Luận văn thạc sĩ thí nghiệm xác định khả năng chịu lực của sàn liên hợp thép bê tông sử dụng một số loại tôn phổ biến trên thị trường

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA---HUỲNH BÁ VINH THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA SÀN LIÊN HỢP THÉP-BÊ TÔNG SỬ DỤNG MỘT SỐ LOẠI TÔN PHỔ BIẾN TRÊN THỊ TRƯỜNG Chuyên ngành

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -

HUỲNH BÁ VINH

THÍ NGHIỆM

XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA SÀN LIÊN HỢP THÉP-BÊ TÔNG SỬ DỤNG MỘT SỐ LOẠI

TÔN PHỔ BIẾN TRÊN THỊ TRƯỜNG

Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu độc lập của tôi

Các số liệu khoa học, tài liệu viện dẫn nêu trong luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

Đà Nẵng, ngày 24 tháng 01 năm 2021.

Tác giả luận văn

Huỳnh Bá Vinh

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SÀN LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG 3

1.1 Tổng quan về kết cấu liên hợp 3

1.1.1 Lịch sử hình thành 3

1.1.2 Các công trình hiện hữu 3

1.1.3 Đặc điểm, yêu cầu cấu tạo của sàn liên hợp thép – bê tông 3

1.1.4 Ưu điểm, nhược điểm 6

1.2 Sự làm việc và các dạng phá hoại của kết cấu sàn liên hợp 6

1.3 Tính toán khả năng chịu lực của kết cấu sàn liên hợp 7

1.3.1 Tính toán sức bền kháng uốn của tiết diện sàn liên hợp 7

a. Tiết diện chịu mômen dương (sagging bending) 7

b. Tiết diện chịu mômen âm (hogging bending) 9

1.3.2 Khả năng chịu trượt dọc của sàn liên hợp 10

1.3.3 Khả năng chịu lực cắt đứng của sàn liên hợp 12

1.3.4 Khả năng chống chọc thủng của sàn liên hợp 13

1.4 Tổng quan thực trạng thiết kế sàn liên hợp hiện nay 13

1.4.1 Áp dụng đa dạng loại tấm tôn trong thiết kế và thi công 13

1.4.2 Chất lượng sàn liên hợp khi sử dụng tấm tôn không chuyên dụng 14

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 14

CHƯƠNG 2 CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM 15

2.1 Mẫu thí nghiệm 15

2.2 Vật liệu chế tạo mẫu thí nghiệm 17

2.2.1 Bê tông 17

2.2.2 Tấm tôn 18

2.3 Sơ đồ thí nghiệm 19

2.3.1 Lắp đặt các thiết bị thí nghiệm 19

2.3.2 Chi tiết các thiết bị thí nghiệm 20

2.4 Quy trình thí nghiệm nén mẫu 23

2.5 Tính toán khả năng chịu lực của 4 nhóm mẫu 24

2.5.1 Tính toán khả năng chịu mômen dương giới hạn 24

2.5.2 Tính toán khả năng chịu lực cắt đứng giới hạn 28

2.5.3 Tổng hợp kết quả tính toán khả năng chịu lực của 4 nhóm mẫu 32

2.6 Dự đoán cơ chế phá hoại mẫu 32

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 33

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 34

3.1 Hình ảnh gia tải thí nghiệm đến khi mẫu bị phá hoại và xuất hiện vết nứt 34

3.2 Tương quan giữa tải trọng và biến dạng nén mặt dưới và mặt trên của mẫu 38

3.2.1 Nhóm mẫu TL 9 - M250 38

3.2.2 Nhóm mẫu TL 11 - M250 40

3.2.3 Nhóm mẫu tôn Deck - M250 42

3.2.4 Nhóm mẫu tôn Deck – M300 44

3.3 Tương quan giữa tải trọng và độ võng tại giữa nhịp 46

3.4 Phân tích sự làm việc của mẫu sàn 48

3.5 Kết luận 49

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI

KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT HỘI ĐỒNG BẢO VỆ

THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA SÀN LIÊN HỢP THÉP-BÊ TÔNG SỬ DỤNG MỘT SỐ LOẠI TÔN PHỔ BIẾN TRÊN THỊ TRƯỜNG

Tên học viên : Huỳnh Bá Vinh

Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng

Khóa : K37, Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN

Tóm tắt: Hiện nay, sàn liên hợp thép – bê tông đang được sử dụng ngày càng

nhiều trong thiết kế nhà dân dụng và công nghiệp Khi thiết kế sàn liên hợp phải tuânthủ tiêu chuẩn Eurocode 4, dựa vào tính chất công trình và chọn kích thước tôn chuyêndụng (tôn sàn Deck) phù hợp Tuy nhiên, trên thực tế vẫn có khá nhiều công trình dândụng vừa và nhỏ sử dụng tôn lợp mái (độ dày thường từ 0,45mm đến 0,5mm) thay chotôn sàn chuyên dụng để làm kết cấu sàn liên hợp với chiều dài nhịp sàn khoảng 1,0m.Việc sử dụng tôn lợp mái để làm kết cấu sàn liên hợp như trên hoàn toàn chưa quyđịnh trong tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành mà chủ yếu dựa trên kết quả thi công thực

tế ở các công trình tương tự đã có Do đó, khó kiểm soát kết quả thiết kế, cũng như gâymất an toàn cho công trình khi đi vào vận hành Đề tài xác định và đánh giá khả nănglàm việc của kết cấu sàn liên hợp khi sử dụng một số loại tôn lợp mái thông dụng đểđưa ra những lời khuyên hữu ích đến người thiết kế khi lựa chọn kết cấu sàn là sàn liênhợp thép – bê tông

Từ khóa: Sàn liên hợp thép – bê tông; Tôn lợp mái; Eurocode 4; Khả năng

kháng trượt; Thí nghiệm kháng trượt

EXPERIMENT ON THE BEARING OF COMPOSITE STEEL AND

CONCRETE SLAB USED UNUSUAL STEEL DECKS

Abstract: Composite steel-concrete slab are largerly used in buildings In the design

of composite slab to Eurocode 4, the appropriate steel decks must be used However, inreality, there are still quite a lot of projects using roofing sheets (thickness of from0,45mm to 0,5mm) instead of specialized steel decks, with the span is about 1,0m of long.The use of roofing sheets as mentioned above is completely not mentioned by the currentstandards, but mainly based on actual experiences Therefore, it is difficult to control thedesign results and also unsafe This study aims to determine and evaluate the bearing ofcomposite slab structure by experiments in case of using some popular types of roofingsheets, and to provide useful advices to the designer

Key words: Composite steel and concrete slab, Steel deck, Eurocode 4, shear

bearing, experiments

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Thành phần cấp phối bê tông đúc mẫu 17Bảng 2.2: Kết quả thí nghiệm xác định cường độ của bê tông đúc mẫu 18Bảng 2.3: Kết quả thí nghiệm kéo mẫu tôn 19Bảng 2.4: Bảng tổng hợp kết quả tính toán khả năng chịu lực của 4 nhóm mẫu 32Bảng 3.1: Kết quả tương quan giữa tải trọng và biến dạng nén mặt dưới và mặt trêncủa nhóm mẫu TL 9 - M250 (xét cùng bề rộng sàn 1m) 38Bảng 3.2: Kết quả tương quan giữa tải trọng và biến dạng nén mặt dưới và mặt trêncủa nhóm mẫu TL 11 - M250 (xét cùng bề rộng sàn 1m) 40Bảng 3.3: Kết quả tương quan giữa tải trọng và biến dạng nén mặt dưới và mặt trêncủa nhóm mẫu tôn Deck – M250 (xét cùng bề rộng sàn 1m) 42Bảng 3.4: Kết quả tương quan giữa tải trọng và biến dạng nén mặt dưới và mặt trêncủa nhóm mẫu tôn Deck – M300 (xét cùng bề rộng sàn 1m) 44Bảng 3.5: Kết quả tương quan giữa tải trọng và độ võng tại giữa nhịp (xét cùng bềrộng sàn 1m) 46Bảng 3.6: Tải trọng P và độ võng ở giữa nhịp của 4 nhóm mẫu sàn 48

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Tòa nhà Diamond Plaza, TP HCM 3

Hình 1.2: Toà nhà đa năng, 169 Nguyễn Ngọc Vũ, Hà Nội 3

Hình 1.3: Kết cấu sàn liên hợp thép – bê tông đặc trưng 4

Hình 1.4: Các loại sàn liên hợp 4

Hình 1.5: Các kích thước của sàn và tấm tôn 5

Hình 1.6: Các dạng tạo liên kết điển hình trong sàn liên hợp 5

Hình 1.7: Tiết diện phá hoại của các dạng phá hoại khác nhau 7

Hình 1.8: Tiết diện chịu mômen dương trục trung hòa dẻo đi qua vùng bê tông nằm trên sườn 7

Hình 1.9: Tiết diện chịu mômen dương trục trung hòa dẻo đi qua sườn tấm tôn 8

Hình 1.10: Tiết diện chịu mômen âm 10

Hình 1.11: Sơ đồ thí nghiệm khả năng chịu trượt dọc của sàn liên hợp 11

Hình 1.12: Vẽ biểu đồ quan hệ xác định thông số m và k 11

Hình 1.13: Xác định khả năng chịu lực cắt đứng của sàn liên hợp 12

Hình 1.14: Xác định khả năng chống chọc thủng của sàn liên hợp 13

Hình 2.1: Tiết diện ngang mẫu thí nghiệm với tôn 9 sóng, b= 375 mm 15

Hình 2.2: Tiết diện ngang mẫu thí nghiệm với tôn 11 sóng, b= 300 mm 15

Hình 2.3: Tiết diện ngang mẫu thí nghiệm với tôn sàn Deck, b= 335 mm 15

Hình 2.4: Bãi đúc mẫu 16

Hình 2.5: Mẫu đúc loại tôn lợp 9 sóng 16

Hình 2.6: Một mẫu đúc tôn lợp 9 sóng bị hư hỏng trong quá trình tập kết 16

Hình 2.7: Chế tạo mẫu bê tông tại hiện trường 17

Hình 2.8: Tiết diện ngang mẫu tôn lợp 9 sóng 18

Hình 2.9: Tiết diện ngang mẫu tôn lợp 11 sóng 18

Hình 2.10: Tiết diện ngang mẫu tôn Deck 18

Hình 2.11: Sơ đồ thí nghiệm mẫu sàn 20

Hình 2.12: Hình ảnh bố trí thiết bị thực tế 20

Hình 2.13: Thi công dán lá Strain Gauge lên mặt tấm tôn 21

Hình 2.14: Thi công dán lá Strain Gauge lên mặt bê tông 21

Hình 2.15: Cảm biến đo chuyển vị LVDT trong thí nghiệm 22

Hình 2.16: Cảm biến đo lực Load cell trong thí nghiệm 23

Hình 2.17: Thiết bị Data logger TDS-303 trong thí nghiệm 23

Hình 2.18: Kết nối và kiểm tra thiết bị đo trước khi tiến hành thí nghiệm 24

Hình 3.1: Mẫu TL 9-M250-m1 bị phá hoại 34

Hình 3.2: Vết nứt sau khi mẫu bị phá hoại ở mẫu TL 9-M250-m1 34

Hình 3.3: Mẫu TL 11-M250-m1 bị phá hoại 35

Hình 3.4: Vết nứt sau khi mẫu bị phá hoại ở mẫu TL 11-M250-m1 35

Hình 3.5: Mẫu Deck-M250-m1 bị phá hoại 36

Hình 3.6: Vết nứt sau khi mẫu bị phá hoại ở mẫu Deck-M250-m1 36

Hình 3.7: Mẫu Deck-M300-m2 bị phá hoại 37

Hình 3.8: Vết nứt sau khi mẫu bị phá hoại ở mẫu Deck-M300-m2 37

Hình 3.9: Biểu đồ tương quan giữa tải trọng và biến dạng nén mặt dưới và mặt trên của nhóm mẫu TL 9 - M250 (xét cùng bề rộng sàn 1m) 39

Hình 3.10: Biểu đồ tương quan giữa tải trọng và biến dạng nén mặt dưới và mặt trên của nhóm mẫu TL 11 - M250 (xét cùng bề rộng sàn 1m) 41

Hình 3.11: Biểu đồ tương quan giữa tải trọng và biến dạng nén mặt dưới và mặt trên của nhóm mẫu tôn Deck – M250 (xét cùng bề rộng sàn 1m) 43

Hình 3.12: Biểu đồ tương quan giữa tải trọng và biến dạng nén mặt dưới và mặt trên của nhóm mẫu tôn Deck – M300 (xét cùng bề rộng sàn 1m) 45

Hình 3.13: Biểu đồ quan hệ tải trọng P và độ võng ở giữa nhịp của 4 nhóm mẫu sàn 47

CÁC CHỮ VIẾT TẮT

QCVN 02-2009/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam 02-2009/BXD;

EC4: Tiêu chuẩn Eurocode 4 – Design of composite steel and concrete structures; TCVN 3118:1993: Bê tông nặng – Phương pháp xác định cường độ nén;

TCVN 8828:2011: Tiêu chuẩn Việt Nam – Bê tông – Yêu cầu bảo dưỡng ẩm tự nhiên

MỞ ĐẦUTính cần thiết của đề tài:

Hiện nay, sàn liên hợp thép – bê tông đang được sử dụng ngày càng nhiều trongthiết kế nhà dân dụng và công nghiệp Khi thiết kế sàn liên hợp phải tuân thủ tiêuchuẩn Eurocode 4, dựa vào tính chất công trình và chọn kích thước tôn chuyên dụng(tôn sàn Deck) phù hợp Tuy nhiên, trên thực tế vẫn có khá nhiều công trình dân dụngvừa và nhỏ sử dụng tôn lợp mái (độ dày thường từ 0,45mm đến 0,5mm) thay cho tônsàn chuyên dụng để làm kết cấu sàn liên hợp, chiều dài nhịp sàn thường là 1,0m

Việc sử dụng tôn lợp mái để làm kết cấu sàn liên hợp như trên hoàn toàn chưaquy định trong tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành mà chủ yếu dựa trên kết quả thi côngthực tế ở các công trình tương tự đã có Do đó, khó kiểm soát kết quả thiết kế, cũngnhư gây mất an toàn cho công trình khi đi vào vận hành

Đề tài “Thí nghiệm xác định khả năng chịu lực của sàn liên hợp thép-bê tông

sử dụng một số loại tôn phổ biến trên thị trường” nhằm xác định và đánh giá khả

năng làm việc của kết cấu sàn liên hợp khi sử dụng một số loại tôn lợp mái thông dụng

để đưa ra những lời khuyên hữu ích đến người thiết kế khi lựa chọn kết cấu sàn là sànliên hợp thép – bê tông

Mục tiêu nghiên cứu:

Đề tài tập trung vào việc chế tạo các mẫu sàn liên hợp phù hợp với các quy địnhhiện hành sử dụng một số loại tôn trên thị trường hiện nay Sau đó, tiến hành thínghiệm tuân thủ tiêu chuẩn EC4 để xác định khả năng chịu lực của từng loại sàn, đánhgiá và đưa ra những lời khuyên hữu ích phục vụ cho thiết kế sàn liên hợp

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

hiện nay với các cấp bền khác nhau

Phương pháp nghiên cứu: Dùng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, cụ thể

như sau:

Đà Nẵng và thường được các nhà thầu thi công sử dụng, gồm 3 loại: 02 loại tôn lợp mái(9 sóng, 11 sóng) dày 0,5mm và 01 loại tôn sàn Deck loại H50W1000 dày 0,5mm;

mua từ Công ty chuyên bê tông xây dựng;

hành liên quan;

Trang 1

- Tiến hành thí nghiệm gia tải, quan sát quá trình làm việc của mẫu sàn đến lúc phá hoại, ghi số gia tải lớn nhất cho mỗi mẫu sàn;

năng chịu lực tới hạn của mẫu, tổng hợp cho từng nhóm mẫu;

khuyến nghị hữu ích phục vụ cho công tác thiết kế sàn liên hợp

Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài:

Kết cấu sàn liên hợp gồm: Bê tông và tôn sàn Deck đã được sử dụng rộng rãitrong các công trình dân dụng và công nghiệp quy mô vừa và lớn, kết cấu đã dần trởnên quen thuộc với các nhà thiết kế trong nước với ưu điểm rút ngắn tiến độ thi công.Tuy nhiên, với những công trình nhà quy mô vừa và nhỏ hiện nay, việc sử dụng tônlợp mái thay thế cho tôn sàn Deck làm kết cấu cho sàn liên hợp là tương đối nhìu nhằmtối ưu nhất về chi phí Việc sử dụng tôn lợp mái làm kết cấu sàn liên hợp như vậy làchưa được quy định trong tiêu chuẩn, quy chuẩn trong nước và cả ngoài nước Mà chỉdựa vào những tính toán ổn định mang tính tương quan, cũng như kinh nghiệm triểnkhai thi công thực tiễn Do đó, loại kết cấu sàn này cần được nghiên cứu, thí nghiệm

và thử nghiệm nhiều hơn để đưa ra những lời khuyên hữu ích cho người thiết kế, đểhạn chế thấp nhất những rủi ro mà thiết kế chưa lường hết được

Nội dung luận văn:

Nội dung chính của luận văn được trình bày trong 3 chương:

Chương 1 Tổng quan về sàn liên hợp thép - bê tông

Chương 2 Chương trình thí nghiệm

Chương 3 Kết quả thí nghiệm

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SÀN LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG 1.1 Tổng quan về kết cấu liên hợp

1.1.1 Lịch sử hình thành

Lịch sử phát triển của kết cấu liên hợp thép – bê tông gắn liền với lịch sử phát triển của kết cấu thép và kết cấu bê tông cốt thép

Việc hình thành dạng kết cấu liên hợp này bắt nguồn từ 2 nguyên nhân:

(i) - Bắt đầu từ ý định thay thế các cốt thép tròn bằng các dạng cốt thép khác gọi là cốt cứng, khi hàm lượng quá lớn hình thành nên kết cấu liên hợp;

(ii) - Từ ý tưởng muốn bao bọc kết cấu thép chịu lực bằng bê tông để chống xâm thực, chống cháy hoặc chịu lực, từ đó hình thành nên kết cấu liên hợp thép – bê tông

Tuy ra đời muộn hơn một số kết cấu truyền thống như kết cấu thép, kết cấu bêtông, kết cấu gỗ… nhưng dạng kết cấu này cũng đã được sử dụng tới hơn thế kỷ vàngày càng có nhiều ưu việt cần phải khai thác

1.1.2 Các công trình hiện hữu

Hiện nay đã có rất nhiều công trình nhà nhiều tầng ở Việt Nam áp dụng kết cấukhung nhà thép tiền chế, như sau:

Hình 1.1: Tòa nhà Diamond Plaza, TP HCM Hình 1.2: Toà nhà đa năng,

169 Nguyễn Ngọc Vũ, Hà Nội

1.1.3 Đặc điểm, yêu cầu cấu tạo của sàn liên hợp thép – bê tông

Khác với kết cấu sàn bê tông cốt thép thông thường, có cốt thép chịu lực là các thanh thép tròn, kết cấu sàn liên hợp thép – bê tông là kết cấu mà thép chịu lực

Trang 3

có dạng tấm tôn định hình và tấm đan bằng bê tông cốt thép đổ tại chổ Sự làm việc

sàn liên hợp thép – bê tông nhờ vào tiếp xúc giữa bê tông và thép

Sàn liên hợp thép – bê tông là bản sàn một phương, các bản sàn gác lên dầm phụ

được đỡ bởi các dầm chính đặt vuông góc với dầm phụ và gác lên cột

Bê tôngTấm tôn sàn

Đinh chống cắt

Dầm thép

Hình 1.3: Kết cấu sàn liên hợp thép – bê tông đặc trưng

Vài trò của tấm tôn:

Yêu cầu cấu tạo:

học của thép dẫn đến làm tăng khả năng chịu lực của tiết diện:

Hình 1.4: Các loại sàn liên hợp

- Giới hạn đàn hồi của tấm tôn khoảng 300 N/mm2;

dày phần bê tông (hc) trên các sườn không được nhỏ hơn 40cm để tránh phá hoại giòn vàđảm bảo lớp bảo vệ cho cốt thép Nếu sàn làm việc liên hợp với dầm hoặc được sử dụngnhư vách cứng, chiều dày h không được nhỏ hơn 90mm, hc không được nhỏ hơn 50mm;

thước nhỏ nhất của cấu kiện và không được lớn hơn giá trị nhỏ nhất trong các giá trị sau:

Hình 1.5: Các kích thước của sàn và tấm tôn

75mm đối với các loại khối thường như dầm thép hoặc dầm bê tông và

100mm đối với các loại gối ít gặp như: Gạch, đá

Hình 1.6: Các dạng tạo liên kết điển hình trong sàn liên hợp

Trang 5

1.1.4 Ưu điểm, nhược điểm

Ưu điểm:

dầm giảm nên tăng không gian sử dụng, giảm chiều cao tầng

Nhược điểm:

và siêu cao tầng

1.2 Sự làm việc và các dạng phá hoại của kết cấu sàn liên hợp

Ba dạng làm việc của bản sàn liên hợp:

hoại có thể dẻo hoặc giòn, lực tới hạn Pu lớn nhất;

gần như không có sự truyền lực cắt, lực tới hạn Pu nhỏ nhất;

- Tương tác một phần: Trượt bé, lực cắt truyền một phần, tải tới hạn Pu có giá trị trung gian giữa 2 trường hợp trên, phá hoại giòn hoặc dẻo

Các dạng phá hoại:

kiểm tra bền theo trạng thái giới hạn thứ nhất M≤Mgh trong đó Mgh là mômen giới hạn

mà tiết diện chịu được

nguyên nhân do lực liên kết giữa tấm tôn và bê tông không đảm bảo chống lại lực cắt tạivùng này Khả năng chống trượt dọc của sàn liên hợp thường được xác định bằng thựcnghiệm

- Phá hủy do lực cắt đứng tại tiết diện có lực cắt lớn III-III: khả năng chống lựccắt đứng do phần bê tông quyết định, kiểm tra bền theo trạng thái giới hạn thứ nhấtV≤Vgh

tra chống chọc thủng tương tự như sàn BTCT

Hình 1.7: Tiết diện phá hoại của các dạng phá hoại khác nhau

Sự phá hoại sàn liên hợp có thể xảy ra theo 2 dạng làm việc:

hiệu báo trước

1.3 Tính toán khả năng chịu lực của kết cấu sàn liên hợp

1.3.1 Tính toán sức bền kháng uốn của tiết diện sàn liên hợp

a. Tiết diện chịu mômen dương (sagging bending)

Xét một đoạn bề rộng sàn b Bỏ qua sự tham gia chịu nén của cốt thép trong bêtông và sự tham gia chịu kéo của bê tông trong vùng kéo Tại trạng thái giới hạn tất cảcác điểm trên tiết diện đều bị chảy dẻo, ứng suất trong tấm tôn đạt cường độ fp; ứngsuất trong bê tông vùng nén đạt cường độ fc, tuy nhiên Eurocode 3 quan niệm rằng ứngsuất trong bê tông chỉ đạt 0,85fc nhằm kể đến ứng xử phi tuyến của bê tông

Hình 1.8: Tiết diện chịu mômen dương trục trung hòa dẻo đi qua vùng bê tông nằm

trên sườn

Trang 7

Gọi xpl là khoảng cách từ biên trên đến trục trung hòa dẻo Điều kiện xảy ra trường hợp này là:

Quan niệm tương tự trường hợp trước, đồng thời bỏ qua sự tham gia chịu lực néncủa phần bê tông nằm trong sườn tôn Tấm tôn sẽ có một phần chịu kéo và một phầnchịu nén

Hình 1.9: Tiết diện chịu mômen dương trục trung hòa dẻo đi qua sườn tấm tôn

Tại trạng thái giới hạn dẻo, biểu đồ phân bố ứng suất gồm phần tấm tôn bên dướitrục trung hòa dẻo chịu kéo và chảy dẻo đạt giá trị +fp, phần tấm tôn bên trên trục trung

Trang 8

hòa dẻo chịu nén và chảy dẻo đạt giá trị -fp, toàn bộ bê tông nằm trên sườn tôn bị nénchảy dẻo đạt giá trị 0,85fc.

Biểu đồ này có thể phân thành tổng 2 biểu đồ như hình vẽ, gồm biểu đồ thứ nhấttrong đó một phần tấm tôn chịu kéo cần bằng với phần bê tông chịu nén, và biểu đồthứ hai trong đó phần còn lại của tấm tôn chịu kéo cân bằng với phần tấm tôn chịu nén.Hợp lực nén tác dụng lên vùng bê tông chịu nén:

Phần biểu đồ thứ hai (tác dụng lên tấm tôn) sẽ tạo ra mômen Mpr, mômen này sẽnhỏ hơn mômen giới hạn dẻo của tấm tôn do bị thiếu hụt một phần ứng suất ở vùnggiữa, xác định như sau:

b. Tiết diện chịu mômen âm (hogging bending)

Gọi As là diện tích cốt thép đặt trong bê tông để chịu kéo Bỏ qua sự tham giachịu nén và kéo của tấm tôn, lúc này có thể tính toán khả năng chịu mômen của tiếtdiện hoàn toàn giống tiết diện bê tông cốt thép thông thường

Trang 9

Hình 1.10: Tiết diện chịu mômen âm

Coi vùng bê tông bị nén nằm hoàn toàn trong sườn tôn, gọi bc là bề rộng trungbình của vùng này, ta có hợp lực nén tác dụng lên bê tông:

Trong đó ds là khoảng cách từ biên dưới đến trọng tâm tiết diện cốt thép As

1.3.2 Khả năng chịu trượt dọc của sàn liên hợp

Khả năng chống lực trượt dọc (longitudinal shear) được quyết định bởi lực dính

và các chi tiết liên kết tấm tôn với phần bê tông bên trên Lực trượt dọc giới hạn rấtkhó xác định bằng lý thuyết Hiện để xác định được giới hạn trượt dọc người ta phảithực hiện thí nghiệm trên các mẫu thử đối với từng loại tôn khác nhau Các tiêu chuẩnEurocode 4 hay của Hoa Kỳ đều sử dụng chung hình thức thí nghiệm này

Hình 1.11: Sơ đồ thí nghiệm khả năng chịu trượt dọc của sàn liên hợp

Sơ đồ thí nghiệm trên một mẫu sàn có bề rộng b, 2 đầu tựa đơn giản chịu 2 lựctập trung có giá trị mỗi lực là P/2 ở ¼ nhịp L Phản lực gối tựa có giá trị Vt= P/2 Tiếnhành gia lực P đến khi phá hủy sẽ xác định được phản lực Vt tương ứng

Eurocode 4 quy định phải thực hiện với 2 nhóm mẫu, mỗi nhóm 3 mẫu Nhómthứ nhất (nhóm A) được chọn sao cho chiều dài nhịp L lớn nhất có thể để hiện tượngphá hủy do trượt dọc xảy ra đầu tiên Tương tự cho nhóm thứ hai (nhóm B) nhưng Lchọn sao cho có giá trị bé nhất có thể

Hình 1.12: Vẽ biểu đồ quan hệ xác định thông số m và k

Vẽ biểu đồ quan hệ giữa hai thông số (Vt/bdp) và (Ap/bLs), đường xiên số 1 làđường đặc trưng để xác định khả năng chịu lực trượt dọc của sàn – là đường nối 2 giátrị bé nhất của 2 mẫu trong nhóm A và B, sau đó giảm giá trị đi 10% Từ đường thẳngnày xác định 2 giá trị k và m như trên biểu đồ Lực trượt dọc giới hạn mà sàn chịuđược xác định như sau:

Trang 11

- Ls = khoảng cách từ vị trí đặt tải đến gối tựa gần nhất khi sàn chịu tải tập trung.

Các thông số m và k sẽ được nhà sản xuất tôn cung cấp, đơn vị N/mm 2 Chú ý giátrị VL,Rd trình bày ở đây chỉ áp dụng cho sàn không có chốt ở 2 đầu (lực liên kết tôn và

bê tông chỉ gồm lực dính và mấu gây nên)

1.3.3 Khả năng chịu lực cắt đứng của sàn liên hợp

Lực cắt giới hạn theo phương đứng (vertical shear) tính cho bề rộng bằng khoảng

cách giữa tâm hai sườn bs xác định như sau:

Trong đó:

- ρ= Ap/(bodp) < 0,02

- Ap: tiết diện của phần tôn thép chịu kéo nằm trong bề rộng bo

- kv = (1,6-dp)  1; với dp tính bằng m

- Rd = 0,25fctk/c : cường độ cắt tính toán của bê tông; c=1,5

Hình 1.13: Xác định khả năng chịu lực cắt đứng của sàn liên hợp

Như vậy khi tính toán trên bề rộng b thì cần đếm số sườn trên đó để biết khả năng

chịu lực cắt đứng là bao nhiêu Có thể bỏ qua sự tham gia chịu lực cắt đứng của tấmtôn, lúc đó lấy ρ= 0

1.3.4 Khả năng chống chọc thủng của sàn liên hợp

Khi có lực tập trung tác dụng cục bộ lên một vùng sàn (vùng 2 trong hình) thì sàn

liên hợp có khả năng bị chọc thủng (punching shear) Gọi Cp là chu vi tính toán củatháp cọc thủng (đừng nét đứt số 1), lực chọc thủng giới hạn mà sàn chịu được:

Hình 1.14: Xác định khả năng chống chọc thủng của sàn liên hợp

1.4 Tổng quan thực trạng thiết kế sàn liên hợp hiện nay

1.4.1 Áp dụng đa dạng loại tấm tôn trong thiết kế và thi công

Với những tính năng nổi bật của kết cấu sàn liên hợp như đã nói trên: là sàn côngtác, là cốt pha cho vữa bê tông và là cốt thép dọc lớp dưới chịu lực của bản sàn, do đó loạisàn này ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong công tác thiết kế và cũng như những nhàthầu thi công Loại tôn chuyên dụng sử dụng cho loại sàn này là tôn Deck, tôn được dậpnguội tạo sóng gân tăng cứng và tạo các gờ ma sát nhằm tăng độ bám dính, cũng như khảnăng làm việc chung giữa tôn và bê tông Tuy nhiên, thực tế với những công trình côngtrình nhỏ, chịu tải trọng không lớn, có nhà thiết kế cũng như thi công vẫn chọn loại tônlợp (không dập tạo gờ ma sát) thay cho tôn sàn Deck chuyên dụng với bề dày tương ứngvới tôn sàn Deck được tính toán theo tiêu chuẩn nhằm tối ưu chi phí

Theo tìm hiểu thực tế, thường dùng 3 loại tôn lợp sau: 7 sóng, 9 sóng và 11 sóng.Phổ biến nhất vẫn là 2 loại tôn lợp 9 sóng và 11 sóng, vì 2 loại máy dập tôn này được

sử dụng phổ biến ở các nhà máy cung cấp tôn lợp

Theo thực tế thiết kế và thi công cũng như các nhà cung cấp tôn như vậy, nêntrong đề tài đã sử dụng 2 loại này: 9 sóng và 11 sóng và 1 loại tôn sàn Deck với bề dàyxấp xỉ và bằng nhau để đúc mẫu sàn thí nghiệm, quan sát và đánh giá sự khác biệttrong quá trình làm việc của mỗi loại

Trang 13

1.4.2 Chất lượng sàn liên hợp khi sử dụng tấm tôn không chuyên dụng

Điểm nổi bật của kết cấu sàn liên hợp là sử dụng tấm tôn để làm sàn công tác,làm ván khuôn và làm cốt thép chịu lực cho sàn Xét thấy, tính năng làm cốt thép dọccho sàn vẫn là điều tất yếu mà tấm tôn sàn phải đảm nhận trong quá trình vận hành sửdụng, chịu tải trọng bên ngoài Để phát huy tối đa nhất khả năng chịu tải của sàn, 2thành phần tấm tôn và bê tông phải được liên kết chặt chẽ và làm việc đồng thời Do

đó, sự khác biệt lớn nhất giữa sử dụng tôn sàn chuyên dụng và tôn lợp mái khi sử dụnglàm kết cấu sàn liên hợp là sự ma sát, bám dính giữa 2 vật liệu thép và bê tông

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Thông qua các nội dung tóm tắt trong chương 1, tác giả đã khái quát về một sốđặc điểm cấu tạo, yêu cầu cấu tạo, sự làm việc … và các trạng thái phá hoại chung củacác dạng kết cấu sàn liên hợp thép – bê tông Từ đó, có cái nhìn tổng thể về loại kếtcấu sàn này và cho thấy việc ứng dụng tôn lợp mái để thay thế cho tôn sàn Deck (loạichuyên dụng) nhưng vẫn đảm bảo các yêu cầu như trên là có thể chấp nhận được tuynhiên phải có nghiên cứu, tính toán rõ ràng

Chương 2 sẽ tiến hành chế tạo mẫu sàn liên hợp thép – bê tông tuân thủ các quyđịnh trong tiêu chuẩn, quy chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn EC4

CHƯƠNG 2. CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM 2.1 Mẫu thí nghiệm

Thí nghiệm được thực hiện với 3 loại tôn, mỗi loại tôn được thí nghiệm liên hợpvới 2 cấp bền bê tông, mỗi 1 loại tôn và 1 cấp bền được thí nghiệm với 4 mẫu Vậytổng gồm 24 mẫu thí nghiệm Cụ thể như sau:

Deck loại H50W1000 dày 0,58mm;

Các thông số kích thước mẫu đại diện như sau:

lại 0,2m phần đầu thừa)

Hình 2.1: Tiết diện ngang mẫu thí nghiệm với tôn 9 sóng, b= 375 mm.

Hình 2.2: Tiết diện ngang mẫu thí nghiệm với tôn 11 sóng, b= 300 mm

Hình 2.3: Tiết diện ngang mẫu thí nghiệm với tôn sàn Deck, b= 335 mm

Trang 15

Các mẫu sàn thí nghiệm chỉ sử dụng 2 vật liệu gồm tấm tôn và bê tông để gia công chế tạo Ngoài ra, không sử dụng lưới thép, cốt thép thanh, đinh chống cắt…

Hình 2.4: Bãi đúc mẫu Hình 2.5: Mẫu đúc loại tôn lợp 9

sóng.

Tuy nhiên, trong quá trình bảo dưỡng dưới sự thay đổi nhiệt độ môi trường ngàyđêm, một vài mẫu dùng tôn lợp bị bong, tách rời tôn khỏi bê tông do sự co giản khôngđều giữa 2 loại vật liệu

Hình 2.6: Một mẫu đúc tôn lợp 9 sóng bị hư hỏng trong quá trình tập kết.

Do đó, thí nghiệm đã chọn ra 8 mẫu tối ưu nhất để tiến hành nén mẫu nhằm đem lạikết quả đáng tin cậy nhất với điều kiện làm việc thực tế làm của mẫu, cụ thể như sau:

Tên mẫu

Bảng 2.1: Thành phần cấp phối bê tông đúc mẫu

Hình 2.7: Chế tạo mẫu bê tông tại hiện trường.

Thí nghiệm nén mẫu bê tông đã được thực hiện tuân theo tiêu chuẩn Việt NamTCVN 3118:1993 Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông ở 28 ngày tuổi được trình bàytrong Bảng 2.2, cụ thể như sau:

Trang 17

Bảng 2.2: Kết quả thí nghiệm xác định cường độ của bê tông đúc mẫu

26,5

25,332,1

30,4

được đặt ra để tính hành thí nghiệm nén mẫu sàn liên hợp thép – bê tông với hệ

số biến động lớn nhất là 2,98%.

2.2.2 Tấm tôn

Tôn dùng trong đề tài là loại tôn mạ kẽm, được thu mua trực tiếp ngoài thị trường

và được dập trực tiếp tại xưởng với 2 loại chính: Tôn lợp (9 sóng và 11 sóng) có độdày 0,5mm và Tôn sàn Deck H50W1000 có độ dày 0,58mm Chi tiết tiết diện ngangđoạn mẫu tôn sử dụng trong đề tài như sau (đơn vị mm):

Hình 2.8: Tiết diện ngang mẫu tôn lợp 9

Trang 18

Tôn sàn Deck được dập các gờ có dạng hình tròn dẹc, bố trí cách đều nhau, gờ nhô lên khỏi bề mặt của tấm tôn với chiều cao trung bình là 2mm.

Các đặc trưng cơ bản của mẫu tôn lợp và tôn sàn Deck được kiểm tra bằng thí nghiệm kéo tuân theo tiêu chuẩn hiện hành với 2 tổ mẫu, mỗi tổ mẫu gồm 3 mẫu

Các thông số thí nghiệm đặc trưng của mẫu như sau:

Bảng 2.3: Kết quả thí nghiệm kéo mẫu tôn

Tải trọng P/2 tác dụng lên mẫu thí nghiệm được tạo ra bằng ½ tải trọng tập trung

từ kích thủy lực và được đo bằng dụng cụ đo điện từ Load cell Đo độ võng bụng mẫu

Trang 19

sàn bằng 01 dụng cụ đo chuyển vị điện tử (LVDT) Đo ứng suất - biến dạng mẫu bằng

02 cảm biến lá điện trở Strain Gauge được bố trí ở mặt trên và mặt dưới của mẫu.Các dụng cụ đo lực, chuyển vị, ứng suất – biến dạng được kết nối với bộ thu thập

và xử lý số liệu (Data Logger) cho phép ghi nhận số liệu tự động và đồng thời trongquá trình đo

Hình 2.11: Sơ đồ thí nghiệm mẫu sàn

Hệ khung chia tải

Lá điện trở Strain Gauge trước và sau khi lắp đặt cố định mẫu đều phải đượckiểm tra bằng máy đo chuyên dụng, đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định, nhằm thuđược kết quả đo chính xác trong quá trình gia tải thực tế.

Hình 2.13: Thi công dán lá Strain

Gauge lên mặt tấm tôn.

Hình 2.14: Thi công dán lá Strain Gauge lên mặt bê tông.

 LVDT - cảm biến đo chuyển vị:

và công việc của ta là gắn một đầu của cảm biến lên kết cấu và đầu kia lên điểm tựanày Dưới tác động của tải trọng thì có sự thay đổi vị trí của cấu kiện kết cấu với điểmtựa này, đây chính là chuyển vị ta cần đo

Hình 2.15: Cảm biến đo chuyển vị LVDT trong thí nghiệm

Trang 22

Hình 2.16: Cảm biến đo lực Load cell trong thí nghiệm

 Data logger TDS-303:

Hãng sản xuất: Tokyo Sokki Kenkyujo.Co.,Ltd - Nhật bản

TDS-303 là một thiết bị tự động đọc dữ liệu từ Strain Gauge, LVDT và Load cell

Hình 2.17: Thiết bị Data logger TDS-303 trong thí nghiệm

2.4 Quy trình thí nghiệm nén mẫu

Quy trình thí nghiệm cụ thể như sau:

Bước 1: Lắp đặt hệ khung làm gối tựa, mẫu sàn, bộ khung chia tải, kích thủy lực

và các thiết bị đo theo sơ đồ như hình 2.11 và hình 2.12 Kết nối toàn bộ thiết bị đo vớiData Logger để ghi số liệu tự động và chính xác cao theo từng bước 01 giây

Bước 2: Gia tải thử nghiệm với mẫu thử, kiểm tra sự làm việc của các dụng cụ đovới mẫu sàn thử nghiệm và cân chỉnh để bắt đầu tiến hành thí nghiệm

Hình 2.18: Kết nối và kiểm tra thiết bị đo trước khi tiến hành thí nghiệm

Bước 3: Tiến hành gia tải thí nghiệm, gia tải liên tục và đều đặn (không quá 10%tải trọng thí nghiệm trong 1 phút) cho đến khi mẫu bị phá hoại hoàn toàn Quan sát quátrình làm việc của sàn trong suốt quá trình thí nghiệm Xác định thời điểm xuất hiệnvết nứt, thời điểm tấm tôn bị bong tách ra khỏi phần bê tông

2.5 Tính toán khả năng chịu lực của 4 nhóm mẫu

Với kích thước tiêu chuẩn thực tế của 4 nhóm mẫu được triển khai thí nghiệm giatải, tác giả tiến hành tính khả năng chịu lực của từng nhóm mẫu với 2 trường hợp pháhủy: (i) Tiết diện chịu mômen dương giới hạn và (ii) Tiết diện chịu lực cắt đứng giớihạn

2.5.1 Tính toán khả năng chịu mômen dương giới hạn

1 Thông số đầu vào

2 Tính toán cho nhóm mẫu tôn lợp 9 sóng, BT M250:

Giả sử trục trung hòa dẻo đi qua vùng bê tông nằm trên sườn:

Cân bằng lực theo phương ngang tìm được:

giới hạn mà tiết diện chịu được là:

Tải trọng tới hạn Pth mà tiết diện chịu được là:

3 Tính toán cho nhóm mẫu tôn lợp 11 sóng, BT M250:

Giả sử trục trung hòa dẻo đi qua vùng bê tông nằm trên sườn:

Cân bằng lực theo phương ngang tìm được:

giới hạn mà tiết diện chịu được là:

4 Tính toán cho nhóm mẫu tôn lợp Deck H50W1000, BT M250:

Giả sử trục trung hòa dẻo đi qua vùng bê tông nằm trên sườn:

Trang 26

Cân bằng lực theo phương ngang tìm được:

giới hạn mà tiết diện chịu được là:

5 Tính toán cho nhóm mẫu tôn lợp Deck H50W1000, BT M300:

Giả sử trục trung hòa dẻo đi qua vùng bê tông nằm trên sườn:

Cân bằng lực theo phương ngang tìm được:

 Trục trung hòa dẻo đi qua vùng bê tông nằm trên sườn Mômen dương

giới hạn mà tiết diện chịu được là:

2.5.2 Tính toán khả năng chịu lực cắt đứng giới hạn

1 Thông số đầu vào

fc M250 = 25,8 Mpa

fc M300 = 31,3 MpaKích thước mẫu tôn lợp 9 sóng:

Trang 28