Nghiên cứu sự phân bố ứng suất dưới bản để thiết kế chân cột thép dùng diện tích hữu hiệu

BÙI PHƯỚC HẢO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

BÙI PHƯỚC HẢO

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT DƯỚI BẢN ĐẾ
VÀ THIẾT KẾ CHÂN CỘT THÉP DÙNG
DIỆN TÍCH HỮU HIỆU

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

KHOÁK32TV
Đà Nẵng – Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

BÙI PHƯỚC HẢO

NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT DƯỚI BẢN ĐẾ VÀ
THIẾT KẾ CHÂN CỘT THÉP DÙNG DIỆN TÍCH HỮU HIỆU

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dụng và Công nghiệp
Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS. TRẦN QUANG HƯNG

Đà Nẵng – Năm 2018


i

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

Đà Nẵng, Ngày tháng
năm 2018
Tác giả luận văn

BÙI PHƯỚC HẢO


ii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC
TÓM TẮT LUẬN VĂN
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 1
1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................ 1
2.MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .................................................................................. 2
3.ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ...................................................... 2
4.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................................... 2
5.Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI .................................... 2

5.1. Ý nghĩa khoa học .......................................................................................... 2
5.2. Tính thực tiễn của đề tài ............................................................................... 2
6. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN ............................................................................ 2

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ CỘT THÉP VÀ CHÂN CỘT THÉP ............... 3
1.1.TỔNG QUAN VỀ CỘT THÉP .......................................................................... 3

1.1.1.Đặc điểm chung .......................................................................................... 3
1.1.2.Chiều dài tính toán và làm việc các loại cột ............................................... 3
1.2.TỔNG QUAN VỀ CHÂN CỘT THÉP .............................................................. 5

1.2.1.Sơ đồ liên kết trong mô hình phân tích kết cấu .......................................... 6
1.2.2.Chân cột liên kết khớp với móng ............................................................... 7
1.2.3.Chân cột liên kết ngàm với móng............................................................... 7
1.3.BẢN ĐẾ CHÂN CỘT THÉP ............................................................................. 8
1.4.CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BẢN ĐẾ HIỆN HÀNH ............................ 9
1.5.KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ................................................................................. 11

CHƯƠNG 2.SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT DƯỚI BẢN ĐẾ VÀ TÍNH TOÁN
CHÂN CỘT THÉP DÙNG DIỆN TÍCH HỮU HIỆU ......................................... 12
2.1.PHÂN BỐ ỨNG SUẤT DƯỚI BẢN ĐẾ .......................................................... 12
2.2.DIỆN TÍCH HỮU HIỆU VÀ CƯỜNG ĐỘ ÉP MẶT CỦA BÊ TÔNG ......... 13
2.3.TÍNH CỘT CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM ............................................................. 15

2.3.1. Kiểm tra khả năng chịu ép mặt của bê tông móng .................................. 16


iii

2.3.2. Kiểm tra bền bản thép đế ......................................................................... 16
2.4.TÍNH CỘT CHỊU NÉN LỆCH TÂM .............................................................. 16

2.4.1. Bản đế chân cột chịu nén lệch tâm – Phương pháp thành phần .............. 17
2.4.2. Trường hợp lực nén lệch tâm bé.............................................................. 18
2.4.3. Trường hợp lực nén lệch tâm lớn ............................................................ 20
2.5.KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ................................................................................. 28

CHƯƠNG 3:MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP KHẢO SÁT CỤ THỂ......................... 29
3.1. TÍNH TOÁN CHÂN CỘT ĐƠN GIẢN CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM ............... 29
3.2.CỘT CHỊU NÉN – UỐN ĐỒNG THỜI .......................................................... 33
3.3.CHÂN CỘT CÓ SƯỜN GIA CƯỜNG ............................................................ 40
3.4.KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ................................................................................. 51

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 52
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................ 53


iv

TÓM TẮT LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT DƯỚI BẢN ĐẾ
VÀ THIẾT KẾ CHÂN CỘT THÉP DÙNG DIỆN TÍCH HỮU HIỆU
Học viên:BÙI PHƯỚC HẢO
Khóa: K32TV
Chuyên ngành:Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dụng và Công nghiệp
Mã số:60.58.02.08 Trường: Đại học Bách khoa – ĐHĐN
Tóm tắt -Chân cột thép thường có cấu tạo gồm bản đế liên kết neo vào móng bê tông cốt thép,
được thiết kế với nhiều quan điểm khác nhau. Đối với cột có tải trọng không lớn, một số tiêu
chuẩn như AISC cho phép thiết kế với quan niệm rằng ứng suất dưới bản đế phân bố đàn hồi
tuyến tính, hoặc là chấp nhận móng bê tông chảy dẻo và phân phối lại ứng suất tương tự như tiết
diện bêtông cốt thép. Tuy nhiên, bản đế chân cột luôn có độ mềm nhất định do bề dày hạn chế,
phần tiết diện chân cột thép tiếp xúc với bản đế cũng rất nhỏ (chẳng hạn tiết diện cột hình chữ H)
do vậy ứng suất phân bố ngay dưới bản đế thường phân bố không đều và bị giới hạn trong một
vùng nhất định xung quanh tiết diện cột. Một số tiêu chuẩn như Eurocode 3 sử dụng phần diện
tích này gọi là diện tích hữu hiệu để thiết kế chân cột. Phương pháp này đơn giản và sát với thực
tế làm việc của chân cột hơn. Trong luận văn này, sẽ trình bày được mối quan hệ giữa khả năng
chịu lực nén giới hạn và mômen chịu uốn giới hạn của chân cột, phụ thuộc vào chiều dày của bản
đế, mác thép và loại bê tông.Kết quả nghiên cứu sẽ được ứng dụng trong việc thiết kế chân cột
thép (như lựa chọn được chiều dày bản đế, mác bê tông,...) trong trường hợp chịu tải trọng khác
nhau và kết quả nghiên cứu này sẽ được phát triển hơn trong tương lai.
Từ khóa - chân cột; diện tích hữu hiệu; bản đế; độ bền chịu nén của bêtông; ứng suất dưới bản đế

STRESS DISTRIBUTION UNDER THE BASE PLATE ANDDESIGN OF STEEL
COLUMN BASE USING EFFECTIVE AREA APPROACH
Abstract -Steelcolumn base,usually consists of base plate anchored to concrete foundation,is
designed by different methods. For columns with small load, several current such as AISC
allowed the design with the intellection that the stressunder the base plate linear elasticity
distribution, or the acceptance of plasticized concrete foundation and the re-distribution of stresses

similar to reinforced concrete cross section. However, the base plate is always soft fixed to limited
thickness, part section of the steel column base connection to the base plate is also very small
(such as H-section) so the stress distribution right below the plate is often unevenly distributed
and confined to a certain area around the column section. Some standards such as Eurocode 3 use
this part area called effective area to design the column base. This method is merely simple and
well-closed to more practical work of the column. In the thesis, the relationship between the
limited compressive strength and the limited bending moment of the column shall be shown and it
fully depends on the thickness of the base, the grade of the steel and the type of concrete.The
study result will be applied for the design of steel column base (such as base thickness selection,
concrete grade, ...) in case of different bearing loads and the results of this study will be developed
in the future.
Key words –steelcolumn; effective area; base plate; concrete bearing strength; stress under base
plate.


v

DANH MỤC BẢNG
Số
hiệu
bảng

2.1
2.2
2.3
3.1

3.2

3.3

3.4

3.5

3.6

3.7

3.8

Tên bảng

Tổng hợp moment thiết kế giới hạn Mj,Rd khi chân cột chịu nén lệch
tâm
Thiết kế sức kháng FT,Rd của mép T-stub
Chiều dài hữu hiệu cho tấm lót
Bảngtổng hợp sức chịu nén của chân cột NRdứng với mỗi chiều dày
bản đế t (từ t=18mm t=36mm), khảo sát với bê tông mác C20/25
và bê tông mác C40/50
Bảngtổng hợp sức chịu nén của chân cột NRd
ứng với mỗi loại mác bê tông (từ C20/25 C50/60), khảo sát với
t=30mm và t=18mm
Bảngtổng hợp mômen chịu uốn giới hạn của chân cột MRd ứng với
mỗi loại chiều dày bản đế t (từ t=18mm t=36mm), khảo sát với
C25/30 và C40/50
Bảngtổng hợp mômen chịu uốn giới hạn của chân cột MRd
ứng với mỗi loại mác bê tông (từ C16/20 C50/60), khảo sát với
t=30mm và t=18mm
Bảngtổng hợp mômen chịu uốn giới hạn của chân cột MRd

ứng với mỗi loại chiều dày bản đế t (từ t=18mm  t=36mm), khảo
sát mác C16/20
Bảngtổng hợp mômen chịu uốn giới hạn của chân cột MRd
ứng với mỗi loại chiều dày bản đế t (từ t=18mm  t=36mm)khảo
sát mác C40/50
Bảngtổng hợp mômen chịu uốn giới hạn của chân cột MRd
ứng với từng loại mác bê tông (từ C16/20  C50/60), khảo sát
t=30mm
Bảngtổng hợp mômen chịu uốn giới hạn của chân cột MRd
ứng với từng loại mác bê tông (từ C16/20C50/60), khảo sát
t=18mm

Trang

25
25
27
31

32

37

38

44

46

47

49


vi

DANH MỤC HÌNH
Số hiệu
hình

Trang

Tên hình

1.1

Cấu tạo cột thép

3

1.2

Liên kết chân cột thép

6

1.3

Cấu tạo liên kết chân cột

8

1.4

Phân tích đàn hồi móng cột thép thiết kế theo tải dọc trục và
moment uốn;

9

a – giả định lý thuyết;
1.5
2.1
2.2
2.3
2.4

b – trạng thái thực tế.

Liên kết chân cột điển hình và lựa chọn các thành phần
Ứng suất phân bố dưới bản đế.
Vùng diện tích hữu hiệu (Hình 2.2a) và ứng suất phân bố dưới bản
đế (Hình 2.2b)
Mô hình phần tử hữu hạn của tấm đế T-Stub và khối bê tông chịu
nén, lưới bị biến dạng và không biến dạng và ứng suất chính
trong bê tông.

Xây dựng mô hình tấm đế

10
12

13

13
13

2.6

Diện tích hữu hiệu tương đương của tiết diện khi bị nén.
a – Bản đế hẹp;
b – Bản đế rộng
Vùng diện tích quy ước và diện tích bản đế

2.7

Ứng suất phân bố đều dưới bản đế khi chịu lực nén đúng tâm

15

2.8

Các trường hợp xảy ra của chân cột khi chịu nén lệch tâm

16

2.9

a) Trường hợp lực nén lệch tâm bé b) Trường hợp lực nén lệch
tâm lớn

17

2.10

Mô hình Eurocode 3 – phân tích thành phần

18

2.11

Các trường hợp thiết kế bản đế: a – độ lệch tâm nhỏ (toàn bộ
chân đế chịu nén); b – độ lệch tâm lớn ( một phần chân đế chịu
kéo, phần còn lại chịu nén).

19

2.12

Chuyển vị nén của cột mềm

22

2.13

Định nghĩa các giá trị của e, emin, rc và m

23

2.14

Mô hình hóa phần mở rộng tấm đế như các phần T-stub riêng

biệt

24

2.15

Kích thước emin, m và tf của mép T-stub

26

2.16

Giá trị của α cho độ cứng mép cột và tấm lót

27

2.5

14
15


vii

3.1

Thông số thiết kế chân cột

29

3.2

Vùng diện tích hữu hiệu bên dưới bản đế

30

3.3

Bản vẽ thiết kế chân cột

30

3.4
3.5

Biểu đồ quan hệ giữa sức chịu nén của chân cột NRd với từng
chiều dày bản đế, khảo sát C20/25 và C40/50
Biểu đồ quan hệ giữa sức chịu nén của chân cột NRd với từng
mác bê tông (C16/20→C50/60), khảo sát t=30mm và t=18mm

31
32

3.6

Thông số thiết kế chân cột

33

3.7

Diện tích hữu hiệu bên dưới bản đế

35

3.8

3.9

Biểu đồ quan hệ giữa mômen chịu uốn giới hạn của chân cột MRd
với từng chiều dày bản đế t, khảo sát C20/25 và C40/50
Biểu đồ quan hệ giữa mômen chịu uốn giới hạn của chân cột MRd
với từng mác bê tông (từ C16/20 C50/60), khảo sát t=30mm
và t=18mm

38

39

3.10

Thiết kế chân cột

40

3.11

Diện tích hữu hiệu bên dưới bản đế

42

3.12

Biểu đồ quan hệ giữa sức chịu uốn của chân cột MRd với chiều
dày bản đế, khảo sát C16/20 và C40/50

46

3.13

Biểu đồ quan hệ giữa mômen chịu uốn giới hạn của chân cột MRd
với từng loại mác bê tông C16/20→C50/60, khảo sát t=30mm và
t=18mm

49


1

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Cùng với nhịp độ phát triển mạnh mẽ của công nghiệp xây dựng ở nước ta hiện
nay, việc xây dựng các công trình bằng thép đã và đang phát triển rộng rãi, ngày càng
đa dạng và phong phú hơn do sự phát triển vượt bậc về vật liệu, thép cường độ cao
ngày càng được sử dụng nhiều dẫn đến các khung nhà công nghiệp rất thanh mảnh,
nhẹ và thẩm mỹ. Đối với ngành công nghiệp hiện đại, thép đã được dùng làm vật liệu
chủ yếu cho nhà xưởng, nhà máy, nhà kho,...hầu như hơn 90% việc xây dựng hiện nay
điều sử dụng thép, đây là một tín hiệu cho thấy tầm phổ biến của nó, còn trong dân
dụng thì cũng được sử dụng rộng rãi cho nhà hát lớn, rạp chiếu bóng,... Bên cạnh đó,
kết cấu tháp cao cũng được sử dụng như các loại cột điện, cột ăngten vô tuyến, hoặc

một số loại kết cấu đặc biệt như tháp khoan dầu,...cũng được sử dụng bằng thép vì kết
cấu nhẹ, dễ vận chuyển, dễ lắp dựng. Kiến thức về kết cấu thép là cần thiết cho mọi kỹ
sư, cán bộ kỹ thuật xây dựng. Trong tương lai, kết cấu thép sẽ là loại kết cấu chủ yếu
trong xây dựng hiện đại..
Khi tính toán thiết kế kết cấu thép trong công trình xây dựng, chân cột là bộ
phận quan trọng phải có đủ độ cứng và bền để truyền tải lực dọc, tiếp nhận tải trọng
của toàn bộ công trình truyền xuống móng, ngoài ra liên kết cùng hệ giằng, kèo,...tạo
độ cứng chắc chắn cho công trình. Vì thế chân cột thép nếu không được thiết kế cẩn
thận, lắp dựng đúng cách, thì khi đó cột rất có khả năng sẽ nhổ bu lông neo và gây đổ
cột dưới tác dụng của gió.
Chân cột thép thường có cấu tạo gồm bản đế liên kết neo vào móng bê tông cốt
thép, được thiết kế với nhiều quan điểm khác nhau. Đối với cột có tải trọng không lớn,
một số tiêu chuẩn như AISC cho phép thiết kế với quan niệm rằng ứng suất dưới bản
đế phân bố đàn hồi tuyến tính, hoặc là chấp nhận móng bê tông chảy dẽo và phân phối
lại ứng suất tương tự như tiết diện bêtông cốt thép. Tuy nhiên bản đế chân cột luôn có
độ mềm nhất định do bề dày hạn chế, phần tiết diện chân cột thép tiếp xúc với bản đế
cũng rất nhỏ (chẳng hạn tiết diện cột chữ H) do vậy ứng suất phân bố ngay dưới bản
đế thường phân bố không đều và bị giới hạn trong một vùng nhất định xung quanh tiết
diện cột. Một số tiêu chuẩn như Eurocode 3 sử dụng phần diện tích này gọi là diện tích
hữu hiệu để thiết kế chân cột. Phương pháp này đơn giản và tỏ ra sát với thực tế làm
việc của chân cột hơn.
Vậy việc nghiên cứu sự phân bố ứng suất dưới bản đế ứng với một số trường
hợp chịu lực khác nhau và thiết kế chân cột thép dùng phương pháp diện tích hữu hiệu
là vấn đề thực sự cần thiết, bởi vì phương pháp này đơn giản và sát với thực tế làm
việc của chân cột hơn. Ngoài ra, đề tài còn giúp thiết lập các cơ sở, chỉ dẫn cho các kỹ
sư trong việc thiết kế cột thép nhà công nghiệp một cách tin cậy và hiệu quả.


2

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu sự phân phối ứng suất dưới bản đế ứng với một số trường hợp chịu
lực khác nhau.
Dựa trên kết quả nghiên cứu và một số quy định của Eurocode 3 để thiết kế
chân cột thép dùng phương pháp diện tích hữu hiệu.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu: Chân cột thép.
Phạm vi nghiên cứu: Phân phối ứng suất dưới bản đế và thiết kế chân cột thép
dùng diện tích hữu hiệu theo tiêu chuẩn Eurocode 3.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp lý thuyết: Thu thập tài liệu, tổng hợp các văn bản, tìm hiểu và xây
dựng lý thuyết tính toán. Trong đó có kế thừa, vận dụng các kết quả nghiên cứu đã
thực hiện trước đây và xây dựng lý thuyết tính toán.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
5.1. Ý nghĩa khoa học
Đề xuất chỉ dẫn thiết kế chân cột thép bằng phương pháp diện tích hữu hiệu
theo tiêu chuẩn Eurocode 3.
5.2. Tính thực tiễn của đề tài
Các vấn đề đã nghiên cứu trong luận văn còn tương đối mới, có giá trị thực tiễn
cao, nội dung của luận văn có ý nghĩa khoa học và thực tiễn không chỉ trong nước mà
còn cả trên thế giới. Do đó, kết quả nghiên cứu của luận văn có thể được sử dụng:
+ Tài liệu tham khảo cho sinh viên khối ngành xây dựng tại các trường đại học,
cao đẳng và làm tài liệu phục vụ cho những đối tượng có xu hướng nghiên cứu những
đề tài tương tự.
+ Kết quả nghiên cứu có đưa ra lời khuyên khi thiết kế chân cột thép nên có
thểdùng làm tài liệu cho các công ty tư vấn thiết kế xây dựng.
6. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Ngoài phần mở đầu, lời cam đoan, danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt, danh
mục các bảng, danh mục các hình, tóm tắt luận văn, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham
khảo và phụ lục thì trong luận văn gồm có 3 chương như sau:

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CỘT THÉP VÀ CHÂN CỘT THÉP
Chương 2: SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT DƯỚI BẢN ĐẾ VÀ TÍNH TOÁN CHÂN
CỘT THÉP BẰNG DIỆN TÍCH HỮU HIỆU
Chương 3: MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP KHẢO SÁT CỤ THỂ


3

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CỘT THÉP VÀ CHÂN CỘT THÉP
1.1. TỔNG QUAN VỀ CỘT THÉP
1.1.1. Đặc điểm chung
Cột thép là kết cấu thẳng đứng làm nhiệm vụ đỡ các kết cấu khác như dầm, dàn
và truyền tải trọng nhận từ các kết cấu đó xuống móng. Cột thép được sử dụng rộng rãi
trong kết cấu thép. Cột thép có 3 bộ phận chính: đầu cột, thân cột và chân cột:
- Đầu cột:đỡ các kết cấu bên trên và phân phối tải trọng cho tiết diện thân cột.
- Thân cột: bộ phận chịu lực cơ bản, truyền tải trọng từ trên xuống dưới.
- Chân cột: liên kết cột vào móng, phân phối tải trọng từ cột xuống móng [1]

Hình 1.1: Cấu tạo cột thép
a- cột đặc không đổi; b- Cột rỗng tiết diện không đổi
c- Cột bậc tiết diện đặc; d- Cột bậc đoạn trên đặc đoạn dưới rỗng
1.1.2. Chiều dài tính toán và cấu tạo các loại cột
Chiều dài tính toán của cột lo phụ thuộc nhiều vào sơ đồ tính và nội lực dọc
trong cột, đối với cột tiết diện không đổi hoặc của các đoạn cột bậc là: lo=μ.l (trong đó:
l là chiều dài hình học của cột, của đoạn cột đối với cột bậc, của chiều cao tầng đối


4

vớicột khung; μ là hệ số chiều dài tính toán, phụ thuộc vào đặc điểm của lực nén dọc
trong cột và sơ đồ liên kết ở đầu cột và chân cột).
Cột thép có nhiều loại khác nhau tùy theo sự phân loại:
- Theo sử dụng có cột nhà công nghiệp, cột nhà khung nhiều tầng, cột đỡ sàn
công tác, cột đỡ đường ống, cột đường dây tải điện,…
- Theo cấu tạo có cột đặc, cột rỗng, cột tiết diện không đổi, cột tiết diện thay
đổi như: cột bậc, cột có chiều cao tiết diện thay đổi theo luật bậc nhất,…Cột bậc hay
sử dụng trong nhà công nghiệp có cầu trục, khi dầm đỡ cầu trục tựa vào thân cột.
- Theo sơ đồ chịu lực có cột nén đúng tâm – khi lực dọc trục đặt đúng trọng tâm
tiết diện, cột nén lệch tâm – khi lực dọc đặt ngoài trọng tâm tiết diện, cột nén uốn – khi
cột vừa chịu lực dọc trục vừa chịu lực vuông góc với trục. Trong thực tế thường gặp
cột nén lệch tâm hay cột nén uốn.
Cột đặc có các hình thức tiết diện hở và tiết diện kín. Hình thức tiết diện hở chủ
yếu có hai dạng là dạng tiết diện chữ H và dạng tiết diện chữ thập, dạng tiết diện chữ
H là dạng thông dụng hơn cả. Cột tiết dạng chữ H có ưu điểm dễ liên kết với các kết
cấu, dễ thỏa mãn các yêu cầu về kiến trúc của công trình, hình thức đơn giản, dễ chế
tạo. Cột tiết diện chữ thập liên kết với các kết cấu không tiện bằng cột tiết diện chữ H
và việc đáp ứng các yêu cầu về kiến trúc của công trình khó hơn cột tiết diện chữ H.
Dạng tiết diện chữ thập ghép từ hai thép góc dùng cho các cột có tải trọng
không lớn. Dạng tiết diện chữ thập mỗi cánh được ghép từ ba hay nhiều bản thép dùng
cho cột nặng. Các dạng tiết diện kín của cột có bán kín quán tính lớn hơn tiết diện hở
cùng diện tích, nên chịu lực tốt hơn. Ưu việt của cột tiết diện kín là có hình thức gọn
và đẹp. Nhược điểm của nó là không bảo dưỡng được mặt bên trong, do vậy ngay từ
khi thiết kế và chế tạo cần phải có giải pháp bảo vệ mặt bên trong cột.Các cột đặc được
ghép từ các thép bản hoặc bằng các thép hình dập nguội, khi cột làm việc, trong các
bản thép này có ứng suất pháp lớn. Nếu tại một vị trí nào đó trên các bản thép này có
ứng suất pháp nén lớn hơn khả năng chịu ứng suất pháp nén của nó thì nó bị biến dạng
ra ngoài mặt phẳng của bản, như vậy gọi là cột bị mất ổn định cục bộ. Tại chỗ bị mất
ổn định cục bộ, bản thép xem như mất khả năng làm việc, dẫn đến làm giảm khả năng

chịu lực của cột, cũng như làm cho cột sớm bị phá hoại.
Để khả năng chịu lực của cột không bị hạn chế bởi điều kiện ổn định cục bộ,
ứng suất giới hạn về ổn định cục bộ (ứng suất giới hạn của bản) phải lớn hơn hoặc hợp
lý nhất là bằng ứng suất giới hạn về ổn định tổng thể. Từ điều kiện này có được độ
mảnh giới hạn của bản đảm bảo cho nó không bị mất ổn định cục bộ trước khi cột mất
ổn định tổng thể. Khi cột có chiều cao tiết diện lớn mà điều kiện ổn định cục bộ của
bản bụng không đảm bảo, để bản bụng không quá dày hoặc tỷ lệ phần diện tích tiết
diện tiết diện hữu dụng của bản bụng trên diện tích tiết diện bản bụng nhỏ, ta có thể
gia cường bụng cột bằng một cặp sườn dọc đặt vào giữa bản bụng.


5

Thân cột rỗng cấu tạo bởi các nhánh đặt cách xa nhau, liên kết lại với nhau bởi
những hệ bụng rỗng là các thanh thép hình (thường là thép góc) gọi là thanh bụng (hay
thanh giằng, thanh nối) hoặc các bản thép gọi là bản giằng (hay bản nối). Các nhánh
của cột được làm bằng thép hình chử [, I, thép góc, thép ống. Cột rỗng có các loại: hai
nhánh, ba nhánh và bốn nhánh. Cột rỗng có hệ thanh bụng (thanh giằng) gọi là cột
rỗng thanh giằng, cột rỗng có các bản giằng gọi là cột rộng bản giằng.
- Cột rỗng hai nhánh: có các nhánh là thép hình chữ [thường dùng cho cột nén
đúng tâm có tải trọng đến 3500kN, khi tải trọng nén đúng tâm lớn (không thể dùng
thép hình chữ [) dùng nhánh là thép hình chữ I, tải trọng tối đa của cột loại này có thể
đến 6000kN.
- Cột rỗng ba nhánh, cột rỗng bốn nhánh: có các nhánh bằng thép góc hoặc thép
ống, chúng thường được dùng khi tiết diện của cột được quyết định bởi yêu cầu về độ
mảnh, thường là cột có tải trọng không lớn mà chiều dài lại lớn.
Để dễ dàng bảo dưỡng mặt trong, khe hở giữa các nhánh của cột rỗng không
được bé hơn 100÷150mm. Cột rỗng thanh giằng có độ cứng lớn và khả năng chống
xoắn tốt hơn cột rỗng bản giằng. Cột rỗng bản giằng chế tạo đơn giản và gọn đẹp hơn
cột rỗng thanh giằng. Cột rỗng bản giằng chỉ nên dùng khi khoảng cách các nhánh

không lớn hơn 0,8-1m, vì với khoảng cách lớn bản giằng của cột sẽ nặng, tốn nhiều vật
liệu mà độ cứng lại kém cột rỗng thanh bụng. Thanh bụng của cột rỗng là một thép
góc, cỡ nhỏ nhất là L40x5. Đối với cột nặng, thanh bụng có thể là một thép hình chữ [
cỡ nhỏ [1].
1.2. TỔNG QUAN VỀ CHÂN CỘT THÉP
Chân cột thép truyền tải trọng từ cột xuống móng. Cấu tạo chân cột cần đảm
bảo để tải trọng được truyền đều, để cột làm việc đúng với sơ đồ tính và thuận tiện cho
quá trình thi công lắp dựng.Chân cột thép bao gồm cột thép, bản đế và nhóm thanh
neo. Nói chung, chúng được thiết kế với các bản đế mềm, nhưng bản đế cứng có thể
được sử dụng ở liên kết khi có mômen uốn lớn. Chân cột thường được chống đỡ bởi
một lớp vữa bê tông nằm bên dưới bản đế và lớp vữa này nằm trên một khối móng bê
tông. EN1993-1-8:2003 bao gồm các quy định để tính toán độ bền và độ cứng của
chân cột.
Với giả thuyết móng là một khối cứng và không có chuyển vị khi chịu tải trọng
từ cột truyền vào nó (điều này phù hợp khi móng chịu tải trọng có biến dạng của nền
dưới đáy móng được xem là nhỏ không đáng kể), ta có sơ đồ liên kết cột với móng là
khớp cố định hoặc là ngàm tùy theo cấu tạo cụ thể của liên kết. Chân cột khớp thường
dùng cho cột nén đúng tâm; đối với cột nén lệch tâm (nén uốn) nó được sử dụng khi
yêu cầu thiết kế không có mômen ở chân cột ví dụ như nền đất yếu. Liên kết ngàm
dùng cho cột nén lệch tâm và cho cả cột nén đúng tâm, nó làm tăng độ ổn định cho cột
[2][4].


6

1.2.1. Sơ đồ liên kết trong mô hình phân tích kết cấu
Hai loại liên kết này trong mô hình phân tích, được ngầm định là ngàm tuyệt
đối hoặc khớp tuyệt đối. Trong thực tiễn, qua thí nghiệm, các nhà khoa học xác định
rằng trong kết cấu thép, hầu như không xảy ra trường hợp ngàm tuyệt đối hay khớp
tuyệt đối. Tuy nhiên khi phân tích mô hình kết cấu theo sơ đồ đàn hồi tuyến tính, các

giả thuyết khớp hay ngàm trong mô hình tính toán cho kết quả thích hợp và tin cậy cho
công tác tính kết cấu. Trong thực tế, về mặt cấu tạo chi tiết, liên kết ngàm hay khớp
không thực sự hoàn toàn khác nhau. Điều này có ý nghĩa rất rõ rệt, đôi khi cùng cấu
tạo dạng liên kết chân cột (tương tự nhau về bản đế, bu lông và số lượng bu lông, chi
tiết mối hàn,…), liên kết chân cột thép trong mô hình này có thể xem là ngàm, nhưng
trong mô hình khác, dạng liên kết này được xem là khớp.
Bản chất của liên kết chân (khớp hay ngàm) phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:
- Chi tiết cấu tạo của liên kết: Bằng việc hình thành cấu tạo liên kết theo yêu
cầu bắt buộc do kỹ sư thiết kế quyết định, liên kết chân cột thép chỉ có thể là ngàm
tuyệt đối hay khớp tuyệt đối.
Cột thép
Cột thép

Có hoặc không
có bu lông

Hình 1.2: Liên kết chân cột thép
a – Liên kết chân cột ngàm; b – Liên kết chân cột khớp
- Độ cứng của liên kết (hay độ cứng của các bộ phận tạo thành liên kết): Khi
các tiết diện bộ phận liên kết có độ cứng chống xoay rất nhỏ so với độ cứng của tiết
diện cột, liên kết không có khả năng truyền mômen từ cột xuống móng. Chân cột trong
mô hình là liên kết khớp.
- Liên kết chân cột thép và móng đơn bê tông cốt thép: Đối với các móng đơn
và nông, do khả năng chống xoay của đế móng kém, liên kết chân cột thép vào móng
là liên kết khớp.
- Độ cứng của các phần tử của khung kết cấu: Các phần tử của khung có độ
cứng chống chuyển vị dọc trục rất lớn so với độ cứng chống chuyển vị xoay hay cắt,
dẫn đến mômen trong cột rất bé. Điều này thực tế sẽ không thể xuất hiện mômen
kháng tại liên kết chân cột.

7

Chân cột thông dụng là loại cấu tạo gồm các bộ phận: bản đế, dầm đế và các
sườn. Chân cột đặc dùng bản đế liền, thường được mở rộng theo phương mặt phẳng
tác dụng moment. Tùy theo tiết diện cột mà chân cột có thể có một hoặc hai dầm đế.
Các dầm đế và các sườn phân phối đều tải trọng từ thân cột ra bản đế, đồng thời lại
làm gối tựa cho bản đế chịu uốn bởi phản lực truyền từ móng lên và làm tăng độ cứng
cho bản đế cũng như cho toàn bộ chân cột. Nhờ có các dầm đế và sườn mà bản đế làm
việc nhẹ nhàng hơn, mỏng hơn và tải trọng phân bố lên móng được đều đặn hơn so với
chỉ khi có bản đế. Dầm đế và các sườn, tùy thuộc vào cấu tạo chân cột, được tính toán
như dầm đơn giản hoặc dầm công-xôn, chịu tải trọng là ứng suất phản lực trong bê
tông móng với diện truyền tải tương ứng. Bề dày của thép tấm làm dầm hoặc sườn
thường chọn trước theo cấu tạo khoảng (0,8-1,2cm). Chiều cao của tiết diện dầm đế
hoặc sườn cần kiểm tra theo điều kiện uốn và phải đủ chứa các đường hàn liên kết
chúng với thân cột. Các dầm đế, các sườn được hàn vào thân cột. Thân cột, dầm đế và
các sườn được hàn vào bản đế bằng các đường hàn góc nằm ngang. Vớicác cột chịu tải
trọng lớn, đầu mút đáy của thân cột, nơi tiếp xúc với bản đế, cần gọt nhẵn để sự tiếp
xúc được xảy ra trên toàn tiết diện.Ngoài ra, chân cột còn có các sườn gối đỡ bu lông
neo. Vị trí, cấu tạo, độ cứng của các sườn gối đỡ này cần đảm bảo sự làm việc thực
của cột phù hợp với sơ đồ tính [2].
1.2.2. Chân cột liên kết khớp với móng
Bu lông neo chôn sẵn trong móng là phương tiện liên kết chân cột với móng. Ở
chân cột khớp, bu lông neo được bắt trực tiếp vào bản đế. Nhờ có tính dễ uốn của bản
đế mà đảm bảo được tính khớp cần thiết của liên kết. Bu lông neo đặt theo cấu tạo, 2
hoặc 4 cái, đường kính 20÷25mm.
Để dễ lắp ghép, lỗ bu lông trên bản đế có đường kính bằng 1,5÷2 lần đường
kính bu lông neo. Lỗ này được phủ kín bằng bản thép đệm êcu dày 16÷20mm và khoét
lỗ rộng hơn đường kính bu lông 3mm. Sau khi điều chỉnh cột đúng vị trí thiết kế, xiết
chặt êcu rồi hàn miếng đệm vào bản đế [2].

1.2.3. Chân cột liên kết ngàm với móng
Ở chân cột ngàm, bu lông neo được bắt chặt với chân cột thông qua các sườn
gối đỡ hoặc các dầm đế. Nhờ độ cứng uốn của các chi tiết đỡ rất lớn nên biến dạng
xoay của chân cột với móng coi như bằng không, đảm bảo được tính ngàm của cột với
móng. Chân cột ngàm thường dùng ít nhất là bốn bu lông neo có d=20÷36mm cho
chận cột nén đúng tâm và chân cột nén lệch tâm không có tổ hợp nội lực gây kéo cho
bu lông neo.
Còn trường hợp cột nén lệch tâm sinh ra lực kéo trong các bu lông neo, thì các
bu lông này được xác định theo lực kéo lớn nhất trong nó và đường kính của chúng
không nên chọn nhỏ hơn 24mm. Trong một số trường hợp liên kết cột ngàm với móng
có lực kéo trong bu lông neo không lớn, có thể cấu tạo cho bu lông neo liên kết


8

trựctiếp vào bản đế của chân cột. Khi này bản đế cần có bề dày lớn, các bu lông neo
được đặt sát với các bản cánh, bản bụng cột chỉ để khe hở để bắt bu lông [1][2].
Các sườn ngang đỡ bu lông có chiều dày bé nhất là 16mm, đường kính lỗ ở
sườn ngang lớn hơn đường kính bu lông 3mm. Các sườn ngang này được hàn chặt vào
má của dầm đế hoặc của cánh cột bằng đường hàn công trường chỉ khi đã định vị
chính xác cột và vặn chặt các êcu bên trên [1].
1.3. BẢN ĐẾ CHÂN CỘT THÉP
Bề dày của bản đế chân cột được xác định từ điều kiện bền chịu uốn của bản
đế chịu ứng suất phản lực của bê tông móng, coi là phân bố đều. Do phải chứa quá
nhiều đường hàn, chiều dày bản đế chọn không bé hơn 20mm và không nên dày quá
40mm (trường hợp chân cột có sườn) và quá 80mm (trường hợp chân cột chỉ có bản
đế).Ứng suất nén thiết kế trong móng bê tông nhỏ hơn nhiều so với trong cột thép. Vì
thế, cần thiết phải có bản đế phù hợp bên dưới cột để phân bố đều tải trọng từ cột
xuống móng ở bên dưới. Chức năng chính của bản đế là dàn đều tải trọng cột trên
một diện rộng vừa đủ và giữ cho móng khỏi bị quá tải [2].

Liên kết bản đế cột là một trong những liên kết quan trọng trong kết cấu thép:
nó được thiết kế để đỡ trọng lực, mômen uốn và lực cắt. Hai lực nén trong bê tông và
lực căng trong bulông neo kháng moment uốn bên ngoài gây ra bởi cố định bản đế cột
trên nền móng.Với tải trọng dọc trục đơn thuần, một tấm thép vuông đơn giản hoặc
một tấm ván gắn liền vào cột là đủ. Nếu có các lực đẩy lên hoặc lật, cần có sự gắn kết
chắc chắn hơn. Những bản đế này có thể được hàn trực tiếp vào cột hoặc chúng có thể
được gắn chặt bằng các thép góc, liên kết được bằng hàn hoặc vít bằng bu lông(hình
1.3). Một bản đế được hàn trực tiếp vào cột (hình 1.3a). Với những cột nhỏ, thì những
bản đế này sẽ được hàn sẵn vào các cột trong xưởng chế tạo,nhưng với những cột lớn
hơn, cần vận chuyển riêng biệt các tấm và đặt chúng vào đúng cao độ. Đối với trường
hợp thứ hai, các cột được liên kết với móng bằng các bulông neo xuyên qua các thép
góc đã được hàn sẵn trong xưởng vào các cột(hình 1.3b).

Hình 1.3: Cấu tạo liên kết chân cột


9

Việc xác định giá trị thiết kế lực cắt bên ngoài cũng như giá trị của moment uốn
thiết kế thường được thực hiện một cách độc lập với giả định rằng không có tương tác
đáng kể giữa chúng. Nếu bản đế vẫn chịu nén, lực cắt có thể được truyền qua ma sát
giữa lớp vữa hoặc bê tông trong móng. Các lực cắt lớn có thể bị kháng bởi lực nén bê
tông, hoặc bằng cách trực tiếp chôn chân cột ở độ sâu xác định trong bê tông đúc tại
chỗ hoặc bằng cách hàn một gờ cắt tại đáy bản đế, với cách đầu tiên bản đế được chôn
trong bê tông đúc tại chỗ.
Trạng thái chung và sự phân bố lực đối với một liên kết bản đế bằng thanh neo
sẽ đàn hồi cho đến khi một trong các cơ chế phá hoại sau đây chiếm ưu thế: sự hình
thành một khớp dẻo trong cột, cơ chế đàn hồi trong bản đế, vỡ bê tông chịu nén, oằn
các thanh neo chịu lực căng hoặc làm bật bê tông bởi các bulông neo chịu lực căng. Sự
phá hoại liên kết chủ yếu bao gồm phá hoại giòn bản đế, giãn bulông neo quá mức,

phá hoại bulông neo sớm ngoài mong muốn và làm vỡ bê tông [3]
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BẢN ĐẾ HIỆN HÀNH
Việc dự đoán trạng thái của liên kết bản đế là rất phức tạp do liên kết giữa các
thanh neo và vật liệu đế bê tông, trạng thái nền lớp vữa và đánh giá phức tạp độ cứng
và độ bền kháng của bê tông dưới phần chịu nén do hiện tượng tiếp xúc giữa bản đế và
bê tông. Hai phương pháp tiếp cận phổ biến được áp dụng đối với thiết kế bản đế chịu
tải dọc trục và moment uốn. Phương pháp thứ nhất là dựa trên trạng thái đàn hồi của
vật liệu và của tất cả các thành phần liên kết; phương pháp còn lại là dựa trên các chế
độ phá hoại do các ứng suất và biến dạng sau đàn hồi. Phân tích đàn hồi dựa trên giả
định một bản đế cứng tiếp xúc hoàn toàn với bản đế bê tông hoàn toàn phẳng và sinh
ra các ứng suất và biến dạng trong phạm vi đàn hồi. Phương pháp đàn hồi được trình
bày trong tất cả các tài liệu liên quan đến phương pháp thiết kế các liên kết kháng
moment [3].

Hình 1.4: Phân tích đàn hồi móng cột thép thiết kế theo tải dọc trục và moment uốn;
a – giả định lý thuyết; b – trạng thái thực tế.


10

Phân bố biến dạng có tính chất tuyến tính và kết quả chính là biến dạng trong
bulông neo phụ thuộc vào sự phân bố biến dạng trong miền chịu nén. Điều này không
nhất quán với trạng thái thực tế. Thực tế, lực trong bulông và nén trong bê tông không
phụ thuộc vào nhau. Phương pháp này (Hình 1.4 b) nhất quán hơn với trạng thái thực
tế khi so sánh các kết quả với các thử nghiệm [3].
Thiết kế các bản đế trong các giả định lý thuyết đàn hồi thường dẫn đến các bản
thép dày, không kinh tế. Có thể giảm tối đa lượng thép sử dụng cho liên kết này bằng
cách lựa chọn thiết kế đàn hồi. Sự phân bố đàn hồi các nội lực cho các tính toán ở
trạng thái giới hạn cực hạn được áp dụng cho thiết kế các bản đế theo BS EN1993-18:2005[3].
Phương pháp thiết kế truyền thống của các đế cột đưa ra kết quả cho thấy độ

dày của bản đế phải đủ cứng để đảm bảo ứng suất phân bố đều dưới bản đế và do đó,
bản đế có thể được mô phỏng dưới dạng tấm cứng. Ứng suất lớn nhất trong móng bê
tông (dựa trên sự phân bố ứng suất tuyến tính) và lực kéo trong các thanh neo được
xác định. Trong khi phương pháp này được thực hiện trong nhiều năm, phương pháp
này bỏ qua tính dẻo của bản đế khi chịu uốn (ngay cả khi bản đế được tăng cường bởi
các bộ phận chống đỡ) [4].
Khái niệm này đã được thông qua trong EN 1993-1-8: chuyển bản đế mềm
thành tấm cứng và cho phép ứng suất trong nền bê tông chịu được sức nén khi chịu
nén tập trung. Phương pháp thành phần bao gồm việc xác định các thành phần quan
trọng của liên kết, xem hình 1.5, được gọi là các thành phần và xác định độ bền và độ
cứng của mỗi thành phần. Các thành phần được lắp ráp để tạo ra một mô hình liên kết
hoàn chỉnh. Các quy tắc tính toán sức kháng của chân cột được thể hiện trong EN
1993-1-8:2003 chương 6.2.6 và các quy tắc về tính toán độ cứng được trình bày trong
chương 6.3.4[4].

Hình 1.5: Liên kết chân cột điển hình và lựa chọn các thành phần


11

1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Chân cột làm nhiệm vụ truyền tải trọng từ cột xuống móng. Cấu tạo chân cột
cần đảm bảo để tải trọng được truyền đều, để cột làm việc đúng với sơ đồ tính và
thuận tiện cho quá trình thi công lắp dựng.Ứng suất nén thiết kế trong móng bê tông
nhỏ hơn nhiều so với trong cột thép. Vì thế, cần thiết phải có bản đế phù hợp bên dưới
cột để phân bố đều tải trọng từ cột xuống móng ở bên dưới.
Liên kết bản đế cột là một trong những liên kết quan trọng trong kết cấu thép:
được thiết kế để đỡ trọng lực, mômen uốn và lực cắt. Hai lực nén trên bê tông và lực
căng trong bulông neo kháng moment uốn bên ngoài gây ra bởi cố định bản đế cột
trong móng.Hai phương pháp tiếp cận phổ biến được áp dụng đối với thiết kế bản đế

chịu tải dọc trục và moment uốn. Phương pháp thứ nhất là dựa trên trạng thái đàn hồi
của vật liệu và của tất cả các thành phần liên kết; phương pháp còn lại là dựa trên các
chế độ phá hoại do các ứng suất và biến dạng sau đàn hồi.


12

CHƯƠNG 2

SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT DƯỚI BẢN ĐẾ VÀ TÍNH TOÁN
CHÂN CỘT THÉP DÙNG DIỆN TÍCH HỮU HIỆU
2.1. PHÂN BỐ ỨNG SUẤT DƯỚI BẢN ĐẾ
Xét bản đế như hình vẽ chịu lực dọc trục N. Ứng suất dưới bản đế thường phân
bố không đều, ứng suất ở vùng gần chân cột sẽ lớn hơn ứng suất vùng biên. Tùy thuộc
vào độ cứng của bản đế mà sự chênh lệch này lớn hay bé. Khi bản đế mỏng, độ cứng
bản đế bé thì ứng suất σmax lớn hơn nhiều so với ứng suất trung bình σm=N/(ab). Khi
chiều dày bản đế lớn, bản đế dường như cứng tuyệt đối, biến dạng rất bé thì ứng suất
dưới bản đế dường như phân bố đều, σmax≅σm.

Hình 2.1:Ứng suất phân bố dưới bản đế.
Sự phân bố ứng suất dưới bản đế không những phụ thuộc vào bề dày bản đế mà
còn phụ thuộc vào kích thước móng bê tông đỡ cột, cấu tạo chân cột. Việc đi phân tích
một bài toán như vậy trong thiết kế là khá phức tạp. Để đơn giản trong tính toán,
Eurocode 3 quan niệm rằng chỉ một phần diện tích móng dưới chân cột tham gia chịu
lực – gọi là diện tích hữu hiệu. Hình vẽ dưới biểu diễn diện tích hữu hiệu cho chân cột
tiết diện hình chữ H, bao quanh tiết diện cột và được xác định bằng cách nới rộng tiết
diện chân cột ra các phía với bề rộng c.
a)

b)

Hình 2.2:Vùng diện tích hữu hiệu (Hình 2.2a) và ứng suất phân bố dưới bản đế (Hình 2.2b)


13

2.2. DIỆN TÍCH HỮU HIỆU VÀ CƯỜNG ĐỘ CHỊU ÉP MẶT CỦA BÊ TÔNG
Theo Eurocode 3, phần kích thước mở rộng quanh tiết diện cột được xác định
như sau:Bằng cách hạn chế sự biến dạng của bản đế đến vùng đàn hồi, có thể giả sử
ứng suất đồng nhất dưới tấm đế(hình 2.3), cũng chắc chắn rằng không được vượt quá
giới hạn chảy của bản đế. Diện tích ảnh hưởng hữu hiệu của bản đế dẻo dựa trên bề
rộng hiệu quả c.

Hình 2.3:Mô hình phần tử hữu hạn của tấm đế T-Stub và khối bê tông chịu nén, lưới
bị biến dạng và không biến dạng và ứng suất chính trong bê tông.

Hình 2.4:Xây dựng mô hình tấm đế
Mômen chống uốn dẻo trên một đơn vị chiều dài của tấm đế được tính bằng:
M' 

1 2
xt xf yd
6

(1)

Và mômen uốn trên một đơn vị chiều dài, tác động lên tấm đế được biểu diễn
bởi một đoạn c (hình 2.4).
1
(2)

M '  xf jd xc2
2
Khi những mômen này bằng nhau, mômen chống uốn của bản đế là đạt được và
công thức để đánh giá c thu được từ (1) và (2):
f
1
1
yd
xf jd xc2  xt 2 xf yd  c  tx
2
6
3xf x
jd MO

(3)

Trong đó:t – bề dày bản đế; fyd– giới hạn chảy của thép bản đế; MO – hệ số độ tin cậy


14

vật liệu thép khi tính bền,MO=1,15; fjd – cường độ tính toán ép mặt của bê tông móng.
Như vậy bề rộng c phụ thuộc vào bề dày bản thép đế t, cường độ thép bản đế và
cường độ ép mặt cục bộ bê tông làm móng. Chú ý trong trường hợp bản đế hẹp,
khoảng cách từ mép cánh cột đến biên bản đế nhỏ hơn c thì phải lấy diện tích hữu hiệu
tương ứng với khoảng cách này (hình 2.5a). Trường hợp bản đế rộng, khoảng cách từ
mép cánh cột đến biên bản đế lấy bằng c,phần nhô ra từ c đến mép bản đế xem như bỏ
qua (hình 2.5b).

Hình 2.5: Diện tích hữu hiệu tương đương của tiết diện khi bị nén.

a – Bản đế hẹp;
b – Bản đế rộng
Sức cản của vữa và khối bê tông chịu nén bị giới hạn bởi nghiền nát của vữa
hoặc bê tông bên dưới bản đế mềm. Trong các mô hình xây dựng được sử dụng, bản
đế mềm được thay thế bằng một tấm cứng tương đương. Các tấm tương đương đuợc
hình thành từ mặt cắt ngang của cột tăng lên bởi một dải có chiều rộng hiệu dụng c.
Trong trường hợp này, sức kháng thực nghiệm cao hơn sức chịu nén của bê tông
khoảng 6,25. Việc tính toán cường độ ép mặt của bê tông fjdđược trình bày trong tiêu
chuẩn EN 1993-1-8 bằng cách sử dụng hệ số tập trung ứng suất kj với giá trị tối đa là
3,0 đối với một tấm đế hình vuông [4][7].
Cường độ ép mặt cục bộ bê tông móng được xác định như sau:
fjd=βjxkjxfcd
Trong đó:

(4)

βj– hệ số kể đến vật liệu làm móng, có thể lấy βj=2/3;
kj– hệ số kể đến tỉ số giữa diện tích bản đế Acovà diện tích móng quy ước

Ac1;kj =√Ac1 /Aco nhưng lấy kj≤3 (hình 2.6).


15

fcd– cường độ tính toán của bê tông, fcd=fck/γc với fck– cường độ nén đặc trưng
của mẫu bê tông hình trụ ở 28 ngày tuổi, γc=1,5– hệ số tin cậy của vật liệu bê tông.

Hình 2.6:Vùng diện tích quy ước và diện tích bản đế
Trong đó:

a1=min(a+2ar; 5a; a+h; 5b1)và lấy a1≥ a.
b1=min(b+2br; 5b; b+h; 5a1)và lấy b1≥ b.

Vậy:

f jd  2 / 3

A
c1 x
A
co

f

f
ck  2 ck
c
c

(5)

Diện tích quy ước Ac1 lấy như sau:Ac1=a1xb1
2.3. TÍNH CỘT CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM
Khi cột chịu nén đúng tâm với lực nén thiết kế NEd thì ứng suất dưới bản đế
trong phạm vi diện tích hữu hiệu được coi là phân bố đều, do đó việc tính toán cột chịu
nén đúng tâm bao gồm kiểm tra khả năng chịu ép mặt của bê tông móng và kiểm tra
bền bản thép đế.

Hình 2.7: Ứng suất phân bố đều dưới bản đế khi chịu lực nén đúng tâm

16

2.3.1. Kiểm tra khả năng chịu ép mặt của bê tông móng.
Gọi Aeff là diện tích hữu hiệu dưới bản đế, xác định được sau khi đã tính toán
khoảng mở rộng c. Khả năng chịu nén ép mặt của bê tông móng:
Điều kiện bền:

Fc,Rd=Aeff x fjd

(6)

Ned ≤ Fc,Rd

(7)

2.3.2. Kiểm tra bền bản thép đế
Dưới tác dụng của phản lực từ móng lên bản đế trong phần diện tích hữu hiệu
Aeff, bản đế sẽ bị uốn quanh tiết diện chân cột. Bản đế kết hợp với bản bụng hay cánh
tiết diện cột tạo nên các tiết diện chịu lực gọi là T-stub. Ứng suất phân bố đều trong
vùng tiết diện hữu hiệu và có giá trị: σd =Ned /Aeff
Eurocode 3 cho phép tính toán với từng vùng T-stub riêng biệt tương ứng với
bản cánh và bản bụng. Như vậy bản đế làm việc chịu uốn như dầm công sôn có nhịp là
c chịu tải phân bố đều σd. Xét 1 dải bản đế rộng 1 đơn vị, khả năng chịu uốn của tiết
diện là (mômen bền dẻo):
 t2  f y
 t2  f y


M pl, Rd  2 x 1x

x
  x
(8)
 8 
4 

 MO   MO
Điều kiện bền thỏa mãn khi mômen do phản lực nền gây ra không được vượt
quá Mpl,Rd:0,5 x σd x c2 ≤ Mpl,Rd
(9)
Trong trường hợp có lực cắt ở chân cột thì bu lông neo sẽ được bố trí vừa cố
định vị trí chân cột, vừa chịu toàn bộ lực cắt [5].
2.4. TÍNH CỘT CHỊU NÉN LỆCH TÂM
Khi chân cột chịu tác dụng đồng thời của lực dọc và mômen uốn, tùy thuộc vào
chiều lực dọc, tương quan độ lớn giữa lực dọc và mômen mà có thể xảy ra các trường
hợp như sau:
a)

Lệch tâm bé: toàn bộ chân đế chịu nén.
Lệch tâm lớn: một phần chân đế chịu kéo, phần còn lại chịu nén.
Toàn bộ chân đế chịu kéo.
b)

c)

Hình 2.8:Các trường hợp xảy ra của chân cột khi chịu nén lệch tâm