Tải bản đầy đủ

Tính toán chịu lực cho giải pháp khoan và neo cấy bu long vào bê tông theo tiêu chuẩn Châu Âu

Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2019. 13 (4V): 103–114

TÍNH TOÁN CHỊU LỰC CHO GIẢI PHÁP KHOAN VÀ NEO CẤY
BU LONG VÀO BÊ TÔNG THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU
Vũ Ngọc Tâma , Hoàng Khánh Sơna , Amol Singha , Nguyễn Trường Thắngb,∗
a

Công ty TNHH Hilti Việt Nam, Tầng 7 Tòa nhà Ford Thăng Long, 105 Láng Hạ, Hà Nội, Việt Nam
b
Khoa Xây dựng dân dụng và công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng,
số 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam
Nhận ngày 14/08/2019, Sửa xong 10/09/2019, Chấp nhận đăng 10/09/2019

Tóm tắt
Khoan và neo cấy bu long vào bê tông để liên kết các vật thể kiến trúc, bộ phận kết cấu và thiết bị cơ điện với
kết cấu chịu lực chính của công trình là một giải pháp thường gặp trên thực tế. Hiện nay ở Việt Nam chưa có
tiêu chuẩn chính thức và quy trình công nghệ trong khi còn có ít thông tin của các nước tiên tiến trên thế giới
cho việc tính toán loại liên kết này. Bài báo này tổng hợp và giới thiệu hệ thống tiêu chuẩn châu Âu gồm tiêu
chuẩn thiết kế, tiêu chuẩn về kiểm định sản phẩm, chứng chỉ sản phẩm, nguyên lý tính toán dựa trên các dạng
phá hoại cần phải tránh được quy định trong tiêu chuẩn và một số ví dụ thực tế để minh họa cho quy trình thiết
kế hệ thống liên kết khoan neo cấy. Kết quả cho thấy cùng với cường độ của từng bu long, sự toàn vẹn của bê

tông dưới tác động của cả cụm bu long cũng là một yếu tố quan trọng khi kiểm tra khả năng chịu lực của cả hệ
thống khoan cấy. Bên cạnh đó, chiều sâu neo bu long vào bê tông cũng cần được tính toán sao cho vừa đảm bảo
an toàn chịu lực, vừa hợp lý về kinh tế mà không nên chọn cố định theo một thông số kinh nghiệm.
Từ khoá: chịu lực; khoan cấy; bu long; bê tông; tiêu chuẩn châu Âu.
LOAD BEARING CALCULATION FOR POST-INSTALLED ANCHOR SOLUTION OF BOLTS INTO
CONCRETE TO THE EUROCODES
Abstract
Post-installed anchor of bolts into concrete is a sufficient load bearing solution in practice to connect architectural objects, sub-structures and MEP equipments to main building structures. So far, there have been limited
official design standard and specification as well as information of modern international ones for this solution
in Vietnam. This article summarizes and introduces the Eurocodes system including design standard, product
specification, product certificates, calculation pricinples based on failure criterion specified in the code, and
a number of case studies to illustrate the design procedure for this combined system. It is shown that together
with each bolt’s strength, the concrete integrity under the actions of the whole group of bolts also plays an
important role in the load bearing capacity of the connection. Besides, the anchorage length into concrete of
the bolts shall be determined based on both safety and economical requirements instead of using an experiential
parameter.
Keywords: load bearing; post-installed anchor; bolt; concrete; Eurocodes.
https://doi.org/10.31814/stce.nuce2019-13(4V)-10 c 2019 Trường Đại học Xây dựng (NUCE)

1. Giới thiệu
Hiện nay có hai giải pháp chính để liên kết các vật thể kiến trúc (các biển báo, tay vịn lan can,
mặt dựng nhôm kính của nhà cao tầng. . . ), các hệ kết cấu (cấu kiện dầm, dàn thép, mái che khu vực


Tác giả chính. Địa chỉ e-mail: thangnt2@nuce.edu.vn (Thắng, N. T.)

103


Tâm, V. N., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

sảnh. . . ), đặt và treo thiết bị cơ điện (thang tời, thang máy, máng cáp. . . ) vào kết cấu bê tông chịu lực
của công trình. Giải pháp thứ nhất là đặt chờ bu long neo sẵn trước khi đổ bê tông. Phương án này phụ
thuộc nhiều vào điều kiện hiện trường cũng như trình độ thi công và thường dẫn tới sai sót phải chỉnh
sửa trên công trường do bu long không được định vị và gá lắp một cách chính xác. Giải pháp thứ hai
là khoan và neo cấy bu long (gọi tắt là khoan cấy) sau khi bê tông đã đông cứng nên có thể khắc phục
nhược điểm nêu trên một cách hiệu quả. Đây là một quy trình công nghệ đã được phát triển lâu năm
tại một số nước tiên tiến trên thế giới và đang được áp dụng ngày càng rộng rãi ở Việt Nam.
Do các hạng mục kiến trúc, kết cấu và cơ điện được liên kết đều có trọng lượng lớn và chịu tác
động thường xuyên của môi trường trong suốt vòng đời của công trình, nên việc thiết kế đảm bảo an


toàn chịu lực cho liên kết khoan cấy bu long vào bê tông là hết sức cần thiết. Trên thực tế hiện nay, ở
Việt Nam thường áp dụng một quy trình đơn giản, đó là: (i) Tính toán lực tác dụng lên từng bu long;
(ii) Tra cứu catalogue và sổ tay của các nhà sản xuất để lựa chọn bu long và loại keo; và (iii) Kiểm
chứng thiết kế bằng thí nghiệm kéo thử tải trực tiếp hiện trường để xác nhận giá trị chịu lực giới hạn
của từng bu long. Như vậy, một số yếu tố quan trọng như các điều kiện hình học, tải trọng và các điều
kiện đặc biệt khi làm việc dài hạn đã có thể không được kể tới. Trong một số trường hợp, do các tiêu
chuẩn quốc gia hiện hành về thiết kế bê tông cốt thép TCVN 5774:2018 [1] và thiết kế hệ thống kết
cấu thép TCVN 5575:2012 [2] chưa đề cập đến thiết kế và tính toán cho trường hợp neo bu long bằng
khoan cấy sau, nên chiều sâu neo cho bu long được lựa chọn cố định theo một giá trị kinh nghiệm, có
thể dẫn tới những rủi ro hoặc không an toàn chịu lực, hoặc không hợp lý về kinh tế và điều kiện thi
công.
Hiện nay, tại Việt Nam đã có một số giải pháp liên kết khoan cấy của các nước tiên tiến trên thế
giới (như châu Âu và Hoa Kỳ), đi kèm với một hệ thống thiết kế đầy đủ theo các tiêu chuẩn quốc tế.
Tuy nhiên, những tiêu chuẩn này cần được hiểu và áp dụng một cách đúng đắn. Bài báo này giới thiệu
hệ thống tiêu chuẩn đầy đủ cho việc thiết kế các sản phẩm khoan cấy theo tiêu chuẩn mới nhất của
châu Âu EN 1992-4 [3–5] và thông qua một số ví dụ thực tế để giới thiệu một số trường hợp phá hoại
cần được dự báo nhằm làm rõ hệ thống cấu trúc và nguyên lý tính toán thiết kế của tiêu chuẩn châu
Âu. Việc phân tích một hệ thống tiêu chuẩn hoàn chỉnh và được sử dụng rộng rãi như tiêu chuẩn thiết
kế của châu Âu có thể được tham khảo cho công tác soạn thảo tiêu chuẩn thiết kế tương ứng của Việt
Nam phù hợp với hệ thống tiêu chuẩn quốc tế.
2. Hệ thống tiêu chuẩn châu Âu cho liên kết khoan neo cấy
2.1. Các tiêu chuẩn thiết kế, chứng chỉ và tài liệu đánh giá chỉ tiêu kỹ thuật
Tại châu Âu, tiêu chuẩn thiết kế khoan cấy bu long đã được xây dựng trong 30 năm và phát triển
cùng với một hệ thống tiêu chuẩn chung và thống nhất, từ một bản hướng dẫn địa phương trở thành
tiêu chuẩn bắt buộc cho các quốc gia trong Liên minh châu Âu. Năm 1989, tài liệu CPD (Construction
Products Directive) [6] thiết đặt bộ khung cho hệ thống quy định về sản phẩm xây dựng tại liên minh
châu Âu. Năm 2011, tài liệu này được thay thế bởi định chế sản phẩm xây dựng CPR (Construction
Products Regulation) [7] (Hình 1).
Năm 2018, tiêu chuẩn cho khoan cấy bu long vào bê tông nằm trong phần 4 của EC2 [3–5] được
hoàn thiện, đánh dấu một sự thay đổi quan trọng. Trước đó, tất cả các tài liệu hướng dẫn thiết kế và
kiểm định khoan cấy đều do Tổ chức kiểm định kỹ thuật của châu Âu (EOTA) xuất bản và chỉ được
coi là các tài liệu mang tính định hướng, hướng dẫn chứ không có tính chất bắt buộc áp dụng trong
các nước thành viên như tiêu chuẩn EC2. Bộ tiêu chuẩn EC2-4 được chia thành năm phần: Phần 1 đề
cập các yêu cầu chung cho các loại thiết kế neo cấy trong bê tông; Phần 2 và 3 đề cập đến thiết kế của
104


châu Âu. Năm 1989, tài liệu CPD (Construction Products Directive) [7] thiết đặt bộ
hướng dẫn địa phương trở thành tiêu chuẩn bắt buộc cho các quốc gia trong Liên minh
khung cho châu
hệ thống
quy
định
xây dựng
tại liên
minh[7]châu
Âu.bộNăm 2011,
Âu. Năm
1989,
tài về
liệusản
CPDphẩm
(Construction
Products
Directive)
thiết đặt
hệ thống
quy định
sản phẩm
xây dựng
tại liên
minh
châu(Construction
Âu. Năm 2011, Products
tài liệu nàykhung
đượccho
thay
thế bởi
địnhvềchế
sản phẩm
xây
dựng
CPR
tài
liệu
này
được
thay
thế
bởi
định
chế
sản
phẩm
xây
dựng
CPR
(Construction
Products
Regulation) [8] (Hình 1).
N., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng
Regulation) [8]Tâm,
(HìnhV.1).

Hình1.1.Lịch
Lịchsử
sửphát
pháttriển
triển chung
chung của
của tiêu
tiêu chuẩn
Hình
chuẩn châu
châu Âu
Âu [9]
[8]
Năm 2018, tiêu chuẩn cho khoan cấy bu long vào bê tông nằm trong phần 4 của
EC2
[4,5,6]
được
hoàn
một ra
sự hướng
thay đổidẫn
quanthiết
trọng.
đó, tất
cả bu
cáclong cơ học
các loại bu long được đặt
chờ
và thiện,
Phầnđánh
4 vàdấu
5 đưa
kếTrước
cho các
loại
Hình
1. Lịch
sửkếphát
triển
chung
củađều
tiêu
chuẩn
châu
Âukỹ[9]
tài
liệu
hướng
dẫn
thiết

kiểm
định
khoan
cấy
do
Tổ
chức
kiểm
định
thuật
và bu long hóa chất khoan cấy sau [4, 5]. Cùng với đó, các tài liệu về phương pháp thiết kế, chứng chỉ
châu
Âu (EOTA)

được
coi là
cáccác
tài chỉ
liệu tiêu
mangđánh
tính giá
địnhđược
hướng,
thể hiện
đặc của
tính
kỹ tiêu
thuật
của vậtxuất
liệubản

tàichỉ
liệu
hướng
dẫn
tổphần
chức thành
Năm
2018,
chuẩn
cho
khoan
cấy
bu
long
vào

tông
nằm
trong
4 của
chứ không có tính chất bắt buộc áp dụng trong các nước thành viên như tiêu
một hệ thốnghướng
thốngdẫn
nhất
bao gồm: (i) EAD (European Assessment Document): cung cấp các tiêu chí
EC2 [4,5,6]chuẩn
được
hoàn
thiện,
đánh
dấu
một
sự thay
đổi
đó, tất cả các
Bộ tiêu
chia thành
phần:quan
Phần 1trọng.
cập Trước
các yêu cầu
cần phải đánh
giá EC2.
của vật
liệuchuẩn
thiết EC2-4
kế và được
đưa ra
phươngnăm
pháp
kiểm
địnhđềcác
sản
phẩm của các nhà
chung
cho
các
loại
thiết
kế
neo
cấy
trong

tông;
Phần
2

3
đề
cập
đến
thiết
kế
của
tài liệu
dẫntheo
thiết
và kiểm
định(ii)
khoan
đều doTechnical
Tổ chứcAssessment):
kiểm định cung
kỹ thuật
sản
xuất hướng
khác nhau
mộtkếthước
đo chung;
ETA cấy
(European
cấp
các loại bu long được đặt chờ và Phần 4 và 5 đưa ra hướng dẫn thiết kế cho các loại bu
các
thông
tin
số
liệu
về
đặc
tính
sản
phẩm

được
từ
phương
pháp
thí
nghiệm
của
EDA;

(iii)
EN
của châu Âu
(EOTA) xuất bản và chỉ được coi là các tài liệu mang tính định hướng,
long cơ học và bu long hóa chất khoan cấy sau [5,6]. Cùng với đó, các tài liệu về phương
1992-4 (EC2-4) [3–5]: cung cấp phương pháp thiết kế cho khoan cấy truyền lực từ thép sang bê tông.
hướng dẫnpháp
chứthiết
không
có tính
chất
dụng
trong
các
nước
thành
viên như tiêu
kế, chứng
chỉ thể
hiệnbắt
đặc buộc
tính kỹáp
thuật
của vật
liệu và
tài liệu
hướng
dẫn các
Khi hệ thống tài liệu cơ sở trong tính toán thiết kế được chuyển đổi sang hệ thống mới phù hợp với
chỉ tiêutiêu
đánh
giá được
tổ chức
thành
mộtthành
hệ thống thống
nhất Phần
bao gồm:
EADcác yêu cầu
chuẩn
EC2.
chuẩn
EC2-4
được
chia
1 đề(i)cập
sự
áp dụng
củaBộ
EN 1992-4
[3–5],
các sản
phẩm
khoan cấynăm
chịuphần:
lực theo
hệ thống
cũ với
chứng chỉ
(European Assessment Document): cung cấp các tiêu chí cần phải đánh giá của vật liệu
ETA
sẽ được
đánhloại
giá và
kiểm
theotrong
hệ thống
EAD. Tài
liệu2ETA
được
thay
thế kế
chocủa
tất
chung
cho thiết
các
thiết
kếđịnh
neolạicấy
bê tông;
Phần
và 3mới
đề sẽcập
đến
thiết
kế và đưa ra phương pháp kiểm định các sản phẩm của các nhà sản xuất khác nhau
cả
các
loại
vật
liệu
[9,
10].

thể
nói
tiêu
chuẩn
châu
Âu

một
hệ
thống
hoàn
chỉnh,
cung
cấp
một
các loại butheo
long
chờ và(ii)Phần
4 và 5 đưa
ra hướng
dẫn thiết
cho
mộtđược
thướcđặt
đo chung;
ETA (European
Technical
Assessment):
cungkế
cấp
cáccác loại bu

cách thống nhất các thông số kỹ thuật trong việc tính toán thiết kế liên kết khoan neo cấy.

long cơ học và bu long hóa chất khoan cấy sau [5,6]. Cùng với đó, các tài liệu về phương
2.2.
lý thiết
kế chỉ thể hiện đặc tính kỹ3 thuật của vật liệu và tài liệu hướng dẫn các
phápNguyên
thiết kế,
chứng
chỉ Thống
tiêu đánh
giá được
thành
thống
thống
nhất
(i)hạn
EAD
nhất chung
với toàntổbộchức
hệ thống
EC2,một
tiêu hệ
chuẩn
EC2-4
kiểm tra
cácbao
trạnggồm:
thái giới
về
bền

về
sử
dụng
với
nguyên
tắc
khống
chế
tác
động
không
vượt
quá
sức
kháng,
đồng
thời
sử
dụng
(European Assessment Document): cung cấp các tiêu chí cần phải đánh giá của vật liệu
nguyên lý tính toán xét đến “hệ số an toàn riêng phần”. Đối với tải trọng và tác động, các giá trị thiết
thiết kế và đưa ra phương pháp kiểm định các sản phẩm của các nhà sản xuất khác nhau
kế đều được tính toán từ giá trị đặc trưng để đảm bảo xác suất 95% phù hợp với điều kiện kinh tế - kỹ
theo (Hình
một thước
chung;
ETA
Technical
cấp gia
các
thuật
2). Giá đo
trị của
các hệ(ii)
số an
toàn (European
riêng phần được
quy địnhAssessment):
theo Phụ lục củacung
từng quốc
sử dụng hệ thống tiêu chuẩn châu Âu và trong tài liệu ETA của từng loại vật liệu sử dụng.
Lý thuyết và công thức tính toán của EC2-4 được phát triển dựa trên nguyên tắc tránh xảy ra tất
3 4 và 5 của EC2-4 đưa ra những hướng dẫn chi
cả các dạng phá hoại đối với hệ thống liên kết. Phần
tiết thiết kế cho hệ thống liên kế khoan cấy của bu long cơ học và bu long hóa chất. Trong tính toán
thiết kế, sức kháng nhổ và cắt được tính toán dựa trên những giả thiết của trường hợp phá hoại của hệ
thống liên kết (Hình 3).
Hình 3 cho thấy sức kháng nhổ và sức kháng cắt của liên kết được tính toán theo các trường hợp
phá hoại vật liệu thép bu long, do tuột neo và do phá hoại bê tông. Khi xét đến sự phá hoại của vật
liệu thép bu long và tuột neo, giá trị nguy hiểm nhất của một bu long được xem là khả năng chịu lực
của cả hệ thống. Tuy nhiên, hệ thống cũng có thể bị phá hoại do bê tông khi chịu kéo nhổ (Hình 4(a)
và 4(b)) và chịu cắt (Hình 5(a) và 5(b)).
Hình 4(a) cho thấy về nguyên tắc, góc truyền lực trong bê tông sẽ tạo nên một mặt phá hoại hình
côn với bán kính mở rộng theo tâm bu long hoặc cụm bu long khi bị vỡ nón. Tuy nhiên, để đơn giản
105


với tải trọng và tác động, các giá trị thiết kế đều được tính toán từ giá trị đặc trưng để
đảm bảo xác suất 95% phù hợp với điều kiện kinh tế - kỹ thuật (Hình 2). Giá trị của các
hệ số an toàn riêng phần được quy định theo Phụ lục của từng quốc gia sử dụng hệ thống
tiêu chuẩn châu Âu và trong tài liệu ETA của từng loại vật liệu sử dụng.
Tâm, V. N., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2019

đưa ra những hướng dẫn chi tiết thiết kế cho hệ thống liên kế khoan cấy của bu long cơ
học và bu long hóa chất. Trong tính toán thiết kế, sức kháng nhổ và cắt được tính toán
Hình 2. Nguyên lý tính toán xét đến “hệ số an toàn riêng phần” [11]
dựa trên những giả thiết của trường hợp phá hoại của hệ thống liên kết (Hình 3).
Hình 2. Nguyên lý tính toán xét đến “hệ số an toàn riêng phần” [12]

Lý thuyết và công thức tính toán của EC2-4 được phát triển dựa trên nguyên tắc
tránh xảy ra tất cả các dạng phá hoại đối với hệ thống liên kết. Phần 4 và 5 của EC2-4
4

Hình
liên kết
kết khoan
khoan cấy
cấy
Hình3.3.Các
Cácđiều
điềukiện
kiện tính
tính toán
toán thiết
thiết kế
kế liên
Hình 3 cho thấy sức kháng nhổ và sức kháng cắt của liên kết được tính toán theo
các
trường
pháEC2-4
hoại vật
liệunhận
thépsử
budụng
long, diện
do tuột
và việc
do phá
hoại
bê tông.
Khitới sự làm
trong thực hành tínhhợp
toán,
thừa
tíchneo
làm
hình
vuông
và xét
đến
sự cả
phácụm
hoạibu
của
vật thông
liệu thép
và tuột
neo,
hiểm
của chồng
một lấn của
việc đồngxét
thời
của
long
quabuhệlong
số diện
tích
gâygiá
ratrị
bởinguy
vùng
ảnhnhất
hưởng
bu
long
được
xem

khả
năng
chịu
lực
của
cả
hệ
thống.
Tuy
nhiên,
hệ
thống
cũng
bu long. Đối với các yêu tố phụ về sự nhiễu loạn ứng suất, gia cường cốt thép và sự phân có
bố lệch tâm
bị đến
phá nhưng
hoại docó
bêtác
tông
khi chịu
kéolớn
nhổđến
(Hình
và chịu
(Hình
5(a) và
cũng đượcthểxét
động
không
kết 4(a)
quả và
tính(b))
toán.
Khi cắt
vị trí
bu long
được khoan
cấy ở vùng
bê tông gần mép, do sự phân bố không đều và làm việc không đồng nhất của bê tông nên
(b)).

gây ra sự nhiễu loạn và tập trung ứng suất cục bộ tại bề mặt sát mép, gây ra trường hợp phá hoại nứt
tách tại mép của hệ liên kết (Hình 4(b)).
Trường hợp phá hoại do bê tông bị đào bửa ra (Hình 5(a)) có liên quan tới phá hoại hình nón do
cùng bị hạn chế bởi khả năng làm việc chịu kéo của bê tông và thường xảy ra khi bu long được neo
cấy quá nông trên vật liệu nền. Hình 5(b) cho thấy phá hoại bê tông do vỡ mép thường xảy ra do giới
hạn hình học của cấu kiện bê tông và do lực cắt lớn tác dụng trực tiếp lên cả cụm bu long theo hướng
vuông góc hoặc song song với mép của cấu kiện bê tông tiếp nhận liên kết.
Đối với những cơ chế phá hoại từ bê tông kể trên, sự ảnh hưởng của cả nhóm bu long khi truyền
106

(a) Bê tông bị vỡ nón

(b) Bê tông bị nứt tách


cáccác
trường
hợphợp
pháphá
hoại
vậtvật
liệuliệu
thép
bu bu
long,
do do
tuộttuột
neoneo
và và
do do
pháphá
hoại
bê bê
tông.
KhiKhi
trường
hoại
thép
long,
hoại
tông.
xétxét
đếnđến
sự phá
hoại
củacủa
vậtvật
liệuliệu
thép
bu bu
long
và và
tuộttuột
neo,
giágiá
trị trị
nguy
hiểm
nhất
củacủa
một
sự phá
hoại
thép
long
neo,
nguy
hiểm
nhất
một
bu bu
long
được
xem
là khả
năng
chịu
lựclực
củacủa
cả cả
hệ hệ
thống.
Tuy
nhiên,
hệ hệ
thống
cũng
có có
long
được
xem
là khả
năng
chịu
thống.
Tuy
nhiên,
thống
cũng
thểthể
bị phá
hoại
do do
bê bê
tông
khikhi
chịu
kéokéo
nhổnhổ
(Hình
4(a)
và và
(b))(b))
và và
chịu
cắtcắt
(Hình
5(a)
và và
bị phá
hoại
tông
chịu
(Hình
4(a)
chịu
(Hình
5(a)
Tâm,
V.
N.,

cs.
/
Tạp
chí
Khoa
học
Công
nghệ
Xây
dựng
(b)).
(b)).

TạpTạp
chí chí
Khoa
họchọc
Công
nghệ
XâyXây
dựng
NUCE
2019
Khoa
Công
nghệ
dựng
NUCE
2019

nón.
TuyTuy
nhiên,
để để
đơnđơn
giản
trong
thực
hành
tínhtính
toán,
EC2-4
thừa
nhận
sử sử
dụng
diện
nón.
nhiên,
giản
trong
thực
hành
toán,
EC2-4
thừa
nhận
dụng
diện
tíchtích
làmlàm
việcviệc
hình
vuông
và và
xétxét
tới tới
sự sự
làmlàm
việc
đồng
thờithời
củacủa
cả cụm
bu bu
long
thông
quaqua
hình
vuông
việc
đồng
cả cụm
long
thông
hệ hệ
số số
diện
tíchtích
gâygây
ra bởi
vùng
ảnhảnh
hưởng
chồng
lấnlấn
củacủa
bu bu
long.
ĐốiĐối
vớivới
cáccác
yêuyêu
tố tố
diện
ra bởi
vùng
hưởng
chồng
long.
phụphụ
về về
sự sự
nhiễu
loạn
ứngứng
suất,
giagia
cường
cốtcốt
thép
và và
sự sự
phân
bố bố
lệch
tâmtâm
cũng
được
nhiễu
loạn
suất,
cường
thép
phân
lệch
cũng
được
xétxét
đếnđến
nhưng
có có
táctác
động
không
lớnlớn
đếnđến
kếtkết
quảquả
tínhtính
toán.
KhiKhi
vị trí
bu bu
long
được
nhưng
động
không
toán.
vị trí
long
được
khoan
cấycấy
ở vùng
bê bê
tông
gầngần
mép,
do do
sự sự
phân
bố bố
không
đềuđều
và và
làmlàm
việc
không
đồng
khoan
ở vùng
tông
mép,
phân
không
việc
không
đồng
(a)(a)
BêBê
tông
bị
vỡ
nón
(b)Bê
Bêtông
tông
bị
nứt
tách
tông
bị
vỡ
nón
(b)
bị
nứt
tách
(a)

tông
bị
vỡ
nón
(b)

tông
bị
nứt
tách
nhất
củacủa
bê bê
tông
nênnên
gâygây
ra sự
nhiễu
loạn
và và
tậptập
trung
ứngứng
suấtsuất
cụccục
bộ bộ
tại tại
bề bề
mặtmặt
sátsát
nhất
tông
ra sự
nhiễu
loạn
trung
Hình
4. Phá
hoại

tông
khi
chịu
kéo
nhổ
[4-5-6]
Hình
4.
Phá
hoại

tông
khi
chịu
kéo
nhổ
[4-5-6]
mép,
gâygây
ra trường
hợphợp
phá
hoại
nứthoại
tách
mép
củacủa
hệ hệ
liênliên
kếtkết
(Hình
4(b)).
mép,
ra trường
phá
nứt
tách
tại
mép
(Hình
4(b)).
Hình
4.hoại
Phá
bêtại
tông
khi
chịu
kéo
nhổ
[3–5]
Hình
thấy
nguyên
truyền
trong
tông
một
Hình
4(a)4(a)
chocho
thấy
về về
nguyên
tắc,tắc,
gócgóc
truyền
lựclực
trong
bê bê
tông
sẽ sẽ
tạotạo
nênnên
một
mặtmặt
hoại
hình
kính
rộng
theo
long
hoặc
cụm
long
pháphá
hoại
hình
côncôn
vớivới
bánbán
kính
mởmở
rộng
theo
tâmtâm
bu bu
long
hoặc
cụm
bu bu
long
khikhi
bị bị
vỡvỡ
5 5

tông
bị đào
bửa
rabửa
(a)
tông
bị đào
(a)(a)
BêBêBê
tông
bị
đào
bửa
ra ra


tông
vỡ mép
mép

tông
bịbịmép
vỡ
(b) (b)
Bê (b)
tông
bị
vỡ

Hình
5. Phá
hoại
tông
chịu
[4-5-6]
Hình
5. Phá
hoại
bê bê
tông
khikhi
chịu
lựclực
cắtcắt
[4-5-6]
Hình 5. Phá hoại bê tông khi chịu lực cắt [3–5]

Trường
hoại
tông
bị đào
ra (Hình
5(a))
quan
Trường
hợphợp
pháphá
hoại
do do
bê bê
tông
bị đào
bửabửa
ra (Hình
5(a))
có có
liênliên
quan
tới tới
pháphá
hình
cùng
bị hạn
năng
làm
việc
chịu

tông
hoại
hình
do do
cùng
bị định
hạn
chế
bởibởi
khảkhả
năng
làm
việc
chịu
kéo
của
bêsức
tông
và và
thường
lựchoại
vào
hệnón
bê nón
tông
sẽ quyết
chủchế
yếu
đến
đặc
tính
truyền
lực.
Khi
đó,kéo
giácủa
trị
kháng
và thường
tải trọng
kiểm
tra
không
phải

cho
một
bu
long
nguy
hiểm
nhất


giá
trị
cho
một
cụm
các
bu
long
cùng
ra khi
long
được
nông
nền.
Hình
5(b)
thấy
hoại
xảyxảy
ra khi
bu bu
long
được
neoneo
cấycấy
quáquá
nông
trêntrên
vậtvật
liệuliệu
nền.
Hình
5(b)
chocho
thấy
pháphá
hoại
làm việc. Đây là một chú ý quan trọng để đánh giá đúng đặc tính làm việc của một hệ thống khoan

tông
mép
thường
ra do
hình
kiện
tông

tông
do do
vỡ vỡ
mép
thường
xảyxảy
ra do
giớigiới
hạnhạn
hình
họchọc
củacủa
cấucấu
kiện
bê bê
tông
và và
do do
lựclực
cấy, thường chưa được xem xét đúng trong thực hành.
lớn
dụng
cảđược
cụm
bu
long
theo
hướng
vuông
góc
hoặc
song
cắtcắt
lớn
tác
dụng
trực
tiếp
lênlên
cảcấy
cụm
buthiết
long
hướng
vuông
hoặc
song
song
Một
hệtác
thống
liêntrực
kết tiếp
khoan
kếtheo
với
các
thông
tin
vềgóc
chủng
loại
busong
long,
vịvới
trívới
của
mép
của
kiện
tông
nhận
kết.
mép
của
cấucấu
kiện

tông
tiếp
nhận
liên
kết.
chúng
trong
liên
kết
vàbê
chiều
sâutiếp
neo
của
buliên
long
vào bê tông. Từ những giá trị của thông số hình học
và vật liệu, sức kháng thiết kế của hệ thống được tính toán theo các trường hợp phá hoại do lực kéo và
Đối
với
những

hoại
từ
tông
trên,
hưởng
ĐốiSau
vớikhi
những
cơ được
chếchế
phá
hoại
từvàbê
tông
kể
trên,
sự sự
ảnhảnh
hưởng
củacủa
cả cả
nhóm
lực cắt.
xác
định
sứcphá
kháng
tảibê
trọng
củakể
các
trường
hợp
phá hủy,
các
giánhóm
trị bu
nàybu
sẽ
long
truyền
lực

tông
sẽnăng
quyết
định
tính
long
khi
truyền
vào
hệ hệ
bêtra
tông
sẽkhả
quyết
định
chủchủ
yếuyếu
đặcđặc
tính
truyền
lực.lực.
KhiKhi
được
so khi
sánh
với lực
nhau
đểvào
kiểm
xem
làm
việc
của
cảđến
hệđến
thống.
Khi
tấttruyền
cả các
điều
kiện
kéo,
cắtgiá
và trị
tổ hợp
đều
được
thỏa
mãn,
hệ kiểm
thống
được
xem
làphải
anlàtoàn.
Nếu
không
thỏa
mãn
một
trong
đó,
sức
kháng
tải
trọng
không
là cho
long
nguy
hiểm
đó,
giá
trị
sức
kháng
và và
tải
trọng
kiểm
tra tra
không
phải
cho
mộtmột
bu bu
long
nguy
hiểm
cácnhất
điều
kiện
cầncho
phải
thay
đổi
lại
thiết
kế
bu
long
đểlàm
kiểm
tra
khả
làm
việc.
trình
tính
làtrên,
giá
trị
cụm
các
bu
long
cùng
việc.
Đây
là một
ýQuy
quan
trọng
nhất
màmà

giá
trị cho
mộtmột
cụm
các
bu
long
cùng
làm
việc.
Đây
lànăng
một
chúchú
ý quan
trọng
toán nói trên được minh hoạ thông qua các ví dụ thực tế trình bày trong các mục sau.

để đánh
đúng
việc
thống
khoan
thường
chưa
được
xem
để đánh
giágiá
đúng
đặcđặc
tínhtính
làmlàm
việc
củacủa
mộtmột
hệ hệ
thống
khoan
cấy,cấy,
thường
chưa
được
xem
đúng
trong
thực
hành.
xétxét
đúng
trong
thực
hành.

107
thống
khoan
được
thiết
thông
chủng
MộtMột
hệ hệ
thống
liênliên
kếtkết
khoan
cấycấy
được
thiết
kế kế
vớivới
cáccác
thông
tin tin
về về
chủng
loạiloại
bu bu
long,
vị của
trí của
chúng
trong
chiều
long
tông.
những
long,
vị trí
chúng
trong
liênliên
kếtkết
và và
chiều
sâusâu
neoneo
củacủa
bu bu
long
vàovào
bê bê
tông.
TừTừ
những
trị của
thông
số hình
liệu,
kháng
thiết
thống
được
toán
giágiá
trị của
thông
số hình
họchọc
và và
vậtvật
liệu,
sứcsức
kháng
thiết
kế kế
củacủa
hệ hệ
thống
được
tínhtính
toán
theo các trường hợp phá hoại do lực kéo và lực cắt. Sau khi xác định được sức kháng


các mục sau.
3. Ví dụ tính toán số 1
3.1. Số liệu đầu vào

Tâm, V. N., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

3. VíXét
dụ tính
số 1đơn
mộttoán
ví dụ

giản tính toán liên kết khoan cấy giữa khung mặt dựng nhôm
kính
nhà
3.1. của
Số liệu
đầucao
vàotầng với bản sàn bê tông dày h=200 mm. Bê tông có cấp cường độ
C30/37,
không
gia kết
cường
của
bên
trong.
Bản mã
chữcao
nhật
Xét một
ví dụxét
đơnđến
giảntác
tínhđộng
toán liên
khoan
cấycốt
giữathép
khung
mặt
dựng nhôm
kínhthép
của nhà
với bản
sàn 100×200
bê tông dàymm,
h = 200
mm.
tôngđược
có cấpliên
cường
C30/37,
xét đến
cótầng
kích
thước
dày
10Bêmm
kếtđộvào
bê không
tông qua
haitácbuđộng
long
gia cường của cốt thép bên trong. Bản mã thép chữ nhật có kích thước 100×200 mm, dày 10 mm được
đường kính 12 mm với khoảng cách giữa chúng là s=100 mm và khoảng cách từ mỗi
liên kết vào bê tông qua hai bu long đường kính 12 mm với khoảng cách giữa chúng là s = 100 mm
bu
đến
mép
bảnbusàn
bêđến
tông
c=100
6). mm (Hình 6).
vàlong
khoảng
cách
từ mỗi
long
méplàbản
sàn bêmm
tông(Hình
là c = 100

Hình 6.
số 1số
- Sơ
liênđồ
kết liên kết
Hình
6.VíVídụdụ
1 đồ
- Sơ

Kiểm
năng
lựchệcủa
hệdưới
thống
tác động
đồng
của tính
các toán
tải trọng
Kiểm
tratra
khảkhả
năng
chịu chịu
lực của
thống
tác dưới
động đồng
thời của
cácthời
tải trọng
do
kéo
nhổ

N
=
10
kN

do
cắt

V
=
10
kN.
Chỉ
dẫn
kỹ
thuật
được
đưa
ra
cho
phương
án
khoan
Ed và do cắt là VEd=10 kN. Chỉ dẫn kỹ thuật được đưa
tính toán doEdkéo nhổ là NEd=10 kN
cấy là sử dụng bu long loại Hilti HST3 M12 với chiều sâu neo hiệu dụng he f = 70,0 mm (khoảng 5,8
ralầncho
phương
ánlong).
khoan
làsử
sửdụng
dụng
bu long
loại điều
Hiltikiện
HST3
chiều
neo
đường
kính bu
Thicấy
công
khoan
búa trong
khô.M12
Thôngvới
số của
sảnsâu
phẩm
hiệu
dụng
đường kính
sử dụng
bu hlong
được mm
tham (khoảng
khảo từ tài5,8
liệu lần
ETA-98/0001
[12].bu long). Thi công sử dụng khoan
ef=70,0
búa trong điều kiện khô. Thông số của sản phẩm sử dụng bu long được tham khảo từ
3.2. Kiểm tra điều kiện hình học của liên kết
tài liệu ETA-98/0001 [13].
Đối với các loại bu long được sử dụng trong thiết kế, nhằm đảm bảo yêu cầu không bị phá hoại bê

tôngKiểm
trong tra
điềuđiều
kiện lắp
tài liệu
3.2.
kiệnđặt,hình
họcETA
củaquy
liênđịnh
kếtvề các điều kiện hình học bao gồm: khoảng cách

tối thiểu giữa các bu long (s ≥ smin = 50 mm); khoảng cách tối thiểu giữa mỗi bu long và mép bê
Đối
được
sử dụng
thiếtkhoan
kế, nhằm
bảo
yêumm).
cầu không
tông (c
≥ cvới
= 55loại
mm);buvàlong
bề dày
tối thiểu
của bêtrong
tông được
cấy (hđảm
≥ hmin
= 140
Như
min các
vậy
các
thông
số
hình
học
đều
đạt
yêu
cầu.
Nếu
các
thông
số
này
không
đảm
bảo,
bắt
buộc
phải
bị phá hoại bê tông trong điều kiện lắp đặt, tài liệu ETA quy định về các điều kiệnđiều
hình
chỉnh thiết kế trước khi có thể kiểm tra tiếp về khả năng chịu lực.

học bao gồm: khoảng cách tối thiểu giữa các bu long (s≥smin=50 mm); khoảng cách tối
3.3. Kiểm tra điều kiện chịu lực - với tác động kéo nhổ
Theo hướng dẫn của EC2-4-4, đối với bu long HST3 là loại bu long cơ học, khi bị tác động kéo
7
nhổ cần tránh xảy ra bốn dạng phá hoại sau: (i) Phá hoại vật liệu thép của bu long; (ii) Phá hoại tuột
108


Tâm, V. N., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

neo của bu long; (iii) Phá hoại bê tông bị vỡ hình nón; và (iv) Phá hoại bê tông bị nứt tách. Đối với
hai trường hợp phá hoại đầu tiên, cần kiểm tra giá trị riêng của bu long chịu lực lớn nhất. Đối với
hai trường hợp sau, cần kiểm tra sự làm việc đồng thời của các bu long khi cùng chịu lực nhổ trong
hệ thống.
a. Theo điều kiện không phá hoại vật liệu thép của bu long
Điều kiện kiểm tra là tải trọng thiết kế lớn nhất tác dụng lên mỗi bu long phải nhỏ hơn sức kháng
h
của bu long đó: NEd
≤ NRd,s = NRk,s /γ Ms,s trong đó NRk,s = 45,1 kN và γ Ms,s = 1,4 được lấy theo
ETA. Việc tính giá trị này theo cường độ thép và tiết diện thân ren sẽ không đúng do cấu tạo riêng
h
biệt của từng loại bu long. Như vậy NEd
= 5 kN ≤ NRd,s = 32, 2 kN: thỏa mãn điều kiện không bị phá
hoại vật liệu bu long.
b. Theo điều kiện không bị tuột neo của bu long
h
Điều kiện kiểm tra được tiến hành cho trường hợp một bu long chịu tải lớn nhất: NEd
≤ NRd,p =
NRk,p /γ M p . Tuy nhiên giá trị sức kháng NRk,p phụ thuộc vào loại bê tông sử dụng và được tính
toán nhân với hệ số của điều kiện làm việc của bê tông. Giá trị NRk,p trong ETA cung cấp cho
loại bê tông cấp cường độ
tính nghệ
toán Xây
cho dựng
bê tông
C30/37
TạpC20/25,
chí Khoagiá
họctrịCông
NUCE
2019được nhân với hệ số ψc =
1,22. Hệ số an toàn γ M,p = γc .γinst = 1,5 × 1,0 = 1,5, γinst là hệ số an toàn khi lắp đặt. Như vậy
h
= 5 kN ≤ NRd,p = 16, 27 kN - Thỏa mãn điều kiện bu long không bị tuột.
NEd

đơn
giản
tínhbịtoán,
tiêu do
chuẩn
dụng
c. TheoĐể
điều
kiện
không
phá hoại
vỡ bêsử
tông
theohình
hìnhchiếu
nón là hình vuông với chiều dài
cạnh
scr,N
được
lấy giá
trong
bu long;
các hệ
số ψtras,Ntheo
=0,986
Sự là
phá
hoại
bê tông
theotrịhình
nónETA
gây tùy
bởi thuộc
cả cụmloại
bu long
cần được
kiểm
biểuxét
thức
Ntới
≤ NRk,c
đó Nloạn
khả suất
nănggần
chịumép;
kéo của
vựcxét
bê tới
tông
khoancủa
cấysựNRk,c
Ed hiệu
c , trong
Rk,c làứng
ứng/γdo
sự nhiễu
ψre,Nkhu
=1,0
tácbịdụng
gia =
1,5
o
o Ac,N
Ncường
ψ s,N
ψre,Ntrong
ψec,N ;bê
vớitông;
NRk,cvà
= ψk1sc,N f=1,0
= 24,
kNứng
là giá
trị sự
thểphân
hiện bố
sứclệch
chịu tâm
kéo của
thép
tới70
hiệu
của
của bê
ck he f xét
Rk,c o cốt
Ac,N
tải trọng. Đối với hệ thống mới EAD, cường độ đặc trưng fck của bê tông được 2lấy theo
Ac,N = 63550 mm và Aoc,N =
tông; Ac,N /Aoc,N là hệ số về mức độhchồng lấn của cụm bu long, với
N
=
10
kN
£
N
/
g
=
23
,
39
kN - Thỏa mãn điều kiện
Rk , c
c
giá trị của2 mẫu trụ. Như vậy Ed

44100 mm lần lượt là hình chiếu của cả cụm bu long và hình chiếu của một bu long lên bề mặt bê
tông
(Hìnhkhông
7). bị phá hoại theo hình nón.
bê tông

7. Kiểm
pháhoại
hoại bê
theo
hìnhhình
nón hình
EC2-4-4
[4]
HìnhHình
7. Kiểm
tratraphá
bêtông
tông
theo
nón ảnh
hình
ảnh EC2-4-4
[5]

d. Theo
điều
tông
hoại
táchlà hình vuông với chiều dài cạnh là scr,N
Để đơn
giảnkiện
tínhbê
toán,
tiêukhông
chuẩnbịsửphá
dụng
hìnhnứt
chiếu

được lấy
giákhoảng
trị trongcách
ETA từ
tùybu
thuộc
long;
hệc=100
số ψ s,Nmm<1,2
= 0,986 xét
tới=126
hiệu ứng
sựchế
nhiễu
Khi
longloại
tớibu
mép
bêcác
tông
ccr,sp
mm,docơ
loạn ứng suất gần mép; ψre,N = 1,0 xét tới tác dụng của sự gia cường cốt thép trong bê tông; và ψ sc,N =
pháxéthoại
nứt ứng
bê tông
độngtâm
củacủacảtảicụm
buĐối
long
đượcmới
kiểm
tra cường
theo điều
1,0
tới hiệu
của sựdưới
phântác
bố lệch
trọng.
vớicần
hệ thống
EAD,
độ đặc
h
kiện:fckNcủa
,
trong
đó
N

khả
năng
chịu
lực
của
khu
vực

tông
£
N
/
g
Rk,sp
trưng

tông
được
lấy
theo
giá
trị
của
mẫu
trụ.
Như
vậy
N
=
10
kN

N

=
23,
39bịkN
Rk,c c
Ed
Rk , sp
sp
Ed
- Thỏa mãn điều kiện bê tông không bị phá hoại theo hình nón.
o
khoan cấy N Rk , sp = N Rk

Ac , N
y s , Ny re , Ny ec, Ny h, sp ; với các hệ số ψs,N , ψre,N và ψsc,N lấy
109
Aco, N

như mục 3.4.c; hệ số ψh,sp xét đến ảnh hưởng của bề dày lớp bê tông và được lấy là 1,0
khi h=200 mm;

(

)

o
o
N Rk
= min N Rk , p , N Rk
.c = min (24,4;24,7 ) = 24,4 kN . Như vậy


Tâm, V. N., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

d. Theo điều kiện bê tông không bị phá hoại nứt tách
Khi khoảng cách từ bu long tới mép bê tông c = 100 mm < 1,2 ccr,sp = 126 mm, cơ chế phá hoại nứt
bê tông dưới tác động của cả cụm bu long cần được kiểm tra theo điều kiện: NEd ≤ NRk,sp /γ sp , trong
o Ac,N
đó NRk,sp là khả năng chịu lực của khu vực bê tông bị khoan cấy NRk,sp = NRk
ψ s,N ψre,N ψec,N ψh,sp ;
Aoc,N
với các hệ số ψ s,N , ψre,N và ψ sc,N lấy như mục 3.4.c; hệ số ψh,sp xét đến ảnh hưởng của bề dày lớp bê
o
o
tông và được lấy là 1,0 khi h = 200 mm; NRk
= min NRk,p , NRk.c
= min (24,4; 24,7) = 24,4 kN. Như
h
vậy NEd = 10 kN ≤ NRk,sp /γ sp = 23, 11 kN - Thỏa mãn điều kiện bê tông không bị phá hoại nứt tách.
3.4. Kiểm tra điều kiện chịu lực - với tác động của lực cắt
Khi hệ thống khoan cấy chịu tác động của lực cắt, cần kiểm tra để tránh bị phá hoại theo ba dạng
sau: (i) Phá hoại vật liệu thép của bu long (do bị cắt đứt hoặc uốn cong); (ii) Phá hoại do bê tông bị
đào bửa ra; và (iii) Phá hoại bê tông bị vỡ mép.
a. Theo điều kiện không phá hoại vật liệu thép của bu long
Khi bản mã nằm áp sát vào về mặt bê tông và thỏa mãn các điều kiện về lớp vữa đổ bù nếu có,
không cần phải kiểm tra sự uốn cong do mômen gây ra bởi lực cắt tại từng bu long. Do vậy trong ví dụ
này chỉ cần kiểm tra để tránh sự phá hoại của bu long do sự cắt đứt của vật liệu thép tại vị trí liên kết.
Với giá trị sức kháng đặc trưng và hệ số an toàn thép chịu cắt lấy theo tài liệu ETA [12] lần lượt
là VRk,s = 35,4 kN và γ Ms = 1,25, sức kháng cắt thiết kế của bu long là VRd,s = VRk,s /γ Ms = 28,32 kN.
Như vậy VEd = 5 kN ≤ VRd,s = 28, 32 kN - Thỏa mãn điều kiện bu long không bị phá hoại do cắt.
b. Theo điều kiện không phá hoại do bê tông bị đào bửa ra
Sự phá hoại bê tông bị bửa ra gây bởi lực cắt của cả cụm bu long cần được kiểm tra theo biểu thức
VEd ≤ VRk,cp /γc ; trong đó VRk,cp = k3 NRk,c = 97, 56 kN là khả năng chịu kéo của bê tông với k3 =
2,78 theo ETA [12] và NRk,c là sức kháng đặc trưng đã được tính toán do trường hợp bê tông vỡ hình
nón. Như vậy VEd = 10 kN ≤ VRd,c = 65, 04 kN - Thỏa mãn điều kiện bê tông không bị bửa ra.
c. Theo điều kiện không phá hoại do bê tông bị vỡ mép
Sự phá hoại bê tông do bị vỡ mép gây bởi cả cụm bu long cần được kiểm tra theo biểu thức
VEd ≤ VRd,c , trong đó VRd,c là sức chịu tải của cụm bu long được xác định dựa trên khả năng chịu kéo
o Ac,V
của hệ bu long theo phương của lực cắt VRd,c = VRd,c
ψ s,V ψh,V ψec,V ψa,V ψre,V với sức kháng cắt
Aoc,V
β

o
o
α
VRd,c
được tính theo biểu thức VRd,c
= k9 .dnom
.l f fck .c1,5
1 = 15, 12 kN với k9 = 1,7; các thông số dnom
= 12 và l f = 70 được lấy theo đặc tính kỹ thuật từ ETA [12]; giá trị các số mũ α = 0,84 và β = 0,65
cũng như tham số c1 = 100 được tính toán từ các thông số hình học của loại bu long; tỷ số Ac,V /Aoc,V
là hệ số về mức độ chồng lấn lớp diện tích chịu kéo do các bu long ở gần nhau, với Ac,V = 60000 mm2
và Aoc,V = 45000 mm2 (Hình 8).
Các hệ số ψ s,V = 1,0 xét tới hiệu ứng do sự nhiễu loạn ứng suất gần mép; ψh,V = 1,0 xét tới ảnh
hưởng của bề dày lớp vật liệu nền; ψ sc,V = 1,0 xét tới hiệu ứng của sự phân bố lệch tâm của tải trọng lên
nhóm bu long; ψa,V = 1,0 xét tới ảnh hưởng của phương hướng tác dụng lên bu long; và ψre,N = 1,0 xét
tới tác dụng của sự gia cường cốt thép trong bê tông. Như vậy VEd = 10 kN ≤ VRd,c /γc = 13, 44 kN Thỏa mãn điều kiện bê tông không bị vỡ mép.

110


thức VRd ,c = k9 .d nom .l f

f ck .c1 = 15,12 kN với k9=1,7; các thông số dnom=12 và lf =70

được lấy theo đặc tính kỹ thuật từ ETA [13]; giá trị các số mũ α=0,84 và β=0,65 cũng
như tham số c1=100 được tính toán từ các thông số hình học của loại bu long; tỷ số

Ac ,V / Aco,V là hệ số về mức độ chồng lấn lớp diện tích chịu kéo do các bu long ở gần
2
o
2
nhau, với Ac ,V =Tâm,
(Hìnhnghệ
8). Xây dựng
60000
45000
,V =chí
V. mm
N., vàvà
cs. A/ cTạp
Khoamm
học Công

Hình 8.
8. Hình
lênlên
bề bề
mặtmặt
mép
[5] [4]
Hình
Hình chiếu
chiếucủa
củanhóm
nhómbubulong
long
mép
Các hệ số ψs,V=1,0 xét tới hiệu ứng do sự nhiễu loạn ứng suất gần mép; ψh,V=1,0
xét tới ảnh hưởng của bề dày lớp vật liệu nền; ψsc,V=1,0 xét tới hiệu ứng của sự phân bố
3.5. Kiểm tra
điều
chịu
lựclên- nhóm
dưới tác
độngψa,V
đồng
của
cắt của
và lực
kéohướng
lệch
tâmkiện
của tải
trọng
bu long;
=1,0 thời
xét tới
ảnhlực
hưởng
phương
tác dụng
long; đồng
và ψre,Nthời
=1,0 của
xét tới
dụng
gia cường
cốt thép
trong
Sự phá hoại
sự lên
tácbuđộng
lựctáccắt
vàcủa
lựcsựkéo
cần được
kiểm
trabêtheo biểu thức

β2N + β2V ≤ 1, 0 trong đó βN = NEd /NRd ≤ 1, 0 và βV = VEd /VRd ≤ 1, 0. Với các giá trị NEd = 10 kN;
NRd = 23,11 kN; VEd = 10 kN; VRd = 13,44 kN 10
ta có β2N + β2V = 0, 74. Như vậy thỏa mãn điều kiện
chịu lực dưới tác động đồng thời của lực cắt và lực kéo. Ví dụ số 1 cho thấy trong một số trường hợp,
hệ thống liên kết khoan cấy vẫn đủ chịu lực với chiều sâu neo bu long vào bê tông nhỏ hơn 10 lần
đường kính bu long.
4. Ví dụ tính toán số 2
Ví dụ này giới thiệu bài toán thiết kế hệ thống khoan cấy cho liên kết mái sảnh bằng kết cấu thép
vào bê tông với cấu tạo phức tạp hơn và giá trị lực tác động cao hơn so với ví dụ trước. Các bước tính
toán và kiểm tra trong ví dụ này tương tự như ở ví dụ số 1 nhưng được tự động hóa bằng phần mềm
HPE (Hilti Profis Engineering) [15], trong đó đã tích hợp hệ thống tiêu chuẩn châu Âu.
4.1. Thông số đầu vào
Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2019

Mái sảnh bằng kết cấu thép được liên kết với dầm bê tông cốt thép với các giá trị tải trọng thiết
kế cho trường hợp nguy hiểm nhất tại tiết diện cần kiểm tra là lực cắt VEd = 18,25 kN, lực nhổ NEd =
16,70 kN và mômen uốn MEd = 19,41 kNm (Hình 9).

Tải trọng thiết kế
Tải trọng duy trì

Hình
dụVí
số dụ
2 -số
Liên
khoan
cấy cho
Hình9.9.VíThí
2 - kết
Liên
kết khoan
cấymái
chosảnh
mái sảnh

111


Các thông số điều kiện đầu vào là bê tông C25/30; sử dụng tám bu long hóa chất
Hilti HIT-V M20 với cường độ thép 5.8 và hóa chất HIT RE500v3 với ETA-16/0143
[15]; chiều sâu neo thiết
kế là 200 mm (10 lần đường kính bu long); khoan cấy sử dụng
Tâm, V. N., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng
khoan búa trong điều kiện khô. Các bu long được bố trí thành bốn hàng cách nhau từ
Các thông số điều kiện đầu vào là bê tông C25/30; sử dụng tám bu long hóa chất Hilti HIT-V
130
đến 140 mm, trong mỗi hàng có hai bu long cách nhau 120 mm. Khoảng cách từ
M20 với cường độ thép 5.8 và hóa chất HIT RE500v3 với ETA-16/0143 [13]; chiều sâu neo thiết kế
long
bản mã
50long);
mm,khoan
đến mép
dầm
bêkhoan
tông búa
là 90trong
mmđiều
(Hình
Bản
làbu200
mmđến
(10 mép
lần đường
kínhlàbu
cấy sử
dụng
kiện8).
khô.
Cácmã
bu
long
bố tríthước
thành 240×500
bốn hàng cách
đến 140
haicường
bu longbằng
cách
thépđược
có kích
mm,nhau
dàytừ10130
mmg.
Giảmm,
thiếttrong
bản mỗi
mã hàng
đượccógia
nhau
120
mm.
Khoảng
cách
từ
bu
long
đến
mép
bản


50
mm,
đến
mép
dầm

tông

90
mm
các sườn cứng để áp dụng lý thuyết EC2-4 với lựa chọn “Rigid design” trong phần mềm
(Hình 8). Bản mã thép có kích thước 240 × 500 mm, dày 10 mmg. Giả thiết bản mã được gia cường
HPEcác
để sườn
phâncứng
phốiđểnội
tínhEC2-4
tới từng
Với bản
mã cótrong
độ cứng
hạn chế,
bằng
áp lực
dụngtuyến
lý thuyết
với bu
lựalong.
chọn “Rigid
design”
phần mềm
HPE
lý phân
thuyết
CBFEM
FiniteVới
Element
tích lý
hợp
trong
phần
để
phối
nội lực (Component-Based
tuyến tính tới từng bu long.
bản mã Method)
có độ cứngđược
hạn chế,
thuyết
CBFEM
(Component-Based
Finite
được
hợp trong
phầnphân
mềmphối
HPE nội
cũnglực.
có thể được sử
mềm HPE cũng có
thểElement
được sửMethod)
dụng để
giảitích
quyết
bài toán
dụng để giải quyết bài toán phân phối nội lực.

4.2. Kiểm tra sức chịu tải với điều kiện bền

4.2. Kiểm tra sức chịu tải với điều kiện bền

Các bước tính toán thiết kế cho bu long hóa chất được quy định cho tiêu chuẩn

Các bước tính toán thiết kế cho bu long hóa chất được quy định cho tiêu chuẩn EC2-4-5 [5]. Tuy
EC2-4-5 [6]. Tuy nhiên, trong quá trình chuyển đổi, hệ thống cũ EOTA vẫn được chấp
nhiên, trong quá trình chuyển đổi, hệ thống cũ EOTA vẫn được chấp nhận vì phù hợp với các tiêu
nhận kiểm
vì phù
hợp
vớihành.
các Mặt
tiêu khác,
chuẩndokiểm
định hiện
khác,
tiêu
EC2chuẩn
định
hiện
tiêu chuẩn
EC2-4hành.
[3–5]Mặt
chỉ áp
dụngdo
giới
hạnchuẩn
trong một
số
loại
hình bốchỉ
trí áp
bu long
trong
dụ này
hệ số
thống
rộng
dụng
và tích
hợpnày
vào
4 [4-5-6]
dụngnên
giới
hạnvítrong
một
loạiEOTA
hình mở
bố trí
buđược
longsửnên
trong
ví dụ
phần
mềm HPE
(Hình
[14].
hệ thống
EOTA
mở10)
rộng
được sử dụng và tích hợp vào phần mềm HPE (Hình 10) [14].

HìnhHình
10.10.
Giao
phầnmềm
mềm
HPE
Engineering)
[14]
Giaodiện
diện phần
HPE
(Hilti(Hilti
ProfisProfis
Engineering)
[14]
nộitại
lựcvịtại
bản
mã,mềm
phần
mềm
tính
toán
hệ quả
động
lên như
từngtrong
bu
Từ Từ
nội lực
trí vị
bảntrímã,
phần
HPE
tínhHPE
toán hệ
quả
tác động
lêntác
từng
bu long
long 1.như
Bảng
Với
môhệmen
lệchtrên
tâm,mỗi
hệ bu
quả
táclàđộng
long

Bảng
Vớitrong
mô men
gây1.
lệch
tâm,
quả gây
tác động
long
khác trên
nhaumỗi
và sẽbu
ảnh
hưởng
đến
khả
năng
chịu
tải
của
cả
cụm
bu
long.
khác nhau và sẽ ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của cả cụm bu long.
Kết quả kiểm tra điều kiện chịu lực - với tác động kéo nhổ với bốn dạng phá hoại được trình bày
trong Bảng 2. Trong đó giá trị tính toán sức kháng của vật liệu thép bu long là an toàn nhất, tải trọng
chỉ đạt 23% khả năng làm việc của thép. Trường hợp phá hủy dễ xảy ra nhất là bê tông bị vỡ theo hình
nón, với hệ số hiệu dụng βN = 0,75.
12

112


Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2019

Tâm, V. N., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

Bảng 1. Phân phối hệ quả tác động trên từng bu long
Bảng 1. Phân phối hệ quả tác động trên từng bu long

Ví trí bu long
Lực kéo (kN)
Lực cắt (kN)

Ví trí
Sốbu1,long
5

Số 1,2,5 6
Số

Số 2,
Số6 3,

Lực kéo (kN)

18,664
11,482
2,281
2,281

11,482

18,664
Lực cắt
(kN)
2,281

7

3,747
2,281
2,281

Số 3, 7 Số 4,Số84, 8
3,747
2,281

0,000
0,000
2,281
2,281

Kết quả kiểm tra điều kiện chịu lực - với tác động kéo nhổ với bốn dạng phá hoại
Bảng 2. Kiểm tra điều kiện chịu lực - với tác động kéo nhổ
được trình bày trong Bảng 2. Trong đó giá trị tính toán sức kháng của vật liệu thép bu
long là an toàn nhất, tải trọng chỉ đạt 23% khả năng làm việc của thép. Trường hợp phá
Điều kiện phá hoại
Nội lực (kN)
Sức kháng (kN)
Hệ số βN
Đánh giá
hủy dễ xảy ra nhất là bê tông bị vỡ theo hình nón, với hệ số hiệu dụng bN=0,75.

Phá hoại bu long (kéo)*
18,664
81,667
0,23
Bảng 2. Kiểm tra điều kiện chịu lực - với tác động kéo nhổ
Tuột neo của bu long**
67,787
95,516
0,71
Điều kiện phá hoại
Sức kháng (kN)
Hệ số bN
Bê tông vỡ theo hình nón**
67,787 Nội lực (kN)90,216
0,75
Phá hoại bu long (kéo) * 18,664
81,667
Bê tông bị nứt tách**
- 0,23
Tuột neo
bu long
** cả cụm bu67,787
* kiểm tra cho một bu long;
**của
kiểm
tra cho
long.
Bê tông vỡ theo hình nón **

67,787

Đạt
Đạt
Đánh giá
Đạt
- Đạt

95,516

0,71

Đạt

90,216

0,75

Đạt

nứt tách
- tải huy động-của thép là rất- nhỏ (chỉ 5%).
Bảng 3 cho thấy Bê
vớitông
tácbịđộng
của**lực cắt, sức chịu
Tuy
nhiên, điều kiện bê tông
bị
vỡ
mép
theo
phương
của
lực
cắt
đã
không
được
thỏa
mãn
(hệ
số
hiệu
dụng
Ghi chú: * kiểm tra cho một bu long; ** kiểm tra cho cả cụm bu long.
βV = 1,03).

Bảng 3 cho thấy với tác động của lực cắt, sức chịu tải huy động của thép là rất nhỏ
(chỉBảng
5%).3.Tuy
nhiên,
điềukiện
kiệnchịu
bê tông
Kiểm
tra điều
lực - bị
vớivỡ
tácmép
độngtheo
củaphương
lực cắt của lực cắt đã không
được thỏa mãn (hệ số hiệu dụng bV=1,03).

Điều kiện phá
hoại
Nội kiện
lực (kN)
kháng
Hệ số βV
Bảng
3. Kiểm tra điều
chịu lực - Sức
với tác
động(kN)
của lực cắt
Điều kiện phá hoại 2,281
Phá hoại bu long (cắt)*
Phá hoại bu long (cắt
+
uốn)*
Phá hoại
bu long (cắt) *
Bê tông bị đào bửa ra**
18,250
Phá hoại bu long (cắt + uốn) *
Bê tông bị vỡ mép**
18,250

Nội lực (kN)
2,281
-

Bê tông bị đào bửa ra **

18,250

Bê tông bị vỡ mép **

18,250

Sức kháng (kN)
49,040
- 49,040
185,636
17,711
185,636

* kiểm tra cho một bu long; ** kiểm tra cho cả cụm bu long.

Đánh giá

Hệ số bV
0,05
- 0,05
0,10
1,03

17,711

0,10
1,03

Đánh
Đạtgiá

Đạt
Đạt
Không đạt
Đạt

Không đạt

Bảng 4 cho thấyGhi
khichú:
chịu* kiểm
tác động
lực tra
cắtcho
vàcảlực
kéo,
điều kiện kiểm tra không đảm
tra chođồng
một buthời
long;của
** kiểm
cụm
bu long.
bảo do tác động vượt 49%
so
với
sức
kháng
của
toàn
bộ
hệ
thống.
Bảng 4 cho thấy khi chịu tác động đồng thời của lực cắt và lực kéo, điều kiện kiểm
tra không
đảmkiện
bảo do
động
vượt
với sức
củacắttoàn
bộ hệ
Bảng 4. Kiểm
tra điều
chịutáclực
- dưới
tác49%
độngsođồng
thờikháng
của lực
và lực
kéothống.
Bảng 4. Kiểm tra điều kiện chịu lực - dưới tác động đồng thời của lực cắt và lực kéo

Hệ số hiệu dụng βNHệ số hiệuHệ
sốbNhiệu Hệ
dụng
βV dụng bV α
dụng
số hiệu
0,751

0,751

1,030

1,030

a

1,0001,000

Hệ sốHệ
βN,V
số bN,V

Đánh
Đánhgiá
giá

1,49 1,49

Khôngđạt
đạt
Không

Như vậy trong ví dụ này, hệ thống liên kết khoan cấy không đảm bảo chịu lực với

Như vậy trong ví dụ này, hệ thống liên kết khoan cấy không đảm bảo chịu lực với chiều sâu neo
sâu neo bu long bằng 10 lần đường kính của nó. Để hệ thống đủ an toàn chịu lực,
bu long bằng 10 lầnchiều
đường
kính của nó. Để hệ thống đủ an toàn chịu lực, cần tăng chiều sâu neo bu
long từ 200 lên 300 mm và tăng khoảng cách từ bu long tới mép bê tông gần nhất từ 90 lên 150 mm.
Khi đó, sử dụng phần mềm HPE sẽ xác định được các hệ 13
số hiệu dụng kháng kéo nhổ, kháng cắt và
dưới tác dụng đồng thời của lực cắt và lực kéo lần lượt là βN = 0,53, βV = 0,70 và βN,V = 0,96.

113


Tâm, V. N., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

5. Kết luận
Từ những kết quả trình bày trong bài báo, có thể rút ra những kết luận sau:
- Hệ thống tiêu chuẩn châu Âu về khoan neo cấy bu long vào bê tông là một hệ thống đồng bộ,
khoa học và có thể được áp dụng thuận tiện trong thực hành.
- Khi thiết kế giải pháp khoan neo cấy bu long vào bê tông theo hệ thống tiêu chuẩn châu Âu, cần
kiểm tra đầy đủ các dạng phá hoại có thể xảy ra đối với từng bu long và với bê tông do tác động kéo
nhổ (phá hoại do vỡ theo hình nón, do bị nứt tách); hoặc với tác động cắt (phá hoại do bị bửa ra, do bị
vỡ mép) gây bởi cả cụm bu long.
- Các kết quả phân tích cho thấy bu long thường không phải là yếu tố nguy hiểm nhất khi xác định
khả năng làm việc của hệ thống khoan neo cấy do giá trị sức kháng của thép thường rất lớn và đảm
bảo đối với các tác động của tải trọng. Trong nhiều trường hợp, yếu tố quyết định khả năng chịu lực
của hệ khoan neo cấy là bê tông. Bên cạnh đó, chiều sâu neo bu long vào bê tông cũng cần được tính
toán sao cho vừa đảm bảo an toàn chịu lực, vừa hợp lý về kinh tế mà không nên chọn cố định theo
một thông số kinh nghiệm.
Trong thời gian tới, cần sớm nghiên cứu, xây dựng và ban hành một hệ thống quy chuẩn quốc gia
và tiêu chuẩn thiết kế đồng bộ của Việt Nam cho lĩnh vực liên kết nói chung và khoan neo cấy bu
long vào bê tông nói riêng theo yêu cầu cập nhật và tiệm cận với các tiêu chuẩn quốc tế. Bên cạnh đó,
cần nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng tiêu cực của liên kết khoan cấy cũng như về những khu vực cần
tránh đặt liên kết khoan cấy trên kết cấu chịu lực chính của công trình.
Tài liệu tham khảo
[1] TCVN 5574:2018. Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế. Bộ Khoa học và Công nghệ,
Việt Nam.
[2] TCVN 5575:2012. Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế. Bộ Xây dựng, Việt Nam.
[3] EN 1992-4-1:2018. Eurocode 2: Design of fastenings for use in concrete - Part 4-1: General. CEN,
Brussels.
[4] EN 1992-4-4:2018. Eurocode 2: Design of fastenings for use in concrete - Part 4-4: Post-installed fasteners - Mechanical systems. CEN, Brussels.
[5] EN 1992-4-5:2018. Eurocode 2: Design of fastenings for use in concrete - Part 4-5: Post-installed fasteners - Chemical systems. CEN, Brussels.
[6] CPD (1989). Council Directive 89/106/EEC: The contruction production directive.
[7] CPR (2011). Regulation (EU) No 305/2011 of the European Parlianment and of the Council.
[8] EOTA (2018). https://ww.eota.eu/en-GB/content/etags-used-as-ead/26/ .
[9] Pombo, L., Li, Y. (2018). A long journey to Eurocode 2 for anchor design. Hilti Seminar Document,
Schaan, Liechtenstein.
[10] Li, Y. (2017). New fastening code - EC2-4 Part 2. Changes for post-installed anchor fastening design.
Hilti Seminar Document, Schaan, Liechtenstein.
[11] Hilti Corporation (2005). Hilti anchor fastening technology manual. Schaan, Liechtenstein.
[12] ETA-98/0001 (2018). Hilti metal expansion anchor HST, HST-R, HST-HCR, HST3, HST3-R. DIBt, Berlin,
Đức.
[13] ETA-16/0143 (2017). Injection system Hilti HIT-RE 500 V3. CSTB, Pháp.
[14] Hilti Profis Engineering. https://profisengineering.hilti.com.

114



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×