Đánh giá tác động của vị trí và tỉ lệ nối thép bằng
ống ren đến ứng xử của dầm bê tông cốt thép
Nguyễn Thanh Hưng1, Huỳnh Phương Doanh1
1

Khoa xây dựng, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh



Tóm tắt: Trong bài báo này, các tác giả đã nghiên cứu đánh giá
tác động của vị trí và tỉ lệ nối thép bằng ống ren(coupler) đến
ứng xử của dầm bê tông cốt thép. Các đánh giá được đưa ra
bởi mô hình thí nghiệm với các dầm bê tông có cốt thép được
nối bằng coupler trên cùng một mặt cắt. Kết quả so sánh của
dầm có cốt thép được nối bằng coupler và dầm bê tông cốt thép
không nối cốt thép cho thấy khả năng chịu lực và ứng xử của
của dầm bê tông cốt thép khi nối thép bằng coupler có thay đổi
tương đối nhỏ so với dầm bê tông không nối thép.
Từ khóa: Dầm bê tông cốt thép, mối nối cốt thép, ống ren.
Abstract: In this paper, the authors investigated the impact of the
position and the splice ratio of reinforcing bars by coupler on the
behavior of reinforced concrete beams. The assessments are given
by the experimental model with reinforced concrete beams have
reinforcing bars spliced by coupler at the same section.
Comparison results of test beams and control beams show that the
load-capacity and behavior of reinforced concrete beams when
connecting steel with coupler has relatively small changes
compared to concrete beams unconnected steel.

II.

CH
ƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM

A. Thiết kế mô hình thực nghiệm
Mô hình thực nghiệm gồm 7 dầm bê tông cốt thép được
chế tạo và thí nghiệm tại Phòng thí nghiệm Công trình thuộc
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh. Tất
cả các mẫu đều có kích thước 200x300x3300mm, với thép
dọc 4Ø16mm, thép đai Ø6a150mm. Đối với dầm số D1, D2,
D3 nối 100% cốt thép bằng coupler, vị trí nối lần lượt 1/2,
1/3, 1/4 dầm, đối với dầm số D4, D5, D6 nối 75% cốt thép
bằng coupler, vị trí nối lần lượt 1/2, 1/3, 1/4 dầm và dầm số
D7 không nối cốt thép.

Key words: Reinforced concrete beams, reinforced splice, coupler.

I.

GI

Hình 1 Mô hình mẫu dầm bê tông cốt thép.

ỚI THIỆU
Hiện nay trên thế giới việc nối cốt thép trong kết cấu bê
tông cốt thép đã được cải tiến một cách đáng kể, có nhiều
phương pháp nối cốt thép đáp ứng với yêu cầu đặt ra, một số
nghiên cứu trên thế giới như: B. MacKay, D. Schmidt and T.
Rezansoff, (1998)[1] đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của mối
nối chồng trong dầm khi chịu tải trọng. Rasha T.S.
Mabrouk, Ahmed Mounir[2] đã nghiên cứu mối nối chồng

trong dầm bê tông cốt thép. Để hạn chế sự phá hoại dòn,
một số tiêu chuẩn đã giới hạn đối với tỷ lệ phần trăm cốt
thép có thể được nối tại NZS 3101-Phần 1 (Tiêu chuẩn New
Zealand 2006)[3], hạn chế các mối nối gần vùng có ứng suất
kéo lớn kéo ACI 318M-11 (ACI 2011)[4]. Ahmed El-Azab,
Hatem M. Mohamed (2014)[5] đã nghiên cứu sự ảnh hưởng
của mối nối chịu kéo đến ứng xử của dầm bê tông cường độ
cao. Việc nghiên cứu thử nghiệm trên dầm với mối nối tiếp
tục cho đến nay (Hardisty et al. 2015). Tuy nhiên, dù có
nhiều thử nghiệm trước đó được thực hiện trên dầm, cột và
đã có một số đề xuất cho các mối nối về tính chất cơ học
nhưng cũng chưa tỏ ra có hiệu quả nhằm đáp ứng với thực tế
nhất là khi áp dụng vào điều kiện ở Việt Nam. Trong nước
hiện nay, việc nghiên cứu ứng xử của mối nối ống ren khá
đầy đủ và đã có tiêu chuẩn quốc gia để áp dụng (TCVN
8163:2009)[6]. Nhưng, việc nghiên cứu ứng xử của mối nối
ống ren trong dầm bê tông cốt thép còn rất hạn chế, nhất là
khi áp dụng tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép
TCVN 5574:2012[7] gặp rất nhiều khó khăn với việc nối cốt
thép bằng ống ren tại một vị trí của dầm cho các nhà thầu thi
công thép.
Do vậy, việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của dầm bê
tông cốt thép chịu tải trọng tĩnh khi số lượng cốt thép tại
một mặt cắt được nối bằng ống ren thay đổi bằng thực
nghiệm, nhằm góp phần đưa ra giải pháp dễ dàng hơn cho
các nhà thầu thi công thép.

Hình 2 Mô hình thực tế mẫu dầm thực nghiệm
B. Vật liệu sử dụng
Bê tông

Trong đề tài này, cấp phối sử dụng trong thí nghiệm được
đề xuất theo Bảng I đối với bê tông thường, cấp phối này sử
dụng cho bê tông Mác #250 với độ sụt 10 ± 2
Bảng I Cấp phối sử dụng cho công tác thiết kế
Đá 1x2
Cát vàng
XM PCB40
Nước

1m3
0.816
0.477
378
182

Đơn vị
m3
m3
kg
Lít

Hình 3 Độ sụt của hỗn hợp bê tông
Cường độ chịu nén của các mẫu khối lập phương trong
thí nghiệm được trình bày ở Bảng II trong thí nghiệm nén
mẫu để xác định cường độ chịu nén chúng tôi sử dụng mẫu
lập phương 150x150x150mm.
Bảng II Kết quả nén mẫu


Mẫu

15x15x15cm

Giá trị TB

STT
1
2
3
4
5
6

P(kN)
627.4
525.23
559.91
628.22
577.27
620.35
589.73

mẫu thử dưới dạng hai tải trọng tập trung như nhau. Một
hộp báo tải kỹ thuật số với độ chính xác 1 kN đã được sử
dụng để đo tải trọng. Ở vị trí nhịp giữa và một phần ba của
nhịp dầm sử dụng dụng cụ đo chuyển vị(LVDT) có độ chính
xác 0,01 mm. Các vết nứt ở mặt của mẫu vật được đánh dấu
để phân tích. Biến dạng của cốt thép được đo bằng thiết bị
đo biến dạng(strain gauges) được gắn ở gần vị trí nối cốt
thép chịu kéo bằng coupler đối với mẫu dầm thử, và được
gắn ở giữa cốt thép chịu kéo trong trường hợp mẫu dầm đối

chứng. Hình 6 sơ đồ truyền tải và Hình 7 bố trí lắp đặt dầm
thí nghiệm chung.

Hình 4 Mẫu khối lập phương trong thí nghiệm
15×15×15cm
Từ kết quả nén mẫu trên, ta tính được cường độ chịu nén
trung bình sau 28 ngày fc=25.7 Mpa. Mác bê tông này xem
là #250, chuyển đổi từ Mác sang cấp độ bền gần đúng theo
công thức thực nghiệm B = 0.0778M , kết hợp với TCVN
5574-2012 ta tra được bê tông này khoảng B20 có Rb=11.5
Mpa.

Hình 6 Sơ đồ truyền tải

Thép và coupler
Sử dụng thép chịu lực theo TCVN 1651-2:2008 có thông số
kỹ thuật như Bảng III
Bảng III Thông số kỹ thuật của thép chịu lực
Mác thép
CB400-V

Giới hạn
chảy
(N/mm2)
400

Giới hạn
đứt
(N/mm2)
570


Độ giãn
dài tương
đối (%)
14

Sử dụng coupler theo tiêu chuẩn TCVN 8163 : 2009 có
thông số kỹ thuật như Bảng IV, vật liệu của coupler có
cường độ lớn hơn thép chịu lực.
Bảng IV Thông số kỹ thuật của coupler

Hình 5 Cốt thép được nối bằng coupler
C. Quá trình thí nghiệm
Các dầm được tiến hành thí nghiệm uốn 4 điểm, sử dụng
một hệ thống tải hai điểm được đặt trên các dầm sao cho
đảm bảo khu vực uốn thuần túy ở giữa dầm. Thiết bị thí
nghiệm bao gồm một tải thủy lực tĩnh được sử dụng để gia
tải trọng tập trung với gia số 3,5 kN/s. Tải trọng từ thiết bị
thí nghiệm được truyền qua một thanh thép cứng lên các

Hình 7 Bố trí lắp đặt dầm thí nghiệm
III.

KẾ
T QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ

Sau quá trình gia tải để uốn dầm cho đến khi dầm bị phá
hủy, từ những kết quả thực nghiệm chúng ta xây dựng nên
các biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa tải trọng và độ võng
của dầm, tải trọng và biến dạng của cốt thép trong dầm, khả

năng chịu tải khi xuất hiện vết nứt và khi bị khá hủy, các
kích
thước
(mm)

Đường
kính
ngoài
(mm) ±
1

Chiều
dài
(mm) ±
1

Bước
ren
(mm)

Số vòng
ren
(r) ± 0.5

Ứng
suất
chảy
(Mpa)

Ứng

suất
bền
(Mpa)

Vật
liệu
(c#)

16

25

42

2.5

16.8

≥500

≥682.5

C45

phân tích vết nứt của dầm sau khi bị phá hủy. Từ đó so
sánh, phân tích những kết quả này giữa các mẫu dầm thử và
mẫu dầm đối chứng trong thí nghiệm nhằm đánh giá sự ảnh
hưởng của dầm bê tông cốt thép chịu tải trọng khi số lượng
cốt thép tại một mặt cắt được nối bằng ống ren thay đổi.
A. Độ võng và tải trọng

Mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị tại các vị trí đo
độ võng của dầm nối cốt thép và dầm đối chứng được vẽ
cùng một biểu đồ để so sánh. Hình 8 thể hiện vị trí đo độ
võng trong quá trình gia tải. Hình 9 và 10 Biểu đồ thể hiện
mối quan hệ tải trọng và chuyển vị của 7 dầm tại cùng 1 vị trí
đo độ võng.


vết nứt, giai đoạn đàn hồi có vết nứt và gia đoạn phi tuyến.
Giai đoạn đàn hồi không vết nứt của các dầm kéo dài từ lúc
đầu gia tải đến tải trọng đạt 40kN, trong giai đoạn này ở
cùng một độ võng thì sức chịu tải của dầm bê tông được nối
bằng coupler giảm một khoảng 11.5% so với dầm đối chứng
không nối cốt thép. Giai đoạn đàn hồi có vết nứt của các
dầm kéo dài từ lúc gia tải đạt tải trọng 40kN đến 80kN,
trong giai đoạn này ở cùng một độ võng thì sức chịu tải của
dầm bê tông được nối bằng coupler giảm một khoảng 12.5%
so với dầm đối chứng không nối cốt thép. Giai đoạn phi
tuyến kéo dài từ lúc gia tải đạt tải trọng 80kN đến khi dầm
bị phá hủy, trong giai đoạn này dầm được nối bằng coupler
có khả năng chịu tải lớn hơn dầm đối chứng và giá trị này
khoảng 15%. Sức chịu tải của các dầm bê tông nối 75% và
100% tiết diện cốt thép bằng coupler chênh lệch nhỏ vào
khoảng 2% đến 6%.

Hình 8 Vị trí đo độ võng trong quá trình gia tải

Hình 9 Biểu đồ mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị tại
vị trí 1


Hình 10 Biểu đồ mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị tại
vị trí 2
Bảng V Tải trọng gây nứt, và tải trọng phá hủy của từng
dầm
Độ võng vị trí giữa
dầm (mm)

Tải
trọng
(kN)

5

7.5

D1

28.4
5

39.10

D2

25.11

35.8
0

D3


24.99

37.70

D4

24.62

37.73

D5

24.12

35.2
0

D6

29.81

36.99

D7

29.60
11.50

Chênh lệch trung

bình so với dầm đối
chứng (%)

10

15
80.0
0
77.0
0
85.0
0
80.0
0
80.1
0

100.00

79.70

104.00

42.0
0

55.0
0
47.0
0

52.0
0
51.5
0
49.0
0
49.5
0
58.0
0

84.0
0

88.00

11.60

12.6

4.80

13.70

Như vậy có thể nói rằng, khi cốt thép được nối bằng
coupler với số lượng cốt thép được nối từ 75% đến 100%,
tại các vị trí thay đổi 1/2 , 1/3, 1/4 dầm làm giảm khả năng
chịu tải của dầm trong giai đoạn đàn hồi không có vết nứt và
có vết nứt là tương đối nhỏ, với độ giảm trung bình lần lượt
là 11.5% và 12.5%. Theo TCVN 9381:2012[8] với giá trị độ

giảm 11.5% về khả năng chịu tải của dầm trong giai đoạn
đàn hồi không có vết nứt với độ võng 7.5mm nhỏ 20mm là
không nguy hiểm và có thể chấp nhận được.
B. Biến dạng và tải trọng
Mối quan hệ tải trọng và biến dạng cốt thép tại vị trí giữa
dầm.
Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng cốt thép của dầm
được nối cốt thép và dầm đối chứng được vẽ cùng một biểu
đồ để so sánh. Từ biểu đồ Hình 11 ta có thể thấy, khi tải
trọng dưới 80kN, cốt thép trong dầm làm việc trong miền
đàn hồi, khi đó biến dạng tăng tuyến tính tương ứng với
từng cấp tải trọng và đạt giá trị khoảng 2250με tại cấp tải
80kN. Khi tải trọng vượt quá 80kN, lúc này cốt thép làm
việc trong miền dẻo và biến dạng của cốt thép tăng lên
nhanh chóng theo cấp độ tải. Trong miền đàn hồi, biến dạng
theo tải trọng của dầm được nối thép và dầm đối chứng có
sự chênh lệch tương đối nhỏ, giá trị chênh lệch này khoảng
12%.

20
98.00
98.70

97.10
98.80

Kết quả trong Bảng V và Hình 10 cho thấy, về cơ bản
các dầm làm việc theo ba gia đoạn: Giai đoạn đàn hồi không

Hình 11 Biểu đồ mối quan hệ tải trọng và biến dạng cốt thép

tại vị trí giữa dầm


Hình 14 thể hiện tải trọng gây nứt và tải trọng phá hủy
của dầm thử và dầm đối chứng, trong giai đoạn dầm làm
việc đàn hồi tải trọng gây nứt của dầm thử và dầm đối
chứng có sự chênh lệch tương đối nhỏ giá trị này vào
khoảng 4%, gần như việc sử dụng coupler để nối cốt thép
không làm ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của dầm bê
tông cốt thép. Giai đoạn phi tuyến tải trọng phá hủy của dầm
đối chứng lớn hơn các dầm thử, có thể thấy nguyên nhân là
do cốt thép ở vị trí gần coupler bị giảm yếu làm giảm khả
năng chịu tải của dầm.

Hình 12 Hình ảnh coupler của dầm thử D1 và D4 sau khi
dầm bị phá hủy
Sau khi dầm bị phá hủy, cốt thép không bị tuột khỏi
coupler và coupler không có hiện tượng xê dịch. Vì vậy, cốt
thép và coupler được liên kết dích chặt gần như tuyệt đối và
có thể xem mối nối như 1 thanh thép đồng nhất.
Mối quan hệ tải trọng và chuyển vị của thanh cốt thép được
nối bằng coupler và thanh cốt thép không có mối nối.
Từ thí nghiệm kiểm tra độ bền kéo của thanh cốt thép
Ø16 được nối bằng coupler và thanh cốt thép Ø16 không có
mối nối cho kết quả như Hình 14

Hình 13 Biểu đồ mối quan hệ tải trọng và chuyển vị của
thanh cốt thép Ø16 được nối bằng coupler và thanh cốt thép
Ø16 không có mối nối
Đường biểu đồ của mẫu kéo gồm bốn giai

đoạn: Tuyến tính, chảy, tái bền và mềm hóa.
Đường biểu đồ mối quan hệ tải trọng và chuyển vị của
thanh cốt thép Ø16 được nối bằng coupler và thanh cốt thép
Ø16 không có mối nối gần tương đồng và có sự chênh lệch
rất nhỏ ở giai đoạn tuyến tính,chảy và tái bền, ở giai đoạn
mếm hóa khả năng chịu kéo của thanh thép không nối
coupler lớn hơn thanh thép nối coupler nhưng lênh lệch này
là không nhiều. Từ đó có thể kết luận rằng sử dụng coupler
trong mối nối cốt thép thì thanh cốt thép làm việc như 1
thanh đồng nhất.
C. Dạng vết nứt của dầm sau khi bị phá hủy
Tải trọng gây nứt và tải trọng phá hủy

Hình 14 Tải trọng gây nứt và tải trọng phá hủy của các mẫu
dầm
Vết nứt của các dầm sau khi uốn
Hình 15 thể hiện các dạng vết nứt của các dầm thử và
dầm đối chứng.Vết nứt ở các dầm thử có hình dạng và quy
luật có sự thay đổi tương đối nhỏ so với dầm đối chứng. Cụ
thể dầm D1, D4 vết nứt đầu tiên xuất hiện ở giữa dầm và
gần vùng nối coupler, sau đó vết nứt này tiếp tục mở rộng
theo phương thẳng đứng đồng thời khu vực từ 1/2 dầm đến
1/3 dầm bắt đầu xuất hiện vết nứt xiên, các vế nứt này mở
rộng theo phương nghiên hướng vào giữa dầm với góc
nghiên tương đối nhỏ, khu vực từ 1/3 dầm trở ra xuất hiện
vết nứt với số lượng rất ít. Dầm D2, D3, D5, D6 hình dạng
và quy luật xuất hiện tương tự dầm D1 và D4 tuy nhiên số
lượng và bề rộng vết nứt tại vị trí 1/3 và 1/4 dầm xuất hiện
nhiều hơn và rộng hơn, các vết nứt có độ nghiên hướng vào
giữa dầm lớn hơn dầm D1, D4. Dầm D7 có số lượng vết nứt

tập trung nhiều ở giữa dầm, hình dạng và quy luật tương tự
dầm D1, tuy nhiên số lượng các vết nứt xiên xuất hiện nhiều
hơn và có độ nghiên lớn hơn.
Như vậy có thể nói rằng, khi cốt thép được nối bằng
coupler với số lượng cốt thép được nối từ 75% đến 100%,
tại các vị trí thay đổi 1/2 , 1/3, 1/4 dầm không có sự thay đổi
về quy luật làm việc của dầm bê tông cốt thép khi chịu tải
trọng tĩnh với dầm đối chứng.

(a)


được những ưu điểm nổi bật của việc sử dụng coupler trong
mối nối của dầm bê tông cốt thép về mặt kết cấu.
Qua kết quả các thí nghiệm, các tác giả rút ra được
những kết luận và kiến nghị sau:
+ Dầm bê tông cốt thép có số lượng cốt thép tại
một mặt cắt được nối bằng ống ren(coupler) thay đổi đã
làm ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của dầm, tuy nhiên
việc ảnh hưởng này là tương đối thấp vào khoảng 11.5%
đối với giai đoạn đàn hồi không vết nứt,12.5% đối với
giai đoạn đàn hồi có vết nứt, giai đoạn sau đàn hồi là
15% và giá trị này có thể chấp nhận được.
+ Dầm bê tông cốt thép khi thay đối vị trí nối cốt
thép và số lượng cốt thép được nối bằng ống ren (coupler)
tại một mặt cắt có sự chênh lệch về khả năng chịu lực tương
đối thấp, con số này giao động từ 2 đến 6%.
Để đánh giá đầy đủ nhất các dạng kết cấu ngoài
công trường cần nghiên cứu mở rộng hơn như xây dựng mô
hình thực nghiệm đa dạng hơn các loại mô hình dầm, đa

dạng các loại tải trọng tĩnh và động, đa dạng các loại vật
liệu sử dụng.

(b)

(c)

(d)

Lời cảm ơn: Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn Phòng thí nghiệm Công
trình của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã tạo điều kiện thực
hiện các thí nghiệm trong bài báo, TS Nguyễn Đình Hùng trường Đại học
Quốc tế đã hỗ trợ thực hiện các thí nghiệm và TS Nguyễn Sỹ Hùng trường
ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã xem bản thảo và đóng góp ý kiến để
hoàn thiện bài báo này.

(e)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

(f)

(g)

Hình 15 Vết nứt của các dầm D1(a), D2(b), D3(c), D4(d),
D5(e), D6 (f), D7(g)
IV.

KẾ
T LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ


Từ những kết quả của quá trình nghiên cứu, thí
nghiệm đánh giá tác động của vị trí và tỉ lệ nối thép bằng
ống ren đến ứng xử của dầm bê tông cốt thép, chúng ta thấy

[1] B. MacKay, D. Schmidt and T. Rezansoff. (1998) Mechanical
Connections of Reinforcing Bars, reported by ACI Committee 439 B.
[2] Rasha T.S. Mabrouk, Ahmed Mounir. (2017) Behavior of RC beams
with tension lap splicesconfined with transverse reinforcement using
different types of concrete under pure bending.
[3] Standards New Zealand (2006), NZS 3101:2006: “Concrete Structures
Standard - Part 1: The Design of Concrete Structures sets out minimum
requirements for the design of reinforced and pre-stressed concrete
structures”.
[4] American Concrete Institute (2011), ACI 318M-11: “Building Code
Requirements for Structural Concrete And Commentary”
[5] Ahmed El-Azab, Hatem M. Mohamed. (2014) Effect of tension lap
splice on the behaviorof high strength concrete(HSC) beams.
[6] Bộ Xây dựng, (2009), TCVN 8163:2009 : “Tiêu chuẩn thép cốt bê
tông – mối nối bằng ống ren”, Hà nội.
[7] Bộ Xây dựng, (2012), TCVN 5574:2012: “Tiêu chuẩn thiết kế kết
cấu bê tông cốt thép”, Hà nội.
[8] Bộ Xây dựng, (2012), TCVN 9381:2012: “Tiêu chuẩn hướng dẫn
đáng giá mức độ nguy hiểm của kết cấu nhà”, Hà nội.
[9] V. G. Chiari, A. L. Moreno Junior. (2018) Experimental evaluation of
coupler behavior for mechanical rebar splices in reinforced concrete
structures.