Nghiên Cứu Thực Nghiệm Có Kể Đến “Confinement” Của Cột BTCT Có Lõi Thép Gia Cường Tiết Diện Chữ Nhật Bố Trí Đai Xoắn Cải Tiến (SRC)_Kết cấu BTCT nâng cao_Cao học Xây dựng Đại học Bách khoa TP.HCM

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÓ KỂ ĐẾN
“CONFINEMENT” CỦA CỘT BÊ TÔNG CỐT
THÉP CÓ LÕI THÉP GIA CƯỜNG TIẾT DIỆN
CHỮ NHẬT BỐ TRÍ ĐAI XOẮN CẢI TIẾN(SRC)


I.Bê tông bị ép ngang
II.Yêu cầu và thiết kế

III. Thí nghiệm so sánh sự làm việc của cột

IV. Tóm tắt và kết luận


Khảo sát khả năng chịu lực của cột bố trí cốt đai
thông thường và cột bố trí cốt đai xoắn cải tiến.
Trên cơ sở đó đề xuất bố trí cốt đai xoắn cải
tiến cho cột vuông bê tông cốt thép (RC).


Trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt
thép, cốt đai được bố trí trong dầm và cột có 3
chức năng chính như sau :
Ngăn chặn sự mất ổn định của thanh cốt thép
dọc
Tránh phá hoại do lực cắt
Cung cấp đủ độ dẻo cần thiết (confinement)

Cốt đai xoắn cải tiến là một hệ thống bao gồm
năm vòng đai bố trí trong tiết diện cột trong đó
vòng đai lớn bố trí ở giữa và bốn vòng đai nhỏ
bố trí ở bốn góc của cột (H.1):




Tiêu chuẩn (ACI 318-08)
Theo ACI 318, hàm lượng cốt thép đai xoắn gia cường (spiral
reinforcement) phải không nhỏ hơn:
ρ

0.45

và ρ

0.12

1
,

,

(Eq. 10-5, ACI 318-08)
(Eq. 21-3, ACI 318-08)

Với:
f : cường độ chịu nén của bê tông; fyh: Ứng suất chảy của thép đai
(spiral)

Ag: Diện tích mặt cắt ngang; Ac: diện tích lõi bê tông được gia cường


Công thức Weng



Như trên hình 1, có thể chia các phân vùng được
“confinement” thành 3 vùng : A, B, C.
Định lượng sự phân phối “confinement” giữa các
vùng có thể thực hiện theo mô hình của Mander
(Mander et al. 1988). Theo mô hình này, các đáp
ứng (response) ứng suất nén-biến dạng có thể ước
lượng khi biết bước đai, đường kính và hàm lượng
cốt đai


Đường cong ứng suất-biến dạng trong vùng A, B được
định lượng với hàm lượng cốt đai tại vùng trung tâm
và góc. Hàm lượng cốt đai trong vùng C định nghĩa
bởi:
ρ
Với ρsC, VsC, sC, Ac lần lượt là tỉ số thể tích của cốt đai,
thế tích của cốt đai, bước cốt đai và diện tích được
“confinement” trong vùng C.

Ở bảng 1 gồm có 2 cột RC và 9 cột SRC được lấy để
thực nghiệm. Tất cả các mẫu thực nghiệm này đều
có kích thước 1 cạnh là 600mm và chiều cao
1200mm
Hai loại cột SRC là SRC1 và SRC2 được đem đi
kiểm tra với các đai thẳng truyền thống, còn lại cột
SRC3 tới SRC9 thì được thiết kế với đai “5 vòng
xoắn” (5 spiral)


Cột RC1 thiết kế với đai giằng truyền thống còn
các cột RC2 thiết kế với đai “5 vòng xoắn cải tiến”
(5 spiral)
Trong bảng 1 hệ số giảm (reduction factor) số
lượng và khoảng cách thép đai chịu nén ngang của
tiêu chuẩn thiết kế “Taiwan SRC” hay công thức
“Weng” thấy rõ rệt hơn so với ACI-318 đòi hỏi


Trong thí nghiệm này khoảng cách thép đai được
dao động từ 75-110 mm. Hệ số giảm (reduction
factor) nhỏ nhất là 65% ở mẫu SRC2 và SRC5; hai
mẫu này đều được thiết kế theo công thức Weng
Tỉ số thể tích và mật độ khối lượng của đai thép
cũng được cho ở bảng 1. Ta thấy tỉ số thể tích dao
động từ 0.81% đến 1.67%; và mật độ khối lượng

của đai thép dao động từ 235 đến 405 N/m


Lõi thép trong các mẫu gồm có tiết diện chữ H
và chữ nhật với các bề dày khác nhau gồm 6, 9,
10 mm và cường độ chảy dẻo dao động trong
khoảng 411 đến 445 MPa.
Cường độ chịu nén của Be tong là 41.1 Mpa.
Thép dọc gồm #8(D25) và #9(D29) có cường
độ chảy dẻo là 442 và 430 MPa.