Khảo sát sự ảnh hưởng của tải trọng sàn đối với ứng xử nén của nút cột – sàn bê tông cốt thép

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN TRUNG KIÊN

KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG SÀN
ĐỐI VỚI ỨNG XỬ NÉN CỦA NÚT CỘT - SÀN BÊ
TÔNG CỐT THÉP

Chuyên Ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp
Mã Số Chuyên Ngành: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH - THÁNG 02 NĂM 2016


Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG Hồ Chí Minh
Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: TS. HỒ HỮU CHỈNH ................................................

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS. TRÀN THẢI MINH CHÁNH .............................

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

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

Luận văn được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. Hồ Chí Minh
Ngày 19 tháng 02 năm 2016
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch

: PGS.TS. Nguyễn Văn Hiệp

2. Thư ký

: TS. Lê Văn Phước Nhân

3. Thành viên Phản biện 1 : PGS.TS. Nguyễn Minh Long
4. Thành viên Phản biện 2 : TS. Trần Cao Thanh Ngọc
5. Thành viên

: TS. Huỳnh Minh Phước

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

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: NGUYỄN TRUNG KIÊN ..................MSHV: 13210142 .....................
Ngày, tháng, năm sinh: 12/06/1987 ....................................Nơi sinh: Cần Thơ.....................
Chuyên ngành: KTXD CT dân dụng và công nghiệp .........Mã số: 60.58.02.08 ........

I.

TÊN ĐỀ TÀI: Khảo sát sự ảnh hưởng của tải trọng sàn đối với ứng xử nén của nút cột - sàn
bê tông cốt thép.

II.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1. Khảo sát ứng xử nén của nút liên kết cột - sàn bê tông bằng phương pháp thí nghiệm.
2. So sánh kết quả thí nghiệm với lý thuyết tính toán và các nghiên cứu liên quan.
3. Rút ra kết luận và kiến nghị

III. NGÀY GIAO NHỆM VỤ

: 19/01/2015

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 15/12/2015
V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1: TS. HỒ HỮU CHỈNH
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2: TS. TRẦN THÁI MINH CHÁNH
Tp. HCM, ngày 29 tháng 02 năm 2016

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

LỜI CẢM ƠN
Thành công nào của bất cứ ai cũng bắt đầu từ chính sự nỗ lực không ngừng của
chính bản thân họ, Và tôi không những vậy, càn có sự giúp đỡ của thầy cỏ, các bạn đồng
nghiệp . những người hỗ trợ nhiệt tình trong thực hiện thí nghiệm cho tôi.
Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy hướng dẫn lủ TS. Hồ Hữu
Chỉnh và TS. Trail Thái Minh Chánh. Hai thầy đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những
kỉnh nghiệm về tư duy, lý luận khoa học và động viên tôi trong suốt quả trình nghiên
cứu, thực hiện đề tài tại trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM.
Kế đến, tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô Khoa Kỹ Thuật
Xây dựng, trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM đã truyền dạy những kiến thức quý giá
cho tôi, đố cũng là những kiến thức không thể thiếu trên con đường nghiên cứu khoa học
và sự nghiệp của tôi sau này.
Cuối củng, tôi xin cảm ơn anh Lẽ Quang Hỏa vả những người hỗ ượ nhiệt tinh cho
tỏi từ chuyên món đen linh thản.
Tôi đã cô gãng hết sức de hoàn thành luận vần một cách tốt nhất nhưng không cưng
không tránh khỏi những thiêu sót. Kính mong quỳ Thầy Cô, càu nhả chuyên môn và các
nhà khoa học. dóng góp ý kiến cho tôi.
Xin chân thành cảm ơn !

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng 01 năm 2016

Nguyễn Trung Kiên

3


NỘI DUNG TÓM TẮT CỦA LUẬN VĂN
Một số kí hiệu viết tắt

Chương I: Giói thiệu
1. Mở đầu
2. Mục tiêu của đề tài
3. Ý nghĩa nghiên cứu
3.1. Ý nghĩa khoa học
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Chương II: Tổng quan về các nghiên cứu liên quan
Chương ni: Lý thuyết tính toán
Chương IV: Khảo sát thực nghiệm
1. Mẩu
2. Phương pháp thí nghiệm
2.1. Sơ đồ thí nghiệm
2.2. Thiết bị thí nghiệm
2.3. Qui trình thí nghiệm
Chương V: Phân tích kết quả thí nghiêm và thảo luận.
Chương VI: Các kết luận và kiến nghị.
Tài liệu tham khảo chính
Phụ lục

5


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 và TS. I ran Thái Minh Chánh. 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 Chí Minh, ngày 08 tháng 01 nãm 2016

Nguyễn Trung Kiên

5


MỤC LỤC
Nhiệm vụ luận văn Thạc Sĩ .......................................................................................1
Lời cảm ơn .................................................................................................................3
Lời cam đoan .............................................................................................................4
Ghi chú ký hiệu .........................................................................................................5
Tóm tắt luận văn ........................................................................................................6
Chương I: GIỚI THIỆU ............................................................................................7
1.1. MỞ ĐẦU ........................................................................................................7
1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI .............................................................................7
1.3. Ý NGHĨA NGHIÊN CỨU .............................................................................7
1.3.1. Ý nghĩa khoa học .......................................................................................7
1.3.2. Ý nghĩa thục tiễn .......................................................................................8
Chương II: TỒNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ........................8
2.1. Bianchini 1960 (ACI318-1995) .....................................................................8
2.2. Gamble & Klinar (1991) ................................................................................9
2.3. Kayani(1992)............................................................................................... 10
2.4. Shu & Hawkins (1992).................................................................................10
2.5. Ospina & Alexander (1998) .........................................................................11
2.5.1. ứng xử của nút cột sàn betong cốt thép khi không có và có tải trên sàn 14
2.5.2. Trạng thái ứng suất của liên kết ..............................................................16
2.5.3. Ảnh hưởng của lực sàn............................................................................16
2.5.4. Ảnh hường của kích thước sàn và cột .....................................................18
2.5.5. Ảnh hưởng của lõi HSC trong vùng nút liên kết ....................................19
2.5.6. Ảnh hưởng của cường độ bê tông nút sàn-cột ........................................20
2.5.7. Công thức thiết kế cho cột trong .............................................................20
Chương III: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ................................................................21

Chương IV: KHẢO SÁT THÍ NGHIỆM ................................................................22
4.1. Mẩu .............................................................................................................. 22
4.1.1. Vật liệu và kích thước mỉu .............................................................. 22
4.1.2. Quá trình đúc mẫu từ coppha-thép-dán Sttain Gauge thép-đỗ betong-bảo
dưỡng-hoàn thiện mẫu-dán Sttain Gauge bê tông ...................................23

51


4.2. Phương pháp thí nghiệm .............................................................................. 25
4.3. Sơ đồ thí nghiệm ........................................................................................... 27
4.4. Thiết bị thí nghiệm ........................................................................................ 29
4.5. Quy trình thí nghiệm .................................................................................... 30
4.6. Một số hình ảnh thí nghiệm ......................................................................... 31
Chương V: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................... 34
5.1. Kết quả thí nghiệm ........................................................................................ 34
5.2. Hình thái vết nứt............................................................................................ 34
5.3. ứng xửcũa mau thí nghicm ............................................................................ 35
5.4. Ảnh hưởng của tải trọng trên sàn ................................................................. 39
5.5. Công thức đề nghị......................................................................................... 39
Chương VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ CỦA TÁC GIẢ ................................... 46
6.1. Kêtluận .......................................................................................................... 46
6.2. Kiến nghị ....................................................................................................... 46
Tài liệu tham khảo chính .......................................................................................... 47
Danh mục hình ảnh .................................................................................................. 48
Danh mục bảng ........................................................................................................ 50
Muc lục..................................................................................................................... 51

52

MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT
fc c ưỜTLg Jụ chị u nén trung bình của cột bê tông, MPa fcCường độ chịu nén của
mầu bê tông

hình

lập phương,

fcu

Cường độ chịu nén cùa

mẫu bẽ lùng hình Crụ tròn, MPtì

fC5

Cường dộ chịu nen của

mẫu be tông sàn, MPa

fee

Cưởng độ chịu nén cứa

trê tông cột. MPa

fce

Cường Jộ chịu nen hiệu dụng của hê tông cột. MPa

fy

Cường độ chây đèo cùa ent thép dọc trù lì g cột. MPa

MPa

Ag Diện tích mặl cất ngang cột, ntm2 Ast Diện tích cồt thép dọc trong cột mm2
h

Chiều dày sàn, mm

c

Kích thước cột vuông, mm

Qs

Tổng hoạt tải thí nghiệm đặt trên 04 gổc sàn

Qo

Tổng hoạt tải thí nghiệm đặt trên 04 gốc gây phá hoại sàn.

pQ Lực thí nghiệm gây phá hoại đặt trên cột acc Tỉ số giữa cường độ bê tông cột và bê
tông sàn ace Tỉ số giữa cường độ hiệu dụng bê tông cột và bê tông sàn Ơ.Q Tỉ số giữa
hoạt tải thí nghiệm đặt trên sàn và tải gây phá hoại sàn

6

DANH MỤC HÌNH ÁNH
Hình 2.1. Chi tiết mẫu thí nghiệm - cột trong
Hình 2.2. Biểu đồ mẫu thí nghiệm khi có và không có lực tác dụng lên sàn
Hình 2.3. Hình thái vết nứt khi không có lực tác dụng lên sàn
Hình 2.4. Hình thái vết nứt khi có lực tác dụng lên sàn
Hình 2.5. Ảnh huởng của tải sàn đối với vùng phía trong của nút
Hình 2.6. Ảnh huởng của tải sàn đối với vùng phía ngoài nút
Hình 2.7. Ket quả thí nghiệm không có tải sàn theo Ospina và Alexander (1998)
Hình 2.8. Kết quả thí nghiệm có tải sàn theo Ospina & Alexander (1998)
Hình 2.9. Ảnh huởng của kích thuớc sàn-cột h/c
Hình 2.10. Ảnh huởng của lõi betong cuờng độ cao
Hình 2.11. Biểu đồ so sánh của tác giả Ospina & Alexander với CSA và ACI
Hình 3.1. Biểu đồ tuơng quan giữa các lý thuyết tính toán
Hình 4.1. Thí nghiệm nró mail bè lông và thí nghiím kéo thép
Hình 4.2. Sơ đồ hình học mẫu thí nghiệm
Hình 4.3. Các mẫu thí nghiệm đúc sẵn
Hình 4.4a. Kết quả nén mẫu bê tông
Hình 4.4b. Sử dụng máy trộn bê tông 0.25m3
Hình 4.5a. Mặt bằng bố trí Strain Gauge Betong
Hình 4.5b. Sơ đồ thí nghiệm
Hình 4.5c. Bố trí thép cột, sàn và Strain Gauge Thép
Hình 4.6a. Kích thủy lực 500T và bộ điều khiển (lps)
Hình 4.6b. Load cell và đồng hồ đo lực (kg)
Hình 4.7a. Chi tiết gia cường chân cột khí nén mẫu
Hình 4.7b. Chi tiết gia cường đầu cột khí nén mẫu
Hình 4.7c. Sơ dồ thí nghiệm tim lải IAn nhài Qo phá hoại sàn
Hình 4.7d. Sơ dô thi nghiệm OỂQ cột
Hình 4.7e. Cột trên bị phá hoại & vết nứt xuẩt hiện trên sàn.
Hình 4.7g. Cột dưứj bị pliá hoại

Hình 4.7h. Quá trình vận chuyển mẫu ra khỏi phòng thí nghiệm
Hình 5. la. Hình thái vết nứt khi tải trên sàn nhỏ (<5O%Qo)
48


Hình 5.1b. Hình thái vết nứt khi tải trên sàn lớn (>7O%Qo)
Hình 5.2a. Biểu đồ quan hệ lục tác dụng và biến dạng thép cột - MI9-35-30%
Hình 5.2b. Biểu đồ quan hệ lục tác dụng và biến dạng bê tông cột- M19-35-30%
Hình 5.2c. Biểu đồ quan hệ lục tác dụng và biến dạng thé cột - M19-35-70%
Hình 5.2d. Biểu đồ quan hệ lục tác dụng và biến dạng bê tông cột - M19-35-70%
Hình 5.3a. Biểu đồ quan hệ lục tác dụng và biến dạng thép cột - TÔNG HỢP
Hình 5.3b. Biểu đồ quan hệ lục tác dụng và biến dạng bê tông cột - TÔNG HỢP
Hình 5.4. Biểu đồ quan hệ ảnh hưởng của tải trọng trên sàn

49


DANH MỤC BÁNG
Bảng 2.1. Tổng hợp chỉ tiết mẫu liên kết nút sàn - cột trong
Bảng 2.2. Chỉ tiết mẫu
Bảng 2.3. Kết quả test mẫu
Bảng 3.1. Các lý thuyết tính toán
Bảng 4.1. Cấp phối Mác bê tông cho lm3

Bảng 4.2. Chỉ tiết mẫu
Bảng 5.1. Chỉ tiết kết quả nén mẫu
Bảng 5.2a. Bảng, so sánh kcl quả tính toán các lý thuyết lính toán
Bảng 5.2b. Bảng so sảnh kểt quâ tinh toàn các lý thuyết tinh toảri VỚI 14:ữcc<2.0
Bảng5.2c- Bàng Sữ sã.iih kết quà tính toán các Lý thuyết tinh toàn vời íxcc>2.0
Bảng 5.3a. Bảng tính toán tim B và so sánh cống thức mới (ICJ.h) với cống thức gốc

(7) của Shu & 1 Jawkins
Bảng 5.3b. Bảng tính toán tỉmgiả trị B dang till cậy theo công thửc niờĩ (lO.b)

50


Chương I: GIỚI THIỆU
1.1.

MỞĐẰU:
Vì lý do kinh tế, cột bê tông thường được làm bằng bê tông có độ bền cao hơn là

những tấm flab hoặc tấm hỗ trợ. Trong phương pháp ưa thích của xây dựng, bê tong sàn
được đúc liên tục thông qua khớp cột sàn. Kết quả là, một phần của cột hình thành các
liên kết giữa sàn và cột được thực hiện với một bê tông cấp thấp hơn của phần còn lại của
cột.
Trong nội dung đề tài nghiên cứu về ứng xử nén của nút liên kết cột - sàn bê tông
cổt thép, các nghiên cứu trước của một số tác giả đã cho thấy ứng xử nén của nút do nhiều
yếu tố quy định như: tiết diện cột, chiều dày sàn, cường động bê tông và thép, số lượng
thép chịu lục chính, thép đai, tải trọng trên sàn...Đề tài này tập trung “Khảo sát sự ảnh
hưởng của tải trọng sàn đối với ứng xử nén của nút cột - sàn bê tông cốt thép”.
Ở Việt Nam và trên thế giới kết cấu sàn không dầm đã được ứng dụng nhiều nhằm
tăng chiều cao sử dụng cho công trình, đáp ứng về mặt thẩm mĩ - kiến trúc. Vì vậy, khảo
sát, nghiên cứu liên kết đặc trưng này trong một kết cấu điển hình được sử dụng rất rộng
rãi là điều hết sức cần thiết. Đặc biệt, kháo sát với ti lệ fcc/fcs=1.0^2.0, có hoạt tải trên sần
mả chưa W tíc gia tì<1o thực hiện và đây cũng là mục đích chính của đề tài.

1.2.

MỤC TIÊU CỦA ĐÈ TÀI :

Mục tiêu nghiên cứu được đề xuất trong luận văn này như sau:
• Khảo sát thực nghiệm về khả năng chịu lực và ứng xử mẫu liên kết cột sàn
betong cốt thép với tải trọng sàn khác nhau.
• Phân tích sự ảnh hưởng của tải sàn như thế nào đến liên kết nút cột-sàn.
• So sánh với các kết quả thực nghiệm, nghiên cứu liên quan và cơ sở lý thuyết
tính toán.

1.3.

Ý NGHĨA NGHIÊN cứu :

1.3.1. Ỷ nghĩa khoa học :
Đề tài sẽ tiến hành khao sát bàng thí nghỉặiì với ti ỉệ f’atf’a=J.0+2.Ọ, en hoạt tai
Iren sàn mà rhira củ tác giả nào thực hiện. Bố sung vào ngân hàng dừ liệu, lông hợp,
phflo ticlì, so sánh kết quả với các đề tài đã nghiên cứu vỉ đưa ra kết luận đầy đủ hơn.
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn :
Xem xét ứng xử của liên kết cột sàn do tải trọng trên sàn, bổ sung và đưa ra nhận
7


xét, kết luận đầy đủ để việc thiết kế và thi công đạt hiệu quả nhất.
Chương II: TÒNG QUAN VÈ CÁC NGHIÊN cứu LIÊN QUAN
Vì lý do kinh tế, cột bê tông thường được làm bằng bê tông có độ bền cao hơn là
những tấm flab hoặc tấm hỗ trợ. Trong phương pháp ưa thích của xây dựng, bê tông tấm
được đúc liên tục thông qua khớp cột sàn. Kết quả là, một phần của cột hình thành các
liên kết giữa sàn và cột được thực hiện với một cấp thấp hơn của bê tông hơn là phần còn
lại của cột.
Khoản 10.12 của tiêu chuẩn 2008 ACI (ACI 318-2008) xác định cường độ bê tông
hiệu quả của cột trong có mác cao với bê tông sàn mác thường. Điều khoản này được

dựa trên các thí nghiệm trong những ứng dụng là không tải trên các sàn. Thử nghiệm như
vậy có thể đánh giá vượt quá ước tính của cột bởi vì mô hình không xét đúng các điều
kiện confinement của liên kết cột sàn.
Các nghiên cứu trước của một số tác giả đã cho thấy ứng xử nén của nút do nhiều
yếu tố quy định như: tiết diện cột, chiều dày sàn, cường động bê tông và thép, số lượng
thép chịu lục chính, thép đai, tải trọng trên sàn...

2.1. Bianchini 1960 (ACI 318-1995)
Đã thí nghiệm về nút liên kết cột-sàn như Bianchini (1960) với 11 mẫu, Gamble
và Klinar (1991) với 6 mẫu, nhưng tất cả đều không có tải trong trên sàn. Theo tiêu
chuẩn ACI 318-2008 và CSA A23.3-2004:
Lực nén đúng tâm : po = ữỉf’cu(Ag - Ast) + fyAst

(1)

Trong đó, Ag: diện tích mặt cắt cột
Ast: diện tích thép theo phương dọc
f’cu : cường độ bê tông (kiểm tra theo mẫu hình trụ đứng)
fy: cường độ thép chảy dẻo
cr7 = 0.85

8


Công thức cường độ cột bê tông hữu hiệu với ptest là lực tối đa của thí nghiệm mẫu.
fA

y^sĩ

(2)

Theo tiêu chuẩn ACI 318-2008, đối với những cột bên trong thì cường độ bê tông hữu
hiệu được cho bởi:
(3)

2.2. Gamble & Klinar (1991)
Thiết kế này vượt quá ước tính cường độ liên kết và có tỉ lệ giữa cường độ cột
và cường độ sàn quá lớn, công thức thay đổi như sau:
(4)
Theo ti uẩn Canada CSA A23.3

1:
(5)

Các thí nghiệm của Bianchini và Gamble and Klimar (1991) không có lực sàn tác dụng.
Trong kết cấu nguyên mẫu, lực trên sàn sẽ làm giảm biến dạng kéo của khối thép trong
vùng ảnh hưởng của cột. Nó được xem là nguyên nhân gây ra những ảnh hưởng xấu tới
khả năng chịu lực của sàn xung quanh cột.
Xem xét liên kết cột có cường độ bê tông cao hơn sàn. Dưới tác dụng lực, liên
kết tại vị trí này có thể biến dạng nhiều hơn cột. Sự giãn nở của liên kết, tuy nhiên, nó
được hạn chế bởi vùng xung quanh sàn. Neu sàn không có lực tác dụng nhưng hình 1,
nó sẽ tác động giống như lực kéo, liên kết sẽ bị kéo giãn ra và gây ra 1 áp lực tại liên kết
bê tông sàn - cột này. Áp lực nãy sẽ phân bố đều vượt quá chiều cao của liên kết và ứng
suất kéo được tạo ra ở cả lớp thép trên và lớp thép dưới của sàn. Neu sàn có lực tác dụng
được minh họa ở hình 2, sẽ có hiện tượng võng xảy ra ở phần trên liên kết của sàn là
chịu kéo và phần dưới là chịu nén. Dưới trục trung hòa của sự uốn, sự uốn do nén của
toàn khối sàn kiềm hãm liên kết. Trên trục trung hòa của sự uốn, liên kết không được
kiềm hãm bởi vùng xung quanh sàn.

9

Bảng 2.1. Tổng hợp chỉ tiết mẫu liên kết nút sàn - cột trong
2.3. Kayani (1992)
Đã tiến hành thí nghiệm 2 mẫu cột biên có sàn và 4 mẫu cột sandwich.
Cho thấy, chênh lệch cuờng độ be tong sàn cột ảnh huởng đến cuờng độ của liên
kết bên trong cột sandwich. Không xét sụ ảnh huởng của tải trọng trên sàn.
(6)
ẦXQ=

1.00 cho cột góc

2.4. Shu & Hawkins (1992)
Đã tiến hành thí nghiệm 54 mẫu cột sandwich, để khảo sát ứng xử của cột liên
tục đi qua sàn bê tông “Behavior of columns continuous through concrete floor’’. Cho
thấy, tỷ lệ h/c và chênh lệch cuờng độ be tong sàn cột ảnh huởng đến cuờng độ của liên
kết bên trong cột sandwich. Không xét sụ ảnh huởng của tải trọng sàn vì mẫu không có
sàn.
Cường độ betong tại góc hay cạnh của cột là:
Với A=l/(0.4 + 2.66h/c) f’ce =f’cs + Mf’cc -f’cs)

(1)

10


Ra inforead CụncrQlĩ

Plain Contrele

Hình 2.1. Chi tiết mẫu thi nghiệm - cột trong
2.5. Ospina & Alexander (1998)
Tiến hành thí nghiệm khảo sát nút sàn cột, cho thấy tải sàn, tỷ lệ h/c và chênh
lệch cường độ be tong sàn cột ảnh hưởng đến cường độ của ỉỉên kết bên trong cột sàn.
Một phương trình thiết kế mới thay thế các quy định tại khoản 10.153 được đề xuất.

11


Bảng 2.2. Chi tiết mẫu

“số nằm trong ngoặc 0 chỉ số ngày tuổi của mẫu bLớp bê tông bảo vệ 20mm
Mau có lõi bê tông cường độ cao

c

“Mau cột bình chữ nhật

12


Bảng 2.3. Kết quả test mẫu

*Lực trên sàn là tổng 4 lực đật tại 4 góc sàn h’inh theo
công thức (2)
Biến dạng trung bình của thép sàn khi sàn được áp tải

c

13


2.5.1. ứng xử của nút cột sàn betong cất thép khi không có và có tải trên sàn:
Tại nứt sàn-cột với sàn không chỉn tác dụng lực, giống như các mẫn thí nghiệm
của Bỉanchinỉ và Gamble and Klỉnar (1991). Minh họa vết nứt của mẫu tại mối nổi khỉ
không có lực sàn, vết nứt của sàn được hình thành khỉ ứng suất của cột vượt quá cường
độ bê tông hình trụ của mối nối. Tại mức này, những thanh thép dọc chảy dẻo của cột
trong vùng mối nối. Khi tiến hành thí nghỉệm này, vết nứt lan ra từ cột đến cạnh của
sàn. Sau đó, vết nứt sẽ lan đến giữa cạnh sàn và đến cột gần

Hình 2.2. Biểu đồ mẫu thỉ nghiệm khi cỏ và không cỏ lực tác dụng lên sàn
Những gốc cột sẽ giữ lại chống các vết nứt gần như dưới 1 lực cực đại. Tại điểm
này, các nứt nhỏ sẽ xuyên qua lớp trên hoặc lớp dưới của gốc cột. Điều này dựa trên
mức độ giữ lại của thép sàn. Hầu hết các sàn đều có thép lớp trên nhiều hơn lớp dưới,
trong trường hợp này vết nứt sẽ xuyên qua gốc cột ít hơn. Thép tăng cường ở lớp trên
sẽ gây ra sự uốn cong nhẹ của các mẫu sàn.
Trạng thải vết nứt của các mẫu khỉ có lực sàn được đánh dấu khác nhau. 1 mẫu
nứt điển hình của sàn có lực tác dụng được diễn tả trong hình 5. Khỉ sàn tác dụng lực
thì sự cong gây nứt sẽ được hình thành tại lớp trên bề mặt trực tiếp lên trên thép và mờ
rộng từ cột sang cạnh sàn. Những mối nối của thép cột sẽ chảy dẻo khỉ ứng suất được
áp dụng đến ứng suất của bê tông hình trụ tại mối nối bê tông. Tại điểm này và những
phần còn lại của thí nghiệm, nó cần thiết được điều chỉnh kích lực để chứa 1 lục không
đổi. Kết quả vượt quá mức giới hạn không làm cho lực sàn giảm mà cong tăng lực tải
cột. Sự giảm lực sàn cải thiện sự hạn chế tại mối nối cột- sàn, do đó tăng cả cường độ
và độ cứng của mối nối.
Sau khỉ thép sàn chảy dẻo, vết nứt được hình thành tại chốt chắn của cột. Tiến
hành thí nghiêm, vết nứt sẽ được mở ra, yêu cầu rằng sàn bê tông cung cấp 1 ít hoặc
không cỗ sụ kiềm hãm đến phần ở trên của mối nổi. Cuối củng, vết nứt được

14


mở rộng đến phần phía trên của chôt chắn, trong khỉ nhiều sụ kiềm hãm được cung cấp
đến phân nữa phía dưới của mối nối sự uốn cong bởi nén do sàn gây ra.
Sự vượt quá giới hạn hiển nhiên phụ thuộc vào lúc nó xảy ra bên trong hoặc bên
ngoài của mối nốỉ.Trong trường hợp sự vượt quá giới hạn được điều khiển bởi sự ép của
mối nối, thì trạng thái mềm sẽ xảy ra 1 cách đáng kể. Trong 1 vàỉ trường hợp, dĩ nhiên
cường độ của các mối nối sẽ đạt đến cường độ của cột. Sự vượt quá giới hạn của các
mẫu thử này sẽ hủy hoại.

_________

LiTT) ) / '

SpaJImg oí coỉurm concrete

Hình 2.3. Hình thái vết nứt khi không có ỉực tác dụng ỉên sàn

Tqpttób track*

spalling oí ủùíụỢiri GWicrpiw

lEkiitorr. jlab Cracks

Hình 2.4. Hình thải vết nứt khỉ có ỉực tác dụng ỉên sàn

15

2.5.2. Trạng thái ứng suất của liên kết
Giá trị ứng suất được biểu diễn phù hợp với ứng suất nén trung bình của bê tông,
được tính bởi công thức
Ắ =%■

(8)

Để so sánh biểu đồ ứng suất được lấy từ thì nghiệm hình trụ bê tông của sàn và
cột. Chú ý rằng, giá trị cực đại của nút bê tông là 85%/’ce.
Tại mực ứng suất ở dưới trục cường độ bê tông chịu nén, trạng thái ứng suất tại
mối nối bê tông được chấp nhận gần bằng thí nghiệm bê tông hình trụ. Đánh dấu sự thay
đổi của hệ số modun đàn hồi tại mối nối, diễn tả sự ảnh hưởng của sự chống nở hông
do sàn xung quanh, ứng suất cực đại của mối nối vượt quá ứng suất hình trụ. Bên ngoài
mối nối, các trạng thái ứng suất của bê tông được duy trì sự đàn hồi và tương ứng thu
được từ thí nghiệm mẫu hình trụ.
2.5.3. Ảnh hưởng của lực sàn
Ảnh hưởng của lực sàn làm giảm ứng suất nén cực đại và biến dạng lớn nhất.
Với những mẫu này, sức căng tại ứng suất cực đại có biến thiên từ 2-4%. Những giá trị
này thường lớn hơn 10-20 lần so với sự liên kết của các lực nén không hạn chế
(unconfined), điển hình là bằng 0.2%. Điều này cho thấy rằng, khi tải sàn ở cấp độ cao
được áp dụng thì có lợi cho liên kết nhờ hiện tượng confinement.

Column Strain ttirouph Slab

Hình 2.5. Ảnh hưởng của tải sàn đổi với vùng phía trong của nút
Hình 5 so sánh ứng sức căng của mối nối ngang tại bề mặt cột và đường trung tâm đi
qua mối nối cột-sàn (trong) có lực và không có lực. Lực căng ngang được lấy từ những
thiết bị đo được đặt tại bề mặt phía trên của sàn thép và được vẽ với lực kéo dương. Với
những mẫu thí nghiệm không có lực sàn, lực căng tại bề mặt mối nối luôn nhỏ hơn tại
16

trung tâm. Với những mẫu có lực sàn lực căng tại bề mặt mối nối luôn cao hơn tại trung
tâm sâu khi có lực sàn được áp dụng lên.Vượt quá thí nghiệm này, tuy nhiên, sức căng
của đường trung tâm luôn tăng nhanh hơn tại bề mặt cột. Cái trước bắt kịp cái sau khi
áp dụng 1 ứng suất vượt quá cường độ hình trụ của sàn bê tông và cột dọc chảy dẻo tại
mối nối.

Hình 2.6. Ảnh hưởng của tải sàn đổi với vùng phía ngoài nút
Một sự quan sát đặc biệt tại hình 6, lực căng của những mẫu có lực sàn gần như
song song với những mẫu không có lực sàn. Ảnh hưởng của những lực sàn làm tăng sức
kéo căng ngang khoảng ÌOOO.IÍ tại đường trung tâm của cột, khoảng 15OOpj£ tại bề
mặt cột. Điều này yêu cầu rằng phần nữa trên của mối nối được tác dụng 1 phần bởi
đường uốn cong của sàn.

17


Hình 2.7. Kết quả thỉ nghiệm không cỏ tải sàn theo Ospina và Alexander (1998)
Thí nghiệm cho tháy tải trên sàn kết hợp với lực cực hạn ngay cột. Bởi vì thí
nghiệm này không cho phép sự phân bố lạỉ moment của sàn. Chúng có thể làm gia tăng
ảnh hưởng của lực sàn. Trong 1 sàn liên tục, moment âm tại cột có thể phân bố lại vớỉ
moment dương. Do đó, giảm bớt lớp thép trên của sàn tại những vùng gần cột được.
Tuy nhiên, xem xét thay tải trọng trung bình trên cột kết hợp với tải cực hạn trên sàn, sẽ
có một chút lợi cho sự phân bố lại.

Hình 2.8. Kết quả thi nghiệm có tải sàn theo Ospina & Alexander (1998)
2.5.4. JwA hường của kích thước sàn và cột
Trong nhiều trường hợp, tỉ lệ của liên kết sẽ nhỏ hơn 1/2 và thường nhỏ hơn 1/3.
Tuy nhiên, liên kết làm theo tỉ lệ sắp xếp thống nhất hoặc lớn hơn là không hợp lý cho

sàn có mũ cột “drop panel” hoặc liên kết với cột là hình chữ nhật. Trog

18


trượng hợp cột hcn, nỗ sẽ cho thấy rằng kích thước cột nhỏ hơn sẽ điều chỉnh ỉỉ lệ liên
kết.
-------- --------- r-—-—T --------

0 o.ữl Õ.ỠS 003 Ũ.M 0 05

1 ----------------------- ------------------------ ----------- ■ ----------- ----------- ------------

0.0« ọ ũ? 0.04

Column Strain through Slab

Hình 2.9. Ảnh hưởng cứa kích thước sàn-cột h/c

2.5.5. Ảnh hưởng của lõi HSC trong vùng nứt liên kết
Sự phân bố ứng suất dọc của liên kết không đồng đều, lõi HSC chịu 1 phần lực
không tương xứng với tổng tải tác dụng. Lõi HSC được kéo dài suốt chiều dài của sàn.
Tuy nhiên, vì phần nén cong giam hảm ở phần dưới của liên kết nên có thể chỉ cần đật
lõi HSC ở phần trên là đủ cho liên kết tại nút.

Hình 2.10. Ảnh hưởng của lõi betong cường độ cao
2.5.6. Ảnh hưởng của cường độ bê tông nút sàn-cệt
Để đo được cường độ hiệu quả được lấy từ mẫu thí nghiệm. Trong tất cả các

19