Tổng quan luận án

Kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép (BTCT) hoặc bê tông ứng suất trước căng sau dùng cáp không bám dính (BTUST) liên kết với cột ống thép nhồi bê tông (Concrete-Filled Steel Tube - CFT) là giải pháp kết cấu liên hợp được ứng dụng trong các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp. Dạng kết cấu này sở hữu các đặc điểm về kiến trúc như giảm chiều cao tầng, tăng không gian thông thủy và nâng cao tính thẩm mỹ; về thi công như đơn giản hóa ván khuôn khi ống thép đóng vai trò cốp-pha, đẩy nhanh tiến độ; đồng thời cung cấp độ dẻo và khả năng hấp thụ năng lượng cao.

Tuy nhiên, do sàn phẳng liên kết trực tiếp với cột mà không qua hệ dầm đỡ, kết cấu phải đối mặt với nguy cơ phá hoại chọc thủng mang đặc tính giòn và đột ngột tương tự nút sàn – cột BTCT truyền thống. Thêm vào đó, bề mặt trơn nhẵn của vỏ ống thép CFT làm suy giảm tính toàn khối và lực bám dính giữa sàn bê tông và cột thép, dẫn đến suy giảm độ cứng liên kết, giảm khả năng kháng chọc thủng và hiệu quả làm việc tổng thể.

Khoảng trống nghiên cứu chính được xác định bao gồm:

  • Các giải pháp truyền thống chủ yếu sử dụng chi tiết kháng cắt bằng thép hình (tiết diện chữ I, H, C, L, thép hộp) hoặc đinh hàn. Hệ thép hình tuy tăng khả năng chịu lực nhưng có độ cứng lớn, gây tập trung ứng suất tại vị trí liên kết, làm giòn hóa ứng xử cơ học, có cấu tạo cồng kềnh và gây khó khăn khi thi công sàn có chiều dày nhỏ.
  • Các nghiên cứu sử dụng chi tiết liên kết dạng thép bản mỏng nhằm mềm hóa liên kết và giảm ứng suất tập trung còn hạn chế; các đặc trưng kết cấu như tính toàn khối, độ cứng sau nứt, độ dẻo dai và khả năng hấp thụ năng lượng chưa được làm rõ đầy đủ.
  • Dữ liệu thực nghiệm về ứng xử chọc thủng của liên kết giữa sàn BTUST (căng sau không bám dính) và cột CFT dùng chi tiết thép bản còn thiếu hụt; sự khác biệt về ứng xử cơ học giữa sàn BTUST và sàn BTCT liên kết cột CFT chưa được phân tích tường minh.
  • Các mô hình và công thức tính toán hiện có hầu hết mang tính thuần thực nghiệm, xây dựng riêng cho thép hình và chưa thiết lập các điều khoản tính toán cho liên kết sàn BTUST – cột CFT dựa trên bản chất vật lý cơ học.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định gồm 3 nội dung:

  1. Phân tích thực nghiệm và làm rõ các đặc tính kết cấu như khả năng kháng chọc thủng, biến dạng, độ dẻo dai và khả năng hấp thụ năng lượng của liên kết sàn BTCT/BTUST – cột CFT sử dụng một số dạng chi tiết liên kết cải tiến dùng thép bản;
  2. Làm rõ sự khác biệt về đặc tính kết cấu giữa liên kết sàn BTCT – cột CFT với liên kết sàn BTUST – cột CFT;
  3. Đề xuất công thức bán thực nghiệm dự đoán khả năng kháng chọc thủng của liên kết sàn BTCT/BTUST – cột CFT dùng chi tiết liên kết dạng bản; đồng thời kiểm chứng và so sánh mức độ chính xác của công thức đề xuất với một vài công thức tương tự hiện có.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Chi tiết liên kết giữa sàn phẳng BTCT/BTUST và cột CFT.
  • Phạm vi không gian: Liên kết sàn phẳng với cột CFT tiết diện tròn tại vị trí cột giữa, nhịp tính toán của sàn thí nghiệm là $L = 2300\text{ mm}$.
  • Phạm vi vật liệu: Sàn BTUST sử dụng hệ cáp căng sau không bám dính; bê tông sàn và cột có cường độ chịu nén mẫu trụ trung bình $f'_c \approx 40\text{ MPa}$; chi tiết liên kết sử dụng thép tấm bản dày $8\text{ mm}$ (sườn đứng) và $16\text{ mm}$ (sườn ngang).
  • Phạm vi tải trọng: Nghiên cứu giới hạn ở trạng thái chịu tải trọng tĩnh thẳng đứng tác dụng từ trên xuống; không khảo sát tải trọng ngang kết hợp hoặc tải trọng lặp chu kỳ.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan các nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết về ứng xử chọc thủng của liên kết sàn – cột CFT được phân chia thành 4 nhóm chính:

  1. Nhóm nghiên cứu thực nghiệm sử dụng chi tiết thép hình:
  • Corley và Hawkins (1968) [7]: Thử nghiệm 21 mẫu sàn BTCT ($2100 \times 2100 \times 146\text{ mm}$) với cột vuông ($203\text{ mm}$ đến $254\text{ mm}$), sử dụng thép hình chữ C hoặc I hàn vuông góc, ghi nhận khả năng kháng chọc thủng tăng tới 57%.
  • Satoh và Shimazaki (1992) [8]: Đề xuất hộp thép tấm cao bằng chiều dày sàn liên kết bu-lông cường độ cao với 4 dầm thép chữ H; thiết lập điều kiện tương tác uốn - cắt - xoắn và công thức cộng tác dụng: $$V_0 = {}_sV + {}cV + {}{st}V$$ $$M_0 = {}_cM_m + {}_cM_s + {}_sM_s + {}_cM_t$$
  • Yamaghuchi và cộng sự (1997) [9]: Thử nghiệm 46 mẫu chia làm 3 nhóm điều kiện biên, sử dụng tấm thép liên kết cải tiến kết hợp đinh chống cắt; đề xuất mô hình giàn và công thức cộng tác dụng dựa trên tiêu chuẩn AIJ 1987: $$V_0 = V_c + V_s + V_{st}$$
  • Lee và cộng sự (2008) [10]: Thử nghiệm 6 mẫu liên kết cột vuông CFT ($400 \times 400\text{ mm}$) và 2 mẫu đối chứng; sử dụng thép hình chữ H hoặc T hàn vào vỏ cột kết hợp đinh chống cắt; đề xuất công thức tính theo ACI 318: $$V_c = \frac{1}{3}\sqrt{f'_c}b_0 d$$
  • Eder và cộng sự (2010) [12]: Chế tạo hệ 4 thanh thép chữ I (ghép từ thép C50 hoặc C60) kết hợp hệ dầm biên C150 và thép chữ U; thử nghiệm 2 mẫu kích thước lớn ($3270 \times 2900 \times 155\text{ mm}$), ghi nhận khả năng chịu chuyển vị lệch tầng đạt 6,8%.
  • Kim và cộng sự (2012) [1]: Thí nghiệm 10 mẫu liên kết cột giữa kích thước thật ($3000 \times 3000 \times 200/300\text{ mm}$); đề xuất công thức bán thực nghiệm có xét hệ số hiệu chỉnh thực nghiệm $\psi$: $$V_u = \psi V_c + V_s$$
  • Yan và Wang (2016) [13]: Thử nghiệm 2 mẫu sàn ($1825 \times 1825 \times 200\text{ mm}$); loại 1 dùng 4 thép hình chữ I ($102 \times 44 \times 7\text{ mm}$) hàn vào cột vuông, loại 2 dùng 4 thép hộp RHS ($120 \times 60 \times 3,6\text{ mm}$) hàn vào cột tròn CHS; tải trọng phá hoại loại 2 ($569\text{ kN}$) cao hơn loại 1 ($417\text{ kN}$) 35%.
  • Bompa và Elghazouli (2017) [11]: Nghiên cứu cột CFT chữ H bịt thành hình hộp kết hợp dầm I chống cắt trên 6 mẫu sàn ($2200 \times 2200 \times 225\text{ mm}$); ứng dụng Lý thuyết nứt cắt tới hạn (Critical Shear Crack Theory - CSCT): $$V_c = k_\psi \sqrt{f'_c} b_0 d$$
  • Chen và cộng sự (2018) [14]: Khảo sát 6 mẫu sàn ($3000 \times 3000 \times 250\text{ mm}$) dùng thép hình chữ C ($250 \times 90\text{ mm}$), chữ L ($90 \times 90\text{ mm}$) và bản thép ($25 \times 50\text{ mm}$) hàn đấu lưng vào cột CFT ($300 \times 300\text{ mm}$); khả năng kháng chọc thủng tăng từ 10% đến 25%.
  1. Nhóm nghiên cứu thực nghiệm sử dụng chi tiết thép bản:
  • Su và Tian (2014) [15]: Đề xuất bản thép hình vành khuyên ($D_o = 320\text{ mm}, D_i = 194\text{ mm}$, dày $20\text{ mm}$) hàn ngoài cột tròn CFT ($194 \times 8\text{ mm}$) tại đáy sàn trên 2 mẫu ($2100 \times 2100 \times 150\text{ mm}$); cấu tạo khớp mềm giúp giảm ứng suất tập trung, chịu được chuyển vị lệch tầng 6%.
  • Ju và cộng sự (2018) [16]: Phân tích số FEM trên 82 mẫu liên kết dùng bản thép chữ nhật hàn vào 4 mặt cột vuông CFT; đề xuất công thức hồi quy đa tham số tính khả năng chịu tải đứng tối đa.
  • Đinh Thị Như Thảo (2020) [20]: Khảo sát bản vành khuyên ($D_i = 400\text{ mm}, D_o = 650\text{ mm}$, dày $16\text{ mm}$) kết hợp 8 sườn đứng ($155 \times 180 \times 8\text{ mm}$) hàn vào cột tròn CFT ($400 \times 9\text{ mm}$) trên mẫu sàn $2500 \times 2500 \times 200\text{ mm}$; tải trọng nén thủng sau khi chịu tải ngang chu kỳ cao hơn 24% so với mẫu đối chứng.
  1. Nhóm nghiên cứu sử dụng chi tiết đinh tán:
  • Yu và Wang (2020) [6]: Bố trí các đinh neo chống cắt hàn quanh vỏ cột; khảo sát 7 mẫu thí nghiệm đẩy tuột (push-out test) và mô phỏng ABAQUS; đề xuất công thức dựa trên mô hình khả năng chịu lực của bê tông (Concrete Capacity Design - CCD).
  1. Nhóm nghiên cứu trên liên kết sàn BTUST – cột CFT:
  • Rafiee và cộng sự (2020) [18]: Đề xuất tổ hợp thép tấm chữ nhật ($310 \times 180 \times 140\text{ mm}$) có sườn cứng ($100 \times 100 \times 10\text{ mm}$) và bu-lông cường độ cao cho cột biên thép ($180 \times 180 \times 15\text{ mm}$) trên mẫu sàn BTUST $2200 \times 3000 \times 120\text{ mm}$; chịu được mức tải lệch tầng 6%.
  • Trương Quang Hải (2021) [24]: Cải tiến liên kết cột vuông CFST ($300 \times 300 \times 10\text{ mm}$) với sàn BTCT và BTUST ($3000 \times 2700 \times 200\text{ mm}$) dùng thép hình H100 chèn trong cột, cốt đai bao quanh và tấm thép bản đáy sàn; xác định chu vi phá hoại cắt thủng và phá hoại uốn.

Vị trí của luận án: Kế thừa tính mềm hóa từ bản thép của Su và Tian [15] và giải pháp sườn đứng truyền lực của Đinh Thị Như Thảo [20], luận án phát triển hệ chi tiết thép bản hoàn chỉnh (kết hợp sườn ngang và sườn đứng gia cường). Luận án giải quyết khoảng trống thực nghiệm về so sánh trực tiếp sàn BTCT và sàn BTUST liên kết cột CFT tròn, đồng thời xây dựng mô hình bán thực nghiệm dựa trên bản chất vật lý của cơ chế phá hoại thay vì thuần túy thống kê thực nghiệm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án vận dụng kết hợp cơ sở lý thuyết cơ học kết cấu, phương pháp thực nghiệm kích thước lớn và phương pháp phân tích giải tích:

Khung lý thuyết và mô hình phân tích:

  • Cơ sở cơ học phá hoại chọc thủng: Dựa trên mô hình dầm tương đương cho nút sàn – cột không bị cản trở chuyển vị ngang.
  • Thiết lập trạng thái ứng suất – biến dạng tại mặt cắt tới hạn của vết nứt xiên; tích hợp mô hình làm việc của bê tông vùng nén, ứng suất kéo của cốt thép dọc, ứng suất của bản sườn đứng và bản gối ngang.
  • Tận dụng nguyên lý cộng tác dụng truyền thống nhưng lồng ghép các điều kiện cân bằng lực và sự tương thích về biến dạng của từng thành phần cấu tạo.

Phương pháp nghiên cứu thực tế:

  • Phương pháp thực nghiệm: Chế tạo và thử nghiệm tải trọng tĩnh trên hệ thống gia tải của Phòng thí nghiệm Kết cấu Công trình Bách Khoa (BKSEL), Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM.
  • Bố trí thiết bị đo đạc:
    • Chuyển vị kế (LVDTs) ghi nhận chuyển vị đứng tại tâm sàn và độ võng phân bố theo nhịp.
    • Cảm biến đo biến dạng (Strain Gauges - SGs) gắn tại bản sườn đứng, bản gối ngang, cốt thép dọc chịu kéo, thớ bê tông chịu nén và cáp ứng suất trước.
  • Phương pháp giải tích và xử lý số liệu: Sử dụng giải tích cơ học để thiết lập phương trình cân bằng và quan hệ ứng suất – biến dạng; dùng phương pháp thống kê để xác lập các hệ số bán thực nghiệm và kiểm chứng sai số với dữ liệu thực nghiệm.

Nguồn tư liệu và dữ liệu:

  • Dữ liệu thực nghiệm từ 12 mẫu thử nghiệm quy mô lớn do tác giả trực tiếp thực hiện trong khuôn khổ hợp tác nghiên cứu giữa Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM và Tập đoàn Thép JFE (Nhật Bản).
  • Kết quả thí nghiệm cơ lý vật liệu: cường độ chịu nén mẫu trụ bê tông ($f'c \approx 40\text{ MPa}$), giới hạn chảy và bền của thép vỏ ống ($f{stu,y}, f_{stu,u}$), thép sườn đứng $8\text{ mm}$ ($f_{sp8,y}, f_{sp8,u}$), thép sườn ngang $16\text{ mm}$ ($f_{sp16,y}, f_{sp16,u}$), cốt thép sàn ($f_{sr,y}, f_{sr,u}$) và đường hàn ($f_{sw,y}, f_{sw,u}$).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan và nội dung nghiên cứu

Chương này tổng kết cơ sở lý luận, tính cấp thiết và tình hình nghiên cứu trong nước, quốc tế về liên kết sàn phẳng BTCT/BTUST – cột CFT. Tác giả phân tích chi tiết ưu nhược điểm của các giải pháp cấu tạo liên kết bằng thép hình (Corley và Hawkins, Satoh và Shimazaki, Yamaghuchi, Lee, Eder, Kim, Yan và Wang, Bompa và Elghazouli, Chen), thép bản (Su và Tian, Ju, Đinh Thị Như Thảo), đinh tán (Yu và Wang) và các nghiên cứu trên sàn BTUST (Rafiee, Trương Quang Hải). Chương 1 xác định rõ các khoảng trống nghiên cứu, đề xuất 3 mục tiêu nghiên cứu cụ thể, phạm vi áp dụng và khung phương pháp luận của luận án.

Chương 2: Khảo sát thực nghiệm ứng xử chọc thủng của liên kết sàn BTCT/BTUST – cột CFT dùng chi tiết cải tiến

Chương này trình bày chi tiết chương trình thực nghiệm 12 mẫu liên kết quy mô lớn (nhịp $L = 2300\text{ mm}$, cột CFT tròn), bao gồm:

  • 7 mẫu liên kết sàn BTCT – cột CFT (ký hiệu nhóm mẫu S);
  • 3 mẫu liên kết sàn BTUST – cột CFT dùng cáp không bám dính (ký hiệu nhóm mẫu SP);
  • 2 mẫu đối chứng: sàn BTCT – cột BTCT truyền thống (mẫu SC) và sàn BTUST – cột BTCT truyền thống (mẫu SP).

Các chi tiết liên kết thép bản cải tiến được khảo sát qua 4 cấu hình:

  1. Chi tiết đầy đủ: gồm bản gối ngang hình vành khuyên liên tục kết hợp các sườn đứng gia cường xuyên/hàn vào cột CFT;
  2. Chi tiết đầy đủ: gồm bản gối ngang hình chữ nhật rời rạc kết hợp các sườn đứng;
  3. Chi tiết không đầy đủ: chỉ có các sườn đứng, không có bản gối ngang;
  4. Cấu hình thay đổi kích thước và thông số hình học bản sườn/bản gối (T1, T3...).
Nhóm mẫu liên kết Cấu hình chi tiết liên kết Khả năng kháng chọc thủng so với đối chứng Khả năng biến dạng cực hạn ($\delta_u$) Độ dẻo dai ($\mu$) và Năng lượng hấp thụ (EAI) Đặc điểm độ cứng sau nứt ($K_2$)
Sàn BTCT – cột CFT Chi tiết đầy đủ (sườn ngang + sườn đứng) Tăng lên đến 25% Tăng lên đến 123% $\mu$ tăng đến 91%
EAI tăng đến 216%		 Duy trì độ cứng tốt, kiểm soát nứt hiệu quả
Sàn BTCT – cột CFT Chi tiết không đầy đủ (chỉ có sườn đứng) Giảm xấp xỉ 7% Tăng 29% $\mu$ tăng 4%
EAI tăng 18%		 Độ cứng sau nứt $K_2$ giảm mạnh (~50%)
Sàn BTUST – cột CFT Chi tiết đầy đủ và cải tiến Hiệu quả tăng tải nhỏ hơn sàn BTCT (nhỏ hơn 213%) Giảm đến 51% so với mẫu sàn BTCT $\mu$ nhỏ hơn 264%
EAI nhỏ hơn 232% so với sàn BTCT		 Độ cứng sau nứt giảm chậm hơn 2,1 lần so với sàn BTCT

Các phát hiện thực nghiệm quan trọng:

  • Đối với sàn BTCT – cột CFT: Chi tiết liên kết đầy đủ dạng bản giúp phát triển tháp chọc thủng ra xa mép cột, tăng tải trọng phá hoại $V_u$, cải thiện vượt bậc khả năng biến dạng dẻo và năng lượng hấp thụ. Ngược lại, việc thiếu bản gối ngang ở chi tiết không đầy đủ làm suy giảm nghiêm trọng độ cứng sau nứt ($K_2$ giảm 50%) và giảm tải trọng chọc thủng.
  • So sánh sàn BTUST và sàn BTCT: Cáp ứng suất trước giúp kiểm soát độ võng ban đầu (giảm chuyển vị đứng đến 58%) và hạn chế tốc độ suy giảm độ cứng ($K_2/K_1$ của sàn BTUST duy trì tốt hơn 2,1 lần so với sàn BTCT). Tuy nhiên, ứng suất nén trước làm tăng tính giòn, giảm chuyển vị cực hạn cuối cùng (giảm đến 51%), dẫn đến hệ số dẻo $\mu$ giảm 44% và chỉ số EAI giảm 41% so với mẫu BTCT tương ứng. Hiệu quả cải thiện của chi tiết thép bản trên sàn BTUST thấp hơn đáng kể so với sàn BTCT.

Chương 3: Xây dựng công thức dự đoán khả năng kháng chọc thủng của liên kết sàn phẳng BTCT/BTUST – cột CFT

Chương này thiết lập mô hình tính toán lý thuyết và công thức bán thực nghiệm:

  • Xây dựng mô hình dầm tương đương phản ánh cơ chế truyền lực cắt và mô-men uốn tại nút liên kết không bị ngăn cản chuyển vị ngang.
  • Mô hình hóa sự phân bố ứng suất – biến dạng của vết nứt xiên chọc thủng, kết hợp điều kiện cân bằng nội lực của bê tông vùng nén, cốt thép dọc chịu kéo và các bản thép liên kết ($A_{s,rib}$).
  • Đề xuất công thức xác định khả năng kháng chọc thủng của liên kết sàn BTCT – cột CFT: $$V_u = V_c + V_{s,rib}$$
  • Mở rộng công thức cho sàn BTUST – cột CFT bằng cách tích hợp thành phần lực nén dọc trục do cáp ứng suất trước tạo ra, phản ánh hiệu ứng đóng vết nứt xiên và tăng cường sự cài móc cốt liệu.
  • Kiểm chứng công thức: So sánh giá trị tính toán lý thuyết ($V_{u,cal}$) với kết quả thực nghiệm ($V_{u,exp}$) trên 12 mẫu của đề tài và dữ liệu từ các công bố quốc tế. Phân tích độ nhạy của tỷ số $V_{u,cal}/V_{u,exp}$ theo cường độ bê tông ($f'_c$), chiều cao làm việc ($d$) và tỷ lệ nhịp trên chiều cao ($L/d$) cho thấy công thức có độ phân tán thấp và độ tin cậy cao.

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học:

  • Cung cấp bức tranh thực nghiệm toàn diện về ứng xử chọc thủng, cơ chế phá hoại, quy luật phân bố biến dạng của liên kết sàn phẳng BTCT/BTUST với cột CFT tiết diện tròn sử dụng chi tiết thép bản cải tiến.
  • Làm rõ cơ chế tác động của ứng suất trước không bám dính trong liên kết sàn – cột CFT: cáp UST làm chậm tốc độ suy giảm độ cứng sau nứt (tốt hơn 2,1 lần) và giảm chuyển vị sử dụng (giảm 58%), nhưng đồng thời làm giảm tính dẻo (giảm 44%) và giảm năng lượng hấp thụ (giảm 41%) so với sàn BTCT.
  • Xây dựng mô hình phân tích giải tích bán thực nghiệm dự đoán khả năng kháng chọc thủng dựa trên mô hình dầm tương đương và cơ học nứt xiên, khắc phục hạn chế thuần thực nghiệm của các mô hình hiện hành.

Các đóng góp mới về mặt thực tiễn và giải pháp đề xuất:

  • Khẳng định tính khả thi của giải pháp chi tiết liên kết dạng thép bản (gồm bản gối và sườn đứng), giúp liên kết đạt khả năng chịu lực cao hơn nút truyền thống tới 25%, tăng độ dẻo dai tới 91% và năng lượng hấp thụ tới 216%, đồng thời dễ gia công và lắp dựng hơn hệ thép hình.
  • Đưa ra khuyến cáo thiết kế: Bắt buộc phải sử dụng chi tiết liên kết đầy đủ (có cả sườn đứng và bản gối ngang); không sử dụng chi tiết không đầy đủ vì làm suy giảm 50% độ cứng sau nứt.
  • Đề xuất công thức tính toán thiết kế có độ chính xác cao, hỗ trợ kỹ sư kết cấu tính toán kiểm tra khả năng kháng chọc thủng của nút sàn BTCT/BTUST – cột CFT trong thực hành xây dựng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

  • Phạm vi thực nghiệm chỉ khảo sát liên kết cột giữa với cột CFT tiết diện tròn; chưa đánh giá thực nghiệm trên cột CFT tiết diện vuông, chữ nhật, cũng như các vị trí cột biên và cột góc.
  • Cường độ chịu nén của bê tông chỉ khảo sát ở cấp độ bền phổ biến ($f'_c \approx 40\text{ MPa}$), chưa mở rộng cho bê tông cường độ cao hoặc siêu cao.
  • Điều kiện gia tải mới thực hiện cho tải trọng tĩnh thẳng đứng; chưa khảo sát ứng xử dưới tác dụng đồng thời của tải trọng ngang chu kỳ (động đất) hoặc tải trọng lệch tâm lớn do giới hạn trang thiết bị thí nghiệm.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

  • Nghiên cứu cải tiến cấu tạo chi tiết liên kết thép bản chuyên biệt cho kết cấu sàn BTUST – cột CFT nhằm tăng cường khả năng biến dạng và độ dẻo dai của nút khung ứng suất trước.
  • Mở rộng khảo sát thực nghiệm và mô phỏng số đối với nút liên kết cột biên, cột góc và các dạng tiết diện cột ống thép khác.
  • Nghiên cứu ứng xử của liên kết chịu tác dụng đồng thời của tải trọng đứng và tải trọng ngang lặp chu kỳ mô phỏng tác động động đất.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên sâu cho các đối tượng trong ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dụng và Công nghiệp:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Tham khảo phương pháp thiết kế thí nghiệm kết cấu kích thước lớn, kỹ thuật bố trí hệ thống cảm biến SGs, LVDTs và phương pháp luận xây dựng mô hình cơ học bán thực nghiệm.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu: Tham khảo cấu tạo chi tiết liên kết thép bản cải tiến ở Chương 2 và áp dụng các công thức tính toán khả năng kháng chọc thủng ở Chương 3 vào thiết kế công trình nhà nhiều tầng sử dụng sàn phẳng liên hợp cột CFT.
  • Cơ quan biên soạn tiêu chuẩn: Cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm và mô hình giải tích để xây dựng các chỉ dẫn tính toán thiết kế cho kết cấu liên hợp sàn bê tông – cột CFT trong tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

  1. Chi tiết liên kết đầy đủ dạng thép bản cải thiện ứng xử của nút sàn BTCT – cột CFT như thế nào so với nút sàn – cột BTCT truyền thống? Chi tiết liên kết đầy đủ (gồm sườn đứng và bản gối ngang) giúp nút sàn BTCT – cột CFT duy trì độ cứng tốt, tăng tải trọng kháng chọc thủng lên đến 25%, tăng khả năng biến dạng cực hạn lên đến 123%, nâng cao hệ số dẻo dai $\mu$ lên đến 91% và gia tăng khả năng hấp thụ năng lượng EAI lên đến 216% so với mẫu đối chứng sàn – cột BTCT truyền thống.

  2. Chi tiết liên kết không đầy đủ (chỉ có sườn đứng) gây ra những hạn chế gì đối với kết cấu? Mặc dù chi tiết không đầy đủ giúp tăng biến dạng (29%), độ dẻo (4%) và năng lượng hấp thụ (18%), nhưng cấu tạo này làm giảm nhẹ khả năng kháng chọc thủng (xấp xỉ 7%) và làm suy giảm nghiêm trọng độ cứng sau nứt $K_2$ (giảm khoảng 50%) so với nút sàn – cột BTCT truyền thống do thiếu bản gối tiếp nhận phản lực đứng ở đáy sàn.

  3. Sự hiện diện của cáp ứng suất trước không bám dính làm thay đổi ứng xử chọc thủng của liên kết sàn – cột CFT như thế nào? Cáp UST giúp kiểm soát tốc độ suy giảm độ cứng sau nứt (mức suy giảm độ cứng sau nứt so với trước nứt nhỏ hơn đến 2,1 lần so với sàn BTCT) và giảm chuyển vị đứng tới 58%. Tuy nhiên, cáp UST làm tăng tính giòn, giảm chuyển vị cuối cùng (giảm đến 51%), khiến hệ số dẻo $\mu$ và chỉ số hấp thụ năng lượng EAI của mẫu sàn BTUST – cột CFT giảm lần lượt 44% và 41% so với mẫu sàn BTCT – cột CFT tương ứng.

  4. Tại sao chi tiết liên kết dạng thép bản được lựa chọn thay thế chi tiết thép hình truyền thống? Chi tiết thép bản có kích thước và trọng lượng nhỏ hơn nhiều so với thép hình, giúp tiết kiệm vật liệu, gia công đơn giản và thuận tiện thi công trong các sàn có chiều dày mỏng. Về mặt cơ học, thép bản giúp mềm hóa liên kết sàn – cột CFT, phân tán và làm giảm ứng suất tập trung tại đầu cột, từ đó hạn chế hiện tượng phá hoại chọc thủng đột ngột.

  5. Điểm khác biệt cốt lõi trong công thức dự đoán khả năng kháng chọc thủng của luận án so với các mô hình trước đây là gì? Các mô hình trước đây chủ yếu dựa trên hồi quy thực nghiệm thuần túy cho chi tiết thép hình. Công thức của luận án được xây dựng theo phương pháp giải tích kết hợp thực nghiệm dựa trên mô hình dầm tương đương, lồng ghép mô hình ứng xử vật liệu, điều kiện cân bằng và tương thích biến dạng của vết nứt xiên, đồng thời thiết lập công thức tính toán áp dụng được cho cả sàn BTCT và sàn BTUST liên kết cột CFT.

Kết luận

Luận án của tác giả Lưu Thanh Bình đã giải quyết trọn vẹn vấn đề ứng xử chọc thủng của liên kết sàn phẳng BTCT/BTUST với cột CFT tròn thông qua việc đề xuất và kiểm chứng các dạng chi tiết liên kết cải tiến bằng thép bản. Kết quả thực nghiệm trên 12 mẫu kích thước lớn đã làm sáng tỏ cơ chế truyền lực, định lượng các chỉ tiêu chịu lực, độ dẻo, khả năng hấp thụ năng lượng cũng như sự khác biệt rõ rệt giữa kết cấu sàn BTCT và sàn BTUST. Mô hình giải tích bán thực nghiệm được thiết lập phản ánh sát bản chất vật lý của cơ chế phá hoại chọc thủng, đạt độ chính xác cao khi kiểm chứng với thực nghiệm và cung cấp công cụ tính toán tin cậy phục vụ thiết kế kết cấu liên hợp trong thực tiễn.