Luận văn thạc sĩ kỹ thuật xây dựng cơ chế truyền lực và khả năng kháng cắt của liên kết perfobond trong dầm liên hợp tiết diện t ngược

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu cơ chế truyền lực và khả năng kháng cắt của liên kết perfobond trong dầm liên hợp tiết diện T ngược, ứng dụng kỹ thuật xây dựng hiệu quả.

• Tác giả: Nguyen Thi Ngoc Diem
• Người hướng dẫn: TS. Le Van Phuoc Nhan
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Xây Dựng Công trình Dân Dụng & Công Nghiệp
• Đề tài: Cơ chế truyền lực và khả năng kháng cắt của liên kết Perfobond trong dầm liên hợp tiết diện T ngược
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Giới thiệu kết cấu liên hợp thép - bê tông
• 1.2. Động lực cho nghiên cứu
• 1.3. Mục tiêu và giới hạn của đề tài
• 1.3.1. Mục tiêu của đề tài
• 1.3.2. Giới hạn của đề tài
• 1.4. Ý nghĩa của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Giới thiệu
• 2.2. Dầm liên hợp bê tông thép
• 2.2.1. Cấu tạo của dầm liên hợp
• 2.2.2. Cách thiết kế truyền thống
• 2.2.3. Tiết diện dầm chữ T ngược
• 2.3. Ứng xử chung của dầm liên hợp
• 2.4. Liên kết kháng cắt trong kết cấu dầm liên hợp
• 2.4.1. Giới thiệu liên kết perfobond
• 2.4.2. Liên kết perfobond trong dầm liên hợp tiết diện I và T
• 2.5. Ứng xử của liên kết kháng cắt
• 2.6. Cơ chế truyền lực và mô hình phá hoại liên kết kháng cắt
• 2.6.1. Cơ chế truyền lực
• 2.6.2. Mô hình phá hoại của liên kết
• 2.7. Mô hình dự đoán khả năng kháng cắt của liên kết perfobond
• 3. CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM
• 3.1. Vật liệu thí nghiệm
• 3.2. Mô hình thí nghiệm Single Push Out Test (SPOT)
• 3.2.1. Nguyên lý thí nghiệm Single Push Out Test (SPOT)
• 3.2.2. Vận hành thí nghiệm
• 3.2.2.1. Chế tạo mẫu
• 3.2.2.2. Gia công thép perfobond
• 3.2.2.3. Lắp dựng ván khuôn và đổ bê tông
• 3.2.2.4. Quá trình thí nghiệm
• 3.2.2.5. Lắp đặt thiết bị đo biến dạng
• 3.3. Kết quả thí nghiệm
• 3.3.1. Khả năng kháng cắt và biến dạng trượt
• 3.3.2. Ảnh hưởng hàm lượng cốt thép trong chốt bê tông
• 3.3.3. Ảnh hưởng chiều dày bản bê tông
• 3.3.4. Ảnh hưởng cường độ bê tông
• 3.3.5. Ảnh hưởng chiều dày liên kết
• 3.4. Mô hình đề xuất khả năng kháng cắt của liên kết perfobond
• 3.4.1. So sánh kết quả thí nghiệm với các mô hình dự đoán khả năng kháng cắt
• 3.5. Dạng phá hoại của mẫu
• 3.5.1. Phá hoại ở bản bê tông
• 3.5.2. Phá hoại ở liên kết perfobond
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG PHẦN TỬ HỮU HẠN
• 4.1. Quá trình và TQ
• 4.2. Mô hình SPOT
• 4.2.1. Mô hình hình học
• 4.2.2. Lưới phần tử hữu hạn
• 4.2.3. Mô hình vật liệu
• 4.2.3.1. Vật liệu thép
• 4.2.3.2. Vật liệu bê tông
• 4.2.4. Điều kiện biên và điều kiện tiếp xúc giữa tấm perfobond và bê tông
• 4.2.4.1. Điều kiện biên
• 4.2.4.2. Điều kiện tiếp xúc giữa perfobond và bê tông
• 4.2.4.3. Áp tải trọng tác dụng
• 4.2.5. Kết quả mô phỏng
• 4.2.5.1. Tải tới hạn và biến dạng trượt
• 4.2.5.2. Biến dạng của perfobond, cốt thép và bê tông trong mô phỏng
• 4.2.5.2.1. Biến dạng perfobond
• 4.2.5.2.2. Biến dạng bê tông
• 4.2.5.2.3. Biến dạng cốt thép
• 4.2.5.3. So sánh đường cong lực - biến dạng trượt giữa mô phỏng và thực nghiệm
• 4.2.5.4. Ứng suất phân bố trong liên kết perfobond
• 4.2.5.5. Phân bố ứng suất trong bê tông
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Cơ chế truyền lực

Cơ chế truyền lực trong liên kết Perfobond được nghiên cứu nhằm hiểu rõ cách lực được truyền từ thép sang bê tông và ngược lại. Khi dầm liên hợp chịu tải trọng uốn, lực cắt phát sinh tại mặt tiếp xúc giữa thép và bê tông. Liên kết Perfobond đóng vai trò quan trọng trong việc phân bố lực này, đảm bảo sự làm việc đồng bộ giữa hai vật liệu. Nghiên cứu chỉ ra rằng, cơ chế truyền lực phụ thuộc vào hình dạng, kích thước và vị trí của các lỗ trên tấm Perfobond, cũng như sự tương tác giữa cốt thép và bê tông.

1.1. Phân tích lực cắt

Phân tích lực cắt cho thấy, lực cắt được truyền qua các lỗ trên tấm Perfobond, nơi bê tông và cốt thép tương tác trực tiếp. Sự phân bố lực cắt không đồng đều, tập trung nhiều hơn tại các vị trí gần điểm tải trọng. Điều này dẫn đến sự phá hoại cục bộ tại các vùng chịu lực lớn.

1.2. Mô hình phá hoại

Mô hình phá hoại của liên kết Perfobond được xác định qua các thí nghiệm. Khi tải trọng tăng, bê tông xung quanh các lỗ bị nứt và vỡ, dẫn đến sự trượt giữa thép và bê tông. Phá hoại thường xảy ra tại bề mặt tiếp xúc, nơi ứng suất cắt đạt giá trị cực đại.

II. Khả năng kháng cắt

Khả năng kháng cắt của liên kết Perfobond được đánh giá qua thí nghiệm nén - đẩy đơn (SPOT). Kết quả cho thấy, liên kết Perfobond có khả năng chịu lực cắt cao hơn so với các loại liên kết truyền thống. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kháng cắt bao gồm hàm lượng cốt thép, chiều dày bản bê tông, cường độ bê tông và chiều dày liên kết. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc tăng cường cốt thép xuyên qua các lỗ Perfobond giúp cải thiện đáng kể khả năng chịu lực của liên kết.

2.1. Ảnh hưởng của cốt thép

Hàm lượng cốt thép xuyên qua các lỗ Perfobond có ảnh hưởng lớn đến khả năng kháng cắt. Khi tăng số lượng cốt thép, lực cắt được phân bố đều hơn, giảm nguy cơ phá hoại cục bộ. Tuy nhiên, việc bố trí quá nhiều cốt thép có thể dẫn đến sự phức tạp trong thi công.

2.2. Ảnh hưởng của bê tông

Cường độ bê tông và chiều dày bản bê tông cũng là yếu tố quan trọng. Bê tông có cường độ cao giúp tăng khả năng chịu lực, trong khi chiều dày bản bê tông ảnh hưởng đến sự phân bố ứng suất. Bản bê tông dày hơn giúp giảm ứng suất tập trung, tăng độ bền của liên kết.

III. Liên kết Perfobond trong dầm liên hợp

Liên kết Perfobond được ứng dụng rộng rãi trong dầm liên hợp có tiết diện T ngược. Nghiên cứu cho thấy, liên kết này có ưu điểm vượt trội về khả năng chịu lực và độ bền so với các loại liên kết khác. Dầm liên hợp với tiết diện T ngược có khả năng chịu tải trọng cao, tiết kiệm vật liệu và dễ dàng trong thi công. Liên kết Perfobond giúp tăng cường sự liên kết giữa thép và bê tông, đảm bảo sự làm việc đồng bộ của kết cấu.

3.1. Ứng xử của dầm liên hợp

Ứng xử của dầm liên hợp với liên kết Perfobond được đánh giá qua các thí nghiệm và mô phỏng. Kết quả cho thấy, dầm có khả năng chịu tải trọng uốn cao, với sự phân bố ứng suất đồng đều giữa thép và bê tông. Liên kết Perfobond giúp giảm thiểu sự trượt giữa hai vật liệu, tăng độ cứng của kết cấu.

3.2. Thiết kế và thi công

Thiết kế và thi công dầm liên hợp với liên kết Perfobond đòi hỏi sự chính xác cao. Việc bố trí các lỗ trên tấm Perfobond và cốt thép xuyên qua cần được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả chịu lực. Quá trình thi công cần tuân thủ nghiêm ngặt các quy định kỹ thuật để đảm bảo chất lượng liên kết.

IV. Kết cấu liên hợp và ứng dụng

Kết cấu liên hợp thép - bê tông ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng. Sự kết hợp giữa thép và bê tông giúp tận dụng tối đa ưu điểm của cả hai vật liệu, tạo ra kết cấu có độ cứng và độ bền cao. Liên kết Perfobond đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự liên kết giữa thép và bê tông, tăng cường khả năng chịu lực của kết cấu.

4.1. Ưu điểm của kết cấu liên hợp

Kết cấu liên hợp có nhiều ưu điểm như độ cứng cao, khả năng chịu tải trọng lớn và thời gian thi công nhanh. Việc sử dụng liên kết Perfobond giúp tăng cường hiệu quả chịu lực, giảm thiểu nguy cơ phá hoại cục bộ.

4.2. Ứng dụng thực tế

Kết cấu liên hợp với liên kết Perfobond đã được ứng dụng trong nhiều công trình thực tế như cầu vượt, nhà cao tầng và các công trình công nghiệp. Kết quả cho thấy, kết cấu này có khả năng chịu tải trọng cao, độ bền tốt và dễ dàng trong thi công.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Kết cấu liên hợp thép - bê tông là một trong những giải pháp kỹ thuật quan trọng trong xây dựng hiện đại, tận dụng tối đa ưu điểm của hai vật liệu thép và bê tông. Theo báo cáo của ngành, các công trình sử dụng kết cấu liên hợp đã tăng trưởng mạnh mẽ trong những năm gần đây, đặc biệt với các dạng dầm liên hợp tiết diện T ngược, giúp nâng cao khả năng chịu lực và tiết kiệm vật liệu. Tuy nhiên, việc truyền lực giữa thép và bê tông qua liên kết kháng cắt vẫn là thách thức lớn, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả làm việc của kết cấu.

Luận văn tập trung nghiên cứu cơ chế truyền lực và khả năng kháng cắt của liên kết perfobond dạng mở trong dầm liên hợp tiết diện T ngược. Mục tiêu chính là khảo sát thực nghiệm khả năng kháng cắt của liên kết perfobond thông qua thí nghiệm nén - đẩy đơn Single Push Out Test (SPOT), đồng thời xây dựng mô hình 3D phân tích ứng xử liên kết bằng phần mềm ANSYS. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi các mẫu thí nghiệm với bê tông có cường độ từ 33,7 MPa đến 41 MPa, chiều cao bản bê tông 90 mm và 120 mm, cùng các biến số như hàm lượng cốt thép trong chốt bê tông và chiều dày liên kết.

Ý nghĩa của đề tài nằm ở việc cung cấp dữ liệu thực nghiệm và mô hình mô phỏng chi tiết về liên kết perfobond trong dầm T ngược, góp phần hoàn thiện cơ sở thiết kế kết cấu liên hợp tại Việt Nam. Kết quả nghiên cứu hỗ trợ nâng cao độ chính xác trong dự đoán khả năng chịu lực và độ bền của liên kết, từ đó thúc đẩy ứng dụng rộng rãi trong các công trình dân dụng và công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Lý thuyết kết cấu liên hợp thép - bê tông: Thép chịu kéo, bê tông chịu nén, sự phối hợp làm việc giữa hai vật liệu qua liên kết kháng cắt nhằm hạn chế trượt tương đối và tăng độ cứng hình học của tiết diện.

• Mô hình ứng xử liên kết kháng cắt perfobond: Perfobond là tấm thép có khoét lỗ, khi đổ bê tông sẽ tạo thành các chốt bê tông xuyên qua lỗ, chịu lực cắt và truyền lực giữa thép và bê tông. Liên kết perfobond dạng mở được ưu tiên do dễ thi công và khả năng kháng cắt cao.

• Cơ chế truyền lực và mô hình phá hoại: Theo Kraus và Wurzer, lực nén tác động lên bản bê tông gây ra phản lực lên chốt bê tông, tạo ra các vùng ứng suất nén và kéo. Dạng phá hoại phổ biến là phá hoại bê tông quanh chốt hoặc chốt bê tông bị tách do lực kéo.

• Mô hình dự đoán khả năng kháng cắt: Các công thức thực nghiệm được tổng hợp từ nhiều nghiên cứu, trong đó công thức của Oguejiofor và Hosain, Verissimo và cộng sự, cũng như Tuệ và Vinh được sử dụng để so sánh và hiệu chỉnh dựa trên kết quả thực nghiệm.

Các khái niệm chính bao gồm: liên kết kháng cắt, perfobond, chốt bê tông, biến dạng trượt, khả năng kháng cắt, mô hình phần tử hữu hạn.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa khảo sát thực nghiệm và mô phỏng số:

• Nguồn dữ liệu: 15 mẫu thí nghiệm chia thành 5 nhóm với các biến số gồm chiều cao bản bê tông (90 mm, 120 mm), cường độ bê tông (33,7 MPa và 41 MPa), hàm lượng cốt thép trong chốt bê tông (1 thanh Ø12 hoặc 2 thanh Ø12), và chiều dày tấm perfobond (8 mm hoặc 12 mm).

• Phương pháp phân tích: Thí nghiệm nén - đẩy đơn Single Push Out Test (SPOT) được thực hiện tại phòng thí nghiệm LAS 516, Công ty Hoàng Vinh. Thiết bị đo lực và biến dạng được lắp đặt chính xác để thu thập dữ liệu lực cắt và biến dạng trượt. Mô hình 3D phần tử hữu hạn được xây dựng trên phần mềm ANSYS, sử dụng phần tử SOLID45 cho thép và SOLID65 cho bê tông, mô hình vật liệu đàn dẻo - tái bền theo tiêu chuẩn Model Code 1990.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu bắt đầu từ tháng 6 năm 2013, hoàn thành thí nghiệm và mô phỏng trong vòng 6 tháng, kết thúc vào tháng 12 năm 2013.

• Lý do lựa chọn phương pháp: Thí nghiệm SPOT phù hợp với dầm tiết diện T ngược không đối xứng, phản ánh chính xác sự làm việc của liên kết perfobond trong thực tế. Mô phỏng phần tử hữu hạn giúp phân tích chi tiết ứng suất, biến dạng và cơ chế phá hoại, hỗ trợ hiệu chỉnh công thức dự đoán.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Khả năng kháng cắt của liên kết perfobond: Nhóm mẫu S5 với bê tông cường độ 41 MPa, chiều dày perfobond 12 mm và 2 thanh cốt thép Ø12 đạt khả năng kháng cắt trung bình 372,9 kN, cao hơn khoảng 100 kN so với nhóm S1 (bê tông 33,7 MPa, 8 mm, 2 thanh cốt thép) với 186,1 kN. Điều này cho thấy cường độ bê tông và chiều dày liên kết ảnh hưởng rõ rệt đến khả năng chịu lực.

2. Ảnh hưởng hàm lượng cốt thép trong chốt bê tông: So sánh nhóm S1 (2 thanh Ø12) và S2 (1 thanh Ø12) cho thấy khả năng kháng cắt giảm khoảng 3,4% khi giảm số lượng cốt thép, đồng thời biến dạng trượt giảm từ 10,7 mm xuống 6,2 mm, cho thấy cốt thép tăng khả năng chịu lực và độ dai của liên kết.

3. Ảnh hưởng chiều cao bản bê tông: Nhóm S3 (bản bê tông 120 mm) có khả năng kháng cắt trung bình 243,3 kN, tăng 31% so với nhóm S1 (90 mm, 186,1 kN), chứng tỏ chiều cao bản bê tông là tham số quan trọng nâng cao khả năng kháng cắt.

4. Mô phỏng phần tử hữu hạn: Kết quả mô phỏng tương đồng với thực nghiệm, sai số lực tới hạn dưới 5%, biến dạng trượt cũng được dự đoán chính xác. Mô hình cho thấy ứng suất tập trung tại vùng chốt bê tông và phân bố ứng suất trong tấm perfobond phù hợp với cơ chế truyền lực lý thuyết.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân các tham số ảnh hưởng đến khả năng kháng cắt được giải thích bởi cơ chế truyền lực: cốt thép trong chốt bê tông tăng cường độ chịu kéo, chiều dày tấm perfobond và chiều cao bản bê tông mở rộng diện tích chịu lực, tăng khả năng truyền lực và giảm ứng suất tập trung. So với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng tăng khả năng kháng cắt khi tăng cường độ bê tông và cốt thép, đồng thời mô hình SPOT được đánh giá phản ánh chính xác hơn so với thí nghiệm POT truyền thống.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ lực - biến dạng trượt, bảng tổng hợp khả năng kháng cắt theo nhóm mẫu, và hình ảnh mô phỏng phân bố ứng suất để minh họa rõ ràng sự khác biệt giữa các tham số.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường hàm lượng cốt thép trong chốt bê tông: Khuyến nghị sử dụng ít nhất 2 thanh cốt thép Ø12 trong chốt bê tông để nâng cao khả năng kháng cắt và độ dai của liên kết perfobond. Thời gian áp dụng: ngay trong thiết kế và thi công.

2. Tối ưu chiều cao bản bê tông: Đề xuất tăng chiều cao bản bê tông lên tối thiểu 120 mm để cải thiện khả năng chịu lực và phân bố ứng suất hiệu quả. Chủ thể thực hiện: kỹ sư thiết kế kết cấu, nhà thầu thi công.

3. Sử dụng tấm perfobond có chiều dày phù hợp: Ưu tiên tấm perfobond dày 12 mm cho các công trình chịu tải trọng lớn nhằm đảm bảo độ bền và độ ổn định của liên kết. Thời gian áp dụng: trong giai đoạn lựa chọn vật liệu.

4. Áp dụng mô hình SPOT trong kiểm định liên kết: Khuyến khích sử dụng thí nghiệm SPOT để đánh giá khả năng kháng cắt của liên kết perfobond trong các nghiên cứu và kiểm định thực tế, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian so với thí nghiệm POT truyền thống.

5. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo cho kỹ sư và công nhân về kỹ thuật thi công và kiểm tra liên kết perfobond, đảm bảo chất lượng và hiệu quả công trình.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế kết cấu: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm và mô hình dự đoán khả năng kháng cắt, hỗ trợ thiết kế liên kết perfobond chính xác, tiết kiệm vật liệu và đảm bảo an toàn.

2. Nhà thầu thi công xây dựng: Hiểu rõ cơ chế làm việc và các yếu tố ảnh hưởng đến liên kết perfobond giúp tối ưu quy trình thi công, kiểm soát chất lượng và giảm thiểu rủi ro hư hỏng.

3. Giảng viên và sinh viên ngành xây dựng: Tài liệu tham khảo quý giá cho việc giảng dạy và nghiên cứu chuyên sâu về kết cấu liên hợp và liên kết kháng cắt, đặc biệt là phương pháp thí nghiệm SPOT.

4. Chuyên gia kiểm định và tư vấn kỹ thuật: Cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá, kiểm định chất lượng liên kết perfobond trong các công trình hiện hữu hoặc dự án mới, từ đó đưa ra khuyến nghị phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Liên kết perfobond là gì và ưu điểm so với các loại liên kết khác?
   Liên kết perfobond là tấm thép có khoét lỗ, khi đổ bê tông tạo thành các chốt bê tông chịu lực cắt. Ưu điểm gồm khả năng kháng cắt cao, độ dai tốt, dễ thi công và tiết kiệm vật liệu so với liên kết đinh tán hay đỉnh mũ.

2. Phương pháp thí nghiệm SPOT có điểm gì khác biệt so với POT?
   SPOT sử dụng một bản bê tông đơn, phản ánh chính xác sự làm việc của dầm tiết diện T ngược không đối xứng, trong khi POT dùng hai bản bê tông đối xứng, phù hợp với dầm tiết diện I hoặc H. SPOT cho kết quả khả năng kháng cắt của từng chốt chính xác hơn.

3. Các yếu tố nào ảnh hưởng lớn nhất đến khả năng kháng cắt của liên kết perfobond?
   Bao gồm cường độ bê tông, chiều cao bản bê tông, chiều dày tấm perfobond và hàm lượng cốt thép trong chốt bê tông. Tăng các yếu tố này giúp nâng cao khả năng chịu lực và độ bền của liên kết.

4. Mô hình phần tử hữu hạn giúp gì trong nghiên cứu này?
   Mô hình giúp phân tích chi tiết ứng suất, biến dạng và cơ chế phá hoại của liên kết, so sánh với kết quả thực nghiệm để hiệu chỉnh công thức dự đoán, từ đó nâng cao độ chính xác trong thiết kế.

5. Liên kết perfobond có thể ứng dụng trong những công trình nào?
   Phù hợp với các công trình dân dụng và công nghiệp sử dụng kết cấu liên hợp thép - bê tông, đặc biệt các dầm có tiết diện T ngược, cầu vượt, nhà cao tầng và các công trình yêu cầu khả năng chịu lực cao và thi công nhanh.

Kết luận

• Đã khảo sát thực nghiệm và mô phỏng thành công ứng xử của liên kết perfobond dạng mở trong dầm liên hợp tiết diện T ngược bằng thí nghiệm SPOT và phần tử hữu hạn ANSYS.
• Các tham số như cường độ bê tông, chiều cao bản bê tông, hàm lượng cốt thép và chiều dày tấm perfobond ảnh hưởng rõ rệt đến khả năng kháng cắt và biến dạng trượt của liên kết.
• Mô hình SPOT phản ánh chính xác hơn sự làm việc thực tế của liên kết perfobond so với phương pháp POT truyền thống.
• Đã đề xuất công thức tính khả năng kháng cắt phù hợp với điều kiện thực nghiệm tại Việt Nam, hỗ trợ thiết kế và thi công kết cấu liên hợp.
• Khuyến nghị áp dụng kết quả nghiên cứu trong thiết kế, thi công và kiểm định các công trình sử dụng liên kết perfobond, đồng thời phát triển thêm các nghiên cứu mở rộng về ứng dụng và vật liệu mới.

Tiếp theo, cần triển khai các nghiên cứu mở rộng về ảnh hưởng tải trọng động và tuổi thọ liên kết, đồng thời tổ chức đào tạo chuyển giao công nghệ cho các đơn vị thi công và thiết kế. Để biết thêm chi tiết và nhận tư vấn chuyên sâu, quý độc giả vui lòng liên hệ với nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 Giới thiệu 1.1 Giới thiệu kết cấu liên hợp thép - bê tông Thép và bê tông là hai vật liệu có đặc tính khác nhau, trong đó bê tông làm việc hiệu quả khi chịu nén và thép ngược lại khi chịu kéo. Kết cấu thép có độ mảnh cao và dé mất ổn định, trong khi bê tông lại có độ cứng hình học lớn và giảm thiểu nguy cơ mất ổn định của kết cấu. Hơn nữa bê tông còn có kha năng chong ăn mòn và chịu được nhiệt độ cao. Việc kết hợp giữa thép và bê tông cốt thép tạo thành một kết cấu liên hợp sẽ dẫn đến tận dụng tối đa khả năng làm việc của mỗi loại vật liệu thành phần.

NETHERCOT và JOHNSON [13] đã chỉ ra rằng kết cấu liên hợp có độ cứng va độ dai cao hơn so với kết cấu thép hoặc bê tông truyền thống. Diều này thuận lợi trong việc thiết kế các công trình có kiến trúc phức tạp. Ngoài ra kết cấu liên hợp có thời gian thi công nhanh do phần lớn công tác chế tạo được làm trong nhà xưởng dẫn đến tiết kiệm về mặt kinh tế. Trong thực tế xây dựng đã có nhiều công trình sử dụng kết cấu liên hợp chang hạn như tòa nhà 35 tang Major Bank ở Dallas, tòa nhà Atlantic Centre Project ở Atlanta, cầu vượt sông Lech ở Schongau - Đức, cầu vượt đường cao tốc ở phía đông cảng Darling - Sydney (Hình 1.

Và khi nghiên cứu này đang được thực hiện thì các cầu vượt ngã tư hàng xanh, cầu vượt Lăng Cha cả và gần đây 1 nhất là cầu vượt ngã tư Cây Gõ ở Tp HCM đã được khánh thành và đưa vào sử dụng (Hình 1.1: Cầu vượt sông Lech ở Schongau-Đức (trái) và Cầu vượt đường cao tốc, phía đông cảng Darling-Sydney (phải) | x Trong kết cấu liên hợp liên kết cắt (shear connector) đóng vai trong quan trọng trong việc truyền lực từ thép sang bê tông và ngược lại.3 minh hoạ liên kết kháng cắt được ứng dụng cho các dầm liên hợp với thép hinh tiết diện I va hộp. Trong thực tế xây dựng liên kết đỉnh mũ (headed stud) đã được ứng dụng đầu tiên vào những thập niên 1950, sau đó đã có nhiều dạng liên kết kháng cắt đã được phát triển với cấu tạo hình dáng, kích thước khác nhau trong đó dạng liên kết perfobond được giới thiệu bởi LEONHARDT [14] có ưu điểm vượt trội hơn so với dạng chốt về khả năng kháng cắt, độ dai và biện pháp thi công.2 Động lực cho nghiên cứu Kết cấu dam liên hợp thông thường được làm từ dầm thép định hình tiết diện I và bản bê tông được gắn vào cánh trên của dầm. Gần đây kiểu dầm liên hợp với tiết diện T ngược đã được giới thiệu bởi công ty SSF ENGINEER [5] của Đức và một loạt các nghiên cứu liên quan đến dầm liên hợp có tiết diện T ngược với bản bê tông cường độ siêu cao đã được thực hiện bởi TUE VÀ VINH [3]. Cùng thực hiện song song với nghiên cứu này trong cùng một dự án, PHƯƠNG [15] đã khảo sát ứng xử cơ học của dầm liên hợp tiết diện T ngược với liên kết kháng cắt dạng perfobond.

Do đó, để có thể ứng dụng liên kết perfobond trong dầm T ngược, cần phải có thêm các khảo sát để hiểu rõ hơn ứng xử và đánh giá khả năng chịu lực của liên kết. Các khảo sát thực nghiệm sẽ được thực hiện với mô hình nén - đẩy đơn (Single Push Out Test-SPOT).3 Mục tiêu và giới hạn của đề tài 1.1 Mục tiêu của đề tài e Dánh giá ứng xử tổng thể liên kết kháng cắt perfobond trong dầm liên hợp tiết điện T ngược khi sử dụng thí nghiệm nén - day đơn Single Push - Out Test (SPOT). e Cơ chế truyền lực của liên kết, dang phá hoại của liên kết. e Mô phỏng phần tử hữu hạn và so sánh với kết quả thực nghiệm.2 Giới han của đề tài Dạng liên kết được khảo sát là liên kết perfobond có tiết diện hở dang 2.

Thực nghiệm giới hạn ở việc khảo sát các tham số hàm lượng cốt thép trong chốt bê tông, chiều cao bản bê tông, cường độ bê tông và chiều dày liên kết.4 Ý nghĩa của dé tài Với những kết quả thí nghiệm đạt được sẽ bổ sung những dữ liệu về ứng xử của dạng liên kết perfobond. Bên cạnh đó tìm hiểu thêm dạng thí nghiệm mới là thí nghiệm SPOT, nhằm đưa việc khảo sát những mẫu có kích thước nhỏ phan ánh gần đúng với mẫu có kích thước lớn. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN NHƯ SAU: e Chương l1: Trình bày về kết cấu liên hợp và động lực thực hiện đề tài. Chương 2: Giới thiệu các liên kết kháng cắt dùng trong kết cấu liên hợp, đặc biệt nhấn mạnh đến liên kết perfobond.

Chương 3: Khảo sát thực nghiệm ứng xử của liên kết perfobond trong dầm liên hợp có tiết diện T ngược. Chương 4: Mô phỏng số phân tích ứng xử liên kết kháng cắt perfobond bằng phần mềm ANSYS. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của đề tài. Chương 2 Tổng quan 2.1 Giới thiệu Dưới tác dụng của tải trọng uốn lên đầm liên hợp các thớ của hai phần vật liệu bê tông và thép bị trượt lên nhau và gây ra ứng suất cắt dọc trục như minh hoạ ở Hình 2.

Liên kết kháng cắt được sử dụng để hạn chế biến dạng trượt giữa hai thành phần và tăng độ cứng hình học của tiết diện. Biểu đồ biến dạng của dầm khi chịu tải trọng Trong vài thập niên trở lại đây, đã có nhiều dạng liên kết đã được các kỹ sư và các nhà khoa học nghiên cứu phát triển, một số phương pháp thí nghiệm đánh giá khả năng làm việc của chốt cũng đã được đưa vào tiêu chuẩn sử dụng một cách rộng rãi. Nội dung trong chương này sẽ tóm tắt các vấn đề liên quan tới liên kết kháng cắt perfobond mà sẽ được khảo sát trong đề tài này.2 Dam liên hợp bê tông thép 2.1 Cấu tạo của dam liên hợp 2.1 Cách thiết kế truyền thống Cấu tạo dầm liên hợp gồm có dầm thép được làm từ thép định hình hay thép tổ hợp hàn có tiết diện I, H liên kết với bản bê tông bằng liên kết kháng cắt. Bản bê tông cốt thép được đặt trên bản cánh đầm thép có khả năng chịu ứng suất nén và dầm thép thì chịu ứng suất kéo, trong một số trường hợp để tránh cho dầm thép bị ăn mòn và rỉ sét có thể bọc bê tông xung quanh dầm.

Việc tính toán, thiết kế cho dầm liên hợp có thé phân làm hai loại là dam đơn giản và dam liên tục. Trong dầm liên hợp thường dùng các dạng liên kết kháng cắt như là liên kết đỉnh mũ (headed stud), liên kết dạng khối có tiết diện T, C hay liên kết perfobond.2 minh hoạ cau tạo dam liên hợp truyền thống. | Bản bê tông | Cết thép Liên kết perfobond Bản cánh dâm thép I hay H Dâm thép I hay H HÌNH 2.2: Cau tao đầm liên hợp truyền thống tiết diện I, H 2.2 Tiết diện dam chữ T ngược Dầm liên hợp không chỉ được ứng dụng cho tiết diện I, H mà còn dùng cho tiết diện T ngược (Hình 2. Diểm chú ý của dầm T ngược khả năng chịu được tải trọng cao, tiết kiệm về mặt kinh tế, có cấu tạo hình dáng đa dạng khi được kết hợp với bê tông thể hiện trong Hình 2.

| Hắn bề tong | Cết thép Liên kết perfobond Bản bụng dâm thép T ngược HÌNH 2.3: Cau tạo dam liên hợp truyền thống tiết điện T ngược L ì - HÌNH 2.4: Các dạng dam liên hợp tiết diện T ngược được đặt trong bê tông [3] 2.3 Ứng xử chung của dầm liên hợp Trong dầm liên hợp luôn tồn tại sự trượt tương đối giữa dầm thép và bản bê tông. Sự trượt tương đối này phụ thuộc vào mức độ tải trọng tác dụng: e Khi tải trọng nhỏ, dim thép va bản bê tông làm việc đàn hồi. Ứng suất và biến dạng của kết câu là tuyến tính có liên kết giữa thép và bê tông chịu ứng suất cắt bé, không có sự trượt giữa dầm thép và bản bê tông. e Tải trọng tiếp tục tăng, ứng suất cắt tăng làm tăng biến dạng của liên kết dẫn đến làm tăng biến dạng tổng thể của dầm, sự trượt giữa dầm thép và bản bê tông là bé.

e Và khi tiếp tục tăng tải đầm thép đạt đến giới hạn chảy, khối ứng suất dẻo sẽ phát triển trên toàn bộ tiết diện dầm thép, sự trượt giữa dầm thép và bản bê tông lớn gây ra ứng suất lớn làm bề mặt bản bê tông bị phá hoại. Vì vậy vai trò của liên kết kháng cắt được thể hiện rõ trong kết cấu dầm liên hợp chẳng hạn như ngoài việc hạn chế sự trượt còn làm tăng khả năng chịu lực cho kết cấu được thể hiện chi tiết trong mục tiếp theo 2.3 Liên kết kháng cắt trong kết câu dam liên hợp Trong dầm liên hợp khi có liên kết kháng cắt dầm thép và bản bê tông làm việc đồng thời. Hiệu quả kháng trượt của liên kết phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: số lượng và vi trí của liên kết được bố trí, khả năng chịu lực của một liên kết cũng như ứng xử iực-trượt tương đối của loại liên kết. Khi dầm làm việc ở giai đoạn đàn hồi thì sự phân bố lực cắt dọc tại mặt tiếp xúc là tuyến tính.

Lực cắt phân bố đều lên các liên kết trong suốt nhịp làm việc của dầm. Khi vật liệu làm việc trong giai đoạn chảy dẻo, thì các liên kết kháng cắt ở phía đầu dầm sẽ chịu lực cắt lớn hơn so với các vùng khác và bị phá huỷ trước.5thể hiện sự phân bố lực cắt dọc tác dụng lên liên kết kháng cắt trong giai đoạn đàn hồi và trong giai đoạn dẻo. Trong dầm liên hợp kiên kết kháng cắt được đặt tại vị trí tiếp xúc giữa dầm thép va bản bê tông, với dam liên hợp truyền thống có tiết diện I hay H thì liên kết được hàn vào bản cánh trên của dầm. Liên kết có thể bố trí liên tục hay gián đoạn trên suốt chiều dài của dầm.

Với liên kết kháng cắt đỉnh mũ (headed stud) thường dùng cho đầm có tiết diện I hay H, tuy nhiên liên kết perfobond có nhiều thuận lợi khi dùng dầm có tiết diện T, bởi liên kết perfobond có thể 8 yay q ^ q Zg.⁄“^¬~^~^“^¬~¬~¬ a-aaa ¬>>>>>x¬ Connector A | Connector ‘ force (KN) force (KN) 120 + i 120 + Pas 7 ng | 80 TP “IỀ, 7 tê SieS &.