I. Giới thiệu về dầm liên hợp thép bê tông
Nghiên cứu về dầm liên hợp thép bê tông (LHT-BT) đã chỉ ra rằng nguyên tắc của sự liên hợp là sự kết hợp của hai hoặc nhiều loại vật liệu để tối ưu hóa khả năng làm việc. Bê tông, mặc dù có giá thành thấp, nhưng lại có cường độ chịu lực không cao và tính giòn. Ngược lại, thép có cường độ lớn và dẻo, nhưng giá thành cao. Việc kết hợp hai loại vật liệu này trong kết cấu sàn giúp tận dụng ưu điểm của cả hai. Kết cấu dầm LHT-BT truyền thống thường sử dụng dầm thép tiết diện chữ I kết hợp với bản sàn bê tông, mang lại khả năng chịu lực cao và giảm thời gian thi công. Tuy nhiên, chiều cao kết cấu dầm sàn lớn có thể làm tăng tải trọng ngang tác động lên công trình. Do đó, nghiên cứu phát triển dầm LHT-BT có chiều cao nhỏ đã được thực hiện nhằm giảm chiều cao tổng thể của hệ kết cấu.
1.1. Đặc điểm và ứng dụng của dầm LHT BT
Dầm LHT-BT có chiều cao nhỏ được phát triển từ cuối thế kỷ XX, đặc biệt tại các quốc gia Bắc Âu. Ưu điểm của loại dầm này bao gồm giảm chiều cao hệ kết cấu, tăng không gian sử dụng, và giảm chi phí điều hòa không khí. Các tiêu chuẩn thiết kế cho loại dầm này đã được công bố tại nhiều quốc gia, nhưng Việt Nam vẫn chưa có tiêu chuẩn riêng. Việc áp dụng tiêu chuẩn thiết kế từ nước ngoài cho các công trình trong nước là một thách thức lớn. Do đó, nghiên cứu này nhằm đề xuất một loại dầm mới, gọi là dầm liên hợp NDBeam, với tiết diện dầm thép dạng hộp rỗng, giúp giảm chiều cao và cải thiện khả năng chịu lực.
II. Mục đích và phạm vi nghiên cứu
Mục đích của nghiên cứu này là đề xuất một loại dầm liên hợp thép bê tông mới, gọi là dầm NDBeam, với tiết diện dầm thép dạng hộp rỗng. Dầm này được thiết kế để một phần tiết diện dầm thép chìm trong bản sàn bê tông, nhằm giảm chiều cao của hệ kết cấu. Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc đánh giá sự làm việc của dầm NDBeam khi không sử dụng chốt có mũ chịu cắt. Đối tượng nghiên cứu bao gồm dầm liên hợp NDBeam và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của nó. Phạm vi nghiên cứu sẽ giới hạn trong các dầm liên hợp đơn giản, dầm thép có tiết diện hình hộp rỗng, và chỉ chịu tải trọng tĩnh.
2.1. Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tiễn
Cơ sở khoa học của nghiên cứu này dựa trên lý thuyết kết cấu liên hợp thép bê tông theo tiêu chuẩn Châu Âu. Nghiên cứu sẽ phân tích khả năng chịu trượt dọc của chốt bê tông qua lỗ mở trên bản bụng dầm thép. Ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu là dầm NDBeam có thể được ứng dụng trong hệ dầm sàn cho các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp. Quy trình thiết kế dầm NDBeam được đề xuất có thể áp dụng trong thực tế thiết kế dầm liên hợp có chiều cao nhỏ, từ đó nâng cao hiệu quả và tính bền vững của các công trình xây dựng.
III. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu này sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để đánh giá sự làm việc của dầm NDBeam. Phương pháp lý thuyết sẽ nghiên cứu sự làm việc theo trạng thái giới hạn của dầm liên hợp thép bê tông, trong khi phương pháp thực nghiệm sẽ đánh giá ứng xử của chốt bê tông chịu trượt dọc thông qua thí nghiệm đẩy (push-out). Các tham số thành phần tham gia sức kháng trượt dọc của chốt bê tông cũng sẽ được khảo sát và đánh giá. Phương pháp số sẽ được áp dụng để xây dựng chương trình thiết kế dầm NDBeam, sử dụng ngôn ngữ lập trình VB+ và C# để phục vụ cho việc tính toán thiết kế.
3.1. Đánh giá ứng xử của chốt bê tông
Đánh giá ứng xử của chốt bê tông chịu trượt dọc là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Thí nghiệm đẩy sẽ được thực hiện để xác định các tham số ảnh hưởng đến sức kháng trượt dọc của chốt bê tông. Kết quả thí nghiệm sẽ được so sánh với các số liệu đã công bố trên các tạp chí quốc tế để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của nghiên cứu. Việc xây dựng công thức xác định sức kháng trượt dọc của chốt bê tông trong dầm NDBeam sẽ giúp cải thiện quy trình thiết kế và ứng dụng thực tế của loại dầm này.
IV. Những đóng góp mới của luận án
Luận án này đề xuất một loại dầm liên hợp mới, NDBeam, với các tính chất hình học đảm bảo yêu cầu tiết kiệm chiều cao kết cấu và tiết kiệm chốt thép chịu cắt. Nghiên cứu cung cấp bộ số liệu thực nghiệm xác định ảnh hưởng của kích thước lỗ mở, chiều dày bụng dầm và sự làm việc đồng thời của các chốt chịu cắt bằng bê tông tới khả năng chịu trượt của loại chốt này. Công thức xác định khả năng chịu trượt của chốt bê tông CD-iZ trong dầm NDBeam cũng được đề xuất. Quy trình thiết kế và phần mềm NDP thiết kế cho dầm NDBeam được xây dựng, với độ tin cậy được đánh giá bằng mô hình số PTTH sử dụng phần mềm ABAQUS.
4.1. Cấu trúc và nội dung luận án
Luận án được cấu trúc thành 4 chương và phần kết luận. Chương 1 trình bày tổng quan về các giải pháp dầm liên hợp thép bê tông có chiều cao nhỏ. Chương 2 nghiên cứu lý thuyết sự làm việc của dầm NDBeam. Chương 3 đánh giá ứng xử của chốt bê tông chịu trượt. Chương 4 giới thiệu quy trình thiết kế dầm NDBeam và xây dựng phần mềm tính toán. Kết luận sẽ tổng hợp các kết quả nghiên cứu chính và hướng phát triển tiếp theo của luận án.
