1. Trang Chủ
  2. Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học
  3. Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng xử của nút khung biên trong kết cấu liên hợp dầm thép cột bê tông cốt thép

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng xử của nút khung biên trong kết cấu liên hợp dầm thép cột bê tông cốt thép

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Nghiên cứu ứng xử của nút khung biên trong kết cấu liên hợp dầm thép cột bê tông cốt thép trình bày các nội dung chính sau: Xác định được cơ cấu truyền lực giữa các bộ phận của kết cấu nút khung bằng thực nghiệm để kiểm chứng mô hình tính toán sức kháng của kết cấu nút khung; Xác định được một số tham số ảnh hưởng đến ứng xử tổng thể của kết cấu nút khung dựa trên các mô hình mô phỏng số. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI LÊ ĐĂNG DŨNG NGHIÊN CỨU ỨN

Thể loại Tài liệu miễn phí Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học

Số trang 162

Ngày tạo 4/11/2023 1:17:12 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 6.82 M

Tên tệp

Tải Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng xử của nú... (.pdf)

Xem mẫu

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI LÊ ĐĂNG DŨNG NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA NÚT KHUNG BIÊN TRONG KẾT CẤU LIÊN HỢP DẦM THÉP CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÀ NỘI, 2022
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI LÊ ĐĂNG DŨNG NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA NÚT KHUNG BIÊN TRONG KẾT CẤU LIÊN HỢP DẦM THÉP CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH ĐẶC BIỆT MÃ SỐ: 9580206 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. Nguyễn Xuân Huy PGS. TS. Nguyễn Quang Huy HÀ NỘI- 2022
  3. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Các kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong các công trình khác. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Hà Nội, Ngày 01 tháng 08 năm 2022 Tác giả Lê Đăng Dũng i
  4. LỜI CẢM ƠN Luận án được thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS. TS. Nguyễn Xuân Huy và PGS. TS. Nguyễn Quang Huy. Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới các Thầy, những người đã dành cho tôi nhiều lời khuyên, sự định hướng, và cả những hỗ trợ quý báu trong suốt quá trình học tập. Tôi chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo là Giảng viên ở Bộ môn Công trình giao thông thành phố và Công trình thủy, cảm ơn PGS. TS. Nguyễn Thị Tuyết Trinh đã giúp đỡ tôi rất nhiều về mặt tinh thần, và các chỉ dẫn trong quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi chân thành cảm ơn PGS. TS. Ngô Đăng Quang, TS. Nguyễn Huy Cường cùng các Giảng viên ở Bộ môn Kết cấu xây dựng đã giúp đỡ tôi rất nhiều về mặt khoa học, công việc, và những hỗ trợ về tinh thần trong suốt quá trình nghiên cứu. Tôi chân thành cảm ơn anh Nguyễn Thành Tâm, TS. Lê Minh Cường, TS. Ngô Ngọc Quý và các Cán bộ ở Phòng thí nghiệm công trình, Trung tâm Khoa học Công nghệ GTVT đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong việc thực hiện các thí nghiệm của luận án. Tôi trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại học Giao thông vận tải, Lãnh đạo Bộ môn Kết cấu xây dựng, Lãnh đạo Khoa Kỹ thuật xây dựng đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án này. Tôi trân trọng cảm ơn Phòng Đào tạo Sau đại học Trường Đại học Giao thông vận tải đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu. Cuối cùng, tôi muốn được bày tỏ sự biết ơn đến các đồng nghiệp, các bạn sinh viên, người thân, và bạn bè đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu. Hà Nội, Ngày 01 tháng 08 năm 2022 Tác giả Lê Đăng Dũng ii
  5. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... I LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... II MỤC LỤC ............................................................................................................. III DANH MỤC BẢNG BIỂU .....................................................................................VII DANH MỤC HÌNH ẢNH ......................................................................................VIII CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ................................................................... XIV MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CỦA NÚT KHUNG LIÊN HỢP DẦM THÉP CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP .......................... 7 1.1 Tình hình sử dụng kết cấu khung liên hợp. ................................................ 7 1.2 Tổng quan về nút khung ............................................................................. 9 1.2.1 Khái niệm và phân loại nút khung .................................................................9 1.2.2 Đặc điểm làm việc của nút khung ............................................................... 10 1.2.3 Tình hình nghiên cứu nút khung trên thế giới .............................................11 1.2.4 Tình hình nghiên cứu nút khung ở Việt Nam ..............................................12 1.2.5 Tình hình nghiên cứu nút khung RCS ......................................................... 13 1.2.6 Các nghiên cứu về cấu tạo nút .....................................................................15 1.2.7 Các dạng phá hoại có thể xuất hiện trên kết cấu khung RCS ...................... 20 1.3 Các nghiên cứu nút khung sử dụng liên kết dạng khóa chịu cắt ............. 22 1.4 Nghiên cứu có liên quan đến nội dung của luận án ................................. 27 1.5 Phân tích, đánh giá các nghiên cứu đã được thực hiện .......................... 32 1.6 Kết luận chương 1 .................................................................................... 34 CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ỨNG XỬ NÚT KHUNG LIÊN HỢP DẦM THÉP CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP .......................................................... 36 2.1 Mục đích của nghiên cứu ......................................................................... 36 iii
  6. 2.2 Cơ sở đánh giá ứng xử của nút khung .................................................... 36 2.2.1 Tương quan của nút khung trong kết cấu khung .........................................36 2.2.2 Sức kháng cắt của nút khung .......................................................................39 2.2.3 Phản ứng không đàn hồi của kết cấu ........................................................... 40 2.2.4 Độ dẻo ..........................................................................................................41 2.2.5 Độ cứng........................................................................................................42 2.2.6 Độ cản ..........................................................................................................43 2.2.7 Biến dạng của nút ........................................................................................ 44 2.3 Đề xuất nút khung biên được nghiên cứu ................................................ 45 2.4 Phân tích cơ cấu truyền lực giữa các thành phần trong nút .................... 47 2.5 Mô hình xác định sức kháng của dạng nút khung được nghiên cứu ....... 50 2.5.1 Sức kháng của các phần tử vùng nút ........................................................... 50 2.5.2 Sức kháng nén cục bộ của các thành phần ở vùng nút ................................ 54 2.5.3 Sức kháng kéo cục bộ của bản bụng thép hình ............................................56 2.5.4 Sức kháng uốn cục bộ của bản cánh thép hình đặt trong cột bê tông cốt thép 57 2.5.5 Sức kháng của vùng giao thoa .....................................................................57 2.5.6 Sức kháng cắt của cột ..................................................................................60 2.5.7 Sức kháng của mặt cắt các cấu kiện dầm, cột..............................................62 2.5.8 Sức kháng của mối hàn ................................................................................62 2.6 Tổng hợp các công thức xác định sức kháng thành phần của nút .......... 62 2.7 Kết luận chương 2 .................................................................................... 65 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ỨNG XỬ CHỊU LỰC CỦA NÚT KHUNG LIÊN HỢP DẦM THÉP CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP 67 3.1 Mục đích nghiên cứu ................................................................................ 67 3.2 Cấu tạo của các mẫu thí nghiệm .............................................................. 68 3.2.1 Xây dựng mô hình thí nghiệm .....................................................................68 iv
  7. 3.2.2 Cấu tạo chi tiết mẫu thí nghiệm ...................................................................69 3.2.3 Vật liệu được sử dụng để chế tạo mẫu thí nghiệm ......................................71 3.3 Nghiên cứu thực nghiệm nút khung liên hợp dầm thép cột bê tông cốt thép chịu đồng thời tải trọng đứng và tải trọng ngang tĩnh .............................. 73 3.3.1 Hệ thống gia tải ............................................................................................ 73 3.3.2 Thiết bị đo và hệ thống thu nhận số liệu...................................................... 74 3.3.3 Kết quả thí nghiệm nút khung chịu tải trọng tĩnh ........................................76 3.4 Nghiên cứu thực nghiệm nút khung liên hợp dầm thép cột bê tông cốt thép chịu đồng thời tải trọng đứng và tải trọng ngang đổi chiều ...................... 88 3.4.1 Giới thiệu chung .......................................................................................... 88 3.4.2 Mẫu thí nghiệm nút khung chịu tải trọng đổi chiều ....................................88 3.4.3 Kết quả thí nghiệm nút khung chịu tải trọng đổi chiều ............................... 90 3.4.4 Quan hệ giữa lực tác dụng với chuyển vị của các mẫu chịu tải trọng lặp ...93 3.4.5 Khả năng tiêu tán năng lượng ......................................................................95 3.4.6 Sự suy giảm độ cứng ...................................................................................98 3.4.7 Độ dẻo của các mẫu thí nghiệm ...................................................................98 3.5 So sánh kết quả thí nút khung chịu tải trọng tĩnh với nút khung chịu tải trọng đổi chiều ................................................................................................. 100 3.6 Kết luận chương 3 .................................................................................. 101 CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG SỐ THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN ....................................................................................... 104 4.1 Mục đích nghiên cứu .............................................................................. 104 4.2 Xây dựng mô hình mô phỏng số ............................................................ 104 4.2.1 Mô hình tổng thể ........................................................................................104 4.2.2 Mô hình vật liệu .........................................................................................105 4.2.3 Cấu tạo mô hình và tải trọng .....................................................................108 4.2.4 Kết quả mô phỏng ......................................................................................111 4.2.5 Nghiên cứu tham số ...................................................................................114 4.3 Kết luận chương 4 .................................................................................. 122 v
  8. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 123 Kết luận .......................................................................................................... 123 Kiến nghị ........................................................................................................ 126 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ ........................................... 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 129 PHỤ LỤC ........................................................................................................... 137 vi
  9. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thông số vật liệu được sử dụng cho các mẫu ................................................28 Bảng 2.1 Công thức xác định sức kháng của các thành phần cấu tạo nút. ....................63 Bảng 3.1 Các mẫu được sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm .................................67 Bảng 3.2 Đặc trưng vật liệu thép sử dụng trong mẫu thí nghiệm. ................................ 72 Bảng 3.3 Điểm chảy ở các vị trí cảm biến của hai mẫu thí nghiệm. ............................. 81 Bảng 3.4 Sức kháng của các thành phần theo mô hình lý thuyết với kết quả thí nghiệm của mẫu 1. .......................................................................................................................... 84 Bảng 3.5 Sức kháng của các thành phần theo mô hình lý thuyết với kết quả thí nghiệm của mẫu 2. .......................................................................................................................... 85 Bảng 3.6 Giá trị lực và độ lệch tầng ở thời điểm chảy và thời điểm sức kháng lớn nhất của các mẫu thí nghiệm......................................................................................................99 Bảng 4.1 Các thông số được sử dụng cho mô hình CDP trong nghiên cứu của luận án. ..........................................................................................................................................107 Bảng 4.2 Thông số mô hình của vật liệu bê tông sử dụng cho mô hình CDP. ...........107 Bảng 4.3 Các tham số của các mô hình nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dài thép hình. .................................................................................................................................115 Bảng 4.4 Các tham số của các mô hình nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dày thép tấm gia cường trong vùng nút khung. .....................................................................................117 Bảng 4.5 Các tham số của các mô hình nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dài thép tấm gia cường trong vùng nút khung. .....................................................................................119 Bảng 4.6 Tham số trong các mô hình nghiên cứu ảnh hưởng của lực nén dọc trong cột. ..........................................................................................................................................120 vii
  10. DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Khung thép, sàn liên hợp thép – BTCT/sàn BTCT. .........................................7 Hình 1.2 Khung có cột và dầm là kết cấu liên hợp. ........................................................ 7 Hình 1.3 Kết cấu RCS sử dụng cho công trình nhà nhịp lớn và nhà nhiều tầng [37]. ....9 Hình 1.4 Sơ đồ khung phẳng và phân loại nút khung theo vị trí. ..................................10 Hình 1.5 Các dạng nút khung được đề xuất trong nghiên cứu của Nishiyama, 2004. ..15 Hình 1.6 Cấu tạo nút khung trong nghiên cứu của Nishimura và Pan [58] [86]. ..........17 Hình 1.7 Cấu tạo nút khung trong nghiên cứu của Zhang và Zibasokhan [29] [87]. ....18 Hình 1.8 Cấu tạo nút khung trong nghiên cứu của Seyed [73]. ....................................19 Hình 1.9 Cấu tạo nút khung trong nghiên cứu của Wu [81] và Wang [84]. .................19 Hình 1.10 Cấu tạo nút khung trong nghiên cứu của Wu và Yu [22] [78]. ....................20 Hình 1.11 Khớp dẻo xảy ra ở dầm và dạng vết nứt ở cột BTCT [14]. .......................... 21 Hình 1.12 Khớp dẻo xảy ra ở cột/nút [36].....................................................................21 Hình 1.13 Dạng phá hoại xảy ra ở nút khung dầm liên tục qua nút [49]. ..................... 22 Hình 1.14 Dạng phá hoại xảy ra ở các vị trí cục bộ của liên kết. ..................................22 Hình 1.15 Cấu tạo nút khung trong nghiên cứu của Pan [86]. ......................................23 Hình 1.16 Cấu tạo nút khung trong nghiên cứu của Choi và Xu [24]........................... 24 Hình 1.17 Cấu tạo nút khung trong nghiên cứu của Zhang [43] [44]. .......................... 24 Hình 1.18 Cấu tạo nút khung trong nghiên cứu của Zhang [44] và Feng [75]. ............25 Hình 1.19 Cấu tạo nút khung trong nghiên cứu của Montava [40]. .............................. 25 Hình 1.20 Cấu tạo nút khung trong nghiên cứu của Liao [36]. .....................................26 Hình 1.21 Dạng phá hoại trong nghiên cứu về liên kết của Zha [83]. .......................... 26 viii
  11. Hình 1.22 Cấu tạo vùng nối/giao thoa trong các nghiên cứu của Gao và Jia [47] [48] [82]. ....................................................................................................................................27 Hình 1.23 Cấu tạo mẫu thí nghiệm trong nghiên cứu ở INSA Rennes. ........................ 28 Hình 1.24 Sơ đồ thí nghiệm trong nghiên cứu ở INSA Rennes [76]. ........................... 29 Hình 1.25 Vị trí các cảm biến đo biến dạng của cốt thép và thép hình [76]. ................29 Hình 1.26 Hình dạng vết nứt trên bê tông cột sau khi kết thúc thí nghiệm trong nghiên cứu ở INSA Rennes [76]. ...................................................................................................30 Hình 1.27 Biểu đồ quan hệ tải trọng-độ lệch tầng của các mẫu thí nghiệm trong nghiên cứu ở INSA Rennes. ..........................................................................................................31 Hình 1.28 Thời điểm các vị trí thép chảy dẻo trên đường quan hệ tải trọng-độ lệch tầng. ............................................................................................................................................31 Hình 2.1 Một trường hợp về sơ đồ biến dạng và biểu đồ mô men uốn của khung. ......37 Hình 2.2 Mô men uốn và lực cắt ở nút biên và nút giữa [89]. ......................................37 Hình 2.3 các cơ cấu phá hoại điển hình ở kết cấu khung [4]. .......................................39 Hình 2.4 Một số dạng đường cong trễ đặc trưng........................................................... 40 Hình 2.5 Biểu đồ để xác định độ dẻo của kết cấu. ........................................................ 42 Hình 2.6 Biểu đồ xác định độ cứng cát tuyến của kết cấu [5]. ......................................42 Hình 2.7 Biểu đồ được dùng để xác định giá trị cản riêng của kết cấu. ........................ 43 Hình 2.8 Vị trí đặt dụng cụ đo chuyển vị để xác định biến dạng của nút. ....................44 Hình 2.9 Cấu tạo của phần thép hình ............................................................................45 Hình 2.10 Các dạng cấu tạo của nút được nghiên cứu trong luận án. ........................... 46 Hình 2.11 Các phân vùng của nút khung được nghiên cứu trong luận án. ...................47 Hình 2.12 Sơ đồ tính và biểu đồ nội lực của nút khung khi bỏ qua vùng nút. ..............48 Hình 2.13 Sơ đồ tính và biểu đồ nội lực của nút khung khi xét đến vùng nút. .............48 Hình 2.14 Biểu đồ nội lực của các thành phần cấu thành nút khung. ........................... 49 ix
  12. Hình 2.15 Nội lực thành phần trên các mặt cắt vùng nút khung. ..................................50 Hình 2.16 Vị trí tác dụng của lực truyền từ cánh dầm thép sang thép hình [33]. .........52 Hình 2.17 Các thành phần tham gia vào chịu cắt của nút khung có cốt thép đai liền (không có thép tấm gia cường). ......................................................................................... 53 Hình 2.18 Các thành phần tham gia vào chịu cắt của nút khung sử dụng thép tấm gia cường và cốt thép đai cấu tạo............................................................................................. 54 Hình 2.19 Tác động cục bộ của lực kéo, nén từ cánh dầm thép lên bản bụng của thép hình đặt trong cột BTCT [33]. ........................................................................................... 56 Hình 2.20 Cơ cấu chịu lực từ dầm truyền vào cột thông qua thép hình. ....................... 58 Hình 2.21 Cơ cấu chịu lực cắt của vùng giao thoa. ....................................................... 61 Hình 3.1 Cấu tạo và kích thước của thép hình sử dụng cho các mẫu thí nghiệm. ........69 Hình 3.2 Cấu tạo thực tế của thép hình sử dụng cho các mẫu thí nghiệm. ...................70 Hình 3.3 Cấu tạo mẫu thí nghiệm 1 (Mẫu 1, Mẫu 3). ...................................................70 Hình 3.4 Cấu tạo mẫu thí nghiệm 2 (Mẫu 2, Mẫu 4). ...................................................71 Hình 3.5 Các mẫu vật liệu sau khi thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo của thép. .72 Hình 3.6 Hình mẫu thí nghiệm trước và sau khi đổ bê tông. ........................................72 Hình 3.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tương ứng với sơ đồ tính lực tác dụng ở dầm. .........74 Hình 3.8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm thực tế. ......................................................................74 Hình 3.9 Vị trí gắn cảm biến đo biến dạng trên hai mẫu thí nghiệm. ........................... 75 Hình 3.10 Vết nứt xuất hiện trên mẫu 1 thí nghiệm chịu tải tĩnh. .................................76 Hình 3.11 Vết nứt xuất hiện trên mẫu 2 thí nghiệm chịu tải tĩnh. .................................77 Hình 3.12 Vết nứt trên mặt bên của mẫu thí nghiệm sau khi cắt bỏ dầm thép. ............78 Hình 3.13 Vết nứt trên mặt trước của mẫu thí nghiệm sau khi cắt bỏ dầm thép. ..........78 Hình 3.14 Quan hệ lực – độ lệch tầng tại đầu dầm. ...................................................... 79 x
  13. Hình 3.15 Điểm chảy của cốt thép dọc của các mẫu thí nghiệm tại các vị trí cảm biến. ............................................................................................................................................81 Hình 3.16 Điểm chảy của cốt thép đai của các mẫu thí nghiệm tại các vị trí cảm biến. ............................................................................................................................................81 Hình 3.17 Biến dạng xoay của mặt cắt dầm, cột và biến dạng cắt của vùng nút. .........82 Hình 3.18 Tỷ lệ giữa các biến dạng thành phần của mẫu 1. .........................................83 Hình 3.19 Tỷ lệ giữa các biến dạng thành phần của mẫu 2. .........................................83 Hình 3.20 Tương quan sức kháng của mô hình lý thuyết với kết quả thí nghiệm mẫu 1. ............................................................................................................................................83 Hình 3.21 Tương quan sức kháng của mô hình lý thuyết với kết quả thí nghiệm mẫu 2. ............................................................................................................................................85 Hình 3.22 Lịch sử gia tải ở vị trí tác dụng tải trọng đổi chiều. .....................................89 Hình 3.23 Vết nứt xuất hiện trên mẫu 3 ở các mức chuyển vị khác nhau. ...................91 Hình 3.24 Vết nứt xuất hiện trên mẫu 4 ở các mức chuyển vị khác nhau. ...................92 Hình 3.25 Đường cong trễ quan hệ lực – độ lệch tầng của mẫu 3. ............................... 94 Hình 3.26 Đường cong trễ quan hệ lực – độ lệch tầng của mẫu 4. ............................... 95 Hình 3.27 Đường bao của đường quan hệ lực – độ lệch tầng. ......................................95 Hình 3.28 Năng lượng tiêu tán của các mẫu thí nghiệm ở từng vòng lặp. ....................96 Hình 3.29 Tỷ số năng lượng tiêu tán của các mẫu thí nghiệm ở từng vòng lặp............97 Hình 3.30 Năng lượng tiêu tán cộng dồn của các mẫu thí nghiệm. .............................. 97 Hình 3.31 Biểu đồ độ cứng cát tuyến với độ lệch tầng của các mẫu thí nghiệm. .........98 Hình 3.32 Biểu đồ xác định thời điểm chảy của mẫu 3 và mẫu 4. ................................ 99 Hình 3.33 Biểu đồ lực và độ lệch tầng của các mẫu thí nghiệm. ................................101 Hình 4.1 Mô hình tổng thể của nút trên nền phần mềm PTHH Abaqus. ....................105 Hình 4.2 Mô hình vật liệu bê tông được sử dụng trong mô hình CDP. ......................105 xi
  14. Hình 4.3 Mô hình ứng xử chịu nén của vật liệu bê tông theo Eurocode 2. .................107 Hình 4.4 Mô hình được sử dụng cho vật liệu thép thanh và thép hình. ......................108 Hình 4.5 Mô hình điều kiện biên và tải trọng. ............................................................109 Hình 4.6 Mô hình phần tử và chia lưới phần tử. .........................................................110 Hình 4.7 Biểu đồ lực tác dụng – độ lệch tầng của mô hình mô phỏng số và của mô hình thí nghiệm. .......................................................................................................................111 Hình 4.8 Điểm chảy của cốt thép và thép hình của mô hình mô phỏng và mô hình thí nghiệm mẫu 1. ..................................................................................................................112 Hình 4.9 Điểm chảy của cốt thép và thép hình của mô hình mô phỏng và mô hình thí nghiệm mẫu 2. ..................................................................................................................113 Hình 4.10 Hình ảnh kết thúc thí nghiệm và biểu đồ phân bố ứng suất theo thông số phá hoại do kéo DAMAGET, do nén DAMAGEC trong bê tông ở mô hình mô phỏng mẫu 1. ..........................................................................................................................................113 Hình 4.11 Hình ảnh kết thúc thí nghiệm và biểu đồ phân bố ứng suất theo thông số phá hoại do kéo DAMAGET, do nén DAMAGEC trong bê tông ở mô hình mô phỏng mẫu 2. ..........................................................................................................................................114 Hình 4.12 Phân bố ứng suất Von-Mises trên cốt thép và thép hình ở các mô hình thay đổi chiều dài của thép hình đặt trong cột BTCT. .............................................................116 Hình 4.13 Biểu đồ lực tác dụng với độ lệch tầng của các mô hình mô phỏng nghiên cứu ảnh hưởng của tham số chiều dài thép hình. ....................................................................116 Hình 4.14 Các vị trí khảo sát giá trị ứng suất trong cốt thép và thép hình ..................116 Hình 4.15 Biểu đồ lực tác dụng – độ lệch tầng và điểm chảy của thép. .....................117 Hình 4.16 Biểu đồ lực tác dụng – độ lệch tầng của các mô hình mô phỏng nghiên cứu ảnh hưởng của tham số chiều dày thép tấm gia cường. ...................................................118 Hình 4.17 Phân bố ứng suất Von-Mises trên cốt thép và thép hình ở các mô hình thay đổi chiều dày của thép tấm gia cường trong vùng nút khung. .........................................118 xii
  15. Hình 4.18 Biểu đồ lực tác dụng – độ lệch tầng của các mô hình mô phỏng nghiên cứu ảnh hưởng của tham số chiều dài thép hình. ....................................................................119 Hình 4.19 Phân bố ứng suất Von-Mises trên cốt thép và thép hình ở các mô hình thay đổi chiều dài của tấm thép gia cường trong vùng nút khung. ..........................................120 Hình 4.20 Biểu đồ lực tác dụng – độ lệch tầng của các mô hình mô phỏng nghiên cứu ảnh hưởng của tham số lực nén dọc trong cột khi không có tấm thép gia cường. ..........121 Hình 4.21 Biểu đồ lực tác dụng – độ lệch tầng của các mô hình mô phỏng nghiên cứu ảnh hưởng của tham số lực nén dọc trong cột khi có tấm thép gia cường. .....................121 xiii
  16. CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Ký hiệu Ý nghĩa ACI Hiệp hội Bê tông Mỹ (American concrete institute) AISC Hiệp hội thép Mỹ (American Institute of Steel Construction) BTCT Bê tông cốt thép CDP Mô hình vật liệu của bê tông trong mô hình Abaqus (Concrete Damaged Plasticity) IBC Tiêu chuẩn quốc tế cho công trình nhà (International Building Code) RCS Dầm thép cột bê tông cốt thép (Reinforced Concrete Column – Steel Beam) RILEM Liên đoàn thế giới của các phòng thí nghiệm và chuyên gia trong lĩnh vực vật liệu xây dựng, hệ thống và kết cấu (The International Union of Laboratories and Experts in Construction Materials, Systems and Structures) y Chuyển vị tương ứng với điểm chảy của hệ đàn hồi – dẻo u Chuyển vị cực hạn, chuyển vị tại thời điểm được coi là hệ bị phá hoại  max Chuyển vị của hệ tại giá trị lực đạt được là lớn nhất c Biến dạng khi chịu nén của bê tông mẫu trụ  tin Biến dạng dẻo của bê tông khi chịu kéo  0elc Biến dạng đàn hồi của bê tông khi bỏ qua sự phá hoại Avc Diện tích chịu cắt của thép hình đặt trong cột Ak Diện tích mặt cắt của thép hình đặt trong cột xiv
  17. Asl ,col Diện tích cốt thép dọc của cột Ac ,col Diện tích bê tông của mặt cắt cột Aswj Diện tích cốt đai trong vùng nút bb Chiều rộng mặt cắt dầm bc Chiều rộng mặt cắt cột bk Chiều rộng mặt cắt thép hình đặt trong cột (chiều rộng bản cánh thép hình đặt trong cột) dc Chiều cao có hiệu của mặt cắt cột BTCT, được tính bằng chiều cao mặt cắt cột trừ đi lớp bê tông bảo vệ d0 Khoảng cách từ mép trong bản cánh thép hình đặt trong cột đến mép cốt thép chịu kéo của cột dc, A Hệ số kể đến khả năng phục hồi của bê tông khi chịu nén dt , A Hệ số kể đến khả năng phục hồi của bê tông khi chịu kéo Fc , Rd Sức kháng nén của các thành phần nút khi chịu lực nén do cánh dầm thép tác dụng lên Ft ,wc , Rd Khả năng chịu kéo của bản bụng thép hình đặt trong cột Fc ,wc , Rd Khả năng chịu nén của bản bụng thép hình đặt trong cột Fc ,wc ,c , Rd Khả năng chịu nén của bê tông nằm giữa các bản cánh của thép hình đặt trong cột f yd Cường độ thiết kế của thép hình đặt trong cột f sd Cường độ thiết kế của cốt thép dọc trong cột fcd Cường độ chịu nén tính toán của bê tông xv
  18. f y ,wc Cường độ kéo chảy của thép hình đặt trong cột f y ,wd Cường độ thiết kế của cốt đai hb Chiều cao mặt cắt dầm hc Chiều cao mặt cắt cột hk Chiều cao mặt cắt thép hình đặt trong cột Lcol Khoảng cách giữa 2 điểm được khảo sát của cột phía trên và phía dưới của nút Le Chiều dài của thép hình đặt trong cột Lk Chiều dài của thép hình đặt trong cột tình từ mặt dầm đến điểm kết thúc trong cột M Ed ,col Mô men uốn do ngoại lực gây ra trên mặt cắt của cột M Ed ,b Mô men uốn do ngoại lực gây ra trên mặt cắt của dầm M Ed ,k Mô men uốn trên mặt cắt thép hình do lực ép mặt tác dụng M Ed , j Mô men uốn do ngoại lực gây ra trên mặt cắt của nút N Ed ,col Lực dọc do ngoại lực gây ra trên mặt cắt cột N Ed , j Lực dọc do ngoại lực gây ra trên mặt cắt nút N pl , Rd Sức kháng nén thiết kế của mặt cắt cột Pmax Giá trị lực lớn nhất mà hệ đạt được Py Lực chảy dẻo, giá trị lực tại thời điểm được coi là hệ bị chảy dẻo Pu Lực cực hạn, giá trị lực tại thời điểm được coi là hệ bị phá hoại sj Khoảng cách cốt đai trong vùng nút xvi
  19. TEd ,b Lực kéo quy đổi về bản cánh dầm do ngoại lực gây ra VEd ,col Lực cắt do ngoại lực gây ra trên mặt cắt cột VEd ,b Lực cắt do ngoại lực gây ra trên mặt cắt dầm VEd , j Lực cắt do ngoại lực gây ra trên mặt cắt nút V j , Rd Sức kháng cắt của nút Vwp ,c , Rd Sức kháng cắt của phần bê tông chèn giữa bản cánh của thép hình Vwp , Rd Sức kháng cắt của thép hình Vwp , p , Rd Sức kháng cắt của thép tấm gia cường V j , RC , Rd Sức kháng cắt của phần bê tông cốt thép ở vùng nút V j , Rd ,max Cường độ chịu cắt tới hạn của phần bê tông ở vùng nút Vc ,com , Rd Sức kháng cắt của mặt cắt cột liên hợp Vc ,k , Rd Sức kháng cắt của mặt cắt giao thoa Vc ,c , Rd Sức kháng cắt của mặt cắt cột BTCT VEd ,k Lực cắt trên mặt cắt thép hình do lực ép mặt tác dụng W pl ,k Mô men chống uốn cực hạn của mặt cắt thép hình đặt trong cột xvii
  20. MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Kết cấu khung liên hợp có cấu tạo từ cột bê tông cốt thép (Reinforced Concrete - RC) và dầm thép (steel - S) được gọi tắt là khung RCS [38]. Khung RCS có nhiều ưu điểm như: độ cứng ngang lớn, kích thước cấu kiện thanh mảnh, độ dẻo cao dẫn đến hiệu quả kinh tế từ việc tiết kiệm vật liệu và phù hợp khi kết hợp được với nhiều loại hình kết cấu khác. Trong kết cấu khung nói chung và kết cấu khung liên hợp RCS nói riêng, vị trí liên kết giữa dầm và cột (nút khung) có trạng thái ứng suất rất phức tạp. Để chịu các thành phần ứng suất không kể được trong tính toán, các Tiêu chuẩn thiết kế thường yêu cầu tăng hàm lượng cốt thép cấu tạo và tăng chiều dài neo cốt thép ở nút. Điều này gây khó khăn cho quá trình xây dựng, làm giảm tốc độ xây dựng và đôi khi làm phản tác dụng do khó khăn trong thi công, dẫn đến việc chế tạo trong thực tế không giống như yêu cầu của thiết kế (bê tông bị lỗ rỗng, chiều dài neo cốt thép không đủ). Một số dạng cấu tạo chi tiết của nút khung RCS đã được đề xuất và công bố trên thế giới [27], [59]. Các dạng cấu tạo nút đã được công bố trước đây nếu có cấu tạo đơn giản thì khả năng chịu lực và độ cứng của nút có giá trị nhỏ do sự truyền lực ở nút chỉ thông qua các cơ cấu và chi tiết đơn giản. Để khắc phục nhược điểm trên, một số dạng nút được gia cường bằng nhiều chi tiết tập trung ở vùng nút. Các chi tiết cấu tạo ở nút lại gây ra ứng xử tại nút phức tạp, khó dự đoán dạng phá hoại và mô hình lý thuyết không mang tính tổng quát cũng như khó khăn trong chế tạo. Vì vậy, các nỗ lực trong việc đưa ra dạng cấu tạo nút khung RCS vừa đảm bảo sức kháng, độ cứng, khả năng tiêu tán năng lượng và cấu tạo đơn giản là mục tiêu của nhiều nghiên cứu về nút khung RCS. Kết cấu liên hợp thép – bê tông cốt thép có nhiều ưu điểm cả về khả năng chịu lực và tính năng của kết cấu. Do đó, việc ứng dụng kết cấu liên hợp vào thực tế xây dựng nói chung và xây dựng công trình nhà nhiều tầng nói riêng đang tăng lên một cách nhanh chóng. Việc ứng dụng đã phát sinh ra các dạng kết cấu liên hợp có cấu tạo mới so với các cấu tạo được nói đến trong các Tiêu chuẩn thiết kế hiện hành. Năm 2012, Ủy ban Châu Âu bắt đầu triển khai dự án SmartCoCo (Smart Composite Components) [76]. Mục đích của dự án này là xây dựng được hướng dẫn thiết kế bổ sung cho Tiêu chuẩn Eurocode 2 và Eurocode 4. Các mô hình lý thuyết được xây dựng dựa trên cơ sở của các Tiêu chuẩn 1
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược