Hcmute đánh giá sự ảnh hưởng của dầm bê tông cốt thép chịu tải trọng khi số lượng cốt thép tại một mặt cắt được nối bằng ống ren thay đổi bằng thực nghiệm
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.36 MB, 56 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CƠNG TRÌNH NCKH CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM
ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA DẦM BÊ TÔNG
CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG KHI SỐ LƯỢNG
CỐT THÉP TẠI MỘT MẶT CẮT ĐƯỢC NỐI BẰNG
ỐNG REN THAY ĐỔI BẰNG THỰC NGHIỆM
MÃ SỐ: T2020-71TĐ
SKC 0 0 7 3 1 0
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2020
Luan van
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM
ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA DẦM BÊ TÔNG
CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG KHI SỐ LƯỢNG CỐT
THÉP TẠI MỘT MẶT CẮT ĐƯỢC NỐI BẰNG ỐNG
REN THAY ĐỔI BẰNG THỰC NGHIỆM
Mã số: T2020 - 71TĐ
Chủ nhiệm đề tài: TS. Nguyễn Thanh Hưng
TP. HCM, 12/2020
Luan van
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA XÂY DỰNG
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM
ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA DẦM BÊ TÔNG
CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG KHI SỐ LƯỢNG CỐT
THÉP TẠI MỘT MẶT CẮT ĐƯỢC NỐI BẰNG ỐNG
REN THAY ĐỔI BẰNG THỰC NGHIỆM
Mã số: T2020 - 71TĐ
Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Thanh Hưng
Thành viên đề tài: 1. Lê Anh Thắng
2. Nguyễn Thế Anh
TP. HCM, 12/2020
Luan van
DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN
THAM GIA ĐỀ TÀI
TT
1
2
3
Đơn vị công tác và
lĩnh vực chuyên môn
Nguyễn
Thanh Giảng viên khoa Xây
Hưng
dựng, Trường Đại học
Sư phạm Kỹ thuật TP.
Hồ Chí Minh
Lê Anh Thắng
Giảng viên khoa Xây
dựng, Trường Đại học
Sư phạm Kỹ thuật TP.
Hồ Chí Minh
Nguyễn Thế Anh
Giảng viên khoa Xây
dựng, Trường Đại học
Sư phạm Kỹ thuật TP.
Hồ Chí Minh
Họ và tên
Nội dung nghiên cứu
cụ thể được giao
Nghiên cứu tổng quan,
xây dựng mơ hình thí
nghiệm
Chữ ký
Thí nghiệm mơ hình,
xử lý số liệu
Đánh giá kết quả và
viết báo cáo
1
Luan van
MỤC LỤC
DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI .............................. 1
MỤC LỤC ............................................................................................................... 2
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................ 4
Danh mục bảng ......................................................................................................... 4
Danh mục hình .......................................................................................................... 4
THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .............................................................. 6
1. Thông tin chung .................................................................................................... 6
2. Mục tiêu ................................................................................................................ 6
3. Tính mới và sáng tạo ............................................................................................. 6
4. Kết quả nghiên cứu................................................................................................ 6
5. Sản phẩm .............................................................................................................. 7
6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng ....... 7
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS ..................................................... 8
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 10
Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước ............ 10
Tính cấp thiết đề tài ................................................................................................... 11
Mục tiêu đề tài .......................................................................................................... 11
Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu................................................................. 12
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................. 12
Nội dung nghiên cứu ................................................................................................. 12
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ..................................................................................... 22
1.1 Mở đầu ................................................................................................................ 13
1.2 Công nghệ nối cốt thép bằng ống ren thẳng có dập tù đầu cốt thép ...................... 13
1.3 Phân loại mối nối ống ren .................................................................................... 14
1.4 Yêu cầu kỹ thuật của ống nối ren ......................................................................... 15
2
Luan van
1.5 Công nghệ và thiết bị sử dụng ............................................................................. 17
1.6 Thi cơng mối nối trên cơng trình ......................................................................... 18
1.7 Kiểm soát chất lượng nối ..................................................................................... 19
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP .. 19
2.1 Mở đầu ................................................................................................................ 19
2.2 Thiết kế mơ hình thực nghiệm ............................................................................. 19
2.3 Vật liệu sử dụng .................................................................................................. 20
2.4 Q trình thí nghiệm............................................................................................ 22
2.5 Kết quả và đánh giá ............................................................................................. 23
CHƯƠNG 3. THIẾT LẬP MƠ HÌNH TRÊN PHẦN MỀM ABAQUS ................ 32
3.1 Giới thiệu tổng quan về phần mền ABAQUS. ..................................................... 32
3.2 Mô hình vật liệu trong ABAQUS ........................................................................ 32
3.3 Kết cấu dầm mô phỏng ........................................................................................ 34
3.4 Kết quả mô phỏng và so sánh với thí nghiệm....................................................... 35
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................... 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 39
3
Luan van
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH ẢNH
Danh mục bảng
Bảng 1: Phân loại mối nối ống ren theo trường hợp sử dụng .......................................... 15
Bảng 2: Yêu cầu chất lượng đầu ren ............................................................................... 15
Bảng 3: Cường độ chịu kéo của mối nối ......................................................................... 16
Bảng 4: Tính năng biến dạng của mối nối ...................................................................... 16
Bảng 5: Kích thước và tính năng cơ lý của ống ren ........................................................ 17
Bảng 6: Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy như sau.................................................. 17
Bảng 7: Trị số môment vặn (xiết) nhỏ nhất khi lắp mối nối bằng ống ren ....................... 18
Bảng 8: Cấp phối sử dụng cho công tác thiết kế ............................................................. 20
Bảng 9: Kết quả nén mẫu ............................................................................................... 21
Bảng 10: Thông số kỹ thuật của thép chịu lực ................................................................ 21
Bảng 11: Thông số kỹ thuật của coupler ......................................................................... 21
Bảng 12: Giá trị của tải trọng theo độ võng ở vị trí giữa dầm ......................................... 25
Bảng 13: Tải trọng gây nứt và tải trọng phá hủy của từng dầm ....................................... 28
Bảng 14: Thông số mô hình phá hoại dẻo ....................................................................... 34
Danh mục hình
Hình 1. Mơ hình mẫu dầm bê tơng cốt thép .................................................................... 20
Hình 2. Mơ hình thực tế mẫu dầm thực nghiệm .............................................................. 20
Hình 3. Độ sụt của hỗn hợp bê tơng ............................................................................... 20
Hình 4. Mẫu khối lập phương trong thí nghiệm 15×15×15cm ........................................ 21
Hình 5. Cốt thép được nối bằng Coupler ........................................................................ 22
Hình 6. Sơ đồ truyền tải ................................................................................................. 22
Hình 7. Bố trí lắp đặt dầm thí nghiệm............................................................................. 23
Hình 8. Vị trí đo độ võng trong quá trình gia tải ............................................................. 23
Hình 9. Biểu đồ mối quan hệ tải trọng và chuyển vị tại vị trí 1 ....................................... 24
Hình 10. Biểu đồ mối quan hệ tải trọng và chuyển vị tại vị trí 2 ..................................... 24
Hình 11. Biểu đồ mối quan hệ tải trọng và chuyển vị tại vị trí 3 ..................................... 25
Hình 12. Biểu đồ mối quan hệ tải trọng và biến dạng cốt thép tại vị trí giữa dầm ........... 26
Hình 13. Biểu đồ mối quan hệ tải trọng và biến dạng cốt thép tại vị trí 1/3 dầm ............. 26
Hình 14. Biểu đồ mối quan hệ tải trọng và biến dạng cốt thép tại vị trí 1/4 dầm ............. 27
Hình 15. Biểu đồ mối quan hệ tải trọng và chuyển vị của thanh cốt thép Ø16 được nối
4
Luan van
bằng Coupler và thanh cốt thép Ø16 khơng có mối nối .................................................. 27
Hình 17. Các giai đoạn của trạng thái ứng suất-biến dạng trên tiết diện thẳng góc .......... 29
Hình 18. Vết nứt của các dầm D1(a), D2(b), D3(c), D4(d), D5(e), D6 (f), D7(g)............ 31
Hình 19. Coupler sau khi dầm bị phá hủy ....................................................................... 31
Hình 20. Concrete model (C3D8R) and Embedded technique ........................................ 35
Hình 21. Kết cấu dầm mơ phỏng
......................................................................... 35
Hình 22. Load deflection curve forExperiment-D1, D4, D7 and Abaqus-D1 .................. 36
Hình 23. Load deflection curve forExperiment-D2, D4, D7 and Abaqus-D2 .................. 36
Hình 24. Load deflection curve forExperiment-D3, D6, D7 and Abaqus-D3 .................. 36
Hình 25. Biểu đồ mối quan hệ tải trọng và biến dạng cốt thép tại vị trí giữa dầm bằng của
dầm thử có Coupler nối ở giữa dầm(D1), dầm đối chứng(D7) và dầm mô phỏng ........... 37
5
Luan van
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KHOA XÂY DỰNG
Tp. HCM, ngày tháng 12 năm 2020
THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thơng tin chung:
- Tên đề tài: Đánh giá sự ảnh hưởng của dầm bê tông cốt thép chịu tải trọng tĩnh
khi số lượng cốt thép tại một mặt cắt được nối bằng ống ren thay đổi bằng thực
nghiệm
- Mã số: T2020-71TĐ
- Chủ nhiệm: Nguyễn Thanh Hưng
- Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
- Thời gian thực hiện: từ 1/2020 đến 12/2020
2. Mục tiêu:
Nghiên cứu đánh giá sự ảnh hưởng của dầm bê tông cốt thép chịu tải trọng khi số
lượng cốt thép tại một mặt cắt được nối bằng ống ren (TCVN 8163:2009) thay đổi, là cơ
sở để xây dựng tiêu chuẩn cho doanh nghiệp.
3. Tính mới và sáng tạo:
Đây là nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu đánh giá tác động của vị trí và tỉ
lệ nối thép bằng ống ren (coupler) đến ứng xử của dầm bê tông cốt thép. Các đánh giá
được đưa ra bởi mơ hình thực nghiệm với các dầm bê tơng có cốt thép được nối bằng
Coupler trên cùng một mặt cắt. Để hỗ trợ các kết quả từ thí nghiệm, một phân tích bằng
phương pháp phần tử hữu hạn phi tuyến tính được thực hiện với sự trợ giúp của phần
mềm ABAQUS. Kết quả so sánh của dầm có cốt thép được nối bằng coupler và dầm bê
tông cốt thép không nối cốt thép cho thấy khả năng chịu lực và ứng xử của của dầm bê
tơng cốt thép khi nối thép bằng coupler có thay đổi tương đối nhỏ so với dầm bê tông
không nối thép.
4. Kết quả nghiên cứu:
6
Luan van
- Dầm bê tơng cốt thép có số lượng cốt thép tại một mặt cắt được nối bằng ống ren
(coupler) thay đổi đã làm ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của dầm, tuy nhiên việc ảnh
hưởng này là tương đối thấp vào khoảng 11.5% đối với giai đoạn đàn hồi không vết nứt,
12.5% đối với giai đoạn đàn hồi có vết nứt, giai đoạn sau đàn hồi là 15% và giá trị này
có thể chấp nhận được.
- Dầm bê tơng cốt thép khi thay đối vị trí nối cốt thép và số lượng cốt thép được nối
bằng ống ren (coupler) tại một mặt cắt có sự chênh lệch về khả năng chịu lực tương đối
thấp và dao động từ 2 đến 6%.
- Dầm bê tông cốt thép khi cốt thép được nối bằng ống ren (coupler) với số lượng cốt
thép được nối từ 75% đến 100%, tại các vị trí thay đổi 1/2, 1/3, 1/4 của dầm khơng có sự
thay đổi về quy luật ứng xử của dầm khi chịu tải trọng tĩnh so với dầm đối chứng.
- Có thể dùng phương pháp mô phỏng bằng phần tử hữu hạn thơng qua phần mềm
Abaqus để dự đốn và phân tích ứng xử của dầm bê tơng cốt thép có mối nối cốt thép
bằng ống ren.
5. Sản phẩm:
Sản phẩm khoa học:
-
01 bài báo đăng trên tạp chí xây dựng chuyên ngành: Tạp chí Xây dựng, Bộ Xây
Dựng, Số 623 - Tháng 4-2020, Trang: 172-176.
-
Đào tạo 01 Học viên Cao học
Sản phẩm ứng dụng:
-
Mơ hình thí nghiệm
-
Mơ hình mơ phỏng và đánh giá
6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:
Hiệu quả: Tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu về năng suất
Phương thức chuyển giao: Thông qua bản thuyết minh, bài báo và các báo cáo đã được
công bố.
Địa chỉ ứng dụng: Các trường đại học, các viện nghiên cứu, các trung tâm nghiên cứu
và quản lý xây dựng.
Trưởng Đơn vị
Chủ nhiệm đề tài
7
Luan van
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information:
Project title: Load bearing capacity of RC beams considering the effects of
reinforcing bar couplers.
Code number: T2020-71TĐ
Coordinator: Dr. Nguyen Thanh Hung
Implementing institution: Ho Chi Minh City University of Technology and
Education
Duration: Due to 1/2020, to 12/2020
2. Objective(s):
Investigated the impact of the position and the splice ratio of reinforcing bars by
coupler on the behavior of reinforced concrete beams, as a basis for building standards
for businesses.
3. Creativeness and innovativeness:
This is the first research in Vietnam investigated the effect of the position and the
splicing ratio of reinforcement bars by coupler on the behavior of reinforced concrete
beams. The experimental samples gave the assessments with the reinforcement concrete
beams that have steel bars connected by coupler at the same cross-section. For
supporting the results from experiments, a nonlinear finite element analysis was
performed with the help of ABAQUS software. Comparison results of beams
with/without coupler showed that the load-capacity and behavior of reinforced concrete
beams with the couplers have relatively small changes compared to concrete beams
without splice on steel bars.
4. Research results:
-
Reinforced concrete beams have the number of reinforcing at a cross-section
connected by the change coupler has to affect the bearing capacity of the beam. However,
the effect of couplers to beam loading capacity is relatively low in about 11.5% for the
elastic phase, 12.5% for the elastic stage with cracks, the post-elastic period is 15%, and
this value is acceptable.
-
When reinforcement steel is connected by coupler with the quantity of connects
8
Luan van
from 75% to 100%, at the positions of 1/2, 1/3, 1/4 of beam length, there is no change in
the behavior laws of beams when subjected to static loads compared with the reference
beams.
-
When changing position, and the number of couplers, there is a difference in the
relatively low bearing capacity and ranges from 2 to 6%.
-
The simulation method can be used to predict and analyze the behavior of
reinforced concrete beams with steel reinforced with the threaded pipe.
5. Products:
-
01 paper published on Journal: Vietnam journal of Construction, Vietnam
Ministry of Construction, No.623 - 4-2020, P. 172-176.
-
01 Postgraduate students
6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability:
References for universities, colleges, institution and center of construction and
engineering management research.
The Main Authors of the Project
Nguyen Thanh Hung
9
Luan van
MỞ ĐẦU
Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước:
Trong nước:
Trong nước hiện nay việc nghiên cứu ứng xử của mối nối ống ren khá đầy đủ và đã
có tiêu chuẩn quốc gia để áp dụng (TCVN 8163:2009). Tuy nhiên việc nghiên cứu ứng
xử của mối nối ống ren trong dầm bê tông cốt thép còn rất hạn chế, nhất là thực tế đặt ra
trong điều kiện hiện nay khi áp dụng tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép TCVN
5574:2012 gặp rất nhiều khó khăn với việc nối cốt thép bằng ống ren tại một vị trí của
dầm cho các nhà thầu thi công thép.
Do vậy, việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của dầm bê tông cốt thép chịu tải trọng tĩnh
khi số lượng cốt thép tại một mặt cắt được nối bằng ống ren thay đổi bằng thực nghiệm,
nhằm góp phần đưa ra giải pháp dễ dàng hơn cho các nhà thầu thi cơng thép.
Ngồi nước:
Với sự phát triển của ngành xây dựng như hiện nay thì yêu cầu về kỹ thuật, chất
lượng và đảm bảo an tồn, chính vì vậy việc nghiên cứu để đảm bảo các yêu cầu trên
không ngừng phát triển. Do vậy, hiện nay trên thế giới việc nối cốt thép trong kết cấu bê
tông cốt thép đã được cải tiến một cách đáng kể, có nhiều phương pháp nối cốt thép đáp
ứng với yêu cầu đặt ra (Mechanical Connections of Reinforcing Bars, reported by ACI
Committee 439). B. MacKay, D. Schmidt, and, T. Rezansoff, (1998) đã nghiên cứu sự
ảnh hưởng của mối nối chồng trong dầm khi chịu tải trọng. Pam, H. J., and Ho, J. C. M.
(2010) nghiên cứu sự ảnh hưởng của vị trí nối cốt thép trong cột bê tơng cốt thép. Để hạn
chế sự phá hoại dòn, một số tiêu chuẩn đã giới hạn đối với tỷ lệ phần trăm cốt thép có thể
được nối tại [NZS 3101-Phần 1 (Tiêu chuẩn New Zealand 2006)], hạn chế các mối nối
gần vùng có ứng suất kéo lớn kéo ACI 318M-11 (ACI 2011). Effect of tension lap splice
on the behaviorof high strength concrete (HSC) beamsAhmed El-Azab, Hatem M.
Mohamed (2014) đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của mối nối chịu kéo đến ứng xử của dầm
bê tông cường độ cao. Việc nghiên cứu thử nghiệm trên dầm với mối nối tiếp tục cho
đến nay (Hardisty et al. 2015). Tuy nhiên, dù có nhiều thử nghiệm trước đó được thực
hiện trên dầm và cột và đã có một số đề xuất cho các mối nối về tính chất cơ học nhưng
cũng chưa tỏ ra có hiệu quả nhằm đáp ứng với thực tế nhất là khi áp dụng vào điều kiện
10
Luan van
ở Việt Nam.
Tính cấp thiết đề tài:
Hiện nay với sự phát triển rất nhanh của ngành xây dựng, đặc biệt là các cơng
trình cao tầng tại các thành phố như Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh, cho nên việc
ban hành các tiêu chuẩn xây dựng cần phải đáp ứng được sự phát triển của ngành. Để
đẩy nhanh tiến độ thi cơng cho các cơng trình cao tầng nhưng vẫn đảm bảo chất lượng
thi công, hiện nay công nghệ nối cốt thép bằng ống ren đã góp phần đẩy nhanh q trình
thi cơng đó. Tuy nhiên vẫn chưa đáp ứng được như mong muốn, vì trong q trình thi
cơng phần thép nhà thầu thi công thép sẽ gia công thép tại nhà máy theo các modul bằng
công nghệ gia công cốt thép và vận chuyển đến công trường để lắp ghép và nối cốt thép
bằng ống ren. Nhưng theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép TCVN 5574:2012
mối nối các thanh cốt thép chịu kéo cần phải bố trí so le, trong đó diện tích tiết diện các
thanh cốt thép chịu lực được nối tại một vị trí khơng được lớn hơn 50% diện tích cốt thép
chịu kéo đối với loại có gờ. Cho nên việc chế tạo gia công cốt thép theo dây chuyền công
nghệ của các đơn vị thi công thép theo các modul tại nhà máy gặp rất nhiều khó khăn về
mối nối khi sử dụng bằng ống ren không được nối 100% tại tại một mặt cắt. Theo tiêu
chuẩn thép cốt bê tông – mối nối bằng ống ren TCVN 8163:2009 giới hạn bền kéo của
mối nối cấp 1 thì giới hạn bền kéo của mối nối bằng giới hạn bền kéo của thép cốt sử
dụng, mối nối cấp 2 thì giới hạn bền kéo của mối nối bằng giới hạn bền kéo nhỏ nhất của
thép cốt theo TCVN 1651-1:2008 và TCVN 1651-2:2008, nên có thể xem mối nối là
đồng nhất khi đảm bảo tiêu chuẩn. Do vậy cần phải nghiên cứu để tìm ra giải pháp nhằm
đáp ứng được yêu cầu cấp thiếp mà nhà thầu thi công thép đặt ra nhằm mang lại lợi ích
cho xã hội.
Vì vậy đề tài “Đánh giá sự ảnh hưởng của dầm bê tông cốt thép chịu tải trọng
tĩnh khi số lượng cốt thép tại một mặt cắt được nối bằng ống ren thay đổi bằng thực
nghiệm” có ý nghĩa khoa học vì góp phần giải quyết một số vấn đề trong thực tế thi cơng
của nhà thầu; có ý nghĩa thực tiễn vì việc áp dụng kết quả của đề tài giúp cho việc thi
công thép tiết kiệm được thời gian nhưng vẫn đảm bảo chất lượng cho cơng trình
Mục tiêu đề tài:
Nghiên cứu đánh giá sự ảnh hưởng của dầm bê tông cốt thép chịu tải trọng khi số
lượng cốt thép tại một mặt cắt được nối bằng ống ren (TCVN 8163:2009) thay đổi, là cơ
sở để xây dựng tiêu chuẩn cho doanh nghiệp.
11
Luan van
Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
Cách tiếp cận:
- Tham khảo một số nghiên cứu trong nước và quốc tế về lĩnh vực kết cấu bê tơng
cốt thép có liên quan ;
- Thiết kế mơ hình thí nghiệm cho kết cấu dầm trong phịng thí nghiệm.
Phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu lý thuyết tổng quan, thí nghiệm trong phịng.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu : Dầm bê tông cốt thép chịu tải trọng tĩnh
Phạm vi nghiên cứu : Dầm bê tông cốt thép chịu tải trọng tĩnh có cốt thép được nối bằng
ống ren theo tiêu chuẩn TCVN 8163:2009
Nội dung nghiên cứu:
Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm các phần chính sau:
-
Nhiệm vụ 1: Nghiên cứu một số tiêu chuẩn liên quan đến đề tài
-
Nhiệm vụ 2: Nghiên cứu về kỹ thuật mối nối cốt thép bằng ống ren cho kết cấu
bê tông cốt thép
-
Nhiệm vụ 3: Xây dựng mơ hình thí nghiệm mối nối cốt thép bằng ống ren cho
dầm bê tông cốt thép tại một số mặt cắt của dầm
-
Nhiệm vụ 4: Đánh giá sự ảnh hưởng của dầm bê tông cốt thép chịu tải trọng khi
số lượng cốt thép tại một mặt cắt được nối bằng ống ren thay đổi
12
Luan van
CHƯƠNG 1:
GIỚI THIỆU KỸ THUẬT MỐI NỐI CỐT
THÉP BẰNG ỐNG REN CHO KẾT CẤU
BÊ TÔNG CỐT THÉP
1.1 Mở đầu
Ở Việt Nam, hiện nay có hai phương pháp truyền thống và thơng dụng để nối cốt
thép trịn xây dựng là nối buộc (nối chồng) và nối hàn. Tuy nhiên, các phương pháp này
có nhiều nhược điểm như: cốt thép làm việc không đồng tâm, mối nối cốt thép không
vững chắc, dễ bị xê dịch, khi đổ bê tơng gặp phải khó khăn tại những vị trí dày đặc cốt
thép do nối buộc, lượng hao phí cốt thép rất lớn,...Bên cạnh các phương pháp nối cốt
thép truyền thống cịn có một số phương pháp nối cốt thép tiên tiến khác, đặc biệt là
phương pháp nối cốt thép bằng cơ khí, trong đó, nối cốt thép bằng ống ren hiện đang
được ứng dụng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới do công nghệ đơn giản và dễ sử dụng
tại hiện trường. Nguyên lý nối cốt thép bằng ống ren là sử dụng một ống nối chuyên
dụng có ren ở bên trong để nối hai thanh cốt thép đã được ren trước ở đầu. Có ba phương
pháp nối cốt thép bằng ống ren như sau:
- Nối cốt thép bằng ống ren thẳng có dập tù đầu cốt thép;
- Nối cốt thép bằng ống ren có ren hình cơn (đầu ren cốt thép và ren bên trong ống
ren có dạng hình cơn);
- Nối cốt thép bằng ống ren sử dụng ren lăn (ren trực tiếp trên đầu cốt thép và ren
trong ống bằng công nghệ lăn ren);
Bài nghiên cứu sử công nghệ nối cốt thép bằng ống ren thẳng có dập tù đầu cốt thép,
dựa trên Tiêu chuẩn thép cốt bê tông – mối nối bằng ống ren TCVN 8163:2009.
1.2 Công nghệ nối cốt thép bằng ống ren thẳng có dập tù đầu cốt thép
Trong 3 phương pháp nối cốt thép bằng ống ren nêu trên, phương pháp nối cốt thép
bằng ống ren thẳng có dập tù đầu cốt thép có độ tin cậy cao nhất do tiết diện cốt thép
không bị suy giảm sau khi ren. Vì vậy, nó đang được đưa vào sử dụng rộng rãi tại mọi vị
trí trên kết cấu nhất là tại các vị trí có ứng suất cao. Nguyên lý của phương pháp là sử
13
Luan van
dụng thiết bị ép (chồn) to đầu cốt thép và ren để tạo ren thẳng (ren xoắn hình trụ) ở đầu
cốt thép sau đó nối hai đầu của cốt thép với nhau thơng qua một ống nối có ren bên trong.
Những ưu điểm nổi bật của công nghệ nối cốt thép bằng phương pháp này là:
- Cốt thép làm việc đồng tâm;
- Sau khi nối, cốt thép làm việc như một thanh liên tục và không bị ảnh hưởng nhiều
đến chất lượng bám dính của bê tơng. Vì vậy, mối nối chịu kéo tốt hơn so với phương
pháp nối chồng;
- Khi sử dụng mối nối này tại các vị trí dầy đặc cốt thép trong kết cấu sẽ góp phần
làm giảm hàm lượng cốt thép trong tiết diện, dễ dàng thi công khi tiến hành đổ bê tông;
- Công nghệ tiên tiến, có độ tin cậy cao, thích hợp với các cơng trình địi hỏi chất
lượng mối nối cao, cốt thép không được phép hàn;
- Mang lại hiệu quả kinh tế cao đối với các cơng trình kết cấu có sử dụng cốt thép
đường kính lớn đặc biệt là đối với các loại cốt thép có đường kính
≥ 20mm. Giảm tiêu
hao cốt thép từ 8%-15% khối lượng thép trịn có gờ sử dụng trên cơng trình.
Cơng nghệ nối cốt thép bằng ống ren đã được qui định áp dụng trong các tiêu chuẩn
như UBC1997, ACI 318 ACI 359 (Mỹ), BS 8110 (Anh), NF A 35-020-1 (Pháp),
DIN1045 (Đức), AS 3600Australia, CAN3-N287.2 Canada, BRL-0504 (Hà Lan), JG
171 (Trung Quốc), MS 146 (Malaysia),…
Nhiều cơng trình nổi tiếng trên thế giới đã sử dụng phương pháp này trong q trình
thi cơng như sân bay quốc tế Hồng Công, tháp đôi Petronas Malaysia, sân vận động quốc
gia Sydney (Úc), sân bay quốc tế San Francisco (Mỹ),...
1.3 Phân loại mối nối ống ren
Ống ren sử dụng trong mối nối phải phù hợp với mác thép cốt sử dụng trong kết cấu
theo TCVN 1651-1 : 2008; TCVN 1651-2 : 2008.
Trước khi sử dụng, cần phân tích và lựa chọn kiểu mối nối thép cốt bằng ống ren trụ
theo phương pháp cán ren trực tiếp sao cho thích hợp với vị trí của thép cốt trong kết cấu
và điều kiện thi cơng trên cơng trình. Có 6 loại mối nối ống ren thông dụng được quy
định trong Bảng 1.
14
Luan van
Bảng 1 Phân loại mối nối ống ren theo trường hợp sử dụng
Thứ
tự
Loại mối nối
Trường hợp sử dụng
Ký hiệu
1
Loại tiêu chuẩn
Nối thép cốt trong trường hợp thông
thường
TC
2
Loại mở miệng
Trường hợp khó đưa đầu thanh thép cốt
vào ống ren và khó quay thanh thép cốt
M
3
Loại khác đường
kính
Nối thép cốt có đường kính khác nhau
K
4
Loại ren thuận
nghịch
Trường hợp hai đầu thanh thép cốt
không thể quay được nhưng dịch
chuyển tịnh tiến được độ dài theo trục
của thép cốt
TN
5
Trường hợp hai đầu thanh thép cốt
Loại tăng dài đầu không thể quay được, hai đầu thép cốt
ren
bị hạn chế không thể dịch chuyển tịnh
tiến được
TD
6
Loại có mũ khóa
Dùng trong trường hợp kiểu tăng dài
đầu ren, có mũ khóa
MK
1.4 Yêu cầu kỹ thuật của ống nối ren
a. Đầu ren thép cốt
Khi gia công đầu ren thép cốt trên máy lăn ren chuyên dụng phải dùng chất làm
mát có khả năng tan trong nước hoặc những hóa chất chuyên dụng đặc biệt. Ren sau khi
gia công phải phù hợp với ren của ống ren theo thiết kế. Dung sai ren phải phù hợp với
quy định của TCVN 1916 : 1995. Dung sai ren có thể lấy bằng 6g. Đầu ren được gia
cơng hồn chỉnh phải có các ren đều đặn, không bị sứt mẻ. Trong trường hợp đầu ren có
các ren bị sứt mẻ ở đỉnh với chiều rộng của phần sứt lớn hơn 0,25P thì tổng chiều dài của
chúng khơng được vượt một vịng ren trụ. Kích thước của đầu ren bao gồm đường kính
trong ren trụ và chiều dài của đầu ren phải phù hợp với yêu cầu của thiết kế sản phẩm.
Đầu ren được coi là đạt yêu cầu về chất lượng phải thỏa mãn những yêu cầu quy định
trong Bảng 0.
Thứ
Bảng 0. Yêu cầu chất lượng đầu ren
Chỉ tiêu
Yêu cầu
15
Luan van
tự
Ren đều, chiều rộng phần ren bị sứt mẻ vượt q
0,25 P có tổng chiều dài khơng vượt q chu vi
của một ren trụ
Độ dài đầu ren phải đáp ứng được yêu cầu của
đầu
thiết kế. Với kiểu nối tiêu chuẩn, độ dài này có sai
số cho phép là +1 P
1
Chất lượng bề
mặt
2
Độ dài
ren
3
Có thể vặn vào một cách thuận lợi và đạt được
Đường kính
chiều dài vặn một cách thích hợp.
trong của ren
Cho phép calíp ren vặn vào một phần ở đầu trụ,
trụ
chiều dài vặn vào không được vượt quá 3 P
Đầu ren thép cốt sau khi đã kiểm tra đạt yêu cầu kỹ thuật phải được bảo vệ bằng
cách vặn vào ống nối hoặc có mũ chụp bằng nhựa bảo vệ bên ngồi. Các loại đầu ren có
kích thước đường kính khác nhau phải được phân loại và sắp xếp riêng biệt để thuận lợi
cho việc sử dụng
b. Yêu cầu cơ bản về tính chất cơ lý của mối nối bằng ống ren
Mối nối cốt thép bằng ống ren thẳng có dập tù đầu cốt thép được phân thành hai cấp
(mối nối cấp I và mối nối cấp II) dựa trên tính năng chịu kéo và biến dạng của mối nối.
Mối nối cấp I được sử dụng tại những vị trí có ứng suất cao khi mối nối cần phát
huy được toàn bộ khả năng chịu lực và biến dạng. Mối nối cấp II sử dụng tại những vị trí
có ứng suất nhỏ hơn, khi khơng cần huy động tồn bộ khả năng chịu lực và biến dạng
của cốt thép. Khi sử dụng cơ quan thiết kế sẽ lựa chọn và chỉ định cấp của mối nối tuỳ
thuộc theo vị trí nối, yêu cầu về khả năng chịu lực và biến dạng của cấu kiện, kết cấu.
Bảng 3. Cường độ chịu kéo của mối nối
Cấp của mối nối
Mối nối cấp I
Mối nối cấp II
Cường độ chịu
kéo
Rmm ≥ Ratt hoặc Rmm ≥ 1.10 Rab
Rmm ≥ Rab
Bảng 4. Tính năng biến dạng của mối nối
Cấp mối nối
Cấp I, Cấp II
ɛ0 ≤ 0.10 (D ≤ 32)
Kéo tĩnh
Biến dạng không đàn hồi (mm)
Tổng dãn dài khi chịu lực gia tải
ɛ0 ≤ 0.15 (D > 32)
δ ≥ 4.0
16
Luan van
lớn nhất (%)
Kéo nén lặp ứng
suất cao
Biến dạng dư
Kéo nén lặp biến
dạng lớn
Biến dạng dư
Trong đó
Rmm - Cường độ chịu kéo thực tế của mối nối;
Ratt - Cường độ chịu kéo thực tế của cốt thép sử dụng trong mối nối;
Rab - Giới hạn bền tiêu chuẩn của cốt thép sử dụng trong mối nối;
Rab - Giới hạn bền tiêu chuẩn của cốt thép sử dụng trong mối nối;
ε0 - Biến dạng không đàn hồi của mối nối;
ε20du - Biến dạng dư sau 20 lần kéo nén lặp lại ứng suất cao của mối nối;
ε4du - Biến dạng dư sau 4 lần kéo nén lặp lại ứng suất cao của mối nối;
ε8du - Biến dạng dư sau 4 lần kéo nén lặp lại ứng suất cao của mối nối;
δ - Độ dãn dài tương đối của mối nối dưới tác dụng của lực gia tải lớn nhất;
P- khoảng cách giữa các bước ren (mm)
1.5. Công nghệ và thiết bị sử dụng
Các bước cơ bản của công nghệ được thực hiện như sau:
- Bước 1: Dùng máy ép chuyên dụng để dập tù đầu (chồn) cốt thép.
- Bước 2: Dùng máy ren chuyên dụng để tiện ren đầu cốt thép.
- Bước 3: Nối hai thanh cốt thép bằng ống nối có ren phù hợp.
a. Ống nối ren
Ống nối ren sử dụng để nối cốt thép là ống tròn được sản xuất sẵn dưới dạng sản
phẩm ở nhà máy. Ống xuất xưởng phải đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật nêu trên và có
chứng chỉ hợp chuẩn.
Ống nối ren gồm hai loại, dùng cho cốt thép nhóm CII hoặc CIII. Các thơng số cơ
bản của ống ren như sau:
17
Luan van
Bảng 5. Kích thước và tính năng cơ lý của ống ren
Đường
Chiều
Cường Độ dãn
kính
Trọng
dài
độ chịu dài của
ngồi
Cỡ ren
lượng
ống
kéo max
ống
ống
ống (kg)
(mm)
(Mpa)
(mm)
(mm)
22
34
M16x2.0
0.06
656
0.02
26
40
M20x2.5
0.078
674
0.04
29
44
M22x2.5
0.106
687
0.04
32
48
M24x3.0
0.152
620
0.01
36
52
M27x3.0
0.210
632
0.07
40
60
M30x3.0
0.295
659
0.06
44
66
M32x3.0
0.390
644
0.08
50
72
M36x4.0
0.585
680
0.05
56
80
M39x4.0
0.865
655
0.07
62
90
M45x4.0
1.090
662
0.09
Đường
kính cốt
thép
(mm)
14
16
18
20
22
25
28
32
36
40
b. Thiết bị sử dụng
- Máy ép để dập tù đầu (chồn) cốt thép:
Máy chạy bằng động cơ điện 3 pha để tạo áp lực khoảng 40 - 50 Mpa cho kích ép,
phía trên có gắn đồng hồ đo áp lực để điều chỉnh áp lực khi dập tù đầu các loại đường
kính cốt thép khác nhau.
Bảng 6. Các thơng số kỹ thuật cơ bản của máy như sau
Model
DC150
Đường kính cốt thép 12 mm - 40 mm
ÁP lực (MPa)
50
Công suất
3.0 Kw
Kích thước (mm)
500x240x240
Trọng lượng (kg)
750
- Máy tạo ren
Máy tạo ren cốt thép chạy bằng động cơ điện để tạo ra các loại ren khác nhau phù
hợp với các loại cốt thép từ 1440mm. Năng xuất của máy có thể tạo từ 300 đến 500 đầu
ren trong một ca.
1.6. Thi công mối nối trên cơng trình
Các bước thực hiện thi cơng trên cơng trình được tiến hành như sau:
a. Tiến hành gia công chồn đầu cốt thép bằng máy chuyên dụng.
18
Luan van
b. Gia công tạo ren đầu cốt thép.
c. Lắp dựng mối nối cốt thép trên kết cấu cơng trình bằng ống ren: Mối nối được lắp
dựng theo trình tự sau:
- Dùng clê hoặc kìm chuyên dụng để vặn chặt mối nối. Nên vặn sao cho hai đầu ren
được chạm kịch vào nhau ở vị trí chính giữa của ống ren.
- Sau khi đã xiết chặt mối nối, phải dùng clê lực để kiểm tra độ chặt của mối nối. Trị
số môment lực vặn chặt phù hợp với quy định ghi trong bảng 7.
Bảng 7. Trị số môment vặn (xiết) nhỏ nhất khi lắp mối nối bằng ống ren
Đường kính cốt thép (mm)
≤16
18÷20
22÷25
28÷32
36÷40
Moment vặn mịn (N.m)
100
180
240
300
360
Ghi chú: Khi đường kính cốt thép khác nhau thì lấy moment xiết tương ứng
với đường kính cốt thép nhỏ hớn
Tỷ lệ % của tổng diện tích cốt thép chịu lực được nối trên một mặt cắt phù hợp theo
những quy định sau:
- Mối nối cốt thép nên bố trí ở những vị trí có ứng suất chịu kéo nhỏ trong cấu kiện,
kết cấu. Khi cần thiết phải bố trí mối nối ở những vị trí có ứng suất cao thì trong một mặt
cắt khơng được sử dụng quá 50% mối nối cấp II và không hạn chế tỷ lệ % với mối nối
cấp I;
- Mối nối nên tránh bố trí ở những vùng dầy cốt đai, ở đầu dầm, đầu cột của khung
có yêu cầu chống động đất. Trong trường hợp đặc biệt thì tỷ lệ mối nối sử dụng không
được vượt quá 50%;
- Ở những vị trí ứng suất chịu kéo của cốt thép tương đối nhỏ hoặc cốt thép chịu nén
theo chiều dọc thì khơng hạn chế tỷ lệ % mối nối sử dụng trong cùng một mặt cắt;
- Trong cấu kiện, kết cấu trực tiếp chịu tải trọng động, tỷ lệ % của mối nối sử dụng
không được vượt quá 50%.
1.7. Kiểm soát chất lượng nối
Mối nối được kiểm soát chất lượng theo các trình tự sau:
- Kiểm tra chất lượng ống nối khi xuất xưởng: ống nối phải có chứng chỉ xuất xưởng
19
Luan van
và chứng chỉ đã được kiểm định chất lượng sản phẩm;
- Kiểm tra chất lượng các đầu ren cốt thép trên cơng trình bằng các dụng cụ đo
chun dùng;
- Kiểm tra chất lượng mối nối sau khi lắp ống ren bằng dụng cụ chuyên dùng (clê
lực) và lấy ≥ 03 mẫu mối nối đem đi thực hiện thí nghiệm kéo tĩnh cho từng loại cốt thép.
20
Luan van
CHƯƠNG 2:
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM DẦM BÊ
TÔNG CỐT THÉP
2.1 Mở đầu
Để đánh giá sự ảnh hưởng của dầm bê tông cốt thép chịu tải trọng khi số lượng
cốt thép tại một mặt cắt được nối bằng ống ren thay đổi, đề tài luận văn sử dụng mơ hình
thí nghiệm cấu kiện dầm chịu uốn bốn điểm.
Việc xây dựng mơ hình thực nghiệm có các đặt điểm cấu tạo về tiết diện, cốt thép
của cấu kiện chịu uốn và mối nối cốt thép bằng ống ren đảm bảo giống với điều kiện
thực tế trên cơng trình xây dựng.
Thí nghiệm sẽ trình bày một số kết quả khảo sát thực nghiệm trên các mẫu thí
nghiệm dầm bê tơng kích thước lớn, các quan sát, đánh giá tập trung vào khả năng chịu
tải của dầm BTCT, mối quan hệ giữa tải trọng và độ võng của dầm BTCT, tải trọng và
biến dạng của cốt thép trong dầm và phân tích các hình ảnh vết nứt sau khi dầm bị phá
hủy.
2.2 Thiết kế mô hình thực nghiệm
Mơ hình thực nghiệm gồm 7 dầm bê tơng cốt thép được chế tạo và thí nghiệm tại
Phịng thí nghiệm Cơng trình thuộc Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí
Minh. Tất cả các mẫu đều có kích thước 200x300x3300mm, với thép dọc 4Ø16mm, thép
đai Ø6 a 150mm. Đối với dầm số D1, D2, D3 nối 100% cốt thép bằng coupler, vị trí nối
lần lượt 1/2, 1/3, 1/4 dầm, đối với dầm số D4, D5, D6 nối 75% cốt thép bằng coupler, vị
trí nối lần lượt 1/2, 1/3, 1/4 dầm và dầm số D7 không nối cốt thép.
Chi tiết cấu tạo dầm:
21
Luan van
Hình 1. Mơ hình mẫu dầm bê tơng cốt thép.
Hình 2. Mơ hình thực tế mẫu dầm thực nghiệm
2.3 Vật liệu sử dụng
Bê tông
Trong đề tài này, cấp phối sử dụng trong thí nghiệm được đề xuất theo Bảng I đối
với bê tông thường, cấp phối này sử dụng cho bê tông Mác #250 với độ sụt 10 ± 2.
Bảng 8. Cấp phối sử dụng cho công tác thiết kế
1m3
Đơn vị
Đá 1x2
0.816 m3
Cát vàng 0.477 m3
XM
378
kg
PCB40
Nước
182
Lít
Hình 3. Độ sụt của hỗn hợp bê tông
Cường độ chịu nén của các mẫu khối lập phương trong thí nghiệm được trình bày ở
Bảng 9. Trong thí nghiệm nén mẫu để xác định cường độ chịu nén chúng tôi sử dụng
mẫu lập phương 150x150x150mm.
22
Luan van
