Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bê tông ứng lực trước

TRẦN VIỆT TÂM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

*

TRẦN VIỆT TÂM

LUẬN ÁN TIẾN SỸ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG
CỦA SÀN PHẲNG BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC

*

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng
Mã số: 9580201

MÃ SỐ: 9580201

LUẬN ÁN TIẾN SỸ

*
NĂM - 2019

Hà Nội – 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

TRẦN VIỆT TÂM

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG
CỦA SÀN PHẲNG BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng
Mã số: 9580201

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1: GS.TS PHAN QUANG MINH
2: PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG

Hà Nội - 2019


i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Hà Nội, ngày 08 tháng 08 năm 2019
Tác giả luận án

Trần Việt Tâm

ii

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Phan Quang Minh, PGS.TS
Nguyễn Ngọc Phương đã tận tình hướng dẫn, cho nhiều chỉ dẫn khoa học có giá trị,
thường xuyên động viên, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình
học tập, nghiên cứu, hoàn thành luận án và nâng cao năng lực khoa học cho tác giả.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Bộ môn công trình Bê tông cốt thép, Phòng
thí nghiệm LAS-XD125, Khoa xây dựng dân dụng và công nghiệp, Khoa đào tạo Sau
đại học nơi tác giả nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Tác giả xin cảm ơn PGS-TS Vũ Hoàng Hưng – trường Đại học thủy lợi, đã
có những ý kiến đóng góp quý báu trong xây dựng mô hình khảo sát số bằng phần
mềm ANSYS.
Cuối cùng tác giả bày tỏ lòng biết ơn người thân trong gia đình đã động viên
khích lệ, chia sẻ những khó khăn với tác giả trong quá trình thực hiện luận án.

Tác giả luận án

Trần Việt Tâm


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ......................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................ x
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................................... xi

MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án ................................................................................ 2
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu, cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu ............. 2
4. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................. 3
5. Các đóng góp mới của luận án ................................................................................... 3
6. Cấu trúc của luận án .................................................................................................. 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN
PHẲNG ............................................................................................................................ 6
1.1. Khái niệm về khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng ..................................... 6
1.2. Các mô hình xác định khả năng chống chọc thủng sàn phẳng BTCT ................... 8
1.2.1. Mô hình cơ học phá hoại chọc thủng theo điều kiện cân bằng ....................... 9
1.2.2. Mô hình thanh dàn ..................................................................................... 11
1.2.3. Mô hình phá hoại vùng kéo ........................................................................ 12
1.2.4. Mô hình uốn khi tính chọc thủng ................................................................ 16
1.2.5. Mô hình vết nứt tới hạn và góc xoay của Muttoni (2008) ............................ 17
1.3. Các mô hình xác định khả năng chống chọc thủng sàn phẳng bê tông ứng lực
trước ........................................................................................................................ 18
1.3.1. Mô hình ứng suất kéo chính ....................................................................... 18
1.3.2. Mô hình thêm lượng thép dọc chịu kéo tương đương .................................. 19
1.3.3. Mô hình ứng suất nén ngược tương đương (decompression stress) ............. 19
1.4. Nghiên cứu thực nghiệm về khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT .. 20
1.5. Khảo sát khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bằng phương pháp số ........ 23
1.6. Các tiêu chuẩn thực hành .................................................................................. 25
1.6.1. Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI-318-2014 ............................................................ 25
1.6.2. Tiêu chuẩn châu Âu EC2 (2004) ............................................................... 27
1.6.3. Tiêu chuẩn Ôxtrâylia AS3600 (2018) ........................................................ 28
1.6.4. Tiêu chuẩn Canada CSA A23.3-14 ............................................................ 29
1.6.5. Tiêu chuẩn Trung Quốc GBJ 50010-2010 .................................................. 30

iv

1.6.6. Tiêu chuẩn Anh Quốc BS 8110-1997 ........................................................ 31
1.6.7. Tiêu chuẩn Đức DIN 1045-2008 ............................................................... 31
1.6.8. Tiêu chuẩn FIB – Modal Code 2010 .......................................................... 32
1.6.9. Tiêu chuẩn TCVN 5574-2018 ................................................................... 33
1.7. Các nghiên cứu về khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT ở Việt nam
................................................................................................................................ 35
1.8. Nhận xét rút ra từ tổng quan .............................................................................. 37
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG CỦA SÀN PHẲNG
BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG MÔ PHỎNG SỐ ............................................................. 38
2.1. Giới thiệu .......................................................................................................... 38
2.2. Mô hình hóa cốt thép trong bê tông ................................................................... 40
2.3. Mô hình vết nứt trong bê tông ........................................................................... 41
2.4. Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn .................................................................. 42
2.4.1. Phần tử trong mô hình ................................................................................ 42
2.4.2. Chia lưới và điều kiện biên ......................................................................... 44
2.4.3. Vật liệu trong mô hình................................................................................ 46
a.

Sự làm việc của bê tông.............................................................................. 46

b.
Mô hình quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông thường khi nén, không
kiềm chế nở ngang ............................................................................................... 47
c.

Mô hình quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông khi chịu kéo ................. 56

2.5. Tiêu chuẩn phá hoại .......................................................................................... 58
2.5.1. Tiêu chuẩn phá hoại của bê tông................................................................. 58
2.5.2. Tiêu chuẩn phá hoại của mẫu ..................................................................... 58
2.6. Thông số đầu vào cho mô hình .......................................................................... 60
2.6.1. Bê tông ...................................................................................................... 60
2.6.2. Cốt thép, cốt thép cường độ cao, thép tấm đệm ........................................... 62
2.6.3. Tải trọng đứng............................................................................................ 62
2.6.4. Tải trọng do ứng suất trước ........................................................................ 63
2.7. Sơ đồ khối thuật toán xây dựng mô hình tính khả năng chống chọc thủng của sàn
trong Ansys viết bằng ngôn ngữ ADPL .................................................................... 63
2.8. Kiểm chứng mô hình số với thí nghiệm được công bố ....................................... 64
2.8.1. Mô phỏng thí nghiệm Yaser Mirzae .......................................................... 64
2.8.2. Mô phỏng thí nghiệm Alam (1997) ........................................................... 66
2.8.3. Mô phỏng thí nghiệm Franklin and Long cho sàn phẳng BT ứng lực ......... 67
2.8.4. Mô phỏng thí nghiệm của Rahman ........................................................... 68
2.8.5. Nhận xét..................................................................................................... 69


v

2.9. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng thép dọc đến khả năng chống chọc thủng của
sàn BTCT ................................................................................................................ 69
2.10. Khảo sát số ảnh hưởng của ứng suất nén trước trong bê tông đến khả năng
chống chọc thủng của bản sàn .................................................................................. 73
2.11. Khảo sát ảnh hưởng của cường độ bê tông, tham số kích thước đến khả năng
chống chọc thủng của bản sàn BTCT ....................................................................... 75
2.11.1. Ảnh hưởng của cường độ bê tông ............................................................. 75
2.11.2. Ảnh hưởng của chiều cao làm việc của sàn ............................................... 77
2.11.3. Ảnh hưởng kích thước tiết diện hình chữ nhật của cột .............................. 78
2.12. Xây dựng công thức xác định khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT

và bê tông ứng lực trước .......................................................................................... 79
2.12.1. Cơ sở xây dựng công thức ........................................................................ 79
2.12.2. Xây dựng công thức xác định khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng
BTCT .................................................................................................................. 80
2.12.3. Xây dựng công thức xác định khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bê
tông ứng lực trước............................................................................................... 81
2.12.4. Đánh giá công thức đề xuất với kết quả mô phỏng số ............................... 81
2.12.5. Đánh giá công thức đề xuất với kết quả các kết quả thí nghiệm được công
bố ........................................................................................................................ 83
2.13. Nhận xét chương 2 .......................................................................................... 84
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG
CỦA SÀN PHẲNG BTCT VÀ BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC ..................................... 85
3.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu thực nghiệm .................................................. 85
3.1.1. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................... 85
3.1.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 85
3.2. Cơ sở thiết kế mẫu và mô hình thí nghiệm ........................................................ 86
3.2.1. Cơ sở xây dựng mô hình ............................................................................ 86
3.2.2. Thiết lập mẫu thí nghiệm ............................................................................ 86
3.3. Thiết kế và chế tạo mẫu thí nghiệm ................................................................... 87
3.3.1. Bê tông ...................................................................................................... 87
3.3.2. Cốt thép thường ......................................................................................... 88
3.3.3. Cốt thép căng trước .................................................................................... 88
3.4. Kích thước và cấu tạo mẫu thí nghiệm .............................................................. 88
3.4.1. Cấu tạo mẫu không ứng lực S0N1; S0N2 ; S0N3........................................ 90
3.4.2. Cấu tạo mẫu S1 ; S2 ................................................................................... 91
3.5. Hệ gia tải .......................................................................................................... 91
3.5.1. Hệ gia tải đứng ........................................................................................... 91
3.5.2. Khung gia tải ứng lực trước ........................................................................ 93

vi

3.6. Sơ đồ bố trí thiết bị đo....................................................................................... 94
3.6.1. Sơ đồ lắp đặt chuyển vị kế (LVDT) ............................................................ 94
3.6.2. Sơ đồ lắp đặt cảm biến (Strain gauges) ....................................................... 95
3.7. Chế tạo mẫu thí nghiệm .................................................................................... 98
3.7.1. Đúc mẫu thí nghiệm ................................................................................... 98
3.7.2. Trình tự căng thép ứng lực trước ................................................................ 99
3.7.3. Trình tự buông neo ................................................................................... 100
3.8. Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu ........................................................ 101
3.8.1. Thí nghiệm cường độ chịu nén, kéo và mô đun đàn hồi của bê tông . ....... 101
3.8.2. Thí nghiệm kéo thép ................................................................................. 105
3.8.3. Thí nghiệm kéo thép ứng lực trước ........................................................... 105
3.8.4. Tổn hao ứng suất trong thép ứng lực trước ............................................... 106
3.9. Thí nghiệm khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng ................................... 107
3.10. Kết quả thí nghiệm ........................................................................................ 110
3.10.1. Số liệu thí nghiệm và cách xử lý ............................................................. 110
3.10.2. Khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng ............................................. 110
3.10.3. Độ võng lớn nhất tại điểm giữa của bản sàn . .......................................... 112
3.10.4. Sự hình thành vết nứt ............................................................................. 113
3.10.5. Quan hệ giữa tải trọng và độ võng của điểm giữa sàn phẳng ................... 117
3.10.6. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng bê tông ........................................... 121
3.10.7. Quan hệ giữa tải trọng và ứng suất trong cốt thép ................................... 124
3.10.8. Kiểm chứng mô hình ANSYS với kết quả thí nghiệm ............................. 126
3.10.9. Kiểm chứng công thức đề xuất với kết quả thí nghiệm............................ 127
3.11. Nhận xét chương 3 ........................................................................................ 128
KẾT LUẬN .................................................................................................................. 130
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ............................................................. 132
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 133
PHỤ LỤC A.................................................................................................................. PL1

PHỤ LỤC B .................................................................................................................. PL8
PHỤ LỤC C ................................................................................................................ PL10
PHỤ LỤC D.............................................................................................................. PL103


vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
BTCT

Bê tông cốt thép

BTƯL

Bê tông ứng lực trước

PTHH

Phần tử hữu hạn

HLT

Hàm lượng thép

KN CCT

Khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT

Pct , Vu

Lực nén (cắt) tới hạn gây chọc thủng sàn

Rb , fcu

Cường độ chịu nén tính toán (đặc trưng) của bê tông mẫu lập phương

fc’

Cường độ chịu nén tính toán (đặc trưng) của bê tông mẫu lăng trụ

Rbm ,fcm’ Cường độ chịu nén trung bình của bê tông mẫu lập phương (lăng trụ)
Rbt , ft

Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông

Eb , E c

Mô đun đàn hồi của bê tông

b , fcp

Ứng suất nén trước trong bê tông

Es 

Mô đun đàn hồi của cốt thép

y, fy

Giới hạn chảy của cốt thép

CHƯƠNG 1:

F

Tổng lực tập trung do tải trọng ngoài tác dụng

Fb ,ult

Lực tập trung lớn nhất mà bê tông có thể tiếp nhận khi chưa bị phá hoại

h0

Chiều dày hiệu dụng của sàn

M

Tổng mômen uốn do tải trọng ngoài tác dụng

M b ,ult

Mômen uốn lớn nhất mà bê tông có thể tiếp nhận khi chưa bị phá hoại

Rbt

Cường độ chịu kéo tính toán dọc trục của bê tông ứng với TTGH1

um

Giá trị trung bình của chu vi đáy trên và đáy dưới tháp nén thủng

u

Chu vi tiết diện tới hạn

Wb

Mômen kháng uốn
CHƯƠNG 2

fc

Cường độ chịu nén mẫu lăng trụ, ứng suất ứng với với biến dạng εc
Lực tập trung lớn nhất mà bê tông có thể tiếp nhận khi chưa bị phá hoại


viii

ε0

biến dạng tại ứng suất f’c,

 50u

biến dạng ứng với ứng suất bằng 50% cường độ nén lớn nhất của bê tông

 c1

Biến dạng nén của bê tông tại ứng suất lớn nhất

m , m

Biến dạng và ứng suất ban đầu của bê tông.

Em

Mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông

vm

Hệ số biến động của mô đun cát tuyến



Giá trị hệ số biến động tại đỉnh biểu đồ khi  m   m '

v0

Hệ số biến động ban đầu của mô đun cát tuyến

1 , 2

Hệ số đặc trưng cho độ điển đầy của biểu đồ vật liệu 2  1  1



mức gia tăng ứng suất

m,el

ứng suất ứng với giới hạn đàn hồi của vật liệu

mk

Hệ số biến động của mô đun tiếp tuyến

νs

Hệ số Poát xông của cốt thép.

 xp -  zp

ứng suất chính theo các phương chính x, y, z

f t , f c'

cường độ chịu kéo và nén một trục của bê tông

fcb , f1, f2 Cường độ chịu nén 2 trục đẳng áp, cường độ chịu nén 2 trục dưới trạng

thái áp lực thủy tĩnh, cường độ chịu nén 1 trục dưới trạng thái áp lực thủy
tĩnh h

 , h

Hệ số ảnh hưởng chiều dày sàn đến khả năng chống chọc thủng của sàn
BTCT

o,  c

Hệ số truyền lực cắt khi vết nứt mở và đóng.

CHƯƠNG 3:

Pctdx

Lực chọc thủng tính toán trong công thức đề xuất

Pctthinghiem

Lực chọc thủng trong thí nghiệm

Ecm

Mô đun đàn hồi trung bình của bê tông

S0N1,2,3

Mẫu thí nghiệm không ứng lực nhóm 1, 2, 3

S1,2

Mẫu thí nghiệm ứng lực trước nhóm 1, 2

LVDT

Chuyển vị kế


ix

D1,2,3,4,5

Điểm đo chuyển vị trong thí nghiệm tại vị trí 1, 2, 3, 4, 5

ST1,2,3,4

Ký hiệu vị trí và cảm biến đo biến dạng trong cốt thép vị trí 1,2…

C1,2..

Ký hiệu vị trí và thiết bị đo chuyển vị LDVT trên sàn tại điểm 1, 2..

u

Giới hạn bền của cốt thép

s

Ứng suất trong cốt thép

Pcti

Lực chọc thủng sàn trong thí nghiệm thứ i

Pcttb

Lực chọc thủng trung bình trong sàn



Hàm lượng cốt thép thường trong sàn

i
Ymax

Độ võng của sàn trong thí nghiệm thứ i

tb
Ymax

Độ võng trung bình lớn nhất tại điểm giữa của sàn

Pcirc

Tải trọng bắt đầu gây nứt trong thí nghiệm thứ i

Pcrc

Tải trọng trung bình bắt đầu gây nứt

Pcirc 0.3

Tải trọng gây ra bề rộng vết nứt 0.3mm nứt trong thí nghiệm thứ i

Pcrc 0.3

Tải trọng trung bình gây ra bề rộng vết nứt 0.3mm

Pansys

Lực chọc thủng trong mô hình bằng phần mềm ANSYS

F

Tổng lực tập trung do tải trọng ngoài tác dụng


x

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Các trường hợp chia lưới ........................................................................ 44
Bảng 2.2 Kết quả khảo sát số thí nghiệm Yaser Mirzae theo các mô hình quan hệ
ứng suất biến dạng của bê tông khi chịu nén .......................................................... 56
Bảng 2. 3 Bảng so sánh kết quả mô phỏng số và thí nghiệm Yaser Mirzae ........... 65
Bảng 2.4 Bảng so sánh kết quả thí nghiệm mẫu SLAB 13 và ANSYS .................. 66
Bảng 2.5 Bảng so sánh kết quả thí nghiệm Franky và Long và ANSYS ............... 67
Bảng 2.6 Bảng so sánh kết quả thí nghiệm Franky and Long và mô phỏng số ...... 68
Bảng 2. 7 Thông số các nhóm mẫu khảo sát thí nghiệm số .................................... 69
Bảng 2.8 Kết quả khảo sát số về khả năng CCT của sàn phẳng (KN) nhóm N1R . 70
Bảng 2.9 Kết quả khảo sát số về khả năng CCT của sàn phẳng (KN) nhóm N2R . 71
Bảng 2.10 Kết quả khảo sát số về khả năng CCT của sàn phẳng (KN) nhóm N3R71
Bảng 2. 11 Thông số các nhóm mẫu khảo sát thí nghiệm số .................................. 74
Bảng 3.1 Cấp phối bê tông B30 (mác 400) ............................................................ 88
Bảng 3.2 Thống kê chi tiết các mẫu thí nghiệm ..................................................... 89
Bảng 3.3 Kết quả TN cường độ chịu nén của BT nhóm không tạo lực nén trước 102
Bảng 3.4 Kết quả TN cường độ chịu nén của BT nhóm tạo lực nén trước ........... 102
Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi của bê tông ................................... 103
Bảng 3.6 Xác định mô đun đàn hồi của bê tông từ cường độ chịu nén (MPa) ...... 104
Bảng 3.7 Kết quả thí nghiệm cường độ kéo của bê tông ...................................... 104
Bảng 3.8 Kết quả xác định giới hạn chảy và bền của cốt thép.............................. 105
Bảng 3.9 Kết quả kéo thép cường độ cao ............................................................ 106

Bảng 3.10 Kết quả thí nghiệm KN CCT của sàn BTCT thường. .......................... 111
Bảng 3.11 Kết quả thí nghiệm KN CCT của sàn bê tông ứng lực trước ............... 111
Bảng 3.12 Kết quả thí nghiệm độ võng lớn nhất của sàn phẳng BTCT thường .... 112
Bảng 3.13 Kết quả thí nghiệm độ võng lớn nhất của bản sàn BT ứng lực trước ... 113
Bảng 3.14 Kết quả thí nghiệm tải trọng gây nứt của sàn phẳng BTCT thường.... 114
Bảng 3.15 KQTN tải trọng gây nứt và góc nghiêng phá hoại sàn bê tông ƯLT ... 116
Bảng 3.16 Bảng so sánh kết quả thí nghiệm và tính theo ANSYS ....................... 126
Bảng 3. 17 So sánh kết quả thí nghiệm và công thức đề xuất theo HLT .............. 127
Bảng 3.18 So sánh kết quả thí nghiệm và công thức đề xuất theo ứng suất nén ... 128


xi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1. 1 Dạng phá hoại điển hình tại liên kết cột sàn do chọc thủng ...................... 6
Hình 1. 2 Vết nứt tiếp tuyến và vết nứt hướng tâm lực (Sherif 1996 ) ..................... 7
Hình 1.3 Phân biệt phá hoại do chọc thủng và do uốn trong thí nghiệm của
Menétrey ................................................................................................................ 8
Hình 1.4 Mô hình phá hoại của Shchata và Regan (1990) ....................................... 9
Hình 1.5 Ứng suất nén phá hoại trong mô hình Broms , tiêu chuẩn Fib (2001)..... 10
Hình 1.6 Mô hình phá hoại vùng nén hướng tâm cột (Marzouk, Rizk và Tiller 2010) ..................................................................................................................... 12
Hình 1. 7 Mô hình dàn của Alexander và Simmonds (1992) ................................ 13
Hình 1.8 Mô hình phá hoại chọc thủng của Georgopolous ................................... 14
Hình 1.9 Sơ đồ xác định khả năng chịu lực của dải qua đầu cột ............................ 14
Hình 1.10 Các thành phần của mô hình theo Menétrey ........................................ 15
Hình 1.11 Các thành phần của mô hình Ranking và Long (1987) ......................... 17
Hình 1.12 Xác định khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT theo Muttoni
2008 ..................................................................................................................... 18
Hình 1.13 Mô hình trong mô phỏng của Aikaterini Genikomsou (2015) .............. 24
Hình 1.14 Mô hình trong mô phỏng của A.K.M Jahagir 2016 .............................. 25

Hình 1.15 Bố trí cốt ngang chống cắt chọc thủng theo ACI-318-14 ...................... 26
Hình 1.16 Vị trí và hình dạng của tiết diện kiểm tra chọc thủng theo EC2 (2004) . 27
Hình 1.17 Bố trí cốt thép ngang và tiết diện kiểm tra chống chọc thủng EC2-2004
.............................................................................................................................. 28
Hình 1.18 Vị trí tiết diện tính cắt chọc thủng theo AS3600-2018 ......................... 28
Hình 1.19 Sơ đồ kiểm tra chọc thủng theo GBJ 50010-2010 ................................ 30
Hình 1.20 Tiết diện kiểm tra chống chọc thủng theo DIN 1045-2008 ................... 32
Hình 1.21 Mô hình thiết kế chống chọc thủng của sàn phẳng theo TCVN 55742018 ..................................................................................................................... 33
Hình 1.22 Biểu đồ khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT theo 270 thí
nghiệm công bố và TCVN 5574-2018. .................................................................. 34


xii

Hình 1.23 Mô hình thí nghiệm trong nghiên cứu của PGS.TS Lê Thanh Huấn ..... 35
Hình 1.24 Quan hệ giữa tỷ lệ độ cứng và tỷ lệ % tăng KN chống chọc thủng ....... 36
Hình 2.1 Các mô hình cốt thép trong bê tông ....................................................... 41
Hình 2.2 Mô hình vết nứt trong bê tông ............................................................... 42
Hình 2.3 Dạng hình học của phần tử khối SOLID 65 .......................................... 43
Hình 2.4 Dạng hình học của phần tử thanh LINK180 ........................................... 43
Hình 2.5 Dạng hình học của phần tử khối SOLID185 ......................................... 44
Hình 2.6 Quan hệ giữa lực và chuyển vị khi thay đổi lưới rời rạc phần tử ............. 45
Hình 2.7 Mô hình phần tử và rời rạc hóa trong ANSYS ........................................ 46
Hình 2.8 Đường cong ứng suất–biến dạng của bê tông khi nén và kéo một trục .... 47
Hình 2.9 Mô hình quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông theo Hognestad ....... 48
Hình 2.10 Mô hình quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông Todeschini ............ 49
Hình 2.11 Mô hình quan hệ ứng suất–biến dạng của bê tông theo Kent và Park ... 50
Hình 2.12 Mô hình quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông theo Popovics ....... 51
Hình 2. 13 Mô hình quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông theo EC2-2004 ..... 52
Hình 2.14 Mô hình quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông theo Kachlakev ..... 53

Hình 2.15 Biểu đồ đường cong biến dạng của bê tông theo TCVN 5574-2018 ..... 54
Hình 2.16 Biểu đồ quan hệ tải trọng – biến dạng bê tông theo các mô hình quan hệ
ứng suất và biến dạng của bê tông khi chịu nén ..................................................... 56
Hình 2.17 Mô hình quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tông khi chịu kéo .......... 57
Hình 2.18 Mô hình quan hệ ứng suất–biến dạng của cốt thép ............................... 57
Hình 2.19 Quan hệ tải trọng-độ võng theo ANSYS và thực nghiệm ..................... 59
Hình 2.20 Quan hệ P- và P- khi sàn bị phá hoại do chọc thủng ......................... 60
Hình 2.21 Vết nứt do chọc thủng theo mô hình số từ ANSYS ............................... 60
Hình 2.22 Quan hệ P-d của sàn với các hệ số truyền lực cắt 0 - c khác nhau ..... 61
Hình 2.23 Gia tải trọng đứng tác dụng trên mô hình.............................................. 63
Hình 2.24 Sơ đồ thuật toán tính toán khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng
BTCT và bê tông ứng lực trước ............................................................................. 64
Hình 2.25 Mô hình thí nghiệm của Yaser Mirzae ................................................. 65
Hình 2.26 Quan hệ P-d, vết nứt thí nghiệm Yaser Mirzae và mô phỏng số ........... 65


xiii

Hình 2.27 Mô hình thí nghiệm của Alam ............................................................. 66
Hình 2. 28 Quan hệ P-d, tháp chọc thủng thí nghiệm Alam và mô phỏng số ........ 67
Hình 2.29 Vết nứt mẫu mô phỏng số thí nghiệm của Franky và Long (1981) ........ 67
Hình 2. 30 Vết nứt phát triển trong mô hình của Rahman .................................... 68
Hình 2.31 Biến dạng bê tông và ứng suất trong cốt thép mô hình Rahman ........... 68
Hình 2.32 Quan hệ giữa hàm lượng thép dọc và KN CCT nhóm N1R.................. 71
Hình 2.33 Quan hệ giữa hàm lượng thép dọc và KN CCT nhóm N2R.................. 72
Hình 2.34 Quan hệ giữa hàm lượng thép dọc và KN CCT nhóm N3R.................. 72
Hình 2.35 Quan hệ tải trọng và chuyển vị giữa sàn phẳng nhóm N1R ................... 72
Hình 2.36 Quan hệ giữa HL thép và độ võng của sàn phẳng nhóm N2R ............... 73
Hình 2.37 Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng nén góc cột nhóm N2R................. 73
Hình 2.38 Quan hệ giữa ứng suất nén và khả năng chống chọc thủng của sàn bê

tông ứng lực trước ................................................................................................. 74
Hình 2.39 Quan hệ giữa biến dạng và khả năng chống chọc thủng của sàn bê tông
ứng lực trước với các ứng suất nén trước khác nhau. ............................................. 75
Hình 2.40 Quan hệ giữa cường độ chịu nén BT và KN CCT của sàn nhóm N1R . 76
Hình 2.41 Quan hệ giữa cường độ chịu nén BT và KN CCT của sàn nhóm N2R . 76
Hình 2. 42 Quan hệ giữa cường độ chịu nén BT và KN CCT của sàn nhóm N3R . 76
Hình 2. 43 Quan hệ giữa cường độ chịu kéo BT và KN CCT của sàn nhóm N1R . 77
Hình 2.44 Quan hệ giữa chiều dày sàn và ứng suất nén thủng (Pct / um.h0) của sàn 77
Hình 2.45 Quan hệ giữa  c và khả năng chống chọc thủng sàn ............................. 78
Hình 2.46 Mô hình thiết kế chống chọc thủng theo công thức đề xuất................... 81
Hình 2.47 So sánh công thức đề xuất và với phần mềm mô phỏng mẫu N1R ........ 82
Hình 2.48 So sánh công thức đề xuất và với phần mềm mô phỏng mẫu N2R ........ 82
Hình 2.49 So sánh công thức đề xuất và với phần mềm mô phỏng mẫu N3R ........ 82
Hình 2.50 So sánh công thức 2.33, 2.34 và các thí nghiệm sàn phẳng BTCT và bê
tông ứng lực trước được công bố ........................................................................... 83
Hình 2.51 So sánh công thức 2.34 với các thí nghiệm sàn phẳng BTCT có cột tiết
diện chữ nhật và  c ≥ 2 .......................................................................................... 84
Hình 3.1 Mẫu thí nghiệm của luận án.................................................................... 87


xiv

Hình 3.2 Mặt bằng bố trí lớp thép trong mẫu không ứng lực S0N1; S0N2; SON3 . 90
Hình 3.3 Mặt cắt ngang của mẫu S0N1; S0N2; S0N3 .......................................... 90
Hình 3.4 Mặt bằng bố trí lớp thép trong mẫu S1, S2 ............................................. 91
Hình 3.5 Mặt cắt ngang của mẫu S1, S2 ............................................................... 91
Hình 3.6 Cấu tạo kết cấu khung đỡ ....................................................................... 92
Hình 3.7 Cấu tạo khung gia tải ứng lực trước ........................................................ 93
Hình 3.8 Khung gia tải ứng lực trước trong quá trình căng cáp ............................. 94
Hình 3.9 Mặt bằng bố trí chuyển vị kế .................................................................. 94

Hình 3.10 Sơ đồ lắp đặt cảm biến đo biến dạng của cốt thép chịu kéo ................... 95
Hình 3.11 Sơ đồ cảm biến đo biến dạng của thép ứng lực trước mẫu S1-1; S2-1 .. 96
Hình 3.12 Sơ đồ cảm biến đo biến dạng của thép ứng lực trước mẫu S1-1; S2-1 ... 96
Hình 3.13 Sơ đồ cảm biến đo biến dạng của thép ứng lực trước mẫu S1-3; S2-3 ... 97
Hình 3.14 Sơ đồ lắp đặt cảm biến đo biến dạng của bê tông .................................. 97
Hình 3.15 Chuẩn bị đổ bê tông ............................................................................. 99
Hình 3.16 Mẫu thí nghiệm sau khi đổ bê tông ....................................................... 99
Hình 3.17 Trình tự đúc căng cáp và đúc mẫu sàn bê tông ứng lực trước .............. 100
Hình 3.18 Trình tự buông neo mẫu tạo lực nén lực trước .................................... 101
Hình 3.19 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của bê tông ................................ 103
Hình 3.20 Quan hệ ứng suất và biến dạng của thép cường độ cao ....................... 106
Hình 3.21 Phân bố ứng suất trước trong bản sàn ................................................. 107
Hình 3.22 Cẩu mẫu vào vị trí thí nghiệm ............................................................ 109
Hình 3.23 Lắp hệ khung gia tải đứng .................................................................. 109
Hình 3.24 Lắp đặt thiết bị đo............................................................................... 109
Hình 3.25 Thí nghiệm sàn phẳng bị phá hoại do chọc thủng ............................... 110
Hình 3.26 Quan hệ Pct -  (hàm lượng thép) theo kết quả thí nghiệm ................. 111
Hình 3. 27 Quan hệ Pct - p theo kết quả thí nghiệm ............................................ 112
Hình 3.28 Quan hệ độ võng lớn nhất và hàm lượng thép theo thí nghiệm ........... 113
Hình 3. 29 Quan hệ giữa độ võng lớn nhất và ứng suất nén theo thí nghiệm ....... 113
Hình 3.30 Tháp chọc thủng của mẫu SON3 (6a200 =0.39%) .......................... 114
Hình 3. 31 Tháp chọc thủng của mẫu SON1 (6a100 =0.71%) ......................... 115


xv

Hình 3.32 Tháp chọc thủng của mẫu SON2 (6a50 =1.35%) ............................ 115
Hình 3. 33 Tháp chọc thủng của mẫu S1 (=0.71% p=1.53 Mpa ) .................. 116
Hình 3. 34 Tháp chọc thủng của mẫu S2 (=0.71% p=2.45 Mpa ) .................. 117
Hình 3. 35 Quan hệ tải trọng và độ võng nhóm mẫu S0N3 (s0.39%) .............. 117

Hình 3. 36 Quan hệ tải trọng và độ võng nhóm mẫu S0N1 (s0.71%) .............. 118
Hình 3. 37 Quan hệ tải trọng và độ võng nhóm mẫu S0N2 (s1.35%) .............. 118
Hình 3. 38 Quan hệ tải trọng - độ võng theo hàm lượng thép dọc chịu kéo ......... 119
Hình 3. 39 Quan hệ tải trọng và chuyển vị của nhóm S1 (p=1.43 Mpa) ............. 120
Hình 3. 40 Quan hệ tải trọng và chuyển vị của nhóm S1 (p=2.45 Mpa) ............. 120
Hình 3. 41 Quan hệ tải trọng và chuyển vị theo ứng suất nén trong bê tông ....... 121
Hình 3. 42 Quan hệ tải trọng và biến dạng điểm C2 theo hàm lượng thép ........... 122
Hình 3. 43 Quan hệ tải trọng và biến dạng điểm C1 theo hàm lượng thép .......... 122
Hình 3.44 Quan hệ tải trọng và biến dạng C2 theo ứng suất nén trước ................ 123
Hình 3.45 Quan hệ tải trọng và biến dạng bê tông điểm C1 theo ứng suất nén .... 123
Hình 3.46 Quan hệ tải trọng và ứng suất kéo trong thép lớp 1 hàm lượng thép .. 124
Hình 3.47 Quan hệ tải trọng và ứng suất kéo trong thép lớp 2 hàm lượng thép ... 124
Hình 3.48 Quan hệ tải trọng và ứng suất kéo trong thép lớp 1 theo ứng suất nén . 125
Hình 3.49 Quan hệ tải trọng và ứng suất kéo trong thép lớp 2 theo ứng suất nén . 125
Hình 3.50 Quan hệ tải trọng và chuyển vị của thí nghiệm và tính theo ANSYS . 126
Hình 3.51 Quan hệ Pct –  của KQTN, CTĐX và một số tiêu chuẩn thiết kế ....... 127
Hình 3. 52 Quan hệ Pct – p của KQTN, CTĐX và một số tiêu chuẩn thiết kế..... 128


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay sàn phẳng BTCT và bê tông ứng lực trước (sàn không dầm) được sử
dụng khá phổ biến trong xây dựng dân dụng ở Việt nam và thế giới vì chúng có
những ưu điểm về mặt kiến trúc, kết cấu và thi công.
Trong thiết kế kết cấu sàn phẳng, vấn đề thiết kế chống phá hoại chọc thủng giữa
cột và sản luôn được quan tâm đặc biệt vì đây là kiểu phá hoại giòn nguy hiểm. Một
số công trình được xây trên thế giới bị phá hoại do chọc thủng và để lại hậu quả
nghiêm trọng như: Tòa nhà Sampoong Departement tại Hàn quốc (1995) làm 502

người chết và 1000 người bị thương [86] ; Tòa nhà Skyline Plaza bang Virgina – Mỹ
(1971) gây thương vong cho hơn 14 công nhân [56] …
Do tính chất nguy hiểm của phá hoại chọc thủng, từ trước đến nay trên thế giới có
rất nhiều nghiên cứu về liên kết này. Các nghiên cứu tập trung vào đề xuất những mô
hình làm rõ sự truyền lực qua liên kết đầu cột sàn, tuy nhiên chưa có mô hình trên lý
thuyết hoặc mô hình bán thực nghiệm nào được công nhận hoàn toàn cho phá hoại
chọc thủng. Các tiêu chuẩn tiên tiến trên thế giới như EC2-2004 [36], ACI-318-14
[19], cũng sử dụng mô hình và thí nghiệm khác nhau nên cũng cho kết quả khác nhau
đáng kể trong dự đoán khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT.
Để tránh phá hoại do chọc thủng trong sàn phẳng có thể tăng chiều dày sàn, chiều
dày mũ cột, thêm đai chịu cắt hoặc thay đổi cấp độ bền bê tông. Theo một số tiêu
chuẩn như tiêu chuẩn châu Âu (EC2-2004), tiêu chuẩn Anh quốc (BS 8110-1997),
tiêu chuẩn Đức (DIN 1045-1 -2008), khi tăng hàm lượng thép dọc chịu kéo, tăng ứng
suất nén trước trong bê tông cũng tăng khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng.
Tiêu chuẩn thiết kế hiện hành ở Việt Nam là “ Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép
- Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5574-2018 ” [7] dựa trên tiêu chuẩn Nga SP 63.13330
[80] chủ yếu chỉ dẫn tính toán khả năng chống chọc thủng cho cấu kiện bê tông thông
thường. Trong công thức xác định khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT


2

còn chưa xét đến ảnh hưởng của các yếu tố như hàm lượng cốt thép dọc trong vùng
kéo, ứng suất nén trong bê tông do ứng lực trước, kích thước tiết diện cột.
Nhằm tăng hiệu quả kinh tế trong sử dụng sàn phẳng, nghiên cứu khả năng chống
chọc thủng của sàn phẳng bê tông cốt thép và bê tông ứng lực trước, từ đó đề xuất
công thức dự báo và được kiểm chứng bằng nghiên cứu thực nghiệm là việc làm hết
sức cần thiết.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Mục tiêu nghiên cứu của luận án:

a) Nghiên cứu tổng quan về khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT và
sàn phẳng BT ứng lực trước.
b) Nghiên cứu khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT bằng phương
pháp số, khảo sát các tham số ảnh hưởng đến khả năng chống chọc thủng của
sàn phẳng bao gồm: hàm lượng cốt thép, ứng suất nén trước trong bê tông,
chiều dày sàn, kích thước tiết diện cột.
c) Đề xuất công thức tính toán khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT
và bê tông ứng lực trước.
d) Xây dựng mô hình thực nghiệm để kiểm chứng công thức đề xuất tính khả
năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT và bê tông ứng lực trước.
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu, cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu khả năng chống chọc thủng của
sàn phẳng BTCT và sàn phẳng bê tông có ứng lực trước với cấp độ bền của bê tông
không lớn hơn B60, không có cốt thép ngang chịu cắt, không có lỗ mở, không xét
đến ảnh hưởng của mô men tại liên kết cột sàn, cột chỉ xét ở vị trí giữa, có tiết diện
tròn hoặc tiết diện chữ nhật.
Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài: Thông qua nghiên cứu lý thuyết, mô
phỏng số và thực nghiệm để đánh giá khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng
BTCT và bê tông ứng lực trước, đồng thời làm sáng tỏ trạng thái ứng suất, biến dạng
tại liên kết cột sàn.


3

Giải pháp sàn phẳng BTCT, bê tông ứng lực trước ngày càng được sử dụng rộng
rãi trong các công trình xây dựng dân dụng , nghiên cứu và đề xuất công thức tính
toán phù hợp với TCVN 5574-2018 là ý nghĩa thực tiễn của luận án. Công thức đề
xuất có xét ảnh hưởng của hàm lượng cốt thép và ứng suất nén trước trong bê tông,
tương quan giữa chiều cao cột và chiều cao làm việc của sàn đến khả năng chống
chọc thủng của sàn phẳng BTCT giúp thiết kế hợp lý hơn.

Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu là nghiên cứu lý thuyết, mô
phỏng số kết hợp với thực nghiệm.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT và
BT ứng lực trước.
- Xây dựng mô hình mô phỏng số liên kết cột sàn phẳng trong Ansys, mô hình
được viết bằng ngôn ngữ thiết kế tham số ADPL [19] để khảo sát số ảnh hưởng của
các tham số ảnh hưởng đến khả năng chống chọc thủng của sàn bao gồm: hàm lượng
cốt thép dọc, ứng suất nén trong bê tông do ứng lực trước , chiều dày sàn, kích thước
tiết diện cột.
- Đề xuất công thức tính toán khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT.
- Đề xuất công thức tính toán khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bê tông
ứng lực trước.
- Chế tạo thí nghiệm cho bản sàn BTCT và đánh giá độ tin cậy của công thức đề
xuất.
- Chế tạo thí nghiệm cho mẫu bản sàn bê tông ứng lực trước và đánh giá độ tin cậy
của công thức đề xuất.
5. Các đóng góp mới của luận án
a) Xây dựng mô hình số trong phần mềm ANSYS viết bằng ngôn ngữ ADPL,
từ đó có thể dễ dàng khảo sát được các tham số quan trọng ảnh hưởng đến khả
năng chống chọc thủng của sàn bao gồm: ảnh hưởng của hàm lượng cốt thép,


4

của ứng suất nén trong bê tông do ứng lực trước, kích thước tiết diện cột và
tương quan giữa chiều cao tiết diện hình chữ nhật của cột.
b) Đề xuất công thức tính toán khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT
phù hợp với TCVN 5574-2018.
c) Đề xuất công thức tính toán khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bê tông

ứng lực trước phù hợp với TCVN 5574-2018.
d) Xây dựng mô hình thực nghiệm về khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng
BTCT và sàn phẳng bê tông ứng lực trước. Các số liệu thí nghiệm thu không
chỉ kiểm chứng công thức đề xuất của luận án mà còn là số liệu tham khảo cho
các nghiên cứu tiếp theo về khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT
và bê tông ứng lực trước.
6. Cấu trúc của luận án
Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, kiến nghị và phần phụ lục, luận án được bố cục
thành 3 chương với cấu trúc và nội dung như sau:
Chương 1: Tổng quan về khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng
Tổng quan về khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng. Gồm các nội dung chính:
tổng quan các nghiên cứu lý thuyết , thực nghiệm, tiêu chuẩn thực hành, phương pháp
số khi tính toán xác định khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT và bê tông
ứng lực trước. Trên cơ sở đó, đề xuất những nội dung cần nghiên cứu của luận án.
Chương 2: Nghiên cứu khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng bê tông cốt
thép bằng mô phỏng số
Gồm các nội dung chính: Trình bày cơ sở lý thuyết của phương pháp PTHH và
phần mềm ANSYS khi mô phỏng sự làm việc của kết cấu BTCT. Trên cơ sở các thí
nghiệm được công bố, xây dựng mô hình số trong Ansys viết bằng ngôn ngữ ADPL.
Sau khi có mô hình hợp lý, tiến hành thí nghiệm khảo sát số các tham số ảnh hưởng
đến khả năng chống chọc thủng của sàn như vật liệu, chiều dày sàn, kích thước tiết
diện cột, ứng suất nén trước trong bê tông...Với dữ liệu khảo sát được, đề xuất công
thức tính toán khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT và bê tông ứng lực


5

trước phù hợp với TCVN 5574-2018. So sánh kết quả từ công thức trên 270 mẫu thí
nghiệm được công bố đển đánh giá hệ số an toàn.
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng

BTCT và bê tông ứng lực trước
Gồm các nội dung chính: Tính toán sơ bộ để dự báo ứng xử và kết quả thí nghiệm
sẽ đạt được. Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng
BTCT và bê tông ứng lực thông qua: sự hình thành vết nứt, quan hệ tải trọng và
chuyển vị điểm giữa của bản sàn, tải trọng và biến dạng của bê tông, thép, lực chọc
thủng tới hạn. Từ các kết quả đo được, so sánh kiểm chứng công thức đề xuất và mô
hình số xây dựng trong chương 2.
Kết luận và hướng phát triển của luận án : Trình bày những kết quả mới của luận
án, các kiến nghị và hướng phát triển của đề tài.
Phụ lục : Trình bày số liệu thí nghiệm, các kết quả thu được từ thí nghiệm và mô
phỏng số.


6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHẢ NĂNG CHỐNG CHỌC THỦNG

CỦA SÀN PHẲNG
1.1. Khái niệm về khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng
Phá hoại chọc thủng trong kết cấu sàn phẳng là hiện tượng phá hoại cục bộ do lực
cắt theo 2 phương tại vị trí liên kết giữa cột và sàn phẳng, vùng phá hoại có dạng hình
nón cụt xung quanh cột (Hình 1.1). Phá hoại chọc thủng diễn ra khi ứng suất kéo
chính trong bê tông ở vùng lân cận vị trí đặt đặt tải vượt quá giới hạn chịu kéo của
vật liệu, khi đó vết nứt nghiêng xuất hiện. Khi vết nứt hình thành, khả năng chịu lực
của bê tông vùng nén giảm đi nhanh chóng, và nếu không có cốt thép, thép ngang
gia cường… các vết nứt phát triển rất nhanh, bê tông vùng nén lân cận vị trí vùng đặt
lực tập trung bị nén vỡ , hình thành tháp phá hoại chọc thủng (Hình 1.1).
Như vậy, hiện tượng chọc thủng sàn phẳng bê tông cốt thép là dạng phá hoại giòn,
vật liệu làm việc ngoài miền đàn hồi, xuất hiện không có hiện tượng báo trước, thép
chịu uốn có thể chưa đạt đến giới hạn chảy, dẫn đến sập đổ cả mảng lớn sàn hay cả

công trình.

Hình 1. 1 Dạng phá hoại điển hình tại liên kết cột sàn do chọc thủng
a) Mặt bằng liên kết

b) Mặt cắt liên kết

Khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:
+ Chất lượng bê tông: cường độ chịu nén và kéo của bê tông.


7

+ Cốt thép chịu dọc chịu kéo (hàm lượng, sự phân bố của cốt thép).
+ Sự phân bố mô men uốn trong phạm vi lân cận diện đặt tải.
+ Chiều cao làm việc của bản sàn BTCT.
+ Kích thước cột, vị trí cột, tương quan giữa kích thước cột và chiều dày sàn BTCT.
+ Sự có mặt của cốt thép chịu cắt.
+ Sự tồn tại của ứng suất nén trước trong bê tông, mô men ngược do ảnh hưởng của
hình dạng cáp ứng lực trước.
+ Ảnh hưởng của điều kiện biên.
Theo Regan [72], vết nứt nghiêng hướng tâm cột xuất hiện tại thời điểm tải trọng
bằng 1/2 đến 2/3 tải trọng phá hoại chọc thủng. Khi tăng tải trọng tiếp, các vết nứt
tiếp tuyến xung quanh vùng cột được hình thành. Một trong vết nứt đó sẽ trờ thành
vị trí mặt phá hoại của tháp chọc thủng (Sherif 1996 [81]) như hình 1.2. Tiếp tục tăng
tải trọng, biến dạng trong bê tông vùng nén tiếp tục tăng đến giá trị cực hạn, bê tông
bị nén vỡ, tháp chọc thủng được hình thành, liên kết cột sàn bị phá hoại.

Hình 1. 2 Vết nứt tiếp tuyến và vết nứt hướng tâm lực (Sherif 1996 [81])
Trong kết cấu sàn phẳng BTCT, hiện tượng phá hoại chọc thủng thường kèm theo

uốn ( hầu như không xảy ra hiện tượng chọc thủng thuẩn túy). Tùy theo việc bố trí
cốt thép mà sự phá hoại có thể xảy ra là:


8

+ Phá hoại do uốn khi khả năng chống chọc thủng của sàn BTCT khá lớn.
+ Phá hoại do chọc thủng khi khả năng chịu uốn khá lớn (nên tránh khi thiết kế).
+ Phá hoại đồng thời.
Quan hệ giữa tải trọng (P) và chuyển vị (d) của điểm ở chính giữa sàn (Menétrey1998) [67] cho thấy sự khác nhau về độ dẻo của bản sàn trong phá hoại do uốn và
phá hoại do chọc thủng (Hình 1.3). Trường hợp 1, đường cong P-d đạt giá trị lớn nhất,
sau đó tải trọng giảm đi nhanh chóng (mất tải) do phá hoại chọc thủng là hiện tượng
phá hoại giòn. Trường hợp 2, bản sàn bị phá hoại do uốn, có hiện tượng mất tải từ
từ, đây là dạng phá hoại dẻo, cốt thép trong vùng kéo đạt tới giới hạn chảy.

Hình 1.3 Phân biệt phá hoại do chọc thủng và do uốn trong thí nghiệm của
Menétrey [67]
1.2. Các mô hình xác định khả năng chống chọc thủng sàn phẳng BTCT
Từ những năm 1940, khi tiêu chuẩn ACI-318 [19] đã đưa ra một số phương pháp
dựa trên thực nghiệm trong thiết kế sàn phẳng cho đến nay, có rất nhiều nghiên cứu
đưa ra các mô hình nhằm xác định khả năng chống chọc thủng của sàn phẳng BTCT.
Nhiều nghiên cứu tập trung vào tìm cách giả thiết truyền đường truyền tải từ sàn
xuống cột, tính toán ứng suất trong bê tông và cốt thép, dùng tiêu chuẩn phá hoại
theo tiết diện hoặc theo mặt phá hoại để xác định khả năng chống chọc thủng của sàn
phẳng. Tương tự với tính khả năng chịu cắt của dầm , các nghiên cứu tính toán dùng