Nghiên cứu khả năng chịu cắt tại liên kết cột ống thép nhồi bê tông với dầm bẹt bê tông cốt thép

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

,

TRẦN QUANG KHẢI

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU CẮT TẠI
LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG
VỚI DẦM BẸT BÊ TÔNG CỐT THÉP

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

Đà Nẵng - Năm 2018


Công trình được hoàn thành tại
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐÀO NGỌC THẾ LỰC

Phản biện 1: GS.TS. PHAN QUANG MINH

Phản biện 2: TS. LÊ ANH TUẤN

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng Công trình dân dụng và Công nghiệp
họp tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 07 tháng 07 năm
2018.

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học
Bách khoa
- Thư viện Khoa Xây dựng dân dụng & Công nghiệp,
Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng.


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, xu hướng xây dựng nhà cao tầng ngày càng được sử
dụng nhiều ở Việt Nam. Một hệ kết cấu hợp lý sẽ đem lại ý nghĩa lớn về
mặt kĩ thuật và hiệu quả sử dụng cho công trình. Đối với nhà nhiều
tầng, khi nhà càng cao và nhịp khung lớn thì lực dọc trong cột sẽ càng
lớn. Do đó, việc nghiên cứu liên kết cột biên CFST với sàn phẳng bê
tông cốt thép là cần thiết để đưa ra các giải pháp cấu tạo, khảo sát các
ứng xử, trạng thái làm việc cũng như cơ chế truyền lực nhằm áp dụng
hiệu quả hệ kết cấu sàn phẳng BTCT và cột ống thép nhồi bê tông trong
xây dựng nhà cao tầng hiện nay. Đấy là lý do để thực hiện luận văn với
đề tài: “Nghiên cứu khả năng chịu cắt tại liên kết cột ống thép nhồi
bê tông với dầm bẹt bê tông cốt thép”.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu tổng quan về cột CFST, dầm bẹt bê tông cốt thép;
liên kết giữa cột CFST với hệ dầm;
Nghiên cứu tìm hiểu các cơ chế truyền lực cắt đóng góp vào khả
năng kháng cắt của cấu kiện và công thức tính toán của từng cơ chế;

Thí nghiệm xác minh khả năng làm việc của kết cấu với lý thuyết
nghiên cứu.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Mối liên kết giữa cột CFST và dầm bẹt
BTCT.
Phạm vi nghiên cứu: Khả năng chịu cắt tại liên kết giữa cột CFST
với dầm bẹt BTCT.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết tính toán; nghiên cứu thực nghiệm.
5. Kết quả dự kiến
Đưa ra chỉ dẫn tính toán;


2
Đánh giá tính hiệu quả của liên kết cột CFST với dầm bẹt BTCT
bằng thực nghiệm.
6. Bố cục của đề tài
Mở đầu:
1. Tính cấp thiết của đề tài
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4. Phương pháp nghiên cứu
5. Kết quả dự kiến
Chƣơng 1: Tổng quan về kết cấu cột CFST, dầm bẹt bê tông cốt
thép, liên kết giữa cột CFST với hệ dầm.
Chƣơng 2: Các cơ chế truyền lực cắt.
Chƣơng 3: Thí nghiệm và xác minh với lý thuyết tính toán.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN CỘT CFST, DẦM BẸT BTCT, LIÊN KẾT GIỮA

CỘT CFST VỚI HỆ DẦM
1.1. TỔNG QUAN VỀ CỘT CFST
1.1.1. Khái niệm về cột ống thép nhồi bê tông
Cột ống thép nhồi bê tông (Concrete Filled Steel Tube viết tắt
CFST) là một kết cấu liên hợp bao gồm vỏ ống thép và lõi bê tông cùng
làm việc chung với nhau (Hình 1.1).
1.1.2. Phân loại cột ống thép nhồi bê tông
Cột ống thép nhồi bê tông về mặt cấu tạo rất đa dạng.
1.1.3. Ƣu điểm, nhƣợc điểm của cột ống thép nhồi bê tông
a. Ưu điểm
Độ bền của lõi bê tông (lớp vỏ thép với chức năng như lớp áo bọc


3
chặt bên ngoài) đã được tăng khoảng 2 lần so với độ bền của bê tông
thường. Tăng tính va đập.
b. Nhược điểm
Một cấu kiện CFST bao gồm hai vật liệu với sự khác nhau về
đường cong ứng suất-biến dạng và ứng xử cũng có sự khác biệt rõ rệt.
Sự tương tác giữa hai vật liệu này đặt ra một bài toán khó trong việc xác
định thuộc tính kết hợp như mô men quán tính, môdul đàn hồi. Chưa có
nghiên cứu cụ thể.
1.2. TỔNG QUAN VỀ SÀN PHẲNG KẾT HỢP DẦM BẸT BTCT
1.2.1 Sàn phẳng có dầm bẹt
Ưu điểm: Tiết kiệm vật liệu, tăng được số tầng, tạo được không
gian lớn với kết cấu thanh mảnh, trần phẳng không cần làm thêm trần
treo che kết cấu, giải quyết cơ bản vướng mắc giữa yêu cầu công năng
sử dụng trong thiết kế kiến trúc và giải pháp kết cấu phù hợp.
Tuy nhiên khi dùng hệ kết cấu này điều quan trọng là tìm bề rộng
phù hợp của dầm bẹt nhằm thõa mãn sự làm việc đồng thời của dầm và

sàn, nhằm hạn chế độ võng của sàn. Cần xét ảnh hưởng của hệ sàn có
dầm bẹt đến độ cứng ngang của công trình , đặc biệt là kết cấu nhà cao
tầng.
1.2.2. Ứng dụng sàn phẳng có dầm bẹt
Như đã ph n tích ở trên, do giải quyết được vướng mắc giữa yêu
cầu công năng sử dụng trong thiết kế kiến trúc và kết cấu nên sàn phẳng
có dầm bẹt đang được sử dụng ngày càng rộng rãi. Một số công trình
tiêu biểu ở Đà Nẵng sử dụng hệ sàn phẳng có dầm bẹt như
Công trình Indochina Riverside Tower
+ Địa điểm xây dựng: Số 74 đường Bạch Đằng (tiếp giáp 3 mặt
tiền đường Bạch Đằng – Phan Đình Phùng – Trần Phú), Quận Hải
Châu.
Trung tâm công nghệ phần mềm Đà Nẵng


4
+ Địa điểm x y dựng Số 02 đường Quang Trung, Quận Hải
Châu.
1.3. TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP LIÊN KẾT CỘT CFST VỚI
DẦM BẸT BTCT
Nghiên cứu về khung gồm cột CFST và dầm bê tông cốt thép
chưa được nghiên cứu phổ biến như khung gồm cột CFST với dầm thép
hình. Một số nghiên cứu gần đ y của Nie (2008) [1] và Bai (2008) [2],
Qing Jun Chen (2015) [3], H.Y. Yu (2013) [4], D.V Bompa (2015) [5]
đã góp phần làm sáng tỏ về loại liên kết này đồng thời cung cấp các dữ
liệu quý giá làm nên tảng cho các nghiên cứu s u hơn về loại liên kết
này trong tương lai.
1.3.1. Nghiên cứu của Nie (2008) [1] và Bai (2008) [2]
Nie (2008) [1] và Bai (2008) [2] đã phát triển một hệ thống liên
kết gồm cột CFST được bọc bên trong cột bê tông cốt thép và dầm bê

tông cốt thép sẽ đi xuyên qua vị trí liên kết.
Trong nghiên cứu này, tại vị trí liên kết cột - dầm do ống thép bị
gián đoạn, một dầm v ng gia cường ring-beam bằng bê tông cốt thép
đã được sử dụng nhằm mục đích cung cấp một hiệu ứng hạn chế nở
hông cho vùng bê tông l i. ì thế khả năng chịu lực dọc của cột tại vị
trí liên kết được đảm bảo.

Hình 1.11. Hình dạng liên kết đề xuất bởi Nie và Bai
1.3.2. Nghiên cứu của Qing Jun Chen (2015) [3]
Qing Jun Chen (2015) [3] đã giới thiệu một kiểu liên kết cột
CFST với dầm bê tông cốt thép và liên kết này đã được áp dụng tại tầng
hầm của một t a nhà cao tầng ở Quảng Ch u, Trung Quốc.


5
Trong hệ thống này, ống thép bị gián đoạn tại vị trí liên kết dầm cột, và thép dọc dầm sẽ xuyên qua vùng kết nối. Dầm v ng ring-beam
bằng bê tông cốt thép được sử dụng để bù đắp cho sự suy giảm khả
năng chịu lực nén dọc do sự gián đoạn của ống thép.

Hình 1.15. Hệ thống dầm xuyên qua liên kết
1.3.3. Nghiên cứu của H.Y.Yu (2013) [4]
Nhận thấy khả năng chịu lực của các liên kết dưới tác dụng của
động đất là rất quan trọng cho toàn bộ công trình, với việc xem xét cơ
chế "mạnh liên kết - yếu các thành viên" H.Y. Yu (2013) [4] đề xuất
một loại liên kết mới nhằm mục đích tăng cường khả năng chịu lực tại
các vị trí quan trọng.

Hình 1.17. Cấu tạo của liên kết và thí nghiệm kiểm tra
1.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1
Liên kết cột ống thép nhồi bêtông với dầm bêtông cốt thép đang

được áp dụng ngày càng nhiều. Tuy nhiên, số lượng nghiên cứu chưa
nhiều, ứng xử của liên kết chưa được hiểu r , hầu hết các nghiên cứu
hiện nay về loại liên kết này đều chủ yếu tiến hành trên thực nghiệm và
kết quả ph n tích đánh giá cũng dựa vào các dữ liệu từ thực nghiệm, các
công thức tính toán về loại liên kết này chưa được cụ thể hóa. Đồng thời
các nghiên cứu khả năng chịu cắt của tại vị trí liên kết của kết cấu này


6
như các cơ chế truyền lực cắt, thành phần tham gia chịu lực cắt... cũng
chưa được nghiên cứu cụ thể, các nghiên cứu chỉ chung chung và dựa
trên kết quả ph n tích thí nghiệm là chủ yếu. Trong chương 2 của luận
văn các cơ chế tryền lực cắt sẽ được trình bày r ràng hơn.
CHƢƠNG 2
NGHIÊN CỨU CÁC CƠ CHẾ TRUYỀN LỰC CẮT
Hiện nay, các nghiên cứu về loại liên kết này chưa nhiều và hầu
hết chưa có các công thức tính toán cụ thể, các nghiên cứu về vấn đề
này còn rất ít. Vì vậy để tạo độ tin cậy trong tính toán, Chương 2 này sẽ
phân tích ảnh hưởng của các cơ chế truyền lực cắt khác nhau đến khả
năng chịu cắt của dầm bẹt tại vị trí liên kết từ đó xác định khả năng chịu
cắt cho dầm.
2.1. CÁC CƠ CHẾ TRUYỀN LỰC CẮT QUA VẾT NỨT NGHIÊNG:
Đối với kết cấu bê tông cốt thép thông thường và kết cấu bê
tông cốt thép hỗn hợp khi chịu tác dụng của lực cắt thì trong dầm sẽ
xuất hiện các vết nứt nghiêng.Các thành phần lực kháng cắt bao gồm:
Sự cài khóa của các cốt liệu, Vagg - Aggregate interlock;
Sự kháng cắt của bê tông vùng nén, Vch - Concrete compressive
zone;
Sự kháng cắt của cốt dọc, Vdow - Dowel action ;
Sự làm việc của cốt đai, sw,i - Transverse reinforcement ;

Sự làm việc của Shear – key, V

Hình 2.1. Cơ chế truyền lực cắt qua vết nứt nghiêng
Như vậy, khả năng chịu cắt của dầm là tổng các sự kháng cắt


7
trong từng cơ chế được thể hiện qua công thức tổng quát sau:

Vtot

Vch V

Vagg Vdow

Vsw,i

(2.1)

2.2. SỰ CÀI KHÓA CỦA CÁC CỐT LIỆU:
Khi chịu tác dụng của lực cắt trong dầm sẽ xuất hiện các vết nứt
nghiêng gây ra sự kéo và tách trượt của hai phần dầm. ì cường độ viên
đá lớn hơn so với bê tông nên vết nứt sẽ phá hoại các mạch vữa làm cho
các cạnh viên đá th ra trên các mặt đối diện của bề mặt vết nứt tạo nên
sự cài khóa lẫn nhau của các cốt liệu (Hình 2.2). Cụ thể là các cốt liệu
của bê tông (hạt xi măng, cát, đá) sẽ trượt lên nhau tạo ra sự cài khóa và
lực ma sát từ đó tạo ra lực kháng cắt do việc cài khóa giữa các cốt liệu.
Ứng suất của cơ chế này phụ thuộc hình dáng vết nứt, bề rộng vết nứt,
độ bao phủ của hạt xi măng với cốt liệu, độ sắc cạnh của cốt liệu, mô
đun độ lớn của các cốt liệu, v.v.

Khi đó trên bề mặt vết nứt xuất hiện 02 ứng suất chính là ứng
suất tiếp agg và ứng suất pháp agg
. Ứng suất tiếp agg xuất
hiện khi các cốt liệu trượt lên nhau tạo ra lực ma sát để kháng cắt. Các
ứng suất này được tính theo công thức (2.2) và (2.3).

Hình 2.2. Cơ chế cài khóa của các cốt liệu
Công thức tính toán cho cơ chế trên được đề xuất bởi Walraven
[6] [7] như sau
agg
agg

pu
pu

As

Aw

(2.2)

Aw

As

(2.3)


8
Cường độ chịu nén của vữa

nén của bê tông
thức (2.4)

fc

và hệ số mà sát

pu

pu

phụ thuộc vào khả năng chịu
(Hình 2.2) xác định theo biểu

5,83 fc0,63

(2.4)

Diện tích tiếp xúc Aw và As phụ thuộc vào bề rộng vế nứt w,
độ trượt vết nứt s , đường kính cốt liệu lớn nhất dg và tỷ lệ cốt Mối
liên hệ giữa Aw và As phụ thuộc vào bề rộng vết nứt, độ trượt vết nứt,
đường kính cốt liệu và tỷ lệ cốt liệu trên một đơn vị thể tích bê tông ρk.
Từ mô hình mô phỏng vết nứt cắt (Hình 2.2) diện tích tiếp xúc Aw và As
xác định theo công thức tổng quát (2.5)
d2

Ai

k
d1

4

.F

D
.G k ( s , w, D).dD(i = w, s)
dg

(2.5)

Sự đóng góp của cơ chế này vào khả năng kháng cắt giảm dần
từ giai đoạn bắt đầu gia tải đến giai đoạn cực hạn.
2.3. KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA BÊ TÔNG VÙNG NÉN
Cơ chế này nói về khả năng chịu cắt của cấu kiện tại vùng bê
tông chịu nén.
Khả năng kháng cắt bởi bê tông chịu nén phụ thuộc vào cường
độ chịu nén của bê tông, kích thước cấu kiện, vị trí trục trung hòa và sự
phân bố của lực nén.


9

Hình 2.5. Cơ chế chịu cắt của vùng nén bê tông
ch

ch

Vch
b. c

Nch
b. c

(2.14)

(2.15)

Dưới lực tác dụng Pi, ứng suất cắt và ứng suất tiếp tại vùng
bêtông chịu nén gia tăng theo tỷ lệ thuận, thực tế chúng liên quan đến
hệ số λk [6] [7]
ch

k

.

lx,cr
k

c

ch

(2.16)
(2.17)

2.4. KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA CỐT ĐAI:
Đối với cấu kiện bê tông cốt thép, cốt đai không chỉ đóng vai
trò trong việc tạo hình cho cấu kiện mà c n đóng vai tr quan trọng
trong việc tham gia vào khả năng chịu cắt của cấu kiện. Khi dầm chịu

cắt, trên dầm xuất hiện nhiều vết nứt nghiêng với chiều dài và bề rộng
khác nhau. Khả năng đóng góp của cơ chế này vào khả năng kháng cắt
của cấu kiện phụ thuộc lớn vào mô đun đàn hồi của cốt đai, đường kính
cốt đai, chiều dài, bề rộng vết nứt chính, chiều dài neo của cốt đai và
được xác định theo công thức (2.12).


10

Hình 2.3. Cơ chế chịu cắt của cốt đai
Công thức tính toán cho cơ chế:

Vsw,i
sw , i

db2 Esw

4
w cr
l s w ,i

sw,i

(2.12)

(2.13)

Bề rộng vết nứt càng lớn làm cho cốt đai giãn dài lớn sẽ gây ra
ứng suất lớn tại cốt đai, tuy nhiên độ giãn dài của cốt đai trong thiết kế
không nên vượt quá miền đàn hồi.

2.5. ĐÓNG GÓP CỦA CỐT DỌC VÀO KHẢ NĂNG CHỊU CẮT
CỦA DẦM
Đối với cơ chế truyền lực cắt này cốt dọc đóng vai tr như một
cốt (dowel) để ngăn cản sự tách bê tông theo phương ngang khi vết nứt
nghiêng cắt qua. Sự hoạt động chịu cắt của cốt dọc có thể tóm tắt qua
02 giai đoạn:
+ Giai đoạn 1: Vết nứt cắt ngang cốt dọc nhưng chưa tách rời
bê tông.
+ Giai đoạn 2: Vết nứt phá hoại bê tông lớp bê tông bảo vệ và
tách rời ra khỏi cốt dọc và đồng thời gây ra chuyển vị của cốt dọc.


11

Hình 2.4. Cơ chế chịu cắt của cốt dọc
Khả năng kháng cắt của cơ chế này phụ thuộc vào đường kính
cốt dọc, cách bố trí cốt dọc, bề rộng mặt tiếp xúc giữa bê tông và cốt
thép tại vị trí phá hoại và cường độ chịu cắt của bê tông.
Công thức tính toán đề xuất

db3 . f s (1
Vdow,u

Vd ow,br

Vd ow,sp

s

f ys

).cos(

ldow
dow

3.ldow

d 2 (0.5

4
c1 cot fct

Vdow Vdow,u

2.75) f ct

Vdow,br Vdow,u

)
(2.10)

(2.11)
(2.12)
(2.13)

2.6. HOẠT ĐỘNG CỦA SHEAR - KEY
Shear key là đoạn thép hình tiết diện H được hàn cứng vào
thành ống thép dùng để kết nối dầm và cột đảm bảo sự làm việc liên tục
tại nút. Cánh dưới của Shear - key đóng vai tr như gối đỡ cho thanh

chống phát triển. Trong từng trường hợp cụ thể, độ dài shear-key ảnh
hưởng đến hình dáng của thanh chống. Khi lực tác dụng tăng lên tạo ra
ứng suất lớn trong thanh chịu nén sẽ gây ra vết nứt nghiêng. Vết nứt này
có thểcắt qua shear-key hoặc phát triển bên dưới shear-key. Độ lớn của


12
lực cắt tính theo công thức (2.18).

Hình 2.6. Hoạt động chịu cắt của shear - key
Trong một vài trường hợp vết nứt cắt ngang qua shear – key
nhưng chỉ ở phần bên dưới thanh chịu nén. Ở giai đoạn cực hạn, điểm
xoay xuất hiện ở phía dưới cánh dưới của thanh shear – key đồng thời
làm trượt phần bê tông chịu kéo ra khỏi shear – key. Tổng lực tạo ra sự
trượt của phần bê tông có liên quan đến bề rộng vết nứt. Sau khi sự
trượt xuất hiện, phát sinh một ứng suất dư giữa hai mặt bị tách rời của
cấu kiện

V

2 .

2

.bvcv .cot

0,5Mpa

b,v,max

v(

b ,v

b , v ,max )

0,1mm

0,8 [8] [9]

(2.18)
(2.19)
(2.20)
(2.21)

2.7. KẾT LUẬN CHƢƠNG 2
Trong chương này đã trình bày về các cơ chế đóng góp vào khả
năng kháng cắt của cấu kiện đồng thời đã đữa ra quy trình tính toán
cũng như công thức cụ thể. Tuy nhiên để tăng độ tin cậy cho lý thuyết
tính toán thì cần có thí nghiệm cụ thể. Việc thực hiện thí nghiệm để xác
minh lý thuyết tính toán sẽ được trình bày ở Chương 3.


13
CHƢƠNG 3
KHẢO SÁT LIÊN KẾT BẰNG THỰC NGHIỆM
Như đã ph n tích ở chương 2, khả năng chịu cắt tại liên kết giữa
cột CFST và dầm bẹt BTCT đã được cấu tạo và đưa ra quy trình tính,
tuy nhiên để kiểm tra liên kết đề xuất có đảm bảo các yêu cầu về mặt kĩ
thuật thì cần phải thực hiện thí nghiệm để xác nhận tính hợp lý của giải

pháp cấu tạo và độ tin cậy của quy trình tính toán liên kết. Trong
chương này sẽ tiến hành chế tạo mẫu và thí nghiệm mẫu liên kết cột
CFST với dầm bẹt BTCT.
3.1. CHẾ TẠO MẪU, THIẾT BỊ VÀ THIẾT LẬP THÍ NGHIỆM
3.1.1. Cấu tạo liên kết cột CFST – dầm bẹt BTCT và thiết kế
mẫu thí nghiệm
Cấu tạo liên kết Căn cứ vào ph n tích cơ chế truyền tải trọng và
cơ chế phá hoại do cắt trong liên kết giữa dầm - cột BTCT, liên kết dầm
bẹt BTCT với cột CFST được cấu tạo gồm Mũ thép chịu cắt (shearhead), sử dụng thép chữ H được hàn trực tiếp lên bề mặt bên ngoài của
ống thép (Hình 3.1) xem như một cái chốt (shear key) đảm bảo tính liên
tục giữa sàn và cột CFST, làm tăng khả năng chịu cắt cho dầm. Cánh
dưới của thép hình mở rộng, xem như điểm tựa cho các thanh chống
nghiêng bê tông làm việc, đảm bảo cơ chế truyền lực nén từ dầm vào
cột. Bên cạnh đó, cốt thép dầm được xiên qua cột thông qua các lổ
khoan sẵn trên mặt cột nhằm nâng cao tính liên tục cho liên kết và khả
năng chịu mô men của dầm.

Hình 3.1. Cấu tạo liên kết


14

6000

6000

Để đảm bảo độ tin cậy và tính kết nối với công trình thực tế, mẫu
thí nghiệm được chọn dựa trên việc phân tích một mặt bằng sàn có kích
thước như Hình 2. Sử dụng phương án dầm bẹt, cột ống thép nhồi bê
tông. Kích thước dầm được chọn b×h=600×350(mm). Cột sử dụng ống

thép hộp vuông 300×300×10(mm). Shear-head chọn thép hình tiết diện
chữ H, với chiều cao tiết diện dầm h=350mm, chọn H200×200, đoạn
vươn của shear-head lấy lv=250mm. Shear-head được hàn vào mặt cột
bằng đường hàn dọc theo chu vi tiết diện và lệch xuống phía dưới so với
trục tiết diện.
Tải trọng trên sàn được tính theo TCVN 2737-1995 với trọng
lượng bản thân và hoạt tải sử dụng phân bố đều trên sàn là q =15kN/m2.
Ph n tích mô men xác định chiều dài của dầm thí nghiệm tại vị trí mô
men đạt giá trị bằng 0 (Hình 3.2.)

6000

d600x350

6000

6000

6000

Hình 3.2. Chọn kích thước dầm


15
Cét CFT

H200x200

Ø8
a150

Ø8
a50

250

7Ø12
150

300

250

1400

150

350
650

(300x300)

150

7Ø22
2Ø20

Ø8
a50

7Ø12
1400

150

3100
50 100100 50
225

250

300

250

2Ø20
350

200
650

(300x300)

7Ø22

Ø8
a150
7Ø12

225

325

H200x200

650

122 163

325

50 200 100

Cét CFT

600
300

CẤU TẠO LIÊN KẾT

MẶT CẮT NGANG- BỐ TRÍ THÉP

Hình 3.3. Chọn kích thước dầm
3.1.2. Chế tạo mẫu thí nghiệm
Cốt thép dầm được xun qua các lổ khoan sẵn trên mặt cột sau
đó lắp đặt cốt đai chịu cắt. Sau đó tiến hành đóng ván khn. Các cốt
thép này được buộc thành khối với nhau.

Hình 3.6. Bố trí cốt thép cho mẫu và vị trí, kí hiệu Strain gauge

16
3.1.3. Tiến hành đổ bê tông mẫu:
Tiếp theo là tiến hành đổ bê tông. Bê tông cho sàn sử dụng bê
tông thiết kế M350 trộn thủ công bằng máy dùng phụ gia hóa dẻo để
giảm lượng nước cho bê tông. Mẫu đổ bê tông xong được dưỡng hộ
trong điều kiện phòng thí nghiệm
3.1.4. Thí nghiệm xác định cƣờng độ vật liệu:
Bảng 3.1. Kết quả thí nghiệm bê tông
Thí nghiệm ngày uốn mẫu dầm
Kích thước
STT
mẫu
fctest (MPa)
ft, test(MPa)
1

150×300

2
STT

29.70

3.00

150×150
36.23
--Bảng 3.2. Kết quả thí nghiệm cốt thép
A(mm2)

fy(MPa)
(mm)

1

8

50.24

300

2

20

314.0

454

3
22
379.9
454
Ghi chú: kết quả cường độ vật liệu trong bảng 1 và 2 là giá trị
trung bình của các tổ mẫu thí nghiệm.
3.1.5. Thiết bị thí nghiệm
a. Strain gauges:
b. Cảm biến đo chuyển vị LVDT
c. Máy bơm dầu
d. Kích thủy lực

17
3.1.6. Thiết lập, bố trí thí nghiệm:

Hình 3.20. Thiết lập thí nghiệm
Mẫu thí nghiệm được bố trí trên hệ khung gia tải gồm hệ hai
thanh neo 36 được chế tạo bởi thép cường độ cao, một đầu thanh được
neo vào dầm một đầu được neo vào hệ móng bên dưới. Tải trọng thí
nghiệm được thực hiện qua một kích thủy lực với sức n ng 2500kN đặt
dưới chân cột. Cảm biến đo áp lực dầu xác định lực tác dụng của kích,
các L DT đo chuyển vị đầu cột bố trí như Hình 3.16
3.1.7. Kết quả thí nghiệm và quan sát
Thực hiện gia tải cho mẫu với mỗi cấp tải Pi=50kN, giữ tải cho
đến khi chuyển vị của LVDT và biến dạng trong các Strain gauges ổn
định, thời gian giữ tải ở mỗi cấp là 5 phút quan sát ứng xử trên mẫu
Hình 3.18 – 3.21 thấy được sự phát triển của vết nứt khi có lực tác dụng:
Tại cấp tải P = 200kN xuất hiện vết nứt nhỏ ở mặt trên của dầm
tại vị trí gần cạnh cột;


18

Hình 3.22. Sự phát triển vết nứt tại cấp tải 300kN
Tiếp tục tăng tải trọng đến cấp tải P=300 kN các vết nứt uốn lan
trên bề mặt xuống các mặt bên của dầm, xu hướng của vết nứt là thẳng
góc ở trên và xiên dần khi xuống bụng dầm.

Hình 3.23. Sự phát triển vết nứt tại cấp tải 400kN
Cấp tải P=400 kN các vết nứt phát triển thêm, một vài vết nứt

mới phát triển. Bề rộng vết nứt nghiêng lớn nhất đo được wcr = 0.1mm,
góc nghiêng của vết nứt cr = 50o, chiều cao bê tông vùng nén tại đỉnh
của vết nứt nghiêng c=120mm.


19

Hình 3.24. Sự phát triển vết nứt tại cấp tải 500kN
Tại Pu= 500 kN vết nứt nghiêng từ tấm đặt tải phát triển về cánh
dưới của shear-head với góc nghiêng 45o, chiều cao bê tông vùng nén
tại đỉnh của vết nứt nghiêng c=10cm, Bề rộng vết nứt nghiêng lớn nhất
đo được wcr = 0.5mm.

Hình 3.25. Sự phát triển vết nứt tại cấp tải 628kN
Cấp tải Pu= 628 kN,vết nứt uốn lớn tại cạnh cột wcr = 2mm, các
vết nứt nghiêng lan nhanh về đỉnh của Shear-head, bề rộng vết nứt
không phát triển đáng kể với wcr,max=1.0mm, dầm chuyển vị nhanh và
không tiếp nhận thêm tải trọng, bê tông vùng nén tại mặt dưới của dầm
gần mặt cột bị ép vỡ, dầm phá hoại.
Qua quan sát trạng thái vết nứt cho thấy dầm bị phá hoại uốn, các
vết nứt nghiêng chưa phát triển hết. Như vậy khả năng chịu cắt của
dầm lớn hơn so với khả năng chịu uốn.


20
Trên Hình 3.26 là đồ thị quan hệ tải trọng và chuyển vị của dầm
thí nghiệm, cho thấy từ cấp tải P =550kN tải trọng tăng chậm nhưng
biến dạng phát triển rất nhanh, điều này phù hợp với những quan sát từ
mô hình khi các vết nứt thẳng góc tại cạnh cột phát triển nhanh hơn,
chuyển vị đứng tại cột tăng nhanh trong khi các vết nứt cắt hầu như

không phát triển. Dầm bị phá hoại uốn.

Hình 3.26. Đồ thị tải trọng – chuyển vị

Hình 3.27. Đồ thị biến dạng của cốt đai
Trong thí nghiệm khảo sát biến dạng của cốt đai bằng cách bố trí
các Strain gauge ở giữa các nhánh cốt đai. Kết quả thu được trên Hình
3.27 cho thấy ứng xử của cốt đai tương đối phức tạp và biến dạng trong
cốt đai phụ thuộc lớn vào số lượng vết nứt và bề rộng của vết nứt cắt
qua cốt đai.


21
3.1.8. Tính toán xác minh lý thuyết tính toán
Từ kết quả thí nghiệm liên kết dầm bẹt và cột ống thép nhồi bê
tông cho thấy mô hình vết nứt trên dầm như Hình 3.24 và các kết quả
đo đạc vết nứt cắt ở Bảng 3, cùng với các cơ chế truyền lực cắt đã ph n
tích, thực hiện tính toán sự đóng góp từng cơ chế vào khả năng chịu cắt
của dầm. Kết quả cho trong Bảng 5.

Hình 3.28. Sự phân bố vết nứt trên dầm khi bị phá hoại
Bảng 3.3. Các thông số về vết nứt cắt
Cấp tải
Pi(kN)

Bề rộng
vết nứt
w(mm)

Góc nghiêng

của vết nứt
cr (độ)

P=100%Pu
=628

1.0

400

Số cốt đai
vết nứt
nghiêng cắt
qua
1 lớp/ 4
nhánh

Bảng 3.4. Các thông số về cốt thép
Cốt đai

Cốt dọc
nf1

7

cây

f

8

mm

f1

22

mm

n

4

nhánh

nf2

2

cây

Asw

201

mm2

f2

20

mm

sw

150

mm

2

rw

0,22

%

As

3289 mm

rs

1,83

%

Chiều cao
vùng bê
tông chịu

nén (mm)
60


22
Bảng 3.5. Các thông số về kích thước mẫu thí nghiệm
b(mm)

h(mm)

a(mm)

d(mm)

f’c(Mpa)

600

350

50

350

29,7

Bảng 3.6. Khả năng chịu cắt của dầm theo các cơ chế truyền lực cắt (kN)
Lực cắt
Vi(kN)

Sự cài
khóa của
các cốt
liệu
15.16

Cốt đai

Cốt
dọc

Chốt
chịu
cắt

Vùng nén
bê tông

Vsw1

Vsw2

0.14

0.0

189.2

131.95

---

Σ

i

336.5

Vtest
314.0

Hình 3.29. Biểu đồ thể hiện sự đóng góp của từng cơ chế

Hình 3.30. Biểu đồ thể hiện khả năng kháng cắt theo lý thuyết và thí nghiệm
Qua kết quả tính toán thấy rằng:
- Khả năng kháng cắt của cơ chế Aggregate Interlock đóng góp
không đáng kể vào khả năng chịu cắt ở giai đoạn phá hoại của dầm
- Hoạt động của dowel quá bé. Nên trong tính toán có thể bỏ qua.
- Vết nứt nghiêng chủ đạo (có bề rộng vết nứt lớn nhất) không cắt


23
qua Shear – key, nên không tồn tại lực cắt do Shear key gây ra
- Lực cắt trong bê tông vùng nén và trong cốt đai chiếm tỉ lệ
lớntrong tổng khả năng chịu cắt của .
- Và tổng lực cắt tính toán theo các cơ chế chênh lệch không đáng
kể so với kết quả thí nghiệm chứng tỏ được độ tin cậy của mô hình tính
và tính hợp lý sự đóng góp của từng cơ chế.
Như vậy, căn cứ vào kết quả tính đối chiếu với thực nghiệm cho
thấy, lực cắt trong bê tông vùng nén và cốt thép đai đóng vai tr quan

trọng và chiếm phần lớn khả năng chịu cắt của dầm, như vậy trong tính
toán thiết kế chỉ cần kể đến hai thành phần chính này trong khả năng
chịu cắt của dầm, các cơ chế còn lại đóng góp không đáng kể và xem
như tăng độ an toàn cho dầm khi chịu cắt.
3.1.9. Kết luận
Hệ kết cấu sử dụng cột CFST – dầm bẹt BTCT trong nhà cao
tầng là một giải pháp kết cấu với nhiều tiềm năng ứng dụng và cần được
khai thác sử dụngtrong kết cấu công trình vì những hiệu quả kinh tế - kỹ
thuật nó mang lại. Luận văn đã trình bày cấu tạo liên kết cột ống thép
nhồi bê tông với dầm bẹt BTCT sử dụng Shear-key dạng thép hình chữ
H hàn trực tiếp vào mặt cột đóng vai tr tiếp nhận tải trọng và đảm bảo
sự làm việc chung của dầm - cột. Mẫu thí nghiệm được thực hiện, kết
quả cho thấy phá hoại trên dầm là phá hoại uốn, Bên cạnh đó,ứng xử
nứt trên dầm qua các giai đoạn tải trọng và biến dạng của cốt đai cũng
được quan sát. Những kết quả này cung cấp một sự hiểu biết r hơn
trạng thái làm việc của dầm tại liên kết cột CFST- dầm bẹt BTCT là cơ
sở để vận dụng điều chỉnh trong tính toán thiết kế.