Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường sợi (FRP) để xây dựng cầu ở Campuchia (tt)Nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường sợi (FRP) để xây dựng cầu ở Campuchia (tt)Nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường sợi (FRP) để xây dựng cầu ở Campuchia (tt)Nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường sợi (FRP) để xây dựng cầu ở Campuchia (tt)Nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường sợi (FRP) để xây dựng cầu ở Campuchia (tt)Nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường sợi (FRP) để xây dựng cầu ở Campuchia (tt)Nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường sợi (FRP) để xây dựng cầu ở Campuchia (tt)Nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường sợi (FRP) để xây dựng cầu ở Campuchia (tt)Nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường sợi (FRP) để xây dựng cầu ở Campuchia (tt)Nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường sợi (FRP) để xây dựng cầu ở Campuchia (tt)Nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường sợi (FRP) để xây dựng cầu ở Campuchia (tt)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CHENG POR ENG NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT POLYME GIA CƯỜNG SỢI (FRP) ĐỂ XÂY DỰNG CẦU Ở CAMPUCHIA Chun ngành: Xây dựng cơng trình đặc biệt Mã số: 62.58.02.06.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI-2017 Cơng trình hồn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Người hướng dẫn khoa học: GS.TS NGUYỄN VIẾT TRUNG PGS.TS NGUYỄN THỊ TUYẾT TRINH Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án Tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Giao thông Vận tải ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… vào hồi 30 ngày - tháng - năm 2017 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện trường Đại học GTVT - Thư viện Quốc gia DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Cheng Por Eng & Phạm Duy Anh, “Tính toán đánh giá hiệu kết cấu dầm bê tông cường độ cao cốt tăng cường FRP” Tuyển tập cơng trình khoa học, Hội nghị khoa học giảng viên trẻ khoa cơng trình-2005, trang (39-44) NCS Cheng Por Eng, “Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử dầm bê tông cường độ cao cốt phi kim loại GFRP”, Tạp chí cầu đường Việt Nam số 102016, trang (9- 13) MỞ DẦU 1) Lý chọn đề tài Campuchia nước phát triển, sở hạ tầng giao thơng thấp, nhu cầu xây dựng cơng trình cầu trở nên thời cấp bách Xu hướng tìm vật liệu để thay cho phần toàn cốt thép để chống ăn mòn cho kết cấu cầu bê tơng cốt thép (BTCT) cần thiết Cốt polyme gia cường sợi (FRP) có nhiều ưu điểm vượt trội so với cốt thép thường cường độ chịu kéo cao, không bị ăn mòn sử dụng lâu bền mơi trường nước biển, nhẹ cốt thép thường có kích thước tương đương, khơng có từ tính Bê tơng cường độ cao (BTCĐC) cốt polyme gia cường sợi (FRP) tăng khả chống ăn mòn tăng khả bền vững cho kết cấu cơng trình, có thời gian khai thác sử dụng lâu dài ổn định từ 80 đến 100 năm [48], [51] với việc bảo trì tối thiểu Việc sử dụng cốt polyme gia cường sợi (FRP) cho ngành xây dựng cầu Campuchia mới, với nghiên cứu kết cấu bê tông cốt polyme gia cường sợi (FRP) theo hướng ứng dụng cho cơng trình cầu Do vậy, việc nghiên cứu ứng xử uốn dầm BTCĐC cốt polyme gia cường sợi (FRP) theo hướng ứng dụng xây dựng cầu Campuchia hướng nghiên cứu có tính khoa học thực tiễn 2) Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu lựa chọn phương pháp tính tốn kết cấu BTCĐC cốt polyme gia cường sợi (FRP) dầm cầu - Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử uốn dầm BTCĐC đến cấp 80 MPa sử dụng cốt polyme gia cường sợi thủy tinh (GFRP), làm rõ ưu điểm nhược điểm loại dầm so với dầm BTCT thông thường - Thiết kế số dầm cầu nhịp đơn giản sử dụng cốt polyme gia cường sợi: GFRP, CFRP GFRP kết hợp với cốt thép để áp dụng Campuchia 3) Đối tượng phạm vi nghiên cứu * Đối tượng nghiên cứu: - Bê tông cường độ cao (BTCĐC); - Các phương pháp tính tốn, thiết kế dầm BTCĐC cốt polyme gia cường sợi (FRP); - Thí nghiệm ứng xử uốn dầm BTCĐC cốt polyme gia cường sợi thủy tinh (GFRP); - Thiết kế dầm cầu BTCĐC sử dụng cốt thép, cốt GFRP, cốt CFRP cốt Hybrid * Phạm vi nghiên cứu: - Bê tơng cường độ cao có cường độ cao, f’c ≤ 83 MPa; - Các phương pháp tính toán, thiết kế dầm BTCĐC cốt FRP chủ yếu dựa phương pháp theo dẫn AASHTO GFRP-1 ACI 440.1R-06; - Chỉ nghiên cứu, tính tốn kết cấu bê tông cốt FRP không dự ứng lực; - Các kết thí nghiệm đo gồm có: Quan hệ tải trọng - độ võng, quan hệ tải trọng - biến dạng cốt GFRP, quan hệ tải trọng - biến dạng bê tông vùng nén mà chưa đo giới hạn bề rộng vết nứt chưa xét đến ảnh hưởng khác 4) Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu sinh sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Nghiên cứu lý thuyết thực sở tham khảo tiêu chuẩn thiết kế Mỹ, Nhật Bản, Châu Âu Phương pháp thực nghiệm thực để đánh giá ứng xử uốn dầm BTCĐC cốt FRP, kiểm chứng lý thuyết tính tốn lý thuyết ngun cứu đề xuất 5) Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: - Ý nghĩa khoa học luận án: Luận án nghiên cứu BTCĐC sử dụng cốt FRP cho kết cấu dầm mặt cầu phương pháp kết hợp lý thuyết với thực nghiệm ứng xử uốn dầm BTCĐC cốt sợi thủy tinh từ lựa chọn phương pháp tính tốn phù hợp kết cấu dầm BTCĐC cốt polyme gia cường sợi (FRP) - Ý nghĩa thực tiễn luận án: Kết nghiên cứu luận án coi tài liệu tham khảo tốt cho việc ứng dụng BTCĐC cốt polyme gia cường sợi (FRP) cho kết cấu cầu Campuchia, cần thiết cho phát triển hệ thống cầu Campuchia 6) Nội dung, kết cấu luận án Luận án gồm thuyết minh 126 trang bao gồm: 44 bảng; 57 hình, có chương, phần mở đầu kết luận Ngồi có 97 tài liệu tham khảo 62 trang phụ lục CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG CẦU Ở CAMPUCHIA VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT POLYME GIA CƯỜNG SỢI (FRP) 1.1 Tổng quan xây dựng cầu Campuchia 1.1.1 Địa hình Campuchia: Campuchia có diện tích 181035 km2, phía Bắc giáp với Thai Lan Lào, phía Đơng Đơng-Nam giáp với Việt Nam, phía Tây giáp với Thái Lan phái TâyNam giáp với biển Thông qua khảo sát [93] lượng mưa, nhiệt độ Campuchia tương đồng với miền Nam VN Do tham khảo, sử dụng nghiên cứu điều kiện VN để áp dụng Campuchia Hình 1.1 Bản đồ mạng lưới giao thơng Campuchia 1.1.2 Mạng lưới giao thơng Campuchia Tính đến năm 2014 [89], tổng mạng lưới giao thông Campuchia có 55242km, gồm có 13746 tuyến đường 4060 cầu, cầu BTCT chiếm khoảng 61,33% * Một số hình cầu Campuchia Hình 1.4 Cầu Kizuna Hình 1.5 Cầu Chroy Changvar Hình 1.6 Cầu Neak Loeung - Thông qua khảo sát [89], số cầu xây dựng Campuchia sử dụng bê tông thường Chẳng hạn cầu Kizuna [95], cầu Neak Loeung [92] sử dụng bê tơng có cường độ f’c = 40 MPa * Một số hình cầu cũ Campuchia Hình 1.11 Cầu BTCT (Kampong cham) Hình 1.12 Cầu giàn BTCT (Kom pot) Hình 1.13 Cầu giàn bê tơng cốt thép (NR.6) - Điều kiện khắc nghiệt, có biển Campuchia làm ảnh hưởng lớn tác động ăn mòn cốt thép cho cơng trình cầu - Để giải ăn mòn cốt thép nghiên cứu sinh tập trung nghiên cứu ứng dụng cốt FRP thay cho cốt thép xây dựng cầu 1.2 Tổng quan bê tông cường độ cao 1.3 Tổng quan cốt polyme gia cường sợi (FRP) 1.3.1 Giới thiệu vật liệu FRP Cốt FRP vật liệu tổng hợp có tính cao Cốt FRP phổ biến cốt (GFRP, AFRP CFRP) - Ưu điểm: Chống ăn mòn, trọng lượng nhẹ, khơng từ tính, khơng dẫn điện, cường độ kéo cao - Nhược điểm: Phá hoại giòn, khơng chịu lửa 1.3.2 Lịch sử phát triển tình hình áp dụng cốt FRP - Thế giới, cốt FRP phát triển từ năm 1960 Mỹ, 1970 Châu Âu 1980 Nhật [20, 45, 60] - Campuchia, cốt FRP vật liệu chưa sử dụng - Việt Nam, cốt GFRP công ty FRP Việt Nam cung cấp sản xuất 1.3.3 Các Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt FRP Campuchia, Việt Nam chưa có Tiêu chuẩn sử dụng Tiêu chuẩn: Mỹ [20], [15], Canada, Nhật Bản, Italy, Anh …v.v 1.4 Đặc điểm tính chất vật liệu FRP - Cốt FRP có cường độ nén thấp so với cường độ kéo [20] - Khi nhiệt độ thay đổi từ 65 ÷ 124oC, cường độ chị kéo cốt (ffu) giảm từ 20 ÷ 40% [20] Bảng 1.10 Tỷ trọng cốt FRP (g/cm3) Thép 7,9 GFRP 1,25 ÷ 2,1 CFRP 1,5 ÷ 1,6 AFRP 1,25 ÷ 1,4 Bảng 1.11 Hệ số đặc trưng việc giãn nở nhiệt cốt FRP Hướng Chiều dọc, αL Chiều ngang, αT Bê tơng 7,2 ÷ 10,8 7,2 ÷ 10,8 Thép 11,7 11,7 CTE, (x10-6 oC) GFRP CFRP 6,0 ÷ 10,0 -9,0 ÷ 0,0 21,0 ÷ 23,0 74 ÷ 104 AFRP -6,0 ÷ -2,0 60 ÷ 80 Bảng 1.12 Các tiêu lý yêu cầu vật liệu FRP (ACI 440) Cường độ chảy (MPa) Cường độ kéo (MPa) Mô đun đàn hồi (GPa) Biến dạng chảy (%) Biến dạng kéo đứt (%) Thép 272 ÷ 517 483 ÷ 690 200 0.14 ÷0.25 ÷12 GFRP N/A 483 ÷ 1600 35 ÷51 N/A 1.2 ÷3.1 CFRP N/A 600 ÷ 3690 120 ÷580 N/A 0.5 ÷1.7 AFRP N/A 1720 ÷ 2540 41 ÷ 125 N/A 1.9 ÷4.4 * Dính bám bê tơng cốt FRP - Dính bám cốt FRP với bê tông tốt cốt thép [48] - Giả thiết “liên kết dính bám bê tơng cốt FRP tồn hồn hảo” [18], [19], [20], [15], [45], [60] với điều kiện đủ chiều dài chôn cốt FRP bê tông (le) Hình 1.23 Truyền lực qua dính bám cốt FRP 1.5 Các nghiên cứu ứng xử uốn dầm bê tông cốt FRP 1.5.1 Trên thế giới: - Các nghiên cứu dính bám hệ số dính bám kb từ (0,84 ÷ 1,4) [26], [27], [33] - Tải trọng trạng thái giới hạn sử dụng (Psd) (25,1÷35%) tải trọng trạng thái giới hạn cực hạn (Pu) [33], [57], [65] - Biến dạng cốt FRP trạng thái giới hạn sử dụng (εsd) (30÷35%) biến dạng cốt trạng thái giới hạn cực hạn (εfu) - Ở cấp tải trọng, độ võng tính tốn lớn độ võng thí nghiệm khoảng 25% [52], [57], [70], [75] 1.5.2 Ở Việt Nam - Chi phí sử dụng cốt GFRP thay cốt thép giảm từ (7÷10%) [2], [8] - Tải trọng trạng thái giới hạn sử dụng (Psd) (30÷33%) tải trọng trạng thái giới hạn cực hạn (Pu) [3], [4] - Biến dạng cốt FRP trạng thái giới hạn sử dụng (εsd) đặt tới 35% biến dạng cốt trạng thái giới hạn cực hạn (εfu) [3] Ngoài có số báo cáo mang tính lý thuyết [2], [7], [8] 1.6 Xác định vấn đề nghiên cứu ḷn án - Về dính bám bê tơng cốt FRP: Kết nghiên cứu dính bám bê tông cốt FRP cho thấy, ứng xử phù hợp với lý thuyết tính tốn Tiêu chuẩn - Ứng xử uốn dầm bê tông cốt FRP nghiên cứu giới Các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt FRP ban hành nước Mỹ, Canada, Nhật Bản, Châu Âu làm sở cho việc tính tốn, ứng dụng FRP xây dựng cơng trình - Ứng dụng cốt FRP nghiên cứu giới chủ yếu kết cấu xây dựng dân dụng, cơng trình cảng, mặt đường, mặt cầu, mố trụ cầu…Ở Việt Nam mặc dùng có nhà máy chế tạo cốt FRP nhiên chưa có nghiên cứu theo hướng ứng dụng cốt FRP xây dựng cầu Từ vấn đề trên, luận án tập trung nghiên cứu vấn đề sau: - Nghiên cứu lý thuyết tính tốn kết cấu bê tơng cốt FRP, xây dựng trình tự tính tốn ứng xử uốn dầm bê tông cốt FRP (Chương 2) - Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử uốn dầm BTCĐC cốt GRFP sản xuất Việt Nam (Chương 3) - Áp dụng lý thuyết tính tốn lập kiểm chứng Chương Chương cho kết cấu dầm cầu bê tông cốt FRP không dự ứng lực với trường hợp khác của: Chiều dài nhịp, chiều cao dầm, hàm lượng cốt FRP trường hợp bố trí cốt FRP Qua đề xuất miền giá trị số thông số quan trọng thiết kế dầm cầu 1.7 Kết luận chương Từ thực trạng mạng lưới giao thông điều kiện khí hậu Campuchia Việc xây dựng cơng trình cầu có khả chống ăn mòn cao cần thiết Kết cấu bê tông cốt FRP nghiên cứu ứng dụng giới nay, tiêu chuẩn kỹ thuật tính tốn kết cấu bàn hành số nước, nhiên Việt Nam Campuchia chưa có Để áp dụng kết cấu bê tơng cốt FRP điều kiện Campuchia, việc nghiên cứu lý thuyết tính tốn thực nghiệm ứng xử uốn có ý nghĩa khoa học thực tiễn CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT POLYME GIA CƯỜNG SỢI (FRP) Nợi dung: Nghiên cứu lý thuyết sau đề xuất phương trình tính tốn cho dầm thí nghiệm chương thiết kế dầm cầu chương 2.1 Thiết kế kết cấu bê tông cốt FRP chịu uốn theo trạng thái giới hạn cường độ (TTGHCĐ) 2.1.1 Các giả thiết thiết kế [15], [20], [45] [60] - Tiết diện phẳng trước sau đặt tải; - Biến dạng nén tối đa BT giả định 0.003; - Cường độ kéo BT nhỏ bỏ qua; - Ứng xử kéo cốt FRP tuyến tính đàn hồi bị phá hoại; - Liên kết dính bám bê tơng cốt FRP hồn hảo * Thiết kế theo TTGHCĐ yêu cầu: Mn Mu (2-1) 2.1.2 Mơ hình vật liệu bê tơng cường độ cao (BTCĐC) cốt FRP * Mô đun gãy bê tông [11], [12], [13], [26] Đối với bê tơng có tỷ thường với cường độ chịu nén f’c ≤ 83 MPa, luận án tính mơ đun gãy bê tông ( fr) sau: f r 0,81 fc' (2-3) Theo ACI 363-10 [26] [11], [12], [13] bê tơng có cường độ chịu nén f’c từ 21 MPa < f’c < 83 MPa, mô đun gãy bê tông (fr) để nghị từ (0,62 fc' đến 0,99 fc' ) kiến nghị nên chọn fr = 0,94 fc' Trong luận án tính fr theo phương trình (2 3) cho phù hợp với kết thí nghiệm * Mơ đun đàn hồi bê tơng Đối với bê tơng có cường độ chịu nén f’c từ (21 ÷ 83) MPa, quan hệ mô đun đàn hồi (Ec) cường độ chịu nén (f’c) [11], [12] [23], [26] là: Ec 3320 fc' 6900 (2-4) Trong đó: Mn mơ men kháng uốn, Mu mô men tải trọng cực hạn gây ra, ϕ hệ số sức kháng, fr mô đun gãy bê tông, f’c cường độ chịu nén quy định bê tông, Ec mô đun đàn hồi bê tông, α1 β1 hệ số khối ứng suất * Các đặc tính vật liệu bê tơng cường đợ cao Đường cong ứng suất – biến dạng BTCĐC hồn tồn khác với bê tơng thơng thường Điều có ảnh hưởng thơng số khối ứng suất hình chữ nhật tương đương [11], [12], [13], [26] Khối ứng suất tương đương Hình 2.2, Hình 2.3 Nếu β1 = 0,65, hệ số α1 lấy 0,75 để trì mức lực tương đương hình tam giác hình chữ nhật, hệ số α1 nên 0,75 thay cho 0,85 bê tông thường [11], [12], [13], [26] c c Hình 2.2 Biểu đồ khối ứng suất bê tông thường 10 Bước 6: Kiểm tra điều kiện neo 2.6 Kết luận chương 2: Trình tự nội dung tính tốn chương dựa tiêu chuẩn thiết kế ACI AASHTO Vậy, cần tiến hành thí nghiệm để kiểm chứng lý thuyết tính tốn chương trước áp dụng tính toán thiết kế kết cấu dầm cầu chương CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM UỐN DẦM BÊ TƠNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT POLYME GIA CƯỜNG SỢI THỦY TINH (GFRP) 3.1 Mở đầu Chương này, trình bày nghiên cứu thực nghiệm ứng xử uốn dầm BTCĐC cốt GFRP, dầm có mặt cắt hình chữ nhật 130 × 200 mm (b × h) thí nghiệm uốn điểm Mục tiêu thí nghiệm là: - Quan sát xác định giá trị thực nghiệm: Tải trọng gây nứt; tải trọng phá hoại, biến dạng cốt FRP, biến dạng bê tông độ võng - Xác định quan hệ tải trọng: Tải trọng- độ võng (P-Δ), tải trọng- biến dạng bê tông (P-εc), tải trọng- biến dạng cốt (P-εf) - So sánh kết thí nghiệm với kết tính tốn dựa lý thuyết đề xuất Chương 3.2 Công tác chuẩn bị mẫu thí nghiệm Chuẩn bị dầm có kích thước mặt cắt ngang bố trí cốt GFRP giống Hình 3.4 Sử dụng bê tơng cường độ cao có f’c = 82,5 MPa Cốt GFRP sản xuất Công ty cổ phần cốt sợi POLYME VIỆT NAM, có ffu*= 900 MPa, Ef = 45000 MPa, (đơn vị hình vẽ mm) 2Ø10 25 P/2 2Ø10 200 600 600 2200 600 200 2Ø10 200 25 80 25 130 Hình 3.4 Sơ đồ mặt cắt ngang dầm thí nghiệm GFRP Bảng 3.1 Vật liệu sử dụng Xi măng (Cement) Đá dăm (Stone) Nước (Water) Cát vàng (Sand) Phụ gia Phụ gia Bút sơn PC 40 Dmax12,5 Sanway- Hòa Bình Sinh hoạt Sơng Lơ Sika Visconcrete 3000-20M Muội Silic, (Silicafume, sika PP1) Ø10@80 150 Ø10@80 25 150 200 25 2Ø10 25 P/2 11 Bảng 3.2 Thành phần (1 m3) cấp phối bê tông cường độ cao (kg/m3) Cường độ thiết kế, (MPa) 82,5 Xi măng (kg) 531 Nước (lít) 153,4 Tỷ lệ N/CKD 0,255 Siêu dẻo (lít) 5,84 Đá (kg) 1099 MS, PP1 (kg) 59 Cát (kg) 608 Bảng 3.4 Kết thí nghiệm mẫu thử tuổi bê tông 28 ngày STT Ký hiệu mẫu Tải trọng phá hoại (kN) Kích thước mẫu (mm) Diện tích mặt chịu ép (mm2) Cường độ f'c (N/mm2) Mẫu Mẫu Mẫu 1624,5 1745,8 1652,4 D=150 H=300 17671,4 17671,4 17671,4 91,93 98,79 93,51 Cường đợ trung bình (MPa) s Cường đợ f'c = fc3.4*s (MPa) 94,74 3,6 82,52 Hình 3.3 Mẫu thử bê tơng hình trụ (150 x 300) mm 3.3 Tiêu chuẩn thí nghiệm TCVN 9347:2012 mục (7.1.3) ASTM D6272-02 (mục 4) Sơ đồ thí nghiệm theo Hình 3.5 P/2 200 P/2 600 600 200 600 1800 200 200 2200 Hình 3.5 Sơ đồ thí nghiệm dầm 200 2200 600 600 P/2 600 200 P/2 Strain Gauges LVDT Hình 3.6 Biểu đồ bố trí thiết bị đo 12 - Bố trí thiết bị đo: - Mỗi cốt GFRP chịu kéo dán cảm biến để đo biến dạng - cảm biến đo biến dạng bê tông vùng chịu nén biến dạng bê tông vùng chịu kéo (ở vị trí nhịp) - Sử dụng LDVTs đặt vị trí nhịp để đo chuyển vị dầm, Hình 3.5, Hình 3.6 - Các hình ảnh tiến hành lắp đặt thiết bị đo Hình 3.7 Tiến hành lắp đặt Strain Gauges bề mặt bê tông LVDTs - Thiết bị thí nghiệm: : Thiết bị thí nghiệm máy nén thủy lực cơng suất 500 kN phòng thí nghiệm Vilas 047 ĐH GTVT Hình 3.12 Hệ thống khung gia tải (Phòng thí nghiệm Vilas 047 ĐHGTVT) - Số liệu kết thí nghiệm Các mẫu thí nghiệm thực phương pháp chuyển vị không chế với tốc độ dịch chuyển 0,25 mm/phút (tại phòng thí nghiệm Vilas 047, Trường 13 Đại học Giao thơng Vận tải) Theo cách đo phòng thí nghiệm, đo theo điểm từ điểm máy tính thu dãy kết khoảng 400 nghìn điểm phần mềm thu thập liệu Tuy nhiên thí nghiệm nghiên cứu sinh đo biến dạng cốt GFRP biến dạng vùng nén bê tông (εf, εc) cảm biến (Strain Gauges) đo độ võng dầm thiết bị LVDT (đơn vị tính mm) Vậy, kết đo không khớp trục “Tải trọng (Y) - biến dạng (X) trục Tải trọng (Y) - độ võng (X)” dầm với Do vậy, nghiên cứu sinh xử lý số liệu phương pháp tính (nội suy) phần mềm Excel sử dụng hàm FORECAST cho giá trị trục (Y) khớp với nội dung vẽ biểu đồ sau: Bảng 3.6 Số liệu kết thí nghiệm dầm P (kN) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Tính tốn (LT) ε Δ (GFRP) (mm) 0 0,00039 0,03 0,00078 0,06 0,00118 0,10 0,00157 0,13 0,00196 0,16 0,00235 0,19 0,00274 0,23 0,00313 0,26 0,00353 0,29 0,00392 0,43 0,00431 0,61 0,00470 0,83 0,00509 1,11 0,00549 1,44 0,00588 1,83 0,00627 2,28 0,00666 2,80 0,00705 3,38 0,00745 4,03 0,00784 4,74 0,00823 5,52 0,00862 6,35 0,00901 7,24 0,00940 8,18 0,00980 9,16 0,01019 10,19 0,01058 11,25 Dầm BGa-10-2 ε Δ (GFRP) (mm) 0 0,00002 0,00003 0,00007 0,0001 0,0001 0,0001 0,00009 0,00007 0,01 0,00007 0,01 0,00006 0,01 0,00007 0,06 0,00007 0,11 0,00007 0,16 0,00007 0,18 0,00007 0,13 0,00007 0,08 0,00007 0,05 0,00013 0,26 0,00019 0,46 0,00029 0,58 0,00031 0,75 0,00034 1,15 0,00038 1,58 0,00042 2,01 0,00811 7,64 0,00854 7,9 0,0088 8,47 Dầm BGb-10-2 ε Δ (GFRP) (mm) 0 0,00003 0,00003 0,00003 0,00003 0,00003 0,00003 0,00004 0,00005 0,01 0,00006 0,01 0,00006 0,08 0,00006 0,13 0,00007 0,16 0,00007 0,21 0,00008 0,27 0,00008 0,32 0,00008 0,32 0,00011 0,35 0,00015 0,39 0,00018 0,43 0,0002 0,49 0,00019 0,59 0,00023 0,74 0,00026 1,61 0,00026 1,77 0,00027 1,93 0,00028 2,09 0,00029 3,27 Dầm BGc-10-2 ε Δ (GFRP) (mm) 0 0 0,00001 0,00001 0,00002 0,00003 0,00003 0,00006 0,00007 0,01 0,00008 0,01 0,00009 0,02 0,00007 0,02 0,00007 0,11 0,00008 0,19 0,00006 0,17 0,0001 0,17 0,00013 0,27 0,00013 0,31 0,00013 0,37 0,0056 2,96 0,00622 3,22 0,00685 3,48 0,00747 3,74 0,00796 4,5 0,00843 5,3 0,00885 6,02 0,00917 6,59 0,00949 7,15 14 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 41,32 42 43 44 45 46 47 48 49 50 53,35 Tính tốn (LT) ε Δ (GFRP) (mm) 0,01097 12,35 0,01136 13,47 0,01176 14,62 0,01215 15,79 0,01254 16,97 0,01293 18,16 0,01332 19,37 0,01372 20,58 0,01411 21,79 0,01450 23,01 0,01489 24,22 0,01528 25,43 0,01567 26,65 0,01607 27,85 0,01608 28,24 0,01646 29,58 0,01685 30,77 0,01724 31,95 0,01763 33,13 0,01803 34,30 0,01842 35,46 0,01881 36,61 0,01920 37,76 0,01959 38,90 0.02038 41.16 Dầm BGa-10-2 ε Δ (GFRP) (mm) 0,00906 9,03 0,00932 9,6 0,00958 10,17 0,0099 11,32 0,01024 12,56 0,01057 13,79 0,0109 15,02 0,01124 16,25 0,01161 17,48 0,01199 18,71 0,01237 19,94 0,01274 21,16 0,01312 22,39 0,01343 23,44 0,01353 23,77 0,01374 24,48 0,01405 25,51 0,01436 26,55 0,01467 27,58 0,01498 28,68 0,01529 29,84 0,0156 31 0,01591 32,17 0,01622 33,33 0,01743 36,56 Dầm BGb-10-2 ε Δ (GFRP) (mm) 0,00654 7,63 0,007 8,22 0,00746 8,82 0,00791 9,55 0,00836 10,68 0,00881 11,81 0,00925 12,95 0,0097 14,08 0,01014 15,18 0,01046 16,02 0,01079 16,86 0,01112 17,69 0,01144 18,53 0,01177 19,37 0,01188 19,64 0,0121 20,21 0,01233 21,68 0,01256 23,2 0,01279 24,72 0,01309 25,96 0,01347 26,87 0,01386 27,77 0,01424 28,68 0,01463 29,59 0,01582 33,39 Dầm BGc-10-2 ε Δ (GFRP) (mm) 0,00987 7,81 0,01025 8,52 0,01061 9,26 0,01075 10,82 0,01116 11,82 0,01174 13,55 0,01232 15,32 0,01288 17,47 0,01362 19,66 0,01425 21,3 0,01476 22,84 0,01507 24,3 0,01537 25,76 0,01581 26,98 0,01597 27,32 0,01632 28,06 0,01684 29,13 0,01734 30,18 0,01767 30,81 0,018 31,43 0,01833 32,06 0,01864 32,92 0,01894 33,99 0,01932 34,8 0,02002 35,82 60 50 40 Lực, [kN] P (kN) 30 Tính tốn (LT) Dầm BGa-10-2 20 Dầm BGb-10-2 Dầm BGc-10-2 10 Giá trị Trung Bình 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 Biến dạng cốt GFRP Hình 3.14 Biểu đồ quan hệ tải trọng – biến dạng cốt GFRP 15 60 50 Lực, [kN] 40 30 Tính toán (LT) Dầm BGa-10-2 Dầm BGb-10-2 Dầm BGc-10-2 Giá trị Trung Bình 20 10 0 10 15 20 25 30 35 40 Đợ võng (mm) Hình 3.15 Biểu đồ quan hệ tải trọng – độ võng dầm 3.4 Phần tích kết thí nghiệm 3.4.1 Các hình dạng vết nứt dầm thí nghiệm Hình 3.16 Dạng phá hoại dầm BGa-10-2 Hình 3.17 Dạng phá hoại dầm BGb-10-2 Hình 3.18 Dạng phá hoại dầm BGc-10-2 3.4.2 Các dạng phá hoại dầm thí nghiệm Khi P đạt giá trị (tính trung bình) Pcr=18,65 (kN), vết nứt bắt đầu xuất dầm Việc tăng tải tiếp tục làm cho mẫu dầm xuất thêm vết nứt vùng chịu cắt Khi cốt GFRP chịu kéo dính bám với bê tơng cốt GFRP bị đứt đồng thời dầm bị phá hoại tải trọng đạt đến Pu=53,35 kN 16 Theo cách bố trí cốt đai theo Hình 3.4, sơ đồ thí nghiệm Hình 3.5, tất dầm bị phá hoại cốt GFRP bị kéo đứt vùng chịu mô men uốn lớn nhất, mà không bị phá hoại cắt 3.5 Đánh giá kết thí nghiệm 3.5.1.1 Tải trọng gây nứt tải trọng tới hạn mẫu dầm Bảng 3.7 Tải trọng gây nứt tải trọng phá hoại Tải trọng Ký hiệu STT mẫu dầm BGa10-2 BGb10-2 BGc10-2 Trung bình Pcr-TN (kN) 18,865 19,508 17,580 18,651 Tải trọng gây nứt Pcr-TT (Pcr-TT -Pcr-TN) (kN) Pcr-TT 21,25 0,122 Pu-TN (kN) Tải trọng phá hoại Pu-TT (Pu-TN - Pu-TT) (kN) Pu-TT 52,61 55,82 51,61 53,35 41,32 0,225 Bảng 3.7, tải trọng gây nứt thí nghiệm (Pcr_TN) < tính tốn (Pcr_TT) khoảng 12,2%, tải trọng phá hoại thí nghiệm (Pu_TN) > tính tốn (Pu_TT) khoảng 22,5% Vậy, kết thí nghiệm thiên an toàn 3.5.1.2 Biến dạng cốt GFRP chịu kéo bê tông chịu nén Bảng 3.8 Biến dạng bê tông cốt GFRP bị phá hoại Biến dạng Ký hiệu mẫu dầm BGa10-2 BGb10-2 BGc10-2 Trung bình STT Biến dạng bê tông (εc-TT - εc-TN) εc-TT εc-TT 0,00161 0,00170 0,159 0,00163 0,00196 0,00165 εc-TN Biến dạng cốt GFRP (εf-TN- εf-TN) εf-TT εf-TN 0,01743 0,01582 0,095 0,02002 0,016 0,01776 εf-TN εc-TN < εcu =0,003 εf-TN ≈ εfu =0,016 - Biến dạng bê tơng (εc-TN) thí nghiệm < tính toán (εc-TT) khoảng 15,9% - Biến dạng cốt GFRP (εf-TN) thí nghiệm > tính tốn (εf-TT) khoảng 9,5% Vậy, kết thí nghiệm thiên an tồn 3.5.1.3 Quan hệ tải trọng - độ võng Bảng 3.9 Quan hệ tải trọng – độ võng (mm) Ký hiệu mẫu dầm ΔPuTN (mm) Δ(41 kN)TN (mm) ΔPu (41 kN)-TT (mm) (ΔPuTN- Δ(41)TT) ΔPu-TN (Δ(41)TT- Δ(41)TN) Δ(41)-TT BGa10-2 BGb10-2 BGc10-2 Trung bình 36,56 33,39 35,82 35,26 22,49 20,27 26,33 23,03 28,76 0,184 0,199 STT - Độ võng dầm (∆PuTN) thí nghiệm > tính tốn (∆PuTT) khoảng 18,4% 17 - Ở cấp tải trọng, độ võng dầm (∆(41)TN) thí nghiệm < tính tốn (∆(41)TT) khoảng 19,9% Vậy, kết thí nghiệm thiên an tồn Bảng 3.12 So sánh kết dầm thí nghiệm (NCS) với kết khác Pn (giới hạn sử dụng) Thí nghiệm (NCS) 24% Pu εf- TT (giới hạn sử dụng) Pu_TN >Pu_TT εf-TN>εf- TT ΔTN < ΔTT (cùng cấp tải trọng) 25,68% εfu 22,5% 9,5% 19,9% Giá trị Tác giả khác Từ (25,1 đến 35%) Pu, [3], [36], [59] [66] Từ (30 đến 35%) εfu [3], [4] Lớn Lớn Lớn [49], [54], [59], [72], [77] Bảng 3.12, kết thí nghiệm nghiên cứu sinh với giá trị tải trọng giới hạn sử dụng tương đương với tác giả khác Còn kết tải trọng cực hạn (Pu_TN), biến dạng cốt GFRP (εfTN) độ võng (ΔTN) khác với tác giả khác khơng đáng kể bố trí hàm lượng cốt GFRP khác 3.6 Kết luận chương - Tải trọng gây nứt dầm thí nghiệm < tính tốn 12,2% - Tải trọng phá hoại dầm thí nghiệm > tính tốn 22,5% - Ở cấp tải trọng, dầm thí nghiệm có độ võng nhỏ độ võng tính tốn 19,9% thiên an tồn - Ứng xử cốt GFRP phù hợp với mơ hình vật liệu thiên an toàn Vậy, kết thí nghiệm kiểm chứng lý thuyết tính tốn thiên an tồn, từ sử dụng lý thuyết tính tốn chương để tính toán kết cấu dầm cầu chương CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT POLYME GIA CƯỜNG SỢI (FRP) 4.1 Đặt vấn đề Nội dung chương thiết kế dầm cầu bê tông cường độ cao sử dụng: Cốt thủy tính (dầm GRFP), cốt cacbon (dầm CRFP) cốt thép kết hợp với cốt thủy tinh (dầm Hybrid), vấn đề đặt là: - Lựa chọn tỷ lệ h/L hàm lượng cốt FRP hợp lý Chọn tỷ lệ diện tích cốt thép với cốt FRP hợp lý cho dầm Hybrid Sau đó, so sánh phương án bố trí loại cốt Để giải vấn đề này, luận án lập bảng tính (Excel) cho trường hợp sau: Thay đổi chiều dài nhịp từ (10÷20)m thay đổi chiều cao dầm từ (0,4÷1,3)m, sau chọn tỷ lệ (h/L) phù hợp theo phương án bố trí loại cốt Khi thay đổi chiều dài nhịp hay chiều cao làm tăng độ võng dầm (trường hợp dầm bị phá hoại vùng bê tông chịu nén trước loại 18 cốt vùng chịu kéo bị kéo đứt, nên loại cốt chưa tận dụng hết khả làm việc nó) Vậy, việc thay đổi chiều dài nhịp hay chiều cao dầm mang tính chất tạm thời để chọn tỷ lệ (h/L) phù hợp cho loại cốt sau tiến hành chọn hàm lượng cốt hợp lý 4.2 Các thiết kế 4.2.1 Các Tiêu chuẩn thiết kế 22 TCN 272-05, ACI 440.1R-06, AASHTO GFRP-1 Trình tự tính tốn thực đề xuất chương 1700 850 150 180 850 200 430 170 140 140 200 140 1100 200 450 Hình 4.1 Tiết diện mặt cắt ngang dầm 4.2.2 Kết cấu cầu Luận án tính tốn cho dạng mặt cắt ngang cầu điển hình thường sử dụng Campuchia (Hình 4.1) Hình 4.2 Sơ đồ mặt cắt ngang cầu 19 4.3.1.1 Nội lực tương ứng với chiều dài nhịp L = 12 m Tổ hợp tải trọng tính toán dựa vào: 22TCN 272-05 (ASHHTO- LRFD) Bảng 4.1 Nội lực nhịp (L=12 m) N0 Ký hiệu Tải trọng Tĩnh tải thân Lớp phủ + tiện ích Hoạt tải Người Tổng cộng DC DW LL+IM PL TTGH sử dụng V M (kN) (kN.m) 1,0 253,38 1,0 129,43 1,0 53,86 577,89 1,0 12,18 53,86 972,8 γi TTGH cường độ I V M (kN) (kN.m) 1,25 316,72 1,50 194,14 1,75 94,26 1011,30 1,75 21,32 94,26 1544 γi 4.3.1.2 Chọn chiều dài dầm diện tích loại cốt Cốt thủy tinh (GFRP) có cường độ mô đun đàn hồi thấp nhất, theo bảng tính cho dầm 12 m Để so sánh hiệu phương án bố trí cốt, luận án tính tốn cho phương án bố trí cốt với diện tích gần nhau, Bảng 4.2 Bảng 4.2 Bố trí loại cốt cho xấp xỉ Tổng diện tích cốt (mm2) 9675 Loại dầm GThép Các loại cốt 15 ϕ 29 GGFRP 15 ϕ 30 9564 GCFRP 15 ϕ 30 9564 GSHybrid GFRP ϕ 30 cốt thép ϕ 29 9616 4.3.1.3 Kết so sánh hiệu loại cốt So sánh hiệu việc sử dụng loại cốt khác Bảng 4.2 Bảng 4.4 So sánh hiệu loại cốt cho dầm cầu Ký hiệu dầm ϕMn w (mm) Δ (mm) (ϕMnCFRP-ϕMn) ϕMnCFRP (w-wCFRP) w (Δ-ΔCFRP) Δ GThép GGFRP GCFRP GHybrid 3335 3045 4618 2992 0,581 0,190 0,238 2,606 8,705 3,324 7,439 0,278 0,341 0,352 0,672 0,199 -0,276 0,618 0,553 a) Sức kháng uốn (mô men): - Sức kháng uốn dầm BTCT, dầm GFRP dầm Hybrid gần - Sức kháng uốn dầm CFRP > dầm BTCT 28%, > dầm GFRP khoảng 34% > dầm Hybrid 35% b) Bề rộng vết nứt: - Bề rộng vết nứt dầm CFRP < dầm GFRP 67%, < dầm Hybrid 29,9% - Bề rộng vết nứt dầm GFRP lớn dầm Hybrid 2,44 lần 20 c) Độ võng: - Độ võng dầm CFRP < dầm GFRP 61,8%; < dầm Hybrid 55,3% - Độ võng dầm GFRP > dầm BTCT 2,34 lần 4.3.2 Xác định tỷ lệ h/L tối thiểu dầm theo loại cốt 4.3.2.1 Quan hệ h/L chiều dài nhịp L thay đổi Tính cho trường hợp với chiều cao dầm không đổi: h = 1,1m chiều dài dầm thay đổi từ 10 ÷20 m kết quả: - Dầm bố trí cốt thép thường có tỷ lệ h ≥ L/17 - Dầm bố trí cốt GFRP có tỷ lệ h ≥ L/12 - Dầm bố trí cốt CFRP có tỷ lệ h ≥ L/15 - Dầm bố trí cốt Hybrid có tỷ lệ h ≥ L/14 4.3.2.2 Quan hệ h/L chiều cao thay đổi Tính cho trường hợp bố trí cốt với chiều dài dầm không đổi: L = 11m chiều cao dầm thay đổi từ 0,4 ÷1,3 m kết quả: - Dầm bố trí cốt thép thường có tỷ lệ h ≥ L/17 - Dầm bố trí cốt GFRP có tỷ lệ h ≥ L/12 - Dầm bố trí cốt CFRP có tỷ lệ h ≥ L/15 - Dầm bố trí cốt Hybrid có tỷ lệ h ≥ L/14 4.3.2.3 Quan hệ h/L chiều dài dầm L chiều cao dầm h thay đổi - Dầm bố trí cốt CFRP tăng chiều dài nhịp khoảng 23,5% so với dầm bố trí cốt GFRP khoảng 11,8% so dầm bố trí cốt Hybrid - Dầm bố trí cốt CFRP giảm chiều cao dầm khoảng 20% so với dầm bố trí cốt GFRP, giảm chiều cao dầm khoảng 11% so với dầm bố trí cốt Hybrid 4.3.3 Chọn tỷ lệ (h/L) để tìm hàm lượng cốt FRP Việc chọn sơ kích thước phần quan trọng thiết kế Sau chọn tỷ lệ (h/L) dựa vào kính nghiệm sử dụng phương pháp sau: Bước 1: Chọn so kích thước chiều cao dầm (h), chọn hàm lượng cốt FRP Bước 2: Tiến hành tính tốn kiểm tra, Mơ men kháng uốn (Mn) , lực cắt (Vn), giới hạn bề rộng vết nứt (w) độ võng (Δ) Nếu bước đạt chập nhận kích thước chiều cao dầm (h) ngược lại quay lại bước 1, chọn lại kích thước chiều cao dầm (h) 21 4.3.3.1 Thiết kế thử nghiệm dầm cầu 12 m Với L =12 m h = 1.1 m khơng đổi Bảng 4.15 Bố trí loại cốt cho mặt cắt dầm hdầm (m) Ký hiệu dầm CÁC LOẠI CỐT Ldầm (m) CFRP 12 ϕ 20 2160,3 124000 GThép GGFRP 1,1 12 GCFRP GHybrid Cường độ chịu kéo, f*fu, fs (MPa) Mô đun đàn hồi, Efu, Es (MPa) GFRP 13 ϕ 30 ϕ 26 900 45000 Tổng diện tích cốt (mm2) thép 14 ϕ 22 ϕ 25 400 200000 5418 8289 2885 2827 + 2545 = 5372 - Bảng 4.16 Kết tính toán loại dầm (cốt vừa đủ) Ký hiệu dầm GThép GGFRP GCFRP GHybrid A (mm2) ρf / ρfb w/wallow Δ/Δallow Mu/ϕMn (A-ACFRP)/A 5418 8289 2885 5372 1,655 1,857 0,850 0,999 0,923 0,630 0,238 0,704 0,656 0,908 0,809 0,540 0,548 0,970 0,468 0,652 0,463 Bố trí cốt CFRP giảm diện tích cốt 48% so với cốt thép thường, 65% so với cốt GFRP 46% so với cốt Hybrid 4.2.3.2 Lựa chọn tỷ lệ cốt GFRP cốt thép cho dầm Hybrid Bảng 4.17 Bố trí tính tốn thử tỷ lệ cốt GFRP cốt thép Cốt GFRP Cốt thép Af,GFRP (mm2) As,thép (mm2) Tổng Af/As ϕ 26 ϕ 26 ϕ 26 ϕ 26 ϕ 26 ϕ 25 ϕ 25 ϕ 25 ϕ 25 ϕ 25 4240,71 3769,52 3298,33 2827,14 2355,95 1018 1527 2036 2545 3054 5258,71 5296,52 5334,33 5372,14 5409,95 4,17 2,47 1,62 1,11 0,77 Bảng 4.18 Kết tính tốn dầm Hybrid Af,GFRP (mm2) As,THÉP (mm2) Tổng (mm2) Af As ρeff ρfb w wallow Δ Δallow Mu ϕMn Kết luận 4241 3770 3298 2827 2356 1018 1527 2036 2545 3054 5259 5297 5334 5372 5410 4,17 2,47 1,62 1,11 0,77 0,959 0,922 0,884 0,847 0,809 0,981 0,823 0,710 0,625 0,559 1,016 0,977 0,941 0,908 0,879 0,852 0,888 0,928 0,971 1,018 NOT OK OK OK OK NOT OK Khi điện tích cốt GFRP chia cho diện tích cốt thép (Af/As = 1,11 đến 1,62) hiệu 22 4.4 Thiết kế thử nghiệm mặt cầu dầm chữ T 4.4.1 Kết tính tốn nợi lực mặt cầu Dựa vào phần ví dụ tính tốn phụ lục III Bảng 4.19 Số liệu nội lực mặt cầu Bản kiểu dầm Mdương (kN.m) 25,1 14,8 4,3 TTGH GHcường độ GHsử dụng GHtừ biến Mâm (kN.m) -40,8 -24,7 -7,1 Bản hẫng Mâm (kN.m) -27,95 -16,79 -6,03 V (kN) 88,3 52,0 15,5 V (kN) 126,02 73,59 19,81 4.4.2 So sánh mặt cầu sử dụng cốt thép, cốt GFRP cốt CFRP - Tính với b = m, chiều dài mặt cầu (theo phương dọc cầu) - Khoảng cách Sd= 2,1 m dầm (theo phương ngang cầu) Bảng 4.20 Bố trí cốt thép cốt GFRP cho 1m mặt cầu Cốt thép Cốt GFRP Cốt CFRP Ngang Ngang Ngang Dọc cầu Dọc cầu Dọc cầu cầu cầu cầu ϕ14@150 ϕ10@400 ϕ14@80 ϕ14@200 ϕ14@190 ϕ10@230 Loại cốt Bố trí Số lượng (thanh) 7x2 Diện tích (mm ) 5x2 1078x Tổng (mm2) 393 x2 2942 13 x 9x2 1594 x 1103x 5394 6x2 8x2 736x2 454x2 2380 Bảng 4.21 Khả chịu lực mặt cầu sử dụng cốt thép, cốt GFRP, cốt CFRP Các loại cốt Diện tích (mm2) Hệ số sức kháng ϕ Mu (kN.m) ϕ Mn (kN.m) Mu / ϕ Mn (ACFRP –A)/ACFRP Cốt thép 2942 0,9 40,84 50,24 0,813 0,191 Cốt GFRP 5394 0,55 Cốt CFRP 2380 0,55 77,74 0,525 0,559 93,00 0,439 Bố trí CFRP giảm diện tích cốt 56% so với bố trí cốt GFRP giảm 19% so với trường hợp bố trí cốt thép 4.5 Kết luận chương Các thực nghiệm ứng xử uốn dầm bê tông cường độ cao cốt sợi thủy tinh cho thấy ứng xử uốn dầm tương đương với dầm bê tông trạng thái cực hạn kết độ võng lớn bê tơng cốt thép Điểm nghiên cứu sinh khắc phục cách thay phần cốt cốt Cacbon cốt thép - Cùng cấp tải trọng bề rộng vết nứt, độ võng dầm sử dụng cốt GFRP lớn dầm sử dụng cốt CFRP dầm Hybrid 23 Cụ thể là: + Dầm GFRP có bề rộng vết nứt lớn dầm Hybrid 2,44 lần + Dầm GFRP có độ võng > dầm BTCT 2,34 lần Luận án sử dụng cốt thép kết hợp với cốt GFRP dầm Hybrid sử dụng cốt CFRP để giải vấn đề độ võng điều kiện ràng buộc chiều cao diện tích dầm khơng thay đổi - Dầm bố trí cốt CFRP giảm diện tích cốt, giảm chiều cao dầm, tăng khả vượt nhịp so với dầm bố trí cốt Hybrid cốt GRFP Cụ thể: + Bố trí cốt CFRP giảm diện tích cốt 48% so với cốt thép thường, 65% so với cốt GFRP 46% so với cốt Hybrid + Dầm bố trí cốt CFRP có chiều dài nhịp lớn chiều dài nhịp dầm bố trí cốt GFRP khoảng 23,5% lớn chiều dài nhịp dầm bố trí cốt Hybrid khoảng 11,8% + Dầm bố trí cốt CFRP giảm chiều cao h khoảng 20% so với dầm bố trí cốt GFRP, giảm chiều cao dầm khoảng 11% so với dầm bố trí cốt Hybrid - Đối với dầm bố trí cốt Hybrid, tỷ lệ điện tích cốt GFRP diện tích cốt thép Af/As = 0,11 ÷ 1,62 hiệu - Luận án đề xuất chiều cao dầm tối thiểu h/L: + Dầm bố trí cốt GFRP có tỷ lệ h ≥ L/12 + Dầm bố trí cốt CFRP có tỷ lệ h ≥ L/15 + Dầm bố trí cốt Hybrid có tỷ lệ h ≥ L/14 - Đối với mặt cầu, bố trí cốt CFRP giảm diện tích cốt 56% so với bố trí cốt GFRP giảm 19% so với trường hợp bố trí cốt thép KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ I Những kết đạt luận án 1) Đã tập hợp kết nghiên cứu cấu trúc thành phần, yêu cầu vật liệu, cơng nghệ chế tạo tính năng, phạm vi áp dụng vật liệu BTCĐC sử dụng cốt FRP giới, Việt Nam khả ứng dụng xây dựng cầu Campuchia 2) Đã nghiên cứu phương pháp thiết kế kết cấu BTCĐC sử dụng cốt FRP theo Tiêu chuẩn số nước kết nghiên cứu số tác giả tiến hành giới Đã phân tích kiến nghị lựa chọn số tham số đưa vào tính tốn thiết kế như: hệ số khối ứng suất α1=0,75; β1=0,65 cho biểu đồ khối ứng suất BTCĐC mô đun gẫy bê tông fr= 0,81 fc' 24 Kiến nghị lấy hệ số sức kháng ϕ = (0,55÷0,65), bề rộng vết nứt cho phép (0,5÷0,7) mm theo ACI 440.1R-06, phục vụ tốn thiết kế dạng kết cấu phù hợp với điều kiện Việt Nam Campuchia 3) Đã nghiên cứu thực nghiệm mơ hình dầm BTCĐC sử dụng cốt Polyme gia cường sợi thủy tinh (GFRP) Đã so sánh đối chiếu kết nghiên cứu thực nghiệm với kết tính toán lý thuyết để đưa số kết luận ban đầu mức độ phù hợp kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm Kết nghiên cứu thực nghiệm ứng xử uốn dầm BTCĐC cốt GFRP cho thấy ứng xử uốn dầm tương đương với dầm bê tông cốt thép trạng thái cực hạn kết độ võng lớn dầm bê tơng cốt thép Điểm luận án khắc phục cách thay phần cốt GFRP phần cốt thép thường (trong dầm Hybrid) thay cốt CFRP 4) Đã thiết kế thử nghiệm số dạng kết cấu BTCĐC sử dụng loại cốt khác gồm: cốt thép, cốt GFRP, cốt CFRP cốt Hybrid sở loại BTCĐC, kích thước mặt cắt ngang dầm tổng diện tích mặt cắt ngang loại cốt xấp xỉ Đã so sánh số tiêu kỹ thuật chủ yếu về: mô men, độ võng, độ mở rộng vết nứt tương ứng với loại cốt khác 5) Đã thiết kế thử nghiệm số dạng kết cấu nhịp cầu BTCĐC sử dụng loại cốt khác có tỷ lệ cấu tạo thay đổi từ đưa số khuyến cáo tỷ lệ chiều cao dầm chiều dài nhịp h/L tối thiểu cho loại kết cấu nhịp cầu dầm nêu 6) Dựa kết nhận từ lý thuyết thực nghiệm, luận án tiến hành thiết kế cho số dầm cầu BTCĐC có sử dụng cốt GFRP, cốt CFRP cốt Hybrid phù hợp với điều kiện Campuchia II Kiến nghị - Có thể phát triển ứng dụng cốt GFRP, cốt CFRP cốt Hybrid để thay cho cốt thép truyền thống cho dầm mặt cầu vùng gần biển cơng trình đặc biệt có nhu cầu chống ăn mòn khơng nhiễm từ Campuchia - Cần xem xét nghiên cứu thêm vấn đề dính bám bê tơng cốt FRP, điều kiện thi công, khả chịu tải trọng dài hạn, ảnh hưởng lửa phá hoại mỏi kết cấu bê tông cốt FRP, vấn đề tuổi thọ tính kinh tế cốt FRP III Hướng nghiên cứu tiếp theo Nghiên cứu dính bám, điều kiện thi công, khả chịu tải trọng dài hạn, ảnh hưởng lửa, phá hoại mỏi, vấn đề tuổi thọ tính kinh tế kết cấu bê tơng cốt FRP ... cốt polyme gia cường sợi (FRP) cho ngành xây dựng cầu Campuchia mới, với nghiên cứu kết cấu bê tơng cốt polyme gia cường sợi (FRP) theo hướng ứng dụng cho cơng trình cầu Do vậy, việc nghiên cứu. .. tượng nghiên cứu: - Bê tông cường độ cao (BTCĐC); - Các phương pháp tính tốn, thiết kế dầm BTCĐC cốt polyme gia cường sợi (FRP); - Thí nghiệm ứng xử uốn dầm BTCĐC cốt polyme gia cường sợi thủy... KẾT CẤU BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT POLYME GIA CƯỜNG SỢI (FRP) 4.1 Đặt vấn đề Nội dung chương thiết kế dầm cầu bê tông cường độ cao sử dụng: Cốt thủy tính (dầm GRFP), cốt cacbon (dầm CRFP) cốt thép