Ảnh hưởng của tỷ số a/ho đến khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt thép chịu lực tập trung

Bài viết Ảnh hưởng của tỷ số a/ho đến khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt thép chịu lực tập trung trình bày ảnh hưởng của tỷ số a/ho đến khả năng chịu cắt của dầm BTCT đơn giản hai đầu khớp, tiết diện chữ nhật, không đặt cốt đai, chịu hai lực tập trung đặt đối xứng.

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