Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng xử uốn dầm cầu dự ứng lực sử dụng bê tông chất lượng siêu cao (UHPC) trong điều kiện Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:159

Thêm vào BST

Báo xấu

6
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu ứng xử uốn dầm cầu dự ứng lực sử dụng bê tông chất lượng siêu cao (UHPC) trong điều kiện Việt Nam" trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan về tình hình nghiên cứu và ứng dụng vật liệu bê tông chất lượng siêu cao cho kết cấu nhịp cầu; Xây dựng đường quan hệ ứng suất – biến dạng và đề xuất công thức tính toán sức kháng uốn dầm cầu UHPC DƯL; Áp dụng kết quả nghiên cứu trong thiết kế uốn dầm cầu bằng vật liệu UHPC DƯL.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng xử uốn dầm cầu dự ứng lực sử dụng bê tông chất lượng siêu cao (UHPC) trong điều kiện Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI Ngô Quý Tuấn NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ UỐN DẦM CẦU DỰ ỨNG LỰC SỬ DỤNG BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG SIÊU CAO (UHPC) TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông – Xây dựng Cầu Hầm Mã số: 62580205-1 LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội – Năm 2024
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI Ngô Quý Tuấn NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ UỐN DẦM CẦU DỰ ỨNG LỰC SỬ DỤNG BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG SIÊU CAO (UHPC) TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông– Xây dựng Cầu Hầm Mã số: 62580205-1 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. Nguyễn Bình Hà 2. TS. Lê Bá Danh Hà Nội – Năm 2024
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được công bố ở bất kỳ nơi nào. Tác giả luận án Ngô Quý Tuấn
ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa Đào tạo Sau đại học trước đây và nay là Phòng Quản lý đào tạo Trường Đại học Xây Dựng Hà Nội nơi em học tập, đã tạo điều kiện, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Huế nơi em đang công tác đã tạo điều kiện để em hoàn thành tốt luận án Tiến sỹ này. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Bình Hà, TS. Lê Bá Danh đã hướng dẫn, động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong thời gian em thực hiện và hoàn thành luận án. Em xin gửi lời cảm ơn tới Khoa Cầu Đường, tập thể cán bộ Bộ môn Cầu và Công trình ngầm, Bộ môn Vật Liệu xây dựng, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã tận tình giúp đỡ, dành nhiều thời gian trao đổi, đóng góp những ý kiến quý báu trong quá trình em thực hiện luận án. Em xin gửi lời cảm ơn đến chương trình nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp Bộ: “Nghiên cứu ứng dụng bê tông chất lượng siêu cao trong xây dựng cầu quy mô nhỏ và trung bình” do PGS.TS. Phạm Duy Hòa làm chủ nhiệm đã tạo điều kiện cho em tham gia chương trình và hỗ trợ em trong quá trình thực hiện nghiên cứu. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, các nhà khoa học, các chuyên gia đã dành nhiều thời gian trao đổi, đóng góp những ý kiến quý báu cho luận án trong quá trình thực hiện. Cuối cùng, em xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ, động viên, chia sẻ của gia đình đã hết sức giúp em có hậu phương vững chắc, tạo điều kiện thuận lợi, khích lệ và động viên tinh thần để em hoàn thành luận án Tiến sỹ này. Tác giả luận án Ngô Quý Tuấn
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... I LỜI CẢM ƠN ...............................................................................................................II MỤC LỤC .............................................................................................................. III DANH MỤC CÁC HÌNH .......................................................................................... VI DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................................... IX DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................... X MỞ ĐẦU .................................................................................................................1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG VẬT LIỆU BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG SIÊU CAO CHO KẾT CẤU NHỊP CẦU .............................................................................................7 1.1. Tổng quan về vật liệu UHPC ...........................................................................7 1.1.1. Khái niệm vật liệu UHPC ................................................................................7 1.1.2. Các nguyên tắc chế tạo và ưu, nhược điểm của UHPC ...................................7 1.1.3. Sự hình thành và phát triển của vật liệu UHPC ...............................................8 1.1.4. Thành phần vật liệu chế tạo UHPC ................................................................ 10 1.2. Tổng quan nghiên cứu về vật liệu UHPC trên thế giới ..................................12 1.3. Tổng quan nghiên cứu về vật liệu UHPC ở Việt Nam...................................13 1.4. Tổng quan về ứng dụng vật liệu UHPC trong xây dựng công trình cầu trên thế giới và ở Việt Nam. .................................................................................................15 1.4.1. Ứng dụng vật liệu UHPC trong xây dựng cầu trên thế giới...........................15 1.4.2. Tổng quan về ứng dụng vật liệu UHPC cho công trình cầu tại Việt Nam.....20 1.5. Tổng quan nghiên cứu phương pháp xác định sức kháng uốn dầm UHPC ...23 1.6. Tổng quan nghiên cứu các dạng đường quan hệ ứng suất – biến dạng áp dụng cho thiết kế uốn dầm UHPC ..........................................................................................32 1.6.1. Hiệp hội kỹ sư dân dụng Nhật Bản (JSCE)....................................................32 1.6.2. Hướng dẫn thiết kế K-UHPC của Hàn Quốc .................................................33 1.6.3. Hiệp hội đường bộ Hoa Kỳ (FHWA) .............................................................34 1.6.4. Chỉ dẫn thiết kế dầm UHPC DƯL của Ductal ...............................................35 1.6.5. Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu UHPC của Hiệp hội xây dựng Pháp ..................36 1.7. Nghiên cứu phương pháp phân tích ứng xử dầm UHPC bằng mô hình số....42 1.8. Nhận xét rút ra từ nghiên cứu tổng quan và đề xuất nghiên cứu. ..................43 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........46
iv 2.1. Nghiên cứu thực nghiệm ................................................................................46 2.2. Cơ sở khoa học và phương pháp xây dựng đường quan hệ ứng suất – biến dạng vật liệu UHPC tại Việt Nam. ................................................................................50 2.2.1. Đường quan hệ ứng suất - biến dạng nén. ......................................................51 2.2.2. Đường quan hệ ứng suất - biến dạng kéo. ......................................................52 2.3. Cơ sở khoa học và phương pháp xây dựng công thức tính toán sức kháng uốn dầm cầu UHPC DƯL .....................................................................................................57 2.3.1. Các giả thiết tính toán.....................................................................................57 2.3.2. Phương pháp xây dựng biểu đồ ứng suất khối chữ nhật tương đương trên tiết diện ngang và lập công thức xác định sức kháng uốn .............................58 2.4. Phương pháp mô hình số PTHH mô phỏng sự làm việc của dầm cầu UHPC DƯL 59 2.4.1. Mô hình hóa vật liệu UHPC ...........................................................................60 2.4.2. Mô hình hóa vật liệu cốt thép dự ứng lực ......................................................65 2.4.3. Phần tử sử dụng để mô hình hóa kết cấu UHPC ............................................65 2.4.4. Phần tử sử dụng để mô hình hóa cốt thép dự ứng lực ....................................66 2.4.5. Phần tử sử dụng để mô hình hóa liên kết giữa cốt thép dự ứng lực và UHPC ........................................................................................................................66 2.4.6. Mô hình hóa lực dự ứng lực ...........................................................................67 2.4.7. Thu thập kết quả từ mô hình số ......................................................................67 2.5. Nhận xét Chương 2 ........................................................................................67 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG ĐƯỜNG QUAN HỆ ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG THỨC TÍNH TOÁN SỨC KHÁNG UỐN DẦM CẦU UHPC DƯL ................................................................................69 3.1. Xử lý số liệu thí nghiệm uốn để xây dựng đường quan hệ ứng suất – biến dạng ........................................................................................................................69 3.2. Xây dựng đường quan hệ ứng suất – biến dạng UHPC phục vụ thiết kế ......73 3.2.1. Quan hệ ứng suất – biến dạng nén UHPC ......................................................73 3.2.2. Quan hệ ứng suất – biến dạng kéo UHPC ......................................................74 3.3. Xác định sức kháng uốn dầm UHPC DƯL bằng phương pháp phân tích mặt cắt ........................................................................................................................76 3.3.1. Sức kháng uốn dầm UHPC DƯL tiết diện chữ I............................................76 3.3.2. Sức kháng uốn dầm UHPC DƯL tiết diện chữ T ..........................................80
v 3.4. Xây dựng công thức xác định vị trí trục trung hoà và sức kháng uốn danh định của dầm UHPC DƯL. ...........................................................................................85 3.5. Nhận xét Chương 3. .......................................................................................92 CHƯƠNG 4. MÔ HÌNH SỐ KẾT CẤU UHPC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN .....................................................................................93 4.1. Kết quả mô hình số mẫu hình trụ thí nghiệm nén vật liệu UHPC. ................94 4.2. Kết quả mô hình số mẫu dầm thí nghiệm uốn vật liệu UHPC ......................96 4.3. Mô hình mẫu dầm UHPC DƯL tiết diện chữ I. .............................................99 4.3.1. Mô hình kết cấu dầm I – UHPC DƯL ...........................................................99 4.3.2. Kết quả dầm sau khi cắt cáp dự ứng lực ......................................................100 4.3.3. Kết quả dầm khi gia tải thí nghiệm ..............................................................101 4.4. Mô hình mẫu dầm UHPC DƯL tiết diện chữ T. ..........................................104 4.4.1. Kết quả dầm sau khi cắt cáp dự ứng lực ......................................................105 4.4.2. Kết quả dầm khi gia tải thí nghiệm ..............................................................105 4.5. Nhận xét Chương 4. .....................................................................................108 CHƯƠNG 5. ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG THIẾT KẾ UỐN DẦM CẦU BẰNG VẬT LIỆU UHPC DƯL ..................................110 5.1. Chọn kết cấu cầu phục vụ nghiên cứu .........................................................110 5.2. Kết quả tính toán sức kháng uốn dầm bằng công thức đề xuất....................113 5.3. Kết quả phân tích khả năng chịu uốn dầm bằng mô hình số đề xuất ...........116 5.3.1. Kết quả mô hình hóa dầm I42 ......................................................................116 5.3.2. Kết quả mô hình số DƯL dầm I42 ...............................................................117 5.3.3. Kết quả phân tích độ võng và khả năng chịu uốn của dầm I42 ...................118 5.3.4. Kết quả phân tích biến dạng và vị trí trục trung hòa tại giữa nhịp dầm I42 120 5.4. Đánh giá kết quả từ công thức và mô hình số dầm UHPC DƯL I42 ..........122 5.5. Nhận xét Chương 5. .....................................................................................124 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................125 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ...............................................127 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................128
vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Các loại bê tông đặc biệt [33] .................................................................................... 9 Hình 1.2. Sự phân bố ứng suất – biến dạng ở trạng thái giới hạn cường độ cho mặt cắt ngang chứa bó cáp dính bám [47] ...................................................................................................... 24 Hình 1.3. Sự phân bố ứng suất – biến dạng ở trạng thái giới hạn cường độ cho mặt cắt ngang chứa bó cáp không dính bám [47]............................................................................................ 25 Hình 1.4. Sự phân bố ứng suất, biến dạng trên tiết diện ngang dầm I-UHPC chịu uốn ở trạng thái giới hạn cường độ, (a) Trường hợp trục trung hòa qua sườn; (b) Trục trung hòa qua bản cánh trên [24] ........................................................................................................................... 26 Hình 1.5. Sự phân bố ứng suất, biến dạng trên tiết diện ngang (a) trạng thái giới hạn sử dụng; (b) trạng thái giới hạn cường độ [70] ............................................................................ 27 Hình 1.6. Các ví dụ điển hình về sự phân bố ứng suất, biến dạng ở sức kháng uốn danh nghĩa [60] ........................................................................................................................................... 28 Hình 1.7. Các mô hình ứng suất khối điển hình cho đơn giản hóa phân tích: (a) biểu đồ biến dạng tuyến tính; (b) khối ứng suất nén dạng parabol, ứng suất kéo phân bố đều; (c) khối ứng suất nén dạng chữ nhật theo ACI, ứng suất kéo phân bố đều; (d) khối ứng suất nén dạng chữ nhật theo ACI, ứng suất kéo dạng hình tam giác; (e) khối ứng suất nén dạng hình tam giác, ứng suất kéo phân bố đều [60] ................................................................................................. 29 Hình 1.8. Sơ đồ phân bố ứng suất và biến dạng: (a) tiết diện, (b) biểu đồ phân bố biến dạng, (c) biểu đồ phân bố ứng suất [87] ............................................................................................ 30 Hình 1.9. Mô hình phân tích tiết diện nhiều lớp: (a) phân lớp tiết diện lý tưởng, (b) biểu đồ phân bố biến dạng lý tưởng, (c) biểu đồ phân bố ứng suất lý tưởng, (d) sự cân bằng lực trên tiết diện [87] ............................................................................................................................. 30 Hình 1.10. Lưu đồ tính toán sức kháng uốn dầm UHPC [93] ................................................. 31 Hình 1.11. Đường cong ứng suất - biến dạng theo JSCE [18] ................................................ 32 Hình 1.12. Biểu đồ ứng suất - biến dạng theo K-UHPC .......................................................... 33 Hình 1.13. Biểu đồ ứng suất - biến dạng UHPC [49] .............................................................. 35 Hình 1.14. Đường quan hệ ứng suất – biến dạng khi nén [47] ................................................ 36 Hình 1.15. Đường quan hệ ứng suất – biến dạng khi kéo [47] ................................................ 36 Hình 1.16. Quan hệ ứng suất – biến dạng khi nén cho phân tích phi tuyến [42] .................... 37 Hình 1.17. Quan hệ ứng suất – biến dạng nén cho thiết kế uốn TTGH cường độ [42] ........... 38 Hình 1.18. Xác định cường độ chịu kéo sau nứt khi có xuất hiện cực đại cục bộ [42] ........... 40 Hình 1.19. Xác định cường độ chịu kéo sau nứt khi không xuất hiện cực đại cục bộ [42] ..... 40 Hình 1.20. Quan hệ ứng suất – biến dạng khi kéo UHPC cấu kiện dày nhóm T1* và T2* [42] .................................................................................................................................................. 41 Hình 1.21. Quan hệ ứng suất – biến dạng khi kéo UHPC cấu kiện dày nhóm T3* [42] ......... 41 Hình 1.22. Quan hệ ứng suất – biến dạng khi kéo UHPC cấu kiện mảnh dạng 1 [42] ........... 41
vii Hình 1.23. Quan hệ ứng suất – biến dạng khi kéo UHPC cấu kiện mảnh dạng 2 [42] ........... 42 Hình 1.24. Sơ đồ cấu trúc luận án. ........................................................................................... 45 Hình 2.1. Cát quắc.................................................................................................................... 48 Hình 2.2. Cốt sợi thép ............................................................................................................... 50 Hình 2.3. Dạng biểu đồ đường quan hệ ứng suất – biến dạng nén [42] .................................. 51 Hình 2.4. Dạng biểu đồ đường quan hệ ứng suất – biến dạng kéo [42] .................................. 52 Hình 2.5. Sự phân bố biến dạng và ứng suất trên chiều cao nứt và không nứt [41] ............... 54 Hình 2.6. Sự phân bố biến dạng và ứng suất trên tiết diện ngang dầm ở trạng thái giới hạn khả năng chịu uốn dầm UHPC. ................................................................................................ 58 Hình 2.7. Bề mặt giới hạn Drucker – Prager và Rankine trong không gian hai chiều [25] .... 60 Hình 2.8. Tổ hợp bề mặt giới hạn Drucker – Prager trong không gian ba chiều [25] ............ 63 Hình 2.9. Mô hình HSD hàm số mũ (HSD2) ............................................................................ 63 Hình 2.10. Mô hình HSD cốt thép gia cường (HSD4) ............................................................. 64 Hình 2.11. Mô hình HSD năng lượng phá hủy (HSD5) ........................................................... 64 Hình 2.12. Mô hình HSD năng lượng phá hủy (HSD6) ........................................................... 64 Hình 2.13. Hình dạng phần tử SOLID185 [25] ...................................................................... 66 Hình 2.14. Hình dạng phần tử LINK180 [25] ......................................................................... 66 Hình 2.15. Hình dạng phần tử COMBIN39 và đường cong lực – chuyển vị [25] .................. 67 Hình 3.1. Đường quan hệ tải trọng – độ võng thí nghiệm uốn 4 điểm [7] ............................... 70 Hình 3.2. Đường quan hệ tải trọng – độ võng thí nghiệm uốn 3 điểm [7] ............................... 70 Hình 3.3. Cường độ chịu kéo sau nứt thí nghiệm uốn 3 điểm .................................................. 72 Hình 3.4. Quan hệ ứng suất – độ mở rộng vết nứt thí nghiệm uốn 3 điểm .............................. 72 Hình 3.5. Đường quan hệ ứng suất – biến dạng nén UHPC .................................................... 74 Hình 3.6. Đường quan hệ ứng suất – biến dạng kéo UHPC .................................................... 75 Hình 3.7. Quan hệ ứng suất – biến dạng kéo và nén UHPC .................................................... 76 Hình 3.8. Sự phân bố biến dạng và ứng suất trên tiết diện ngang dầm I - UHPC................... 77 Hình 3.9. Biểu đồ mô men – độ cong trên tiết diện ngang dầm I - UHPC ............................... 79 Hình 3.10. Phân bố biến dạng, ứng suất trên tiết diện ngang dầm I - UHPC ......................... 79 Hình 3.11. Phân bố biến dạng, ứng suất trên tiết diện ngang dầm I - UHPC ......................... 80 Hình 3.12. Sự phân bố biến dạng và ứng suất trên tiết diện ngang dầm T - UHPC ................ 81 Hình 3.13. Biểu đồ mô men – độ cong trên tiết diện ngang dầm T - UHPC ............................ 83 Hình 3.14. Phân bố biến dạng, ứng suất trên tiết diện ngang dầm T - UHPC ........................ 83 Hình 3.15. Phân bố biến dạng, ứng suất trên tiết diện ngang dầm T - UHPC ........................ 84 Hình 3.16. Sự phân bố ứng suất khối tương đương trên tiết diện dầm T - UHPC. .................. 85 Hình 3.17. Mối quan hệ giữa hệ số 𝛼1 và cường độ chịu nén 𝑓𝑐′. .......................................... 88
viii Hình 3.18. Mối quan hệ giữa hệ số 𝛽1 và cường độ chịu nén 𝑓𝑐′. .......................................... 89 Hình 3.19. Mối quan hệ giữa hệ số 𝛽2 và cường độ chịu nén 𝑓𝑐′. .......................................... 89 Hình 4.1. Kết quả mô phỏng số phân tích biến dạng đàn hồi của mẫu.................................... 95 Hình 4.2. Kết quả phá hoại mẫu theo mô hình số và thực nghiệm........................................... 95 Hình 4.3. So sánh đường quan hệ ứng suất – biến dạng nén giữa mô hình số và thực nghiệm .................................................................................................................................................. 96 Hình 4.4. Mô hình 3D kết cấu dầm........................................................................................... 97 Hình 4.5. Ứng suất trong bê tông khi chịu tải .......................................................................... 97 Hình 4.6. Sự hình thành vết nứt và phá hoại dầm thí nghiệm .................................................. 98 Hình 4.7. Quan hệ Tải trọng – độ võng từ mô hình số và thực nghiệm ................................... 99 Hình 4.8. Mô hình hoá kết cấu dầm I-UHPC ......................................................................... 100 Hình 4-9. Kết quả độ vồng dầm I-UHPC sau khi cắt cáp ...................................................... 101 Hình 4.10. Kết quả mô hình biến dạng dẻo dầm I-UHPC trước khi phá hoại ....................... 102 Hình 4.11. So sánh sự hình thành vết nứt giữa mô hình số và thực nghiệm .......................... 102 Hình 4.12. Kết quả độ võng dầm I-UHPC khi gia tải ............................................................ 103 Hình 4.13. So sánh quan hệ tải trọng – độ võng dầm I-UHPC .............................................. 103 Hình 4.14. Mô hình hoá kết cấu dầm T-UHPC ...................................................................... 104 Hình 4.15. Kết quả độ vồng dầm T-UHPC sau khi cắt cáp ................................................... 105 Hình 4.16. Kết quả mô hình biến dạng dẻo dầm T-UHPC trước khi phá hoại ...................... 106 Hình 4.17. So sánh sự hình thành vết nứt giữa mô hình số và thực nghiệm .......................... 107 Hình 4.18. Kết quả độ võng dầm T-UHPC khi gia tải ........................................................... 107 Hình 4.19. So sánh quan hệ tải trọng – độ võng dầm T-UHPC ............................................. 108 Hình 5.1. Mặt cắt ngang cầu .................................................................................................. 111 Hình 5.2. Mặt cắt ngang dầm I42 ........................................................................................... 111 Hình 5.3. Phân bố ứng suất khối chữ nhật ............................................................................. 113 Hình 5.4. Bố trí gia tải phân tích thí nghiệm dầm I42 ........................................................... 116 Hình 5.5. Mô hình hoá kết cấu dầm I42-UHPC ..................................................................... 117 Hình 5.6. Độ vồng dầm I42-UHPC cao 1,1m sau khi cắt cáp ............................................... 118 Hình 5.7. Độ võng dầm I42-UHPC cao 1,1m khi gia tải cực đại .......................................... 119 Hình 5.8. Quan hệ Tải trọng - độ võng dầm I42-UHPC ứng với các chiều cao dầm khác nhau ................................................................................................................................................ 119 Hình 5.9. Biến dạng dầm I42-UHPC cao 1,1m khi gia tải cực đại........................................ 120 Hình 5.10. Biến dạng dầm I42-UHPC khi gia tải cực đại ..................................................... 121 Hình 5.11. Vị trí trục trung hòa .............................................................................................. 122 Hình 5.12. So sánh sức kháng uốn dầm ................................................................................. 123
ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần vật liệu UHPC [50, 67, 76] .................................................................. 11 Bảng 1.2. Tổng hợp ứng dụng UHPC cho công trình cầu trên thế giới [96] .......................... 16 Bảng 1.3. Tổng hợp ứng dụng UHPC trong mối nối cầu [96] ................................................. 18 Bảng 1.4. Tổng hợp ứng dụng UHPC cho lớp phủ mặt cầu [96] ............................................ 20 Bảng 1.5. Tổng hợp ứng dụng UHPC cho công trình cầu ở Việt Nam [16] ............................ 21 Bảng 2.1. Thành phần vật liệu NUCE-UHPC [6] .................................................................... 47 Bảng 2.2. Tính chất cơ lý của cát quắc [14] ............................................................................ 47 Bảng 2.3. Thành phần hạt cát quắc [14] .................................................................................. 48 Bảng 2.4. Tính chất cơ lý của xi măng [14] ............................................................................. 48 Bảng 2.5. Tính chất của GGBFS sử dụng trong nghiên cứu [14] ............................................ 49 Bảng 2.6. Tính chất và thành phần hạt của SF [14] ................................................................ 49 Bảng 2.7. Thông số kỹ thuật của cốt sợi thép [14] ................................................................... 50 Bảng 3.1. Kết quả xác định cường độ chịu kéo đàn hồi từ thí nghiệm uốn 4 điểm. ................. 71 Bảng 3.2. Kết quả xác định cường độ chịu kéo sau nứt từ thí nghiệm uốn 3 điểm. ................. 72 Bảng 3.3. Các thông số đường quan hệ ứng suất – biến dạng nén UHPC. ............................. 73 Bảng 3.4. Các thông số đường quan hệ ứng suất – biến dạng kéo UHPC. ............................. 74 Bảng 3.5. Kết quả phân tích ứng xử uốn dầm chữ I UHPC. .................................................... 78 Bảng 3.6. Kết quả điều chỉnh cốt thép dầm chữ I - UHPC. ..................................................... 80 Bảng 3.7. Kết quả phân tích ứng xử uốn dầm chữ T UHPC. ................................................... 82 Bảng 3.8. Kết quả điều chỉnh cốt thép dầm chữ T - UHPC. .................................................... 84 Bảng 3.9. Kết quả xác định 𝛼1, 𝛽1, 𝛽2 theo cấp cường độ chịu nén UHPC. ......................... 88 Bảng 3.10. So sánh kết quả tính toán sức kháng uốn dầm UHPC DƯL với các kết quả nghiên cứu đã công bố. ........................................................................................................................ 91 Bảng 4.1. Tham số vật liệu UHPC sử dụng cho mô hình Drucker – Prager. .......................... 93 Bảng 5.1. Vật liệu sử dụng cho dầm và bản mặt cầu [73]. .................................................... 111 Bảng 5.2. Kết quả xác định hệ số phân bố ngang. ................................................................. 112 Bảng 5.3. Bảng kết quả tính toán nội lực mô men dầm. ......................................................... 113 Bảng 5.4. Bảng kết quả tính toán sức kháng uốn và độ võng. ............................................... 115 Bảng 5.5. Độ vồng dầm sau khi cắt cáp DƯL. ....................................................................... 118 Bảng 5.6. Kết quả khả năng chịu uốn từ phân tích mô hình số. ............................................. 120 Bảng 5.7. Kết quả vị trí trục trung hòa. ................................................................................. 121 Bảng 5.8. Kết quả so sánh giá trị vị trí trục trung hòa. ......................................................... 122 Bảng 5.9. Kết quả so sánh giá trị sức kháng uốn Mn............................................................. 124
x DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh/Pháp Tiếng Việt ACI American Concrete Institute Viện bê tông Mỹ Association Française de AFNOR Hiệp hội tiêu chuẩn Pháp Normalisation American Association of State Hiệp hội Đường cao tốc và Giao AASHTO Highway and Transportation thông Hoa Kỳ Officials Load and Resistance Factor Hệ số tải trọng và sức kháng LRFD Design thiết kế American Society for Testing Tiêu chuẩn của Mỹ về thí ASTM and Materials nghiệm Vật liệu Association Française de Génie AFGC- Civil - Service d'études SETRA techniques des routes et Hiệp hội xây dựng Pháp autoroutes BTCT Bê tông cốt thép BTDƯL Bê tông dự ứng lực BT Bê tông BTT Bê tông thông thường CMOD Độ mở rộng miệng vết nứt CRC Compact Reinforced Composite Hỗn hợp gia cường đặc chắc CSA S6 Tiêu chuẩn thiết kế cầu Canada DƯL Dự ứng lực Cục quản lý đường bộ liên bang FHWA Federal Highway Administration Mỹ FRC Fiber Reinforced Concrete Bê tông cốt sợi Ground Granulated Blast GGBFS Xỉ lò cao hạt hóa nghiền mịn Furnace Slag HPC High Performance Concrete Bê tông chất lượng cao
xi Chữ viết tắt Tiếng Anh/Pháp Tiếng Việt Hardening, Softening and HSD Hóa cứng, hóa mềm và độ nở Dilatation Hiệp hội kỹ sư xây dựng Nhật JSCE Japan Society of Civil Engineers Bản Tỷ lệ nước/chất kết dính theo N/CKD khối lượng NCS Nghiên cứu sinh Phụ gia siêu dẻo gốc PCE Polycarboxylate Ether Polycarboxylate PTHH Phần tử hữu hạn RPC Reactive Powder Concrete Bê tông bột phản ứng SIA 2052 Tiêu chuẩn Thụy Sỹ SCC Self Compacting Concrete Bê tông tự đầm SF Silica fume Muội si lic TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TTGH Trạng thái giới hạn UHPC Ultra High Performance Bê tông chất lượng siêu cao Concrete VL Vật liệu
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Bê tông chất lượng siêu cao (Ultra-high performance concrete - UHPC) là một sản phẩm bê tông thế hệ mới, thành phần vật liệu chính bao gồm xi măng Poóc lăng, cát nghiền mịn, bột quắc, silica fume, phụ gia siêu dẻo, sợi thép và nước [86, 95]. UHPC thể hiện tính chất cơ học vượt trội với cường độ chịu nén lớn hơn 120 MPa [29], cường độ chịu kéo khi uốn lên đến 50 MPa [50], cường độ chịu kéo dọc trục từ 6 ÷ 12 MPa [41], mô đun đàn hồi từ 42 ÷55 GPa [1, 50]. Ngoài ra, UHPC có độ đặc chắc, tính dẻo dai cao, khả năng chống ăn mòn tốt giúp tăng độ bền và tuổi thọ công trình. UHPC được nghiên cứu và ứng dụng đầu tiên vào những năm cuối thập niên 90 của thế kỷ XX. Trong hơn hai thập kỷ qua, UHPC đang thu hút sự quan tâm ở nhiều quốc gia khác nhau trong việc ứng dụng cho kết cấu công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, công trình cầu, cảng biển, công nghiệp dầu khí, kết cấu ngoài khơi, kết cấu thủy lực, sửa chữa và phục hồi kết cấu [77]. Trong tất cả những ứng dụng này thì ứng dụng UHPC trong lĩnh vực cầu đường được xem là phổ biến nhất [26]. Ứng dụng UHPC cho kết cấu công trình cầu đã được thực hiện ở nhiều quốc gia khác nhau bao gồm Úc, Áo, Canada, Trung Quốc, Cộng hòa Séc, Pháp, Đức, Ý, Nhật Bản, Malaysia, Hà Lan, New Zealand, Slovenia, Hàn Quốc, Thụy Sĩ và Hoa Kỳ [77]. Ở Việt Nam, nghiên cứu về UHPC được thực hiện trong khoảng 10 năm gần đây. Các nghiên cứu này tập trung chủ yếu vào thành phần cốt liệu và hướng đến sử dụng các vật liệu địa phương để chế tạo UHPC[2, 10-12, 15]. Nhiều công trình đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng UHPC cho kết cấu nhằm nâng cao khả năng chịu lực, độ bền trong môi trường đặc biệt và tải trọng nổ [4, 7, 8, 17, 53]. Việc áp dụng UHPC cho công trình cầu là một trong những hướng đi mới, mở ra cơ hội lớn cho sự phát triển cơ sở hạ tầng giao thông ở Việt Nam. Tuy nhiên, việc đi sâu nghiên cứu về các dạng ứng xử kết cấu khi tham gia chịu lực phục vụ công tác tính toán, thiết kế loại vật liệu này vẫn còn hạn chế. Điều này đã gây cản trở rất lớn trong việc ứng dụng loại vật liệu mới này cho kết cấu công trình cầu ở Việt Nam hiện nay. Cụ thể, đến nay mặc dù chúng ta đã có một số ứng dụng loại vật liệu này cho công trình cầu nhưng chỉ mới thử nghiệm đối với cầu quy mô nhỏ. Đồng thời, cũng chưa ban hành bất cứ tiêu chuẩn nào về thiết kế, thi công và nghiệm thu công trình sử dụng UHPC. UHPC có cường độ chịu kéo cao, vì vậy khi thiết kế uốn, cường độ chịu kéo của UHPC không bỏ qua như đối với bê tông thông thường. Sự lý tưởng hóa đường quan hệ ứng suất – biến dạng khi kéo và nén phục vụ thiết kế kết cấu UHPC là đề tài
2 được các nhà nghiên cứu quan tâm. Hiện nay, các tiêu chuẩn thiết kế, khuyến nghị thiết kế và một số nhà nghiên cứu đã đề xuất một đường tuyến tính (dạng hình thang) và dạng hình xấp xỉ dạng chữ nhật [18, 41-43, 47, 56]. Khi nghiên cứu thiết kế uốn dầm UHPC DƯL, tác giả Graybeal [49] kết luận rằng “Cho đến khi hoàn thành một số lượng đáng kể các thí nghiệm uốn mô hình thực, thì không thể đưa ra một tập hợp các tham số chuẩn để sử dụng trong thiết kế uốn dầm UHPC DƯL”. Sau đó, một số nhà nghiên cứu đã thực hiện các nghiên cứu thiết kế uốn kết cấu UHPC. Khi tính toán khả năng chịu uốn dầm UHPC, ứng suất khối Whitmey quen thuộc sử dụng cho kết cấu BTCT truyền thống là không còn phù hợp và được thay thế bằng đường tuyến tính hoặc đường hai đoạn thẳng cho các cấu kiện UHPC. Nhìn chung, các nghiên cứu đã xác định rằng mối quan hệ ứng suất – biến dạng cho UHPC trong kéo có ảnh hưởng đến mô men kháng uốn danh định lớn hơn quan hệ ứng suất – biến dạng trong nén. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc mô tả đặc trưng kéo của UHPC sử dụng phương pháp thí nghiệm phù hợp hoặc xây dựng đường quan hệ ứng suất – biến dạng đơn giản hóa phải dựa trên kết quả thí nghiệm. Các phương pháp thiết kế uốn đã trình bày cho đến nay bao gồm biến dạng nén lớn nhất bằng hoặc cao hơn so với 0,003 [24, 47, 49, 70]. Giới hạn biến dạng kéo được lấy trong hầu hết các nghiên cứu là 0,007 [49, 70], tương ứng với 70% biến dạng kéo thu được khi kéo tụt sợi trong dầm ngay trước khi nứt lớn, biến dạng cục bộ và phá huỷ dầm. Trên thế giới, đã có các tiêu chuẩn và khuyến nghị thiết kế uốn dầm UHPC, trong đó đáng chú ý là tiêu chuẩn của Pháp NF P18-710 (AFNOR), Thuỵ Sĩ SIA 2052 (SIA) và Canada CSA S6: 19 (CSA). Trong các tiêu chuẩn này, phương pháp thiết kế uốn dựa trên phân tích mặt cắt sử dụng nguyên lý cân bằng và tương thích biến dạng, đồng thời sử dụng các biểu đồ đường cong UHPC để xác định ứng suất trên tiết diện ngang. Trong tiêu chuẩn thiết kế của Pháp và Canada, khả năng chịu mô men uốn của dầm UHPC cốt thép được tính toán từ điều kiện cân bằng lực trên tiết diện ngang với biểu đồ biến dạng tuyến tính gồm biên giới hạn biến dạng nén tương ứng với biến dạng phá vỡ UHPC và biên giới hạn biến dạng kéo tương ứng với kéo đứt cốt thép. Tóm lại, để tính toán sức kháng uốn của dầm UHPC DƯL, cần phải có các mô hình cơ học vật liệu được suy ra từ kết quả thí nghiệm cơ học vật liệu phù hợp với nhóm vật liệu UHPC, các mô hình cơ học vật liệu này cần được lý tưởng và đơn giản hoá để phục vụ tính toán. Đồng thời, cần phải có một phương pháp tính toán sức kháng uốn cụ thể, thuận lợi bằng các công thức lập sẵn tương tự như các công thức tính toán được ban hành trong tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ TCVN 11823:2017 để áp dụng chung cho kết cấu UHPC DƯL chịu uốn phục vụ thiết kế dầm cầu ở Việt Nam. Ngoài ra, trong điều kiện nghiên cứu bằng thực nghiệm gặp nhiều khó khăn, việc ứng dụng mô hình số phù hợp để mô phỏng ứng xử vật liệu UHPC cũng rất cần thiết hiện nay.
3 Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, với mong muốn cung cấp thêm các cơ sở khoa học phục vụ thiết kế uốn dầm cầu UHPC DƯL tại Việt Nam, nghiên cứu sinh đã thực hiện đề tài nghiên cứu Tiến sĩ là: “Nghiên cứu ứng xử uốn dầm cầu dự ứng lực sử dụng bê tông chất lượng siêu cao (UHPC) trong điều kiện Việt Nam”. 2. Mục đích nghiên cứu Mục đích của đề tài là nghiên cứu khả năng chịu uốn của dầm UHPC DƯL sử dụng vật liệu sẵn có trong nước, phục vụ ứng dụng cho kết cấu nhịp cầu tại Việt Nam. 3. Mục tiêu nghiên cứu (1) Nghiên cứu tính chất cơ học UHPC sử dụng thành phần vật liệu và công nghệ trong nước được chế tạo và ứng dụng tại Việt Nam, đồng thời đề xuất các đường quan hệ ứng suất – biến dạng khi kéo và khi nén phục vụ thiết kế uốn. (2) Xây dựng cơ sở khoa học tính toán sức kháng uốn dầm cầu UHPC DƯL, từ đó đề xuất phương pháp và công thức tính toán sức kháng uốn dầm cầu UHPC DƯL. (3) Xây dựng mô hình số dầm cầu UHPC DƯL chịu uốn và so sánh với kết quả thực nghiệm, từ đó đề xuất phương pháp mô hình số phù hợp để mô phỏng ứng xử vật liệu UHPC. Có thể sử dụng mô hình số này để khảo sát các kết cấu nhịp UHPC DƯL. 4. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: dầm cầu UHPC DƯL chịu uốn được chế tạo từ các vật liệu thành phần sẵn có trong nước. Phạm vi nghiên cứu: (1) Các tính chất cơ học bao gồm cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo, mô đun đàn hồi, hệ số Poisson và ứng xử khi kéo, nén của UHPC được chế tạo tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội. (2) Nghiên cứu về sức kháng uốn của dầm UHPC DƯL ở trạng thái giới hạn cường độ. (3) Phương pháp mô hình số mô phỏng ứng xử uốn dầm đơn sử dụng phương pháp PTHH trong không gian 3 chiều. 5. Phương pháp nghiên cứu (1) Phương pháp nghiên cứu tài liệu: sử dụng để nghiên cứu tổng quan tài liệu nhằm kế thừa, tổng hợp, phân tích các nghiên cứu trong và ngoài nước về vật liệu UHPC đã được công bố thời gian gần đây. Đồng thời, phương pháp này cũng phục vụ nghiên
4 cứu cơ sở lý thuyết tính toán sức kháng uốn dầm UHPC DƯL. (2) Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: sử dụng để xác định các tính chất cơ học vật liệu UHPC và đánh giá ứng xử khi uốn và sức kháng uốn của dầm UHPC DƯL. (3) Phương pháp mô hình số PTHH: sử dụng để mô hình hoá các ứng xử vật liệu UHPC cho các mẫu thí nghiệm cơ học vật liệu và mẫu dầm UHPC DƯL. (4) Phương pháp xử lý thông tin: các thông tin định tính và định lượng được xử lý nhằm tìm ra các quy luật và các mối quan hệ phục vụ phân tích, so sánh kết quả nghiên cứu. 6. Nội dung chính nghiên cứu (1) Nghiên cứu tổng quan về UHPC DƯL trên thế giới và ở Việt Nam. (2) Nghiên cứu xây dựng biểu đồ đường quan hệ ứng suất – biến dạng kéo và nén cho UHPC sử dụng thành phần vật liệu ở Việt Nam để phục vụ tính toán sức kháng uốn của dầm cầu. (3) Nghiên cứu xây dựng biểu đồ phân bố ứng suất dạng khối chữ nhật tương đương, từ đó đề xuất công thức tính sức kháng uốn dầm cầu UHPC DƯL. (4) Nghiên cứu mô hình số bằng phương pháp PTHH để mô phỏng sự làm việc của dầm cầu UHPC DƯL chịu uốn và so sánh với kết quả kết quả thực nghiệm. Từ đó, có thể sử dụng mô hình số để nghiên cứu ứng xử uốn của dầm trong điều kiện hạn chế về số liệu thực nghiệm. (5). Ứng dụng các kết quả nghiên cứu để thiết kế uốn cho một dạng kết cấu dầm cầu UHPC DƯL cụ thể. 7. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án Ý nghĩa khoa học: - Luận án đã xây dựng cơ sở lý thuyết tính toán sức kháng uốn của dầm UHPC DƯL. - Luận án đã xây dựng cơ sở mô hình số đánh giá khả năng chịu uốn dầm UHPC DƯL. Có thể dùng mô hình số này để tiếp tục nghiên cứu, thiết kế dầm UHPC DƯL. Ý nghĩa thực tiễn: - Luận án đã cung cấp cơ sở dữ liệu về các chỉ tiêu cơ học vật liệu UHPC phục vụ thiết kế chịu uốn dầm UHPC DƯL trên cơ sở vật liệu thành phần ở Việt Nam.
5 - Đề xuất cơ sở lý thuyết về tính toán sức kháng uốn, cơ sở lý thuyết về mô hình số dầm UHPC DƯL phục vụ thiết kế nhịp cầu qua đó góp phần thúc đẩy việc ứng dụng loại vật liệu này cho kết cấu cầu tại Việt Nam. 8. Những đóng góp mới của luận án 1. Luận án đã xây dựng mô hình đường quan hệ ứng suất – biến dạng nén và kéo cho UHPC có sử dụng thành phần vật liệu trong nước chế tạo tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội để xác định khả năng chịu uốn của dầm cầu UHPC DƯL tại Việt Nam. 2. Luận án đề xuất và xây dựng biểu đồ phân bố ứng suất khối hình chữ nhật tương đương để tính sức kháng uốn của dầm cầu UHPC DƯL, với cạnh hình chữ nhật được thể hiện thông qua các hệ số quy đổi hình khối ứng suất ( 𝛼1 , 𝛽1 , 𝛽2 ) được biểu diễn bằng các công thức dưới đây: ′ 𝛼1 = 1.2132 − 0.00345𝑓𝑐′ ; 𝛽1 = 0.795 − 0.0005𝑓𝑐′ ; 𝛽2 = 0.5 + 2279.9𝑒 (−𝑓 𝑐 ⁄13.9) 3. Luận án đã lập công thức tính toán sức kháng uốn dầm cầu UHPC DƯL cho tiết diện chữ T tổng quát được thể hiện theo biểu thức sau: 𝛽1 𝑑 𝑛 ℎ𝑏 𝛽1 𝑑 𝑛 𝑀 𝑛 = 𝐴 𝑝𝑠 𝑓𝑝𝑠 (𝑑 𝑝 − ) + 𝑓𝑡 ( 𝑏 𝑏 − 𝑏 𝑤 )ℎ 𝑏 (ℎ − − ) 2 2 2 𝛽2 (ℎ − 𝑑 𝑛 ) 𝛽1 𝑑 𝑛 𝛽1 𝑑 𝑛 ℎ 𝑓 +𝑓𝑡 𝛽2 (ℎ − 𝑑 𝑛 ) 𝑏 𝑤 (ℎ − − ) + 𝛼1 𝑓𝑐′ ( 𝑏 − 𝑏 𝑤 )ℎ 𝑓 ( − ) 2 2 2 2 4. Luận án đã đề xuất mô hình số ứng xử dầm UHPC DƯL phục vụ nghiên cứu, thiết kế và ứng dụng trong thực tiễn. 5. Luận án đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng UHPC có thành phần vật liệu trong nước cho kết cấu cầu, kết quả theo điều kiện sức kháng uốn và độ võng, chiều cao dầm tiết diện chữ I nhịp giản đơn dài 42 m khi sử dụng UHPC DƯL có chiều cao 1,1m so với 1,6m khi sử dụng dầm BT DƯL thông thường. 9. Cấu trúc của luận án Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, kiến nghị và phần phụ lục, luận án được bố cục thành 5 chương với cấu trúc và nội dung như sau: Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu và ứng dụng vật liệu bê tông chất lượng siêu cao cho kết cấu nhịp cầu. Gồm các nội dung chính: Tổng quan về vật liệu UHPC; Tổng quan tình hình nghiên cứu, ứng dụng vật liệu UHPC trên thế giới và ở Việt Nam; Tổng quan nghiên cứu phương pháp xác định sức kháng uốn dầm UHPC; Tổng quan nghiên cứu các dạng
6 đường quan hệ ứng suất – biến dạng áp dụng cho thiết kế uốn dầm UHPC; Nghiên cứu phương pháp phân tích ứng xử dầm UHPC bằng mô hình số. Trên cơ sở đó, đề xuất nội dung cần nghiên cứu của luận án. Chương 2: Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu. Gồm các nội dung chính: Cơ sở lý thuyết và phương pháp xây dựng biểu đồ đường quan hệ ứng suất – biến dạng kéo và nén cho vật liệu UHPC; Cơ sở lý thuyết và phương pháp xây dựng công thức tính toán sức kháng uốn dầm cầu UHPC DƯL; Phương pháp mô hình số PTHH để mô phỏng sự làm việc của dầm cầu UHPC DƯL chịu uốn và so sánh với kết quả tính toán sức kháng uốn, kết quả nghiên cứu thực nghiệm. Kết quả nghiên cứu của chương này làm cơ sở cho nghiên cứu các chương tiếp theo. Chương 3: Xây dựng đường quan hệ ứng suất – biến dạng và đề xuất công thức tính toán sức kháng uốn dầm cầu UHPC DƯL. Gồm các nội dung chính: Xử lý số liệu thí nghiệm uốn để xây dựng đường quan hệ ứng suất – biến dạng; Xây dựng đường quan hệ ứng suất – biến dạng UHPC phục vụ thiết kế; Xác định sức kháng uốn dầm UHPC DƯL bằng phương pháp phân tích mặt cắt; Xây dựng công thức xác định vị trí trục trung hoà và sức kháng uốn danh định của dầm UHPC DƯL. Kết quả nghiên cứu của chương này là xây dựng đường quan hệ ứng suất – biến dạng UHPC, xây dựng công thức tính toán sức kháng uốn và được kiểm chứng thông qua các nghiên cứu thực nghiệm được công bố trong thời gian gần đây. Chương 4: Mô hình số kết cấu uhpc bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Gồm các nội dung chính: Kết quả mô hình số mẫu hình trụ thí nghiệm nén vật liệu UHPC; Kết quả mô hình số mẫu dầm thí nghiệm uốn vật liệu UHPC; Mô hình mẫu dầm UHPC DƯL tiết diện chữ I và chữ T. Kết quả nghiên cứu mô hình số được so sánh với kết quả thực nghiệm, qua đó đề xuất áp dụng mô hình số phù hợp khi phân tích kết cấu bằng vật liệu UHPC. Chương 5: Áp dụng kết quả nghiên cứu trong thiết kế uốn dầm cầu bằng vật liệu UHPC DƯL. Gồm các nội dung chính: Chọn kết cấu cầu phục vụ nghiên cứu; Kết quả tính toán sức kháng uốn dầm bằng công thức đề xuất; Kết quả phân tích khả năng chịu uốn dầm bằng mô hình số đề xuất; Đánh giá kết quả từ công thức và mô hình số dầm UHPC DƯL. Phụ lục: Trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên các mẫu thí nghiệm UHPC.
7 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG VẬT LIỆU BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG SIÊU CAO CHO KẾT CẤU NHỊP CẦU 1.1. Tổng quan về vật liệu UHPC 1.1.1. Khái niệm vật liệu UHPC Vật liệu UHPC là một sản phẩm bê tông thế hệ mới, thành phần vật liệu chính bao gồm xi măng Poóc lăng, cát nghiền mịn, bột quắc, silica fume, phụ gia siêu dẻo, sợi thép và nước [86, 95]. UHPC thể hiện tính chất cơ học vượt trội với cường độ chịu nén lớn hơn 120 MPa [29], cường độ chịu kéo khi uốn lên đến 50 MPa [50], cường độ chịu kéo dọc trục từ 6 ÷ 12 MPa [41], mô đun đàn hồi từ 42 ÷ 55 GPa [1, 50]. Ngoài ra, UHPC có độ đặc chắc, tính dẻo dai cao, khả năng chống ăn mòn tốt giúp tăng độ bền và tuổi thọ công trình. 1.1.2. Các nguyên tắc chế tạo và ưu, nhược điểm của UHPC Cường độ, độ bền và tính dẻo dai cao của UHPC đạt được dựa trên các nguyên tắc sau [78, 79]: 1. Tỷ lệ N/CKD rất thấp, thường khoảng từ 0,15 đến 0,25, giúp giảm thiểu độ rỗng và tạo tính gián đoạn giữa các lỗ rỗng. Nhờ đó, hạn chế quá trình xâm thực của môi trường vào bên trong bê tông. 2. Độ đặc chắc cao nhờ vào sử dụng các cốt liệu mịn, lượng nước trong thành phần UHPC giảm. 3. Sử dụng vật liệu đồng nhất, cường độ cao và đường kính cốt liệu giảm để chế tạo UHPC, trên nguyên tắc số lượng các vết nứt vi mô xuất hiện giữa các bề mặt cốt liệu và cường độ chịu nén tỷ lệ với đường kính cốt liệu. 4. Việc sử dụng chất phụ gia trước hết để cung cấp khả năng tự đầm chặt với tỷ lệ N/CKD thấp, sau đó hầu hết lượng nước sẽ tham gia vào phản ứng thủy hóa xi măng, làm giảm rất nhiều thể tích lỗ rỗng và làm tăng cường độ chịu nén UHPC. 5. Sử dụng cốt sợi thép để kiềm chế sự phát triển của cả vết nứt vi mô và vết