Khả năng nén thủng của sàn phẳng bê tông cốt thép dự ứng lực có sử dụng sợi thép phân tán

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN : - Phân tích và kiểm chứng các công thức tính khả năng kháng chọc thủng của sàn BTCT dự ứng lực gia cường sợi thép đã có.. - Đề xuất công thức mới để tính toán khả

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN MINH LONG

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại :

HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC

- -oOo -

Tp HCM, ngày tháng năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Trần Ngọc Thanh Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 31/05/1984 Nơi sinh : Gia Lai Chuyên ngành : Xây dựng Dân Dụng và Công Nghiệp

MSHV : 02108725

1- TÊN ĐỀ TÀI: KHẢ NĂNG NÉN THỦNG CỦA SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC CÓ SỬ DỤNG SỢI THÉP PHÂN TÁN

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN :

- Phân tích và kiểm chứng các công thức tính khả năng kháng chọc thủng của sàn BTCT dự ứng lực gia cường sợi thép đã có

- Đề xuất công thức mới để tính toán khả năng kháng chọc thủng của sàn phẳng BTCT

dự ứng lực gia cường sợi thép phân tán Tiến hành đánh giá và kiểm chứng tính chính xác của công thức đề xuất và so sánh với các công thức đã có

- Nghiên cứu thực nghiệm để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến khả năng kháng chọc thủng sàn phẳng BTCT dự ứng lực gia cường sợi thép phân tán

- Mô phỏng số để khảo sát ứng xử và khả năng kháng chọc thủng của sàn BTCT dự ứng lực gia cường sợi thép bằng cách sử dụng các phần mềm ATENA 3D

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN MINH LONG

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

(Họ tên và chữ ký)

TS Nguyễn Minh Long

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn và cảm phục sâu sắc đến Thầy hướng dẫn là Thầy Nguyễn Minh Long, đã nhiệt tình hướng dẫn và truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt thời gian làm luận văn

Chân thành cám ơn các Thầy cô và cán bộ Phòng thí nghiệm kết cấu công trình - Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng - Trường Đại học Bách khoa TP.HCM đã tạo điều kiện

và giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn

Xin chân thành cám ơn sự hổ trợ, động viên của Ba, Mẹ và Anh trai đã giúp con theo đuổi và hoàn thành chương trình cao học

Cám ơn sự giúp đỡ nhiệt tình và hiệu quả của các cán bộ Viện khoa học công nghệ xây dựng Phân viện Miền Nam và Công ty Bekaert

Xin cám ơn các anh chị đồng nghiệp Công ty Xây dựng – Tư vấn – Thương mại HNP đã hổ trợ từ những buổi đầu đến khi hoàn thành chương trình học

Chân thành cám ơn

CÁC KÍ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

1 GIỚI THIỆU 1

2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 3

2.1 Mô hình tính toán 3

2.1.1 Mô hình bán thực nghiệm 3

2.1.2 Mô hình phân tích dầm 4

2.1.3 Mô hình lý thuyết tấm đàn hồi 5

2.1.4 Mô hình lý thuyết đường chảy dẻo 7

2.1.5 Mô hình thanh chống giằng 9

2.2 Tiêu chuẩn tính toán hiện hành 11

2.2.1 Tiêu chuẩn Mỹ (ACI 318-05) 11

2.2.2 Tiêu chuẩn Canada ( CSA A23.3-04) 12

2.2.3 Tiêu chuẩn Úc (AS3600 -1988) 13

2.2.4 Tiêu chuẩn Châu Âu (EC2-2003) 13

2.2.5 Hướng dẫn tính toán (CEB FIP, 1992) 15

2.2.6 Đề xuất của Regan và các cộng sự (Regan et al., 2005) 15

2.2.7 Nhận xét về các mô hình 16

2.3 Đề xuất tính toán cho sàn bê tông cốt thép có gia cường sợi thép 17

2.3.1 Đề xuất của Harajli và các cộng sự (Harajili et al., 1994) 17

2.3.2 Đề xuất của Choi và các cộng sự (Choi et al, 2007) 18

2.5 Tổng quan nguyên cứu ở Việt Nam 22

3 MỤC TIÊU, Ý NGHĨA VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 23

3.1 Mục tiêu nguyên cứu 23

3.2 Ý nghĩa nguyên cứu 23

3.2.1 Ý nghĩa thực tiễn 23

3.2.2 Ý nghĩa khoa học 23

3.3 Nội dung nguyên cứu 24

4 PHÂN TÍCH LÝ THUYẾT 26

4.1 Giới thiệu và nhân xét các công thức đã có 26

4.1.1 Công thức tính khả năng kháng chọc thủng của sàn bê tông ứng lực trước 26

4.1.2 Công thức tính khả năng kháng chọc thủng của sàn bê tông cốt thép gia cường sợi thép 27

4.1.3 Công thức tính khả năng kháng chọc thủng của sàn bê tông ứng lực trước gia cường sợi thép 27

4.2 Công thức đề xuất 28

4.3 Đánh giá tính chính xác của công thức đề xuất 37

4.3.1 Kiểm chứng công thức bằng kết quả thực nghiệm 37

4.3.2 So sánh công thức đề xuất với một số tiêu chuẩn về tính toán chọc thủng của sàn bê tông dự ứng lực 42

4.4 Kết luận 52

5 PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM 53

5.1 Vật liệu 53

5.1.1 Bê tông 53

5.1.3 Cốt thép thường 53

5.1.4 Sợi thép phân tán 55

5.2 Mẫu sàn thí nghiệm 56

5.3 Quá trình đúc mẫu thí nghiệm 60

5.4 Dụng cụ đo đạc 62

5.5 Bố trí thiết bị đo đạc 62

5.6 Quy trình gia tải 63

5.7 Xử lý, nhận xét và đánh giá kết quả 65

5.7.1 Kiểu phá hoại của sàn 66

5.7.2 Khả năng kháng nứt của sàn 67

5.7.3 Quan hệ lực – chuyển vị của sàn 68

5.7.4 Khả năng kháng chọc thủng của sàn 70

6 MÔ PHỎNG SỐ BẰNG ATENA 3D 72

6.1 Giới thiệu 72

6.2 Mô hình vật liệu 72

6.2.1 Mô hình bê tông 73

6.2.2 Mô hình cốt thép dọc chịu lực, cáp dự ứng lực, sợi thép phân tán 73

6.3 Mô phỏng sàn phẳng dự ứng lực sử dụng sợi thép phân tán 75

6.4 Kết quả phân tích 81

6.4.1 Kiểu phá hoại 81

6.4.2 Khả năng kháng chọc thủng của sàn 82

6.4.3 Quan hệ giữa lực – chuyển vị 83

6.5 Nhận xét 86

7 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87

7.2 Kiến nghị 88

8 TÀI LIỆU THAM KHẢO

9 PHỤ LỤC 9-1 9.1 Kết quả thí nghiệm vật liệu 9-1 9.1.1 Bê tông 9-1 9.1.2 Cốt thép dọc chịu lực 9-1 9.2 Kết quả thí nghiệm mẫu sàn 9-2 9.3 Kết quả mô phỏng bằng Atena 3D 9-4 9.4 Chuyển đổi công thức lý thuyết thành công thức thiết kế theo EC0 9-5

10 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

ACI American Concrete Institute

CSA Canadian Standards Association

COV Hệ số biến thiên

FEM Finite element method

Ký tự Mô tả Đơn vị

a T Chiều dài hình chiếu ngang của vết nứt nghiêng [m]

b 1 Chiều dài cạnh mặt trung bình của tháp chọc thủng [m]

d p Khoảng cách từ tâm bó cáp đến thớ chịu nén sàn [m]

f c′ Cường độ chịu nén danh định của mẫu bê tông lăng trụ [MPa]

f ck Cường độ chịu nén danh nghĩa của mẫu bê tông lăng trụ [MPa]

f c,cube Cường độ chịu nén của mẫu bê tông lập phương [MPa]

f sp,cube Cường độ chịu kéo chẻ đôi của mẫu bê tông lập phương [MPa]

f u Cường độ chịu kéo cực hạn của cốt thép [MPa]

K Hệ số ảnh hưởng kích thước sàn (size factor) [ ]

n f Hệ số kể đến ảnh hưởng của hình dạng sợi thép và loại bê tông [ ]

V p Thành phần thẳng đứng của lực kéo trong cáp [KN]

V u Khả năng kháng chọc thủng của liên kết sàn - cột [KN]

V c Khả năng kháng cắt của bê tông vùng chịu nén [KN]

V a Khả năng kháng cắt của cốt liệu do hiệu ứng cài móc [KN]

V re Phản lực theo phương đứng tại gối tựa của dầm [N]

x T Khoảng cách từ trục trung hòa đến tâm vùng bê tông chịu nén [m]

z Khoảng cách từ tâm cốt thép dọc đến trục trung hòa [m]

z c Khoảng cách từ tâm cốt thép dọc đến tâm vùng bê tông chịu

θ Góc nghiêng của cáp tại vị trí vết nứt xiên đi qua [0]

εc,punch Biến dạng lớn nhất trong bê tông khi xảy ra phá hoại do chọc

εps Biến dạng trong cáp ở trạng thái tới hạn [ ]

εpe Biến dạng hữu hiệu trong cáp do lực căng trước [ ]

ε0 Biến dạng nén tương ứng với cường độ chịu nén cực hạn fc′ [ ]

σc,punch Ứng suất nén tại vị trí tương ứng với biến dạng lớn nhất trong

σcp ,σpc Ứng suất nén trước hiệu quả trong bê tông [MPa]

τ Ứng suất bám dính của sợi thép và bêtông [MPa]

Chương 4

Bảng 4.1 - Kết quả tính toán theo công thức đề xuất 39

Bảng 4.2 - Kết quả so sánh các công thức 44

Chương 5 Bảng 5.1 - Bảng cấp phối bê tông 53

Bảng 5.2 - Thông số kỹ thuật của sợi thép 55

Bảng 5.3 - Bảng tổng hợp thông số kỹ thuật mẫu sàn thí nghiệm 55

Bảng 5.4 - Hàm lượng sợi và thép thường nhóm I 55

Bảng 5.5 - Hàm lượng sợi và thép thường nhóm II 56

Bảng 5.6 - Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm 65

Chương 6 Bảng 6.1 - Kết quả khả năng kháng chọc thủng của sàn phân tích bằng ATENA 3D và thực nghiệm 83

Chương 9 Bảng 9.1 - Cường độ chịu nén của các mẫu thí nghiệm 89

Bảng 9.2 - Cường độ chịu kéo chẻ đôi của các mẫu thí nghiệm 89

Bảng 9.3 - Cường độ chịu kéo của các mẫu thép 89

Bảng 9.4 - Kết quả tải trọng – chuyển vị của các mẫu sàn thí nghiệm 90

Bảng 9.5 - Kết quả tải trọng – chuyển vị của các mẫu sàn (Mô phỏng ATENA 3D) 92

Chương 2

Hình 2.1 - Tiết diện chịu cắt tới hạn và sự phân bố ứng suất cắt 3

Hình 2.2 - Nội lực tại tiết diện tới hạn theo mô hình phân tích dầm 5

Hình 2.3 - Sự phân bố ứng suất trong tấm theo lý thuyết đàn hồi 6

Hình 2.4 - Sự phân bố nội lực trong tấm lý thuyết đàn hồi 7

Hình 2.5 - Cơ cấu đường chảy dẻo của Gesund và Goli 8

Hình 2.6 - Cơ cấu đường chảy dẻo Diler và Cao; Brown 9

Hình 2.7 - Mô hình thanh chống giằng 10

Hình 2.8 - Tiết diện tới hạn và sự phân bố ứng suất cắt theo ACI 318-05 12

Hình 2.9 - Tiết diện tới hạn và sự phân bố ứng suất cắt theo EC2 14

Hình 2.10 - 2 loại mẫu thí nghiệm của Hassanzadeh và Sundquist 21

Chương 4 Hình 4.1 - Mô hình dầm tương đương 29

Hình 4.2 - Mô hình phân tích khả năng kháng cắt của dầm tương đương 30

Hình 4.3 - Sự phân bố độ cong theo chiều dài dầm ứng lực trước chịu tải tập trung 31

Hình 4.4 - Kiểm chứng kết quả dự đoán khả năng kháng chọc thủng sàn theo công thức đề xuất với kết quả thực nghiệm 42

Hình 4.5 - Kiểm chứng độ chính xác của các công thức 46

Hình 4.6 - Kiểm chứng các công thức và tiêu chuẩn theo cường độ bê tông f’c 47

Hình 4.7 - Kiểm chứng các công thức và tiêu chuẩn theo chiều dày sàn d 48

Hình 4.8 - Kiểm chứng các công thức và tiêu chuẩn theo ứng suất nén hiệu quả σcp 49

Hình 4.10 - Kiểm chứng các công thức và tiêu chuẩn theo hàm lượng cốt dọc ρ 51

Chương 5 Hình 5.1 - Cáp dự ứng lực sử dụng trong sàn 54

Hình 5.2 - Lưới thép cho sàn 54

Hình 5.3 - Bê tông cốt sợi thép 55

Hình 5.4 - Mặt bằng mẫu sàn thí nghiệm 56

Hình 5.5 - Mặt bằng bố trí cáp 57

Hình 5.6 - Mặt bằng bố trí cốt thép và strain gauge cho cốt thép 57

Hình 5.7 - Mặt bằng bố trí chốt đồng và strain gauge cho bê tông 58

Hình 5.8 - Mặt cắt sàn 58

Hình 5.9 - Mặt bằng bố trí thép lớp dưới của mẫu S0, S1, S4,S5,S6 58

Hình 5.10 - Mặt bằng bố trí thép lớp dưới của mẫu S2 59

Hình 5.11 - Mặt bằng bố trí thép lớp dưới của mẫu S3 59

Hình 5.12 - Gia công coffa, cốt thép, đặt cáp 60

Hình 5.13 - Dán cảm ứng điện trở 60

Hình 5.14 - Đổ bê tông 61

Hình 5.15 - Căng cáp 61

Hình 5.16 - Mô hình gia tải và bố trí dụng cụ đo 62

Hình 5.17 - Lắp đặt thiết bị đo đạc 63

Hình 5.18 - Lắp đặt kích và load-cell 64

Hình 5.19 - Lắp đặt máy đo biến dạng 64

Hình 5.20 - Gia tải 65

Hình 5.21 - Phá hoại chọc thủng sàn – mặt trên 66

Hình 5.23 - Quan hệ giữa hàm lượng sợi và Lực gây nứt 68

Hình 5.24 - Quan hệ giữa lực và chuyển vị 69

Hình 5.25 - Quan hệ giữa hàm lượng sợi và Lực nén thủng 71

Chương 6 Hình 6.1 - Các thông số vật liệu khai báo trong mô hình bê tông 73

Hình 6.2 - Các thông số vật liệu khai báo trong mô hình cốt thép 74

Hình 6.3 - Các thông số vật liệu khai báo trong mô hình cáp ứng lực 74

Hình 6.4 - Các thông số vật liệu khai báo trong mô hình sợi thép phân tán 74

Hình 6.5 - Mô hình phần tử khối trong ATENA 3D 75

Hình 6.6 - Mô hình phần tử thanh trong ATENA 3D 75

Hình 6.7 - Phương pháp Newton - Raphson 77

Hình 6.8 - Xây dựng mô hình kết cấu 77

Hình 6.9 - Mô phỏng sợi thép phân tán trong bê tông 78

Hình 6.10 - Mô phỏng cốt thép dọc 78

Hình 6.11 - Mô phỏng cáp dự ứng lực 79

Hình 6.12 - Mô hình hoàn chỉnh 79

Hình 6.13 - Lực căng cáp dự ứng lực 80

Hình 6.14 - Lực gia tải 80

Hình 6.15 - Điểm quan sát chuyển vị 81

Hình 6.16 - Hình thái vết nứt ở mặt chịu kéo của các sàn mô phỏng bằng ATENA 3D và thực nghiệm 82

Hình 6.17 - Quan hệ lực - chuyển vị của sàn BTCT thường theo thực nghiệm và theo mô phỏng bằng ATENA 3D 84

nghiệm và theo mô phỏng bằng ATENA 3D 84 Hình 6.19 - Quan hệ lực - chuyển vị của sàn gia cường 45kg/m3 sợi thép theo thực

nghiệm và theo mô phỏng bằng ATENA 3D 85 Hình 6.20 - Quan hệ lực - chuyển vị của sàn gia cường 60kg/m3 sợi thép theo thực

nghiệm và theo mô phỏng bằng ATENA 3D 85

và chiều dài nhịp lớn), khả năng hạn chế độ võng và vết nứt tốt, và thời gian thi công nhanh Đối với kết cấu sàn dự ứng lực, bên cạnh việc giải quyết các vấn đề trong thiết

kế kháng uốn thì việc phân tích và thiết kế kháng chọc thủng tại vị trí liên kết giữa sàn với cột rất được quan tâm vì kiểu phá hoại chọc thủng này rất nguy hiểm do tính dòn cao, có thể dẫn đến sự sụp đổ của một phần hay toàn bộ kết cấu một cách nhanh chóng

Để tăng khả năng kháng chọc thủng cho sàn, một số phương pháp hiện nay thường

được sử dụng như: i) tăng chiều dày sàn hoặc kích thước tiết diện cột (thiết kế mũ cột);

ii) dùng cốt thép chịu cắt (đinh chống cắt, đai chống cắt, thang chống cắt, lưới chống

cắt, dầm chống cắt ACI) Tuy nhiên, việc tăng chiều dày hoặc thiết kế mũ cột có thể ảnh hưởng đến không gian kiến trúc và tăng giá thành, trong khi sử dụng đai, thang, hoặc lưới chống cắt thường làm tăng giá thành, khó bố trí và lắp đặt Phương pháp dùng dầm chống cắt thì mới chỉ được đề cập trong tiêu chuẩn Hoa Kỳ (ACI 318, 2005)

và chưa được nhắc đến trong các tiêu chuẩn tương đương khác Phương pháp dùng đinh chống cắt thì dễ tính toán và được sử dụng rộng rãi song lại thi công tốn thời gian (Feretzakis, 2006)

Gần đây, phương pháp sử dụng sợi thép phân tán trộn trực tiếp trong bê tông nhằm cải thiện khả năng kháng chọc thủng của sàn đã nhận được nhiều quan tâm Việc sử dụng sợi thép cường độ cao có thể làm tăng khả năng chịu cắt của bê tông và từ đó góp phần đáng kể vào việc cải thiện khả năng chống nén thủng của sàn (Tan và Paramasivam, 1994; Hanal và Holanda, 2008) Ngoài ra, sợi thép còn làm tăng đáng kể cường độ chịu kéo của bê tông và vì vậy rất hiệu quả trong việc hạn chế vết nứt nhỏ, làm tăng

nhỏ nên thi công nhanh, đơn giản và có thể tiết kiệm giá thành xây dựng Có thể thấy rằng đây là phương pháp có nhiều ưu điểm và nên được áp dụng rộng rãi

Hiện tại, nhiều mô hình tính toán khả năng chọc thủng của sàn bê tông dự ứng lực đã được đề xuất, chẳng hạn như mô hình bán thực nghiệm dựa trên giả thiết sự phân bố ứng suất cắt tuyến tính (Stasio và Buren, 1960), mô hình dầm (Park và Islam, 1976),

mô hình lý thuyết tấm đàn hồi (Mast, 1970), mô hình lý thuyết đường chảy dẻo (Gesund và Goli, 1979), mô hình thanh chống-giằng (Alexander và Simmonds, 1987) Trong một số tiêu chuẩn như ACI 318 (ACI-318-05) hay Eurocode 2 (EC2, 2004) có

đề xuất các công thức tính toán khả năng chọc thủng cho sàn bê tông cốt thép dựa trên

mô hình bán thực nghiệm Tuy nhiên, các công thức này không thể áp dụng trực tiếp cho sàn dự ứng lực có sợi thép phân tán do ứng xử của vật liệu rất khác nhau Đối với

bê tông thường, khả năng chịu kéo của bê tông không được xét đến trong tính toán, trong khi đó, khả năng chịu kéo của bê tông gia cường sợi thép rất đáng kể và cần được xét đến trong tính toán Mặt khác quan hệ ứng suất biến dạng của bê tông gia cường cũng khác do có thêm giai đoạn tái bền Việc thiếu mô hình thiết kế và dự đoán khả năng kháng chọc thủng của sàn dự ứng lực sử dụng sợi thép phân tán gây khó khăn khi ứng dụng loại sàn này vào thực tế Điều này đòi hỏi cần phải phát triển mô hình tính toán khả năng kháng chọc thủng của sàn dự ứng lực có sợi thép phân tán

Đề tài thực hiện khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép phân tán đến khả năng kháng chọc thủng của sàn bê tông dự ứng lực Ngoài ra, đề tài còn phát triển công thức tính toán khả năng kháng chọc thủng cho sàn bê tông dự ứng lực có sử dụng sợi thép phân tán dựa trên mô hình dầm tương đương của Fraser (1983) Chương trình thực nghiệm được thực hiện trên 7 mẫu sàn kích cỡ lớn, kê 4 cạnh, chịu lực tập trung Trong đó, hàm lượng sợi thép phân tán trong từng sàn sẽ được thay đổi

số mô hình phân tích hiện có

2.1.1 Mô hình bán thực nghiệm

Đây là mô hình đơn giản và được áp dụng trong nhiều tiêu chuẩn thiết kế như tiêu chuẩn Mỹ (ACI 318-02), tiêu chuẩn Canada (CSA A23.3-04) Mô hình này được giới thiệu đầu tiên bởi Stasio và Buren (1960) Sau đó Hanson (1968) đã hoàn thiện thêm

Mô hình dựa trên giả thiết sự phân bố ứng suất cắt tuyến tính tại tiết diện cách mép cột

một khoảng d/2, với d là chiều dày hiệu quả của sàn Ứng suất cắt tại điểm bất kỳ do lực cắt Vu kết hợp momen không cân bằng Mux , M uy được tính như sau:

y

uy vy x

ux vx u u

I

y M I

y M d

b o : chu vi của tiết diện tới hạn

Tiết diện tới hạn

Ứng suất cắt

γvx , γvy : hệ số momen không cân bằng, được tính như sau:

1 1 ;

213

vx

y x

l l

vy

x y

l l

γ = −

+

(2.3)

I x , Iy : momen quán tính theo trục x và y

d : chiều dày hiệu quả của sàn

Mô hình bán thực nghiệm tuy đơn giản và dể áp dụng, nhưng độ chính xác không cao

do ứng suất cắt trong thực tế phân bố rất phức tạp Để có được một bức tranh toàn diện

và chính xác về sự phân bố này đòi hỏi cần nhiều kết quả thực nghiệm

i) Theo Hình 2.2 ở trạng thái tới hạn, các mặt AD và BC chịu uốn bởi momen MAD và

MBC, cốt thép xuyên qua các mặt này chảy dẻo;

2i) Không xét đến sự gia tăng momen uốn do ảnh hưởng của lực nén trong mặt phẳng

sàn

3i) Sự đóng góp về khả năng chịu cắt của các mặt đến khả năng chịu cắt tới hạn của

sàn được chấp nhận tương ứng với tỉ lệ diện tích của các mặt so với diện tích tổng của tiết diện tới hạn;

c

n = f

5i) Đường cong tương tác của quan hệ ứng suất cắt thẳng đứng và ứng suất cắt do

xoắn được chấp nhận ở các mặt AB và CD Ứng suất cắt tới hạn trong trường hợp chỉ

V AB, VBC,VAC,VAD : lực cắt tác dụng lên các mặt AB, BC, AC, AD

M AD, MBC : mô-men uốn tác dụng lên mặt AD, BC

T AB, TCD : mô-men xoắn tác dụng lên mặt AB, CD

c x : kích thước tiết diện cột theo phương x

Mô hình dầm tuy xét đến sự tham gia khá đầy đủ các thành phần nội lực như lực cắt, momen uốn, momen xoắn đến ứng suất cắt tuy nhiên lý thuyết này khá phức tạp và sử dụng quá nhiều giả thiết nên khó ứng dụng

2.1.3 Mô hình lý thuyết tấm đàn hồi

Mast (1970) dựa trên lý thuyết tấm đàn hồi chịu uốn để xác định ứng suất vùng lân cận cột và từ đó xác định lực cắt, momen uốn, xoắn tương ứng dựa trên nguyên lý cân bằng lực tại các tiết diện bất kỳ Mô hình này sử dụng các giả thiết như sau:

i) Giả thiết về các đoạn thẳng pháp tuyến: các đoạn thẳng vuông góc với mặt trung

bình của tấm sẽ còn thẳng và vuông góc với mặt trung bình khi chịu uốn và độ dài của chúng là không đổi;

2i) Giả thiết về mặt trung bình: tại mặt trung bình tấm không hề có biến dạng kéo, nén

hay trượt; khi bị uốn mặt trung bình là mặt trung hòa;

3i) Giả thiết về sự tương tác giữa các lớp của tấm: sự tương tác giữa các lớp song song

với mặt trung bình có thể bỏ qua

Từ đó, ứng suất trong tấm được xác định:

Hình 2.3: Sự phân bố ứng suất trong tấm theo lý thuyết đàn hồi (Mast, 1970)

Nội lực trong tấm được xác định theo lý thuyết đàn hồi như sau:

x D dz z

h w x

E dF

2

2

2 2

2 2

2

1 4

2 2

2 2

−

=

h h

h

h xy

y x

w E dF

w D

2

w D

w

y D

x x

x xy

y

xy xy yx

y y

Hình 2.4: Sự phân bố nội lực trong tấm lý thuyết đàn hồi (Mast, 1970)

2.1.4 Mô hình lý thuyết đường chảy dẻo

Mô hình này được Johansen phát triển vào năm 1930, dựa trên giả thiết:

i) Khi tải vượt qua giá trị tới hạn, hiện tượng chảy dẻo sẽ bắt đầu ở vùng có momen

lớn; khi tải tiếp tục tăng, đường chảy dẻo sẽ được hình thành và theo một kiểu duy nhất;

2i) Bỏ qua biến dạng đàn hồi; biến dạng dẻo diễn ra dọc theo đường chảy dẻo;

3i) Các đường chảy dẻo thẳng; và biến dạng của tấm xem như các biến dạng của các

tấm cứng nhỏ hơn được chia bởi các đường chảy dẻo và các tấm này quay quanh trục

đi qua gối tựa

Mỗi kiểu đường chảy dẻo sẽ cho một giá trị momen tới hạn Kiểu đường chảy dẻo hợp

lý nhất sẽ cho giá trị momen tới hạn lớn nhất Một số tác giả như Gesund và Goli (1979), Diler và Cao (1994), Brown (2003) cải tiến cơ cấu phá hủy có xét đến lực cắt kết hợp mô-men không cân bằng truyền vào liên kết sàn cột Cơ cấu này bao gồm một hình chữ nhật và 2 hình quạt xòe ra từ góc mặt cột Gesund và Goli đề xuất phương trình cho cột vuông và sàn đẳng hướng như sau:

Hình 2.6: Cơ cấu đường chảy dẻo: a) Diler và Cao(1994); b) Brown(2003)

Trong đó:

- MYL : là mô-men không cân bằng truyền vào liên kết sàn cột

- m + , m - : là mô-men trên bề rộng đơn vị của sàn

- c : là kích thước tiết diện cột

- Vu : là lực cắt thẳng đứng tại tâm cột

- K = m + /m - : là hệ số tỉ lệ

Mô hình đường chảy dẻo tuy có thể xét đến sự làm việc dẻo nhưng rất nhiều kiểu đường chảy dẻo có thể được đề xuất nên khó có thể tìm được kiểu hợp lý nhất

2.1.5 Mô hình thanh chống-giằng (Strut and Tie model)

Mô hình này dựa trên lý thuyết dàn để phân tích cơ chế làm việc của liên kết sàn-cột

Mô hình bao gồm không gian 3 chiều của thanh chống bê tông và thanh giằng thép, trong đó thanh chống bê tông được chia làm 2 loại: thanh chống cắt nghiêng góc α với mặt phẳng sàn; và thanh chống neo song song với mặt phẳng sàn Alexander và Simmonds (1987) đề nghị xác định α dựa trên thực nghiệm, trong đó α là hàm của bề rộng hữu hiệu của thanh chống, chiều dày lớp bảo vệ cốt thép và kích thước cột Nội lực trong thanh chống cắt có thể xác định bằng cách cân bằng lực kéo chảy của cốt thép tương ứng Một khi đã xác định được α và nội lực trong thanh chống, lực cắt tới hạn sẽ được xác định Phương pháp được miêu tả như sau: mỗi một thanh chống neo

sẽ cân bằng với 2 thanh cốt thép vuông góc; các thanh trong khoảng d từ mặt cột đóng

góp khả năng chiu uốn cho liên kết, thông qua thanh chống neo một phần cốt thép ngoài mặt cột sẽ tham gia chịu uốn với cốt thép xuyên qua cột theo hướng vuông góc, lực trong thanh chống cắt được tính thông qua lực chảy trong các thanh cốt thép này, chấp nhận ở trạng thái phá hủy do thép cắt chảy dẻo chứ không phải do phá hủy nén của thanh chống cắt

Hình 2.7: Mô hình thanh chống giằng (Alexander và Simmonds, 1987)

Mô hình thanh chống-giằng của Alexander và Simmonds tuy đưa ra những dự đoán về khả năng nén thủng tương đối hợp lý nhưng chỉ đối với trường hợp hàm lượng cốt thép

đi qua liên kết sàn-cột nhỏ Trường hợp hàm lượng cốt thép lớn, do nội lực trong thanh chống cắt được tính thông qua lực chảy của cốt thép nên nội lực trong thanh chống cắt lớn, nhiều khả năng thanh chống cắt bị phá hủy nén và mô hình dàn chấp nhận ở trạng thái phá hủy do thép cắt chảy dẻo lúc đó cho khả năng kháng chọc thủng của liên kết cao hơn Ngoài ra, một khó khăn nữa là khó có thể mô hình được cốt thép chống cắt trong sàn

Cốt thép

Cột

Thanh chống cắt

Cột

Cốt thép

Thanh chống neo

2.2 TIÊU CHUẨN TÍNH TOÁN HIỆN HÀNH

2.2.1 Tiêu chuẩn Mỹ (ACI 318, 2005)

Trong ACI 318 (2005) đề nghị tính khả năng kháng chọc thủng của sàn theo chu vi tới

hạn cách bề mặt cột d/2, với d là chiều cao hữu hiệu và lớn hơn 0.8 lần chiều dày sàn

Khả năng kháng chọc thủng được xác định từ khả năng chống cắt của bê tông và các thành phần đứng và ngang của lực căng trong các bó cáp nằm trong chu vi tính toán ACI đề xuất công thức tính toán như sau:

( p c pc) o p

V = β λ ' + 0 3σ + (2.18) Trong đó:

βp : giá trị nhỏ hơn của 3.5 và 0.083(αs d/b 0 + 1.5)

αs : hệ số thực nghiệm, αs = 40 cho cột giữa, 30 cho cột biên và 20 cho cột

góc

f’ c : cường độ chịu nén danh định của mẫu bê tông lăng trụ (tương đương với cường độ chịu nén tức thời trung bình)

b 0 : chu vi của tháp chọc thủng, b0 = 4×(a+h 0 )

d : chiều dày làm việc của sàn (h 0)

σpc : áp lực nén hiệu quả trung bình sau khi trừ tất cả mất mát ứng suất (P/A)

V p : thành phần thẳng đứng của lực nén trước hiệu quả lên tiết diện tới hạn Công thức (2.18) chỉ nên được áp dụng một khi hội đủ 3 điều kiện sử dụng như sau:

i) Khoảng cách từ mặt cột đến biên sàn không nhỏ hơn 4 lần chiều dày sàn

2i) Cường độ nén bê tông f’ c < 35Mpa

3i) Ứng suất nén hiệu quả 0.86 < f pc <3.5 Mpa

Khi có mô-men không cân bằng truyền qua liên kết sàn cột thì ứng suất cắt được tính như sau :

y

uy vy x

ux vx u u

I

y M I

y M d

1

2 2

1

3

2 1

1 1

; 3

2 1

1 1

b

b b

M ux, Muy : mô-men không cân bằng

Hình 2.8 : Tiết diện tới hạn và sự phân bố ứng suất cắt theo ACI 318(2005) 2.2.2 Tiêu chuẩn Canada (CSA A23.3, 2004)

Tiêu chuẩn Canada tính toán lực chọc thủng khá giống với tiêu chuẩn Mỹ nhưng đưa thêm các hệ số độ bền vật liệu φc, φs và φp trực tiếp vào công thức tính nhằm bảo đảm

độ an toàn hợp lý cho từng thành phần Công thức tính toán như sau:

c c

pc p c

c p

f f

λφ

σφλφ

1 (2.21)

Trong đó:

βp : giá trị nhỏ hơn 0.33 và (αs d/b 0 + 1.5)

λ : hệ số tỷ trọng của bê tông

αs : hệ số, = 4 cho cột giữa, = 3 cho cột biên và = 2 cho cột góc

b 0 : chu vi của tháp chọc thủng [4*(a+h0)]

d : chiều dày hiệu quả trung bình của sàn = (dx +dy)/2

f’ c : cường độ nén của mẫu bê tông lăng trụ

Ứng suất cắt

σpc : áp lực nén hiệu quả trung bình tại tâm tiết diện sau khi trừ tất cả mất mát ứng suất (P/A)

V p : tổng hợp các thành phần thẳng đứng của lực nén trước hiệu quả lên tiết diện tới hạn

φc : hệ số giảm cường độ bê tông

φp : hệ số giảm cường độ cho thép dự ứng lực

Điều kiện sử dụng công thức và sự truyền momen không cân bằng giống với ACI

318-05

2.2.3 Tiêu chuẩn Úc (AS3600, 1988)

AS-3600 tính toán tương tự như ACI -318 theo chu vi cách cột khoảng d/2, tuy nhiên

có xem xét các trường hợp có và không có momen truyền từ sàn vào cột Công thức tính toán cho trường hợp không có sự truyền momen:

V uo =(f cv +0.3σpc)ud (2.22) Trong đó :

fcv : Cường độ chịu cắt của bê tông, f cv = 0 34 f c' cho trường hợp cột giữa tiết diện vuông

u : chu vi của tháp chọc thủng [4*(a+h0)]

Khả năng kháng chọc thủng cho trường hợp có sự truyền momen được tính như sau:

ud V M

V V

v

uo u

M v * : mô-men không cân bằng

2.2.4 Tiêu chuẩn Châu Âu (EC2, 2004)

EC2 tính toán theo chu vi cách cột khoảng 2d, với d là chiều dày làm việc của sàn

Ứng suất gây chọc thủng trong sàn BTCT được tính toán như sau:

18.0

min 3

/ 1 1

5 0

+

≥+

Trong đó :

1

2 / 3 5 0 min

200 1

= (2.25)

ρl : là hàm lượng cốt thép dọc ρ1 = (ρxρy ) 1/2<0.02

f ck : là cường độ nén danh nghĩa của mẫu bê tông lăng trụ

γc : là hệ số an toàn vật liệu bê tông, γc =1.5

σpc : là ứng suất nén trước trung bình σcp = (σcx +σcy)/2

σcx, σcy : là ứng suất nén bê tông tại tiết diện tới hạn theo phương x, y

Khi có sự truyền momen không cân bằng thì ứng suất cắt tính toán như sau :

ud

V W V

u M K

K : hệ số truyền momen không cân bằng

W 1 : hệ số của tiết diện tới hạn (wl e dl

2.2.5 Hướng dẫn tính toán của Ủy ban Bê tông Châu Âu (CEB-FIP MC 90, 1993)

CEB-FIP MC 90 tính toán chu vi cách cột khoảng 2d giống như EC2 Khả năng chống

cắt của sàn được tính toán theo phương pháp decompress method, theo đó khả năng kháng cắt phụ thuộc vào ứng lực trước, do tác dụng của ứng lực trước làm triệt tiêu ứng suất mặt trên tại vị trí cột do lực ngoài Đây là phương pháp duy nhất mà xét đến ảnh hưởng mô-men do ứng lực trước Công thức tính toán như sau:

'

pe

po P

p Rc r

m m

m V

V V V

2001

= là khả năng kháng cắt của bê tông thông

σ : là ứng suất nén trung bình trong bê tông

V p : là tổng hợp các thành phần thẳng đứng của lực ứng suất trước trong chu vi

cách cột d/2

2.2.6 Đề xuất của Regan và các cộng sự (Regan et al., 2005)

Regan dựa trên phương pháp của CEB-FIP MC 90 đề xuất công thức tính toán đơn giản hơn:

= (2.28) Trong đó:

V Rc là khả năng kháng cắt của bê tông thông thường

2001

18

2.2.7 Nhận xét về các mô hình

Hầu hết các đề xuất tính toán nén thủng của sàn bê tông dự ứng lực trong các tiêu

chuẩn đều dựa vào 3 thành phần: i) khả năng chống nén thủng của bê tông Vc độc lập

với ứng lực trước; 2i) khả năng chống nén thủng do thành phần nằm ngang của ứng

lực trước Vcp; và 3i) khả năng chống nén thủng do thành phần thẳng đứng của ứng lực trước Vp

Trong các công thức của nhóm tiêu chuẩn các nước Bắc Mỹ (ACI-318, CSA 23.3, 3600) và Châu Âu (EC2), 3 thành phần trên được tính độc lập với nhau, còn trong

AS-CEB-FIP MC 90, các thành phần này ảnh hưởng qua lại nhau, khi Vcp giảm thì Vp tăng Trong EC2 và CEB-FIP MC 90 thành phần Vc được tính toán bằng với khả năng

kháng cắt sàn BTCT truyền thống có cùng hàm lượng cốt thép Theo ACI-318, giá trị

V c tính toán thường nhỏ hơn so với bê tông cốt thép BTCT truyền thống (Silva và

Regan, 2007) Một sự khác biệt cơ bản nữa là nhóm tiêu chuẩn các nước Bắc Mỹ sử

dụng tiết diện tới hạn cách cột d/2 trong khi CEB-FIP MC 90 và EC2 sử dụng tiết diện tới hạn cách cột 2d Ngoài ra, khả năng chống cắt do thành phần nằm ngang của ứng lực trước Vcp theo ACI 318 là lớn nhất Khả năng chống cắt do thành phần thẳng đứng của ứng lực trước Vp theo ACI và CEB-FIP MC 90 giống nhau nhưng khác với EC2

do chu vi tính toán khác nhau (Silva và Regan, 2007)

2.3 ĐỀ XUẤT TÍNH TOÁN CHO SÀN BTCT CÓ GIA CƯỜNG SỢI THÉP 2.3.1 Đề xuất của Harajli và các cộng sự (Harajili et al., 1994)

Dựa trên kết quả nghiên cứu của mình và dữ liệu thực nghiệm của các tác giả khác, Harajli và các cộng sự (Harajili et al., 1994) đã đề xuất công thức dự đoán khả năng kháng chọc thủng của sàn bê tông gia cường sợi thép:

ξ : hệ số, lấy giá trị nhỏ nhất trong các giá trị sau : 2+4/ βc ; asd/b0 +2; 4

β c : tỉ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn của cột

a s : lấy bằng 40 đối với cột giữa, 30 cột biên, 20 cột góc

V f : hàm lượng sợi thép, %

f’ c : cường độ chịu nén của bê tông mẫu hình trụ, Psi

b 0 : chu vi của bề mặt tới hạn bị phá hoại, khoảng cách d/2 từ mép cột, in

d : chiều cao làm việc của sàn, in

Công thức (2.29) giới hạn thể tích sợi Vf sử dụng phải nhỏ hơn 2% và chỉ dùng chủ

yếu cho các loại sợi: crimped (sợi xoắn), hooked (sợi móc 2 đầu), corrugated (sợi gấp nếp), paddle (sợi mở rộng đầu)

Như vậy, Harajli và cộng sự đã tính toán khả năng kháng chọc thủng của sàn bê tông gia cường sợi thép bằng việc cộng tác dụng khả năng kháng chọc thủng của sàn BTCT truyền thống (không có sợi thép) tính theo tiêu chuẩn ACI 318:

Trong mô hình tính của mình, tác giả đã không xét đến ảnh hưởng của kiểu phá hủy

của bê tông gia cường sợi thép, tỉ số L/d, chiều dài sợi Lf cũng như tỉ số Lf /D f của sợi

đến khả năng chống nén thủng của sàn

2.3.2 Đề xuất của Choi và các cộng sự (Choi et al., 2007)

Năm 2007, Choi và các cộng sự (Choi et al., 2007) đã tiến hành nghiên cứu lý thuyết

để khảo sát cường độ chịu nén thủng của sàn bê tông gia cường sợi thép tại vị trí liên kết sàn - cột Choi xác định giá trị lực cắt tại tiết diện tới hạn bằng tổng khả năng chịu cắt của vùng chịu nén và vùng chịu kéo của tiết diện đó Khả năng chịu cắt của vùng kéo được xác định bởi cường độ chịu kéo sau khi nứt của bê tông cốt sợi thép Kết hợp với các kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã có, Choi và các cộng sự đã đề xuất công thức xác định khả năng chịu nén thủng của sàn bê tông gia cường sợi thép tại vị trí liên kết sàn - cột như sau :

d : chiều cao làm việc của sàn, mm

λ s : hệ số ảnh hưởng tiết diện (size effect) xác định theo BS 8110 [7],

4 400 /

λ =

f’ c : cường độ chịu nén của bê tông thường, MPa

f t : cường độ chịu kéo của bê tông thường, '

β : hệ số kể đến tác dụng của hình dạng sợi thép và loại bê tông; bê tông

thường β=1 đối với sợi móc 2 đầu hoặc sợi xoắn, β=2/3 đối với sợi thép thẳng ; bê tông nhẹ β=3/4

α : hệ số xác định thông qua biến dạng bê tông khi xãy ra phá hoại do nén thủng, αεcof =0.00196 và ( ) ( ' ')

V ft : khả năng kháng cắt của vùng kéo, V ft = f A c pc T osφ , N

A T : diện tích mặt kéo, A T=(2c1+2c2+4cot φ d d c)( − u)/ sinφ , mm2

λ 1 : hệ số kể đến ảnh hưởng chiều dài bám dính sợi thép, λ1 = 0.25

λ 2 : hệ số kể đến ảnh hưởng của hướng sợi phân tán trong bê tông,

2 1.2

λ =

λ 3 : hệ số kể đến ảnh hưởng của nhóm sợi, λ3 =1.0

τ : ứng suất bám dính của sợi thép và bê tông, τ =2f t , MPa

Như vậy, có thể thấy rằng để tính toán khả năng chịu nén thủng của sàn bê tông cốt sợi thép tại vị trí liên kết sàn-cột theo công thức (2.32) của Choi, phải qua một quá trình tính toán các hệ số trung gian rất phức tạp Theo mô hình này, Choi và các cộng sự đã tính toán khả năng chịu nén thủng của sàn bê tông cốt sợi thép bằng việc cộng tác dụng khả năng chịu cắt của vùng nén, V c =λs 0.9f t ⎡⎣0.9f t +(α α− 2/ 3) f cf' ⎤⎦A Cvà

khả năng chịu cắt của vùng kéo, V ft = f A c pc T osφ Để thiết lập được mô hình tính toán, các tác giả đã sử dụng các giả thiết: i) sàn phẳng có tỉ số giữa chiều dài với bề

dày L/d sàn lớn nên ứng xử chiếm ưu thế của nó là ứng xử uốn, vết nứt uốn và sự chảy

dẻo của cốt thép dọc xãy ra trong suốt quá trình bị phá hoại do nén thủng; 2i) cường độ chịu cắt trong kết cấu bê tông không gia cường sợi thép có ứng xử uốn chiếm ưu thế

được tính toán trên tiết diện ở vùng nén của phần bê tông không hư hại; 3i) bỏ qua lực liên kết cốt liệu Va và khả năng chịu cắt của cốt thép dọc Vd

2.4 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRÊN SÀN DỰ ỨNG LỰC

Năm 1974, Smith and Burns nguyên cứu ảnh hưởng của cốt thép thường đến ứng xử

của vùng liên kết sàn-cột Ba mẫu sàn ứng lực trước chịu tải tập trung được thí nghiệm Cáp trong sàn được bố trí theo 2 phương, trong đó 70% dải cột và 30% dải giữa với 2 cáp qua cột theo mỗi hướng theo ACI 318 Hàm lượng cốt thép lớp trên thay đổi từ 0%, 0.15%, 0.24% Kết quả cho thấy tất cả 3 mẫu đều có ứng xử như nhau trong miền đàn hồi Thép thanh làm tăng độ cứng và dẻo dai sau khi nứt Trong các mẩu có sử dụng cốt thép thanh, vết nứt xuất hiện nhiều hơn nhưng với bề rông nhỏ hơn và có khả năng kháng chọc thủng lớn hơn Ngoài ra, các sàn này có khả năng kiểm sóat nứt tốt hơn và kiểu phá hoại của chúng ít đột ngột hơn

Năm 1981, Hawkins thí nghiệm 6 mẫu liên kết sàn-cột sàn ứng lực trước chịu tải tập

trung và momen một trong các mẫu có bố trí cốt thép thường và thép chống cắt Các mẫu được bố trí cáp theo 3 loại: loại 1 cáp theo phương X rải theo dải, cáp theo phương Y rải phân bố đều; loại 2 cáp theo phương X rải phân bố đều, cáp theo phương

Y rải theo dải; loại 3 cáp được rải đều theo cả hai phương Kết quả cho thấy với cách

bố trí theo loại 1 thì dễ đặt cáp và tăng khả năng chịu momen truyền qua liên kết sàn cột; loại 2 thì có độ cứng lớn nhất; và năng lượng tiêu tán dưới tác dụng của lực ngang

ở loại 3 là tốt nhất

Năm 2000, Hassanzadeh and Sundquist đã thí nghiệm một số mẫu liên kết sàn-cột ứng lực trước chịu tải tập trung nhằm nguyên cứu ảnh hưởng của cách bố trí cáp ứng lực đến khả năng chống chọc thủng Sáu sợi cáp được bố trí mỗi phương theo 2 loại như

sau: loại I toàn bộ cáp được đặt trong phạm vi tiết diện tới hạn cách mặt cột d/2, trong

khi loại O toàn bộ cáp được đặt trong phạm vi cách mặt cột từ d/2 đến 2d (Hình 2.10)

Kết quả cho thấy khả năng kháng cắt của sàn loại I lớn hơn loại O 17%, do đó việc bố trí cáp trong phạm vi tiết diện tới hạn cách mặt cột d/2 có tác dụng chống nén thủng lớn hơn

Hình 2.10 : 2 loại mẫu thí nghiệm của Hassanzadeh và Sundquist

Năm 1982, Swamy và Ali thí nghiệm nén thủng trên 19 mẫu sàn có liên kết tựa đơn dọc theo 4 cạnh Kết quả thí nghiệm cho thấy khi thêm 1% thể tích sợi gia cường (sợi

có móc 2 đầu hoặc sợi uốn) làm giảm 40% giá trị độ võng do tải trọng làm việc gây nên và gia tăng khả năng chịu nén thủng của sàn đến 30% so với sàn không có sợi thép Kết quả thí nghiệm còn cho thấy sợi thép làm cho kiểu phá hoại nén thủng tại vị trí liên kết sàn cột trở nên dễ kiểm soát và dẻo dai hơn Ngoài ra, khi kiểm tra các mẫu sau khi thí nghiệm, các tác giả còn nhận thấy rằng sợi thép làm gia tăng độ dài của

hình chiếu ngang của của vết nứt xiên xấp xỉ gần bằng giá trị 3h tính từ bề mặt cột, trong đó h là bề dày sàn Điều đó chứng minh một cách rỏ ràng rằng, sợi thép làm cho

ứng xuất cắt tại vùng liện kết sàn - cột được phân bố đều hơn trên mặt bằng sàn

Năm 1992, Alexander và Simmonds thí nghiệm 6 mẫu sàn và nhận thấy rằng dùng sợi thép gia cường dạng luợn sóng với hàm lượng xấp xỉ 0.4% làm gia tăng khả năng chịu nén thủng khoảng 20% và khi tăng gấp đôi hàm lượng sợi lên 0.8% thì chỉ làm gia tăng khả năng chịu nén thủng thêm 7% Các tác giả cũng kết luận rằng sợi thép làm gia tăng độ dẻo dai của vùng liên kết sàn và cột

Cột Cáp

Gối

2.5 TỔNG QUAN NGUYÊN CỨU Ở VIỆT NAM

Bê tông dự ứng lực đã được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam trong các công trình dân dụng, công nghiệp và cầu đường như các kết cấu sàn phẳng, cọc ly tâm, dầm vượt nhịp lớn , cột, trụ cầu Một số các tác giả như Nguyễn Tiến Chương (năm 2007), Hoàng Quang Nhu (năm 2007) đã nguyên cứu đến sự làm việc của kết cấu bê tông dự ứng lực Các tiêu chuẩn tính toán thiết kế hiện nay đều dựa vào tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCVN 356-2005 và các tiêu chuẩn Anh, Mỹ Tuy nhiên, đối với sàn phẳng dự ứng lực thì tiêu chuẩn Việt Nam quy định không rõ ràng do vậy đa phần thiết kế áp dụng các tiêu chuẩn Anh và Mỹ Ngoài ra, hiện nay chỉ có một số nguyên cứu của Trường Hoài Chính (năm 2008) về hiệu quả kinh tế của sàn phẳng ứng lực trước, do vậy chưa có nhiều nguyên cứu để kiểm chứng, đánh giá sự làm việc của kết cấu trong điều kiện cụ thể ở Việt Nam

Bê tông cốt sợi tuy chưa được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam nhưng bước đầu đã có một

số nguyên cứu của các tác giả như Nguyễn Văn Chánh (năm 2003), Phạm Duy Anh (năm 2005) về bê tông cốt sợi thép và bê tông cốt sợi nói chung trên nền vật liệu địa phương và kết luận được những ưu điểm lớn của việc gia cường sợi nói chung, tuy nhiên mới chỉ dừng lại ở việc nguyên cứu những tính chất vật lý, cơ học của vật liêu còn các nguyên cứu kết cấu ứng dụng trong thực tế thì rất hạn chế

Bê tông dự ứng lực có gia cường sợi thép là vấn đề còn mới, chưa được nguyên cứu ở Việt Nam

Chương 3

3 MỤC TIÊU, Ý NGHĨA VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

3.1 MỤC TIÊU NGUYÊN CỨU

Dựa vào các kết quả đã trình bày trong phần tổng quan, đề tài tập trung vào hai mục tiêu chính sau:

• Khảo sát ảnh hưởng của sợi thép phân tán đến khả năng kháng chọc thủng của sàn phẳng bê tông dự ứng lực có sử dụng sợi thép phân tán

• Phát triển công thức tính toán khả năng kháng chọc thủng cho sàn phẳng bê tông

3.2.2 Ý nghĩa khoa học