Ảnh hưởng của cốt thép xiên đến sự làm việc của dầm nối trong kết cấu vách - lõi nhà nhiều tầng

Bài viết Ảnh hưởng của cốt thép xiên đến sự làm việc của dầm nối trong kết cấu vách - lõi nhà nhiều tầng trình bày mô hình bằng phần tử hữu hạn (PTHH) cho trường hợp dầm nối BTCT bằng phần mềm VecTor2 theo lý thuyết miền nén cải tiến (MCFT) để khảo sát vai trò của cốt thép xiên với sự làm viêc của dầm nối khi chịu lực, kết quả được so sánh với kết quả thực nghiệm và tính toán theo tiêu chuẩn ACI: 318-2019 để đánh giá kết quả phân tích của mô hình PTHH.

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 GIỚI THIỆU CHUNG Dầm nối có vai trị quan trọng làm việc kết cấu vách, lõi nói chung lõi nửa kín nói riêng nhà nhiều tầng Các nghiên cứu [1] [2] tương tác hiệu dầm nối hệ kết cấu Dầm nối nghiên cứu nhiều thực nghiệm nhằm đưa mơ hình (MH) làm việc tính toán (Paulay Binney 1974 [3], Naish - 2010 [4], Lim - 2016 [5]) Các nghiên cứu cho thấy làm việc thực nghiệm cho kết cao khả chịu lực so với tính tốn lý thuyết Đồng thời, mơ số cho kết sát với khảo sát thực nghiệm Bài báo trình bày mơ hình phần tử hữu hạn (PTHH) cho trường hợp dầm nối BTCT phần mềm VecTor2 [6] [7] theo lý thuyết miền nén cải tiến (MCFT) [8] để khảo sát vai trò cốt thép xiên với làm viêc dầm nối chịu lực, kết so sánh với kết thực nghiệm tính tốn theo tiêu chuẩn ACI: 318-2019 [9] để đánh giá kết phân tích mơ hình PTHH MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU DẦM NỐI Tính tốn lõi nửa kín kết cấu nhà nhiều tầng cho thấy lõi làm việc xoắn dầm nối làm việc mặt phẳng chịu nội lực mô men lớn hai đầu lực cắt không thay đổi Trong cấu làm việc lõi, dầm nối ngăn cản trượt tường lõi đối diện Như vậy, tách riêng dầm nối để nghiên cứu xác định sơ đồ tính dầm nối đầu ngàm đầu ngàm trượt Trong mơ hình PTHH mơ hình đoạn tường lõi hai bên dầm để tạo điều kiện biên Dầm nối nghiên cứu báo mẫu dầm CB20-1 theo nghiên cứu E Lim (2016) [5] Dầm có kích thước 3050cm, tỉ lệ nhịp chiều cao - dạng dầm cao (deep beam) Đầu tiên mơ hình hóa, lựa chọn thơng số cho khớp với thí nghiệm, sau điều chỉnh để khảo sát ảnh hưởng cốt thép xiên Hình Mơ hình dầm nối PTHH Mơ hình PTHH [7] dầm nối Hình bao gồm có vật liệu BTCT có thép phân bố theo hàm lượng ứng với cốt thép đai, cốt dọc cốt chéo nhúng vào phần tử với liên kết bám dính hồn tồn với bê tơng Điều kiện tác dụng chuyển vị cưỡng xuống cho tường bên phải Tiến hành phân tích đẩy dần cho mơ hình dầm dầm nối bị phá hoại Đầu tiên, phân tích dầm nối theo mẫu CB20-1, hiệu chỉnh thơng số mơ hình cho phù hợp với kết thí nghiệm Sau thay đổi hàm lượng cốt thép xiên (CX%) để khảo sát quan hệ CX với khả chịu cắt dầm nối 157 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 Vật liệu bê tông cốt thép làm việc đàn hồi dẻo khai báo theo mơ hình với cường độ mô đun đàn hồi cát tuyến theo tiêu chuẩn ACI với f’c = 52MPa, thép đai thép dọc có fy = 468MPa thép xiên có fy = 440MPa, E = 33892MPa KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Quan hệ lực - chuyển vị Kết phân tích mơ hình PTHH cho ta kết (Hình 2) quan hệ lực chuyển vị (Vn = 2Avdfysin) kết tính tốn theo cơng thức tiêu chuẩn ACI Kết cho thấy, tính tốn theo cơng thức ACI thiên an tồn, tăng hàm lượng khả tính tốn cơng thức gần với giá trị mơ hình Trên Hình cho thấy, tăng hàm lượng cốt xiên, hai đường thẳng có xu hướng tiến gần nhau, điều cho thấy khả chịu cắt bê tông kết hợp thành phần cốt thép với bê tông theo hướng làm việc đồng thời Nếu cộng đại số khả chịu cắt tính theo công thức dầm thường với giá trị Vn_ACI cho kết lớn khả chịu cắt dự báo theo MCFT Bảng Khả chịu cắt dầm nối theo hàm lượng cốt xiên (%) Hình Đường cong lực - tỉ lệ Drift mẫu CB20-1 theo kết thí nghiệm phân tích CX (%) V_MCFT (KN) Vn_ACI (KN) 0.00% 738 0,44% 821 166 0,88% 919 331 1,76% 1101 662 2,64% 1298 995 3,52% 1467 1325 Hình thể quan hệ lực chuyển vị (thông qua tỉ số độ lệch chuyển vị so với chiều dài dầm - Drift ratio) Kết lực lớn tác dụng lên dầm chuyển vị đỉnh mơ hình PTHH tương đồng với kết thí nghiệm Lim Độ dẻo dầm tính (7,3% + 1,4%)/1.4% = 6,2 So với độ dẻo dầm đặt cốt thép thông thường kích thước khả chịu cắt (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 làm việc dầm thay đổi hàm lượng cốt thép xiên Trên Bảng 1, Hình thể khả chịu lực lớn dầm nối theo hàm lượng cốt thép xiên Đường V_MCFT lực cắt theo mơ hình PTHH, đường Vn_ACI Hình Khả chịu cắt dầm nối theo hàm lượng cốt thép xiên (%) Theo công thức giới hạn cường độ dầm lo ngại dầm bị nứt với giá trị lực cắt theo ACI 0,83 f c bd = 898KN Giá trị 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 kết thí nghiệm ứng với CX = 1,76% dầm nối làm việc giới hạn vết nứt cho phép Việc hạn chế khả chịu cắt dầm thiên an tồn Trên Hình thể đường cong lực - độ lệch (tỉ lệ Drift) dầm theo hàm lượng cốt thép xiên Kết phân tích cho thấy, hàm lượng cốt thép xiên tăng lên, không khả chịu cắt tăng lên, mà góc dốc biểu đồ sau lực đạt đỉnh lớn lên Nghĩa dầm giữ lực lớn mức biến dạng nhiều Khi so sánh với với trường hợp dầm khơng có cốt xiên (đường CX = 0%) điều thể rõ Hình Sự làm việc dầm nối theo hàm lượng cốt thép xiên CX KẾT LUẬN Kết phân tích dầm nối có cốt thép xiên cho thấy: - Kết phân tích theo lý thuyết miền nén cải tiến (MCFT) sát với kết thí nghiệm - Khả chịu lực cắt dầm nối tính theo MCFT cao so với tính toán theo ACI - Khả chịu lực cắt dầm nối có cốt thép xiên cao đáng kể so với dầm khơng có cốt thép xiên có hàm lượng thép dọc (Hình 4, đường CX = 0% thấp nhất) - Độ dẻo dầm nối có cốt thép xiên cao đáng kể (gần 30%) so với dầm khơng có cốt thép xiên có khả chịu cắt (dầm CB20-1 so với dầm CB20-2 Lim) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tiến Chương, Phân tích kết cấu nhà cao tầng Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội, 2015 [2] Nguyễn Tiến Chương, Đoàn Xuân Quý, ‘Ảnh hưởng độ cứng dầm nối đến làm việc chịu xoắn kết cấu lõi nhà cao tầng’, Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ học Vật rắn lần thứ XIV, Đại học Trần Đại Nghĩa, Thành phố Hồ Chí Minh, 1920/7/2018, Jul 2018 [3] T Paulay and J.R Binney, ‘Diagonally 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, ‘Ảnh hưởng hàm lượng cốt thép đai lanh tô đến làm việc kết cấu vách kép chịu tải trọng ngang’, Hội nghị Khoa học thường niên Trường Đại học Thuỷ lợi, Hà Nội năm 2019, Nov 2019 [8] Vecchio F J, Collins M, ‘The Modified Compression Field Theory for Reinforced Concrete Elements Subjected to Shear’, ACI Journal Titled no, 83 - 22, 1986 [9] Chương N T and Quý Đ X., "Tính tốn khả chịu cắt dầm nối kết cấu lõi nhà cao tầng đặt cốt thép thông thường theo TCVN 5574:2018", Hội nghị Khoa học thường niên Trường Đại học Thuỷ lợi, Hà Nội, năm 2020, p 4, 2020 159 ... dầm nối có cốt thép xiên cao đáng kể so với dầm khơng có cốt thép xiên có hàm lượng thép dọc (Hình 4, đường CX = 0% thấp nhất) - Độ dẻo dầm nối có cốt thép xiên cao đáng kể (gần 30%) so với dầm. .. Nghĩa dầm giữ lực lớn mức biến dạng nhiều Khi so sánh với với trường hợp dầm khơng có cốt xiên (đường CX = 0%) điều thể rõ Hình Sự làm việc dầm nối theo hàm lượng cốt thép xiên CX KẾT LUẬN Kết. .. CB2 0-2 - Lim) (5,3% + 1,4%)/1,4% = 4,8, dầm nối đặt cốt thép chéo độ dẻo tăng gần 30% 3.2 Khảo sát làm việc dầm thay đổi hàm lượng cốt thép xiên Trên Bảng 1, Hình thể khả chịu lực lớn dầm nối