Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ SỐ a/ho ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT
CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU LỰC TẬP TRUNG
Ngô Văn Thuyết
Trường Đại học Thủy lợi, email: thuyet.kcct@tlu.edu.vn
1. ĐẶT VẤN ĐỀ Nghiên cứu này trình bày ảnh hưởng của
tỷ số a/ho đến khả năng chịu cắt của dầm
Khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt
BTCT đơn giản hai đầu khớp, tiết diện chữ
thép (BTCT) đã được nêu ra trong các tiêu
nhật, không đặt cốt đai, chịu hai lực tập trung
chuẩn thiết kế kết cấu BTCT. Hầu hết các
đặt đối xứng. Dầm BTCT có tiết diện, cốt
tiêu chuẩn thiết kế đều dựa trên cơ sở thực
dọc và nhịp không đổi nhưng vị trí đặt lực tập
nghiệm nhằm mục đích xây dựng hệ thống lý
trung thay đổi sao cho tỷ số a/ho thay đổi giá
thuyết, mô hình tính toán phù hợp với sự làm
trị từ 1.0 đến 6.0. Khả năng chịu cắt của dầm
việc thực tế của dầm.
được tính toán theo các tiêu chuẩn Việt Nam
Nghiên cứu về khả năng chịu cắt của dầm
(TCVN) [1, 2], tiêu chuẩn Hoa Kỳ [3] và tính
BTCT đã được quan tâm nghiên cứu trong
theo mô hình miền nén cải tiến thông qua
những năm gần đây để hoàn thiện mô hình
phần mềm Response-2000 [4].
tính toán chịu cắt của dầm. Các mô hình tính
toán khả năng chịu cắt của dầm BTCT trước 2. TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT
đây như mô hình giàn với thanh xiên nghiêng CỦA DẦM BTCT TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT
góc 45o, mô hình giàn với góc nghiêng thay
đổi, mô hình thanh chống - giằng,… mới chỉ Các phương pháp tính toán khả năng chịu
đánh giá riêng rẽ các giai đoạn làm việc hoặc cắt của dầm BTCT đơn giản hai đầu khớp,
là sự kết hợp đơn giản các giai đoạn làm việc tiết diện chữ nhật có kích thước b×h, không
của dầm với nhau, chưa kể đến ảnh hưởng đặt cốt đai, chịu hai lực tập trung đặt đối
của ứng suất kéo trong vùng bê tông bị nứt để xứng được trình bày dưới đây.
đánh giá khả năng chịu cắt của dầm. Quan 2.1. Theo tiêu chuẩn Việt Nam
điểm tiên tiến hiện nay là xét sự làm việc của a) TCVN 5574:2012
các dải bê tông nghiêng chịu nén có kể đến
sự làm việc chịu kéo của bê tông như mô Đối với dầm BTCT không đặt cốt đai chịu
hình miền nén cải tiến. cắt, để đảm bảo độ bền trên vết nứt xiên cần
tính toán đối với vết nứt xiên nguy hiểm nhất
Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT hiện
theo điều kiện:
hành của Việt Nam [1, 2] tuy đã đáp ứng
b 4 1 n Rbt b h02
được các yêu cầu về mặt thiết kế nhưng các Q (1)
yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu cắt của c
dầm BTCT chưa được xem xét, đánh giá một trong đó, vế phải của công thức (3) lấy không
cách trực tiếp, chẳng hạn như chưa xét đến lớn hơn Qb,max 2.5Rbt bh0 và không nhỏ hơn
ảnh hưởng trực tiếp của tỷ số a/ho đến khả Qb ,min b 3 1 n Rbt bh0 . Hệ số φb4 lấy bằng
năng chịu cắt của dầm BTCT chịu lực tập 1.5 đối với bê tông nặng. Hệ số φn là hệ số
trung (trong đó, a là khoảng cách từ lực xét đến ảnh hưởng lực dọc, lấy bằng 0 khi
tập trung đến gối đỡ, ho là chiều cao làm việc dầm không chịu lực dọc. Hệ số φb3 lấy bằng
của dầm). 0.6 đối với bê tông nặng. Rbt là cường độ chịu
166
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
kéo tính toán của bê tông, b là bề rộng của mô hình MCFT có xét đến ảnh hưởng của cốt
tiết diện dầm và c là chiều dài hình chiếu của thép dọc, khi tăng lượng cốt thép dọc thì sức
tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất lên trục dọc kháng cắt của cấu kiện cũng tăng lên.
cấu kiện. Hiện nay với sự trợ giúp của phần mềm
b) TCVN 5574:2018 Response-2000 [4] thì mô hình miền nén cải
Khả năng chịu cắt của bê tông trong dầm tiến trở thành một công cụ mạnh để dự báo
BTCT trên tiết diện nghiêng được xác định khả năng chịu cắt của dầm BTCT. Phần mềm
theo công thức: này đưa ra được mối quan hệ giữa chuyển vị
b 2 Rbt bh02 toàn phần và lực cắt, đưa ra biến dạng cắt
Qb (2) trên toàn bộ chiều dài dầm, đưa ra được sự
c
nhưng không lớn hơn Qb,max 2.5Rbt bh0 và làm việc của dầm ở các giai đoạn tải trọng.
Kết quả tính toán khả năng chịu cắt của dầm
không nhỏ hơn Qb ,min 0.5 Rbt bh0 . Trong đó, hệ
BTCT bằng mô hình miền nén cải tiến thông
số φb2 là hệ số xét đến ảnh hưởng của cốt qua phần mềm Response-2000 đã được kiểm
thép dọc, lực bám dính và đặc điểm trạng thái chứng với kết quả thí nghiệm trong nghiên cứu
ứng suất của bê tông nằm phía trên vết nứt [5]. Kết quả tính toán là đáng tin cậy.
xiên, lấy bằng 1.5.
2.2. Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 3. VÍ DỤ TÍNH TOÁN VÀ KẾT QUẢ
Khả năng chịu cắt của bê tông trong dầm Khảo sát một dầm BTCT tiết diện chữ nhật
BTCT được xác định theo công thức: bh = 250500 mm, nhịp dài L = 6m, chịu hai
Vd lực tập trung đặt đối xứng như Hình 1.
Vc 0.5 f c' 175 w u bw d 0.93 f c' bw d (3)
Mu Dầm sử dụng bê tông cấp độ bền B15 có
trong đó: fc’ là cường độ tiêu chuẩn chịu nén Rb = 8.5 MPa, Rbt = 0.75 MPa (tương ứng với
của bê tông; bw là bề rộng dầm; d là chiều cao cấp độ bền C12/15 có cường độ chịu nén tiêu
làm việc hữu hiệu của dầm (chính là ho theo chuẩn f c = 12 MPa), cốt thép dọc chịu lực
TCVN); Vu và Mu là lực cắt và mô men tại nhóm CIII có Rs = 365 MPa (cường độ tiêu
tiết diện đang xét do tải trọng tính toán gây chuẩn fy = 400 MPa). Dầm đã bố trí cốt thép
ra; w là hàm lượng cốt dọc; fy là cường độ 2Φ12 ở vùng nén và 3Φ20 ở vùng kéo, ho = d
tiêu chuẩn chịu kéo của cốt thép. = 450 mm và không đặt cốt đai (Hình 2). Vị
trí đặt lực tập trung (khoảng cách a) thay đổi
2.3. Theo mô hình miền nén cải tiến sử sao cho tỷ số a/ho thay đổi từ 1.0 đến 6.0.
dụng phần mềm Response-2000
P P
Mô hình miền nén cải tiến (Modified
Compression Field Theory - MCFT) là một a L – 2a a
lý thuyết tiên tiến có khả năng xét đến nhiều L= 600
yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu cắt của
dầm BTCT với độ chính xác cao. Trong khi Hình 1. Sơ đồ tính toán dầm BTCT
mô hình bê tông truyền thống cho rằng bê 2Ø12
2
35
tông bị nứt không chịu được lực kéo, mô
hình MCFT có kể tới ảnh hưởng của ứng suất
450
415
500
kéo trong vùng bê tông bị nứt. Khi nứt, ứng
suất cắt truyền qua vết nứt thông qua cốt thép
50
3Ø20
1
liên kết vết nứt, miễn là cốt thép không chảy. 250
Bê tông giữa vết nứt được coi là có hiệu quả
sau đó. Góc nghiêng của vết nứt (θ) có liên Hình 2. Mặt cắt tiết diện dầm
quan đến biến dạng dọc trục (εx) trong cốt Tiến hành tính toán khả năng chịu cắt của
thép dọc. Sức kháng cắt của cấu kiện trong bê tông trong dầm BTCT theo các phương
167
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
pháp tính toán trình bày trong mục 2, kết quả tăng từ 1.0 đến 3.0, khả năng chịu cắt của
thu được tổng hợp trong Bảng 1 và Hình 3. dầm BTCT giảm 66.7% theo TCVN
Chú ý rằng tính toán theo tiêu chuẩn Việt 5574:2018, giảm 14.1% theo ACI, giảm
Nam sử dụng cường độ vật liệu tính toán, còn 55.3% theo MCFT; khi giá trị a/ho tăng từ 3.0
tính toán theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ và mô hình đến 6.0 thì khả năng chịu cắt của dầm BTCT
MCFT sử dụng cường độ vật liệu tiêu chuẩn. giảm 0% theo TCVN 5574:2018, giảm 4.1%
Do vậy, để so sánh được với nhau thì giá trị theo ACI, giảm 24.2% theo MCFT. Điều này
tính theo tiêu chuẩn Việt Nam cần nhân lên là do khi tỷ số a/ho tăng lớn hơn 3.0 (tức là
1.5 lần [5, 6]. Giá trị trong Bảng 1 là giá trị điểm đặt lực ở xa gối đỡ) thì khả năng chịu
đã được nhân hệ số. cắt của bê tông trong dầm BTCT tính theo
công thức (1) và (2) ở TCVN có giá trị nhỏ
Bảng 1. So sánh kết quả Qb tính toán
hơn giá trị Qb,min, nên lấy Qb = Qb,min, trong
theo các phương pháp khác nhau
khi tính theo ACI, MCFT không có giới hạn
Qb (kN) giá trị cận dưới này.
a/ho
5574-2012 5574-2018 318-14 MCFT 4. KẾT LUẬN
1.0 189.84 189.84 78.10 133.40
Nghiên cứu này trình bày ảnh hưởng của
1.5 126.56 126.56 72.61 88.90 tỷ số a/ho đến khả năng chịu cắt của dầm
2.0 94.92 94.92 69.86 69.30 BTCT đơn giản hai đầu khớp tiết diện chữ
2.5 75.94 75.94 68.21 63.90
nhật. Một dầm BTCT không đặt cốt đai chịu
hai lực tập trung đặt đối xứng được tính toán
3.0 75.94 63.28 67.11 59.60 khả năng chịu cắt theo các tiêu chuẩn Việt
3.5 75.94 63.28 66.33 56.20 Nam, Hoa Kỳ và mô hình miền nén cải tiến
4.0 75.94 63.28 65.74 53.40 thông qua phần mềm Response-2000. Kết
quả nghiên cứu cho thấy khả năng chịu cắt
4.5 75.94 63.28 65.28 50.90
của dầm BTCT giảm khi tỷ số a/ho tăng lên
5.0 75.94 63.28 64.92 48.70 từ giá trị 1.0 đến 6.0 và giảm rõ rệt hơn trong
5.5 75.94 63.28 64.62 46.80 khoảng giá trị a/ho tăng từ 1.0 đến 3.0.
6.0 75.94 63.28 64.37 45.20
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TCVN 5574:2012. “Tiêu chuẩn thiết kế Kết
cấu bê tông và bê tông cốt thép”.
[2] TCVN 5574:2018. “Tiêu chuẩn thiết kế Kết
cấu bê tông và bê tông cốt thép”.
[3] ACI 318-14. “American Concrete Institude
(ACI), Building code requirements for
structural concrete”.
[4] Response-2000. Phần mềm phân tích khả
năng chịu cắt của cấu kiện BTCT theo mô
Hình 3. Ảnh hưởng của tỷ số a/ho đến
hình miền nén cải tiến.
khả năng chịu cắt của dầm BTCT [5] Nguyễn Ngọc Phương (2008). “Nghiên cứu
Từ Hình 3 cho thấy có sự khác nhau về kết khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt thép
quả khả năng chịu cắt của dầm BTCT theo ứng lực trước”. Luận án Tiến sĩ kỹ thuật,
các phương pháp tính toán khác nhau. Tuy Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
nhiên, kết quả tính toán theo các phương [6] Ngô Văn Thuyết (2011). “Nghiên cứu ảnh
hưởng của kích thước tiết diện đến khả
pháp khác nhau đều có chung xu hướng là
năng chịu cắt của dầm bê tông cốt thép”.
khả năng chịu cắt của dầm BTCT giảm khi tỷ Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học
số a/ho tăng lên. Trong đó, khi giá trị a/ho Xây dựng.
168
nguon tai.lieu . vn
