Luận án tiến sĩ về ứng xử chọc thủng của liên kết giữa cột ống thép và sàn bê tông cốt thép

Luận án tiến sĩ nghiên cứu ứng xử chọc thủng của liên kết giữa cột ống thép nhồi bê tông và sàn phẳng bê tông cốt thép với chi tiết cải tiến.

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

luận án tiến sĩ

2022

191
1
0

Phí lưu trữ

45 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CAM ĐOAN

TÓM TẮT

ABSTRACT

LỜI CÁM ƠN

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1.1. CHỦ ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1.1. Các thực nghiệm ứng xử chọc thủng của liên kết sàn BTCT – cột CFT

1.1.2. Các thực nghiệm ứng xử chọc thủng của liên kết sàn BTUST – cột CFT

1.1.3. Một vài nhận xét về các nghiên cứu thực nghiệm đã có

1.1.4. Mô hình và các công thức dự đoán khả năng kháng chọc thủng của liên kết sàn – cột CFT

1.1.5. Nhận xét về các mô hình

1.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1.2.1. Ý nghĩa nghiên cứu

1.2.2. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu

2. CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ CHỌC THỦNG CỦA LIÊN KẾT SÀN BTCT/BTUST – CỘT CFT DÙNG CHI TIẾT CẢI TIẾN

2.1. ĐỀ XUẤT CHI TIẾT LIÊN KẾT

2.2. VẬT LIỆU VÀ MẪU THÍ NGHIỆM

2.2.1. Mẫu thí nghiệm

2.3. SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM VÀ BỐ TRÍ THIẾT BỊ ĐO

2.3.1. Bố trí thiết bị đo đạc

2.4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN

2.4.1. Ứng xử chọc thủng của các mẫu liên kết sàn BTCT – cột CFT

2.4.2. Ứng xử chọc thủng của các mẫu liên kết sàn BTUST – cột CFT và so sánh với của các mẫu liên kết sàn BTCT – cột CFT tương ứng

2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

2.5.1. Mẫu liên kết sàn BTCT – cột CFT

2.5.2. Mẫu liên kết sàn BTUST – cột CFT

2.5.3. So sánh mẫu liên kết sàn BTUST – cột CFT với mẫu liên kết sàn BTCT – cột CFT

3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CÔNG THỨC DỰ ĐOÁN KHẢ NĂNG KHÁNG CHỌC THỦNG CỦA LIÊN KẾT SÀN PHẲNG BTCT/BTUST – CỘT CFT

3.1. CÔNG THỨC ĐỀ XUẤT

3.1.1. Công thức đề xuất xác định khả năng kháng chọc thủng của liên kết sàn BTCT – cột CFT

3.1.2. Công thức đề xuất xác định khả năng kháng chọc thủng của liên kết sàn BTUST – cột CFT

3.2. KIỂM CHỨNG VÀ SO SÁNH CÔNG THỨC ĐỀ XUẤT

3.2.1. So sánh mức độ chính xác của công thức đề xuất

3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

CÁC ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về ứng xử chọc thủng

Nghiên cứu về ứng xử chọc thủng của liên kết giữa cột ống thép nhồi bê tông và sàn bê tông cốt thép (BTCT) là một vấn đề quan trọng trong lĩnh vực kết cấu xây dựng. Các kết cấu này thường phải đối mặt với nguy cơ phá hoại chọc thủng, một loại phá hoại giòn có thể dẫn đến thất bại nghiêm trọng. Đặc biệt, sự liên kết giữa sàn BTCT và bề mặt trơn của cột thép CFT ảnh hưởng lớn đến độ cứng và khả năng kháng chọc thủng của hệ thống. Nghiên cứu này nhằm làm rõ các đặc trưng của ứng xử chọc thủng, từ đó đề xuất các giải pháp cải tiến cho liên kết nhằm nâng cao tính an toàn và hiệu quả sử dụng của kết cấu. Các kết quả thực nghiệm cho thấy rằng việc cải tiến chi tiết liên kết có thể nâng cao khả năng kháng chọc thủng lên đến 25%, điều này chứng tỏ tầm quan trọng của việc nghiên cứu sâu hơn về ứng xử chọc thủng.

II. Phân tích các chi tiết liên kết

Nghiên cứu đã tiến hành khảo sát các chi tiết liên kết giữa sàn BTCT và cột CFT. Các chi tiết này bao gồm liên kết đầy đủ và không đầy đủ, cùng với các hình dạng khác nhau của bản gối. Kết quả cho thấy chi tiết liên kết đầy đủ có khả năng duy trì độ cứng tốt hơn, đồng thời cải thiện khả năng kháng chọc thủng và độ dẻo dai. Cụ thể, khả năng biến dạng của các mẫu liên kết này cao hơn 123% so với các mẫu liên kết truyền thống. Ngược lại, chi tiết liên kết không đầy đủ dù cải thiện khả năng biến dạng nhưng lại làm giảm khả năng kháng chọc thủng khoảng 7%. Điều này chỉ ra rằng việc lựa chọn chi tiết liên kết phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo tính toàn vẹn của kết cấu, và nghiên cứu cần tiếp tục để tối ưu hóa các chi tiết này cho các ứng dụng thực tiễn.

III. Đề xuất công thức dự đoán khả năng kháng chọc thủng

Luận án này không chỉ dừng lại ở việc khảo sát thực nghiệm mà còn đề xuất một công thức bán thực nghiệm để dự đoán khả năng kháng chọc thủng của liên kết sàn BTCT/BTUST – cột CFT. Công thức này được xây dựng dựa trên phương pháp giải tích kết hợp với thực nghiệm, phản ánh gần hơn bản chất vật lý của kiểu phá hoại chọc thủng. Kết quả kiểm chứng cho thấy công thức đề xuất có độ chính xác cao và sự phân tán thấp so với kết quả thực nghiệm, cho phép ứng dụng trong thiết kế kết cấu. Việc áp dụng công thức này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả thiết kế mà còn giảm thiểu rủi ro trong quá trình thi công và sử dụng công trình.

IV. Ý nghĩa và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiểu biết về ứng xử chọc thủng của các kết cấu sàn BTCT/BTUST – cột CFT. Những phát hiện từ nghiên cứu không chỉ cung cấp cơ sở lý thuyết cho các nghiên cứu tiếp theo mà còn có thể áp dụng trực tiếp vào thực tiễn thiết kế và thi công các công trình xây dựng. Việc cải tiến chi tiết liên kết giúp tăng cường độ an toàn và tuổi thọ của công trình, đồng thời tiết kiệm chi phí và thời gian thi công. Các kỹ sư và nhà thiết kế có thể sử dụng các công thức và kết quả nghiên cứu để đưa ra các quyết định thiết kế hợp lý hơn, từ đó tối ưu hóa hiệu suất của các kết cấu trong thực tế.

Tóm tắt và mô tả trên trang này được tạo với sự hỗ trợ của AI. Nếu bạn thấy nội dung không chính xác hoặc có vấn đề, vui lòng Báo lỗi nội dung.

11/01/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Tương tự như giải pháp kết cấu sàn phẳng – cột bê tông cốt thép (BTCT) truyền thống, giải pháp kết cấu sàn BTCT – cột ống thép nhồi bê tông (CFT) được dùng rộng rãi và đa dạng hiện nay ở nhiều nước nhờ vào các ưu điểm về kiến trúc (giảm chiều cao tầng và tính thẩm mĩ cao), thi công (công tác cốp-pha đơn giản, công tác thi công hệ thống kỹ thuật thuận lợi và tiến độ thi công nhanh), độ dẻo dai cao và khả năng hấp thụ năng lượng lớn [1], [2] (Hình 1. Tuy nhiên, do sàn BTCT liên kết trực tiếp với cột CFT, kết cấu sàn BTCT – cột CFT cũng phải đối mặt với kiểu phá hoại chọc thủng mang tính giòn và nguy hiểm giống như kết cấu sàn – cột BTCT [3]–[5]. Thêm vào đó, liên kết giữa sàn bê tông và bề mặt trơn của cột thép CFT còn ảnh hưởng mạnh đến tính toàn khối của liên kết; điều này có thể làm giảm độ cứng của liên kết, khả năng kháng chọc thủng và hiệu quả sử dụng của loại kết cấu tinh tế này [6]. Để tăng cường khả năng kháng chọc thủng và tính toàn khối của liên kết sàn BTCT – cột CFT, các nghiên cứu đã khảo sát thực nghiệm nhiều loại chi tiết liên kết khác nhau, gọi chung là cốt kháng cắt, được hàn vào vỏ cột thép có dạng thép hình tiết diện chữ I [1], [2], [7]–[11], tiết diện chữ C [12] và hình hộp chữ nhật [13].

Một số khác dùng cốt kháng cắt dạng đinh hàn quanh mặt cột để liên kết với sàn như [6]. Tất cả các nghiên cứu kể trên đều cho thấy sự hiệu quả đáng kể của việc dùng cốt kháng cắt trong việc cải thiện khả năng kháng chọc thủng cũng như độ dẻo dai của liên kết sàn – cột CFT, và hiệu quả này phụ thuộc nhiều vào chiều cao và hình dạng của tiết diện chi tiết kháng cắt cũng như độ vươn ra của nó trong sàn. Tuy nhiên, trong trường hợp chiều dày sàn nhỏ, việc tăng kích thước tiết diện của các cốt kháng cắt thường tạo nhiều khó khăn cho công tác thi công. 1 (a) Strong building, Nhật Bản (Nguồn:http://www.jp/takenaka_e/projects/retail/a43500142005.html) (b) Cầu ở Nishikoen, Nhật Bản (Nguồn:http://www.jp/committee/concrete/e/newsletter/newsletter39/Newslette r39_files/data/tanaka/1.pdf) (c) Tòa nhà Abeno Harukas, Nhật Bản (Nguồn: https://saigonvina.vn/chi-tiet/184-3277-nhung-thu-dung-nhat-o-nhat- ban.

Một số công trình sử dụng giải pháp kết cấu cột CFT 2 (d) Tháp Canton, Trung Quốc (Nguồn:https://vi.org/wiki/T%E1%BA%ADp_tin:Canton_Tower_2013.jpg) (e) SEG Plaza, Trung Quốc (Nguồn: https://en.org/wiki/File:SEG_Plaza_in_Shenzhen2021. Một số công trình sử dụng giải pháp kết cấu cột CFT (tiếp theo) 3 Nhằm giải quyết vấn đề này, Chen và cộng sự [14] đã đề xuất một số dạng liên kết mới dùng các chi tiết thép hình tiết diện chữ C và L hàn đấu lưng vào mặt cột thép. Kết quả nghiên cứu này cho thấy các dạng liên kết đề xuất đã tạo ra chu vi tháp chọc thủng của các mẫu sàn – cột CFT tương tự như của mẫu sàn – cột BTCT truyền thống và giúp cho khả năng kháng chọc thủng của mẫu sàn – cột CFT có thể so sánh được với của mẫu sàn – cột BTCT. Một nghiên cứu đầy hứa hẹn khác của Su và Tian [15] có thể giúp cho việc thi công các chi tiết liên kết sàn BTCT – cột CFT trở nên đơn giản, nhanh chóng và ít tốn kém vật liệu hơn.

Các tác giả này đề xuất một dạng liên kết mới, dùng thép bản hình vành khuyên được hàn vào mặt ngoài của cột thép tiết diện tròn tại cao trình đáy sàn BTCT. Kết quả thí nghiệm cho thấy liên kết đề xuất có khả năng kháng chọc thủng tốt và đáp ứng được chuyển vị ngang lệch tầng theo thiết kế. Tiếp nối nghiên cứu của Su và Tian [15], Ju và cộng sự [16] dùng các bản thép chữ nhật hàn vào bốn mặt cột để liên kết với thép thanh trong sàn. Kết quả nghiên cứu cho thấy liên kết đề xuất đáp ứng được yêu cầu chịu cắt thủng của kết cấu.

Có thể thấy rằng, so với việc dùng thép hình, việc dùng thép tấm cho nhiều lợi thế hơn về thời gian và chi phí thi công do kích thước và trọng lượng của thép bản nhỏ hơn đáng kể so với thép hình. Đặc biệt, loại liên kết này giúp làm mềm hóa liên kết sàn BTCT – cột CFT; vì vậy, nó có thể làm giảm đáng kể ứng suất tập trung tại vị trí đầu cột, từ đó hạn chế được khả năng xuất hiện kiểu phá hoại chọc thủng. Việc tìm kiếm các dạng chi tiết kháng cắt mới sao cho có thể đảm bảo được tính liên tục, khả năng kháng chọc thủng, dễ thi công mà vẫn đảm bảo được tính dẻo cần thiết cho kết cấu sàn BTCT  cột CFT là vấn đề quan trọng đối với dạng kết cấu này và thật sự cần thiết. Trong thực tế, do có độ võng lớn nên nhịp thiết kế của kết cấu sàn BTCT truyền thống – cột CFT thường bị giới hạn.

Để giải quyết vấn đề này, một giải pháp tiềm năng và có tính khả thi cao là dùng sàn bê tông căng sau dùng cáp không bám dính (BTUST) – cột CFT. Khác với sàn BTCT, ứng suất nén trước do cáp tạo ra làm cho ứng xử của cấu kiện BTUST trở nên giòn hơn; nó ảnh hưởng đến khả năng kháng cắt của vùng bê tông chịu nén, tăng khả năng chịu kéo xiên của bê tông, làm đóng vết nứt, tăng hiệu ứng cài móc của cốt liệu [17], từ đó có thể làm thay đổi trường biến dạng của liên kết sàn BTUST – cột CFT. Cho đến hiện nay, các nghiên cứu liên quan đến ứng xử cắt thủng của liên kết sàn BTUST – cột CFT, đặc biệt là sàn căng sau dùng cáp không bám dính (BTUST), 4 còn nhiều hạn chế [18]; khả năng kháng chọc thủng, khả năng biến dạng cũng như độ dẻo dai và hấp thu năng lượng của loại kết cấu này ra sao so với kết cấu sàn BTCT – cột CFT vẫn còn chưa được giải đáp thỏa đáng và tường minh. Để dự đoán khả năng kháng chọc thủng của liên kết sàn BTCT – cột CFT, các mô hình hay công thức tính đã được xây dựng và đề xuất trong một vài nghiên cứu trước đây.

Hầu hết các mô hình và công thức tính đều được xây dựng cho liên kết sàn BTCT  cột CFT dùng các chi tiết liên kết có dạng thép hình [1], [8], [10], [11]. Một vài nghiên cứu đã đề xuất công thức cho liên kết sàn BTCT  cột CFT dùng các chi tiết liên kết dạng thép bản [9] hay [16]. Gần đây, Yu và Wang [6] đề xuất công thức xác định khả năng kháng chọc thủng của liên kết sàn BTCT – cột CFT dùng chi tiết kháng cắt bằng đinh tán. Đặc điểm chung của các mô hình tính vừa đề cập trên là đều được xây dựng dựa trên nguyên lý cộng tác dụng truyền thống từ khả năng chịu lực của từng thành phần như bê tông và chi tiết liên kết; trong đó, công thức xác định khả năng chịu lực của từng thành phần này chủ yếu được xây dựng bằng phương pháp thực nghiệm.

Vì vậy, từng công thức tính này hầu như chỉ phù hợp cho từng loại liên kết tương ứng đã được đề xuất trong các nghiên cứu; đặc biệt, các điều khoản tính toán khả năng kháng chọc thủng dùng cho liên kết sàn BTUST – cột CFT chưa thấy được trình bày. Thực tế này cho thấy, việc xây dựng một công thức dự đoán khả năng kháng chọc thủng của liên kết sàn BTCT/ BTUST – cột CFT sao cho có thể phản ánh xác thật nhất được bản chất vật lý của kiểu phá hoại chọc thủng, lồng ghép được trong nó mô hình làm việc của vật liệu, các điều kiện về cân bằng và sự tương thích về biến dạng, nhưng đồng thời vẫn tận dụng được tính đơn giản của nguyên lý cộng tác dụng truyền thống, thật sự là cần thiết và có ý nghĩa. CHỦ ĐỀ NGHIÊN CỨU Từ những vấn đề vừa nêu, luận án này thực hiện một nghiên cứu về ứng xử chọc thủng của kết cấu sàn BTCT/BTUST – cột CFT sử dụng một số dạng chi tiết liên kết cải tiến dạng thép bản. Các mục tiêu chính của nghiên cứu là nhằm: (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 5 giữa liên kết sàn BTCT – cột CFT với liên kết sàn BTUST – cột CFT; và (3) đề xuất công thức bán thực nghiệm dự đoán khả năng kháng chọc thủng của liên kết sàn BTCT/ BTUST – cột CFT; 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.

TỔNG QUAN Phần này trình bày tổng quan nghiên cứu về thực nghiệm ứng xử và mô hình tính toán lý thuyết khả năng kháng chọc thủng của kết cấu sàn BTCT/BTUST – cột CFT. Thông qua tổng quan nghiên cứu này, một bức tranh toàn cảnh về tình hình nghiên cứu liên quan đến ứng xử của liên kết sàn BTCT/BTUST – cột CFT được phác họa cũng như các tồn tại chưa được giải quyết. Những vấn đề này là cơ sở quan trọng giúp cho luận án hình thành nên các mục tiêu nghiên cứu có tính mới, không trùng lắp và có ý nghĩa khoa học – thực tiễn. Ngoài ra, do sự hạn chế về cơ sở vật chất của phòng thí nghiệm và tài chính, chương này cũng trình bày giới hạn của phạm vi nghiên cứu của luận án nhằm đảm bảo được tính khả thi nhưng không làm mất đi quá nhiều tính tổng quát của các mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án.1 Các thực nghiệm ứng xử chọc thủng của liên kết sàn BTCT – cột CFT Các nghiên cứu thực nghiệm ứng xử chọc thủng của liên kết sàn BTCT – cột CFT có thể phân thành ba nhóm: (1) nhóm các nghiên cứu dùng chi tiết liên kết thép hình; (2) nhóm các nghiên cứu dùng chi tiết liên kết thép bản; (3) nghiên cứu dùng chi tiết liên kết bằng đinh tán, được trình bày lần lượt dưới đây.1 Nhóm các nghiên cứu dùng chi tiết liên kết thép hình (a) Nghiên cứu của Corley và Hawkins [7] Nghiên cứu sớm nhất về khả năng kháng chọc thủng của liên kết sàn BTCT – cột CFT dùng chi tiết kháng cắt thép hình là của Corley và Hawkins [7].

Các tác giả đã đề xuất chi tiết thép hình nhằm tăng cường khả năng kháng chọc thủng của kết cấu cột – sàn BTCT toàn khối như Hình 1.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Luận án tiến sĩ "Ứng xử chọc thủng của liên kết giữa cột ống thép và sàn bê tông cốt thép" của tác giả Lưu Thanh Bình, dưới sự hướng dẫn của PGS. Ngô Hữu Cường và PGS. Nguyễn Minh Long tại Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, tập trung vào nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu lực và ứng xử của các liên kết này trong xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp. Nghiên cứu không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về tính toán kết cấu mà còn giúp cải thiện thiết kế và thi công, từ đó nâng cao độ an toàn và hiệu quả của các công trình.

Để mở rộng kiến thức về lĩnh vực này, bạn có thể tham khảo thêm các tài liệu liên quan như Hướng dẫn tính toán móng cọc nhồi, cọc ép theo TCVN 10304:2014, nơi cung cấp thông tin chi tiết về tính toán móng cọc, một yếu tố quan trọng trong thiết kế kết cấu. Bên cạnh đó, Đồ Án Môn Học Về Thiết Kế Móng Nông và Móng Cọc Khoan Nhồi cũng sẽ là một tài liệu bổ ích cho việc hiểu rõ hơn về thiết kế móng trong các công trình xây dựng. Cuối cùng, bạn cũng có thể tham khảo Nghiên cứu ứng dụng neo đất cho thi công hầm nhà cao tầng tại Hạ Long để có cái nhìn tổng quát hơn về các phương pháp thi công hiện đại trong lĩnh vực xây dựng.