I. Nghiên cứu dầm liên hợp thép bê tông Tổng quan và vấn đề đặt ra
Luận án Tiến sĩ "Dầm liên hợp thép bê tông với tiết diện dầm thép chìm trong bản sàn bê tông" tập trung vào nghiên cứu dầm có chiều cao nhỏ, một giải pháp tối ưu cho kết cấu sàn bê tông hiện đại. Nghiên cứu này đánh giá các khía cạnh khác nhau của dầm liên hợp thép bê tông, bao gồm thiết kế dầm liên hợp, phân tích dầm liên hợp, và tính toán dầm liên hợp. Đặc biệt, luận án tập trung vào mô hình dầm liên hợp NDBeam, một thiết kế mới với tiết diện dầm thép chìm trong bản sàn bê tông, nhằm cải thiện hiệu quả và khả năng chịu tải. Các phương pháp phân tích dầm liên hợp được sử dụng bao gồm cả phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp tính toán thủ công. Mục đích nghiên cứu là đề xuất một phương pháp thiết kế tối ưu, đảm bảo an toàn dầm liên hợp và hiệu quả kinh tế. Bê tông cốt thép trong dầm liên hợp đóng vai trò quan trọng, cùng với thép cường độ cao trong dầm liên hợp, tạo nên sự kết hợp bền vững. Kết cấu sàn bê tông được xem xét toàn diện, với việc phân tích tải trọng sàn bê tông và biến dạng dầm liên hợp. Luận án cũng đề cập đến quy chuẩn thiết kế dầm liên hợp, bao gồm cả các tiêu chuẩn quốc tế như Eurocode dầm liên hợp, ACI dầm liên hợp, và ASCE dầm liên hợp.
1.1. Khái quát về dầm liên hợp thép bê tông có chiều cao nhỏ
Phần này trình bày tổng quan về dầm liên hợp thép bê tông hiện có, đặc biệt tập trung vào các loại dầm có chiều cao nhỏ. Các nghiên cứu trước đây về liên kết chịu trượt dọc trong dầm liên hợp được khảo sát. Các tác giả như H., E., D., U. Yoshitaka, S., S., S. Al-Darzi, J. Vianna, J. J. Ahn, B., M. Braun, Emad, Toi Limazie và Shiming Chen đã có những đóng góp đáng kể trong lĩnh vực này. Luận án so sánh ưu điểm, nhược điểm của các loại dầm khác nhau như SF, ASBs, USFB, DELTABEAM. Mối liên kết dầm sàn được phân tích. Ưu điểm dầm liên hợp về khả năng chịu tải và tính kinh tế được nhấn mạnh. Nghiên cứu ứng dụng thực tế dầm liên hợp cũng được đề cập. So sánh dầm liên hợp với dầm thông thường cho thấy hiệu quả vượt trội của dầm liên hợp về tiết kiệm vật liệu và không gian. Chi phí thi công dầm liên hợp là một yếu tố quan trọng được xem xét trong quá trình đánh giá. Giải pháp phần mềm dầm liên hợp, ví dụ như SAP2000 dầm liên hợp, ETABS dầm liên hợp, ABAQUS dầm liên hợp, được đề cập như những công cụ hỗ trợ thiết kế hiệu quả.
1.2. Đề xuất mô hình dầm liên hợp NDBeam
Luận án giới thiệu mô hình dầm liên hợp NDBeam, một thiết kế mới với dầm thép chìm trong bản sàn bê tông. Hình dạng tiết diện dầm liên hợp NDBeam được tối ưu hóa để đáp ứng các yêu cầu về chiều cao nhỏ và khả năng chịu tải. Thiết kế dầm liên hợp NDBeam được thực hiện dựa trên các nguyên tắc cơ bản của kết cấu sàn bê tông cốt thép. Phân tích dầm liên hợp NDBeam sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để đánh giá độ bền và độ ổn định. Tính toán dầm liên hợp NDBeam bao gồm xác định sức kháng mô men, sức kháng cắt đứng, và khả năng chịu uốn và cắt đồng thời. Sức kháng trượt dọc và mức độ liên kết giữa dầm thép và bê tông là những yếu tố quan trọng được phân tích chi tiết. Mô phỏng dầm liên hợp NDBeam bằng phần mềm ABAQUS dầm liên hợp được thực hiện để kiểm chứng tính chính xác của mô hình. Độ võng dầm liên hợp NDBeam và độ cứng dầm liên hợp NDBeam được tính toán và đánh giá.
II. Thí nghiệm và phân tích kết quả
Phần này trình bày kết quả thí nghiệm trên các mẫu chốt bê tông chịu trượt dọc trong dầm liên hợp NDBeam. Thí nghiệm đẩy của chốt bê tông CD-iZ được tiến hành để xác định sức kháng cắt của chốt bê tông. Các tham số ảnh hưởng đến khả năng chịu trượt dọc của chốt như số lượng lỗ mở, số lượng bản bụng cắt qua chốt, và thành phần ma sát được phân tích. Kết quả thí nghiệm được sử dụng để xây dựng công thức xác định sức kháng cắt cho chốt bê tông CD-iZ. So sánh kết quả tính toán theo lý thuyết với kết quả thí nghiệm cho phép đánh giá độ chính xác của công thức đề xuất. Mô phỏng số được sử dụng để bổ sung cho các kết quả thí nghiệm. Cơ chế phá hoại của mẫu được quan sát và phân tích để hiểu rõ hơn về hành vi của dầm liên hợp NDBeam dưới tải trọng.
2.1. Phương pháp thí nghiệm và thiết kế mẫu
Phần này mô tả chi tiết phương pháp thí nghiệm đẩy được sử dụng. Vật liệu chế tạo mẫu bao gồm thép kết cấu và bê tông. Các nhóm mẫu thí nghiệm được thiết kế để khảo sát ảnh hưởng của các tham số khác nhau đến sức kháng cắt của chốt bê tông. Nguyên tắc thí nghiệm được giải thích rõ ràng. Xác định sơ bộ sức kháng cắt của mẫu được thực hiện trước khi tiến hành thí nghiệm chính. Thiết bị thí nghiệm và quy trình thí nghiệm được mô tả đầy đủ. Mẫu thí nghiệm được thiết kế dựa trên tiêu chuẩn thiết kế dầm liên hợp. Phân tích kết quả thí nghiệm sử dụng các phương pháp thống kê để đảm bảo độ tin cậy của kết quả. Ảnh hưởng của các tham số đến khả năng chịu trượt dọc của chốt được đánh giá và phân tích.
2.2. Phân tích kết quả thí nghiệm và đề xuất công thức
Kết quả thí nghiệm được trình bày dưới dạng biểu đồ và bảng số liệu. Quan hệ giữa tải trọng và trượt dọc của các nhóm mẫu được phân tích. Sự phá hoại của mẫu được mô tả chi tiết, bao gồm hình ảnh và phân tích cơ chế phá hoại. Ảnh hưởng của các tham số đến khả năng chịu trượt dọc của chốt bê tông được thảo luận. Công thức đề xuất xác định sức kháng cắt cho một chốt bê tông CD-iZ được trình bày, bao gồm cả cơ sở thiết lập công thức và giá trị hệ số điều chỉnh. So sánh công thức đề xuất với các công thức đã công bố cho thấy sự cải tiến và độ chính xác của công thức mới. Công thức xác định sức kháng cắt của mẫu T có nhiều chốt và công thức xác định khả năng chịu trượt dọc của dầm NDBeam cũng được đề xuất.
III. Xây dựng chương trình thiết kế và đánh giá độ tin cậy
Luận án trình bày quy trình thiết kế dầm liên hợp NDBeam, bao gồm các bước thiết kế chi tiết. Chương trình thiết kế dầm liên hợp NDBeam (NDP) được xây dựng, bao gồm sơ đồ khối của chương trình và các mô đun của chương trình. Giao diện của chương trình NDP được thiết kế thân thiện với người sử dụng. Đánh giá độ tin cậy của quy trình thiết kế được thực hiện bằng cách so sánh kết quả tính toán của chương trình NDP với kết quả mô phỏng dầm liên hợp NDBeam bằng phần mềm ABAQUS. Mô hình vật liệu và lựa chọn dạng phần tử trong mô phỏng được mô tả chi tiết. So sánh kết quả tính khả năng chịu uốn và độ võng của dầm NDBeam cho thấy sự phù hợp cao giữa kết quả tính toán và mô phỏng.
3.1. Quy trình thiết kế dầm liên hợp NDBeam
Phần này trình bày chi tiết quy trình thiết kế dầm liên hợp NDBeam, bao gồm các bước từ số liệu thiết kế đến kiểm tra dầm trong giai đoạn thi công và giai đoạn liên hợp. Bước 1 - Số liệu thiết kế bao gồm các thông số về hình học, vật liệu và tải trọng. Bước 2 – Thiết kế dầm NDBeam trong giai đoạn thi công tập trung vào việc đảm bảo an toàn trong quá trình xây dựng. Bước 3 – Thiết kế dầm NDBeam trong giai đoạn liên hợp (giai đoạn sử dụng) đánh giá khả năng chịu tải của kết cấu hoàn chỉnh. Các tiêu chuẩn thiết kế được sử dụng trong quá trình thiết kế được liệt kê rõ ràng. Các yếu tố an toàn được xem xét để đảm bảo độ bền và an toàn của kết cấu. Giải pháp tối ưu được lựa chọn dựa trên các tiêu chí kỹ thuật và kinh tế.
3.2. Đánh giá độ tin cậy của chương trình NDP và mô phỏng ABAQUS
Phần này trình bày đánh giá độ tin cậy của chương trình NDP. Số liệu tính toán, kích thước hình học, và vật liệu thép và bê tông được sử dụng trong quá trình đánh giá. Kết quả tính toán theo chương trình NDP được so sánh với kết quả mô phỏng bằng phần mềm ABAQUS. Mô hình vật liệu, lựa chọn dạng phần tử, và mô hình dầm NDBeam trong ABAQUS được mô tả chi tiết. So sánh kết quả tính khả năng chịu uốn và độ võng của dầm NDBeam cho phép đánh giá độ chính xác và tin cậy của chương trình NDP. Phân tích độ lệch giữa kết quả tính toán và mô phỏng được thực hiện để xác định các nguồn sai số và đề xuất các giải pháp cải tiến.
