Khảo sát khả năng chịu lực của cột bố trí cốt đai thông thường và cột bố trí cốt đai xoắn cải tiến.Trên cơ sở đó đề xuất bố trí cốt đai xoắn cải tiến cho cột vuông bêtông cốt thép (RC). Cốt đai xoắn cải tiến là một hệ thống bao gồm năm vòng đai bố trí trong tiết diện cột trong đó vòng đai lớn bố trí ở giữa và bốn vòng đai nhỏ bố trí ở bốn góc của cột.
Trang 1NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÓ KỂ ĐẾN
“CONFINEMENT” CỦA CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ LÕI THÉP GIA CƯỜNG TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT BỐ TRÍ ĐAI XOẮN CẢI TIẾN(SRC)
Trang 2I.Bê tông bị ép ngang
II.Yêu cầu và thiết kế
III Thí nghiệm so sánh sự làm việc của cột
IV Tóm tắt và kết luận
Trang 3Khảo sát khả năng chịu lực của cột bố trí cốt đai thông thường và cột bố trí cốt đai xoắn cải tiến Trên cơ sở đó đề xuất bố trí cốt đai xoắn cải
tiến cho cột vuông bê tông cốt thép (RC).
Trang 4Trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép, cốt đai được bố trí trong dầm và cột có 3 chức năng chính như sau :
Ngăn chặn sự mất ổn định của thanh cốt thép dọc
Tránh phá hoại do lực cắt
Cung cấp đủ độ dẻo cần thiết (confinement)
Trang 7Cốt đai xoắn cải tiến là một hệ thống bao gồm năm vòng đai bố trí trong tiết diện cột trong đó vòng đai lớn bố trí ở giữa và bốn vòng đai nhỏ
bố trí ở bốn góc của cột (H.1):
Trang 10Tiêu chuẩn (ACI 318-08)
Theo ACI 318, hàm lượng cốt thép đai xoắn gia cường (spiral
reinforcement) phải không nhỏ hơn:
Trang 11Công thức Weng
Trang 13Như trên hình 1, có thể chia các phân vùng được
“confinement” thành 3 vùng : A, B, C
Định lượng sự phân phối “confinement” giữa cácvùng có thể thực hiện theo mô hình của Mander
(Mander et al 1988) Theo mô hình này, các đáp
ứng (response) ứng suất nén-biến dạng có thể ướclượng khi biết bước đai, đường kính và hàm lượngcốt đai
Trang 14Đường cong ứng suất-biến dạng trong vùng A, B được định lượng với hàm lượng cốt đai tại vùng trung tâm
và góc Hàm lượng cốt đai trong vùng C định nghĩa
bởi:
ρ
thế tích của cốt đai, bước cốt đai và diện tích được
“confinement” trong vùng C.
Trang 22Ở bảng 1 gồm có 2 cột RC và 9 cột SRC được lấy đểthực nghiệm Tất cả các mẫu thực nghiệm này đều
có kích thước 1 cạnh là 600mm và chiều cao
1200mm
Hai loại cột SRC là SRC1 và SRC2 được đem đi
kiểm tra với các đai thẳng truyền thống, còn lại cộtSRC3 tới SRC9 thì được thiết kế với đai “5 vòng
xoắn” (5 spiral)
Trang 23Cột RC1 thiết kế với đai giằng truyền thống còn
các cột RC2 thiết kế với đai “5 vòng xoắn cải tiến”
(5 spiral)
Trong bảng 1 hệ số giảm (reduction factor) số
lượng và khoảng cách thép đai chịu nén ngang củatiêu chuẩn thiết kế “Taiwan SRC” hay công thức
“Weng” thấy rõ rệt hơn so với ACI-318 đòi hỏi
Trang 24Trong thí nghiệm này khoảng cách thép đai đượcdao động từ 75-110 mm Hệ số giảm (reduction factor) nhỏ nhất là 65% ở mẫu SRC2 và SRC5; haimẫu này đều được thiết kế theo công thức Weng
Tỉ số thể tích và mật độ khối lượng của đai thépcũng được cho ở bảng 1 Ta thấy tỉ số thể tích daođộng từ 0.81% đến 1.67%; và mật độ khối lượngcủa đai thép dao động từ 235 đến 405 N/m
Trang 25Lõi thép trong các mẫu gồm có tiết diện chữ H
và chữ nhật với các bề dày khác nhau gồm 6, 9,
10 mm và cường độ chảy dẻo dao động trong khoảng 411 đến 445 MPa
Cường độ chịu nén của Be tong là 41.1 Mpa
Thép dọc gồm #8(D25) và #9(D29) có cường
độ chảy dẻo là 442 và 430 MPa.
Trang 26Thép đai gồm #3(D10) và #4(D13) có cường độ chảy dẻo là 485 và 463 MPa #4(D13) được
chọn làm đai xoắn trung tâm, #3(D10) làm các đai xoắn nhỏ hơn đặt ở 4 góc.
Hình 4 là máy ép thuỷ lực có lực ép dọc trục
58,800 kN với tộc độ ép là 0.03mm/sec (25 µε /sec) Lực ép đạt được khi ép mẫu là 21.000 Kn
Trang 29Hình 5 là biểu đồ lực - chuyển vị so sánh giữa 2
loại cột RC1 và RC2, được thiết kế cùng 1 lượng
Ta thấy rằng lực nén cực hạn ở cả 2 mẫu gần nhưnhau tuy nhiên độ dẻo dai của mẫu được thiết kếđai xoắn (RC2) thì hơn hẳn so với đai giằng truyềnthống (RC1)
Trang 30Kết quả trên cũng trùng với kết luận của Wang
2004 Bảng 1 cũng chỉ ra rằng mật độ khối
lượng của thép đai mẫu RC2 là 360 N/m cũng tiết kiệm hơn so với mẫu RC1 là N/m.
Trang 31Hình 6 so sánh biểu đồ Lực- chuyển vị của 3 mẫuSRC3, SRC4, SRC5 với mẫu RC, ta thấy sức chịu tảicực hạn lẫn đô dẻo dai cũng cao hơn hẳn so với cácmẫu RC thong thường Ở bang 1 lượng thép đai
dùng cho 2 loại mẫu SRC4 và SRC5 là chỉ 283 và
235 N/m! ít hơn so với lượng thép đai dùng cho 2 mẫu RC1 và RC2
Trang 32Ở bảng 1 cũng cho thấy lượng thép đai mẫu SRC5 thiết
kế theo Weng chỉ tốn 65% so với thiết kế theo ACI-318 Biểu đồ cũng cho thấy độ dẻo dai được gia tăng đáng
kể của các đai “5 vòng xoắn” so với đai chữ nhật kích thước truyền thống.
Hình 7 so sánh biểu đồ Lực-chuyển vị của các đai SRC gồm 1 loại là giằng (SRC1 và SRC2) với 1 loại là đai “5 vòng xoắn” cải tiến (SRC 6 và SRC7) Ta cũng thấy
rằng cùng 1 lượng thép đai nhưng đai bối trí theo “5 vòng xoắn” có tải trọng cực hạn và độ dẻo dai cao hơn hẳn loại đai giằng
Trang 35Hình 8 thể hiện độ dẻo dai của 3 loại đai : loại đai giằng gồm RC1 và SRC2 và loại đai xoắn
SRC4 Chỉ số dẻo µ được xác định bằng tỉ số
thấy chỉ số dẻo lần lượt là 1.82, 3.60, và 4.77 đối với các mẫu RC1; SRC2 và SRC4.
Trang 36Ta thấy rằng mẫu thiết kế SRC4 là tốt để hấp thucác năng lượng biến dạng phi tuyến Khả năngduy trì biến dạng lớn dưới tác dụng của tải trọngngang của các mẫu SRC với đai “ 5 vòng xoắn” mang lại lợi thế lớn trong việc kháng chấn Tảitrọng cực hạn và chỉ số độ dẻo dai của các mẫuthực nghiệm được cho ở bảng 2:
Trang 39Hình 9 Giải thích hiện tượng suy giảm cường độ
nén sau khi chịu tác động của tải trọng ngang, ta
mẫu RC1) khi chịu tác động của tải trọng ngang
cực hạn dễ bị bung ra không còn liên kết được vớithép dọc chịu lực được nữa Còn đai “5 vòng xoắn” ( mẫu SRC4) thì vẫn bình thường khi chịu tác đôngcủa tải trọng ngang cực hạn
Trang 40Loại cột SRC đai xoắn được phát minh lần đầu
là do Y.L Yin vào năm 2004 đã chứng minh được những thành công nhất định của nó qua quá trình sử dụng so với loại cột SRC đai chữ nhật thong thường.
Đai xoắn làm tăng cường độ chịu lực và độc
dẻo dai của kết cấu.
Trang 41Đai xoắn chỉ ra được khả năng duy trì biến
dạng lớn mà không làm suy giảm cường độ
nén của kết cấu khi chịu tải trọng ngang cực
hạn, là yếu tố quan trọng trong việc thiết kế
kháng chấn.
Cột bố trí đai xoắn tiết kiệm được thép đai hơn.
Dễ dàng sản xuất và thi công.