Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG CỐT THÉP ĐAI
TRONG LANH TÔ ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU
VÁCH KÉP CHỊU TẢI TRỌNG NGANG
Nguyễn Tiến Chương1, Đoàn Xuân Quý1
Trường Đại học Thuỷ lợi, email: chuongnt@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG Do đặc điểm cấu tạo cốt thép trên đây, vật
liệu của vách kép có thể được mô hình hóa
Kết cấu vách kép (coupled shear wall -
như sau:
CSW) là dạng kết cấu bao gồm hai vách theo
- Bê tông và cốt thép phân bố được mô
phương đứng được nối với nhau bởi các lanh
hình hóa theo lý thuyết trường nén cải tiến
tô (LT) hay dầm nối theo phương ngang
(MCFT).
(Hình 2). Kết cấu vách kép có đặc tính là có - Các cốt thép dọc được mô hình hóa bằng
độ dẻo cao hơn so với kết cấu vách đặc [1,2]. các phần tử thanh chịu kéo - nén.
Đặc tính này của kết cấu vách kép đã được Lý thuyết trường nén cải tiến (MCFT) được
sử dụng trong thiết kế nhà cao tầng, đặc biệt Collins và Vecchio đề xuất năm 1986 [3,4,6]
là thiết kế nhà cao tầng chịu động đất. và đang là mô hình được ứng dụng nhiều trong
Khả năng chịu lực của vách kép, bao gồm phân tích kết cấu bê tông cốt thép.
cả độ bền, độ cứng cũng như độ dẻo, phụ
thuộc vào khả năng chịu lực của các lanh tô.
Dựa trên các kết quả nghiên cứu lý thuyết và
thực nghiệm, người ta đã đề xuất các giải
pháp cấu tạo lanh tô hợp lý để nâng cao khả
năng chịu lực của kết cấu vách kép [1,5].
Trong bài báo này sẽ nghiên cứu ảnh
hưởng của hàm lượng cốt thép đai đến sự làm
việc của kết cấu vách kép.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Xét về hình học thì kết cấu vách kép được Hình 1. Phần tử tấm bê tông cốt thép
xem như là kết cấu tấm phẳng có các lỗ mở. với ứng suất trong mặt phẳng
Dưới tác dụng của tải trọng ngoài, vách làm Lý thuyết trường nén cải tiến xây dựng
việc theo sơ đồ ứng suất phẳng, không chịu mối quan hệ giữa ứng suất trung bình và biến
lực ngoài mặt phẳng, nên có thể được mô dạng trung bình đảm bảo cả điều kiện liên tục
hình hóa bằng mô hình phần tử hữu hạn dạng và cân bằng trong phần tử bê tông cốt thép bị
phần tử tấm phẳng. nứt. Mô hình phần tử hữu hạn của tấm bê
Xét về vật liệu thì trong kết cấu vách kép tông cốt thép theo MCFT được thể hiện trên
có hai loại cốt thép: loại cốt thép dọc tại mép Hình 1.
biên của các vách đứng và biên của các lanh MCFT kết hợp mô hình thực tế dựa trên
tô và loại cốt thép phân bố gồm các cốt thép các quan sát từ thực nghiệm. Trong khi các
đai và các cốt thép phân bố trong vách. vết nứt là liên tục và các mối quan hệ được
69
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
xây dựng theo các biến dạng và ứng suất
trung bình. MCFT có xem xét các yếu tố cục
bộ của ứng suất và biến dạng cục bộ tại các
vết nứt.
Để nghiên cứu sự làm việc của vách kép
chịu tải trọng ngang, quy trình đẩy dần được
áp dụng dựa vào phần mềm VECTOR 2.
VECTOR 2 được phát triển tại đại học
Toronto - Canada, là phần mềm chuyên dụng
để phân tích sự làm việc của bê tông cốt thép
dựa trên mô hình trường nén cải tiến. Phần
mềm đã được nhiều tác giả sử dụng trong
nghiên cứu [3,4,6].
3. PHÂN TÍCH VÁCH KÉP CHỊU TẢI
TRỌNG NGANG ĐẨY DẦN
Kết cấu vách kép được lựa chọn để phân
tích chính là mô hình thí nghiệm của
Santhakumar [5] (Hình 2 và 3). Vật liệu bê Hình 2. Cấu tạo vách và sơ đồ gia tải
tông có f’c = 30 Mpa, cốt thép có fy = 330 Mpa,
fu = 475 Mpa.
Trong các mô hình, bê tông và cốt thép
của các vách đứng được giữ nguyên, chỉ thay
đổi cốt thép đai của LT để nghiên cứu, tiến
hành nghiên cứu theo quy trình:
- Tăng cốt thép đai từ hàm lượng (HL) tối
thiểu (0,05%) sau đó được tăng dần lên từng
0,05% (T1 đến T11 - HLCĐ 0,55%).
- Khảo sát sự làm việc của các lanh tô, sự
phát triển vết nứt, chuyển vị ngang của kết
cấu theo quá trình tăng tải.
Cốt thép dọc của lanh tô tại mép trên và
dưới bằng nhau và được đặt 2φ10.
Tải trọng ngang tương ứng với lực cắt đáy
và được tăng dần (đẩy dần) từ mỗi P = 5KN
với bước tăng đều 5KN cho đến khi vách bị Hình 3. Cấu tạo cốt thép trong vách a)
phá hoại. Tải trọng thẳng đứng không đổi. và lanh tô b)
- Giai đoạn II. Trong các lanh tô xuất hiện
4. CÁC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH vết nứt. Các vết nứt trong lanh tô xuất hiện
Kết quả phân tích được thể hiện trên Hình 4. đầu tiên ở lanh tô tầng 2 sau đó phát triển
Theo sự tăng của tải trọng ngang, sự làm việc sang lanh tô tầng 1 rồi đến tầng 3 và tiếp tục
của vách có thể được chia làm 3 giai đoạn: lên các tầng phía trên. Các vết nứt xiên xuất
- Giai đoạn I. Khi tải trọng ngang tương hiện tại bụng dầm, không xuất hiện vết nứt
đối nhỏ, vách làm việc như một kết cấu đàn thẳng góc (Hình 5).
hồi, không có sự khác nhau giữa các vách Giai đoạn II là giai đoạn kết cấu vách làm
với hàm lượng cốt thép đai trong các lanh tô việc trong trạng thái có vết nứt. Kết quả tính
khác nhau. toán cho thấy hàm lượng cốt thép đai không
70
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
làm thay đổi độ cứng của vách nhưng làm HLCĐ vượt giá trị 0,5% thì mức tăng của lực
thay đổi độ lớn của giai đoạn này. Khi hàm phá hoại và độ dẻo của vách là rất nhỏ.
lượng cốt thép đai tăng từ 0,05% lên 0,55%,
giai đoạn này của kết cấu được tăng lên xấp 5. KẾT LUẬN
xỉ 2 lần. Bài báo đã phân tích ảnh hưởng của hàm
lượng cốt thép đai trong các lanh tô đến sự
làm việc của vách kép chịu tải trọng ngang
theo MCFT. Từ kết quả nghiên có thể rút ra
nhận xét dưới đây.
Hàm lượng cốt thép đai trong lanh tô ảnh
hưởng đáng kể đến khả năng chịu lực của
vách kép. Khi HLCĐ trong lanh tô tăng lên,
lực phá hoại và độ dẻo của vách kép tăng lên.
Tuy nhiên, mức độ ảnh hưởng thay đổi tùy
thuộc vào hàm lượng cốt thép đai trong lanh
tô. Khi hàm lượng cốt thép đai trong lanh tô
tăng từ 0,05% đến 0,3%, lực phá hoại và độ
dẻo của vách đều tăng lên nhanh, sau đó mức
tăng giảm dần và khi hàm lượng cốt thép đai
Hình 4. Quan hệ lực cắt đáy (tổng lực vượt giá trị 0,5% thì mức tăng của lực phá
ngang) & chuyển vị ngang tại đỉnh của vách hoại và độ dẻo là rất nhỏ. Lực phá hoại và độ
dẻo của vách kép ứng với hàm lượng cốt thép
đai trong lanh tô 0,5% bằng xấp xỉ 1,5 lần so
với khi hàm lượng cốt thép đai 0,05%. Kết quả
tính toán cho thấy hàm lượng cốt thép đai
trong lanh tô hiệu quả là ở mức (0,3 - 0,5)%.
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Tiến Chương. 2015. Phân tích kết
cấu Nhà cao tầng, NXB Xây dựng, Hà Nội.
[2] TCVN 9386 - 2012: Thiết kế công trình chịu
Hình 5. Các vết nứt trong vách kép động đất.
- Giai đoạn III. Đây là giai đoạn phá hoại [3] Vecchio F. J, Collins M. 1986. The
của kết cấu. Khi hàm lượng cốt thép đai tăng Modified Compression Field Theory for
Reinforced Concrete Elements Subjected to
từ 0,05% đến 0,5%, lực phá hoại của vách
Shear. ACI Journal. Titled no, 83 - 22.
tăng lên gần 50%, độ dẻo cũng tăng xấp xỉ
[4] Serhan Güner. 2008. Performance
1,5 lần. Assessment of Shear - Critical Reinforced
Kết quả phân tích cho thấy HLCĐ trong Concrete Plane Frames. Degree of Doctor of
các lanh tô có ý nghĩa trong việc duy trì sự Philosophy. University of Toronto.
làm việc của vách trong giai đoạn này. Khi [5] A.R. Santhakumar. 1974. The Ductility of
hàm lượng cốt thép đai tăng lên thì lực phá Coupled Shear Walls. Thesis of PHD. The
hoại của vách tăng lên và độ dẻo của nó cũng University of Canterbury. New Zealand.
tăng lên; khi cốt thép đại trong lanh tô tăng từ [6] P. S. Wong F.J. Vecchio H. Trommels.
0,05% đến 0,3%, lực phá hoại và độ dẻo của 2013. Vector2 & Formworks User’s
vách kép tăng nhanh; khi HLCĐ trong lanh Manual. Second Edition.
tô tăng từ 0,3% đến 0,55%, lực phá hoại và
độ dẻo của vách kép tăng chậm dần; khi
71
nguon tai.lieu . vn
