Tóm tắt Luận án Ứng xử kháng chọc thủng của liên kết cột ống thép nhồi bê tông và sàn phẳng bê tông cốt thép - Định Thị Như Thảo

ABAQUS có xét tác động phi tuyến hình học và phi tuyến vật liệu. - Kiểm chứng độ tin cậy của kỹ thuật mô phỏng qua việc so sánh kết quả phân tích với kết quả thực nghiệm. - Rút ra những kết luận, kiến nghị. 5. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với mô phỏng số bằng phần mềm phần tử hữu hạn ba chiều ABAQUS 6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Ứng xử cắt thủng của liên kết sàn phẳng BTCT và cột giữa CFT. Phạm vi nghiên cứu - Sàn phẳng BTCT thường, không có ứng suất trước, không có lỗ mở gần liên kết; - Cột CFT nằm ở giữa, không phải cột ở biên hoặc góc; - Không xét đến ứng xử chịu mômen đồng thời của liên kết do tải ngang với trục cột gây ra; - Chỉ tác động tải tĩnh đẩy dần, không phải là lực lặp lại hoặc tải động. 7. Bố cục luận án Nội dung của luận án gồm 126 trang A4 có bố cục như sau: Mở đầu. Chương 1: Tổng quan về cột CFT và liên kết với sàn phẳng BTCT. Chương 2: Nghiên cứu thực nghiệm liên kết sàn phẳng BTCT và cột CFT. Chương 3: Phân tích sự làm việc của liên kết sàn phẳng BTCT và cột CFT bằng phương pháp số. Kết luận – Hướng phát triển. 8. Đóng góp chính của luận án - Đề xuất một chi tiết liên kết mới giữa sàn phẳng BTCT và cột giữa CFT đơn giản, dễ chế tạo và phù hợp với điều kiện thi công trong nước. 4 - Thiết lập quy trình thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm để khảo sát ứng xử chịu cắt và khả năng kháng nén thủng của liên kết sàn phẳng BTCT và cột giữa CFT mới đề xuất. - Mô phỏng số phân tích ứng xử kháng nén thủng của liên kết bằng phần mềm ABAQUS và so sánh với kết quả thực nghiệm. - Đề xuất hướng dẫn tính toán để dự đoán khả năng kháng nén thủng của liên kết sàn phẳng BTCT và cột giữa CFT mới đề xuất theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012, Tiêu chuẩn Châu Âu EC2 và Quy phạm Hoa Kỳ ACI 318-11. Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CỘT CFT VÀ LIÊN KẾT VỚI SÀN PHẲNG BTCT 1.1 Cột ống thép nhồi bê tông 1.2 Sàn phẳng bê tông cốt thép 1.3 Liên kết của sàn phẳng BTCT và cột CFT 1.3.1 Nghiên cứu của Satoh và Shimazaki (2004) Satoh và Shimazaki (2004) đã đề xuất một chi tiết liên kết mới giữa sàn phẳng BTCT với cột vuông CFT và tiến hành khảo sát thực nghiệm cũng như xây dựng công thức dự đoán khả năng chịu lực của liên kết. Hình 1.22 và Hình 1.23: Chi tiết liên kết và mô hình thí nghiệm của Satoh và Shimazaki 1.3.2 Nghiên cứu của Su và Tian (2010) Su và Tian (2010) đề xuất chi tiết liên kết bằng tấm thép tròn hàn vào cột tròn CFT để đỡ sàn tấm phẳng BTCT cho công trình nhà nhiều tầng chịu tác dụng của động đất. Kết quả thí nghiệm cho thấy liên kết được đề xuất có cấu tạo đơn giản, dễ thi công, có khả năng chịu được tải trọng Vành cứng Tấm thép liên kết 5 đứng tốt và có độ dẻo dai đáng kể. 1.3.3 Nghiên cứu của Yan (2011) Yan (2011) đã đề xuất hai loại liên kết sàn phẳng – cột giữa CFT dùng chi tiết chịu cắt hàn vào vỏ cột thép nằm chìm trong bê tông sàn. Chi tiết chịu cắt của liên kết của loại 1 có dạng chữ I trong khi của loại 2 có dạng hộp. Kết quả thí nghiệm cho thấy tải trọng cắt thủng cực hạn của liên kết loại 1 có giá trị là 417 kN và của liên kết loại 2 là 569 kN. Hình 1.32: Cấu tạo liên kết loại 1 của Yan Hình 1.34: Cấu tạo liên kết loại 2 của Yan 1.3.4 Nghiên cứu của Kim cùng cộng sự (2014) Kim cùng cộng sự (2014) đề xuất một số sơ đồ liên kết kháng cắt dùng cốt cứng cho liên kết cột giữa CFT − sàn phẳng BTCT. Kết quả thực nghiệm cho thấy khả năng kháng cắt của liên kết sử dụng liên kết thép hình kháng cắt cao hơn rất nhiều so với liên kết sàn phẳng BTCT − cột CFT không sử dụng liên kết thép hình kháng cắt. 1.3.5 Các nghiên cứu trong nước 1.4 Ưu và nhược điểm của các liên kết đã công bố 1.4.1 Ưu điểm: Đều đảm bảo khả năng chịu lực và độ dai cần thiết. 1.4.2 Nhược điểm: Các liên kết của Satoh và Shimazaki, Yan và Kim cùng cộng sự: Có các chi tiết cấu tạo phức tạp, khó gia công, nằm chìm trong sàn nên cản trở việc lắp đặt cốt thép sàn; Liên kết của Satoh và Shimazaki, Su và Tian và liên kết loại 1 của Yan: Cốt thép sàn bị gián đoạn bởi cột CFT; Liên kết của Su và Tian: Bản gối có khả năng chịu uốn và độ cứng thấp; Các liên kết của Satoh và Shimazaki, Su và Tian, Yan và Kim cùng cộng sự: Sự truyền lực từ sàn vào vỏ ống thép của cột CFT thông qua chi tiết chịu cắt, không truyền trực tiếp vào lõi bê tông ngay vị trí liên kết. 1.5 Khả năng kháng nén thủng của sàn phẳng BTCT theo các tiêu chuẩn hiện hành 6 1.5.1 Tiêu chuẩn Việt Nam 5574:2012 1.5.2 Tiêu chuẩn Châu Âu EC2 1.5.3 Quy phạm Hoa Kỳ ACI 318-11 1.6 Kết luận Chương 1 đã trình bày các ưu điểm của cấu kiện kết cấu cột CFT và sàn phẳng BTCT cũng như giải pháp kết cấu cột CFT – sàn phẳng BTCT, tổng quan tình hình nghiên cứu về các liên kết đã được công bố. Qua đó nêu lên sự cần thiết trong việc đề xuất một chi tiết liên kết mới và từ đó tiến hành nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng số sự làm việc của liên kết này để làm rõ ứng xử chịu cắt thủng và sự hiệu quả của liên kết đề xuất. CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM LIÊN KẾT SÀN PHẲNG BTCT VÀ CỘT CFT 2.1 Mô hình thí nghiệm 2.1.1 Mở đầu Liên kết mới được đề xuất giữa sàn phẳng BTCT − cột CFT được ký hiệu là S-02-M-V và liên kết sàn phẳng − cột BTCT đối chứng có cùng đường kính cột và thông số sàn BTCT được ký hiệu là S-C-V. 2.1.2 Đặc điểm và cấu tạo của liên kết đề xuất 2.1.2.1 Cấu tạo của liên kết đề xuất Cấu tạo liên kết gồm (Hình 2.1 và Hình 2.2): Hình 2.1 và Hình 2.2: Cấu tạo chi tiết của liên kết 2.1.2.2 Ưu và nhược điểm của liên kết mới đề xuất – Ưu điểm 650 400 125125 8 120 1 8 0 8 120 1 8 0 880 25 2 0 2 0 2 0 2 0 1 5 5 20 100 Chi tiết sườn thép Cột thép D=400mm Bản thép dày 16mm 1 5 5 80 20 25 2 0 2 0 2 0 2 0 1 5 5 20 100 180 400 1 6 7 + Cốt thép chịu lực của sàn phẳng BTCT có cấu tạo liên tục. + Cấu tạo của hệ sườn thép và bản gối có tác dụng nhận tải trọng từ sàn phẳng BTCT truyền vào cả vỏ thép và lõi bê tông và làm tăng tính toàn khối của liên kết. + Thêm nữa, với việc dùng hệ sườn và bản gối nằm hẳn ở dưới sàn, việc lắp đặt cốt thép sàn trở nên dễ dàng như với sàn BTCT thông thường. – Nhược điểm Do hệ sườn cứng nằm hẳn dưới sàn phẳng BTCT nên tính thẩm mỹ không được đảm bảo. 2.1.3 Kích thước và cấu tạo mẫu thí nghiệm 2.1.3.1 Cấu tạo chi tiết mẫu S-C-V Hình 2.3: Mặt bằng bố trí lớp thép trên mẫu S- C-V Hình 2.4: Mặt bằng bố trí lớp thép dưới mẫu S-C-V Hình 2.5: Mặt cắt A-A mẫu S-C-V 2.1.3.2 Cấu tạo chi tiết mẫu S-02-M-V Hình 2.6: Mặt bằng bố trí lớp thép trên mẫu S-02-M-V Hình 2.7: Mặt bằng bố trí lớp thép dưới mẫu S-02-M-V Hình 2.8: Mặt cắt A-A mẫu S-02-M-V 2.1.4 Sơ đồ thí nghiệm – Thí nghiệm chia làm 2 giai đoạn như sau: A A 2500 8 120 1 8 0 21-d14a120 = 2400 5050 2 5 0 0 2 1 -d 1 4 a1 2 0 = 2 4 0 0 5 0 5 0 120 1 8 0 2500 11-d14a240 = 2400 5050 2 5 0 0 1 1 -d 1 4 a2 4 0 = 2 4 0 0 5 0 5 0 A A 21-d14a120 = 2400 5050 2 5 0 0 2 1 -d 1 4 a1 2 0 = 2 4 0 0 5 0 5 0 A A 2500 80 1 5 5 100 180 40020 440 2 0 0 2500 21-d14a120 = 2400 5050 2 0 0 20 2 3 8 0 A A 2 5 0 0 1 1 -d 1 4 a2 4 0 = 2 4 0 0 5 0 5 0 2500 11-d14a240 = 2400 5050 2 0 0 9 0 0 2 0 0 1050 400 1050 2500 d14a240 8d16 d6a150 d14a120 8 Hình 2.10: Giai đoạn 1 − Cho liên kết chịu chuyển vị cưỡng bức đến trị mục tiêu H/140 Hình 2.11: Giai đoạn 2 − Tiến hành gia tải đứng cho đến khi liên kết phá hoại do nén thủng 2.2 Thiết bị thí nghiệm 2.2.1 Khung gia tải 2.2.2 Danh mục các thiết bị và vật tư thí nghiệm 2.3 Tiến hành thí nghiệm và xử lý kết quả 2.3.1 Vật liệu 2.3.1.1 Bê tông a) Các mẫu dùng để xác định cường độ chịu nén trung bình fcm b) Các mẫu dùng để xác định cường độ kéo chẻ trung bình fsp Hình 2.13: Thí nghiệm nén và kéo chẻ mẫu bê tông Kết quả cường độ nén trung bình mẫu hình trụ fcm = 40.4 MPa và cường độ kéo trung bình của bê tông fctm = 0.9fsp = 3.16 MPa được thể hiện trong Bảng 2.4 và Bảng 2.5. 2.3.1.2 Thép tấm Các thép tấm và vỏ thép của cột CFT mẫu S-02-M-V sử dụng thép Q345B. Thí nghiệm kéo cho thấy thép tấm có giới hạn chảy nhỏ nhất là 351 MPa, giới hạn bền là 489 MPa. Tải lặp tăng dần Khoảng trống Liên kết đã chịu chuyển vị cưỡng bức 9 Hình 2.14: Quan hệ ứng suất – biến dạng của thép tấm 2.3.1.3 Cốt thép sàn Cốt thép chịu lực sử dụng trong sàn phẳng BTCT là thép Việt Nhật, đường kính 14 − SD390. Thí nghiệm kéo cho thấy cốt thép có giới hạn chảy nhỏ nhất là 532.5 MPa và giới hạn bền là 614.0 MPa. Hình 2.15: Quan hệ ứng suất – biến dạng của cốt thép sàn 14 2.3.2 Sơ đồ lắp đặt chuyển vị kế và cảm biến đo biến dạng 2.3.2.1 Sơ đồ lắp đặt chuyển vị kế cho mẫu S-C-V và S-02-M-V Các chuyển vị kế được gắn phía trên sàn sau khi mẫu đã được lắp vào giá gia tải với các ký hiệu D1, D2, D3, D4, D5, D6 (Hình 2.16 và Hình 2.17). Hình 2.16: Mặt bằng lắp chuyển vị kế cho mẫu S-C-V và S-02-M-V Hình 2.17: Mặt đứng lắp chuyển vị kế cho mẫu S-C-V và S-02-M-V H 2 5 0 0 100 2 0 0 2 0 0 1 0 5 0 1 0 5 0 1050 1050 2500 1050 1050 2500 200 200 200 200 50 475 D2 D4 50475 D1D3 D5 5 0 D6 4 7 5 D3A 100 D1A 100100 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 D4A D2A D6 D5 D4A D2A 2 0 2 0 16 0 20 0 400200 850 200850 2500 D3D1 D3A 50 200 50200475100100 100 100 400 D1D3 H D2 D4 D3A D1A 50 2 0 2 0 1 6 0 2 0 0 200 850 200850 2500 D5 D2A 200 50200475100100 100 100475 0 100 200 300 400 500 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 Ứ n g s u ấ t k éo ( M P a ) Biến dạng 0 100 200 300 400 500 600 700 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Ứ n g s u ấ t k éo (N /m m 2 ) Biến dạng 10 4 5° A B S1S3 S4S2 S5 S6 d = 184d = 184 d = 1 8 4 d = 1 8 4 C1 C2 C3 C4 C5 400 S1S3 S4 S2 d = 184d = 184 C1 C2 2.3.2.2 Sơ đồ lắp đặt cảm biến cho mẫu S-C-V và S-02-M-V Cảm biến đo biến dạng cốt thép có ký hiệu S1, S2, S3, S4, S5, S6 (Hình 2.18 và Hình 2.20). Cảm biến đo biến dạng của bê tông có ký hiệu C1, C2, C3, C3, C5 (Hình 2.5 và Hình 2.6). Hình 2.18: Sơ đồ lắp đặt cảm biến đo biến dạng của cốt thép lớp trên mẫu S-C-V Hình 2.19: Sơ đồ lắp đặt cảm biến đo biến dạng của bê tông mẫu S-C-V Hình 2.20: Sơ đồ lắp đặt cảm biến đo biến dạng của bê tông và cốt thép lớp trên mẫu S-02-M-V 2.3.3 Tiến hành quá trình thực nghiệm 2.3.3.1 Tạo mẫu thí nghiệm Hình 2.21. Lắp đặt ván khuôn và cốt thép cho mẫu S-C-V Hình 2.22: Đổ bê tông cho mẫu S-C-V Hình 2.23: Lắp đặt ván khuôn và cốt thép cho mẫu S-02-M-V Hình 2.24: Đổ bê tông cho mẫu S-02-M-V 2.3.3.2 Vận chuyển mẫu, lắp mẫu vào vị trí 11 Hình 2.25: Lắp đặt mẫu S-C-V vào giá gia tải Hình 2.26: Lắp đặt mẫu S-02-M-V vào giá gia tải 2.3.3.3 Lắp đặt thiết bị gia tải Hình 2.27: Lắp đặt thiết bị gia tải cho mẫu S-C-V và S-02-M-V 2.3.3.4 Lắp đặt dụng cụ, thiết bị đo Hình 2.28: Lắp đặt chuyển vị kế cho mẫu S-C-V Hình 2.29: Lắp đặt chuyển vị kế cho mẫu S-02-M-V Hình 2.30: Gắn cảm biến đo biến dạng của bê tông và cốt thép sàn cho mẫu S-C-V và S-02-M-V 12 Hình 2.31: Kết nối các dây cảm biến và chuyển vị kế vào data logger 2.3.4 Tiến hành gia tải – Kết quả thực nghiệm mẫu S-C-V 2.3.4.1 Gia tải thí nghiệm Bắt đầu gia tải đứng khoảng 5% tổng lực phá hoại theo tính toán, khoảng 30 kN/cấp tải. 2.3.4.2 Kết quả thí nghiệm của mẫu S-C-V Lực phá hoại nén thủng: 827.3 kN Hình 2.32: Đường quan hệ lực - chuyển vị mẫu S-C-V Hình 2.33: Đường quan hệ lực - biến dạng của cốt thép sàn mẫu S-C-V 2.3.4.3 Hình dạng tháp nén thủng của mẫu S-C-V Sàn bị phá hoại do nén thủng với giá trị lực là 827.3 kN (Hình 2.36). Hình 2.35: Đường quan hệ lực - biến dạng của bê tông sàn mẫu S-C-V Hình 2.36: Hình dạng tháp nén thủng của mẫu S-C-V 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0 4 8 12 16 20 24 L ự c (k N ) Chuyển vị (mm) Thực nghiệm-D1 Thực nghiệm-D2 Thực nghiệm-D3 Thực nghiệm-D4 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0 0.01 0.02 0.03 0.04 L ự c (k N ) Biến dạng Thực nghiệm-S1 Thực nghiệm-S2 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 -0.0015 -0.001 -0.0005 0 L ự c (k N ) Biến dạng Thực nghiệm C1 Thực nghiệm C2 Thực nghiệm C3 Thực nghiệm C4 Thực nghiệm C5 13 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 4 8 12 16 20 L ự c (k N ) Chuyển vị ngang đầu cột (mm) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 L ự c (k N ) Chuyển vị (mm) Chuyển vị D1 Chuyển vị D2 Chuyển vị D3 Chuyển vị D4 Chuyển vị D5 2.3.5 Tiến hành gia tải – Kết quả thực nghiệm mẫu S-02-M-V 2.3.5.1 Thí nghiệm giai đoạn 1 Dùng kích thủy lực động gắn tại đầu để tiến hành gia tải ngang theo phương pháp gia tải bằng điều khiển chuyển vị. Giá trị lực kích đo được ứng với cấp chuyển vị đỉnh cột 17 mm là 74 kN. Hình 2.38: Quan hệ lực – chuyển vị ngang đầu cột 2.3.5.2 Thí nghiệm giai đoạn 2 Gia tải đứng đến khi liên kết sàn phẳng BTCT - cột CFT bị phá hoại hoàn toàn do nén thủng với lực nén thủng là 1024.00 kN. 2.3.5.3 Kết quả thí nghiệm giai đoạn 2 của mẫu S-02-M-V Hình 2.39: Đường quan hệ lực − chuyển vị mẫu S-02-M-V Hình 2.40: Đường quan hệ lực − biến dạng của cốt thép sàn mẫu S-02-M-V Hình 2.41: Đường quan hệ lực − biến dạng của bê tông sàn mẫu S-02-M-V Hình 2.42: Hình dạng tháp nén thủng của của mẫu S-02-M-V 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 -0.003 -0.002 -0.001 0 0.001 L ự c (k N ) Biến dạng Biến dạng C1 Biến dạng C2 Biến dạng C3 Biến dạng C4 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 0 0.005 0.01 0.015 0.02 L ự c (k N ) Biến dạng Biến dạng S1 Biến dạng S2 Biến dạng S3 Biến dạng S4 Biến dạng S5 Biến dạng S6 14 2.3.5.4 Hình dạng tháp nén thủng của mẫu S-02-M-V Giai đoạn 1: Gia tải chuyển vị ngang đầu cột đạt giá trị 17 mm ứng với lực đo là 74 kN, trên sàn không xuất hiện vết nứt. Giai đoạn 2: Kết quả thí nghiệm cho thấy sàn bị phá hoại do nén thủng. Lực nén thủng phá hoại hoàn toàn cho liên kết sàn phẳng BTCT - cột CFT là P = 1024.00 kN Hình 2.42. 2.4 Kết luận Chương 2 đã trình bày cấu tạo liên kết sàn phẳng – cột BTCT toàn khối và sàn phẳng BTCT - cột CFT được đề xuất mới, các kết quả thí nghiệm vật liệu bê tông, thép tấm và cốt thép của sàn phẳng và quy trình thực nghiệm xác định ứng xử cắt thủng của mẫu S-C-V và mẫu S-02-M- V. Kết quả thí nghiệm được thể hiện qua các biểu đồ quan hệ giữa lực nén thủng và các đại lượng như chuyển vị, ứng suất, biến dạng trong bê tông và cốt thép của mẫu S-C-V và S-02-M-V. Kết quả hình dạng của tháp nén thủng và ứng xử chịu lực khá tương đồng với các nghiên cứu của các tác giả trên thế giới. Chương 3 PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC CỦA LIÊN KẾT SÀN PHẲNG BTCT VÀ CỘT CFT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỐ 3.1 Đặt vấn đề 3.2 Giới thiệu về phần mềm ABAQUS 3.2.1 Một số loại phần tử trong thư viện của ABAQUS 3.2.2 Các loại phần tử được sử dụng trong mô phỏng 3.2.3 Mô hình vật liệu bê tông 3.2.3.1 Ứng xử của bê tông khi chịu nén 3.2.3.2 Ứng xử của bê tông khi chịu kéo 3.2.3.3 Mô hình phá hoại dẻo của bê tông 3.2.3.4 Khái niệm bề mặt chảy dẻo trong mô hình phá hoại dẻo 3.2.4 Các loại tương tác giữa các mặt tiếp xúc của phần tử 3.2.4.1 Tương tác “tie” 3.2.4.2 Tương tác “embedded” 3.2.4.3 Tương tác “coupling” 15 3.2.4.4 Tương tác “hard contact” 3.3 Các bài toán mô phỏng số của tác giả đã thí nghiệm 3.3.1 Các thông số đặc trưng vật liệu Hình 3.16: Quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông khi chịu nén Hình 3.17: Quan hệ ứng suất – bề rộng vết nứt của bê tông khi chịu kéo Đường cong ứng xử quan hệ biến dạng và ứng suất kéo của thép tấm và cốt thép sàn d = 14 mm của mẫu S-C-V và S-02-M-V đã được trình bày trong Hình 2.14 và Hình 2.15. 3.3.2 Mô phỏng ứng xử chịu nén thủng của liên kết sàn phẳng − cột giữa BTCT S-C-V 3.3.2.1 Các bộ phận của mẫu S-C-V Hình 3.18: Hình dạng mô phỏng Hình 3.19: Mô phỏng sàn cột bê tông Hình 3.20: Mô phỏng cốt thép sàn và cột Hình 3.21: Mô phỏng gối đệm trên, dưới 3.3.2.2 Các dạng tương tác khi mô phỏng mẫu S-C-V Bảng 3.3: Các dạng tương tác khi mô phỏng mẫu S-C-V Cấu kiện Dạng tương tác Cấu kiện được tương tác Sàn BTCT Hard contact − Bản thép đệm biên trên và biên dưới Cốt thép sàn d=14mm Embedded element − Sàn phẳng BTCT − Cột BTCT 0 10 20 30 40 50 0 0.001 0.002 0.003 0.004 Ứ n g s u ấ t n én ( M P a ) Biến dạng 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Ứ n g s u ấ t k éo ( M P a ) Bề rộng vết nứt (mm) 16 3.3.2.3 Điều kiện biên mô phỏng mẫu S-C-V Khai báo điều kiện biên tương tự khi tiến hành thực nghiệm, 4 biên trên và biên dưới đều sử dụng biên liên kết khớp u1 = u2 = u3 = 0 như Hình 3.24 và Hình 3.25. Hình 3.24: Mô phỏng điều kiện biên mặt trên của mẫu S-C-V Hình 3.25: Mô phỏng điều kiện biên mặt dưới của mẫu S-C-V Hình 3.26: Mô phỏng chia lưới tạo phần tử của mẫu S-C-V 3.3.2.4 Mô phỏng tạo lưới chia mẫu S-C-V Việc chọn lưới chia cho phần tử bê tông; đệm thép; cốt thép sàn, cột đều chọn lưới chia có kích thước l = 50 mm. Kết quả chia lưới cho mẫu S-C-V như Hình 3.26. 3.3.2.5 So sánh kết quả thực nghiệm và kết quả mô phỏng mẫu S-C-V Hình 3.27: Quan hệ lực – chuyển vị D1 mẫu S-C-V Hình 3.29: Quan hệ lực – biến dạng S1 mẫu S-C-V 3.3.2.6 Sự hình thành vết nứt và tháp nén thủng trong mô phỏng mẫu S-C- V Cùng với sự phát triển của vết nứt hướng tâm các vết nứt tiếp tuyến bên ngoài chu vi cột được hình thành, sau đó các vết nứt tiếp tuyến này liên kết với nhau hình thành nên tháp nén thủng với cấp tải 759.58 kN (Hình 3.34). 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0 5 10 15 20 25 L ự c (k N ) Chuyển vị (mm) Mô phỏng-D1 Thực nghiệm-D1 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0 0.01 0.02 0.03 0.04 L ự c (k N ) Biến dạng Mô phỏng-S1 Thực nghiệm-S1 17 a b Hình 3.32: Các vết nứt tiếp tuyến đầu tiên xuất hiện mẫu S-C-V Hình 3.33: Các vết nứt hướng tâm về phía 4 góc sàn mẫu S-C-V Hình 3.34: Hình dạng tháp nén thủng mẫu S-C-V 3.3.2.7 Nhận xét Kết quả cho thấy rằng lực nén thủng trong mô phỏng thấp hơn lực nén thủng thực nghiệm 8.19% và chuyển vị D1 nhỏ hơn 6.82% so với thực nghiệm. Kết quả cấp tải gây nứt và vùng tháp nén thủng trong mô phỏng cũng gần với kết quả thực nghiệm. 3.3.3 Mô phỏng ứng xử chịu nén thủng của liên kết sàn phẳng BTCT – cột giữa ống thép nhồi bê tông S-02-M-V 3.3.3.1 Các bộ phận của mẫu S-02-M-V Hình 3.35: Hình dạng mô phỏng Hình 3.36: Mô phỏng sàn cột bê tông Hình 3.37: Mô phỏng cốt thép sàn và cột Hình 3.38: Mô phỏng hệ sườn, bản thép đầu cột và cột thép mẫu S-02-M-V b 18 3.3.3.2 Các dạng tương tác khi mô phỏng mẫu S-02-M-V Bảng 3.5: Các dạng tương tác khi mô phỏng mẫu S-02-M-V Cấu kiện Dạng tương tác Cấu kiện được tương tác Sàn BTCT Hard contact − Cột thép − Bản thép đầu cột Lõi cột bê tông Hard contact − Cột thép − Hệ sườn thép Cột thép Hard contact − Lõi cột bê tông − Sàn BTCT Cột thép Tie − Bản thép đầu cột − Hệ sườn thép Hệ sườn thép Hard contact − Lõi cột bê tông Hệ sườn thép Tie − Cột thép − Bản thép đầu cột Tấm gối đệm thép Hard contact − Sàn BTCT Cốt thép sàn d=14mm Embedded element − Sàn BTCT − Lõi bê tông cột 3.3.3.3 Điều kiện biên mô phỏng mẫu S-02-M-V Khai báo điều kiện biên tương tự khi tiến hành thực nghiệm, 4 biên trên và biên dưới đều sử dụng biên liên kết khớp u1 = u2 = u3 = 0 như Hình 3.43 và Hình 3.44. 3.4.3.4 Mô phỏng tạo lưới chia mẫu S-02-M-V Việc chọn lưới chia cho phần tử bê tông; đệm thép; cốt thép sàn, cột đều chọn lưới chia có kích thước l = 50 mm. Kết quả chia lưới cho mẫu S-02-M-V như Hình 3.45. Hình 3.43: Mô phỏng điều kiện biên mặt trên của mẫu S-02-M-V Hình 3.45: Mô phỏng chia lưới tạo phần tử của mẫu S-02-M-V 19 3.3.3.5 So sánh kết quả thực nghiệm và kết quả mô phỏng mẫu S-02-M-V Giai đoạn 1 Cho liên kết chịu chuyển vị xoay cưỡng bức đến giá trị mục tiêu H/140 Hình 3.46: Hình dạng của liên kết S-02-M-V khi chuyển vị ngang đầu cột có giá trị 17 mm Hình 3.47: Quan hệ lực – chuyển vị ngang đầu cột mẫu S-02-M-V Hình 3.48: Ứng suất Mises trong sàn khi chuyển vị đầu cột có giá trị 17mm mẫu S-02-M-V Nhận xét: Trong quá trình mô phỏng giai đoạn gia tải ngang cũng không làm xuất hiện vết nứt trong sàn Hình 3.48. Giai đoạn 2 Tiến hành gia tải gây nén thủng cho liên kết bằng phương pháp điều khiển chuyển vị đến khi liên kết bị “phá hoại hoàn toàn”. Bảng 3.6: So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng mẫu S-02-M-V Lực nén thủng (kN) Chuyển vị D1 (mm) Chuyển vị D3 (mm) Thí nghiệm S-02-M-V 1024.00 23.43 17.56 Mô phỏng S-02-M-V 925.15 22.38 15.25 Chênh lệch (%) 9.65% 4.48% 13.15% 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 T ả i tr ọ n g (k N ) Chuyển vị ngang đầu cột (mm) Thực nghiệm Mô phỏng 20 Hình 3.49: Quan hệ lực – chuyển vị D1 mẫu S-02-M-V Hình 3.53: Quan hệ lực – biến dạng C1 mẫu S-02-M-V 3.3.3.6 Sự hình thành vết nứt và tháp nén thủng mẫu S-02-M-V Cùng với sự phát triển của vết nứt hướng tâm các vết nứt tiếp tuyến bên ngoài chu vi cột được hình thành. Sau đó các vết nứt tiếp tuyến này liên kết với nhau hình thành nên tháp nén thủng với cấp tải P = 925.15 kN (Hình 3.56 và Hình 3.57). Hình 3.54: Các vết nứt tiếp tuyến đầu tiên xuất hiện mẫu S-02-M-V Hình 3.55: Các vết nứt hướng tâm về phía 4 góc sàn mẫu S-02-M-V Hình 3.56: Hình dạng tháp nén thủng mẫu S-02-M-V 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 0 3 6 9 12 15 18 21 24 L ự c (k N ) Chuyển vị (mm) Mô phỏng-D1 Thực nghiệm-D1 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 -0.003-0.0025-0.002-0.0015-0.001-0.0005 0 L ự c (k N ) Biến dạng Mô phỏng-C1 Thực nghiệm-C1 21 Hình 3.57: Hình dạng tháp nén thủng mẫu S-02-M-V bằng thực nghiệm và mô phỏng số 3.3.3.7 Nhận xét Kết quả nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng số của các mẫu S- C-V và S-02-M-V cho thấy khả năng kháng nén thủng của liên kết đề xuất S-02-M-V lớn hơn mẫu đối chứng S-C-V trên 20% và độ cứng của mẫu S- 02-M-V cũng lớn hơn mẫu S-C-V tương đối nhiều (Hình 3.58). Hình 3.58: Quan hệ lực – chuyển vị D1 mẫu S-C-V và mẫu S-02-M-V 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 L ự c (k N ) Chuyển vị (mm) Mô phỏng-D1-SCV Thực nghiệm-D1-SCV" Mô phỏng-D1-S02MV Thực nghiệm-D1-S02MV 22 Bảng 3.7: So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng mẫu S-C-V và mẫu S-02-M-V Mẫu Lực nén thủng (kN) Chuyển vị D1 (mm) Chuyển vị D3 (mm) Thực nghiệ m Mô phỏng Thực nghiệm Mô phỏng Thực nghiệm Mô phỏng S-C-V 827.3 759.58 20.65 19.24 14.27 13.56 S-02-M-V 1024 925.15 22.38 21.68 17.56 15.25 Chênh lệch 23.78% 21.79% 8.38% 12.68% 23.06% 12.46% Phân tích mô phỏng số cho kết quả lực phá hoại mẫu tương đối sát với kết quả thực nghiệm nhưng độ dốc ở phần đầu của các đường quan hệ “Lực – chuyển vị” hay “Lực – biến dạng” từ phân tích số lớn hơn kết quả của ứng xử tương ứng trong thực nghiệm. Điều này chứng tỏ độ cứng chịu cắt dự đoán của liên kết khi chịu nén thủng từ phân tích số lớn hơn so với kết quả tương ứng từ thực nghiệm. Ta cũng có thể nhận thấy điều vừa nêu ở các nghiên cứu tương tự khác đã được công bố khi mô phỏng ứng xử chịu cắt của cấu kiện bê tông cốt thép, kể cả dầm chịu cắt lẫn liên kết sàn – cột chịu cắt thủng. Điều này là do hạn chế của mô hình bê tông có sẵn trong thư viện của phần mềm ABQUS và cần được nghiên cứu làm rõ trong các nghiên cứu khác. 3.4 Áp dụng tính toán khả năng nén thủng cực hạn của mẫu S-02-M- V theo các tiêu chuẩn TCVN 5574:2012, EC2 và ACI 318-11 3.5 Kết luận Kết quả mô phỏng được thể hiện qua các biểu đồ quan hệ giữa lực nén thủng và các đại lượng cơ học như chuyển vị và biến dạng trong bê tông và cốt thép của mẫu S-C-V và S-02-M-V cho thấy tải trọng nén thủng và giá trị của các đại lượng cơ học chênh lệch trong phạm vi 10.0%. Hình dạng và kích thước tháp nén thủng trong mô phỏng số bằng phần mềm ba chiều ABAQUS tương đối tương đồng với kết quả thực nghiệm. 23 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1. Kết luận Nghiên cứu đã đề xuất một loại chi tiết liên kết mới giữa sàn phẳng BTCT với cột CFT có cấu tạo và đặc điểm khác với các liên kết của các tác giả đã công bố như sau: − Cột thép tròn có khoan lỗ để lớp cốt thép trên chịu lực của sàn phẳng xuyên qua lõi bê tông trong cột thép tạo ra sự liên tục của cốt