Cắt thủng vẫn là một trong những kiểm tra khó hình dung nhất trong thiết kế bê tông. Một sàn phẳng đỡ trực tiếp lên cột, không dầm, tập trung một lực cắt khổng lồ vào vùng nhỏ quanh mỗi cột - và khi phá hoại xảy ra, nó đột ngột và giòn, một nón bê tông bị đâm thủng xuyên qua sàn. Hai phương pháp thiết kế chiếm ưu thế, và chúng không phải lúc nào cũng nhất trí.
Vì sao khó hình dung
Khác cắt dầm, cắt thủng là bài toán ba chiều. Sàn cố phá hoại theo mặt gần hình nón quanh cột, và khả năng chịu lực phụ thuộc bê tông, cốt thép chịu uốn cắt qua mặt đó, và hình học của bản thân cột. Không có biểu đồ lực cắt gọn gàng để đọc; kiểm tra về cơ bản là về một chu vi và ứng suất trên đó.
Phương pháp chu vi kiểm soát của EC2
EC2 xử lý điều này bằng một chu vi kiểm soát đặt cách mặt cột một khoảng định sẵn - chu vi cơ bản nằm cách mặt , với là chiều cao làm việc. Lực cắt tác dụng trải trên chu vi này và so với khả năng chịu lực tỉ lệ với cường độ bê tông và, quan trọng, với hàm lượng cốt thép chịu uốn lũy thừa một phần ba. Nhiều thép kéo qua vùng cột cho khả năng cắt thủng lớn hơn, vì nó kiểm soát nứt trước phá hoại.
Đó là phương pháp nhanh, thực nghiệm, hiệu chỉnh tốt - chính vì vậy là công cụ hằng ngày.
Phương pháp fib Model Code
fib Model Code dùng Lý thuyết vết nứt cắt tới hạn (CSCT), một mô hình cơ học hơn. Thay vì quy tắc chu vi thực nghiệm, nó gắn khả năng cắt thủng trực tiếp với góc xoay của sàn tại cột: sàn xoay càng nhiều, vết nứt cắt tới hạn mở càng rộng, và bê tông truyền được càng ít lực cắt qua nó.
CSCT gắn khả năng chịu lực trực tiếp với góc xoay của sàn - một tính toán vật lý hơn, dù nặng hơn, so với quy tắc chu vi kiểm soát.
Nó tốn công hơn, và cần ước lượng góc xoay, nhưng nắm bắt cơ học nền tảng thay vì khớp một đường cong với số liệu thí nghiệm.
Nơi chúng khác nhau - và vì sao quan trọng
Với sàn cốt thép thấp, hai phương pháp gần nhau; bạn chọn cái tiện hơn. Vùng đáng chú ý là cốt thép cao:
- Với hàm lượng cốt thép trên khoảng 1,5%, hai phương pháp bắt đầu tách ra.
- Sự tách đó có thể thay đổi một quyết định thiết kế thực - cụ thể, có cần mũ cột hay đầu cột hay không, hay sàn tự chịu được nhu cầu cắt thủng.
Khi các phương pháp bất đồng về điều cụ thể đó, nên hiểu mỗi phương pháp dựa trên giả thiết nào, thay vì mặc định chọn đáp án rộng rãi hơn.
Dùng trong thực tế
- Phương pháp chu vi kiểm soát của EC2 là mặc định đúng cho sàn phẳng thông thường - nhanh, hiệu chỉnh, được chấp nhận.
- Dùng CSCT khi cốt thép cao và kết quả chu vi kiểm soát là thứ buộc phải làm mũ cột tốn kém; mô hình cơ học hơn có thể cho thấy sàn đủ.
- Nhớ rằng thép chịu uốn có ích hai lần - nó kháng mô men uốn và tăng khả năng cắt thủng, nên cấu tạo cốt thép vùng cột tốt rất quan trọng.
Quy định cắt thủng EC2 nằm trong tài liệu tham chiếu. Điều chính: cắt thủng giòn và không khoan nhượng, nên phương pháp bạn chọn - và cốt thép bạn cấu tạo qua vùng cột - xứng đáng được chú ý thực sự, không phải mặc định.