CFST ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG, THUYẾT TRÌNH KẾT CẤU THÉP 1, VẬT LIỆU MỚI, VẬT LIỆU HỖN HỢP

– Có tính dẻo tốt hơn BTCT vì sự làm việc gần như đồng thời vỏ thép và lõi bê tông nên khả năng kháng chấn của công trình tốt hơn BTCT. – Khắc khục được tính dòn lớn của bê tông cường độ cao do bê tông bị gò chặt trong ống thép. – Có khả năng chịu mài mòn ở vỏ thép và va đập tốt hơn. Trị số biến dạng co ngót theo chiều dọc của mẫu cách ly là rất nhỏ. – Trong kết cấu không có cốt thép dọc hay cốt thép đai, do đó quá trình thi công thuận tiện hơn và độ chặt sít bê tông đảm bảo hơn. – Việc duy tu bảo dưỡng đơn giản vì nếu hỏng lớp sơn chống rỉ mặt ngoài vỏ thép thì chỉ cần sơn bảo vệ lại. Do vậy đảm bảo tính bền vững không bị xâm thực phá hoại trực tiếp như kết cấu bê tông cốt thép thuần tuý.

Trang 1

TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC TP.HCM

KHOA XÂY DỰNG

BÀI THUYẾT TRÌNH MÔN

KẾT CẤU THÉP 1

ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ KẾT CẤU ỐNG THÉP NHỒI BÊTÔNG GVHD: Thầy Trần Văn Phúc

Nhóm thực hiện: Nhóm 2

Trang 3

NỘI DUNG TRÌNH BÀY:

1 Giới thiệu chung về kết cấu ống thép nhồi bê tông.

2 Trạng thái cơ học – tính chất liên kết của bêtông và thép

3 Trạng thái ứng suất của cột ống thép nhồi bêtông.

4 Lý thuyết tính toán.

Trang 4

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG.

Trang 5

1.1 Khái niệm:

[?] Kết cấu ống thép nhồi bê tông là gì ?

Kết cấu ống thép nhồi bê tông (CFST-Concrete-Filled Teel Tube) là một hệ thống các cấu kiện chịu lực chính là các ống thép được nhồi đặc bằng bêtông cường độ cao hoặc trung bình.

Trang 6

Lợi điểm của loại kết cấu CFST:

Trang 7

Lợi điểm của loại kết cấu CFST:

- Độ bền của lõi bê tông tăng lên khoảng 2 lần.

- Bê tông không bị co ngót mà trương nở ra.

- Khả năng chống ăn mòn tốt

- Khả năng chống cháy vượt trội

- Khả năng kháng chấn tuyệt vời.

- Tiết kiệm được khối lượng cấu kiện thép.

- Xây dựng thuận tiện, thời gian thi công được rút ngắn đáng kể.

Trang 8

Hạn chế của kết cấu CFST:

 Chỉ làm việc hiệu quả khi chịu nén.

 Tiết kiệm một khối lượng đơn vị thép tương đối lớn nhưng giá thành trên một đơn vị thép lại rất cao.

 Cần có độ chính xác trong khi thi công.

 Đòi hỏi các thiết bị kỹ thuật tiên tiến, trình độ chuyên

môn cao.

Trang 9

1.2 Đặc điểm chịu lực của kết cấu CFST.

CFST chỉ làm việc hiệu quả khi chịu nén. Nên sử dụng cho cấu kiện chịu nén.Diện tích bề mặt ngoài: CFST < S Chi phí sơn phủ và bảo dưỡng ít.

Kết cấu hình trụ tròn. Cải thiện được tính chất khí động

học và tính ổn định.

Độ cứng chống xoắn cao hơn nhiều so với thanh mặt cắt hở.

CFST không cần sơn phủ, mạ kim loại hoặc bịt kín mặt trong của ống.

Khối lượng kết cấu:

CFST < RC Vận chuyển, lắp ráp dễ dàng.

Không cần ván khuôn, giá vòm, đai kẹp,

các chi tiết đặt sẵn. Kinh tế hơn.

Có sức chịu tải tốt hơn, ít hư hỏng do va đập.

Sản xuất sẵn, nên có độ chính xác cao. Thỏa mãn các điều kiện lắp dựng và khai thác.

Trang 10

1.2 Đặc điểm chịu lực của kết cấu ống thép nhồi bê tông.

Sử dụng trong các sơ đồ kết cấu truyền thống của công

trình có cấu kiện chịu nén.

Lập các sơ đồ kết cấu mới mà trong đó tải trọng tính toán

chủ yếu do thép nhồi bê tông chịu.

( Áp dụng theo nguyên lý cụ thể)

Lập phương

trình chịu lực :

 Nguyên lý tập chung vật liệu.

 Nguyên lý đơn giản hóa hình dạng kết cấu.

 Nguyên lý về sự kết hợp chức năng.

Trang 11

1.3 So sánh kết cấu CFST với các loại kết cấu khác:

Trang 12

Giá thành tổng thể thấp.

Khối lượng kết cấu nhỏ Vận chuyển, lắp ráp dễ dàng.

Thi công không cần ván

khuôn.

Có tính dẻo hơn Kháng chấn công trình tốt hơn Việc duy tu, bảo dưỡng đơn giản.

Vượt khẩu độ nhịp lớn

So sánh với kết cấu BTCT thông thường:

Trang 13

So sánh với kết cấu bê tông cốt cứng:

KC ống thép nhồi bê tông KC bê tông cốt cứng

Vị trí đặt thép => Phát huy hết khả năng Thép bố trí bên ngoài

chịu lực.

Thép bố trí ở giữa tiết diện

=> Không phát huy hết khả năng

chịu lực =>BT nứt, vỡ.

Cùng điều kiện

tải trọng và tiết

diện Giảm được 50% Thi công BTCC khó khăn hơn.

Trang 14

So sánh với kết cấu thép:

 Cùng tiết diện chịu lực ống thép nhồi bê tông có độ ổn định tốt hơn, giá thành nhỏ hơn so với kết cấu thép.

 Việc nhồi bê tông vào ống thép đã

nâng cao được độ bền ăn mòn, chống

gỉ mặt trong, làm giảm độ mảnh của

cấu kiện, làm tăng độ ổn định cục bộ

của thành ống, tăng khả năng chống

biến dạng của vỏ.

 Diện tích bề mặt ngoài của kết cấu ống thép nhồi bê tông chỉ nhỏ bằng khoảng một nửa so với kết cấu thép có cùng khả năng chịu lực, do đó chi phí về sơn phủ và bảo dưỡng cũng ít hơn.

Trang 15

Kết cấu (RC) Kết cấu (RSC) Kết cấu (S) Kết cấu (CFT hoặc CFST)

Tính dễ uốn

+ Rất tốt

Tốt Khá

+ +

+

+ +

+ + +

Trang 16

1.4 Vật liệu của kết cấu ống thép nhồi bê tông:

Ống thép nhồi

bê tông

Bê tông Thép

Trang 17

1.4.1 Bê tông.

Tùy thuộc vào Hợp đồng của Dự án cụ thể và cần có thí

nghiệm kiểm chứng cụ thể cho mỗi công trình mà sử dụng

các cấp bê tông khác nhau Tại Việt Nam có Tiêu chuẩn

Mô đun đàn hồi (Mpa) 3.00 3.15 3.25 3.35 3.45 3.55 3.60

Trang 18

1.4.2 Thép.

Cốt thép thường sử dụng trong ống thép nhồi bê tông CFST phải áp dụng theo Tiêu Chuẩn 22TCN 272-05.

Ở Việt Nam có thể tham khảo bảng sau:

Tên thép Chiều dày t (mm) Cường độ (Mpa) Mô đun đàn hồi (Mpa)

Thép số 3 21~40< 20

41~50

215 20

Thép 16Mn 17~25< 16

26~36

315 300 290

206 ×

Thép 15MnV 17~25<16

26~36

250 335 320

206 ×

Trang 19

Chịu nén (Mpa)

Chịu kéo (Mpa)

Chịu cắt

Chịu kéo, chịu nén, chịu cắt

4-20 21-40 41-50

215 200 190

185 170 160

130 115 110

160 160 160

Trang 20

1.5 Khả năng áp dụng:

hàng tăm mét.

Cấu kiện chịu lực cao, độ

cứng lớn.

Kích thước cấu kiện lớn, nặng làm giảm khả

năng chịu lực, chi phí tăng.

Ống thép nhồi

bê tông.

1.5.1 Các kết cấu nhịp cầu.

Kết cấu ống thép nhồi bê tông đáp ứng được các yêu cầu về chịu lực cao – độ cứng lớn vừa đáp ứng được trọng lượng bản thân kết cấu nhẹ.

Trang 21

Một số ví dụ điển hình về việc sử dụng cấu kiện ống thép nhồi bê tông trên Thế Giới như: Cầu Whusan (2005) bắc qua sông Dương Tử, Hoàng Châu, Trung Quốc; cầu Lianxiang (2007) , tp Tương Đàm, Hồ Nam, Trung Quốc; cầu La Vicaria (2007) bắc ngang qua song Segura, Tây Ban Nha,…

Tại Việt Nam, có cầu Đông Trù (2014) bắc qua sông Đuống, Hà Nội; Cầu Xóm Củi (2004), tp Hồ Chí Minh,…

Trang 22

Cầu Wushan (2005), bắc qua sông Dương Tử, Hoàng Châu, Trung Quốc Là 1 trong 7 cây cầu vòm dài nhất Thế Giới, sử dụng kết cấu hình cung Nhịp chính dài

460m, cao 180m kể từ mặt nước.

Trang 23

1.5.1 Khả năng áp dụng:

Cầu Lianxiang (2007) , tp Tương Đàm, Hồ Nam, Trung Quốc Sử dụng kết cấu vòm,, dây văng với hệ thống bán quạt Cầu có tổng chiều dài 1.345m, chiều dài nhịp chính là 400m

Trang 24

1.5.1 Khả năng áp dụng:

Cầu Đông Trù, (2014) bắc qua sông Đuống, Hà Nội rộng 55 mét, dài 1.240 mét, trong đó

cầu chính dài 500 mét, được xây dựng theo kiểu vòm ống thép.

Trang 25

1.5.2 Các kết cấu xây dựng dân dụng và công nghiệp.

Là một cấu trúc hỗn hợp mới, ống thép nhồi bê tông (CFST) chủ yếu được sử dụng cho các kết cấu khung như nhà xưởng và nhà cao tầng Sự phát triển nhanh chóng của cấu trúc ống thép nhồi bê tông là do tính chất cơ học tốt và hiệu suất xây dựng của nó.

Một số ví dụ điển hình đã sử dụng loại kết cấu này như:

Tòa nhà được xây dựng bằng kết cấu ống thép nhồi bê tông ở thành phố Kobe (Nhật Bản) để chống lại động đất,tòa nhà thí nghiệm của Viện Nghiên cứu khoa học thành phố Olinoe (Pháp) sử dụng ống thép nhồi bê tông D=216mm Tháp Poly Diamond Lantern , Bắc Kinh, Trung Quốc (2016); Trung tâm Triển lãm và Hội nghị Quốc tế Sinh thái Guiyang - Tháp 201 (2011), tp Quế Dương, Trung Quốc; Canton tower (2010), Quảng Châu, Trung Quốc,….

Trang 26

Trung tâm Triển lãm và Hội nghị Quốc tế Sinh thái Guiyang - Tháp 201 (2011), tp Quế Dương, Trung Quốc Là tòa siêu cao tầng đầu tiên áp dụng khung cột ống thép nhồi bê

tông - hệ thống treo thép, với chiều cao 201 m.

Trang 27

Canton tower (2010) Quảng Châu, Trung Quốc Với chiều cao là 600m là tháp truyền hình

cao nhất Trung Quốc và cao thứ 3 Thế Giới Dử dụng cấu trúc ống trong ống

Trang 28

Tháp Poly Diamond Lantern (2016), Bắc Kinh, Trung Quốc Dử dụng cấu trúc ống trong ống,

khung ngoài là ống thép nhồi bê tông, cột BTCT làm khung ống bên trong.

Trang 29

CHƯƠNG 2 TRẠNG THÁI CƠ HỌC – TÍNH CHẤT LIÊN KẾT CỦA BÊTÔNG VÀ THÉP

Trang 30

BÊTÔNG

Trang 31

Trạng thái

cơ học Khả năng

Trang 32

Khả năng chịu nén của bê tông

Trang 33

Quan hệ ứng suất nén – biến dạng (Ủy ban BT Châu Âu – CEB 228 – 1995)

Trang 35

Cơ cấu phá hủy của

bê tông cốt thép

Trang 37

CÁC VẾT NỨT DÍNH BÁM TỒN

TẠI TRƯỚC

Trang 38

PHÁT TRIỂN LIÊN KẾT VẾT NỨT

Trang 39

SỰ TRUYỀN VẾT NỨT VÀO

TRONG BÊ TÔNG

Trang 40

CÁC VẾT NỨT NỐI LỀN NHAU

Trang 47

Liên kết giữa bê tông và ống thép

Trang 48

Liên kết mặt phân cách Ma sát Sự dính bám

Trang 51

CÁC NEO CHỐNG CẮT THEO

NGUYÊN LÝ CƠ HỌC

Trang 54

CHƯƠNG 3 ỨNG SUẤT CỦA CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊTÔNG (CFST)

Trang 55

1 KHÁI

QUÁT

2 CỘT NGẮN CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM

3 CỘT MẢNH CHỊU NÉN LỆCH TÂM

KHÁI QUÁT CHUNG

SỰ KIỀM CHẾ TRONG

LÕI BÊTÔNG LÀ

GÌ?

CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶT TẢI

ĐẶT TẢI LÊN TOÀN BỘ MẶT CẮT

ĐẶT TẢI LÊN MẶT CẮT BÊTÔNG

ĐẶT TẢI MẶT LÊN CẮT THÉP

Trang 56

- Sức chịu tải của cột mảnh: bị chi phối một phần bởi cường độ của nó, vì sức chịu tải phụ thuộc không chỉ vào đặc tính vật liệu mà còn phụ thuộc vào đặt trưng hình học của toàn bộ cấu kiện.

- Nếu sức chịu tải bị giảm nhiều bởi momen thứ cấp (đã gây ra biến dạng cột), thì cột được coi là loại cột mảnh; nếu khác đi thì sẽ được coi là loại cột ngắn.

Trang 57

2 CỘT NGẮN CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM:

2.1 Khái quát chung:

- Trạng thái cơ học của loại cột này phụ thuộc vào điều kiện chịu nén đúng tâm.

- Sự hư hỏng của loại cột này phụ thuộc vào cường độ chịu nén của bêtông và giới hạn chảy của thép.

- Mặt cắt cột liên hợp chịu được tải trọng dọc trục lớn hơn so với khi chỉ có riêng mặt cắt bêtông.

- Trạng thái của bêtông được bọc bằng ống thép sẽ có ảnh hưởng đến toàn bộ trạng thái làm việc của kết cấu

Trang 58

2.2 Sự kiềm chế bị động trong lõi bêtông:

- Khi xét cột liên hợp thì vỏ thép sẽ hạn chế sự giãn nở ngang của bêtông khi bêtông chịu nén, nghĩa là gây ra áp lực kiềm chế bị động trong bêtông.

- Áp lực kiềm chế bị động được phụ thuộc vào:

+ Biến dạng bên của lõi bêtông dưới tác dụng của tải trọng dọc trục.

+ Quan hệ ứng suất – biến dạng của ống thép kiềm

chế khả năng biến dạng nở hông.

Trang 59

- Đối với cột cốt thép thông

thường, khi cột chịu nén đúng

tâm, lớp bêtông bảo vệ không bị

kiềm chế và trở nên không hiệu

quả sau khi nó đạt giới hạn chịu

nén Nên sẽ dễ gây ra việc phá vỡ

sớm của lớp bêtông bảo vệ.

- Đối với cột thép liên hợp, ứng suất tới hạn của lõi bêtông đã chịu ảnh hưởng của sự kiềm chế bị động do ống thép gây ra Nên không có tình trạng bêtông bảo vệ bị nứt vỡ sớm.

Trang 60

Cách đặt tải : Lên toàn bộ mặt cắt (SFE), lên chỉ mặt cắt bê tông (SFC)

và chỉ lên mặt cắt thép

2.3 Ảnh hưởng của tải trọng tới trạng thái cơ học:

Trang 61

2.3.1 Trường hợp đặt tải trọng lên toàn bộ mặt cắt

Nc: Lực pháp tuyến trong mặt cắt bêtông

Na: Lực pháp tuyến trong mặt cắt thép

Trang 62

Trang 63

2.3.2 Trường hợp đặt tải chỉ tác dụng lên mặt cắt

bêtông

Trong trường hợp này thì ống thép chỉ tác động như một ống bọc để tạo ra sự kiềm chế bên cho lõi betong

Ban đầu, betong chịu hầu hết toàn bộ tải trọng.

Khi tổng tải trọng tăng dần lên, lõi betong co giãn theo hướng bên hông, áp lực tiếp xúc

và ứng suất cắt do ma sát tại bề mặt tiếp xúc giữa ống thép và betong tăng

Vì vậy, tải trọng được phân bố lại với ống thép.

Trang 64

2.3.2 Trường hợp đặt tải chỉ tác dụng lên mặt cắt

Trang 65

2.3.3 Trường hợp đặt tải chỉ tác dụng lên mặt cắt ống thép

Điểm khác nhau chính là lõi betong ngăn cản ống thép bị oằn vào phía trong, và có thể hướng tới làm chậm phát triển oằn.

Trạng thái này sẽ giống như một cột thép rỗng Vì vậy với điều kiện tải trọng này,

cột không thể được xét như một cột liên hợp

Trang 66

Khái quát: Sức kháng tải trọng của cột mảnh phụ thuộc vào chiều

dài của nó và độ cứng chống uốn.

Trang 67

- Momen thứ cấp (momen gây ra biến dạng cột) phụ thuộc vào độ mảnh của cột, các cột càng mảnh thì biến dạng càng lớn.

- Tuy nhiên, trạng thái ứng suất của cột không chỉ phụ thuộc vào hiệu ứng phi tuyến hình học mà còn phụ thuộc vào trạng thái phi tuyến vật liệu

- Nếu độ cứng chống uốn giảm thì biến dạng bên sẽ tăng lên và vì vậy làm tăng momen thức cấp (momen gây ra biến dạng cột)

Trang 68

CHƯƠNG 4 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN

Trang 69

NỘI DUNG

 Tìm hiểu công thức tính toán theo tiêu chuẩn

Eurocode 4

 Tìm hiểu và thiết lập biểu đồ tương tác của tiết

diện cột thông qua việc phân tích ứng xử chịu lực của tiết diện chữ nhật và tròn chịu nén lệch tâm phẳng và lệch tâm xiên

 Minh họa quá trình tính toán dùng biểu đồ

tương tác

Trang 70

I CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Phương pháp tính toán:

Phương pháp tổng quát

+ Ảnh hưởng đến sự làm việc phi tuyến và sự chế tạo không chính xác

+ Tiết diện thay đổi và không đối xứng

+ Phương pháp số

Phương pháp đơn giản

+ Sử dụng đường cong uốn dọc

+ Kể đến sự chế tạo không chính xác

+ Tiết diện không đổi và có hai trục đối xứng

Trang 72

Điều kiện ổn định cục bộ của tiết diện thép:

𝑑

Trang 73

I.1 Khả năng chịu nén dọc trục của tiết diện cột

thay vì 0,85 cho riêng cột ống thép nhồi bêtông do có xét đến hiệu ứng chống nở hông

(confinement) của vỏ thép đối với bêtông bên trong

Kể đến thép thanh:

Trang 76

I.2 Khả năng chịu nén lệch tâm xiên của tiết diện cột

Định dạng
Số trang	84
Dung lượng	36,52 MB