Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chịu tải trọng nén dọc trục của cột tròn bê tông cốt thép

Ảnh hưởng của hiệu ứng bó (confinement effects) đối với ứng xử nén của cấu kiện cột bê tông cốt thép (BTCT) đã được nghiên cứu rộng rãi trên thế giới trong nhiều năm gần đây cả trên phương diện lý thuyết và thực nghiệm. Ứng dụng của hiệu ứng bó cũng đã được đưa vào một số tiêu chuẩn thi công và thiết kế kết cấu xây dựng quốc tế như tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-19 hay Eurodoce EC2. Tuy nhiên, ở Việt Nam khái niệm này vẫn còn đang tương đối mới mẻ, đặc biệt là rất ít nghiên cứu thực nghiệm (nếu có) được công bố trong nước. Bài báo trình bày kết quả thí nghiệm nén đến khi phá hoại đối với 16 mẫu cột tròn có đường kính 150 mm và chiều dài 600 mm với các bước đai xoắn và mác bê tông khác nhau nhằm đánh giá ảnh hưởng của hiệu ứng bó lên ứng xử nén của loại cấu kiện này.

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2020 14 (2V): 52–63 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỊU TẢI TRỌNG NÉN DỌC TRỤC CỦA CỘT TRỊN BÊ TƠNG CỐT THÉP Nguyễn Anh Vũa,∗, Phạm Xuân Đạta a 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 04/12/2019, Sửa xong 04/02/2020, Chấp nhận đăng 10/02/2020 Tóm tắt Ảnh hưởng hiệu ứng bó (confinement effects) ứng xử nén cấu kiện cột bê tông cốt thép (BTCT) nghiên cứu rộng rãi giới nhiều năm gần phương diện lý thuyết thực nghiệm Ứng dụng hiệu ứng bó đưa vào số tiêu chuẩn thi công thiết kế kết cấu xây dựng quốc tế tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-19 hay Eurodoce EC2 Tuy nhiên, Việt Nam khái niệm tương đối mẻ, đặc biệt nghiên cứu thực nghiệm (nếu có) cơng bố nước Bài báo trình bày kết thí nghiệm nén đến phá hoại 16 mẫu cột trịn có đường kính 150 mm chiều dài 600 mm với bước đai xoắn mác bê tông khác nhằm đánh giá ảnh hưởng hiệu ứng bó lên ứng xử nén loại cấu kiện Kết thí nghiệm cho thấy hàm lượng bước cốt đai xoắn có ảnh hưởng định khả chịu nén cột, ảnh hưởng không thực rõ ràng sức kháng nén dọc trục Kết thí nghiệm so sánh với giá trị dự báo lý thuyết theo mơ hình vật liệu Mander cs đề xuất năm 1988 Nghiên cứu đưa số đánh giá kiến nghị việc xem xét khả chịu nén cột trịn bị ảnh hưởng hiệu ứng bó cốt đai gây Từ khố: cột bê tơng cốt thép; khả chịu nén; hiệu ứng bó; đai xoắn; nghiên cứu thực nghiệm EXPERIMENTAL STUDY ON THE STRUCTURAL PERFORMANCE OF REINFORCED CONCRETE COLUMNS SUBJECTED TO AXIAL LOADING Abstract Confinement effects on the axial performance of reinforced concrete (RC) columns have been long recognized by the international research and practice community The application of such effects has been incorporated in two international codes of practice, ACI 318-19 and EC2 However, in Vietnam there have been a very limited number of experimental studies that have been published nationally This paper presents an experimental study on the structural performance of reinforced concrete (RC) circular columns Four batches consisting of 16 column specimens, which had the same dimensions but were cast with four different concrete grades and detailed with different spacings of stirrups, have been gradually loaded to failure using load-controlled procedure The test data revealed that increasing the stirrup ratio can enhance the structural performance of the column specimens The test data have also been compared with the prediction by the Mander’s concrete model in terms of peak axial stress to evaluate the confinement effects on concrete material Several interesting aspects of the test results have also been discussed, which set a concrete base for recommendations for design and detailing of RC circular columns Keywords: reinforced concrete columns; axial load capacity; confinement effects; spirals stirrups; experimental investigation https://doi.org/10.31814/stce.nuce2020-14(2V)-05 c 2020 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: nguyenanhvu1974@gmail.com (Vũ, N A.) 52 Vũ, N A., Đạt, P X / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Đặt vấn đề Cấu kiện chịu nén thành phần kết cấu cơng trình bê tơng cốt thép (BTCT) Khả chịu nén cấu kiện bị ảnh hưởng nhiều yếu tố Một số yếu tố có tác dụng nhỏ không gây ảnh hưởng tới độ bền cấu kiện Tuy nhiên, với quy mơ cơng trình ngày lớn tải trọng tác dụng vào cấu kiện chịu nén trở nên lớn làm gia tăng mức độ ảnh hưởng yếu tố tới độ bền cấu kiện Một ảnh hưởng hiệu ứng bó làm tăng khả chịu nén cấu kiện chịu nén cốt đai gây Theo lý thuyết, nhận thức rõ ảnh hưởng hiệu ứng cấu kiện chịu nén có nghiên cứu định để đưa cơng thức tính tốn khả chịu lực cấu kiện kể tới hiệu ứng bó Mander cs [1] đề xuất bê tông thông thường Li cs [2] đề xuất bê tông cường độ cao Các nghiên cứu làm tảng cho việc đưa hiệu ứng bó vật liệu bê tơng cốt thép vào số tiêu chuẩn thi công thiết kế kết cấu xây dựng quốc tế tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-19 [3] hay Eurodoce EC2 [4] Trong thời gian gần đây, nghiên cứu thực nghiệm thực cột dẹt có tiết diện chữ L-, V- I- chịu tải trọng động đất cho thấy bước cốt đai có ảnh hưởng độ bền độ dẻo cấu kiện [5–8] Vai trò cốt đai đánh giá có tác động đáng kể ứng xử cột BTCT điều kiện chịu lửa [9], hình thành phát triển khớp dẻo kết cấu dầm-sàn BTCT [10, 11] chịu tải trọng phân bố giai đoạn cận phá hoại Tuy nhiên, phiên tiêu chuẩn tính tốn kết cấu bê tông cốt thép Việt nam TCVN 5574-2018 chưa đề cập tới việc tính tốn khả chịu lực kể tới ảnh hưởng hiệu ứng bó cấu kiện chịu nén [12] Mặt khác, công bố khoa học nước lĩnh vực hạn chế thông tin số lượng (nếu có) Đồng thời, chưa có nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm đầy đủ để đánh giá ảnh hưởng hiệu ứng bó cấu kiện chịu nén điều kiện xây dựng Việt Nam Trên sở thực tế đó, chúng tơi thực nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng hiệu ứng bó cốt đai khả chịu lực dọc trục cấu kiện chịu nén tiết diện tròn cấu tạo đai xoắn, cấu kiện ngày sử dụng rộng rãi công trình nhà cao tầng cầu đường, với mục tiêu sau: - Quan sát đánh giá trạng thái phá hủy cột tròn chịu lực nén với cấu tạo cốt đai khác nhau; - Đánh giá so sánh khác kết tính tốn lý thuyết với kết thực nghiệm; - Đánh giá ảnh hưởng việc bố trí cốt đai (bước cốt đai) khả chịu lực dọc cột trịn Cơng thức xác định khả chịu nén cột có kể tới ảnh hưởng cốt đai 2.1 Cơng thức Mander cs [1] Mơ hình Mander cs [1] đưa vào năm 1988, kèm theo cơng thức tính tốn thực nghiệm tính tốn khả chịu lực cấu kiện chịu nén có tính tới hiệu ứng bó cốt đai Quan sát kết Hình cho thấy cường độ biến dạng cực hạn bê tông có hạn chế nở hơng cốt đai lớn đáng kể so với mẫu bê tơng khơng có hạn chế nở hông Theo Mander cs., cường độ chịu nén cấu kiện bê tông cốt thép hạn chế nở hơng tính tốn sau     f f fcc = fco −1,254 + 2,254 + 7,94 l − l  (1) fco fco 53 Mơ hình Mander đưa vào năm 1988, kèm theo cơng thức tính tốn thực nghiệm tính tốn khả chịu lực cấu kiện chịu nén có tính tới hiệu ứng bó cốt đai Vũ, N A., Đạt, P X / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hình Mơ hình Mander cs quan hệ ứng suất-biến dạng vật liệu bê tơng Hình 1: Mơ hình Mander quan hệ ứng suất-biến dạng vật liệu bê tơng fcc cường độ chịu nén mẫu bê tơng có tính tới hiệu ứng bó cốt đai; fco cường độ Quan sát kết Hình cho thấy cường độ biến dạng cực hạn bê tông chịu nén mẫu bê tơng khơng có cốt đai; fl áp lực chống nở hơng hiệu cột trịn cótính hạn chế nở thức: hơng cốt đai lớn đáng kể so với mẫu bê tông khơng có hạn theo cơng fl = 0,5Ke ρ s fyh (2) fyh cường độ giới hạn chảy thép đai; ρ s tỷ lệ thể tích cốt thép đai thể tích phần bê tơng phía cốt đai; Ke hệ số nén ngang hiệu với đai xoắn tính theo cơng thức: − 0,5 Ke = s ds − ρcc (3) ρcc tỷ lệ diện tích tiết diện cốt thép dọc với diện tích bê tơng phía cốt đai mặt cắt ngang cấu kiện; s khoảng cách mép cốt đai hai vịng xoắn; d s đường kính phần bê tơng làm việc phía vịng cốt đai Biến dạng cực hạn cấu kiện tính theo cơng thức sau: εcc = εco + fcc −1 fco (4) εcc biến dạng cực hạn mẫu bê tơng có tính tới hiệu ứng bó cốt đai; εco biến dạng cực hạn mẫu bê tơng khơng có cốt đai 2.2 Cơng thức Li cs [2] Những năm gần đây, nhà nghiên cứu nhận thấy mơ hình thực nghiệm hiệu ứng bó trước đây, điển hình Mander cs có kết phù hợp – hay nói cách khác, mơ hình phù hợp giải thích số liệu chọn lọc Khi so sánh với cơng trình thực nghiệm, kết khác biệt nhiều Do đó, vào tháng năm 2000, Li cs [2] tiến hành nghiên cứu sửa đổi công thức Mander cs., đưa công thức sửa đổi đây: 54 Vũ, N A., Đạt, P X / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng - Cường độ chịu nén của bê tông hạn chế nở hông:     f f fcc = fco −1,254 + 2,254 + 7,94α s l − ∝ s l  fco fco (5) đó, ngồi tham số fco , fl tính tốn theo cơng thức Mander cs đề xuất, Li cs đưa thêm hệ số điều chỉnh ∝ s xác định sau: f + Nếu fco ≤ 52 MPa ∝ s = 21,2 − 0,35 fco l ; fco fl + Nếu fco > 52 MPa ∝ s = 3,1 fco - Biến dạng cực hạn bê tông hạn chế nở hông:    fcc   εcc = εco 1 + 384 (6) fco  Tuy nhiên, công thức Li cs nghiên cứu sử dụng chủ yếu bê tơng cường độ cao Vì vậy, nghiên cứu này, sử dụng công thức Mander cs để tính tốn so sánh với kết thực nghiệm Nghiên cứu thực nghiệm 3.1 Mẫu thí nghiệm vật liệu chế tạo Kích thước mẫu thí nghiệm Hình 2(a) 2(b) mẫu trụ trịn đường kính D = 150 mm, chiều cao h = 600 mm Cốt thép dọc φ6 bố trí đều, cốt đai xoắn φ3 bố trí với bước khác theo mẫu Tại đầu mẫu bố trí tăng cường cốt thép dọc đai để chống phá hủy ứng suất cục (a)Cấu tạo (a)Cấu tạocốt cốtthép thép (a) Cấu tạo cốt thép (b) Cốt thép thực thực tế tế từ trái qua phải mẫuphải khôngmẫu đai, đaikhông (b)Cốt thép từ qua (b)Cốt thép thực@80mm tế trái từ trái qua phải mẫu không @130mm, @50mm đai, đaiđai @130mm, @80mm @50mm đai, @130mm, @80mm @50mm Hình Cấu tạo cốt thép nhóm mẫu thử Hình 2: Cấu tạo cốt thép nhóm mẫu thử Hình 2: Cấu tạo cốt thép nhóm mẫu thử Số lượng mẫu chia thành nhóm ứng với mác bê tông khác B20, B25, B30 B35 thiết kế theo cấp phối Bảng Trong nhóm mẫu bao gồm: mẫu khơng có cốt đai xoắn, mẫu có cốt đai xoắn với bước đai là: 50, 80 130 trình bày Hình Hình 55 Vũ, N A., Đạt, P X / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Cấp phối vật liệu nhóm mẫu thí nghiệm B20, B25, B30, B35 Mác bê tông B20-M250 B25-M350 B30-M400 B35-M450 Thể tích (m3 ) Độ sụt (cm) Cấp phối bê tông Xi măng PC40 (kg) Cát vàng (kg) Đá dăm (1 × 2) (kg) Nước (lít) Phụ gia (g) 0,6 6-8 22,1 42,1 78,6 12,5 Khơng có 0,6 tạo6-8 36,9 69,7 (a)Cấu cốt thép 29,2 (b)Cốt thép thực tế từ trái qua 12,8 phải mẫu Khơng khơng có 0,6 6-8 30,1 39,2 77,6 11,6 Không đai, đai @130mm, @80mm @50mm có 0,6 6-8 30,8 43,3 70,6 11,5 288,7 Hình 2: Cấu tạo cốt thép nhóm mẫu thử Hình Hình ảnh mẫu thí nghiệm sau tháo ván khn Hình 3: Hình ảnh mẫu thí nghiệm sau tháo ván khn Tổ chức thí nghiệm dụng bố trícụ dụng 3.2 3.2 Tổ chức cơng cơng tác thítác nghiệm bố trí đo cụ đo Trên4Hình trình bố trí cácbịthiết bị cáccụ dụng cụ thí nghiệm Cáccụdụng cụ Trên Hình trình4bày bốbày trí thiết dụng thí nghiệm Các dụng thí nghiệm bao gồm: thí nghiệm bao gồm: - Máy Datalogger có kế nối với máy tính Hình 4(a); - Máy có kế nối với máy tính Hình 4(a) - Máy nén thủy Datalogger lực 500 T Hình 4(c); - Thiết-bị đo lựcnén 2000 kNlực Hình 4(b);Hình 4(c) Máy thủy 500T - Dụng- cụ Thiết đo chuyển đứng LVTD Hình 4(b) 4(d) bị đovịlực 2000 kN Hình Mẫu thí nghiệm làm phẳng bề mặt để đảm bảo4(d) phân bố ứng suất nén đồng Lực nén - Dụng cụ đo chuyển vị đứng LVTD Hình gia tải từ từ phá hoại qua máy nén thủy lực Để tránh mẫu bị phá hủy sớm ứng suất tập trung ởMẫu hai đầu, mẫuđược thí nghiệm đượcbề lắpmặt đặt để cácđảm vànhbảo đaiphân bố sắt ứng hai đầu nhằm ngang thí nghiệm làm phẳng suất nén đồng cản biến dạng nở hông ứng suất tập trung Lực nén gia tải từ từ phá hoại qua máy nén thủy lực Để tránh mẫu Trong thí nghiệm này, đại lượng cần đo đạc gồm: tải trọng tác dụng lên mẫu thí nghiệm chuyển vị vị trí đặc trưng Sử dụng máy nén thủy lực để tạo tải trọng tác dụng lên mẫu thí nghiệm Giá trị tải trọng tác dụng xác định thông qua 01 dụng cụ đo lực điện tử Chuyển vị đứng mẫu tác dụng tải trọng xác định thông qua 03 dụng cụ đo chuyển vị điện tử LVDT đặt cách góc 120 độ mặt phẳng ngang Các dụng cụ đo chuyển vị đo lực kết nối với thu thập xử lý số liệu Data logger cho phép ghi nhận tự động đồng thời 01 giây/lần 56 vị lấy từ trungtrọng bình giá trị đo ba thiết bị LVTD đặt cân đối xung quanh mẫu thí tác dụng lên mẫu thí nghiệm Giá trị tải trọng tác dụng xác định thông qua nghiệm nghiệm như trên Hình Hình 4(e) 4(e) nghiệm Hình 4(e) 01 dụng cụ đo lực điện tử Chuyển vị đứng mẫu tác dụng tải trọng nghiệm Hình 4(e) xác định thơng qua 03 dụng cụ đo chuyển vị điện tử LVDT đặt cách góc 120 độ mặt phẳng ngang Các dụng cụ đo chuyển vị đo lực kết nối với thu thập xử lý số liệu Data logger cho phép ghi nhận tự động đồng thời 01 giây/lầnVũ, số nghiệm biến củahọc mẫuCơng tính tốn quadựng số liệu chuyển N.liệu A.,thí Đạt, P X Các / Tạp chídạng Khoa nghệ Xây vị lấy từ trung bình giá trị đo ba thiết bị LVTD đặt cân đối xung quanh mẫu thí nghiệm Hình 4(e) (a)Datalogger Datalogger (b) Thiết bị đo lực (c) Máy nén thủy lực (d) LVDT (a) Datalogger (b) Thiết (a) Datalogger (b) Thiết Thiết bị bị đo đo lực lực (c)(c) nén thủy lực (d) LVDT (c)Máy Máy nén thủy thủy lực lực (d) (d) (d) LVDT LVDT (a)(a) Datalogger (b)(b) Thiết bịThiết đo lực Máy thủy LVDT (a) Datalogger (b) bị đo lực (c) Máy nén nén thủy lực (d)lực LVDT (e) Lắp đăt bố trí thiết bị (e)Lắp đăt bố trí thiết bị Hình 4:ảnh Hình ảnhđặt lắpbố đặttrí bố thiết trí thiếtbịbịvà mẫu mẫu thí trêntrên bàn nén Hình Hình lắp thínghiệm nghiệm bànthủy nénlựcthủy lực số liệu thí nghiệm Các biến dạng mẫu tính tốn qua số liệu chuyển vị7 lấy từ trung bình giá trị đo ba thiết bị LVTD đặt cân đối xung quanh mẫu thí nghiệm Hình 4(e) 3.3 Qui trình tiến hành thí nghiệm (e)Lắp đăt bố trí thiết bị (e)Lắp (e)Lắp đăt đăt bố bố trí trícác thiết thiết đătchế bốđộ trí thiết bịbịbị Q trình thí nghiệm mẫu thực(e)Lắp điểu khiển lực (load-controlled procedure) thay chế độ điều khiển chuyển vị (displacement controlled procedure) truyền thống đối Hình 4:4:Hình Hình ảnh lắp đặt bốbốtrí trítríthiết thiết bịbịvà mẫu thíthínghiệm bàn nén thủy lựclực Hình 4: Hình ảnh ảnh lắp lắp đặt đặt và mẫu mẫu nghiệm nghiệm trên bàn bàn nén nén thủy thủy với Hình cácHình thí hiệu bêbố tơng Lýthiết dobị việc sử dụng chế độ điểu khiển lực làlực đối 4:nghiệm Hình ảnh lắpứng đặtbó bố trí thiết bị mẫu thíthí nghiệm bàn nén thủy lực tượng nghiên cứu chương trình thực nghiệm gia tăng khả chịu tải trọng khả biến dạng cấu kiện cột chịu nén Chu trình gia tải mẫu thí nghiệm 77 7 sau sau: - Khởi động máy nén thủy lực, tăng lực từ từ lực nén mẫu đạt giá trị lớn Pmax giá trị mà tiếp sau có giảm đột ngột lực nén Đây đặc điểm chế điều khiển lực (load-controlled procedure) - Giảm lực giá trị khoảng 50% giá trị lực nén lớn nhất, sau tiếp tục tăng lực mẫu phá hoại hoàn toàn, thu lực phá hoại Pfailure Bước gia tải thực với hai mục đích Thứ xác nhận giá trị lực lớn để phục vụ công tác vẽ đường đồ thị ứng suất nén – biến dạng tương đối Thứ hai xác nhận dạng phá hoại (failure modes) mẫu thí nghiệm - Thu thập số liệu tải trọng chuyển vị đo để tính tốn biến dạng vẽ lại đồ thị tải trọng với biến dạng mẫu 57 - Giảm lực giá trị khoảng 50% giá trị lực nén lớn nhất, sau tiếp tục tăng lực mẫu phá hoại hoàn toàn, thu lực phá hoại Pfailure Bước gia tải thực với hai mục đích Thứ xác nhận giá trị lực lớn để phục Vũ, N A., Đạt, P X / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng vụ công tác vẽ đường đồ thị ứng suất nén – biến dạng tương đối Thứ hai xác nhận Phân tích đánh giá kết thí nghiệm dạng phá hoại (failure modes) mẫu thí nghiệm 4.1 Đánhthập giá cơcác chếsố pháliệu hoạitải củatrọng cấu kiện - Thu chuyển vị đo để tính tốn biến dạng vẽ lại đồ thểtrọng quan sát thấy mẫu trụ khơng có đai xoắn, bị phá hoại cốt thép dọc bị cong vênh thịCótải với biến dạng mẫu khu vực cột, thép có xu hướng phình phía ngồi Trái lại, mẫu có gia cố thêm cốt đai xoắn, cốt dọc gần khơng bị biến dạng cong vênh Cụ thể Phân tích đánh giá kết thí nghiệm hơn, bước đai 130 mm, thép dọc có tượng cong vênh rõ rệt so với mẫu khơng có đai xoắn Cịn bước đai 50 mm 80 mm, tượng gần khơng xảy 4.1 (Hình Đánh5).giá chế phá hoại cấu kiện Hình 5.5: KếtKết mẫu phá hoại tự từ theo trái quathứ phải tự tương mẫu bước đai ứng với Hình quảbịmẫu bịtheo pháthứhoại từứng tráivớiqua phảicó tương 50 mm, 80 mm, 130 mm khơng có đai xoắn mẫu có bước đai 50 mm, 80 mm, 130 mm khơng có đai xoắn Cơ chế phá hoại chịu tác dụng lực nén phần bê tông bị nở ngang cốt thép dọc bị Cóhoại thểở trạng quanthái sátmất thấy mẫu trụ Khi khơng có cốt đaiđaixoắn, tượng bị phá thép dọc phá ổn định dọc trục có thêm xoắn, nở hoại ngangthì cốt bê tông bị hạnvênh chế dotại khảkhu năngvực chịugiữa kéo cốt đai Đồng cốt đai dài phình tự củaracốt thépngồi bị cong cột, thanhthời thép nàylàmcógiảm xu chiều hướng phía dọc hay giảm độ mảnh từ tăng khả chống ổn định dọc trục cốt dọc Vì vậy, bước cốt đai nhỏ độ mảnh cốt dọc nhỏ dẫn tới phá hoại cấu kiện 4.2 Đồ thị ứng suất nén biến dạng mẫu thí nghiệm Đồ ứng suất biến dạng mẫu thí nghiệm dựng với trục hồnh giá trị biến dạng tương đối tính tốn theo cơng thức (7) sau: εcomp = ( f1 + f2 + f3 ) 3L (7) εcomp giá trị biến dạng nén dọc trục trung bình mẫu thí nghiệm; f1 , f2 f3 chuyển vị tương đối hai vòng thép gắn cố định vào mẫu bulong đo 03 LVDT trình bày Hình 4(e); L = 150 mm khoảng cách hai vòng thép 58 Vũ, N A., Đạt, P X / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Trục tung giá trị ứng suất nén tính tốn theo cơng thức (8): Pmax σcomp = (8) πR2 σcomp ứng suất nén; Pmax giá trị lực nén lớn đo được; R = 75 mm bán kính tiết diện mẫu trụ Hình trình bày đường cong ứng suất biến dạng mẫu thí nghiệm thuộc nhóm B30 Có thể nhận thấy, mẫu thí nghiệm với qui trình kiểm sốt lực (load-controlled procedure), đường cong khác với đường cong ứng suất biến dạng mẫu thí nghiệm qui trình kiểm sốt chuyển vị (displacement-controlled procedure) trình bày Hình Một điểm đáng lưu ý đường lặp chu trình gia tải cho giá trị lực phá hoại Pfailure nhỏ giá trị lực Pmax trước Như vậy, xét phương diện đánh giá khả chịu lực Pmax xem khả chịu tải trọng lớn mẫu thí nghiệm Mặt khác, đường gia tải lặp sau lực nén đạt giá trị lớn trùng khớp với đường hạ tải chu kỳ đầu tiên, đường tối giản đồ thị để thuận tiện cho việc bình luận biểu đồ 40 35 Ứng suất (MPa) 30 25 20 15 BDTB-0 BDTB-130 BDTB-50 10 0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 Biến dạng 0.0012 0.0014 0.0016 0.0018 B30 Hình 6: Đồ Đồ thị thị gốc gốc ứng ứngsuất suấtnén nén––biến biếndạng dạngcủa củacác cácmẫu mẫuthíthínghiệm nghiệmnhóm nhóm B30, 7(b), 7(c) hệ ứng nén biếncủa dạng Hình 7(a),Hình 7(b) 7và(a), 7(c) tương ứngtương trình ứng bày trình quanbày hệ quan ứng suất nénsuất biến dạng mẫu thí mẫu thí nghiệm thuộc nhóm B35, B30 B20 Có thể thấy ngoại trừ mẫu nghiệm thuộc nhóm B35, B30 B20 Có thể thấy ngoại trừ mẫu B20-D3@50 mẫu cịn lại B20-D3@50 cácsuất-biến mẫu cịn dạng lại đềutương có đường hệ ứng suất-biến đồng có đường quan hệthì ứng đồngquan với số đặc điểm dạng chínhtương sau: Thứ nhất, cácsốđồ với đặcthị điểm nhưmột sau:nhóm mẫu có độ dốc trình tăng hạ tải giống Một số đường tăng tải nhóm mẫu chí trùng khớp (ví dụ: mẫu thuộc Thứ nhất, đồ thị nhóm mẫu có độ dốc q trình tăng nhóm B35, Mẫu B30-D3@130 B30-D3@50) Điều chứng tỏ hàm lượng cốt đai khơng có ảnh hạ tải giống số nén đường nhóm mẫu chí trùng khớp hưởng nhiều đến độ cứng Một kháng củatăng cáctảimẫu thícùng nghiệm (ví dụ: ứng mẫu với thuộc nhóm B35, B30-D3@50) chứng Thứ hai, tương hàm lượng cốtMẫu đai B30-D3@130 tăng dần (tỷ lệvànghịch với bướcĐiều cốt đai) điểm đạt giá tỏ hàm lượng cốt đai khơng có ảnh hưởng nhiều đến độ cứng kháng nén mẫutrọng thí để đánh trị lớn lực nén có xu hướng dịch chuyển sang phải Đây dấu hiệu quan giá đóngnghiệm góp cốt đai ứng xử dẻo kết cấu (structural ductility) mẫu thí nghiệm Mặc dù nhấn mạnhThứ rằnghai, phương pháp thí nghiệm cho tập mẫu phương pháp khống chế gia tăng tương ứng với hàm lượng cốt đai tăng dần (tỷ lệ nghịch với bước cốt đai) lực (load-controlled procedure) phương pháp gia tăng chuyển vị (displacementthì điểm đạt giá trị lớn lực nén có xu hướng dịch chuyển sang phải Đây dấu controlled procedure) truyền thống nghiên cứu hiệu ứng bó kết cấu bê tơng hiệu quan trọng để đánh giá đóng góp cốt đai ứng xử dẻo kết cấu cốt thép Chính điều đường cong ứng suất-biến dạng tương đối khác so với (structural ductility) mẫu thí nghiệm Mặc dù nhấn mạnh phương pháp thí đường cong ứng suất-biến dạng trình bày Hình nghiệm cho tập mẫu phương pháp khống chế gia tăng lực (load-controlled procedure) phương pháp 59 gia tăng chuyển vị (displacement-controlled procedure) truyền thống nghiên cứu hiệu ứng bó kết cấu bê tơng cốt thép Chính điều đường cong ứng suất-biến dạng tương đối khác so với đường cong ứng suất-biến dạng trình bày Hình 45 Vũ, N A., Đạt, P X / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 40 45 35 40 30 Ứng suất (MPa) Ứng suất (MPa) 35 25 30 20 25 15 20 10 15 B35-Không đai B35-D3@130 B35-D3@50 B35-Không đai B35-D3@130 B35-D3@50 10 50 0.0005 0 0.0005 0.001 0.0015 Chuyển vị (mm) 0.002 (a) Các 0.001 mẫu bê tông 0.0015 B35 Chuyển vị (mm) 0.002 0.0025 0.0025 (a) tông B35B35 (a) Các Cácmẫu mẫubêbê tông 40 35 40 Ứng suất (MPa) Ứng suất (MPa) 30 35 2530 2025 1520 B30-Không đai B30-D3@130 B30-Không đai B30-D3@50 B30-D3@130 B30-D3@50 1015 510 05 0 0.0002 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.0014 0.0016 0.0018 Chuyển vi (mm) 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.0014 0.0016 0.0018 (b) Các Chuyển mẫu bêvitông (mm)B30 35 (b) Các mẫu bê tông B30 Commented [A6 30 (b) Các mẫu bê tông B30 Commented [A6]: Ứng suất (MPa) 25 20 15 B20-Không đai B20-D3@80 10 B20-D3@50 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 Chuyển vị (mm) 0.006 0.007 0.008 0.009 mẫu tôngB20 B20 (c) (c) CácCác mẫu bêbê tông 11 11 Hình 7.Hình Đồ thị ứngthị suất vànén chuyển vị củavịcác mẫu nghiệm thuộcthuộc nhómnhóm B35, B35, B30 B20 7: Đồ ứngnén suất chuyển cácthí mẫu thí nghiệm B30 B20 Một điểm chung thấy rõ mặc60 dù điểm ứng suất lớn có xu hướng dịch chuyển sang phải đồ thị nêu trên, giá trị tuyệt đối đồ thị tập mẫu khơng có khác biệt rõ rệt hầu hết nhóm mẫu, ngoại trừ nhóm mẫu B30 Có thể nhận thấy ảnh hưởng hàm lượng cốt đai ảnh hưởng lên cường độ chịu nén mẫu không thực rõ nét Vũ, N A., Đạt, P X / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Một điểm chung thấy rõ điểm ứng suất lớn có xu hướng dịch chuyển sang phải đồ thị nêu trên, giá trị tuyệt đối đồ thị tập mẫu khơng có khác biệt rõ rệt hầu hết nhóm mẫu, ngoại trừ nhóm mẫu B30 Có thể nhận thấy ảnh hưởng hàm lượng cốt đai ảnh hưởng lên cường độ chịu nén mẫu không thực rõ nét 4.3 So sánh kết thực nghiệm kết tính tốn lý thuyết Bảng 2–5 trình bày kết lý thuyết cường độ nén dọc trục biến dạng cực hạn tính tốn theo mơ hình Mander cs [1], giá trị ứng suất nén cực hạn đo mẫu thí nghiệm Đối với kết thực nghiệm, mẫu nén vỡ chế độ kiểm soát lực (thay chế độ kiểm sốt chuyển vị), giá trị biến dạng thu giá trị cực hạn khơng đưa vào để so sánh Có thể nhận thấy ứng suất nén thí nghiệm thực tế có độ biến động định, đặc biệt mẫu khơng bố trí cốt thép Ví dụ, mẫu khơng có cốt thép nhóm B25 có giá trị ứng suất 15,4 MPa, thấp nhiều so với giá trị lý thuyết tương ứng 25 MPa Trong đó, mẫu khơng cốt thép nhóm B20 B35 có cường độ tương ứng 30,7 MPa 40,9 MPa, cao so với giát trị lý thuyết Tuy nhiên, độ biến động giảm nhiều mẫu bố trí cốt thép Đối với mẫu này, trình bày bảng so sánh, giá trị lý thuyết tính tốn theo cơng thức Mander cs đề xuất nhìn chung nhỏ xấp xỉ cường độ nén mẫu thu trường Các mẫu thí nghiệm có độ vênh tương đối lớn lý thuyết thực nghiệm kể đến mẫu thuộc nhóm B20 mẫu @130 mm @80 mm thuộc nhóm mẫu B25 Các mẫu cịn lại cho kết thực nghiệm lý thuyết tương đối sát So sánh giá trị trung bình tồn mẫu nhóm sau: - Tại Bảng nhóm mẫu B20 kết lý thuyết thấp so với thực nghiệm 22,7%; - Tại Bảng nhóm mẫu B25 kết lý thuyết thấp so với thực nghiệm 5,56%; - Tại Bảng nhóm mẫu B30 kết lý thuyết thấp so với thực nghiệm 1,1%; - Tại Bảng nhóm mẫu B35 kết lý thuyết thấp so với thực nghiệm 5,7% Như vậy, giá trị trung bình, ngoại trừ nhóm mẫu B20 nhóm mẫu cịn lại giá trị lý thuyết sát với giá trị thực nghiệm Bảng So sánh kết lý thuyết thực nghiệm mẫu bê tông B20 Không đai @130 mm @80 mm @50 mm Lý thuyết Cường độ (MPa) Biến dạng (mm) 20,0 0,0016 21,0 0,002 22,08 0,0024 23,74 0,003 Thực nghiệm Cường độ (MPa) Biến dạng (mm) 30,7 - 26 - 26,6 - 29,1 - Bảng So sánh kết lý thuyết thực nghiệm mẫu bê tông B25 Không đai @130 mm @80 mm @50 mm Lý thuyết Cường độ (MPa) Biến dạng (mm) 25,0 0,0018 25,9 0,0022 27,0 0,0025 28,6 0,0031 Thực nghiệm Cường độ (MPa) Biến dạng (mm) 15,4 - 34,7 - 33,3 - 29,5 - 61 Vũ, N A., Đạt, P X / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng So sánh kết lý thuyết thực nghiệm mẫu bê tông B30 Không đai @130 mm @80 mm @50 mm Lý thuyết Cường độ (MPa) Biến dạng (mm) 30,0 0,002 30,9 0,0023 31,9 0,0026 33,6 0,0032 Thực nghiệm Cường độ (MPa) Biến dạng (mm) 28,6 - 33,7 - 31,2 - 34,3 - Bảng So sánh kết lý thuyết thực nghiệm mẫu bê tông B35 Không đai @130 mm @80 mm @50 mm Lý thuyết Cường độ (MPa) Biến dạng (mm) 35,0 0,0025 35,7 0,0027 36,53 0,003 37,8 0,0034 Thực nghiệm Cường độ (MPa) Biến dạng (mm) 40,9 - 38 - 37,3 - 37,7 - Sự ảnh hưởng hàm lượng cốt đai cường độ chịu nén thực tế thu cho thấy biến động định Khi bước cốt đai giảm từ @130 mm xuống @50 mm, giá trị lý thuyết mẫu có xu hướng tăng dần Tuy nhiên, xu hướng tăng dần với mẫu thuộc nhóm B20 B30, lại khơng hồn tồn mẫu thuộc nhóm B25 đặc biệt nhóm mẫu B35 mẫu có sử dụng phụ gia bê tơng Hay nói cách khác, ảnh hưởng mật độ cốt đai cường độ nén mẫu thí nghiệm có sử dụng phụ gia bê tông không rõ ràng Điều lý giải ảnh hưởng phụ gia, bê tơng có xu hướng “dịn” loại bê tông thông thường mà hệ hạn chế hiệu ứng bó cốt thép đai mang lại Trường hợp cần tiếp tục nghiên cứu xem xét kĩ lưỡng nghiên cứu số lượng mẫu thử lớn để có đánh giá xác có tính chất thống kê Các phân tích cho thấy việc sử dụng cơng thức lý thuyết để tính toán cường độ chịu nén cột điều kiện tính tới ảnh hướng cốt đai cần cân nhắc thận trọng đặc biệt lưu ý tới chất lượng cấp phối bê tông thi công công trường Kết luận Mặc dù hiệu ứng bó ứng xử nén cột BTCT ghi nhận tồn giới, có nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm hiệu ứng bó cơng bố nước Thậm chí phiên ban hành năm 2018 tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép Việt Nam TCVN 5574:2018 khơng có dẫn cụ thể cho vấn đề Chương trình nghiên cứu thực nghiệm trình bày báo cung cấp số liệu khách quan 16 mẫu cột có đường kính 150 mm có chiều dài 600 mm với mác bê tông bước cốt đai khác Khơng khó để nhận bản, số liệu thí nghiệm xác nhận số kết nghiên cứu quốc tế, có bao gồm: (i) Hiệu ứng bó cốt đai gia tăng đáng kể khả chịu tải trọng cấu kiện chịu nén, (ii) Dạng phá hoại điển hình cấu kiện chịu nén có bao gồm vỡ bê tông kết hợp với ổn định cốt thép dọc, (iii) Sự gia tăng hiệu ứng bó mang lại từ việc giảm chiều dài bước đai So sánh kết thực nghiệm thu với giá trị dự 62 Vũ, N A., Đạt, P X / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng báo lý thuyết theo mơ hình Mander cs tiến hành cho thấy hai tập giá trị có sai lệch định Điều gây tính chất chất lượng cấp phối bê tông phịng thí nghiệm nói riêng Việt Nam nói chung Do đó, cần có chương trình thực nghiệm với qui mô lớn vấn đề Tài liệu tham khảo [1] Mander, J B., Priestley, M J N., Park, R (1988) Theoretical stress-strain model for confined concrete Journal of Structural Engineering, 114(8):1804–1826 [2] Li, B., Park, R., Tanaka, H (2001) Stress-strain behavior of high-strength concrete confined by ultrahigh-and normal-strength transverse reinforcements ACI Structural Journal, 98(3):395–406 [3] ACI 318-19 (2019) Building code requirements for structural concrete [4] EC2 1992-1-1:2004 Eurocode 2: Design of concrete structures - General rules and rules for buildings European Committee for Standardization, Brussels [5] Nguyen, X.-H., Pham, X.-D., Luong, X.-C (2015) Shaking table test on seismic performance of L- and V-sectioned reinforced concrete columns Journal of Earthquake and Tsunami, 9(04):1550010 [6] Hung, N V., Huy, N X., Thuy, P T T., Linh, N N., Dat, P X (2019) Shaking table tests on V-shaped reinforced concrete columns at the weak ground building story Magazine of Concrete Research, 1–37 [7] Hung, N V., Huy, N X., Dat, P X (2018) Nghiên cứu thực nghiệm mô số cột bê tông cốt thép tiết diện chữ L chịu tải trọng động đất Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD, 12 (2):11–17 [8] Linh, N N., Hung, N V., Huy, N X., Dat, P X (2019) Double-curvature test of reinforced concrete columns using shaking table: a new test setup Civil Engineering Journal, 5(9):1863–1876 [9] Thang, N T (2016) Effect of concrete cover on axial load resistance of reinforced concrete columns in fire Journal of Science and Technology in Civil Engineering (STCE)-NUCE, 10(5):29–36 [10] Trung, H N., Truong, T N., Xuan, D P (2019) Effects of reinforcement discontinuity on the collapse behavior of reinforced concrete beam-slab structures subjected to column removal Journal of Structural Engineering, 145(11):04019132 [11] Dat, P X., Wahyudi, T Y., Anh, D K (2018) Analytical model for predicting membrane actions in RC beam-slab structures subjected to penultimate-internal column loss scenarios Journal of Science and Technology in Civil Engineering (STCE)-NUCE, 12(3):10–22 [12] TCVN 5574:2018 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép Việt Nam 63 ... kiện chịu nén điều kiện xây dựng Việt Nam Trên sở thực tế đó, chúng tơi thực nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng hiệu ứng bó cốt đai khả chịu lực dọc trục cấu kiện chịu nén tiết diện tròn. .. đối 4 :nghiệm Hình ảnh lắpứng đặtbó bố trí thiết bị mẫu thíthí nghiệm bàn nén thủy lực tượng nghiên cứu chương trình thực nghiệm gia tăng khả chịu tải trọng khả biến dạng cấu kiện cột chịu nén Chu... ngangthì cốt bê tơng bị hạnvênh chế dotại khảkhu năngvực chịugiữa kéo cốt đai Đồng cốt đai dài phình tự củaracốt thépngồi bị cong cột, thanhthời thép nàylàmcógiảm xu chiều hướng phía dọc hay giảm