Nghiên cứu thực nghiệm sự phá hoại và biến dạng các nút khung bê tông cốt thép chịu động đất

KHOA H“C & C«NG NGHª<br /> <br /> <br /> Nghiên cứu thực nghiệm sự phá hoại và biến dạng<br /> các nút khung bê tông cốt thép chịu động đất<br /> Experimental study the failure and deformation of beam-column joint under earthquake load<br /> Nguyễn Lê Ninh, Võ Mạnh Tùng<br /> <br /> Tóm tắt 1. Phần mở đầu<br /> <br /> Các nút khung có vai trò hết sức quan Các nút khung có vai trò hết sức quan trọng, ảnh hưởng tới khả năng chịu lực và<br /> biến dạng của các khung bê tông cốt thép (BTCT) chịu động đất. Rất nhiều trường hợp<br /> trọng, ảnh hưởng tới phản ứng của<br /> phá hoại nút khung dẫn tới sự sụp đổ của cả hệ kết cấu đã được ghi nhận trong thực<br /> các khung bê tông cốt thép chịu động<br /> tế [2][3][4]. Trong vài thập niên gần đây, ứng xử của các nút khung BTCT dưới tác động<br /> đất. Ứng xử của chúng chịu ảnh hưởng<br /> động đất đã được các nhà nghiên cứu quan tâm nghiên cứu, nhưng một sự hiểu biết<br /> qua lại của cách thức phá hoại các đầu chung về vấn đề này vẫn chưa thật đầy đủ và đạt được sự đồng thuận giữa các nhà<br /> mút dầm, cột và sự tương tác phức tạp khoa học [8][9][10][11]. Theo quan điểm thiết kế kháng chấn hiện đại được cụ thể hóa<br /> giữa các cơ cấu cắt, bám dính và bó trong TCVN 9386:2012, vai trò của nút khung trong nguyên tắc thiết kế cơ bản “cột<br /> xảy ra trong một vùng có diện tích rất khỏe – dầm yếu” vẫn chưa được diễn đạt một cách rõ ràng và chủ yếu đảm bảo mục<br /> hạn chế. Để làm sáng tỏ cơ cấu chịu lực tiêu độ bền cho chúng.<br /> và biến dạng của các nút khung BTCT Trong bối cảnh đó, việc nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết về độ bền và độ dẻo<br /> được thiết kế kháng chấn đang và sẽ các nút khung ở các khung BTCT chịu động đất là hết sức cần thiết. Các kết quả nghiên<br /> tồn tại ở Việt Nam, các nghiên cứu thí cứu thực nghiệm sẽ làm sáng tỏ các dạng phá hoại cũng như quá trình phá hoại các nút<br /> nghiệm trên các mẫu tỷ lệ 1:1 đã được khung được thiết kế để chịu động đất ở Việt Nam hiện nay và trước đây; đánh giá được<br /> thực hiện. Nội dung bài này giới thiệu độ bền, độ dẻo, độ cứng, khả năng phân tán năng lượng của chúng cũng như một số<br /> các kết quả nghiên cứu về sự phá hoại yếu tố ảnh hưởng quyết định tới các đặc tính này.<br /> và biến dạng các nút khung, cũng như Các phần sau đây sẽ giới thiệu tới một số kết quả nghiên cứu thực nghiệm về sự<br /> các nguyên nhân gây ra các trạng thái phá hoại và biến dạng của các nút khung BTCT chịu động đất được thực hiện tại Phòng<br /> phản ứng này. thí nghiệm Nghiên cứu động đất – Viện Khoa học Công nghệ Xây Dựng (IBST) – Bộ<br /> Từ khóa: nút khung, thí nghiệm, động đất, Xây Dựng.<br /> bê tông<br /> 2. Thiết kế các mẫu thí nghiệm<br /> Để đánh giá được khả năng biến dạng, khả năng chịu lực, khả năng phân tán năng<br /> Abstract lượng và độ dẻo của các nút khung BTCT liền khối được thiết kế để chịu động đất<br /> Beam-column joints play an important đang tồn tại hiện nay ở Việt Nam, các mẫu thí nghiệm với tỷ lệ 1:1 được trích xuất từ<br /> role, affecting the earthquake response một khung phẳng của một nhà khung cao 3 tầng được thiết kế theo 3 phương án khác<br /> of reinforced concrete (RC) frames. Their nhau sau:<br /> behavior is influenced by the way in which - Mẫu NK1: theo TCVN 9386:2012<br /> they damage the beams, columns and the - Mẫu NK2: lực tác động xác định theo TCVN 9386:2012, nhưng tính toán và cấu<br /> complex interaction between the shear, tạo cốt thép theo TCVN 5574:2012<br /> bonding and confined mechanisms in a<br /> - Mẫu NK3: theo SP 14.13330.2014 của Liên Bang Nga<br /> limited zone. To clarify the force-bearing<br /> and deformation of the joint that are being Kích thước cơ bản và cấu tạo chi tiết các mẫu thí nghiệm được cho ở hình 1. Tổng<br /> designed under earthquake loading and hợp cấu tạo các mẫu thí nghiệm được cho ở bảng 1. Tính năng cơ lý của vật liệu chế<br /> tạo các mẫu thí nghiệm được cho ở bảng 2 và 3. Mẫu thí nghiệm đã được chế tạo tại<br /> will be available in Vietnam, experimental<br /> Phòng Thí nghiệm và Kiểm định Công trình – Trường Đại học Xây dựng.<br /> studies on 1:1 scale samples. This paper<br /> introduces the results of research on the 3. Quy trình chất tải và số liệu đo<br /> failure and deformation of the joints, as well Trên cơ sở sơ đồ biến dạng của khung dùng để trích xuất các mẫu thí nghiệm dưới<br /> as the causes of these behaviors. tác động tải trọng ngang, các mẫu thí nghiệm được dựng lắp và chất tải như trong hình<br /> Keywords: beam-column joint, 2 nhằm mô phỏng lại biến dạng xảy ra trong thực tế. Mẫu thí nghiệm được liên kết khớp<br /> experimental, earthquake, concrete cố định tại đầu cột dưới và khớp di động tại hai đầu dầm. Đầu trên của cột tự do, chịu<br /> tác động đồng thời của lực ngang đổi chiều theo chu kỳ và lực thẳng đứng không đổi<br /> bằng 300 kN được tạo ra qua một kích thủy lực thông tâm.<br /> Lịch sử quá trình chất tải ngang được cho ở hình 3, gồm hai giai đoạn: giai đoạn<br /> kiểm soát lực và giai đoạn kiểm soát chuyển vị. Ở giai đoạn kiểm soát lực, hai chu kỳ<br /> đầu 1 và 2 mẫu thí nghiệm chịu tác độnglực ngang V=0.75Vi=0.75 x 59.23=45 kN, trong<br /> PGS.TS. Nguyễn Lê Ninh đó Vi là độ bền lý tưởng của mẫu thí nghiệm dưới tác động ngang và đứng được xác<br /> Trường Đại học Xây dựng định từ các kích thước và đặc tính cơ lý của mẫu thí nghiệm. Mục đích củacác chu kỳ<br /> Email: nguyenleninh47@gmail.com<br /> chất tải này nhằm xác định chuyển vị chảydẻo ∆y và độ cứng thực tế Kt.nghiệm của các<br /> ThS. Võ Mạnh Tùng mẫu thí nghiệm.Ở giai đoạn kiểm soát chuyển vị, mẫu thí nghiệm chịu một sự gia tăng<br /> Trường Đại học Xây dựng dần chuyển vị cưỡng bức Δ tương ứng với độ dẻo chuyển vị ngang µ∆=∆/∆y,t.nghiem bắt<br /> Email: vo_manhtung@yahoo.com.vn<br /> đầu từ µ∆=1.5 (chu kỳ 3 và 4), tiếp đó là µ∆=2, 3, 4...; giữa các cặp chu kỳ giống nhau là<br /> <br /> <br /> <br /> 56 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG<br />  (a) mẫu NK1<br /> (b) mẫu NK3<br /> <br /> <br /> <br /> - Mẫu NK1: theo TCVN 9386:2012<br /> - Mẫu NK2: lực tác động xác định theo TCVN 9386:2012,<br /> nhưng tính toán và cấu tạo cốt thép theo TCVN 5574:2012<br /> - Mẫu NK3: theo SP 14.13330.2014 của Liên Bang Nga<br /> <br /> <br /> Hình 1. Cấu tạo các mẫu thí nghiệm<br /> (c) mẫu NK2<br /> Bảng 1. Cấu tạo các mẫu thí nghiệm<br /> Mẫu thí nghiệm NK1 NK2 NK3<br /> Cốt thép dọc của dầm As=A’s (nhóm AII) 3Φ16 3Φ16 3Φ16<br /> Hàm lượng cốt thép dầm ρd 0.52% 0.52% 0.52%<br /> Cốt thép dọc của cột(nhóm AII) 8Φ16 4Φ16 4Ф18<br /> Hàm lượng cốt thép cột ρc 1.48% 0.74% 0.94%<br /> Cốt đai dầm ρđd (nhóm AI) Φ6a125; a240 Φ6a140; a270 Φ6a140; a270<br /> Hàm lượng cốt đai dầm 0.18%; 0.09% 0.16%; 0.08% 0.16%; 0.08%<br /> Cốt đai cột ρđc (nhóm AI) Φ6a75,a177; Φ6a100,a187 Φ6a160; a240 Φ6a160, a240-<br /> Hàm lượng cốt đai cột 0.37%;0.16%; 0.28%;0.15% 0.1%; 0.07% 0.1%; 0.07%<br /> Cốt đai nút khung ρđn 6Φ6a75(D1); 6Φ6a75(D2) 3Φ6a160 3Φ6a160<br /> Hàm lượng cốt đai nút khung 0.37% 0.1% 0.1%<br /> Bảng 2. Các đặc trưng cơ lý của bê tông và cốt thép<br /> Bê tông Cốt thép<br /> Mẫu thí nghiệm NK1 NK2 NK3 Ф18 Ф16 Ф6<br /> fc lúc 28 ngày (MPa) 30 29 31 fy (MPa) 310 320 235<br /> Tuổi lúc thí nghiệm (ngày) 83 90 80 fu (MPa) 480 510 400<br /> fc lúc thí nghiệm (MPa) 31.5 32 31.7 Es(MPa) 2.1x105<br /> εc 0.0025 0.0025 0.0025<br /> Ec (MPa) 30000 30000 30000<br /> <br /> một chu kỳ trung gian ký hiệu 7, 10, 13... chịu một chuyển vị động ngang chuyển vị ngang ở đầu mút cột; biến dạng cắt<br /> cưỡng bức ứng với độ dẻo µ∆=0.75 nhằm để cho các mẫu thí của nút khung, biến dạng cắt và uốn của dầm và cột,biến<br /> nghiệm và các thiết bị thí nghiệm ổnđịnh trở lại sau các chu dạng của cốt thép tại các vùng tới hạn của dầm, cột và trong<br /> kỳ không đàn hồi lớn xảy ra trước đó (hình 3).Việc thực hiện nút khung... Sơ đồ bố trí các đầu đo LVDT (Linear Variable<br /> thí nghiệm được tiếp tục sau khi mẫu thí nghiệm mất 20% Differential Transformers) được thể hiện ở các hình 4 và<br /> khả năng chịu tải nhằm xác định khả năng biến dạng dẻo tối 5a,b, còn sơ đồ vị trí các phiến đo biến dạng (electrical strain<br /> đa của mẫu thử và nhận diện các nguyên nhân gây ra phá gauges) có độ giãn dài cao ở hình 5c và d.<br /> hoại hoặc mất khả năng chịu lực của mẫu thí nghiệm.<br /> 4. Sự phá hoại và nguyên nhân của các mẫu thí nghiệm<br /> Để đạt được mục tiêu thí nghiệm dự kiến, các số liệu sau<br /> đã được thu thập trong quá trình thí nghiệm ở mỗi cấp tăng 4.1. Sự phá hoại các mẫu thí nghiệm<br /> và dỡ tải trong mỗi chiều âm và dương của tải trọng:lực tác 4.1.1. Mẫu thí nghiệm NK1<br /> <br /> <br /> S¬ 28 - 2017 57<br />  KHOA H“C & C«NG NGHª<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Sơ đồ dựng lắp và chất tải các mẫu thí nghiệm<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Sơ đồ bố trí LVDT để đo biến dạng cắt của nút khung<br /> Hình 3. Lịch sử quá trình chất tải và của dầm<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a)b)c) Mẫu NK1 d) Mẫu NK2,3<br /> Hình 5. Vị trí LVDT đo chuyển vị xoay dầm, cột vàphiến đo biến dạng cốt thép<br /> <br /> Mẫu thí nghiệm NK1 được thiết kế theo TCVN 9386:2012, khoảng cách gần bằng nhau. Dưới tác động đổi chiều, các<br /> dựa trên sơ đồ phá hoại dẻo của khung: các khớp dẻo xuất khe nứt này giao nhau phân chia mặt nút khung thành các ô<br /> hiện trước hết ở dầm, phá hoại cắt xẩy ra sau phá hoại uốn hình quả trám.<br /> và nút khung là bộ phận bị phá hoại cuối cùng. Với nguyên 4.1.2. Mẫu thí nghiệm NK2<br /> tắc thiết kế này, tỷ số giữa mômen chảy dẻo lý thuyết của cột<br /> Mẫu thí nghiệm NK2 được thiết kế và cấu tạotheo TCVN<br /> và dầm ở mẫu NK1: Myi,c/Myi,d=1.29.Hình 6 là hình ảnh các<br /> 5574: 2012.Tỷ số Myi,c/Myi,d=1.02. Cốt đai vùng nút khung<br /> khe nứt ở cuối chu kỳ 19 lúc kết thúc thí nghiệm.<br /> tương tự như cốt đai đầu mút cột liền kề, với hàm lượng cốt<br /> Hình ảnh các khe nứt cho thấy: thép đai trong vùng nút khung ρwn=0.1%.Trong điều kiện này,<br /> • Các dầm hai bên mặt cột bị phá hoại uốn với các khe nguy cơ xẩy ra phá hoại (uốn và cắt), giữa dầm, cột và nút<br /> nứt thẳng góc hoặc gần thẳng góc với trục dầm, phân bố khung là hoàn toàn giống nhau.Hình 7 là hình ảnh các khe<br /> tương đối đều trên một đoạn chiều dài gần bằng 2hd (hd - nứt ở chu kỳ 17 lúc kết thúc thí nghiệm.Các hình này cho<br /> chiều cao tiết diện dầm). Khi tác động đổi chiều, các khe nứt thấy sự phá hoại ở vùng nút khung và xung quanh nút khung<br /> nối với nhau tạo nên các khe nứt thẳng góc chạy suốt chiều của mẫu NK2 hoàn toàn khác với mẫu NK1, với các đặc<br /> cao dầm. điểm cơ bản sau:<br /> • Các vùng cột trên và dưới nút khung, cũng xuất hiện các • So với mẫu NK1, các khe nứt uốn ở các dầm hai bên<br /> khe nứt uốn vuông góc với trục cột ở khoảng cách gần bằng nút khung xuất hiện ít hơn, trên một đoạn chiều dài nhỏ hơn<br /> nhau ở hai bên mặt cột do tác động đổi chiều. So với dầm, (gần bằng 1.5hd) và phần lớn không kéo dài để nối với các<br /> các khe nứt này có số lượng ít hơn, với bề rộng không lớn, khe nứt ở mặt đối diện. Bên cạnh đó xuất hiện nhiều khe nứt<br /> nằm rải rác trên một đoạn chiều dài cột bằng 1.5hc (hc - chiều xiên ở cả trên và dưới dầm.<br /> cao tiết diện cột). • Các khe nứt uốn ở cột trên và dưới nút xuất hiện rất ít<br /> • Vùng nút khung có một mạng lưới các khe nứt xiên và rất nhỏ, chiều dài không lớn và hầu như không mở rộng<br /> chạy song song với phương đường chéo của panô nút ở trong quá trình gia tải.<br /> <br /> <br /> 58 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG<br />  • Ở bốn góc của panô nút có nhiều khe nứt vuông góc và song song<br /> với phương đường chéo. Các khe nứt này giao nhau thành các ô dạng<br /> hình thoi, tập trung chủ yếu ở hai cạnh nút khung kế cận đầu mút dầm<br /> và không lan sâu vào vùng giữa nút. Do đó, một vùng rộng lớn hình quả<br /> trám nằm giữa nút hầu như còn nguyên vẹn, trong khi ở vùng mép của<br /> nút lại bị bóc tách rất mạnh thành hai dải bê thông thẳng đứng dọc theo<br /> cốt thép cột, chạy hết toàn bộ chiều cao nút và lan một phần sang cột.<br /> 4.1.3. Mẫu thí nghiệm NK3<br /> Mẫu thí nghiệm NK3 được thiết kế và cấu tạo hoàn toàn theo tiêu<br /> chuẩn thiết kế kháng chấn của Nga SP14.13330-2014 [5].Tỷ số: Myi,c/<br /> Myi,d=1.12. Hình 8 là hình ảnh các khe nứt khi kết thúc thí nghiệm ở chu<br /> kỳ14.Sơ đồ các khe nứt ở cả hai mẫu NK3 và NK2 nhìn chung tương đối<br /> Hình 6. Hình ảnh mẫu NK1 lúc kết thúc thí giống nhau, với một số điểm khác biệtsau đây:<br /> nghiệm - Chu kỳ 19 • Trong vùng nút khung của mẫu NK3, các khe nứt xiên ở cả hai<br /> phương lan sâu vào vùng lõi nút hơn nên diện tích vùng lõi nút có dạng<br /> hình quả trám không bị biến dạng nhỏ hơn mẫu NK2. Tuy các khe nứt<br /> xiên ở hai bên nút tập trung nhiều ở vùng kết cận đầu mút dầm như ở<br /> mẫu NK2, nhưng mẫu NK3 không bị chẻ dọc hai bên nút khung như<br /> mẫu NK2.<br /> • Các khe nứt uốn ở dầm và cột quanh nút khung xuất hiện nhiều hơn<br /> và mở rộng hơn so với mẫu NK2. Ở hai đầu dầm, nhiều khe nứt xiên<br /> xuất hiện ở mặt trên và dưới dầm như ở mẫu NK2.<br /> 4.2. Nguyên nhân phá hoại các mẫu thí nghiệm<br /> Vùng nút khung chịu hai loại tác động được kết hợp lại dưới một tên<br /> chung gọi là lực cắt nút:<br /> <br /> Hình 7. Hình ảnh mẫu NK2 khi kết thúc thí • Nén uốn bê tông do các dầm và cột gây ra tại các góc đối diện của<br /> nghiệm - Chu kỳ 17 nút (hình 9b);<br /> • Dòng lực cắt chạy dọc theo chu vi nút khung do các thanh cốt thép<br /> dọc dầm và cột gây ra thông qua các lực bám dính (hình 9c).<br /> Do đó,cơ cấu chịu lực của nút khung bao gồm dải chéo bê tông chịu<br /> nén bị giới hạn bởi các trục trung hòa ở các tiết diện đầu mút các dầm<br /> và cột (hình 9d)và cơ cấu dàn được tạo thành từ các cốt đai ngang, các<br /> thanh cốt thép trung gian của cột và các dải bê tông bị nén nằm giữa các<br /> khe nứt xiên (hình 9e).<br /> Như vậy, sự phá hoại nút khung có thể xảy ra do một hoặc nhiều “cơ<br /> cấu phụ” ở các hình 9d, e và f mất khả năng chịu lực. Hệ quả là có ba<br /> nguồn gây ra phá hoại nút khác nhau: phá hoại dải chéo bị nén,phá hoại<br /> do mất khả năng bám dính của cốt thép dọc theo các cạnh biên của nút<br /> và phá hoại do không có khả năng phát triển cơ cấu dàn có thể chịu kéo<br /> theo phương chéo do các thanh cốt thép dọc đi qua vùng lõi nút bị chảy<br /> Hình 8. Hình ảnh mẫu NK3 khi kết thúc dẻo quá sớm.<br /> thí nghiệm - Chu kỳ 14<br /> Sự phá hoại các nút khung mẫu NK2 và NK3 chưa được ghi nhận<br /> trong các tài liệu chuyên ngành, là sự kết hợp của ba nguồn phá hoại<br /> trên. Trên cơ sở các cơ cấu truyền lực và chịu lực trong vùng nút khung<br /> đã được đề cấp tới ở trên, nguyên nhân phá hoại các nút khung như sau:<br /> a) Sự huy động cơ cấu dàn vào chịu lực cắt nút phụ thuộc vào lực<br /> bám dính của cốt thép trong vùng nút khung. Để ngăn phá hoại sớm lực<br /> bám dính dưới tác động đổi chiều, bó bê tông vùng lõi nút là một biện<br /> pháp vô cùng quan trọng. Hiệu ứng bó bê tông vùng lõi nút được tạo ra<br /> qua các cốt đai và cốt thép cột trung gian. Mẫu NK1 có hiệu ứng bó bê<br /> tông lớn hơn nhiều so với hai mẫu còn lại. Điều này được chứng minh<br /> qua phân tích các số liệu về chuyển vị xoay các tiết diện dầm, cột và biến<br /> dạng chảy dẻo cốt thép của ba mẫu thí nghiệm.<br /> Mối quan hệ lực cắt tầng V – chuyển vị ngang ∆ của các mẫu thí<br /> nghiệm được thể hiện trong các hình 10a,b và c cho thấy các vòng trễ<br /> của cả 3 mẫu thí nghiệm theo hai chiều chất tải có dạng gần đối xứng.<br /> Tất cả các đường cong trễ đều thể hiện một sự bó hẹp với các mức độ<br /> khác nhau ở các mẫu thí nghiệm. Mẫu NK1 có sự bó hẹp nhỏ và ngắn<br /> nhất, còn mẫu NK3 bị bó hẹp nhiều nhất. Vùng bó hẹp này bắt đầu xuất<br /> hiện khi độ dẻo µΔ=2 ở mẫu NK1, còn ở các mẫu NK2 và NK3 xuất hiện<br /> Hình 9. Các tác động lên nút khung trong<br /> sớm hơn ở đội dẻo chuyển vị µΔ=1.5. Nguyên nhân của sự bó hẹp các<br /> và cơ cấu chịu lực tương ứng<br /> <br /> <br /> S¬ 28 - 2017 59<br />  KHOA H“C & C«NG NGHª<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a) Mẫu NK1 b) Mẫu NK2 c) Mẫu NK3<br /> Hình 10. Quan hệ lực cắt tầng V – chuyển vị ngang ∆<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a) Mẫu NK1 b) Mẫu NK2 c) Mẫu NK3<br /> Hình 11. Quan hệ mômen uốn – chuyển vị xoay θ của dầm tại tiết diện cách mặt cột phải 50mm<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 12. Quan hệ CV xoay tại tiết diện cột cách mặt<br /> trên dầm 100 mmvà độ dẻo µ∆ Hình 13. Bố trí LVDT đo biến dạng cắt<br /> <br /> vòng trễ là do trượt và chảy dẻo cốt thép dọc trong dầm. Điều (ii) Biến dạng của các cột quanh nút khung.<br /> này cho thấy cốt thép dọc của dầm ở các mẫu NK2 và NK3 Các phiến đo biến dạng gắn trên cốt thép cột cho thấy:<br /> bị mất lực bám dính sớm hơn và bị chuyển vị trượt lớn hơn. cốt thép ở mặt phải cột mẫu NK1 bắt đầu chảy dẻo ở chu kỳ<br /> (i) Biến dạng của các dầm quanh nút khung. 8, riêng tại vị trí ngang trục dầm ở chu kỳ 12, còn ở mẫu NK2<br /> Các hình 11a, b và c biểu diễn mối quan hệ giữa mômen và NK3 bắt đầu chảy dẻo khá sớm ở chu kỳ 5, riêng tại vị trí<br /> uốn của dầm tại mặt cột và chuyển vị xoay tiết diện dầm ở ngang trục dầm không bị chảy dẻo. Điều này chứng tỏ rằng<br /> khoảng cách 50 mm kể từ mặt cột bên phải. Các biểu đồ cốt thép cột mẫu NK1 đã phát triển được biến dạng dẻo khá<br /> này cho thấy, ở các chu kỳ chất tải cuối cùng trước khi kết tốt, trong khi ở các mẫu NK2 và NK3 chỉ phát triển được biến<br /> thúc thí nghiệm, chuyển vị xoay θb của dầm thuộc mẫu NK1 dạng dẻo ở vị trí chân cột, ngang mép trên và dưới dầm.<br /> có một sự gia tăng rất lớn (hình 11a). Nguyên nhân là hiệu Ứng xử này của cốt thép cột trong vùng nút khung đã<br /> ứng bó bê tông đã làm cho cốt thép dọc dầm đi qua vùng nút được phản ánh lại ở hình dạng các đường cong trong hình<br /> khung của mẫu NK1 bị bó chặt, không mất lực bám dính và 12. Ở mẫu NK1, chuyển vị xoay θc của cột nhỏ và ổn định<br /> trượt nên đã có thể phát triển biến dạng chảy một cách đầy gần như tuyến tính cho tới khi cốt thép cột tại vị trí ngang cốt<br /> đủ, trong khi đó ở các mẫu NK2 và NK3 cốt thép dọc không thép dọc dầm bắt đầu bị chảy dẻo ở cấp dẻo μΔ=3 (chu kỳ<br /> thể phát triển biến dạng chảy đầy đủ do bị mất lực bám dính 8). Sau đó, chuyển vị xoay θc gia tăng phi tuyến nhưng nhỏ<br /> sớm và bị trượt. Các phiến đo biến dạng gắn trên cốt thép hơn nhiều hai mẫu còn lại. Đối với các mẫu NK2 và NK3, cho<br /> dầm cũng cho thấy, ở mẫu NK1 cốt thép dọc dầm bắt đầu tới khi cốt thép cột tại vị trí ngang cốt thép dầm bị chảy dẻo<br /> chảy dẻo ở chu kỳ 3 tại các vị trí gần mặt cột, riêng tại vị trí ở cấp dẻo μΔ=2 (chu kỳ 5), chuyển vị xoay θc của cột có độ<br /> ngang trục cột không bị chảy hoặc bị chảy muộn hơn ở chu lớn tương tự như ở mẫu NK1,sau đó gia tăng phi tuyến. Như<br /> kỳ 9 (chiều âm), 11 (chiều dương), trong khi ở các mẫu NK2 vậy, các cốt thép cột ở mẫu NK2 và NK3 không thể phát triển<br /> và NK3 cốt thép dọc dầm bắt đầu chảy dẻo ở chu kỳ 3 tại các được biến dạng dẻo một cách đầy đủ như ở mẫu NK1. Điều<br /> vị trí gần mặt cột, nhưng tại vị trí ngang trục cột bị chảy dẻo này cho thấy, chuyển vị xoay của các cột ở các mẫu NK2 và<br /> khá sớm ở chu kỳ 3 và 6 (NK2) và ở chu kỳ 5 và 3 (NK3). NK3 không phải là một chuyển vị xoay dẻo hoàn toàn như ở<br /> <br /> <br /> 60 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG<br />  a) Mẫu NK1 b) Mẫu NK2<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> c) Mẫu NK3<br /> Hình 14. Lực cắt tầng – biến dạng cắt nút Hình 15. Quan hệ biến dạng cắt γ của nút khung – độ<br /> dẻo µ∆<br /> <br /> mẫu NK1 mà là một dạng tổng hợp gồm chảy dẻo cốt thép, được đo bằng bốn đầu đo LVDT lắp theo các phương đường<br /> biến dạng kéo - nén bê tông và dãn dài cốt thép tương tự như chéo của pano nút khung (xem hình 4a và 13). Độ lớn của<br /> trường hợp biến dạng dầm. biến dạng cắt của nút khung được xác định theo phương<br /> Như vậy có thể thấy rằng nút khung của mẫu NK1 có khả trình:<br /> năng khởi động được cơ cấu dàn trong khi các nút khung ∆1 + ∆ 2<br /> mẫu NK2 và NK3 không có khả năng này. Các khe nứt xiên γ tb =<br /> D sin 2θ (1)<br /> do kéo trong vùng nút khung của hai mẫu NK2 và NK3 không<br /> thể hình thành, thay vào đó chúng vẫn tiếp tục bị nén ở các trong đó: D – chiều dài đường chéo panô nút khung trước<br /> góc do chuyển vị xoay ở đầu các mút dầm và cột gây ra (hình khi biến dạng (khoảng cách giữa hai điểm gắn LVDT theo<br /> 7và hình 8). phương đường chéo); tanθ = b/h với b và h tương ứng là<br /> b) Khi gia tăng các chu kỳ chất tải không đàn hồi,vai trò khoảng cách giữa các điểm gắn LVDT theo phương ngang<br /> của dải nén chéo (hình 9d) bị suy giảmvà làm tăng sự góp và đứng. Các hình 14a, b và c thể hiện các đường cong biểu<br /> phần của cơ cấu dàn (hình 9e) vào việc truyền lực cắt nút diễn mối quan hệ giữa lực cắt tầng V và biến dạng cắt γ.<br /> ngang. Cho tới chu kỳ 4, hình ảnh khe nứt của cả ba mẫu thí Các hình này cho thấy, mẫu NK1 có biến dạng cắt γ nhỏ<br /> nghiệm rất giống nhau, biểu thị cùng một loại ứng xử đó là nhất và thay đổi đều và ổn định, trái ngược mẫu NK2 và<br /> ứng xử nén uốn của các dầm và cột vào nút khung ở các chu NK3. Hình 14b,c cho thấy nút khung NK2, NK3 trong hai chu<br /> kỳ không đàn hồi đầu tiên, trước khi bắt đầu huy động cơ cấu kỳ đầu tiên biến dạng nhỏ, nhưng sau đó xảy ra biến dạng<br /> dàn. Khi gia tăng các chu kỳ chất tải trong miền không đàn tương đối đột biến.<br /> hồi, nút khung NK1 bị nén uốn ở mức độ nhỏ hơn, do dầm và Quan hệ giữa biến cắt γ của nút khung và độ dẻo chuyển<br /> sau đó là cột bị biến dạng dẻo uốn, trong khi các nút khung vị μΔ được cho trong các hình 15, cho thấy một sự khác nhau<br /> mẫu NK2 và NK3 chịu nén cục bộ gia tăng từ các dầm và cột rất lớn về độ lớn của biến dạng cắt của các nút khung được<br /> bị chuyển vị xoay lớn do cốt thép bị mất lực bám dính và do thiết kế theo các cách khác nhau. Nút khung ở mẫu NK1<br /> bê tông nút bị bó yếu không đủ khả năng truyền lực nén chéo được thiết kế theo một tiêu chuẩn thiết kế hiện đại, rất coi<br /> vào sâu vào trong lõi nút. trọng việc bảo đảm độ cứng, độ bền và độ dẻo cho các nút<br /> c)Sự bóc tách các mảng bê tông lớn chạy dọc theo cốt khung, khác NK2, NK3 chỉ quy định vùng nút khung được<br /> thép cột ở hai bên nút khung của mẫu NK2 (hình 7) là sự cấu tạo cốt thép như trong các cột liền kề. Biến dạng cắt nút<br /> kết hợp của ba tác động: sự mở rộng khe nứt tại tiết diện của hai mẫu thí nghiệm này có tính phi tuyến mạnh hơn so<br /> tiếp xúc giữa dầm và cột do dầm bị chuyển vị xoay khi cốt với mẫu NK1.<br /> thép dầm bị chảy dẻo và mất lực bám dính, các vùng biên Riêng đối với hai mẫu NK2 và NK3 điểm khác biệt duy<br /> của panô nút khung bị chuyển vị xoay của cột và đặc biệt là nhất là đường kính cốt thép dọc cột làm cho tỷ số độ bền uốn<br /> dầm quanh nút ép vỡ cục bộ, cốt thép cột đi qua nút khung bị cực hạn của cột và dầm ở mẫu NK2 bằng Myi,c/Myi,d=1.02<br /> uốn cục bộ (bị oằn) ra ngoài nút do mất lực bám dính và do trong khi ở mẫu NK3bằng Myi,c/Myi,d=1.12. Như vậy, việc gia<br /> khoảng cách giữa các cốt đai quá lớn không đủ tạo ra hiệu tăng tỷ số Myi,c/Myi,d ở mẫu NK3 có vẻ là một điều kiện làm<br /> ứng bó cốt thép cột. gia tăng biến dạng nút khi nút không được cấu tạo bó một<br /> 5. Biến dạng cắt của nút khung cách phù hợp.<br /> Dưới các tác động do dầm và cột truyền tới, nút khung bị (xem tiếp trang 82)<br /> biến dạng cắt. Biến dạng cắt biểu thị độ cứng của nút khung,<br /> <br /> <br /> S¬ 28 - 2017 61<br />