GS. Nguyễn viết Trung - Chương 3: Trạng thái ứng suất của cột ống thép nhồi bêtông

Các cột liên hợp bê tông cốt thép thông thường được phân loại: Loại cột ngắn và loại cột mành. Các loại này thường được phân biệt xác định bằng tỷ số giữa kích thước mặt cắt ngang với chiều dài, hoặc bằng các dạng phá hoại.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
GS. Nguyễn viết Trung - Chương 3: Trạng thái ứng suất của cột ống thép nhồi bêtôngGS.NguyÔn viÕt Trung Ch-¬ng 3: Tr¹ng th¸i øng suÊt cña cét èng thÐp nhåi bª t«ng CHƯƠNG 3 TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT CỦA CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊTÔNG3.1. KHÁI QUÁT Các cột liên hợp bêtông cốt thép thông thường được phân loại ra: loại cột ngắn và loại cộtmảnh. Các loại này thường được phân biệt xác định bằng tỷ số giữa kích thước mặt cắt ngangvới chiều dài, hoặc bằng các dạng phá hoại. Sức chịu tải của loại cột ngắn CSFT bị khốngchế bởi cường độ (độ bền) mặt cắt của nó, khả năng của mặt cắt ngang chịu tải trọng dọc trụcvà chịu mômen phụ thuộc hoàn toàn vào cường độ vật liệu của mặt cắt; (xem Oehlers vàBradford-1995). Sức chịu tải của loại cột mảnh CSFT bị chi phối một phần bởi cường độ củanó, vì sức chịu tải phụ thuộc không chỉ vào đặc tính vật liệu mà còn phụ thuộc vào đặc trưnghình học của toàn bộ cấu kiện. Nếu sức chịu tải bị giảm nhiều bởi mômen thứ cấp (đã gây rabiến dạng cột), thì cột được coi như là loại cột mảnh; Nếu khác đi thì sẽ được coi như loại cộtngắn.3.2. CỘT NGẮN CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM 3.2.1 Khái quát chung Trạng thái cơ học của các cột ngắn ống thép nhồi bêtông cũng phụ thuộc vào điều kiệnchịu nén đúng tâm. Như đã nói ở trên, các cột ngắn liên hợp thường phát huy được hết cáchiệu quả cường độ mặt cắt ngang, vì vậy sự hư hỏng của cột này phụ thuộc vào cường độ củacác vật liệu thành phần, cụ thể là phụ thuộc vào cường độ chịu nén của bêtông và giới hạnchảy của thép. Tuy nhiên, trong cột ngắn CSFT, lõi bêtông gây ra áp lực thành bên hay gọi làáp lực nở hông tác dụng lên ống thép, và với kết quả là mặt cắt cột liên hợp chịu được tảitrọng dọc trục lớn hơn so với khi chỉ có riêng mặt cắt bêtông. Hơn nữa, quan trọng nhất cóthể là trạng thái của bêtông được bọc bằng ống thép sẽ có ảnh hưởng đến toàn bộ trạng tháilàm việc của kết cấu. 3.2.2 Sự kiềm chế bị động trong lõi bêtông Trước hết cần xét ảnh hưởng của việc bố trí vỏ thép để chịu lực ngang trong cột BTCT.Vỏ thép này sẽ hạn chế sự giãn nở ngang của bê tông khi bêtông chịu nén, nghĩa là gây ra áplực kiềm chế bị động trong lõi bêtông. Bình thường thì sự giãn nở của bêtông tuỳ thuộc vàomức độ nén dọc. Khi tải trọng nén tăng thêm, sự giãn nở của bêtông tăng và dẫn đến tăng áplực kiềm chế. Do đó áp lực kiềm chế bị động được quy định bởi vỏ thép là không cố định, nóphụ thuộc vào biến dạng bên của lõi bêtông dưới tác dụng của tải trọng dọc trục và quan hệứng suất- biến dạng của ống thép kiềm chế khả năng biến dạng nở hông. Khi ống thép bịcong oằn, áp lực kiềm chế còn lại rõ ràng không đổi cho đến khi ống thép phát huy hết khảnăng chịu lực, kết quả là đã hạn chế được khả năng tăng áp lực kiềm chế. Tuy nhiên, tácđộng kiềm chế của cốt thép thành bên có ưu điểm là đã làm chậm được các phá hoại vi cấutrúc trong bê tông, ngăn cản sự phát triển của các vết nứt, khuyết tật trong bê tông, làm tăngkhả năng chịu tải và giảm khả năng biến dạng của bêtông. Đối với cột bêtông cốt thép thông thường, khi cột chịu tải trọng nén đúng tâm, lớp bêtôngbảo vệ không bị kiềm chế và trở nên không hiệu quả sau khi nó đạt giới hạn chịu nén. Mặtkhác, thể tích có hiệu của bêtông được hạn chế ít hơn lõi bêtông được bao bằng đường timcủa cốt thép đai, và được xác định bằng hình dạng và khoảng cách cốt đai. Theo Cusson và 39GS.NguyÔn viÕt Trung Ch-¬ng 3: Tr¹ng th¸i øng suÊt cña cét èng thÐp nhåi bª t«ngPaultre (1995) hiệu quả kiềm chế bêtông có thể miêu tả bằng vùng của lõi bêtông nơi màmức độ kiềm chế ứng suất đã phát triển hoàn toàn do tác động dạng vòm; (xem hình 3.1). Hình 4.1. Hiệu quả kiềm chế bêtông cho các cột BTCT truyền thống và cột CFST Để tránh hiện tượng phá hoại giòn có thể sử dụng loại bê tông cường độ cao (HSC) vàđồng thời để đạt được tính mềm dẻo cao hơn thì có thể giảm khoảng cách giữa các cốt đai.Sự tăng thêm mật độ cốt đai như vậy thực tế đã kiềm chế lõi bêtông. Tuy nhiên, tại cùng thờiđiểm, rủi ro của việc phá vỡ sớm lớp bêtông bảo vệ sẽ tăng lên, khi bố trí nhiều cốt đai gầnnhau quá sẽ tạo thành một mặt phẳng thẳng đứng tự nhiên có ảnh hưởng chia cắt giữa phầnlõi bêtông bị kiềm chế và phần bêtông bảo vệ không bị kiềm chế; (xem Claeson -1998 vàRazvi , Saatcioglu -1999). Điều này có thể thấy trong trường hợp cột BTCT thông thường vớicốt thép bố trí dày ở phần bên. Tuy nhiên, trong các thí nghiệm của Claeson (1998), nó đãcho thấy rằng phá hoại của cột BTCT thông thường (NSC) diễn ra theo trình tự lớp bê tôngbảo hộ bên ngoài bị phá vỡ dần dần, trong khi các cột HSC đã cho thấy phá hoại giòn nhưứng suất nén cao dẫn đến mất ổn định của lớp bêtông bảo hộ. Khác với trường hợp đã nói trên, đối với lọai cột thép liên hợp BTCT bao gồm mặt cắtống thép rỗng được nhồi đặc bêtông thì ống thép kèm theo lõi bêtông và đôi khi còn có cảcá ...