KIỂM TRA KẾT CẤU CÔNG TRÌNH TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM:
Vấn đề khả năng chống xuyên thủng của sàn phẳng sử dụng sợi thép
Nguyễn Minh Long
Phòng Thí nghiệm Kết cấu Công trình (BKSEL),
Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh,
Nhà C2, 268 Lý Thường Kiệt, Q. 10, TP. Hồ Chí Minh
E-mail: ;
TÓM TẮT
Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của ngành Xây dựng Việt Nam, khi chất lượng công trình là
mối quan tâm hàng đầu, việc kiểm tra, đánh giá chính xác chất lượng của cấu kiện, kết cấu công trình
là hết sức quan trọng. Bài báo này trình bày thí nghiệm kiểm chứng khả năng chống xuyên thủng của
sàn phẳng bê tông cốt thép (BTCT) dùng sợi thép – một dạng kết cấu mới - tại Phòng Thí nghiệm Kết
cấu Công trình - Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM. Tổng cộng 16 mẫu sàn kích thước khác nhau
đã được tiến hành thử tải thực nghiệm, gồm 12 mẫu sàn phẳng BTCT và 4 mẫu sàn BTCT ứng lực
trước sử dụng cáp không bám dính. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến ứng xử và khả năng chống
xuyên thủng của các mẫu sàn đã được khảo sát và kết quả cho thấy sử dụng sợi thép giúp cải thiện đáng
kể khả năng kháng xuyên thủng của vùng liên kết sàn-cột, tăng độ cứng sàn, và làm chậm sự hình
thành và tốc độ phát triển của vết nứt và giảm bề rộng khe nứt cho sàn.
1. TỔNG QUAN
Phòng Thí nghiệm Kết cấu Công trình (BKSEL) thuộc Khoa Kỹ thuật Xây dựng - Trường Đại Học
Bách Khoa Tp.HCM được thành lập từ năm 1997 với các chức năng chính phục vụ giảng dạy, nghiên
cứu khoa học thực nghiệm và thực hiện các hợp đồng sản xuất và chuyển giao công nghệ (LAS-
XD187). Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của ngành Xây dựng Việt Nam, khi chất lượng công
trình là mối quan tâm hàng đầu, việc kiểm tra, đánh giá chính xác chất lượng của cấu kiện, kết cấu
công trình là hết sức quan trọng. Bài báo này trình bày thí nghiệm kiểm chứng khả năng chống xuyên
thủng của sàn phẳng bê tông cốt thép (BTCT) dùng sợi thép – một dạng kết cấu mới - tại Phòng thí
nghiệm BKSEL.
Vấn đề quan trọng của sàn phẳng BTCT là tại vị trí liên kết giữa sàn - cột rất dễ bị phá hoại do hiện
tượng xuyên thủng. Sàn bị xuyên thủng sẽ ngăn cản sự làm việc chung giữa sàn và cột và từ đó làm
giảm khả năng chịu lực của kết cấu. Thực tế cho thấy kiểu phá hoại này rất nguy hiểm vì bản tính giòn
và khi xảy ra thường không có dấu hiệu cảnh báo và đột ngột. Để tăng khả năng chống xuyên thủng tại

Vật liệu
Khối lượng/1 m
3
Sàn phẳng truyền thống Sàn phẳng ULT
Xi măng Holcim PC40 453 (kg) 427 (kg)
Cát, 0-4 mm 624 (kg) 654 (kg)
Đá, 22 mm 1242 (kg) 1440 (kg)
Nước 181 (l) 185 (l)
Sika Plasticiment 96 5 (l) 4.5 (l)
Bảng 2: Các thông số kỹ thuật của sợi thép
Độ sụt của bê tông thường dao động từ 100-120mm. Độ sụt của bê tông gia cường sợi thép nằm trong
khoảng 130-140mm. Cường độ chịu nén và chịu kéo của bê tông được xác định thông qua các mẫu thử
lập phương kích thước 150×150×150 mm. Ứng với mỗi mẫu sàn có cùng hàm lượng sợi thép lấy 3 mẫu
thí nghiệm xác định cường độ chịu nén f
c,cube
và 3 mẫu thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo chẻ đôi
f
sp,cube
. Kết quả xác định cường độ bê tông được ghi lại trong Bảng 3.
Sàn phẳng BTCT sử dụng cốt thép dọc chịu lực có đường kính Ø10. Tiến hành lấy 3 mẫu thí nghiệm để
xác định cường độ chảy dẻo f
y
và cường độ chịu kéo cực hạn f
u
. Giá trị trung bình của 3 mẫu thử có
giới hạn chảy f
y
= 492 MPa và giới hạn bền f
u
= 667 MPa.

(mm)
Cường độ chịu
kéo
(MPa)
Mô-đun đàn
hồi
(GPa)
RC-80/60-BN 60 tròn 0.75 1100 200
Hình 1: Mẫu sàn phẳng BTCT không ULT có sợi thép
Hình 2: Mẫu sàn phẳng BTCT ULT có sợi thép
2.3 Qui trình thử tải
Hình 3 thể hiện mô hình thí nghiệm xuyên thủng sàn. Chuyển vị của sàn được đo tại giữa nhịp và 1/4
nhịp bằng 3 chuyển vị kế điện tử (LVDTs). Biến dạng của cáp và thép dọc theo cả 2 phương trong sàn
được đo bằng 8 cảm biến điện trở (electrical strain gauges). Biến dạng nén của bê tông vùng gần liên
kết sàn-cột được đo bằng 4 cảm biến điện trở. Các chốt đồng (metal pins) được gắn trên bề mặt sàn để
đo bề rộng vết nứt trung bình của sàn bằng cách sử dụng thước đo kỹ thuật số (digital deformeter) với
độ chính xác lên đến 0.001 mm. Ngoài ra, giá trị tuyệt đối của bề rộng vết nứt lớn nhất được xác định
thông qua kính hiển vi quang học (optical microscope). Kích thủy lực 1000 kN được sử dụng để tạo tải
cho sàn với cấp gia tải 20 kN. Tốc độ gia tải xấp xỉ 10 kN/phút. Tại từng cấp tải, chuyển vị, biến dạng
bê tông, cốt thép và cáp ứng lực cũng như bề rộng vết nứt đều được ghi nhận lại.
Hình 3: Lắp đặt thiết bị và sàn thử
800
150 200
LVDT2
LVDT1
LVDT3
2200
100
1000
1000

V
f
f
c,cube
f
sp,cube
V
cr
V
u
ε
cu
ε
su
w
u
δ
u
(kg/m
3
) (MPa) (MPa) (kN) (kN) (‰) (‰) (mm) (mm)
A0
1050×1050×125
0
27.1 1.95
20 284
1.8
7
2.17 4.39 4.12
A1

27.9 2.23
35 328
1.6
5
2.12 3.85 23.2
B2
45
29.2 2.42
40 337
1.58 2.22 3.61 13.1
B3
60
31.6 2.57
45 347
1.4
8
2.27 4.20 14.0
C0
1650×1650×1
0
27.1 1.95
30 264
1.54
2.3
1
4.35 22.0
C1
30
27.9 2.23
45 307

S5
45 27.8 2.01
50 300
2.17
6.0
9
3.25 21.4
S6
60 27.5 1.96
60 310
1.42
6.3
1
3.5 22.2
3.1 Kiểu phá hoại
Kết quả thí nghiệm cho thấy tất cả các sàn đều bị phá hoại do nén thủng. Các mẫu sàn không gia cường
sợi thép bị phá hoại đột ngột, không có cảnh bảo trước, với sự vỡ vụn của bê tông ở mặt chịu kéo của
sàn (Hình 4 và 5). Các sàn có gia cường sợi thép, ở mặt chịu kéo của sàn vết nứt hình thành đều và bề
rộng vết nứt nhỏ. Nguyên nhân là do sợi thép phân tán đều trong bê tông nên làm gia tăng cường độ
chịu kéo của bê tông và làm ứng suất kéo trong sàn phân bố đều. Ngoài ra, sự có mặt của sợi thép còn
làm tăng độ dẻo dai của bê tông giúp cho kiểu phá hoại của các sàn có gia cường sợi thép bớt giòn hơn.
3.2 Quan hệ lực - chuyển vị (P-δ)
Quan hệ lực - chuyển vị của các sàn được thể hiện trên Hình 6 và 7. Nhìn chung, ứng xử của tất cả các
sàn được chia làm hai giai đoạn. Giai đoạn ban đầu trước khi xuất hiện vết nứt, ứng xử của các sàn
cùng một nhóm giống nhau. Quan hệ giữa lực - chuyển vị trong giai đoạn này gần như tuyến tính.
Trong giai đoạn kế tiếp (sau khi vết nứt xuất hiện), môment quán tính của tiết diện sàn giảm, dẫn đến
Hình 4: Kiểu phá hoại điển hình sàn BTCT không ULT– mặt chịu kéo: (a) không sợi; (b) có sợi
(a)
(b)
Hình 5: Kiểu phá hoại điển hình của sàn BTCT ULT có sợi thép

, làm gia tăng mạnh khả năng kháng
nứt của các sàn thí nghiệm từ 40 đến 125%. Sợi thép làm chậm sự hình thành và tốc độ phát triển
của vết nứt và làm giảm bề rộng khe nứt cho sàn.
 Sợi thép làm tăng độ cứng, giảm chuyển vị cho sàn, làm tăng tính toán khối cho vùng liên kết sàn-
cột và có thể giúp làm mềm hóa kiểu phá hoại xuyên thủng ở đây.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
ACI Committee 318 (2002). Building code requirements for reinforced concrete and commentary.
American Concrete Institute, Detroit, MI, 430p.
Cheng MY and Parra-Montesinos GJ (2010a). Evaluation steel fibers reinforcement for punching shear
resistance in slab-column connections-part1: Monotonically increased load. ACI Structural
Journal. 107(1), pp. 101–109.
Hình 8: Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến khả năng chống chọc thủng của sàn:
(a) sàn không ULT; (b) sàn ULT
Hàm lượng sợi V
f
(kg/m
3
)
Độ gia tăng (%)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 20 40 60 80