Đánh giá các công thức tính toán cường độ chịu cắt của cột bê tông cốt thép tiết diện chữ nhật

Từ khóa:

Cột BTCT chữ nhật
cường độ chịu cắt
tiêu chuẩn thiết kế
công thức thực nghiệm
dữ liệu thí nghiệm.

Tóm tắt:

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. Hiện tại, có nhiều tiêu chuẩn thiết kế và nghiên cứu đã đề xuất công thức tính toán cường độ chịu cắt của cột BTCT. Tuy nhiên, việc tính toán theo các công thức đã đề xuất trong các tài liệu vẫn còn có sự sai lệch nhiều so với kết quả thí nghiệm. 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. Bảy công thức tính toán được sử dụng để đánh giá trong nghiên cứu này, trong đó có năm công thức dựa trên tiêu chuẩn thiết kế bao gồm TCVN 5574 (2018), ACI 318 (2014), CSA (2014), EN 1998-1 (2004), FEMA 273 (1997) và hai nghiên cứu điển hình đã công bố là Ascheim - Moehle (1992) và Sezen – Moehle (2004). Cường độ chịu cắt của cột được tính toán dựa trên số liệu đầu vào của bộ dữ liệu sưu tập và sử dụng bảy công thức đã nêu. Cuối cùng, kết quả tính toán của các công thức được đánh giá dựa vào các đại lượng thống kê, bao gồm hệ số xác định và sai số quân phương. Kết quả đánh giá cho thấy rằng công thức của tiêu chuẩn EN 1998-1 (2004) cho dự báo tốt nhất, tiếp đến là công thức của Sezen-Moehle (2004), TCVN 5574 (2018) và tiêu chuẩn Canada CSA (2014). Các công thức này cho kết quả tính toán tương đối gần với thí nghiệm và thiên về an toàn hơn các công thức khác.

Nội dung:

Tài liệu tham khảo:

1. TCVN 5574 (2018). Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam.
2. ACI-318-14. (2014). “Building code requirements for structural concrete (ACI 318-14) and commentary”. American Concrete Institute.
3. CSA (2014). “Design of concrete structures (CSA A23. 3-14)”. Canadian Standards Association, Rexdale, Ontario, Canada.
4. EN 1998-1 (2004). Eurocode 8: “Design of Structures for Earthquake Resistance - Part 1: General Rules”. Seismic Actions and Rules for Buildings.
5. FEMA 273 (1997). “NEHRP guidelines for the seismic rehabilitation of buildings”. In Federal Emergency Management Agency. Washington, D.C, USA.
6. Ascheim M., Moehle J. (1992). “Shear strength and deformability of RC bridge columns subjected to inelastic cyclic displacements”, No. UCB/EERC-92/04.
7. Sezen, H., Moehle, J. P. (2004). “Shear strength model for lightly reinforced concrete columns”. Journal of Structural Engineering, 130(11), 1692-1703.
8. Azadi Kakavand M. R., Sezen H., & Taciroglu E. (2021). “Data-driven models for predicting the shear strength of rectangular and circular reinforced concrete columns”. Journal of Structural Engineering, 147(1), 04020301.
9. Yu B., Liu S., Li B. (2019). “Probabilistic calibration for shear strength models of reinforced concrete columns”. Journal of Structural Engineering, 145(5), 04019026.
10. ASCE/SEI-41‐06. (2007). “Seismic rehabilitation of existing buildings (ASCE/SEI 41-06)”. In Seismic Rehabilitation Standards Committee, American Society of Civil Engineers, Reston, VA.
11. Ghannoum W, Sivaramakrishnan B, Pujol S, Catlin A, Fernando S, Yoosuf N et al. “ACI 369 rectangular column database”. Network for Earthquake Engineering Simulation (database), Dataset, DOI. 2012;10:D36688J50.
12. Belkacem MA, Bechtoula H, Bourahla N, Belkacem AA. (2019). “Effect of axial load and transverse reinforcements on the seismic performance of reinforced concrete columns”. Frontiers of Structural and Civil Engineering, 13, 831-851.
13. Wang D, Li H-N, Li G. (2013). “Experimental study on dynamic mechanical properties of reinforced concrete column”. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 32:1793-806.
14. Xiao J, Zhang C. (2008). “Seismic behavior of RC columns with circular, square and diamond sections”. Construction and Building Materials, 22, 801-810.
15. Rodrigues H, Furtado A, Arêde A. (2016). “Behavior of rectangular reinforced-concrete columns under biaxial cyclic loading and variable axial loads”. Journal of Structural Engineering, 142, 04015085.
16. Melo J, Varum H, Rossetto T. (2015). “Experimental cyclic behaviour of RC columns with plain bars and proposal for Eurocode 8 formula improvement”. Engineering Structures, 88, 22-36.
17. Ho JCM. (2012). “Experimental tests on high-strength concrete columns subjected to combined medium axial load and flexure”. Advances in Structural Engineering, 15, 1359-1374.
18. Wu D, Ding Y, Su J, Li Z-X, Zong L, Feng K. (2021). “Effects of tie detailing configurations on reinforcement buckling and seismic performance of high-strength RC columns”. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 147, 106791.
19. Tran CTN. (2010). “Experimental and analytical studies on the seismic behavior of reinforced concrete columns with light transverse reinforcement”. PhD thesis, Nanyang Technological University Singapore.
20. Ou Y-C, Kurniawan DP, Handika N. (2013). “Shear behavior of reinforced concrete columns with high-strength steel and concrete under low axial load”. ACI Special Publication, 293, 1-12.
21. Li Y-A, Huang Y-T, Hwang S-J. (2014). “Seismic response of reinforced concrete short columns failed in shear”. ACI Structural Journal, 111(4), 945.
22. Popa V, Cotofana D, Vacareanu R. (2014). “Effective stiffness and displacement capacity of short reinforced concrete columns with low concrete quality”. Bulletin of Earthquake Engineering, 12, 2705-2721.
23. Jin C, Pan Z, Meng S, Qiao Z. (2015). “Seismic behavior of shear-critical reinforced high-strength concrete columns”. Journal of Structural Engineering, 141, 04014198.
24. EL-Attar MM, El-Karmoty HZ, EL-Moneim AA. (2016). “The behavior of ultra-high-strength reinforced concrete columns under axial and cyclic lateral loads”. HBRC Journal, 12, 284-295.
25. Eom T-S, Kang S-M, Park H-G, Choi T-W, Jin J-M. (2014). “Cyclic loading test for reinforced concrete columns with continuous rectangular and polygonal hoops”. Engineering Structures, 67, 39-49.
26. Opabola EA, Elwood KJ, Oliver S. (2019). “Deformation capacity of reinforced concrete columns with smooth reinforcement”. Bulletin of Earthquake Engineering, 17, 2509-2532.
27. Goksu C, Yilmaz H, Chowdhury S, Orakcal K, Ilki A. (2014). “The effect of lap splice length on the cyclic lateral load behavior of RC members with low-strength concrete and plain bars”. Advances in Structural Engineering, 17, 639-658.
28. Zhang Y, Zheng S, Rong X, Dong L, Zheng H. (2019). “Seismic performance of reinforced concrete short columns subjected to freeze–thaw cycles”. Applied Sciences, 9, 2708.
29. Bousias S, Spathis A-L, Fardis MN. (2007). “Seismic retrofitting of columns with lap spliced smooth bars through FRP or concrete jackets”. Journal of Earthquake Engineering, 11, 653-674.
30. Arani KK, Di Ludovico M, Marefat MS, Prota A, Manfredi G. (2014). “Lateral response evaluation of old type reinforced concrete columns with smooth bars”. ACI Structural Journal, 111, 827-838.
31. Di Ludovico M, Verderame G, Prota A, Manfredi G, Cosenza E. (2014). “Cyclic behavior of nonconforming full-scale RC columns”. Journal of Structural Engineering, 140, 04013107.
32. Pham TP, Li B. (2014). “Seismic performance of reinforced concrete columns with plain longitudinal reinforcing bars”. ACI Structural Journal, 111, 561.
33. Zhang J, Cai R, Li C, Liu X. (2020). “Seismic behavior of high-strength concrete columns reinforced with high-strength steel bars”. Engineering Structures, 218, 110861.
34. Dinh NH, Park S-h, Choi K-K. (2020). “Seismic performance of reinforced concrete columns retrofitted by textile-reinforced mortar jackets”. Structure and Infrastructure Engineering, 16, 1364-1381.
35. Kim C-G, Park H-G, Eom T-S. (2019). “Effects of Type of Bar Lap Splice on Reinforced Concrete Columns Subjected to Cyclic Loading”. ACI Structural Journal, 116(2), 183-194.