ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

TẠ

NG TRƢNG

KHẢO SÁT SỰ LÀM VIỆC CỦA ỐNG THÉP
CÓ ĐƢỜNG HÀN XOẮN NHỒI BÊ TÔNG

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

LUẬN VĂN T ẠC SĨ KỸ THUẬT
XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Đà Nẵng - Năm 2018


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. PHẠM MỸ

Phản biện 1: PGS. TS. Nguyễn Ngọc Phương
Phản biện 2: TS. Đặng Công Thuật

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng
và công nghiệp họp tại Trường Đại học Bách Khoa vào ngày 11

tháng 3 năm 2018.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa
- Thư viện Khoa Kỹ thuật xây dựng công trình Dân dụng & Công
nghiệp, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng.


1

ỞĐ U
1. T h

thi t ủ

tài

Hiện nay, cột ống thép trơn nhồi bê tông (không có đường hàn
xoắn) đã được nghiên cứu rộng rãi.

u h t ống thép trơn được ch

tạo sử dụng công nghệ truyền thống, cho năng suất thấp.

ơn n

đối với ống thép trơn, hạn ch ớn nhất à iên k t gi a lõi bê tông và
thành ống thép thấp, chư ph t huy h t khả năng àm việc c
vật iệu trong k t cấu iên hợp.


t ng

o đó giải ph p tăng cường độ bê

tông để tăng khả năng àm việc c

cột không ph t huy hiệu quả.

Trong khi đó cột ống thép có đường hàn xoắn nhồi bê tông hiện nay
chư được nghiên cứu. oại ống thép này g n đ y được ch tạo sử
dụng công nghệ tiên ti n, cho năng suất c o.

ề mặt nghiên cứu, dự

đo n oại cột này khả năng iên k t gi

i bê tông và thành ống

thép tốt, có thể ph t huy h t sự àm việc c

vật iệu bê tông và ống

thép.
việc c

ì vậy, giải ph p tăng cường độ bê tông để tăng khả năng àm
cột có thể ph t huy hiệu quả.

Trong nghiên cứu này, đối với ống thép có đường hàn xoắn ốc
c a JPE, yêu c u đặt ra là khảo sát khả năng sử dụng bê tông cường

độ cao k t hợp với ống thép thành mỏng cường độ cao, có cải thiện
đ ng kể khả năng chịu nén c
Đ y ch nh à

cột C T hay không?

do để uận n đề uất và tập trung nghiên cứu đề

tài Khảo sát sự làm việc c a cột ống thép có đường hàn xoắn nhồi
bê tông , đ y à đề tài m ng t nh thời sự và cấp thi t, có nghĩ kho
học và thực tiễn, c n được tập trung nghiên cứu để àm r bản chất
c

vấn đề.


2
2. Mục tiêu nghiên cứu:
Khảo s t ứng ử c

cột ống thép có đường hàn xoắn nhồi bê

tông trên cơ sở so s nh, đ nh gi sự kh c biệt đối với cột ống thép
trơn nhồi bê tông.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu


Đối tượng nghiên cứu: Cột ống thép có đường xoắn nhồi bê tông
và cột ống thép trơn (không có đường xoắn) nhồi bê tông.




Phạm vi nghiên cứu: Sử dụng phương ph p số để khảo s t bài
to n.

4. Phƣơ g há


Phương ph p

ghiê

ứu

thuy t: Tìm ki m và tập hợp tài liệu; nghiên cứu

và tìm hiểu lý thuy t cơ học vật rắn bi n dạng,
h u hạn,


thuy t ph n tử

y dựng c c mô hình số để mô phỏng bài to n.

Phương ph p số:

y dựng mô hình số khảo s t ứng ử c

cột


ống thép có đường hàn oắn nhồi bê tông.


So s nh

Đ nh gi : So s nh, đ nh gi với cột ống thép trơn

nhồi bê tông, để àm r ứng ử kh c nh u gi
àm s ng tỏ k t quả dự đo n.

ch ng, đồng thời


3
C ƢƠNG 1: TỔNG

U N V C T ỐNG T

PN Ồ

TÔNG
1.1.

Giới thiệu tổng quan

1.1.1. Khái niệm cột ố
K t cấu liên hợp ống thép nhồi bê tông (Concrete Filled Tube
(CFT) xem ình 1.1) là một cấu kiện iên hợp gồm ống thép được
nhồi đặc bằng bê tông cường độ cao hoặc trung bình. Thông thường
sử dụng ống tròn hoặc có thể vuông. K t cấu CFT có nhiều ưu điểm

về độ cứng, cường độ, khả năng chống bi n dạng, khả năng chống
ch y, đóng v i tr v n khuôn khi thi công, giảm chi phí và thời gian
thi công. Loại k t cấu này có thể áp dụng cho nhiều loại công trình
nhà xây dựng, ưởng và các công trình c u đường.

ình 1.1: Cấu tạo k t cấu ống thép nhồi bê tông.
1.1.2. Phân loại cột ống thép nh i bê tông
Cột C T được ph n àm c c oại ch nh s u đ y:


Cấu kiện có ti t diện rỗng hình vuông/square hollow section
(SHS), hoặc cột có ti t diện rỗng hình ch

nhật/rectangular

hollow section (RHS).


Cấu kiện với hai lớp ống thép/concrete-filled duoble skin tubes
(CFDT).


4


Cấu kiện sử dụng bê tông cốt thép truyền thống bao bọc CFT

1.2.

Mụ


h/mụ tiêu và ộ g ơ ủ

tài nghiên cứu

1.2.1.


c định khả năng chịu lực c a cột CFT khi hệ số ma sát gi a
lõi bê tông và thành ống th y đổi.



c định được các tham số thứ cấp: ứng suất tại bề mặt ti p xúc
(ứng suất ti p, ứng suất pháp).



So s nh, đ nh gi và đề xuất giải pháp thi t k .

1.2.2. ộ
iện n y oại k t cấu ống thép nhồi bê tông đã bắt đ u triển
kh i phổ bi n tại

iệt N m nhưng chư có nhiều nghiên cứu về oại

k t cấu này s o cho ph t triển ch ng ph hợp với điều kiện
tại

y dựng


iệt N m.C c nghiên cứu dựa trên mô phỏng số còn hạn ch về

số ượng và việc phân tích vẫn chư s u sắc do tính chất phức tạp
c a loại k t cấu liên hợp này.
ì vậy c n có nhiều nghiên cứu chuyên s u nhằm gi p cho
người thi t k tại

iệt N m có nhiều hiểu bi t hơn về oại k t cấu

này. Đ y c ng ch nh à
t c gi

ống thép và

chịu nén .

do để đề uất đề tài nghiên cứu Sự tương
i bê tông đối với cột ống thép nhồi bê tông


5
C ƢƠNG 2: CƠ SỞ

T U

T KHẢO SÁT SỰ ỨNG XỬ

C T ỐNG THÉP CÓ ĐƢỜNG HÀN XOẮN NHỒ
TR NG Đ

2.1.

Tổ g u

2.1.1.

U K ỆN C

T NG

UN N

.
ộ

.

Có thể chịu kéo và chống mô men uốn một cách hiệu quả, mô
men quán tính sẽ đạt giá trị lớn nhất. Bê tông bên trong ống thép
được em như

i cứng, chịu tải trọng nén nên cột C T được dùng

cho cột chịu tải nén lớn.Liên k t gi a ống thép và bê tông góp ph n
ngăn cản sự mất ổn định cục bộ c a thép. Trong nghiên cứu này, đối
với ống xoắn ốc c a JPE, yêu c u đặt ra là khảo sát khả năng sử dụng
bê tông cường độ cao k t hợp với ống thép thành mỏng cường độ cao,
nó sẽ cải thiện đ ng kể khả năng chịu nén c a CFT.
2.1.2.


ộ

Ống thép có thể thay th cho cốp-pha.

o đó, có thể giảm vật

liệu cốp-pha và chi phí nhân công.Ti n độ dự án nhà cao t ng nhanh,
ti t kiệm chi phí xây dựng cả về vật chất và thời gian.
Liên k t gi a d m và cột được thi t k và lắp đặt một c ch đơn
giản. Khi bê tông cường độ c o được sử dụng, có thể làm giảm kích
thước cột, không gian sử dụng tăng ên. Điều này dẫn đ n giảm chi
phí c a tòa nhà.
2.1.3.
Cho đ n nay, sự tương t c c a hai vật liệu vẫn chư được đ nh
gi đ y đ bởi vì rất khó để hiểu được cơ ch hoạt động c a diện ti p
xúc [1]. Trong thực t , ứng xử c a CFT phụ thuộc rất nhiều vào các
y u tố như hiệu ứng hạn ch nở hông bê tông, ứng suất dư, độ co


6
ngót, t bi n, dạng tải trọng, liên k t v.v. trong đó c c thông số này
tương t c ẫn nhau trong thời gian làm việc c a nó.
Nhưng nghiên cứu hiện tại chỉ tập trung vào việc phân tích hiệu
quả đối với một số thông số nói trên mà phù hợp với các thí nghiệm
do Đại học

ch kho TP. ồ Ch

inh đề xuất.
ệ


2.1.4.

Trong nghiên cứu này tập trung khảo sát sự tương t c gi a ống
thép và

i bê tông đối với cột ống thép nhồi bê tông chịu nén, trong

đó ống thép được sản xuất bởi Tập đoàn Thép

Nhật ản.

ột c ch ngẫu nhiên, một trong nh ng ống thép được gọi là ống
xoắn ốc, được sản uất bởi công nghệ hàn với đường hàn oắn ốc
c

Tập đoàn thép

. Ống thép hình oắn ốc nhồi bê tông cho thấy

hiệu suất cao so với c c oại ống thép kh c.
Ph t h h t h u hạ
ắ hồi ê t g
ộ

2.2.1.
a)

ệ


t

u ột ố g th

ƣờ g

ố
1.0

Concrete compression damage

25

Compression damage parameter

Damage parameter

Yield Stress (MPa)

0.8

20

15

10

0
0.000


0.6

0.4

0.2

5

0.002

0.004

0.006

0.0
0.000

0.008

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

Inelastic Strain


Inelastic Strain

ình 2.1: Ph hoại nén bê tông với
1.00

2.5

Yield Stress (MPa)

2.0

0.75

Damage parameter

2.2.
hà

Tensile behavior
1.5

1.0

0.50

Tension Damage
0.25

0.5


0.0000

0.0005

0.0010

0.0015

0.0020

Cracking strain

ình 2.2: Ph hoại kéo bê tông với

0.00
0.0000

0.0005

0.0010

Cracking strain

0.0015

0.0020


7

b)
500

Stress (MPa)

400

S11 f y  370.997 MPa fu  444.091MPa
S12 f y  359.953 MPa fu  430.991MPa

300

S13 f y  352.005 MPa fu  433.617 MPa
200

100

0
0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10


0.12

0.14

Strain

ình 2.3: u n hệ gi

ứng suất và bi n dạng c

2.2.2.
ố
ộ
ảng 2.1: Thuộc t nh hình học và cơ học c
ỆU

TT

ỐNG T P
(mm)

CƢỜNG
Đ
T
fck [MPa]

H

D


t

vật iệu ống thép

mô hình mô phỏng
G

C

1

A-1-1

25

500

400

9.6

Ống c n nóng

2

A-1-2

25

500


400

9.6

Ống oắn ốc

3

A-2-1

40

500

400

9.6

Ống c n nóng

4

A-2-2

40

500

400


9.6

Ống oắn ốc

2.3. Ph
tông CFT

t h h

t h u hạ

ột ê t

g ố g th

hồi ê

2.3.1.
2.3.2.
ệ
Đề tài sử dụng phương ph p pen ty ử việc duy trì ràng
buộc ti p c một c ch đơn giản và k t quả trong c c m trận độ
cứng ti p tuy n c định dương được duy trì đảm bảo cho sự hội tụ
c bài to n.
2.3.3.
Nghiên cứu sử dụng ph n tử 3D-stress C3 8R. Đ y à ph n tử
khối 8 n t với kỹ thuật giảm điểm t ch ph n G uss, trong trường hợp
này một điểm t ch ph n được sử dụng. Đối với các ống thép vì bề
dày tương đối lớn, có đường hàn dạng oắn ốc. o đó sử dụng ph n



8
tử 8 nút liên tục (C3D8R) hợp hơn. ơn n , ph n tử C3 8R sẽ
mô tả chính xác các ứng xử cơ học c a ống so với c c ph n tử tấm
vỏ; ph n tử C3 8R khi sử dụng kỹ thuật giảm điểm t ch ph n cho
nên hiện tượng she r- ocking được oại bỏ. o đó, ph n tử C3D8R
thường là sự lựa chọn tốt nhất cho mô phỏng hiện tại.
a)

-1-1, A-2-1

a)

b)

c)

ình 2.4:Ph t sinh ưới điển hình c
) Tấm bản đ y b) Tấm gi tải c) Ống thép d)

b)

d)

e)

cột C T: -1-1, A-2-1
i bê tông e) Cột C T hoàn chỉnh


-1-2, A-2-2

a)

b)

c)

d)

e)

ình 2.5:Ph t sinh ưới điển hình c cột C T: -1-2, A-2-2
) Tấm bản đ y b) Tấm gi tải c) Ống thép d) i bê tông e) Cột C T hoàn
chỉnh

2.4.

K t uậ Chƣơ g 2



Xây dựng được tổng qu n về c c ưu nhược điểm về mặt kinh t
và kỹ thuật c cột C T; đặt vấn đề y dựng bài to n uất ph t
t nhu c u thực tiễn; tóm tắt được c c công trình nghiên cứu iên
qu n đã thực hiện và t đó cho thấy được t nh cấp thi t và
nghĩ về mặt kho học c đề tài.




y dựng được cơ sở thuy t t nh to n cho c c cấu kiện C T,
thuy t này được trình bày một c ch chặc chẽ, kho học tạo
thành một quy trình ph n t ch t nh to n đối với cấu kiện C T nói
riêng và c c k t cấu tương tự nói chung.


9
C ƢƠNG 3: P ƢƠNG P
TC
3.1.

P SỐ: P ỤNG V P

N

K T QỦ

Cột CFT: A-1-1 và A-1-2

3.1.1.
K t quả phân tích cho thấy sự ph n bố p ực ti p
xuất hiện c

c và thời gian

nó diễn ra phức tạp. Sự phân bố áp lực ti p xúc khác

nh u tại t ng khu vực trên cột, và thời gian xuất hiện c

nó c ng


khác nhau.

ình 3.1:Ph n bố ứng suất ti p

c tại đỉnh ống thép cột

Sự bi n dạng trong i bê tông tăng đ ng kể. Vì vậy, sự nở hông
c
i bê tông gi tăng nh nh chóng cho đ n khi p ực ti p c đạt
tới ngư ng 12,98 P , s u đó cơ ch ti p xúc bị ph hoại và p ực
ti p c giảm nhanh.
3.1.2.

ình 3.2:Ph n bố p ực cắt ti p

c tại đỉnh ống thép

K t quả chứng minh rằng lực cắt ti p c ngược ại với áp lực
ti p xúc. K t quả thu được hợp lý, các khu vực p ực ti p xúc xảy r
thì p ực ti p xúc cắt c ng ảy r đồng thời. Ứng xử c
p ực ti p
c c ng được khảo sát trong ba khu vực khác nhau trên cột: đỉnh,
gi và ch n cột. K t quả mô tả trong ình 3.2cho thấy trong giai
đoạn bắt đ u gi tải trên đỉnh cột, p ực ti p c và p ực ti p c


10
cắt ảy r đồng thời với ngư ng p ực ti p cắt -0.5 P . o đó, hệ
| ⁄ | |

⁄
|
số ma sát có thể đạt được
. Khi
ti p tục gia tải ên i bê tông cho đ n khi phá hoại, p ực ti p c
cắt đạt đ n ngư ng 2,48 P tương ứng với áp lực ti p c tại 6,1
MPa. c này hệ số ma sát tại bề mặt ti p xúc lại được xác minh ở
| ⁄ |
cùng khu vực nhưng thời gian gia tải khác nhau
|
⁄
|
. K t quả thu được hợp lý vì hệ số ma sát chỉ
phụ thuộc vào đặc tính bề mặt vật liệu (bề mặt trong ống thép), à
một hằng số, không th y đổi trong mọi trường hợp. o đó, mặc dù
tải tác dụng th y đổi nhưng tại bất kỳ thời điểm nào thì hệ số ma sát
c ng à một hằng số.
3.1.3. Kh o sát mối quan hệ giữa l c và chuy n vị

c

ình 3.3: qu n hệ ực-chuyển vị
i bê tông vs. hệ số m s t

K t quả trong

ình 3.4: Qu n hệ ực-chuyển vị
c
i vs. cường độ c bê tông


ình 3.3 và

ình 3.4cho thấy c c quy uật ảnh

hưởng c a hệ số m s t đối với giá trị tới hạn c a lực t c động lên
đỉnh lõi bê tông. Khi hệ số m s t tăng t 0,2 đ n 0,7. Khi hệ số ma
s t th y đổi, lực tác dụng lên đỉnh
sự th y đổi cường độ bê tông.

i bê tông th y đổi đ ng kể so với

o đó, t nh chất bề mặt ti p xúc c a

ống thép ảnh hưởng đ n lực t c động trên lõi bê tông một c ch vượt
trội th y vì tăng cường độ bê tông.

o đó, đối với các ống thép trơn

trong cấu kiện C T, khi tăng cường độ bê tông khả năng àm việc
chung gi a bê tông và thép không hiệu quả.


11
ị

3.1.4.

ố

Các k t quả mô phỏng cho thấy rằng chuyển vị bên trong và

ngoài ống rất khác nhau ở ph n đ y và ph n trên cùng c a ống thép
do ảnh hưởng tải và hiệu ứng điều kiện biên. Nhưng Khi lõi bê tông
bắt đ u trượt, trong gi i đoạn này sự nở hông c
phát triển nh nh chóng.

o đó, p ực ti p

i bê tông bắt đ u

c tương t c gi

tông và thành ống thép tăng ên; đồng thời p ực ti p

ibê

c c ng tăng

một c ch tương tự. Điều này dẫn đ n tải trọng t c động ên đỉnh

i

bê tông c ng tăng ên.
3.2.

Cột CFT: A-1-2 và A-2-2

3.2.1.
a)
K t quả cho thấy p ực ti p xúc liên tục th y đổi vì vậy mức độ
ti p xúc gi a ống thép và cốt bê tông c ng iên tục th y đổi. Tại khu

vực ch n ống thép, nơi không có bê tông, ống thép dễ dàng mất ổn
định. Các k t quả c ng cho thấy ở các khu vực bất ổn định cục bộ thì
lõi bê tông và ống thép bị t ch biệt.

ình 3.5:Ph n bố p ực ti p

c trong ống thép oắn ốc cột A-1-2

ình 3.6: Ứng ử p ực ti p c tại khu
vực 1 trong ống thép

ình 3.7: Ứng ử p ực ti p c tại khu
vực 2 trong ống thép


12

ình 3.8: Ứng ử p ực ti p c tại khu
vực 3 trong ống thép

ình 3.9: Ứng ử p ực ti p c tại khu
vực 4 trong ống thép

b)
oàn toàn tương tự,

ình 3.14 đ n

ình 3.13 mô tả sự phân bố


áp lực ti p xúc lên lõi bê tông.

ình 3.10: Ứng ử p ực ti p c
tại khu vực 1 trên i bê tông

ình 3.11: Ứng ử p ực ti p c
tại khu vực 2 trên i bê tông

ình 3.12: Ứng ử p ực ti p c
tại khu vực 3 trên i bê tông

ình 3.13: Ứng ử p ực ti p c
tại khu vực 4 trên i bê tông

ình 3.14: Ph n bố ứng suất ti p

ình 3.15: Ứng ử c
p suất ti p
c cắt khu vực 1 trên i bê tông

c trên

i bê tông cột

ình 3.16: Ứng ử c
p suất ti p
c cắt khu vực 2 trên i bê tông


13


ình 3.17: Ứng ử c
p suất ti p
c cắt khu vực 3 trên i bê tông

ình 3.18: Ứng ử c
p suất ti p
c cắt khu vực 4 trên i bê tông

ình 3.19: Ph n bố ứng suất ti p

c cắt trên

i bê tông

ị

3.2.2.
a)
o ảnh hưởng c

đường hàn oắn ốc mà ứng ử chuyển vị trong

ống thép hoàn toàn kh c so với cột sử dụng ống thép trơn.

ình 3.20: Quan hệ ực-chuyển vị
mặt trong ống tại đỉnh, gi và
ch n ống thép

ình 3.21: Quan hệ ực-chuyển vị

mặt ngoài ống tại đỉnh, gi và
ch n ống thép

b)
Sự ảnh hưởng c
gi

ống thép và

đường hàn oắn ốc àm tăng khả năng iên k t
i. Cho nên khi gi trị c

ực đạt đ n gi trị cực

hạn thì ống thép có u hướng bất ổn định cục bộ tại ch n cột, nên tại
thời điểm này ực t c động ên đỉnh

i bê tông giảm nhưng chuyển

vị c

ống thép và

i tăng, đồng thời gi trị c

ực t c động ên

đỉnh

i bê tông tăng gấp 8 n so với cột C T sử dụng ống thép trơn.


Trong trường hợp cột sử dụng ống thép trơn, thì chuyển vị c
tại đỉnh, gi

và ch n

i

i à hoàn toàn giống nh u. Trong khi, cột sử


14
dụng ống thép có đường hàn oắn ốc thì c c chuyển vị này kh c
nhau.

ình 3.22: Quan hệ ực-chuyển vị
tại đỉnh, gi và ch n i bê tông

3.2.3.
a)

ình 3.23: Ứng ử chuyển vị đỉnh,
gi và ch n i bê tông

ạ

K t quả này có thể được giải th ch à do tại khu vực đỉnh ống thép
g n với khu vực gi tải trực ti p trên

i bê tông. Nên bê tông tại khu


vực đỉnh bị bi n dạng nở hông ớn nhất. Đ y ch nh à điều kiện g y
cho bi n dạng ng ng tại đỉnh ống thép à ớn nhất.
So s nh với cột sử dụng ống thép trơn, thì bi n dạng tương đương
trong cột sử dụng ống thép oắn ốc ớn hơn rất nhiều, và quy uật
ph n bố tương đối phức tạp. Điều này chứng tỏ đường hàn có t c
dụng tăng khả năng iên k t để ph t huy h t khả năng àm việc c
vật iệu.

ình 3.24: Ứng ử bi n dạng tương đối
( 11) ch n ống thép

ình 3.26: Ứng ử bi n dạng
tương đối ( 22) gi ống thép

ình 3.25: Phổ ph n bố ứng suất tương
đối ( 11) trong ống thép

ình 3.27: Phổ ph n bố ứng suất tương đối
( 22) trong ống thép


15

ình 3.28: Ứng ử bi n dạng
tương đối ( 33) đỉnh ống thép

ình 3.29: Phổ ph n bố ứng suất tương đối
( 33) trong ống thép


b)
Tr i ngược với ống thép, bi n dạng lớn nhất trong lõi bê tông ở
phía trên c a lõi bê tông. Sự bi n dạng trong khu vực gi

và đ y

c a lõi bê tông nhỏ.
So s nh với bi n dạng c

i bê tông trong cột sử dụng ống thép

trơn, bi n dạng trong cột sử dụng ống thép đường hàn oắn ốc tương
đối ớn hơn nhiều, và bi n dạng này ph n bố trong
phức tạp.

i tương đối

u n trọng nhất, trong cột sử dụng ống thép đường hàn

oắn ốc ph t sinh ứng suất tập trung cục bộ ớn tại đỉnh
vực đường hàn. Điều này dễ g y cho
do đó để ph t huy khả năng àm việc c
cường độ c

i và khu

i bê tông bị ph hoại cục bộ,
cột thì ch ng t có thể tăng

bê tông.


ình 3.30: Ứng ử bi n dạng (
ch n i bê tông

ình 3.32:Ứng ử bi n dạng (
i bê tông

11)

22) gi

ình 3.31: Phổ ph n bố bi n dạng
( 11) i bê tông

ình 3.33: Phổ ph n bố bi n dạng
( 22) i bê tông


16

ình 3.34: Ứng ử bi n dạng (
đỉnh i bê tông

33)

ình 3.35: Phổ ph n bố bi n dạng
( 33) i bê tông

c)
Trong trường hợp ống thép hàn xoắn, bi n dạng dẻo xảy ra, trong

khi không xảy ra ở C T được ch tạo bằng ống thép trơn. C c k t
quả mô tả rằng sự bi n dạng dẻo xuất hiện lớn nhất ở đ y cột. Tại
đ u cột, bi n dạng dẻo xuất hiện nhưng không ớn, đặc biệt là gi a
cột g n như không có bi n dạng dẻo.
Điều này có thể giải th ch tại ch n ống bị bất ổn định cục bộ do
ảnh hưởng c

hiệu ứng điều kiện biên và

này không có

i bê tông để hạn ch sự bất ổn định cục bộ. Trong khi

tại khu vực đ u cột do chịu ảnh hưởng c
hông c

hơn n

tại khu vực

hiệu ứng gi tải nên sự nở

i bê tông ớn g y r bi n dạng ớn tại khu vực này.

ình 3.36: Ứng ử c bi n dạng dẻo
(PE11) tại ch n ống thép

ình 3.38: Ứng ử c bi n dạng dẻo
(P 22) tại ch n ống thép


ình 3.37: Phổ ph n bố bi n dạng dẻo
(P 11) trong ống thép

ình 3.39: Phổ ph n bố bi n dạng dẻo
(P 22) trong ống thép


17

ình 3.40: Ứng ử c bi n dạng dẻo
(P 33) tại ch n ống thép

ình 3.41: Phổ ph n bố bi n dạng dẻo
(P 33) trong ống thép

d)
Đối với ống thép có đường hàn xoắn ốc, i bê tông đã đạt đ n
cường độ cho phép, tại thời điểm này sự bi n dạng dẻo trong lõi bê
tông xuất hiện. Tr i ngược bi n dạng dẻo ảy r trong ống thép, bi n
dạng dẻo trong lõi bê tông xảy ra ở đ u lõi bê tông. Bi n dạng dẻo ở
khu vực gi và đ y c a lõi chỉ bắt đ u hình thành, không phát triển
lớn. o đó, ống thép hình xoắn ốc sẽ ph t huy h t khả năng àm việc
c a ống thép và lõi bê tông.

ình 3.42: Ứng ử bi n dạng dẻo
(P 11) tại đỉnh i bê tông

ình 3.44: Ứng ử bi n dạng dẻo
(P 22) tại đỉnh i bê tông


ình 3.46: Ứng ử bi n dạng dẻo
(P 33) tại đỉnh i bê tông

ình 3.43: Phổ ph n bố bi n dạng
dẻo (P 11) trên i bê tông

ình 3.45: Phổ ph n bố bi n dạng dẻo (P 22)
trên i bê tông

ình 3.47: Phổ ph n bố bi n dạng
dẻo (P 33) trên i bê tông


18
e)
Ứng suất tại ch n ống thép tăng rất nh nh tại thời điểm gi tải b n
đ u và đạt đ n gi trị khoảng 375

P thì ống thép bị mất ổn định

cục bộ s u đó cột c ng cố ở trạng th i mới và ứng suất ti p tục tăng
đ n trạng thải chảy dẻo. Tại thời điểm ch n ống thép bị mất ổn định
cục bộ thì ứng suất tại đỉnh ống thép tăng chậm, và gi

ống giảm

đột ngột. Trong gi i đoạn c ng cố ứng suất tại đỉnh ống tăng chậm
và gi

ống gi không đổi. Chỉ có khu vực ch n và đỉnh ống thép đạt


đ n trạng th i chảy dẻo, riêng khu vực gi

ống chư đạt đ n trạng

thải chảy dẻo.

ình 3.48: Ứng ử c ứng suất
Von Mises tại ch n ống thép

ình 3.49: Phổ ph n bố ứng suất on
ises thành ngoài và trong ống thép

g)
Ứng suất trong i bê tông tăng nh nh tại thời điểm gi tải b n
đ u, và đạt đ n gi trị cực hạn khoảng 82 P (khu vực đỉnh i) tại
thời điểm ch n ống thép bị mất ổn định cục bộ. S u đó ứng suất tại
khu vực đỉnh và gi
i bê tông ti p tục giảm và gi gi trị ổn định
khoảng 25 P cho đ n khi k t th c qu trình gi tải. Riêng khu vực
ch n cột ứng suất trong i được c ng cố và tăng chậm cho đ n khi
k t th c qu trình gi tải.

ình 3.50: Ứng ử c ứng suất on
ises tại đỉnh i bê tông

ình 3.51: Phổ ph n bố ứng suất on
ises trên i bê tông



19
ạ

3.2.4.
a)

K t quả cho thấy độ trượt lớn nhất xảy ra ở đỉnh lõi bê tông. Sự
sụt giảm này mộtph n là do bi n dạng lõi bê tông và ph n còn lại do
sự trượt gi a lõi bê tông và ống thép. Ở gi a và chân lõi bê tông, độ
trượt rất nhỏ, khoảng 0,8 mm. Trong khi đó, trượt trên đỉnh lõi bê
tông là 11 mm. Ở chân lõi bê tông, sự trượt s u khi đạt đ n giá tới
hạn, độ trượt được phục hồi trở lại ở giới hạn 0.2 mm. o đó, đối với
ống thép có đường hàn xoắn ốc, sự trượt xảy r không đ ng kể so với
ống thép trơn.

ình 3.52: Ứng ử c
(CSlip) tại ch n

ti p c trượt
i bê tông

ình 3.53: Ứng ử c
(CS ip) tại gi

ti p c trượt
i bê tông

ình 3.54: Ứng ử c
(CS ip) tại đỉnh


ti p c trượt
i bê tông

ình 3.55: Phổ ph n bố ti p c trượt
(CSlip) trên i bê tông

b)
Đối với cột sử dụng ống thép có đường hàn xoắn ốc, bê tông sẽ
ph t huy h t khả năng àm việc cho đ n khi lõi bê tông bị phá h y
theo cơ ch ph hoại kéo và nén. Trong trường hợp bị kéo căng, nó
xảy ra trên toàn bộ lõi bê tông. Khu vực bị phá hoại lớn nhất là ở đ y
lõi bê tông.


20

ình 3.56: Ứng ử ph hoại kéo
( m geT) tại gi
i bê tông

(

ình 3.57: Ứng ử ph hoại kéo
m geT) tại đỉnh i bê tông

ình 3.58: Phổ ph n bố ph hoại kéo và nén trong

3.3.

i bê tông


K t uậ Chƣơ g 3

Trong chương này đã ứng dụng thuy t ph n t ch ph n tử h u
hạn để ph n t ch ứng ử đối với 2 mô hình c cột C T sử dụng ống
thép trơn và ống thép có đường hàn oắn ốc một c ch thành công.
K t quả ph n t ch cho phép so s nh đ nh gi được c c ưu nhược
điểm c cột C T sử dụng đường hàn oắn ốc so với cột C T sử dụng
ống thép trơn. Cụ thể k t quả đã đ nh gi và so s nh được về mặt ứng
ử ở c c kh cạnh cơ bản về chuyển vị, ứng suất và bi n dạng. Đặc
biệt trong ph n này đã ph n t ch một c ch chi ti t cho thấy quy uật
ứng ử về mặt vật tại bề mặt ti p c gi
i bê tông và thành ông
thép. T đó cho thấy được cơ ch àm việc hiệu quả c cột C T.
ột trong nh ng k t quả kh qu n trọng trong ph n t ch này à
ph n t ch bi n dạng dẻo, sự trượt gi
i và thành ống thép và cơ
ch ph hoại kéo và nén trong i bê tông c cột C T sử dụng ống
thép có đường hàn oắn ốc. T đó ch ng t r t r được k t uận à
cột C T sử dụng ống thép có đường hàn oắn ốc sẽ ph t huy h t khả
năng àm việc c cấu kiện so với cột sử dụng ống thép trơn.


21

K T UẬN V K
1.1

A. Đ tài luậ vă


N NG

ã ạt ƣợc một số k t quả hƣ s u:

1. Cột CFT với ố g th

trơ

Lực ti p xúc ( p ực ti p xúc và p ực ti p xúc trượt) phân bố
trên ba khu vực c a cột, tức là các khu vực đ y, gi a và trên cùng
c a cột hoàn toàn khác nhau. Lực ti p xúc lớn nhất được phân bố
trong khu vực đỉnh cột. Các lực ti p xúc này diễn ra vào cuối giai
đoạn gia tải.
p ực ti p xúc ở khu vực gi a cột là nhỏ nhất. Khi lõi bê tông
bắt đ u trượt trong ống thép thì lực ti p

c à không đổi cho đ n khi

k t thúc qu trình gi tải.
Sự phân bố p lực ti p xúc khu vực ch n cột tương đối lớn so với
vùng gi a c a cột. Các lực ti p

c này đạt được giá trị cực hạn tại

tại thời điểm 0,2 thời gi n mô phỏng.
Sự phân bố p lực ti p xúc xung quanh chu vi c a cột th y đổi
liên tục. Sự khác biệt gi a c c đỉnh cực đại và cực tiểu rất lớn.
Lực tác dụng ên đỉnh

i bê tông tương đối nhỏ, khoảng 25 tấn


đối với các cột ngắn.
Khi th y đổi cường độ bê tông, không ảnh hưởng đ n sự phân bố
c a ứng suất, bi n dạng và chuyển vị trong ống thép. Cụ thể, khi
cường độ bê tông tăng ên thì bi n dạng ngang c a lõi bê tông sẽ
giảm. K t quả là, lực ti p xúc gi a lõi bê tông và ống thép giảm, điều
này dẫn đ n lõi bê tông dễ dàng trượt trong ống thép.
Khi th y đổi hệ số ma sát, nó ảnh hưởng đ n sự phân bốứng suất,
bi n dạng và chuyển vị trong ống thép. Cụ thể, khi hệ số m s t tăng


22
lên thì ứng suất, bi n dạng và chuyển vị trong ống thép tăng ên đ ng
kể. o đó, đối với các cột C T, để tăng cường khả năng àm việc c a
ống thép, khả năng ti p xúc gi a lõi bê tông và ống thép phải tăng
lên
H u h t các ứng suất, bi n dạng và chuyển vị tăng ên đ ng kể
trong gi i đoạn gi tải b n đ u (trước khi lõi bê tông bắt đ u trượt
trong ống thép). Ứng suất, bi n dạng và chuyển vị trong khilõi bê
tông trượt trong ống thép rất nhỏ, và ch ng th y đổi liên tục.
Chuyển vịdọc trục bên trong và bên ngoài (u3 trong ống thép
trục) ở ph n đ y và ph n trên cùng c a ống thép rất khác nhau, và
ch ng đều giống nhau ở khu vực gi a c a ống thép.

o đó, khi

chuyển vị được khảo sát bằng thí nghiệm, thì c n phải xem xét sự
khác biệt gi a chuyển vị bên trong và bên ngoài c a ống thép.
Ứng suất và bi n dạngngang trong và ngoài ống thép là khá khác
nh u.


o đó, để thu được k t quả tương t c gi a ống thép và cốt bê

tông bằng cách thực nghiệm, các cảm bi n đo bi n dạng phải đặt tại
mặt ti p
c

c gi

i bê tông và ống thép (mặt ti p xúc: mặt trong

ống thép). N u cảm bi n bi n dạng được đặt bên ngoài ống thép

thì k t quả thu được là không chính xác.
Đối với bi n dạng dọc trục (LE33), sự phân bố bi n dạng bên
trong và bên ngoài trong khu vực gi a c a ống thép giống nhau,
nhưng sự phân bố này ở ph n trên và dưới c a ống thép khác nhau.
o đó, khi bi n dạng (

33) được khảo sát bằng thực nghiệm, thì

vấn đề này c n được xem xét. N u không k t quả thu được sẽ có một
s i số ớn.
Sự phân bố bi n dạng xung quanh chu vi c a cột th y đổi theo
quy luật hình sin.

o đó, ung qu nh cột bề mặt c a các khu vực


23

bi n dạng có khuynh hướng ra ngoài thành ống thép và các khu vực
kh c có khuynh hướng hướng về phía ống thép. Điều này àm tăng
hoặc giảm khả năng ti p xúc c a mỗi khu vực xung quanh chu vi cột.
o đó, khi ti n hành thí nghiệm, c n phải hiểu ch nh

c vị trí c a

c c cảm bi n đo đạt đặt dọc theo chu vi c a ống thép một cách thích
hợp để đạt được k t quả mong muốn.
Nh ng ứng suất và bi n dạng lớn nhất trong

i bê tông được

phân bố trong khu vực đỉnh i bê tông, và chúng sẽ giảm xuống khi
di chuyển đ n đ y cột. Các ứng suất và bi n dạngphân bố dọc theo
chu vi c a cột được chia thành 2 vùng riêng biệt, cóứng suất trung
bình và bi n dạng khác nhau
2. Cột CFT với ố g th

ƣờng hàn xoắn

Việc phân phối lực ti p xúc gi a ống thép và lõi bê tông rất phức
tạp, và chúng không phù hợp với bất kỳ quy uật phân bố nào. H u
h t p lực ti p

c được tập trung vào khu vực g n mép đường hàn.

Chuyển vị dọc trục (u3) trong ống thép rất lớn. Đồng thời, độ
chênh lệch gi a lõi bê tông và ống thép tương đối nhỏ. Điều này
chứng tỏ rằng đường hàn xoắn ốc hạn ch đ ng kể độ trượt gi a lõi

bê tông và ống thép.
Lực tác dụng ên đỉnh
tấn. Nó tăng 9

i bê tông tăng ên đ ng kể, khoảng 425

n so với CFT sử dụng ống thép trơn. K t quả này

không thể đ nh gi khả năng àm việc gi a lõi bê tông và ống thép.
Bởi vì cột bị mất ổn định cục bộ ở chân cột, nơi bê tông không được
lấp đ y để hỗ trợ thành ống thép chống ại mất ổn định cục bộ.
Ứng suất và bi n dạng g n như tập trung ở khu vực đỉnh và ch n
cột. Điều này c n ưu

để ph n t ch trong gi i đoạn thi t k để cột

có thể đạt được hiệu suất cao trong quá trình làm việc c a nó