Đánh giá khả năng chịu cắt của vách bê tông cốt thép theo một số tiêu chuẩn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ MINH TÂM

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA VÁCH
BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN
Chuyên ngành:Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã số: 60.58.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Đà Nẵng – Năm 2018


Công trình được hoàn thành tại
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. TRẦN ANH THIỆN

Phản biện 1: PGS.TS. PHẠM THANH TÙNG
Phản biện 2: TS. LÊ ANH TUẤN

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 11 tháng 03 năm 2018.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng, tại trường Đại học Bách
khoa - ĐHĐN.

- Thư viện Khoa Xây dựng dân dụng và công nghiệp, Trường Đại
học Bách khoa – ĐHĐN.


1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Cùng với sự phát triển về khoa học công nghệ trong lĩnh vực
xây dựng và để giải quyết nhu cầu về không gian sống và nâng cao
hiệu quả sử dụng đất, số lượng các nhà cao tầng tại các đô thị lớn ở
nước ta như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng …, đã tăng
nhanh trong những năm gần đây. Trong hệ kết cấu của nhà cao tầng,
vách bê tông cốt thép được sử dụng phổ biến để chịu tải trọng ngang
nhờ vào cường độ và độ cứng. Vách có nhiệm vụ tiếp nhận phần lớn
hoặc toàn bộ tải trọng ngang tác dụng lên công trình và truyền xuống
kết cấu móng.
Dù là cấu kiện chịu lực quan trọng, tiêu chuẩn thiết kế kết
cấu bê tông cốt thép hiện hành của Việt Nam chưa đề cập đến việc
xác định khả năng chịu cắt của vách. Các tiêu chuẩn của các nước
trên thế giới cũng chưa thống nhất trong việc tính toán khả năng chịu
cắt của vách bê tông cốt thép. Do đó, việc phân tích đánh giá các
phương pháp tính toán khả năng chịu cắt của vách bê tông cốt thép
theo các tiêu chuẩn khác nhau có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Đó
là lý do để thực hiện luận văn với đề tài “Đánh giá khả năng chịu cắt
của vách bê tông cốt thép theo một số tiêu chuẩn”.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài:
Nghiên cứu các phương pháp xác định khả năng chịu cắt của
vách bê tông cốt thép theo một số tiêu chuẩn.
Phân tích và đánh giá sự khác nhau giữa khả năng chịu cắt
của vách bê tông cốt thép giữa các tiêu chuẩn.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu: Vách bê tông cốt thép
Phạm vi nghiên cứu: Khả năng chịu cắt của vách bê tông cốt
thép theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 và các tiêu chuẩn Châu Âu
Eurocode 1992-1-1:2004 (EC2-2004) và tiêu chuẩn Châu Âu


2
Eurocode 1998-1:2004 (EC8-2004).
Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết tính toán khả
năng chịu cắt của vách bê tông cốt thép theo các tiêu chuẩn.
Phương pháp thực nghiệm: So sánh khả năng chịu cắt của
vách trong các tiêu chuẩn với một số kết quả thí nghiệm vách cứng
đã được tiến hành trên thế giới
4. Bố cục luận văn
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA VÁCH
BÊ TÔNG CỐT THÉP
Chương 2. TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA
VÁCH BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN
Chương 3. SO SÁNH KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA VÁCH
BÊ TÔNG CỐT THÉP GIỮA TIÊU CHUẨN HOA KỲ ACI 318-14
VỚI TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU EC2-2004 VÀ EC8-2004.
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA VÁCH BÊ TÔNG
CỐT THÉP
1.1. Tính chất cơ lý của vật liệu bê tông
1.1.1. Cƣờng độ của bê tông
Cường độ là đặc trưng cơ bản, nó thể hiện khả năng chịu lực
của bê tông. cường độ của bê tông phụ thuộc vào thành phần và cấu

trúc của nó. Với bê tông cần xác định cường độ chịu nén và cường độ
chịu kéo.
1.1.1.1. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén
Mẫu có thể được đúc từ hỗn hợp bê tông đã được nhào trộn
hoặc được khoan cắt từ kết cấu có sẵn. Thí nghiệm mẫu bằng máy
nén. Mẫu có thể có dạng khối lập phương, khối lăng trụ đáy vuông
hoặc khối trụ tròn.


3
1.1.1.2. Sự phá hoại của mẫu thử
Khi chịu nén, ngoài biến dạng co ngắn theo phương lực tác
dụng, bê tông còn có biến dạng nở ngang. Thông thường, chính sự nở
ngang quá mức làm mẫu bê tông bị nứt và phá hoại. Trong thí
nghiệm nếu bôi trơn mặt tiếp xúc giữa bàn máy nén và mẫu thì bê
tông được tự do nở ngang, dẫn đến các vết nứt song song theo
phương lực tác dụng và sự phá hoại xảy ra như hình 1.2b.
1.1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông
1.1.2. Giá trị trung bình và giá trị tiêu chuẩn của cƣờng
độ
1.1.2.1. Giá trị trung bình:
Thí nghiệm n mẫu thử cùng một loại bê tông, cường độ trung
bình Rm được xác định:
n

Rm 

R
i 1

i

(1.6)

n

1.1.2.2. Giá trị đặc trưng:
Giá trị đặc trưng của cường độ còn gọi là cường độ đặc trưng
được xác định theo một xác suất đảm bảo 95% theo biểu thức:

Rch  Rm (1  S.v)

(1.7)

1.1.2.3. Giá trị tiêu chuẩn:
Giá trị tiêu chuẩn của cường độ bê tông gọi tắt là cường độ tiêu
chuẩn, được lấy bằng cường độ đặc trưng của mẫu thử Rch nhân với
hệ số kết cấu
cấu,

 KC

kể đến sự làm việc sai khác giữa mẫu thử và kết

 KC  0,7  0,8 .
1.1.3. Cấp độ bền và mác bê tông
1.1.3.1. Mác theo cường độ chịu nén M
Đây là khái niệm theo tiêu chuẩn cũ TCVN 5574-1991. Mác

4
bê tông M lấy bằng cường độ chịu nén trung bình của mẫu thử chuẩn,
là mẫu lập phương kích thước 150×150×150mm, được chế tạo,
dưỡng hộ và thí nghiệm nén ở tuổi 28 ngày, tính bằng đơn vị kG/cm2.
1.1.3.2. Cấp độ bền chịu nén B
Theo TCVN 5574-2012, cấp độ bền chịu nén B, là trị số lấy
bằng cường độ đặc trưng của mẫu thử chuẩn, tính bằng đơn vị MPa,
với xác suất đảm bảo không dưới 95%.
1.1.3.3. Cấp độ bền chịu kéo Bt
Đối với kết cấu mà sự làm việc được quyết định bởi khả năng
chịu kéo của bê tông, cần qui định thêm cấp độ bền chịu kéo Bt , lấy
bằng cường độ đặc trưng về kéo của bê tông theo đơn vị MPa.
1.2. Tính chất cơ lý của vật liệu cốt thép
1.2.1. Đặc trƣng cơ học
1.2.2. Phân loại cốt thép.
Để có số liệu để tính toán ta tạm chấp nhận theo tiêu chuẩn
Việt Nam TCVN 5574-2012 gồm 5 nhóm: RB300(1); RB400(2);
RB500(3); RB400w(4); RB500w(5). Con số ghi ở mỗi loại thép bằng
giới hạn chảy trung bình tính theo đơn vị (MPa). Ba loại 1;2;3 là thép
khó hàn, loại 4;5 là thép dễ hàn.
1.3. Vai trò, đặc điểm của vách bê tông cốt thép
1.3.1. Vai trò của vách bê tông cốt thép
Kết cấu của vách bê tông cốt thép là hệ kết cấu chịu lực được
cấu tạo bởi những bức tường chịu lực. Trong hệ kết cấu này, vách
làm việc giống như dầm, cột trong khung để chịu các tải trọng đứng
và tải trọng ngang, tuy nhiên đối với vách bê tông cốt thép chịu tải
trọng ngang là chủ yếu. Mặt khác, vách phải chịu lực nén dọc do tải
trọng thẳng đứng gây ra, đồng thời còn phải chịu lực trượt và momen
uốn do tải trọng ngang gây ra.
1.3.2. Đặc điểm làm việc của vách bê tông cốt thép:

Là một hệ vách phẳng làm nhiệm vụ chịu tải trọng đứng


5
và nhiệm vụ chịu tải trọng ngang, trong đó vách bê tông cốt thép
chịu tải trọng ngang là chủ yếu. Căn cứ vào cách bố trí đối với
vách chịu tải trọng thẳng đứng chia vách bê tông cốt thép ra làm 3
dạng chịu tải như sau: vách dọc chịu lực; vách ngang chịu lực;
vách dọc, ngang chịu lực.
1.3.3 Các loại vách bê tông cốt thép:
1.3.3.1. Phân loại vách theo chiều cao:
- Vách cao có tỷ lệ Hw/Lw>2,0 biến dạng chủ yếu là biến
dạng do uốn.
- Vách trung bình: có tỷ số 1,5 ≤ Hw/Lw ≤ 2,0 biến dạng cả
do uốn và do cắt.
- Vách ngắn: có Hw/Lw < 1,5, biến dạng chủ yếu là biến dạng
do cắt.
1.3.3.2. Phân loại vách bê tông cốt thép theo công năng:
Hệ kết cấu chịu lực theo phương đứng thì vách chịu gần như
toàn bộ tải trọng đứng, thường gặp trong công trình nhà ở và các trụ
sở làm việc vì vách được sử dụng như các tường và vách ngăn.
Hệ kết cấu khung giằng (hệ khung + vách cứng): Vách cứng
bê tông cốt thép chủ yếu chịu tải trọng ngang và một phần tải trọng
đứng, đối với hệ khung thì phần lớn là chịu tải trọng đứng.
1.3.3.3. Sự làm việc của vách bê tông cốt thép chịu tải
trọng ngang:
Căn cứ vào tỷ số giữa chiều cao của vách so với chiều rộng của
vách, vách bê tông cốt thép có thể làm việc như một vách cao hoặc
như một vách ngắn hoặc có thể là sự kết hợp của cả 2 loại giữa vách
cao và vách ngắn (vách trung bình).

a. Các dạng phá hoại của vách cao:
b. Các dạng phá hoại thường gặp đối với vách ngắn:
Khả năng chịu lực của vách ngắn thường bị ảnh hưởng bởi
cường độ chống cắt của vách, đối với loại vách này thường có ứng


6
suất cắt tương đối lớn. Vì vậy sẽ xuất hiện các vết nứt xiên tại các vị
trí thuộc vùng bụng của vách ngắn, tạo thành một hệ thanh chống
chéo theo từng hướng của tải trọng ngang. Sự truyền lực cắt trong
vách ngắn tương đương với sự làm việc của hệ giàn.
c. Các dạng phá hoại thường gặp đối với vách trung bình khi
chịu tải trọng ngang:
Sự phá hoại của vách trung bình được đánh giá là khá phức tạp
và phụ thuộc vào rất nhiều vào các yếu tố cơ bản bao gồm như sự phá
hoại do lực kéo theo phương xiên, ứng suất nén lớn tại bê tông vùng
bụng vách gây phá vỡ, sự phá hoại do lực trượt hoặc bê tông vùng nén
bị ép vỡ dẫn đến cốt thép chịu nén trong vách bị mất ổn định.
1.4. Các nghiên cứu về sự làm việc của vách bê tông cốt
thép chịu tải trọng ngang
1.4.1. Nghiên cứu của Ning Xu (2010) [15]
Tác giả đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm đối với vách bê tông
cốt thép chịu tải trọng động với các tốc độ gia tải khác nhau và mô
phỏng bằng phần mềm ABAQUS nhằm đánh giá sự liên hệ giữa việc
thực nghiệm và mô phỏng, so sánh về khả năng chịu lực của vách bê
tông cốt thép dư ới tác dụng của tải trọng động và tải trọng tĩnh.
1.4.2. Nghiên cứu của M.A. Osman (2011) [16]
M.A. Osman đã tiến hành thí nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng
của cường độ bê tông cũng như tỷ lệ kích thước giữa chiều cao và
chiều rộng vách đến ứng xử của vách bê tông cốt thép.

1.4.3. Các nghiên cứu về mô phỏng ứng xử phi tuyến của các
cấu kiện bê tông cốt thép bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
- Nghiên cứu “A numerical Study on the damaged RC shear
walls with Openings Retrofitted by FRP Sheets” (2015) [17] của tác
giả Ahmadreza Shirneshan. Nghiên cứu trình bày ảnh hưởng của các
lỗ mở trên vách cứng khi bị phá hoại trong lần gia tải đầu tiên, sau đó
được gia cường bằng các tấm FRP (Fiber Reinforced Polymers) và


7
gia tải lại.
1.4.4. Mô hình giàn với thanh xiên nghiêng góc 45o
Vào năm 1899 và 1902, các tác giả Ritter (Thụy Sỹ) và Marsch
(Đức), độc lập với nhau đã nêu lên là sau khi một dầm BTCT bị nứt
do ứng suất kéo xiên, có thể được mô hình hoá như một giàn song
song, với các thanh xiên chịu nén nghiêng góc 45 so với trục dọc
của dầm. Các tác giả đã đề xuất phương pháp giàn tương đương cho
thiết kế chịu cắt của dầm bê tông cốt thép.
1.4.5. Mô hình giàn với góc nghiêng thay đổi[17]
Mô hình giàn cổ điển thông thường giả thiết thanh nén của
giàn song song theo hướng của vết nứt và không có ứng suất truyền
qua vết nứt. Cách này đã được chứng minh cho kết quả an toàn hơn
khi so sánh với thực nghiệm.
1.4.6. Mô hình chống giằng [17]
Các nghiên cứu lý thuyết - thực nghiệm đã chỉ ra rằng có sự
thay đổi lớn trong trạng thái làm việc tại tỷ số nhịp chịu cắt a/d,
khoảng 2  2,5. Các nhịp chịu cắt dài hơn sẽ chịu tải trọng nhờ tác
động kiểu dầm và được gọi là vùng B (chữ B là chữ viết tắt của từ
Bernoulli, người đã đưa ra định đề về sự phân bố biến dạng tuyến
tính trong các dầm).

1.4.7. Mô hình miền nén (Compression Field Theory –
CFT)[17]
Theo mô hình giàn 45, sức chống cắt đạt tới khi cốt đai bị
chảy và sẽ tương ứng với một ứng suất cắt là :
v =

A vf y
bws

= v.fy

Như vậy, có thể thấy rằng: Lý thuyết miền nén đã bỏ qua sự
đóng góp của ứng suất kéo trong các vùng bê tông bị nứt và do đó có
những ước lượng quá lớn sự biến dạng và đánh giá thấp về cường độ.


8
1.4.8. Lý thuyết miền nén cải tiến (Modified Compression
Field Theory - MCFT)[18]
Lý thuyết miền nén cải tiến MCFT được đưa ra bởi Vecchio
và Collins năm 1986, là sự phát triển của lý thuyết miền nén CFT có
kể tới ảnh hưởng của ứng suất kéo trong vùng bê tông bị nứt. Người
ta nhận thấy là ứng suất cục bộ trong cả bê tông và cốt thép sẽ khác
biệt từ điểm này đến điểm khác trong vùng bê tông bị nứt, với ứng
suất cốt thép cao nhưng ứng suất kéo của bê tông thấp tại các điểm
nứt.
1.5. Một số hình ảnh vách bê tông cốt thép bị hƣ hại do
động đất
 Trận động đất Northridge 1994:

1.6. Kết luận
Chương 1 đã thực hiện tổng quan một số nội dung như sau:
phân tích tính chất cơ lý của vật liệu bê tông và cốt thép; vai trò, đặc
điểm của vách bê tông cốt thép và trình bày tổng quan các nghiên
cứu về sự làm việc của vách bê tông cốt thép chịu tải trọng ngang.
Luận văn sẽ nghiên cứu khả năng chịu cắt của vách bê tông cốt
thép theo các tiêu chuẩn khác nhau, cụ thể là tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI


9
318-14, tiêu chuẩn Châu Âu EC2-2004 và EC8-2004. Nghiên cứu sẽ
tiến hành khảo sát khả năng chịu cắt của vách theo các tham số khác
nhau, bao gồm kích thước, cấp độ bền nén của bê tông và độ lớn của
lực dọc. Đồng thời, vách bê tông cốt thép trong cả hai kết cấu thiết kế
kháng chấn và không kháng chấn đều được phân tích và so sánh.
CHƢƠNG 2
TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA VÁCH BÊ TÔNG
CỐT THÉP THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN
2.1. Tính toán theo tiêu chuẩn hoa kỳ ACI 318-14
2.1.1. Khả năng chịu cắt của vách bê tông cốt thép trong
trƣờng hợp không thiết kế kháng chấn
Vách trong kết cấu không được thiết kế kháng chấn:

Vn  Vc  Vs
(2.1)
Trong đó khả năng chịu lực cắt của bê tông xác định như sau.
Trong hệ đơn vị U.S., Vc được tính như sau:

Nd


Vc1  3.3 f c' hd  u

4lw


0.2 N u

Vc  min 
lw [1.25 f c' 

hlw
V  0.6 f ' 
c2
c

M u lw




V
2
u


Trong hệ đơn vị SI:



 hd




(2.2)


10

Nd

Vc1  0.27 f c' hd  u

4lw


0.2 N u

Vc  min 
lw [0.1 f c' 

hlw
V  0.05 f ' 
c2
c

M u lw





V
2
u




(2.3)

 hd



Trong đó:
d: Chiều dài tính toán d = 0.8 .
: Chiều dài vách.
h: Chiều dày vách.
: Lực dọc trục,
0 khi chịu nén và
0 khi chịu kéo.
: Mô men do ngoại lực tác dụng từ các tổ hợp tính toán.
: Lực cắt tại tiết diện thiết kế.
: hệ số phụ thuộc vào loại bê tông;  = 1.0 với bê tông nặng.
f’c : cường độ chịu nén thiết kế của bê tong.
+ Khả năng chịu cắt của cốt thép được xác định như sau:
Vs =
Với:

(2.4)

=

(2.5)

: Diện tích của tất cả các thanh thép đai đi qua mặt cắt
ngang tính toán.
: Cường độ chịu kéo nén của cốt thép.
s: Khoảng cách cốt thép đai theo chiều dài cấu kiện.
n: Số nhánh cốt thép ngang
f: Đường kính thanh thép.


11
2.1.2. Khả năng chịu cắt của vách bê tông cốt thép trong
trƣờng hợp thiết kế kháng chấn
Theo ACI 318-14, khả năng chịu cắt của vách trong trường
hợp thiết kế kháng chấn cần đảm bảo điều kiện:

Vu  Vn   Acv (c  fc'  t f y )

Vn  Acv  c  f c'  t f y   Vc  Vs



(2.6)
(2.7)

Trong đó:
Acv = diện tích tiết diện ngang của vách
c = 2.0 với vách có hw/lw  2.0; c = 3.0 với vách có hw/lw 

1.5; c được xác định bằng nội suy tuyến tính nếu 1.5  hw/lw  2.0
 = hệ số phụ thuộc vào loại bê tông;  = 1.0 với bê tông nặng
f’c = cường độ chịu nén thiết kế của bê tông
t = hàm lượng cốt thép ngang trong vách
fy = cường độ chịu kéo của cốt thép ngang trong vách
 = 0.75 = hệ số giảm cường độ khi tính toán chịu cắt
2.2. Tính toán theo tiêu chuẩn Châu Âu EC2-2004 và EC82004
2.2.1. Khả năng chịu cắt của bê tông:
Khi bê tông đủ khả năng chịu cắt thì không cần tính toán cốt
đai mà chỉ cần đặt theo cấu tạo. Điều kiện này là:
VEd  VRd,c
Trong đó:
- VEd: lực cắt tính toán;
- VRd,c: khả năng chịu cắt của bê tông;
Giá trị VRd,c được xác định theo công thức thực
nghiệm:


12

VRd,c  0,12k(1001fck )1/3  k1cp  bw d  VRd,c min
với:

VRd,c min  (0,035k 3/2f ck1/2  k1cp )b wd

+ k: hệ số thực nghiệm;

200
2
d

+ d: chiều cao làm việc của tiết diện (tính bằng mm);
k 1

+

1 : hàm lượng cốt thép chịu kéo;
1 

cp

Asl
 0,02
bwd

N Ed
 0,2f cd
Ac

+ NEd: lực dọc trục N trên tiết diện ngang do tải trọng
hoặc ứng suất trước (NEd>0 đối với lực nén);
+ Ac: diện tích tiết diện bê tông (mm2);
2.2.2. Tính toán cƣờng độ trên tiết diện nghiêng
2.2.2.1. Mô hình dàn ảo
- Khả năng chịu lực của cấu kiện được thể hiện như sau:
+ Phần bê tông phía biên trên dầm chịu lực nén C; bê tông giữa
các vết nứt nghiêng chịu lực nén xiên;
+ Cốt thép dọc ở biên dưới chịu lực kéo T, cốt thép đai chịu
lực kéo thẳng đứng;
+ Chiều cao dàn z là khoảng cách giữa hợp lực vùng nén và
vùng kéo, z được lấy bằng 0,9d;

2.2.2.2. Các công thức cơ bản:
Lực kéo của một lớp cốt đai:

Asw f ywd 

VEds (2.13)
zcot 


13

Asw
VEds

s
0,9df ywd cot 

ta có:

trong đó:
Asw: diện tích một lớp cốt thép ngang chịu cắt;
Asw = n Aswl
n: số nhánh cốt thép ngang chịu cắt
Aswl: diện tích tiết diện ngang của một nhánh cốt thép ngang
chịu cắt.
2.2.3. Điều kiện hạn chế
Điều kiện hạn chế khi tính toán cường độ trên tiết diện nghiêng
là phải đảm bảo các dải nghiêng bê tông không bị nén vỡ do các ứng
suất chính. Thông thường khi ứng suất nén chính không vượt quá
cường độ chịu nén fcd (nén một trục) thì bê tông không bị phá hoại.

2.2.4. Tính toán cốt thép ngang chịu cắt
- Quy trình tính toán cốt thép ngang chịu cắt tiến hành dựa trên

 như sau:
o
+ với   22 . Nếu điều kiện trên không thoả mãn, từ (2.22)
VEd=VRd,max và tính 

việc lựa chọn

thay

VEd

  0,5sin 1 (

0,18b w d(1 

f ck
)f ck
250

)  45o

Nếu   45 , cần điều chỉnh lại kích thước cấu kiện hoặc
tăng cấp độ bền bê tông.
+ Từ (2.14) tính khoảng cách cốt thép ngang chịu cắt:
o

s

VEd
0,9df ywd Asw cot g


14
Diện tích cốt thép ngang chịu cắt Asw không được nhỏ hơn

Asw,min với:
Asw,min 0,08b w f ck

s
f yk
2.2.5. Khả năng chịu cắt của vách trƣờng hợp không thiết
kế kháng chấn theo tiêu chuẩn EC2-2004
Khả năng chịu lực cắt của vách:

VRd

Asw f ywd z

cot 
 VRd ,s 
s
 min 
f cd bw zv1
V
Rd ,max   cw
cot   tan 


(2.29)
2.2.6. Khả năng chịu cắt của vách trƣờng hợp thiết kế
kháng chấn theo tiêu chuẩn EC8-2004
Khả năng chịu lực cắt của vách:
Nếu tỉ số nhịp cắt

s 

Mu
 2.0 : VRd xác định như các
Vu lw

quy định trên của EC2-2004 trong đó góc

VRd



được lấy bằng 45o.

Asw f ywd z

cot 
 VRd ,s 
s
 min 
f cd bw zv1
V
Rd ,max   cw

cot   tan 


Nếu tỉ số nhịp cắt

s 

Mu
 2.0 : VRd xác định như sau
Vu lw

VRd  VRd ,c  0.75h f yd ,hbwo slw
(2.30)


15
Trong đó:

VRd ,c  CRd ,c k (100l fck )1/3  k1 cp  bw d
(2.31)
2.3. Một số nhận xét đánh giá về các tiêu chuẩn tính toán
- Cả hai tiêu chuẩn khi tính toán khả năng chịu cắt của vách bê
tông cốt thép đều dựa trên các kết quả phân tích và thực nghiệm, dựa
trên tiêu chí về sự hình thành vết nứt do lực cắt và mô men gây ra,
giá trị góc nghiêng của vết nứt được quy định khác nhau trong các
tiêu chuẩn:
+ Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14: góc nghiêng của vết nứt θ
lấy bằng 45o (thiên về an toàn).
+ Tiêu chuẩn Châu Âu EC2-2004: góc nghiêng của vết nứt θ
biến thiên từ 22o ÷ 45o.

+ Tiêu chuẩn Châu Âu EC8-2004: góc nghiêng của vết nứt θ
lấy bằng 45o.
- Theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 và tiêu chuẩn Châu Âu
EC8-2004, khả năng chịu cắt của bê tông phụ thuộc vào ba thành
phần là khả năng chịu cắt của bê tông vùng nén, lực dính kết giữa các
vật liệu giữa hai mặt của vết nứt và khả năng chịu cắt của cốt thép
dọc.
- Theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 và tiêu chuẩn Châu Âu
EC8-2004, khả năng chịu cắt của bê tông tỷ lệ với căn bậc hai hoặc
bậc ba cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông.
- Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 cho phép tính đến sự kết hợp
giữa mô men và lực cắt Mu và Vu khi xác định khả năng chịu cắt của
bê tông, trong khi đó tiêu chuẩn Châu Âu EC8-2004 không đề cập
đến tương tác này.


16
CHƢƠNG 3
SO SÁNH KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA VÁCH BÊ TÔNG
CỐT THÉP GIỮA TIÊU CHUẨN HOA KỲ ACI 318-14 VỚI
TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU EC2-2004 VÀ EC8-2004
Khả năng chịu cắt của vách bê tông cốt thép trong kết cấu có
thiết kế kháng chấn và không kháng chấn giữa các tiêu chuẩn Hoa Kỳ
ACI 318-14 với tiêu chuẩn châu Âu EC2-2004 và EC8-2004 được so
sánh đánh giá qua các ví dụ cụ thể như sau.
3.1. Bài toán 1
Cho một vách bê tông cốt thép có tiết diện h×lw = 250×4000
mm. Vách chịu lực dọc N = 120T, cốt thép ngang trong vách được bố
trí 2 lớp 214s200, có cường độ chịu kéo 225MPa. Sử dụng bê tông
cấp độ bền B25, hãy tính toán khả năng chịu lực cắt của vách theo

tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 trong hai trường hợp kết cấu có thiết
kế kháng chấn và không kháng chấn.
3.1.1. Vách không thiết kế kháng chấn
Khả năng chịu cắt của bê tông:

Nu d

'
V

0.27

f
hd

c
1
c

4lw


0.2 N u

Vc  min 
lw [0.1 f c' 

hlw
V  0.05 f ' 
c2

c

M u lw




Vu
2

Ta có:
√



 hd




17

[

√

√

]

= 1206 (KN)
= min

⇒

= 545 (KN)

= 545 (KN)
Khả năng chịu cắt của cốt thép:

Khả năng chịu cắt của vách ứng với cấp độ bền bê tông B25 kể
đến hệ số giảm cường độ là:

Vn   (Vc  Vs )  0.75(545  1108)  1240kN
3.1.2.
Vách có thiết kế kháng chấn
Khả năng chịu lực cắt của vách:

Vn  Acv  c  f c'  t f y   Vc  Vs


Khả năng chịu cắt của bê tông:
= 250.4000.(0,17.1.√
Khả năng chịu cắt của cốt thép:

) = 760 (KN)

Khả năng chịu cắt của vách ứng với cấp độ bền bê tông B25 kể
đến hệ số giảm cường độ là:

18

Vn   (Vc  Vs )  0.75(760  1108)  1401kN
3.2. Bài toán 2
Cho một vách bê tông cốt thép có tiết diện h×lw = 250×4000
mm. Chiều cao của vách H = 8m, tỉ số nhịp cắt của vách là 2. Vách
chịu lực dọc N = 600T, cốt thép ngang trong vách được bố trí 2 lớp
214s200, có cường độ chịu kéo 225MPa. Sử dụng bê tông cấp độ
bền B35, hãy tính toán khả năng chịu lực cắt của vách theo tiêu
chuẩn châu Âu EC2-2004 trong trường hợp vách không thiết kế
kháng chấn và theo tiêu chuẩn châu Âu EC8-2004 trong trường hợp
vách có thiết kế kháng chấn.
4.2.1. Vách không thiết kế kháng chấn
Khả năng chịu lực cắt của vách xác định như sau:

VRd

Asw f ywd z

cot 
 VRd ,s 
s
 min 
f cd bw zv1
V
  cw
 Rd ,max
cot   tan 

Vì VRd ,max  VRd ,s với mọi góc  = 22o45o nên khả năng chịu
lực cắt của vách ứng với cấp độ bền bê tông B35 được tính là:

VRd ,s 
4.2.2.

Asw f ywd z
s

cot   2469kN

Vách có thiết kế kháng chấn

Với tỉ số nhịp cắt  s  M u  2.0 : khả năng chịu lực cắt VRd
Vu lw
xác định như các công thức trên của EC2-2004 trong đó góc
lấy bằng 45o.

 được


19

VRd

Asw f ywd z

cot   998kN
 VRd ,s 
s

 min 
 998kN
f cd bw zv1
V
  cw
 3580kN
 Rd ,max
cot   tan 

3.3. Bài toán 3
Cho một vách bê tông cốt thép như các bài toán 1 và 2. Hãy
khảo sát sự thay đổi khả năng chịu lực cắt của vách theo tiêu chuẩn
Hoa Kỳ ACI 318-14 và tiêu chuẩn châu Âu EC2-2004 và EC8-2004
trong trường hợp cấp độ bền B thay đổi trong phạm vi B25 đến B60.
Kết quả tính toán khả năng chịu lực cắt của vách theo tiêu
chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 và tiêu chuẩn châu Âu EC2-2004 và EC82004 trong trường hợp cấp độ bền B thay đổi trong phạm vi B25 đến
B60 được tổng hợp trong Bảng 3.1 sau.
Bảng 3.1. Kết quả tính toán khả năng chịu cắt thay đổi theo cấp độ
bền:
Thay đổi cấp độ bền B
B25 B30 B35 B40 B45 B50 B55 B60
25
30
35
40
45
50
55
60
EC2-2004

2065 2280 2469 2469 2469 2469 2469 2469
998 998 998 998 998 998 998 998
EC8-2004
ACI 318-14
1240 1270 1298 1323 1347 1370 1392 1412
ACI 318-14 (KC) 1401 1456 1506 1553 1596 1638 1677 1715


20

Hình 3.1. Khả năng chịu lực cắt của vách có tỷ số nhịp cắt s=2.0
khi cấp độ bền thay đổi
3.4. Bài toán 4
Cho một vách bê tông cốt thép như các bài toán 1 và 2. Hãy
khảo sát sự thay đổi khả năng chịu lực cắt của vách theo tiêu chuẩn
Hoa Kỳ ACI 318-14 và tiêu chuẩn châu Âu EC2-2004 và EC8-2004
trong trường hợp lực dọc thay đổi trong phạm vi từ

(0.02  0.30) Ag f c' .
Kết quả tính toán khả năng chịu lực cắt của vách theo tiêu
chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 và tiêu chuẩn châu Âu EC2-2004 và EC82004 trong trường hợp lực dọc thay đổi trong phạm vi từ

(0.02  0.30) Ag f c' được tổng hợp trong Bảng 3.2 sau.


21

Hình 3.2. Khả năng chịu lực cắt của vách có tỷ số nhịp cắt s=2.0
khi lực dọc thay đổi
Bảng 3.2. Kết quả tính toán khả năng chịu cắt thay đổi theo lực dọc:

Tỷ lệ lực dọc/Khả năng chịu lực nén của tiết diện
20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50
% % % % % % % % % % % % % % % %
18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 184
EC2-2004
41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 1
99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99
EC8-2004
8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 998
ACI 318- 11 12 12 12 13 13 13 14 14 14 14 15 15 15 16 117
14
76 08 40 72 04 36 68 00 32 64 96 28 60 92 24 6
ACI 318- 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 140
14 (KC) 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 1
3.5. Bài toán 5
Giống bài toán 3 nhưng tỷ số nhịp cắt tăng lên s=5.0.
Kết quả tính toán khả năng chịu lực cắt của vách theo tiêu
chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 và tiêu chuẩn châu Âu EC2-2004 và EC82004 trong trường hợp cấp độ bền B thay đổi trong phạm vi B25 đến
B60 thể hiện trên hình vẽ sau.


22

Hình 3.3. Khả năng chịu lực cắt của vách có tỷ số nhịp cắt s=5.0
khi cấp độ bền thay đổi
3.6. Bài toán 6
Giống bài toán 4 nhưng tỷ số nhịp cắt tăng lên s=5.0.
Kết quả tính toán khả năng chịu lực cắt của vách theo tiêu
chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 và tiêu chuẩn châu Âu EC2-2004 và EC82004 trong trường hợp lực dọc thay đổi trong phạm vi từ

(0.02  0.30) Ag f c' được thể hiện trên hình vẽ sau.

Hình 3.4. Khả năng chịu lực cắt của vách có tỷ số nhịp cắt s=5.0
khi lực dọc thay đổi


23
3.7. Một số nhận xét
Khả năng chịu lực cắt của vách bê tông cốt thép không kháng
chấn theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 phụ thuộc nhiều vào lực
dọc, trong khi khả năng chịu lực cắt của vách có thiết kế kháng chấn
thì không. Vì vậy, với vách có kích thước như trên và có tỷ số nhịp
cắt bằng 2.0, ứng với bê tông có cấp độ bền B25, khả năng chịu lực
cắt của vách không kháng chấn sẽ lớn hơn vách có thiết kế kháng
chấn theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 nếu lực dọc lớn hơn
'

khoảng 0.16 Ag f c và ngược lại (xem Hình 3.1 và 3.2). Với vách có
kích thước và bố trí cốt thép ngang như đề cập trong các bài toán,
cũng theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ, khả năng chịu cắt của vách không và
có kháng chấn đều tăng khi tăng cấp độ bền nén của bê tông; trong
đó tốc độ tăng khả năng chịu lực cắt trong vách có kháng chấn lớn
hơn trong vách không kháng chấn.
Theo tiêu chuẩn ACI 318-14, khả năng chịu cắt của vách
không kháng chấn giảm khi tăng tỷ lệ

Mu
, do đó khả năng chịu cắt
Vu

của vách không kháng chấn giảm khi tỷ số nhịp cắt tăng từ 2.0 lên
5.0. Trong khi đó, với vách có tỷ lệ

hw
 2.0 , khả năng chịu cắt của
lw

vách có thiết kế kháng chấn theo tiêu chuẩn ACI 318-14 là không
thay đổi.
Đối với tiêu chuẩn châu Âu, khả năng chịu cắt của vách có thiết kế
kháng chấn được xác định với góc nghiêng  được lấy cố định bằng 45o,
trong khi vách không thiết kế kháng chấn được lấy tối ưu với khoảng

  22o  45o .

Vì vậy, khả năng chịu cắt của vách không thiết kế
kháng chấn theo tiêu chuẩn EC2-2004 thường lớn hơn khả năng chịu cắt
của vách có thiết kế kháng chấn theo tiêu chuẩn EC8-2004.