Tính toán khả năng chịu cắt của dầm nối trong kết cấu lõi nhà cao tầng đặt cốt thép thông thường theo TCVN 5574: 2018

Bài viết trình bày tính toán khả năng chịu cắt của Dầm nối cấu tạo cốt thép thông thường theo TCVN 5574: 2018, kết hợp với tính toán theo ACI 318 và Lý thuyết trường nén cải tiến (Modified compression field theory – MCFT).

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 TÍNH TỐN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM NỐI TRONG KẾT CẤU LÕI NHÀ CAO TẦNG ĐẶT CỐT THÉP THÔNG THƯỜNG THEO TCVN 5574: 2018 Nguyễn Tiến Chương1, Đoàn Xuân Quý1 Trường Đại học Thuỷ lợi, email: quydx@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Dầm nối hay gọi Lanh tô (Coupling beam) kết nối phần cánh đối diện lõi hở tạo thành lõi nửa kín Các nghiên cứu vai trò quan trọng Dầm nối lõi chịu mô men xoắn tải trọng ngang giảm góc xoắn chuyển vị ngang kết cấu lõi [1] Cấu tạo cốt thép dầm nối có hai loại: loại đặt cốt thép thơng thường loại đặt thêm cốt thép chéo (Diagonal rebar) hình Dầm nối có tỉ lệ nhịp chiều cao - ln/h thường không lớn phải tính tốn cấu tạo đủ khoẻ để làm việc hệ kết cấu lõi Vấn đề tính toán khả chịu cắt Dầm nối quan trọng việc dự báo khả làm việc kết cấu lõi Bài báo trình bày tính tốn khả chịu cắt Dầm nối cấu tạo cốt thép thông thường theo TCVN 5574: 2018 [2], kết hợp với tính tốn theo ACI 318 [3] Lý thuyết trường nén cải tiến (Modified compression field theory – MCFT) [4] Từ nhận xét kết tính để làm rõ làm việc dầm nối CƠNG THỨC TÍNH TỐN Hình Cấu tạo cốt thép dầm nối thép thường, b) cấu tạo thép chéo Khi dầm nối đặt cấu chịu lực, chịu lực lớn thường có xu hướng phá hoại đầu tiên, phá hoại dầm dẫn tới phá hoại kết cấu Như dầm nối TCVN 5574: 2018 [2] quy định việc tính tốn cấu kiện bê tông cốt thép chịu cắt theo hai điều kiện đây: Tính tốn theo dải bê tơng vết nứt nghiêng theo điều kiện: (1) Q  b1Rbbh Trong đó: Q - lực cắt tiết diện thẳng góc cấu kiện, tất ngoại lực nằm phía tiết diện; b1 - hệ số, kể đến ảnh hưởng đặc điểm trạng thái ứng suất bê tông dải nghiêng, lấy 0,3 Khi tính tốn cấu kiện chịu lực cắt, điều kiện là: (2) Q  Qb + Qsw Trong đó: Q - lực cắt tiết diện nghiêng; Qb - lực cắt chịu bê tông tiết diện nghiêng tính theo cơng thức: 168 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 Qb = b2Rbtbh2o/C (3) b2 hệ số, kể đến ảnh hưởng cốt thép dọc, lực bám dính đặc điểm trạng thái ứng suất bê tơng nằm phía vết nứt xiên, lấy 1,5 Qsw lực cắt chịu cốt thép ngang tiết diện nghiêng Qsw = swqswC (4) sw hệ số, kể đến suy giảm nội lực dọc theo chiều dài hình chiếu tiết diện nghiêng C, lấy 0,75 qsw lực cốt thép ngang đơn vị chiều dài cấu kiện, xác định theo công thức: qsw = RswAsw/sw = Rswswb (5) Chiều dài hình chiếu C lấy không nhỏ h0 không lớn 2h0 Cơng thức tính tốn khả chịu cắt cho dầm nối theo TCVN 5574: 2018 Dầm nối trường hợp đặc biệt - dầm khơng có tải trọng tác dụng trực tiếp lên dầm mà dầm chịu cắt hai đầu Như chiều dài hình chiếu C phạm vi h0 đến 2h0 tương quan với chiều dài nhịp dầm Khi ta có trường hợp tính tốn: - Trường hợp h0  ln  2h0, khả chịu cắt tính theo cơng thức: Q  1,5Rbtbh2o/ln + 0,75Rswswbln (6) - Trường hợp ln > 2h0, khả chịu cắt Dầm nối là: Q  0,75Rbtbho + 1,5Rswswbh0 (7) Cơng thức tính tốn theo ACI 318-19 [3] Vn  Acv  c f c   w f yw  0,83 Acv f c (8)  chân, ngàm trượt đầu chịu tải trọng đẩy ngang đến phá hoại CÁC KẾT QUẢ TÍNH TỐN Sau tiến hành áp dụng tính tốn cho số cấu kiện dầm nối ứng với trường hợp tiết diện chiều dài dầm (tỉ lệ ln/h) Hàm lượng cốt đai (HLCĐ) từ 0,5% đến 2,5% Thép đai sử dụng loại có fyw = 400 Mpa (Rsw = 348 Mpa) Vật liệu bê tông tương ứng bảng Các kết tính tốn khả chịu cắt (KNCC) theo hình Bảng Các thông số vật liệu Tiêu chuẩn ACI 318 TCVN 5574: 2018 Cường độ Bê tông (Mpa) f’c = 35 Rb = 23,5 Rbt = 1,43 f’c = 40 Rb = 26.8 Rbt = 1,53  Giá trị c xác định sau: c = 0,25 ln/h < 1,5; c = 0,17 ln/h > 2,0 Các tỉ số ln/h lại khoảng 1,5 đến 2,0 nội suy theo hai giá trị w = Aw/(bsw) hàm lượng cốt thép đai với khoảng cách s, b bề rộng dầm, f’c tính đơn vị Mpa, fyw cường độ chảy dẻo cốt thép đai, Acv = bh - diện tích mặt cắt ngang dầm Khả chịu cắt theo MCFT [5] Dầm nối mơ hình phần mềm số Vector2 cấu kiện đứng, có liên kết ngàm 169 Hình KNCC dầm 20x70 20x50 với tương ứng f’c = 35 40Mpa, ln/h = 1,43 1,5 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 cho số trường hợp dầm với hàm lượng cốt đai khác theo cơng thức lập, đồng thời tính tốn theo ACI 318 Lý thuyết trường nén cải tiến - MCFT Kết tính tốn cho thấy: - Đối với độ dài dầm nối khác (theo tỉ lệ chiều dài nhịp chiều cao dầm ln/h): ln/h < 2, TCVN tính tốn phù hợp với MCFT; ln/h từ đến 4, ACI dự đoán KNCC dầm gần với MCFT hơn; với ln/h lớn hai tiêu chuẩn đánh giá cao giá trị dự đoán theo MCFT - Với hàm lượng cốt đai từ 1% trở xuống, TCVN ACI đánh giá tương đồng KNCC dầm, với HL lớn 1%, tiêu chuẩn đánh giá lệch ACI đánh giá thấp TCVN Với HLCĐ nhỏ KNCC dự đốn theo TCVN ACI có khác biệt so với MCFT Hình KNCC dầm 2570, với f’c = 40Mpa, ln/h tương ứng = 2.86 4,28 Từ biểu đồ hình hình ta có nhận xét sau: - Đối với dầm nối có tỉ lệ ln/h nhỏ 2, TCVN đánh giá KNCC phù hợp hơn, ACI bị giới hạn ứng suất cắt vế phải công thức (8) - Đối với dầm nối có tỉ lệ ln/h từ trở lên, KNCC đánh giá theo tiêu chuẩn khác xa so với MCFT - Đối với dầm nối có tỉ lệ ln/h từ đến 4, việc giới hạn ứng suất cắt theo ACI phù hợp nhiên cao so với KNCC tính tốn theo MCFT - TCVN ACI dự đoán tương đồng khả chịu cắt ứng với HLCĐ từ 1% trở xuống Với HLCĐ từ 1% trở lên, tiêu chuẩn đánh giá lệch nhau, ACI đánh giá thấp TCVN giới hạn ứng suất cắt Với HLCĐ thấp, KNCC dầm đánh giá theo MCFT cao so với TCVN ACI KẾT LUẬN Bài báo lập cơng thức tính tốn khả chịu cắt cho dầm nối theo TCVN 5574: 2018 đồng thời tính tốn khả chịu cắt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tiến Chương, Đoàn Xuân Quý 2018 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 [2] “Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574: 2018: Kết cấu bê tông bê tông cốt thép, tiêu chuẩn thiết kế.” Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội, 2018 [3] ACI 318-19, “Building code requirements for structural concrete and commentary.” ACI Committee 318 Structural Building Code [4] Vecchio F J, Collins M 1986 “The Modified Compression Field Theory for Reinforced Concrete Elements Subjected to Shear,” ACI Journal Titled no, 83 - 22 [5] Nguyễn Tiến Chương, Đoàn Xuân Quý 2019 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 ĐH Thuỷ lợi, Hà Nội năm 2019 170 ... suất cắt Với HLCĐ thấp, KNCC dầm đánh giá theo MCFT cao so với TCVN ACI KẾT LUẬN Bài báo lập cơng thức tính toán khả chịu cắt cho dầm nối theo TCVN 5574: 2018 đồng thời tính tốn khả chịu cắt TÀI... dài cấu kiện, xác định theo công thức: qsw = RswAsw/sw = Rswswb (5) Chiều dài hình chiếu C lấy khơng nhỏ h0 khơng lớn 2h0 Cơng thức tính tốn khả chịu cắt cho dầm nối theo TCVN 5574: 2018 Dầm nối. .. ln  2h0, khả chịu cắt tính theo cơng thức: Q  1,5Rbtbh2o/ln + 0,75Rswswbln (6) - Trường hợp ln > 2h0, khả chịu cắt Dầm nối là: Q  0,75Rbtbho + 1,5Rswswbh0 (7) Cơng thức tính tốn theo ACI