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 công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số: 60.58.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Đà Nẵng – Năm 2018

Công trình được hoàn thành tại

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. TRẦN ANH THIỆN

Phản biện 1: PGS.TS. PHẠM THANH TÙNG

Phản biện 2: TS. LÊ ANH TUẤN

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt

nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 11 tháng 03 năm 2018.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng, tại trường Đại học Bách

khoa - ĐHĐN.

- Thư viện Khoa Xây dựng dân dụng và công nghiệp, Trường Đại

học Bách khoa – ĐHĐN.

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 lượng các nhà cao tầng tại các đô thị lớn ở

nước ta như 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 được sử dụng phổ biến để chịu tải trọng ngang

nhờ vào cường độ và độ cứng. Vách có nhiệm vụ tiếp nhận phần lớn

hoặc toàn bộ tải trọng ngang tác dụng lên công 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 chưa đề cập đến việc

xác định khả năng chịu cắt của vách. Các tiêu chuẩn của các nước

trên thế giới cũng chưa thống nhất trong việc tính toán khả năng chịu

cắt của vách bê tông cốt thép. Do đó, việc phân tích đánh giá các

phương pháp tính toán khả năng chịu cắt của vách bê tông 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 phương pháp xác định khả năng chịu cắt của

vách bê tông 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 tượng 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

2

Eurocode 1998-1:2004 (EC8-2004).

Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết tính toán khả

năng chịu cắt của vách bê tông cốt thép theo các tiêu chuẩn.

Phương 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 được tiến hành trên thế giới

4. Bố cục luận văn

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA VÁCH

BÊ TÔNG CỐT THÉP

Chương 2. TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA

VÁCH BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN

Chương 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.

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA VÁCH BÊ TÔNG

CỐT THÉP

1.1. Tính chất cơ lý của vật liệu bê tông

1.1.1. Cƣờng độ của bê tông

Cường độ là đặc trưng cơ bản, nó thể hiện khả năng chịu lực

của bê tông. cường độ của bê tông phụ thuộc vào thành phần và cấu

trúc của nó. Với bê tông cần xác định cường độ chịu nén và cường độ

chịu kéo.

1.1.1.1. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén

Mẫu có thể được đúc từ hỗn hợp bê tông đã được nhào trộn

hoặc được khoan cắt từ kết cấu có sẵn. Thí nghiệm mẫu bằng máy

nén. Mẫu có thể có dạng khối lập phương, khối lăng trụ đáy vuông

hoặc khối trụ tròn.

3

1.1.1.2. Sự phá hoại của mẫu thử

Khi chịu nén, ngoài biến dạng co ngắn theo phương lực tác

dụng, bê tông còn có biến dạng nở ngang. Thông thường, chính sự nở

ngang quá mức làm mẫu bê tông bị nứt và phá hoại. Trong thí

nghiệm nếu bôi trơn mặt tiếp xúc giữa bàn máy nén và mẫu thì bê

tông được tự do nở ngang, dẫn đến các vết nứt song song theo

phương lực tác dụng và sự phá hoại xảy ra như hình 1.2b.

1.1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông

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 tông, cường độ trung

bình Rm được xác định:

n

R

R

n

i

i

m

1

(1.6)

1.1.2.2. Giá trị đặc trưng:

Giá trị đặc trưng của cường độ còn gọi là cường độ đặc trưng

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

).1( vSRR mch (1.7)

1.1.2.3. Giá trị tiêu chuẩn:

Giá trị tiêu chuẩn của cường độ bê tông gọi tắt là cường độ tiêu

chuẩn, được lấy bằng cường độ đặc trưng của mẫu thử Rch nhân với

hệ số kết cấu KC

kể đến sự làm việc sai khác giữa mẫu thử và kết

cấu, 8,07,0 KC .

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

4

bê tông M lấy bằng cường độ chịu nén trung bình của mẫu thử chuẩn,

là mẫu lập phương kích thước 150×150×150mm, được chế tạo,

dưỡng hộ và thí nghiệm nén ở tuổi 28 ngày, tính bằng đơn vị kG/cm2.

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 cường độ đặc trưng của mẫu thử chuẩn, tính bằng đơn vị MPa,

với xác suất đảm bảo không dưới 95%.

1.1.3.3. Cấp độ bền chịu kéo Bt

Đối với kết cấu mà sự làm việc được quyết định bởi khả năng

chịu kéo của bê tông, cần qui định thêm cấp độ bền chịu kéo Bt , lấy

bằng cường độ đặc trưng về kéo của bê tông theo đơn vị MPa.

1.2. Tính chất cơ lý của vật liệu cốt thép

1.2.1. Đặc trƣng cơ học

1.2.2. Phân loại cốt thép.

Để có số liệu để tính toán 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.

1.3. Vai trò, đặc điểm của vách bê tông cốt thép

1.3.1. Vai trò của vách bê tông cốt thép

Kết cấu của vách bê tông cốt thép là hệ kết cấu chịu lực được

cấu tạo bởi những bức tường chịu lực. Trong hệ kết cấu này, vách

làm việc giống như 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 trượt và momen

uốn do tải trọng ngang gây ra.

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

5

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 như sau: vách dọc chịu lực; vách ngang chịu lực;

vách dọc, ngang chịu lực.

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.

- Vách trung bình: có tỷ số 1,5 ≤ Hw/Lw ≤ 2,0 biến dạng cả

do uốn và do cắt.

- Vách ngắn: có Hw/Lw < 1,5, biến dạng chủ yếu là biến dạng

do cắt.

1.3.3.2. Phân loại vách bê tông cốt thép theo công năng:

Hệ kết cấu chịu lực theo phương đứng thì vách chịu gần như

toàn bộ tải trọng đứng, thường gặp trong công trình nhà ở và các trụ

sở làm việc vì vách được sử dụng như các tường và vách ngăn.

Hệ kết cấu khung giằng (hệ khung + vách cứng): Vách cứng

bê tông cốt thép chủ yếu chịu tải trọng ngang và một phần tải trọng

đứng, đối với hệ khung thì phần lớn là chịu tải trọng đứng.

1.3.3.3. Sự làm việc của vách bê tông cốt thép chịu tải

trọng ngang:

Căn cứ vào tỷ số giữa chiều cao của vách so với chiều rộng của

vách, vách bê tông cốt thép có thể làm việc như một vách cao hoặc

như một vách ngắn hoặc có thể là sự kết hợp của cả 2 loại giữa vách

cao và vách ngắn (vách trung bình).

a. Các dạng phá hoại của vách cao:

b. Các dạng phá hoại thường gặp đối với vách ngắn:

Khả năng chịu lực của vách ngắn thường bị ảnh hưởng bởi

cường độ chống cắt của vách, đối với loại vách này thường có ứng

6

suất cắt tương đối lớn. Vì vậy sẽ xuất hiện các vết nứt xiên tại các vị

trí thuộc vùng bụng của vách ngắn, tạo thành một hệ thanh chống

chéo theo từng hướng của tải trọng ngang. Sự truyền lực cắt trong

vách ngắn tương đương với sự làm việc của hệ giàn.

c. Các dạng phá hoại thường gặp đối với vách trung bình khi

chịu tải trọng ngang:

Sự phá hoại của vách trung bình được đánh giá là khá phức tạp

và phụ thuộc vào rất nhiều vào các yếu tố cơ bản bao gồm như sự phá

hoại do lực kéo theo phương xiên, ứng suất nén lớn tại bê tông vùng

bụng vách gây phá vỡ, sự phá hoại do lực trượt hoặc bê tông vùng nén

bị ép vỡ dẫn đến cốt thép chịu nén trong vách bị mất ổn định.

1.4. Các nghiên cứu về sự làm việc của vách bê tông cốt

thép chịu tải trọng ngang

1.4.1. Nghiên cứu của Ning Xu (2010) [15]

Tác giả đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm đối với vách bê tông

cốt thép chịu tải trọng động với các tốc độ gia tải khác nhau và mô

phỏng bằng phần mềm ABAQUS nhằm đánh giá sự liên hệ giữa việc

thực nghiệm và mô phỏng, so sánh về khả năng chịu lực của vách bê

tông cốt thép dư ới tác dụng của tải trọng động và tải trọng tĩnh.

1.4.2. Nghiên cứu của M.A. Osman (2011) [16]

M.A. Osman đã tiến hành thí nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng

của cường độ bê tông cũng như tỷ lệ kích thước giữa chiều cao và

chiều rộng vách đến ứng xử của vách bê tông cốt thép.

1.4.3. Các nghiên cứu về mô phỏng ứng xử phi tuyến của các

cấu kiện bê tông cốt thép bằng phương pháp phần tử hữu hạn.

- Nghiên cứu “A numerical Study on the damaged RC shear

walls with Openings Retrofitted by FRP Sheets” (2015) [17] của tác

giả Ahmadreza Shirneshan. Nghiên cứu trình bày ảnh hưởng của các

lỗ mở trên vách cứng khi bị phá hoại trong lần gia tải đầu tiên, sau đó

được gia cường bằng các tấm FRP (Fiber Reinforced Polymers) và

7

gia tải lại.

1.4.4. Mô hình giàn với thanh xiên nghiêng góc 45o

Vào năm 1899 và 1902, các tác giả Ritter (Thụy Sỹ) và Marsch

(Đức), độc lập với nhau đã nêu lên là sau khi một dầm BTCT bị nứt

do ứng suất kéo xiên, có thể được mô hình hoá như một giàn song

song, với các thanh xiên chịu nén nghiêng góc 45 so với trục dọc

của dầm. Các tác giả đã đề xuất phương pháp giàn tương đương cho

thiết kế chịu cắt của dầm bê tông cốt thép.

1.4.5. Mô hình giàn với góc nghiêng thay đổi[17]

Mô hình giàn cổ điển thông thường giả thiết thanh nén của

giàn song song theo hướng của vết nứt và không có ứng suất truyền

qua vết nứt. Cách này đã được chứng minh cho kết quả an toàn hơn

khi so sánh với thực nghiệm.

1.4.6. Mô hình chống giằng [17]

Các nghiên cứu lý thuyết - thực nghiệm đã chỉ ra rằng có sự

thay đổi lớn trong trạng thái làm việc tại tỷ số nhịp chịu cắt a/d,

khoảng 2 2,5. Các nhịp chịu cắt dài hơn sẽ chịu tải trọng nhờ tác

động kiểu dầm và được gọi là vùng B (chữ B là chữ viết tắt của từ

Bernoulli, người đã đưa ra định đề về sự phân bố biến dạng tuyến

tính trong các dầm).

1.4.7. Mô hình miền nén (Compression Field Theory –

CFT)[17]

Theo mô hình giàn 45, sức chống cắt đạt tới khi cốt đai bị

chảy và sẽ tương ứng với một ứng suất cắt là :

v = v y

w

A f

b s = v.fy (1.13)

Như vậy, có thể thấy rằng: Lý thuyết miền nén đã bỏ qua sự

đóng góp của ứng suất kéo trong các vùng bê tông bị nứt và do đó có

những ước lượng quá lớn sự biến dạng và đánh giá thấp về cường độ.

8

1.4.8. Lý thuyết miền nén cải tiến (Modified Compression

Field Theory - MCFT)[18]

Lý thuyết miền nén cải tiến MCFT được đưa ra bởi Vecchio

và Collins năm 1986, là sự phát triển của lý thuyết miền nén CFT có

kể tới ảnh hưởng của ứng suất kéo trong vùng bê tông bị nứt. Người

ta nhận thấy là ứng suất cục bộ trong cả bê tông và cốt thép sẽ khác

biệt từ điểm này đến điểm khác trong vùng bê tông bị nứt, với ứng

suất cốt thép cao nhưng ứng suất kéo của bê tông thấp tại các điểm

nứt.

1.5. Một số hình ảnh vách bê tông cốt thép bị hƣ hại do

động đất

Trận động đất Northridge 1994:

1.6. Kết luận

Chương 1 đã thực hiện tổng quan một số nội dung như sau:

phân tích tính chất cơ lý của vật liệu bê tông và cốt thép; vai trò, đặc

điểm của vách bê tông cốt thép và trình bày tổng quan các nghiên

cứu về sự làm việc của vách bê tông cốt thép chịu tải trọng ngang.

Luận văn sẽ nghiên cứu khả năng chịu cắt của vách bê tông cốt

thép theo các tiêu chuẩn khác nhau, cụ thể là tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI

9

318-14, tiêu chuẩn Châu Âu EC2-2004 và EC8-2004. Nghiên cứu sẽ

tiến hành khảo sát khả năng chịu cắt của vách theo các tham số khác

nhau, bao gồm kích thước, cấp độ bền nén của bê tông và độ lớn của

lực dọc. Đồng thời, vách bê tông cốt thép trong cả hai kết cấu thiết kế

kháng chấn và không kháng chấn đều được phân tích và so sánh.

CHƢƠNG 2

TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA VÁCH BÊ TÔNG

CỐT THÉP THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN

2.1. Tính toán theo tiêu chuẩn hoa kỳ ACI 318-14

2.1.1. Khả năng chịu cắt của vách bê tông cốt thép trong

trƣờng hợp không thiết kế kháng chấn

Vách trong kết cấu không được thiết kế kháng chấn:

n c sV V V

(2.1)

Trong đó khả năng chịu lực cắt của bê tông xác định như sau.

Trong hệ đơn vị U.S., Vc được tính như sau:

'

1

w

'

w

' w2

w

3.34

0.2min [1.25

0.6

2

uc c

uc c

c cu

u

N dV f hd

l

NV l f

hlV f hd

M l

V

(2.2)

Trong hệ đơn vị SI:

10

'

1

w

'

w

' w2

w

0.274

0.2min [0.1

0.05

2

uc c

uc c

c cu

u

N dV f hd

l

NV l f

hlV f hd

M l

V

(2.3)

Trong đó:

d: Chiều dài tính toán d = 0.8 .

: Chiều dài vách.

h: Chiều dày vách.

: Lực dọc trục, 0 khi chịu nén và 0 khi chịu kéo.

: Mô men do ngoại lực tác dụng từ các tổ hợp tính toán.

: Lực cắt tại tiết diện thiết kế.

: hệ số phụ thuộc vào loại bê tông; = 1.0 với bê tông nặng.

f’c : cường độ chịu nén thiết kế của bê tong.

+ Khả năng chịu cắt của cốt thép được xác định như sau:

Vs =

(2.4)

Với: =

(2.5)

: Diện tích của tất cả các thanh thép đai đi qua mặt cắt

ngang tính toán.

: Cường độ chịu kéo nén của cốt thép.

s: Khoảng cách cốt thép đai theo chiều dài cấu kiện.

n: Số nhánh cốt thép ngang

f: Đường kính thanh thép.

11

2.1.2. Khả năng chịu cắt của vách bê tông cốt thép trong

trƣờng hợp thiết kế kháng chấn

Theo ACI 318-14, khả năng chịu cắt của vách trong trường

hợp thiết kế kháng chấn cần đảm bảo điều kiện:

'( )u n cv c c t yV V A f f (2.6)

'

n cv c c t y c sV A f f V V

(2.7)

Trong đó:

Acv = diện tích tiết diện ngang của vách

c = 2.0 với vách có hw/lw 2.0; c = 3.0 với vách có hw/lw

1.5; c được xác định bằng nội suy tuyến tính nếu 1.5 hw/lw 2.0

= hệ số phụ thuộc vào loại bê tông; = 1.0 với bê tông nặng

f’c = cường độ chịu nén thiết kế của bê tông

t = hàm lượng cốt thép ngang trong vách

fy = cường độ chịu kéo của cốt thép ngang trong vách

= 0.75 = hệ số giảm cường độ khi tính toán chịu cắt

2.2. Tính toán theo tiêu chuẩn Châu Âu EC2-2004 và EC8-

2004

2.2.1. Khả năng chịu cắt của bê tông:

Khi bê tông đủ khả năng chịu cắt thì không cần tính toán cốt

đai mà chỉ cần đặt theo cấu tạo. Điều kiện này là:

VEd VRd,c (2.8)

Trong đó:

- VEd: lực cắt tính toán;

- VRd,c: khả năng chịu cắt của bê tông;

Giá trị VRd,c được xác định theo công thức thực

nghiệm:

12

1/3

Rd,c 1 ck 1 cp w Rd,cminV 0,12k(100 f ) k b d V (2.9)

với: 3/2 1/2

Rd,cmin ck 1 cp wV (0,035k f k )b d (2.10)

+ k: hệ số thực nghiệm;

200k 1 2

d

+ d: chiều cao làm việc của tiết diện (tính bằng mm);

+ 1 : hàm lượng cốt thép chịu kéo;

sl1

w

A0,02

b d (2.11)

Edcp cd

c

N0,2f

A (2.12)

+ NEd: lực dọc trục N trên tiết diện ngang do tải trọng

hoặc ứng suất trước (NEd>0 đối với lực nén);

+ Ac: diện tích tiết diện bê tông (mm2);

2.2.2. Tính toán cƣờng độ trên tiết diện nghiêng

2.2.2.1. Mô hình dàn ảo

- Khả năng chịu lực của cấu kiện được thể hiện như sau:

+ Phần bê tông phía biên trên dầm chịu lực nén C; bê tông giữa

các vết nứt nghiêng chịu lực nén xiên;

+ Cốt thép dọc ở biên dưới chịu lực kéo T, cốt thép đai chịu

lực kéo thẳng đứng;

+ Chiều cao dàn z là khoảng cách giữa hợp lực vùng nén và

vùng kéo, z được lấy bằng 0,9d;

2.2.2.2. Các công thức cơ bản:

Lực kéo của một lớp cốt đai:

Edsw ywd

V sA f

zcot

(2.13)

13

ta có: sw Ed

ywd

A V s

s 0,9df cot

(2.14)

trong đó:

Asw: diện tích một lớp cốt thép ngang chịu cắt;

Asw = n Aswl (2.15)

n: số nhánh cốt thép ngang chịu cắt

Aswl: diện tích tiết diện ngang của một nhánh cốt thép ngang

chịu cắt.

2.2.3. Điều kiện hạn chế

Điều kiện hạn chế khi tính toán cường độ trên tiết diện nghiêng

là phải đảm bảo các dải nghiêng bê tông không bị nén vỡ do các ứng

suất chính. Thông thường khi ứng suất nén chính không vượt quá

cường độ chịu nén fcd (nén một trục) thì bê tông không bị phá hoại.

2.2.4. Tính toán cốt thép ngang chịu cắt

- Quy trình tính toán cốt thép ngang chịu cắt tiến hành dựa trên

việc lựa chọn như sau:

+ với o22 . Nếu điều kiện trên không thoả mãn, từ (2.22)

thay VEd=VRd,max và tính

1 oEd

ckw ck

V0,5sin ( ) 45

f0,18b d(1 )f

250

(2.26)

Nếu o45 , cần điều chỉnh lại kích thước cấu kiện hoặc

tăng cấp độ bền bê tông.

+ Từ (2.14) tính khoảng cách cốt thép ngang chịu cắt:

Ed

ywd sw

Vs

0,9df A cot g

14

Diện tích cốt thép ngang chịu cắt Asw không được nhỏ hơn

sw,minA với:

sw,min w ck

yk

A 0,08b f

s f (2.28)

2.2.5. Khả năng chịu cắt của vách trƣờng hợp không thiết

kế kháng chấn theo tiêu chuẩn EC2-2004

Khả năng chịu lực cắt của vách:

w

,

1,max

cot

min

cot tan

s ywd

Rd s

Rd

cd wRd cw

A f zV

sVf b zv

V

(2.29)

2.2.6. Khả năng chịu cắt của vách trƣờng hợp thiết kế

kháng chấn theo tiêu chuẩn EC8-2004

Khả năng chịu lực cắt của vách:

Nếu tỉ số nhịp cắt

w

2.0us

u

M

V l : VRd xác định như các

quy định trên của EC2-2004 trong đó góc

được lấy bằng 45o.

w

,

1,max

cot

min

cot tan

s ywd

Rd s

Rd

cd wRd cw

A f zV

sVf b zv

V

Nếu tỉ số nhịp cắt

w

2.0us

u

M

V l : VRd xác định như sau

, , w w0.75Rd Rd c h yd h o sV V f b l

(2.30)

15

Trong đó:

1/3

, , 1 w(100 )Rd c Rd c l ck cpV C k f k b d

(2.31)

2.3. Một số nhận xét đánh giá về các tiêu chuẩn tính toán

- Cả hai tiêu chuẩn khi tính toán khả năng chịu cắt của vách bê

tông cốt thép đều dựa trên các kết quả phân tích và thực nghiệm, dựa

trên tiêu chí về sự hình thành vết nứt do lực cắt và mô men gây ra,

giá trị góc nghiêng của vết nứt được quy định khác nhau trong các

tiêu chuẩn:

+ Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14: góc nghiêng của vết nứt θ

lấy bằng 45o (thiên về an toàn).

+ Tiêu chuẩn Châu Âu EC2-2004: góc nghiêng của vết nứt θ

biến thiên từ 22o ÷ 45

o.

+ Tiêu chuẩn Châu Âu EC8-2004: góc nghiêng của vết nứt θ

lấy bằng 45o.

- Theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 và tiêu chuẩn Châu Âu

EC8-2004, khả năng chịu cắt của bê tông phụ thuộc vào ba thành

phần là khả năng chịu cắt của bê tông vùng nén, lực dính kết giữa các

vật liệu giữa hai mặt của vết nứt và khả năng chịu cắt của cốt thép

dọc.

- Theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 và tiêu chuẩn Châu Âu

EC8-2004, khả năng chịu cắt của bê tông tỷ lệ với căn bậc hai hoặc

bậc ba cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông.

- Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 cho phép tính đến sự kết hợp

giữa mô men và lực cắt Mu và Vu khi xác định khả năng chịu cắt của

bê tông, trong khi đó tiêu chuẩn Châu Âu EC8-2004 không đề cập

đến tương tác này.

16

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

Khả năng chịu cắt của vách bê tông cốt thép trong kết cấu có

thiết kế kháng chấn và không kháng chấn giữa các tiêu chuẩn Hoa Kỳ

ACI 318-14 với tiêu chuẩn châu Âu EC2-2004 và EC8-2004 được so

sánh đánh giá qua các ví dụ cụ thể như sau.

3.1. Bài toán 1

Cho một vách bê tông cốt thép có tiết diện h×lw = 250×4000

mm. Vách chịu lực dọc N = 120T, cốt thép ngang trong vách được bố

trí 2 lớp 214s200, có cường độ chịu kéo 225MPa. Sử dụng bê tông

cấp độ bền B25, hãy tính toán khả năng chịu lực cắt của vách theo

tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 trong hai trường hợp kết cấu có thiết

kế kháng chấn và không kháng chấn.

3.1.1. Vách không thiết kế kháng chấn

Khả năng chịu cắt của bê tông:

'

1

w

'

w

' w2

w

0.274

0.2min [0.1

0.05

2

uc c

uc c

c cu

u

N dV f hd

l

NV l f

hlV f hd

M l

V

Ta có:

√

17

[ √

√

]

= 1206 (KN)

= min ⇒ = 545 (KN)

= 545 (KN)

Khả năng chịu cắt của cốt thép:

Khả năng chịu cắt của vách ứng với cấp độ bền bê tông B25 kể

đến hệ số giảm cường độ là:

( ) 0.75(545 1108) 1240n c sV V V kN

3.1.2. Vách có thiết kế kháng chấn

Khả năng chịu lực cắt của vách:

'

n cv c c t y c sV A f f V V

Khả năng chịu cắt của bê tông:

= 250.4000.(0,17.1.√ ) = 760 (KN)

Khả năng chịu cắt của cốt thép:

Khả năng chịu cắt của vách ứng với cấp độ bền bê tông B25 kể

đến hệ số giảm cường độ là:

18

( ) 0.75(760 1108) 1401n c sV V V kN

3.2. Bài toán 2

Cho một vách bê tông cốt thép có tiết diện h×lw = 250×4000

mm. Chiều cao của vách H = 8m, tỉ số nhịp cắt của vách là 2. Vách

chịu lực dọc N = 600T, cốt thép ngang trong vách được bố trí 2 lớp

214s200, có cường độ chịu kéo 225MPa. Sử dụng bê tông cấp độ

bền B35, hãy tính toán khả năng chịu lực cắt của vách theo tiêu

chuẩn châu Âu EC2-2004 trong trường hợp vách không thiết kế

kháng chấn và theo tiêu chuẩn châu Âu EC8-2004 trong trường hợp

vách có thiết kế kháng chấn.

4.2.1. Vách không thiết kế kháng chấn

Khả năng chịu lực cắt của vách xác định như sau:

w

,

1,max

cot

min

cot tan

s ywd

Rd s

Rd

cd wRd cw

A f zV

sVf b zv

V

Vì ,max ,sRd RdV V với mọi góc = 22o45

o nên khả năng chịu

lực cắt của vách ứng với cấp độ bền bê tông B35 được tính là:

w

, cot 2469s ywd

Rd s

A f zV kN

s

4.2.2. Vách có thiết kế kháng chấn

Với tỉ số nhịp cắt

w

2.0us

u

M

V l : khả năng chịu lực cắt VRd

xác định như các công thức trên của EC2-2004 trong đó góc

được

lấy bằng 45o.

19

w

,

1,max

cot 998

min 998

3580cot tan

s ywd

Rd s

Rd

cd wRd cw

A f zV kN

sV kNf b zv

V kN

3.3. Bài toán 3

Cho một vách bê tông cốt thép như các bài toán 1 và 2. Hãy

khảo sát sự thay đổi khả năng chịu lực cắt của vách theo tiêu chuẩn

Hoa Kỳ ACI 318-14 và tiêu chuẩn châu Âu EC2-2004 và EC8-2004

trong trường hợp cấp độ bền B thay đổi trong phạm vi B25 đến B60.

Kết quả tính toán khả năng chịu lực cắt của vách theo tiêu

chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 và tiêu chuẩn châu Âu EC2-2004 và EC8-

2004 trong trường hợp cấp độ bền B thay đổi trong phạm vi B25 đến

B60 được tổng hợp trong Bảng 3.1 sau.

Bảng 3.1. Kết quả tính toán khả năng chịu cắt thay đổi theo cấp độ

bền:

Thay đổi cấp độ bền B

B25 B30 B35 B40 B45 B50 B55 B60

25 30 35 40 45 50 55 60

EC2-2004 2065 2280 2469 2469 2469 2469 2469 2469

EC8-2004 998 998 998 998 998 998 998 998

ACI 318-14 1240 1270 1298 1323 1347 1370 1392 1412

ACI 318-14 (KC) 1401 1456 1506 1553 1596 1638 1677 1715

20

Hình 3.1. Khả năng chịu lực cắt của vách có tỷ số nhịp cắt s=2.0

khi cấp độ bền thay đổi

3.4. Bài toán 4

Cho một vách bê tông cốt thép như các bài toán 1 và 2. Hãy

khảo sát sự thay đổi khả năng chịu lực cắt của vách theo tiêu chuẩn

Hoa Kỳ ACI 318-14 và tiêu chuẩn châu Âu EC2-2004 và EC8-2004

trong trường hợp lực dọc thay đổi trong phạm vi từ

'(0.02 0.30) g cA f .

Kết quả tính toán khả năng chịu lực cắt của vách theo tiêu

chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 và tiêu chuẩn châu Âu EC2-2004 và EC8-

2004 trong trường hợp lực dọc thay đổi trong phạm vi từ

'(0.02 0.30) g cA f được tổng hợp trong Bảng 3.2 sau.

21

Hình 3.2. Khả năng chịu lực cắt của vách có tỷ số nhịp cắt s=2.0

khi lực dọc thay đổi

Bảng 3.2. Kết quả tính toán khả năng chịu cắt thay đổi theo lực dọc:

Tỷ lệ lực dọc/Khả năng chịu lực nén của tiết diện

20

%

22

%

24

%

26

%

28

%

30

%

32

%

34

%

36

%

38

%

40

%

42

%

44

%

46

%

48

%

50

%

EC2-2004 18

41

18

41

18

41

18

41

18

41

18

41

18

41

18

41

18

41

18

41

18

41

18

41

18

41

18

41

18

41

184

1

EC8-2004 99

8

99

8

99

8

99

8

99

8

99

8

99

8

99

8

99

8

99

8

99

8

99

8

99

8

99

8

99

8 998

ACI 318-

14

11

76

12

08

12

40

12

72

13

04

13

36

13

68

14

00

14

32

14

64

14

96

15

28

15

60

15

92

16

24

117

6

ACI 318-

14 (KC)

14

01

14

01

14

01

14

01

14

01

14

01

14

01

14

01

14

01

14

01

14

01

14

01

14

01

14

01

14

01

140

1

3.5. Bài toán 5

Giống bài toán 3 nhưng tỷ số nhịp cắt tăng lên s=5.0.

Kết quả tính toán khả năng chịu lực cắt của vách theo tiêu

chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 và tiêu chuẩn châu Âu EC2-2004 và EC8-

2004 trong trường hợp cấp độ bền B thay đổi trong phạm vi B25 đến

B60 thể hiện trên hình vẽ sau.

22

Hình 3.3. Khả năng chịu lực cắt của vách có tỷ số nhịp cắt s=5.0

khi cấp độ bền thay đổi

3.6. Bài toán 6

Giống bài toán 4 nhưng tỷ số nhịp cắt tăng lên s=5.0.

Kết quả tính toán khả năng chịu lực cắt của vách theo tiêu

chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 và tiêu chuẩn châu Âu EC2-2004 và EC8-

2004 trong trường hợp lực dọc thay đổi trong phạm vi từ

'(0.02 0.30) g cA f được thể hiện trên hình vẽ sau.

Hình 3.4. Khả năng chịu lực cắt của vách có tỷ số nhịp cắt s=5.0

khi lực dọc thay đổi

23

3.7. Một số nhận xét

Khả năng chịu lực cắt của vách bê tông cốt thép không kháng

chấn theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 phụ thuộc nhiều vào lực

dọc, trong khi khả năng chịu lực cắt của vách có thiết kế kháng chấn

thì không. Vì vậy, với vách có kích thước như trên và có tỷ số nhịp

cắt bằng 2.0, ứng với bê tông có cấp độ bền B25, khả năng chịu lực

cắt của vách không kháng chấn sẽ lớn hơn vách có thiết kế kháng

chấn theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14 nếu lực dọc lớn hơn

khoảng '0.16 g cA f và ngược lại (xem Hình 3.1 và 3.2). Với vách có

kích thước và bố trí cốt thép ngang như đề cập trong các bài toán,

cũng theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ, khả năng chịu cắt của vách không và

có kháng chấn đều tăng khi tăng cấp độ bền nén của bê tông; trong

đó tốc độ tăng khả năng chịu lực cắt trong vách có kháng chấn lớn

hơn trong vách không kháng chấn.

Theo tiêu chuẩn ACI 318-14, khả năng chịu cắt của vách

không kháng chấn giảm khi tăng tỷ lệ u

u

M

V, do đó khả năng chịu cắt

của vách không kháng chấn giảm khi tỷ số nhịp cắt tăng từ 2.0 lên

5.0. Trong khi đó, với vách có tỷ lệ w

w

2.0h

l , khả năng chịu cắt của

vách có thiết kế kháng chấn theo tiêu chuẩn ACI 318-14 là không

thay đổi.

Đối với tiêu chuẩn châu Âu, khả năng chịu cắt của vách có thiết kế

kháng chấn được xác định với góc nghiêng được lấy cố định bằng 45o,

trong khi vách không thiết kế kháng chấn được lấy tối ưu với khoảng

22 45o o . Vì vậy, khả năng chịu cắt của vách không thiết kế

kháng chấn theo tiêu chuẩn EC2-2004 thường lớn hơn khả năng chịu cắt

của vách có thiết kế kháng chấn theo tiêu chuẩn EC8-2004.

24

Với tiêu chuẩn châu Âu, ứng với lượng cốt thép ngang có

sẵn, tùy theo tương quan giữa khả năng chịu lực trên tiết diện

nghiêng theo ứng suất nén chính của bê tông và khả năng chịu lực

của cốt thép ngang mà khả năng chịu lực của vách có thể tăng theo

cấp độ bền hay không.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận

Từ các kết quả nghiên cứu lý thuyết thông qua các ví dụ tính

toán cụ thể về khả năng chịu cắt của vách bê tông cốt thép, ta có thể

đưa ra các kết luận sau:

Tiêu chuẩn EC2 - 2004 thiết lập mô hình dàn với góc

nghiêng của thanh chịu nén hay của vết nứt thay đổi từ 220 đến 45

0,

bỏ qua sự đóng góp trực tiếp của bê tông khi tính khả năng chịu cắt

của vách. Tiêu chuẩn EC8-2004 và tiêu chuẩn ACI 318-14 cùng sử

dụng mô hình dàn với góc nghiêng của thanh chịu nén là 45o.

Độ chênh lệch khả năng chịu cắt của vách kháng chấn theo

EC8-2004 và không kháng chấn theo EC2-2004 lớn hơn nhiều so với

tiêu chuẩn ACI 318-14. Tiêu chuẩn ACI 318-14 xem xét ảnh hưởng

của tương quan giữa giá trị momen và lực cắt thiết kế đối với giá trị

lực cắt, trong khi yếu tố này không được xem xét cho vách có tỷ số

nhịp cắt lớn hơn 2.0 trong EC2-2004 và EC8-2004.

Giá trị lực dọc là yếu tố ảnh hưởng lớn đến khả năng chịu cắt

của vách theo ACI 318-14; trong khi đó nó không được xem xét cho

vách có tỷ số nhịp cắt lớn hơn 2.0 trong EC2-2004 và EC8-2004.

2. Kiến nghị

Để có kết quả nghiên cứu hoàn chỉnh hơn cần thực hiện

nghiên cứu tổng quát về bản chất của các công thức mà các tiêu

chuẩn sử dụng, liên hệ với các kết quả thực nghiệm vách cứng để

kiểm chứng kết quả. Đồng thời, cần khảo sát tất cả các tham số ảnh

hưởng đến khả năng chịu cắt của vách cứng với phạm vi rộng hơn

trong các tiêu chuẩn để có kết quả toàn diện và tin cậy hơn nữa.