zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kiến trúc - Xây dựng

Phân tích ứng xử chịu cắt của dầm bê tông cốt phi kim loại

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Báo xấu

31
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết tập trung đánh giá hiệu quả chịu cắt của dầm bê tông cốt thanh FRP có sử dụng kết hợp lưới sợi. Lưới sợi được sử dụng thay thế cho cốt đai truyền thống. Nghiên cứu thực nghiệm đã tiến hành trên 2 mẫu dầm có và không có lưới sợi dệt. Kết quả cho thấy sử dụng lưới sợi thủy tinh hoàn toàn phù hợp đối với dầm bê tông cốt thanh FRP chịu cắt.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Phân tích ứng xử chịu cắt của dầm bê tông cốt phi kim loại

KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT PHI KIM LOẠI STUDY ON SHEAR BEHAVIOR OF CONCRETE BEAM WITH FIBER REINFORCED POLYMER BARS ThS. PHẠM THỊ THANH THỦY1, PGS.TS NGUYỄN XUÂN HUY1, KS. NGUYỄN QUANG SĨ 2, TS. NGUYỄN MAI CHÍ TRUNG 3 1 Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Giao thông vận tải 2 Khoa Công trình, Phân Hiệu tại Thành phố Hồ Chí Minh, Trường Đại học Giao thông vận tải 3 Khoa Kỹ thuật và Công nghệ, Trường Đại học Quy Nhơn Email: thuyptt1@utc.edu.vn Tóm tắt: Bài báo tập trung đánh giá hiệu quả gỉ của cốt thép trong bê tông là một trong những chịu cắt của dầm bê tông cốt thanh FRP có sử dụng yếu tố quan trọng nhất. Việt Nam là nước có đường kết hợp lưới sợi. Lưới sợi được sử dụng thay thế bờ biển dài, với nhiều công trình xây dựng nằm cho cốt đai truyền thống. Nghiên cứu thực nghiệm trong môi trường có tính ăn mòn cao. Đây là một đã tiến hành trên 2 mẫu dầm có và không có lưới vấn đề lớn với các công trình bằng bê tông cốt thép sợi dệt. Kết quả cho thấy sử dụng lưới sợi thủy tinh (BTCT) do việc ăn mòn cốt thép có thể gây hư hỏng hoàn toàn phù hợp đối với dầm bê tông cốt thanh nghiêm trọng cho công trình. Một giải pháp hữu hiệu FRP chịu cắt. Một mô hình mô phỏng phần tử hữu để có thể hạn chế được tình trạng này là sử dụng hạn cũng đã được xây dựng và kiểm chứng với kết polymer cốt sợi (fiber reinforced polymer – FRP) quả thí nghiệm. Cuối cùng, khảo sát về ảnh hưởng dạng thanh để làm cốt gia cường trong kết cấu bê của một số tham số tới ứng xử chịu cắt của dầm cốt tông, thay thế cốt thép thông thường. Thanh FRP là thanh FRP cũng được tiến hành. một dạng vật liệu composít chứa sợi (thủy tinh, các bon, aramid,...) được gắn kết bởi chất nền là nhựa Từ khóa: lưới sợi, FRP, ứng xử cắt, dầm, phá polymer (như epoxy, vinylester) [1, 2]. Các sợi tạo hoại. ra cường độ và độ cứng cho thanh, trong khi chất Abstract: This paper focus on the contribution of nền có tác dụng bảo vệ và truyền lực giữa các sợi. textile to the shear performance of concrete beams Ưu điểm nổi bật của vật liệu FRP là có cường độ reinforced with FRP rebars. Glass textile is used to chịu kéo rất lớn, trọng lượng rất nhẹ, và đặc biệt là replace the traditional transverse reinforcement. The không chịu ăn mòn. Gần đây, thanh FRP thủy tinh experimental program includes two rectangular (GFRP) đã bắt đầu sản xuất trong nước và bán ra concrete beam specimens reinforced with and thị trường. Tiêu chuẩn TCVN 11110:2015 về cốt without of stirrups.The experimental results indicate composite polyme dùng trong kết cấu bê tông và địa that the glass textile can substitute the traditional kỹ thuật đã được Bộ Khoa học và Công nghệ công transverse reinforcement in shear resistance of FRP bố vào tháng 12 năm 2015 vừa qua [3]. Tuy nhiên, reinforced concrete beam. A finite element model bởi cốt FRP không uốn được tại hiện trường, do đó was also developed and compared against the test các kỹ sư gặp nhiều khó khăn khi cần bẻ hoặc uốn results. Finally, the parametric study was conducted ở các góc để làm cốt đai chịu cắt. Đây là một nhược to quantify various parameters on the shear điểm làm hạn chế sự phổ biến của loại cốt chịu lực behaviour of concrete beams reinforced with FRP này. rebars. Bê tông cốt lưới sợi (Textile Reinforced Keywords: textile reinforced concrete (TRC), Concrete, TRC) là một loại vật liệu mới, đang thu FRP, shear behaviour, beam, failure. hút sự quan tâm của nhiều trung tâm nghiên cứu lớn do khả năng áp dụng bền vững cho kết cấu 1. Đặt vấn đề công trình. TRC là bê tông hạt mịn có cốt dạng lưới Tuổi thọ của công trình xây dựng phụ thuộc vào được dệt từ sợi các bon hay sợi thuỷ tinh kháng nhiều yếu tố, trong đó độ bền của bê tông và tốc độ kiềm. Lưới sợi là vật liệu có nhiều ưu điểm đặc biệt Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2022 3
KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG như có cường độ cao, trọng lượng nhẹ và có độ phân tích một số tham số ảnh hướng đến ứng xử bền với môi trường rất cao [3]. TRC đã được áp chịu cắt của dầm bê tông cốt phi kim loại sử dụng dụng rất hiệu quả để tăng cường kết cấu bê tông cốt dọc là thanh FRP và cốt đai là lưới sợi dệt. cũ, chế tạo cấu kiện bê tông mới, đặc biệt là kết cấu P đúc sẵn. Ở Việt Nam hiện nay, TRC đã bắt đầu được nghiên cứu, tập trung chính vào việc sử dụng để tăng cường khả năng uốn và chịu cắt cho dầm, bản BTCT [4, 5, 6], tăng cường khả năng chịu nén cho kết cấu cột BTCT [7, 8]. Bên cạnh đó, TRC cũng đang được nghiên cứu để ứng dụng cho kết Hình 1. Sơ đồ thí nghiệm cấu bản bê tông dự ứng lực căng trước [9]. So với 2. Thí nghiệm dầm chịu cắt cốt thanh FRP, cốt lưới dệt d thi công, d uốn cong 2.1 Sơ đồ thí nghiệm để h nh thành cốt đai chịu cắt hơn so với thanh FRP. Ngoài ra, do có khả năng chịu kéo và mô đun Hai mẫu dầm thí nghiệm có chiều dài 1,8m, mặt đàn hồi lớn hơn so với thanh FRP nên việc áp ứng cắt ngang 200mm x 300mm. Dầm sử dụng bê tông dụng cốt lưới sợi làm cốt đai chịu cắt cho dầm bê hạt mịn có cường độ chịu nén 52 MPa, cốt thanh tông là rất tiềm năng. FRP có mô đun đàn hồi 43 GPa, cường độ chịu kéo 800 MPa. Sơ đồ bố trí thanh FRP được thể hiện Bài báo này trình bày phân tích về ứng xử chịu trên hình 2 trong đó mẫu 1 không có cốt đai, mẫu 2 cắt của dầm bê tông cốt thanh FRP sử dụng lưới sử dụng 1 lớp lưới dệt đóng vai trò cốt đai. Loại lưới sợi như là cốt đai chịu cắt. Đầu tiên, nghiên cứu sợi sử dụng là lưới thủy tinh có mô đun đàn hồi 120 thực nghiệm được tiến hành với 2 mẫu dầm có tỉ số GPa, cường độ chịu kéo tấm sợi là 1800 MPa. chiều dài chịu cắt trên chiều cao hữu hiệu (a/d) bằng 2,8 nhằm đánh giá hiệu quả trong việc sử Sơ đồ thí nghiệm theo dạng uốn 3 điểm. Mẫu dụng lưới sợi làm cốt đai. Sau đó, mô h nh mô được gia tải theo chuyển vị tăng dần cho đến khi phỏng phần tử hữu hạn (PTHH) được thiết lập phá hoại. Trong quá trình thí nghiệm, các LVDT nhằm kiểm chứng kết quả thí nghiệm cũng như được bố trí để đo chuyển vị. Hình 2. Cấu tạo các mẫu dầm và sơ đồ thí nghiệm 2.2 Kết quả thí nghiệm FRP, các vết nứt chủ yếu là vết nứt vuông góc trục Dạng phá hoại của các mẫu dầm được thể hiện dầm do uốn. Vết nứt đầu tiên xuất hiện từ giữa tại hình 3. Với mẫu 1 (hình 3a) là mẫu chỉ có cốt dọc dầm, lan dần từ dưới lên. Bốn vết nứt thẳng góc 4 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2022
KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG khác cũng xuất hiện sau đó, nằm đối xứng ở hai nứt uốn cũng xuất hiện trước tiên nhưng chỉ bên. Tuy nhiên, khi lực cắt tăng lên- vết nứt nghiêng phân bố chủ yếu ở sát cạnh dưới dầm, sau đó đầu tiên xuất hiện và gây ra phá hoại dầm. Vết nứt chuyển hướng với các góc nghiêng khác nhau. nối liền điểm đặt lực tới vị trí gối phải của dầm. Số lượng các vết nứt nghiêng do cắt phân bố Trong khi đó, đối với mẫu 2 (hình 3b), với đối xứng 2 bên dầm và vết nứt gây phá hoại sự có mặt của 1 lớp lưới dệt - số lượng vết nứt cũng là vết nứt nối giữa điểm đặt lực và gối của nhiều hơn, ngắn hơn, gần nhau hơn. Các vết dầm. a) Mẫu 1 b) Mẫu 2 Hình 3. Dạng phá hoại của các mẫu thí nghiệm Mối quan hệ giữa lực tác dụng với chuyển vị tác dụng bằng 84 kN, với chuyển vị ở giữa dầm là thẳng đứng tại giữa dầm được thể hiện trên hình 4. 4,3 mm. Sau đó, đường cong đổi chiều, mẫu bị phá Như ta thấy, ứng xử của 2 mẫu là giống hệt nhau ở hoại do vết nứt cắt lan dài, mở rộng như đã quan sát giai đoạn đầu tiên - giai đoạn đàn hồi. Đến thời điểm ở hình 3. Cũng như mẫu 1, sau khi vết nứt nghiêng khoảng hơn 30 kN, giai đoạn đàn hồi kết thúc cùng do cắt xuất hiện, độ cứng của dầm bị suy giảm. Tuy lúc xuất hiện vết nứt đầu tiên do uốn. Đối với mẫu 1, nhiên, độ nghiêng của đường cong không thay đổi đường cong nghiêng dần thể hiện sự suy giảm độ nhiều như mẫu 1, nghĩa là tốc độ suy giảm chậm cứng khá nhanh. Tại thời điểm lực tác dụng khoảng hơn. Rõ ràng lớp lưới sợi đã giúp lực cắt được 70kN, đường cong xuất hiện điểm gấp khúc đột ngột, truyền đi tốt hơn, không gây ra sự thay đổi đột ngột. tương ứng sự xuất hiện của vết nứt do cắt đầu tiên. Với sự xuất hiện rất chậm, phân bố đều của các vết Kể từ thời điểm đó, độ cứng dầm tiếp tục giảm với nứt nghiêng, mẫu chỉ bị phá hoại khi lực tác dụng đạt tốc độ nhanh hơn trước khi đạt giới hạn tại giá trị lực tới 151 kN, tương ứng chuyển vị gần 11 mm. 160 140 120 100 Lực ([kN) 80 60 Mẫu 1 40 Mẫu 2 20 0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 Chuyển vị (mm) Hình 4. Đường cong lực tác dụng - chuyển vị giữa dầm 3. Mô hình mô phỏng PTHH ATENA. Mô h nh không gian 3D được sử dụng để mô 3.1 Xây dựng mô hình phỏng ứng xử chịu cắt của dầm bê tông có cốt dọc là Với mục tiêu kiểm chứng kết quả thí nghiệm, một các thanh FRP và cốt đai là lưới sợi. Để phản ánh chi mô h nh PTHH được xây dựng dựa trên phần mềm tiết sự làm việc của các cấu kiện, mô hình phần tử bê Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2022 5
KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG tông được lựa chọn là các phần tử khối bậc cao dạng rời rạc. Khi sử dụng dạng phần tử này, liên kết giữa các hình hộp để cho kết quả chính xác nhất có thể. Trong nút của phần tử bê tông và các nút cốt sợi dệt được tạo khi đó, FRP và lưới sợi được mô hình hoá bằng phần ra tự động. Dính bám giữa thanh FRP, lưới sợi và bê tử cốt chịu lực (reinforcement) có dạng thanh một chiều tông được giả thiết là tuyệt đối. Hình 5. Lưới PTHH của mô hình dầm phi kim loại 3.2 Kết quả mô phỏng và so sánh với thí nghiệm nghiệm (hình 3b), sự phân bố vết nứt cũng Mẫu dầm số 2 ở phần thực nghiệm được như dạng phá hoại của dầm là khá tương sử dụng để mô phỏng và đối chiếu kết quả. đồng. Các vết nứt chủ đạo là vết nứt nghiêng Hình 6 thể hiện dạng phá hoại của mẫu trong tương ứng với dạng phá hoại do cắt xuất hiện mô hình mô phỏng. So sánh với kết quả thí cùng vị trí trên dầm. Hình 6. Dạng phá hoại của mẫu 2 Đường cong quan hệ giữa lực tác dụng và với kết quả thí nghiệm ở giá trị tải trọng lớn nhất chỉ chuyển vị thẳng đứng tại giữa dầm cũng được kiểm vào khoảng 9%. Các kết quả trên cho thấy mô hình chứng (hình 7). Như ta thấy, đường cong mô phỏng được xây dựng là đáng tin cậy, có khả năng mô bám khá sát đường cong thực nghiệm trên cả phỏng chính xác ứng xử chịu cắt của dầm bê tông phương diện độ cứng lẫn tải trọng tới hạn. Sai số so cốt phi kim loại. Hình 7. So sánh mối quan hệ lực ngang - chuyển vị đỉnh của mẫu 2 4. Khảo sát tham số 4.1 Hàm lượng lưới sợi Dựa trên mô h nh được đã được kiểm chứng ở Nghiên cứu thực nghiệm đã tiến hành đánh giá phần 3, ảnh hưởng của một số tham số tới khả khả năng sử dụng 1 lớp lưới sợi làm cốt đai (tương năng chịu cắt của dầm bê tông cốt phi kim loại sẽ ứng hàm lượng 0,1%). Các giá trị hàm lượng cốt được phân tích dưới đây. sợi khác từ 0,05% đến 0,3%. được đánh giá ở hình 6 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2022
KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG 8. Hoàn toàn logic, sức kháng cắt của dầm được các mẫu không có nhiều khác biệt. Tuy nhiên, số tăng lên khi hàm lượng sợi làm cốt đai tăng lên. Cụ lượng vết nứt nghiêng (do cắt) giảm đi khi hàm thể, sức kháng cắt của dầm có hàm lượng sợi 0,3% lượng sợi tăng lên. Điều đó khẳng định rằng sự phá có giá trị tăng 30% so với dầm có hàm lượng sợi hoại cắt của dầm đã chậm lại khi sử dụng lưới sợi 0,05%. Về mặt tổng thể, sự phân bố vết nứt giữa làm cốt đai. Tỉ lệ 0.05% Tỉ lệ 0.1% Tỉ lệ 0.2% Tỉ lệ 0.3% Hình 8. Ảnh hưởng của hàm lượng lưới sợi 4.2 Tỷ lệ cánh tay đòn chịu lực với chiều cao hữu hiệu khảo sát xác định rằng khi tỉ lệ cánh tay đòn chịu lực Tỉ lệ cánh tay đòn chịu lực với chiều cao hữu với chiều cao hữu hiệu thay đổi từ 1,5 lên 2; 2,3 và hiệu (a/d) là một chỉ số rất quan trọng đối với ứng 2,8, thì sức kháng cắt của dầm giảm tương ứng xử chịu cắt của dầm. Hình 9 cho ta thấy sự khác 27,9%, 31,5% và 42,5%. Bên cạnh đó, số lượng vết nhau về ứng xử giữa 4 dầm có tỉ lệ cánh tay đòn nứt do cắt cũng tỉ lệ thuận với giá trị cánh tay đòn chịu lực với chiều cao hữu hiệu khác nhau. Kết quả chịu lực với chiều cao hữu hiệu. Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2022 7
KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG a/d= 1,5 a/d= 2 a/d= 2,3 a/d= 2,8 Hình 9. Ảnh hưởng của tỉ lệ cánh tay đòn chịu lực với chiều cao hữu hiệu 5. Kết luận 3. TCVN 11110:2015 (2015), Cốt composit Polyme dùng trong kết cấu bê tông và địa kỹ thuật. Nghiên cứu về ứng xử chịu cắt của dầm bê tông cốt thanh FRP kết hợp với lưới sợi đã được trình 4. Nguy n Xuân Huy, Lê Minh Cường, Nguy n Thị bày ở bài báo này. Kết quả từ nghiên cứu thực Nhung (2019). “Phân tích sự phá hoại chọc thủng của nghiệm cho thấy việc sử dụng lưới sợi làm cốt đai là bản bê tông cốt thép được gia cường bằng bê tông hoàn toàn khả thi và có tiềm năng ứng dụng trong cốt lưới dệt”- Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, số 69, pp. 41-47. thực tế. Với một lớp lưới sợi dệt làm cốt đai, sức kháng cắt của dầm tăng gần gấp đôi so với dầm 5. Lê Nguyên Khương, Cao Minh Quyền, Nguy n Xuân không có lưới sợi và làm giảm thiểu số lượng cũng Huy, Si Larbi Amir (2018). "Giải pháp lai gia cường bê như sự phát tán của vết nứt. Bên cạnh đó, một mô tông cốt lưới sợi dệt nhằm nâng cao khả năng chịu hình mô phỏng PTHH dựa trên phần mềm ATENA lực của dầm bê tông cốt thép" - Tạp chí Khoa học đã được xây dựng nhằm kiểm chứng kết quả thí Công Nghệ Xây dựng, ISSN 1859-1566, số 3/2018, pp.42-49. nghiệm cũng như làm rõ hơn các tham số ảnh hưởng tới khả năng chịu cắt của loại dầm này. Mô 6. Nguy n Huy Cường (2021). “Nghiên cứu tăng cường h nh đã chứng minh được độ chính xác tin cậy khi dầm bê tông cốt thép bằng bê tông cốt lưới dệt”- mô phỏng chính xác ứng xử của dầm. Các phân Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Giao thông tích khảo sát cho thấy sức kháng cắt của dầm có vận tải. hàm lượng sợi 0,3% có giá trị tăng 30% so với dầm 7. Ngô Đăng Quang, Nguy n Huy Cường, Nguy n Duy có hàm lượng sợi 0,05%. Khi tỉ lệ cánh tay đòn chịu Tiến (2020), Nghiên cứu thực nghiệm và tính toán cột lực với chiều cao hữu hiệu thay đổi từ 1,5 lên 2; 2,3 bê tông cốt thép chịu nén đúng tâm được tăng cường và 2,8, thì sức kháng cắt của dầm giảm tương ứng bằng bê tông cốt lưới dệt các bon, Tạp chí Khoa học 27,9%, 31,5% và 42,5%. GTVT, Tập 71 số 5 (tháng 6/2020), tr 486-499. Lời cảm ơn 8. Ngo Dang Quang, Nguyen Huy Cuong, Mai Dinh Loc, Vu Van Hiep (2020), Experimental and numerical Nghiên cứu này được tài trợ bởi Bộ Giáo dục và evaluation of concentrically loaded reinforced Đào tạo trong khuôn khổ đề tài mã số B2021-DQN- concrete columns strengthening by textile reinforced 02. concrete jacketing, Civil Engineering Journal. TÀI LIỆU THAM KHẢO 9. Nguyen Huy Cuong, Ngo Dang Quang (2020), Experimental study on flexural behavior of 1. Nguy n Hùng Phong (2014), Nghiên cứu thực prestressed and non-prestressed textile reinforced nghiệm sự làm việc của dầm bê tông có cốt polyme concrete plates, Transport and Communications sợi thủy tinh hàm lượng thấp, Tạp chí Xây dựng, số Science Journal, Vol. 71, Issue 1 (01/2020), 37-45. 9/2014, tr.61-65. Ngày nhận bài: 8/3/2022. 2. Nguy n Hùng Phong (2014), Một số vấn đề về thiết kế Ngày nhận bài sửa: 19/4/2022. cấu kiện chịu uốn bằng bê tông cốt thanh polyme cốt sợi thủy tinh, Tạp chí Xây dựng, số 8/2014, tr.43-48. Ngày chấp nhận đăng: 19/4/2022. 8 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2022

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.