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 TƠNG 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: GS-TS Phạm Duy Hữu PGS-TS Nguyễn Ngọc Long HÀ NỘI - 2013 MỞ ĐẦU Bê tông cường độ siêu loại vật liệu mới, nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm nước tiên tiến giới vài thập kỷ gần Đặc tính loại bê tơng có cường độ chịu nén cao lên đến từ 100 -:- >200MPa, khả chịu kéo uốn lên đến 40MPa, khả chịu cắt tăng cao, khả chịu tác động va chạm, chịu tải trọng lặp lớn đặc biệt có độ bền ổn định lâu dài Hiện giới bước ứng dụng thử nghiệm nhiều cơng trình cầu, nhà cao tầng, cơng trình đặc biệt khác nhằm nâng cao khả chịu lực độ bền kết cấu cơng trình Ở Việt Nam, phát triển sở hạ tầng, nhiều cơng trình cầu, đường đại xây dựng, nên việc nghiên cứu phát triển loại vật liệu bê tơng có cường độ siêu cao để tăng khả chịu lực, độ bền cơng trình vấn đề cần thiết Chúng ta nghĩ đến khả nghiên cứu chế tạo ứng dụng bê tông cường độ siêu cao từ vật liệu Việt Nam để áp dụng thay cho số dạng kết cấu cầu, đường bước nghiên cứu ứng dụng bê tông cường độ siêu cao thiết kế số kết cấu công trình cầu, đường, nhà cao tầng, cơng trình đặc biệt khác Đó lý Nghiên cứu sinh chọn đề tài để nghiên cứu Tên đề tài “Nghiên cứu thành phần, tính chất học bê tông cường độ siêu cao ứng dụng kết cấu cầu” Mục đích nghiên cứu: Hướng lý thuyết: Lý thuyết thành phần hạt đạt độ chặt tối ưu Larard trình bày Các hướng dẫn tính tốn thành phần theo cấp phối tối ưu Fuller năm 1997 Các nghiên cứu thực nghiệm định lượng thực bỡi SETRA/AFGC năm 2002; phương pháp thiết kế theo DIN; phương pháp thiết kế theo ACI-544… Các lý thuyết nghiên cứu sinh sử dụng nghiên cứu Hướng thực nghiệm: Định lượng lại thông qua thực nghiệm từ thực nghiệm xác định lại hệ số công thức Đây hướng số nước Hàn Quốc, Mỹ thực Hướng mục đích nghiên cứu sinh thực hiện; tức tiến hành theo hướng định lượng lại mơ hình vật liệu từ điều kiện vật liệu Việt Nam thơng qua thí nghiệm từ thí nghiệm xác định lại cơng thức tính cường độ chịu kéo uốn nhằm tạo thông số phục vụ tính tốn kết cấu Đối tượng nghiên cứu: Từ vật liệu nước, nghiên cứu thực nghiệm xác định mơ hình vật liệu chế tạo bê tơng cường độ siêu cao có cường độ 120 -:- 140MPa ứng dụng kết cấu cầu Phạm vi nghiên cứu: Định lượng lại mơ hình vật liệu thơng qua thí nghiệm, Phân tích thực nghiệm ứng xử uốn dầm để tìm cơng thức t, phân tích ứng xử uốn dầm cầu để xác định chiều cao dầm cầu Nghiên cứu sinh nghiên cứu dầm cầu tác dụng tải trọng tỉnh, tải trọng động, tải trọng lặp chưa đề cập luận án Ý nghĩa khoa học thực tiển đề tài: - Về lý thuyết: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tính tốn độ đặc tối ưu để thiết kế cấp phối bê tông cường độ siêu cao Phân tích ứng xử uốn dầm dầm cầu để tìm cơng thức tính cường độ chịu kéo uốn t chiều cao dầm cầu - Về thực nghiệm: Tìm kiếm vật liệu, chế tạo cấp phối vật liệu bê tông cường độ siêu cao từ 120 -140MPa với vật liệu nước Từ thực nghiệm nêu lên đặc trưng học bê tông cường độ siêu đề xuất công thức tính cường độ chịu kéo uốn t; phân tích ứng xử uốn dầm cầu 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 cơng trình nghiên cứu liên quan mật thiết đến đề tài luận án công bố giới Bê tông cường độ siêu cao loại vật liệu nghiên cứu phát triển giới từ năm 1990 Các ứng xử học, công thức tính tốn hướng dẫn thiết kế kỹ thuật xây dựng công bố Pháp, Mỹ Đức Một số ứng dụng Cananda, Châu Âu, Châu Á Mỹ chứng minh lợi ích loại vật liệu chi phí, tính bền vững nhiều tính ưu việt khác Với ưu điểm vượt trội bê tơng này, cho phép có suy nghĩ việc nghiên cứu bê tông cường độ siêu cao từ vật liệu thành phần nước, sở tham khảo kết nghiên cứu nước giới, mở hướng ngành vật liệu xây dựng kết cấu cơng trình 1.2 Các nghiên cứu bê tông cường độ siêu cao Hoa Kỳ, Châu Âu Châu Á Các lý thuyết thành phần hạt theo độ đặc tối ưu Larrard trình bày Các lý thuyết cấp phối hạt tối ưu Schmidt Fuller trình bày Các hướng dẫn thiết kế SETRA / AFGC công bố Các hướng dẫn thiết kế công nghệ chế tạo nghiên cứu khuyến cáo RILEM, DIN; Các thí nghiệm định lượng lại mơ hình vật liệu FHWA (Hoa Kỳ) Hàn Quốc thực Các hình ảnh từ 1.1 -:-1.6 giớ thiệu kết cấu cầu, nhà ứng ới dụng quân điển hình Hình 1.1: So sánh trọng lượng chiều cao c dầm bê tông cường độ siêu cao u bê tông truy thống truyền Hình 1.2: Các cầu sử dụng bê tơng cường đ siêu cao mặt cắt dầm chữ T chữ  ng độ Mỹ M Hình 1.3:Cầu người Seoul Hàn Quốc năm 2002 Hình 1.5: Cầu Bourg –lès – Valence, France năm 2004 Hình 1.4: Mái nhà cửa sổ Millau năm 2004 Hình 1.6: Thử nghiệm khả chịu công phá sử dụng quân Iran 1.3.Các cơng trình nghiên cứu liên quan mật thiết đến đề tài luận án công bố Việt Nam Ở Việt Nam: bê tông cường độ siêu cao đề tài Đến năm 2008 số nhà khoa học trường ĐH Giao thông Vận tải; ĐH Xây dựng; ĐH Bách Khoa TP Hồ Chí Minh… bắt đầu nghiên cứu bê tông Các nghiên cứu nêu xem nghiên cứu ban đầu bê tông siêu cường độ Việt Nam Như bê tông cường độ siêu cao Thế giới Việt Nam cịn mang tính thời lớn, cần thiết có nhiều nghiên cứu để chế tạo bê tơng từ vật liệu nước góp phần bổ sung hồn thiện hệ thống lý luận, tính toán bước đưa vào ứng dụng thử nghiệm cho số cơng trình xây dựng 1.4.Mục tiêu đề tài Từ vật liệu nước, theo hướng dẫn giới; nghiên cứu chế tạo bê tông cường độ siêu cao từ 120 -:- 140MPa Nghiên cứu thực nghiệm uốn dầm bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ siêu cao để xác định hệ số K cơng thức tính cường độ chịu kéo uốn Phân tích ứng xử uốn dầm cầu sử dụng bê tông cường độ siêu cao từ đề xuất chiều cao dầm cầu 1.5.Nội dung phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lựa chọn vật liệu, thiết kế thành phần, thí nghiệm tính chất học bê tông cường độ siêu cao từ 120 – 140MPa Phân tích uốn kết cấu dầm, dầm cầu từ định hướng sử dụng kết cấu Sử dụng phương pháp lý thuyết thực nghiệm để xác định thành phần, tính học bê tông cường độ siêu cao cơng thức tính cường độ chịu kéo uốn 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 muội Silic Nghiên cứu sinh sử dụng xi măng PC40-Bút Sơn loại I phù hợp với quốc tế thực tế xi măng Việt nam Luận án sử dụng phụ gia Policacbol silat hãng Sika Việt Nam với kí hiệu 3000-20 tính phù hợp tiêu chuẩn ASTM C494 loại C Luận án sử dụng muội Silic Sika Việt Nam bán thị trường có tính đảm bảo tiêu chuẩn ASTM 1230-95a, hình 2.1 Hình 2.1: Mu silic : Muội 2.1.2/ Cốt liệu lớn bột quarzt Cốt liệu lớn: Sử dụng cát quar nghiền từ đá quarzt mỏ ng quarzt Thanh Sơn-Phú Thọ theo tiêu chu hướng dẫn quốc tế Nghiên cứu chuẩn sinh khai thác chế tạo cát Quartz (là v chất dạng hạt lớn cấp vật phối bê tơng) đường kính lớn 0,6 mm thành phần cấp phối bảng t mm, 2.1 hình 2.2 Bảng 2.1: Thành phần cấp phối hạt cát Quarzt ần Cỡ sàng (mm) Lượng lọt sàng i, A% Lư 0,63 100 0,315 67,1 0,14 41,6 0,075 13,9 Bột Quartz nghiền nhỏ từ đá Q Quartz Thanh Sơn-Phú Thọ với đường kính khoảng 27,9m hình 2.3 Hình 2.3: Bột Quartz Hình 2.2: Cát Quartz 2.1.3/ Sợi thép Sử dụng sợi thép hãng BeKeart Đức, sợi thép loại Dramix kí hiệu a OL13-20 có đường kính D = 0,2 mm chi dài L = 13 mm Giới hạn chảy ng chiều 2.000 MPa, với hàm lượng 2% theo th tích, hình 2.4 thể Hình 2.4 Sợi thép 4: Như vật liệu đượ sử dụng bê tơng bê tơng cường ợc độ siêu cao thí nghiệm sau Xi măng PC 40 Bút Sơn Cát Quartz m bột Quartz chế tạo từ đá Quartz khai t thác từ mỏ đá Thanh Sơn –Phú Thọ, muội Silic phụ gia siêu dẻo củ hãng Sika Việt Nam, sợi thép Dramix nhập từ Thượng Hải Trung Quốc Đánh giá v nguồn cung cấp vật liệu c cho thấy có đủ nguồn vật liệu có s Việt Nam phù hợp với 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 độ đặc 2.2.1/ Mở đầu Trong luận án, lý thuyết tối ưu hóa đ đặc Mooney Larrad i độ sử dụng nghiên cứu tính tốn chính, lý thuy đường cong cấp phối thuyết tối ưu Fuller xem xét đối chiếu u 2.2.2/ Tính tốn lựa chọn hỗn hợp bê tơng p Từ lý thuyết tối ưu hóa độ đặc Mooney theo hướng dẫn ộ Mooney, Thomson, Larard nghiên cứu sinh ti hành tính tốn thiết lập ã tiến công thức bê tông kí hiệu sau: C1, C2, C3 bảng 2.2 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 l 0,6mm, cỡ hạt ần nhỏ 0,00001mm theo hình 2.5 Hình 2.5: Biểu đồ thành ph hạt cốt liệu ành phần 2.2.3/ Kiểm tra cấp phối Căn vào công thức bê tông lập nên đường cấp phối bê ê tông, tông đối chiếu với đường cấp phối tối ưu Fuller theo biểu đồ hình 2.6 ờng Hình 2.6: Cấp phối bê tông cường độ siêu cao đối chiếu với cấp phối Fuller Kết kiểm tra đối chiếu cấp phối thiết kế C1, C2, C3 cho thấy cấp phối thiết kế sát với cấp phối theo công thức Fuller Nghiên cứu chương đạt kết sau - Đã khai thác chế tạo cát bột quartz theo tiêu chuẩn - Đã lựa chọn loại xi măng, muội Silic, sợi thép phù hợp với bê tông cường độ siêu cao - Sử dụng mơ hình tối ưu hố độ đặc thiết kế thành phần bê tông C1, C2, C3 - Kiểm tra thành phần cấp phối hạt phù hợp với nghiên cứu Pháp lý thuyết cấp phối tối ưu 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 mô đun đàn hồi bê tông cường độ siêu cao 3.1.1/ Cường độ chịu nén Cường độ chịu nén xác định với bê tông 3, 7, 28 ngày tuổi Theo mẫu hình trụ có kích thước d=10cm, h =20cm để xác định cường độ chịu nén Mẫu bảo dưỡng điều kiện bình thường 3.1.2/ Ứng xử kéo uốn Ứng xử kéo uốn vật liệu đặc trưng giá trị thí nghiệm sau: - Cường độ kéo uốn đàn hồi bê tông cường độ siêu cao (ftj) Giá trị ứng với phần biến dạng đàn hồi thời điểm xuất vết nứt với biến dạng tương đối 1‰ Trị số độ mở rộng vết nứt 0,05mm, độ võng phạm vi 1mm - Cường độ chịu kéo uốn lớn (ứng với mômen uốn lớn nhất) thông thường ứng với biến dạng 3‰ - Cường độ chịu kéo uốn thời điểm biến dạng tối đa ứng với độ võng dầm thí nghiệm 10mm, thí nghiệm cường độ kéo uốn thực theo Tiêu chuẩn Châu Âu (RILEM) 3.1.3/ Quy trình thí nghiệm uốn mẫu tr phân tích u trụ Hai loại thí nghiệm đề xuất th giới t Kiểu 1: Thí nghiệm uốn điểm m lăng trụ khơng có khấc cho phép m mẫu suy cường độ chịu kéo sau điều ch u chỉnh số quan hệ hiệu ứng tỉ lệ Kiểu 2: Thí nghiệm uốn điểm m lăng trụ có khấc, áp dụng phương m mẫu pháp phân tích ngược theo hướng dẫn c RILEM n Nghiên cứu sinh chọn phương pháp thí nghi n nghiệm uốn bốn điểm mẫu dầm theo hướng dẫn 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 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 điểm theo hướng dẫn Châu Âu, thiết bị đo cần cố định mẫu phận đặc biệt để đo độ v ẫu võng thực mẫu thí nghiệm (hình 3.1) .1) Hình 3.1: Mơ hình thí nghi hí nghiệm uốn điểm b Thu thập kết Các số liệu thí nghiệm cần đ ệm thực với tần số Hz Các số liệu cần thu thập là: + Độ võng + Lực + Biểu đồ tải trọng – độ võng c Tính tốn độ mở rộng vết nứt, biến dạng… ến Biết độ võng f0 ứng với đoạn cuối v ới vùng đàn hồi, độ mở rộng vết nứt (w) đánh giá qua quan hệ độ v ộ võng theo hướng dẫn (SETRA – AFGC): 3.2/ Chế tạo mẫu thí nghiệm 3.3/ Các kết thí nghiệm: + Kết thử nghiệm độ ch lan, cường độ chịu nén theo bảng chảy 3.1; 3.2 ; 3.3 hình 3.2 ; 3.3 10 Bảng 3.1: Kết thí nghiệm độ chảy lan Ký hiệu mẫu thử Độ sụt bê tông (cm) Độ chảy lan (cm) Ngày đúc mẫu C1 24,00 C2 29,00 C3 27,00 45,00 29/3/2011 64,00 1/4/2011 50,50 6/4/2011 Hình 3.3: Thí nghiệm độ chảy lan Hình 3.2: Mẻ trộn thử Bảng 3.2: Kết 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 C14 29/3 71,72 69,77 101,23 106,59 126,90 127,59 3,32 5,33 5,22 74,65 111,76 132,63 29/3 72,48 102,36 119,79 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 C24 1/4 71,66 72,65 115,19 112,46 137,24 130,01 3,69 5,28 5,73 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 C3 C13 C16 C2 66,53 C15 C1 29/3 100,63 6/4 82,42 115,51 142,56 C32 6/4 C33 6/4 80,23 84,75 112,36 113,06 132,21 139,21 5,07 5,57 6,21 77,64 105,61 129,38 C34 6/4 86,62 122,38 122,63 144,77 14 Kết trung bình thí nghiệm trình bày bảng 3.6 Bảng 3.6: Kết thí nghiệm mơ đun đàn hồi Nhóm mẫu thử Cường độ nén (MPa) E (Mpa) C1 127,59 46500 C2 130,01 47200 C3 139,21 49300 E= 9200 x f cj 46085 46449 47565 Sai số 1,009 1,016 1,038 1/3 +Bình luận kết 1/3 Căn vào kết thí nghiệm thấy : E= 9200 x f cj Hệ số K0 =9200, nằm khoảng hướng dẫn tiêu chuẩn Châu Âu +Kết luận khả chịu nén, kéo uốn mô đun đàn hồi bê tông cường độ siêu cao Với thành phần bê tông thực cho thấy cấp phối C3 (theo bảng 3.7) có cường độ nén cao 139,2 MPa, cường độ chịu kéo uốn đặc trưng lớn 24,22MPa Bảng 3.7: Thành phần bê tông cấp phối C3 Nước, kg (cuối cùng) Xi măng Cát quarts d=0,6mm (khô) Bột quart d=27m (khô) Muội silic d=1m Sợi thép d=0,2mm Chất siêu dẻo 217,57 kg 900 kg 910 kg 120 kg 207 kg 160 kg 22,46kg 3.4/ Một số nhận xét Với vật liệu nước sản xuất bê tông cường độ siêu cao với tính sau : - Độ chảy lan hỗn hợp thử nghiệm từ 45 – 64 cm, phù hợp với yêu cầu quốc tế độ chảy lan >50cm - Cường độ chịu nén bê tông cường độ siêu cao thử nghiệm đạt từ 125,6 đến 139,2 MPa 28 ngày tuổi Với biến dạng tương đối đạt xấp xỉ 3,5‰ - Cường độ chịu kéo uốn vết nứt đầu tiên: từ 9,8 – 12,06 MPa ; Cường độ chịu kéo uốn lớn : 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 : từ 11,8 – 24,22MPa 15 - Mơ đun đàn hồi thí nghiệm đạt : 46,2 – 49,3 GPa Trị số nằm ồi khoảng từ 45 – 55 GPa theo thí nghi quốc tế nghiệm - Mơ hình ứng suất – biến dạng phục vụ cho tính to lập theo ến tốn hướng dẫn Châu Âu cho nhóm mẫu C3 (hình 3.8) ẫu Chương : NGHIÊN CỨU THỰ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH ỨNG ỰC XỬ UỐN CỦA DẦM BÊ TƠNG CỐ THÉP VÀ DẦM CẦU SỬ DỤNG ỐT BÊ TÔNG CƯỜNG Đ SIÊU CAO NG ĐỘ 4.1/ Đặt vấn đề nghiên cứu Kết nghiên cứu ACI-544 mơ t cường độ chịu kéo uốn bê tả tông cốt sợi thông thường cấp 40MPa, p Kết nghiên cứu Imam et al (1995) tính cường độ chịu kéo uốn bê a tông cốt sợi thép cường độ cao (HPC) cấp bê tông 130 MPa nên xác định l 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 chương cấp phối bê tơng sử dụng này, cấp phối bê tơng nhóm C3 sử dụng mô t chương ng tả Sản xuất 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 tổ hợp mẫu: : *Tổ hợp 1: gồm dầm, sử dụng c thép 12mm, ký hiệu ng cốt 2D12 - 1; 2D12 - 2D12 - *Tổ hợp 2: gồm dầm, sử dụng c thép , ký hiệu 2D16 ng cốt - 1; 2D16 - 2D16 - *Tổ hợp 3: gồm dầm, sử dụng c thép 20mm, ký hiệu ng cốt 2D20 - 1; 2D20 - 2D20 - Cấu t dầm sơ đồ thí nghiệm hình u tạo 4.2 4.3 Hình 4.2: Sơ đồ cấu tạo thí nghiệm dầm Hình 4.3: Các dầm hồn thiện trước thí nghiệm 4.4/ Phương pháp thí nghiệm dầm Thí nghiệm thực tạ phịng thí nghiệm vật liệu trường Đại ại học Giao thông Vận tải Nghiên cứu sinh ch phương án uốn điểm phù u chọn hợp tiêu chuẩn Châu âu 4.5/ Kết thí nghiệm Từ kết thí nghiệm dầm (3 t mẫu), xác định giá trị m tổ lực độ võng Thiết lập biểu đồ quan h tải trọng độ võng (P - ) hệ ghi hình 4.4 bảng 4.1 17 Bảng 4.1: Bảng tổng hợp số li thí nghiệm tải trọng - độ võng liệu Tai220 P (KN) Tong hop 200 180 160 D20-1 140 D20-2 120 D20-3 100 D16-1 D16-2 80 D16-3 60 D12-1 D12-2 40 D12-3 20 0 10 12 14 16 18 20 22 24 26 vong (mm) Hình 4.4: Biểu đồ tải trọng đ võng dầm thí nghiệm độ 4.6/ Nhận xét kết thí nghiệm: - Với nhóm (tổ hợp dầm gồm thép 12mm) với tỷ lệ bố trí m cốt thép chịu kéo 0,723% , tải trọng xu vết nứt trung ng xuất bình đạt P=37,741 kN ứng với độ võng trung bình đạt =0,814mm; Tải trọng lớn trung bình đạt Pmax= 80,262 kN ứng với độ võng đạt trung bình =8,626mm; kết thúc thí nghiệm =25mm, tải trọng trung bình đạt m P=66,34 kN - Với nhóm (tổ hợp dầm gồm thép 16mm) với tỷ lệ bố trí m cốt thép chịu kéo 1,286% , tải trọng xu vết nứt trung ng xuất bình đạt P=37,889 kN ứng với độ võng đạt =0,843mm; Tải trọng lớn trung bình đạt Pmax= 110,423 kN ứng với độ võng đạt trung bình =8,7431mm; kết thúc thí nghiệ =25mm, tải trọng trung bình đạt ệm P=99,95 kN - Với nhóm (tổ hợp dầm gồm thép m 220mm) với tỷ lệ bố trí cốt thép chịu kéo 2,009%, tải trọng xu vết nứt trung ng xuất bình đạt P=51,9991 kN ứng với độ võng đạt trung bình =1,0704mm; Tải trọng lớn 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 nứt: mối quan hệ ực tải trọng độ võng dầm bê tông cư m cường độ siêu cao tương 18 tự dầm bê tông cốt thép truyền th n thống Tuy nhiên, sau nứt với dầm bê tông truyền thống q trình gi nhanh chóng độ cứng t giảm dầm vết nứt nhanh chóng phát triển sâu vào vùng nén bê tơng dẫn đến phá hoại dầm đột ngột, nhanh chóng Cịn d bê tơng cường độ siêu cao t, dầm độ võng tiếp tục phát triển ch n chậm tải trọng tăng sau gần đường nằm ngang khơng suy gi m giảm đột ngột, điều thể lượng cốt sợi thép hấ thụ làm dầm khả chịu ấp lực không đứt gãy đột ngột Ứng xử chịu uốn dầm bê tông cư m cường có gia cường thép vùng kéo sau nứt tải trọng tiếp tục tăng, kh chịu kéo tăng, độ võng tiếp c khả tục phát triển dầm khơng bị phá ho đột ngột Điều chứng tỏ dầm hoại bê tông cường độ siêu cao có độ dai cao Các d dạng biểu đồ trị số tải trọng, độ võng có quy lu tương tự kết nghiên ũng luật cứu Đức Hàn Quốc 4.7/ Tính tốn phân tích kết thí nghi nghiệm Từ độ võng, tải trọng tính tốn đ w, Mcr, Rku, 2 theo hướng dẫn ng độ SETRA/AFGC, ghi bảng 4.2 Bảng 4.2: Kết tính tốn giá tr điểm độ mở rộng vết nứt danh trị định đặc trưng (CMOD) c 19 4.8/ Phân tích cơng thức tính cường đ chịu kéo khí uốn dầm () ng độ 4.8.1/ So sánh khả chịu uốn củ dầm thí nghiệm với dầm tính theo ACI-544 Imam et al, bảng 4.3 ng Bảng 4.3: So sánh khả chịu uốn : ** Theo ACI -544 (n=0,003) t tính với hệ số K=0,00772 c t = 0.00772.( lf /df)f Fbe =0,00772 (13/0,2) 4,15=4,164 (MP Mô (MPa) men tính theo cơng thức 4-1 ** Theo tác giả Imam et al 1995 tính cho bê tơng c sợi thép cường độ cao cốt (HPC) cấp ≤ 100MPa, với hệ số K=0,0138 tính được: t = 0.0138.( lf /df).f Fbe (MPa) = 0,0138.(13/0,2).2.4,15=7,444 (MPa) mơ (MPa), men tính theo công thức 4-1 20 Vậy khả chịu uốn mơ men thự nghiệm lớn mơ men tính theo lý ực thuyết ACI-544 từ 40% đến 60%; lớ mơ men tính theo Imam từ 10% ớn - 23% Điều cho thấy kết thí nghiệm cho phép điều chỉnh cơng ả thức tính t 4.8.2/ Tính tốn điều chỉnh hệ số K cơng thức 4-1 từ kết thí nghiệm Từ cơng thức (4-1): suy ra: = ( ).( ( ) ) (4-2) Và từ cơng 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 cơng thức từ (4- - (4-4), Các giá trị Mtn ,t, hệ số Ktn, -1) dầm thí nghiệm điểm đặ trưng trình bày bảng 4.4; ặt Bảng 4.4: Kết tính tốn hệ số K điểm danh định đặc trưng Giá trị K* trung bình ứng với vết nứ xuất đầu tiên: K*=0,0051 Điều ứt chứng tỏ điểm xuất vết nứ đầu tiên, cốt sợi tham gia chịu lực ứt nhỏ, mà chủ yếu bê tông cốt thép thư t thường Giá trị K* trung bình ứng với W=0,3mm; K*=0,01516 i 21 Giá trị K* trung bình ứng với W=0,5mm; K*=0,01792 i 4.9/ Xây dựng biểu đồ ( - ) ; ( ) (-) ; ( - w) từ kết thí nghiệm theo hướng dẫn SETRA / AFGC (như hình 4.5 -:- 4.8) Hình 4.5: Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng vùng nén dầm thí nghiệm Hình 4.7: Biểu đồ quan hệ ứng suất – độ mở rộng vết nứt (-w) tổ hợp dầm thí nghiệm Hình 4.6: Biểu đồ quan hệ ứng suất - độ võng ( - ) tổ hợp dầm thí nghiệm Hình 4.8: Biểu đồ ứng suất – biến dạng (-) vùng kéo tổ hợp dầm Quan hệ  -  sở để phục vụ cho tính tốn kết cấu theo hướng ụ dẫn SETRA/AFGC 4.10/ Ứng dụng phân tích ứng xử uố dầm I.33m ốn 4.10.1/ Các phương pháp phân tích ứng xử uốn dầm cầu bê tông / cường độ siêu cao giới Trên giới để tính tốn d dầm dự ứng lực sử dụng bê tông gia cường cốt sợi cường độ siêu cao có phương pháp đ xuất: Phương pháp đề thiết kế dựa hướng dẫn bỡi SETRA/AFGC phương pháp tính theo tiêu SETRA/AFGC; 22 chuẩn Đức DIN 1054-1 phương pháp tính theo tiêu chu Mỹ chuẩn ACI-544 Khi tính tốn sử dụng qui lu (p-w) theo phương pháp ng luật DIN-1045 (Đức), Hoặc sử dụng quan h    ; SETRA/AFGC (Pháp); ng hệ Hoặc sử dụng biểu đồ ứng suất khối theo ACI -544 Mỹ i Biểu đồ ứng suất - biến dạng t kết thí nghiệm lập để phục ng từ vụ phân tích ứng xử uốn dầm cầu tính theo ACI -544 với biến dạng cực đại lấy 10‰ hình 4.9 Hình 4.9: Biểu đồ ứng xử ứng suất – biến dạng từ kết thức nghiệm t 4.10.2/ Phân tích sức kháng uốn d a dầm cầu bê tông cường độ siêu cao dự ứng lực cấp 130MPa +Cơng thức tính tốn Mặt cắt hình chữ I chịu uốn dọc trục, phương tr sức kháng uốn danh định , trình mặt cắt xác định sau: = − + − − − + 0,8 ( − ) 0,65 ℎ − + + Đặc tính dầm tính tốn, bảng 4.5 Đặc tính vật liệu Tỷ trọng bê tông CĐ chịu nén Cường độ chịu kéo uốn xuất vết nứt bê tông Cường độ chịu kéo uốn độ mở rộng vết nứt bê tông w=0,3mm Cường độ chịu kéo uốn lớn bê tông Mô đun đàn hồi bê (ℎ − ) + − (4-5) Bảng 4.5: Đặc tính dầm tính tốn c Ký D33-40 D33-70 D33-130 D33-130h D33 Đơn vị hiệu (h=1650) (h=1650) (h=1650) (h=1100) Kg/m3 yc 2500 2500 2500 2500 Mpa fc' 40 70 130 130 Mpa  1,5 3,5 3,5 MPa  5,0 8,50 8,50 MPa (max) 8,0 24,2 24,2 Mpa Eb 30000 40000 50000 50000 23 tông Giới hạn cường độ MPa thép thường Giới hạn cường độ MPa cốt sợi thép fy 350 350 350 350 F sợi 2000 2000 2000 +Mô tả mặt cắt ngang dầm I (gồm dầm I33m,h=1650mm hành dầm I33m với h=1100mm) 4.10.3/ Nội dung kết tính tốn * Kiểm tra sức kháng uốn danh định theo công thức: Mu ≤ Mn (4.6) * Kiểm tra sức kháng cắt theo SETRA / AFGC công thức sau : V n = V Rb + V a + V f (4-7) *Điều kiện Vu < Vn (4-8) *Kiểm tra độ võng dầm theo 272-05 (tính cho dầm D33-130h; h=1100mm) kết tính tốn Độ võng cho phép =L/800=40,375mm Giả định cầu bố trí xe gồm dầm Hệ số phân bố độ võng =0,75 Vậy độ võng hoạt tải: =16,97*0,75=12,75mm