Nghiên cứu ảnh hưởng ứng xử sau đàn hồi của dầm nối tới sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín trong nhà nhiều tầng bê tông cốt thép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

ĐOÀN XUÂN QUÝ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG ỨNG XỬ SAU ĐÀN HỒI
CỦA DẦM NỐI TỚI SỰ LÀM VIỆC CHỊU XOẮN CỦA
KẾT CẤU LÕI NỬA KÍN TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG
BÊ TƠNG CỐT THÉP

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng
Mã số: 9580201
LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Hà Nội - Năm 2023


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

ĐOÀN XUÂN QUÝ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG ỨNG XỬ SAU ĐÀN HỒI
CỦA DẦM NỐI TỚI SỰ LÀM VIỆC CHỊU XOẮN CỦA
KẾT CẤU LÕI NỬA KÍN TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG
BÊ TƠNG CỐT THÉP

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng
Mã số: 9580201

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS.TS. NGUYỄN TIẾN CHƯƠNG
2. PGS.TS. NGUYỄN HÙNG PHONG

Hà Nội - Năm 2023


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những nội dung trong Luận án Tiến sỹ “Nghiên cứu ảnh hưởng
ứng xử sau đàn hồi của dầm nối tới sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín trong nhà
nhiều tầng bê tơng cốt thép” là kết quả cơng trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi.
Các số liệu và kết quả trình bày trong Luận án là trung thực, khách quan và chưa
từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác ngồi danh sách các cơng trình khoa
học của nghiên cứu sinh liên quan đến Luận án.

Hà Nội, ngày...... tháng..........năm 2023
Nghiên cứu sinh

Đoàn Xuân Quý


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, Phòng Quản lý
đào tạo, Khoa Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp đã tạo mọi điều kiện để tác giả học tập
và nghiên cứu.
Tác giả xin chân thành cảm ơn và bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy hướng dẫn
khoa học là GS.TS Nguyễn Tiến Chương và PGS.TS Nguyễn Hùng Phong. Trong suốt quá

trình học tập và nghiên cứu, hai thầy đã tận tình hướng dẫn để bồi dưỡng kiến thức và năng
lực nghiên cứu khoa học, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ, động viên để tác giả
hoàn thành luận án.
Tác giả xin đặc biệt cảm ơn tới các thày cơ giáo trong Bộ mơn Cơng trình bê tông cốt
thép Trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã ln hỗ trợ, giúp đỡ, động viên, góp ý, hướng dẫn
và tạo mọi điều kiện trong quá trình tác giả học tập, nghiên cứu và làm luận án tại Bộ môn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Thủy Lợi luôn tạo điều kiện về vật
chất và tinh thần cho tác giả trong quá trình làm luận án. Chân thành cảm ơn Khoa Cơng
trình - Viện Kỹ thuật cơng trình, Bộ mơn Xây dựng Dân dụng và Cơng nghiệp, Bộ mơn Kết
cấu Cơng trình, Bộ mơn Cơng trình Giao thông trường Đại học Thủy Lợi luôn tạo điều kiện
về thời gian, sự ủng hộ và góp ý những ý kiến quý báu để tác giả thực hiện luận án.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tồn thể gia đình, người thân đã ln ủng hộ,
động viên, chia sẻ những khó khăn trong q trình tác giả làm luận án. Tác giả xin cảm ơn
thày cô đồng nghiệp, bạn bè đã luôn ủng hộ, tạo điều kiện, động viên để tác giả hoàn thành
luận án.

Đoàn Xuân Quý


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................. ii
MỤC LỤC................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT..................................................vii
DANH MỤC HÌNH VẼ............................................................................................xii
DANH MỤC BẢNG BIỂU.....................................................................................xvii
MỞ ĐẦU....................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài....................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu...............................................................................................3
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu................................................................................4

4. Cơ sở khoa học của luận án......................................................................................4
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án.................................................................4
6. Phương pháp nghiên cứu của luận án........................................................................5
7. Nội dung nghiên cứu...............................................................................................5
8. Các đóng góp mới của Luận án................................................................................5
9. Cấu trúc của luận án................................................................................................6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÍNH TỐN KẾT CẤU LÕI NỬA KÍN NHÀ NHIỀU
TẦNG........................................................................................................................8
1.1.

Khái niệm về kết cấu lõi nửa kín..........................................................................8

1.2.

Nghiên cứu tính tốn kết cấu lõi nửa kín.............................................................11

1.2.1. Khái qt chung về tính tốn kết cấu lõi nhà nhiều tầng........................................11
1.2.2. Tính tốn lõi nửa kín theo lý thuyết thanh thành mỏng.........................................13
1.2.3. Tính tốn lõi nửa kín sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn................................19
1.3.

Nghiên cứu thực nghiệm về kết cấu lõi nửa kín...................................................23

1.4.

u cầu về tính tốn và cấu tạo trong các tiêu chuẩn thiết kế.................................25

1.5.

Nghiên cứu dầm nối trong kết cấu lõi nửa kín......................................................28

1.6.

Các nhận xét rút ra từ tổng quan và nhiệm vụ của luận án.....................................31

CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA DẦM NỐI ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CHỊU
XOẮN CỦA KẾT CẤU LÕI NỬA KÍN.....................................................................33
2.1.

Đặt vấn đề.......................................................................................................33

2.2.

Tính tốn kết cấu lõi nửa kín theo lý thuyết thanh thành mỏng..............................33

2.3.

Ảnh hưởng của độ cứng dầm nối đến sự làm việc của lõi nửa kín..........................46

2.3.1. Mơ hình khảo sát..............................................................................................46


2.3.2. Ảnh hưởng của độ cứng dầm nối đến độ cứng chống xoắn của lõi.........................46
2.3.3. Ảnh hưởng của độ cứng dầm nối đến ứng suất pháp xoắn - uốn............................49
2.4.

Phân bố nội lực trong các dầm nối......................................................................50

2.5. Ảnh hưởng của chiều dài tường biên tới sự làm việc chịu xoắn của lõi trong lý thuyết
thanh thành mỏng.......................................................................................................52

2.5.1. Khảo sát sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi theo chiều dài tường biên.....…..53
2.5.2. Ảnh
hưởng
đến
góc
kín .........................................................................53

xoắn

của

lõi

nửa

2.5.3. Ảnh hưởng đến ứng suất pháp...........................................................................55
2.6.

Nhận xét chương 2...........................................................................................57

CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN KẾT CẤU LÕI NỬA KÍN CĨ XÉT ĐẾN
SỰ LÀM VIỆC SAU ĐÀN HỒI CỦA CÁC DẦM NỐI..............................................59
3.1.

Giới thiệu phương pháp....................................................................................59

3.2.

Đề xuất mô hình tính tốn kết cấu lõi nửa kín......................................................60

3.3.

Các đặc trưng của mơ hình đề xuất.....................................................................63

3.3.1. Các đặc trưng của mơ hình hỗn hợp dầm – giàn cho dầm nối................................63
3.3.2. Các công thức đề xuất xác định các thông số của mơ hình dầm - giàn....................67
3.4.

So sánh kết quả tính tốn của mơ hình dầm nối...................................................76

3.4.1. So sánh mơ hình với kết quả thí nghiệm.............................................................76
3.4.2. So sánh mơ hình dầm nối với lý thuyết trường nén cải tiến...................................83
3.4.3. So sánh kết quả phân tích theo mơ hình tấm – dầm – giàn cho vách kép với kết quả thí
nghiệm và lý thuyết trường nén cải tiến........................................................................88
3.4.4. So sánh kết quả phân tích tăng dần tải trọng ngang cho lõi nửa kín với kết quả thực
nghiệm lõi TC3 của Xiu-li...........................................................................................91
3.5.

Nhận xét chương 3...........................................................................................94

CHƯƠNG 4. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG ỨNG XỬ SAU ĐÀN HỒI CỦA DẦM NỐI
TỚI SỰ LÀM VIỆC CỦA LÕI NỬA KÍN CHỊU XOẮN.............................................96
4.1.

Giới thiệu chung..............................................................................................96

4.2.

Tính tốn kết cấu lõi nửa kín chịu xoắn...............................................................96

4.2.1. Đặt vấn đề.......................................................................................................96
4.2.2. Giới thiệu bài tốn............................................................................................96
4.2.3. Thiết lập mơ hình tính tốn................................................................................99
4.2.4. Kết quả tính tốn............................................................................................102
4.3.

Phân tích sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín......................................104

4.3.1. Đặt vấn đề.....................................................................................................104
4.3.2. Mơ hình dầm nối............................................................................................105


4.3.3. Kết quả phân tích với các mơ hình dầm nối.......................................................106
4.4. Khảo sát ảnh hưởng của chiều cao dầm nối đến sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi
nửa kín....................................................................................................................111
4.4.1. Đặt vấn đề.....................................................................................................111
4.4.2. Tính tốn kết cấu lõi nửa kín với các chiều cao dầm nối.....................................111
4.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của cốt thép chéo trong dầm nối đến sự làm việc chịu xoắn
của lõi nửa kín.........................................................................................................116
4.5.1. Đặt vấn đề.....................................................................................................116
4.5.2. Tính tốn kết cấu lõi nửa kín với các hàm lượng cốt thép chéo............................117
4.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của cốt thép dọc và cường độ bê tông của dầm nối đến sự làm
việc chịu xoắn của lõi nửa kín....................................................................................121
4.6.1. Đặt vấn đề.....................................................................................................121
4.6.2. Kết quả nghiên cứu........................................................................................121
4.7.

Nhận xét chương 4.........................................................................................124

KẾT LUẬN............................................................................................................125

DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ..................................................................127
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................129
PHỤ LỤC A ..........................................................................................................PL-1
PHỤ LỤC B ........................................................................................................PL-12
PHỤ LỤC C ........................................................................................................PL-31
PHỤ LỤC D ........................................................................................................PL-41
PHỤ LỤC E ........................................................................................................PL-44
PHỤ LỤC F.........................................................................................................PL-49
PHỤ LỤC G ........................................................................................................PL-52


vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Chữ cái Latinh viết hoa
Kí hiệu

Hệ tiêu chuẩn
tham chiếu

Diễn giải

A
Ag
Ab
Av
ACI
ACI 31819 hoặc
ACI 318
B

Thơng số tính tốn của lõi nửa kín
Diện tích tiết diện nguyên của cấu kiện
Diện tích tiết diện nguyên của dầm nối
Diện tích chịu cắt của tiết diện
Viện Bê tơng Hoa Kỳ

BT

Bê tông

BTCT

Bê tông cốt thép

CB/DN

Dầm nối

CĐ

Cường độ

CT

Cốt thép

CTD

Cốt thép dọc

CTĐ

Cốt thép đai

CTC

Cốt thép chéo

CFT

Lý thuyết trường nén

CRCB

Dầm nối đặt cốt thép thông thường

D

Dầm

D-G

Dầm-Giàn

DOC

Mức độ nối (Degree of Coupling)

ĐH

Đàn hồi

DRCB

Dầm nối đặt cốt thép chéo

E

Mô đun đàn hồi

E1

Mô đun đàn hồi điều chỉnh của Vl

Ec

Mô đun đàn hồi của bê tông

Es
G

Mô đun đàn hồi của cốt thép
Mô đun kháng cắt

Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông của
Viện Bê tông Hoa Kỳ
Bimômen

ACI 445R-99

asov


H

Chiều cao lõi

I

Mơ men qn tính

Ig

Mơ men qn tính ban đầu

Ieff

Mơ men qn tính tính tốn

Iepr

Mơ men qn tính tốn đề xuất

I

Mơ men qn tính quạt

J

Mơ men qn tính xoắn

J1

Hệ số xoắn St.Venant

HLCD

Hàm lượng cốt thép dọc

HLCĐ

Hàm lượng cốt đai

HLCC

Hàm lượng cốt thép chéo

KC

Kết cấu

KQ

Kết quả

L/ Ln

Nhịp của dầm nối

LK

Liên kết

LTh

Lý thuyết

LT

Dầm nối

LTh TTM

Lý thuyết thanh thành mỏng

M

Mô men

Mkd

MH

Mô men chảy dẻo của thành phần dầm
Lý thuyết trường nén cải tiến (Modified
Compression Field Theory)
Mơ hình

MH D

Mơ hình dầm

MH D-G

Mơ hình dầm - giàn

MH RRLT

Mơ hình rời rạc liên tục

P

Lực kéo nén

Pgh

Lực kéo nén giới hạn của cốt chéo

PP

Phương pháp

PT

Phần tử

PTHH

Phần tử hữu hạn

MCFT

ACI 445R-99


SAP
SĐH
SGĐC

Chương trình phân tích kết cấu
(Structural Analysis Program)
Sau đàn hồi

TCDL

Suy giảm độ cứng
Lý thuyết miền trường cải tiến đơn giản
(Simple Modified Compression Field
Theory)
Khoảng cách giữa các vết nứt nghiêng quy
đổi theo lý thuyết trường nén cải tiến đơn
giản
Tường có dãy lỗ

TK

Tường kép

TGh

Tường ghép

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TH
TN
TTM
ƯS
Vgh

Trung hịa
Thí nghiệm
Thanh thành mỏng
Ứng suất
Khả năng chịu cắt lớn nhất của dầm nối
Giá trị lực cắt tại điểm gẫy đầu tiên của mơ
hình dầm-giàn
Khả năng chịu cắt của cốt thép chéo

SMCFT
Sse

VMP
Vsd

Chữ cái Latinh viết thường
Kí hiệu

Diễn giải

ag

Kích thước lớn nhất của cốt liệu

b

Bề rộng tiết diện lõi

b

Bề rộng dầm nối

bi

Chiều dài tấm tường thứ i

b1

Chiều dài tường biên
Độ lệch tâm của tải trọng so với tâm
cắt/ xoắn
Chiều cao tính tốn của dầm nối
Vị trí tâm cắt/ tâm xoắn so với cạnh
của tiết diện lõi
Cường độ chịu nén của bê tông

c

d
e
f’c

Hệ tiêu chuẩn
tham chiếu
ACI 445R-99

ACI 318


fy

Cường độ chảy dẻo của cốt thép

fsx

h1

Ứng suất trong cốt thép dọc
Ứng suất trong cốt thép dọc khi bê tông
nứt
Chiều cao tiết diện lõi
Chiều cao dầm nối
Chiều dài tường biên

hDN

Chiều cao dầm nối

ht

Chiều cao tầng
Hệ số tính tốn cốt thép bổ sung phụ
thuộc tỉ số nhịp trên chiều cao dầm nối
Ln/h: k = 0,75 nếu tỉ số Ln/h ≤ 1,5, bằng
1,5 nếu tỉ số 1,5 < Ln/h ≤ 3, bằng 2 nếu
Ln/h >3.
Chiều dài đoạn chảy dẻo thanh dầm

fsxcr
h

k

lp
m

Mô men xoắn phân bố
Tham số kiểm soát vết nứt do cốt thép dọc

sx

ACI 318
ACI 445R-99
ACI 445R-99

ACI 445R-99

s

Tham số kiểm soát vết nứt do cốt thép
đai
Khoảng cách giữa các vết nứt chéo theo
lý thuyết trường nén cải tiến đơn giản

t1

Chiều dày tường tương đương

ti

Chiều dày tấm tường thứ i

w

Tải trọng ngang phân bố đều
Bề rộng vết nứt trên dầm nối theo lý thuyết
ACI 445R-99
trường nén cải tiến đơn giản
Vị trí chiều cao của mặt cắt lõi

sz

w
z

ACI 445R-99
ACI 445R-99

Chữ cái Hy Lạp
Kí hiệu






Diễn giải
Góc xoay/ góc xoắn
Góc của vết nứt nghiêng khi tính
tốn ứng suất cắt theo lý thuyết
trường nén cải tiến đơn giản
Góc xoay dẻo của thanh dầm

Hệ tiêu chuẩn
tham chiếu


y


x




sd
x





x
xadd
z
zadd


sd

y
b
y

Góc xoay dẻo do giãn dài của hai
thanh giàn chéo
Hệ số xoắn uốn
Khoảng cách từ cực O’ đến cực
chính của tiết diện lõi
Hệ số điều chỉnh mơ men qn tính
tốn Ie. Bằng 0,2 nếu dầm nối có tỉ
số nhịp/ chiều cao ≤ 2, bằng 0,4 nếu tỉ
số lớn hơn 2
Hệ số xác định ứng suất cắt trong
dầm nối theo lý thuyết trường nén
cải tiến đơn giản
Biến dạng của cốt thép chéo
Biến dạng trong cốt thép dọc

Ứng suất kéo chính trong bê tông
theo lý thuyết trường nén cải tiến
đơn giản
Hệ số tính tốn chuyển vị dầm nối do
độ dãn dài cốt thép chéo, kể đến ảnh
hưởng của tỉ số nhịp trên
chiều cao của dầm nối, bằng 2 khi
Ln/h <1,5, bằng 1,4 trong các trường
hợp còn lại.
Hàm lượng cốt thép
Hàm lượng cốt thép dọc
Hàm lượng cốt thép dọc bổ sung
Hàm lượng cốt thép đai
Hàm lượng cốt thép đai bổ sung
Hệ số poát xông
Ứng suất cắt trong dầm nối
Độ giãn dài của cốt thép chéo
Chuyển vị dầm nối tính tóa theo cốt
thép chéo
Đường kính thép dọc
Yếu tố ảnh hưởng tương đối của biến
dạng cắt đến biến dạng uốn khi chảy,
được tính theo cơng thức của Gwon

ACI 445R-99


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1- 1. Các loại tiết diện lõi.......................................................................................9
Hình 1- 2. Nhà cao tầng có kết cấu lõi nửa kín (Değer Z. T., 2014 [50])...........................10

Hình 1- 3. Vị trí kết cấu lõi của tịa nhà Khách sạn Hạ Long và Tổ hợp 90 Đường Láng....11
Hình 1- 4. Mơ hình tính tốn kết cấu lõi của Coull A. và Tawfik T.Y. [22].......................15
Hình 1- 5. Lực cắt phân bố và biến dạng trong dầm nối (Coull A. [22])............................17
Hình 1- 6. Kết cấu lõi nửa kín làm việc sau đàn hồi (Kuang (1991) [26]...........................18
Hình 1- 7. Sự làm việc chịu xoắn của lõi và tiết diện tường bị vênh [26]...........................19
Hình 1- 8. Đường cong ứng xử của khớp dẻo (theo CSI,2005) [46].................................21
Hình 1- 9. Các tường vách được chia thành các khung thay thế [20]................................22
Hình 1- 10. Cấu tạo khung thay thế: a) khung đối xứng, b) khung không đối xứng 23 Hình
1- 11. Cấu tạo dầm đặt cốt thép chéo............................................................................28
Hình 2- 1. Ba loại lõi trong nhà cao tầng, (a) lõi nửa kín tạo thành bởi các sàn, (b) lõi nửa kín
tạo thành bởi các dầm nối, (c) lõi hở (Smith 1991 [20])..................................................34
Hình 2- 2. Lý thuyết thanh thành mỏng của Vlasov [21].................................................35
Hình 2- 3. Mặt cắt thanh thành mỏng và biểu đồ tọa độ quạt [3]......................................37
Hình 2- 4. Vị trí tâm xoắn và các kích thước của lõi.......................................................39
Hình 2- 5. Ứng suất cắt xoắn trong a) lõi hở và b) lõi kín [20].........................................41
Hình 2- 6. Hình ảnh biến dạng của lõi nửa kín chịu xoắn................................................42
Hình 2- 7. Chuyển vị của dầm (a) và của tường tương đương (b) [20]..............................43
Hình 2- 8. Phân bố góc xoắn, Bimơmen và ứng suất pháp xoắn – uốn trong lõi [1]45 Hình
2- 9. Biểu đồ góc xoắn và Bimơmen.............................................................................47
Hình 2- 10. Biểu đồ quan hệ giữa góc xoắn, ứng suất pháp xoắn - uốn và chiều cao dầm nối
................................................................................................................................. 49
Hình 2- 11. Biểu đồ ứng suất pháp xoắn – uốn (kN/m2) tại chân lõi.................................50
Hình 2- 12. Phân bố lực cắt trong dầm nối theo số tầng và theo tỉ số hDN/ht (tương ứng với tỉ
số Ln/h là 5,71, 2,86, 1,9, và 0,95)................................................................................52
Hình 2- 13. Biểu đồ quan hệ góc xoay với tỉ số h1/h với các chiều cao dầm nối................54
Hình 2- 14. ƯS pháp chân lõi khi hDN=0,1, 0,15, 0,2 và 0,3ht ứng với h1/h = 0,33356 Hình
2- 15. Biểu đồ quan hệ ƯS pháp tại các góc A/F, B/E và C/D (với hDN=0.2ht) theo các tỉ số
h1/h khác nhau...........................................................................................................57
Hình 3- 1. Mơ hình tấm tường được phân tích trong theo phương pháp phần tử hữu hạn
(Rana R., Jin L., và Zekioglu A.) [74] (mơ hình vỏ và mơ hình thanh).............................60

Hình 3- 2. Phân bố ứng suất trong dầm nối do tải trọng động đất với dầm nối có Ln/h nhỏ
(khơng vượt q 4) (Li Y. và cộng sự 2019 [98])...........................................................61


Hình 3- 3. Hình ảnh phá hoại của các dầm nối trên mơ hình thí nghiệm của Santhakumar
(1974)....................................................................................................................... 62
Hình 3- 4. Ứng suất kéo và nén trong dầm nối khi phân tích bằng mơ hình số (Souza và
Bra 2020 [99])........................................................................................................62
Hình 3- 5. Mơ hình tính tốn (vỏ kết hợp với phần tử dầm – giàn) đề xuất cho kết cấu lõi. .63
Hình 3- 6. Mơ hình hỗn hợp dầm - giàn đề xuất cho dầm nối..........................................65
Hình 3- 7. Sự làm việc của dầm...................................................................................66
Hình 3- 8. Sự làm việc của thành giàn..........................................................................67
Hình 3- 9. Tỉ số độ cứng theo tỉ số Ln/h (Abdullah S.A. và Wallace J.W., 2020 [103], [97])
................................................................................................................................. 70
Hình 3- 10. Các thành phần mơ hình dầm – giàn...........................................................71
Hình 3- 11. Các thơng số trong mơ hình SMCFT [112]..................................................74
Hình 3- 12. Các mẫu thí nghiệm của Tassios và cộng sự (1996) [75]...............................77
Hình 3- 13. Kết quả so sánh mơ hình dầm – giàn với thí nghiệm Tassios..........................78
Hình 3- 14. Cấu tạo cốt thép của Dầm nối theo Galano và Vignoli (2000) [76].................78
Hình 3- 15. So sánh mơ hình dầm-giàn với kết quả thực nghiệm của Galano....................79
Hình 3- 16. So sánh mơ hình dầm – giàn với thí nghiệm dầm CB24D (Naish)..................80
Hình 3- 17. So sánh mơ hình dầm – giàn với thí nghiệm dầm CB33F (Naish)..................81
Hình 3- 18. So sánh mơ hình dầm – giàn với thí nghiệm của Lim (2016).........................82
Hình 3- 19. Mơ hình dầm nối trong VecTor2 (Mohr D. 2007) [106]................................83
Hình 3- 20. Mơ hình dầm nối bằng VecTor2 cho dầm CB20-1.......................................84
Hình 3- 21. Kết quả phân tích VecTor2 cho dầm CB20-1...............................................85
Hình 3- 22. Ứng suất trong cốt thép của dầm CB20-1....................................................85
Hình 3- 23. Đường cong lực – chuyển vị của dầm theo KQ thí nghiệm và phân tích
...................................................................................................................................86
Hình 3- 24. Quan hệ M- cho thanh dầm (MH D-G).....................................................86

Hình 3- 25. Quan hệ P- cho thanh giàn (MH D-G).....................................................87
Hình 3- 26. So sánh mơ hình dầm – giàn với mơ hình dầm và MCFT..............................87
Hình 3- 27. Tải trọng tác dụng và các thành phần chịu lực của vách kép. 1 - Dầm nối, 2 Tường chịu kéo, 3 - Tường chịu nén (Santhakumar 1974 [54]).......................................88
Hình 3- 28. Cấu tạo vách kép, sơ đồ gia tải....................................................................89
Hình 3- 29. Kết quả phân tích vách kép chịu tải trọng ngang tăng dần theo mơ hình dầm –
giàn, mơ hình trường nén cải tiến và kết quả thí nghiệm vách..........................................90
Hình 3- 30. Khai báo mơ hình dầm nối theo mơ hình dầm - giàn (a), kết quả phân tích theo
PTHH (b) và theo VecTor2 (c)....................................................................................91
Hình 3- 31. Mơ hình tính tốn cho lõi TC3 (Thí nghiệm Xiu-li)......................................92
Hình 3- 32. Dầm nối làm việc theo mơ hình dầm – giàn.................................................92


Hình 3- 33. Kết quả tính tốn theo SAP 2000 cho mẫu TC3 của Xiu-li............................93
Hình 3- 34. Kết quả phân tích theo mơ hình dầm – giàn và thí nghiệm mẫu TC3..............94
Hình 4- 1. Kích thước lõi theo nghiên cứu của Coull A. [23]...........................................97
Hình 4- 2. Góc xoắn và lực cắt phân bố theo chiều cao tầng............................................97
Hình 4- 3. Vùng dẻo và đường cong Mơ men xoắn – góc xoay đỉnh lõi...........................98
Hình 4- 4. Kích thước lõi nửa kín (mm), vị trí tâm cắt/ xoắn (m) và tọa độ quạt (Kuang J.S.
1991 [26]).................................................................................................................99
Hình 4- 5. Thơng số dầm nối theo ví dụ của Coull A....................................................100
Hình 4- 6. Sự làm việc của dầm nối lấy theo nghiên cứu của Coull A.............................100
Hình 4- 7. Thơng số dầm nối theo ví dụ của Kuang J.S.................................................101
Hình 4- 8. Mơ hình dầm nối (ví dụ của Kuang J.S.) theo mơ hình đề xuất......................101
Hình 4- 9. Góc xoay đỉnh lõi theo mơ men xoắn theo phân tích đàn hồi (lý thuyết TTM),
phân tích sau đàn hồi theo Coull A. và theo mơ hình đề xuất.........................................102
Hình 4- 10. Góc xoay đỉnh lõi theo mơ men xoắn theo phân tích đàn hồi (lý thuyết TTM),
phân tích sau đàn hồi theo Kuang J.S. và theo mơ hình đề xuất......................................103
Hình 4- 11. Kích thước và mơ hình lõi nửa kín............................................................105
Hình 4- 12. So sánh MH D-G, MH D (ASCE 41-13) và MCFT...................................106
Hình 4- 13. Kết quả phân tích lõi nửa kín với hai mơ hình dầm nối................................107

Hình 4- 14. Biểu đồ góc xoay lõi theo các tầng ứng với cấp tải thứ 5..............................109
Hình 4- 15. Lực cắt trong dầm nối các tầng ứng với 7 cấp tải trọng................................110
Hình 4- 16. Mơ hình dầm - giàn cho các dầm nối có chiều cao (trên chiều cao tầng) và tỉ lệ
Ln/h tương ứng........................................................................................................113
Hình 4- 17. Khai báo mơ hình dầm nối cho lõi nửa kín.................................................113
Hình 4- 18. Kết quả phân tích tăng dần tải trọng cho lõi nửa kín theo chiều cao và sự làm
việc sau đàn hồi của dầm nối đặt cốt thép chéo............................................................114
Hình 4- 19. Góc xoay đỉnh lõi theo chiều cao dầm nối ứng với tải trọng tác dụng 115 Hình
4- 20. Các thơng số của mơ hình dầm nối theo hàm lượng cốt thép chéo........................118
Hình 4- 21. Các thành phần chịu cắt trong dầm nối theo hàm lượng cốt thép chéo
.................................................................................................................................119
Hình 4- 22. Biểu đồ lực – góc xoay của lõi nửa kín theo các hàm lượng cốt thép chéo khác
nhau........................................................................................................................ 120
Hình 4- 23. Biểu đồ góc xoay đỉnh lõi theo hàm lượng cốt thép chéo và tải trọng tác dụng
............................................................................................................................... 120
Hình 4- 24. Biểu đồ lực – góc xoay của lõi nửa kín theo các hàm lượng cốt thép dọc
.................................................................................................................................122
Hình 4- 25. Biểu đồ lực – góc xoay của lõi nửa kín theo các cường độ bê tông................123


Hình A- 1. Mơ hình dầm nối theo ASCE 41-13 [29], [89]..........................................PL-2
Hình A- 2. Dầm nối trong tính tốn của Paulay [100] .........................................PL-5 Hình A3. Tính tốn DRCB theo Paulay và tiêu chuẩn (CEN2004a) [102].......PL-6 Hình A- 4. Mơ
hình Hindi và Hassan (2004) [35], [36] ......................................PL-7
Hình B- 1. Bố trí thí nghiệm của Galano và Vignoli (2000) [76].......................PL-14
Hình B- 2. Hệ thống thí nghiệm của Naish và Wallce (2013) ............................PL-14 Hình B3. Sơ đồ gia tải theo thí nghiệm của Naish và Wallace: a) kiểm soát lực, b) kiểm soát chuyển
vị.............................................................................................PL-15
Hình B- 4. Kích thước dầm nối CB24D (Ln/h = 2,4): (a) Mặt đứng; và (b) mặt cắt ngang
(đơn vị mm, lớp bảo vệ 20mm, khoảng cách cốt chéo 63,5mm).............PL-15 Hình B- 5.
Hình ảnh phá hoại của mẫu dầm CB24D: a) ở góc xoay 6%, b) ở góc xoay
10%......................................................................................................................PL-15

Hình B- 6. Kích thước dầm nối CB33F (Ln/h = 3,33): (a) Mặt đứng; và (b) mặt cắt ngang
(đơn vị mm) ..............................................................................................PL-16 Hình B- 7. Hệ
thống thí nghiệm của Lim (2016) [83] ........................................PL-16 Hình B- 8. Sơ đồ gia tải
[83] ...............................................................................PL-17 Hình B- 9. Cấu tạo các mẫu dầm
(Lim 2016) .....................................................PL-17
Hình C- 1. Mơ hình phần tử tấm cho lõi nửa kín trong SAP2000 ......................PL-31 Hình
C- 2. Dầm nối và dầm ảo trong mơ hình vỏ – thanh..................................PL-33
Hình C- 3. Sự làm việc của dầm nối trong kết cấu vách kép..............................PL-36 Hình C4. Ứng suất trong cốt thép của dầm nối khi lực tác dụng lên vách lớn nhất
.............................................................................................................................PL-36
Hình C- 5. Mơ hình dầm – giàn và mơ hình dầm cho dầm nối ..........................PL-38
Hình C- 6. Dầm nối trong thí nghiệm của Santhakumar (1974) [54] .................PL-38
Hình D- 1. Mơ phỏng số cho dầm nối 25x70cm chiều dài nhịp 2m...................PL-41 Hình
D- 2. Vết nứt trong dầm nối và biểu đồ kết quả lực, chuyển vị của dầm ..PL-41 Hình D- 3. Đường
cong lực – góc xoay cho lõi nửa kín có chiều cao dầm nối 0,1ht

.............................................................................................................................PL-42
Hình D- 4. Đường cong lực – góc xoay cho lõi nửa kín có chiều cao Dầm nối 0,2ht

.............................................................................................................................PL-42
Hình D- 5. Đường cong lực – góc xoay cho lõi nửa kín có chiều cao Dầm nối 0,3ht

.............................................................................................................................PL-43


Hình D- 6 . Đường cong lực – góc xoay cho lõi nửa kín có chiều cao Dầm nối 0,4ht

.............................................................................................................................PL-43
Hình F- 1. Mơ hình bê tơng của Popovics (1973).....................................................PL-49
Hình F- 2. Phản ứng ứng suất-biến dạng của cốt thép dễ uốn. [Bên trái (a): Biến dạng cứng
hố tuyến tính (ba đoạn thẳng); bên phải (b): Biến dạng cứng hoá phi tuyến

(HP4)]..................................................................................................................PL-51
Hình G- 1. Mơ hình và các kích thước lõi nửa kín và dầm nối ..........................PL-52 Hình G2. Kết quả khảo sát lõi nửa kín theo tỉ số chiều dài tường biên............PL-54


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2- 1. Các đại lượng tính toán theo lý thuyết uốn và thanh thành mỏng [21]...36 Bảng 22. Kết quả tính tốn lõi nửa kín....................................................................................48
Bảng 2- 3. Các thông số của dầm nối............................................................................50
Bảng 2- 4. Giá trị lực cắt trong dầm nối theo số tầng ứng với các tỉ số chiều cao dầm
...................................................................................................................................51
Bảng 2- 5. Các thơng số lõi nửa kín và mơ men xoắn tác dụng lên lõi khi tính tốn theo lý
thuyết thanh thành mỏng và mơ hình rời rạc liên tục (hDN/ht = 0.2)..................................53
Bảng 2- 6. Tổng hợp giá trị góc xoay theo tỉ số h1/h.......................................................54
Bảng 2- 7. Kết quả tính tốn ứng suất pháp tổng hợp chân lõi (đơn vị kN/m2)...................55
Bảng 3- 1. So sánh độ cứng tương đương một số mẫu thí nghiệm với kết quả tính tốn theo
cơng thức đề xuất với độ cứng ban đầu (Ig)...................................................................69
Bảng 3- 2. Các thơng số tính tốn 05 trường hợp dầm nối đặt cốt thép chéo......................75
Bảng 3- 3. Kết quả tính tốn, so sánh 05 trường hợp dầm nối (đơn vị kN)........................76
Bảng 3- 4. Thống kê các thí nghiệm so sánh kiểm chứng mơ hình...................................77
Bảng 3- 5. Kết quả tính tốn theo mơ hình dầm – giàn và kết quả thí nghiệm mẫu TC3
...................................................................................................................................93
Bảng 4- 1. Thơng số của mơ hình dầm – giàn của dầm nối (Coull A.)............................100
Bảng 4- 2. Thông số của mơ hình dầm nối cho ví dụ Kuang J.S. theo mơ hình đề xuất
.................................................................................................................................101
Bảng 4- 3. Kết quả phân tích kết cấu lõi (cho lõi nửa kín Coull A.)................................102
Bảng 4- 4. Kết quả phân tích kết cấu lõi (cho lõi nửa kín Kuang J.S.).............................103
Bảng 4- 5. Thơng số mơ hình dầm và mơ hình dầm - giàn............................................105
Bảng 4- 6. Kết quả phân tích lõi với dầm nối theo hai mơ hình......................................106
Bảng 4- 7. Góc xoay của lõi theo các tầng ứng với cấp tải thứ 5....................................108
Bảng 4- 8. Lực cắt trong các dầm nối ở các tầng theo các cấp tải trọng (kN)...................110
Bảng 4- 9. Các thông số mô hình dầm nối...................................................................112

Bảng 4- 10. Các giá trị lực cắt – góc xoay cho các dầm nối...........................................112
Bảng 4- 11. Kết quả tính tốn cho lõi nửa kín theo chiều cao dầm nối............................114
Bảng 4- 12. Góc xoay dầm nối theo các cấp tải trọng và tải trọng tác dụng.....................115
Bảng 4- 13. Các thơng số của mơ hình dầm – giàn theo HL CTC cho dầm 20x70 117 Bảng
4- 14. Giá trị các thành phần chịu lực trong dầm nối theo hàm lượng cốt thép chéo.........118
Bảng 4- 15. Kết quả tính tốn lõi nửa kín theo HL CTC trong dầm nối (25x70cm)
.................................................................................................................................119


Bảng 4- 16. Kết quả tính tốn lõi nửa kín theo Hàm lượng cốt dọc.................................122
Bảng 4- 17. Kết quả tính tốn lõi nửa kín theo cường độ bê tơng...................................123
Bảng A- 1. Các thơng số mơ hình cho dầm nối theo ASCE 41-13 [29], [89] .....PL-1
Bảng B- 1. Thông số mẫu thí nghiệm của Tassios [75] .....................................PL-12 Bảng B2. Thơng số các mẫu thí nghiệm của Galano và Vignoli [76] .............PL-13 Bảng B- 3. Kết
quả tính tốn mơ hình cho các dầm nối của Tassios và GalanoPL-18 Bảng B- 4. Kết quả tính
tốn mơ hình cho các dầm nối của Naish (2013)........PL-19 Bảng B- 5. Kết quả tính tốn mơ
hình cho các dầm nối của Lim (2016) ..........PL-20 Bảng B- 6. So sánh kết quả tính tốn góc
xoay dẻo của mơ hình đề xuất (MH) với tiêu chuẩn ASCE 41-13 và kết quả thí
nghiệm ...................................................PL-21
Bảng B- 7. Tính tốn độ cứng các dầm nối........................................................PL-22
Bảng B- 8. Tính tốn khả năng chịu lực của các dầm nối theo phương pháp chuyển cốt thép
chéo sang thép dọc và thép đai..............................................................PL-26
Bảng C- 1. Kết quả tính tốn theo các lưới chia .................................................PL-32 Bảng C2. Kết quả so sánh tính tốn góc xoay đỉnh lõi theo mơ hình PTHH với lý thuyết thanh thành
mỏng .....................................................................................PL-33
Bảng C- 3. Giá trị góc xoay đỉnh lõi theo chiều cao dầm nối.............................PL-34 Bảng C4. Mơ hình vật liệu được lựa chọn để tính trong VecTor2 (Mohr D. 2007
[106]) ...................................................................................................................PL-35
Bảng C- 5. Các thơng số mơ hình cho dầm nối 76x305mm (Ln = 380mm) .......PL-37 Bảng
C- 6. Kết quả tính tốn vách kép theo hai mơ hình dầm nối .....................PL-39 Bảng C- 7.
Kết quả tính tốn vách kép theo MCFT ...........................................PL-40 Bảng C- 8. Kết quả
thí nghiệm............................................................................PL-40
Bảng G- 1. Kết quả khảo sát sự làm việc của lõi theo tỉ số h1/h .........................PL-53

1

MỞ ĐẦU
1.

Lý do chọn đề tài
Nhà nhiều tầng là bộ phận không thể thiếu trong các đô thị hiện đại. Càng ngày nhà

nhiều tầng càng được xây cao để đáp ứng yêu cầu quy hoạch và điều kiện kinh tế xã hội. Kết
cấu nhà cao tầng phải đáp ứng được chiều cao yêu cầu và đảm bảo được các tác động ngày
càng lớn của gió bão và động đất. Kết cấu nhà thường được bố trí đối xứng, đều đặn để tránh
các tác động xoắn. Tuy nhiên, các thang máy, thang bộ trong nhà thường được đặt trong các
kết cấu lõi có lỗ hở, làm cửa ra vào và được sắp xếp theo chiều cao liên tiếp nhau qua các
dầm nối (hay cịn gọi là lanh tơ). Các cấu tạo lõi như thế được gọi là lõi nửa kín. Kết cấu lõi
nửa kín làm việc nằm ở trung gian giữa kết cấu lõi hở và kết cấu lõi kín. Với cấu tạo lệch
tâm (do lỗ mở của lõi) nên tải trọng ngang tác dụng vào lõi sẽ gây ra các mô men xoắn.
Nghiên cứu sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nửa kín là cần thiết.
Khi hệ kết cấu chịu xoắn, các tường đối diện của lõi nửa kín sẽ bị vênh (cịn gọi là
warping torsion), các dầm nối sẽ ngăn cản sự vênh, làm tăng khả năng chịu xoắn của lõi nửa
kín so với lõi hở. Về phần mình, các dầm nối chịu tác động lớn, có nội lực (lực cắt và mô
men uốn) trong mặt phẳng rất lớn. Nếu dầm nối không được cấu tạo đủ khả năng chịu lực sẽ
đạt đến trạng thái giới hạn làm việc, dầm nối sau đó sẽ ứng xử sau đàn hồi.
Các nghiên cứu về phân tích đàn hồi và sau đàn hồi cho kết cấu lõi nửa kín chịu xoắn
đã được nghiên cứu bởi Smith [20], Taranath [21], Coull A. [22], [23], JS Kuang [24]–[26]
và một số nhà khoa học khác bằng lý thuyết thanh thành mỏng của Vlasov [27] và mơ hình
rời rạc liên tục đã đánh giá được vai trò của dầm nối trong sự làm việc chịu xoắn của kết cấu
lõi nửa kín. Các nghiên cứu sau đàn hồi đã thiết lập được các cân bằng giới hạn, tìm ra được
các vùng chảy dẻo (các dầm nối làm việc giới hạn) với các vùng dầm nối làm việc trong

vùng đàn hồi ở phía trên và phía dưới vùng giới hạn. Các cân bằng này được thiết lập qua
tính tốn độ dẻo của dầm nối ở trường hợp giới hạn bằng với độ dẻo của dầm nối. Kết quả là
các vùng dẻo, quan hệ