu lực cần được thiết kế để đảm bảo rằng lực tác động không vượt quá giới hạn chịu lực của bê tông. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc sử dụng bê tông ứng lực trước có thể cải thiện đáng kể khả năng này. Các tiêu chuẩn thiết kế như ACI-318-2014 và EC2-2004 đã đưa ra các phương pháp tính toán cụ thể để đánh giá khả năng chống chọc thủng, từ đó giúp các kỹ sư có thể đưa ra các giải pháp thiết kế hiệu quả hơn.

1.2 Các mô hình xác định khả năng chống chọc thủng

Các mô hình xác định khả năng chống chọc thủng của sàn bê tông bao gồm nhiều phương pháp khác nhau. Mô hình ứng suất kéo chính và mô hình thêm lượng thép dọc chịu kéo tương đương là hai trong số những mô hình phổ biến. Những mô hình này giúp xác định được ứng suất và biến dạng của bê tông dưới tác động của lực chọc thủng. Việc áp dụng các mô hình này trong thực tiễn không chỉ giúp cải thiện khả năng chống chọc thủng mà còn nâng cao tính an toàn cho các công trình xây dựng. Các nghiên cứu thực nghiệm cũng đã chỉ ra rằng, việc tối ưu hóa thiết kế sàn bê tông có thể giảm thiểu rủi ro phá hoại do chọc thủng.

II. Nghiên cứu khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bê tông cốt thép

Nghiên cứu khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bê tông cốt thép thông qua mô phỏng số đã cho thấy những kết quả khả quan. Mô hình hóa cốt thép trong bê tông và xây dựng mô hình phần tử hữu hạn là những bước quan trọng trong quá trình nghiên cứu. Các mô hình này cho phép phân tích ứng suất và biến dạng của bê tông khi chịu tải trọng. Kết quả từ các mô phỏng cho thấy rằng, việc tăng cường hàm lượng thép dọc có thể cải thiện đáng kể khả năng chống chọc thủng của sàn bê tông. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc lựa chọn vật liệu và thiết kế kết cấu trong việc nâng cao tính an toàn cho công trình.

2.1 Mô hình hóa cốt thép trong bê tông

Mô hình hóa cốt thép trong bê tông là một phần quan trọng trong việc nghiên cứu khả năng chống chọc thủng. Việc xác định chính xác các thông số của cốt thép, như cường độ và độ bền, sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu lực của sàn bê tông. Các mô hình phần tử hữu hạn cho phép phân tích chi tiết về ứng suất và biến dạng của bê tông khi chịu tải trọng. Kết quả từ các mô phỏng cho thấy rằng, cốt thép có thể giúp phân phối lực tác động một cách đồng đều, từ đó giảm thiểu nguy cơ phá hoại do chọc thủng.

2.2 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng thép dọc

Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng thép dọc đến khả năng chống chọc thủng của sàn bê tông cốt thép đã chỉ ra rằng, việc tăng cường hàm lượng thép dọc có thể cải thiện đáng kể khả năng chịu lực. Các thí nghiệm thực tế cho thấy rằng, khi hàm lượng thép dọc tăng lên, khả năng chống chọc thủng của sàn bê tông cũng tăng theo. Điều này cho thấy rằng, việc tối ưu hóa thiết kế cốt thép là rất cần thiết để đảm bảo an toàn cho công trình. Các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành cũng đã đưa ra các hướng dẫn cụ thể về việc xác định hàm lượng thép dọc cần thiết cho từng loại công trình.

III. Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bê tông ứng lực trước

Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bê tông ứng lực trước đã được thực hiện với nhiều mẫu thí nghiệm khác nhau. Mục tiêu của nghiên cứu là xác định các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống chọc thủng và đánh giá hiệu quả của các mô hình thiết kế hiện có. Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, sàn bê tông ứng lực trước có khả năng chịu lực tốt hơn so với sàn bê tông cốt thép thông thường. Điều này cho thấy rằng, việc áp dụng công nghệ ứng lực trước trong thiết kế sàn có thể mang lại nhiều lợi ích về mặt an toàn và kinh tế.

3.1 Thiết kế và chế tạo mẫu thí nghiệm

Thiết kế và chế tạo mẫu thí nghiệm là bước quan trọng trong nghiên cứu khả năng chống chọc thủng. Các mẫu thí nghiệm được thiết kế với các thông số kỹ thuật cụ thể để đảm bảo tính chính xác trong quá trình thử nghiệm. Việc sử dụng bê tông ứng lực trước trong các mẫu thí nghiệm đã cho thấy sự cải thiện rõ rệt về khả năng chống chọc thủng. Các thí nghiệm được thực hiện theo các tiêu chuẩn quốc tế, đảm bảo tính khách quan và độ tin cậy của kết quả.

3.2 Kết quả thí nghiệm và phân tích

Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, khả năng chống chọc thủng của sàn bê tông ứng lực trước vượt trội hơn so với các mẫu sàn bê tông cốt thép thông thường. Độ võng lớn nhất tại điểm giữa của bản sàn và sự hình thành vết nứt được ghi nhận trong quá trình thử nghiệm. Phân tích mối quan hệ giữa tải trọng và độ võng cho thấy rằng, sàn bê tông ứng lực trước có khả năng chịu tải tốt hơn, từ đó giảm thiểu nguy cơ phá hoại do chọc thủng. Kết quả này khẳng định tính hiệu quả của việc áp dụng công nghệ ứng lực trước trong thiết kế sàn.