ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN DUY VIỆT

NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA SHEAR-KEY
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

Quảng Ngãi – 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: TS. Nguyễn Huy Gia
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 04 tháng 5 năm
2019.

tiện cho thi công đẩy nhanh tiến độ xây dựng, thuận lợi cho việc bố
trí đường ống thiết bị kĩ thuật, dễ dàng thông gió và linh hoạt bố trí
mặt bằng so với kết cấu sàn có dầm.
Như vậy, việc kết hợp hai loại kết cấu sàn phẳng (sàn phẳng bê
tông cốt thép hoặc sàn phẳng bê tông ứng lực trước) và cột ống thép
nhồi bê tông cho kết cấu nhà cao tầng sẽ đem lại hiệu quả cao về mặt
kinh tế, kĩ thuật. Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất khi kết hợp hai loại kết


2
cấu này đấy là liên kết. Cơ chế ứng xử của liên kết giữa cột ống thép
nhồi bê tông và kết cấu sàn phẳng phức tạp và chưa được hiểu rõ.
Hiện nay, các nghiên cứu chỉ thực hiện nghiên cứu tổng thể cho liên
kết cột giữa 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. Đối với liên kết sàn phẳng – cột CFST, chi tiết Shear-key
đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối sàn và cột để đảm sự làm
việc chung của hệ kết cấu. Ứng xử của shear-key chưa được hiểu rõ
do đó cần khảo sát các yếu tố ảnh hưởng của shear-key như tương
quan độ cứng, ảnh hưởng của chiều dài, sự phân bố mô men trong
shear-key đến khả năng chịu lực của liên kết để từ đó đưa ra các giải
pháp cấu tạo, tính toán hợp lý 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
SỰ LÀM VIỆC CỦA SHEAR – KEY 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 (sàn phẳng bê
tông cốt thép hoặc sàn phẳng bê tông ứng lực trước) và liên kết giữa
cột CFST và sàn phẳng, sự làm việc của Shear-key;

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 Bubbledeck
1.2.4. Sàn U-boot Beton
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. Alessandra L. Carvalho
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
phẳng và cột CFST trong kết cấu công trình đặc biệt là kết cấu nhà
nhiều tầng. Tuy nhiên, cần phải giải quyết vấn đề liên kết giữa sàn và




Cét CSFT

vi

vsw1
vagg
vsw2
Nch
Cét CSFT

v

hc

av

lv

a0

v

hc

Ndow
Nagg

v
vch


7
vai trò quan trong trong việc kết nối sàn cột đảm bảo cho sàn cột
được liên tục và làm việc đồng thời với nhau. Với cấu tạo của Shear
key là đoạn thép hình tiết diện H được hàn cứng vào thành ống thép
thì cánh dưới của Shear - key đóng vai trò như gối đỡ cho thanh
chống phát triển. Trong từng trường hợp cụ thể, độ dài shear-key ảnh
hưởng đến hình dáng của thanh chống. Khi lực tác dụng tăng lên tạo
ra ứng suất lớn trong thanh chịu nén sẽ gây ra vết nứt nghiêng. Vết
nứt này có thể cắt qua shear-key hoặc phát triển bên dưới shear-key.
2.2. TÍNH TỐN SỰ ĐĨNG GĨP CỦA SHEAR KEY ĐẾN
KHẢ NĂNG CHỊU CẮT THỦNG CHO SÀN
2.2.1. Hệ shear key làm việc như một cột kích thước lớn
Phương thức thiết kế này giả thiết hệ shear key làm việc như
một cột kích thước lớn với kích thước cột mở rộng bằng kích thước
cột cộng với chiều dài của shear key về mỗi phía. Điều kiện này dựa
trên cơ sở shear key khơng bị phá hoại trước khi sàn bị phá hoại và
nó đóng vai trò chống phá hoại cắt thủng cho sàn.
d/2

d/2

Tiết diện cột

d/2

d/2

d/2


được nhiều tiêu chuẩn áp dụng trong thực tế thiết kế. Trong luận văn
này sẽ trình bày tiêu chuẩn ACI 318-14.


8
2.2.2. Khả năng chịu cắt thủng của sàn là sự đóng góp của
bê tông và shear key
Theo Jin-Won Kim [5], khả năng chịu cắt của sàn gồm sự
đóng góp của bê tông ψVc và của shear key Vs:
Vn = ψVc + Vs

(2.11)

Vs = nVw = n.GγA w

(2.12)

2.3. CẤU TẠO SHEAR KEY
Về mặt cấu tạo, các thép hình được sử dụng làm mũ chịu cắt
phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Mỗi cánh tay chịu cắt sẽ được hàn vào một cánh tay vuông
góc giống hệt với các đường hàn và mỗi cánh tay phải liên tục trong
tiết diện cột.
- Vùng cánh chịu nén của thép hình phải đặt cách đáy bản sàn
một khoảng không lớn hơn 0,3d.
- Chiều cao của thép hình không được lớn hơn 70 chiều dày
của bản bụng
- Các kết quả thí nghiệm đã nghiên cứu cho thấy rằng lực cắt
trên toàn bộ chiều dài vươn của mũ chịu cắt là hằng số. Phần lực cắt
do phần chiều dài vươn của mũ chịu cắt chịu tỷ lệ với độ cứng αv :

móc neo tiêu chuẩn theo ACI 318 dùng để gia cường khả năng chịu
cắt cho sàn, đảm bảo cho sàn xảy ra phá hoại dẻo.
+ Cốt thép sàn (cốt thép lớp trên và cốt thép lớp dưới) chịu mô
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


10
cột, các cốt thép này nên bố trí sao cho đủ tạo khoảng trống cho ống
đổ bê tơng di chuyển trong lõi ống thép khi thi cơng.
+ Cột ống thép nhồi bê tơng.
3.1.2. Thiết kế mẫu thí nghiệm
Mẫu thí nghiệm được thực hiện trên mẫu với kích thước thật.
Cơ sở để chọn mẫu dựa vào điều kiện làm việc tương đương với
khả năng chịu tải của liên kết cho ơ sàn có kích thước 6m × 6m.
400

300

400

I

I

450
400

200


Tấm thép đỡ dày 10mm

450
400

50

100

200

35 100 65

100

Thép hình H100x100

300
340

MẶT CẮT I-I
50

CẤU TẠO CỘT GIỮA

50

50



AI

A-A

Ghi chú:
Dùng thép CT34
Đường hàn 8mm

50

300
400

50

TẤM THÉP ĐỢ

Hình 3.1. Cấu tạo chi tiết liên kết
3.1.3. Chế tạo mẫu thí nghiệm
Mẫu cột được chế tạo từ ống thép vng kích thước
300×300mm2 chiều dày thành ống 10mm. Trên thân ống có kht lổ
để đưa cốt thép neo vào cột. Các mũ thép chịu cắt được cấu tạo thép


11
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



14
bộ neo giữ được chế tạo bởi các thanh tròn gối tựa trên các ổ bi
nhằm đảm bảo cho cột trượt tự do theo phương thẳng đướng và hạn
chế được ma sát với thành cột.

Hình 3.24. Lắp đặt thiết bị và thiết bị đo cho mẫu thí nghiệm
Bố trí strain gauge đo biến dạng trong Shear key: Shear-head
tiết diện H100×100 được nhúng vào trong sàn BTCT và làm việc
giống như côn xôn, các cảm biến SH1-SH5 bố trí cánh trên của
Shear-head, các Shear key SHW1, SHW2 bố trí ở bụng của shear
key và một strain gauge SHB1 bố trí cánh dưới của shear key.
400

50

75 75 75 75

50

50

SH5 SH4 SH3 SH2 SH1

50

SHW1 SHW2

75 75 75 75


cấp tải P=1530kN

Hình 3.25a. Sự phá hoại bê tông

Hình 3.26.b. Sự phá hoại bê tông

mặt trên tại P=1780kN

mặt dưới tại P=1780kN

3.4.2. Đánh giá kết quả thí nghiệm
Kết quả ghi lại của các Strain gauge dán trên shear key sẽ cho
các đồ thị quan hệ biến dạng và tải trọng như sau:


16

Hình 3.7. Đồ thị tải trọng - biến dạng cánh trên của Shear key
Đồ thị Hình 3.26 mô tả biến dạng của cánh trên Shear key
được ghi lại từ các Strain gauge từ SH1 đến SH5. Nhìn chung biến
dạng của cánh trên đều chịu kéo và giảm dần từ mặt cột ra đầu mút
shear key. Biến dạng lớn nhất thu được ở vị trí gần mặt cột.

Hình 3.8. Đồ thị tải trọng - biến dạng ở bụng của Shear key


17
Kết quả biến dạng ở bản bụng của shear key mô tả trên hình
3.17 là khá lớn, bản bụng đạt đến ứng suất chảy dẻo tại trạng thái tới

- Tiến hành mô tả cấu tạo liên kết cột CFST với sàn phẳng bê
tông cốt thép. Chi tiết liên kết gồm: Shear head tiết diện H, tấm liên
tục, shear head, cốt đai và cốt thép dọc xuyên cột
- Chế tạo mẫu thí nghiệm với kích thước thật để kết quả thu
được từ thí nghiệm phản ánh đúng với thực tế làm việc của liên kết.
- Thiết lập thí nghiệm, các tham số đo biến dạng của shear key
được đo bằng các cảm biến Strain gauge và ghi lại kết quả bằng
chương trình máy tính.
- Kết quả thí nghiệm cho thấy, sự có mặt của shear key làm
tăng khả năng chịu cắt thủng cho sàn. Đồ thị tải trọng biến dạng tại
cánh trên của shear key phản ánh được sự làm việc của shear key qua
các giai đoạn thí nghiệm.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Luận văn đã thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của shear key
đến sự làm việc của sàn tại liên kết cột ống thép nhồi bê tông với sàn
phẳng BTCT. Kết quả nghiên cứu nhận được như sau:
- Luận văn nghiên cứu cơ chế chịu cắt của shear head trên vết
nứt nghiêng do lực cắt, từ đó trình bày 2 quan điểm tính toán sức
kháng cắt thủng cho sàn trong trường hợp sử dụng shear key.
- Nghiên cứu thực nghiệm liên kết giữa cột CFST với sàn
phẳng BTCT ứng lực trước trên mẫu với kích thước thật có bố trí cốt
đai. Kết quả thí nghiệm cho thấy sàn bị phá hoại cắt thủng. Tải trọng
phá hoại đạt được là 1780kN.
- Sự có mặt của Shear key sẽ làm tăng khả năng chịu cắt thủng
của sàn, xem hệ shear key làm việc như một cột lớn với kích thước
cột lớn bằng kích thước ống thép cộng với chiều dài shear key theo
mỗi phương. Trong trường hợp này shear key xem như là một gối đỡ