Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu thành phần, tính chất cơ học bê tông cường độ siêu cao và ứng dụng trong kết cấu cầu

Chia sẻ: Trần Khánh Dư | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

195
lượt xem 30
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu thành phần, tính chất cơ học bê tông cường độ siêu cao và ứng dụng trong kết cấu cầu nhằm nghiên cứu lý thuyết thành phần hạt đạt độ chặt tối ưu đã được Larard; trình bày các hướng dẫn tính toán thành phần theo cấp phối tối ưu của Fuller năm 1997; các nghiên cứu thực nghiệm định lượng được thực hiện bỡi SETRA/AFGC năm 2002; phương pháp thiết kế theo DIN; phương pháp thiết kế theo ACI-544.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu thành phần, tính chất cơ học bê tông cường độ siêu cao và ứng dụng trong kết cấu cầu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN LỘC KHA NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CƠ HỌC BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO VÀ ỨNG DỤNG TRONG KẾT CẤU CẦU CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU HẦM MÃ SỐ: 62.58.25.01 TÓM TẮC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. GS-TS. Phạm Duy Hữu 2. PGS-TS. Nguyễn Ngọc Long HÀ NỘI - 2013
2 MỞ ĐẦU Bê tông cường độ siêu sao là một loại vật liệu mới, được nghiên cứu và ứng dụng thử nghiệm ở các nước tiên tiến trên thế giới trong vài thập kỷ gần đây. Đặc tính của loại bê tông này là có cường độ chịu nén rất cao có thể lên đến từ 100 -:- >200MPa, khả năng chịu kéo khi uốn lên đến 40MPa, khả năng chịu cắt tăng cao, khả năng chịu tác động va chạm, chịu tải trọng lặp rất lớn và đặc biệt là có độ bền và sự ổn định lâu dài. Hiện nay trên thế giới đang từng bước ứng dụng thử nghiệm trong nhiều công trình cầu, nhà cao tầng, các công trình đặc biệt khác nhằm nâng cao khả năng chịu lực và độ bền của kết cấu công trình. Ở Việt Nam, đang phát triển cơ sở hạ tầng, nhiều công trình cầu, đường hiện đại đang được xây dựng, nên việc nghiên cứu phát triển một loại vật liệu bê tông mới có cường độ siêu cao để tăng khả năng chịu lực, độ bền của công trình là vấn đề cần thiết. Chúng ta có thể nghĩ đến khả năng nghiên cứu chế tạo và ứng dụng bê tông cường độ siêu cao từ các vật liệu ở Việt Nam để có thể áp dụng thay thế cho một số dạng kết cấu cầu, đường bộ hiện nay và từng bước nghiên cứu ứng dụng bê tông cường độ siêu cao này trong thiết kế một số các kết cấu của công trình cầu, đường, các nhà cao tầng, các công trình đặc biệt khác. Đó chính là lý do Nghiên cứu sinh chọn đề tài để nghiên cứu. Tên đề tài “Nghiên cứu thành phần, tính chất cơ học của bê tông cường độ siêu cao và ứng dụng trong kết cấu cầu”. Mục đích nghiên cứu: Hướng lý thuyết: Lý thuyết thành phần hạt đạt độ chặt tối ưu đã được Larard trình bày. Các hướng dẫn tính toán thành phần theo cấp phối tối ưu của Fuller năm 1997. Các nghiên cứu thực nghiệm định lượng được thực hiện bỡi SETRA/AFGC năm 2002; phương pháp thiết kế theo DIN; phương pháp thiết kế theo ACI-544… Các lý thuyết này nghiên cứu sinh sử dụng trong nghiên cứu của mình Hướng thực nghiệm: Định lượng lại thông qua thực nghiệm và từ thực nghiệm xác định lại các hệ số của các công thức. Đây cũng là một hướng được một số nước như Hàn Quốc, Mỹ thực hiện. Hướng và mục đích của nghiên cứu sinh thực hiện; tức là tiến hành theo hướng định lượng lại mô hình vật liệu từ các điều kiện vật liệu ở Việt Nam thông qua các thí nghiệm và cũng từ các thí nghiệm xác định lại công thức tính cường độ chịu kéo khi uốn nhằm tạo ra các thông số phục vụ tính toán kết cấu. Đối tượng nghiên cứu: Từ vật liệu trong nước, nghiên cứu thực nghiệm xác định mô hình vật liệu và chế tạo ra bê tông cường độ siêu cao có cường độ 120 -:- 140MPa và ứng dụng trong kết cấu cầu.
3 Phạm vi nghiên cứu: Định lượng lại mô hình vật liệu thông qua thí nghiệm, Phân tích thực nghiệm ứng xử uốn của dầm để tìm công thức t, phân tích ứng xử uốn dầm cầu để xác định chiều cao mới của dầm cầu. Nghiên cứu sinh chỉ nghiên cứu dầm cầu dưới tác dụng của tải trọng tỉnh, các tải trọng động, tải trọng lặp chưa đề cập trong luận án này. Ý nghĩa khoa học và thực tiển của đề tài: - Về lý thuyết: Nghiên cứu ứng dụng các lý thuyết tính toán về độ đặc tối ưu để thiết kế cấp phối bê tông cường độ siêu cao. Phân tích ứng xử uốn của dầm và dầm cầu để tìm ra công thức tính cường độ chịu kéo khi uốn t và chiều cao dầm cầu. - Về thực nghiệm: Tìm kiếm vật liệu, chế tạo ra cấp phối vật liệu bê tông cường độ siêu cao từ 120 -140MPa với vật liệu trong nước. Từ thực nghiệm nêu lên các đặc trưng cơ học của bê tông cường độ siêu và đề xuất công thức tính cường độ chịu kéo khi uốn t; phân tích ứng xử uốn của dầm cầu và đề xuất chiều cao dầm cầu Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1.Các công trình nghiên cứu liên quan mật thiết đến đề tài luận án đã được công bố trên thế giới Bê tông cường độ siêu cao là một loại vật liệu mới được nghiên cứu và phát triển trên thế giới từ năm 1990. Các ứng xử cơ học, các công thức về tính toán cũng như các hướng dẫn thiết kế và kỹ thuật xây dựng đã được công bố ở Pháp, Mỹ và Đức. Một số ứng dụng đầu tiên ở Cananda, Châu Âu, Châu Á và ở Mỹ đã chứng minh những lợi ích của loại vật liệu mới này về chi phí, tính bền vững và nhiều tính năng ưu việt khác. Với những ưu điểm vượt trội của bê tông này, cho phép chúng ta có những suy nghĩ về việc nghiên cứu bê tông cường độ siêu cao từ các vật liệu thành phần trong nước, trên cơ sở tham khảo những kết quả nghiên cứu của các nước trên thế giới, sẽ mở ra một hướng đi mới trong ngành vật liệu xây dựng và kết cấu công trình 1.2. Các nghiên cứu về bê tông cường độ siêu cao ở Hoa Kỳ, ở Châu Âu và Châu Á Các lý thuyết mới về thành phần hạt theo độ đặc tối ưu đã được Larrard trình bày Các lý thuyết về cấp phối hạt tối ưu đã được Schmidt và Fuller trình bày. Các hướng dẫn thiết kế đã được SETRA / AFGC công bố Các hướng dẫn thiết kế và công nghệ chế tạo đã được nghiên cứu và khuyến cáo bởi RILEM, DIN; Các thí nghiệm về định lượng lại mô hình vật liệu đã được FHWA (Hoa Kỳ) và Hàn Quốc thực hiện.
4 Các hình ảnh từ 1.1 -:-1.6 giớ thiệu các kết cấu cầu, nhà và các ứng ới dụng trong quân sự điển hình Hình 1.1: So sánh về trọng lượng và chiều cao c dầm bê tông cường độ siêu cao và u của bê tông truy thống truyền Hình 1.2: Các cầu sử dụng bê tông cường đ siêu cao mặt cắt dầm chữ T và chữ  ở ng độ Mỹ M Hình 1.4: Mái nhà cửa sổ Millau năm Hình 1.3:Cầu người đi bộ ở Seoul Hàn 2004 Quốc năm 2002 Hình 1.5: Cầu Bourg –lès – Valence, Hình 1.6: Thử nghiệm khả năng chịu France năm 2004 công phá sử dụng trong quân sự Iran
5 1.3.Các công trình nghiên cứu liên quan mật thiết đến đề tài luận án đã được công bố ở Việt Nam Ở Việt Nam: bê tông cường độ siêu cao là một đề tài còn khá mới. Đến năm 2008 mới được một số nhà khoa học ở các trường ĐH Giao thông Vận tải; ĐH Xây dựng; ĐH Bách Khoa TP Hồ Chí Minh… bắt đầu nghiên cứu về bê tông này. Các nghiên cứu nêu trên được xem là những nghiên cứu ban đầu về bê tông siêu cường độ ở Việt Nam. Như vậy bê tông cường độ siêu cao đối với Thế giới và Việt Nam vẫn còn mang tính thời sự rất lớn, cần thiết có nhiều nghiên cứu để chế tạo ra bê tông này từ vật liệu trong nước góp phần bổ sung hoàn thiện hệ thống lý luận, tính toán và từng bước đưa vào ứng dụng thử nghiệm cho một số công trình xây dựng. 1.4.Mục tiêu của đề tài Từ vật liệu trong nước, theo các hướng dẫn của thế giới; nghiên cứu chế tạo ra bê tông cường độ siêu cao từ 120 -:- 140MPa. Nghiên cứu thực nghiệm uốn của dầm bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ siêu cao để xác định hệ số K trong công thức tính cường độ chịu kéo khi uốn. Phân tích ứng xử uốn của dầm cầu sử dụng bê tông cường độ siêu cao từ đó đề xuất chiều cao của dầm cầu. 1.5.Nội dung và phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lựa chọn vật liệu, thiết kế thành phần, thí nghiệm các tính chất cơ học của bê tông cường độ siêu cao từ 120 – 140MPa. Phân tích uốn kết cấu dầm, dầm cầu và từ đó định hướng sử dụng trong kết cấu. Sử dụng phương pháp lý thuyết và thực nghiệm để xác định về thành phần, các tính năng cơ học của bê tông cường độ siêu cao và công thức tính cường độ chịu kéo khi uốn và chiều cao dầm cầu. Chương 2: VẬT LIỆU CHẾ TẠO VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO 2.1 Vật liệu chế tạo: 2.1.1/ Xi măng, phụ gia siêu dẻo và muội Silic Nghiên cứu sinh sử dụng xi măng PC40-Bút Sơn loại I phù hợp với quốc tế và thực tế xi măng ở Việt nam Luận án sử dụng phụ gia Policacbol silat của hãng Sika Việt Nam với kí hiệu 3000-20 các tính năng phù hợp tiêu chuẩn ASTM C494 loại C Luận án sử dụng muội Silic do Sika Việt Nam bán trên thị trường cũng có tính năng đảm bảo các tiêu chuẩn ASTM 1230-95a, hình 2.1
6 Hình 2.1: Mu silic : Muội 2.1.2/ Cốt liệu lớn và bột quarzt Cốt liệu lớn: Sử dụng cát quar được nghiền ra từ đá quarzt tại mỏ ng quarzt Thanh Sơn-Phú Thọ theo các tiêu chu hướng dẫn của quốc tế. Nghiên cứu chuẩn sinh đã khai thác chế tạo cát Quartz (là v chất dạng hạt lớn nhất trong cấp vật phối bê tông) đường kính lớn nhất là 0,6 mm thành phần cấp phối như bảng t mm, 2.1 và hình 2.2 Bảng 2.1: Thành phần cấp phối hạt của cát Quarzt ần Cỡ sàng (mm) Lượng lọt trên sàng i, A% Lư 0,63 100 0,315 67,1 0,14 41,6 0,075 13,9 Bột Quartz được nghiền nhỏ từ đá QQuartz Thanh Sơn-Phú Thọ với đường kính khoảng 27,9m như hình 2.3. Hình 2.2: Cát Quartz Hình 2.3: Bột Quartz 2.1.3/ Sợi thép Sử dụng sợi thép của hãng BeKeart Đức, sợi thép loại Dramix kí hiệu là a OL13-20 có đường kính D = 0,2 mm chi dài L = 13 mm. Giới hạn chảy là ng chiều 2.000 MPa, với hàm lượng là 2% theo th tích, như ở hình 2.4 thể Hình 2.4 Sợi thép 4: Như vậy các vật liệu chính đượ sử dụng trong bê tông bê tông cường ợc độ siêu cao và các thí nghiệm sau này là Xi măng PC 40 Bút Sơn. Cát Quartz m và bột Quartz được chế tạo từ đá Quartz khai t thác từ mỏ đá Thanh Sơn –Phú
7 ủa Thọ, muội Silic và phụ gia siêu dẻo củ hãng Sika Việt Nam, sợi thép Dramix được nhập từ Thượng Hải Trung Quốc. Đánh giá v nguồn cung cấp vật liệu c. về cho thấy rằng có đủ nguồn vật liệu có s ở Việt Nam phù hợp với các tiêu u sẵn chuẩn quốc tế để chế tạo bê tông cường đ siêu cao. ng độ 2.2/ Chế tạo bê tông cường độ siêu cao theo lý thuyết tối ưu về độ đặc 2.2.1/ Mở đầu Trong luận án, lý thuyết tối ưu hóa đ đặc của Mooney và Larrad i độ được sử dụng nghiên cứu tính toán chính, lý thuy về đường cong cấp phối thuyết tối ưu Fuller sẽ được xem xét đối chiếu u. 2.2.2/ Tính toán lựa chọn hỗn hợp bê tông p Từ lý thuyết tối ưu hóa độ đặc của Mooney theo các hướng dẫn của ộ Mooney, Thomson, Larard nghiên cứu sinh đã ti hành tính toán và đã thiết lập được ã tiến 3 công thức bê tông được kí hiệu như sau: C1, C2, C3 như ở bảng 2.2 ư Bảng 2.2: Công thức thiết kế bê tông cường độ siêu cao ết Thành phần C1 C2 C3 Xi măng Bút sơn PC40, kg/m3 800 850 900 Muội silic (25%X), kg/m3 195,5 195,5 207 Cát Quartz Q1, kg/m3 900 935 977 Bột Quartz Q2, kg/m3 280 150 120 Sợi thép, kg/m3 160 170 160 Chất siêu dẻo, kg 16 17 18 Nước, lít 160 170 170 Tỷ lệ N/X 0,20 0,20 0,20 Biểu đồ phân bố thành phần hạt với cỡ hạt lớn nhất l 0,6mm, cỡ hạt ần là nhỏ nhất là 0,00001mm theo hình 2.5. Hình 2.5: Biểu đồ thành ph hạt của các cốt liệu ành phần 2.2.3/ Kiểm tra cấp phối Căn cứ vào các công thức bê tông lập nên đường cấp phối của bê ê tông, tông và đối chiếu với đường cấp phối tối ưu của Fuller theo biểu đồ hình 2.6 ờng
8 Hình 2.6: Cấp phối của bê tông cường độ siêu cao đối chiếu với cấp phối Fuller Kết quả kiểm tra đối chiếu cấp phối thiết kế C1, C2, C3 cho thấy rằng các cấp phối được thiết kế rất sát với cấp phối theo công thức của Fuller. Nghiên cứu ở chương 2 đã đạt được kết quả sau - Đã khai thác và chế tạo cát và bột quartz theo tiêu chuẩn. - Đã lựa chọn được các loại xi măng, muội Silic, sợi thép phù hợp với bê tông cường độ siêu cao - Sử dụng mô hình tối ưu hoá độ đặc đã thiết kế được thành phần bê tông C1, C2, C3. - Kiểm tra thành phần cấp phối hạt phù hợp với các nghiên cứu của Pháp và lý thuyết cấp phối tối ưu của Fuller. Chương 3: THÍ NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ NÉN, UỐN VÀ MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO 3.1/ Mở đầu Trong chương này, Nghiên cứu sinh trình bày thí nghiệm cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo đặc trưng và mô đun đàn hồi của bê tông cường độ siêu cao. 3.1.1/ Cường độ chịu nén Cường độ chịu nén được xác định với bê tông ở 3, 7, 28 ngày tuổi. Theo thì các mẫu hình trụ có kích thước d=10cm, h =20cm để xác định cường độ chịu nén. Mẫu được bảo dưỡng trong điều kiện bình thường. 3.1.2/ Ứng xử kéo khi uốn Ứng xử kéo khi uốn của vật liệu được đặc trưng bằng 3 giá trị thí nghiệm như sau: - Cường độ kéo khi uốn đàn hồi của bê tông cường độ siêu cao (ftj). Giá trị này ứng với phần biến dạng đàn hồi ở thời điểm xuất hiện vết nứt đầu tiên với biến dạng tương đối là 1‰. Trị số độ mở rộng vết nứt là 0,05mm, độ võng trong phạm vi 1mm. - Cường độ chịu kéo uốn lớn nhất (ứng với mômen uốn lớn nhất) thông thường ứng với biến dạng là 3‰. - Cường độ chịu kéo khi uốn ở thời điểm biến dạng tối đa ứng với độ võng của dầm thí nghiệm là 10mm, thí nghiệm cường độ kéo uốn được thực hiện theo Tiêu chuẩn của Châu Âu (RILEM).
9 3.1.3/ Quy trình thí nghiệm uốn mẫu tr và phân tích u trụ Hai loại thí nghiệm được đề xuất trên th giới. t thế Kiểu 1: Thí nghiệm uốn 4 điểm trên m lăng trụ không có khấc cho phép m mẫu suy ra cường độ chịu kéo sau khi điều ch u chỉnh một số quan hệ hiệu ứng tỉ lệ. Kiểu 2: Thí nghiệm uốn 3 điểm trên m lăng trụ có khấc, áp dụng phương m mẫu pháp phân tích ngược theo hướng dẫn c RILEM. n của Nghiên cứu sinh chọn phương pháp thí nghi n nghiệm uốn bốn điểm trên mẫu dầm theo hướng dẫn của Châu Âu (hình 3.1) a 3.1.4/ Kích thước mẫu (theo tiêu chu Châu Âu) chuẩn Các mẫu hình lăng trụ mặt cắt vuông cạnh a và chiều dài 4*a, với a=15cm. Mẫu thử có kích thước: 15*15*60 (cm) c: a. Thiết bị thí nghiệm Trong thí nghiệm uốn 4 điểm theo các hướng dẫn của Châu Âu, thiết bị đo cần được cố định trên mẫu bằng một bộ phận đặc biệt để đo độ v ẫu võng thực của mẫu khi thí nghiệm (hình 3.1). .1). Hình 3.1: Mô hình thí nghi hí nghiệm uốn 4 điểm b. Thu thập kết quả Các số liệu trong khi thí nghiệm cần đ ệm được thực hiện với tần số 5 Hz. Các số liệu cần thu thập là: + Độ võng + Lực + Biểu đồ tải trọng – độ võng c. Tính toán độ mở rộng vết nứt, biến dạng… ến Biết độ võng f0 ứng với đoạn cuối của v ới vùng đàn hồi, độ mở rộng vết nứt (w) được đánh giá qua quan hệ độ v ộ võng theo hướng dẫn của (SETRA – AFGC): 3.2/ Chế tạo các mẫu thí nghiệm 3.3/ Các kết quả thí nghiệm: + Kết quả thử nghiệm độ ch lan, cường độ chịu nén theo bảng chảy 3.1; 3.2 ; 3.3 và các hình 3.2 ; 3.3
10 Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm độ chảy lan Ký hiệu mẫu thử C1 C2 C3 Độ sụt của bê 24,00 29,00 27,00 tông (cm) Độ chảy lan (cm) 45,00 64,00 50,50 Ngày đúc mẫu 29/3/2011 1/4/2011 6/4/2011 Hình 3.2: Mẻ trộn thử Hình 3.3: Thí nghiệm độ chảy lan Bảng 3.2: Kết quả cường độ chịu nén Ký Cường độ chịu nén (MPa) Ngày Stt hiệu đúc R3 TB3 S3 R7 TB7 S7 R 28 TB28 S28 mẫu C11 29/3 65,89 109,89 134,70 C12 29/3 66,53 100,63 122,63 C13 29/3 71,72 69,77 101,23 106,59 126,90 127,59 C1 3,32 5,33 5,22 C14 29/3 74,65 111,76 132,63 C15 29/3 72,48 102,36 119,79 C16 29/3 67,36 113,69 128,90 C21 1/4 68,55 111,47 121,36 C22 1/4 67,89 106,34 128,63 C23 1/4 71,66 72,65 115,19 112,46 137,24 130,01 C2 3,69 5,28 5,73 C24 1/4 75,12 120,69 133,68 C25 1/4 78,34 115,31 124,36 C26 1/4 74,35 105,73 134,80 C31 6/4 82,42 115,51 142,56 C32 6/4 80,23 84,75 112,36 113,06 132,21 139,21 C3 5,07 5,57 6,21 C33 6/4 77,64 105,61 129,38 C34 6/4 86,62 122,38 144,77
11 C35 6/4 91,65 107,34 145,61 C36 6/4 89,92 115,18 140,74 Ri: Cường độ nén ngày thứ i TBi: Cường độ nén trung bình ngày thứ i Si: Độ lệch chuẩn theo cường độ nén ngày thứ i Bảng 3.3: Cường độ trung bình của các nhóm mẫu Cường độ trung bình Độ lệch chuẩn Biến dạng tương đối Nhóm (MPa) (S) (‰) C1 127,59 5,22 4,02 C2 130,01 5,73 3,55 C3 139,21 5,21 3,75 Từ kết quả thử cường độ nén của ba cấp phối C1, C2, C3 xây dựng được các biểu đồ thể hiện các quan hệ (cường độ – thời gian); (cường độ - tỉ lệ nước/chất kết dính) theo hình 3.4 ; 3.5: MPa 160 140 M Pa 120 150 100 C1 80 100 3 C2 60 C3 7 40 50 28 20 0 0 3 7 28 Ngày 0.196 0.205 0.223 N/CKD Hình 3.4: Quan hệ giữa cường độ chịu Hình 3.5: Quan hệ giữa cường độ chịu nén theo thời gian nén với tỷ lệ N/CKD của C3 +Kết quả thử nghiệm cường độ chịu kéo - uốn Thí nghiệm uốn 4 điểm được thực hiện tại trường Đại Học Giao thông Vận tải. Trình tự thí nghiệm uốn tuân thủ theo hướng dẫn của RILEM, hình 3.6. Hình 3.6: Thí nghiệm uốn và dạng phá hoại mẫu Kết quả thí nghiệm được trình bày ở trong bảng 3.4, hình 3.7 Bảng 3.4: Quan hệ giữa tải trọng và độ võng Độ võng Tải trọng P (kN)  (mm) PM1 PM2 PM3 PM4 PM5 PM6
12 0,00 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,20 75,470 70,637 112,226 80,176 73,181 97,091 0,22 80,303 78,777 118,204 94,421 76,361 101,161 0,25 83,865 82,974 126,598 107,775 80,558 106,884 0,30 94,039 100,653 142,750 148,219 90,351 119,475 0,40 107,520 119,094 162,209 207,995 106,249 126,343 0,50 112,862 122,910 179,124 227,199 118,077 128,251 0,70 115,152 123,673 205,196 247,930 126,216 132,066 1,00 119,094 123,673 210,284 291,554 126,343 132,066 2,00 89,969 79,413 159,792 219,000 90,732 78,014 3,00 66,949 57,029 103,959 143,667 73,181 59,446 5,00 29,939 32,864 57,029 106,000 51,051 29,558 10,00 12,134 11,116 8,191 42,420 22,817 9,336 Hình 3.7: Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và độ võng Quan hệ giữa cường độ và độ mở rộng vết nứt, biến dạng… trong trường hợp uốn 4 điểm được tính theo hướng dẫn của SETRA/AFGC, kết quả ở bảng 3.5 Bảng 3.5: Quan hệ giữa cường độ và biến dạng của bê tông cường độ siêu cao Cường độ Cường độ Độ Biến Tải Độ mở rộng vết chịu kéo đặc trưng Mẫu võng dạng trọng nứt W (mm) khi uốn 0,7265xRu (mm) (o/oo) P(kN) Ru (MPa) (MPa) 0,092 0,05 0,2 73,47 9,80 7,12 0,2 0,18 2 79,50 10,60 7,70 0,3 0,30 3 122,68 16,36 11,88 C1 0,9 1,02 10 97,74 13,03 9,47 2,12 2,48 25 84,17 11,22 8,15 2,55 3,00 32 0,00 0,00 0,00
13 0,092 0,05 0,2 0 85,05 11,34 8,24 0,2 0,18 2 88,51 11,80 8,57 0,3 0,30 3 129,20 17,23 12,52 C2 0,9 1,02 10 110,42 14,72 10,70 2,12 2,48 25 84,23 11,23 8,16 2,55 3,00 32 0,00 0,00 0,00 0,092 0,05 0,2 0 90,47 12,06 8,76 0,2 0,18 2 126,26 16,83 12,23 0,3 0,30 3 251,19 33,49 24,33 C3 0,9 1,02 10 210,67 28,09 20,41 2,12 2,48 25 159,74 21,30 15,47 + Mô hình ứng suất biến dạng ng Xây dựng biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng theo hướng dẫn Châu ựng Âu (SETRA/AFGC) cho nhóm mẫu C3 làm cơ sở cho việc phân tích kết cấu, ẫu hình 3.8. Hình 3.8: Biểu đồ quan hệ giữa ứng suấ - biến dạng của bê tông cường độ siêu ất cao nhóm mẫu C3 lập theo hư hướng dẫn của SETRA/AFGC +Thử nghiệm Mô đun đàn h hồi - Thí nghiệm mô đun đàn hồi tĩnh và h số Poisson của bê tông cường độ siêu à hệ cao theo tiêu chuẩn ASTM mẫu kích thư D=15cm, h=30. Thiết bị thí u thước nghiệm là máy nén đến 150 tấn (1500 kN), theo hình 3.9 n Hình 3.9: Thí nghi : nghiệm mô đun đàn hồi
14 Kết quả trung bình thí nghiệm được trình bày trong bảng 3.6 Bảng 3.6: Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi Nhóm mẫu thử C1 C2 C3 Cường độ nén (MPa) 127,59 130,01 139,21 E (Mpa) 46500 47200 49300 1/3 E= 9200 x f cj 46085 46449 47565 Sai số 1,009 1,016 1,038 +Bình luận kết quả 1/3 Căn cứ vào kết quả thí nghiệm thì thấy rằng : E= 9200 x f cj Hệ số K0 =9200, nằm trong khoảng hướng dẫn của các tiêu chuẩn Châu Âu +Kết luận về khả năng chịu nén, kéo khi uốn và mô đun đàn hồi của bê tông cường độ siêu cao Với 3 thành phần bê tông đã thực hiện cho thấy cấp phối C3 (theo bảng 3.7) có cường độ nén cao nhất là 139,2 MPa, cường độ chịu kéo khi uốn đặc trưng lớn nhất là 24,22MPa Bảng 3.7: Thành phần của bê tông cấp phối C3 Nước, kg (cuối cùng) 217,57 kg Xi măng 900 kg Cát quarts d=0,6mm (khô) 910 kg Bột quart d=27m (khô) 120 kg Muội silic d=1m 207 kg Sợi thép d=0,2mm 160 kg Chất siêu dẻo 22,46kg 3.4/ Một số nhận xét Với vật liệu trong nước đã sản xuất được bê tông cường độ siêu cao với các tính năng sau : - Độ chảy lan của hỗn hợp thử nghiệm từ 45 – 64 cm, phù hợp với các yêu cầu quốc tế độ chảy lan >50cm. - Cường độ chịu nén của bê tông cường độ siêu cao thử nghiệm đạt từ 125,6 đến 139,2 MPa ở 28 ngày tuổi. Với biến dạng tương đối đạt xấp xỉ 3,5‰. - Cường độ chịu kéo khi uốn ở vết nứt đầu tiên: từ 9,8 – 12,06 MPa ; Cường độ chịu kéo uốn lớn nhất : từ 16,36 – 33,49 MPa. Cường độ chịu kéo uốn với độ võng 10mm : từ 2,03 - 3,9 MPa. Cường độ đặc trưng đàn hồi : từ 7,12 – 8.76 MPa. Cường độ đặc trưng lớn nhất : từ 11,8 – 24,22MPa.
15 - Mô đun đàn hồi thí nghiệm đạt : 46,2 – 49,3 GPa. Trị số này nằm ồi trong khoảng từ 45 – 55 GPa theo các thí nghi quốc tế. nghiệm - Mô hình ứng suất – biến dạng phục vụ cho tính to được lập theo ến toán hướng dẫn của Châu Âu cho nhóm mẫu C3 (hình 3.8) ẫu Chương 4 : NGHIÊN CỨU THỰ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH ỨNG ỰC ỐT XỬ UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐ THÉP VÀ DẦM CẦU SỬ DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG Đ SIÊU CAO NG ĐỘ 4.1/ Đặt vấn đề nghiên cứu Kết quả nghiên cứu của ACI-544 thì mô t cường độ chịu kéo khi uốn của bê tả tông cốt sợi thông thường cấp 40MPa, p Kết quả nghiên cứu của Imam et al (1995) tính cường độ chịu kéo khi uốn bê a tông cốt sợi thép cường độ cao (HPC) cấp bê tông
16 + Theo ACI thì sử dụng K=0,00772. + Theo Imam et al (1995) thì sử dụng K=0,0138. ng Như vậy, đối với bê tông cốt sợi thép cư cường độ siêu cao được nghiên cứu cấp bê tông >130 MPa thì nên xác định l một trị số K* cho phù hợp hay nói nh lại cách khác tìm t phù hợp. 4.3/ Chuẩn bị mẫu dầm thí nghiệm Trong phần thí nghiệm của chương này cấp phối bê tông được sử dụng là này, cấp phối bê tông nhóm C3 đã sử dụng và mô t trong chương 2 và 3 ng tả Sản xuất 9 mẫu dầm có tiết diện hình ch nhật theo tiêu chuẩn ACI 544 với n chữ kích thước: b=125mm; h=250mm; l=2400mm gồm 3 tổ hợp mẫu: : *Tổ hợp 1: gồm 3 dầm, sử dụng 2 thanh c thép 12mm, ký hiệu lần lượt là ng cốt 2D12 - 1; 2D12 - 2 và 2D12 - 3. *Tổ hợp 2: gồm 3 dầm, sử dụng 2 thanh c thép , ký hiệu lần lượt là 2D16 ng cốt - 1; 2D16 - 2 và 2D16 - 3. *Tổ hợp 3: gồm 3 dầm, sử dụng 2 thanh c thép 20mm, ký hiệu lần lượt là ng cốt 2D20 - 1; 2D20 - 2 và 2D20 - 3. Cấu t dầm và sơ đồ thí nghiệm như hình u tạo 4.2 và 4.3 Hình 4.2: Sơ đồ cấu tạo và thí nghiệm Hình 4.3: Các dầm đã hoàn thiện 9 dầm trước khi thí nghiệm 4.4/ Phương pháp thí nghiệm dầm Thí nghiệm được thực hiện tạ phòng thí nghiệm vật liệu trường Đại ại học Giao thông Vận tải. Nghiên cứu sinh ch phương án uốn 4 điểm phù u chọn hợp tiêu chuẩn Châu âu 4.5/ Kết quả thí nghiệm Từ kết quả thí nghiệm 9 dầm (3 t mẫu), xác định được giá trị của m tổ lực và độ võng. Thiết lập biểu đồ quan h giữa tải trọng và độ võng (P - ) hệ ghi ở hình 4.4 và bảng 4.1
17 Bảng 4.1: Bảng tổng hợp số li thí nghiệm tải trọng - độ võng liệu Tai220 trong P (KN) Tong hop 200 180 160 140 D20-1 D20-2 120 D20-3 100 D16-1 D16-2 80 D16-3 60 D12-1 40 D12-2 D12-3 20 0 do vong (mm) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Hình 4.4: Biểu đồ tải trọng và đ võng của các dầm thí nghiệm à độ 4.6/ Nhận xét kết quả thí nghiệm: - Với nhóm 1 (tổ hợp dầm gồm 2 thanh thép 12mm) với tỷ lệ bố trí thanh m cốt thép chịu kéo là 0,723% , tải trọng khi xu hiện vết nứt đầu tiên trung ng xuất bình đạt P=37,741 kN ứng với độ võng trung bình đạt =0,814mm; Tải trọng lớn nhất trung bình đạt Pmax= 80,262 kN ứng với độ võng đạt trung bình =8,626mm; khi kết thúc thí nghiệm =25mm, tải trọng trung bình đạt m P=66,34 kN. - Với nhóm 2 (tổ hợp dầm gồm 2 thanh thép 16mm) với tỷ lệ bố trí thanh m cốt thép chịu kéo là 1,286% , tải trọng khi xu hiện vết nứt đầu tiên trung ng xuất bình đạt P=37,889 kN ứng với độ võng đạt =0,843mm; Tải trọng lớn nhất trung bình đạt Pmax= 110,423 kN ứng với độ võng đạt trung bình =8,7431mm; khi kết thúc thí nghiệ =25mm, tải trọng trung bình đạt ệm P=99,95 kN. - Với nhóm 3 (tổ hợp dầm gồm 2 thanh thép 2 m 220mm) với tỷ lệ bố trí thanh cốt thép chịu kéo là 2,009%, tải trọng khi xu hiện vết nứt đầu tiên trung ng xuất bình đạt P=51,9991 kN ứng với độ võng đạt trung bình =1,0704mm; Tải trọng lớn nhất trung bình đạt Pmax= 193,1886 kN ứng với độ võng đạt trung bình =8,7128mm; Khi kết thúc thí nghi =25mm, tải trọng trung bình đạt t nghiệm P=183,12 kN. - Theo biểu đồ tải trọng - độ võng thự nghiệm, trước khi nứt: mối quan hệ ực giữa tải trọng và độ võng của các dầm bê tông cư m cường độ siêu cao cũng tương
18 tự như các dầm bê tông cốt thép truyền th n thống. Tuy nhiên, sau khi nứt với các dầm bê tông truyền thống là một quá trình gi nhanh chóng về độ cứng của t giảm dầm và các vết nứt nhanh chóng phát triển sâu vào vùng nén của bê tông dẫn đến phá hoại dầm đột ngột, nhanh chóng. Còn d bê tông cường độ siêu cao t, dầm thì độ võng tiếp tục phát triển nhưng ch n chậm hơn và tải trọng vẫn còn tăng và sau đó gần như là đường nằm ngang không suy gi m giảm đột ngột, điều này thể hiện năng lượng được cốt sợi thép hấ thụ làm dầm vẫn còn khả năng chịu ấp lực không đứt gãy đột ngột. Ứng xử khi chịu uốn của dầm bê tông cư m cường có gia cường thép vùng kéo sau khi nứt tải trọng còn tiếp tục tăng, kh năng chịu kéo tăng, độ võng tiếp c khả tục phát triển và dầm không bị phá ho đột ngột. Điều đó chứng tỏ các dầm hoại bê tông cường độ siêu cao thì có độ dai cao hơn. Các d dạng biểu đồ và các trị số về tải trọng, độ võng cũng có quy lu tương tự như các kết quả nghiên ũng luật cứu tại Đức và Hàn Quốc. 4.7/ Tính toán và phân tích kết quả thí nghi nghiệm Từ độ võng, tải trọng tính toán đ w, Mcr, Rku, 2 theo hướng dẫn ng độ SETRA/AFGC, ghi ở bảng 4.2 Bảng 4.2: Kết quả tính toán các giá tr tại các điểm độ mở rộng vết nứt danh trị định đặc trưng (CMOD) c
19 4.8/ Phân tích công thức tính cường đ chịu kéo khí uốn của dầm () ng độ 4.8.1/ So sánh khả năng chịu uốn củ dầm thí nghiệm với dầm khi tính ủa theo ACI-544 và Imam et al, bảng 4.3 ng Bảng 4.3: So sánh khả năng chịu uốn : ** Theo ACI -544 (n=0,003) t được tính với hệ số K=0,00772. c t = 0.00772.( lf /df)f Fbe =0,00772 . (13/0,2) . 2 . 4,15=4,164 (MP và Mô (MPa) men được tính theo công thức 4-1 ** Theo tác giả Imam et al 1995 tính cho bê tông c sợi thép cường độ cao cốt (HPC) cấp ≤ 100MPa, với hệ số K=0,0138 và tính được: t = 0.0138.( lf /df).f .Fbe (MPa) = 0,0138.(13/0,2).2.4,15=7,444 (MPa) mô (MPa), men tính theo công thức 4-1
20 Vậy khả năng chịu uốn thì mô men thự nghiệm lớn hơn mô men tính theo lý ực thuyết ACI-544 từ 40% đến 60%; và lớ hơn mô men tính theo Imam từ 10% ớn - 23%. Điều này cho thấy các kết quả thí nghiệm cho phép điều chỉnh công ả thức tính t 4.8.2/ Tính toán điều chỉnh hệ số K trong công thức 4-1 từ kết quả thí nghiệm Từ công thức (4-1): . .( ) suy ra: = (4-2) .( ).( ) Và từ công thức tính t = K . ( lf /df) . f .Fbe (MPa) (4-3) Suy ra: Ktn=t/f.Fbe.(lf/df) (4-4) Kết qủa tính theo các công thức từ (4- - (4-4), Các giá trị Mtn ,t, hệ số Ktn, -1) của các dầm thí nghiệm tại các điểm đặ trưng được trình bày trong bảng 4.4; ặt Bảng 4.4: Kết quả tính toán hệ số K tại các điểm danh định đặc trưng Giá trị K* trung bình ứng với vết nứ xuất hiện đầu tiên: K*=0,0051. Điều ứt này chứng tỏ tại điểm xuất hiện vết nứ đầu tiên, cốt sợi tham gia chịu lực rất ứt nhỏ, mà chủ yếu là bê tông và cốt thép thư t thường. Giá trị K* trung bình ứng với W=0,3mm; K*=0,01516 i