Bài viết đề xuất một phương pháp và bảng tính thực hành tính toán khả năng chịu lực của cột bê tông cốt thép sử dụng các mô hình phi tuyến mô phỏng quan hệ ứng suất - biến dạng của vật liệu bê tông và cốt thép dưới dạng hai đoạn thẳng và ba đoạn thẳng của TCVN 5574:2018.
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2020 14 (3V): 93–107 XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA CỘT BÊ TƠNG CỐT THÉP SỬ DỤNG CÁC MƠ HÌNH VẬT LIỆU PHI TUYẾN CỦA TCVN 5574:2018 Nguyễn Việt Phươnga , Vongchith Sykhamphab , Nguyễn Trường Thắngb,∗ a Công ty Cổ phần Tư vấn Thiết kế Đầu tư Xây dựng Hà Tây, A36-TT2 Khu đô thị Văn Quán, quận Hà Đông, Hà Nội, Việt Nam b Khoa Xây dựng dân dụng công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng, số 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 20/05/2020, Sửa xong 24/06/2020, Chấp nhận đăng 02/07/2020 Tóm tắt Bài báo đề xuất phương pháp bảng tính thực hành tính tốn khả chịu lực cột bê tông cốt thép (BTCT) sử dụng mơ hình phi tuyến mơ quan hệ ứng suất - biến dạng vật liệu bê tông cốt thép dạng hai đoạn thẳng (MH2ĐT) ba đoạn thẳng (MH3ĐT) TCVN 5574:2018 Với kết kiểm chứng tin cậy chương trình thực nghiệm cơng bố, phương pháp đề xuất sử dụng để khảo sát hai cột BTCT thực tế, từ ảnh hưởng mơ hình vật liệu phi tuyến TCVN 5574:2018 tiêu chuẩn trước TCVN 5574:2012 so sánh đánh giá Kết cho thấy khả chịu lực cột BTCT theo TCVN 5574:2018 thấp so với TCVN 5574:2012 Bên cạnh đó, khả chịu lực cột BTCT phân tích TCVN 5574:2018 - MH2ĐT thấp so với MH3ĐT cho vật liệu bê tông với định lượng nhỏ 5% Từ khố: cột; bê tơng cốt thép; lệch tâm xiên; mơ hình phi tuyến; mặt tương tác DETERMINATION OF LOAD BEARING CAPACITY OF REINFORCED CONCRETE COLUMNS USING MATERIALS’ NON-LINEAR MODELS OF TCVN 5574:2018 Abstract This paper proposes a computation method and a practical Excel Spreadsheet to determine the load bearing capacity of reinforced concrete (RC) columns using non-linear materials’ models in the forms of bilinear and trilinear stress-strain relationships specified in TCVN 5574:2018 With relatively good validation with a published experimental study, the proposed method is then used to calculate two RC columns in reality for the comparison and assessment of the effects of TCVN 5574:2018’s non-linear material models as well as of the previous version TCVN 5574:2012 on the columns’ strengths It is shown that the load bearing capacity of RC columns obtained from TCVN 5574:2018 is lower than that of TCVN 5574:2012 Besides, when applying TCVN 5574:2018, the concrete bilinear model provides lower load bearing capacity of RC columns compared to that of the trilinear model with a rate of lower than 5% Keywords: column; reinforced concrete; bi-axial; non-linear model; interaction surface https://doi.org/10.31814/stce.nuce2020-14(3V)-09 © 2020 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) Giới thiệu Trong kết cấu cơng trình, cột cấu kiện nhận tải trọng đứng từ sàn, dầm truyền lực xuống cột phía xuống kết cấu móng Như vậy, cột coi cấu kiện chủ yếu chịu lực ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: thangnt2@nuce.edu.vn (Thắng, N T.) 93 Phương, N V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng nén [1–4] Trong thực tế, phân phối mô men nút giao dầm cột, đa dạng phương án kiến trúc cơng trình tạo nên nhịp độ khác mặt bằng, thay đổi tiết diện ngang cột theo chiều cao, độ lệch tâm ngẫu nhiên hay tải trọng ngang v.v , phần lớn cột tiết diện chữ nhật đồng thời chịu thêm hai mô men uốn M x My hai mặt phẳng tiết diện với lực nén N, gọi chịu nén lệch tâm xiên Tuy nhiên, số trường hợp, hai mơ men uốn có giá trị khơng đáng kể bỏ qua, tạo cột chịu nén lệch tâm phẳng với tác động cặp nội lực (N, M x ) (N, My ) Nếu mô men lại nhỏ tương đối so với lực dọc, cột coi cách gần chịu nén túy Khả chịu lực cột chịu nén lệch tâm phẳng thường biểu diễn biểu đồ tương tác (Nu , M xu ) (Nu , Myu ) Đối với cột chịu nén lệch tâm xiên, tập hợp họ biểu đồ tương tác tạo nên mặt tương tác (Nu , M xu , Myu ) khơng gian, Nu , M xu , Myu khả chịu lực tới hạn lực dọc, mô men uốn theo phương x mô men uốn theo phương y tiết diện cột BTCT Các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) nước tiên tiến giới đưa số phương pháp xây dựng mặt tương tác cho cột BTCT Các tiêu chuẩn Viện Bê tông Hoa Kỳ ACI 318-19 [5] liên minh châu Âu EN 1992-2004 [6–8] chấp nhận giả thiết tiết diện phẳng với quan hệ ứng suất - biến dạng vật liệu bê tông cốt thép (quan điểm biến dạng) Tuy nhiên, tiêu chuẩn trước CHLB Nga SNiP 2.03.01.84 [9] tiêu chuẩn tương ứng Việt Nam TCVN 5574:2012 [10] sử dụng quan điểm ứng suất tính toán cột BTCT phức tạp Trong thời gian qua, tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5574:2018 [11] (dựa tiêu chuẩn CHLB Nga SP 63.13330.2012 [12]) ban hành thay cho TCVN 5574:2012 cho phép sử dụng giả thiết tiết diện phẳng cung cấp mô hình biến dạng vật liệu để tính tốn kết cấu BTCT theo quan điểm biến dạng Cùng với số nghiên cứu nước việc áp dụng tiêu chuẩn vào điều kiện Việt Nam [13–15] Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu đề cập tới việc so sánh mơ hình phi tuyến vật liệu theo TCVN 5574:2018 Bài báo giới thiệu ngun tắc tính tốn cột BTCT TCVN 5574:2018, từ đề xuất phương pháp bảng tính thực hành tính tốn khả chịu lực cột BTCT chịu lệch tâm xiên dạng mặt tương tác Các mơ hình phi tuyến mơ quan hệ ứng suất - biến dạng vật liệu bê tông cốt thép dạng hai đoạn thẳng (MH2ĐT) ba đoạn thẳng (MH3ĐT) TCVN 5574:2018 tích hợp bước tính tốn Phương pháp nội suy phương pháp trung bình có trọng số sử dụng để đánh giá hệ số an tồn tính tốn cột BTCT chịu nén lệch tâm xiên cách xác định vị trí khơng gian điểm nội lực tới hạn so với mặt tương tác Sau kiểm chứng số kết thí nghiệm công bố, phương pháp đề xuất sử dụng để khảo sát hai cột BTCT thực tế, từ so sánh đưa số đánh giá ảnh hưởng mơ hình vật liệu phi tuyến TCVN 5574:2018 với tiêu chuẩn trước TCVN 5574:2012, giới thiệu phần cuối báo Các ngun tắc tính tốn cột BTCT theo TCVN 5574:2018 2.1 Mơ hình vật liệu phi tuyến theo TCVN 5574:2018 So với tiêu chuẩn trước TCVN 5574:2012 [10], thay đổi quan trọng TCVN 5574:2018 [11] đưa cách tường minh đường cong quan hệ ứng suất - biến dạng vật liệu bê tông cốt thép, đơn giản hóa dạng mơ hình vật liệu phi tuyến để dễ dàng áp dụng thực tế Với vật liệu bê tông, TCVN 5574:2018 đưa hai mơ hình vật liệu phi tuyến biểu đồ biến dạng hai đoạn thẳng (MH2ĐT) ba đoạn thẳng (MH3ĐT) (Hình 1) 94 quan trọng [11] là đã đưađưa cáchcách tường minhminh đường quan trọng củaTCVN TCVN5574:2018 5574:2018 [11] tường đường cong quan hệ ứng suất biến dạng vật liệu bê tông cốt thép, đơn giản cong quan hệ ứng suất - biến dạng vật liệu bê tơng cốt thép, đơn hóa giản hóa dạng phi tuyến để để dễ dễ dàng áp dụng thựcthực tế tế dạng cácmô mơhình hìnhvật vậtliệu liệu phi tuyến dàng áp dụng Với 5574:2018 đưađưa hai mơ mơ hìnhhình vật liệu Với vật vậtliệu liệubê bêtông, tông,TCVN TCVN 5574:2018 hai vật phi liệutuyến phi tuyến Phương, N thẳng V., cs.(MH2ĐT) / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng biểu đồ biến dạng hai đoạn ba đoạn thẳng (MH3ĐT) (Hình 1) biểu đồ biến dạng hai đoạn thẳng (MH2ĐT) ba đoạn thẳng (MH3ĐT) (Hình 1) (a) Biểu đồ hai đoạn thẳng (MH2ĐT) (b) Biểu đồ ba đoạn thẳng (MH3ĐT) Hình1.Hình 1.Mơ Mơ hình tuyến bê tơng Hình hình vậtvật liệu phiphi tuyến bê [12] [12] Mơ hình vậtliệu liệu phi tuyến củacủa bê tơng tơng [12] Tạpchí chíKhoa Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2020 2615-9058 Tạp học Công nghệ Xây dựng NUCE 2020 ISSN ISSN 2615-9058 Trong MH2ĐT, ứng suất nén s bê tông xác định theo b Trong MH2ĐT, ứng suất nén sb bê tông xác định theo biến biến dạng co ngắn ngắn tương đối mô đàn bêxác tông sau: Trong MH2ĐT, ứng suất σbđun bê hồi tông định theo biến dạng co ngắn tương dạng co tương đối vàvànén mô đun đàn hồi củacủa bê tông sau: =E eb sau: khikhi eb1 =E eb 0£e0£ bbê b,red b