Khảo sát sự làm việc của cột ống thép có đường hàn xoắn nhồi bê tông

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, cột ống thép trơn nhồi bê tông (không có đường hàn xoắn) đã được nghiên cứu rộng rãi. Hầu hết ống thép trơn được chế tạo sử dụng công nghệ truyền thống, cho năng suất thấp. Hơn nữa đối với ống thép trơn, hạn chế lớn nhất là liên kết giữa lõi bê tông và thành ống thép thấp, chưa phát huy hết khả năng làm việc của từng vật liệu trong kết cấu liên hợp. Do đó giải pháp tăng cường độ bê tông để tăng khả năng làm việc của cột không phát huy hiệu quả. Trong khi đó cột ống thép có đường hàn xoắn nhồi bê tông hiện nay chưa được nghiên cứu. Loại ống thép này gần đây được chế tạo sử dụng công nghệ tiên tiến, cho năng suất cao. Về mặt nghiên cứu, dự đoán loại cột này khả năng liên kết giữa lõi bê tông và thành ống thép tốt, có thể phát huy hết sự làm việc của vật liệu bê tông và ống thép. Vì vậy, giải pháp tăng cường độ bê tông để tăng khả năng làm việc của cột có thể phát huy hiệu quả.

Trong nghiên cứu này, đối với ống thép có đường hàn xoắn ốc của JPE, yêu cầu đặt ra là khảo sát khả năng sử dụng bê tông cường độ cao kết hợp với ống thép thành mỏng cường độ cao, có cải thiện đáng kể khả năng chịu nén của cột CFT hay không?

Đây chính là lý do để luận án đề xuất và tập trung nghiên cứu đề tài “Khảo sát sự làm việc của cột ống thép có đường hàn xoắn nhồi bê tông”, đây là đề tài mang tính thời sự và cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, cần được tập trung nghiên cứu để làm rõ bản chất của vấn đề.

Mục tiêu nghiên cứu:

Khảo sát ứng xử của cột ống thép có đường hàn xoắn nhồi bê tông trên cơ sở so sánh, đánh giá sự khác biệt đối với cột ống thép trơn nhồi bê tông.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Cột ống thép có đường xoắn nhồi bê tông và cột ống thép trơn (không có đường xoắn) nhồi bê tông.
• Phạm vi nghiên cứu: Sử dụng phương pháp số để khảo sát bài toán.

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 pháp số: Xây dựng mô hình số khảo sát ứng xử của cột ống thép có đường hàn xoắn nhồi bê tông.
• So sánh & Đánh giá: So sánh, đánh giá với cột ống thép trơn nhồi bê tông, để làm rõ ứng xử khác nhau giữa chúng, đồng thời làm sáng tỏ kết quả dự đoán.

TỔNG QUAN VỀ CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG

Giới thiệu tổng quan

Khái niệm cột ống thép nhồi bê tông

Kết cấu liên hợp ống thép nhồi bê tông (Concrete Filled Tube (CFT) xem Hình 1.1) là một cấu kiện liên hợp gồm ống thép được nhồi đặc bằng bê tông cường độ cao hoặc trung bình. Thông thường sử dụng ống tròn hoặc có thể vuông. Kết cấu CFT có nhiều ưu điểm về độ cứng, cường độ, khả năng chống biến dạng, khả năng chống cháy, đóng vai trò ván khuôn khi thi công, giảm chi phí và thời gian thi công. Loại kết cấu này có thể áp dụng cho nhiều loại công trình nhà xây dựng, xưởng và các công trình cầu đường.

Hình 1.1: Cấu tạo kết cấu ống thép nhồi bê tông.

Phân loại cột ống thép nhồi bê tông

Cột CFT được phân làm các loại chính sau đây:

• Cấu kiện có tiết diện rỗng hình vuông/square hollow section (SHS), hoặc cột có tiết diện rỗng hình chữ nhật/rectangular hollow section (RHS).
• Cấu kiện với hai lớp ống thép/concrete-filled duoble skin tubes (CFDT).
• Cấu kiện sử dụng bê tông cốt thép truyền thống bao bọc CFT

Mục đích/mục tiêu và động cơ của đề tài nghiên cứu

Mục đích/mục tiêu của đề tài nghiên cứu

• Xác định khả năng chịu lực của cột CFT khi hệ số ma sát giữa lõi bê tông và thành ống thay đổi.
• Xác định được các tham số thứ cấp: ứng suất tại bề mặt tiếp xúc (ứng suất tiếp, ứng suất pháp).
• So sánh, đánh giá và đề xuất giải pháp thiết kế.

Động cơ nghiên cứu

Hiện nay loại kết cấu ống thép nhồi bê tông 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.Các nghiên cứu dựa trên mô phỏng số còn hạn chế về số lượng và việc phân tích vẫn chưa sâu sắc do tính chất phức tạp của loại kết cấu liên hợp này.

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 “Sự tương tác giữa ống thép và lõi bê tông đối với cột ống thép nhồi bê tông chịu nén”.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHẢO SÁT SỰ ỨNG XỬ CỘT ỐNG THÉP CÓ ĐƯỜNG HÀN XOẮN NHỒI BÊ TÔNG TRONG ĐIỀU KIỆN CHỊU NÉN

Tổng quan.

Ưu điểm về kỹ thuật của cột CFT.

Có thể chịu kéo và chống mô men uốn một cách hiệu quả, mô men quán tính sẽ đạt giá trị lớn nhất. Bê tông bên trong ống thép được xem như lõi cứng, chịu tải trọng nén nên cột CFT được dùng cho cột chịu tải nén lớn. Liên kết giữa ống thép và bê tông góp phần ngăn cản sự mất ổn định cục bộ của thép. Trong nghiên cứu này, đối với ống xoắn ốc của JPE, yêu cầu đặt ra là khảo sát khả năng sử dụng bê tông cường độ cao kết hợp với ống thép thành mỏng cường độ cao, nó sẽ cải thiện đáng kể khả năng chịu nén của CFT.

Ưu điểm về mặt kinh tế của cột CFT

Ống thép có thể thay thế cho cốp-pha. Do đó, có thể giảm vật liệu cốp-pha và chi phí nhân công. Tiến độ dự án nhà cao tầng nhanh, tiết kiệm chi phí xây dựng cả về vật chất và thời gian.

Liên kết giữa dầm và cột được thiết kế và lắp đặt một cách đơn giản. Khi bê tông cường độ cao được sử dụng, có thể làm giảm kích thước cột, không gian sử dụng tăng lên. Điều này dẫn đến giảm chi phí của tòa nhà.

Phát biểu bài toán

Cho đến nay, sự tương tác của hai vật liệu vẫn chưa được đánh giá đầy đủ bởi vì rất khó để hiểu được cơ chế hoạt động của diện tiếp xúc [1]. Trong thực tế, ứng xử của CFT phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố như hiệu ứng hạn chế nở hông bê tông, ứng suất dư, độ co ngót, từ biến, dạng tải trọng, liên kết v.v. trong đó các thông số này tương tác lẫn nhau trong thời gian làm việc của nó.

Nhưng nghiên cứu hiện tại chỉ tập trung vào việc phân tích hiệu quả đối với một số thông số nói trên mà phù hợp với các thí nghiệm do Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh đề xuất.

Tóm tắt các nghiên cứu đã thực hiện

Trong nghiên cứu này tập trung khảo sát sự tương tác giữa ống thép và lõi bê tông đối với cột ống thép nhồi bê tông chịu nén, trong đó ống thép được sản xuất bởi Tập đoàn Thép JFE Nhật Bản.

Một cách ngẫu nhiên, một trong những ống thép được gọi là ống xoắn ốc, được sản xuất bởi công nghệ hàn với đường hàn xoắn ốc của Tập đoàn thép JFE. Ống thép hình xoắn ốc nhồi bê tông cho thấy hiệu suất cao so với các loại ống thép khác.

Phân tích phần tử hữu hạn kết cấu cột ống thép có đường hàn xoắn nhồi bê tông

LIÊN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

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\TA HOANG TRUNG