Đánh giá khả năng chịu cắt của vách bê tông cốt thép theo một số tiêu chuẩn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ MINH TÂM

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA VÁCH
BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG & CƠNG NGHIỆP

ĐÀ NẴNG - 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ MINH TÂM

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA VÁCH
BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng và cơng nghiệp
Mã số: 60 58 02 08

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. TRẦN ANH THIỆN

ĐÀ NẴNG - 2018

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tác giả xin trân trọng cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo và các cán
bộ khoa Đào tạo Sau đại học trƣờng Đại Học Bách khoa Đà Nẵng đã giúp đỡ, chỉ dẫn
tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Tác giả xin có lời cảm ơn đặc biệt đến thầy TS. Trần Anh Thiện đã truyền đạt
cho tác giả những kiến thức qúy báu của mình giúp cho tác giả hồn thiện kiến thức
cũng nhƣ hoàn thành Luận văn này. Qua đây, tác giả muốn kính gửi lời cảm ơn chân
thành đến Thầy.
Do trình độ tác giả có những hạn chế nhất định, mặc dù đã hết sức cố gắng
hoàn thành và hồn thiện nhƣng trong Luận văn sẽ khơng thể tránh khỏi những sai
sót, tác giả rất mong đƣợc những ý kiến đóng góp của các thầy cơ cùng các bạn đồng
nghiệp để Luận văn đƣợc hoàn thiện hơn.
Trân trọng
Đà Nẵng, ngày 11 tháng 3 năm 2018.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Lê Minh Tâm


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình
nào khác.
Đà Nẵng, ngày 11 tháng 3 năm 2018.
Tác giả

Lê Minh Tâm

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA VÁCH BÊ TÔNG CỐT THÉP
THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN
Học viên: Lê Minh Tâm Chun ngành: Kỹ thuật XD cơng trình DD&CN
Mã số: 60 58 02 08 Khóa: 32 Trƣờng Đại học Bách khoa-ĐHĐN
Tóm tắt: Vách bê tông cốt thép đƣợc sử dụng phổ biến để chịu tải trọng ngang
nhƣ tải trọng gió và động đất do nó có cƣờng độ và độ cứng lớn. Luận văn này khảo
sát và so sánh cơ sở lý thuyết tính tốn khả năng chịu cắt của vách bê tơng cốt thép,
xây dựng trình tự các bƣớc tính toán theo các tiêu chuẩn ACI 318-14, Eurocode
1992-1-1:2004 và Eurocode 1998-1:2004. Kết quả nghiên cứu cho thấy độ chênh
lệch khả năng chịu cắt của vách kháng chấn và không kháng chấn theo tiêu chuẩn
Eurocode lớn hơn nhiều so với tiêu chuẩn ACI 318-14. Luận văn cũng so sánh và
đánh giá khả năng chịu cắt của vách theo cƣờng độ bê tông và tỉ lệ lực dọc giữa các
tiêu chuẩn này, theo cả hai trƣờng hợp có và khơng có thiết kế kháng chấn.
Từ khóa: bê tơng cốt thép, vách cứng, khả năng chịu cắt, cốt thép ngang,
tiêu chuẩn thiết kế.
Abstract: Reinforced concrete shear walls are commonly used to resist
lateral loads such as wind or earthquake loadings due to their high strength and
stiffness. This thesis investigated and compared the theoretical basis for determining
the shear capacity and developed the procedures for shear design of reinforced
concrete walls in accordance with various building codes including ACI 318-14,
Eurocode 1992-1-1:2004 and Eurocode 1998-1:2004. The results show that the
difference in shear capacity between non-seismic and seismic structural walls
according to Eurocodes is much larger than that according to ACI 318-14.
Comparisons of the design shear capacity versus concrete strength and axial load
level were also carried out among these building codes, for both cases of nonseismic and seismic design.
Key words: reinforced concrete, shear wall, shear strength, shear
reinforcement, building code.

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài ..................................................................... 1
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 1
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA VÁCH BÊ TÔNG CỐT
THÉP ......................................................................................................................... 3
1.1. TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU BÊ TƠNG ............................................. 3
1.1.1. Cƣờng độ của bê tơng ......................................................................................................3
1.1.1.1. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén ............................................... 3
1.1.1.2. Sự phá hoại của mẫu thử ...................................................................... 4
1.1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông .............................. 6
1.1.2. Giá trị trung bình và giá trị tiêu chuẩn của cƣờng độ .............................. 7
1.1.2.1. Giá trị trung bình .................................................................................. 7
1.1.2.2. Giá trị đặc trưng ................................................................................... 7
1.1.2.3. Giá trị tiêu chuẩn .................................................................................. 8
1.1.3. Cấp độ bền và mác bê tông ...................................................................... 8
1.1.3.1. Mác theo cường độ chịu nén M ............................................................ 8
1.1.3.2. Cấp độ bền chịu nén B .......................................................................... 8
1.1.3.3. Cấp độ bền chịu kéo Bt ......................................................................... 9
1.2. TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU CỐT THÉP ............................................ 9
1.2.1. Đặc trƣng cơ học ...................................................................................... 9
1.2.2. Phân loại cốt thép. .................................................................................. 10
1.3. VAI TRỊ, ĐẶC ĐIỂM CỦA VÁCH BÊ TƠNG CỐT THÉP ......................... 11
1.3.1. Vai trị của vách bê tơng cốt thép .......................................................... 11
1.3.2. Đặc điểm làm việc của vách bê tông cốt thép ....................................... 12
1.3.3 Các loại vách bê tông cốt thép ................................................................ 13
1.3.3.1. Phân loại vách theo chiều cao ............................................................ 13
1.3.3.2. Phân loại vách bê tông cốt thép theo công năng ................................ 14

1.3.3.3. Sự làm việc của vách bê tông cốt thép chịu tải trọng ngang .............. 14
1.4. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA VÁCH BÊ TÔNG CỐT THÉP
CHỊU TẢI TRỌNG NGANG ................................................................................... 18
1.4.1. Nghiên cứu của Ning Xu (2010) [15] .................................................... 18
1.4.2. Nghiên cứu của M.A. Osman (2011) [16] ............................................. 18


1.4.3. Các nghiên cứu về mô phỏng ứng xử phi tuyến của các cấu kiện BTCT
bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn. ........................................................................ 19
1.4.4. Mơ hình giàn với thanh xiên nghiêng góc 45o ....................................... 20
1.4.5. Mơ hình giàn với góc nghiêng thay đổi [17] ......................................... 22
1.4.6. Mơ hình chống giằng [17] ..................................................................... 23
1.4.7. Mơ hình miền nén (Compression Field Theory – CFT)[17] ................. 24
1.4.8. Lý thuyết miền nén cải tiến (Modified Compression Field Theory MCFT)[18] ............................................................................................................... 26
1.5. MỘT SỐ HÌNH ẢNH VÁCH CỨNG BÊ TÔNG CỐT THÉP BỊ HƢ HẠI DO
ĐỘNG ĐẤT ............................................................................................................. 28
1.6. KẾT LUẬN ........................................................................................................ 31
CHƢƠNG 2. TÍNH TỐN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA VÁCH BÊ TƠNG
CỐT THÉP THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN...................................................... 32
2.1. TÍNH TỐN THEO TIÊU CHUẨN HOA KỲ ACI 318-14 ............................ 32
2.1.1. Khả năng chịu cắt của vách bê tông cốt thép trong trƣờng hợp không
thiết kế kháng chấn ................................................................................................... 32
2.1.2. Khả năng chịu cắt của vách bê tông cốt thép trong trƣờng hợp thiết kế
kháng chấn ................................................................................................................ 33
2.2. TÍNH TỐN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU EUROCODE 2 VÀ
EUROCODE 8 ........................................................................................................ 33
2.2.1. Khả năng chịu cắt của bê tơng ............................................................... 33
2.2.2. Tính tốn cƣờng độ trên tiết diện nghiêng ............................................. 34
2.2.2.1. Mơ hình dàn ảo ................................................................................... 34
2.2.2.2. Các công thức cơ bản ......................................................................... 38

2.2.3. Điều kiện hạn chế .................................................................................. 41
2.2.4. Tính tốn cốt thép ngang chịu cắt .......................................................... 38
2.2.5. Khả năng chịu cắt của vách trƣờng hợp không thiết kế kháng chấn theo
tiêu chuẩn EC2-2004 ................................................................................................ 38
2.2.6. Khả năng chịu cắt của vách trƣờng hợp thiết kế kháng chấn theo tiêu
chuẩn EC8-2004 ....................................................................................................... 38
2.3. MỘT SỐ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ VỀ CÁC TIÊU CHUẨN TÍNH TOÁN .. 39
CHƢƠNG 3. SO SÁNH KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA VÁCH BÊ TÔNG
CỐT THÉP GIỮA TIÊU CHUẨN HOA KỲ ACI 318-14 VỚI TIÊU CHUẨN
CHÂU ÂU EC2-2004 VÀ EC8-2004 ..................................................................... 40
3.1. BÀI TỐN 1 ..................................................................................................... 40
3.1.1. Vách khơng thiết kế kháng chấn ............................................................ 40


3.1.2. Vách có thiết kế kháng chấn .................................................................. 41
3.2. BÀI TỐN 2 ..................................................................................................... 41
4.2.1. Vách khơng thiết kế kháng chấn ............................................................ 41
4.2.2. Vách có thiết kế kháng chấn .................................................................. 42
3.3. BÀI TOÁN 3 ..................................................................................................... 42
3.4. BÀI TOÁN 4 ..................................................................................................... 43
3.5. BÀI TOÁN 5 ..................................................................................................... 44
3.6. BÀI TOÁN 6 ..................................................................................................... 49
3.7. MỘT SỐ NHẬN XÉT ....................................................................................... 46
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 49


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 8; Eurocode2
Chữ viết tắt

Giải thích

E

Mơ đun đàn hồi

F

Tải trọng (tác động)

G

Tải trọng thƣờng xun

I

Mơ men qn tính

M

Mơ men uốn

Q

Tải trọng tạm thời

T

Mô men xoắn

V

Lực cắt

b

Chiều rộng tiết diện ngang

d

Chiều cao làm việc của tiết diện

a’

Khoảng cách từ mép bê tông chịu nén tới trọng tâm cốt thép chịu nén

e

Độ lệch tâm

h

Chiều cao của tiết diện trong mặt phẳng uốn

i

Bán kính quán tính

k

Hệ số

l

Chiều dài hoặc nhịp

s

Khoảng cách giữa các cốt đai

t

Chiều dày

x

Khoảng cách từ mép bê tông chịu nén tới trục trung hịa

Ac

Diện tích tiết diện ngang của bê tơng

As

Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo

A’s

Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu nén

Asw

Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu cắt (cốt đai, xiên)

Es

Mô đun đàn hồi của cốt thép


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Tiêu chuẩn ACI 318-14
Chữ viết tắt

Giải thích

Mu

Mơmen do ngoại lực tác dụng từ các tổ hợp lực tính tốn

Mn

Khả năng chịu lực của cấu kiện , xác định từ điều kiện cụ thể của tiết
diện

Ma

Mômen lớn nhất dọc theo trục dầm

Icr

Mô men quán tính đối với trục đi qua trọng tâm tiết diện trƣờng hợp
tiết diện khơng có khe nứt

Es

Mơ đun đàn hồi của cốt thép

Ec

Mô đun đàn hồi của bê tông

s

Biến dạng của cốt thép chịu kéo

 's

Biến dạng của cốt thép chịu nén

f 'c

Cƣờng độ chịu nén của bê tông

fr

Cƣờng độ chịu kéo của bê tông

fy

Cƣờng độ chịu kéo của cốt thép

a

Chiều cao vùng bê tông chịu nén

d

Khoảng cách từ mép biên vùng nén tới lớp thép chịu kéo ngoài cùng

d’

Khoảng cách từ mép biên vùng nén tới thép chịu kéo ngoài cùng

b

Bề rộng của tiết diện ngang



Hệ số giảm độ bền của cấu kiện



Hàm lƣợng cốt thép

As, A’s

Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo và chịu nén

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu

Tên bảng

Trang

Bảng 1.1.

Hệ số quy đổi cƣờng độ nén k1 của mẫu bê tông.

3

Bảng 1.2.

Hệ số quy đổi cƣờng độ nén k2 của mẫu bê tông.

4

Bảng 3.1.

Kết quả tính tốn khả năng chịu cắt thay đổi theo cấp độ

42

bền:
Bảng 3.2.

Kết quả tính tốn khả năng chịu cắt thay đổi theo lực dọc:

44


DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ

Số hiệu
hình

Tên hình

Trang

1.1.

Mẫu bê tơng thử cƣờng độ chịu nén

3

1.2.

Sự phá hoại của mẫu thử

5

1.3.

Mẫu thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu kéo

5

1.4.

Cƣờng độ của bê tông theo thời gian

7

1.5a .

Biểu đồ  - ε của các loại thép dẻo

9

1.5b.

Biểu đồ  - ε của các loại thép rắn

9

1.6.

Biến dạng dẻo của cốt thép [2]

10

1.7.

Vách bê tông cốt thép

12

1.8.

Vách cứng phẳng

12

1.9.

Sơ đồ hệ vách chịu lực.

13

1.10.

Hình dạng các vách cứng.

13

1.11.

Cốt thép dọc của vách mất ổn định

15

1.12.

Bê tông vùng bụng vách bị ép vỡ

16

1.13.

Vết nứt xuất hiện trên vách do lực nén theo phƣơng xiên

16

1.14.

Vết nứt xuất hiện trên vách do lực trƣợt

17

1.15.

Vách bị phá hoại do bê tông vùng nén bị ép vỡ, cốt thép dọc mất ổn định và
kéo xiên

17

1.16.

Dạng phá hoại của vách trong thí nghiệm của Ning Xu (2010) [15]

18

1.17.

Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của cƣờng độ bê tông đến ứng xử của
vách bê tông cốt thép của M.A. Osman (2011) [16]

19

1.18.

Phép tƣơng tự giàn

21

1.19.

Cân bằng trong giàn với góc nghiêng 45

21

1.20.

Quan hệ ứng suất - biến dạng của bê tông vùng nứt khi chịu nén

25

1.21.

Lý thuyết miền nén cải tiến - Cân bằng theo trị số ứng suất trung bình

27

1.22.

Cân bằng theo ứng suất cục bộ tại một vết nứt

27

2.1.

Mơ hình dàn ảo

35

2.2.

Sơ đồ tính tốn cốt thép ngang chịu cắt

36

3.1.

Khả năng chịu lực cắt của vách có tỷ số nhịp cắt s=2.0 khi cấp độ bền thay
đổi

43

3.2.

Khả năng chịu lực cắt của vách có tỷ số nhịp cắt s=2.0 khi lực dọc thay đổi

44

3.3.

Khả năng chịu lực cắt của vách có tỷ số nhịp cắt s=5.0 khi cấp độ bền thay
đổi

45

3.4.

Khả năng chịu lực cắt của vách có tỷ số nhịp cắt s=5.0 khi lực dọc thay đổi

46


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Cùng với sự phát triển về khoa học công nghệ trong lĩnh vực xây dựng và để
giải quyết nhu cầu về không gian sống và nâng cao hiệu quả sử dụng đất, số lƣợng
các nhà cao tầng tại các đô thị lớn ở nƣớc ta nhƣ Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh,
Đà Nẵng …, đã tăng nhanh trong những năm gần đây. Trong hệ kết cấu của nhà cao
tầng, vách bê tông cốt thép đƣợc sử dụng phổ biến để chịu tải trọng ngang nhờ vào
cƣờng độ và độ cứng. Vách có nhiệm vụ tiếp nhận phần lớn hoặc toàn bộ tải trọng
ngang tác dụng lên cơng trình và truyền xuống kết cấu móng.
Dù là cấu kiện chịu lực quan trọng, tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt
thép hiện hành của Việt Nam chƣa đề cập đến việc xác định khả năng chịu cắt của
vách. Các tiêu chuẩn của các nƣớc trên thế giới cũng chƣa thống nhất trong việc
tính tốn khả năng chịu cắt của vách bê tông cốt thép. Do đó, việc phân tích đánh
giá các phƣơng pháp tính tốn khả năng chịu cắt của vách bê tơng cốt thép theo các
tiêu chuẩn khác nhau có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Đó là lý do để thực hiện
luận văn với đề tài “Đánh giá khả năng chịu cắt của vách bê tông cốt thép theo một

số tiêu chuẩn”.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài:
Nghiên cứu các phƣơng pháp xác định khả năng chịu cắt của vách bê tơng
cốt thép theo một số tiêu chuẩn.
Phân tích và đánh giá sự khác nhau giữa khả năng chịu cắt của vách bê tông
cốt thép giữa các tiêu chuẩn.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tƣợng nghiên cứu: Vách bê tông cốt thép
Phạm vi nghiên cứu: Khả năng chịu cắt của vách bê tông cốt thép theo tiêu
chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 và các tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 1992-1-1:2004
(EC2-2004) và tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 1998-1:2004 (EC8-2004).
Phƣơng pháp nghiên cứu:
Phƣơng pháp lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết tính tốn khả năng chịu cắt của
vách bê tơng cốt thép theo các tiêu chuẩn.
Phƣơng pháp thực nghiệm: So sánh khả năng chịu cắt của vách trong các tiêu
chuẩn với một số kết quả thí nghiệm vách cứng đã đƣợc tiến hành trên thế giới
4. Bố cục luận văn
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA VÁCH BÊ TÔNG CỐT
THÉP
Chƣơng 2. TÍNH TỐN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA VÁCH BÊ TÔNG


2

CỐT THÉP THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN
Chƣơng 3. SO SÁNH KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA VÁCH BÊ TÔNG
CỐT THÉP GIỮA TIÊU CHUẨN HOA KỲ ACI 318-14 VỚI TIÊU CHUẨN
CHÂU ÂU EC2-2004 VÀ EC8-2004.

3

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA VÁCH BÊ TƠNG CỐT THÉP
1.1. Tính chất cơ lý của vật liệu bê tông
1.1.1. Cƣờng độ của bê tông
Cƣờng độ là đặc trƣng cơ bản, nó thể hiện khả năng chịu lực của bê tông.
cƣờng độ của bê tông phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của nó. Với bê tơng cần
xác định cƣờng độ chịu nén và cƣờng độ chịu kéo.
1.1.1.1. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén
Mẫu có thể đƣợc đúc từ hỗn hợp bê tông đã đƣợc nhào trộn hoặc đƣợc khoan
cắt từ kết cấu có sẵn. Thí nghiệm mẫu bằng máy nén. Mẫu có thể có dạng khối lập
phƣơng, khối lăng trụ đáy vuông hoặc khối trụ trịn.

Hình 1.1. Mẫu bê tơng thử cường độ chịu nén
Mẫu chuẩn để xác định cƣờng độ chịu nén của bê tơng là mẫu lập phƣơng kích
thƣớc 15×15×15cm. Các mẫu hình lập phƣơng có kích thƣớc khác mẫu chuẩn và
các mẫu hình trụ sau khi nén phải đƣợc tính đổi kết quả thí nghiệm về cƣờng độ
mẫu chuẩn.
Cƣờng độ chịu nén của mẫu đƣợc xác định nhƣ sau:
R  k1

P
A

(1.1)

Trong đó:
P – lực làm phá hoại mẫu;
A – là diện tích tiết diện mẫu;

k1 – hệ số tính đổi kết quả thí nghiệm nén các mẫu bê tơng có kích thƣớc
khác với mẫu chuẩn 15×15×15cm.
Theo TCVN 3118-1993, hệ số k1 đƣợc lấy theo bảng 1.1.
Bảng 1.1. Hệ số quy đổi cường độ nén k1 của mẫu bê tông.


4

Hình dáng và kích thƣớc

Hệ số tính đổi

của mẫu (mm)

k1

Mẫu lập phương
100×100×100
150×150×150
200×200×200

0,91
1,00
1,05

300×300×300

1,00

Mẫu trụ (D×h)

71,4×143 và 100×200
150×300

1,16
1,20

200×400

1,24

Khi thí nghiệm nén các mẫu trụ khoan cắt từ các cấu kiện mà tỉ số chiều cao
với đƣờng kính của chúng nhỏ hơn 2 thì kết quả cũng tính theo cơng thức (2-1) và
đƣợc nhân thêm với hệ số k2 lấy theo TCVN 3118-1993 nhƣ trong bảng 1.2.
Bảng 1.2. Hệ số quy đổi cường độ nén k2 của mẫu bê tông.
h/D

1,9

1,8

1,7

1,6

1,5

1,4

1,3

1,2

1,1

1,0

0,99 0,98 0,97 0,95 0,94 0,93 0,92 0,91 0,90 0,89
Đơn vị của R thƣờng dùng là MPa hoặc kg/cm2; 1MPa  10,19 kG/cm2. Bê
tông nặng thơng thƣờng có R = 530 MPa. Bê tơng có R > 40 Mpa là loại bê tơng
cƣờng độ cao.
1.1.1.2. Sự phá hoại của mẫu thử
Khi chịu nén, ngoài biến dạng co ngắn theo phƣơng lực tác dụng, bê tơng cịn
có biến dạng nở ngang. Thơng thƣờng, chính sự nở ngang quá mức làm mẫu bê
tông bị nứt và phá hoại. Trong thí nghiệm nếu bơi trơn mặt tiếp xúc giữa bàn máy
nén và mẫu thì bê tơng đƣợc tự do nở ngang, dẫn đến các vết nứt song song theo
phƣơng lực tác dụng và sự phá hoại xảy ra nhƣ hình 1.2b. Nếu có bơi trơn mặt tiếp
xúc thì tại đó sẽ xuất hiện lực ma sát có tác dụng cản trở sự nở ngang và làm tăng
cƣờng độ của mẫu hơn so với khi có bơi trơn mặt tiếp xúc. Ảnh hƣởng của lực ma
sát giảm dần từ mặt tiếp xúc đến khoảng giữa mẫu, dẫn đến mẫu bị phá hoại nhƣ
hình 1.2c. Vì vậy, mẫu lập phƣơng có kích thƣớc lớn có cƣờng độ thấp hơn so với
mẫu có kích thƣớc bé, và cƣờng độ của mẫu hình trụ thấp hơn cƣờng độ mẫu lập
phƣơng.


5

b)

a)

c)

2
3
4

1

6

4

5

5

3
2

a) Thí nghiệm nén
mẫu

b) Sự phá hoại của mẫu
có bơi trơn

c) Sự phá hoại của
mẫu khơng bơi
trơn

Hình 1.2. Sự phá hoại của mẫu thử

1-mẫu; 2-bàn máy nén; 3-ma sát; 4- vết nứt dọc trong mẫu;
5- bê tông bị ép vụn; 6- hình tháp bị phá hoại.
Thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu kéo Rt
Cƣờng độ chịu kéo của bê tông có thể đƣợc xác định bằng cách kéo mẫu tiết
diện vuông cạnh a, hoặc uốn mẫu tiết diện chữ nhật b×h, hoặc nén chẻ mẫu trụ trịn
nhƣ trên hình 2-3.
a)
P

P

a
a
c)

L=4a

D
b)

L/3

L/3

L/3

L

b
h

L

Hình 1.3. Mẫu thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo
a) Mẫu kéo
b) Mẫu uốn
c) Mẫu nén chẻ
Cƣờng độ chịu kéo của các mẫu bê tông xác định nhƣ sau:
 Với mẫu kéo:
Rt 

 Với mẫu uốn:

P
A

(1.2)


6

Rt 

3,5M
bh2

(1.3)

 Với mẫu nén chẻ:
Rt 

2F
DL

(1.4)

Trong đó:
P, M, F – lần lƣợt là lực kéo, mômen uốn và lực nén làm chẻ mẫu;
A – diện tích tiết diện ngang của mẫu kéo;
b, h – lần lƣợt là bề rộng và chiều cao của tiết diện mẫu uốn;
D, L – lần lƣợt là đƣờng kính và chiều dài mẫu nén chẻ.
1.1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông
* Thành phần và cách chế tạo:
Cƣờng độ của bê tông đƣợc quyết định bởi thành phần và cách chế tạo, cụ thể
là các yếu tố cơ bản sau:
 Chất lƣợng và số lƣợng xi măng;
 Độ cứng, độ sạch và cấp phối cốt liệu;
 Tỷ lệ nƣớc trên xi măng;
 Chất lƣợng của việc nhào trộn, đổ, đầm và điều kiện dƣỡng hộ bê tơng.
Nói chung các nhân tố trên ảnh hƣởng quyết định đến R và Rt nhƣng với mức
độ khác nhau. Ví dụ tỷ lệ nƣớc trên ximăng

N
có ảnh hƣởng rất lớn đến R và có
XM

phần ít hơn đối với Rt; trong khi độ sạch cốt liệu ảnh hƣởng lớn đến R và rất lớn đối
với Rt…
* Tuổi của bê tông:
Tuổi là thời gian t (ngày) tính từ lúc chế tạo đến khi bê tơng chịu lực. Cƣờng
độ của bê tông tăng theo thời gian. Thời gian đầu cƣờng độ tăng nhanh, sau chậm

dần. Với bê tông dùng xi măng pooclăng chế tạo và bảo dƣỡng trong điều kiện bình
thƣờng, cƣờng độ tăng nhanh trong 28 ngày đầu.
Để biểu diễn sự tăng của R theo t có thể dùng một số cơng thức thực nghiệm.
Tiêu chuẩn ACI 209R-92 của Hoa kỳ đề xuất tính cƣờng độ bê tông theo thời gian
nhƣ sau:
t


R(t )  R28 

 4  0,85t 

(1.5)


7

R
R28

t
28

Hình 1.4. Cường độ của bê tơng theo thời gian
Trong môi trƣờng thuận lợi (nhiệt độ dƣơng, độ ẩm cao) sự tăng cƣờng độ có
thể kéo dài trong nhiều năm. Cịn trong điều kiện khơ hanh, nhiệt độ thấp sự tăng
cƣờng độ về sau là không đáng kể.
Dùng hơi nƣớc nóng để bảo dƣỡng bê tơng làm cho cƣờng độ tăng rất nhanh
trong vài ngày đầu, nhƣng sẽ làm cho bê tơng trở nên giịn hơn và có cƣờng độ cuối
cùng thấp hơn so với bê tông đƣợc bảo dƣỡng theo điều kiện tiêu chuẩn.

* Ảnh hƣởng của tốc độ gia tải và thời gian tác dụng của tải trọng:
Tốc độ gia tải khi tiến hành các thí nghiệm cũng ảnh hƣởng đến cƣờng độ của
mẫu. Khi gia tải rất chậm, cƣờng độ bê tông chỉ đạt khoảng (0,850.90)R. Ngƣợc
lại, khi gia tải rất nhanh cƣờng độ bê tơng có thể đạt (1,151,20)R. Tốc độ gia tải
qui định bằng (64)kG/cm2/giây cho đến khi mẫu bị phá hoại. Dùng tốc độ gia tải
nhỏ đối với các mẫu bê tơng có cƣờng độ thấp và tốc độ gia tải lớn đối với các mẫu
bê tơng cƣờng độ cao.
Thí nghiệm nén mẫu bê tông đến ứng suất (0,900,95)R, rồi giữ nguyên lực
nén trong thời gian dài thì một lúc nào đó mẫu sẽ bị phá hoại. Đó là hiện tƣợng bê
tơng bị giảm cƣờng độ khi chịu tải trọng tác dụng dài hạn.
1.1.2. Giá trị trung bình và giá trị tiêu chuẩn của cƣờng độ
1.1.2.1. Giá trị trung bình:
Thí nghiệm n mẫu thử cùng một loại bê tơng, cƣờng độ trung bình Rm đƣợc
xác định:
n

Rm 

R
i 1

i

(1.6)

n

1.1.2.2. Giá trị đặc trưng:
Giá trị đặc trƣng của cƣờng độ còn gọi là cƣờng độ đặc trƣng đƣợc xác định

8

theo một xác suất đảm bảo 95% theo biểu thức:

Rch  Rm (1  S.v)

(1.7)

Trong đó:

v

d
- hệ số biến động phản ảnh tính khơng đồng nhất của bê tơng. Với
Rm

quy trình thi cơng ổn định, kiểm tra chặt chẽ có thể lấy v  0,135 .
S - số lƣợng chuẩn, phụ thuộc vào xác suất đảm bảo và qui luật của đƣờng
cong phân phối các Ri. Với xác suất đảm bảo 95% thì S  1,64 .
d - độ lệch quân phƣơng:
Ri  Rm 
n 1

2

d

(1.8)

1.1.2.3. Giá trị tiêu chuẩn:
Giá trị tiêu chuẩn của cƣờng độ bê tông gọi tắt là cƣờng độ tiêu chuẩn, đƣợc
lấy bằng cƣờng độ đặc trƣng của mẫu thử Rch nhân với hệ số kết cấu  KC kể đến sự
làm việc sai khác giữa mẫu thử và kết cấu,  KC  0,7  0,8 .
Cƣờng độ tiêu chuẩn về nén đƣợc ký hiệu Rbn, về kéo Rbtn. Cƣờng độ tiêu
chuẩn về nén Rbn có thể lấy bằng cƣờng độ đặc trƣng của mẫu hình trụ với h=4a, và
thƣờng gọi là cƣờng độ lăng trụ.
1.1.3. Cấp độ bền và mác bê tông
1.1.3.1. Mác theo cường độ chịu nén M
Đây là khái niệm theo tiêu chuẩn cũ TCVN 5574-1991. Mác bê tông M lấy
bằng cƣờng độ chịu nén trung bình của mẫu thử chuẩn, là mẫu lập phƣơng kích
thƣớc 150×150×150mm, đƣợc chế tạo, dƣỡng hộ và thí nghiệm nén ở tuổi 28 ngày,
tính bằng đơn vị kG/cm2. Theo tiêu chuẩn TCVN 5574-1991 bê tơng có các mác:
M50, M75, M100, M150, M200, M250, M300, M350, M400, M500, M600.
1.1.3.2. Cấp độ bền chịu nén B
Theo TCVN 5574-2012, cấp độ bền chịu nén B, là trị số lấy bằng cƣờng độ
đặc trƣng của mẫu thử chuẩn, tính bằng đơn vị MPa, với xác suất đảm bảo không
dƣới 95%.
Theo TCVN 5574-2012 bê tơng có các cấp độ bền B3,5; B5; B7,5; B10;
B12,5; B15; B20; B25; B30; B35; B40; B45; B50; B55; B60.
Nhƣ vậy tƣơng quan giữa mác M và cấp độ bền B của cùng một loại bê tông
nhƣ sau:
B  M

(1.9)


9

Trong đó:

 - hệ số đổi đơn vị từ kG/cm2 sang MPa, có thể lấy   0,1 .
β - hệ số chuyển đổi từ cƣờng độ trung bình sang cƣờng độ đặc trƣng, với
v  0,135 thì   0,778 .

1.1.3.3. Cấp độ bền chịu kéo Bt
Đối với kết cấu mà sự làm việc đƣợc quyết định bởi khả năng chịu kéo của bê
tông, cần qui định thêm cấp độ bền chịu kéo Bt , lấy bằng cƣờng độ đặc trƣng về
kéo của bê tông theo đơn vị MPa. Theo TCVN 5574-2012 bê tơng có các cấp độ
bền chịu kéo nhƣ sau: Bt0,5; Bt0,8; Bt1,2; Bt1,6; Bt2,0; Bt2,4; Bt2,8; Bt3,2; Bt3,6;
Bt4,0.
1.2. Tính chất cơ lý của vật liệu cốt thép
1.2.1. Đặc trƣng cơ học
a) Giới hạn bền: δB bằng ứng suất lớn nhất thép chịu đƣợc trƣớc khi bị kéo
đứt.

Hình 1.5a .Biểu đồ  - ε của các loại thép

Hình 1.5b. Biểu đồ  - ε của các loại thép

dẻo
rắn
Biểu đồ ứng suất - biến dạng của thép dẻo đƣợc thể hiện trên (hình 1.5a).
Gồm một đoạn thẳng xiên OA, đoạn nằm ngang AB và đoạn cong BC. Đoạn OA
ứng với giai đoạn làm việc đàn hồi, quan hệ giữa ứng suất - biến dạng là đƣờng bậc
nhất. Đoạn AB ứng với trạng thái chảy dẻo, biến dạng tăng trong khi ứng suất
không tăng đƣợc gọi là thềm chảy. Lúc này xác định đƣợc giới hạn chảy của cốt
thép y. Đoạn BC ứng với giai đoạn củng cố sau khi chảy dẻo, ứng suất và biến
dạng tiếp tục tăng lên cho đến khi thép bị kéo đứt. Lúc này xác định đƣợc giới hạn
*

bền B và biến cực hạn  x .

Biểu đồ ứng suất - biến dạng của thép rắn đƣợc thể hiện trên (hình 1.5b) gồm
đoạn thẳng OA và đƣờng cong AC. Đoạn OA ứng với trạng thái làm việc đàn hồi.
Đoạn cong AC ứng với giai đoạn cốt thép có biến dạng dẻo. Khi bị kéo đứt xác định
đƣợc giới hạn bền B và biến cực hạn  x* .


10

Giới hạn đàn hồi và biến dạng dẻo: δdh bằng ứng suất ở cuối giai đoạn đàn
hồi.

Hình 1.6. Biến dạng dẻo của cốt thép [2]
Khi kéo thép trong giới hạn đàn hồi (chƣa đến điểm A), giảm lực thì tồn bộ
biến dạng đƣợc khôi phục, đƣờng biển diễn  - ε khi giảm lực về điểm O gốc tọa độ.
Khi kéo thép đến điểm D nào đó vƣợt qua điểm A (quá giới hạn đàn hồi),
giảm lực thì đồ thị  - ε ứng với giảm lực là đƣờng thẳng DO’ song song với OA,
không trở về gốc mà vẫn cịn một phần biến dạng khơng hồi phục, đó là biến dạng
dẻo pl (hoặc biến dạng dƣ), khi điểm D càng xa điểm A thì pl càng lớn.
Giới hạn chảy: δch lấy bằng ứng suất ở đầu giai đoạn chảy.
Với loại thép khơng có giới hạn chảy và giới hạn đàn hồi ngƣời ta qui định
giới hạn quy ƣớc. Giới hạn đàn hồi qui ƣớc ứng với biến dạng dƣ tỉ đối là 0,02%.
Giới hạn chảy qui ƣớc ứng với biến dạng dƣ tỉ đối là 0,2%.
1.2.2. Phân loại cốt thép.
Để có số liệu để tính tốn ta tạm chấp nhận theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN
5574-2012 gồm 5 nhóm: RB300(1); RB400(2); RB500(3); RB400w(4);
RB500w(5). Con số ghi ở mỗi loại thép bằng giới hạn chảy trung bình tính theo đơn
vị (MPa). Ba loại 1;2;3 là thép khó hàn, loại 4;5 là thép dễ hàn.
+ Các đặc trưng cơ học của cốt thép

Nhóm cốt
thép

Đƣờng kính
(mm)

Giới hạn chảy
(KG/cm2)

Giới hạn bền

Độ giãn dài
cực hạn (%)

C-I

6-10

2200

3800

25

C-II

10-40

3000

5000

19

C-III

6-40

4000

6000

14

C-IV

10-32

6000

9000

6

+ Cường độ tiêu chuẩn của cốt thép
Cƣờng độ tiêu chuẩn đƣợc lấy bằng cƣờng độ giới hạn chảy (thực tế hoặc quy
ƣớc) với xác suất bảo đảm không dƣới 95%.
Môđun đàn hồi của cốt thép Es.

11

- Cốt mềm:d≤ 40(mm), có thể uốn đƣợc (tiết diện vng, trịn... trơn hoặc có
gờ).
- Cốt cứng: d > 40(mm), thép I, L U (các cốt cứng này có thể tham gia chịu
lực trong q trình thi cơng).
Mơ đun đàn hồi của cốt thép (Es) đƣợc lấy bằng độ dốc của đoạn OA trên biểu
đồ ứng suất - biến dạng. Có Es vào khoảng 180000 - 210000 (MPa) phụ thuộc loại
thép.
1.3. Vai trị, đặc điểm của vách bê tơng cốt thép
1.3.1. Vai trị của vách bê tơng cốt thép
Kết cấu của vách bê tông cốt thép là hệ kết cấu chịu lực đƣợc cấu tạo bởi
những bức tƣờng chịu lực. Trong hệ kết cấu này, vách làm việc giống nhƣ dầm, cột
trong khung để chịu các tải trọng đứng và tải trọng ngang, tuy nhiên đối với vách bê
tông cốt thép chịu tải trọng ngang là chủ yếu. Mặt khác, vách phải chịu lực nén dọc
do tải trọng thẳng đứng gây ra, đồng thời còn phải chịu lực trƣợt và momen uốn do
tải trọng ngang gây ra.
Mục đích chính của vách bê tông cốt thép là để tăng độ cứng và tăng khả
năng về chịu tải trọng ngang. Hai loại tải trọng ngang cơ bản mà vách phải chịu tác
động là tải trọng gió và tải trọng động đất. Vách bê tông cốt thép vừa thực hiện chức
năng tƣờng chịu lực và cũng đồng thời làm chức năng tƣờng ngăn, vách bê tơng cốt
thép cũng có thể chịu tải trọng đứng rất tốt. Tại nƣớc ta đã có những cơng trình
nghiên cứu tính tốn cho thấy kết quả tải trọng đứng có tác dụng làm giảm chuyển
vị xoay, chuyển vị ngang do tải trọng gây ra. Khi sử dụng kết cấu dự ứng lực sẽ làm
giảm chuyển vị xoay ở một mức độ tƣơng đối lớn, giúp tăng độ cứng, chống xoắn
của lõi cứng và độ cứng chống xoắn của tòa nhà. Qua các kết quả sau khi đã đƣợc
nghiên cứu đã đƣa ra những giải pháp cụ thể trong việc thiết kế khả năng chịu lực
của vách bê tông cốt thép, khi thiết kế nhà cao tầng cần cấu tạo cốt thép liên kết sàn
và lõi cứng, hệ khung, vách nhằm để giảm ứng suất tập trung cục bộ, làm tăng khả
năng làm việc tƣơng hỗ giữa sàn và lõi cứng, tăng khả năng chịu lực ngang.

Tuy nhiên về nhƣợc điểm là nhà có kết cấu vách do đó có nhiều tƣờng chịu
lực nên khơng linh hoạt bằng kết cấu khung, tải trọng của vách bê tông cốt thép lớn.


12

Hình 1.7. Vách bê tơng cốt thép

Hình 1.8. Vách cứng phẳng
1.3.2. Đặc điểm làm việc của vách bê tông cốt thép:
Là một hệ vách phẳng làm nhiệm vụ chịu tải trọng đứng và nhiệm vụ chịu
tải trọng ngang, trong đó vách bê tông cốt thép chịu tải trọng ngang là chủ yếu.
Căn cứ vào cách bố trí đối với vách chịu tải trọng thẳng đứng chia vách bê tông
cốt thép ra làm 3 dạng chịu tải nhƣ sau: vách dọc chịu lực; vách ngang chịu lực;
vách dọc, ngang chịu lực.


13

Hình 1.9. Sơ đồ hệ vách chịu lực.
Vách bê tơng cốt thép chủ yếu là chịu tải trọng ngang, tuy nhiên khi thiết kế
thì ngồi việc chịu tải trọng ngang, cịn phải tính tốn vể khả năng chịu tải trọng
đứng. Vách bê tơng cốt thép có khả năng chịu cắt và chịu uốn rất tốt nên đƣợc gọi là
vách cứng.
Nhằm đảm bảo độ cứng cho kết cấu trong vấn đề khả năng chịu lực nên bố
trí vách cứng bê tơng cốt thép theo cả hai phƣơng dọc và ngang. Căn cứ về số lƣợng
vách theo mỗi phƣơng để xác định đảm bảo theo khả năng chịu tải trọng đối với
phƣơng đó. Bên cạnh đó, vách cứng bê tơng cốt thép cũng nên xem xét nghiên cứu
bố trí sao cho kết cấu vách bê tông cốt thép không bị xoắn khi chịu tải trọng ngang.
Tải trọng ngang đƣợc truyền đến vách bê tông cốt thép chịu tải thông qua hệ

các bản sàn và đƣợc xem là tuyệt đối cứng. Do đó các vách cứng làm việc nhƣ dầm
cơng xon có tiết diện lớn. Khả năng chịu tải của các vách bê tơng cốt thép phụ thuộc
vào hình dáng và kích thƣớc tiết diện ngang, các loại vật liệu đƣa vào xây dựng.

Hình 1.10. Hình dạng các vách cứng.
Khả năng chịu động đất tốt: kết quả nghiên cứu thiệt hại do các trận động đất
lớn gây ra, cho thấy các cơng trình đƣợc thiết kế vách bê tông cốt thép mức độ thiệt
hại tƣơng đối nhẹ hơn, trong khi các cơng trình có kết cấu khác mức độ hƣ hỏng
xảy ra với mức độ nặng nề hơn, điều đó cho thấy về ƣu điểm vƣợt trội đối với việc
thiết kế vách bê tơng cốt thép.
Ngồi ƣu điểm, vách bê tơng cốt thép có trọng lƣợng lớn, độ cứng kết cấu
lớn nên khi tải trọng động đất tác động lên cơng trình có giá trị lớn. Vì vậy sẽ gây
bất lợi đối với vách bê tông cốt thép khi thiết kế chịu tải trọng động đất.
1.3.3 Các loại vách bê tông cốt thép:
1.3.3.1. Phân loại vách theo chiều cao:
- Vách cao có tỷ lệ Hw/Lw>2,0 biến dạng chủ yếu là biến dạng do uốn.