1
MỞ ĐẦU
Tên luận án: Nghiên cứu thực nghiệm về biến dạng dài hạn cột bê
tông cốt thép chịu nén đúng tâm.
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cột bê tông cốt thép (BTCT) trong kết cấu nhà nhiều tầng là cấu kiện
chịu nén theo thời gian.Trong giai đoạn thiết kế, thi công và giai
đoạn sử dụng đã xuất hiện một số vấn đề liên quan đến sự làm việc
dài hạn của cột BTCT chịu nén như sau:
- Sự chênh lệch kết quả biến dạng dài hạn dự đoán trong giai đoạn
thiết kế và kết quả đo bằng thực nghiệm trong giai đoạn thi công đã
và đang xẩy ra trong thực tế hiện nay. Sự chênh lệch này chủ yếu
do co ngót và từ biến gây ra.
- Hiện tượng biến dạng dài hạn đã gây ra sự co ngắn dọc trục không
đều ( vênh co) giữa các kết cấu chịu lực đứng ( cột, vách, lõi) dẫn
đến sự phân phối lại nội lực trong kết cấu và giữa các kết cấu; ảnh
hưởng đến nứt vỡ bề mặt kiến trúc và ảnh hưởng đến các hệ thống
kỹ thuật trong tòa nhà cao tầng.
Hiện nay có nhiều phương pháp xác định biến dạng co ngắn dọc trục
kết cấu chịu nén BTCT( cột, vách, lõi). Tuy nhiên các phương pháp
này chưa phù hợp với điều kiện môi trường ở Việt Nam.
Từ phân tích trên đây, xác định biến dạng co ngắn dài hạn dọc trục
của cột bê tông cốt thép trong điều kiện khí hậu ở Việt nam là điều
cần thiết. Luận án này thực hiện nghiên cứu thực nghiệm về biến
dạng dài hạn dọc trục cột BTCT chịu nén đúng tâm trong điều kiện
khí hậu ở Hà Nội. Trên cơ sở số liệu thực nghiệm thu được phân tích
và đưa ra các kết quả về tính chất cơ lý, sử dụng cho tính biến dạng
co ngắn dài hạn của cột BTCT.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của luận án:
- Nghiên cứu thực nghiệm về biến dạng dài hạn cột BTCT chịu nén
đúng tâm trong điều kiện khí hậu ở Hà Nội.
- Nghiên cứu thực nghiiệm về tính chất cơ lí Bê tông có liên quan
đến biến dạng dài hạn cụ thể là: cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi
và hệ số từ biến, co ngót bê tông.
2
- Nghiên cứu các phương pháp xác định biến dạng dài hạn của cấu
kiện bê tông. Từ đó áp dụng và đề xuất phương pháp tính biến dạng
dài hạn cho kết cấu cột bê tông cốt thép.
3. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là cấu kiện cột BTCT chịu nén đúng tâm chịu
tải trọng dài hạn.
4. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đề tài liên quan tới:
- Nghiên cứu thực nghiệm về cột BTCT chịu nén đúng tâm, chịu tải
trọng dài hạn, trong môi trường khí hậu ở Hà Nội. Cột bê tông cốt
thép có tiết diện tròn, với bố trí cốt thép doc theo chu vi, cốt thép
đai xoắn.
- Nghiên cứu thực nghiệm với bê tông có cấp độ bến chịu nén nhỏ
hơn B60, cốt thép CII, sử dụng vật liệu địa phương ở khu vực Hà
Nội.
- Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về các tính chất cơ lý của bê
tông như: cường độ chịu nén; mô đun đàn hồi; từ biến và co ngót
bê tông.
- Nghiên cứu các phương pháp xác định biến dạng dọc trục của cột
BTCT chịu tải dài hạn.
5. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về biến dạng dài hạn của cấu kiện BTCT
chịu nén chịu tải trọng dài hạn.
- Nghiên cứu lý thuyết về cường độ, mô đun đàn hồi, biến dạng co
ngót, từ biến bê tông.
- Nghiên cứu các mô hình dự báo biến dạng từ biến, co ngót bê tông.
- Nghiên cứu các phương pháp phân tích biến dạng dài hạn của cấu
kiện bê tông. Qua đó, nghiên cứu áp dụng các phương pháp đó vào
xác định biến dạng dài hạn cho cấu kiện BTCT.
- Nghiên cứu các phương pháp xác định biến dạng co ngắn cho cấu
kiện cột BTCT chịu tải trọng dài hạn. Qua đó, nghiên cứu đề xuất
phương pháp xác định biến dạng dài hạn của cột BTCT phù hợp
với tính chất vật liệu bê tông khi làm việc dài hạn trong điều kiện
khí hậu ở Hà Nội.
- Xây dựng mô hình xác định hệ số từ biến bê tông.
3
- Nghiên cứu thực nghiệm cột BTCT chịu nén đúng tâm, chịu tải
trọng dài hạn trong điều kiện khí hậu ở Hà Nội.
6. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu chủ yếu là nghiên cứu thực nghiệm và kết
hợp với nghiên cứu lý thuyết.
7. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu đề tài này đã đem lại ý nghĩa khoa học cũng như ý nghĩa
về thực tiễn, như:
- Nghiên cứu thực nghiệm về biến dạng dài hạn Cột BTCT chịu nén
đúng tâm trong môi trường khí hậu ở Hà Nội. Bộ số liệu thu được
là tài liệu có ý nghĩa giúp cho các nghiên cứu liên quan đến sự làm
việc dài hạn của cột BTCT trong môi trường khí hậu ở Hà Nội.
- Nghiên cứu thực nghiệm đề xuất hệ số từ biến bê tông phù hợp với
điều kiện khí hậu ở Hà Nội. Đây là một chỉ tiêu cơ lý quan trọng
của bê tông, cũng là yếu tố đầu vào cho nhiều mô hình tính toán
của các nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm trong điều
kiện khí hậu ở Hà Nội.
- Đề xuất phương pháp xác định biến dạng dài hạn cho cột BTCT
chịu nén, chịu tải trọng dài hạn. Phương pháp này đã sử dụng mô
đun đàn hồi theo thời gian, cùng với hệ số từ biến được xác định từ
thực nghiệm trong điều kiện khí hậu ở Hà Nội và biến dạng co ngót
của bê tông.
8. Những điểm mới của luận án.
- Nghiên cứu thực nghiệm về biến dạng dài hạn của cột BTCT chịu
nén đúng tâm. Từ nghiên cứu này đã đưa ra được bộ số liệu về biến
dạng dài hạn của cột BTCT làm việc dài hạn trong điều kiện khí
hậu ở Hà Nội.
- Đề xuất hệ số từ biến bê tông được xác định từ thực nghiệm trong
điều kiện khí hậu ở Hà Nội.
- Đề xuất phương pháp tính biến dạng dài hạn cho kết cấu cột BTCT
phù hợp với tính chất làm việc dài hạn của vật liệu bê tông, trong
điều kiện khí hậu ở Hà Nội.
9. Cấu trúc luận án
Luận án gồm 3 chương và phần kết luận, kiến nghị, phần phụ lục.
Tổng số trang luận án là 110 trang và phần phụ lục.
Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu liên quan đến đề tài.
4
Chương 2. Biến dạng dài hạn của cột BTCT chịu nén đúng tâm.
Chương 3. Nghiên cứu thực nghiệm cột BTCT chịu nén đúng tâm,
chịu tải trọng dài hạn.
*****
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1.1. Các nội dung lý thuyết liên quan đề tài.
1.1.1. Co ngót và từ biến bê tông
- Các tính chất, các yếu tố ảnh hưởng đến từ biến, co ngót bê tông.
- Phương pháp biểu diễn co ngót và từ biến bê tông
- Hệ số từ biến và co ngót theo tiêu chuẩn: ACI 209-2008; GL2000;
EN 1992:2004; B3; Tiêu chuẩn Nga
1.1.2. Các phương pháp phân tích biến dạng dài hạn của cấu
kiện bê tông
- Phương pháp sử dụng Mô đun đàn hồi hiệu quả (The Effective
Modulus Method- EMM)
- Phương pháp hệ số từ biến (The Rate of Creep Method-RCM)
- Phương pháp Mô đun hiệu quả điều chỉnh, AEMM( The Age-
Adjusted Effective Modulus Method – AEMM).
1.1.3. Các phương pháp xác định biến dạng co ngắn dài hạn
cho cột BTCT
- Phương pháp M.Fintel, H.Iyenger và S.K. Ghosh.
- Phương pháp Read M. Samra.
1.2. Tình hình nghiên cứu về biến dạng dài hạn của cột BTCT.
1.2.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở trên thế giới
1.2.1.1. Các nghiên cứu của Davis and Davis, Richart và Staehle,
Slater và Lyse.
Các nghiên cứu thực nghiệm của Davis and Davis; Richart và
Staehle; Slater và Lyse đã đưa ra được một số nhận xét sau đây:
- Đối với những mẫu không có cốt thép thì tổng từ biến và co ngót
sau 18 tháng gần bằng 6 lần so với biến dạng tức thời xẩy ra ngay
sau khi chất tải.
- Đối với mẫu có cốt thép dọc tổng biến dạng từ biến và co ngót sau
18 tháng gần bằng 4 lần so với biến dạng tức thời.
5
- Quá trình thí nghiệm đã nhận thấy có sự phân phối lại ứng suất
giữa bê tông và cốt thép khi cột BTCT chịu tải dài hạn, ứng suất cốt
thép tăng dần và ứng suất trong bê tông giảm dần.
- Hầu hết các mẫu thí nghiệm cho thấy từ biến và co ngót đều xẩy ra
trong thời gian đầu chịu tải.
1.2.1.2. Nghiên cứu của Roslin Binti Omar (2009).
Roslin Binti Omar đã nghiên cứu về “ Dự báo biến dạng theo thời
gian của bê tông thường trong điều kiện khí hâu nhiệt đới”. Một số
kết quả nghiên cứu đã đạt được:
- Đối với bê tông cường độ cao thì từ biến và co ngót sẽ nhỏ hơn so
với bê tông cường độ thấp.
- Co ngót và từ biến trong điều kiện môi trường xung quanh có độ
ẩm thay đổi sẽ thấp hơn trong môi trường có độ ẩm không đổi bằng
50%.
- Co ngót và từ biến đo được từ thực nghiệm có giá trị nhỏ hơn so
với giá trị của các mô hình đã dự báo.
1.2.1.3. Nghiên cứu của HN Praveen Moragaspitiya (2011)
Nghiên cứu này đã đề cập đến những vấn đề sau:
- Đưa ra một qui trình giám sát xây dựng có sự kết hợp với quá trình
thi công để xác định co ngắn dọc trục có sử dụng các quan trắc đo
liên quan đến các yếu tố có tính chất động (tiến độ, qui trình thi
công,..).
- Kết hợp ảnh hưởng của những tham số thời gian như: trình tự xây
dựng, từ biến, co ngót, Modulus đàn hồi bê tông ban đầu vào qui
trình giám sát xây dựng đã đề xuất ở trên.
1.3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam.
Nhóm tác giả Nguyễn Ngọc Bình, Nguyễn Trung Hiếu [15] đã thực
hiện nghiên cứu thực nghiệm (2013) về biến dạng co ngót trong điều
kiện khí hậu Việt Nam. Nghiên cứu tiến hành tại Phòng thí nghiệm
và Kiểm định công trình, Trường Đại học Xây Dựng, đã đưa ra một
số kết luận có liên quan đến nội dung luận án như sau:
- Dự báo biến dạng co ngót theo điều kiện khí hậu Việt Nam bằng
các mô hình: ACI 209R, EC2, CEB 2010, TCVN 3117:1993 cho
kết quả chênh lệch so với số liệu thực nghiệm đo được là khá lớn.