Tóm tắt Luận án Nghiên cứu khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bê tông ứng lực trước - Trần Việt Tâm

hiên cứu và đề xuất công thức tính toán phù hợp với TCVN 5574-2018 là ý nghĩa thực tiễn của luận án. Công thức đề xuất có xét ảnh hưởng của hàm lượng cốt thép và ứng suất nén trước trong bê tông, tương quan giữa chiều cao cột và chiều cao làm việc của sàn đến khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT giúp thiết kế hợp lý hơn Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu là nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng số kết hợp với thực nghiệm. 4. CÁC ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN a) Xây dựng mô hình số trong phần mềm ANSYS viết bằng ngôn ngữ ADPL, từ đó có thể dễ dàng khảo sát được các tham số quan trọng ảnh hưởng đến khả năng chống chọc thủng của sàn 3 bao gồm: ảnh hưởng của hàm lượng cốt thép, của ứng suất nén trong bê tông do ứng lực trước, kích thước tiết diện cột và tương quan giữa chiều cao tiết diện hình chữ nhật của cột. b) Đề xuất công thức tính toán khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT phù hợp với TCVN 5574-2018 c) Đề xuất công thức tính toán khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bê tông ứng lực trước phù hợp với TCVN 5574- 2018. d) Xây dựng mô hình thực nghiệm về khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT và sàn phẳng bê tông ứng lực trước. Các số liệu thí nghiệm thu không chỉ kiểm chứng công thức đề xuất của luận án mà còn là số liệu tham khảo cho các nghiên cứu tiếp theo về khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT và bê tông ứng lực trước. 5. CẤU TRÚC LUẬN ÁN Luận án gồm Phần mở đầu, 3 chương, Kết luận và kiến nghị, Phần Phụ lục, Danh mục các công trình đã công bố liên quan đến Luận án và Tài liệu tham khảo. CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ VỀ KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG 1.1 KHÁI NIỆM VỀ KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG Phá hoại chọc thủng trong kết cấu sàn phẳng là hiện tượng phá hoại cục bộ do lực cắt theo 2 phương tại vị trí liên kết giữa cột và sàn phẳng, vùng phá hoại có dạng hình nón cụt xung quanh cột (Hình 1.1). Khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Chất lượng bê Hình 1. 1 Dạng phá hoại điển hình tại liên kết cột sàn do chọc thủng 4 tông, Cốt thép chịu dọc chịu kéo (hàm lượng, sự phân bố của cốt thép), kích thước cột, vị trí cột, tương quan giữa kích thước cột và chiều dày sàn BTCT, sự tồn tại của ứng suất trước trong bê tông, ,ảnh hưởng của điều kiện biên 1.2 CÁC MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG BẢN BTCT Có nhiều mô hình lý thuyết và thực nghiệm được trình bày tóm tắt như sau: 1.2.1 Mô hình cơ học phá hoại chọc thủng theo điều kiện cân bằng  Shehata (1985) và Regan (1989) [79]  Mô hình của Brom [28] 1.2.2 Mô hình thanh dàn  Mô hình thanh dàn và giằng của Marzouk và Tiller [66] 1.2.3 Mô hình phá hoại vùng kéo  Mô hình thanh dàn giằng của Alexander -Simmonds [25]  Mô hình thanh dàn và giằng của Georgopolous [74]  Mô hình thanh dàn và giằng của Menétrey [67] 1.2.4 Mô hình uốn khi tính chọc thủng 1.2.5 Mô hình vết nứt tới hạn và góc xoay của Muttoni (2008) Hình 1.2 Xác định KN CCT của bản theo Muttoni 2008 5 1.3 CÁC MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH KN CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA BẢN BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC 1.3.1 Mô hình ứng suất kéo chính 1.3.2 Mô hình thêm lượng thép dọc chịu kéo tương đương 1.3.3 Mô hình ứng suất nén ngược tương đương (decompression stress) 1.4 NGHIÊN CỨU VỀ THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG BTCT Luận án đã thu thập 270 mẫu thí nghiệm được công bố làm cơ sở cho việc kiểm chứng bằng mô hình số, công thức đề xuất và thiết kế thí nghiệm. Chi tiết về các thí nghiệm này xem trong phụ lục A của luận án. 1.5 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỐ Một hướng nghiên cứu mới trong xác định khả năng chống chọc thủng của bản là ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) và phần mềm mô phỏng BTCT. Phương pháp số xét được sự làm việc phi tuyến của vật liệu bê tông, cho phép quan sát, đánh giá trước khi tiến hành nghiên cứu thí nghiệm trên đối tượng thực tế; là công cụ có chi phí thấp, dễ dàng xây dựng, thay đổi thông số trong suốt quá trình nghiên cứu. 1.6 CÁC TIÊU CHUẨN THỰC HÀNH 1.6.1 Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI-318-2014 [19] 1.6.2 Tiêu chuẩn châu Âu EC2 (2004) [36] Hình 1.13 Mô hình trong mô phỏng của Aikaterini Genikomsou (2015) 6 1.6.3 Tiêu chuẩn Ôxtrâylia AS3600 (2018) [18] 1.6.4 Tiêu chuẩn Canada CSA A23.3-14 [30] 1.6.5 Tiêu chuẩn Trung Quốc GBJ 50010-2010 [47] 1.6.6 Tiêu chuẩn Anh Quốc BS 8110-1997 [29] 1.6.7 Tiêu chuẩn Đức DIN 1045-2008 [34] 1.6.8 Tiêu chuẩn FIB – Modal Code 2010 [37] 1.6.9 Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 5574-2017 [7] 1.7 CÁC NGHIÊN CỨU CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG BTCT TẠI VIỆT NAM PGS.TS Lê Thanh Huấn, trong nghiên cứu “Ảnh hưởng của ứng lực trước trong vùng đầu cột kết cấu sàn phẳng không dầm bê tông cốt thép” [1], thí nghiệm 4 mẫu với ứng suất nén trung 2 MPa để kiểm chứng công thức. Fb = (1+n)Rb . um . ho Phạm Ngọc Vượng (2018) [3] trong nghiên cứu “ Phân tích khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bê tông cốt thép có xét đến ảnh hưởng của điều kiện biên bằng phần mềm ANSYS” để mô phỏng liên kết cột sàn BTCT và dùng mô hình này để khảo sát độ cứng của dầm biên ảnh hưởng đến khả năng chống chọc thủng của bản. 1.8 NHẬN XÉT RÚT RA TỪ NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1. Khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT phụ thuộc vào cường độ bê tông, hàm lượng thép dọc chịu kéo cũng như bố trí thép gia cường trong phạm vi tháp chọc thủng, tham số kích thước cột sàn, ứng suất nén trước trong bê tông... 2. Công thức dự báo khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT và bê tông ứng lực trước theo các tiêu chuẩn dựa trên mô hình lý thuyết và thực nghiệm tuy nhiên có sự khác nhau khá lớn. So sánh hai tiêu chuẩn được sử dụng nhiều nhất là ACI-318-14 và EC2-2004 để tính toán kiểm tra 270 mẫu thí nghiệm công bố, sai số trung bình giữa EC2-2004 và ACI-318-2014 là 15.66% (ACI-318 dự báo cho kết quả lớn hơn), tuy nhiên rất nhiều 7 trường hợp sai số trên 30%. Áp dụng TCVN 5574-2018 vào tính toán khả năng chống chọc thủng cho 270 mẫu thí nghiệm công bố được luận án thu thập như biểu đồ hình 1.22. Tỷ lệ giữa Pcttn/Pcttcvn=1.45 do công thức dự báo chưa kể đến ảnh hưởng hàm lượng thép dọc chịu kéo, ứng suất nén trước trong bê tông. Trong một số trường hợp, khi chiều dày bản sàn hoặc tỷ lệ giữa chiều cao và chiều rộng tiết diện chữ nhật của cột lớn, thì Pcttcvn dự báo lại không thiên về an toàn (phụ lục A, các mẫu bản sàn số 236, 240, 250, 251, 252, 255). 3. Hiện nay với sự phát triển của phương pháp số và phần mềm mô phỏng đặc biệt là phần mềm ANSYS, có thể xây dựng được mô hình để tính toán khả năng chống chọc thủng cho liên kết cột sàn. Ưu điểm của mô hình số là có thể dễ dàng thay đổi các tham số cần khảo sát như kích thước sàn và cột, vật liệu, bố trí cốt thép, ứng suất nén trước trong bê tông... Đây là xu hướng mới để giải bài toán khi điều kiện biên, hình dáng của liên kết cột sàn phức tạp, tiết kiệm chi phí làm thực nghiệm. 4. Các nhận xét trên là định hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án. Luận án sử dụng phương pháp số để khảo sát các tham số ảnh hưởng đến khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT và bê tông ứng lực trước. Từ kết quả khảo sát số đề xuất công thức xác định khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng có xét đến ảnh hưởng của hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo, ứng suất nén trước trong bê tông, tham số kích thước. Công thức đề xuất phù hợp với TCVN 5574-2018 và được kiểm chứng bằng mô hình thực nghiệm của luận án. CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG BTCT BẰNG MÔ PHỎNG SỐ 2.1 GIỚI THIỆU Mô phỏng số hiện nay trở thành một trong các phương pháp tin cậy và hiệu quả để nghiên cứu KN CCT của bản sàn BTCT. 8 Sử dụng phương pháp này không chỉ xác định được giá trị lực chọc thủng, mà còn xét được đến cả những tham số ảnh hưởng khác như: hàm lượng cốt thép, ảnh hưởng kích thước cột, chiều dảy của sàn, điều kiện biên, ứng suất nén trước trong bê tông mà nhiều các công thức dự báo chưa kể đến. ANSYS [12] [26] là một phần mềm tính toán kết cấu theo PTHH rất mạnh và đặc biệt có thể mô phỏng và phân tích sự làm việc của cấu kiện BTCT. Ưu điểm của phần mềm này là ngoài việc sử dụng trực tiếp các mô hình phi tuyến vật liệu và mô đun sẵn có của phần mềm, người dùng có thể đưa vào các mô hình vật liệu phù hợp với bài toán cần nghiên cứu, đồng thời có thể xây dựng các mođun chương trình bổ sung bằng ngôn ngữ thiết kế tham số APDL cho từng bài toán để tích hợp thêm vào phần mềm. Ngôn ngữ thiết kế tham số ADPL (ANSYS Parametric Design Language) [19] là ngôn ngữ lập trình FORTRAN, cung cấp đầy đủ các chức năng tạo biến số, hằng số, hàm, vector, ma trận, các phép lặp để mô hình hóa các bài toán có điều kiện biên phức tạp, khi cần giải lặp và tạo các mô đun thông dụng. Mô hình được xây dựng bằng ngôn ngữ ADPL là tệp tin chứa mã nguồn dạng bằng văn bản, cho phép thay đổi các tham số về dữ liệu đầu vào như kích thước mô hình, lưới cốt thép, lưới thép ứng lực trước, mô hình và cường độ vật liệu, tải trọng Trong chương này sẽ nghiên cứu khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bê tông cốt thép và bê tông ứng lực bằng mô phỏng số trong phần mềm ANSYS Mechanical V.15.0 và viết bằng ngôn ngữ APDL. Sử dụng mô hình này, thay đổi các tham số để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống chọc thủng, từ đó đề xuất được công thức xác định khả năng chống chọc thủng của bản sàn BTCT và bê tông ứng lực trước phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT hiện hành tại Việt nam 2.2 MÔ HÌNH HÓA CỐT THÉP TRONG BÊ TÔNG Theo phương pháp PTHH, có ba mô hình khác nhau để mô hình hóa phần tử cốt thép trong phần tử bê tông: mô hình 9 smeared (phân tán), mô hình embedded (nhồi), mô hình discrete (rời rạc) [35] [38] Trong nghiên cứu này, cần khảo sát ứng suất của bê tông và cốt thép ở mọi giai đoạn làm việc, nên mô hình “discrete” được chọn để mô phỏng cốt thép đặt trong bê tông cho các mẫu thí nghiệm. 2.3 MÔ HÌNH VẾT NỨT TRONG BÊ TÔNG Có ba mô hình thường được dùng để mô hình hóa vết nứt trong bê tông; mô hình nứt đơn (discrete), và mô hình nứt phân tán (smeared) và mô hình đứt gãy (fracture) [22]. Luận án này dùng mô hình “smeared” để mô hình hóa vết nứt trong bê tông. 2.4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN 2.4.1 Phần tử trong mô hình • Phần tử SOLID65: Mô hình hóa cho phần tử bê tông. • Phần tử LINK180: Mô hình hóa cho phần tử cốt thép. • Phần tử SOLID45: Mô hình hóa cho tấm thép đệm. 2.4.2 Chia lưới và điều kiện biên 2.4.3 Vật liệu trong mô hình 2.4.3.1 Vật liệu bê tông  Khi chịu nén: Trong luận án này luật vật liệu cho nhánh bê tông chịu nén được lấy theo mô hình của EC2 và không xét đoạn đi xuống của nhánh nén:  Khi chịu kéo: Mô hình quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông khi chịu kéo được định nghĩa trong ANSYS 2.4.3.2 Vật liệu thép: Mô hình vật liệu cho cốt thép là mô hình đàn dẻo lý tưởng. 2.4.3.3 Cốt thép, cốt thép ứng lực, cốt thép tấm đệm gia tải: Các thông số cho phần tử LINK180 được lấy từ kết quả thí nghiệm kéo thép Es=210000 MPa, fy = Giới hạn chảy của cốt thép, hệ số Poát xông νs=0,3. 2.5 TIÊU CHUẨN PHÁ HOẠI 2.5.1 Tiêu chuẩn phá hoại của bê tông 10 Tiêu chuẩn phá hoại của William và Warnke [50] trong ANSYS được sử dụng cho mô phỏng này. Bê tông sẽ bị nứt hoặc bị nén vỡ nếu thỏa mãn điều kiện ở phương trình: ' 0 c F S f   2.5.2 Tiêu chuẩn phá hoại của mẫu do chọc thủng - Tấm bị phá hoại hoàn toàn: Quan sát trên biểu đồ (P-d) hình 2.19 , tải trọng tăng nhỏ nhưng chuyển vị tăng rất lớn đến vô cùng. - Nếu tấm có khả năng chịu uốn lớn hơn khả năng chịu cắt, thì khi đó biểu đồ (P) hình 2.20a, biến dạng của tấm vượt qua trạng thái giới hạn nén của bê tông c=0.35%. tại thời điểm đó thép chưa chảy khi xem trên biểu đồ (P-) hình 2.20b . - Nếu tấm có khả năng chị uốn nhỏ hơn khả năng chịu cắt, thì cốt thép đạt đến giới hạn chảy, sau đó biến dạng mới đạt đến trạng thới giới hạn PyP ≤ Pu khi đó tấm bị phá hoại do uốn. - Quan sát sự hình thành vết nứt Hình 2.20 Tiêu chuẩn phá hoại mẫu 2.6 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CHO MÔ HÌNH 2.6.1 Bê tông 2.6.2 Bê tông không vỡ và nứt 2.6.3 Cốt thép, cốt thép cường độ cao, thép tấm đệm 2.6.4 Tải trọng đứng Tải trọng tác dụng theo phương đứng được gia dưới dạng áp lực trên đầu cột. 2.6.5. Tải trọng ứng suất trước 11 ANSYS không có phần tử hay tải trọng ứng suất trươc riêng biệt để giải cho bài toán sàn bê tông ứng suất trước, nên sử dụng tác dụng nhiệt vào phần tử mô phỏng cốt thép ứng lực trước 2.7 SƠ ĐỒ KHỐI THUẬT TOÁN XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH KN CCT CỦA SÀN PHẲNG TRONG ANSYS VIẾT BẰNG ADPL 2.8 KIỂM CHỨNG MÔ HÌNH VỚI THÍ NGHIỆM ĐƯỢC CÔNG BỐ 2.8.1 Mô phỏng thí nghiệm của Yaser Mirzae 2.8.2 Mô phỏng thí nghiệm của Alam 2.8.3 Mô phỏng thí nghiệm của Franklin and Long 2.8.4 Mô phỏng thí nghiệm của Rahman 2.8.5 Nhận xét Kết quả mô phỏng số 4 thí nghiệm với mẫu bản sàn BTCT và bê tông ứng lực trước cho lực phá hoại gần nhau. Do trong mô hình mô phỏng số lực dính giữa bê tông và cốt thép xem là tuyệt đối, điều kiện biên trong mô hình số không giống hoàn toàn trong thí nghiệm, việc mô phỏng vết nứt và bê tông nén vỡ không hoàn toàn giống được trong thực tế, hiện tượng khóa cứng (shear locking) nên kết quả độ võng tại điểm giữa của tấm trong mô hình số dự báo thường nhỏ hơn so với thực tế. 2.9 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG THÉP DỌC ĐẾN KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN BTCT Hình 2.32 Quan hệ giữa hàm lượng thép dọc và KN CCT của sàn phẳng nhóm N1R 12 2.10 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA ỨNG SUẤT NÉN TRƯỚC TRONG BÊ TÔNG ĐẾN KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA BẢN SÀN Hình 2.38 Quan hệ giữa ứng suất nén và khả năng chống chọc thủng của sàn bê tông ứng lực trước 2.11 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG, THAM SỐ KÍCH THƯỚC ĐẾN KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN BTCT 2.11.1 Ảnh hưởng của cường độ bê tông 2.11.2 Ảnh hưởng của chiều cao làm việc sàn 2.11.3 Ảnh hưởng của chiều cao làm việc sàn Hình 2.45 Quan hệ giữa ứng suất nén và khả năng chống chọc thủng của sàn bê tông ứng lực trước 13 2.12 XÂY DỰNG CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG BTCT VÀ BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC 2.12.1 Cơ sở xây dựng công thức 2.12.2 Xây dựng công thức xác định khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT 0h Rk k us c m btF  (2.33) Trong đó: - : Hệ số phụ thuộc loại bê tông, lấy bằng 1 với bê tông nặng. - Rbt: Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông; - ho: Chiều cao làm việc của sàn với cốt thép thường; - ks : Hệ số ảnh hưởng ảnh hưởng hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo đến KN CCT 0.9 (1 ) 0.021 s c s s d u k u      ; 1.0 ≤ ks ≤ 1.30. - s : Hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo phân bố đều trung bình trong sàn theo phương x (s x) và phương y (s y) lấy không lớn hơn 2% [36] : s = (s x + s y)/2 - kc: Hệ số ảnh hưởng của tỷ số giữa kích thước tiết diện hình chữ nhật của cột: khi c >2 thì   0.15 0/c ck h h ; khi c ≤ 2 thì kc lấy bằng 1. - c : Tỷ số giữa chiều cao (hc) và chiều rộng (bc) của tiết diện Cột. - um: Chu vi tiết diện kiểm tra cách mép cột h0/2, cột chữ nhật um = 2(bc+hc +2h0). - uc: Chu vi tiết diện cột, với cột chữ nhật uc = 2(bc + hc) . - ud: Chu vi đáy tháp lấy cách mép cột là h0, cột chữ nhật ud = 2(bc +hc +4h0). 14 2.12.3 Xây dựng công thức xác định khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bê tông ứng lực trước 0u h ( 0.12 )k ks c m pbtF R   (2.34) Trong đó: p là ứng suất nén trước hiệu quả trong bê tông lấy không lớn hơn 3.5 MPa [19], tính bằng trung bình của ứng suất nén trước hiệu quả theo phương x (p x) và phương y (p y) : p = (p x + p y)/2. 2.12.4 Đánh giá công thức đề xuất với kết quả mô phỏng số 2.12.5 Đánh giá công thức đề xuất với kết quả các kết quả thí nghiệm được công bố Hình 2.50 So sánh công thức 2.33, 2.34 và các thí nghiệm sàn phẳng BTCT và bê tông ứng lực trước được công bố Hình 2.50 cho kết quả so sánh công thức đề xuất 2.33 và 2.34 trên 270 mẫu thí nghiệm BTCT và bê tông ứng lực trước được công bố, chi tiết về mẫu thí nghiệm xem phụ lục A. Tỷ số Pctthí nghiệm /Pct đx là trung bình 1.27 , độ lệch quân phương =0.200, hệ số biến động =0.158 nên công thức 2.33 và 2.34 có hệ số an toàn phù hợp khi dự báo khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT và bê tông ứng lực trước. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1,000 1,100 K N C C T C TĐ X ( K N ) KN CCT THÍ NGHIỆM (KN) TN Công thức đề xuất 15 2.13 NHẬN XÉT CHƯƠNG 2 Xây dựng được mô hình số để tính toán khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT và bê tông ứng lực trước. Mô hình số được xây dựng trong phần mềm ANSYS, viết bằng ngôn ngữ ADPL, có thể thay đổi thông số về kích thước sàn và cột, bố trí cốt thép dọc, vật liệu, ứng suất nén trước trong bê tông thuận tiện trong nghiên cứu và thiết kế. Với mô hình mô phỏng được đã khảo sát các tham số ảnh hưởng đến khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT và bê tông ứng lực trước. Từ kết quả khảo sát số, đề xuất công thức tính toán khả năng chống chọc thủng của sàn BTCT và bê tông ứng lực trước phù hợp với TCVN 5574-2018. Áp dụng công thức xây dựng được trên 230 mẫu thí nghiệm về sàn phẳng BTCT và 40 mẫu thí nghiệm sàn phẳng bê tông ứng lực trước được công bố trên thế giới cho kết quả trung bình Pctđx/Pctthí nghiệm là 1.27. Công thức đề xuất sẽ được kiểm chứng trong chương 3 của luận án CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG BTCT VÀ BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC 3.1 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 3.1.1 Mục tiêu nghiên cứu a) Cơ cấu phá hoại chọc thủng và khả năng chống chọc thủng của bản sàn. b) Khảo sát quan hệ tải trọng với: chuyển vị điểm giữa bản sàn, góc xoay, biến dạng vùng nén đầu cột của bê tông, biến dạng của cốt thép. c) Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo đến khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng. 16 d) Khảo sát ảnh hưởng của ứng suất nén trước đến khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng. e) Kiểm chứng mô hình số và công thức 2.33 và 2.34 đã được xây dựng trong chương 2. 3.1.2 Nội dung nghiên cứu 3.2 CƠ SỞ THIẾT KẾ MẪU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 3.2.1 Cơ sở xây dựng mô hình Trong nghiên cứu này, tác giả đề xuất tỷ lệ 1/4 cho phù hợp với điều kiện của phòng thí nghiệm LAS-XD125 thuộc Đại học xây dựng, và cũng kế thừa một số kết quả thí nghiệm do Alam [23], Franklin and Long [40] và các cộng sự đã thực hiện. 3.2.2 Thiết lập mẫu thí nghiệm Mẫu thí nghiệm của luận án giống như hình 3.1. Tất cả các mẫu bản sàn BTCT đều có kích thước 1000x1000 mm và chiều dày sàn bằng 60 mm. Cột có kích thước 120x120 mm, bố trí 4 10, đai 6 a100. Hình 3.1 Mẫu thí nghiệm của luận án 3.3 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẪU THÍ NGHIỆM 3.3.1 Bê tông Bê tông có cấp độ bền B30 (khoảng mác 400), sử dụng phụ gia siêu dẻo để bê tông có thể đạt cường độ trong 10-14 ngày. 3.3.2 Cốt thép thường 17 Thép Việt Ý nhóm CB 240-T có đường kính 6. Thí nghiệm cho thấy cốt thép có giới hạn chảy nhỏ nhất là 367 Mpa và giới hạn bền là 560 Mpa. 3.3.3 Cốt thép ứng lực trước Cốt thép căng trước là thép cường độ cao có đường kính =7.1 mm. Theo tài liệu của nhà sản xuất (công ty CP đầu tư Phan Vũ) , cốt thép có giới hạn chảy nhỏ nhất là 1272 Mpa và giới hạn bền là 1420 Mpa. 3.4 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẪU THÍ NGHIỆM - Nhóm 1 (Không ứng lực trước ) S0N1: Gồm 3 mẫu ký hiệu S0N1-1, S0N1-2, S0N1-3. Đây là các mẫu không ứng lực trước, có hàm lượng thép 0.71% (a100). Trong các nhóm mẫu không ứng lực trước, vẫn đặt lớp thép 7.1 ở giữa nhưng không căng. - Nhóm 2 (Không ứng lực trước) S0N2: Gồm 3 mẫu ký hiệu S0N2-1, S0N2-2, S0N2-3. Đây là các mẫu không ứng lực trước, có hàm lượng thép thường 1.35% (a50). - Nhóm 3 (Không ứng lực) S0N3: Gồm 3 mẫu ký hiệu S0N3-1, S0N3-2, S0N3-3. Đây là các mẫu không ứng lực trước, có hàm lượng thép thường 0.39 % (a200). - Nhóm 4 (Ứng lực trước) S1: Gồm 3 mẫu ký hiệu S1-1, S1- 2, S1-3. Đây là các mẫu ứng lực trước với ứng suất nén trước trong bê tông p =1.50 MPa, hàm lượng thép thường 0.71%. - Nhóm 5 (Ứng lực trước) S2: Gồm 3 mẫu ký hiệu S2-1, S2- 2, S2-3. Đây là các mẫu ứng lực trước với ứng suất nén trước trong bê tông p =2.50 MPa, hàm lượng thép thường 0.71%. 3.4.1 Cấu tạo mẫu không ứng lực trước SON1, SON2, SON3 3.4.2 Cấu tạo mẫu ứng lực trước S1, S2 3.5 HỆ GIA TẢI 3.5.1 Hệ gia tải đứng Hệ gia tải đứng được thiết kế để đỡ mẫu bản sàn và gia tải theo phương từ dưới lên trên. 18 Hình 3.2 Cấu tạo kết cấu khung đỡ 3.5.2 Hệ gia tải ngang Hệ khung gia tải ứng lực trước được thiết kế để căng 4 thanh thép cường độ cao 7.1 theo mỗi phương. Hình 3.7 Cấu tạo khung gia tải ứng lực trước 3.6 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ THIẾT BỊ ĐO 3.6.1 Sơ đồ lắp chuyển vị kế LDVT 3.6.2 Sơ đồ lắp đặt cảm biến (strain gauses) 19 3.7 CHẾ TẠO MẪU THÍ NGHIỆM 3.7.1 Đúc mẫu thí nghiệm 3.7.2 Trình tự căng cáp ứng lực trước 3.7.3 Trình tự buông neo 3.8 THÍ NGHIỆM CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU 3.8.1 Thí nghiệm cường độ chịu nén, kéo và mô đun đàn hồi của bê tông 3.8.2 Thí nghiệm kéo thép 3.8.3 Thí nghiệm kéo thép ứng lực trước 3.8.4 Tổn hao ứng suất trong thép ứng lực trước Hình 3.7 Phân bố ứng suất trước trong bản sàn 3.9 THÍ NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA BẢN SÀN 3.10 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 3.10.1 Số liệu và cách xử lý 3.10.2 Khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng 20 Bảng 3.10 Kết quả KN CCT của sàn BTCT thường Nhóm S0N3 S0N1 S0N2 s 0.39 % 0.71 % 1.35 % Mẫu 1 2 3 1 2 3 1 2 3 Pcti 78.0 66.8 74.9 86.0 86.6 84.4 118.1 114.7 113.9 Pcttb 73.2 85.7 115.6 Bảng 3.11 Kết quả KN CCT của sàn BT ứng lực trước Nhóm S0N1 S1 S2 p 0 1.53 2.45 s 0.71 % 0.71 % 0.71 % Mẫu 1 2 3 1 2 3 1 2 3 Pcti 86.0 86.6 84.4 104.1 102.2 102.3 104.9 115.9 117.3 Pcttb 85.5 102.8 116.6 3.10.3 Độ võng lớn nhất tại điểm giữa của bản sàn 3.10.4 Sự hình thành vết nứt 3.10.5 Quan hệ giữa tải trọng và độ võng điểm giữa bản sàn Bảng 3.38 Quan hệ giữa tải trọng-độ võng theo hàm lượng thép 21 Bảng 3.41 Quan hệ giữa tải trọng-độ võng theo ứng suất nén trước 3.10.6 Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng bê tông 3.10.7 Quan hệ giữa tải trọng và ứng suất trong cốt thép 3.10.8 Kiểm chứng mô hình Ansys với thực nghiệm 3.10.9 Kiểm chứng công thức đề xuất với thực nghiệm Bảng 3.17 So sánh kết quả thí nghiệm và công thức đề xuất theo hàm lượng thép Nhóm S0N3 S0N1 S0N2 Hàm lượng 0.39 % 0.71 % 1.35 % ks 1.08 1.13 1.20 Pthí nghiệm 72.3 85.7 115.6 Pđề xuất 65.3 68.3 75.5 Pthí nghiệm / Pđề xuất 1.11 1.25 1.53 22 Khi hàm lượng thép trong bản sàn nhỏ hơn 1%, thì tỷ số Pthí nghiệm / Pđề xuất là 1.11 và 1.25. Hệ số an toàn phù hợp vì đây cũng là hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo thông thường được bố trí trong sàn phẳng. Với hàm lượng thép lớn hơn 1.35%, tỷ số Pthí nghiệm / Pđề xuất bằng 1.53. Với sàn phẳng có hàm lượng thép lớn thường sàn sẽ có mô men uốn lớn hoặc có chiều dày nhỏ, nên cần có hệ số an toàn cao hơn. Bảng 3.18 So sánh kết quả thí nghiệm và công thức đề xuất theo ứng suất nén trước Nhóm S0N1 S1 S2 Ứng suất nén 0 1.53 2.45 Hàm lượng 0.71 % 0.71 % 0.71 % ks 1.12 1.12 1.12 Pthí nghiệm 85.7 102.8 116.6 Pđề xuất 68.3 76.9 80.6 Pthí nghiệm / Pđề xuất 1.25 1.34 1.45 Khi ứng suất nén trước trong bản sàn nhỏ dưới 1.53 MPa thì tỷ số Pthí nghiệm / Pđề xuất là 1.25 và 1.34. Hệ số an toàn phù hợp vì đây cũng là ứng suất nén trước thông thường được thiết kế trong sàn phẳng bê tông ứng lực trước. Với ứng suất nén trước trong bê tông là 2.45 MPa, tỷ số Pthí nghiệm / Pđề xuất bằng 1.45. Khi ứng suất nén trước trong bê tông lớn, sẽ có những rủi ro như đứt cáp, tổn hao ứng suất, nên cần có hệ số an toàn cao hơn 3.11 NHẬN XÉT CHƯƠNG 3 Chương 3 của luận án đã xây dựng được mô hình thí nghiệm xác định khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bê tông cốt thép và bê tông ứng lực trước. Thông qua 15 mẫu thí nghiệm, đã khảo sát được ảnh hưởng của hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo, 23 ứng suất nén trước trong bê tông, đồng thời kiểm chứng được độ chính xác của công thức đề xuất 2.33 và 2.34. Kết quả thí nghiệm trên 3 nhóm mẫu bản sàn BTCT cho thấy hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT: khi hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo tăng từ 0.39% lên 0.71% thì khả năng chống chọc thủng của bản sàn tăng 1.17 lần, khi hàm lượng cốt thép dọc tăng từ 0.39% lên 1.35% thì KN CCT của bản sàn tăng 1.57 lần. Công thức 2.33 cho các hệ số Pthí nghiệm / Pđề xuất với 3 nhóm khảo sát trên lần lượt là 1.11, 1.25 và 1.53. Kết quả thí nghiệm trên 2 nhóm mẫu bản sàn bê tông ứng lực