Thí nghiệm xác định khả năng chịu lực của sàn liên hợp thép bê tông sử dụng một số loại tôn phổ biến trên thị trường (tt)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

HUỲNH BÁ VINH

THÍ NGHIỆM
XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU LỰC

C
C
R
UT.L

CỦA SÀN LIÊN HỢP THÉP-BÊ TÔNG SỬ DỤNG
MỘT SỐ LOẠI TÔN PHỔ BIẾN TRÊN THỊ TRƯỜNG

D

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng
Mã số: 8.58.02.01
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Đà Nẵng, năm 2021


Cơng trình hồn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Quang Hưng

Phản biện 1: PGS.TS Phạm Thanh Tùng
Phản biện 2: TS Lê Anh Tuấn

C
C
R
UT.L

D

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng họp tại Trường Đại học Bách
khoa vào ngày 24 tháng 01 năm 2021.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
 Trung tâm Học liệu và Truyền thông, Trường Đại học Bách
khoa - ĐHĐN
 Thư viện Khoa Xây dựng cơng trình dân dụng và công
nghiệp, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN


1

MỞ ĐẦU
Tính cần thiết của đề tài:
Hiện nay, sàn liên hợp thép – bê tông đang được sử dụng ngày càng
nhiều trong thiết kế nhà dân dụng và công nghiệp. Khi thiết kế sàn liên
hợp phải tuân thủ tiêu chuẩn Eurocode 4, dựa vào tính chất cơng trình
và chọn kích thước tôn chuyên dụng (tôn sàn Deck) phù hợp. Tuy

nhiên, trên thực tế vẫn có khá nhiều cơng trình dân dụng vừa và nhỏ
sử dụng tôn lợp mái (độ dày thường từ 0,45mm đến 0,5mm) thay cho
tôn sàn chuyên dụng để làm kết cấu sàn liên hợp với chiều dài nhịp
sàn khoảng 1,0m.
Việc sử dụng tôn lợp mái để làm kết cấu sàn liên hợp như trên hoàn

C
C
R
UT.L

toàn chưa quy định trong tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành mà chủ yếu
dựa trên kết quả thi công thực tế ở các cơng trình tương tự đã có. Do

D

đó, khó kiểm sốt kết quả thiết kế, cũng như gây mất an toàn cho cơng
trình khi đi vào vận hành.

Đề tài “Thí nghiệm xác định khả năng chịu lực của sàn liên hợp
thép-bê tông sử dụng một số loại tôn phổ biến trên thị trường”
nhằm xác định và đánh giá khả năng làm việc của kết cấu sàn liên hợp
khi sử dụng một số loại tôn lợp mái thông dụng để đưa ra những lời
khuyên hữu ích đến người thiết kế khi lựa chọn kết cấu sàn là sàn liên
hợp thép – bê tông.
Mục tiêu nghiên cứu:
Đề tài tập trung vào việc chế tạo các tấm sàn liên hợp phù hợp với
quy định của EC4 sử dụng một số loại tôn trên thị trường hiện nay.
Sau đó, tiến hành thí nghiệm để xác định khả năng chịu lực của từng

2

loại sàn, đánh giá và đưa ra những lời khuyên hữu ích phục vụ cho
thiết kế sàn liên hợp.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Sàn liên hợp sử dụng một số loại
tôn trên thị trường hiện nay với các cấp bền khác nhau.
- Phạm vi nghiên cứu: Xác định khả năng chịu lực của sàn
liên hợp.
Phương pháp nghiên cứu: Dùng phương pháp nghiên cứu thực
nghiệm, cụ thể như sau:
- Thu mua các loại tôn phục vụ cho thí nghiệm có sẵn trên
thị trường thành phố Đà Nẵng và thường được các nhà

C
C
R
UT.L

thầu thi công sử dụng, gồm 3 loại: 02 loại tơn lợp mái (9
sóng, 11 sóng) dày 0,5mm và 01 loại tơn sàn Desk loại

D

H50W1000 dày 0,5mm;

- Chuẩn bị bê tông với 2 mác thông dụng: M250 và M300.
Bê tông được đặt mua từ Công ty chuyên bê tông xây
dựng;

- Tiến hành đúc mẫu sàn liên hợp theo tiêu chuẩn EC4 và
các tiêu chuẩn hiện hành liên quan;
- Tưới ẩm, bảo dưỡng mẫu liên tục cho đến khi mẫu sàn
đủ 28 ngày tuổi;
- Tiến hành thí nghiệm gia tải, quan sát q trình làm việc
của mẫu sàn đến lúc phá hoại, ghi số gia tải lớn nhất cho
mỗi mẫu sàn;


3

- Tổng hợp, phân tích, đánh giá q trình làm việc của mẫu
sàn, xác định khả năng chịu lực tới hạn của mẫu, tổng
hợp cho từng nhóm mẫu;
- Kết luận khả năng chịu lực đại diện cho từng nhóm mẫu
sàn và đưa ra các khuyến nghị hữu ích phục vụ cho công
tác thiết kế sàn liên hợp.
Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài:
Kết cấu sàn liên hợp gồm: Bê tông và tôn sàn Desk đã được sử
dụng rộng rãi trong các cơng trình dân dụng và cơng nghiệp quy mô
vừa và lớn, kết cấu đã dần trở nên quen thuộc với các nhà thiết kế trong
nước với ưu điểm rút ngắn tiến độ thi công. Tuy nhiên, với những cơng

C
C
R
UT.L

trình nhà quy mơ vừa và nhỏ hiện nay, việc sử dụng tôn lợp mái thay
thế cho tôn sàn Desk làm kết cấu cho sàn liên hợp là tương đối nhìu

D

nhằm tối ưu nhất về chi phí. Việc sử dụng tôn lợp mái làm kết cấu sàn
liên hợp như vậy là chưa được quy định trong tiêu chuẩn, quy chuẩn
trong nước và cả ngoài nước. Mà chỉ dựa vào những tính tốn ổn định
mang tính tương quan, cũng như kinh nghiệm triển khai thi cơng thực
tiễn. Do đó, loại kết cấu sàn này cần được nghiên cứu, thí nghiệm và
thử nghiệm nhiều hơn để đưa ra những lời khuyên hữu ích cho người
thiết kế, để hạn chế thấp nhất những rủi ro mà thiết kế chưa lường hết
được.
Nội dung luận văn:
Nội dung chính của luận văn được trình bày trong 3 chương:
Chương 1. Tổng quan về sàn liên hợp thép - bê tơng.
Chương 2. Chương trình thí nghiệm.
Chương 3. Kết quả thí nghiệm.


4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SÀN LIÊN HỢP THÉP - BÊ
TÔNG
1.1. Tổng quan về kết cấu liên hợp

1.1.1. Lịch sử hình thành
Lịch sử phát triển của kết cấu liên hợp thép – bê tông gắn liền với
lịch sử phát triển của kết cấu thép và kết cấu bê tông cốt thép.
Tuy ra đời muộn hơn một số kết cấu truyền thống như kết cấu thép,
kết cấu bê tông, kết cấu gỗ… nhưng dạng kết cấu này cũng đã được
sử dụng tới hơn thế kỷ và ngày càng có nhiều ưu việt cần phải khai

thác.

1.1.2. Các cơng trình hiện hữu

C
C
R
UT.L

1.1.3. Đặc điểm, yêu cầu cấu tạo của sàn liên hợp thép – bê tông

D

1.1.4. Ưu điểm, nhượt điểm
Ưu điểm:

- Tiến độ thi cơng, chi phí được tối ưu hơn;
- Ngồi ra, kết cấu liên hợp thép-bê tơng có khả năng vượt nhịp
lớn, chiều cao dầm giảm nên tăng không gian sử dụng, giảm
chiều cao tầng.
Nhượt điểm:
- Chiều cao cơng trình cịn hạn chế, ít được áp dụng cho cơng
trình nhiều tầng và siêu cao tầng.
1.2. Sự làm việc và các dạng phá hoại của kết cấu sàn liên hợp
Ba dạng làm việc của bản sàn liên hợp:


5

- Tương tác hồn tồn: Khơng có trượt giữa thép và bê tơng ở

mặt tiếp xúc, phá hoại có thể dẻo hoặc giịn, lực tới hạn Pu lớn
nhất;
- Khơng tương tác: Trượt rất lớn xảy ra tại bề mặt tiếp xúc của
bê tơng và thép, gần như khơng có sự truyền lực cắt, lực tới
hạn Pu nhỏ nhất;
- Tương tác một phần: Trượt bé, lực cắt truyền một phần, tải
tới hạn Pu có giá trị trung gian giữa 2 trường hợp trên, phá
hoại giòn hoặc dẻo.
Các dạng phá ho��ch thủy lực và các thiết bị đo theo sơ trên. Kết nối toàn bộ thiết bị
đo với Data Logger để ghi số liệu tự động và chính xác cao theo từng
bước 01 giây.
Bước 2: Gia tải thử nghiệm với mẫu thử, kiểm tra sự làm việc của
các dụng cụ đo với mẫu sàn thử nghiệm và hiệu chỉnh để bắt đầu tiến
hành thí nghiệm.
Bước 3: Tiến hành gia tải thí nghiệm, gia tải liên tục và đều đặn
cho đến khi mẫu bị phá hoại hồn tồn. Quan sát q trình làm việc

C
C
R
UT.L

của sàn trong suốt q trình thí nghiệm. Xác định thời điểm xuất hiện
vết nứt, thời điểm tấm tôn bị bong tách ra khỏi phần bê tơng.

D

2.5. Tính tốn khả năng chịu lực của 4 nhóm mẫu

Kết quả tính tốn khả năng chịu lực của 4 nhóm mẫu được triển

khai thí nghiệm gia tải, với 2 trường hợp phá hủy như bảng sau:
Trường hợp phá hủy

TL 9 M250

Tải trọng Pth (kN)
TL 11 - Desk M250
M250

Desk M300

I. Ứng với KT mẫu thực tế thí nghiệm
Tiết diện chịu mơmen
dương giới hạn
Tiết diện chịu lực cắt
đứng giới hạn

46

37

41

41

395

293

257

311


14

Trường hợp phá hủy

TL 9 M250

Tải trọng Pth (kN)
TL 11 - Desk M250
M250

Desk M300

II. Ứng với KT mẫu sàn bề rộng 1,00m
Tiết diện chịu mômen
dương giới hạn
Tiết diện chịu lực cắt
đứng giới hạn

123

124

121

123

1054

978

766

930

Từ kết quả tính tốn trên, tiến hành lựa chọn thơng số kỹ thuật
Load-Cell và kích gia tải phù hợp với bước gia tải đủ nhỏ để đảm bảo
thể hiện đầy đủ và chi tiết quá trình làm việc của mẫu nhằm đưa ra
đánh giá chính xác hơn về ứng xử của từng nhóm mẫu.

C
C
R
UT.L

2.6. Dự đốn cơ chế phá hoại mẫu

D

Theo kết quả tính tốn ở Mục 2.5, tải trọng dùng để gia tải Pth ứng
các nhóm mẫu là khá lớn do xét khả năng chịu lực của mẫu sàn khi 2
vật bê tông-thép làm việc đồng thời cho đến lúc đạt trạng thái phá hoại.
Tuy nhiên, trong đề tài thí nghiệm này, tác giả chỉ tập trung xét ảnh
hưởng từ lực bám dính thuần túy giữa bê tơng và thép tạo ra do q
trình thủy hóa xi-măng. Do đó, tác giả dự kiến tải trọng Pth thực tế khi
gia tải sẽ nhỏ hơn giá trị tính toán ở 2 trường hợp trên.
Dự đoán, sự làm việc của mẫu sàn thuộc dạng tương tác một phần,

dạng phá hoại của mẫu là dạng phá hoại II, sự phá hoại của mẫu là phá
hoại giịn. Nhìn chung, khi gia tải đến tải trọng Pth thực tế, mẫu sẽ bị
bong, tách rời tấm tôn ra khỏi bề mặt bê tông, do bê tông chịu kéo kém
nên sẽ xuất hiện vết nứt và gãy đột ngột tại vị trí xung yếu nhất định,
mẫu sàn mất khả năng chịu lực.


15

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
3.1. Hình ảnh gia tải thí nghiệm đến khi mẫu bị phá hoại và xuất
hiện vết nứt
Nhận xét chung:
- Khi gia tải đến mức độ đủ lớn, làm liến kết giữa bê tông và tấm
tôn dần dần bong, tách và phá vỡ liên kết, quá trình phá vỡ liên
kết giữa bê tơng – tấm tơn phát sinh những tiếng nổ từ nhỏ (tiếng
Lách tách) cho đến lớn (tiếng Bùng – khi đó mẫu bị phá hủy hoàn
toàn).
- Các mẫu khi đạt trạng thái phá hoại, đều xuất hiện vết nứt ở phạm

C
C
R
UT.L

vi giữa bụng của mẫu, nơi chịu mơmen dương lớn nhất. Tại 2 vị
trí gối tựa khơng xuất hiện vết nứt.

D

Hình 3.7: Mẫu D-M300-m2 bị phá hoại.


16

Vết nứt

C
C
R
UT.L

Hình 3.8: Vết nứt sau khi mẫu bị phá hoại ở mẫu D-M300-m2.

D


17

3.2. Tương quan giữa tải trọng và biến dạng nén mặt dưới và mặt
trên của mẫu

3.2.1. Nhóm mẫu TL 9 - M250
70
60

Tải trọng P (kN)

50
40

C
C
R
UT.L

30

D

20

Mặt trên (st-)
Mặt dưới (st+)

10
0

0

100

200

300
400
500
Strain (µm/m)

600

Các giá trị đặc trưng của nhóm mẫu sàn thí nghiệm như sau:
Tải trọng P (kN)
59,55

Strain (µm/m)
Mặt dưới (+)

Mặt trên (-)

134,8

141,0

700


18

3.2.2. Nhóm mẫu TL 11 - M250
70

60

Tải trọng P (kN)

50

40

30

C
C
R
UT.L

Mặt dưới (st+)

20

D

Mặt trên (st-)

10

0
0

100

200

300
400
500
Strain (µm/m)

600

Các giá trị đặc trưng của nhóm mẫu sàn thí nghiệm như sau:
Tải trọng P (kN)
63,34

Strain (µm/m)
Mặt dưới (+)

Mặt trên (-)

190,0

175,0

700


19

3.2.3. Nhóm mẫu tơn Deck - M250
70

60

Tải trọng P (kN)

50

40

30
Mặt dưới (st+)

C
C
R
UT.L

20

Mặt trên (st-)

D

10

0

0

100

200

300
400
500
Strain (µm/m)

600

Các giá trị đặc trưng của nhóm mẫu sàn thí nghiệm như sau:
Tải trọng P (kN)
65,15

Strain (µm/m)
Mặt dưới (+)

Mặt trên (-)

359,8

246,0

700


20

3.2.4. Nhóm mẫu tơn Deck – M300
70

60

Tải trọng P (kN)

50

40

30

C
C
R
T.L

Mặt dưới (st+)

20

DU

10

Mặt trên (st-)

0
0

100

200

300
400
Strain (µm/m)

500

600

Các giá trị đặc trưng của nhóm mẫu sàn thí nghiệm như sau:
Tải trọng P (kN)
68,46

Strain (µm/m)
Mặt dưới (+)

Mặt trên (-)

598,0

396,2

700


21

3.3. Tương quan giữa tải trọng và độ võng tại giữa nhịp
Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng P và độ võng ở giữa nhịp của 4 nhóm
mẫu sàn (xét cùng bề rộng sàn 1m) được thể hiện như sau:

C
C
R
UT.L

D

Các giá trị đặc trưng của 4 nhóm mẫu sàn thí nghiệm như sau:
Bê tơng M250

BT M300

Tên mẫu
TL 9 sóng

TL11 sóng

Tơn Desk

Tôn Desk

Pmax (kN)

59,55

63,34

65,15

68,46

fmax (mm)

1,35

1,45

1,85

1,80


22

3.4. Phân tích sự làm việc của mẫu sàn
Có thể nhìn thấy, sự làm việc chung của 4 mẫu thí nghiệm tương
đối đồng đều nhau, phù hợp với bản chất nhận định ban đầu về sự làm
việc của dạng kết cấu chịu uốn như mẫu thí nghiệm đề ra.
Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng P và độ võng ở giữa nhịp của 4 nhóm
mẫu sàn (xét cùng bề rộng sàn 1m) có thể chia ra 3 giai đoạn chính:
- Giai đoạn làm việc đàn hồi (đoạn AB): Quan hệ giữa tải trọng và
độ võng gần như tuyến tính.
- Giai đoạn làm tách dần giữa tôn và bê tông (đoạn BC): Trong giai
đoạn này, tải trọng tăng chậm tuy nhiên độ võng tăng nhanh.

C
C
R
UT.L

- Giai đoạn phá hoại (đoạn CD): Trong giai đoạn này, tơn tách hồn
tồn ra khỏi lớp bê tông, xuất hiện vết nứt đột ngột, sàn bị phá hoại,

D

mất khả năng chịu tải.

3.5. Kết luận

- Khả năng chịu trượt dọc thuần túy của mẫu chỉ bằng khoảng 50%
khả năng chịu mômen dương tại giữa nhịp và nhỏ hơn rất nhiều so với
khả năng chịu lực cắt đứng tại 2 đầu gối tựa.
- Mẫu sàn liên hợp sử dụng tôn lợp mái bị phá hủy đột ngột, tức
phá hoại giịn; ngược lại sàn sử dụng tơn Deck chun dụng có giai
đoạn làm việc dẻo nên đảm bảo độ an tồn.
- Với 2 loại tơn lợp mái, với đặc tính tiết diện sóng tơn thấp nên
phần thép chịu kéo có cánh tay địn đến trục trung hịa lớn hơn, do đó
phát huy tốt hơn về mặt chịu tải trọng. Tuy nhiên, hạn chế về mặt chịu
chuyển vị, do bề mặt tơn phẳng nên liên kết bám dính với bê tơng thấp,
dễ bị tách rời khi có chuyển vị lớn;


23

- Với 2 loại tôn sàn Deck chuyên dụng: Phát huy tốt sự làm việc
đồng thời giữa bê tông và thép nên đạt được độ võng cho phép lớn
hơn.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Luận văn trình bày kết quả thực nghiệm về sự làm việc khác nhau
của kết cấu sàn liên hợp khi sử dụng tôn sàn chuyên Desk và tôn không
chuyên dụng (tôn lợp mái). Dựa vào kết quả thực nghiệm, có thể rút
ra những kết luận chính như sau:
- Sự làm việc của sàn liên hợp thép – bê tông cơ bản tuần theo sự

C
C

R
UT.L

làm việc của kết cấu sàn bê tơng cốt thép chịu uốn, có thể chia ra thành
3 giai đoạn chính: (1) - Giai đoạn làm việc đàn hồi, (2) - Giai đoạn làm

D

tách dần giữa tôn và bê tông, (3) - Giai đoạn phá hoại.

- Trong kết cấu sàn liên hợp thép – bê tông, sự làm việc đồng thời
giữa 2 vật liệu chính này là rất quan trọng, nó quyết định sự làm việc
ổn định và bền vững của kết cấu.
- Sàn liên hợp sử dụng tôn lợp mái bị phá hủy đột ngột, tức phá
hoại giịn; ngược lại sàn sử dụng tơn Deck chuyên dụng có giai đoạn
làm việc dẻo nên đảm bảo độ an toàn.
- Kết quả thực nghiệm cho thấy, giá trị tải trọng phá hoại mẫu ứng
với khả năng chịu trượt dọc thuần túy của mẫu chỉ bằng khoảng 50%
khả năng chịu mômen dương tại giữa nhịp và nhỏ hơn rất nhiều so với
khả năng chịu lực cắt đứng tại 2 đầu gối tựa. Từ thực tế này, cho thấy
việc bố trí đầy đủ các đinh chống trượt ở 2 đầu gối tựa là rất quan trọng


24

và cần thiết nhằm phát huy tối đa khả năng làm việc của 2 loại vật liệu:
thép và bê tông.
- Liên kết giữa tôn lợp và bê tông trong kết cấu sàn liên hợp không
ổn định, dễ bị bong tách dưới tác động co giản bởi nhiệt độ môi trường,
đặc biệt với khí hậu 4 mùa như ở Việt Nam. Do đó, việc sử dụng tơn

lợp mái cho kết cấu sàn liên hợp như hiện nay là không đảm bảo tin
cậy.
- Hạn chế sử dụng loại kết cấu này cho những cơng trình có tính
chất rung động thường xun, nhằm tránh gây ảnh hưởng đến liên kết
giữa tôn và bê tông.

D

C
C
R
UT.L