Nghiên cứu ứng xử bám dính của bê tông cường độ cao với cốt thép cường độ cao

1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TP HCM
______________________

PHAN VĂN DŨNG

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ BÁM DÍNH CỦA BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ
CAO VỚI CỐT THÉP CƯỜNG ĐỘ CAO
CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU HẦM

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS LÝ TRẦN CƯỜNG
PGS.TS NGUYỄN TRUNG HIẾU

Năm 2017


2
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TP HCM
_______________________

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ BÁM DÍNH CỦA BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ
CAO VỚI CỐT THÉP CƯỜNG ĐỘ CAO

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU HẦM

Học viên

: PHAN VĂN DŨNG

Lớp

: CH1501

Giáo viên hướng dẫn

: PGS.TS LÝ TRẦN CƯỜNG
PGS.TS NGUYỄN TRUNG HIẾU

Năm 2017
2


3
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu
trong luận văn là trung thực, có nguồn gốc rõ ràng và chưa được từng ai công bố ở bất
kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày ...... tháng ...... năm 2017
Tác giả

Phan Văn Dũng

3


4

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian thu thập tài liệu, nghiên cứu và thực hiện, đến nay luận văn Thạc sĩ
kỹ thuật: “Nghiên cứu ứng xử bám dính của bê tông cường độ cao với cốt thép
cường độ cao”đã hoàn thành đúng thời hạn và đảm bảo đầy đủ các yêu cầu đặt ra
trong bản đề cương đã được phê duyệt.
Để hoàn thành luận văn,học viên đã nhận được nhiều sự giúp đỡ của các thầy cô
hướng dẫn, các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp, cho phép sử dụng tài liệu đã công
bố và Phòng Thí nghiệm và Kiểm định công trình – Trường đại học xây dựng Hà Nội
cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn này.
Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo Sau đại
học-Trường Đại học Giao thông vận tải TP HCM đã giúp đỡ em trong suốt quá trình
học tập nghiên cứu, em xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô, các bạn đồng nghiệp.
Đặc biệt đến người thầy hướng dẫn khoa học PGS.TS Lý Trần Cường và PGS.TS
Nguyễn Trung Hiếu đã tận tình giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành
luận văn tốt nghiệp.
Trong khuôn khổ và thời gian tiến hành của một luận văn thạc sỹ Khoa học kỹ thuật,
cũng chưa hẳn đã giải quyết triệt để và hoàn thiện được đầy đủ những vấn đề đặt ra.
Chính vì vậy, em nghiêm túc tiếp thu những ý kiến đóng góp của các nhà khoa học,
các thầy cô và các bạn đồng nghiệp.
Cuối cùng xin cảm ơn đến gia đình đã động viên, khuyến khích tạo điều kiện cho tôi
những giúp đỡ tốt nhất trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận văn.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!
Tác giả
Phan Văn Dũng

4


5
MỤC LỤC

2.2.2. Quy trình chế tạo mẫu thí nghiệm.....................................................34
2.2.3. Tiến hành thí nghiệm.........................................................................37
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.....................................................................................52
1. Kết luận...........................................................................................................52
2. Kiến nghị.........................................................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................55

5


6
DANH MỤC BẢNG BIỂU
2.2.2. Quy trình chế tạo mẫu thí nghiệm.....................................................34
2.2.3. Tiến hành thí nghiệm.........................................................................37
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.....................................................................................52
1. Kết luận...........................................................................................................52
2. Kiến nghị.........................................................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................55

6


7
DANH MỤC HÌNH VẼ
2.2.2. Quy trình chế tạo mẫu thí nghiệm.....................................................34
2.2.3. Tiến hành thí nghiệm.........................................................................37
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.....................................................................................52
1. Kết luận...........................................................................................................52
2. Kiến nghị.........................................................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................55

7


8
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU VIẾT TẮT
VLXD

Vật liệu xây dựng

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TCN

Tiêu chuẩn ngành

TCXD

Tiêu chuẩn xây dựng

BTXM

Bê tông xi măng

BTCT

Bê tông cốt thép

8


9

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Kết cấu bê tông cốt thép đang được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng nhà
cửa, cầu đường, thủy lợi... Ở Việt Nam, bê tông cốt thép được du nhập vào từ khoảng
đầu thế kỷ 20, cho đến nay đã chiếm một vị trí quan trọng trong các ngành xây dựng
cơ bản và đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể. Trong tương lai, chắc chắn bê tông cốt
thép vẫn sẽ là một loại vật liệu chủ yếu của nước ta, vì vậy việc nghiên cứu và tìm
hiểu sâu hơn về bê tông cốt thép sẽ giúp ích rất nhiều trong việc phát triển hỗn hợp bê
tông cốt thép nói riêng và phát triển ngành xây dựng nói chung.
Như ta đã biết, bê tông cốt thép là một loại vật liệu xây dựng phức hợp do bê tông và
cốt thép cùng cộng tác chịu lực với nhau. Chất lượng của hỗn hợp bê tông cốt thép
ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của công trình xây dựng. Độ bền hay tuổi thọ của
kết cấu bêtông cốt thép được quyết định bởi nhiều yếu tố khác nhau như: chất lượng
và số lượng xi măng, độ cứng, sạch của cốt liệu, độ đầm chắc của bê tông.
Ứng xử bám dính với cốt thép và cốt cường độ cao là một trong những tính chất quan
trọng của bê tông được sử dụng trong các kết cấu bê tông cốt thép và kết cấu bê tông
cường độ cao. Tính chất này ảnh hưởng đến việc xác định chiều dài triển khai của cốt
thép thường, chiều dài truyền của cốt cường độ cao cũng như khoảng cách giữa các
vết nứt và bề rộng của chúng. Ngoài ra, tính chất này cũng cần thiết để tính toán ứng
xử ở khu vực neo đầu dầm của các kết cấu bê tông cường độ cao căng trước.
Các tiêu chuẩn thiết kế hiện nay đều cung cấp các công thức lý thuyết hoặc thực
nghiệm để xác định lực bám dính cũng như chiều dài triển khai và chiều dài truyền.
Tuy nhiên, hầu hết các công thức này chủ yếu được xây dựng phù hợp với bê tông có
cường độ thường. Đặc biệt hơn, chiều dài truyền xác định cho cốt cường độ cao theo
các tiêu chuẩn ACI318 và các tiêu chuẩn AASHTO khác cũng như tiêu chuẩn

22TCN272-05 không xét đến ảnh hưởng của cường độ bê tông. Công thức của các
9


10
tiêu chuẩn này được xác định dựa trên các thí nghiệm được thực hiện từ những năm
40 của thế kỷ 20, khi bê tông có cường độ bê tông 40 MPa đã được gọi là bê tông
cường độ cao. Trong khi đó, ở nhiều nước khác như Đức, Pháp, v.v. chiều dài triển
khai và chiều dài truyền của cốt cường độ cao được xác định phụ thuộc vào cường độ
bê tông.
Trong thời gian gần đây ở nước ta, bê tông có cường độ đến 80MPa đã được sản xuất
thương phẩm. Trong điều kiện phòng thí nghiệm, bê tông có cường độ đến 140MPa
cũng đã được nghiên cứu chế tạo thành công. Mặc dù vậy, việc áp dụng những vật
liệu này vào kết cấu xây dựng, đặc biệt là kết cấu cầu, vẫn còn ở mức độ rất sơ khai.
Một trong những lý do chính ở đây là sự hiểu biết của các kỹ sư về các ứng xử cơ bản
của bê tông cường độ cao, trong đó có ứng xử bám dính còn khá hạn chế.
Bê tông có khả năng chịu nén rất tốt nhưng khả năng chịu kéo lại rất kém. Thép là vật
liệu chịu kéo hoặc chịu nén đều tốt. Đặt cốt thép vào trong bê tông để tăng khả năng
chịu lực cho kết cấu. Từ đó sản sinh ra bê tông cốt thép. Sự kết hợp này đem lại nhiều
ưu điểm nổi bật cho bê tông cốt thép.
Sở dĩ bê tông và cốt thép có thể cùng cộng tác chịu lực là do bê tông và cốt thép có
lực dính kết với nhau, cho nên có thể truyền lực từ bê tông sang cốt thép và ngược lại.
Lực dính có tầm quan trọng hàng đầu với bê tông cốt thép. Nhờ có lực dính mà cường
độ của cốt thép mới được khai thác, bề rộng vết nứt cốt thép trong vùng kéo mới được
hạn chế... Do đó người ta phải tìm mọi cách để làm tăng cường lực dính giữa bê tông
và cốt thép. Vì những lý do nêu trên đề tài “Nghiên cứu ứng xử bám dính của bê tông
cường độ cao với cốt thép cường độ cao” là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực
tiễn.
2. Đối tượng nghiên cứu
- Ứng xử bám dính của bê tông cường độ cao với cốt thép cường độ cao.

3. Phạm vi nghiên cứu
-Các công trình xây dựng sử dụng bê tông cường độ cao với cốt thép cường độ cao.
10


11
4. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Lực bám dính là yếu tố cơ bản đảm bảo sự làm việc chung của bê tông và cốt thép
trong kết cấu bê tông cốt thép. Trong các yếu tố ảnh hưởng đến lực bám dính giữa bê
tông và cốt thép thì ảnh hưởng của cường độ bê tông có ý nghĩa hết sức quan trọng.
Mục đích nghiên cứu của đề tài là nhằm làm rõ hơn ảnh hưởng của cường độ chịu nén
của bê tông tới lực bám dính giữa bê tông và cốt dọc.
- So sánh giữa các phương pháp tính toán với kết quả thí nghiệm thực tế, từ đó rút ra
kết luận và kiến nghị.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu là bằng lý thuyết và thực nghiệm, kiểm chứng một số kết
quả nghiên cứu về bám dính của cốt cường độ cao với bê tông cường độ cao đã được
thực hiện ở nước ngoài. Trên cơ sở của kết quả nghiên cứu, đề tài cũng sẽ đề xuất một
số hiệu chỉnh trong việc xác định chiều dài truyền lực áp dụng cho thiết kế kết cấu bê
tông cường độ cao cường độ cao căng trước.
6. Kết cấu của luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận. Luận văn kết cấu gồm 3 chương.
Chương 1. Tổng quan về lực bám dính giữa cốt thép và bê tông
Chương 2. Nghiên cứu thực nghiệm về ứng xử bám dính giữa cốt thép cường độ cao
với bê tông cường độ cao
Chương 3.So sánh các kết quả thí nghiệm thu được với các kết quả đã được công bố
trong các quy phạm
Kết luận và kiến nghị

11

12
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LỰC BÁM DÍNH GIỮA CỐT THÉP VÀ BÊ
TÔNG
1.1.Giới thiệu chung về bám dính giữa bê tông và cốt thép
Bám dính giữa bê tông và cốt thép, bao gồm cả cốt cường độ cao, là một trong những
yếu tố quan trọng nhất, quyết định sự làm việc chung của bê tông và cốt thép như là
vật liệu tổ hợp. Sự bám dính trong bê tông cốt thép được hiểu là sự truyền lực giữa
thép và bê tông. Điều đó có nghĩa là, lực bám dính sẽ xuất hiện ở nơi có sự dịch
chuyển tương đối giữa thép và bê tông do các nguyên nhân như tải trọng, nứt, sự thay
đổi nhiệt độ, co ngót, từ biến, v.v. Nhờ lực bám dính này mà biến dạng của cốt thép và
bê tông xung quanh nó nói chung là bằng nhau. Do khả năng chịu kéo của bê tông là
rất nhỏ nên, ở những khu vực có ứng suất kéo lớn, bê tông bị nứt và lực kéo trong các
kết cấu bê tông cốt thép sẽ do cốt thép chịu. Lực bám dính trong những khu vực này
làm cho vết nứt phân bố với khoảng cách nhỏ và bề rộng vết nứt không lớn.
Lực bám dính là yếu tố cơ bản đảm bảo sự làm việc chung giữa cốt thép và bê tông
trong kết cấu bê tông cốt thép.
Cốt thép ngăn cản sự biến dạng co ngót của bê tông khi mới chế tạo nhờ có lực bám
dính. Bê tông sau khi đổ sẽ đông cứng và co ngót. Quá trình này sẽ tạo ra các vết nứt
trên bề mặt bê tông và ảnh hưởng đế sự làm việc của kết cấu. Khi bê tông co ngót gây
ra ứng suất nén lên cốt thép nhờ có lực bám dính. Cốt thép cũng gây ra cho bê tông
một ứng suất ngăn cản sự biến dạng của bê tông.
Trong cấu kiện chịu kéo hoặc vùng chịu kéo của cấu kiện chịu uốn, khi xuất hiện vết
nứt, toàn bộ ứng suất do bê tông chịu được truyền sang cốt thép thông qua lực bám
dính. Giả sử lực này không đảm bảo, kết cấu sẽ bị phá hoại.

12

13

Hình 1.1. Sự làm việc chịu uốn của cấu kiện Bê tông cốt thép
Hình 1.1 mô tả một kết cấu bê tông cốt thép làm việc chịu uốn, khi xuất hiện vết nứt,
lực truyền từ bê tông sang cốt thép thông qua lực bám dính. Khi vết nứt lớn, bê tông
không còn khả năng chịu lực, toàn bộ ứng suất kéo do cốt thép chịu.
- Khi chịu lực tác dụng lâu dài, bê tông bị từ biến, cốt thép không bị từ biến, vì có lực
bám dính mà cốt thép cản trở từ biến của bê tông. Đây là sự phân bố lại ứng suất
trong kết cấu bê tông cốt thép.

Hình 1.2. Sự phân bố lực bám dính (cần bổ xung tài liệu tham khảo cho hình vẽ này)
Hình 1.2 thể hiện chi tiết sự phân bố ứng suất trong cốt thép và trong bê tông cũng
13


14
như ứng suất bám dính giữa chúng trong một thanh bê tông cốt thép chịu kéo chưa
nứt. Ứng suất trong cốt thép tại các đầu thanh là f s=F/As. Biến dạng của cốt thép ở
những nơi này làεs =fs/As. Tại đầu thanh bê tông, lực bám dính buộc bê tông biến dạng
và, do đó, cùng tham gia chịu kéo với cốt thép. Ứng suất và biến dạng trong cốt thép
giảm đồng thời với việc tăng ứng suất và biến dạng trong bê tông. Qua một chiều dài
nhất định (được gọi làchiều dài truyền lực), biến dạng trong cả hai vật liệu bằng nhau
và ứng suấttrong chúng được giữ không đổi. Trên chiều dài t này, ứng suất bám dính
phát huy tác dụng. Ứng suất bám dính tăng nhanh đến giá trị cực đại và sauđó cũng
giảm nhanh. Trên đoạn mà biến dạng trong bê tông và cốt thép bằngnhau, ứng suất
bám dính τ = 0.
Trên chiều dài truyền lực lt điều kiện cân bằng của một phân tố có chiều dài dx là:
(1-1)

Ở đây, p = πdb là chu vi thanh thép, Acn là diện tích thực của mặt cắt bê tông.

Nói chung, quy luật biến thiên của lực bám dính là rất khó xác định. Thông thường,
người ta sử dụng độ lớn trung bình của ứng suất bám dính. Nếu một thanh cốt thép có
đường kính là db chịu lực đúng bằng lực kéo chảy và được chôn trong bê tông một
chiều dài đúng bằng chiều dài triển khai d, là chiều dài tối thiểu để cho thanh thép
không bị kéo tuột khỏi bê tông, thì ứng suất bám dính trung bình m trên bề mặt của nó
là:

(1-2)

Cường độ bám dính thường được xác định thông qua cường độ chịu kéo hoặc chịu
nén của bê tông. Theo [8], cường độ bám dính trung bình của bê tông có thể được xác
định gần đúng theo công thức sau:
14


15
(1-3)

Bảng 1.1 dưới đây cung cấp cường độ bám dính của bê tông phụ thuộc vào cường độ
chịu nén được xác định theo mẫu lập phương và dạng cốt thép của Tiêu chuẩn
EuroCode2.
Bảng 1.1. Cường độ bám dính trung bình (MPa) của bê tông theo EC2 [8]

60
1,7
4,3

45
1,6
4,0

40
1,5
3,7

35
1,4
3,4

30
1,3
3,0

25
1,2
2,7

20
1,1
2,3

16
1,0
2,0

12
0,9
1,6

(f’c,cube, (MpaMPa

Cốt tròn trơn
Cốt có gờ db<35mm

1.2. Cơ chế phá hoại liên kết giữa cốt thép và bê tông
1.2.1. Liên kết cốt thép
Bê tông trong kết cấu bê tông cốt thép được đảm bảo nhờ các yếu tố sau đây:
+ Lực ma sát sinh ra do sự thô ráp của bề mặt cốt thép và bê tông khi thanh cốt thép
trượt tương đối so với bê tông xung quanh.
+ Lực bám dính giữa cốt thép và bê tông nhờ keo xi măng.
+ Gờ của cốt thép truyền áp lực lên cùng bê tông nằm giữa các gai.
Có thể nhận thấy ảnh hưởng của hai yếu tố đầu đến sự bám dính chỉ phát huy hiệu quả
khi lực tác dụng lên cốt thép (kéo hoặc nén) nhỏ. Ảnh hưởng của yếu tố thứ ba đến
lực bám dính của cốt thép và bê tông là chủ đạo.
1.2.2. Cơ chế phá hoại cốt thép - bê tông
Áp lực của gờ thép lên bê tông vùng sau gờ thép gây ra một ứng suất nén chính
nghiêng một góc anpha (góc nghiêng của gờ cốt thép) lên bê tông, đồng thời gây ra
ứng suất kéo chính vuông góc với ứng suất nén chính (hình 1.23). Ứng suất kéo này
tăng dần khi lực kéo (hoặc nén) trong cốt thép tăng. Khi giá trị vượt quá cường độ
chịu kéo của bê tông sẽ gây ra nứt bê tông (vết nứt vuông góc với ứng suất kéo
chính). Vết nứt trên bê tông sau khi hình thành sẽ tiếp tục phát triển và khi có sự liên
15


16
kết giữa các vết nứt ở các vị trí gờ thép với nhau, bê tông sẽ bị vỡ vụn.

a)

b)
a) Trạng thái ứng suất ở vùng bê tông tiếp xúc với cốt thép; b) Vết nứt liên tục ở bề

mặt liên kết cốt thép – bê tông.
Hình 1.3. Cơ chế phá hoại liên kết cốt thép- bê tông
Trong trường hợp biến dạng nở ngang của bê tông lớn thì liên kết cốt thép - bê tông bị
phá hoại do cốt thép trượt trên bể mặt liên kết mà không gây vỡ bê tông ở giữa các gai
thép.
1.3. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến lực bám dính giữa cốt thép và bê tông
16


17
Theo một số tài liệu, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lực bám dính giữa cốt thép và bê
tông, trong đó có một số yếu tố chính như sau:
- Trạng thái chịu lực: Cốt thép chịu kéo thì lực bám dính nhỏ hơn so với cốt thép
chịu nén. Khi cốt thép chịu nén dọc trục, đường kính thanh cốt thép tăng lên làm cho
lực ma sát và lực ép mặt giữa cốt thép và bê tông tăng lên qua đó làm tăng khả năng
bám dính giữa cốt thép và bê tông.
- Chiều dài đoạn neo cốt thép: Với cùng một loại cốt thép có cùng đường kính, chiều
dài đoạn neo giữa cốt thép và bê tông càng lớn thì bề mặt tiếp xúc giữa cốt thép và bê
tông càng lớn, lực bám dính càng lớn.
- Biện pháp cản trở biến dạng ngang của bê tông: Lưới thép hàn, cốt đai. Trong quá
trình làm việc cùng nhau, cốt thép tác dụng lực làm bê tông bị nở ngang. Khi ta có
biện pháp ngăn chặn sự nở ngang thì lực tác dụng của bê tông lên bề mặt cốt thép tăng
lên làm tăng lực bám dính.
- Cường độ chịu nén của bê tông: bê tông chịu nén tốt thì chịu được áp lực tốt hơn,
vùng bê tông giữa các gai khó bị phá hoại hơn, bê tông khó bi nở ngang hơn nên lực
bám dính cao hơn.
- Chiều dày lớp bê tông bảo vệ: Chiều dày lớp bê tông bảo vệ càng lớn thì khả năng
chống lại sự nở ngang càng tốt, giá trị lực bám dính càng cao.
- Ảnh hưởng của nhóm cốt thép trong kết cấu bê tông cốt thép.
- Sự bám dính hoá học. Lực bám dính này phụ thuôc vào độ thô và độ sạch của bề

mặt cốt thép. Nói chung, lực này có giá trị nhỏ và bị phá hoại bởi các dịch chuyển
nhỏ.
- Ma sát. Do co ngót và các tác động lực nên trong bê tông tồn tại một áp lực lên cốt
thép. Áp lực này sẽ tạo ra một lực ma sát giữa bê tông và bề mặt cốt thép. Hệ số ma
sát giữa hai vật liệu này nằm trong khoảng 0,3 - 0,6.
17


18
- Sự tương tác cơ học giữa cốt thép và bê tông. Nếu cốt thép có gờ thì hiệu ứng cài
khoá giữa bê tông và gờ cốt thép sẽ tạo ra lực chống lại sự trượt tương đối giữa
chúng. Hình 1.4 dưới đây thể hiện sự tương tác giữa cốt thép và bê tông.

Hình 1.4. Tương tác cơ học giữa cốt thép và bê tông
Ở các thanh cốt thép tròn trơn, hai yếu tố đầu tiên đóng vai trò quan trọng nhất trong
việc tạo ra lực bám dính. Trong khi đó, ở cốt thép có gờ thì sự tương tác cài khoá giữa
bê tông với các gờ cốt thép (yếu tố sau cùng) lại đóng vai trò quyết định. Vì vậy, các
yếu tố chính có ảnh hưởng đến sự bám dính giữa cốt thép và bê tông là:
- Diện tích gờ của cốt thép
- Cường độ và thành phần của bê tông,
- Bề dày lớp bê tông bảo vệ,
- Đường kính cốt thép,
- Vị trí cốt thép khi đổ bê tông.
1.4. Một số công thức tính toán lực bám dính giữa cốt thép và bê tông
Giới thiệu cách xác định lực bám dính theo các tiêu chuẩn của một số nước.
1.4.1. Theo trường phái Nga

18

19

(1-4)

Trong đó:
+ α: Hệ số phụ thuộc vào trạng thái chịu lực. Khi cốt thép chịu kéo α =1, khi cốt thép
chịu nén a=1,5.
+ m: Hệ số phụ thuộc bề mặt cốt thép.
Với cốt tròn trơn m = 5 - 6; thép có gờ m = 3 - 3,5.
+ Rbn: Cường độ chịu nén tiêu chuẩn của bê tông

Hình 1.5. Thí nghiệm xác định lực dính theo tiêu chuẩn Nga
1.4.2. Theo tiêu chuẩn Australia

(1-5)

Trong đó:
+ f’c: Cường độ chịu nén của bê tông(xác định trên mẫu thí nghiệm hình trụ
15x30cm)
+ c: Chiều dày lớp bê tông bảo vệ nhỏ nhất.
19


20
+ Ф: Đường kính cốt thép.
1.4.3. Theo tiêu chuẩn Eurocode EC2
(1-6)

Trong đó:
+ η1=1,4

+ η2:Hệ số phụ thuộc điều kiện bảo dưỡng bê tông. η 2=1 trong điều kiện tốt; η 2 =0,7
trong điều kiện khác.
+ fcdt: Cường độ chịu kéo của bê tông.
Theo Tiêu chuẩn Eurocode EC2, cường độ chịu kéo fcdt được xác định từ cường độ
chịu nén fck (xác định trên mẫu thí nghiệm hình trụ 15x30 cm) theo công thức sau:
fcdt= 0,3.fck2/3

(1-7)

1.4.4. Theo tiêu chuẩn ACI
(1-8)
Trong đó:
fc: Cường độ chịu nén của bê tông(xác định trên mẫu thí nghiệm hình trụ 15x30cm).
Ф: Đường kính cốt thép
1.5. Các mô hình bám dính giữa bê tông và cốt thép thường
Ứng xử bám dính giữa bê tông và cốt thép thường được mô tả thông qua quan hệ giữa
ứng suất bám dính với chuyển vị trượt . Ở dạng tổng quát, quan hệ này có dạng:
(1-9)

Trong đó:
20


21
A, n: Là các hệ số mô tả hàm lực bám dính, là cường độ chịu nén danh định của bê
tông.
Ứng xử bám dính, nói chung chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố, do đó, rất khó để
mô tả chúng ở dạng một hàm toán học đúng cho mọi trường hợp. Rất nhiều công trình
nghiên cứu dựa trên các thí nghiệm kéo tuột (pull-out test) và thí nghiệm kéo giãn để
xác định hàm ứng xử bám dính đã được thực hiện.

Một số kết quả điển hình trong các công trình này được thống kê trong Bảng 1.2 và
các Hình 1.6, Hình 1.7 và Hình 1.8 bên dưới đây.
Bảng 1.2. Các phương trình về quy luật bám dính

21


22

Hình 1.6. Các mô hình bám dính của bê tông thường

Hình 1.7. Các mô hình bám dính của bê tông cường độ cao

Hình 1.8. Mô hình bám dính – trượt của tiêu chuẩn Model Code 1990
22


23
1.6. Các mô hình bám dính giữa bê tông và cốt cường độ cao
Lực bám dính giữa cốt cường độ cao có bám dính tức thời với bê tông cũng bao gồm
các thành phần như ở cốt thép thường tức là bám dính hoá học, ma sát và tương tác cơ
học. Trong khi ở cốt thép có gờ, tương tác cơ học đóng vai trò quan trọng nhất thì ở
các tao cường độ cao, người ta phải phân biệt cơ chế bám dính giữa vùng truyền
cường độ cao (ở đầu cấu kiện) và vùng nứt ở trong cấu kiện. Sự cài khoá giữa cốt
cường độ cao và bê tông xảy ra chủ yếu trong vùng nứt ở bên trong cấu kiện. Ở đây,
cốt cường độ cao nói chung vẫn giữ được hình dạng xoắn bện nên tạo ra được sự cài
khoá với bê tông như ở cốt thép có gờ.
Hình 1.9 dưới đây trình bày cách xác định diện tích “gờ” quy đổi để có thể áp dụng
các công thức của cốt thép có gờ đối với cốt cường độ cao.

Hình 1.9. Cách xác định diện tích gờ cốt thép quy đổi
Các nghiên cứu của nhiều tác giả đã cho thấy, do không được kiềm chế chống quay và
khả năng chống xoắn kém của các tao thép ở đầu các cấu kiện nên ở đó, cơ chế cài
khoá giữa bê tông và cốt cường độ cao không phát huy tác dụng đáng kể. Các tao thép
dịch chuyển trong các rãnh trong bê tông. Do đó, ở các khu vực truyền cường độ cao,
lực bám dính chủ yếu do lực ma sát và bám dính hoá học tạo ra.
Do đó, các nghiên cứu của Nitsch [6] chỉ ra rằng, sự kiềm chế chống quay của cốt
23


24
cường độ cao ở khu vực đầu cấu kiện chỉ bắt đầu có ảnh hưởng lớn đến ứng xử bám
dính khi có chuyển vị trượt lớn hơn 0,25 mm. Một số nghiên cứu khác cho thấy, cơ
chế bám dính của của các tao cường độ cao trong khu vực truyền cường độ cao là do
bám dính hoá học và ma sát. Theo các nghiên cứu này, lực ma sát hình thành nhờ các
bề mặt cốt thép có tính ráp nhất định và việc dịch chuyển của cốt cường độ cao trong
bê tông sinh ra các mạt xi măng chèn vào khoảng hở giữa cốt cường độ cao và bê
tông. So với cốt thép tròn trơn, lực ma sát giữa bê tông với cốt cường độ cao lớn hơn
nhiều.
Ngoài ra, ở khu vực truyền cường độ cao, ma sát giữa cốt cường độ cao với bê tông
còn được tăng lên nhờ “hiệu ứng Hoyer”. Ở đây, do cốt cường độ cao ở gần đầu tự do
có biến dạng gần bằng 0 nên có kích thước mặt cắt ngang lớn hơn phần ở trong cấu
kiện nơi nó đang bị kéo căng. Sự chênh lệch mặt cắt ngang này tạo thành lực nêm làm
tăng lực ma sát (Hình 1.10).
Bên cạnh đó chuyển vị của cốt cường độ cao còn gây ra tác động “cài ren” cốt cường
độ cao vào bê tông do sự xoắn của cốt cường độ cao.

Hình 1.10. Cơ cấu truyền lực ở đầu cốt cường độ cao
Công thức sau của Uijl [6] cho phép xem xét ảnh hưởng của các yếu tố trên đến lực
bám dính giữa bê tông và cốt cường độ cao trong khu vực truyền lực:

24


25
(1-10)

Trong đó:
+ fp(x): Là ứng suất trong cốt cường độ cao.
+ s(x): Là chuyển vị trượt.
+ Số hạng thứ nhất trong công thức trên là độ lớn do lực dính.
+ Số hạng thứ 2 phản ánh hiệu ứng Hoyer.
+ Số hạng thứ 3 là lực ma sát do mạt xi măng trong khe hở giữa bê tông và cốt cường
độ cao sinh ra.
+ Số hạng thứ 4 phản ảnh lực “cài ren” giữa cốt cường độ cao và bê tông.
Các nghiên cứu cho thấy, công thức trên cho kết quả khá phù hợp với bê tông có
cường độ khoảng 55MPa. Nitsch [6]đã phát triển công thức này thành một dạng đơn
giản hơn như sau:
(1-11)

Trong thực tế tính toán, thiết kế, ứng suất bám dính trung bình trên chiều dài truyền
và chiều dài triển khai đóng vai trò quan trọng hơn quy luật phân bố ứng suất bám
dính. Với các cốt cường độ cao thông thường, ứng suất bám dính trung bình f bp được
xác định theo quan hệ sau:

(1-12)

+ Với α1phụ thuộc vào phương pháp cắt cốt cường độ cao khỏi bệ; α 1= 1 khi cốt
cường độ cao được cắt từ từ và α1= 1,2 khi chúng được cắt đột ngột.
+ fcj:Là cường độ bê tông lúc truyền cường độ cao.

25