Cường độ chịu cắt (hay là khả năng chịu cắt) là tham số cực kỳ quan trọng trong thiết kế cột bê tông cốt thép (BTCT), đặc biệt khi tính toán có xét đến ảnh hưởng của tải trọng ngang như gió hoặc động đất. Nghiên cứu này đánh giá các công thức tính toán khả năng chịu cắt của cột BTCT chữ nhật dựa trên bộ dữ liệu sưu tập gồm 735 thí nghiệm đã công bố.
Đặc trưng hình học, vật liệu và tải trọng tác dụng lên cột BTCT chữ nhật
Cột bê tông cốt thép (BTCT) là cấu kiện chịu lực cực kỳ quan trọng trong các công trình nhà cửa và cầu. Sự hư hỏng hay phá hoại của cột là nguyên nhân chính dẫn đến sụp đổ công trình. Khả năng chịu lực của cấu kiện nói chung và cột BTCT nói riêng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, có thể kể đến đó là kích thước hình học, chi tiết bố trí cốt thép, đặc trưng vật liệu và tải trọng tác dụng.
Có ba dạng phá hoại phổ biến của cột BTCT dưới tác dụng của tải trọng ngang, đó là phá hoại uốn, phá hoại cắt và phá hoại kết hợp uốn-cắt. Phá hoại uốn là khi sự suy giảm khả năng chịu lực ngang xuất hiện sau khi cốt thép dọc chảy dẻo do các biến dạng uốn như bê tông bảo vệ bị bong ra, cốt thép dọc bị oằn hoặc là bê tông phần lõi bị nén vỡ. Phá hoại cắt xảy ra khi sự suy giảm khả năng chịu tải trọng ngang xuất hiện trước cốt thép dọc bị chảy dẻo do các nguy cơ phá hoại cắt gây ra như vết nứt chéo trong cột.
Kiểu phá hoại kết hợp uốn-cắt xảy ra khi sự suy giảm khả năng chịu lực hình thành sau khi cốt thép dọc bị chảy dẻo nhưng vẫn có các nguy cơ phá hoại cắt. Một điều lưu ý rằng phá hoại cắt là dạng phá hoại không mong muốn khi thiết kế kết cấu BTCT và phải được chú ý để ngăn ngừa, đặc biệt là các công trình trong vùng có nguy cơ xảy ra động đất.
Bài báo đã trình bày và phân tích các công thức tính toán theo các tiêu chuẩn thiết kế và nghiên cứu trước đây. Một bộ số liệu lớn gồm 735 kết quả thí nghiệm cột BTCT tiết diện chữ nhật được sưu tập để đưa vào so sánh và đánh giá tính toán cường độ chịu cắt theo các công thức khác nhau. Các tham số thống kê sử dụng để đánh giá bao gồm hệ số xác định và sai số quân phương. Một số kết luận được rút ra như sau.
- Cường độ chịu cắt của cột BTCT không những phụ thuộc vào đặc trưng tiết diện ngang và vật liệu sử dụng, nó còn phụ thuộc vào khoảng cách cốt thép đai và lực dọc tác dụng lên cột.
- Một số công thức tính toán cường độ chịu cắt xét đến độ dẻo chuyển vị ngang của cột (μ). Ngoài các tham số về kích thước hình học của cột và vật liệu sử dụng, thì vai trò của hệ số phụ thuộc độ dẻo cũng như góc nén chéo do lực dọc cũng rất quan trọng, ảnh hưởng lớn đến kết quả tính toán cường độ chịu cắt của cột BTCT.
- Qua việc so sánh cường độ chịu cắt của cột theo kết quả thí nghiệm và các công thức có thể thấy rằng công thức của tiêu chuẩn Châu Âu EN 1998-1 (2004), tiêu chuẩn Canada CSA (2014), nghiên cứu Sezen-Moehle (2004) và TCVN 5574 (2018) cho kết quả thiên về an toàn và gần với thí nghiệm.
- Kết quả tính toán theo công thức ACI 318 (2014), FEMA 273 (1997) và Ascheim-Moehle (1992) có độ phân tán lớn hơn so với các công thức khác.
Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:
Buildata
