Bài viết trình bày tính toán khả năng chịu cắt của Dầm nối cấu tạo cốt thép thông thường theo TCVN 5574: 2018, kết hợp với tính toán theo ACI 318 và Lý thuyết trường nén cải tiến (Modified compression field theory – MCFT).
Trang 1TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM NỐI
TRONG KẾT CẤU LÕI NHÀ CAO TẦNG ĐẶT CỐT THÉP
THÔNG THƯỜNG THEO TCVN 5574: 2018
Nguyễn Tiến Chương1, Đoàn Xuân Quý1
1 Trường Đại học Thuỷ lợi, email: quydx@tlu.edu.vn
1 GIỚI THIỆU CHUNG
Dầm nối hay còn gọi là Lanh tô (Coupling
beam) kết nối phần cánh đối diện của lõi hở tạo
thành lõi nửa kín Các nghiên cứu đã chỉ ra vai
trò quan trọng của Dầm nối khi lõi chịu mô
men xoắn hoặc tải trọng ngang là giảm góc
xoắn và chuyển vị ngang của kết cấu lõi [1]
Cấu tạo cốt thép của dầm nối có hai loại:
loại đặt cốt thép thông thường và loại đặt
thêm cốt thép chéo (Diagonal rebar) hình 1
Dầm nối có tỉ lệ nhịp trên chiều cao - ln/h
thường không lớn hơn quá 4
Hình 1 Cấu tạo cốt thép dầm nối
thép thường, b) cấu tạo thép chéo
Khi dầm nối đặt trong cơ cấu chịu lực, nó
chịu lực rất lớn và thường có xu hướng phá
hoại đầu tiên, sự phá hoại của dầm sẽ dẫn tới
sự phá hoại của kết cấu Như vậy dầm nối
phải được tính toán và cấu tạo đủ khoẻ để làm việc được trong hệ kết cấu lõi Vấn đề tính toán khả năng chịu cắt của Dầm nối rất quan trọng trong việc dự báo khả năng làm việc của kết cấu lõi
Bài báo sẽ trình bày tính toán khả năng chịu cắt của Dầm nối cấu tạo cốt thép thông thường theo TCVN 5574: 2018 [2], kết hợp với tính toán theo ACI 318 [3] và Lý thuyết trường nén cải tiến (Modified compression field theory – MCFT) [4] Từ đó sẽ nhận xét các kết quả tính
để làm rõ sự làm việc của dầm nối
2 CÔNG THỨC TÍNH TOÁN
TCVN 5574: 2018 [2] quy định việc tính toán cấu kiện bê tông cốt thép chịu cắt theo hai điều kiện dưới đây:
Tính toán theo dải bê tông giữa các vết nứt nghiêng theo điều kiện:
Trong đó:
Q - lực cắt trong tiết diện thẳng góc của cấu kiện, do tất cả các ngoại lực nằm ở một phía của tiết diện;
b1 - hệ số, kể đến ảnh hưởng của đặc điểm trạng thái ứng suất của bê tông trong dải nghiêng, lấy bằng 0,3
Khi tính toán cấu kiện chịu lực cắt, điều kiện là:
Trong đó:
Q - lực cắt trên tiết diện nghiêng;
Qb - lực cắt chịu bởi bê tông trong tiết diện nghiêng tính theo công thức:
Trang 2Qb = b2Rbtbh2 /C (3)
b2 là hệ số, kể đến ảnh hưởng của cốt thép
dọc, lực bám dính và đặc điểm trạng thái ứng
suất của bê tông nằm phía trên vết nứt xiên,
lấy bằng 1,5
Qsw là lực cắt chịu bởi cốt thép ngang trên
tiết diện nghiêng
sw là hệ số, kể đến sự suy giảm nội lực
dọc theo chiều dài hình chiếu của tiết diện
nghiêng C, lấy bằng 0,75
qsw là lực trong cốt thép ngang trên một
đơn vị chiều dài cấu kiện, được xác định theo
công thức:
qsw = RswAsw/sw = Rswswb (5)
Chiều dài hình chiếu C lấy không nhỏ hơn
h0 và không lớn hơn 2h0
Công thức tính toán khả năng chịu cắt cho
dầm nối theo TCVN 5574: 2018
Dầm nối là trường hợp đặc biệt - dầm
không có tải trọng tác dụng trực tiếp lên dầm
mà dầm chỉ chịu cắt ở hai đầu Như vậy chiều
dài hình chiếu C chỉ trong phạm vi h0 đến 2h0
và tương quan với chiều dài nhịp dầm Khi
đó ta có 2 trường hợp tính toán:
- Trường hợp h0 ln 2h0, khả năng chịu
cắt được tính theo công thức:
Q 1,5Rbtbh2o/ln + 0,75Rswswbln (6)
- Trường hợp ln > 2h0, khả năng chịu cắt
của Dầm nối là:
Q 0,75Rbtbho + 1,5Rswswbh0 (7)
Công thức tính toán theo ACI 318-19 [3]
V A f f A f (8)
Giá trị c xác định như sau:
c = 0,25 nếu ln/h < 1,5;
c = 0,17 nếu ln/h > 2,0
Các tỉ số ln/h còn lại trong khoảng 1,5 đến
2,0 thì nội suy theo hai giá trị trên
w = Aw/(bsw) là hàm lượng cốt thép đai
với khoảng cách s, b là bề rộng dầm, f’c tính
bằng đơn vị Mpa, fyw là cường độ chảy dẻo
của cốt thép đai, Acv = bh - diện tích mặt cắt
ngang của dầm
Khả năng chịu cắt theo MCFT [5]
Dầm nối được mô hình trong phần mềm số
Vector2 là cấu kiện đứng, có liên kết ngàm ở
chân, ngàm trượt ở đầu trên và chịu tải trọng đẩy ngang đến phá hoại
3 CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
Sau đây tiến hành áp dụng tính toán cho một số cấu kiện dầm nối ứng với các trường hợp tiết diện và chiều dài dầm (tỉ lệ ln/h) Hàm lượng cốt đai (HLCĐ) từ 0,5% đến 2,5% Thép đai đều sử dụng loại có fyw = 400 Mpa (Rsw = 348 Mpa) Vật liệu bê tông tương ứng như trong bảng 1 Các kết quả tính toán khả năng chịu cắt (KNCC) theo hình 2 và 3
Bảng 1 Các thông số vật liệu
2018 f’c = 35 Rb = 23,5
Rbt = 1,43
Cường độ Bê tông (Mpa)
f’c = 40 Rb = 26.8
Rbt = 1,53
Hình 2 KNCC của 2 dầm 20x70 và 20x50
với tương ứng f’c = 35 và 40Mpa,
ln/h = 1,43 và 1,5
Trang 3Hình 3 KNCC dầm 2570, với f’c = 40Mpa,
và l n /h tương ứng = 2.86 và 4,28
Từ các biểu đồ trên hình 2 và hình 3 ta có
nhận xét sau:
- Đối với các dầm nối có tỉ lệ ln/h nhỏ hơn
2, TCVN đánh giá KNCC phù hợp hơn, trong
khi ACI bị giới hạn ứng suất cắt như vế phải
trong công thức (8)
- Đối với dầm nối có tỉ lệ ln/h từ 4 trở lên,
KNCC đánh giá theo 2 tiêu chuẩn là khác xa
so với MCFT
- Đối với dầm nối có tỉ lệ ln/h từ 2 đến 4,
việc giới hạn ứng suất cắt theo ACI là phù
hợp tuy nhiên vẫn khá cao so với KNCC tính
toán theo MCFT
- TCVN và ACI dự đoán tương đồng nhau
về khả năng chịu cắt ứng với HLCĐ từ 1%
trở xuống Với HLCĐ từ 1% trở lên, 2 tiêu
chuẩn đánh giá lệch nhau, khi ACI đánh giá
thấp hơn TCVN do giới hạn ứng suất cắt Với
HLCĐ thấp, KNCC của dầm đánh giá theo
MCFT là cao hơn so với TCVN và ACI
4 KẾT LUẬN
Bài báo đã lập công thức tính toán khả
năng chịu cắt cho dầm nối theo TCVN 5574:
2018 đồng thời tính toán khả năng chịu cắt
cho một số trường hợp dầm với các hàm lượng cốt đai khác nhau theo công thức đã lập, đồng thời tính toán theo ACI 318 và Lý thuyết trường nén cải tiến - MCFT Kết quả tính toán cho thấy:
- Đối với các độ dài dầm nối khác nhau (theo tỉ lệ chiều dài nhịp trên chiều cao dầm
ln/h): khi ln/h < 2, TCVN tính toán phù hợp với MCFT; ln/h từ 2 đến 4, ACI dự đoán KNCC của dầm gần với MCFT hơn; với ln/h lớn hơn 4 thì hai tiêu chuẩn đánh giá cao hơn giá trị dự đoán theo MCFT
- Với hàm lượng cốt đai từ 1% trở xuống, TCVN và ACI đánh giá khá tương đồng KNCC của dầm, với HL lớn hơn 1%, 2 tiêu chuẩn đánh giá lệch nhau và ACI đánh giá thấp hơn TCVN Với HLCĐ nhỏ thì KNCC
dự đoán theo TCVN và ACI có sự khác biệt
so với MCFT
5 TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Tiến Chương, Đoàn Xuân Quý
2018 Ảnh hưởng của độ cứng dầm nối đến
sự làm việc chịu xoắn của kết cấu lõi nhà cao tầng Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ học Vật rắn lần thứ XIV, Đại học Trần Đại Nghĩa, Thành phố Hồ Chí Minh, 19-20/7/2018
[2] “Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574: 2018: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, tiêu chuẩn thiết kế.” Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội, 2018
[3] ACI 318-19, “Building code requirements for structural concrete and commentary.” ACI Committee 318 Structural Building Code
[4] Vecchio F J, Collins M 1986 “The Modified Compression Field Theory for Reinforced Concrete Elements Subjected to
Shear,” ACI Journal Titled no, 83 - 22
[5] Nguyễn Tiến Chương, Đoàn Xuân Quý
2019 Ảnh hưởng của hàm lượng cốt thép đai trong lanh tô đến sự làm việc của kết cấu vách kép chịu tải trọng ngang Hội nghị Khoa học thường niên trường ĐH Thuỷ lợi,
Hà Nội năm 2019
