Cột ống thép nhồi bê tông CFST có những ưu điểm Cường độ cao độ cứng lớn độ dẻo và khả năng phân tán năng lượng lớn v v Sàn phẳng bê tông cốt thép có những ưu điểm Giảm chiều cao của tầng thuận tiện cho việc bố trí đường ống thiết bị kỹ thuật dễ dàng thông gió và linh hoạt bố trí mặt bằng Với những ưu điểm trên việc kết hợp giữa sàn phẳng với cột CFST là giải pháp kết cấu hợp lý cho nhà cao tầng Tuy nhiên hiện nay các nghiên cứu về liên kết giữa cột góc CFST với sàn phẳng BTCT còn hạn chế Do đó luận văn nghiên cứu đề xuất giải pháp liên kết cột góc CFST với sàn phẳng BTCT thực hiện tính toán liên kết theo tiêu chuẩn ACI 318 và thực hiện thí nghiệm trên mẫu có kích thước 1 5mx1 5m để xác định khả năng chịu lực của liên kết đề xuất Kết quả thí nghiệm cho thấy khả năng chịu lực của liên kết lớn hơn kết quả tính toán theo tiêu chuẩn Điều này cho thấy sự an toàn khi thiết kế mẫu theo tiêu chuẩn ACI 318 và giải pháp liên kết đề xuất cột góc CFST với sàn phẳng là tin cậy
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay, xu hướng xây dựng nhà cao tầng ngày càng được sử dụng nhiều ở Việt Nam Việc giảm chiều cao nhà sẽ giảm đáng kể tác động của tải trọng ngang cho công trình Kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép (BTCT) được xem là giải pháp hiệu quả cho việc giảm chiều cao tầng nhưng vẫn đảm bảo khoảng thông thủy sử dụng Việc sử dụng sàn phẳng BTCT sẽ thuận lợi cho việc thi công, rút ngắn thời gian xây dựng, thuận tiện cho việc bố trí đường ống thiết bị kỹ thuật, dễ dàng thông gió và linh hoạt bố trí mặt bằng Do đó, sử dụng kết cấu sàn phẳng BTCT là hợp lý Đối với nhà cao tầng, nội lực trong cột lớn nên giải pháp sử dụng cột ống thép nhồi bê tông (CFST) để thay thế cho cột BTCT truyền thống là thích hợp vì những ưu điểm vượt trội về mặt kỹ thuật so với cột BTCT như cường độ cao, độ cứng lớn, độ dẻo và khả năng phân tán năng lượng lớn Ngoài ra, khả năng thi công nhanh, không tốn kém các chi phí và thời gian cho công tác ván khuôn cũng là một ưu điểm vượt trội của loại kết cấu này
Từ phân tích trên, nếu kết hợp hai loại kết cấu riêng biệt này thành kết cấu chịu lực mới cho nhà cao tầng sẽ đem lại những hiệu quả đáng kể về mặt kinh tế, kĩ thuật Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất khi kết hợp hai loại kết cấu này là giải quyết mối liên kết Hiện chưa có nhiều nghiên cứu về cấu tạo cho loại liên kết này, ứng xử của liên kết chưa được hiểu rõ, các biện pháp gia cường tại liên kết, cũng như chưa có các công cụ tính toán, các chỉ dẫn thiết kế cụ thể Do đó, việc nghiên cứu liên kết giữa sàn phẳng BTCT và cột ống thép nhồi bê tông là cần thiết để có thể áp dụng rộng rãi hệ kết cấu này vào thực tế xây dựng nhà cao tầng tại Việt Nam và đây là lý do để thực hiện luận văn với đề tài: “Nghiên cứu liên kết giữa cột góc ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép”.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu tổng quan về cột ống thép nhồi bê tông, sàn phẳng bê tông cốt thép, liên kết giữa cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt thép và phân tích ưu, nhược điểm của các liên kết đã nghiên cứu; Đề xuất mới giải pháp cấu tạo cho liên kết và tính toán liên kết mới đề xuất dựa theo tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-11;
Thí nghiệm đánh giá hiệu quả của liên kết đề xuất;
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu các liên kết đã được công bố, từ đó so sánh, phân tích ứng xử của liên kết khi làm việc và đề xuất giải pháp cấu tạo liên kết mới
Dựa theo tiêu chuẩn ACI 318-11 đề xuất quy trình tính toán cho liên kết
Lập mô hình thí nghiệm cho liên kết đề xuất.
KẾT QUẢ DỰ KIẾN
Đưa ra giải pháp cấu tạo liên kết mới giữa cột ống thép nhồi bê tông và sàn phẳng bê tông cốt thép; Đưa ra các chỉ dẫn thiết kế chi tiết cho liên kết;
BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI
Chương 2: Giải pháp cấu tạo và tính toán liên kết giữa cột góc CFST và sàn phẳng BTCT
Chương 3: Khảo sát liên kết bằng thực nghiệm
Kiến luận và kiến nghị
TỔNG QUAN CỘT CFST, SÀN PHẲNG BTCT VÀ LIÊN KẾT GIỮA CỘT CFST VỚI SÀN PHẲNG BTCT
TỔNG QUAN VỀ CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG
1.1.1 Khái niệm về cột ống thép nhồi bê tông
Cột ống thép nhồi bê tông (Concrete Filled Steel Tube viết tắt CFST) là một kết cấu liên hợp bao gồm vỏ ống thép và lõi bê tông cùng làm việc chung với nhau (Hình
Hình 1.1 Cấu tạo cột ống thép nhồi bê tông
Như đã biết, cường độ chịu nén của bê tông lớn hơn rất nhiều so với cường độ chịu kéo và cường độ chịu nén của bê tông sẽ được tăng lên khi bê tông bị hạn chế nở hông Đối với kết cấu thép, cường độ chịu kéo cao nhưng dễ bị mất ổn định cục bộ dưới tải trọng nén Trong loại kết cấu cột CFST, cốt thép và bê tông được sử dụng kết hợp để có thể phát huy hết bản chất tự nhiên và các đặc điểm nổi trội tạo ra kết cấu có nhiều ưu điểm Loại kết cấu này hiện đang được nghiên cứu áp dụng cho công trình nhà, xưởng, các công trình cầu đường ở Việt Nam
1.1.2 Phân loại cột ống thép nhồi bê tông
Cột ống thép nhồi bê tông về mặt cấu tạo rất đa dạng Dưới đây là một số dạng cấu tạo cho họ cột này
Dạng tiết diện phổ biến nhất của cột CFST là tiết diện mà bê tông được nhồi vào phần rỗng bên trong ống thép có dạng hình tròn (Circular Hollow Section - CHS), hay cột có tiết diện rỗng hình vuông (Square Hollow Section - SHS) hoặc cột có tiết diện rỗng hình chữ nhật (Rectangular Hollow Section - RHS) Đối với tiết diện CHS sự hạn chế biến dạng ngang của lõi bê tông là lớn nhất và bất ổn định cục bộ hầu như xuất hiện đối với tiết diện hình vuông và chữ nhật Tuy nhiên cột CFST với các tiết diện
SHS và RHS vẫn tiếp tục được sử dụng nhiều trong xây dựng với những ưu điểm riêng của nó Những dạng tiết diện ngang khác cũng được sử dụng cho mục đích nghệ thuật như dạng đa giác, dạng elip… (Hình 1.2)
OÁng theùp OÁng theùp OÁng theùp
OÁng theùp OÁng theùp OÁng theùp
Lõi bêtông Lõi bêtông Lõi bêtông
Lõi bêtông Lõi bêtông Lõi bêtông
Hình 1.2 Mặt cắt điển hình cột ống thép nhồi bê tông
Một dạng khác của cột CFST là cột có tiết diện với hai lớp ống thép trong và ngoài được gọi là cột ống thép nhồi bê tông với hai lớp ống thép Tiết diện cột bao gồm ống thép trong và ống thép ngoài, bê tông được nhồi vào giữa hai ống thép (Hình 1.3) Với cấu tạo mặt cắt như thế này, cột sẽ có độ cứng chống uốn lớn, cường độ cao, khả năng chống cháy tốt hơn và tránh được sự bất ổn định đối với cấu kiện khi chịu tác động của áp lực bên ngoài Dạng cột này có thể là lựa chọn tối ưu khi thiết kế những cấu kiện với tiết diện ngang lớn
OÁng theùp OÁng theùp OÁng theùp OÁng theùp OÁng theùp
Lõi bêtông Lõi bêtông Lõi bêtông
Hình 1.3 Cột ống thép nhồi bê tông với hai lớp ống thép
Một trường hợp khác của kết cấu CFST là sử dụng bê tông cốt thép truyền thống để bao bọc CFST như Hình 1.4 Cấu tạo tiết diện gồm ống thép bên trong được lắp đặt trước tiếp theo là lắp đặt các hệ thép gia cường, lớp bê tông bên trong và bên ngoài được đổ sau đó Việc nhồi bê tông vào trong ống sẽ làm tăng tối đa khả năng giam hãm bê tông nâng cao cường độ tới hạn của tiết diện Bê tông cốt thép bao bọc bên ngoài tạo thành một lớp chống cháy cho lõi bên trong, do đó khả năng chống cháy của loại cột này được tăng đáng kể so với cột CFST truyền thống Ngoài ra, loại cột này còn có khả năng kháng bất ổn định cục bộ, chống ăn mòn đối với ống thép rất tốt và dễ liên kết với những dầm bê tông cốt thép hoặc dầm thép trong hệ kết cấu công trình
Hình 1.4 Cột CFST được bao bê tông (Concrete-encased CFST)
Kết cấu thép và kết cấu thép gia cường luôn luôn được sử dụng để tăng sức kháng tải của cấu kiện CFST mô tả ở Hình 1.5 Mặt cắt kết cấu thép đóng góp lớn vào khả năng chịu lực của cột mà không làm thay đổi dạng tiết diện cột Sự đóng góp đến khả năng chịu lực của cột có thể được xem xét như khả năng kết hợp của kết cấu thép với những phần của cột CFST
Lõi bêtông Coát theùp meàm
Hình 1.5 Cột CFST tăng cường kết cấu thép và cốt thép gia cường
Trong cột CFST thông thường, bất ổn định cục bộ của ống thép thông thường xuất hiện sau khi tiết diện liên hợp đạt đến cường độ tới hạn Điều này có thể là một vấn đề quan trọng cho sự phát triển và ứng dụng ống thành mỏng với thép cường độ cao Những sườn tăng cứng ngang và dọc có thể được hàn vào ống thép để cải thiện cường độ và độ dẻo của cột liên hợp Đối với cột có tiết diện ngang lớn, các sườn tăng cứng có thể hàn vào mặt trong của ống Các thanh nối cũng có thể được hàn nối các sườn gia cường như Hình 1.6 Hiệu quả của sườn tăng cứng trong việc trì hoãn bất ổn định cục bộ của ống thép đã được kiểm tra bằng những nghiên cứu thực nghiệm
Hình 1.6 CFST với sườn tăng cứng
Ngoài ra, với các kết cấu yêu cầu khả năng chịu lực lớn, độ cứng lớn có thể tổ hợp các cột CFST riêng lẻ thành các dạng kết cấu CFST tổ hợp để phát huy các ưu điểm của kết cấu thép bê tông liên hợp như Hình 1.7 a,b,c hay kết hợp cùng với kết cấu bê tông cốt thép (Hình 1.7d) tạo ra mặt cắt liên hợp cho cột trụ, những vòm trong cầu Những loại tiết diện này cũng đã được sử dụng cho các kết cấu nhà cao tầng cũng như kết cấu cầu ở Trung Quốc
Hình 1.7 Một số tiết diện tổ hợp từ cột CFST 1.1.3 Ưu điểm, nhược điểm của cột ống thép nhồi bê tông a Ưu điểm Độ bền của lõi bê tông (lớp vỏ thép với chức năng như lớp áo bọc chặt bên ngoài) đã được tăng khoảng 2 lần so với độ bền của bê tông thường [10];
Cách sắp xếp vật liệu trên trên mặt cắt ngang làm tối ưu cường độ và độ cứng của cấu kiện Cốt thép được phân bố ở chu vi ngoài cùng của tiết diện nên phát huy hiệu quả làm việc cao nhất khi chịu mô men uốn Bê tông tạo một lõi lý tưởng để chống lại tải trọng nén trong quá trình làm việc, trì hoãn và chống lại sự bất ổn định cục bộ của ống thép đặc biệt các cấu kiện có tiết diện hình vuông hoặc chữ nhật [7] Ngoài ra, ống thép cản trở biến dạng nở hông của lõi bê tông làm tăng cường độ chịu nén và độ dẻo dai đối với cấu kiện CFST;
Việc nhồi bê tông vào trong ống thép làm nâng cao độ chống ăn mòn bên trong ống thép, làm giảm độ mảnh, làm tăng độ ổn định cục bộ của thành ống và làm tăng khả năng chống móp méo của vỏ ống thép khi va đập [10];
Giá thành tổng thể của công trình làm bằng kết cấu ống thép nhồi bê tông nói chung nhỏ hơn nhiều so với giá thành của công trình tương tự làm bằng kết cấu bê tông cốt thép hay kết cấu thép thông thường Khối lượng của kết cấu ống thép nhồi bê tông nhỏ hơn so với kết cấu bê tông do đó việc vận chuyển và lắp ráp dễ dàng hơn đồng thời làm giảm tải trọng xuống móng Kết cấu ống thép nhồi bê tông kinh tế hơn so với kết cấu bê tông cốt thép vì không cần ván khuôn, giá vòm, đai kẹp và các chi tiết đặt sẵn, nó có sức chịu đựng tốt hơn ít hư hỏng do va đập Do không có cốt chịu lực và cốt ngang nên có thể đổ bê tông với cấp phối hỗn hợp cứng hơn (tỉ lệ N/X có thể lấy nhỏ hơn) và sẽ dễ dàng đạt chất lượng bê tông cao hơn [10],[7]. b Nhược điểm
Một cấu kiện CFST bao gồm hai vật liệu với sự khác nhau về đường cong ứng suất-biến dạng và ứng xử cũng có sự khác biệt rõ rệt Sự tương tác giữa hai vật liệu này đặt ra một bài toán khó trong việc xác định thuộc tính kết hợp như mô men quán tính, môdul đàn hồi;
Cơ chế phá hoại cấu kiện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như hình dạng, chiều dài, đường kính, chiều dày ống thép, cường độ thép và cường độ bê tông cùng với các thông số về sự kết dính giữa hai mặt tiếp xúc của vật liệu thép và bê tông, sự giam hãm của bê tông ứng suất dư, hiện tượng từ biến, sự co ngót và các dạng tải trọng làm phức tạp thêm sự phân tích và thiết kế đối với cấu kiện CFST [7];
TỔNG QUAN CÁC LOẠI SÀN PHẲNG BTCT
Với xu hướng phát triển của công nghệ cũng như yêu cầu về mặt kiến trúc, thẩm mỹ kinh tế cho công trình thì hệ kết cấu sàn sườn truyền thống dần dần được thay thế bởi hệ sàn phẳng không dầm với nhiều ưu điểm nổi trội như tạo ra không gian sử dụng linh hoạt, dễ dàng cho việc bố trí không gian sử dụng phù hợp với công năng của công trình, giảm số lượng cột, chiều cao thông thuỷ hợp lý, dễ dàng đáp ứng các yêu cầu bố trí hệ kĩ thuật Dưới đây sẽ giới thiệu tổng quan về một số loại sàn phẳng được sử dụng ở Việt Nam
Là hệ thống chịu lực theo một hoặc hai phương được kê trực tiếp lên cột hoặc tường chịu lực như Hình 1.10 Nó là một trong những dạng kết cấu sàn phổ biến nhất trong các tòa nhà Điểm đặc biệt của loại sàn này là chiều dày không đổi hoặc gần như không đổi tạo ra mặt phẳng phía dưới của sàn dẫn tới sự đơn giản trong việc làm cốt pha và thi công Sàn này cho phép linh hoạt trong việc tạo vách ngăn và có thể không cần phải sử dụng trần giả Nhịp kinh tế của sàn phẳng với tải trọng từ nhỏ tới trung bình thường bị giới hạn bởi việc kiểm soát độ võng dài hạn và có thể cần phải tạo độ vồng tường hợp lý (không quá lớn) hoặc sử dụng sàn bê tông ứng suất trước Nhịp kinh tế đối với sàn phẳng BTCT là 6m đến 8m Nhịp L của sàn phẳng BTCT xấp xỉ 28D đối với nhịp đơn,30D đối với nhịp biên và32D đối với nhịp trong của sàn nhiều nhịp trong đó D là chiều dày sàn
Hình 1.9 Sàn phẳng bê tông cốt thép Ưu điểm:
+ Cốt pha đơn giản, thi công nhanh;
+ Tạo không gian linh hoạt, dễ dàng bố trí mặt bằng;
+ Không dầm, tạo khoảng thông thủy lớn ở dưới sàn;
+ Chiều dày kết cấu nhỏ và từ đó giảm được chiều cao tầng
+ Nhịp trung bình, khả năng chịu tải ngang hạn chế;
+ Cần có cốt thép chống chọc thủng ở xung quanh cột hoặc cột cần có kích thước lớn hơn;
+ Cần kiểm soát độ võng dài hạn;
1.2.2 Sàn phẳng bê tông ứng suất trước
Trong cấu kiện bê tông ứng suất trước, bằng cách đặt vào một lực nén trước tạo bởi lực kéo cốt thép, nhờ tính đàn hồi, cốt thép có xu hướng co lại tạo nên lực nén trước và gây ra ứng suất trước trong bê tông Ứng suất nén trước trong bê tông sẽ triệt tiêu hay làm giảm ứng suất kéo do tải trọng sử dụng gây ra Do đó, khả năng chịu kéo của bê tông được nâng cao và hạn chế sự phát triển vết nứt Ứng suất trước chính là việc tạo cho kết cấu một cách có chủ ý các ứng suất tạm thời nhằm tăng cường sự làm việc của vật liệu trong các điều kiện sử dụng khác nhau Nói cách khác trước khi cấu kiện chịu tải trọng sử dụng cốt thép đã bị căng trước còn bê tông đã bị nén trước [11] Trong bê tông ứng suất trước do có thể khống chế sự xuất hiện khe nứt bằng lực căng trước nên cần thiết và có thể dùng cốt thép cường độ cao Mặt khác để có thể giảm được kích thước tiết diện và từ đó giảm trọng lượng bản thân của cấu kiện, đồng thời tăng ứng suất tập trung ở vùng neo cần phải sử dụng bê tông cường độ cao Bê tông ứng lực trước đã trở thành một sự kết hợp lý tưởng giữa hai loại vật liệu hiện đại có cường độ cao [11]
Sử dụng sàn bê tông ứng suất trước có nhiều ưu điểm như có khả năng vượt nhịp lớn, khả năng chịu uốn, chịu cắt cao hơn so với sàn bê tông cốt thép thường có cùng tiết diện, hạn chế được biến dạng, khe nứt, tăng độ bền của kết cấu, do sử dụng được vật liệu có cường độ cao nên giảm được kích thước tiết diện, tiết kiệm được khối lượng vật liệu, làm giảm trọng lượng bản thân, giảm chi phí cho nền móng …
Hình 1.10 Sàn bê tông ứng suất trước
Về lý thuyết tính toán, nhiều tổ chức và quốc gia trên thế giới đã nghiên cứu và cho ra đời các tiêu chuẩn, quy phạm về bê tông ứng suất trước như tiêu chuẩn FIP của Liên đoàn quốc tế về bê tông ứng suất trước; Tiêu chuẩn AASHTO cho cầu đường, tiêu chuẩn ACI cho xây dựng dân dụng của Mỹ; Quy phạm Eurocode của khối liên hiệp châu Âu; Tiêu chuẩn Anh BS; Quy phạm BPEL của Pháp; Quy phạm CHII của Liên Xô (cũ)… Các tiêu chuẩn, quy phạm kể trên không ngừng được cải tiến, hoàn thiện và luôn được sửa đổi, cập nhật từ hai đến bốn năm một lần Tại Việt Nam tiêu chuẩn TCVN 5574-2012 cũng đã có những chỉ dẫn để thiết kế loại kết cấu này
Sàn Bubbledeck là loại sàn sử dụng các quả bóng rỗng từ nhựa tái chế để thay thế phần bê tông không hoặc ít chịu lực ở giữa chiều cao tiết diện sàn Ở bên trên và bên dưới của quả bóng được gia cường bằng các lớp lưới thép được tính toán cụ thể Các quả bóng nhựa có vai trò giảm thiểu phần bê tông không cần thiết đối với khả năng chịu lực của kết cấu sàn, giảm nhẹ trọng lượng của sàn, cải thiện các khả năng cách âm, cách nhiệt
Công nghệ này thi công không quá phức tạp, cho phép giảm 35% khối lượng bê tông so với sàn truyền thống Từ đó góp phần giảm được trọng lượng tổng thể của công trình và tăng khả năng vượt nhịp Sàn có khả năng chịu lực theo hai phương, không dùng dầm nên giảm chiều cao xây dựng mỗi tầng, cải thiện khả năng cách âm, cách nhiệt cho sàn
Công nghệ lắp ghép, bán lắp ghép cho phép công xưởng hóa và cơ giới hóa các quá trình chế tạo, vận chuyển, lắp đặt nên thi công nhanh, sử dụng ít lao động, sản phẩm làm ra có độ chuẩn hóa cao Do sử dụng các vật liệu tái chế trong sản xuất và thi công nên công nghệ này giúp giảm chi phí vật liệu và thân thiện với môi trường
Năm 2007, Bubbledeck đã có mặt tại Việt Nam với tên giao dịch là Bubble Deck Viet Nam Joint Venture Company và Việt Nam là quốc gia thứ 15 trên thế giới tiếp cận công nghệ này Trong thời gian từ 2007 đến 2009, công ty TADITS đã đầu tư công sức để thử nghiệm thiết kế, thi công sàn Bubbledeck sao cho phù hợp với điều kiện tại Việt Nam
Quá trình xác định nhịp lớn nhất mà Bubbledeck có thể vượt qua dựa trên tiêu chuẩn Anh BS 8100 và Eurocode 2 có bổ sung hệ số 1,5 để kể đến việc giảm nhẹ bản thân sàn so với sàn đặc truyền thống
Với cùng một khả năng chịu lực, sàn Bubbledeck chỉ sử dụng 50% khối lượng bê tông so với sàn đặc hoặc cùng độ dày thì sàn Bubbledeck có thể chịu tải gấp đôi tấm sàn đặc nhưng chỉ sử dụng 65% lượng bê tông
Khi thiết kế chống uốn, bề dày của phần bê tông có ứng suất nén tập trung ở phần bê tông đặc, nằm giữa phần ngoài cùng của quả cầu và bề mặt tấm sàn Đôi khi, với những tấm sàn chịu ứng suất lớn, khối ứng suất sẽ hơi lấn sang vùng quả cầu rỗng nhưng nó tác động không đáng kể đến khả năng chịu lực của sàn
Các nghiên cứu và thí nghiệm cho thấy, nếu như cùng khả năng chịu lực thì sàn Bubbledeck có độ cứng chống uốn xấp xỉ 87% so với sàn đặc Khả năng chịu cắt đo được từ 72-91% so với sàn đặc Để tính toán khả năng chịu cắt của sàn Bubbledeck, người ta đưa vào hệ số 0,6 sử dụng cho khả năng chịu cắt của tấm sàn đặc với cùng chiều cao Điều này đảm bảo được sự an toàn, khả năng chịu lực của sàn Tại những vị trí có lực cắt lớn khu vực xung quanh cột, vách, lõi có thể bỏ bớt bóng để tăng khả năng chịu cắt của sàn
Ngoài ra, bằng việc loại bỏ lượng bê tông ở thớ giữa bản sàn, Bubbledeck đã góp phần đáng kể vào việc tác động có lợi đến môi trường.
U-boot Beton là sản phẩm công nghệ sàn nhẹ của hai tập đoàn Daliform Group (Italy) và Peikko Group (Phần Lan) sử dụng các khối nhựa tái chế polypropylen để thay thế phần bê tông không hoặc ít tham gia chịu lực ở thớ giữa của bản sàn, giúp giảm trọng lượng kết cấu, giảm kích thước hệ cột, vách, móng, tường, vách chịu lực và tăng khoảng cách lưới cột Bản sàn U-boot Beton là loại kết cấu rỗng, phẳng, không dầm, liên kết trực tiếp với hệ cột, vách chịu lực nên có nhiều ưu điểm về mặt kỹ thuật và kinh tế Ngoài ra bản sàn U-boot Beton còn là một sản phẩm cải tiến của BubbleDeck
U-Boot Beton có cấu tạo đặc biệt với 4 chân hình côn và phụ kiện liên kết giúp tạo ra một hệ thống dầm vuông góc nằm giữa lớp sàn bê tông trên và dưới Có 2 dạng là hộp đơn và hộp đôi Ngoài ra, giữa các hộp còn có các cốt liên kết với nhau theo cả
Sàn U-Boot Beton có cấu tạo gồm: Một lớp thép trên, một lớp thép dưới, và ở giữa các khoảng hở là các thép gia cường
TỔNG QUAN VỀ LIÊN KẾT GIỮA CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP
Việc sử dụng cột ống thép nhồi bê tông với sàn bê tông cốt thép ngày càng phổ biến ở nhiều nước như Mỹ, Hàn Quốc, Trung Quốc, Nhật Bản Với sự kết hợp giữa cột CFST và sàn phẳng BTCT tạo ra hệ thống kết cấu tối ưu hơn, hiệu quả hơn Tuy nhiên, tồn tại lớn nhất để sử dụng loại kết cấu này trong kết cấu công trình là giải quyết vấn đề liên kết giữa cột và sàn phẳng Hiện chưa tìm được các nghiên cứu về liên kết giữa cột góc CFST với sàn phẳng BTCT Do đó, phần tổng quan dưới đây sẽ tổng hợp các nghiên cứu về liên kết giữa cột giữa CFST với sàn phẳng BTCT để làm cơ sở cho việc đề xuất liên kết cho cột góc
Jin-Won Kim (2014) [6] tiến hành nghiên cứu thực nghiệm liên kết cột CFST và sàn phẳng BTCT dựa trên các điều khoản thiết kế của tiêu chuẩn ACI 318-11[1] Mục tiêu của nghiên cứu là đề xuất ra mô hình liên kết có tính thực thi dựa trên quan sát ứng xử và các dữ liệu đo được trong thí nghiệm Tác giả tiến hành thí nghiệm với 10 mẫu có kích thước thật
Hình 1.13 Thí nghiệm liên kết cột CFST-sàn BTCT Jin-Won Kim(2014)[6]
Các thông số thay đổi trong các mẫu là chiều dài vươn của mũ chịu cắt, cường độ bê tông, kích thước của ống thép, chiều dày sàn Trong 10 mẫu có 8 mẫu có bố trí thép mũ chịu cắt (thép hình chữ I được hàn vào bề mặt ống thép) và 2 mẫu không bố trí với chiều dày sàn là 200mm và 300mm Hàm lượng cốt thép chịu uốn lấy từ 0,52% - 1,32% Chiều dày thành ống thép là 40mm và 2 mẫu có chiều dày 19mm Việc bố trí thép mũ chịu cắt nhằm tạo ra một vùng cứng để đưa chu vi tiết diện tới hạn dịch chuyển ra xa khỏi mặt cột khi đó khả năng chịu cắt của bản sàn tăng lên và lực cắt tại tiết diện tới hạn giảm xuống [6]
Kết quả thí nghiệm cho thấy sự phá hoại dẻo của thép chịu uốn xảy ra trước và phá hoại dẻo của thép mũ chịu cắt xảy ra sau, sự phá hoại thủng xảy ra sau cùng đúng với kết quả dự đoán ban đầu Khả năng chịu cắt thủng danh nghĩa của cột hình vuông lớn hơn so với tiết diện chữ nhật Tải trọng gây phá hoại cho mẫu với cánh tay vươn dài lớn hơn so với mẫu có cánh tay vươn ngắn và một chiều dài tối thiểu của cánh tay vươn bằng 4h (h là chiều cao dầm I) để đạt đến cường độ danh nghĩa theo tiêu chuẩn
ACI 318-11 là 7 f b d c , 0 (psi) Ngoài ra, kết quả thí nghiệm cho thấy cường độ chịu cắt thủng của mẫu không có thép chịu cắt, đạt đến 90% cường độ chịu cắt thủng danh nghĩa theo ACI 318-11, điều này có được là do sự ma sát với thành ống thép và sự làm việc của các chốt thép xuyên cột tại bề mặt cột Trường hợp mô men không cân bằng lớn tại vị trí cột thì sự ma sát không ảnh hưởng đến khả năng chịu cắt Kết quả thí nghiệm còn chỉ ra rằng, bê tông lõi chỉ có tác dụng ngăn cản biến dạng móp thành ống thép ở phía cánh dầm I chịu nén [6] a) Sự phá hoại của mẫu không có thép mũ chịu cắt b) Sự phá hoại của mẫu có bố trí thép mũ chịu cắt Hình 1.14 Sự phá hoại sàn BTCT - thí nghiệm của Jin-Won Kim (2014)[6]
Qua kết quả thí nghiệm tác giả đề xuất công thức tính toán cường độ chịu cắt thủng riêng cho từng phần bê tông và thép mũ chịu cắt điều này không được đề cập trong các điều khoản thiết kế của tiêu chuẩn ACI 318-11 Ở đây tác giả còn đưa ra hệ số hiệu chỉnh ảnh hưởng của chiều dài cánh tay vươn đến khả năng chịu cắt thủng của liên kết [6]
Tuy nhiên, nhược điểm của liên kết này đã khảo sát chiều dày thành ống quá lớn đây là điều kiện thuận lợi cho việc hàn dầm thép I vào thành ống và chống ổn định cục bộ tại vị trí liên kết nhưng lại không tiết kiệm vật liệu
Y Su, Y.Tian (2010) [12] nghiên cứu thực nghiệm liên kết giữa cột ống thép nhồi bê tông và sàn phẳng bê tông cốt thép dưới tác dụng của tải trọng động như Hình 1.16 và Hình 1.17
Hình 1.15 Mẫu liên kết của Y Su, Y Tian (2010)[12]
Hình 1.16 Mô phỏng quá trình thí nghiệm - Y Su, Y Tian (2010) [12]
Mục đích của nghiên cứu là tạo một liên kết chủ yếu chịu tải trọng ngang để giảm biến dạng ngang do động đất và đảm bảo khả năng chịu tải trọng đứng Mấu chốt vấn đề mà tác giả đưa ra để thiết lập liên kết là liên kết phải giảm ứng suất tập trung gây ra bởi mô men âm trong sàn do tải trọng ngang gây ra đồng thời vẫn duy trì được khả năng chịu tải trọng đứng Từ nhận định trên một liên kết được đề xuất là tấm sàn BTCT được đở bởi một tấm thép tròn được hàn vào cột Do cốt thép chịu mô men uốn không xuyên qua cột nên ứng xử của liên kết như một liên kết khớp dẫn đến hạn chế mô men âm do tải trọng đứng và tải trọng ngang Thêm vào đó tấm thép tròn đỡ sàn chuyển toàn bộ lực cắt vào trong cột đồng thời đẩy tiết diện tới hạn chịu cắt thủng ra xa khỏi mặt cột với mong muốn sự phá hoại do cắt thủng xảy ra sau khi liên kết chịu được biến dạng ngang do động đất [12]
Qua phân tích kết quả thí nghiệm cho thấy việc sử dụng liên kết khớp cho liên kết giữa sàn bê tông và cột CFST có thể đạt được chuyển vị ngang mong muốn [12] Tuy nhiên, liên kết đề xuất này vẫn còn tồn tại là không xác định rõ độ vươn của tấm thép để đảm bảo sàn không bị chọc thủng Liên kết giữa sàn và cột là khớp nên sàn sẽ có chuyển vị lớn Sự phân phối mô men trong sàn không hợp lý
Cheol-Ho Lee (2007) [4] đã nghiên cứu cường độ chịu cắt thủng và ứng xử sau chọc thủng của liên kết giữa cột CFST và sàn phẳng BTCT Hai mục tiêu nghiên cứu là đề xuất mô hình bán giải tích (semi-analytical) về ứng xử chọc thủng của liên kết đề xuất và áp dụng mô hình tĩnh phi tuyến thu gọn để phân tích tiến trình phá hoại
Chi tiết liên kết được tác giả đề xuất dựa trên quan điểm: (1) đó là tính nguyên vặn của liên kết và dễ dàng cho thi công; (2) đảm bảo tính toàn khối của liên kết, điều đó có nghĩa là một loại chốt chịu cắt được yêu cầu để tăng tính toàn khối và độ siêu tĩnh cho vùng liên kết Lúc đó cường độ chịu cắt thủng của liên kết sử dụng chốt chịu cắt cao hơn so với liên kết với sàn bê tông cốt thép thường; (3) để đảm bảo độ tin cậy của liên kết cần phải chế tạo và thí nghiệm mẫu.
Hình 1.17 Liên kết đề xuất bởi Cheol-Ho Lee (2007) [4]
Từ những yêu cầu nêu trên tác giả đề xuất các dạng liên kết như hình Hình 1.18 với chốt chịu cắt đề xuất là tiết diện chữ T và tiết diện chữ I Việc bố trí các đinh hàn vào bề mặt bên ngoài của ống thép với mục đích ngăn cản sự phân tách sớm của bê tông ra khỏi bề mặt cột
Kết quả thí nghiệm cho thấy các vết nứt xuất hiện trên vùng kéo của sàn, sau đó xảy ra phá hoại do chọc thủng Mô hình phá hoại dự định trong thiết kế là; (1) cốt thép chịu uốn chảy dẻo trước chốt chịu cắt; (2) Phá hoại thủng xảy ra sau cùng và sự tách bê tông ra khỏi mặt cột không xảy ra sớm Thí nghiệm còn cho thấy với mẫu có bố trí thép hậu chọc thủng (post-punching) thì khả năng chịu cắt thủng của mẫu tăng từ 20%-40% so với mẫu không có vì cốt thép này bố trí ở vùng nén và trì hoãn sự ép vỡ bê tông vùng nén
Khi chọc thủng khả năng chịu tải của các mẫu giảm mạnh cường độ còn lại của các mẫu sau chọc thủng khoảng 1/6-1/3 tải trọng đỉnh Độ cứng cát tuyến của các mẫu có thép post-punching được nâng lên, tăng khoảng 40%-80% , lúc đó sẽ hạn chế được chuyển vị của sàn Với việc bố trí cốt thép post-punching thì cường độ chịu cắt thủng tăng 14% so với cường độ chịu cắt riêng của bê tông tại tiết diện tới hạn Sau khi phá hoại cắt thủng thì góc gấp khúc của cốt thép chịu kéo và cốt thép hậu chọc thủng tương ứng là 9 0 ,10 0 điều đó có nghĩa là các cốt thép chịu kéo tham gia như nhau trong việc chống lại tải trọng ngoài sau chọc thủng Phương pháp bán giải tích (semi- analytical) thể hiện ứng xử của cột CFST với sàn phẳng Các thông số cho mô hình đề xuất được hiệu chuẩn bằng cách sử dụng các dữ liệu thí nghiệm hạn chế của nghiên cứu này, và ứng dụng của nó để thu gọn tiến trình phân tích sụp đổ cũng đã được chứng minh [4]
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Trong chương này đã thực hiện tổng quan các vấn đề sau:
+ Tổng quan về kết cấu CFST mà cụ thể là cột CFST
+ Tổng quan về các loại sàn phẳng đang sử dụng hiện nay như sàn phẳng bê tông cốt thép thường, sàn bê tông dự ứng lực, sàn Bubbledeck, U-Boot Beton + Tổng quan về các loại liên kết sàn phẳng bê tông cốt thép với cột giữa ống thép nhồi bê tông để làm cơ sở cho việc nghiên cứu liên kết cột góc với sàn phẳng BTCT
Qua tổng quan thấy được các ưu điểm của kết cấu sàn phẳng và kết cấu cột CFST cũng như hiệu quả mang lại khi kết hợp giữa sàn phẳng và cột CFST trong kết cấu công trình đặc biệt là kết cấu nhà nhiều tầng Tuy nhiên, cần phải giải quyết vấn đề liên kết giữa sàn và cột Trong phạm vi luận văn liên kết giữa cột góc và sàn phẳng BTCT sẽ được thực hiện nghiên cứu trong chương 2.
GIẢI PHÁP CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN LÊN KẾT CỘT GÓC
GIẢI PHÁP CẤU TẠO LIÊN KẾT CỘT GÓC – SÀN PHẲNG BTCT
Trong kết cấu sàn phẳng, tại vị trí sàn gối lên cột thường xảy ra phá hoại cắt thủng sàn Do đó, cần phải cấu tạo liên kết đảm bảo khả năng kháng thủng cho sàn
Trước hết cần tìm hiểu các giải pháp nâng cao khả năng chịu cắt cho sàn phẳng:
+ Sử dụng thép mũ chịu cắt (shearheads): Thép mũ chịu cắt là loại chi tiết thép được chế tạo sẵn như thanh thép vai bò, thép hình, bản thép…(Hình 2.1) đặt vào trong bản sàn trước khi đổ bê tông Các chi tiết thép này đặt trong bản sàn tại vị trí cột và vươn ra ngoài mặt cột Chúng có tác dụng làm tăng chu vi tính toán tiết diện tới hạn của bản sàn đối với lực cắt Ngoài ra, các chi tiết thép này có thể góp phần vào khả năng chịu mô men âm của bản sàn
Theùp hình I,C (tổ hợp hàn)
Theùp hình I,C (tổ hợp hàn)
Thép vai bò chịu cắt d 2 d 2 d 2
Hình 2.1 Thép mũ chịu cắt trong sàn phẳng + Dùng dầm tích hợp (Intergral beams): Kiểu cốt thép chịu cắt được thiết kế ở dạng khung cốt thép cho kết cấu dầm (cốt thép dọc và thép đai) Các khung cốt thép này được đặt theo các phương hướng tâm và vuông góc với trục cột Kích thước của các khung thép này nằm trong phạm vi chiều dày bản sàn Hình thức này tạo thành kết cấu dầm nằm trong bản sàn và được gọi là “dầm tích hợp ” như Hình 2.2
Coát theùp daàm tích hợp d 2 d 2
Coát theùp daàm tích hợp
Hình 2.2 Dầm tích hợp trong bản sàn
Tác dụng của dầm tích hợp tương tự như thép mũ chịu cắt Cốt thép trong dầm tích hợp giống như kết cấu trong dầm chịu uốn Tuy nhiên, nếu chiều dày của bản sàn nhỏ hơn 25cm, các cốt đai khó có thể đảm bảo chiều dài neo Vì vậy trong tất cả các trường hợp cốt thép đai phải là cốt thép đai kín với các móc tiêu chuẩn (90 0 và 135 0 ) và tại góc của cốt thép đai phải bố trí một thanh thép dọc
+ Tăng cường khả năng chịu cắt thủng bằng chốt thép chịu cắt
Hình 2.3 Chốt thép chịu cắt bố trí trong bản sàn
Sử dụng chốt thép chịu cắt bao gồm các chốt thép (đinh chịu cắt) được hàn với các dải thép bản và được đặt vào trong bản sàn tại vị trí cột trước khi đổ bê tông như Hình 2.3 Các chốt thép sử dụng phải có các đầu neo dạng hình tròn hay hình chữ nhật với diện tích ít nhất bằng 10 lần diện tích tiết diện thân chốt để chốt thép không bị kéo tụt ra khỏi bê tông Dải thanh thép neo cố định các chốt thép ở phía dưới phải có chiều dày không đổi và phải lớn hơn hoặc bằng đường kính các chốt thép
+ Tăng cường khả năng chịu cắt thủng bằng “Shearband”
Việc bố trí “Shearband” để làm tăng khả năng chịu cắt cho sàn được nghiên cứu và phát triển bởi Pilakoutas and Li (2003) [8] Đại học Sheffield, Anh (Hình 2.4) Hệ thống này được tạo bởi các dải thép có độ dẻo cao, việc thi công rất dễ dàng, tạo độ dẻo của liên kết và đảm bảo đoạn neo
Hình 2.4 Chốt thép chịu cắt bố trí trong bản sàn Nhận xét và đề xuất giải pháp cấu tạo:
Trên đây là 4 giải pháp gia cường để chống sự phá hoại cắt thủng cho sàn Nhưng để kết hợp với ống thép thì phương án sử dụng thép mũ chịu cắt ở dạng thép hình là thích hợp nhất Vì thép mũ chịu cắt ở dạng thép hình sẽ được hàn vào cột vừa đảm bảo cường độ, độ cứng cho liên kết cũng như khả năng chống cắt thủng cho sàn
Căn cứ vào phân tích cơ chế truyền tải trọng và cơ chế phá hoại do cắt thủng trong liên kết sàn phẳng BTCT với cột góc CFST kết hợp với các kết quả nghiên cứu tiêu chuẩn ACI 318 Liên kết giữa sàn phẳng BTCT với cột góc CFST được đề xuất như sau:
1- Cột ống thép nhồi bê tông (CFST)
2- Mũ thép chịu cắt (shear-head) chữ H
3- Tấm đệm 4- Khoan lỗ neo cốt thép vào cột
Hình 2.5 Cấu tạo liên kết cột góc CFST – sàn phẳng BTCT
* Mũ thép chịu cắt (shear-head): Sử dụng thép chữ H hoặc chữ I, một phần cánh được cắt bỏ để chừa lại phần bụng Phần này được đưa vào bên trong cột qua rãnh được xẻ trên mặt cột Shear-head đóng vai trò quan trọng trong việc làm tăng khả năng chịu cắt cho sàn và xem như một cái chốt (shear key) đảm bảo tính liên tục giữa sàn và cột CFST
* Tấm thép liên tục bao quanh chu vi cột (Continuity plate): Chi tiết này bố trí phía dưới của cánh dưới tiết hiện H hoặc I, được hàn theo chu vi cột và liên kết với thép Shear-head Tạo điểm tựa để truyền lực từ sàn vào cột cho phần sàn không bố trí Shear-head
Shear-head Cốt đai C Thép lớp trên/lớp dưới
Hình 2.6 Cấu tạo chi tiết liên kết cột góc CFST – sàn phẳng BTCT
* Bên cạnh các chi tiết Shear – head và tấm đệm, liên kết còn bổ sung thêm cốt đai dạng chữ C ngược Bố trí theo suốt chiều dày của sàn với móc neo tiêu chuẩn theo ACI 318 nhằm gia cường khả năng chịu cắt cho sàn
* Cốt thép vòng bố trí vào mặt trên của sàn Cốt thép này bố trí theo yêu cầu cấu tạo sao cho thỏa mãn khoảng cách cốt đai và chịu mô men tiếp tuyến của sàn.
GIẢI PHÁP TÍNH TOÁN LIÊN KẾT CỘT GÓC – SÀN PHẲNG BTCT 23 2.3 THIẾT KẾ LIÊN KẾT SÀN BTCT – CỘT CFST CHO CỘT GÓC
Hiện nay, chưa có tiêu chuẩn nào đề cập đến việc tính toán khả năng chịu cắt tại liên kết giữa cột CFST với sàn phẳng BTCT Tuy nhiên, với cách cấu tạo liên kết sử dụng các dầm thép hình tiết diện H hoặc I tương tự như cấu tạo mà tiêu chuẩn ACI
318 sử dụng để gia cường khả năng chịu cắt thủng cho liên kết cột BTCT thường - sàn BTCT, luận văn sẽ lấy cách tính toán của ACI 318 làm cơ sở cho việc tính toán khả năng chịu lực của liên kết
Phần tính toán gồm các phần như sau:
- Xác định khả năng chịu cắt của bê tông sàn khi không có thép hình I, H: Mục đích là kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông tại tiết diện tới hạn cách mặt cột d/2 do lực cắt Vu và mô men không cân bằng Mu chuyển lực cắt vào cột, nếu thỏa mãn khả năng chịu cắt thì Shear-head sẽ bố trí cấu tạo Trường hợp không thỏa cần phải tính toán xác định các kích thước cụ thể của Shear-head;
- Xác định khả năng chịu cắt của bê tông sàn khi có thép hình chịu cắt I,H;
- Tính khả năng chịu uốn của Shear-head;
- Tính toán đường hàn liên kết
+ Xác định khả năng chịu cắt của bê tông sàn khi không có cốt thép chịu cắt
Trong thực tế hầu hết khả năng chịu lực của sàn phẳng dưới tác dụng của tải trọng được quyết định bởi khả năng chịu cắt của chúng Vị trí được xem xét về khả năng chịu cắt là các vị trí tới hạn gần với cột hoặc các gối tựa khác Đặc điểm của cắt thủng là vết nứt cắt theo dạng hình côn hoặc hình tháp xung quanh cột, mũ cột hoặc bản mũ cột Góc nghiêng của tháp cắt thủng so với mặt nằm ngang là θ phụ thuộc vào bản chất và số lượng cốt thép trong bản sàn lấy trong khoảng θ 0 - 45 0 Tiết diện tới hạn lấy bằng d/2 tính từ mép gối tựa Lực cắt tính toán Vu được tính toán từ tổng tải trọng tính toán trên phần diện tích giới hạn bởi các đường tim của các ô sàn xung quanh cột trừ đi tải trọng tính toán nằm phía trong chu vi của tiết diện tới hạn d
Hình 2.7 Mặt phá hoại theo kiểu cắt thủng Đối với cột góc, do tồn tại mô men không cân bằng nên ảnh hưởng của mô men sẽ làm tăng ứng suất cắt trên tiết diện tới hạn Do đó, với trường hợp không sử dụng thép mũ chịu cắt (shear-head) ứng suất cắt trên tiết diện tới hạn cách mặt cột d/2 được kiểm tra theo công thức:
Trong đó: bo1 là chu vi tiết diện tới hạn cách d/2 từ chu vi của cột; c, J là các đặc trưng của tiết diện tới hạn cách d/2 từ chu vi của cột;
Vu, Mu lực cắt trực tiếp, mô men không cân bằng trên tiết diện tới hạn
Chu vi tieỏt dieọn tới hạn bo1 d/2 d/2
Cạnh sàn Tiết diện chịu ứng suất cắt do Vu, Mu
Hình 2.8 Xác định chu vi tiết diện tới hạn khi không có Shear-head
+ Xác định khả năng chịu cắt bê tông sàn khi bố trí cốt thép chịu cắt H
Khi bố trí mũ chịu cắt vào trong bản sàn, ứng suất cắt danh nghĩa theo lực cắt của bản sàn tại tiết diện tới hạn cách mặt gối tựa một khoảng d/2 được kiểm tra không được lớn hơn 1,85 f c ' (kg, daN)
Với việc bố trí thép chịu cắt dạng thép hình chữ H nhúng vào trong sàn thì chu vi tiết diện tới hạn sẽ thay đổi Lúc đó biểu thức kiểm tra ứng suất cắt trong sàn do lực cắt Vu và mô men không cân bằng Mu tại liên kết sàn cột được tính theo công thức:
Trong đó: bo2 là chu vi tiết diện tới hạn lấy trên hình 2.9 c, J là các đặc trưng của tiết diện tới hạn cách d/2 từ chu vi của cột;
Vu, Mu lực cắt trực tiếp, mô men không cân bằng trên tiết diện tới hạn
0,85 đối với lực cắt lv lv
Chu vi tieỏt dieọn tới hạn bo2 (chịu Vu) d/2 d/2
Tiết diện tới hạn (chòu moâ men Mu)
Hình 2.9 Xác định chu vi tiết diện tới hạn khi sử dụng Shear-head
Trong các công thức tính ở trên hệ số chuyển lực cắt do mô men Mu gây ra trên tiết diện tới hạn xác định theo công thức sau: v f
(2.5) Giá trị v M u là sự chuyển mô men không cân bằng bởi sự lệch tâm của lực cắt về phía trục của tiết diện tới hạn được định nghĩa như hình 2.9 cách d/2 từ mặt cột
+ Tính toán khả năng chịu uốn của Shear-head
Thép mũ chịu cắt là loại chi tiết thép được chế tạo sẵn và đặt vào trong bản sàn trước khi đổ bê tông Theo tiêu chuẩn ACI 318-11 [1], các chi tiết thép được đặt trong bản sàn tại vị trí cột để làm tăng khả năng chịu cắt thủng và góp phần vào khả năng chịu mômen âm của sàn (Hình 2.10)
Mặt gối tựa (mặt cột) l v C 2 ) ( - 1 h v
Lực cắt trong taám theùp chòu caét
Moâ men trong taám theùp chòu caét
Hình 2.10 Tiết diện tới hạn và nội lực trong thép mũ chịu cắt
Phần lực cắt do phần chiều dài vươn mũ chịu cắt chịu tỷ lệ với tỷ số độ cứng α v s s v c c α = E I
Es,I s - môdul đàn hồi và mômen quán tính của mũ chịu cắt;
Ec,I c - môdul đàn hồi và mômen quán tính của phần tiết diện bê tông bao quanh mũ chịu cắt
Tiết diện bêtông bao gồm chiều rộng tính toán c + d 2 , với c 2 là chiều rộng của gối tựa đo theo phương vuông góc với cánh tay vươn của mũ cột
Nếu lực cắt tổng cộng tại gối tựa làV u và số cánh tay vươn của mũ cột là η, lực cắt trong mỗi cánh tay vươn của mũ cột sẽ là α V /η v u
Khi tải trọng tăng lên, lớn hơn tải trọng sinh ra các vết nứt chéo xung quanh cột, phần lực cắt lớn hơn V c sẽ do mũ chịu cắt chịu và phần lực cắt này nằm trong phạm vi cách mặt cột một khoảng bằng h v , trong đó h v là chiều cao tiết diện của cánh tay vươn Phần lực cắt trong mỗi cánh tay vươn chịu cắt gần bằng α V / η v u trừ đi phần lực cắt trong bê tông có vết nứt (V /η) (1-α ) c v xem Hình 2.10
Biểu đồ mômen tìm được từ việc tích phân biểu đồ lực cắt Nếu V /2 = V /2Φ, c u mômen dẻo M p tại mặt gối tựa [11.12.4.6, ACI 318] [5] sẽ là: u 1 p v v v
Theo quy phạm [mục 11.12.4.5, ACI 318] [5], tỷ số độ cứng của thép mũ chịu cắt α v 0,15 và vùng chịu nén của tấm thép phải đặt cách đáy bản sàn một khoảng không lớn hơn 0,3d Nếu mũ cột không có đủ độ cứng cần thiết thì không có tác dụng chịu cắt
Khi tính toán và thiết kế bản sàn có mũ chịu cắt, mô men trong dải cột sẽ được giảm đi do khả năng chịu mô men của thép mũ chịu cắt Giá trị mô men M được v giảm trên dải cột có thể xác định theo biểu thức: v u 1 v v Φα V c
(2.8) Theo quy phạm, mômen M v lấy không được lớn hơn: 30% tổng khả năng chịu mô men của dải cột; giá trị thay đổi của mô men dải cột dọc theo chiều dài l v ; giá trị
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Trong chương này tác giả luận văn đã thực hiện các vấn đề sau:
- Thực hiện phân tích và đề xuất giải pháp cấu tạo cho liên kết cột góc CFST với sàn phẳng BTCT gồm:
+ Bố trí shear-head dạng thép hình chữ H chịu cắt;
+ Tấm thép đệm bên dưới shear head;
+ Bố trí cốt thép vòng;
+ Cốt thép chịu mô men từ sàn vào cột gần mặt bên cột để tạo không gian đổ bê tông vào ống thép;
+ Bố trí hệ cốt đai dạng C
- Thực hiện giải pháp tính toán cho liên kết mới đề xuất gồm các nội dung sau:
+ Xác định khả năng chịu cắt của bê tông sàn khi không có thép hình I, H + Xác định khả năng chịu cắt bê tông sàn khi có thép hình chịu cắt I,H;
+ Tính khả năng chịu uốn của Shear-head;
+ Tính toán đường hàn liên kết
- Thực hiện tính toán và cấu tạo cụ thể cho một liên kết cột góc CFST- sàn phẳng BTCT
Như vậy, chương này đã cung cấp một cơ sở lý thuyết để thiết kế liên kết đề xuất Để xác minh tính hiệu quả về giải pháp cấu tạo và tính toán của liên kết đề xuất thì cần tiến hành thí nghiệm trên mẫu thật để kiểm chứng, nội dung này sẽ được thực hiện trong chương 3.