Chương 1: Giới thiệu Giới thiệu về kết cấu liên hợp và động lực, mục tiêu của đề tài. e Chương 2: Tổng quan Liên kết perfobond, dầm liên tục liên hợp và các nghiên cứu liên quan. e Chương 3: Mô hình thiết kế dầm liên hợp với liên kết bán phần Xây dựng thiết kế dầm liên hợp liên tục theo tiêu chuẩn EC4 và các tác giả khác. e Chương 4: Thí nghiệm khả năng chịu lực của liên kết Quy trình, chương trình và kết quả khi thực hiện khảo sát thí nghiệm Push-Out với liên kết kháng cắt là perfobond.
e Chương 5: Khảo sát thực nghiệm dầm liên hợp Quy trình, chương trình thí nghiệm và đánh giá kết quả của thí nghiệm nén dầm liên tục liên hợp sử dụng liên kết perfobond. e Chương 6: Kết luận Kết luận dựa trên các kết quả thu được, đồng thời nêu định hướng phát 2 Ry yA. trién cho dé tai. Chương 2 Tổng quan 2.1 Liên kết perfobond Liên kết Perfobond là liên kết được tạo ra bằng cách cắt các lỗ có hình dạng nhất định trên một tấm thép sau đó hàn vào vùng tiếp xúc giữa bản bê tông và dầm thép.
Khi đồ bê tông bản sàn bên trên thì nó sẽ hình thành các chốt xuyên ngang các lỗ của tấm thép va can trở biến dạng trượt tương đối giữa bê tong và thép.1 minh hoạ một số loại liên kết perfobond đang được sử dụng trong thực tế [3, 7, 10, 11].1: Liên kết perfobond kín (trái) và perfobond hở (phải) [3] Nguyên lý làm việc của lên kết perfobond là lực kháng trượt được tạo ra cho chốt bê tông cắt ngang qua tấm thép 2. Khả năng làm việc tới hạn của liên kết được xác định dựa trên lực tác động phá hoại nhỏ nhất của chốt bê tông hoặc tâm thép.2: Chỉ tiết cấu tạo chốt bê tông kháng cắt ee HÌNH 2.3: Liên kết perfobond trong dầm liên hợp Theo biểu đồ quan hệ giữa lực và biến dạng trượt P,, - 6, ở Hình 2.4, nếu du > 6mm [1] thì liên kết được dùng gọi là liên kết dai (ductile), với điều kiện số liên kết kháng cắt trong dầm phải được bố trí đủ để khi bị biến dạng liên kết vẫn đủ khả năng chịu trượt. Như đã thấy đường (1) thể hiện cho liên kết dai và đường (2) thể hiện cho liên kết không dai. P (shear) oF 5, Slip HÌNH 2.4: Quan hệ lực và độ dai (ductile) của liên kết Trong thiết kế Hầu hết các dầm đều được thiết kế với giả thiết sự biến dạng của liên kết là vô hạn.
Tuy nhiên điều này không phù hợp với một số trường hợp. Eurocode4 [1] đã cung cấp hai phương pháp thiết kế với mô men dẻo (My gp) được trình bày ở Hình 2.5: e Phương pháp dẻo (stress block method) e Phương pháp đơn giản hóa (linear interaction method) a, e n = Ne/Nef b, 1.0 Partial shear connection 1.0 Plastic B Mau Method 0.8 ductil uctile MpI.Rd Simplified Method , 0.6 „ non-ductie ull shear connection 4 el a eae A Lower limit on No/Ncf C4, Span, m 0 0.5: Thiết kế liên kết kháng cắt một phan (4, 5| Công thức để xác định mô men dẻo được JONHSON [5], LAWSON vA CHUNG [12] đưa ra. Dễ nhận thấy rằng mô men dẻo phụ thuộc vào bậc liên kết và mô men dẻo của dầm thép. Giới hạn của liên kết bán phần trong dầm được đưa ra trong EC4 [1| như sau: hạ <Sðm rị > 0.0 Với L„ là chiều dài của bản bê tông.1 Mô hình dự đoán khả năng chống cắt của liên kết Khả năng chịu lực của liên kết Perfobond được phụ thuộc nhiều yếu tố khác nhau như kích thước lỗ; bề dày bản thép, mác thép dùng làm liên kết, mác bêtông, đường kính thép sàn đi qua lỗ, số lượng thanh thép đi qua lỗ.
9 Dựa trên các kết quả khảo sát thực nghiệm, một số tác giả đã đề xuất mô hình và công thức dự đoán khả năng làm việc tới hạn của liên kết perforbond trong trường hợp dầm đơn chịu uốn như liệt kê ở phần sau. LEONHARDT [10] và các cộng sự đã đưa ra công thức đánh giá sức chịu cắt của một chốt perfobond tiết diện tròn kín như sau: đụ = 11d? 2 (2.2) Theo OGUEJIOFOR và HOSAIN [11] đã lập công thức tinh kha năng kháng cắt của perfobond dạng Rid perfobond. Biểu thức này được xây dựng trên 3 tham số cần thiết đó là bê tông của bản sàn, thép đặt trong sàn và chốt bê tông xuyên qua lỗ của perfobond va được trình bay bằng phương trình 2.: Cường độ chịu nén của bê tông (MPa) d: Đường kính lỗ perfobond (mm) n: Số lượng lỗ perfobond fy: Giới hạn chảy của cốt thép (MPa) Ace: Diện tích chịu cắt dọc của bản bê tông (mm?) Air: Diện tích cốt thép xuyên qua lỗ của perfobond (mm?) MEDBERRY và SHAHROOZ |13| cũng dua ra công thức tính toán như sau: D du = 0.4) Trong đó: 10 fi: Cường độ chịu nén của bê tông b: Chiều cao bản bê tông d: Đường kính lỗ h: Khoảng cách từ phan cuôi của liên kêt đền phan sau cùng của sàn by: Chiều rộng cánh dầm L„: Chiều dài phần tiếp xúc giữa bê tông và cánh dầm thép n: Số lượng lỗ perfobond ƒ„: Giới hạn chảy của cốt thép Air: Diện tích cốt thép xuyên qua lỗ VERISSIMO [14] và các cộng sự đã đánh giá khả năng chịu lực của liên kết dựa trên công thức của Oguejiofor và Hosain nhưng với độ chính các cao hơn: Ase A qu = 4.5) cc TUE VA VINH [3], đã đưa ra phương trình tham số tính toán khả năng chống cắt của pefobond trong trường hợp sử dụng bê tông cường độ siêu cao (ƒˆ = 146+171 MPa) như sau: Py, = 3.6) Trong đó: © Nay : số chốt bê tông trong liên kết e bọ = ¢: đường kính của lỗ (mm) e t : bề dày tấm thép liên kết (mm) e d= \⁄4 +202 11 ® fx : cường độ chịu nén của bê tông (MPa) ® fyr, fy : giới hạn dẻo của thép qua lỗ và thép cấu tạo (MPa) e A;, 4„; : diện tích mặt cắt ngang của cốt thép đặt trong lỗ và cốt thép cấu tạo (mm?) Các mô hình trên đều áp dụng cho trường hợp bê tông nằm trong vùng chịu nén của cấu kiện khi làm việc. Trong trường hợp vùng mô men âm (trên gối), khi đó đó bê tông sẽ chịu kéo, các mô hình dự đoán trên không thể áp dụng được.2 Ứng xử của kết cấu liên hợp Kết cấu liên hợp thép bêtông là loại kết cấu sử dụng thép kết cấu (structural steel) kết hợp với bêtông hoặc bêtông cốt thép dé chúng cùng tham gia chịu lực.
Các giải pháp cấu tạo thường được sử dụng đối với loại cấu kiện kết cfu dầm liên hợp là thép định hình, thép tổ hợp hàn dạng chữ H liên kết với bản sàn hoặc dầm bê tông cốt thép bởi các liên kết. Khi dầm thép và bản sàn bê tông cốt thép chịu tải trọng chúng sẽ có những biến dạng riêng do có sự khác nhau về các đặc trưng cơ lý. Bề mặt tiếp xúc giữa chúng sẽ xuất hiện sự trượt tương đối do các ứng xuất kéo và cắt xuất hiện, các cấu kiện sẽ làm việc độc lập với nhau. Để bản sàn bê tông và dầm thép trở nên đồng nhất, cùng làm việc, hỗ trợ nhau chịu lực thì phải có các liên kết kháng cắt (shear connection) bố trí theo bề mặt tiếp giữa bản sàn và cánh trên của dầm.6 thé hiện hình thái của, dầm thép và bản sàn khi có và không có liên kết kháng cắt với trường hợp đặt tải trọng giữa dam Í1, 4, 5].
Phương trình 2.7 thể hiện bậc liên kết (mức độ liên kết) như đã mô tả ở Hình 2. Shear conectors Composite secton strain stress HÌNH 2.6: Dam liên hợp khi không có và có sử dung liên kết kháng cắt [5] Căn cứ vào hệ số này ta chia ra làm ba trường hợp chính đó là: trường hợp không có liên kết kháng cắt (no shear connection), liên kết kháng cắt là hoàn toàn (full shear connection) và liên kết kháng cắt một phần (partial shear connection).7 thể hiện ảnh hưởng của liên kết kháng cắt đến sự làm việc của dầm liên hợp. =< no shear connection partial shear connection full shear connection big end slip, big steel beam many dowels HÌNH 2.7: Các mức độ liên kết trong dầm liên hợp [1| Căn cứ vào mức độ liên kết giữa sàn bê tông và dầm thép, ta có các trường hợp tương tấc như sau: e Tương tác toàn phan (complete interraction): không có sự trượt tương đối tại mặt tiếp xúc giữa bản bê tông và dầm thép. Lực cắt dọc được truyền toàn bộ và tai trong phá hoại „ đạt giá trị lớn nhất, bê tông và thép làm việc cùng nhau hoàn toàn.
Phá hoại là dòn nếu xảy ra đột ngột, là dẻo nếu xảy ra từ từ. e Tương tác bán phần (partial interraction): trượt giữa bê tông và thép tại mặt tiếp xúc khác không nhưng có giới hạn. Lực cắt được truyền một phần và P„ nằm giữa hai giá trị trên. Phá hoại có thể là dòn hoặc dẻo.
13 2 sô W No interaction Partial interaction Complete interaction b G E G : Ss i Qs v i P —_______ P,, : complete interaction Pụ: no interaction Pr š First crack load defiection õ > HÌNH 2.8: Tương tác giữa ban sàn bê tông với dầm thép [4] e Không tương tác (no interraction): chuyển vị trượt tương đối giữa bê tông và thép tại mặt tiếp xúc là không giới hạn; hầu như không có sự truyền lực cắt. Tải trọng phá hoại P, nhỏ nhất, phá hoại là chuyển tiếp (progresive). Các giai đoạn làm việc của liên kết kháng cắt thể hiện bằng biểu độ quan hệ giữa lực và biến dạng trượt. Theo đó độ lớn của lực cắt phụ thuộc vào độ lớn của tải trọng tác dụng lên dầm.
Sự làm việc của dầm liên hợp được minh họa theo Hình 2.9 từ khi bắt đầu chịu tải trọng đến khi bị phá hoại ta có ba giai đoạn chính sau: e Giai đoạn 1: Khi dầm liên hợp còn làm việc trong giai đoạn đàn hồi, dưới sự tác dụng còn thấp của tải trọng nên cả thép và bê tông đồng thời nằm trong giai đoạn đàn hồi, lúc này lực cắt và ứng suất là tuyến tính, ứng suất tại giữa nhịp phân bố dạng đường thẳng như Hình 2. Bên cạnh đó, lực 14 CC | | i | strain stress | a A as JIẤN NấU JNế VIÊN, : r7 ự ll -- h—— cae ye y ⁄ Bending moment « a) stage T ‘ a= 404 £3 strain stress Shear force ff | 2 | | LS: k*--— .”——— À VA Bending moment By Stage 2 —— Z 2 l&= Shear force strain stress ” Bending momentJ7 Pe e =— | — E== Ỉ ~ = r2 : Km——.