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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

PHẠM TRƯỜNG TÍN

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

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình DD&CN
Mã số: 60.58.02.08

TÓM TẮT LU N VĂN THẠC S K THU T

Đà Nẵng - Năm 2015


Công trình được hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM M

Phản biện 1: PGS. TS. Trương Hoài Chính
Phản biện 2: TS. Trần Anh Thiện

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn
tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày
26 tháng 12 năm 2015

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng
 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng


1
MỞ ĐẦU
1.

ủa đề tài

tông/Concrete-filled steel tube (CFST
bêtông
[30]
[24]
[3,8,15]
[12]
-

bê tông
[34].

[2]

[1]


2

2. M

ứ

3. Đ

ứ

).
4. P

ứ
u lý thuy
c nghi m:


3
CHƯƠNG 1
ỔNG QUAN VỀ CỘ ỐNG HÉP NHỒI BÊ TÔNG (CFST)
1.1. KHÁI QUÁT VỀ CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG
1.1.1. Khái niệm về cột ông thép nhồi bê tông

.
H
ỗ

ô

…
[2]
i bê tông
ng

z

p

y

Vz.Sd
Vy.Sd

x

x
My.Sd

Mz.Sd

Nx.Sd

y
z

Hình 1.1. Cấu tạo cột ống thép nhồi bê tông

1.1.2. Phân lo i cột ng thép nhồi bê tông
1.2. MỤC ĐÍCH, ĐỘNG CƠ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.2.1. M
T

đ

ứu


4

1.2.2. Độ

ứu

K t c u CFST có nhi

t tr

t c u thép, k t

c u bê tông, ho c k t c u bê tông c t thép. M t s nh ng l i ích kinh
t

i khi s d ng c u ki n CFST.

p pha

trong quá trình thi công, cái mà làm gi
và v

H

giá tr nhân công

a khi s d ng lo i k t c u này làm cho h khung

nhà nh g n và nhẹ

m t i tr ng tác d

v y s ti p t c làm gi m giá thành công trình.
M t s h n ch
CFST là gi i h

m r ng vi c s d ng c a lo i c u ki n

i v i s hi u bi t v

ng x c a nó. M t c u ki n

CFST bao g m hai v t li u v i s khác nhau gi

ng cong

ng su t-bi n d ng và ng x khác bi t rõ r t. S

a hai

v t li

t ra m t bài toán khó trong vi

h

nh thu c tính k t
phá ho i ph n

l n ph thu c vào hình d ng, chi
thép. Các thông s

ng kính, b dày ng thép,
k t dính gi a hai m t

ti p xúc c a v t li u thép và bê tông, s giam hãm c a bê tông ng


5
su

ng t bi n, s co ngót, và các d ng t i tr

s

n ng x c a k t c u CFST. T i tr ng d c tr c c t,

và c u ki n d m-c t CFST, các liên k t/m i n
r ng rãi trên th gi i trong nhi
ng v

c nghiên c u
nm tm

c

i v i nh ng

d ng c a các c u ki

ng m c dù s gia
m trên mô hình th t, còn l

th nghi

các

c th c hi n trên các m u thí nghi m
i nh v

ng kính kho ng 6 in ho c nh

u này là

do gi i h n t i tr ng c a các thi t b th nghi m và s c n thi t th c
hi n các th nghi m m t cách kinh t . Cho dù các k t qu này có th
c suy lu n m
trong th c t v

các c t l

c s d ng

t câu h i và gây tranh cãi, m t dù nh ng

nghiên c u g

Nh t B

u gi i quy t v

quan

tr ng này [30].

ố
ố

ố
ồ

ộ
u nén lệch tâm


6
CHƯƠNG 2
KHẢO SÁ BÀI OÁN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỐ
VÀ HỰC NGHI M
2.1. PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN ĐỐI VỚI CỘT ỐNG
THÉP NHỒI BÊ TÔNG

2.1.1. P

rì

ủ đ o của bài toán
ần tử cột ng

2.1.2. Xây dự
thép nhồi bê tông
2.1.3. M

ì

2.1.4. M

ì

ữa
ậ

ệ

2.1.5. P

ử

ậ N

a.
b.
Hình 2.2.

a)

b)
Hình 2.2.

Hình 2.3.

c)
n


7

a)

b)

c)

c)

ộ CFST

Hình 2.3. M
c.
(Hình 2.4)
Loaded frame

1

1
250

Concrete core

250

1 strain gauge on concrete
2 strain gauges on steel

Steel tube

2

250

1 strain gauge on
concrete

2 strain gauges on steel

2

250

250

Sections: 1-1
2-2

250

250

250

9-9

9

9

a, Thi t k

b, M

c,

ệ

Hình 2.4.

2.2. KHẢO SÁ BÀI OÁN BẰNG HỰC NGHI M
2.2.1. Thuộc tính vật liệu
a. Thử nghi
M
3-4

xá định thuộc tính ống thép
cl

c c t ra t

ng thép d

c dài 30 cm, b r ng kh o sát t
nh làm c t thí nghi m.


8
B ng 2.1. Kí
ẫ

Độ

c mẫu thép

(mm) C ề rộ

(mm) Chiều dài (mm)

1

3,96

32

80

2

3,96

32

80

Hình 2.7. Bi
b. Thử nghi

ồ

ờng cong kéo thép

xá định thuộc tính lõi bê tông:

nh thu c tính c a lõi bê tông, chúng ta ti n hành ch
t o m u gi

c t. M

c ch t o b ng cách
ỡng h bê

l y chính
thi t k ta ti n hành làm các thí nghi
thu c tính c a lõi bê tông.

Hình 2.8. Mẫu lõi bê tông và mẫu lõi có ống thép b c quanh

nh

9
K t qu nén m u bê tông có ng thép b
k t qu

px 6l n

ng t r ng kh

nén c a lõi bê tông hi u qu

t nhi

u

c b c trong v thép

h n ch n hông.
2.2.2. Quy trình thí nghiệm
a. Chế tạo mẫu
M uc t

141

c ch t o t

1

dày 0,396 mm, cao 2.25m. Trên thân

a có kích

c 100mmx50m
chuy n v c a thép và 2 v
dán các strai

c 10mmx90m
nv

c nh i

vào ng thép.
Sau khi gia công v thép, ta ti n hành gia công chân c
c t. Chân c

c ch t o là t m thép dày 40m

ch n vào thân c t v

c hàn ch c
m b o sao cho khi

làm vi c t i v trí chân c t là liên k
t m thép dày 40m

u

uc

c ch t o là

c r ng x dài là 350x550 m

t l c l ch tâm trong quá trình thí nghi m.
c tr n có s d ng ph gia hóa dẻ
thành ph n c p ph

ỷl

t k . Vi c s d ng ph gia nh m m

ng cho bê tông ph c v cho quá trình nh i bê tông d
dàng và không b phân t
mb ot

s
bê tông.

c trong kho ng 16 -18cm,


10

Hình 2.16. Hình

bê tông cột

b. Thiết bị thí nghi m
Strain gauges:
Hãng s n xu t: Tokyo Sokki Kenkyujo.Co.,Ltd - Nh t b n

n d ng c a lõi bê tông và ng thép, ta dùng các c m
n d ng g i là Strain gauges. Nguyên lý làm vi c c a các

bi

strain gauges là khi bi n d
n tr

c sinh ra trên m u th và m t phi n

c dán lên m

phi

nd

c chuy n ti

t

qu

c a

n tr c a phi

n tr s ch u 1 s bi

i trong

t

n tr . Bi

i

này tỷ l chính xác bi n d ng.
Data logger TDS-303:
Hãng s n xu t: Tokyo Sokki Kenkyujo.Co.,Ltd - Nh t b n
TDS-303 là m t thi t b t
LVDT – c m bi

đ

c d li u t strain gause.
ển vị: model LDC 500C (Linear

Variable Displacement Transducer)
M
c u ki
c

a c m bi

D

nv c a

ng c a t i tr
c k t qu chính xác và t t nh t thì vi

u
u


11
tiên là ph i ch
t

nh chính xác m t phẳng chuẩ

m t a chuẩn này không di chuy

và công vi c c a ta là g n m

ng tuy

u

ng c a t i tr ng thì có s

trí c a c u ki n k t c u v

i,

u c a c m bi n lên k t c

D

mt

m

iv

mt

n v ta

c
Load cell LCC11T030: hãng s n xu t: A&D, Nh t B n
Load cell là thi t b c m bi n l c ho
t c khi có t i tr ng ho c l

ng d a trên nguyên

ng lên thân load cell làm cho thân

load cell b bi n d ng (giãn ho

nt is

chi u dài và ti t di n c a các s i kim lo i c
dán trên thân loadcell d
strain gauges. S

nm ts

n tr strain gauges
i giá tr c

i này d n t i s

ra. Các tín hi

i
n tr
ná

u

c thu l i và x lý thông qua ph n m m trên

máy tính.
c. Lắp đặt thí nghi m
Vi
lúc b

c ti n hành m t cách cẩn th n t
u ch t o

n v thép

c dán vào m t trong

c khi nh i bê tông thông qua

c

t. Sau khi dán strain gauges, ti n

hành ki m tra l i ch c ch n r i m i hàn c a l i. Do các strain gauges
là các thi t b

n t , r t d h ng v i nhi

cao sinh ra trong quá

trình hàn n n khi hàn ph i có bi n pháp h nhi
strain gauges v n ho

m b o cho các

ng t t.
nv

nh i bê tông vào c t thông qua rãnh ch a sẵ
10mmx90m

c

c khi dán c n ph i làm s ch b m t bê tông, sau


12
m t l p keo epoxy r t m

mb

c

g n ch c vào bê tông.

e

Hình 2.22. C
c ti p theo là l

ển v thép và bê tông

t h th ng gia t

ng và

H th ng kích th y l
m t kích 30 t n, các t

ng bao g m

m và load cell theo dõi quá trình gia

l

cl

t m t kích 10 t n, thép
cl

m t thi t b

nv c

t thêm

nh c t trong quá trình thí nghi m. T t

c các thi t b

c ki m tra v

chính xác và tin c y.
Quá trình gia t
vi

c th c hi n theo m t quy trình cho sẵn v i

ng th i l c tác d ng theo

Theo dõi quá trình ch u l c c a c
ho i (chuy n v

nh >5cm).

n khi c

c cho là b phá


13

Hình 2.25. Hình nh cột trên hệ thống gia t i thí nghiệm

Hình 2.28. Cột sau khi gia t i


14
CHƯƠNG 3
PHÂN ÍCH KẾ QUẢ VÀ HẢO LUẬN
3.1. PHÂN ÍCH KẾ QUẢ VÀ HẢO LUẬN
Quá trình thí nghi m k t thúc khi chuy n v
5

cl

u c t quan sát

m t

nh và phá

ho i. Theo dõi quá trình thí nghi m, ghi chép s li u và so sánh v i
mô hình ph n t h u h n. K t qu

i d ng bi

t qu so sánh gi a th c nghi m và mô ph
di n trên cùng m t h t

.

c bi u

cho th y s sai khác c

pháp kh o sát. Ph

c hi

trình ch t o m

trong quá

c ti n hành thí nghi m.

Hình 3.1. Hình nh so sánh k t qu gi a mô hình số và
mô hình thí nghiệm
k t qu mô ph ng sát v i th c t thí nghi
chúng ta ph

các thông s

i

u vào. Tuy nhiên trên th c t ,

l c ma sát gi a b m t trong ng thép v i b m t lõi bê tông không
kh
bài toán kh

u này có

t. Trong lu

ng r t l

n k t qu
c hi n gi i


15
bài toán lý thuy t b ng các phép th d n v i l
ma sát khác nhau, k t qu so sánh v i th c nghi
s ma sát g

t các giá tr h s
xu t m t h

i th c t nh t (Hình 3.2).

Hình 3.2. Hệ số ma sát b m t ti p xúc gi a vỏ ống thép
v i lõi bê tông
Khi gia t i ta nh n th y ph n 1/3 chi u cao c t phía trên bi n
d ng r t l n so v i các v trí khác c a c

c bi t t i v trí chi u cao

kho ng 1,75m xu t hi n bi n d ng c c b . V i c p l c 300kN, ta
th y v trí nguy hi m nh

i v i bi n d ng thép x p x 3.500.10-

6

mm.
iv ic

ng b

ng phân b
th y v trí nguy hi m nh
th
3.4).

n d ng
t. V i c p l c 300kN, ta

i v i bi n d ng thép x p x 2500.10-6,

u so v i c t không có liên

Hình 3.3, Hình


16

Hình 3.4. Bi n dạng c a thép và l c tác dụng 200kN, 250kN, 300kN
Trong bi
nh , c hai c

bi n d ng bê tông, ta nh n th y v i các c p l c
u có bi n d

bi n d ng c a ng

thép (Hình 3.6, Hình 3.7, Hình 3.8). T c là lúc này gi a ng thép và
lõi bê tông t n t i m t l c liên k t. Có th nói lúc này bê tông và ng
thép làm vi

ng th

p l c l

ng bi n d ng bê tông c a c
còn theo bi n d ng v thép n a. Ta nh n th y ph n bê tông có xu
ng tách ra kh i v thép. V i l c càng l

u này nh n th y

iv ic
quan tr ng trong vi c gi ph n lõi bê tông khó tách r i v

Hình 3.6. Bi n dạng lõi bê tông v i l c 50kN, 100kN, 150kN


17

Hình 3.7. Bi n dạng lõi bê tông v i l c 200kN, 250kN, 300kN

Hình 3.8. So sánh chuyển v ống thép và bê tông
Kh o sát riêng t i v trí m t c t 1-1
v thép chênh l ch r t l

3.9

iv ic

nh c t, giá tr chuy n v
n l c nén gi a hai c t (Hình
n d ng th

ul ct

nh


18

Hình 3.9. Chuyển v c a ống thép v i các cấp l c khác nhau tại m t
cắt 1-1

Hình 3.10. Quan hệ gi a chuyển v

ỉnh cột - l c tác dụng


19

Hình 3.11. T

a lõi bê tông, ống thép v i các bu lông

Phân tích m i quan h gi

thép (Hình 3.12, Hình 3.13

i c a lõi bê tông và v
iv ic

u ng su t trong c

t x y ra

ch m. Khi l c tác d

n m t giá tr

x

nh thì s

t

md

n

ng su t trong c
ỡng t

ul cc ac

t

n v thân c

kh

u l c. Nguyên nhân c a vi c gi m kh

c tm

t ng

thép, s

t x y ra l

tm t

tm c

nh và không còn
ul cc a
h iv

V i c

u quá trình di n ra

gi

n
nc tm t

nh, nh vào tác d

v i bê tông, c t có kh
t

ul

t

n m t v trí cân b ng m i. C t ti p
nm

im im t

nh.


20

ối - ứng suất

Hình 3.12. Quan hệ gi

Hình 3.13. Quan hệ gi

ối - l c tác dụng, gi a ứng
suất - bi n dạng

Vai trò c

t quan tr ng trong kh

ch u l c c a c t ng thép nh i bê tông. Kh o sát trên mô hình v i các
giá tr gi a ng su t v i s
th

ng và kho ng cách hai bu lông cho ta

c m i quan h gi a các giá tr
tk t

ng th

ng và kho ng cách các bu lông.
d ng 3 bu lông b trí trên cùng m

ch u l c v i kho

xu t

u nhau 200 mm (Hình 3.14 ).


21

Hình 3.14. Quan hệ gi a số

ng, kho ng cách

hai bu lông v i ứng suất
3.2. NHẬN XÉ
Kh

ng th i hai mô hình c t có và không có liên k t ch u

c t cho ta th y r ng vai trò quan tr ng c a liên k t ch u c t trong kh
u l c c a c t ng thép nh i bê tông. Các liên k t ch u c t có
tác d

c liên k t gi a v thép và lõi bê tông làm gi m

s

u l c.
Trong th c t quá trình làm vi c c t ng thép nh i bê tông thì s
ng và v trí các bu lông

hóa s

ng. Vi c t

ng và kho ng cách các bu lông là c n thi t trong quá trình

thi t k .
K t qu thí nghi m cho g n sát v i k t qu mô hình ph n t h u
h n m t l n n a ki m ch

n c a lý thuy t áp d ng.

22
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
K

ậ

Lu

n hành nghiên c u kh o sát s

i

gi a ng thép và bê tông trên c hai mô hình lý thuy t và th c
nghi m. K t qu cho th y t ng quan v quá trình làm vi c c a c t
ng thép nh i bê tông trong c
ng s

ng h
i gi a ng thép và lõi bê

tông c a c u ki n c t ng thép nh

u ki n ch u nén

l ch tâm. K t qu cho th y s
n kh

ng nh t nh

c c a c t ng thép nh i bê tông.

Kh

xu
ng và kho ng cách gi

i

c t CFST làm vi c

hi u qu .
Cho th y quá trình phân ph i l i ng su t và bi n d ng c a c
ng h p c

o

D
12


23

K

ị





25-35)%.
