Tuyn tp Hi ngh Khoa hc thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
223
PHƯƠNG PHÁP ĐƠN GIẢN XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ TƯƠNG TÁC
M-N CHO CỘT LIÊN HỢP THÉP-BÊ TÔNG THEO EC4
Bùi Sĩ Mười
Trường Đại hc Thy li, email: muoibs@tlu.edu
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Cột liên hợp thép - tông (CLH) một
trong những cấu kiện chịu lực chính trong các
công trình xây dựng. Việc xác định chính xác
khả năng chịu lực của CLH rất phức tạp do
các nguyên nhân sau: (i) nhiều dạng tiết
diện cột liên hợp với hình dạng và sự làm việc
khác nhau (Hình 1); (ii) sự tham gia làm
việc “liên hợp đồng thời của cốt thép, thép
kết cấu, tông. Hiện nay một số phương
pháp xác đnh biu đ tương tác M-N ca
CLH như phương pháp Wakabayashi, phương
pháp Roik-Bergmann, các phương pháp theo
tiêu chuẩn Châu Âu EC4 tiêu chuẩn Hoa
Kỳ NSI/AISC 360-05... Trong đó, phương
pháp đơn giản trình y trong EC4 tính
ứng dụng thực tiễn cao. Trong bài báo này,
tác giả sẽ trình bày các nội dung chính của
phương pháp đơn giản xác định biểu đồ tương
tác M-N của CLH. Đồng thời, bài báo khảo
sát sự thay đổi một số thông số của vật liệu để
so sánh khả năng chịu lực của CLH, từ đó làm
căn cứ cho việc thiết kế, lựa chọn và bố trí vật
liệu một cách phù hợp đối với tiết diện CLH.
Hình 1. Mt s dng tiết din ct liên hp
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Khả năng chịu lực của cột liên hợp được
xác định dựa trên những giả thiết sau đây [1]:
(i) Cột liên hợp tiết diện không đổi
có hai trục đối xứng;
(ii) Sự làm việc liên hợp giữa thép kết cấu,
cốt thép và bêtông được coi là hoàn toàn;
(iii) Tiết diện ngang của cột luôn luôn phẳng
trong quá trình làm việc của CLH;
(iv) Đảm bảo các yêu cầu về cấu tạo và ổn
định cục bộ của thép kết cấu.
Mục tiêu của việc thiết lập biểu đồ tương
tác M-N của CLH theo phương pháp đơn
giản cần xác định các điểm đặc biệt trên
đường cong: 4 điểm A, B, C, D (Hình 2).
Hình 2. Biu đồ tương tác M-N theo EC4
Dựa vào đặc điểm trạng thái ứng suất của
tiết din (Hình 3) có th xác đnh đưc kh
năng chịu lực của tiết diện tại các điểm A, B,
C, D như sau [1]:
* Điểm A đặc trưng cho khả năng chịu nén:
,AplRd
NN
, 0
A
M
,
p
l Rd a yd s sd c cd
NAfAfAf

* Điểm D mô men uốn lớn nhất:
,
0,5 0,5
D
pm Rd c cd
NN Af
max, 0,5
Rd pa yd ps sd pc cd
Wf Wf W f

* Điểm B đặc trưng cho khả năng chịu uốn:
0
B
N
, .max, ,BplRd RdnRd
MM M M

Tuyn tp Hi ngh Khoa hc thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
224
* Điểm C cùng khả năng chịu uốn như
B nhưng có lực nén thỏa mãn điều kiện:
..
,
CpmRdccdC plRd
NN AfMM

trong đó:
Aa, As, Ac lần lượt diện tích tiết diện của
thép kết cấu, cốt thép, bê tông;
fyd, fsd, fcd tương ứng cường độ tính toán
thép kết cấu, cốt thép, bê tông;
Wpa, Wps, Wpc lần lượt men kháng
uốn dẻo của thép kết cấu, cốt thép, bê tông;
Mn,Rd khả năng chịu uốn của tiết diện
trong phạm vi 2hn;
là hệ số,
= 0,85.
a) Trng thái ng sut ti đim A
b) Trng thái ng sut ti đim B
c) Trng thái ng sut ti đim C
d) Trng thái ng sut ti đim D
Hình 3. Trng thái ng sut tiết din CLH
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Tiến hành tính toán vẽ biểu đồ tương
tác cho 2 loại CLH điển hình: cột ống thép
nhồi tông cột được bọc hoàn toàn với
thép kết cấu tiết diện H (Hình 4). Kích
thước tiết diện của các CLH được lựa chọn
theo tiêu chí: (i) cùng diện tích tiết diện
ngang A; (ii) cùng diện tích tiết diện thép
kết cấu Aa; (iii) cùng diện tích tiết diện
tông Ac; (iv) cùng đường kính và số lượng
thanh cốt thép (10 thanh).
Hình 4. Chi tiết cu to các tiết din CLH
được kho sát
Các tham số vật liệu được khảo sát bao
gồm cấp độ bền của tông, nhóm thép kết
cấu và đường kính cốt thép.
Bảng 1. Các tham số được khảo sát
Trườn
g
hợp Thông số không đổi Tham số
khảo sát
TH1
- Cốt thép nhóm CB400-
V; Thép kết cấu nhóm
S275
Thay đổi
cấp độ bền
của bê tông
TH2 - Cốt thép nhóm CB400-
V; Bê tông nhóm B30
Thay đổi
nhóm thép
kết cấu
TH3
- Cốt thép nhóm CB400-
V; Bê tông nhóm B30;
Thép kết cấu nhóm S275
Thay đổi
đường kính
cốt thép
Kết quả khảo sát cho thấy cả hai loại tiết
din CLH đều tăng khảng chịu lực (M, N)
tại các điểm A, C, D khi tăng cấp độ bền
tông. Trong khi đó, tại điểm B, giá trị
men uốn M tăng không đáng kể (Hình 5).
Đối với trường hợp khi tăng cường độ thép
kết cấu đường kính cốt thép: kết quả cho
thấy khả năng chịu lực của hai loại tiết diện
tăng đáng kể. Tuy nhiên, mức độ tăng tại
từng vị trí cũng không đồng đều. Tại điểm A,
lực dọc tăng lớn nhất 26,3%. Trong khi tại
điểm D, men tăng lớn nhất 36,1%
lực dọc gần như không thay đổi (Hình 6, 7).
Tuyn tp Hi ngh Khoa hc thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
225
a) Trường hp ct tiết din tròn
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 200 400 600 800 1000 1200
N(kN)
M(kNm)
B25
B30
B35
B40
b) Trường hp ct tiết din vuông
Hình 5. Biu đồ tương tác M-N
khi thay đổi cp độ bn bê tông
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0 400 800 1200 1600
M(kNm)
N(kN)
S23
5
S27
5
a) Trường hp ct tiết din tròn
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
N(kN)
M(kNm)
S235
S275
S355
S460
b) Trường hp ct tiết din vuông
Hình 6. Biu đồ tương tác M-N
khi thay đổi nhóm thép kết cu
a) Trường hp ct tiết din tròn
b) Trường hp ct tiết din vuông
Hình 7. Biu đồ tương tác M-N
khi thay đổi đường kính ct thép thường
4. KẾT LUẬN
Nghiên cứu cũng đã khảo sát ảnh hưởng
của các tham số vật liệu đến khả năng chịu
lực của hai loại tiết diện CLH dựa trên
phương pháp đã trình bày. Kết quả khảo sát
cho thầy ảnh hưởng các tham số vật liệu lên
hai loại tiết diện là khá tương đồng. Việc tăng
cấp độ bền tông, nhóm thép kết cấu,
đường kính cốt thép làm tăng đáng kể khả
năng chịu lực của CLH. Tuy nhiên, mức độ
và đối tượng chịu ảnh hưởng của các tham số
khác nhau. Trong đó, việc lựa chọn tiết
diện nhóm kết cấu thích hợp đóng vai trò
quan trọng nhất, đặc biệt trong việc tăng khả
năng chịu mô men uốn của tiết diện CLH.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] European Committee for standardization,
Eurocode 4: EN 1994 - Desing of composite
steel and concrete structures: Part 1 - 1:
General rules and rules for buildings, 2004.