ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẶNG CÔNG ĐẠT

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG
ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA SÀN TRONG LIÊN KẾT
CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG

Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng công trình DD & CN
Mã số : 8580201

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG
CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Đà Nẵng – Năm 2019


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐÀO NGỌC THẾ LỰC

Phản biện 1: GS.TS. Phan Quang Minh
Phản biện 2: TS. Phạm Mỹ

Luận văn 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 20 tháng 4 năm
2019

cột bê tông cốt thép truyền thống trong kết cấu nhà cao tầng.
Như vậy, việc kết hợp hai loại kết cấu sàn phẳng và cột ống
thép nhồi bê tông cho kết cấu nhà cao tầng sẽ đem lại hiệu quả cao về
mặt kinh tế, kỹ thuật. Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất khi kết hợp hai loại
kết cấu này đấy là liên kết. Cơ chế ứng xử của liên kết giữa cột ống
thép nhồi bê tông và sàn phẳng bê tông cốt thép phức tạp và chưa
được hiểu rõ. Hiện nay, các nghiên cứu chỉ thực hiện nghiên cứu tổng


2
thể cho liên kết cột với sàn phẳng và chưa có nhiều các nghiên cứu
đề cập đến sự đóng góp của từng bộ phận liên kết đến khả năng chịu
cắt của liên kết cột giữa CFST và sàn phẳng. Một nhân tố quan trọng
ảnh hưởng đến khả năng chịu cắt thủng của sàn đó là cường độ bê
tông. Do đó, cần có các nghiên cứu cụ thể ảnh hưởng của cường độ
bê tông, biện pháp gia cường nâng cao cường độ bê tông đến khả
năng chịu cắt của sàn, từ đó đưa ra các chỉ dẫn cụ thể, các yêu cầu về
cường độ bê tông trong các tính toán thiết kế, nhằm áp dụng hiệu quả
hệ kết cấu sàn phẳng và cột ống thép nhồi bê tông trong xây dựng
nhà cao tầng hiện nay. Đấy là lý do để thực hiện luận văn với đề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ bê tông đến khả năng chịu cắt
của sàn trong liên kết cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng”.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu tổng quan về cột CFST, sàn phẳng và liên kết
giữa cột CFST với sàn phẳng, ảnh hưởng của cường độ bê tông đến
khả năng chịu cắt của sàn;
- Nghiên cứu thực nghiệm sự đóng góp của cường độ bê tông
đến khả năng chịu cắt trong liên kết cột giữa cột CFST với sàn
phẳng;
- Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ bê tông đến khả năng



4

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CỘT CFST, SÀN PHẲNG
VÀ MỐI LIÊN KẾT GIỮA CỘT CFST VỚI SÀN PHẲNG
1.1. Tổng quan về cột ống thép nhồi bê tông
1.1.1. Khái niệm về cột ống thép nhồi bê tông
1.1.2. Phân loại cột ống thép nhồi bê tông
1.1.3. Ưu điểm, nhược điểm của cột ống thép nhồi bê tông
1.1.4. Khả năng áp dụng
1.2. Tổng quan các loại sàn phẳng BTCT
1.2.1. Sàn phẳng BTCT thường
1.2.2. Sàn phẳng bê tông ứng lực trước
1.2.3. Sàn U-boot Beton
1.2.4. Sàn lõi rỗng công nghệ S-VRO
1.3. Tổng quan về liên kết giữa cột ống thép nhồi bê tông với sàn
phẳng bê tông cốt thép
1.3.1. Nghiên cứu của Hiroki Satoh
1.3.2. Nghiên cứu của Y. Su, Y. Tian
1.3.3. Nghiên cứu của Cheol-Ho Lee
1.3.4. Nghiên cứu của Young K.Ju
1.3.5. Nghiên cứu của Jin-Won Kim
1.3.6. Nghiên cứu của Micael M.G. Inácio
1.3.7. Nghiên cứu của Thibault Clément
1.3.8. Nhận xét
1.4. Kết luận chương 1
Qua tổng quan thấy được các ưu điểm của kết cấu sàn phẳng
và kết cấu cột CFST cũng như hiệu quả mang lại khi kết hợp giữa sàn


vsw1
vagg
vsw2
Nch
v
vch

Cét CSFT

v

hc

av

lv

a0

Sµn BTCT

Cét CSFT

vi

v

hc


2.1.2. Ảnh hưởng của bê tông vùng nén
Cơ chế này nói về khả năng chịu cắt của cấu kiện tại vùng bê


7
tông chịu nén. Khi cấu kiện bê tông chịu moment âm (moment quay
cùng chiều kim đồng hồ), thớ trên của bê tông chịu kéo đồng thời
moment gây ra sự nén bê tông ở thớ dưới từ đó tạo ra một vùng nén
cứng làm cho vết nứt không thể phát triển và gây nứt bê tông ở
vùng này.
Khả năng kháng cắt bởi vùng bê tông chịu nén phụ thuộc vào
mođun cốt liệu, vị trí trục trung hòa và lực tác dụng gây ra moment.
Cường độ chịu nén của bê tông ảnh hưởng đến cùng chịu ứng suất và
khả năng chịu cắt.

Hình 2.1. Cơ chế chịu cắt của vùng nén bê tông
2.1.3. Cơ chế truyền lực cắt minh họa qua mô hình giàn ảo
Trong sàn bê tông cốt thép, dưới tác dụng của tải trọng có thể
mô hình sự truyền lực từ sàn về đầu cột thông qua mô hình giàn ảo
như hình.

Hình 2.2. Cơ chế truyền lực cắt trong sàn qua mô hình giàn ảo


8
2.2. Các tiêu chuẩn tính tốn cường độ chịu cắt của sàn
2.2.1. Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-14
a. Xác định chu vi tới hạn của tiết diện
d/2


d. Tính tốn khả năng chịu cắt cho sàn bố trí thép mũ
(shearhead)
2.2.2. Tiêu chuẩn châu Âu Eurocode 2 (EC2 2004)
a. Sàn khơng có cốt thép chịu cắt

Hình 2.4. Xác định chu vi tiết diện tới hạn trường hợp
khơng có cốt thép chịu cắt


9
b. Sàn với cốt thép chịu cắt

Hình 2.5. Chu vi tại tiết diện tới hạn cho trường hợp
có cốt thép chịu cắt
2.3. Ảnh hưởng của bê tông ứng lực trước đến khả năng kháng
cắt của sàn
2.3.1. Phân tích sự ảnh hưởng của bê tông ứng lực trước đến
khả năng kháng cắt của sàn
SHEAR KEY

Vr

SHEAR KEY

Vr
Pk

COÄT CFST
Vr


 - hàm lượng cốt thép chịu uốn;
f c - cường độ chịu nén của bê tông (MPa);
d v - chiều cao làm việc chịu cắt trên tiết diện phá hoại;

b0,in - chu vi tiết diện phá hoại xác định;
cp  (cx  cy ) / 2 ; cx , cy - ứng suất nén trung bình trong

bê tông theo hai phương.
Asw -diện tích của một chu vi cốt thép chịu cắt xung quanh cột;
sw - khoảng cách bán kính của những chu vi cốt thép chịu cắt;
fyw,ef - ứng suất hiệu quả trong cốt thép chịu cắt tính toán cho
neo tới hạn của cốt thép chịu cắt trong sàn mảnh và fyw,ef được định
nghĩa: f yw,ef  1,15(250  0,25d)  f yw

(2.31)

fyw - cường độ chảy dẻo của cốt thép chịu cắt MPa.
b. Khả năng chịu cắt của sàn ứng lực trước trường hợp mặt
cắt thủng nằm ngoài vùng bố trí cốt đai:


11
Tính theo công thức (2.29)
Trong đó:
VRc  (0.18(1  200 / d)(100fc )1/3  0.1cp )b0,out .d

(2.32)

b0,out - chu vi tiết diện phá hoại xác định theo chu vi cắt thủng


men trong sàn. Cốt thép được xiên qua cột bởi các lổ khoan sẵn trên
mặt cột. Chú ý các lổ khoan phải khác cao trình trên các mặt cột để
thuận tiện cho việc xuyên cốt thép. Để thuận tiện cho đổ bê tông lõi
cột, các cốt thép này nên bố trí sao cho đủ tạo khoảng trống cho ống


13
đổ bê tông di chuyển trong lõi ống thép khi thi công.
+ Cột ống thép nhồi bê tông.
3.1.2. Chế tạo mẫu thí nghiệm
Mẫu cột được chế tạo từ ống thép vuông kích thước
300×300mm2 chiều dày thành ống 10mm. Trên thân ống có khoét lổ
để đưa cốt thép neo vào cột. Các mũ thép chịu cắt được cấu tạo thép
hình số hiệu H100×100 được xuyên qua cột thông qua các lổ khoét
sẵn trên mặt cột và được hàn tại bề mặt ngoài của cột. Chân cột
được hàn một bản thép 340×340mm2 chiều dày 20mm để đặt kích
gia tải sau này, đầu cột để trống để đổ bê tông. Công đoạn chế tạo
mẫu được thực hiện và kiểm tra chất lượng tại xưởng.

Hình 3.1. Chế tạo liên kết cột CFST- sàn phẳng BTCT

Hình 3.2. Lắp đặt cốt thép và cáp dự ứng lực.


14

Hình 3.3. Đổ bê tông sàn và dưỡng hộ mẫu

Hình 3.4. Dán cảm biến đo biến dạng bê tông
3.1.3. Thiết bị thí nghiệm

2

858520

17662,5

48,6

3

869990

17662,5

49,3

Cường độ trung bình của mẫu bê tông chịu nén: R = 47,8Mpa
3.1.6. Mô tả kết quả thí nghiệm và đánh giá kết quả đo
a. Mô tả kết quả thí nghiệm
Thực hiện gia tải cho mẫu với mỗi cấp tải Pi=50kN, giữ tải
cho đến khi chuyển vị của LVDT và biến dạng trong các Strain
gauges ổn định, thời gian giữ tải ở mỗi cấp là 5 phút quan sát thấy
được:


16

Hình 3.18. Vết nứt trên sàn tại

Hình 3.19. Vết nứt trên sàn tại

Hình 3.23. Biến dạng của bê tông mặt dưới theo phương vuông góc
mặt cột

Hình 3.6. Biến dạng của bê tông mặt dưới theo phương góc xiên


18

Kết quả biến dạng của bê tông mặt dưới đo được cho thấy
vùng bê tông càng gần mép cột (strain gage SK1B, SC1B) thì có biến
dạng càng lớn, biến dạng nén tăng dần cho đến khi có vết nứt xuất
hiện thì biến dạng đảo chiều. Bê tông vùng nén theo phương vuông
góc mặt cột có biến dạng nhỏ hơn theo phương góc xiên, do có thép
mũ chịu cắt.
3.2. Khảo sát ảnh hưởng cường độ của bê tông bằng ABAQUS
3.2.1. Lựa chọn loại phần tử trong mô hình
3.2.2. Mô hình vật liệu trong ABAQUS
a. Bê tông
b. Cốt thép, cáp dự ứng lực và thép tấm
3.2.3. Tương tác giữa các phần tử
a. Tương tác tiếp xúc mặt với mặt (surface to surface)
b. Ràng buộc “Tie”
c. Ràng buộc nhúng (Embedded)
3.2.4. Xây dựng mô hình phân tích
Một mô hình phân tích phần tử hữu hạn được xây dựng để
khảo sát ứng xử và dự đoán chuyển vị cũng như tải trọng giới hạn
bằng phần mềm Abaqus như Hình 3.7
Lõi bê tông
Ống thép


3.2.7. Kết quả mô phỏng

Hình 3.10. Ứng xử của sàn ở trạng thái phá hoại do kéo
Thực hiện so sánh kết quả mô phỏng với thí nghiệm về ứng xử
của bê tông sàn ta có kết quả như đồ thị hình dưới:

Hình 3.11. Đồ thị so sánh biến dạng bê tông tại mặt dưới của sàn


21
Qua so sánh ta thấy được biến dạng của bê tông mặt dưới sàn
phát triển đúng xu hướng và khá tương đồng với kết quả thí nghiệm
điều đó cho thấy mô hình mô phỏng đáng tin cậy và đáp ứng cho việc
sử dụng khảo sát ảnh hưởng của bê tông đến khả năng chịu cắt thủng
cho sàn.
3.3. Khảo sát ảnh hưởng của cường độ bê tông đến khả năng chịu
cắt của sàn
Chương trình thực nghiệm đã thực hiện với bê tông có cường
độ f’c = 47.8MPa. Để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các mức bê
tông khác nhau luận văn thực hiện khảo sát thêm với các mức cường
độ bê tông khác nhau. Kết quả phân tích thể hiện trên đồ thị và Bảng
sau:

Hình 3.12. Đường cong tải trọng – chuyển vị của sàn ở các mức
cường độ khác nhau


22
Bảng 3.1 Kết quả tải trọng tới hạn của sàn phân tích theo Abaqus
Thí nghiệm

Nhìn vào kết quả đồ thị và bảng ta thấy rằng, với sự tăng của
cường độ bê tông sàn khả năng chịu cắt thủng của sàn tăng tương
ứng. Sự chênh lệch cường độ chịu nén giữa C30 và C45 là 15MPa
(tăng 50% cường độ so với C30) tương ứng với sự chênh lệch tải
trọng phá hoại là 76kN (tăng 4.6% so với mẫu C30) cho thấy sự tăng
cường độ bê tông không làm tăng đáng kể khả năng chịu cắt thủng
của sàn. Do đó trong tương quan khi xét về sự chịu lực và tính kinh
tế, để tăng khả năng chịu cắt thủng ta không cần sử dụng bê tông có
cường độ lớn mà cân nhắc các biện pháp gia cường khác như tăng
mật độ cốt đai, tăng chiều dài shear-head để tăng khả năng chịu cắt
thủng cho sàn.
3.4. Kết luận chương 3
Trong chương này đã thực hiện các nội dung sau:
- Tiến hành chế tạo mẫu thí nghiệm liên kết sàn phẳng bê tông
ứng lực trước với cột ống thép nhồi bê tông sử dụng shear-head để
làm chi tiết liên kết.
- Thiết lập thí nghiệm, các tham số đo được đo bằng các cảm
biến điện và ghi lại kết quả bằng chương trình máy tính.
- Kết quả thí nghiệm giúp hiểu được các ứng xử của sàn lúc
phá hoại và biến dạng của bê tông vùng nén.
- Sử dụng Abaqus để khảo sát ảnh hưởng của cường độ bê
tông đến khả năng chịu cắt của sàn. Kết quả cho thấy với sự tăng
cường độ bê tông sẽ làm tăng khả năng chịu cắt cho sàn.


23
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Luận văn đã thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ bê
tông đến khả năng chịu cắt thủng của sàn. Kết quả nghiên cứu nhận