KHẢO SÁT SỰ TRƯỢT TƯƠNG ĐỐI GIỮA ỐNG THÉP VÀ BÊ TÔNG ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG CHỊU NÉN LỆCH TÂM
- Tính cấp thiết của đề tài
Những năm gần đây nhu cầu sử dụng cột ống thép nhồi bê tông/Concrete-filled steel tube (CFST) ngày càng tăng. Cột ống thép nhồi bêtông có xu hướng tiến đến thay thế cho cột bêtông cốt thép truyền thống, chúng được sử dụng rộng rãi trong nhà ở, nhà nhiều tầng và trong kết cấu cầu [30]. Lý do, cột ống thép nhồi bêtông có những ưu điểm vượt trội về mặt kỹ thuật do có độ cứng lớn [24], và độ chống cháy cao [3,8,15], về mặt công nghệ cột ống thép nhồi bê tông dễ thi công hơn, không cần hệ thống coffa [12], đặc biệt loại cột này sẽ phát huy hiệu quả trong thi công tầng hầm bằng phương pháp top-down, hoặc các mố trụ cầu, cầu vòm ống thép nhồi bê tông. Ngoài ra khi thi công cột ống thép nhồi bê tông sẽ làm giảm giá thành xây dựng và rút ngắn thời gian thi công của công trình [34].
Mặt dù hiện nay loại kết cấu ống thép nhồi bêtông đã bắt đầu triển khai phổ biến tại Việt Nam nhưng chưa có nhiều nghiên cứu về loại kết cấu này sao cho phát triển chúng phù hợp với điều kiện xây dựng tại Việt Nam. Trong số các tài liệu nghiên cứu về kết cấu ống thép nhồi bêtông ở Việt Nam hiện nay là cuốn sách về “Kết Cấu Ống Thép Nhồi Bêtông” của GS. TS. Nguyễn Viết Trung [2]. Nội dung của cuốn sách chỉ giới thiệu tổng quan về loại kết cấu này, nhằm giúp người đọc có một kiến thức cơ bản, về nghiên cứu chuyên sâu vẫn còn hạn chế, trong đó chỉ có một vài nghiên cứu, ví dụ như nghiên cứu của TS. Chu Thị Bình về ứng xử của cột ống thép nhồi bêtông trong điều kiện chịu cháy [1]. Vì vậy cần có nhiều nghiên cứu chuyên sâu nhằm giúp cho người thiết kế tại Việt Nam có nhiều hiểu biết hơn về loại kết cấu này. Đây cũng chính là lý do để đề xuất đề tài nghiên cứu “Khảo sát sự trượt tương đối giữa ống thép và bê tông đến khả năng chịu lực của cột ống thép nhồi bê tông”.
- Mục tiêu nghiên cứu
Khảo sát sự trượt tương đối giữa bê tông và ống thép đến khả năng chịu lực của kết cấu cột ống thép nhồi bê tông.
- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Các khảo sát được thực hiện trên mô hình thực nghiệm và mô hình số (sử dụng phần mềm thương mại) của cột bê tông ống thép nhồi bê tông.
Phạm vi nghiên cứu: Khả năng làm việc của cột được khảo sát đồng thời trong trạng thái giới hạn I (tính toán theo điều kiện cường độ) và trạng thái giới hạn II (tính toán theo điều kiện độ võng, chuyển vị và ổn định).
- Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp lý thuyết: Tìm kiếm và tập hợp tài liệu; nghiên cứu và tìm hiểu lý thuyết cơ học vật rắn biến dạng, lý thuyết phần tử hữu hạn, xây dựng các mô hình số để mô phỏng bài toán.
Phương thực nghiệm: Xây dựng mô hình thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm để xác định khả năng làm việc thực tế.
So sánh đánh giá kết quả giữa mô hình số và mô hình thực nghiệm.
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG (CFST)
KHÁI QUÁT VỀ CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG
Khái niệm về cột ông thép nhồi bê tông
Cột ống thép nhồi bê tông là một hệ thống bao gồm các cấu kiện chịu lực nén chính là ống thép được nhồi đặc bằng bê tông cường độ cao hoặc trung bình. Thông thường người ta sử dụng các ống hình tròn nhưng ống vuông cũng có thể được áp dụng. Hệ thống cột ống thép nhồi bê tông có nhiều ưu điểm nỗi trội về mặt kỹ thuât như độ cứng cao, khả năng chống cháy, ăn mòn cao… Loại kết cấu này có thể được nghiên cứu áp dụng cho nhiều loại công trình nhà, xưởng, các công trình cầu đường. [2]
Hình 1.1. Cấu tạo cột ống thép nhồi bê tông
Phân loại cột ống thép nhồi bê tông
MỤC ĐÍCH, ĐỘNG CƠ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Mục đích nghiên cứu
Trong luận văn này mong muốn khảo sát ảnh hưởng của sự trượt này dưới tác động của tải trọng lệch tâm làm giảm khả năng khả năng chịu lực của loại cấu kiện này một cách định lượng. Đồng thời cũng tính toán thiết kế bố trí các liên kết chịu cắt để hạn chế sự trượt. Trong vấn đề này, chúng ta tính toán xác định khu vực đặt các liên kết chịu cắt sao cho các liên kết này phát huy hết khả năng làm việc của nó. Xa hơn nữa trong nghiên cứu đi tối ưu số lượng liên kết trượt, khoảng cách giữa các liên kết sao cho các liên kết này phát huy hết khả năng làm việc của nó.
Cuối cùng chúng ta khảo sát khả năng làm việc của CFST khi bố trí các liên kết chống trượt một cách định lượng. Từ đó so sánh chọn lựa những kết cấu tối ưu khi làm việc trong điều kiện chịu tải trọng lệch tâm.
Động cơ nghiên cứu
Kết cấu CFST có nhiều ưu điểm vượt trội hơn kết cấu thép, kết cấu bê tông, hoặc kết cấu bê tông cốt thép. Một số những lợi ích kinh tế đem lại khi sử dụng cấu kiện CFST. Ống thép đóng vai trò cốp pha trong quá trình thi công, cái mà làm giảm đáng kể giá trị nhân công và vật tư. Hơn nữa khi sử dụng loại kết cấu này làm cho hệ khung nhà nhỏ gọn và nhẹ hơn làm giảm tải trọng tác dụng lên móng, như vậy sẽ tiếp tục làm giảm giá thành công trình.
Một sự hạn chế để mở rộng việc sử dụng của loại cấu kiện CFST là giới hạn đối với sự hiểu biết về ứng xử của nó. Một cấu kiện CFST bao gồm hai vật liệu với sự khác nhau giữa các đường cong ứng suất-biến dạng và ứng xử khác biệt rõ rệt. Sự tương tác giữa hai vật liệu này đặt ra một bài toán khó trong việc xác định thuộc tính kết hợp như mô men quán tính, mô đun đàn hồi. Cơ chế phá hoại phần lớn phụ thuộc vào hình dạng, chiều dài, đường kính, bề dày ống thép, bê tông và cường độ thép. Các thông số như sự kết dính giữa hai mặt tiếp xúc của vật liệu thép và bê tông, sự giam hãm của bê tông ứng suất dư, hiện tượng từ biến, sự co ngót, và các dạng tải trọng cũng có sự ảnh hưởng đến ứng xử của kết cấu CFST. Tải trọng dọc trục cột, và cấu kiện dầm-cột CFST, các liên kết/mối nối đã được nghiên cứu rộng rãi trên thế giới trong nhiều năm gần đây, và đến một mức độ nào đó những vấn đề đề cập trên đã được dung hòa đối với những dạng của các cấu kiện đó. Chúng ta nên chú ý rằng mặc dù sự gia tăng gần đây trong các thí nghiệm trên mô hình thật, còn lại đa số các thử nghiệm cho đến nay đã được thực hiện trên các mẫu thí nghiệm tương đối nhỏ về đường kính khoảng 6 in hoặc nhỏ hơn. Điều này là do giới hạn tải trọng của các thiết bị thử nghiệm và sự cần thiết thực hiện các thử nghiệm một cách kinh tế. Cho dù các kết quả này có thể được suy luận một cách chính xác để các cột lớn hơn được sử dụng trong thực tế vẫn còn đặt câu hỏi và gây tranh cãi, mặt dù những nghiên cứu gần đây ở Nhật Bản đã bắt đầu giải quyết vấn đề quan trọng này [30].
Qua những phân tích trên cùng với sự hiểu biết về loại kết cấu này truyền cảm hứng để tác giả đề xuất nghiên cứu “khảo sát sự trượt tương đối giữa ống thép và bê tông đến khả năng chịu lực của cột ống thép nhồi bê tông chịu nén lệch tâm”. Đây cũng chính là đóng góp của tác giả trong lĩnh vực nghiên cứu này.
CHƯƠNG 2
KHẢO SÁT BÀI TOÁN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỐ
VÀ THỰC NGHIỆM
PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN ĐỐI VỚI CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG
Phương trình chủ đạo của bài toán
Xây dựng lý thuyết tính toán cho phần tử cột ống thép nhồi bê tông
Mô hình tiếp xúc giữa ống thép và bê tông
Mô hình vật liệu bê tông
Phương pháp giải sử dụng giải thuật Newton
- Giải thuật
- Xây dưng mô hình hình học và chia lưới
Qua phân tích lý thuyết cho mô hình bài toán chúng ta xây dựng mô hình hình học lưới như Hình 2.2. và Hình 2.3.
F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LY LUAN VA PHUONG PHAP DẠY HOC VAT LY\XAY DUNG CONG TRINH DD&DN\PHAM TRUONG TIN
