chương 1 là trình bày tổng quan về các giải pháp dầm liên hợp thép bê tông có chiều cao nhỏ cũng như giải pháp liên kết chịu trượt dọc trong dầm liên hợp. Các kết quả nghiên cứu nổi bật trên thế giới và ở Việt Nam về vấn đề này sẽ được trình bày. Nghiên cứu sự làm việc của dầm liên hợp thép bê tông NDBeam Nội dung chính của chương 2 là nghiên cứu lý thuyết sự làm việc của dầm liên hợp thép bê tông nói chung, đặc biệt là dầm liên hợp có chiều cao nhỏ NDBeam. Thiết lập các công thức xác định các đặc trưng hình học của tiết diện dầm liên hợp có chiều cao nhỏ, xác định sức kháng mômen bền dẻo dương, sức kháng cắt đứng, sức kháng trượt dọc, độ cứng.
Đánh giá ứng xử của chốt bê tông CD-iZ chịu trượt dọc Nội dung chương 3 là đánh giá sự làm việc của chốt bê tông chịu trượt; xác định các tham số ảnh hưởng đến sự làm việc của chốt như: kích thước lỗ mở, chiều dày bụng dầm và sự làm việc đồng thời của các chốt thông qua việc thực hiện các thí nghiệm đẩy (push-out). Tiến hành các thí nghiệm khảo sát nhằm đánh giá các tham số thành phần tham gia vào sức kháng trượt dọc của chốt bê tông. Phân tích, tổng hợp và đánh giá các kết quả thí nghiệm đẩy của chốt bê tông. Qua đó xây dựng được công thức xác định sức kháng trượt dọc của chốt bê tông trong dầm liên NDBeam.
Xây dựng chương trình thiết kế dầm liên hợp NDBeam. Nội dung chính của chương 4 giới thiệu quy trình thiết kế dầm liên hợp NDBeam trên cơ sở nghiên cứu lí thuyết sự làm việc của dầm ở chương 2 và đánh giá ứng xử của chốt bê tông ở chương 3. Quy trình thiết kế dầm được kiểm chứng bằng việc so sánh kết quả tính toán từ quy trình đề xuất với kết quả tính toán từ phần mềm mô phỏng Abaqus. Bên cạnh đó xây dựng một phần mềm dùng để tính toán dầm liên hợp NDBeam.
Kết luận: Các kết quả nghiên cứu chính đã đạt được và hướng phát triển tiếp theo của luận án. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU DẦM LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG CÓ CHIỀU CAO NHỎ 1. Dầm liên hợp thép bê tông có chiều cao tiết diện nhỏ Lịch sử hình thành dầm thép nằm trong bê tông xuất phát từ việc chống cháy cho sàn trong các tòa nhà thương mại và công nghiệp từ những thập niên cuối thế kỷ thứ XIX. Các thanh giằng hoặc dầm bằng thép được nằm chìm trong bê tông tạo nên kết cấu bê tông cốt thép dạng sơ khai (Hình 1.
Dạng kết cấu này được dùng trong các nhà máy kéo sợi bông ở vùng Lancashire (Vương quốc Anh) thay thế cho dạng kết cấu gạch cuốn vòm do đáp ứng được yêu cầu về không gian sử dụng cũng như chịu tải trọng rất lớn của kiện bông, thiết bị [29]. Ý tưởng của dầm thép nằm chìm trong bản sàn bê tông [29] Ban đầu, các loại dầm thép kể trên được thiết kế riêng rẽ và không có sự làm việc tương tác với bản sàn bê tông đúc sẵn. Qua các nghiên cứu lý thuyết cũng như thí nghiệm, người ta nhận thấy dầm “liên hợp” có sức kháng mô men gấp đôi và độ cứng chống uốn gấp ba lần so với dầm thép thường [9]. Như vậy, bê tông đổ tại chỗ ở vị trí nối các tấm sàn đúc sẵn và tại chỗ có bố trí chốt có mũ chịu cắt đã tăng được sức kháng trượt dọc trong dầm.
Khi sử dụng bê tông toàn khối đổ tại chỗ thay thế cho tấm sàn đúc sẵn, sức kháng trượt dọc trong dầm liên hợp được thể hiện bằng lực ma sát tại bề mặt tiếp xúc giữa dầm thép và sàn bê tông. Mức độ liên kết trong loại dầm liên hợp này được tăng đáng kể khi kể đến sức kháng cắt của phần bê tông đi qua các lỗ mở trên bản bụng của dầm thép, đặc biệt khi có bố trí cốt thép nằm ngang qua lỗ mở tại phần bê tông này. 8 Cấu tạo ban đầu của dầm liên hợp có chiều cao tiết diện nhỏ (còn gọi là dầm SlimFlor – SF) bao gồm một dầm thép có tiết diện chữ I không đối xứng liên kết với sàn bê tông rỗng đúc sẵn , hoặc tấm tôn định hình có sóng cao , hoặc tấm bê tông phẳng đúc sẵn và lớp bê tông bù đổ tại chỗ (Hình 1. Một số giải pháp dầm sàn có chiều cao nhỏ [43] Kể từ năm 1990, nhiều sáng tạo về cấu tạo của dầm liên hợp thép bê tông có chiều cao tiết diện nhỏ đã được đề xuất, theo đó dầm thép có tiết diện chữ I truyền thống đã được thay thế bởi một số dạng dầm thép khác nhau.
Tiêu biểu có thể kể đến như: Slimflor (SF), Beams Slimflor không đối xứng (ASB), Composite Slim Floor Beams (CoSFB) được đề xuất bởi ArcelorMittal, DELTABEAM được phát triển bởi Peikko Group, Ultra Shallow Dầm sàn (USFB) được trình bày bởi Westok và một số dầm liên hợp với phần tiết diện dầm thép khác nhau ví dụ: iTECH, TEC, TT, NW và RH. Nhìn chung, các dạng dầm đề xuất đều có một phần tiết diện dầm thép được đặt chìm trong tấm sàn bê tông qua đó giảm chiều cao tổng thể của hệ dầm sàn, tăng khả năng chống cháy cho tiết diện và sử dụng các chốt bê tông đi qua các lỗ mở trên bản bụng thay các chốt hàn có mũ để tăng mức độ liên kết chịu trượt dọc. Cấu tạo tiết diện, phạm vi áp dụng của dầm liên hợp SF, ASB, CoSFB, DELTABEAM, USFB được trình bày trong Bảng 1. Đặc điểm của các loại dầm thép SF, ASBs, USFB, DELTABEAM Loại dầm thép Đặc điểm Dầm có chiều cao nhỏ Được phát triển bởi Tập đoàn ArcelorMittal (mua lại (Slimflor-SF) [9], [28], Công ty Corus) từ cuối năm 1991 với mục đích giảm [52] xem Hình 1.3- chiều cao hệ dầm sàn.
Một bản thép rộng hơn cánh dầm 200 mm được hàn với cánh dùng làm gối đỡ sàn rỗng đúc sẵn hoặc tấm tôn định hình sóng cao. Nhịp dầm từ 5 đến 10m, có chiều cao từ 280 đến 320 mm. Dầm có chiều cao nhỏ Được phát triển bởi Tập đoàn ArcelorMittal. Dầm là một trục đối xứng loại dầm cán nóng đối xứng một trục, bề rộng cánh trên (Asymmetric Slimflor nhỏ hơn bề rộng cánh dưới và có chiều dày bản cánh beams - ASBs) [9], [28], [52] xem Hình 1.3- lớn để tăng được độ cứng chống xoắn.
Bề mặt cánh trên của dầm được tạo các đường gân nổi để tăng sức mức độ liên kết trong dầm liên hợp. Nhịp dầm từ 6 đến 7.5 m, có chiều cao từ 310 đến 340 mm. Dầm có chiều cao rất nhỏ Được phát triển bởi Công ty Westok. Dầm được phát (Ultra-shallow Floor triển trên ý tưởng dầm ASBs kết hợp với các lỗ mở tròn Beam - USFB) [9], [28] dọc theo bụng.
Dầm có tiết diện chữ I đối xứng một xem Hình 1.3- trục, được chế tạo bằng cách hàn 2 phần thép hình chữ T được cắt từ hai loại tiết diện chữ I khác nhau. Do cách tổ hợp nên dầm có trọng lượng giảm nhưng sức kháng mô men và cắt tăng. Sức kháng trượt dọc phụ thuộc vào số lượng chốt bê tông đi qua lỗ mở. Dầm Delta Dầm có dạng tiết diện hình thang rỗng với các lỗ mở (DELTABEAM) [9], [50] tròn ở hai bên bụng dọc theo chiều dài dầm được phát xem Hình 1.3- triển bởi Tập đoàn Peikko từ năm 1989.
Sức kháng trượt dọc trong dầm liên hợp được tạo ra bởi sự chịu lực của bê tông đi qua các lỗ mở. Dầm có chiều cao từ 200 đến 500 mm và có thể vượt nhịp đến 13. Một số tiết diện dầm thép áp dụng cho dầm liên hợp có chiều cao nhỏ Một dạng dầm liên hợp Slimflor-SF có sử dụng loại dầm thép có đặc điểm tương tự như các loại dầm ở Hình 1.1 đã được phát triển tại Hàn Quốc vào năm 2002 và được gọi tên là dầm iTECH (Hình 1. Mức độ liên kết của dầm liên hợp phụ thuộc vào ma sát tại bề mặt tiếp xúc mà không cần bố trí chốt có mũ chịu cắt, thêm vào đó phần bê tông đi qua các lỗ mở ở bản bụng có đóng vai trò làm tăng mức độ liên kết.
Dầm iTECH có thể vượt nhịp từ 7.5 đến 15 m với chiều cao từ 300 mm [9]. Ju và cộng sự [40] đã thực hiện thí nghiệm 3 mẫu dầm nhịp 5 m với sơ đồ uốn 4 điểm gồm: 01 dầm liên hợp iTECH, 01 dầm thép iTECH và 01 dầm liên hợp SF để đánh giá sự làm việc, sức kháng cắt đứng, sức kháng mô men, mức độ liên kết cũng như sự phá hoại của mẫu. Qua kết quả thí nghiệm, nhóm tác giả đã kết luận sức kháng mô men của dầm liên hợp iTECH phù hợp với tính toán lý thuyết, mẫu bị phá hoại do bê tông bị vỡ, liên kết giữa bản sàn bê tông và dầm thép được giữ nguyên, không có phá hoại cục bộ do vậy phù hợp với sự làm việc của dầm liên hợp truyền thống. Kim cho rằng trong dầm liên hợp truyền thống, cánh trên của dầm thép có ảnh hưởng không nhiều khi chịu mô men dương và khi sử dụng dầm thép có tiết diện chữ T ngược thì có thể giảm được tối thiểu một nửa chiều dày sàn (Hình 1.
Trong nghiên cứu [39], để kiểm tra sự làm việc của loại dầm liên hợp này, năm mẫu dầm đã được thí nghiệm trong đó ba mẫu dầm kiểm tra chịu mô men uốn, hai mẫu dầm chịu cắt. Kết quả thí nghiệm trong [38] cho thấy dạng phá hoại của dầm liên hợp TEC có mức độ liên kết tốt, sức kháng trượt dọc, kháng cắt và mô men phù hợp với giá trị tính toán theo tiêu chuẩn thiết kế. Tác giả và nhóm cộng sự đã thực hiện thí nghiệm uốn dầm liên hợp TEC và dầm thép với nhịp 5m và sơ đồ uốn 4 điểm để đánh giá khả năng chịu uốn của dầm trong giai đoạn thi công và giai đoạn liên hợp. Đối chiếu kết quả tính toán lý thuyết của dầm liên hợp TEC với các kết quả được trình bày trong [37], các giá trị thí nghiệm đều lớn hơn giá trị thiết kế, dầm có mức độ liên kết hoàn toàn, chuyển vị của dầm đảm bảo.
Dầm TEC 12 Năm 2012, để đánh giá sự làm việc của dầm liên hợp USFB, B. Huo đã thực hiện thí nghiệm 3 mẫu dầm với tỷ lệ 1:1 trong đó 2 mẫu thí nghiệm theo sơ đồ uốn 4 điểm để đánh giá sức kháng mô men, 1 mẫu theo sơ đồ uốn 3 điểm để đánh giá sức kháng cắt đứng.