Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT THÉP XIÊN ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA
DẦM NỐI TRONG KẾT CẤU VÁCH - LÕI NHÀ NHIỀU TẦNG
Đoàn Xuân Quý1, Nguyễn Tiến Chương1
Trường Đại học Thuỷ lợi, email: quydx@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG mô hình PTHH sẽ mô hình cả 2 đoạn tường
lõi ở hai bên dầm để tạo điều kiện biên.
Dầm nối có vai trò quan trọng trong sự
Dầm nối được nghiên cứu trong bài báo là
làm việc của các kết cấu vách, lõi nói chung
mẫu dầm CB20-1 theo nghiên cứu của E. Lim
và lõi nửa kín nói riêng trong nhà nhiều tầng.
Các nghiên cứu trong [1] [2] chỉ ra sự tương (2016) [5]. Dầm có kích thước 3050cm, tỉ lệ
tác và hiệu quả của dầm nối trong hệ kết cấu. nhịp trên chiều cao bằng 2 - dạng dầm cao
Dầm nối đã được nghiên cứu trên nhiều (deep beam). Đầu tiên mô hình hóa, lựa chọn
thực nghiệm nhằm đưa ra mô hình (MH) làm các thông số cho khớp với thí nghiệm, sau đó
việc tính toán đúng nhất (Paulay và Binney - điều chỉnh để khảo sát ảnh hưởng của cốt
1974 [3], Naish - 2010 [4], Lim - 2016 [5]). thép xiên.
Các nghiên cứu đều cho thấy sự làm việc
thực nghiệm cho kết quả cao hơn về khả
năng chịu lực so với tính toán lý thuyết.
Đồng thời, các mô phỏng số cũng cho kết quả
sát với khảo sát bằng thực nghiệm.
Bài báo trình bày mô hình bằng phần tử
hữu hạn (PTHH) cho trường hợp dầm nối
BTCT bằng phần mềm VecTor2 [6] [7] theo
lý thuyết miền nén cải tiến (MCFT) [8] để
khảo sát vai trò của cốt thép xiên với sự làm
viêc của dầm nối khi chịu lực, kết quả được Hình 1. Mô hình dầm nối bằng PTHH
so sánh với kết quả thực nghiệm và tính toán
theo tiêu chuẩn ACI: 318-2019 [9] để đánh Mô hình PTHH [7] của dầm nối như trên
giá kết quả phân tích của mô hình PTHH. Hình 1 bao gồm có các tấm vật liệu BTCT có
thép phân bố đều theo hàm lượng ứng với cốt
2. MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU DẦM NỐI thép đai, các thanh cốt dọc và cốt chéo được
nhúng vào như các phần tử thanh với liên kết
Tính toán lõi nửa kín kết cấu nhà nhiều
bám dính hoàn toàn với bê tông.
tầng cho thấy mặc dù lõi làm việc xoắn
Điều kiện tác dụng là chuyển vị cưỡng bức
nhưng dầm nối làm việc trong mặt phẳng của
xuống dưới cho tường bên phải. Tiến hành
nó và chịu nội lực mô men lớn nhất ở hai đầu
phân tích đẩy dần cho mô hình dầm cho đến
và lực cắt không thay đổi.
khi dầm nối bị phá hoại. Đầu tiên, phân tích
Trong cơ cấu làm việc của lõi, dầm nối sẽ
dầm nối theo mẫu CB20-1, hiệu chỉnh thông
ngăn cản sự trượt giữa 2 tường lõi đối diện.
số mô hình cho phù hợp với kết quả thí
Như vậy, nếu tách riêng dầm nối để nghiên
nghiệm. Sau đó thay đổi hàm lượng cốt thép
cứu có thể xác định sơ đồ tính của dầm nối là
xiên (CX%) để khảo sát quan hệ giữa CX với
một đầu ngàm và một đầu ngàm trượt. Trong
khả năng chịu cắt của dầm nối.
157
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
Vật liệu bê tông và cốt thép được làm việc (Vn = 2Avdfysin) là kết quả tính toán theo
đàn hồi dẻo được khai báo theo các mô hình công thức của tiêu chuẩn ACI. Kết quả cho
với cường độ và mô đun đàn hồi cát tuyến thấy, tính toán theo công thức của ACI là
theo tiêu chuẩn ACI với f’c = 52MPa, thép thiên về an toàn, càng tăng hàm lượng thì
đai và thép dọc có fy = 468MPa và thép xiên khả năng tính toán của công thức sẽ gần với
có fy = 440MPa, E = 33892MPa. giá trị mô hình.
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Trên Hình 3 cũng cho thấy, khi tăng hàm
lượng cốt xiên, hai đường thẳng có xu hướng
3.1. Quan hệ lực - chuyển vị tiến gần nhau, điều này cho thấy khả năng chịu
Kết quả phân tích mô hình PTHH cho ta cắt của bê tông là sự kết hợp của các thành
kết quả dưới đây (Hình 2) về quan hệ lực - phần cốt thép với bê tông theo hướng làm việc
chuyển vị. đồng thời. Nếu cộng đại số khả năng chịu cắt
tính theo công thức của dầm thường với giá trị
Vn_ACI sẽ cho kết quả lớn hơn khả năng chịu
cắt dự báo được theo MCFT.
Bảng 1. Khả năng chịu cắt của dầm nối
theo hàm lượng cốt xiên (%)
CX (%) V_MCFT (KN) Vn_ACI (KN)
0.00% 738 0
0,44% 821 166
0,88% 919 331
1,76% 1101 662
2,64% 1298 995
Hình 2. Đường cong lực - tỉ lệ Drift của mẫu
CB20-1 theo kết quả thí nghiệm và phân tích 3,52% 1467 1325
Hình 2 thể hiện quan hệ lực chuyển vị
(thông qua tỉ số độ lệch chuyển vị so với
chiều dài dầm - Drift ratio). Kết quả về lực
lớn nhất tác dụng lên dầm và chuyển vị đỉnh
của mô hình PTHH khá tương đồng với kết
quả thí nghiệm của Lim. Độ dẻo của dầm tính
được là (7,3% + 1,4%)/1.4% = 6,2. So với độ
dẻo của dầm đặt cốt thép thông thường cùng
kích thước và cùng khả năng chịu cắt là (mẫu
CB20-2- Lim) (5,3% + 1,4%)/1,4% = 4,8, dầm
nối đặt cốt thép chéo độ dẻo tăng gần 30%.
3.2. Khảo sát sự làm việc của dầm khi
thay đổi hàm lượng cốt thép xiên. Hình 3. Khả năng chịu cắt của dầm nối
theo hàm lượng cốt thép xiên (%)
Trên Bảng 1, Hình 3 thể hiện khả năng
chịu lực lớn nhất của dầm nối theo hàm Theo công thức giới hạn cường độ dầm do
lượng cốt thép xiên. Đường V_MCFT là lực lo ngại dầm bị nứt với giá trị lực cắt theo ACI
cắt theo mô hình PTHH, đường Vn_ACI là 0,83 f c bd = 898KN. Giá trị này ứng với
158
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
hàm lượng cốt xiên khoảng 0,88% nhỏ hơn cốt thép xiên có cùng khả năng chịu cắt (dầm
kết quả thí nghiệm ứng với CX = 1,76% mặc CB20-1 so với dầm CB20-2 của Lim).
dù dầm nối vẫn làm việc trong giới hạn vết
nứt cho phép. Việc hạn chế khả năng chịu cắt 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
của dầm cũng thiên về an toàn. [1] Nguyễn Tiến Chương, Phân tích kết cấu nhà
Trên Hình 4 thể hiện đường cong lực - độ cao tầng. Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội,
lệch (tỉ lệ Drift) của dầm theo hàm lượng cốt 2015.
thép xiên. Kết quả phân tích cho thấy, khi [2] Nguyễn Tiến Chương, Đoàn Xuân Quý,
hàm lượng cốt thép xiên tăng lên, không chỉ ‘Ảnh hưởng của độ cứng dầm nối đến sự
khả năng chịu cắt tăng lên, mà góc dốc của làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nhà cao
biểu đồ sau khi lực đạt đỉnh cũng lớn lên. tầng’, Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ học
Nghĩa là dầm sẽ giữ được lực lớn ở mức biến Vật rắn lần thứ XIV, Đại học Trần Đại
dạng nhiều hơn. Khi so sánh với với trường Nghĩa, Thành phố Hồ Chí Minh, 19-
20/7/2018, Jul. 2018.
hợp khi dầm không có cốt xiên (đường
[3] T. Paulay and J.R. Binney, ‘Diagonally
CX = 0%) điều này được thể hiện rõ hơn.
Reinforced Coupling Beams of Shear Walls’,
Symp. Pap., vol. 42, pp. 579-598, Jan. 1974.
[4] D. Naish, A. Fry, R. Klemencic, and J.
Wallace, ‘Reinforced Concrete Coupling
Beams-Part II: Modeling’, ACI Struct. J., p.
10, 2013.
[5] E. Lim, S.-J. Hwang, T.-W. Wang, and Y.-
H. Chang, ‘An Investigation on the Seismic
Behavior of Deep Reinforced Concrete
Coupling Beams’, ACI Struct. J., vol. 113,
no. 2, Mar. 2016, doi: 10.14359/51687939.
[6] VecTor Analysis Group, ‘VecTor2 - Finite
Element Analysis of Reinforced Concrete
4.2’. 2017.
[7] Nguyễn Tiến Chương, Đoàn Xuân Quý,
Hình 4. Sự làm việc của dầm nối
‘Ảnh hưởng của hàm lượng cốt thép đai
theo hàm lượng cốt thép xiên CX trong lanh tô đến sự làm việc của kết cấu
vách kép chịu tải trọng ngang’, Hội nghị
4. KẾT LUẬN Khoa học thường niên Trường Đại học
Kết quả phân tích dầm nối có các cốt thép Thuỷ lợi, Hà Nội năm 2019, Nov. 2019.
xiên trên đây cho thấy: [8] Vecchio F. J, Collins M, ‘The Modified
- Kết quả phân tích theo lý thuyết miền nén Compression Field Theory for Reinforced
cải tiến (MCFT) sát với kết quả thí nghiệm. Concrete Elements Subjected to Shear’,
ACI Journal. Titled no, 83 - 22, 1986.
- Khả năng chịu lực cắt của dầm nối tính
[9] Chương N. T. and Quý Đ. X., "Tính toán
theo MCFT cao hơn so với tính toán theo ACI. khả năng chịu cắt của dầm nối trong kết cấu
- Khả năng chịu lực cắt của dầm nối có cốt lõi nhà cao tầng đặt cốt thép thông thường
thép xiên cao hơn đáng kể so với dầm không theo TCVN 5574:2018", Hội nghị Khoa học
có cốt thép xiên có cùng hàm lượng thép dọc thường niên Trường Đại học Thuỷ lợi,
(Hình 4, đường CX = 0% ở thấp nhất). Hà Nội, năm 2020, p. 4, 2020.
- Độ dẻo của dầm nối có cốt thép xiên cao
hơn đáng kể (gần 30%) so với dầm không có
159
nguon tai.lieu . vn
