Một số vấn đề cần quan tâm khi xác định sức chịu tải cọc ở hiện trường theo thí nghiệm nén tĩnh cọc

Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015

58

MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN QUAN TÂM KHI XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỌC Ở
HIỆN TRƢỜNG THEO THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC
ThS. Phạm Ngọc Tân
Phó trưởng Khoa Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung
ThS. Nguyễn Huỳnh Minh Trang
Khoa Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung
Tóm tắt: Trong thiết kế nền móng công trình, vấn đề sức chịu tải của cọc đóng
vai trò quyết định tới ổn định của giải pháp móng sâu cho nhà cao tầng. Với giá
thành giải pháp cao, phương pháp tính toán theo lý thuyết còn nhiều vấn đề chưa
thực sự thống nhất thì việc xác định sức chịu tải cọc ở hiện trường là một vấn đề
bắt buộc và rất phức tạp nhưng phải thực hiện trong thực tế xây dựng. Trong đó
thí nghiệm nén tĩnh cọc ở hiện trường là phương pháp thường dùng trong thực tế
hiện nay. Mặc dù TCVN 9393-2012 đã nêu rõ những vấn đề chung khi sử dụng
thí nghiệm này nhưng vận dụng thực tế như thế nào cũng còn nhiều nội dung cần
phải quan tâm và thảo luận thêm.
Từ khoá: Thí nghiệm cọc, nén tĩnh cọc.

1. Đặt vấn đề:
Sức chịu tải (SCT) cọc là thong số
quan trọng và có ý nghĩa nhất phản ảnh
chất lượng của cọc đã thi công so với
thiết kế.Việc thử cọc ở hiện trường để
xác định sức chịu tải của nó thường là
công việc phức tạp và tốn kém và
không phải bao giờ cũng thực hiện
được cho nhiều loại cọc tại công
trường.

Các phương pháp có thể sử dụng
để xác định SCT cọc ở hiện trường hiện
nay thường sử dụng là: phương pháp
động sử dụng công thức lý thuyết theo
độ chối của cọc, phương pháp thử cọc
bằng nén tĩnh, phương pháp thử tĩnh
cọc có gắn thiết bị đo lực và chuyển vị,
phương pháp thử hiện đại như thử động
biến dạng lớn PDA, phương pháp hộp
tải trọng Osterberg, phương pháp thử
tĩnh động Statnamic,.v.v.
Trong đó, phương pháp động khi
dung công thức động quen thuộc của
Gerxevanov và Hiley là điều mà nhà

thầu hay sử dụng lâu nay, chỉ có điều
đối với cọc nhồi thì phương pháp này tỏ
ra không tin cậy nên không được sử
dụng. Trong khi các phương pháp thử
hiện đại như PDA thì phức tạp và tốn
kém nên hiện nay phương pháp nén
tĩnh cọc tại hiện trường thường được
các chủ đầu tư sử dụng để xác định lại
sức chịu tải cọc tại hiện trường nhằm
đảm bảo an toàn cho giải pháp thiết kế
nền móng của công trình, vừa giúp nhà
thầu lựa chọn thiết bị đóng ép cho hợp
lý, đồng thời nó cũng là một bước trong
quy trình nghiệm thu phần nền móng
công trình.

Mặc dù hiện nay TCVN 9362 –
2012 đã nêu rõ các vấn đề của thí
nghiệm nén tĩnh cọc trong việc xác
định sức chịu tải. Tuy nhiên việc áp
dụng trong thực tế như thế nào không
phải kỹ sư nào cũng nắm và vận dụng
đúng. Trong phạm vi bài viết này,
chúng tôi nêu lên các vấn đề chính của
thí nghiệm và một số vấn đề cần quan


Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015

tâm khi nghiệm thu sức chịu tải cọc
theo thí nghiệm này.
2. Thí nghiệm nén tĩnh cọc
Thí nghiệm nén tĩnh cọc dùng để
xác định sức chịu tải của cọc và thiết
lập biểu đồ quan hệ tải trọng biến dạng
thử tải đơn thuần là tìm kiếm những
thông số nhằm xác định tính ổn định
của nền đất, độ rung, lún, sức chịu tải
của cột tính đàn hồi... Những số liệu
thu thập được trong giai đoạn này sẽ là
cơ sở để các kỹ sư xây dựng tính toán
kết cấu móng nền cho công trình và
giúp nhà thầu lựa chọn thiết bị đóng, ép
cho hợp lý.
Phƣơng pháp thí nghiệm
Nén nhanh (thời gian gia tải

không đổi; gia tải nhanh; tốc độ chuyển
vị không đổi) hoặc giữ tải từng cấp theo
chu kỳ.
Thí nghiệm được tiến hành tại vị
trí có địa chất tiêu biểu của công trình,
được tiến hành trong giai đoạn thiết kế
hoặc trước khi thi công cọc đại trà. Số
lượng cọc thử khoảng 1% số lượng cọc
được thi công và không ít hơn 02cọc.
Một số vấn đề về yêu cầu kỹ
thuật công tác thử tải trọng tĩnh cần
thống nhất
- Vị trí cọc thử: thường do chủ
đầu tư, chủ trì tư vấn thiết kế kết cấu
thống nhất;

59

- Thời gian nghỉ của cọc sau khi
thi công và hai lần gia tải.
Cấp tải thử
Về nguyên tắc nên chọn Pthử tốt
nhất là làm sao với cấp tải đó cọc đã bị
tuột (bị phá hoại theo chỉ tiêu đất nền)
thì như thế sẽ phản ánh trung thực hơn
môi trường làm việc của đất nền từ đó
tính chính xác hơn Pgh đất nền.
Các tài liệu có thể tham khảo
- Theo TCXDVN 9393:2012;
Pmax=2,5 Ptk

- Theo ASTM D 1143,
LCLP(Pháp)(Cẩm nang Địa Kỹ Thuật
của Trần Văn Việt): Pmax=2Ptk
- Theo tài liệu GS.TS. Nguyễn
Văn Đạt: Pmax=3.Ptk
Nhận xét: hiện nay, nhiều báo cáo
thí nghiệm thử tĩnh rất ít thấy hiện
tượng cọc bị tuột khi biến dạng s =
10%d (d là cạnh hoặc đường kính cọc)
khi ở cấp tải Pthử max.Do đó khi Pmax=2,5
Ptk có lẽ số liệu Pgh đất nền ra chưa
được chính xác lắm vì chưa đạt trạng
thái giới hạn của đất. Do đó giá trị Pgh
cần phải nghiên cứu kỹ khi chọn tùy
thuộc từng loại đất nền.

- Loại và kích thước cọc được
sử dụng: đúng như cọc đã thiết kế
hoặc dự kiến;
- Biện pháp thi công cọc;
- Phương pháp gia tải;
- Yêu cầu về hệ thông gia tải;
- Chuyển vị lớn nhất đầu cọc dự kiến;

Hệ thống gia tải


Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015

- Hệ thống gia tải cần thiết kế với

tải trọng không nhỏ hơn tải trọng lớn
nhất dự kiến.
- Nếu dùng neo với đất để hình
thành hệ thống gia tải cọc, cánh neo
phải cách ít nhất 5 lần đường kính cọc
kể từ mặt bên cọc.
Sử dụng đối trọng để nén tĩnh
Thông thường sử dụng các đối
trọng bằng khối bê tông cốt thép (số
lượng được bố trí theo từng cấp tải). Số
lượng đối trọng phải theo tính toán.
Sử dụng neo để nén tĩnh
Trong một số trường hợp mặt
bằng chật hẹp, không dùng được cẩu và
khối bê tông làm đối trọng có thể sử
dụng 04 cọc neo để thí nghiệm nén tĩnh
kiểm tra sức chịu tải.
Quy trình thí nghiệm:
Tiêu
chuẩn
TCXDVN
9393:2012―Cọc - Phương pháp thí
nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh
ép dọc trục‖ quy định phương pháp thí
nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh
ép dọc trục áp dụng cho cọc đơn thẳng
đứng, cọc đơn xiên không phụ thuộc
kích thước và phương pháp thi công
(đóng, ép, khoan thả, khoan dẫn, khoan
nhồi…).

Trong tiêu chuẩn TCXDVN
9393:2012có đưa ra 2 khái niệm: Nén
cọc thăm dò (nén phá hoại 250%300%)và nén cọc kiểm tra (nén không
phá hoại từ 150% -200%). Với nén phá
hoại thì ta biết được sức chịu tải giới
hạn thực của cọc theo vật liệu hoặc đất
nền dựa vào biến dạng theo các lý
thuyết khác nhau. Còn nén không phá
hoại thì chúng ta phải chấp nhận khái
niệm về điểm phá hoại qui ước theo các
qui định của tiêu chuẩn để đưa ra sức

60

chịu tải tính toán, thiên về an toàn nên
lấy biến dạng toàn bộ.
Các bƣớc thực hiện thí nghiệm:
theo 8 bước sau
1. Gia công đầu cọc và đặt hệ
kích;
2. Cắt tẩy đầu cọc đến phần bê
tông đặc chắc, tạo phẳng bề mặt;
3. Lắp đặt hệ kích và căn chỉnh;
4. Gia cố nền và lắp đặt gối đỡ,
dàn tải trọng;
5. Lắp đặt dầm chính, dầm phụ,
lắp đặt đối trọn;g
6. Lắp đặt hệ đồng hồ đo chuyển
vị, lắp đặt máy trắc đạc (nếu có yêu
cầu);

7. Lắp đặt hệ bơm, đồng hồ thuỷ
lực ;
8. Gia tải theo quy trình và ghi
chép số liệu hiện trường.
Báo cáo kết quả thí nghiệm: đầy
đủ các mục sau
1. Tên, vị trí công trình;
2. Chủ đầu tư, Tư vấn thiết
kế/giám sát, nhà thầu thi công cọc, đơn
vị thí nghiệm;
3. Hồ sơ cọc thí nghiệm;
4. Số liệu ghi chép hiện trường;
5. Biểu đồ quan hệ tải trọng và độ
lún;
6. Biểu đồ quan hệ tải trọng, độ
lún và thời gian;
7. Các nhận xét trong đó có đưa ra
tải trọng giới hạn theo De Beer, Chin;
Qui trình gia tải
Cọc được nén theo từng cấp, tính
tăng của tải trọng thiết kế. Tải trọng
được tăng lên cấp mới nếu sau 1 giờ
quan trắc độ lún của cọc nhỏ hơn 0,20
mm và giảm dần sau mỗi lần đọc trong
thời gian trên.


Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015

Tùy theo yêu cầu thiết kế, cọc có

thể gia tải đều 200% đến 300% tải
trọng thiết kế. Thời gian ở cấp 100%,
150% và 200% có thể kéo dài hơn 6giờ
đến 12 hay 24 giờ.
Tại cấp tải 100% được giữ tải 6
giờ có thể giảm tải về 0% để quan trắc
độ lún đàn hồi và độ lún dư tương ứng
với cấp tải trọng thiết kế.

61

Ghi chép cẩn thận trong khi đọc
thí nghiệm và các hiện tượng lạ. Nếu có
thể họp các thành viên trong nhóm để
đưa ra giải pháp hợp lý cho từng hiện
tượng lạ.
Kết luận về kết quả thử tải.

Bảng1: Thời gian tác dụng các cấp tải trọng
% Tải trọng thiết kế
Thời gian giữ tải tối thiểu
25%Ptk
1h
50
1h
75
1h
100
1h
75

10 phút
50
10 phút
25
10 phút
0
10 phút
100
6h
125
1h
150
6h
125
10 phút
100
10 phút
75
10 phút
50
10 phút
25
10 phút
0
1h
Thí nghiệm cọc phải do cán bộ địa
Thí nghiệm nén tĩnh nên tiến hành
kỹ thuật có trình độ chuyên môn và kinh
trước khi thiết kế móng để không thay đổi
nghiệm trực tiếp chỉ đạo. Các cán bộ vận

các thông số của móng cọc nhiều, làm ảnh
hành thiết bị và theo dõi, ghi chép phải
hưởng đến giá thành công trình và có thời
gian giải quyết các sự cố nếu có tránh hiện
được huấn luyện, đào tạo.
tượng phải dừng tiến độ thi công hàng
Việc thực hiện thí nghiệm chỉ được
tháng để giải quyết vấn đề này.
tiến hành khi các cọc đã đủ thời gian hồi
3. Một số vấn đề cần quan tâm
phục cấu trúc của đất bị pha hoại trong
Thí nghiệm này có thể thực hiện ở
quá trình thi công hoặc bê tong đạt cường
giai đoạn thăm dò hoặc giai đoạn kiểm
độ theo quy định (thời gian từ khi kết
tra SCT để làm cơ sở cho thiết kế hoặc
thúc thi công cọc đến khi thí nghiệm): tối
điều chỉnh đồ án thiết kế.
thiểu 21 ngày đối với cọc khoan nhồi và


Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015

62

7 ngày đối với cọc khác. Nội dung này
* Dựa vào đồ thị quan hệ p – s:
rất dễ sai trong thực tế thi công.
- Trường hợp đường cong p – s
Khi thí nghiệm cọc được xem là

biến đổi nhanh, thể hiện rõ tại điểm có
phá hoại khi: chuyển vị đầu cọc hơn
độ dốc thay đổi đột ngột, Pgh tương ứng
10%d hay vật liệu cọc bị phá hoại.
với điểm có đường cong bắt đầu biến đổi
dộ dốc.
Xác định SCT thực tế của cọc:
Từ báo cáo kết quả của thí nghiệm,
- Nếu đường cong biến đổi chậm
chúng ta có thể xác định SCT tính toán
thì căn cứ vào quy trình thí nghiệm để
của cọc theo các phương pháp sau:
chọn phương pháp xác định Pgh.
Bảng 2: Giá trị Pgh tương ứng chuyển vị giới hạn quy ước:
Chuyển vị giới hạn
Điều kiện áp dụng
Phƣơng pháp đề nghị
TC Pháp DTU 13-2
10%d
Tất cả các loại cọc
TC Anh BS 8004:1986
TC Nhật JSF 1811:1993
Pgh tương ứng 1/2 Sgh
Brinch Hansen
2Smax
Smax ứng với 0,9P
Thụy Điển
2,5%d
Cọc khoan nhồi
De Beer

3 – 6%d
Cọc khoan nhồi chống
40 – 60mm
Cọc có L/d từ 80 đến
Trung Quốc
60 - 80mm
100

* Phương pháp dung độ lún giới hạn:
- Tải trọng giới hạn tương ứng
với chuyển vị đầu cọc là 8 mm chia cho
hệ số hệ số an toàn. Phương pháp này
thường ít sử dụng trong thực tế.
- Tải trọng tương ứng với chuyển
vị đầu cọc 10% chiều rộng cọc, hoặc tải
trọng lớn nhất đạt được trong thí nghiệm
chia cho hệ số an toàn là 2.
* Phương pháp dựa vào điều kiện
thực tế thí nghiệm: Nếu vì lý do nào đó
mà chưa gia tải đến giá trị cần thiết mà
phải dừng thí nghiệm thì Pgh là tải lớn
nhất khi dừng thí nghiệm.
4. Kết luận

Việc xác định SCT cọc bằng thí
nghiệm nén tĩnh cọc ở hiện trường là thí
nghiệm thường được sử dụng trong thiết
kế và thi công nền móng nhà cao tầng.Tuy
nhiên, việc chọn đơn vị thí nghiệm, thời
điểm nào để thí nghiệm, vị trí, số lượng

cọc thí nghiệm trong công trình. Thí
nghiệm để khảo sát hay kiểm tra lại sức
chịu tải cọc, cách xác định Pgh và hệ số an
toàn chọn trong thí nghiệm là những nội
dung mà các đơn vị liên quan như chủ đầu
tư, tư vấn thiết kế, nhà thầu thí nghiệm
phải xác định rõ ngay từ đầu để thí
nghiệm được thực hiện nhanh chóng, kết
quả thí nghiệm được tin cậy.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Tiêu chuẩn TCXDVN 9393:2012 ―Cọc - Phương pháp thí nghiệm hiện trường
bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục‖.
[2] Phạm Ngọc Tân. 2014. Bài giảng lớp giám sát chuyên đề Nền Móng, ĐHXDMT.


Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015

63

KHẢO SÁT ỨNG XỬ VÀ PHÂN TÍCH MÔ MEN – ĐỘ CONG CỦA DẦM BÊ
TÔNG CỐT THÉP
ThS. Chu Thị Hải Vinh
Khoa Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung
Tóm tắt: Hiện nay kết cấu bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong xây
dựng dân dụng và công nghiệp, vì thế việc tìm hiểu, phân tích ứng xử của kết
cấu là vô cùng quan trọng. Bài báo này mô tả quá trình khảo sát ứng xử của
dầm bê tông cốt thép chịu lực tập trung bằng phương pháp thí nghiệm kết hợp
với tính toán theo tiêu chuẩn ACI-318. Mô phỏng bằng phương pháp phần tử
hữu hạn cũng được sử dụng nhằm phân tích sự phân bố ứng suất của dầm khi

chịu tải trọng tác dụng.
Từ khoá: Thí nghiệm dầm BTCT, ứng suất-biến dạng trong dầm.

1. Tổng quan kết cấu bê tông cốt thép
Vào thời điểm hiện nay, bê tông và
bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi
hầu hết trong mọi lĩnh vực xây dựng và
thâm nhập vào những lĩnh vực kỹ thuật
hiện đại khác. Đó là do bê tông cốt thép
có độ bền cao, có khả năng sử dụng rộng
rãi các vật liệu xây dựng địa phương, có
khả năng sử dụng các kết cấu kinh tế với
lượng tiêu hao thép thấp.
Bản chất bêtông cốt thép là sự kết
hợp hợp lý hai vật liệu bêtông và thép để
làm việc cùng nhau cho đến khi bị phá
hoại. Nguyên lý cơ bản của kết cấu dầm
bê tông cốt thép chịu uốn là bê tông chịu
nén tốt, chịu kéo kém, thép chịu kéo và
nén đều tốt. Sự liên kết hai vật liệu này
thành một cho phép chúng ta sử dụng ưu
điểm của mỗi loại vật liệu cấu thành một
cách hợp lý nhất.

(a)

Vấn đề đặt ra là tìm hiểu ứng xử của
kết cấu dầm bê tông cốt thép bằng
chương trình thực nghiệm kết hợp với
tính toán lý thuyết. Bên cạnh đó mô hình

phần tử hữu hạn được xây dựng nhằm
khảo sát thêm về ứng xử của kết cấu.
2. Khảo sát thực nghiệm
Nhằm khảo sát các giai đoạn làm
việc của kết cấu dầm, chương trình thực
nghiệm được tiến hành với dầm bê tông
cốt thép chịu lực tập trung.
2.1. Mô tả thí nghiệm
Dầm bê tông cốt thép thường có
tiết diện ngang hình chữ nhật, tứ giác,
chữ T, chữ I….Trong phạm vi thực
nghiệm này, tiết diện dầm thí nghiệm là
tiết diện tứ giác được mô tả như hình 1d.
Cốt thép trong dầm: đặt 225 ở miền
dưới và 210 ở miền trên của dầm.

(b)
(c)
Hình 1: Các dạng mặt cắt ngang của dầm

(d)


Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015

Kích thước dầm: chiều dài dầm L=
4m (L1=L2=1.2m), chiều cao tiết diện h =
350mm, chiều rộng tiết diện dầm đáy bé
b1= 150mm, đáy lớn b2=250mm

64

Vật liệu được sử dụng trong thí
nghiệm này là bê tông có f’c= 25MPa.
Chọn thép chịu lực có fy = 355 MPa
Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm dầm
được mô tả như hình 2

Hình 2: Sơ đồ thí nghiệm dầm chịu uốn BTCT
bởi SG, dán ở miền dưới tại vị trí giữa dầm.
2.2. Bố trí thiết bị đo
Hình 3 mô tả cách lắp đặt thiết bị đo Tất cả các giá trị đo sẽ được ghi lại tự động
thí nghiệm, trong đó độ võng của dầm bằng hệ thống thu thập dữ liệu
được đo bởi cảm biến chuyển vị DG1 và
Trong suốt quá trình thí nghiệm vết
DG3(tại vị trí đặt lực), DG2 (tại vị trí giữa nứt sẽ được theo dõi, mô tả lại sự phát
dầm). Ngoài ra biến dạng của bê tông đo triển, hình dạng cũng như vị trí nó

Hình 3: Mô hình lắp đặt các thiết bị đo trên dầm thí nghiệm
Tiến hành gia tải lên 5KN, sau đó
2.3. Tiến hành thí nghiệm
Dầm sau khi được đúc tại chỗ, đủ giảm về 0 để loại trừ ứng suất ban đầu trong
thời gian đạt cường độ thì tiến hành sơn dầm, cho các bộ phận truyền lực tiếp xúc
trắng dầm, kẻ lưới ô vuông có đánh số. khít với nhau và kiểm tra hoạt động của
Sau đó cẩu lắp dầm vào vị trí thí nghiệm, thiết bị. Sau khi ổn định, tiến hành tăng tải
kiểm tra độ ngang bằng, lắp các thiết bị cho đến khi dầm bị phá hoại. Các giá trị lực
gia tải: kích, dầm truyền lực…. và các được đo đạc lại và vết nứt được theo dõi
thiết bị đo biến dạng, chuyển vị.
trong suốt quá trình thí nghiệm.

Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015

2.4. Kết quả thí nghiệm
Trong suốt quá trình thí nghiệm, các
vết nứt được đánh dấu như trên hình 4a,
dầm bị phá hủy ở cấp tải 138kN, khi kết

(a)

65

thúc thí nghiệm xuất hiện vết nứt lớn tại
giữa dầm qua vị trí đặt straingage như
hình 4b.

(b)

(c)

Hình 4. Hình dạng phá huỷ dầm
(a) đánh dấu vết nứt; (b) Vết nứt giữa dầm ngang qua SG; (c) Vết nứt giữa dầm tại
điểm chảy của thép.

Từ kết quả đo đạc được, ta có biểu
đồ P- thể hiện mối quan hệ giữa lực và
chuyển vị như hình 5

Hình 5. Biểu đồ P-
3. Phân tích độ võng của dầm:

Khi gia tải ở giai đoạn P=(0-5) kN
thì không có chuyển vị chứng tỏ ở giai
đoạn này tải trọng rất bé so với sức chịu
tải của dầm.
Khi gia tải ở giai đoạn P=(5-25)
kN thì chuyển vị ở vị trí giữa dầm (DG2;

=1,485mm) và 2 vị trí lực tác dụng
(DG1,DG3=1,328mm ) chênh lệch
0,157mm, độ võng gần như bằng nhau.
Khi gia tải ở giai đoạn P = (25130) kN thì chuyển vị ở vị trí giữa dầm
(DG2=14,73mm) và tại 2 vị trí lực tác
dụng
(DG1=12,746mm
và
DG3=12,985mm). Như vậy chênh lệch
giữa DG1 và DG2 khoảng 1,984mm;
DG3 và DG2 khoảng 1,745mm.
Ở giai đoạn này độ võng của dầm
tại vị trí giữa dầm DG2 lớn hơn 2 vị trí
lực tác dụng là DG1 và DG3, như vậy
độ võng có dạng đường cong hình cung,
độ võng lớn nhất ở giữa dầm DG2.
Khi gia tải ở giai đoạn P=(130140) kN thì chuyển vị ở vị trí giữa dầm
(DG2; 22mm) và 2 vị trí lực tác dụng
(DG1: 12,7mm; DG3: 12,9mm), chênh
lệch khá lớn, hơn 9mm. Ở giai đoạn dầm
này dầm đã bị phá huỷ, độ võng của dầm

Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015

tại vị trí giữa dầm DG2 lớn hơn rất nhiều
2 vị trí lực tác dụng là DG1 và DG3.
4. Phân tích mô men – độ cong của
dầm
Tiến hành tính toán theo lý thuyết
ứng xử của dầm bằng phương pháp tính
mô men – độ cong theo tiêu chuẩn ACI318. Trong tính toán này, mô men tại 3
mức độ cong được xác định: độ cong khi
bê tông xuất hiện nứt cr ứng tại mô men
gây nứt Mcr, độ cong khi bê tông biến
dạng chảy dẻo  y tại mô men chảy dẻo
My, độ cong khi bê tông biến dạng cực
hạn u tại mô men chảy dẻo Mu. Trong
tính toán ta xem như dầm BTCT chịu
uốn có sự tham gia của thép chịu kéo,
chịu nén, không xét thép đai.
Ở trường hợp này, dầm BTCT
không xét cốt đai nên ta tính toán cường
độ chống cắt của riêng phần bê tông.
Vc  0.17 fc' bwd  0,17  25 150  322,5  41,12 103 N

Vì dầm đặt tải đối xứng nên ta có
tải trọng gây nứt
Pcr  Vc  41,12 10 N  41,12kN
3

I

g

y

t

f 
r

được tải trọng gây nứt dầm
Pcr  2  P  2  9433  18866 N  18,87kN

Độ cong:


M cr
11.32  106

 6.88  107 (1/ mm)
Ec I g 23500  699.9  106

*Giai đoạn chảy dẻo:
Ở giai đoạn này, biến dạng tới
hạn trong thép chịu kéo là biến dạng
chảy dẻo  y . Chiều cao vùng bê tông
chịu nén đến trục trung hòa là c=kd.
Khi chảy dẻo ứng suất thép chịu
kéo là fy, mô men chảy dẻo là:
 kd 
 kd 

M y  As f y  d    A's f s '  d '  
3


 3
0.422  322.5 

 0.422  322.5 
 981.2  355   322.5 
  157  211.58   25 

3
3




 95.86 106 Nmm

Biến dạng của thép chịu kéo là y:
y 

fy
Es



355
 0.00178
2  105

Độ cong ứng với giai đoạn này là:

0.00178
y  y 
 9.55 106 (1/ mm)
d  kd 322.5  0.422  322.5

biến dạng thép chịu nén  s' vượt quá biến

* Giai đoạn bắt đầu nứt:
Mô men gây nứt:
cr

lên dầm 2 lực tập trung nên ta suy ra

* Giai đoạn tới hạn:
Ở giai đoạn này, ban đầu giả thiết

Pcr = Vc = 41.12 x 103 N

M 

66

699.9  10
 3.1  11.32  10 ( Nmm)
191.67
6

6

Tải trọng gây nứt:
M
11.32 106
M cr  P.1200  P  cr 
 9433N
1200
1200
Sau khi tính được giá trị tải trọng gây
nứt trên, ta thấy rằng giá trị tải trọng phá
hoại gây nứt do uốn bé hơn giá trị tải
trọng phá hoại do cắt nên ta suy ra dầm
phá hoại do uốn. Khi thực nghiệm, ta đặt

dạng chảy y , tính toán thép chịu nén
với giới hạn chảy là 358 MPa, biến dạng
của phần chịu nén  c max  0.003
Mô men tới hạn:
c

M u   0.85 f c' 1cb   d  1   As' f s' (d  d ' )
2 

0.85 107.8 

  0.85  25  0.85 107.8 150   322.5 
  157  358  (322.5  25)
2 


 97.53 106 ( Nmm)

Độ cong:
u 

 cm
c



0.003
 2.78  105 (1/ mm)
107.8


Thơng báo Khoa học và Cơng nghệ * Số 2-2015

67

Kiểm tra lại giả thiết ban đầu cho

Ta có:
 M n  0,9  97.53 106  87.78 106

biến dạng trong thép chịu nén
 c  d' 
 107.8  25 
  0.003  
  0.0023
c

 107.8 



 s'   c max 

Ta có:

Từ khả năng chịu lực tới hạn, ta
suy ra được tải trọng tới hạn là

 M n 87.78 106
 M n  Pn .1200  Pn 

 73150N
1200
1200

 s'  0.0023   y  0.00178

Thép vùng nén đã đạt giới hạn chảy
* Tính tốn độ dẻo của dầm:
Ta có tỷ số:

Như vậy tải trọng tới hạn là:

Pth  2  Pn  2  73150  146.3 103 N  146.3kN
Độ dẻo tới hạn

c

107.8

 0.334  0.375
d
322.5

 2.78  105
nên dầm phá hoại dẻo
  u 
 2.91
 y 9.55 106
Suy ra hệ số giảm cường độ là =0.9
Sau khi tính tốn ta có bảng kết quả như sau:

Giai đoạn
Bắt đầu nứt
Chảy dẻo
Tới hạn
 x10

Mơ men M (N.mm)
11.32 x 106
95.86 x 106
97.53 x 106

Độ cong  (1/mm)
6.88 x 10-7
9.55 x 10-6
2.78 x 10-5

6

(N.mm)
Chảy dẻo

100

Tới hạn

80
60
40
20

Bắt đầu nứt
0.5

1

1.5

2

2.5

3

 x10-5 (1/mm)

Hình 6: Biểu đồ biểu diễn mơ men - độ cong ứng với từng giai đoạn

Với kết quả tính tốn như trên, ta có
Mơ phỏng thí nghiệm dầm được thực
tải trọng gây nứt là Pcr = 18,87kN. So hiện bằng phần mềm ANTENA . Mơ hình
sánh với kết quả thực nghiệm, dầm bị nứt vật liệu tương ứng với bê tơng và cốt thép
với tải trọng 25kN, sai số 32%
được hiệu chỉnh và đưa vào mơ phỏng. Mơ
Ở gia đoạn dầm bị phá hoại, kết quả hình phân tích ba chiều đầy đủ (full 3D)
tính tốn tải trọng tới hạn Pth = 146,3kN được xây dựng. Kích thước của mơ hình
so sánh với kết quả khảo sát thực nghiệm được lấy giống như mẫu thí nghiệm.
tải trọng tới hạn 138kN, sai số 5,8%
Trong mơ phỏng ATENA, mơ hình
vật liệu Microplane4 – ML4 được dùng
5. Mơ phỏng bằng phần mềm ANTENA


Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015

cho vật liệu bê tông. Cốt thép sử dụng mô
hình vật liệu CC Reinforcement.
Điều kiện biên: khống chế các
chuyển vị Ux, Uy và Uz tại vị trí gối. Áp
đặt chuyển vị cưỡng bức tại vị trí đặt lực
tương tự như quá trình thực nghiệm.

68

Hình 8. Mô hình biến dạng của dầm khi
tăng tải; a)Bắt đầu gia tải,b)Trong quá
trình gia tải, c)Khi dầm bị phá hoại

Hình 9: Phân bố ứng suất trong
dầm; a)Bắt đầu gia tải, b) Vết nứt bắt đầu
xuất hiện, c)Khi dầm bị phá hoại
Hình 7: Mô hình phần tử hữu hạn dầm
Kết quả mô phỏng cho thấy độ võng
dầm gia tăng theo quá trình gia tải, biến
dạng kéo phát triển nhiều trong dầm ở đoạn
giữa 2 điểm đặt lực. Quy luật phát triển
biến dạng (hình 8) và quá trình phát triển
ứng suất (hình 9) trong dầm gần giống như
sự xuất hiện vết nứt trong thí nghiệm.

6. Kết luận
Bài báo trình bày khảo sát thực
nghiệm ứng xử của dầm bê tông cốt thép,
thí nghiệm đã được tiến hành theo quy
trình, đảm bảo được các yêu cầu về
dưỡng hộ. Kết quả thực nghiệm và kết
quả từ quá trình mô phỏng cho thấy ứng
xử của dầm, quá trình phát triển biến
dạng và phân bố ứng suất có sự tương
thích với nhau. Bài báo cũng đã tính toán
và so sánh tải trọng phá hoại giữa lý
thuyết khi tính theo tiêu chuẩn ACI-318
và kết quả từ thực nghiệm. Kiểu phá hoại
dầm thuộc loại phá hoại dẻo, nghĩa là bê
tông và cốt thép cùng phát huy hết khả
năng chịu lực.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Phan Quang Minh và cộng sự. 2011. Kết cấu bêtông cốt thép (Phần cấu kiện cơ
bản), Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[2] TS.Hồ hữu Chỉnh, Bài giảng học phần phân tích ứng xử & thiết kế kết cấu bê tông
cốt thép, Trường Đại học Bách Khoa Thành phố HCM.
[3] ACI Committee 318, Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI
318-95), American Concrete Institute, Detroit, 1995.
[4] ATENA- Tutorial for ATENA Engineering 3D.
[5] ATENA- Engineering Example Manual.