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.

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

i

(1.6)

n

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:

Rch  Rm (1  S.v)

(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
cấu,

 KC

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

 KC  0,7  0,8 .
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



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).

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).

1.6. 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:

Vn  Vc  Vs
(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:

Nd





(2.2)


10

Nd

Vc1  0.27 f c' hd  u

4lw


0.2 N u

Vc  min 
lw [0.1 f c' 

hlw
V  0.05 f ' 
c2
c

M u lw





=

(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:

Vu  Vn   Acv (c  fc'  t f y )

Vn  Acv  c  f c'  t f y   Vc  Vs



(2.6)
(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 

+ d: chiều cao làm việc của tiết diện (tính bằng mm);
k 1

+

1 : hàm lượng cốt thép chịu kéo;
1 

cp

Asl
 0,02
bwd

N Ed
 0,2f cd
Ac

+ 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;

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

 như sau:
o
+ với   22 . Nếu điều kiện trên không thoả mãn, từ (2.22)
VEd=VRd,max và tính 

việc lựa chọn

thay

VEd

  0,5sin 1 (

0,18b w d(1 

f ck
)f ck
250

)  45o

Nếu   45 , 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:
o

s


(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

s 

Mu
 2.0 : VRd xác định như các
Vu lw

quy định trên của EC2-2004 trong đó góc

VRd



được lấy bằng 45o.

Asw f ywd z

cot 
 VRd ,s 
s
 min 
f cd bw zv1
V
Rd ,max   cw

+ 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 214s200, 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

c

M u lw




Vu
2

Ta có:
√



 hd




17

[

√

√

]



18

Vn   (Vc  Vs )  0.75(760  1108)  1401kN
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
214s200, 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:

VRd

Asw f ywd z

cot 
 VRd ,s 
s
 min 
f cd bw zv1
V
  cw
 Rd ,max
cot   tan 


 min 
 998kN
f cd bw zv1
V
  cw
 3580kN
 Rd ,max
cot   tan 

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 EC82004 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

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
% % % % % % % % % % % % % % % %
18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 184
EC2-2004
41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 1
99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99
EC8-2004
8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 998
ACI 318- 11 12 12 12 13 13 13 14 14 14 14 15 15 15 16 117
14
76 08 40 72 04 36 68 00 32 64 96 28 60 92 24 6
ACI 318- 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 140
14 (KC) 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 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 EC82004 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 EC82004 trong trường hợp lực dọc thay đổi trong phạm vi từ


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

hw
 2.0 , khả năng chịu cắt của
lw

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

  22o  45o .

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.