Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

NGHIÊN CỨU KẾT CẤU DẦM LIÊN HỢP GỖ - BÊ TÔNG
Trần Văn Đăng
Trường Đại học Thủy lợi, email:

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Sử dụng gỗ trong các cơng trình xây dựng
là một giải pháp hiệu quả trong việc giảm
thiểu ô nhiễm môi trường. Ngày nay, công
nghệ chế tạo và xử lý gỗ ngày càng tiên tiến,
giúp cho kết cấu gỗ nâng cao được sức kháng
và độ bền. Đặc biệt các kết cấu liên hợp từ gỗ
đã thể hiện được ưu điểm vượt trội so với kết
cấu gỗ truyền thống, cả về mặt chịu lực cũng
như mỹ quan.
Kết cấu liên hợp gỗ - bê tơng là một ví dụ
điển hình. Một số kết cấu phổ biến như là:
dầm liên hợp gỗ nhiều thớ - bê tông (glued
laminated timber-concrete), dạng mặt cắt chữ
nhật hoặc cánh T, sàn liên hợp gỗ - bê tông
(timber-concrete floor). Kết cấu liên hợp gỗ bê
tông đã được sử dụng trong các các cơng trình
lớn như cầu, ví dụ cầu Talvitie Bridge (Isojoki,
Finland), hoàn thành năm 2001, tổng chiều dài
31,6m, hoặc cầu Vihantasalmi Bridge
(Mäntyharju, Finland), hoàn thành năm 1999,
gồm 5 nhịp với tổng chiều dài 182m [1].
Hiện nay số lượng cơng trình nghiên cứu
về kết cấu liên hợp bê tơng gỗ rất đồ sộ. Nhìn

chung, các nghiên cứu gần đây tập trung theo
các hướng sau:
- Xác định các chỉ số cơ học như sức
kháng uốn, mô đun đàn hồi của kết cấu liên
hợp gỗ - bê tông.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của liên kết chống
cắt tới ứng xử cơ học tổng thể của kết cấu.
- Nghiên cứu theo phương pháp số, nhằm
xây dựng mơ hình dự báo ứng xử cơ học của
kết cấu liên hợp gỗ - bê tông.
- Carlos Martins cùng các cộng sự [2]
nghiên cứu kết cấu liên hợp gỗ - bê tơng,
trong đó sử dụng thân cây nguyên khối. Đặc
biệt dạng liên kết chống cắt ảnh hưởng đáng

kể tới sức kháng uốn của dầm liên hợp. Liên
kết dạng chốt cho sức kháng uốn lớn nhất
(13.2 MPa), liên kết đinh vít và thanh xiên
cho sức kháng như nhau (12.1 MPa).

Hình 1. Dầm liên hợp cánh T với
các dạng liên kết chống cắt khác nhau
José Luiz Miotto và Antonio Alves Dias
[3] tiến hành thí nghiệm kiểm tra sức kháng
của dầm liên hợp gỗ- bê tơng, trong đó dầm
gỗ được gia cường bằng lưới sợi thủy tinh
GFRP. Sức kháng của dầm hoàn chỉnh tăng
rõ rệt (142.5kN) khi so sánh với dầm gỗ
không liên hợp (93kN), và dầm liên hợp gỗ bê tông không gia cường (131.6kN).
A.M.P.G. Dias và các cộng sự [4] đã xây

dựng mơ hình phần tử hữu hạn 3D, mơ tả thí
nghiệm kiểm tra khả năng chịu cắt của liên
kết chốt trong kết cấu gỗ - bê tông.
Nghiên cứu này hướng tới các loại gỗ thông
dụng, thời gian khai thác ngắn, giá thành rẻ
như gỗ tràm, thơng, nhằm có được các dữ liệu
liên quan tới chỉ số cơ học của kết cấu liên hợp
gỗ - bêtông như là sức kháng uốn, mô đun đàn
hồi. Các số liệu này sẽ là căn cứ, để phục vụ
cho thiết kế các cơng trình có sử dụng kết cấu
gỗ hoặc kết cấu liên hợp từ gỗ.

115


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Nghiên cứu này hướng tới sử dụng các loại
gỗ phổ biến như là: gỗ tràm, gỗ thông. Hiện
nay các dầm đang được chế tạo.
Nhờ sự hợp tác từ nhóm nghiên cứu tại
Viện nghiên cứu LERMAB (Pháp), dầm liên
hợp gỗ- bê tông, chế tạo từ gỗ thông, đã được
chế tạo. Dầm có chiều dài 3.8m, phần bụng
dầm bằng gỗ thuộc nhóm C24 có tiết diện
170mm75mm, phần cánh dầm bằng bê tơng
cốt thép, có tiết diện 400mmx70mm (Hình 2

(a,b). Bê tơng sử dụng có mác C25/30 [5].
Phần gỗ và bê tơng được liên kết với nhau
qua 46 đinh vít với chiều dài 160mm và
đường kính 7.5mm.
Dầm liên hợp được tiến hành thí nghiệm
nén uốn 4 điểm theo tiêu chuẩn EN-408 [6]
(Hình 2 (c)).

trong đó:
C1 =1/f t,90 fc,90 -1/(2ft,0 fc,0)
C2 =C3 =1/(2ft,0 fc,0); C4=1/ft,0 -1/f c,0
C5 =C6 =1/f t,90 -1/f c,90
C7 =C8 =C9 =1/(fv )2
ft,0 ;f t,90 lần lượt là cường độ kéo của gỗ
theo phương dọc thớ và ngang thớ.
fc,0; fc,90 lần lượt là cường độ nén của gỗ
theo phương dọc thớ và ngang thớ.
fv là cường độ chịu cắt của gỗ.
Vật liệu bê tơng được mơ tả theo mơ hình
phá hoại dẻo (concrete damage plasticity
model), có sẵn trong thư viện của phần mềm
ABAQUS [9].

Hình 3. Mơ hình vật liệu bê tông:
(a) kéo; (b) nén
(a)

(b)

3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU


Đường cong lực-chuyển vị tại vị trí giữa
dầm thu được từ thí nghiệm được thể hiện
trong hình 4.
(c)

Hình 2. Mặt cắt ngang dầm liên hợp (a),
Chế tạo dầm liên hợp (hình b) và
thí nghiệm nén uốn 4 điểm (hình c)
2.2. Phương pháp nghiên cứu mơ hình số
Mơ hình số phần tử hữu hạn, mơ tả thí
nghiệm trên, được xây dựng dựa trên mơ
hình đã được nhóm tác giả phát triển dành
cho vật liệu gỗ [7].
Mơ hình vật liệu của gỗ được giả thiết là
đồng nhất, đàn hồi, dẻo, đa hướng, tuân theo
tiêu chuẩn Hoffman [8], thể hiện trong
phương trình sau:
C1 (σ y - σz)2 + C2 (σz- σx)2+ C3 (σx- σy )2 +C4σ x+
C5 σ y + C6 σ z+ C7 (τ yz)2 + C7 (τ xz)2 + C9 (τ xy)2 =1

Hình 4. Đường cong thực nghiệm
Lực-chuyển vị giữa dầm của dầm liên hợp
Hình 4 thể hiện ứng xử cơ học của dầm
liên hợp gỗ - bê tông, với vùng dẻo không rõ
rệt, và phá hoại dòn, đột ngột. Phá hoại tổng
thể của dầm liên hợp được quyết định bởi sự
phá hoại của gỗ chịu kéo.

116



Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

Một mơ hình phần tử hữu hạn đã được xây 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
dựng bằng phần mềm Abaqus. Trong đó gỗ [1] Viktoria Detkin. 2016. Timber in Bridge
và bê tơng được mơ tả bằng phần tử khối, có
Structures. Doctoral thesis. Metropolia
8 nút, dạng C3D8R. Đinh vít chống cắt được
University of Applied Sciences . Helsinki,
mô tả bằng phần tử dầm, có 2 nút, dạng B31
Finland.
[9]. Kết quả của mơ hình thể hiện khá tốt khi [2] Carlos Martins , Alfredo M.P.G. Dias, R.
so sánh với kết quả từ thực nghiệm.
Costa, Pedro Santos. 2016. Environmentally
Phần tử C3D8R

[3]
Phần tử B31

[4]

[5]

[6]

[7]

Hình 4. Mơ hình phần tử hữu hạn
dầm liên hợp gỗ-bê tơng và

phân bố ứng suất trong dầm

[8]
[9]

4. KẾT LUẬN

Bài báo đã tóm lược tổng quan về xu thế
nghiên cứu liên quan đến kết cấu liên hợp gỗbê tông, cũng như phạm vi ứng dụng của loại
kết cấu này trong các công trình xây dựng.
Kết quả thí nghiệm dầm liên hợp gỗ-bê
tơng, sử dụng đinh vít chống cắt, đã được
giới thiệu trong bài báo. Cùng với đó, một
mơ hình phần tử hữu hạn, mơ tả theo thí
nghiệm nén uốn 4 điểm, đã được xây dựng
hoàn thiện.
117

friendly high performance timber–concrete
panel. Construction and Building Materials.
Vol. 102, pp. 1060–1069.
Jos é Luiz Miotto, Antonio Alves Dias.
2015. Structural efficiency of full-scale
timber–concrete
composite
beams
strengthened with fiberglass reinforced
polymer. Composite Structures. Vol.128,
pp. 145–154.
A.M.P.G. Dias, J.W. Van de Kuilen, S.

Lopes, H. Cruz. 2007. A non-linear 3D
FEM model to simulate timber–concrete
joints. Advances in Engineering Software.
Vol. 38, pp.522–530.
EN 1992-1-1: Eurocode 2 ‘‘Calcul des
Structures en Béton’’ partie 1–1: règles
générales et règles pour les bâtiments .
Bruxelles; janvier 2004.
EN 408 (2010) Timber Structures –
Structural timber and glued-laminated
timber- Determination of some physical and
mechanical
properties.
Bruxelles,
November 2010.
Oudjene M, Tran V-D, Meghlat E-M, AitAider H. 2016. Numerical models for selftapping screws as reinforcement of timber
structures and joints. In: Proceedings of World
Conference on Timber Engineering (WCTE),
August 22–25, 2016, Vienna, Austria.
Hoffman O. 1967. The brittle strength of
orthotropic materials. J Compos Mater.
ABAQUS. Theory manual, version 6.2.
2000. Hibbit. Karson & Sorensen, Inc.