Nghiên cứu ứng xử chịu xoắn dầm BTCT bằng thực nghiệm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Thêm vào BST

Báo xấu

3
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong nghiên cứu này, một thực nghiệm dầm BTCT chịu xoắn thuần túy được bố trí cốt đai tối thiểu theo ACI 318-19 được thực hiện để đánh giá hình thái vết nứt, dạng phá hoại và ứng xử mô men xoắn - góc xoắn. Từ kết quả thí nghiệm này, kết luận, kiến nghị và thảo luận được trình bày.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu ứng xử chịu xoắn dầm BTCT bằng thực nghiệm

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5 NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CHỊU XOẮN DẦM BTCT BẰNG THỰC NGHIỆM Nguyễn Vĩnh Sáng, Nguyễn Anh Dũng Trường Đại học Thủy lợi, email: sangnv@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG đầu đầm bố trí dài 350mm có bố trí thép đai dày hơn với khoảng cách 50mm để tránh phá Hiện nay, bê tông cốt thép (BTCT) là kết hoại vùng gia tải và đoạn có kích thước cấu chịu lực được sử dụng phổ biến nhất trong 2000mm ở giữa dầm là vùng để đánh giá ứng các công trình xây dựng. Cấu kiện BTCT chịu xử chịu xoắn. Kích thước và chi tiết bố trí cốt xoắn là dạng kết cấu thường gặp trong hệ kết thép dầm BTCT được thể hiện trên Hình 1. cấu công trình (ví dụ: hệ dầm biên, dầm thang Cốt thép đai chịu xoắn được bố trí với hàm bộ, dầm dạng cong). Mô men xoắn gây ra lượng tối thiểu theo ACI 318 – 19 [2]. Dầm dạng phá hoại nứt kết cấu theo dạng đường được bố trí thép đai có đường kính 6mm và xoắn ốc dọc theo mặt cắt ngang của cấu kiện khoảng cách 150mm, thép dọc 18mm với do ứng suất tiếp chạy xung quanh tiết diện tạo tổng bốn thanh bố trí ở các góc của tiết diện nên dòng chảy cắt. Ứng suất xuất hiện trong phù hợp với loại cốt thép CB240-T, CB300- cấu kiện chịu xoắn khá giống với ứng suất của V tương tứng theo TCVN 5574-2018 [1]. cấu kiện chịu cắt đều tạo bởi thành phần ứng suất tiếp. Do đó, cơ chế phá hủy do xoắn thuộc dạng phá hoại giòn trong trường hợp không hoặc bố trí cốt thép với hàm lượng ít điều này khá giống với phá hoại cắt. Tuy nhiên, hàm lượng cốt thép tối thiểu chịu xoắn không được đề cập đến trong TCVN 5574 - 2018 [1]. Tiêu chuẩn này, chỉ xét đến khả năng chịu mô men xoắn thông qua tổng khả năng chịu lực của cốt đai và thép dọc. Trong nghiên cứu này, một thực nghiệm dầm BTCT chịu xoắn thuần túy được bố trí Hình 1. Chi tiết mẫu thí nghiệm dầm BTCT cốt đai tối thiểu theo ACI 318-19 [2] được 2.2. Vật liệu thực hiện để đánh giá hình thái vết nứt, dạng phá hoại và ứng xử mô men xoắn - góc xoắn. Bê tông được thiết kế có cấp bền B30 Từ kết quả thí nghiệm này, kết luận, kiến (mác 400) cho tất cả các mẫu thử, xi măng nghị và thảo luận được trình bày. sử dụng loại PCB40. Cường độ chịu nén bê tông được xác định thông qua giá trị chịu 2. CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM nén trung bình của ba mẫu lập phương có kích thước (150150150mm) theo TCVN 2.1. Thiết kế mẫu thử 3118:2022 [3] và ba mẫu lăng trụ (150300 Dầm có cùng kích thước mặt cắt ngang với mm) theo ASTM C39 [4]. Tất cả mẫu thử bề rộng b = 250mm, chiều cao h = 300mm đều được thực hiện ở 28 ngày tuổi. Kết quả chiều dày lớp bảo vệ cốt thép là 20mm. Tổng thu được cường độ chịu nén mẫu lập phương chiều dài dầm là 2700mm, trong đó ở mỗi và mẫu lăng trụ tương ứng là 41,3 MPa, 121
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5 32,27MPa. Để xác định cường độ cốt thép vùng thử nghiệm xoắn bằng bút chì đen. Các đai và thép dọc, thực hiện thí nghiệm kéo và đường lưới được sử dụng để ước tính góc lấy trung bình của ba mẫu thử theo tiêu chuẩn nghiêng của vết nứt bê tông. Trong suốt quá TCVN 1651-1 [6], cường độ chảy của cốt trình thử nghiệm, chúng tôi đã quan sát và ghi thép đai và cốt thép dọc có giá trị lần lượt là lại một cách tỉ mỉ quá trình phát triển cũng như 364,3 MPa và 378,6 MPa. sự lan truyền vết nứt ở mọi giai đoạn gia tải 2.3. Thiết bị đo và quy trình thí nghiệm cho đến khi mẫu xảy ra phá hoại. Hình thái vết nứt ở thời điểm phá hoại của mẫu thử được ghi Thiết lập thí nghiệm được thể hiện trong lại bằng ảnh chụp và vẽ lại bằng phần mềm đồ Hình 2. Thí nghiệm xoắn thuần túy bao gồm họa kỹ thuật, thể hiện trên Hình 3. một đầu cố định và một đầu đặt lên hệ gối trượt có cùng bán kính quay với dầm tính từ trọng tâm hình học của mặt cắt ngang dầm. Mô men xoắn gây ra cho dầm được tạo ra thông qua cánh tay đòn thép dài 500mm tính từ tâm của trục dầm BTCT bằng một kích thủy lực có công suất 30 Tấn và hệ bơm dầu nhằm tạo ra tải trọng tập trung. Giá trị của tải trọng tập trung được xác định bằng dụng cụ đo lực điện tử (Load - cell). Cánh tay đòn được liên kết chặt với dầm BTCT thông qua Hình 3. Hình thái vết nứt bốn bulong đường kính 40mm ngàm với gối Dầm được bố trí cốt thép đai tối thiểu chịu trượt (có tâm quay là trọng tâm của dầm). Gối xoắn này bị phá hoại do cốt thép đai bị đứt sau trượt được đặt lên một hệ gối đỡ bằng thép có khi nứt bê tông và bê tông bị nén vỡ ở vùng cùng bán kính quay để tạo mô men xoắn thử nghiệm thể hiện trên Hình 4. Dạng phá thuần túy (dọc trục dầm không thay đổi vị trí) hoại này thể hiện qua tốc độ phát triển vết nứt và được đặt lên hệ sàn BTCT. Tác nhân uốn nhanh, số lượng vết nứt ít nhưng có bề rộng thứ cấp do trọng lượng bản thân của dầm và lớn. Dạng vết nứt được đặc trưng bởi các vết do các tác động khác, sự cong vênh của cánh nứt nghiêng theo đường xoắn ốc liên tục xung tay đòn được bỏ qua trong nghiên cứu này. quanh chu vi tiết diện dầm (xem Hình 4). Điều thú vị là vết nứt đầu tiên được quan sát thấy xuất hiện đồng thời ở khu vực gần gối gia tải và đầu cố định. Nhưng vết nứt liên tục phát triển, mở rộng rất nhanh ở cách mép đầu cố định khoảng 250mm theo đường xoắn ốc xung quanh chu vi dầm. Hơn nữa không xuất hiện thêm vết nứt nào khác ngoài hai vết nứt trên cho đến khi dầm bị phá hoại (xem Hình 3). Độ nghiêng của vết nứt thu được xấp xỉ Hình 2. Thiết lập hệ thí nghiệm 45o so với dọc trục dầm, điều này phù hợp với dầm chịu xoắn thuần túy thể hiện trên Hình 4. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Dạng phá hoại và hình thái vết nứt Để đảm bảo quan sát chính xác mẫu thử được phủ sơn trắng. Hơn nữa, một hệ lưới có kích thước 5050mm đã được vẽ tỉ mỉ trên ba mặt (mặt trước, trên và sau) của dầm trong Hình 4. Dạng phá hoại mẫu thử 122
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5 3.2. Ứng xử chịu xoắn  Dầm bố trí hàm lượng tối thiểu cốt đai Ứng xử xoắn của dầm được thể hiện qua chịu xoắn cho thấy sự xuất hiện và hình đường cong quan hệ T-θ qua hai giai đoạn làm thành vết nứt rất ít, vết nứt phát triển nhanh việc trước và sau nứt thể hiện trên Hình 4. (1) và có bề rộng lớn. giai đoạn trước nứt: ứng xử đàn hồi tuyến tính  Dạng phá hoại giòn xảy ra được đặc với độ cứng kháng xoắn đàn hồi cho đến khi trưng bởi sự đứt cốt thép đai ngay sau khi nứt nứt bê tông, kết thúc giai đoạn này đặc trung bê tông và bê tông bị ép vỡ do lực nén ở giữa bởi mô men xoắn nứt Tcr (15,18 kN.m) và góc khu vực đánh giá chịu xoắn. xoắn nứt θcr (0,00223 rad/m) tương ứng. (2)  Ứng xử đàn hồi tuyến tính ở giai đoạn giai đoạn sau nứt: sau khi vết nứt xảy ra, mô trước nứt bê tông, sau nứt sự chuyển pha làm men xoắn đột ngột giảm xuống đồng thời góc việc từ bê tông sang cốt thép cho thấy góc xoắn tăng lên do sự phân bố lại lực từ bê tông xoắn trên một đơn vị dài liên tục tăng trong sang cốt thép và sau đó mô mô men xoắn liên khi mô men xoắn giảm nhanh. Thể hiện sự tục giảm trong khi góc xoắn tăng nhanh. Kết mất khả năng chịu lực sau nứt do cốt thép bố quả thực nghiệm mẫu đối chứng này cho thấy trí với hàm lượng tối thiểu. sự phù hợp với lý thuyết ứng xử của dầm  Cần có yêu cầu cấu tạo tối thiểu cốt thép BTCT bố trí cốt thép tối thiểu theo [2] khi chịu xoắn theo TCVN 5574-2018 để tránh sự chịu xoắn và dạng phá hoại giòn xảy ra. phá hoại giòn xảy ra dưới tác dụng của lực xoắn trong cấu kiện BTCT. 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TCVN-5574-2018, "Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế", Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng - Bộ Xây dựng 2018. [2] 318-19, ACI, "Building code requirements for structural concrete and commentary ", American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 2019. [3] 3118:2022, TCVN, "Bê tông - Phương pháp xác định cường độ chịu nén," Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng - Bộ Xây dựng, Hình 4. Ứng xử chịu xoắn T-θ 2022. [4] C39/C39M-16b, ASTM, "Standard test 4. KẾT LUẬN method for compressive strength of cylindrical concrete specimens," ASTM Nghiên cứu đã trình bày thực nghiệm về International, West Conshohocken, PA, 2016. dầm BTCT chịu xoắn thuần túy để đánh giá [5] C469/C469M-14, ASTM, "Standard test ứng xử ở các giai đoạn làm việc, dạng phá method for static modulus of elasticity and hoại và hình thái vết nứt. Mẫu thử được bố trí Poisson’s ratio of concrete in compression," cốt thép đai tối thiểu chịu xoắn theo ACI ASTM International, West Conshohocken, 318-19, khác với tiêu chuẩn Việt Nam TCVN PA, 2014. 5574-2018 không nêu về cấu tạo hàm lượng [6] TCVN 1651-1, 2018, "Thép cốt bê tông - cốt thép tối thiểu khi chịu tác dụng của lực Phần 1: Thép thanh tròn trơn," Ban kỹ thuật xoắn gây ra trên cấu kiện BTCT. Dựa trên kết Tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 17 Thép - quả thí nghiệm có thể đưa ra kết luận sau: Bộ Khoa học và công nghệ, 2018. 123