Đánh giá khả năng kháng trượt dọc của sàn liên hợp thép bê tông cốt thép sử dụng liên kết kiểu perfobond

Tất cả chỉ đang trong giai đoạn thử nghiệm Chính vì những điểm đã trình bày ở trên, nghiên cứu này sẽ tập trung giải quyết chuyện việc thay thế liên kết kháng trượt trong sàn bê tông liê

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

DỤNG LIÊN KẾT KIỂU PERFOBOND

Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng công trình Dân dụng và Công nghiệp

Mã ngành : 62.58.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2013

Công trình được hoàn thành tại : Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1 : TS BÙI ĐỨC VINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS.LÊ VĂN PHƯỚC NHÂN

Cán bộ chấm nhận xét 1:………

Cán bộ chấm nhận xét 2:………

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày……

tháng…… năm………

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm 1………

2………

3………

4………

5………

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

- -oOo

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: 06/07/1985 Nơi sinh : Nam Định

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD & CN MSHV : 11211010

1- TÊN ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KHÁNG TRƯỢT DỌC CỦA SÀN LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG LIÊN KẾT KIỂU PERFOBOND

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Thiết kế và chế tạo mẫu sàn liên hợp bê tông thép với kích thước dùng cho kết cấu cầu giao thông

- Thực hiện khảo sát thực nghiệm với kích thước mẫu lớn có sử dụng liên kết perfobond

- Đánh giá khả năng chịu kháng dọc của sàn và xác định hệ số m-k cho loại sàn đã dử dụng và cung cấp số liệu cho các thiết kế thực hành sau này

- Mô phỏng sự làm việc tới hạn của sàn bằng phần mềm Ansys, trong trường hợp thành công sẽ thực hiện thêm các bài toán khảo sát tham số

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: tháng 01 năm 2013

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: tháng 6 năm 2013

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1: TS BÙI ĐỨC VINH

HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2: TS LÊ VĂN PHƯỚC NHÂN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

TS BÙI ĐỨC VINH TS LÊ VĂN PHƯỚC NHÂN

BAN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TRƯỜNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

LỜI CÁM ƠN

Em xin gửi đến thầy TS Bùi Đức Vinh và thầy TS Lê Văn Phước Nhân lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất Trong suốt quá trình làm luận văn này thầy luôn tận tâm hướng dẫn và cung cấp em những kiến thức cơ bản cần thiết để em có thể hoàn thành luận văn của mình Ngoài các lĩnh vực về chuyên môn thầy cũng luôn nhiệt tình động viên tinh thần và tạo một môi trường nghiên cứu thuận lợi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này

Con xin gửi lời cảm ơn sau sắc đến Bố mẹ, Bố mẹ vẫn và mãi luôn là nguồn động viên chân thành và sâu sắc nhất của con đã luôn hết sức ủng hộ con,giúp con hoàn thành giấc mơ của mình

Lời cảm ơn xin gởi đến các đồng nghiệp và kỹ thuật viên Công ty Hoàng Vinh, không có sự giúp đỡ của họ thì công tác thí nghiệm rất khó được hoàn thành đúng hẹn

Nhân đây cũng xin gửi lời cảm ơn đến các bạn học viên cao học khóa K2011, trong suốt thời gian qua cả nhóm đã luôn tạo một không khí học tập bình đẳng và sẵn sàng hỗ trợ lẫn nhau để cùng nhau tiến bộ hơn trên con đường tìm tòi và khám phá những kiến thức khoa học bổ ích

Tp.HCM, ngày 28 tháng 6 năm 2013

Học Viên Cao Học

Vũ Thái Hưng

TÓM TẮT

Luận văn trình bày kết quả đánh giá khả năng chịu cắt dọc của sàn liên hợp thép-bê tông cốt thép có sử dụng liên kết perfobond, thông qua thực nghiệm và mô phỏng phần tử hữu hạn Khả năng chịu lực kháng trượt dọc sàn được tính toán và đánh giá bởi phương pháp m-k và phương pháp liên kết bán phần (PSC) dựa trên các số liệu thực nghiệm Các kết quả tính được bằng hai phương pháp này được so sánh với nhau và so sánh với các kết quả của nghiên cứu có sử dụng liên kết perfobond dạng đóng Kết quả đã cho thấy tính toán bằng phương pháp m-k cho kết quả an toàn hơn so với tính toán bằng phương pháp liên kết bán phần Phương pháp phần tử hữu hạn cũng được sử dụng để so sánh với các mẫu thực nghiện và mô phỏng thêm nhiều mẫu hơn mà thực nghiệm chưa làm được Tuy nhiên kết quả mô phỏng ứng xử phi tuyến của sàn chưa được thực hiện hoàn chỉnh, việc cải tiến mô hình làm việc và lựa chọn mô hình vật liệu hợp lý cho bê tông cần được bổ sung thêm để cải tiến độ chính xác của kết quả

SUMMARY

The thesis presents the results of evaluation of the vertical shear capacity steel complex floor-reinforced concrete using perfobond link, through experimental and finite element simulation The ability to slide along the floor bearing resistance

is calculated and evaluated by mk method and the method of selling links (PSC) based on the experimental data The results calculated by the two methods were compared with each other and compared with the results of studies that use link perfobond closed Results showed mk calculation method for safer results compared with calculations using the method of selling links Finite element method was also used to compare with the simulation model to more addiction and more samples that have not been empirically However, the simulation results of the nonlinear behavior unfulfilled floor complete, the improvements to the model and choose appropriate material models for concrete should be added to improve the accuracy

of results

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ iii

LỜI CÁM ƠN iv

TÓM TẮT v

DANH MỤC BẢNG BIỂU xii

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Giới thiệu chung về kết cấu liên hợp bê tông-thép 1

1.2 Động lực cho nghiên cứu 4

1.3 Mục tiêu và giới hạn của đề tài 5

1.4 Nội dung và ý nghĩa của đề tài 6

1.4.1 Nội dung nghiên cứu 6

1.4.2 Ý nghĩa của đề tài 6

1.5 Cấu trúc luận văn 7

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 8

2.1 Liên kết chống cắt trong kết cấu liên hợp bê tông - thép 8

2.1.1 Tổng quan 8

2.1.2 Trượt dọc 12

2.1.3 Liên kết chống cắt trong kết cấu dầm, sàn liên hợp 17

2.1.4 Sự truyền lực cắt trong liên kết 19

2.2 Liên kết chống cắt dạng perfobond 20

2.2.1 Liên kết chống cắt dạng perfobond đóng kín 20

2.2.2 Liên kết chống cắt dạng perfobond mở 21

2.2.3 Sàn compiste sử dụng liên kết perfobond 22

2.3 Kết luận 24

CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM 25

3.1 Giới thiệu 25

3.2 Nguyên lý và mô hình thí nghiệm 26

3.2.1 Mẫu thí nghiệm 26

3.2.2 Mô hình thí nghiệm và mục tiêu khảo sát 28

3.3 Các thông số của vật liệu 28

3.3.1 Bê tông 29

3.3.2 Thép tấm và cốt thép 29

3.3.3 Chế tạo mẫu và chuẩn bị thiết bị thí nghiệm 30

3.3.4 Sơ đồ gia tải và quy trình thí nghiệm 34

3.4 Kết quả thí nghiệm 35

3.4.1 Tóm tắt kết quả thí nghiệm 35

3.4.2 Đánh giá các kết quả thí nghiệm 36

3.5 Xác định sức kháng trượt của sàn 47

3.5.1 Xác định sức kháng cắt của sàn bằng phương pháp m-k 47

3.5.2 Tính toán sức kháng trượt dọc của sàn bằng phương pháp liên kết không hoàn toàn 48

3.6 Kết luận 50

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG PHẦN TỬ HỮU HẠN 51

4.1 Giới thiệu 51

4.2 Mô hình vật liệu 51

4.2.1 Mô hình vật liệu cho thép kết cấu và cốt thép 51

4.2.2 Mô hình vât liệu bê tông 52

4.3 Mô hình hình học cho sàn composite 54

4.3.1 Bản sàn thép dập dạng tôn sóng 54

4.3.2 Mô hình hình học cho bê tông sàn 55

4.3.3 Mô hình hình học của cốt thép 56

4.3.4 Mô hình cho liên kết Perfobond 56

4.4 Mô hình phần tử hữu hạn cho thí nghiệm 56

4.4.1 Mô hình phần tử hữu hạn 56

4.4.2 Chia lưới phần tử 57

4.4.3 Điêu kiện biên và tải trọng 58

4.5 Kết quả phân tích phần tử hữu hạn 59

4.5.1 Nhận xét chung quá trình mô phỏng: 60

4.5.2 Ứng xử chung 60

4.6 Kết luận 62

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 63

5.1 Kết luận 63

5.2 Hướng phát triển trong tương lai 64

CHƯƠNG 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

CHƯƠNG 7: PHỤ LỤC 69

CHƯƠNG 8: LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 83

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.4 :Quan hệ giữa lực và chuyển vị trong tấm sàn giòn và dẻo [1] 12

Hình 2.10: Liên kết perfobond rib đƣợc hàn trực tiếp và tấm thép[13] 20

Hình 2.13: Thí nghiệm liên kết chốt đinh trong sàn composite [6] 22

Hình 2.14: Thí nghiệm tấm sàn composite sử dụng liên kết perfobond [9] 23

Hình 2.15: Lắp đặt cốt thép trong tấm sàn composite sử dụng liên kết

Hình 3.4: Chi tiết mặt cắt ngang của tấm thép sàn và liên kết perfobond 27

Hình 3.8: Mẫu thí nghiệm sau khi đổ bê tông xong 32

Hình 3.15: So sánh giá trị trượt giữa bê tông và thép tại hai sàn 39

Hình 3.16: So sánh trượt giữa bê tông và thép tại các đầu cuối mỗi sàn 41

Hình 3.18 : Vị trí gắn Strain Gauge5 và 6 trên mặt bê tông 43

Hình 3.23: Hình tấm thép hình và perfobond sau khi bê tông bị phá hủy hoàn toàn 47

Hình 4.2: Dạng 3D mặt phá hủy bê tông của Willam và Warnke [28] [30] 52

Hình 4.3: Đường cong ứng suất biến dạng khi chịu nén dọc trục của bê tông 53

Hình 4.9:Chia lưới phần tử tại vị trí giao nhau của bê tông và cốt thép 57

Hình 4.12: Kêt quả ứng suất theo phương Y của tấm thép định hình 61

Hình 4.14: Biểu đồ so sánh kết quả ansys và thực nghiệm quan hệ lực - độ võng 61

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.7: Bảng kết quả thí nghiệm trượt tương đối giữa bê tông và thép 39

Bảng 3.8: Bảng kết quả thí nghiệm biến dạng trên mặt bê tông và thép hình 41

GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu chung về kết cấu liên hợp bê tông-thép

Kết cấu liên hợp bê tông-thép (comfull scale testsite construction) là sự kết hợp của bê tông - thép kết cấu và cốt thép thành một thể thống nhất làm việc đồng thời với nhau

Hệ thống sàn composite được phát triển từ cuối năm 1930 và ứng dụng nhiều trong việc xây dựng các nhà cao tầng Công nghệ này đã mang lại những lợi ích to lớn trong việc giảm khối lượng cũng như thời gian thi công cho công trình

Sàn tấm thép định hình được đưa vào sử dụng ở Bắc Mỹ vào những năm

1950 và kể từ đó công nghệ này càng ngày càng được hoàn thiện hơnvà lan rộng sang nhiều nước trên thế giới

Một số ưu điểm, lợi ích của kết cấu liên hợp:

- Đơn giản hóa phương pháp thi công, đẩy nhanh tiến độ thi công công trình

- Đảm bảo sự an toàn cho các công nhân làm việc phía dưới

- Làm giảm khối lượng công trình hơn so với phương pháp xây dựng bê tông truyền thống

- Công trường thi công đơn giản, gọn nhẹ thân thiện với môi trường Độ chính xác trong thi công cao hơn do sử dụng các tấm thép định hình được gia công trong nhà máy với các quy trình kiểm định chất lượng nghiêm ngặt

Ngoài các ưu điểm chung trên thì sàn liên hợp còn có các ưu điểm riêng như sau:

- Tấm thép định hình sẽ là bệ đỡ các công tác trong quá trình thi công, đảm bảo an toàn cho các công nhân hoạt động phía dưới hoặc nó các tác dụng như một sàn thao tác cho công nhân hoặc có thể để làm chỗ tập kết các dụng

cụ, thiết bị

- Thép định hình là các cấu kiện đúc sẵn nên dễ dàng trong công tác vận chuyển và nó có tác dụng như cốt pha khi thực hiện công tác đổ bê tông và là

cốt thép chịu kéo của sàn khi sàn đi vào hoạt động

- Làm giảm chiều dày sàn và giảm trọng lượng công trình, từ đó dẫn tới có thể giảm được kích thước của cột dầm sàn và móng dẫn tới giá thành công trình giảm xuống và thời gian thi công giảm

Hiện nay rất nhiều các loại hình công trình đang sử dụng loại kết cấu liên hợp với nhiều loại công năng khác nhau như: bãi đỗ xe nhiều tầng, nhà công nghiệp, văn phòng, trung tâm thương mại ,bệnh viện, nhà ở và sửa chữa các khu nhà cũ đã xuống cấp Ở Việt Nam hiện nay đã có các công trình sử dụng kết cấu liên hợp điển hình là trung tâm thương mại Diamond Plaza tọa lạc tại trung tâm Tp HCM Gần đây các công trình cầu vượt thép mới được thi công ở Hà nội, Tp Hồ Chí Minh và công trình khách sạn 5 sao Marriott Hà Nội cũng sử dụng kết cấu liên hợp Hình 1.1 minh họa một số hình ảnh các công trình có sử dụng kết cấu liên hợp

Hình 1.1: Một số các công trình sử dụng kết cấu composite

Không những được sử dụng trong công trình nhà, kết cấu liên hợp còn được

sử dụng rộng rãi trong việc xây dựng các công trình cầu vượt nhịp lớn, gần đây nhất nút giao thông Hàng xanh-Tp HCM, Thủ Đức và mới nhất là cầu vượt tại nút giao thông Lăng Cha Cả đã chính thức đưa vào sử dụng Các công trình này đều sử dựng kết cấu liên hợp để rút ngắn thời gian thi công (hình 1.2)

Hình 1.2 Thi công nút cầu vượt Tp Hồ Chí Minh

Trên thị trường hiện nay có nhiều các loại tôn có thể dùng cho kết cấu sàn liên hợp, tuy nhiên chúng được chế tạo chỉ để sử dụng cho các công trình dân dụng chịu tải trọng thấp nên chiều dày các tấm tôn nhỏ thường nhỏ hơn 1mm Bề mặt tôn thường có nhiều nhiều vết lõm nhỏ để tăng khả năng bám dính của bê tông

a) Công trình đang thi công

b) Công trình đã hoàn thiện

Hình 1.3:Công trình khách sạn Khách sạn Marriott Hà Nội

Đối với những công trình giao thông, hạ tầng thì kết cấu sàn là bộ phận tiếp nhận trực tiếp tải trọng xe cộ nên chiều dày tôn cũng lớn hơn so với công trình dân dụng Dưới tác dụng thường xuyên của tải trọng động lớn nên sự trượt, tách giữa

bê tông và tấm tôn phía dưới là rất dễ xảy ra Để hạn chế việc này, thì các liên kết chốt chống trượt được sử dụng để làm liên kết kháng trượt (Hình 1.2) Tuy nhiên việc này cũng có một số vấn đề như công tác hàn đòi hỏi phải có thiết bị chuyên dụng (spot weld), độ mỏi của đầu chốt dưới tác dụng của tải trọng động, gây nhiều khó khăn trong thi công Các liên kết chốt này đều làm bằng thép cường độ cao nên phải nhập ở nước ngoài rất tốn kém và bất tiện

1.2 Động lực cho nghiên cứu

Từ những bất lợi do việc sử dụng liên kết đinh mũ như đã đề cập ở trước đó, cho nên liên kết kháng cắt perfobon được chọn là một giải pháp thay thế Tuy nhiên khi sử dụng liên kết perfobond có thể xuất hiện một số vấn đề sau:

- Nếu chiều dày của tấm thép định hình không đảm bảo độ dày thì khi hàn liên kết perfobond, tấm thép định hình sẽ bị thủng

- Thực tế các công trình trên thế giới sử dụng liên kết perfobond còn hạn chế, còn ở trong nước thì chưa sử dụng và các nghiên cứu về liên kết perfobond cũng không nhiều (nhất là trong sàn liên hợp) Chính vì thế các hiểu biết và kinh nghiệm về ứng xử của liên kết perfobond cho sàn liên hợp là hạn chế

- Hiện tại cũng chưa có một quy định, tiêu chuẩn chính thức nào trên thế giới quy định rõ ràng về biên dạng và kích thước của perfobond Tất cả chỉ đang trong giai đoạn thử nghiệm

Chính vì những điểm đã trình bày ở trên, nghiên cứu này sẽ tập trung giải quyết chuyện việc thay thế liên kết kháng trượt trong sàn bê tông liên hợp từ liên kết chốt chống trượt ( đinh tán, bu lông) sang loại liên kết kháng trượt perfobond hở được hàn trực tiếp và rãnh của tấm thép định hình

Thông qua mô hình thí nghiệm mẫu lớn để tính toán sức kháng sức kháng trượt dọc của sàn, và trong quá trình thí nghiệm với các strain gauge gắn trong perfobond, bê tông sẽ cho ta biết được chính xác ứng xử của perfobond khi tải trọng tăng dần

1.3 Mục tiêu và giới hạn của đề tài

Trong nghiên cứu này sẽ sử dụng thí nghiệm tấm sàn composite mẫu lớn với liên kết kháng trượt perfobond có biên dạng gần giống với chữ Ω được hàn trực tiếp vào tấm thép định hình

Theo chỉ dẫn trong Euro Code 4 [1] và các nghiên cứu trước đây thì cốt thép trong bê tông và cường độ bê tông tham gia không nhiều và đến sức kháng trượt dọc của sàn Vì thế ta sẽ khảo sát các mẫu thí nghiệm giống nhau nhưng độ dài nhịp trượt (Ls) khác nhau để đánh giá các yếu tố liên quan đến dạng phá hoại của sàn, ứng xử của liên kết perfobond và quan trọng nhất là đánh giá được sức kháng trượt dọc trong liên kết giữa bê tông và thép hình trong kết cấu sàn liên hợp

Bên cạnh việc tiến hành thí nghiệm mẫu lớn (full scale test) thì ta sẽ sử dụng phần mềm Ansys để mô phỏng sự làm việc của tấm sàn

1.4 Nội dung và ý nghĩa của đề tài

1.4.1 Nội dung nghiên cứu

Với những vấn đề được trình bày ở phần trước về kết cấu liên hợp, đề tài tiến hành khảo sát ứng xử của liên kết, bao gồm những vấn đề sau:

 Thí nghiệm mẫu lớn đối với 2 mẫu sàn composisite có sử dụng liên kết perfobond

 Thực nghiệm khảo sát dạng phá hoại các mẫu thí nghiệm bao gồm: khả năng chịu lực của tấm sàn, độ võng lớn nhất của sàn, sự trượt giữa bê tông và thép của, biến dạng trong bê tông và thép

 Từ các số liệu thu được từ thực nghiệm, ta sẽ tính toán khả năng kháng trượt dọc của sàn

 Mô phỏng các mẫu sàn thí nghiệm bằng phần mềm Ansys từ đó cho ta biết

rõ hơn về ứng xử của thép hình, bê tông trong mẫu sàn trong quá trình gia tải

1.4.2 Ý nghĩa của đề tài

Trong những năm gần đây, kết cấu liên hợp ngày càng được ứng dụng ở Việt Nam, tuy nhiên những nghiên cứu về vấn đề liên quan đến loại kết cấu này chưa nhiều Nhằm mục đích nghiên cứu loại liên kết có thể áp dụng tại Việt Nam, đề tài giới thiệu liên kết chống trượt dạng perfobond sử dụng trong liên kết sàn liên hợp Hiện nay vẫn chưa có tiêu chuẩn nào hướng dẫn cách tính toán cho loại liên kết này, do đó việc thực hiện chương trình thí nghiệm sẽ giúp đánh giá chính xác hơn khả năng chịu lực của liên kết để ứng dụng vào các công trình giao thông sử dụng kết cấu composite đang được xây dựng rất nhiều hiện nay

Để đánh giá khả năng ứng xử của liên kết và tấm sàn Chương trình thí nghiệm dựa theo chỉ dẫn của EC4, các thí nghiệm mẫu lớn được thực hiện với 2 mẫu tấm sàn giống nhau sau đó dùng phương pháp m-k và liên kết bán phần (PSC)

để tính toán sức kháng trượt dọc của mỗi sàn

1.5 Cấu trúc luận văn

Luận văn này được chia làm các phần chính như sau:

Chương 1: Giới thiệu về nội dung, mục tiêu và ý nghĩa của đề tài nghiên cứu Chương 2: Trình bày tổng quan về mô hình ứng xử của kết cấu liên hợp và giới thiệu về liên kết kháng trượt dọc sử dụng liên kết perfobond

Chương 3: Trình bày nội dung của chương trình thí nghiệm mẫu lớn cho 2 mẫu Dựa trên các kết quả thu được tính toán sức kháng trượt dọc của mỗi sàn, từ

đó nêu lên được những yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kháng trượt của liên kết Chương 4: Thiết lập mô hình phần tử hữu hạn nhằm khảo sát khả năng làm việc của liên kết và ứng xử của mẫu sàn trong quá trình gia tải

Chương 5: Nêu lên những kết luận của nghiên cứu, đồng thời đề xuất những kiến nghị và hướng phát triển trong thời gian sắp tới

TỔNG QUAN

2.1 Liên kết chống cắt trong kết cấu liên hợp bê tông - thép

2.1.1 Tổng quan

Kết cấu liên hợp là sự kết hợp của bê tông cốt thép và kết cấu thép (gọi

chung là thép hình), phần thép định hình có thế có dạng tấm, thanh định hình hay

ống Trong tổng thể công trình kết cấu liên hợp được dùng cho các cấu kiện chịu

lực như dầm, sàn, cột, dàn vòm hay các chi tiết liên kết ở các vị trí chịu lực đặc biệt

Thông thường phần thép hình có thể nằm ngoài bao lấy bê tông hoặc được đặt bên

trong tiết diện

c) Sàn liên hợp

Hình 2.1: Ứng dụng của kết cấu liên hợp bê tông thép [1]

b) Cột sử dụng thép hình

Hình 2.1a và 2.1b mô tả một số dạng điển hình của tiết diện kết cấu liên hợp, hình 2.1c thể hiện một ứng dụng của kết cấu liên hợp trong hệ dầm sàn mà đang được sử dụng phổ biến ở nước ta hiện nay Kết cấu liên hợp đang được sử dụng rộng rãi trong xây dựng công trình nhờ bố trí tối ưu về khả năng chịu lực của mỗi loại vật liệu thành phần Bê tông và cốt thép là hai loại vật liệu hoàn toàn khác nhau nhưng khi trong cùng một kết cấu thì lại bổ sung cho nhau Như chúng ta đã biết, bê tông làm việc hiệu quả khi chịu nén và ngược lại thép hiệu quả khi chịu kéo Sự kết hợp giữa bê tông và thép sẽ làm tăng độ cứng của cấu kiện và làm giảm nguy cơ mất ổn định so với kết cấu thép thuần túy Ngoài ra bê tông còn chống ăn mòn, chống nhiệt, chống cháy và thép làm cho kết cấu dẻo dai hơn, làm tăng độ cứng hình học, từ đó giảm độ võng của kết cấu

Đối với công trình dân dụng, kết cấu liên hợp được ứng dụng nhiều trong kết cấu dầm sàn, với hệ dầm cột làm bằng thép (thường sử dụng thép hình chữ H và chữ I) và sàn bằng bê tông Sàn comfull scale testsite làm việc khi bắt đầu công tác

đổ bê tông tấm sàn, tấm thép đình hình (tấm tôn) có vai trò là sàn thao tác khi thi công, làm cốp pha cho vữa bê tông khi đổ bê tông và khi sàn làm việc nó đóng vai trò là cốt thép lớp dưới của bản sàn

Theo EUROCODE 4[1] dưới tác dụng của ngoại lực thì sàn bê tông liên hợp

sẽ có sự uốn lệch và ứng suất trượt xuất hiện tại bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và thép

Có 2 sự chuyển dịch có thể nhận biết được giữa bề mặt bê tông và thép:

- Trượt cục bộ rất nhỏ, không thể nhìn thấy bằng mắt thường và nó được kể đến trong sự phát triển lực liên kết tại bề mặt tiếp xúc giữa thép và bê tông

- Trượt tổng thể lớn có thể nhìn được và đo được, phụ thuộc vào loại liên kết giữa thép và bê tông

Có ba dạng làm việc của sàn bê tông liên hợp mà ta có thể nhận biết được:

- Tương tác toàn phần (full interaction); không có sự trượt tổng thể trên bề

mặt liên kết giữa bê tông và thép Sự chuyển lực cắt dọc là hoàn toàn và tải trọng cuối cùng Pu là lớn nhất, hoạt động liên hợp là hoàn toàn Sự phá hoại

là giòn nếu xảy ra đột ngột hoặc là dẻo nếu xảy ra tăng dần

- Không tương tác (no interaction); trượt tổng thể giữa bê tông và thép là

không ngăn chặn được và không có sự truyền lực cắt Tải trọng cuối cùng là nhỏ nhất và hầu như không có hoạt động liên hợp được quan sát Phá hoại diễn ra từ từ tăng dần

- Tương tác không hoàn toàn (partial interaction); trượt tổng thể trên bề mặt

bê tông và thép ≠ 0 nhưng có giới hạn Lực cắt được chuyển không hoàn toàn và tải trọng tới hạn có giá trị trung gian Sự phá hoại có thể là giòn hoặc dẻo

Hình 2.2: Ứng xử của sàn liên hợp [l]

Độ cứng của sàn composite được biểu diễn bởi phần đầu của đường cong

P-nó khác biệt với các trạng thái khác của sàn Độ cứng có giá trị lớn nhất khi liên kết hoàn toàn và có giá trị thấp nhất khi không có liên kết

Có 3 lọai liên kết hiện có giữa bê tông và thép định hình:

 Liên kết vật chất, hóa học có giá trị nhỏ nhưng có trong tất cả mọi loại sàn

 Liên kết ma sát, phát triển sớm theo các biến dạng trượt nhỏ nhất xuất hiện

 Liên kết neo cơ học có tác dụng sau khi có hiện tượng trượt đầu tiên xảy ra

và phụ thuộc vào mặt tiếp xúc của bê tông và thép định hình

Khi lực P tiến từ 0 đến Pf , các hiện tượng vật lý, hóa học được tính đến hầu hết trong các liên kết ban đầu giữa bê tông và thép Sau khi có vết nứt đầu tiên, lực ma sát và liên kết neo cơ học bắt đầu phát triển cùng khi hiện tượng trượt đầu tiên xuất hiện Độ cứng trở lên hết sức khác biệt phù hợp với sự hiệu quả của mỗi loại liên

kết

Sàn bê tông liên hợp có thể xảy ra theo một trong các dạng phá hoại như sau:

- Dạng phá hoại I: Phá hoại do momen uốn ở giữa nhịp; thường xảy ra ở

những sàn có nhịp lớn và có bậc liên kết cao giữa bê tông và thép Phá hoại theo tiết diện I

- Dạng phá hoại II: Phá hoại do trượt dọc; thường xảy ra khi sàn đạt đến khả

năng chịu lực tới hạn giữa bê tông và thép hình Phá hoại xảy ra theo mặt cắt

II dọc theo chiều dài nhịp trượt Ls

- Dạng phá hoại III: Phá hoại do trượt ngang tại vị trí các gối tựa dưới tác

dụng của lực cắt đứng Phá hoại này chỉ xảy ra với các sàn có nhịp bé, dày và chịu tải trọng lớn Dạng phá hoại này xảy ra theo tiết diện III

Đối với các sàn dùng trong công trình dân dụng có nhịp từ 2.5m đến 4m thì nguyên nhân chính dẫn tới hư hỏng là do trượt dọc

Hình 2.3: Các kiểu phá hoại của sàn bê tông liên hợp

Một số sàn liên hợp có thể bị phá hoại giòn trong các trường hợp phá hoại xuất hiện đột ngột mà không đi kèm theo sự quan sát các biến dạng quan trọng hoặc sàn chuyển sang trạng thái dẻo, khi đó các phá hoại sẽ xảy ra và phát triển cùng với các biến dạng quan trọng khi phá hủy

Hình 2.4 :Quan hệ giữa lực và chuyển vị trong tấm sàn giòn và dẻo [1]

Các dạng phá hoại của sàn dẻo và giòn phụ thuộc vào đặc trưng của mặt tiếp xúc giữa thép và bê tông của mặt tiếp xúc giữa thép và bê tông

2.1.2 Trượt dọc

Dạng phá hoại thứ II của sàn bê tông liên hợp là do sự trượt dọc tại bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và cốt thép Phá hoại do lực trượt dọc xuất hiện nếu nhịp trượt không đủ độ dài để đảm bảo cho độ bền các liên kết cơ học phát triển kháng dẻo Phương pháp kiểm tra là đánh giá giá trị trung bình của sức kháng trượt dọc u có sẵn trong nhịp trượt Ls và so sánh với lực tác dung bản sàn Sức kháng u phụ thuộc nhiều vào loại thép định hình được sử dụng, cường độ bê tông và bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và thép Dưới đây là hai phương pháp tiêu chuẩn dùng để tính toán sức kháng trượt doc của sàn được trình bày trong EC4

2.1.2.1 Phương pháp bán thực nghiệm m-k

Thiết kế sức kháng chống lại sự trượt dọc của sàn bê tông liên hợp là xác định bằng phương pháp bán thực nghiệm tiêu chuẩn gọi là phương pháp m-k được đề xuất đầu tiên bởi Porter, M, & Ekberg vào năm 1976 [5]

Phương pháp này không đi theo hướng xác định giá trị trung bình của sức

kháng trượt dọc u nhưng xử dụng lực cắt đứng Vt để kiểm tra phá hoại trượt dọc dọc theo chiều dài trượt Ls Quan hệ trực tiếp giữa lực cắt đứng và lực trượt dọc chỉ biết được bằng ứng xử đàn hồi của sàn Nếu ứng xử không phải là đàn hồi – dẻo, quan hệ này sẽ không đơn giản và phương pháp m-k, là một phương pháp bán thực nghiệm được sử dụng [1]

- Phương pháp bán thực nghiệm m-k sử dụng các công thức thông số tuyến tính để xác định các thông số hiện có:

Hình 2.5: Quan hệ m-k trong các thông số thí nghiệm

Hình 2.5 biểu diễn đường thẳng quan hệ m-k được xác định bởi các thí nghiệm cho sàn bê tông liên hợp với kích thước tiêu chuẩn được tách riêng làm 2 nhóm với mỗi loại thép định hình khác nhau ở mỗi nhóm, các giá trị đặc trưng thu được được

lấy từ giá trị nhỏ nhất của các sàn khi đã giảm 10% Đường quan hệ có hình dạng là đường thẳng gọi là đường hồi quy (regression line) chứa các giá trị đặc trưng của các sàn

Phần tung độ là giới hạn số đo ứng suất phụ thuộc vào lực cắt đứng Vt bao gồm cả trọng lượng bản thân sàn Hoành độ biểu diễn tỷ số giữa diện tích của thép hình Ap và phần diện tích trượt dọc Tỷ số tăng fy/u và coi như là trục đứng, quan

hệ trực tiếp có sẵn với khả năng chịu trượt dọc của thép hình

Phù hợp với EuroCode4, lực cắt đứng thiết kế lớn nhất Vt.Sd với bề rộng sàn là b thì sức kháng trượt dọc VL.Rd được cho bởi công thức 2.1

VS là hệ số an toàn lấy bằng 1,25

Các hệ số m và k được xác định bởi các thí nghiệm tiêu chuẩn, có các kích thước đúng tỷ lệ M và k phụ thuộc vào loại thép hình và kích thước mặt cắt sàn, được quy định bởi nhà sản xuất thép hình

EuroCode 4 không chú ý đến ảnh hưởng của bê tông và các giá trị đặc trưng trong mỗi nhóm thấy rằng giá trị nhận được giảm bớt nhỏ nhất là 10% Đường thẳng đi qua các giá trị đặc trưng của 2 nhóm có thiết kế quan hệ Cường độ bê tông

có thể bỏ qua bởi vì quan sát trong xây dựng thì sức kháng không ảnh hưởng đáng

kể nếu fck nằm trong khoảng từ 25 đến 35 Mpa

Trong thiết kế Ls phụ thuộc vào loại lực Đối với lực cân bằng tác dụng vào toàn bộ chiều dài dầm đối với dầm có gối tựa đơn giản thì Ls = L/4 Giá trị đạt được bằng diện tích dưới tác dụng của sơ đồ lực cắt cho lực phân bố đều tác dụng tại 2 điểm đặt lực đối xứng của hệ thống có khoảng cách đến gối tựa là Ls Đối với các kiểu sắp xếp lực khác nhau thì Ls được xác định bởi các đánh giá tương tự Ở vị trí

sàn liên hợp thiết kế liên tục thì được phép sử dụng các nhịp đơn giản tương đương giữa các điểm uốn ngược để xác định sức kháng trượt Tuy nhiên, đoạn cuối nhịp nên dùng đúng kích thước bên ngoài để thiết kế

Đường thẳng trượt dọc ở có giá trị giữa một số giới hạn vì nó phụ thuộc vào nhịp, dạng phá hoại có thể là một trong ba dạng được mô tả trước đó

Hình 2.6: Quan hệ giữa lực phá hoại và nhịp sàn [1][10]

Hình 2.6 biểu diễn về các giai đoạn phá hoại của sàn composite khi tăng tải dần Giai đoạn thứ nhất là phá hoại do uốn Lúc này sàn bị phá hoại theo dạng phá hoại thứ 1 theo EuroCode4

Khi lực tăng dần thì dạng phá hoại chuyển sang dạng thứ 2, phá hoại do trượt giữa bê tông và thép tấm Đây là đường thẳng xác định hai hệ số m-k Hệ số góc của đường thẳng là giá trị m và kéo dài đường thẳng này giao trục tung ta sẽ xác định được giá trị k

Khi hết dạng phá hoại thứ 2 thì sàn đã bị phá hoại và không thể tăng thêm tải được nữa, lúc này dạng phá hoại thứ 3 của sàn là phá hoại do lực cắt đứng

2.1.2.2 Phương pháp liên kết không hoàn toàn

Năm 1990 Bode đã xuất bản cuốn sách :”Thiết kế sàn bê tông liên hợp bằng phương pháp liên kết không hoàn toàn” Trong tài liệu này ông đã đưa ra phương pháp thí nghiệm để xác định sức kháng trượt dọc của sàn liên hợp gọi là phương pháp liên kết bán phần (Partial Shear Connection Method) hay còn gọi là phương

pháp u Phương pháp này thường được sử dụng cho các sàn ở trạng thái dẻo

Phương pháp này có cơ sở dựa trên giá trị của ứng suất cắt cuối cùng tác dụng lên bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và thép hình Giá trị ứng suất đó dẫn tới biểu

đồ về thiết kế tương tác không hoàn toàn Trong biểu đồ sức kháng uốn momen

MRd của mặt cắt tiết diện tại khoảng cách Lx từ gối tựa gần hơn được biểu diễn để kháng lại Lx

Sức kháng trượt dọc của sàn liên hợp (u ) phụ thuộc vào cấu tạo và đặc tính

kỹ thuật của tấm thép hay bởi kết quả của thí nghiệm tấm sàn composite Biểu đồ

về thiết kế liên kết không hoàn toàn được biểu diễn bởi hình 2.7 đây

Hình 2.7 : Biểu đồ thiết kế liên kết không hoàn toàn

Tại vị trí không có liên kết (Lx = 0), nó giả định về gối tựa của thép tấm bị gia tải Biểu đồ ứng suất có dạng hình chữ nhật và sức kháng momen uốn bằng Mpa( sức kháng momen dẻo thiết kết đối mặt cắt tiết diện hữu hiệu của tấm thép) Trong liên kết hoàn toàn thì biểu đồ ứng suất tương ứng với sức momen thiết kế Mpl.Rd Giữa 2 biểu đồ, ứng suất phân bố tương ứng với liên kết không hoàn toàn

Giá trị nhỏ nhất của Lsf được cho bởi công thức

.

cf sf

u Rd

N L

với chiều dày sàn hc hoặc trong thép tấm



(2.3) Trường hợp Lx≥Lsf liên kết cắt là hoàn toàn, sức kháng momen uốn ( dạng phá hoại thứ I) đạt tới hạn

Trường hợp Lx<Lsf liên kết cắt là không hoàn toàn, sức kháng momen uốn ( dạng phá hoại thứ II) đạt tới hạn

 Xác định giá trị thiết kế cho u,Rd

Đối với lực tác dụng lớn nhất, momen uốn M tại mặt cắt tiết diện dưới điểm đặt lực, trọng lượng bản thân của sàn và các dầm phân tải Ta sẽ xác định được giá trị  cho mối thí nghiệm và giá trị u,Rd được xác định

0

cf u

Với L0 là đoạn nhô ra khỏi gối tựa của sàn

Cường độ kháng cắt thiết kế cho u,Rd là đặc trưng cường độ u,Rk chia cho

hệ số an toàn VS = 1.25

2.1.3 Liên kết chống cắt trong kết cấu dầm, sàn liên hợp

Tác động liên hợp giữa dầm thép và sàn bê tông được quyết định bởi sự truyền lực cắt ngang tại mặt tiếp xúc Tác động này có thể được đặc trưng bởi một vài đặc tính cơ học như sự bám dính, ma sát và sự liên kết Sự ma sát và bám dính giữa bê tông và thép được bỏ qua do chúng rất nhỏ so với lực kháng cắt của liên kết Do đó, những liên kết chống cắt được hàn vào dầm, sàn thép sẽ làm tăng khả năng kháng trượt của liên kết dưới sự tác dụng của tải trọng

Trong thực tế để xác định khả năng chịu tải của sàn, giả sử tất cả liên kết ngay cả khi đã biến dạng thì cũng đảm bảo khả năng chống lại lực cắt dọc của dầm

Nếu khả năng chống cắt của liên kết đảm bảo cho dầm tiếp tục làm việc đến giai đoạn chảy dẻo hoàn toàn thì được gọi là liên kết toàn phần (full interaction) Ngược lại liên kết chỉ đảm bảo mômen nội lực của dầm đạt đến giới hạn nhất định độ bền tiêu chuẩn thì gọi là liên kết bán phần

Hình 2.8: Biểu đồ ứng suất - biến dạng [1]

a) Không có liên kết chống cắt b) Liên kết hoàn toàn

Hình 2.8 minh họa sự làm việc của liên kết chống cắt trong kết cấu dầm sàn liên hợp Theo đó, nếu không có liên kết giữa dầm và sàn bê tông thì hai lớp vật liệu sẽ trượt lên nhau và biểu đồ ứng suất sẽ được mô tả ở hình (2.8a) Phần sàn bê tông sẽ nhanh chóng bị phá hoại cho xuất hiện ứng suất kéo ở đáy bản Ngược lại trong trường hợp lực cắt dọc theo mặt tiếp xúc được ngăn cản bởi liên kết chống cắt thì biến dạng tại mặt tiếp xúc là như nhau, phần bê tông sẽ hoàn toàn chịu nén và phần thép sẽ chịu kéo Hơn nữa mô ment kháng uốn của tiết diện sẽ tăng lên đáng

kể và làm giảm ứng suất ở hai thớ trên và đáy của tiết diện

Lực cắt dọc trong dầm phụ thuộc vào mô men uốn và lực cắt theo phương vuông góc với trục dầm Xét trường hợp sử dụng liên kết hoàn toàn (full shear connection), thì lực cắt dọc giữa hai phần của bê tông và thép được tính như sau: [1]:

VS T I



(2.1) Với V : Lực cắt theo phương đứng tại điểm tính toán

I : moment quán tính của tiết diện tương đương

S : moment tĩnh của tiết diện bản bê tông và tiết diện thép lấy đối với trục trung hòa

2.1.4 Sự truyền lực cắt trong liên kết

Trong các loại liên kết kể trên thì liên kết chống cắt dạng đinh (head stud) được tiến hành nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới Jin-Hee Ahna và các cộng sự[4] đã tiến hành nghiên cứu và minh họa việc truyền lực cắt trong liên kết chống cắt dạng đinh Theo đó, dưới tác dụng của tải trọng, lực cắt P xuất hiện và truyền từ chân của liên kết cắt vào bản bê tông như hình 2.9

Hình 2.9: Sự phân bố lực cắt của liên kết dạng đinh [11]

Lực Pw xuất hiện với góc nghiêng nhỏ phía trên đường hàn liên kết chốt và cánh dầm thép Với sự gia tăng áp lực trong bê tông, tại chân của liên kết cắt bê tông bị vỡ ra và lực cắt được truyền vào thân của chốt liên kết thông qua lực PB Điều này gây ra biến dạng dẻo do uốn trong thân chốt và nó cũng làm xuất hiện lực kéo trong chốt mà ngăn cản sự tách rời Do lực kéo này trong liên kết cắt mà phát sinh ứng suất kéo trong bê tông, nhất là tại đầu của chốt liên kết

Bên cạnh đó lực kéo trong chốt còn làm xuất hiện lực ma sát tại vị trí tiếp xúc giữa bê tông và cánh trên của dầm thép (lực PB) Thành phần nằm ngang của lực

kéo ký hiệu là Pz được truyền vào chân của liên kết cắt Trong trường hợp này liên kết phá hoại ngay phía trên đường hàn do tác động của lực kéo và lực cắt Điều này làm xuất hiện vết nứt xiên mà có điểm gốc tại đầu của chốt liên kết như hình 2.14

2.2 Liên kết chống cắt dạng perfobond

2.2.1 Liên kết chống cắt dạng perfobond đóng kín

Trong những năm gần đây, nhiều tác giả đã nghiên cứu ứng xử của các loại liên kết dạng perfobond chốt kín (hình 2.21)

Hình 2.10: Liên kết perfobond rib được hàn trực tiếp và tấm thép[13]

Loại liên kết Perfobond có hình dạng là một tấm thép bản hình chữ nhật được khoét lỗ tại những vị trí nhất định, sau đó sẽ được hàn vào cánh trên của dầm thép

Bê tông sàn sẽ được lèn vào các lỗ trống này, khi bê tông đông cứng tại những vị trí

đó sẽ hình thành các “chốt bê tông” và giúp cho kết cấu chống lại được lực cắt, từ

đó ngăn cản biến dạng trượt tại vị trí mặt tiếp xúc của dầm và bản sàn [2]

Nguyên lý chịu lực của liên kết là dựa vào khả năng chịu cắt của chốt bê tông xuyên qua tấm thép được mô tả theo hình 2.11, nguyên lý này được giới thiệu đầu tiên bởi LEONHARDT et al [4] Theo đó dưới tác dụng lực ngang, liên kết sẽ ngăn cản sự trượt tương đối giữa bản bê tông và dầm thép

Hình 2.11: Nguyên lý làm việc của chốt bê tông [8]

TUE và VINH [8] đã tiến hành các khảo sát thực nghiệm đối với hai dạng perfobond đóng và mở tiết diện lỗ tròn Bản sàn được làm bằng bê tông cường độ siêu cao với cường độ nén đến 150 MPa Kết quả cho thấy liên kết perfobond có khả năng truyền lực tốt, khả năng chịu lực của 2 loại liên kết này cho kết quả gần như nhau Ngoài ra công trình nghiên cứu đã đưa ra được phương trình tham số nhằm dự đoán tải trọng tới hạn của liên kết

cắt có thể cho 2 tấm liên kết (nếu đối xứng), cường độ của tấm thép cho liên kết và dầm có thể như nhau, quá trình gia công chế tạo dầm tương đối đơn giản bằng hệ thống hàn tự động và dễ dàng cho việc đặt cốt thép sàn khi thi công

H.Vinh đã thực hiện thiết kế và đánh giá sức kháng cắt của perfobond dạng

mở [12], trong nghiên cứu này đã tiến hành các thí nghiệm Push-Out Hình dạng của liên kết perbond đề nghị bởi H.Vinh sẽ được sử dụng trong nghiên cứu này với chiều dày được thay đổi để phù hợp với kết cấu sàn liên hợp

2.2.3 Sàn compiste sử dụng liên kết perfobond

Y.J Jeong và cộng sự [6] đã nghiên cứu vê liên kết không hoàn toàn của sàn composite bê tông – thép sử dụng trong xây dựng mặt cầu đường cao tốc Tác giả

sử dụng 3 nhóm mẫu fullscale test với liên kết kháng cắt đinh tán áp dụng phương pháp m-k để tính toán sức kháng trượt của tấm sàn

Hình 2.13: Thí nghiệm liên kết chốt đinh trong sàn composite [6]

Nghiên cứu này đã chỉ ra được mối quan hệ giữa tỷ số lực phá hoại của liên kết không hoàn toàn và lực phá hoại của liên kết hoàn toàn phụ thuộc vào tỷ số giữa độ dài nhịp trượt và chiều cao trục trung hòa của thép định hình

Hyeong-Yeol Kim và Youn-Ju Jeong [9] đã nghiên cứu về ứng xử của sàn liên hợp composite có sử dụng liên kết perfobond dùng trong xây dựng cầu Các tác giả đã thí nghiệm trên 9 mẫu fullsacale test với hai loại thép định hình có hình dạng mặt cắt khác nhau và 6 mẫu Push out test để so sánh về khả năng chịu lực của mỗi

mẫu mặt cắt sàn

Hình 2.14: Thí nghiệm tấm sàn composite sử dụng liên kết perfobond [9]

Y.J Jeong và cộng sự [10] đã tiến hành thí nghiệm để phân tích sức kháng trượt dọc của tấm sàn composite có sử dụng liên kết perfobond bằng phương pháp m-k Các tác giả đã sử dụng hai nhóm mẫu mẫu lớncó độ dài mẫu khác nhau 15 mẫu full scale test Các mẫu trong mẫu nhóm mẫu đều giống hệt nhau và chỉ khác nhau về độ dài nhịp trượt Ls Từ đó các tác giả đã tính toán ra được sức kháng trượt

sàn

Hình 2.15: Lắp đặt cốt thép trong tấm sàn composite sử dụng liên kết

perfobond[10][2]

2.3 Kết luận

Hiện nay các công trình composite được sử dụng rất nhiều tại ở trong nước

và quốc tế Nhất là hiện nay đang có rất nhiều các cầu vượt thép được xây dựng để giải quyết bài toán giao thông đô thị Vì thế nên loại liên kết chịu cắt đang được sử dụng rất nhiều và chủ yếu là liên kết kiểu đinh mũ Tuy nhiên loại liên kết này cũng có một số nhược điểm khi sử dụng đó là dưới tác dụng của tải trọng lớn thì xảy ra hiện tượng trượt giữa liên kết và bê tông (với bê tông thường), hoặc bị phá hoại cắt tại chân đinh tán (với bê tông cường độ cao), hoặc có thể xảy ra hiện tượng phá hoại do mỏi tại khu vực đường hàn Ngoài ra khi thi công đòi hỏi sử dụng thiết

bị hàn chuyên dụng [3,5]

Với những kết quả đạt được của đề tài, loại liên kết này có thể khắc phục được những nhược điểm của liên kết chống cắt bằng đinh tán, tạo được điều kiện thuận lợi cho thi công và từ đó sẽ có thêm 1 phương pháp để có thể ứng dụng được trong xây dựng sàn các công trình giao thông sử dụng kết cấu composite tại Việt Nam

KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM

3.1 Giới thiệu

Ứng xử cơ học và khả năng làm việc của kết cấu sàn liên hợp sử dụng liên kết perfobond phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cường độ chịu nén của bê tông, giới hạn chảy của cốt thép và thép tấm, chiều dày tấm thép liên kết, biện dạng chốt liên kết, lượng cốt thép đặt trong liên kết Hiện nay do liên kết perfobond chưa được tiêu chuẩn hóa và đề cập đến trong các tiêu chuẩn thiết kế phổ biến như EC4, AISC-LDRF, BS Cho nên, thiết kế sàn liên lợp sử dụng liên kết perfobond chủ yếu dựa trên các mô hình thí nghiệm tương ứng với từng trường hợp cụ thể, hoặc chỉ được giới hạn trong một số nghiên cứu, hay báo cáo kỹ thuật như đã đề cập ở

mục 2.2 và 2.3 Do đó việc khảo sát ứng xử và khả năng chịu cắt dọc của sàn liên

hợp trong nghiên cứu này sẽ được xác định bằng thực nghiệm, dữ liệu thí nghiệm

sẽ được dùng để hiệu chỉnh kết quả mô phỏng phần tử hữu hạn

Mô hình mẫu thí nghiệm sàn liên hợp được thực hiện theo hướng dẫn của

EC4[1], sơ đồ thí nghiệm được giải thích ở hình 3.1

Hình 3.1: Thí nghiệm sàn liên hợp [1]

Hình 3.1 minh họa thí nghiệm đánh giá khả năng chịu kháng dọc của liên kết cắt, các thành phần gồm có:

■ Một tấm sàn bê tông cốt thép liên hợp hình chữ nhật có kích thước L× ht Phía dưới sàn bê tông là tấm thép định hình có chiều cao hp, chiều dày bê tông phía trên tấm thép là hc (hc+hp=ht) Sàn được kê lên hai gối tựa đặt đối xứng nhau qua mặt phẳng giữa sàn

■ Hai tác dụng lực bằng nhau đặt đối xứng và khoảng cách với mỗi gối tựa gần nhất là Ls=L/4

Mục tiêu của khảo sát thực nghiệm nhằm nghiên cứu:

■ Ứng xử liên kết perforbond và sự khác biệt so với liên kết đinh truyền thống

ở hình 3.4

Hinh 3.2: Mô hình 3D mẫu sàn thí nghiệm

Tấm thép sàn hình tiết diện sóng tôn thang được tạo hình bởi bằng phương pháp dập một tấm thép phẳng, kích thước chi tiết của sóng tôn được cho ở hình 3.4

6

1000

50 25 100 25 100

Hình 3.4: Chi tiết mặt cắt ngang của tấm thép sàn và liên kết perfobond

Trong nghiên cứu này biên dạng của liên kết kháng cắt perfobond có dạng gần giống với chữ “Ω” (hình 3.4) và đối xứng sao cho với một đường cắt có thể cho hai dải liên kết [7] Perfobond và tấm thép sàn đều được làm từ cùng một loại thép

có giới hạn chảy và các tính năng kỹ thuật khác tương đương nhau Chiều dày tấm perfobond và tấm thép định hình được chọn là 6mm để dễ gia công

Cốt thép trong bê tông sử dụng một loại thép được lắp dựng thành một lưới thép có bước thép theo chiều dài và chiều rộng lần lượt là 120 mm và 180

mm.Cốt thép ngang sẽ được đặt vào giữa các lỗ trên perfobond Các lỗ trống của

perfobond sau khi đổ bê tông sẽ tạo thành các chốt bê tông trong tấm sàn Toàn bộ

các bộ phận cấu thành và kích thước chi tiết của mẫu được mô tả ở hình 3.3

3.2.2 Mô hình thí nghiệm và mục tiêu khảo sát

Bảng 3.1: Các thông số của mẫu thí nghiệm

Độ dài nhip trượt

S1 4490 mm2 B25 812+13 12 1 833 mm

S2 4490 mm2 B25 812+13 12 1 625 mm

Nhằm đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số đến khả năng kháng trượt của liên kết, do giới hạn về điều kiện thí nghiệm cho nên khảo sát khả năng chịu kháng dọc của sàn, chỉ duy nhất vị trí đặt tải của lực tác dụng là thay đổi Các thông khác bao gồm vật liệu, kích thước, cấu tạo bên trong đều được giữ nguyên Các thông số chi tiết của mẫu thí nghiệm được liệt kê ở bảng 3.1

3.3 Các thông số của vật liệu

Để đảm bảo khả năng kiểm soát các yếu tố có thể ảnh hưởng đến khả năng làm việc của mẫu thí nghiệm, tất cả các thông số của vật liệu thành phần như thép

2500 2650

LVDT3 LVDT4

300 300 300 625

LOAD CELL