- Khảo sát sự phân bố ứng suất trong tiết diện cột bê tông cốt thép.
- Xác định chuyển vị ngang tại vị trí giữa cột dưới tác dụng của tải trọng thí nghiệm.
II. MẪU THÍ NGHIỆM VÀ VẬT LIỆU CHẾ TẠO 1) Mẫu thí nghiệm
- Cột thí nghiệm, chiều cao: 1200 mm, kích thước tiết diện ngang tại mặt cắt giữa cột:
250 120 ( ).
b h mm Chi tiết kích thước và cấu tạo mẫu cột thí nghiệm trình bày trong hình dưới đây:
Hình 14. Sơ đồ cột thí nghiệm.
2) Vật liệu chế tạo a) Bê tông
- Bê tông cấp độ bền B25, độ sụt 6 2 cm. Đặc trưng của bê tông khi tính toán theo TTGH thứ nhất thể hiện trong bảng dưới đây:
Bảng 10. Đặc trưng cơ học của bê tông
Bê tông Rb (MPa) Eb (MPa)
B25 14,5 23 10 3
b) Cốt thép
- Cốt thép nhóm CB300-V. Các đặc trưng cơ học thể hiện trong bảng dưới đây:
Bảng 11. Cấu tạo cốt thép chế tạo mẫu cột TT Thông số cấu tạo Cốt
thép
As
(mm2)
A’s
(mm2) Rs (MPa) Rsc (MPa) Es (MPa) 1 Thép dọc chịu nén 2 12 - 175 - 280 21 10 3
2 Thép dọc chịu kéo 2 14 308 - 280 - 21 10 3
3 Cốt đai 6 - - 175 - 21 10 3
III. MÔ HÌNH VÀ TẢI TRỌNG THÍ NGHIỆM
Tr. 24 1) Mô hình thí nghiệm
- Mô hình thí nghiệm là cột chịu nén lệch tâm dưới tác dụng của một lực tập trung N với độ lệch tâm e1 10cm. Vị trí lực tác dụng được thể hiện như hình 14. Để thí nghiệm cấu kiện cột trên cần thiết kế một hệ gia tải. Hệ gia tải cột là kết cấu khung cứng bằng thép. Kích thủy lực và dụng cụ đo lực Load-cell đặt ở đế dưới của khung như hình 15.
Hình 15. Hệ gia tải thí nghiệm cột.
2) Tải trọng thí nghiệm
- Cột làm việc chịu nén lệch tâm lớn. Tải trọng nén lớn nhất, kí hiệu Ntt, tác dụng lên cột xác định theo công thức:
'
2 s
tt b o c s a
N e R b x h xR A Z - Trong đó:
+ e: Độ lệch tâm của cột.
+ x: Chiều cao vùng nén.
+ Za: Khoảng cách giữa trọng tâm cốt thép As vàAs'.
- Căn cứ vào số liệu về kích thước hình học, cấu tạo cốt thép, cường độ chịu nén tính toán của bê tông, có thể xác định được: Ntt 190 (kN).
- Tải trọng thí nghiệm Ntn 60 (daN) (tương đương 32%Ntt. Giá trị tải trọng thí nghiệm đảm bảo cho bê tông cột làm việc trong giai đoạn đàn hồi.
3) Phân cấp tải trọng thí nghiệm
- Tải trọng thí nghiệm được chia thành các cấp tải.
- Giá trị tải trọng ở mỗi cấp không vượt quá 20% giá trị tải trọng thí nghiệm. Bảng dưới đây trình bày việc phân cấp tải trọng:
Bảng 12. Phân cấp tải trọng thí nghiệm cột Cấp tải Tải trọng Ntn (kN) Ghi chú
0 0
Các cấp tăng tải
1 10
2 20
... ...
Tr. 25
6 60
4’ 40
Các cấp hạ tải
2’ 20
0 0
4) Dụng cụ và thiết bị đo
- Dụng cụ đo lực: Kích thủy lực, trạm bơm dầu và hệ khung gia tải.
- Dụng cụ đo chuyển vị ngang tại vị trí giữa cột: Bố trí 1 LVDT có khoảng đo 50 mm tại vị trí giữa cột.
- Dụng cụ đo biến dạng tương đối của bê tông và cốt thép chịu kéo tại tiết diện giữa chiều cao cột:
+ Biến dạng tương đối của bê tông: 4 Tenzomet, kí hiệu: T T T T1, 2, 3, 4 bố trí tại 4 bề mặt của tiết diện cột.
+ Biến dạng tương đối của cốt thép chịu kéo: 2 Tenzomet điện trở, kí hiệu: T T5, 6 dán lên 2 thanh cốt thép 12.
Hình 16. Bố trí dụng cụ đo trên mẫu thí nghiệm.
IV. QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM - Bước 1: Gia tải thử, ghi số liệu ở cấp 0.
+ Gia tải thử với tải trọng bằng cấp tải đầu tiên (10 kN), kiểm tra sự làm việc của mô hình thí nghiệm và các dụng cụ đo. Khi tất cả trạng thái làm việc bình thường, hạ tải về 0. Ghi chép số liệu ban đầu trên các dụng cụ đo.
- Bước 2:
+ Tiến hành gia tải từng cấp tải theo bảng 12. Tại mỗi cấp tải dừng không ít hơn 5 phút để các tham số khảo sát đạt đến trạng thái ổn định. Ghi số liệu đo trên các dụng cụ đo ở từng cấp tải trọng.
- Bước 3:
Tr. 26 + Tiến hành hạ tải thí nghiệm. Việc hạ tải được thực hiện theo các cấp tải như
trình bày trong bảng 12. Quy trình hạ tải được thực hiện giống với quy trình gia tải lên hệ kết cấu. Ghi chép số liệu đo ở các cấp hạ tải cũng được tiến hành.
V. TÍNH TOÁN VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 1) Xác định chuyển vị ngang tại vị trí giữa cột
- Chuyển vị ngang giữa cột xác định qua số liệu đo của LVDT ở từng cấp tải:
2) Xác định ứng suất trong bê tông và cốt thép ở tiết diện giữa cột a) Xác định ứng suất trong bê tông
- Ứng suất trong bê tông tại mỗi cấp tải trọng xác định theo công thức:
b b Eb
- Trong đó:
+ Eb: Mođun đàn hồi của bê tông. Lấy theo bảng 10.
+ b: Biến dạng tương đối của bê tông, xác định qua các Tenzomet T1, T2, T3, T4. b) Xác định ứng suất trong cốt thép chịu kéo
- Ứng suất trong cốt thép tại mỗi cấp tải trọng xác định theo công thức:
s s Es
- Trong đó:
+ Es: Mođun đàn hồi của cốt thép. Lấy theo bảng 11.
+ s: Biến dạng tương đối của cốt thép chịu kéo, xác định qua các Tenzomet T5, T6.
Kết quả thí nghiệm được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 13. Biểu ghi kết quả thí nghiệm Cấp
tải
P
(kN) T1 T2 T3 T4 T5 T6 f
(mm) Ghi chú
0 0 0 0 0 0 0 0 0
Các cấp tăng tải
1 10 0 0 0 0 7 7 0,28
2 20 -5 0 0 0 16 12 0,59
3 30 -10 0 0 0 22 19 0,59
4 40 -15 0 5 -5 31 24 1,26
5 50 -25 -5 10 -5 37 30 1,58
6 60 -30 -5 10 -5 47 37 1,82
4’ 40 -25 -5 10 -5 27 23 1,57
Các cấp hạ tải
2’ 20 -10 -5 10 -5 13 12 0,78
0 0 0 0 0 0 0 0 0
Bảng 14. Kết quả tính toán, xử lý kết quả thí nghiệm Cấp
tải
P (kN)
1
b
(MPa)
2
b
(MPa)
3
b
(MPa)
4
b
(MPa)
1
s
(MPa)
2
s
(MPa) F
(mm) Ghi chú
0 0 0 0 0 0 0 0 0
Các cấp tăng tải
1 10 0 0 0 0 9,8 9,8 0,28
2 20 -7,67 0 0 0 22,4 16,8 0,59
3 30 -15,33 0 0 0 30,8 26,6 0,59
Tr. 27
4 40 -23,0 0 7,67 -7,67 43,4 33,6 1,26
5 50 -38,33 -7,67 15,33 -7,67 51,8 42 1,58 6 60 -46,0 -7,67 15,33 -7,67 65,8 51,8 1,82 4’ 40 -38,33 -7,67 15,33 -7,67 37,8 32,2 1,57
Các cấp hạ tải 2’ 20 -15,33 -7,67 15,33 -7,67 18,2 16,8 0,78
0 0 0 0 0 0 0 0 0
VI. NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
- Từ kết quả thí nghiệm, ta vẽ được biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị ngang tại tiết diện giữa của cột thí nghiệm:
Hình 17. Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị ngang tại giữa cột.
- Vẽ biểu đồ ứng suất của bê tông và cốt thép trong tiết diện giữa của cột thí nghiệm với cấp tải 6:
Hình 18. Biểu đồ ứng suất của bê tông và cốt thép tiết diện giữa cột.
- Nhận xét: Trong quá trình gia tải, ở các cấp tải nhỏ từ 0 đến 30 kN ứng suất trong bê tông vùng kéo và nén bằng 0, khi tăng tải từ 40 đến 60 kN thì ứng suất trong bê tông vùng kéo giữ ổn định là -7,67 MPa, ứng suất trong bê tông vùng nén tăng gấp đôi và đạt giá trị lớn nhất là 15,33 MPa.
Tr. 28