Chương 1: Giới thiệu về nội dung, mục tiêu và ý nghĩa của đề tài nghiên cứu. • Chương 2: Trình bày tổng quan về mô hình ứng xử của sàn liên hợp và giới thiệu về liên kết chống cắt perfobond. • Chương 3: Trình bày nội dung của chương trình thí nghiệm push out cho 4 nhóm mẫu, từ đó nêu lên được những yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu cắt dọc của liên kết. • Chương 4: Thiết lập mô hình phần tử hữu hạn cho thí nghiệm push out nhằm khảo sát khả năng chịu cắt của liên kết.
• Chương 5: Nêu lên những kết luận của nghiên cứu, đồng thời đề xuất những kiến nghị và hướng phát triển trong thời gian sắp tới. 6 Chương 2 Tổng quan 2.1 Sàn liên hợp thép – bê tông 2.1 Sự làm việc của sàn liên hợp [1] Sàn liên hợp được cấu tạo bỡi 3 phần chính: tấm thép định hình, cốt thép và bê tông đúc tại chỗ (hình 2. Tấm thép hình có vai trò là ván khuôn trong quá trình thi công và là cốt thép chịu kéo sau khi bê tông đông cứng.1: Cấu tạo sàn liên hợp Sàn liên hợp được sử dụng rộng rãi trong xây dựng các trung tâm thương mại, nhà nhiều tầng cũng như trong xây dựng cầu đường bỡi vì những ưu điểm sau: • Thi công đơn giản, tốc độ nhanh. 7 • Sàn công tác vững chắc, an toàn cho công nhân.
• Trọng lượng bản thân nhẹ hơn so với bê tông cốt thép truyền thống. • Giảm thiểu sai số vì cấu kiện thép được sản xuất và kiểm tra tại nhà máy. Sàn liên hợp về bản chất là phần tử kết cấu làm việc một phương, nhịp của sàn là khoảng cách giữa hai dầm phụ. Dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài, tấm sàn bị biến dạng uốn và sinh ra ứng suất trượt tại mặt tiếp xúc giữa tấm thép và bê tông.
Nếu liên kết giữa tấm thép và bê tông đảm bảo chuyển vị dọc giữa tấm thép và phần bê tông tiếp xúc là bằng nhau thì sàn có liên kết hoàn toàn. Nếu tồn tại chuyển vị dọc tương đối giữa tấm thép và phần bê tông tiếp xúc thì sàn có liên kết không hoàn toàn. Phân biệt hai dạng trượt ở bề mặt tiếp xúc giữa thép với bê tông: Trượt cục bộ rất nhỏ, không nhìn thấy bằng mắt thường, nhưng làm phân bố lại nội lực liên kết; trượt tổng thể lớn, có thể nhìn thấy và đo được, phụ thuộc vào loại liên kết giữa tấm thép và bê tông. Ba dạng làm việc của sàn liên hợp (hình 2.2): • Tương tác hoàn toàn giữa tấm thép và bê tông: không tồn tại sự trượt tổng thể tại bề mặt tiếp xúc.
Sự truyền lực cắt dọc là hoàn toàn và tải trọng cực hạn Pu là lớn nhất, hiệu ứng liên hợp là hoàn toàn. Sự phá hoại có thể là giòn hoặc dẻo. • Tương tác bằng không giữa tấm thép và bê tông: sự trượt tổng thể ở bề mặt tiếp xúc không bị giới hạn và gần như không có không có sự truyền lực cắt dọc. Tải trọng cực hạn là nhỏ nhất và gần như không có hiệu ứng liên hợp.
Sự phá hoại xảy ra từ từ. • Tương tác một phần giữa tấm thép và bê tông: sự trượt tổng thể ở bề mặt tiếp xúc khác không nhưng có giới hạn. Lực cắt dọc được truyền một phần, tải trọng cực hạn có giá trị trung gian giữa hai trường hợp trên. Sự phá hoại có thể là giòn hoặc dẻo.2: Sự làm việc của sàn liên hợp Độ cứng của sàn, thể hiện bỡi độ dốc của phần đầu đường cong P - δ , là khác nhau ứng với mỗi dạng làm việc.
Độ cứng lớn nhất ứng với tương tác hoàn toàn và nhỏ nhất ứng với tương tác bằng không. Có 3 dạng liên kết giữa tấm thép và bê tông: • Liên kết lý – hóa: nhỏ, luôn luôn tồn tại với bất kỳ dạng tấm định hình nào. • Liên kết ma sát: xuất hiện ngay khi sự trượt nhỏ xuất hiện. • Liên kết neo cơ học: làm việc sau khi có sự trượt đầu tiên và phụ thuộc hình dạng của bề mặt tiếp xúc.
Từ 0 đến Pf , liên kết giữa thép và bê tông chủ yếu là liên kết lý – hóa. Sau khi xuất hiện vết nứt, liên kết ma sát và liên kết neo cơ học bắt đầu có tác dụng vì có sự trượt nhỏ xuất hiện. Độ cứng trở nên rất khác nhau do ảnh hưởng của các dạng liên kết. Sự phá hoại của sàn liên hợp có thể xảy ra theo một trong các dạng sau (hình 2.3): • Dạng phá hoại I: phá hoại do moment dương (tiết diện I), xảy ra đối với những sàn nhịp lớn với mức độ tương tác cao giữa thép và bê tông.3: Các dạng phá hoại sàn liên hợp • Dạng phá hoại II: phá hoại do lực cắt dọc lớn, khả năng chịu tải tới hạn đạt được tại mặt tiếp xúc giữa thép và bê tông.
Dạng này xảy ra tại tiết diện II dọc theo chiều dài chịu cắt Ls. • Dạng phá hoại III: phá hoại do lực cắt theo phương đứng lớn gần gối tựa (tiết diện III) nơi lực cắt theo phương đứng là quan trọng. Dạng này chỉ có thể nguy hiểm đối với bản có chiều dày lớn và nhịp bản ngắn chịu tải nặng. Ứng xử của sàn liên hợp (hình 2.4: Ứng xử giòn và dẻo của sàn liên hợp Phá hoại giòn hay dẻo phụ thuộc vào đặc trưng của mặt tiếp xúc giữa thép và bê tông.
Bản có thép tấm định hình dạng lồi mở dễ ứng xử giòn, ngược lại bản có thép tấm định hình dạng lõm có xu hướng biểu hiện ứng xử dẻo.2 Lực cắt dọc trong sàn liên hợp [1] Dạng phá hoại II của sàn liên hợp tương ứng với khả năng chịu cắt theo phương dọc. Phương pháp kiểm tra là đánh giá khả năng chịu cắt dọc τu tồn tại trên đoạn chịu cắt Ls và so sánh với lực tác dụng. Khả năng chịu cắt dọc τu phụ thuộc vào dạng thép tấm định hình và phải được thiết lập riêng cho tất cả thép tấm định hình vì giá trị của nó là hàm số của sự bố trí cụ thể của hướng dập nổi, điều kiện bề mặt,. Khả năng chịu cắt dọc của sàn được xác định bằng phương pháp bán thực nghiệm m - k, được đề xuất bỡi Porter và Ekberg (1976).
Phương pháp này không dẫn tới việc tính toán khả năng chịu cắt dọc τu mà sử dụng lực cắt đứng Vt để kiểm tra sự phá hoại do lực cắt dọc trên đoạn chịu cắt Ls. Phương pháp m - k Phương pháp bán thực nghiệm m − k sử dụng công thức tham số tuyến tính trong đó tất cả các tham số đều có mặt: VLR = F (fck , Ls , dp , b, Ap , Vt ) (2.1) Với: VLR : khả năng chịu cắt dọc Vt : lực cắt đứng dp : chiều cao trung bình của sàn liên hợp Hình 2.5 thể hiện đường thẳng m − k được xác định từ 6 mẫu thí nghiệm sàn với tỉ lệ thực được chia thành 2 nhóm cho mỗi loại tấm thép định hình. Trục tung là giá trị ứng suất và phụ thuộc vào lực cắt đứng Vt đã bao gồm trọng lượng bản thân của sàn. Trục hoành là số không thứ nguyên và thể hiện tỉ số diện tích tấm thép định hình và diện tích chịu cắt dọc.
Nhân tỉ số này với fy /τu và để ý đến trục đứng, mối quan hệ trực tiếp được thiết lập với khả năng chịu cắt dọc của tấm thép định hình.5: Xác định m − k từ kết quả thí nghiệm Theo Eurocode4, lực cắt đứng lớn nhất Vt.Sd đối với bề rộng sàn b, được giới hạn do khả năng chịu cắt dọc VL.Rd là: Ap 1 VL.2) bLs γV S Với m và k là tung độ tại gốc và góc nghiêng của đường m − k và γV S là hệ số an toàn bằng 1. Hệ số m và k nhận được từ các thí nghiệm thực tiêu chuẩn. Giá trị m và k phụ thuộc vào dạng của tấm định hình và kích thước tiết diện sàn và thường được cho bỡi nhà sản xuất. Eurocode4 không xét khả năng chịu cắt dọc của bê tông và xác định đường thẳng đặc trưng qua giá trị nhỏ nhất của mỗi nhóm thí nghiệm và giảm đi 10%.
Việc không kể đến tác dụng chịu cắt của bê tông do thấy rằng đối với các công trình nhà ở, khả năng chịu cắt dọc của bê tông không lớn nếu giới hạn chịu nén fck nằm trong khoảng 25 đến 35M P a. Chiều dài chịu cắt Ls phụ thuộc vào dạng tải trọng. Với tải trọng phân bố đều trên nhịp L của dầm đơn giản, Ls bằng L/4. Giá trị này nhận được bằng cách cân bằng diện tích dưới biểu đồ lực cắt cho trường hợp tải phân bố đều và trường hợp hai tải tập trung tác dụng cách hai gối tựa một đoạn Ls.
Đối với dạng tải trọng khác, Ls nhận được bằng cách tương tự. Trường hợp sàn liên hợp được thiết kế theo sàn liên tục, cho phép sử dụng nhịp đơn tương đương giữa các điểm uốn khi xác định khả năng chịu cắt. 12 Đường thẳng cắt dọc trên hình 2.6 chỉ có giá trị trong khoảng giới hạn nhất định, phụ thuộc vào nhịp của sàn, có thể xảy ra một trong ba dạng phá hoại.6: Các dạng phá hoại phụ thuộc vào nhịp của sàn Nếu khả năng chịu cắt của sàn không đủ, có thể làm tăng lên bằng cách sử dụng một số dạng neo hoặc làm biến dạng cục bộ tấm thép định hình.2 Liên kết chống cắt trong kết cấu liên hợp 2.1 Phân loại liên kết [1] Xét một dầm liên hợp. Nếu không có liên kết chống cắt giữa sàn bê tông và dầm thép thì hai lớp vật liệu sẽ trượt tương đối với nhau và ứng suất do uốn trên một tiết diện được thể hiện trong hình 2.
Nếu khả năng chịu cắt dọc được cung cấp bỡi một dạng liên kết chống cắt thì ứng suất tại mặt tiếp xúc giữa hai lớp vật liệu trùng nhau, dầm làm việc như một cấu kiện liên hợp hoàn chỉnh. 13 (a) Biến dạng (b) Ứng suất do uốn (c) Ứng suất cắt • Trường hợp không có liên kết • Trường hợp liên kết hoàn toàn (d) Biến dạng (e) Ứng suất do uốn (f) Ứng suất cắt Hình 2.7: Biến dạng, ứng suất uốn, ứng suất cắt của kết cấu liên hợp Nếu xét trường hợp sử dụng liên kết hoàn toàn và dầm làm việc trong giai đoạn đàn hồi, gọi T là lực trượt trên một đơn vị chiều dài tại vị trí tiếp xúc giữa bê tông và dầm thép, thì T được tính theo công thức: V.3) I Với V : lực cắt theo phương đứng tại điểm tính toán.
