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

g giải pháp liên kết đề xuất cột góc CFT với sàn phẳng BTCT là tin cậy [5]. 1.4. Ưu nhược điểm của các liên kết đã công bố của các tác giả Ưu điểm Qua tham khảo các chi tiết liên kết đã được công bố trên thế giới và trong nước cho thấy: − Liên kết của Satoh và Shimazaki (2004) [37]: Có khả năng làm việc toàn diện trong việc chịu lực động đất và lực lặp lại, chịu nén thủng và chịu mô-men xoắn của liên kết; việc liên kết đoạn thép hình chịu cắt với cột bằng bu lông tạo điều kiện thuận lợi trong thi công. − Liên kết của Su và Tian (2010) [40]: Có cấu tạo đơn giản nên dễ gia công và thuận tiện trong thi công khi lắp đặt cốt thép sàn và đổ bê tông. − Liên kết của Yan (2011) [44]: Liên kết loại 1 có cấu tạo tương tự như liên kết chi tiết thép hình chịu cắt của liên kết BTCT toàn khối, cột đi liên tục qua sàn; Liên kết loại 2 có cấu tạo đơn giản hơn loại 1, thân cột được khoét lỗ chữ nhật lớn để lớp cốt thép dưới của sàn có thể đi xuyên qua cột tạo tính liên tục cho lớp cốt thép dưới (cả 2 mẫu thí nghiệm đều không có lớp cốt thép trên của sàn). − Liên kết của Kim cùng cộng sự (2014) [23]: Cũng có cấu tạo tương tự như việc dùng chi tiết thép hình chịu cắt của liên kết BTCT toàn khối, tương tự như liên kết loại 1 của Yan vừa nêu; Thân cột được khoét lỗ để cốt thép sàn đi xuyên qua, đảm bảo tính liên tục của cốt thép sàn. − Liên kết của Đào Ngọc Thế Lực cùng cộng sự (2017) [1], [3]: Có cấu tạo dạng chốt chịu cắt là các thép tấm khá đơn giản nên thuận tiện cho việc gia công, cặp chốt thép tấm theo từng phương được bọc bởi các cốt đai, cốt thép chịu kéo của sàn được neo vào lòng cột CFT để đảm bảo tính liên tục của bản sàn. − Liên kết của Nguyễn Quốc Nhật (2018) [2] và Trần Phan Nhật (2018) [5]: Có cấu tạo gồm đoạn thép hình chịu cắt, tấm thép đệm được hàn vào ống thép CFT 41 và nằm dưới hệ thép hình, các cốt thép vòng nằm ở lớp cốt thép trên của sàn kết hợp với các cốt đai chịu cắt của sàn hình chữ C theo phương bán kính nhằm tăng khả năng chịu cắt cho liên kết. Liên kết này có thể được áp dụng cho liên kết sàn phẳng BTCT với cột biên và cột góc CFT. Thêm nữa, các liên kết trên đều đảm bảo yêu cầu kiến trúc của kết cấu sàn phẳng BTCT, đảm bảo khả năng chịu lực và độ dẻo dai cần thiết. Tuy nhiên các liên kết này cũng tồn tại một số nhược điểm sau. Nhược điểm − Các liên kết của Satoh và Shimazaki, Yan và Kim cùng cộng sự, Nguyễn Quốc Nhật và Trần Phan Nhật: 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 loại 2 của Yan: Phần cột nằm trong sàn bị khoét 4 lỗ vuông lớn 4 phía gây giảm yếu khả năng chịu lực và làm giảm độ cứng của cột và liên kết. − Liên kết của Su và Tian: Bản gối có khả năng chịu uốn và độ cứng thấp, để tăng khả năng chịu lực và độ cứng cần tăng chiều dày bản gối lên nhiều dẫn đến tốn kém chi phí. − Các liên kết của Satoh và Shimazaki, Su và Tian, Yan và Kim cùng cộng sự: Đều có 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. − Liên kết của Đào Ngọc Thế Lực cùng cộng sự: Chưa rõ vai trò của các cốt đai vòng quanh các cặp sườn chịu cắt; Chưa rõ sự hợp lý của vị trí, số lượng và điều kiện liên kết của các gối tựa rời rạc trong việc phản ánh điều kiện làm việc tương tự của liên kết cột biên trong thực tiễn. − Liên kết của Nguyễn Quốc Nhật và Trần Phan Nhật: Có cấu tạo phức tạp với nhiều bộ phận khác nhau tham gia chịu cắt; Chưa rõ sự hợp lý của vị trí, số lượng 42 và điều kiện liên kết của các gối tựa rời rạc trong việc phản ánh điều kiện làm việc tương tự của liên kết cột góc trong thực tiễn. 1.5. Khả năng kháng nén thủng của sàn phẳng BTCT theo các tiêu chuẩn hiện hành Tiêu chuẩn Việt Nam 5574:2012 Theo tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5574:2012 [4], kết cấu dạng bản không đặt cốt thép ngang chịu tác dụng của lực phân bố đều được kiểm tra nén thủng theo điều kiện:  bt mF R u d (1-1) Trong đó: F: lực gây nén thủng sàn; α: hệ số, lấy đối với: + Bê tông nặng: α = 1.0; + Bê tông hạt nhỏ: α = 0.85; + Bê tông nhẹ: α = 0.8; Rbt: cường độ chịu kéo tính toán dọc trục của bê tông ứng với TTGH 1; d: chiều cao tính toán của bản; um: giá trị trung bình của chu vi đáy trên và đáy dưới tháp nén thủng hình thành khi sàn bị nén thủng, trong phạm vi chiều cao làm việc của tiết diện. Xem xét hệ cột tròn giữa có đường kính D đỡ sàn phẳng có chiều dày h, kích thước lưới cột là Lx×Ly và tải trọng tính toán phân bố đều trên bản sàn (kể cả trọng lượng bản thân của sàn) là q (Hình 1.49). Hình 1.49: Tháp nén thủng theo TCVN 5574:2012 [4] Ta có: hd D d 4 5° 4 5° 43 2( 2 ) 4  + = −    x y D d F q L L (1-2) ( )= + m u D d (1-3) Khi trong phạm vi tháp nén thủng có đặt các cốt thép đai sàn thẳng góc với mặt bản sàn, tính toán cần được tiến hành theo điều kiện: 0.8 + swbF F F (1-4) nhưng không lớn hơn 2Fb. Nội lực Fb lấy bằng vế phải của biểu thức (1-1). Fsw: tổng lực cắt do cốt thép đai sàn chịu (thép này cắt các mặt bên của khối tháp), được tính theo công thức: =sw sw swF R A (1-5) Rsw không được vượt quá giá trị ứng với cốt thép CI, A-I. Khi kể đến cốt thép ngang, Fsw lấy không nhỏ hơn 0,5Fb. Tiêu chuẩn Châu Âu EC2 Nén thủng phát sinh do tải trọng tập trung trong vùng chất tải Aload của bản sàn (Hình 1.50). Trong trường hợp này chiều dày bản sàn được lựa chọn để đủ khả năng chịu cắt thủng tại mặt cột và tại chu vi kiểm tra cơ bản u1. Nếu phải bố trí cốt thép chịu cắt tại chu vi mở rộng uout,ef cần xác định vị trí cốt thép chịu cắt không còn cần thiết nữa [13]. A: tiết diện kiểm tra cơ sở B: diện tích kiểm tra cơ sở Acont C: chu vi kiểm tra cơ sở u1 D: diện tích chất tải Aload rcont: bán kính của chu vi kiểm tra mở rộng Hình 1.50: Tháp nén thủng theo Tiêu chuẩn Châu Âu EC2 [13] rcont hd D 2d A  C DB 2d θ=arctan(1/2) = 26,60 44 Khả năng kháng nén thủng được tính toán theo điều kiện: , 1 , =Ed Rd c Rd cV V u dv (1-6) Trong đó: VEd: lực gây nén thủng: ( ) 2 4 4  +  = −     Ed x y D d V q L L (1-7) VRd,c: khả năng kháng nén thủng của bê tông; 1 ( 4 )= +u D d : chu vi tháp nén thủng; 2 + = x y d d d : chiều cao tính toán trung bình của sàn (mm); ( ) 1/3 1.5 d, d,c 100 0.035 =  R c R ck ck C k f k f Với , 200 1 2,0; . 0,02; 0,18   = +  =  = x y Rd c c k C d Trong đó: ρx, ρy: hàm lượng cốt thép chịu kéo theo 2 phương vuông góc x và y. fck: cường độ nén đặc trưng của bê tông (N/mm2); γc = 1.0 đối với bài toán xác định lực nén thủng cực hạn, γc = 1.5 đối với bài toán thiết kế. Trường hợp , , 2  Rd c Ed Rd c V V V phải bố trí cốt thép chịu cắt. Diện tích cốt thép cần bố trí chịu cắt: , , w w ,ef 1 0.75 1.5 .u  −  Rd cs Rd c s y d r A f s (1-8) Với w ,ef , 1 250 0.25 ; ; 0.75= + = =Ed y d Rd cs r V f d s d u d . Quy phạm Hoa Kỳ ACI 318-11 Mặt phá hoại kéo dài từ phía dưới sàn chỗ biên gối tựa cột đến mặt trên với 45 góc nghiêng so với phương mặt phẳng sàn là 𝜃, 𝜃 phụ thuộc vào cường độ và hàm lượng cốt thép chịu uốn trong bản sàn và nằm trong khoảng 𝜃 = 20° ÷ 45° . Hình 1.51: Tháp nén thủng theo Quy phạm Hoa Kỳ ACI 318-11 [8] Theo ACI 318-11 [8], sàn phẳng cần được kiểm tra kháng nén thủng theo điều kiện:  u uo V V (1-9) Trong đó:  = 0.75: hệ số giảm cường độ, giá trị này được quy định trong mục 9.3.2.3 của Tiêu chuẩn ACI 318-11. Vu: lực gây nén thủng trong sàn phẳng: ( ) 2 4   +  = −     u x y D d V q L L (1-10) = uo n V ud : giá trị kháng nén thủng của sàn phẳng BTCT Trong đó: ( )u D d= + : chu vi tháp nén thủng; 2 + = x y d d d : chiều cao tính toán trung bình của sàn; νn: cường độ kháng cắt trên một đơn vị diện tích (N/mm2), được tính như sau: ' ' ' 2 min 1 ; 2 ; 6 12 3        = + +          c c cs n c f f fd v u Với αs = 40 đối với liên kết sàn phẳng − cột giữa BTCT, αs = 20 đối với liên kết sàn phẳng − cột góc BTCT; βc: tỷ số kích thước nhịp thông thủy của cạnh dài/cạnh ngắn ô sàn; ' c f : cường độ nén đặc trưng của bê tông (MPa). hd D d/2 A (Mặt cắt thủng) 46 Trường hợp u uoV V phải bố trí cốt thép chịu cắt thủng có fy = 350 MPa. Diện tích cốt thép cần bố trí chịu cắt thủng: Phần lực cắt Vs do cốt thép chịu:   − = u c s V V V . Diện tích cốt thép dạng cốt xiên chịu cắt trong sàn: sin sin 45      − − = =u c u c v o y y V V V V A f f (1-11) 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 và tổng quan tình hình nghiên cứu về liên kết sàn phẳng BTCT – cột CFT đã được công bố. Tiếp đó, nghiên cứu trình bày sự cần thiết trong việc đề xuất một chi tiết liên kết sàn phẳng BTCT – cột giữa CFT mới và từ đó tiến hành nghiên cứu thực nghiệm (được trình bày trong Chương 2) và mô phỏng số sự làm việc của liên kết này bằng phần mềm PTHH ABAQUS (được trình bày trong Chương 3) để làm rõ ứng xử, khả năng chịu cắt thủng và sự hiệu quả của liên kết đề xuất. Phần cuối chương trình bày các công thức tính toán khả năng kháng nén thủng trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu hiện hành. 47 Chương 2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM LIÊN KẾT SÀN PHẲNG BTCT VÀ CỘT CFT 2.1. Mô hình thí nghiệm Mở đầu Như đã đề cập ở trên, việc đề xuất mới một chi tiết liên kết khả thi và hiệu quả là điều hết sức cần thiết cho việc ứng dụng rộng rãi giải pháp kết cấu cột CFT – sàn phẳng BTCT trong thực tiễn. Khả năng chịu lực của loại liên kết này thường được đặc trưng qua khả năng kháng cắt thủng cực hạn của nó. Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử và khả năng kháng cắt thủng của liên kết đề xuất là việc làm hết sức cần thiết nhằm đánh giá sự phù hợp và tính hiệu quả của nó trong việc ứng dụng thiết kế và thi công công trình. Để làm rõ điều này, một liên kết sàn phẳng – cột BTCT đối chứng có cùng đường kính cột và cùng kích thước, cấu tạo cốt thép và cấp độ bền bê tông sàn cũng được chế tạo và thí nghiệm để lấy kết quả so sánh, kể cả cho mô phỏng. 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 được ký hiệu là S-C-V. Mẫu S-02-M-V được khảo sát thực nghiệm qua 2 giai đoạn: − Giai đoạn 1: Cho liên kết chịu chuyển vị xoay cưỡng bức đến giá trị mục tiêu H/140, với H là chiều cao của cột CFT, để giả lập điều kiện làm việc của liên kết khi khung nhà chịu tải ngang. − Giai đoạn 2: Tiến hành gia tải đứng cho đến khi liên kết phá hoại do cắt thủng. Mẫu S-C-V đối chứng được khảo sát thực nghiệm chỉ trong giai đoạn 2. Các kết quả thu được khi nghiên cứu thực nghiệm: − Thiết lập các đồ thị quan hệ lực – chuyển vị và lực – biến dạng để phân tích ứng xử của liên kết; − Đánh giá ứng xử và khả năng kháng nén thủng cực hạn của liên kết mới được đề xuất (mẫu S-02-M-V) với ứng xử và khả năng kháng nén thủng của liên kết sàn phẳng – cột giữa BTCT toàn khối đối chứng (mẫu S-C-V). 48 Đặc điểm và cấu tạo của liên kết đề xuất Cấu tạo của liên kết đề xuất Qua việc nghiên cứu tổng quan và phân tích ưu nhược điểm của các chi tiết liên kết đã được công bố của các tác giả khác trên thế giới, một liên kết mới giữa sàn BTCT và cột giữa CFT được đề xuất có đặc điểm cấu tạo khắc phục được một số nhược điểm của các liên kết nêu trên và có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo và thi công. Cấu tạo liên kết gồm (Hình 2.1 và Hình 2.2): − Sàn phẳng BTCT dày 200 mm được bố trí hai lớp thép, lớp trên Φ14 a120 và lớp dưới Φ14 a240. Phía dưới của sàn phẳng BTCT ngay sát mép cột sẽ được liên kết với một bản thép dày 16 mm với đường kính trong 400 mm và đường kính ngoài 650 mm (Hình 2.1). Bản thép này được hàn vào cột thép bằng đường hàn góc và được tăng độ cứng bởi hệ sườn thép ở phía dưới. Bản thép này đóng vai trò như một mũ cột nhằm tăng khả năng chịu cắt thủng cho sàn phẳng BTCT. − Cột thép tròn có đường kính 400 mm với chiều dày thành cột là 9 mm. Cột thép được khoan lỗ để lớp thép trên chịu lực của sàn phẳng xuyên qua nhằm đảm bảo sự liên tục của cốt thép sàn. Phần dưới của cột thép được xẻ rãnh để hàn hệ sườn thép gồm 8 sườn đứng có kích thước 155180(80)8 mm xung quanh cột bằng các đường hàn góc phía ngoài. − Hệ sườn thép gồm 8 sườn đứng liên kết với cột theo 2 phương được chia thành 2 phần: + Phần nằm bên ngoài cột thép có tác dụng đỡ bản thép đầu cột và nhận tải trọng truyền từ sàn vào bản thép đầu cột và truyền vào cột thép và lõi bê tông trong cột. + Phần nằm bên trong cột thép và lõi bê tông cột được khoét lỗ tròn với đường kính 20 mm có tác dụng như những chốt ảo khi liên kết với lõi bê tông nằm trong cột thép. 49 Hình 2.1: Cấu tạo chi tiết của liên kết Hình 2.2: Hình ảnh thực cấu tạo chi tiết cột, sườn, thép sàn của liên kết 650 400 125125 8 120 1 8 0 880 25 2 0 2 0 2 0 2 0 1 5 5 20 100 Chi tiết sườn thép 8 120 1 8 0 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 50 Ưu và nhược điểm của liên kết mới đề xuất − Ưu điểm + Cốt thép chịu lực của sàn phẳng BTCT có cấu tạo liên tục, đảm bảo tính liên tục của bản sàn. Lưu ý rằng các liên kết của Satoh và Shimazaki, Su và Tian và liên kết loại 1 của Yan có cốt thép sàn bị gián đoạn bởi cột CFT. + 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. Lưu ý rằng các liên kết của Satoh và Shimazaki, Su và Tian, Yan và Kim cùng cộng sự đều, Đào Ngọc Thế Lực cùng cộng sự có sự truyền lực từ sàn chỉ vào vỏ ống thép của cột CFT thông qua chi tiết chịu cắt mà không truyền trực tiếp vào lõi bê tông ngay vị trí liên kết. + Hệ sườn thép giúp làm tăng khả năng chịu lực và độ cứng của hệ gối sàn lên nhiều. Lưu ý rằng liên kết của Su và Tian dùng bản gối thép không có sườn tăng cứng sẽ có khả năng chịu uốn và độ cứng thấp; nếu dùng bản thép dày thì sẽ tốn kém vật liệu. + Chế tạo dễ dàng và không làm giảm yếu vỏ cột: Các cột được xẻ 8 rãnh hình chữ nhật ở thân cột và được liên kết hàn góc với hệ 8 sườn đứng xuyên qua rãnh; Bản thép đóng vai trò như bản gối đầu cột được hàn vào cột thép bằng đường hàn góc. Lưu ý rằng liên kết của Satoh và Shimazaki cần phải cắt rời vỏ thép cột ra và hàn đối đầu vào vành cứng nên gây khó khăn cho việc chế tạo; liên kết loại 2 của Yan có các lỗ khoét lớn gây giảm yếu vỏ thép. + 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 và giúp công tác đổ bê tông được thuận tiện hơn. Lưu ý rằng các liên kết của Satoh và Shimazaki, Su và Tian, Yan và Kim cùng cộng sự, Đào Ngọc Thế Lực cùng cộng sự, Nguyễn Quốc Nhật và Trần Phan Nhật có các chi tiết cấu tạo phức tạp, khó thi công và nằm chìm trong sàn nên cản trở việc lắp đặt cốt thép sàn. 51 − Nhược điểm Do hệ sườn cứng nằm dưới sàn phẳng BTCT nên tính thẩm mỹ không được đảm bảo. Tuy nhiên, điều này có thể được khắc phục bằng cách bọc ốp phần sườn này lại bằng vật liệu trang trí bền đẹp, tạo dáng khỏe khoắn và tăng tính thẩm mỹ cho cột. Nhận xét Cấu tạo chi tiết của liên kết đề xuất giúp cho việc chế tạo và thi công dễ dàng và phù hợp với điều kiện thi công trong nước. Kích thước và cấu tạo mẫu thí nghiệm Kích thước của mẫu được chọn là phần sàn giao nhau giữa 2 dải cột vuông góc trên đầu cột với biên của mẫu là vị trí có mô-men bằng không. Các biên của mẫu sàn được liên kết với giá gia tải để giả lập điều kiện liên kết là tựa khớp. Mẫu S-C-V và S-02-M-V có cấu tạo theo các số liệu trong bảng sau. Bảng 2.1: Số liệu của mẫu S-C-V và S-02-M-V Ký hiệu mẫu Kích thước sàn (mm) Kích thước cột (mm) Thép sàn lớp trên/dưới L1 L2 H D H1 H2 S-C-V 2500 2500 200 400 900 200 14 a120/ 14 a240 S-02-M-V 2500 2500 200 400 2380 200 14 a120/ 14 a240 trong đó: − D : Đường kính của cột, mm; − H : Chiều cao của sàn, mm; − H1, H2 : Chiều cao đoạn cột trên và cột dưới sàn, mm; − L1, L2 : Chiều dài theo hai phương của sàn, mm. Cấu tạo chi tiết mẫu S-C-V 52 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 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 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 53 Hình 2.5: Mặt cắt A-A mẫu S-C-V Cấu tạo chi tiết mẫu S-02-M-V Hình 2.6: Mặt bằng bố trí lớp thép trên mẫu S-02-M-V 2 0 0 9 0 0 2 0 0 1050 400 1050 2500 d14a240 8d16 d6a150 d14a120 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 54 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 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 Chi tiết A 80 20 25 20 2 0 2 0 1 5 5 20 100 180 40020 440 2 0 0 1 6 20 2 0 1 8 4 d14a120 d14a240 2 0 Chi tiết A 80 1 5 5 100 180 40020 440 2 0 0 2500 21-d14a120 = 2400 5050 2 0 0 20 2 3 8 0 55 Sơ đồ thí nghiệm – Sơ đồ thí nghiệm cho các liên kết của nghiên cứu được trình bày ở Hình 2.9. Hình 2.9: Sơ đồ thí nghiệm Mục tiêu của thí nghiệm là khảo sát khả năng kháng nén thủng của liên kết sau khi liên kết chịu chuyển vị cưỡng bức đến giá trị mục tiêu H/140. Chuyển vị này được dùng để giả lập sự xoay của liên kết có thể xảy ra do chuyển vị lệch giữa các tầng khi nhà chịu tải trọng ngang như gió hoặc động đất, sau đó tiến hành gia tải đứng cho đến khi liên kết phá hoại do nén thủng. – Thí nghiệm chia làm 2 giai đoạn như sau: + Giai đoạn 1 (Hình 2.10): Hình 2.10: Giai đoạn 1 − Cho liên kết chịu chuyển vị cưỡng bức đến giá trị mục tiêu H/140 Tải lặp tăng dần Khoảng trống 56 + Giai đoạn 2 (Hình 2.11): 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 Khung gia tải Gia công và lắp đặt hệ khung gia tải theo thiết kế, chi tiết bao gồm: – 8 cột thép tổ hợp hình I-200 mm cao 900 mm (đủ cao để có thể thao tác bên dưới mẫu); chân cột được liên kết bằng bu lông 16 cấp bền 8.8 khoan cấy vào nền BTCT cứng, 4 bulông/cột cho 8 cột; đầu các cột liên kết với 4 dầm dưới bằng các bulông 16 cấp bền 8.8, 4 bulông/cột cho 8 cột; các cột được giằng chéo bằng thép L-505. – 4 dầm dưới có tiết diện thép tổ hợp I-200 được hàn cứng thành khung ô vuông kích thước 23002300 mm để đỡ mẫu liên kết; tương tự, 5 dầm trên có tiết diện thép tổ hợp I-250 cũng được hàn cứng thành khung ô vuông kích thước 23002300 mm nằm trên mẫu liên kết; – Hệ bulông dài 16 cấp bền 10.9 xuyên qua mẫu ở các ống gen chờ sẵn nhằm kẹp chặt mẫu vào giữa ở mép biên mẫu sàn bằng 2 khung dầm trên và dưới; – Hai hệ khung dầm kẹp mẫu sàn thông qua bản đệm thép tấm dày 10 mm có gắn các đoạn thép tròn đặc 40 mm tạo liên kết khớp cố định ở biên sàn. Liên kết đã chịu chuyển vị cưỡng bức 57 Hình 2.12: Cấu tạo hệ khung gia tải Danh mục các thiết bị và vật tư thí nghiệm Bảng 2.2: Danh mục các thiết bị thí nghiệm Tên thiết bị Thông số đo Hãng sản xuất Loại thiết bị và vật tư Khoảng đo Độ chính xác Chuyển vị kế Chuyển vị của sàn Tokyo Sokki Kenkyujo LVDT (Linear Variable Differential Transformer) 20-50 mm 0.001 mm Chuyển vị kế Chuyển vị của khung gia tải Mitutoyo RDT (Resistance Displacement Transducer) 20-50 mm 0.001 mm Cảm biến Biến dạng của bê tông TML PL-60-11-5LT (single element) 30000 με 1 με Cảm biến Biến dạng của thép thanh TML YFLA-5-5LT (single element) 15000~ 20000 με 1 με Cảm biến Biến dạng của thép tấm TML YEFCA-5-5LT (00/900 2-element Rosette Plane) YEFRA-5-5LT (00/450/900 3-element Rosette Plane) 10000~ 15000 με 1 με Data logger 20 kênh số liệu TML TDS 303 24 bit 58 Tên thiết bị Thông số đo Hãng sản xuất Loại thiết bị và vật tư Khoảng đo Độ chính xác Switch box 50 kênh số liệu TML TDS 303 24 bit Kích đứng Lực Power Team, Mỹ SPX, R56510D; Hành trình 10” 565 T Kích ngang Lực MTS, Mỹ Tải lặp Kéo 98.8 kN, Nén: 161.9 kN Load cell Lực TT, Mỹ CLC-400K 200 T 2.3. Tiến hành thí nghiệm và xử lý kết quả Vật liệu Bê tông Mẫu thí nghiệm được làm bằng bê tông thương phẩm của Công ty Lê Phan có cấp độ bền B30 không sử dụng phụ gia nhằm đảm bảo bê tông có chất lượng như bình thường. Bê tông được sử dụng Xi măng Holcim PC40, cát nghiền (0-4 mm), đá 12 mm và nước. Định mức cấp phối vật liệu bê tông cấp độ bền B30 được trình bày trong Bảng 2.3. Bảng 2.3: Cấp phối bê tông B30 Thành phần Khối lượng/m3 Xi măng Holcim PCB 40 460 kg Cát 640 kg Đá 12 cm 1048 kg Nước 194 lít Cường độ chịu nén và chịu kéo chẻ của bê tông được xác định dựa trên các mẫu hình trụ tròn đường kính 150 mm cao 300 mm như Hình 2.13. Trong đó, 3 mẫu được dùng để xác định cường độ chịu nén trung bình fcm và 6 mẫu dùng để xác định cường độ kéo chẻ trung bình fsp. Sau 32 ngày các mẫu được tiến hành thí nghiệm nhằm xác định cường độ nén và kéo trung bình. Kết quả cường độ chịu nén và chịu kéo chẻ của các mẫu bê tông được thể hiện trong Bảng 2.4 và Bảng 2.5. 59 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 Bảng 2.4: Cường độ nén trung bình Tên nhóm Tên mẫu Đường kính mẫu D Tải trọng phá hủy Cường độ chịu nén fcm (mm) (kN) (MPa) Nhóm mẫu (S-C-V), (S-02-M-V) 32 ngày S31 150 726.55 41.1 S32 150 635.70 36.0 S33 150 766.60 43.4 Cường độ nén trung bình mẫu hình trụ fcm 40.40 Cường độ kéo chẻ được xác định theo Tiêu chuẩn Châu Âu EC-2 (2004) [13]: 𝑓𝑠𝑝 = 2𝑃 𝜋𝐿𝐷 Bảng 2.5: Cường độ kéo chẻ trung bình Tên nhóm Tên mẫu Đường kính mẫu D Chiều dài mẫu L Tải trọng phá hủy Cường độ kéo chẻ fsp (mm) (mm) (kN) (MPa) Nhóm mẫu (S-C-V), (S-02-M-V) 32 ngày S11 152 307 239 3.26 S12 152 307 237 3.23 S21 151 304 257 3.56 S22 152 302 279 3.87 60 S31 152 303 256 3.54 S32 151 302 257 3.59 Cường độ kéo chẻ trung bình mẫu hình trụ fsp 3.51 Cường độ kéo trung bình của bê tông fctm = 0.9fsp 3.16 Từ Bảng 2.4, với giá trị cường độ chịu nén trung bình mẫu hình trụ fcm theo thực nghiệm, Tiêu chuẩn Châu Âu EC2 (2004) [9] được sử dụng để xác định cường độ chịu nén mẫu trụ đặc trưng fck = fcm – 8 = 32.4 MPa và cường độ kéo trung bình của bê tông fctm = 0.3(fck)2/3 = 3.024 MPa. Kết quả giá trị của cường độ kéo trung bình của bê tông được suy từ giá trị thí nghiệm xác định cường độ chịu nén trung bình mẫu hình trụ (fctm =3.024 Mpa) và giá trị cường độ kéo trung bình của bê tông xác định bằng thí nghiệm kéo chẻ bê tông (fctm = 0.9fsp=3.16 Mpa) chỉ chênh lệch nhau 4.30%. Điều này chứng tỏ kết quả xác định cường độ của bê tông trong quá trình thực nghiệm khá chính xác. 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. Hình 2.14: Quan hệ ứng suất – biến dạng của thép tấm 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 61 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 Sơ đồ lắp đặt chuyển vị kế và cảm biến đo biến dạng 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 khung 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 đặt 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 0 100 200 300 400 500 600 700 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Ứ n