Khảo sát ảnh hưởng chiều dày sàn đối với ứng xử nén của cột bê tông cốt thép kiểu sandwich

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. HỒ HỮU CHỈNH

Cán bộ chấm nhận xét 1 : ...........................................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2 : ...........................................................................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM Ngày
11 tháng 01 năm 2017
Thành phần Hội đồng đánh giá luận vãn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch

PGS.TS. Ngô Hữu Cường

2. Thư ký

TS. Lê Trung Kiên

3. Thành viên phản biện 1

PGS.TS. Nguyễn Minh Long

4. Thành viên phản biện 2

TS. Trần Tuấn Kiệt

5. Thành viên

TS. Trần Văn Phúc

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRVỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


ỉ.a

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: LÊ THANH DANH

MSHV : 13210131

Ngày, tháng, năm sinh: 02-12-1984

Nơi sinh: Qui Nhơn-Bình Định

Chuyên ngành: KTXD CT Dân dụng và Công nghiệp

MN: 60580208

I. TÊN ĐỀ TÀI:
KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CHIỀU DÀY SÀN ĐỐI VỚI ỨNG XỬ NÉN
CỦA CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP KIỂU SANDWICH.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
> Tiến hành đúc các mẫu thí nghiệm cột bê tông cốt thép kiểu sandwich với cuờng độ
bê tông phần cột lớn hơn so với bê tông phần sàn. Gia tải theo phuơng đứng, nén
đúng tâm mẫu thí nghiệm cho đến khi phá hoại.
> Tính toán và phân tích cuờng độ chịu nén của bê tông cột truyền qua sàn tại vị trí
nút liên kết cột - sàn; khảo sát ảnh hưởng của cường độ bê tông phần cột, bê tông
phần sàn và chiều dày sàn đến khả năng chịu nén của cột tại vị trí nút liên kết cột sàn; đánh giá ứng xử của cột bê tông trong thí nghiệm nén mẫu đến phá hủy.
> Đánh giá mức độ chính xác của các công thức thực nghiệm của các tác giả đã đưa
ra trước đó. Từ đó đề xuất nên sử dụng công thức nào là tốt cho người thiết kế.


i.b

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: 04/07/2016

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 04/12/2016
V.

HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : Ph.D HỒ HỮU CHỈNH
Tp.HCM, ngày 25 tháng 02 năm 2017
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG NGÀNH

TS. Hồ Hữu Chỉnh

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


ii

LỜI CẢM ƠN
Với đề tài luận văn theo hướng thực nghiệm trong quá trình thực hiện cũng như
bảo vệ luận văn tôi đã gặp không ít khó khăn. Tuy nhiên, bản thân vẫn cố gắng để hoàn
thành và chỉnh chu nội dung luận văn. Việc hoàn thành luận văn thạc sĩ đã để lại cho tôi
nhiều bài học về sự cố gắng trong công việc và trong cuộc sống.
Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến cha mẹ đã luôn động viên tôi trong suốt
quá trình học tập. Tôi cũng chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Hồ Hữu Chỉnh,
người đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện luận văn và góp ý sữa chữa
nội dung trình bày luận văn này.
Ngoài ra, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy và các cán bộ phòng thí nghiêm kết
cấu công trình BKSel đã tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành các thí nghiệm
phục vụ cho việc thực hiện đề tài luận văn.
Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành và chỉnh chu lại với sự nỗ lực của bản thân, tuy
nhiên vẫn không thể không có những thiếu sót. Kính mong quý Thầy Cô góp ý, chỉ dẫn
thêm.
Xin trân trọng cảm ơn.

Tp. HCM, ngày 15 tháng 12 năm 2016


TÓM TẤT
Hòa vào sự phát triển của khoa học công nghệ, vật liệu bê tông cốt thép ngày càng sử
dụng rộng rãi trong mọi công trình xây dựng, đặc biệt các nhà cao tầng thì bê tông cốt thép là
khung kết cấu chính của tòa nhà. Cùng với công nghệ sản xuất bê tông hiện đại có thể tạo ra

bê tông với cuờng độ cao. Chính vì vậy, nhũng nhà nghiên cứu, các nhà thiết kế đã tìm cách
kết hợp hài hòa bê tông cường độ cao và bê tông cường độ thấp cho những vị trí thích hợp
trong kết cấu bê tông cốt thép của tòa nhà,
Việc tăng cường độ bê tông cột lên cao hơn so với cường độ bê tông sàn là một trong
các giải pháp được sử dụng tạo nên tính kinh tế cho các công trình, đặc biệt là nhà cao tầng.
Nhiều nghiên cứu liên quan đã được thực hiên để kiểm tra cường độ của cột bê tông truyền
qua sàn khi bê tông sàn có cường độ thấp hơn. Tuy nhiên việc tính toán mức độ an toàn cho
thiết kế cường độ bê tông trong cột truyền qua sàn và vấn đề đảm bảo kinh tế đòi hỏi rất nhiều
kinh nghiệm từ người thiết kế.


ABSTRACT

For economic reasons, columns in multi-storey reinforced concrete buildings are built
with high-strength concrete whereas slabs are built with concrete of weaker strength. Normal
method of construction, the columns are first cast up to the soffit of the slab they will support.
Then, the slab concrete is cast continuous through the columns. This process is repeated until
the last floor is cast. As the result, the axial load that is transmitted from a column above the
floor must pass through a layer weaker concrete before reaching the column below the floor.
A design question arises as to what concrete compressive stress should be used in the design
of the column.
The effective copressive strength of a slab-column joint is affected by above and
bottom compressive strength of column and compressive strength of slab. Morever, it is
affected by other reasons, example ratio of thickness of slab and wide of column; load on slab,
ect.. ACI318 and CSA A23.3 standards are based on result of slab-column joint test and
instituted.
This thesis reported the result of the compressive test for Sandwich column and
desmonstrated the affection of ratio of column compressive strength per slab compressive
strength and ratio of thickness of slab per wide of column to effective compressive strength
of column-slab joint. And it also improve the reasons of Sandwich colum-slab joint test.

iii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn
của TS. Hồ Hữu Chỉnh. Các kết quả trong luận văn là đúng sự thật và chưa được công
bố ở các nghiên cứu khác.
Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc của mình đã thực hiện.

Tp. Hồ Chi Mình, ngày 15 tháng 12 năm 2016


iv.a

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ .................................................................... i.a
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... ỉi
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. iii
MỤC LỤC .......................................................................................................... iv.a
CÁC KỶ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN ........................................... v.a
DANH MỤC BẢNG .............................................................................................. vi
DANH MỤC HÌNH ........................................................................................... vu.a
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................. 1
1.1. Giới thiệu chung : ...............................................................................1
1.1.1. Giới thiệu đặc điểm của vấn đề ...............................................1
1.1.2. Đối tuợng và các huớng nghiên cứu: ......................................3
1.1.3. Các nghiên cứu liên quan:.......................................................5
1.2. Mục tiêu đề tài: .................................................................................25
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ......................................................... 26

2.1. Ảnh huờng các yếu tố đến cuờng độ hiệu dụng trong bê tông cột ..26
2.2. ứng xử nén của bê tông trong quá trình nén mẫu đến phá hoại 28
CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM .................................................... 29
3.1. Hình dạng, cấu tạo và sơ đồ bố trí thiết bị trên các mẫu thí nghiệm29
3.2. Thiết bị thí nghiệm ...........................................................................35
3.3. Sơ đồ thí nghiệm ..............................................................................36
3.4. Qui trình thí nghiệm .........................................................................37
3.5. Một số hình ảnh của công tác thí nghiệm.......................................38
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH, KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 41
4.1. Kết quả thí nghiệm ...........................................................................41


iv.b
4.2. Các yếu tố ảnh hường đến gia strij hiệu dụng của cường độ bê tông
trong cột ............................................................................................ 42
4.2.1. ................................................................................. Cường độ
bê tông phần cột và phần sàn...................................................... 42
4.2.2. Chiều dày sàn .................................................................. 45
4.3. Khảo sát ứng xử nén của các mẫu thí nghiệm .................................. 48
4.4.. Đánh giá kết quả thí nghiệm và so sánh với những kết quả liên
quan .................................................................................................. 55
4.3. Đánh giá mức độ chính xác của các công thức thực nghiệm: .......... 56
4.3.1. Vùng phổ biến (Xcc=R2 ...................................................... 56
4.3.2. Vùng bê tông cường độ cao aCc=2-^3 ................................. 65
4.3.3. Vùng bê tông cường độ rất cao Occ > 3 : ............................ 74
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................... 83
PHỤ LỤC .............................................................................................................. 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH ..................................................................... 99
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ............................................................................... 101

v.a

CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ NGỮ SỬ DỤNG
TRONG LUẬN VĂN
Chữ viết tắt và giải thích từ ngữ
fee
: Cường độ chịu nén phần bê tông cột của mẫu thí nghiệm (mẫu
hình lăng trụ), Mpa
f'cs.f'cf

:

Cường độ chịu nén phần bê tông sàn của mẫu thí nghiệm (mẫu
hình lăng trụ), Mpa

fce.f'cp

: Cường độ bê tông hiệu dụng của mẫu thí nghiệm tại vị trí nút liên
kết cột - sàn, Mpa

°^cc

: Tí số giữa cường độ chịu nén phần bê tông cột trên cường độ chịu
nén phần bê tông sàn trong các mẫu thí nghiệm.

°^ce

: Tỉ số giữa cường độ bê tông hiệu dụng tại vị trí nút liên kết cột sàn trên cường độ chịu nén phần bê tông sàn trong các mẫu thí
nghiệm.

p

:

Tỉ số giữa giá trị ace tính theo kết quả thực nghiệm trên giá trị
ace

tính theo các công thức thực nghiệm của các tác giả đã đề

xuất trước đó.
fy

:

Cường độ chảy dẻo của cốt thép dọc trong cột, MPa

Ag

:

Diện tích mặt cắt ngang cột, mm2

Ast

:

Diện tích cốt thép dọc trong cột, mm2

c

:

Bề rộng cột vuông, mm

h

:

Chiều dày lớp bê tông sàn, mm

e

:

Chiều dày lớp bê tông cột phía trên hoặc phía dưới sàn, mm


v.b

Cột giữa

Là cột bê tông có 4 mặt liên kết với sàn.

Cột biên

Là cột bê tông có 3 mặt liên kết với sàn.

Cột góc

Là cột bê tông có 2 mặt liên kết với sàn.

Cột sandwich

Là cột bê tông không có sàn ở 4 mặt.


vi

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Kết quả thi nghiệm các mẫu cột bê tông cốt thép và cột bê tông không cốt
thép nhóm I. .................................................................................................... 11
Bảng 1.2: Kết quả thi nghiệm các mẫu cột bê tông cốt thép nhóm II (1/2)................ 12
Bảng 1.3: Kết quả thi nghiệm các mẫu cột bê tông cốt thép nhóm II (2/2) ................ 13
Bảng 1.4: Chỉ tiết cẩu tạo của các mẫu thi nghiệm.................................................... 18
Bảng 1.5: Kết quả của các mẫu thi nghiệm ................................................................ 19
Bảng 1.6: Chỉ tiết về các mẫu thi nghiệm ................................................................... 22
Bảng 1.7: Kết quả thi nghiệm ..................................................................................... 23
Bảng 2.1: Công thức tính toán thực nghiệm của các tác giả ..................................... 27
Bảng 3.1: cấp phối các Mác cho ỉm3 bê tông. ........................................................... 29
Bảng 3.2: Chỉ tiết các mẫu thi nghiêm ....................................................................... 30
Bảng 4.1: Kết quả nén các mẫu bê tông hình lập phương ........................................ 41
Bảng 4.2: Kết quả thi nghiệm nén của các mẫu ......................................................... 42
Bảng 4.3: Kết quả tỉnh theo công thức của c.c Shu, N. M. Hawkins với ữcc=(1^2)
......................................................................................................................... 58
Bảng 4.4: Kế t quả tỉnh theo công thức c. E. Ospina & s. D. B. Alexander với
acc=(l+2) ........................................................................................................ 61
Bảng 4.5: Kết quả tính theo công thức của Kayani với ơ.cc=(ỉ^2) .......................................................... 64
Bảng 4.6: Kết quả tính theo công thức của c.cShu, N. M. Hawkins với ơ.cc=(2^3)
......................................................................................................................... 67

Bảng 4.7:Ket quả tính theo công thứcC.E. Ospina & s. D. B. Alexander với ơ.cc=(2^3)
......................................................................................................................... 70
Bảng 4.8: Kết quả tính theo công thức của Kayani với ơcc=(2^3) ............................ 73
Bảng 4.9: Kết quả tính theo công thức của c.cShu, N. M. Hawkins với ữcc>3..................... 76
Bảng 4.10: Kết quả tính theo công thức của c. E. Ospina & s. D. B. Alexander với
ữcc >3 ................................................................................................................................................................................................ 79

Bảng 4.11 : Kết quả tính theo công thức của Kayani với ữcc>3 ........................................................... 82


vii.a

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Hình dạng,kích thước và sơ đồ bố trí các mẫu thỉ nghiệm .......................... 9
Hình 1.2: Hình dạng,

cẩu tạo và sơ đồ bổ tri cho các mẫu cột giữa ................... 16

Hình 1.3: Hình dạng,

cẩu tạo và sơ đồ bổ tri cho các mẫu cột biên.................... 17

Hình 1.4: Hình dạng,

cẩu tạo và sơ đồ bổ tri cho các mẫu sandwich ................. 17

Hình 1.5: Ảnh hưởng của tải trọng sàn ..................................................................... 20
Hình 1.6: Ảnh hưởng tì sổ h/c .................................................................................... 20
Hình 1.7: Ảnh hưởng lõi bê tông cường độ cao ......................................................... 21
Hình 1.8: So sánh kết quả thi nghiệm - các tiêu chuẩn và thi nghiệm khác .............. 21

Hình 1.9: Hình dạng các mẫu thi nghiệm .................................................................. 22
Hình 1.10: Mối quan hệ giữa tải trọng và biến dạng trong mẫu thi nghiệm ............. 24
Hình 1.11: Ảnh hưởng của tì sô h/c đổỉ với tải phả họa của các mẫu thi nghiệm... 24
Hình 3.1: Kích thủy lực 500T và bộ điều khiển (Ips). 35
Hình 3.2: Mầu thỉ nghiệm sau khỉ gẳn miếng dán cảm biến cho cốt thép dọc .......... 38
Hình 3.3: Các mẫu được sơn trắng trước khỉ thi nghiệm nén ................................... 38
Hình 3.4: Cảm biến bê tông được lẳp đặt trên bề mặt mẫu thi nghiệm ..................... 39
Hình 3.5: Lẳp đặt đầy đủ các thiết bị cần thiết chuẩn bị cho việc gia tải ................. 39
Hình 3.6: Kết thúc quá trình gia tải, mẫu cột bị phả hoại ......................................... 40
Hình 4.1: Thi nghiệm nén mẫu bê tông và thi nghiệm kéo thép 012.......................... 41
Hình 4.2: Biểu đồ quan hệ giữa OLce-o.cc .....................................................................................................................43
Hình 4.3: Quan hệ giữa (aCe -a.cc)- Kết quả thí nghiệm và các kết quả liên quan
cho đối tượng cột sandwich ............................................................................ 44
Hình 4.4: Biểu đồ quan hệ giữa Oce - h/c ................................................................. 46
Hình 4.5: Quan hệ giữa (aCe - h/c) - Kết quả thí nghiệm và các kết quả liên quan
cho đối tượng cột sandwich ............................................................................ 47
Hình 4.6: Hình dạng của các mẫu thí nghiêm khi nén đến phả hoại ......................... 49


vii.b
Hình 4.7: Sơ đồ vết nứt và mẫu bê tông vỡ điển hình ................................................ 50
Hình 4.8: Mô phỏng biến dạng theo phương ngang của mẫu thỉ nghiệm ................. 51
Hình 4.9: Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và biến dạng ngang trong mẫu sổ 3 (No.03).
....................................................................................................................... 52
Hình 4.10: Biểu đồ biến dạng ngang si7,8 khỉ chiều dày sàn thay đổi ...................... 53
Hình 4.11: Biến dạng dọc cổt thép phần cột trên £1,3 và cột dưới £2,4 mẫu sổ 7. 54
Hình 4.12: Biến dạng dọc trung bình sicổt thép cột của các mẫu thỉ nghiệm ...........54
Hình 4.13: Tinh toán theo c. c. Shu, N. M. Hawkins với Ơ.CC=(H2) .................... 57
Hình 4.14: Tính toán theo c. c. Shu, N. M. Hawkins với O.CC=(H2) .................... 57
Hình 4.15: Tính toán theo c. E. Ospina & S. D. B. Alexander với O.CC=(H2) ..... 60

Hình 4.16: Tính toán theo c. E. Ospina & S. D. B. Alexander với Occ=(H2) ........ 60
Hình 4.17: Tính toán theo Kayanỉ với O.CC=(H2) ................................................ 63
Hình 4.18: Tính toán theo Kayanỉ với O.CC=(H2) ................................................ 63
Hình 4.19: Tính theo c. c. Shu, N. M. Hawkins với aCc=(2+3) ............................... 66
Hình 4.20: Tính toán theo c. c. Shu, N. M. Hawkins với a.cc=(2^3) ...................... 66
Hình 4.21: Tính toán theo c. E. Ospina & S. D. B. Alexander với a.cc=(2^3) ....... 69
Hình 4.22: Tính toán theo c. E. Ospina & S. D. B. Alexander với a.cc=(2^3) ....... 69
Hình 4.23: Tính toán theo Kayanỉ với a.cc=(2^3) .................................................. 72
Hình 4.24: Tính toán theo Kayanỉ với a.cc=(2^3) .................................................. 72
Hình 4.25: Tính theo c. c. Shu, N. M. Hawkins với acc>3 ...................................... 75
Hình 4.26: Tinh theo c. c. Shu, N. M. Hawkins với acc>3 ...................................... 75
Hình 4.27: Tính toán theo c. E. Ospina & S. D. B. Alexander với aCc>3............... 78
Hình 4.28: Tính toán theo c. E. Ospina & S. D. B. Alexander với aCc>3............... 78
Hình 4.29: Tính toán theo Kayani với ơcc>3.......................................................... 81
Hình 4.30: Tính toán theo Kayani với acc>3 .......................................................... 81


Trang 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1,1* Giới thiệu cbung

1.1.1. Giới thiệu đặc điểm của vấn đề
Hiện nay trên thế giới, ở những nước phát triển cũng như đang phát triển, đặc
biệt là ở các thành phố lớn với mật độ dân cư đông, vấn đề giải quyết nhu cầu về nhà ở,
về không gian sinh sống và làm việc đã làm xuất hiên hàng loạt các ngôi nhà cao tầng
với những kiến trúc phong phú, đa dạng. Ngoài việc giải quyết nhu cầu ăn ở cho người
dân các tòa nhà cao tầng với kiến trúc phong phú còn thể hiện tầm vóc của một vùng,
một đô thị, một đất nước và hơn thế nữa là dáng vóc của một thời đại.
Việc xây dựng các tòa cao ốc cần tính toán một cách kỹ lưỡng, tỉ mĩ để đáp ứng

các yêu cầu về công năng sử dụng, giá trị thẩm mỹ, giá trị về kinh tế... Trong đó, giá trị
về kinh tế là điều đáng quan tâm nhất.
Một trong những cách để giảm chi phí cho công trình nằm ở khâu lựa chọn
phương án thiết kế tối ưu nhất, vấn đề sử dụng bê tông cột với cường độ cao hơn bê tông
sàn cho nhà cao tầng sử dụng kết cấu bê tông cốt thép, đó cũng là giải pháp nhằm mang
lại lợi ích về kinh tế. Với công nghệ sản xuất bê tông cường độ cao phát triển mạnh mẽ
thì bê tông trong cột có thể thiết kế với cường độ rất cao, đáp ứng được yêu cầu về khả
năng chịu nén trong kết cấu. Như vậy, việc tăng cường độ bê tông cột là giải pháp thay
thế cho tăng tiết diện cột. Điều đó làm tăng diện tích sử dụng của căn phòng, không bị
những cột với tiết diện quá lớn làm giảm không gian sử dụng.
Vấn đề bê tông cột được thiết kế với cường độ cao hơn nhiều lần so với cường
độ bê tông sàn là vấn đề rất đáng được quan tâm trong thiết kế nhà cao tầng kết cấu bê
tông cốt thép.
Trên thế giới, việc sử dụng bê tông cột với cường độ cao hơn 80 MPa trong các
tòa nhà cao tầng hiện đại trở nên thông dụng, phổ biến và là giải pháp được các nhà thiết
kế lựa chọn. Cụ thể, tào tháp Kuala LumDer Citv Centre, được xem là tòa tháp cao nhất
thế giới sử dụng bê tông cột với cường độ lên đến 80 Mpa. Tòa tháp 311 South Wacker
Driver ở thành pho Chicago (Mỹ) sử dụng bê tông cột với cường


Trang 2
độ lên tới 82.7 MPa . Bê tông cột với cường độ cao lên tới 117 MPa cũng được sử dụng
cho thiết kế tòa tháp 31 tầng, 225 West Wacker Drive cũng ở thành phố Chicago (Mỹ).
Ở Việt Nam nhiều tòa nhà cao tầng cũng sử dụng bê tông với cường độ cao
để thiết kế cho cột bê tông cốt thép. Như tòa nhà Sài gòn center bê tông cột 50Mpa,
bê tông sàn 35 Mpa.

Tòa tháp Kuala Lumper City Centre
(Malaysia)

Sài Gòn Center ( Viêt Nam)


Trang 3
1.1.2. Đối tượng và các hướng nghiên cứu:
Trong kết cấu bê tông cốt thép cho nhà cao tầng, phần bê tông cột tính từ cao độ
mặt trên của sàn đến mặt dưới của sàn kế tiếp. Như vậy, khi sử dụng bê tông cột với
cường độ chịu nén cao hơn nhiều so với cường độ bê tông sàn thì câu hỏi đặt ra là cường
độ bê tông cột truyền qua sàn (cường độ bê tông hiệu dụng) tại vị trí nút liên kết cột sàn được tính toán như thế nào cho hợp lý và an toàn cho kết cấu công trình.
Thực tế, tiêu chuẩn thiết kế cho kết cấu bê tông cốt thép trong nhà nhiều tầng thì
cường độ chịu nén trong cột được đưa ra dựa vào kết quả những thí nghiệm thực tế thu
được.
Tiêu chuần ACI318-08 (Mỹ) chương RI0.12, mục sự truyền tải trọng cột qua hệ
sàn ghi rang: “Where the column concrete strength does not exceed the floor concrete
strength by more than 40 percent, no special precautions need be taken.” Theo tiêu chuẩn
này thì cường độ bê tông sàn có thể giảm đi 40% so với cường độ bê tông cột mà không
ảnh hưởng gì đến lý thuyết tính toán. Như vậy, kỹ sư thiết kế có thể cân đối trong việc
tăng tiết diện cột ở các tầng dưới như thế nào đấy để tối ưu đươc khả năng chịu nén của
cột ở các tầng và giảm cường độ bê tông sàn ở mức độ cho phép nhằm tiết kiệm chi phí
cho công trình.
Tuy nhiên, tại vị trí nút liên kết giữa cột và sàn thì cường độ bê tông lớp trên
truyền qua sàn đến lớp bê tông lớp dưới được xác đinh xác định như thế nào? Nhiều thí
nghiệm đã tiến hành để khảo sát sự truyền tải trọng của bê tông cột thông qua sàn trong
trường hợp cột và sàn có cường độ bê tông khác nhau.
Các thí nghiệm đã thực hiện với các đối tượng là: cột giữa, cột biên và cột
sandwich. Cột sandwich tiến hành thí nghiệm thay thế cho cột góc vì tính chất cột góc
không thuận lợi cho công tác thí nghiệm. Các mẫu thí nghiệm được tiến hành với mục
đích xác định các yếu tố ảnh hưởng tới việc truyền tải trọng trong cột thông qua sàn với
cường độ bê tông sàn thấp hơn.
về yếu tố cường độ: đây là yếu tố chính, ảnh hưởng trực tiếp và đáng kể đến

việc truyền tải trọng cột thông qua sàn. Hầu hết các nghiên cứu đều tập trung vào yếu tố
ảnh hưởng chính này. Như thí nghiệm của tác giả: Bianchiìii, Wood & Kesler (1960) ;
Gamble & Kliner (1991); c.c. Shu & N.M. Hawkins; Kayani (1992); C.M. Ospina & s.
D. B Aỉexander(1998); s. A. Ali Shah & Y. Ribakov; ... đều xét đến ảnh hưởng của yếu


Trang 4
tố cường độ bê tông tới sự truyền tải trọng từ cột thông qua sàn với bê tông sàn cường
độ thấp hơn.
Về yếu tố tải trọng: tải trọng tĩnh hay tải trọng động từ trên sàn tác dụng vào cột
cũng góp phần tạo ảnh hưởng tới việc truyền tải trọng cột thông qua sàn tại vị trí nút liên
kết cột - sàn. Tác giả c. M. Ospina & s. D. B Alexander(1998) đã chọn mẫu thí nghiệm
cho cột giữa, sàn mang tải và tải trọng thay đổi (tăng dần) trong khi đó cột chỉ chịu tải
bản thân. Thí nghiệm nén mẫu và tìm ra mối quan hệ giữa tải trọng sàn và cường độ chịu
nén của cột tại vị trí nút liên kết cột - sàn.
về yếu tố chiều dày sàn: bề dày sàn cũnẩà một yếu tố ảnh hưởng khá đáng kể
đến sự truyền tải trọng cột thông qua sàn. Thí nghiệm của các tác giả như: c.c. Shu &
N.M. Hawkins; c. M. Ospina & s. D. B Alexander (Ị998) đã xây dựng được mối liên hệ
giữa tỉ số chiều dày sàn trên bề rộng cột và cường độ bê tông hiệu dụng trong cột tại vị
trí nút liên kết cột - sàn.
Ngoài các yếu tố ảnh hưởng chính và cơ bản trên thì còn một vài yếu tố cũng ảnh
hưởng tới khả năng truyền tải trọng của cột thông qua sàn khi bê tông sàn có cường độ
thấp hơn như: hàm lượng cốt thép trong cột (thí nghiệm của tác giả c.c. Shu & N.M.
Hawkins}, hay cột có thiết kế với lõi bê tông bên trong với cường độ cao liên tục thông
qua tiết diện sàn (thí nghiệm của tác giả c. M. Ospina & s. D. B Alexander(1998)}, ...
Như vậy, vị trí nút liên kết cột - sàn là đối tượng chính được nghiên cứu bằng
thực nghiệm, từ đó xác định khả năng truyền tải trọng của cột thông qua sàn với cường
độ bê tông cột lớn hơn so với bê tông sàn.
Đề tài này xét đến nút liên kết cột - sàn cho đối tượng là cột góc. Cột sandwich
được tiến hành thí nghiệm thay thế cho cột góc và kết quả thí nghiệm được áp dụng tính

toán cho trường hợp cột góc.
1.1.3. Các nghiên cứu liên quan:
Đã có rất nhiều nghiên cứu liên quan đến vấn đề này, các thí nghiệm đã đuợc
thục hiện và kiểm chứng. Trong báo cáo này giới thiệu một vài thí nghiệm của một số
tác giả đã thục hiện trước đó.


Trang 5
1,1,3,1. Bianchini, Wood & Kesler (1960)[1]:
Bianchini và các cộng sự đã tiến hành thí nghiệm trên 11 mẫu cho đối tượng cột
giữa, 9 mẫu cho cột biên , 9 mẫu cho cột góc và 4 mẫu cho cột không sàn (kiểu
sandwich).
Mục đích của thí nghiệm:
•

Thứ nhất, xác định giới hạn của giá trị ỴT mà không ảnh hưởng tới tải
fcs

trọng phá hoại lớn nhất trong mẫu thí nghiệm.
•

Thứ hai, xác định tải trọng phá hoại lớn nhất trong mẫu thí nghiệm khi tỉ
số ^7 vượt quá giới hạn.
JCS

Mô tả thí nghiệm: Cường độ nén của bê tông cột (mẫu hình lăng trụ) dao động
từ 15.8MPa đến 56MPa, cường độ nén của bê tông sàn (mẫu hình lăng trụ) dao động từ
8.8 MPa đến 24.8MPa. cốt thép dọc trong cột là No.6, đai No.2 và khoảng cách các đai
là 200mm. Đối với mẫu cột có sàn thì cốt thép mặt trên, mặt dưới của sàn là No.4. Cường
độ chảy dẻo của cốt thép từ 295MPa đến 323MPa. Các giá tậ chiều dày sàn, chiều cao

cột và hàm lượng cốt thép trong cột được giữ không thay đổi cho tất cả các mẫu thí
nghiệm. Thí nghiệm chỉ gia tải cho cột và nén đến lúc phá hủy mẫu và được nén sau 24
ngày kể từ ngày thí nghiệm, thời gian đúc mẫu khoảng 1,5h đến 2h.
Công thức tính toán: cường độ bê tông hiệu dụng trong cột:
với p■ = p ______

= P°~fyA,S\
Jce <*i(Ag-Ast)

vưi r

0 "col,max

Giá trị tải trọng lớn nhất trong cột được tính toán theo công thức:
po = 0.85fẽc(Ag - Ast) + fyAst
Kết luận:
•

Đối với cột giữa có < 1.5 thì tải trọng Po không thay đổi nhiều.
Jcs

•

Đối với cột biên hoặc cột góc có 37 < 1.4 thì tải trọng Po cũng không
fcs

thay đổi nhiều.


Trang 6

•

Khi ^c,c > 1.5 đối với cột giữa thì chỉ 75% cường độ hiệu dụng trong
JCS

sàn chịu được tải nén Po.
•

Khi ^7 > 1.4 đối với cột biên hoặc cột góc thì tải trọng nén lớn nhất
fcs

dường như không thay đổi đáng kể.


Trang 7
1,1 J J, Gamble và Klỉnar (1991)[8]:
Gamble & Klinar tiến hành thí nghiệm đối với 6 mẫu cho đối tượng cột biên và
6 mẫu cho đối tượng cột giữa.
Mô tả thí nghiệm: Cường độ nén của bê tông cột (mẫu hình lăng trụ) dao động từ
72.4MPa đến 104.8MPa, cường độ nén của bê tông sàn (mẫu hình lăng trụ) dao động từ
15.9 MPa đến 45.5MPa. cốt thép dọc trong cột là No. 6, đai No.2 và khoảng cách các
đai là 250mm. Đối với mẫu cột có sàn thì cốt thép mặt trên, mặt dưới của sàn là No.4.
Cường độ chảy dẻo của cốt thép từ 295MPa đến 323MPa cho cốt thép sàn và 486 MPa
cho cốt thép cột. Các giá trị chiều dày sàn, chiều cao cột và hàm lượng cốt thép trong cột
được giữ không thay đổi cho tất cả các mẫu thí nghiệm. Thí nghiệm chỉ gia tải cho cột
và nén đến lúc phá hủy mẫu. Các mẫu thí nghiệm được nén sau 61 ngày đến 157 ngày
kể từ ngày thí nghiệm.
Công thức tính toán:
Với ặ< 1.4 thì: &=&
ĩcs

Với ậ > 1.4 thì:
fcs

•

•

Đối với cột giữa: /c'e = 0.47fee + 0-67fes

Đối cột biên: fee = 0.32 fee + 0.85 fés

Kết luận:
Cường độ bê tông hiệu dụng trong cột chịu ảnh hưởng của tỉ so fcclfcs và cũng đề
xuất ảnh hưởng của chiều dày sàn đối với cường độ bê tông hiệu dụng tai vị trí nút liên
kết cột - sàn, tuy nhiên không có mẫu thí nghiệm nào để chứng minh được điều đó.
Theo những kết quả thí nghiệm thì ông cho rằng cường độ bê tông hiệu dụng
trong cột thông qua sàn theo tiêu chuẩn ACI là tương đối lớn hơn so với kết quả thu
được. Như vậy tiêu chuẩn ACI318 cũng được đánh giá là tương đối mất an toàn.


Trang 8

L1JJ c. c. Shu & N. M. Hawkins^]:
Tác giả đã tiến hành thí nghiệm trên 54 mẫu cho đối tượng cột kiểu Sandwich.
Mục đích của thí nghiệm:
Làm rõ ảnh hưởng của hàm lượng cốt thép trong cột; ảnh hưởng của tỉ số
JCS

và h/c đối với cường độ bê tông hiệu dụng trong cột tại vị trí nút liên kết cột - sàn.

Mô tả thí nghiệm: Các mẫu được chia làm 2 nhóm chính với hình dạng và kích
thước như Hình 1.1.
Nhóm I: gồm các mẫu cột bê tông có cốt thép và cột bê tông không có cốt thép.
Các mẫu này hoàn toàn giống nhau về hình dạng, kích thước và cũng tương đồng về
cường độ bê tông.
Nhóm II: các mẫu cột bê tông cốt thép với giá trị ịjc dao động từ 1 đến 5.6 JCS
và tỉ số h/c dao động từ 0.17 đến 3.
Tất cả các mẫu nhóm I và nhóm II được thí nghiệm nén đến phá hủy và được ghi
lại hình dạng vết nứt cũng như kiểu phá hoại.


Trang 9

12in I l-ìain. ]12in

(Plain Concrete)

Mau bê tông không cốt
Mau bê tông có cốt thép
thép
(Reinfored Concrete)
. Stronger Column Concrete: Phần bê tồng cột cường độ cao.
. Weaker Slab Concrete : Phần bê tông sàn cường độ thấp hơn.
Hình 1.1: Hình dạng, kích thước và sơ đồ bố trỉ các mẫu thi nghiệm.


Trang
10
Công thức tinh toán:
Cường độ bê tông hiệu dụng fcp trong cột tại vị trí nút liên kết cột - sàn là :

Kết quả thí nghiệm và kết luận:
Dựa vào kết quả thí nghiệm, tác giả đưa ra kết luận như sau:
• Cường độ bê tông hiệu dụng trong cột tại vị trí nút liên kết cột - sàn tăng khi cường
độ bê tông phần cột càng lớn hơn cường độ bê tông phần sàn.
• Ngoài ảnh hưởng bởi cường độ bê tông cột và bê tông sàn thì chiều dày lớp bê tông
sàn cũng ảnh hưởng tới cường độ hiệu dụng trong cột tại vị trí nút liên kết cột - sàn.
• Phần cốt thép trong cột cũng làm giảm giá trị hiệu dụng của cường độ bê tông trong
cột tại vị trí nút liên kết cột - sàn.
• So với tiêu chuẩn ACI318 thì ông cho rằng: đối với cột biên và cột góc thì việc tính
toán theo tiêu chuẩn là quá an toàn. Ngược lại, đối với cột giữa thì việc tính toán
theo tiêu chuẩn là thiên về mất an toàn.