Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu này giới thiệu phương pháp xác định mô men hình thành khe nứt của dầm bê tông cốt thép (BTCT) dựa trên một số tiêu chuẩn như: (i) tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-14, (ii) tiêu chuẩn Nga SP 63.13330.2012, và (iii) tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012.
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 13 (2V): 21–31 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO MƠ MEN HÌNH THÀNH KHE NỨT CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP Nguyễn Văn Quanga , Nguyễn Ngọc Tâna,∗ a Khoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 16/05/2019, Sửa xong 30/05/2019, Chấp nhận đăng 30/05/2019 Tóm tắt Mơ men hình thành khe nứt u cầu tính tốn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép trạng thái giới hạn (TTGH) thứ hai Hiện tiêu chuẩn thiết kế đưa giả thiết khác tính tốn mơ men hình thành khe nứt, việc kể đến khơng kể đến làm việc ngồi giới hạn đàn hồi bê tông vùng kéo Nghiên cứu giới thiệu phương pháp xác định mơ men hình thành khe nứt dầm bê tông cốt thép (BTCT) dựa số tiêu chuẩn như: (i) tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-14, (ii) tiêu chuẩn Nga SP 63.13330.2012, (iii) tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 Ngoài ra, nghiên cứu này, dầm bê tông cốt thép (BTCT) có kích thước hình học B × H × L = 120 × 200 × 2200 mm chế tạo bê tông cấp độ bền thiết kế B25 chia làm ba nhóm mẫu với cốt thép dọc chịu kéo 2φ8, 2φ10 2φ12 Kết đo đạc tải trọng gây nứt thông qua thí nghiệm uốn bốn điểm so sánh với tính tốn lý thuyết, đồng thời cho biết ảnh hưởng hàm lượng cốt thép đến mô men nứt kết cấu dầm bê tông cốt thép chịu uốn Từ khố: trạng thái giới hạn thứ hai; mơ men hình thành khe nứt; SP 63.13330.2012; ACI 318-14; TCVN 5574:2012 THEORETICAL AND EXPERIMENTAL STUDY ON SEVERAL CALCULATION METHODS OF CRACKING BENDING MOMENT OF REINFORCED CONCRETE BEAMS Abstract Cracking moment is one of important parameters of reinforced concrete (RC) beams when considering the serviceability limit state At present, the design standards give different assumptions in order to determine cracking moment, as mentioned or not to mention working out of the elastic limit of tension concrete This study presents the calculation methods of cracking moment of RC beams that are based on three common codes of design practice, including: (i) American code ACI 318-14, (ii) Russian standard SP 63.13330.2012, and (iii) Vietnamese standard TCVN 5574:2012 In addition, in this study, RC beams with the dimensions of B × H × L = 120 × 200 × 2200 mm were made of concrete having compressive strength class of B25 and into three testing sample groups with longitudinal reinforcements of 2φ8, 2φ10 and 2φ12 at the bottom layer, respectively The test data allow comparing the loads corresponding cracking moment between experimental study and theoretical calculation, and determining the effect of longitudinal reinforcement ratios on the cracking bending moment of RC beams Keywords: RC beam; serviceability limit state; cracking moment; SP 63.13330.2012; ACI 318-14; TCVN 5574:2012 https://doi.org/10.31814/stce.nuce2019-13(2V)-03 c 2019 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) ∗ Tác giả Địa e-mail: tannn@nuce.edu.vn (Tân, N N.) 21 Quang, N V., Tân, N N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Mở đầu Trên kết cấu cơng trình xây dựng, cấu kiện bê tơng cốt thép (BTCT) xuất khe nứt hay đồng thời nhiều ngun nhân, biến dạng ván khn q trình thi cơng, tượng co ngót bê tơng, điều kiện khí hậu mơi trường (nhiệt độ, độ ẩm), tác dụng tải trọng tác động khác Khi ứng suất kéo bê tông vượt q cường độ chịu kéo bê tơng bắt đầu bị nứt [1] Thực tế, xuất khe nứt bê tông tượng thường gặp cơng trình BTCT, làm giảm độ cứng kết cấu, tạo điều kiện cho tác nhân bên ngồi (ion clorua, khí CO2 ) xâm thực vào mơi trường bê tơng, gây ăn mịn cốt thép bệnh lý cho cơng trình Do đó, cấu kiện BTCT phải tính tốn trạng thái giới hạn thứ hai biến dạng, nhằm đảm bảo cho kết cấu thỏa mãn yêu cầu giới hạn khe nứt biến dạng (độ võng) Việc tính tốn bao gồm nội dung sau đây: (i) tính tốn hình thành khe nứt; (ii) tính tốn mở rộng khe nứt; (iii) tính tốn khép kín khe nứt, (iv) tính tốn biến dạng cấu kiện Đối với cấu kiện BTCT chịu uốn thơng thường, tính tốn hình thành khe nứt tính tốn giá trị mơ men mà lúc cấu kiện xuất khe nứt tác dụng tải trọng Giá trị mô men hình thành khe nứt nghiên cứu đưa cơng thức tính tốn tiêu chuẩn thiết kế Cụ thể tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-14 [2], tiêu chuẩn Nga SP 63.13330.2012 [3], tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 [4] đưa giả thiết khác làm việc bê tông vùng kéo, dẫn đến giá trị mơ men hình thành khe nứt có cơng thức tính tốn khác Hơn nữa, nghiên cứu mơ men hình thành khe nứt cấu kiện chịu uốn có kể đến ảnh hưởng hàm lượng cốt thép dọc chủ đề nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu [5] Trong nghiên cứu này, phương pháp tính tốn mơ men hình thành khe nứt theo tiêu chuẩn hành Mỹ, Nga Việt Nam giới thiệu, phân tích, so sánh Mỗi tiêu chuẩn đưa giả thiết làm việc bê tơng vùng kéo khác nhau, qua thấy ảnh hưởng giả thiết đến giá trị mơ men hình thành khe nứt Ngồi ra, nghiên cứu thực nghiệm thực dầm bê tơng cốt thép có kích thước hình học B× H × L = 120 × 200 × 2200 mm Các dầm thí nghiệm chế tạo bê tơng có cấp độ bền thiết kế B25 cốt thép dọc chịu kéo 2φ8, 2φ10 2φ12, tương ứng với hàm lượng cốt thép 0,45%, 0,71% 1,02% Mô men hình thành khe nứt khảo sát thơng qua tải trọng gây khe nứt dầm Do đó, thí nghiệm uốn bốn điểm thực mẫu dầm nhằm xác định tải trọng gây nứt, để so sánh với giá trị dự báo tiêu chuẩn thiết kế nói Đồng thời, kết thu cho phép xác định ảnh hưởng hàm lượng cốt thép đến tải trọng gây nứt dầm BTCT Nghiên cứu lý thuyết tính tốn mơ men hình thành khe nứt dầm BTCT làm việc chịu uốn 2.1 Tính tốn mơ men hình thành khe nứt theo tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-14 Khi tính tốn khả chống nứt dầm bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-14 [2] dựa số giả thiết sau: (i) tiết diện dầm coi phẳng sau bị biến dạng; (ii) ứng suất bê tông vùng nén tính tốn trạng thái đàn hồi; (iii) ứng suất bê tơng vùng kéo tính tốn trạng thái đàn hồi Từ giả thiết trên, sơ đồ ứng suất biến dạng tiết diện ngang dầm chuẩn bị hình thành khe nứt minh họa Hình 1, h chiều cao dầm, b bề rộng dầm, x chiều cao bê tông vùng nén, A s A s tương ứng diện tích cốt thép vùng chịu kéo chịu nén, εcc εct tương ứng biến dạng bê tông vùng nén vùng kéo, ε s 22 Quang, N V., Tân, N N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng ε s tương ứng biến dạng cốt thép vùng kéo vùng nén, F st F st tương ứng hợp lực cốt thép vùng kéo vùng nén, Fcc hợp lực bê tông vùng nén Hình Sơ đồ ứng suất - biến dạng tiết diện chuẩn bị hình thành khe nứt theo tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-14 Với giả thiết trên, ứng suất kéo nén σ x bê tông xác định theo công thức (1), với M mô men tác dụng lên dầm, I x mô men quán tính dầm, y x khoảng cách từ mép ngồi bê tơng đến trục trung hịa M σx = yx (1) Ix Tại tiết diện chuẩn bị nứt, ứng suất kéo bê tông cường độ chịu kéo bê tông, tương ứng với khả kháng nứt tiết diện Từ công thức (1), mô men kháng uốn tiết diện dầm, ký hiệu Mcrc , tính tốn theo cơng thức (2), fr (psi) cường độ chịu kéo uốn bê tông quy đổi từ giá trị cường độ chịu nén đặc trưng, ký hiệu fc (psi), đo mẫu hình trụ có kích thước D × H = 150 × 300 mm có giá trị fr = 7,5 fc ; Ig mơ men qn tính tiết diện bê tơng so với trục trung hịa, bỏ qua cốt thép; yt khoảng cách từ mép chịu kéo ngồi đến vị trí trục trung hịa fr Ig Mcrc = (2) yt 2.2 Tính tốn mơ men hình thành khe nứt theo tiêu chuẩn Nga SP 63.13330.2012 Dựa theo tiêu chuẩn Nga SP 63.13330.2012 [3], mô men hình thành khe nứt dầm BTCT xác định với giả thiết tính tốn sau: (i) tiết diện dầm coi phẳng sau bị biến dạng; (ii) biểu đồ ứng suất vùng bê tơng chịu nén có dạng tam giác; (iii) biểu đồ ứng suất vùng bê tông chịu kéo có dạng hình thang với ứng suất lớn cường độ chịu kéo bê tông; (iv) biến dạng tương đối thớ chịu kéo bê tông lấy giá trị cực hạn εbt,u = 0,00015; (v) quan hệ ứng suất - biến dạng cốt thép theo lý thuyết đàn hồi tuyến tính Từ giả thiết trên, sơ đồ ứng suất biến dạng tiết diện ngang hình thành khe nứt minh họa Hình 2, với A s A s tương ứng diện tích cốt thép vùng chịu kéo chịu nén, σb σbt tương ứng ứng suất bê tông vùng chịu nén chịu kéo, σ s σ s tương ứng ứng suất cốt thép tông vùng chịu kéo chịu nén, εb εbt tương ứng biến dạng bê tông vùng chịu nén chịu kéo, ε s ε s tương ứng biến dạng cốt thép vùng chịu kéo chịu nén Mơ men hình thành khe nứt Mcrc cấu kiện dầm BTCT chịu uốn xác định theo cơng thức (3), Rbt,ser cường độ chịu kéo tính tốn dọc trục bê tơng trạng thái giới hạn thứ hai, 23 Quang, N V., Tân, N N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hình Sơ đồ ứng suất - biến dạng tiết diện chuẩn bị hình thành khe nứt theo tiêu chuẩn Nga SP 63.13330.2012 W pl mô men kháng uốn đàn dẻo tiết diện thớ Mcrc = Rbt,ser W pl (3) Đối với tiết diện chữ nhật, giá trị W pl xác định theo cơng thức (4), hệ số γ lấy 1,3; Wred mô men kháng uốn đàn hồi tiết diện quy đổi xác định theo cơng thức (5), với Ired mơ men qn tính tiết diện quy đổi trục trung hòa, yt khoảng cách từ mép bê tông chịu kéo ngồi đến trục trung hịa tiết diện quy đổi W pl = γWred Wred = (4) Ired yt (5) Mơ men qn tính Ired xác định theo công thức (6), với I, I s I s tương ứng mơ men qn tính tiết diện bê tông, tiết diện cốt thép chịu kéo tiết diện cốt thép chịu nén, α tỷ số mô đun đàn hồi cốt thép mô đun đàn hồi bê tông Ired = I + αI s + αI s (6) Giá trị yt Ared tính theo cơng thức (7) (8) sau: yt = S t,red Ared Ared = A + αA s + αA (7) s (8) 2.3 Mơ men hình thành khe nứt theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 Khi tính tốn khả chống nứt dầm BTCT, tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 [4] đưa số giả thiết sau: (i) tiết diện coi phẳng sau bị biến dạng; (ii) ứng suất bê tông vùng nén xác định có kể đến biến dạng đàn hồi không đàn hồi bê tông; (iii) độ dãn dài tương đối lớn thớ bê tông chịu kéo ngồi có giá trị 2Rbt,ser /Eb ; (iv) ứng suất bê tông vùng kéo xem phân bố có giá trị Rbt,ser Từ giả thiết sơ đồ biến dạng ứng suất tiết diện bê tông tiết diện chuẩn bị hình thành khe nứt trình bày Hình Từ phương trình cân lực dọc mơ men tìm khả chống nứt cấu kiện chịu uốn công thức (9), với Rbt,ser cường độ chịu kéo tính tốn dọc trục bê tông, W pl mô men 24 Quang, N V., Tân, N N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hình Sơ đồ ứng suất - biến dạng tiết diện chuẩn bị hình thành khe nứt theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 kháng uốn tiết diện thớ chịu kéo có xét đến biến dạng khơng đàn hồi bê tơng vùng kéo tính cơng thức (10) Mcrc = Rbt,ser W pl W pl = Ib0 + αI s0 + αI s0 h−x (9) + S b0 (10) Ib0 , I s0 I s0 mơ men qn tính trục trung hịa diện tích vùng bê tơng chịu nén, diện tích cốt thép chịu kéo diện tích cốt thép chịu nén; S b0 mơ men tĩnh trục trung hịa diện tích vùng bê tông chịu kéo; x chiều cao vùng nén thời điểm hình thành khe nứt tính công thức (11) x= 2αA s a + 2αA s (h − a) + bh2 (2αA s + 2αA s + 2bh) (11) Đối với tiết diện chữ nhật, cho phép lấy giá trị gần W pl = 1,8Wred Khi tính tốn mơ men hình thành khe nứt tiêu chuẩn áp dụng kể đến làm việc bê tông vùng kéo, nhiên sơ đồ ứng suất biến dạng tiết diện dựa giả thuyết khác Tiêu chuẩn TCVN 5574:2012 giả thiết ứng suất bê tơng vùng kéo có dạng hình chữ nhật, SP 63.13330.2012 giả thiết hình thang, tiêu chuẩn ACI 318-14 tính tốn dạng tam giác Do đó, giá trị mơ men kháng uốn khác nhau, dẫn tới giá trị mơ men hình thành khe nứt khác Nghiên cứu thực nghiệm xác định tải trọng gây nứt dầm BTCT 3.1 Mẫu thí nghiệm Thí nghiệm thực mẫu dầm BTCT chiều dài L = 2200 mm, tiết diện hình chữ nhật kích thước B × H = 120 × 200 mm Trong nghiên cứu này, để bỏ qua làm việc cốt thép vùng chịu nén, dầm thí nghiệm sử dụng cốt thép dọc chịu nén thép φ6 Sáu dầm thí nghiệm chia làm ba nhóm dầm ký hiệu D1, D2 D3 Mỗi nhóm gồm dầm với cốt thép chịu kéo 2φ8, 2φ10, 2φ12, tương ứng với hàm lượng cốt thép 0,45%, 0,71% 1,02% Thép đai thép trịn trơn, có đường kính danh nghĩa φ6 Khoảng cách cốt đai đoạn hai điểm đặt lực φ6a150, đoạn cịn lại φ6a60 Cấu tạo dầm thí nghiệm điển hình minh họa Hình Hình mơ tả quy trình chế tạo dầm thí nghiệm 25 Quang, N V., Tân, N N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hình Cấu tạo chi tiết dầm thí nghiệm điển hình (a) Gia cơng lồng thép dầm thí nghiệm (b) Dán tem điện trở (strain gauge) đo biến dạng cốt thép (c) Đổ bê tơng dầm thí nghiệm Hình Q trình chế tạo dầm thí nghiệm 3.2 Vật liệu sử dụng Các dầm thí nghiệm chế tạo bê tơng có cấp độ bền thiết kế B22,5 Thành phần cấp phối vật liệu bê tơng trình bày Bảng Trong q trình đổ bê tơng dầm thí nghiệm, mẫu bê tơng hình lập phương có kích thước 150 × 150 × 150 mm chế tạo bảo dưỡng điều kiện khí hậu phịng thí nghiệm, để xác định cường độ chịu nén thực tế bê tông 28 ngày tuổi theo tiêu chuẩn TCVN 3118:1993 [6] Đồng thời, mẫu bê tơng hình trụ có kích thước D × H = 150 × 300 mm chế tạo, để làm thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi bê tông Bảng Thành phần cấp phối vật liệu chế tạo bê tông [kg/m3 ] Xi măng PCB30 [kg] Cát vàng [kg] Đá 1×2 [kg] Nước [kg] N/X 430 597 1207 197 0,46 Tương tự, cốt thép dọc sử dụng, thí nghiệm kéo thực tổ mẫu thép theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 197-1:2014 [7] để xác định cường độ chảy thép Những kết thí nghiệm thu tiêu lý bê tông cốt thép tổng hợp Bảng 2, Rm (MPa) cường độ chịu nén trung bình bê tơng, Eb (MPa) mô đun đàn hồi bê tông, fy (MPa) giới hạn chảy cốt thép Mỗi tiêu đặc trưng giá trị trung bình (m), độ lệch chuẩn (s) hệ số biến động cv (%) 26 Quang, N V., Tân, N N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Các tính chất lý bê tông cốt thép Chỉ tiêu Mẫu thí nghiệm Kết thí nghiệm Giá trị trung bình (m) Độ lệch chuẩn (s) Hệ số biến động (cv, %) Cường độ chịu nén bê tông (Rm , MPa) 31,4 28,2 29,2 29,6 1,6 5,5 Mô đun đàn hồi bê tông (Eb , MPa) 30600 33600 27600 30600 3000 9,8 Giới hạn chảy cốt thép ( fy , MPa) φ8 φ10 φ12 374 – 410 – 410 329 – 341 – 341 407 – 412 – 412 398 337 410 20,7 7,3 3,1 5,2 2,2 0,7 3.3 Sơ đồ thí nghiệm uốn dầm BTCT Đối với dầm thí nghiệm, thí nghiệm uốn dầm đơn giản thực theo sơ đồ uốn bốn điểm minh họa Hình Dầm thí nghiệm chịu tác dụng hai lực tập trung P, khoảng cách từ gối tựa đến điểm đặt lực L1 = 650 mm, khoảng cách hai điểm đặt lực L2 = 500 mm Tải trọng tạo kích thủy lực đo đạc thiết bị đo lực điện tử (load-cell) Độ võng dầm thí nghiệm xác định thông qua ba dụng cụ đo chuyển vị, ký hiệu LVDT1, LVDT2 LVDT3, bố trí vị trí hai gối tựa dầm Biến dạng bê tông vùng nén đo đạc dụng cụ đo chuyển vị, ký hiệu LVDT4, bố trí mặt dầm hai điểm đặt lực, với chiều dài chuẩn đo l = 200 mm Biến dạng bê tông vùng kéo đo đạc dụng cụ đo chuyển vị, ký hiệu LVDT5, bố trí mặt dầm, với chiều dài chuẩn đo l = 500 mm (bằng khoảng cách hai điểm đặt lực) Tất thiết bị dụng cụ đo kết nối với xử lý số liệu Data - Logger TDS 530 máy tính để đo đạc số liệu cách tự động liên tục q trình thí nghiệm Tải trọng tác dụng tăng với tốc độ đồng đều, khơng gây lực xung lên kết cấu thí nghiệm, dầm bị phá hoại dừng lại Các tham số nhận q trình thí nghiệm bao gồm: (i) lực tác dụng lên dầm, (ii) biến dạng cốt thép vùng kéo, (iii) biến dạng bê tơng vùng kéo, (iv) chuyển vị dầm Hình Thí nghiệm uốn bốn điểm dầm BTCT 27 Quang, N V., Tân, N N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Phân tích đánh giá kết tải trọng gây nứt dầm BTCT 4.1 Biểu đồ quan hệ tải trọng độ võng dầm thí nghiệm Những số liệu thí nghiệm thu cho phép xây dựng biểu đồ quan hệ tải trọng độ võng dầm thí nghiệm Hình giới thiệu biểu đồ quan hệ tải trọng độ võng cho tất dầm thí nghiệm, bao gồm: - Nhóm mẫu D1: gồm hai dầm, ký hiệu D1.1 D1.2, có hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo 0,45% cấu tạo lớp cốt thép 2φ8; - Nhóm mẫu D2: gồm hai dầm, ký hiệu D2.1 D2.2, có hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo 0,71% cấu tạo lớp cốt thép 2φ10; - Nhóm mẫu D3: gồm hai dầm, ký hiệu D3.1 D3.2, có hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo 1,02% cấu tạo lớp cốt thép 2φ12 Hình Biểu đồ quan hệ tải trọng độ võng dầm thí nghiệm Hình Biểu đồ quan hệ tải trọng độ võng dầm giai đoạn hình thành khe nứt Trong nhóm dầm, biểu đồ quan hệ tải trọng độ võng tương đối trùng khớp hai dầm thí nghiệm Điều chứng tỏ kết thu chịu ảnh hưởng biến động tính chất lý vật liệu bê tông thép Ứng xử dầm thí nghiệm tuân theo ứng xử chịu uốn dầm đơn giản làm việc chịu uốn, gồm ba giai đoạn làm việc chính: - Giai đoạn dầm làm việc trước xuất khe nứt: mối quan hệ ứng suất biến dạng σ - ε tuyến tính; - Giai đoạn dầm làm việc sau xuất khe nứt đến cốt thép bị chảy dẻo: xuất khe nứt, mối quan hệ ứng suất biến dạng σ - ε phi tuyến, độ dốc biểu đồ tải trọng độ võng bị giảm so với giai đoạn Khe nứt xuất vùng dầm (giữa hai điểm đặt lực) Khi tải trọng tiếp tục tăng, số lượng khe nứt xuất nhiều hai phía gối tựa, chiều dài khe nứt phát triển phía vùng bê tông chịu nén dầm, bề rộng khe nứt tiếp tục tăng; - Giai đoạn dầm bị phá hoại: tải trọng tác dụng lên dầm không tăng, độ võng dầm tăng nhanh, tương ứng với giai đoạn cốt thép bị chảy dẻo Dầm xác định bị phá hoại bê tông vùng nén bị phá vỡ Hình phóng to giai đoạn đầu biểu đồ tải trọng độ võng số dầm điển hình để thấy rõ thay đổi ứng xử dầm thí nghiệm trước sau hình thành khe nứt Tại điểm hình thành khe nứt biểu đồ thay đổi độ dốc, xác định tải trọng gây nứt (ký hiệu Pcrc ) độ võng dầm thời điểm Bảng tổng hợp đặc trưng dầm thí 28 Quang, N V., Tân, N N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng nghiệm xác định từ biểu đồ tải trọng độ võng, bao gồm: tải trọng gây nứt, tải trọng phá hoại, độ võng tương ứng khe nứt đầu tiên, độ võng lớn Bảng Những đặc trưng ứng xử chịu uốn dầm thí nghiệm Dầm thí nghiệm Tải trọng gây nứt Pcrc (kN) Độ võng xuất khe nứt fcrc (mm) Tải trọng phá hoại P ph (kN) Độ võng lớn f ph (mm) D1.1 D1.2 D2.1 D2.2 D3.1 D3.2 7,8 7,9 8,4 8,4 8,8 8,9 0,73 0,81 0,74 0,79 0,81 0,72 18,3 18,6 23,6 24,1 41,0 40,9 9,44 8,90 8,10 8,04 8,54 8,42 4.2 So sánh tải trọng gây nứt tính tốn theo tiêu chuẩn thiết kế thực nghiệm Dựa vào giải thuyết công thức lý thuyết nêu mục 2, tải trọng gây nứt tính tốn cho nhóm dầm thí nghiệm theo tiêu chuẩn áp dụng Khi áp dụng tiêu chuẩn Nga SP 63.13330.2012 tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012, cường độ bê tơng tính tốn mẫu hình lập phương Do đó, từ kết thí nghiệm nêu Bảng 2, cường độ chịu nén trung bình có giá trị Rm = 29,6 MPa, cho phép tính tốn cường độ chịu nén đặc trưng (Rch ) cường độ chịu nén tiêu chuẩn (Rb,n ) theo cơng thức (12) (13), S = 1,64 hệ số phụ thuộc vào xác suất đảm bảo lấy 95%, cv = 5,5% hệ số biến động cường độ chịu nén xác định từ thí nghiệm, γkc hệ số kết cấu lấy 0,8 Tiếp đó, cường độ chịu kéo tính tốn dọc trục bê tông (Rbt,ser ) nội suy từ Bảng 12 tiêu chuẩn TCVN 5574:2012 Mặt khác, áp dụng tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-14, cường độ chịu nén đặc trưng bê tơng mẫu hình trụ ( f s ) tính tốn cách lấy cường độ chịu nén đặc trưng mẫu hình lập phương chia cho hệ số 1,2 Những kết quy đổi thơng số vật liệu bê tơng tóm tắt Bảng Rch = Rm (1 − S × cv) (12) Rb,n = γkc Rm (13) Bảng Các đặc trưng cường độ bê tông theo tiêu chuẩn áp dụng TCVN 3118:1993 ACI 318-14 Rm (MPa) fc (MPa) 29,6 22,4 SP 63.13330.2012 TCVN 5574:2012 fr (MPa) Rb,n (MPa) Rbt,ser (MPa) Rb,n (MPa) Rbt,ser (MPa) 2,95 21,5 1,72 21,5 1,72 Những kết tính tốn lý thuyết tổng hợp giới thiệu Hình 9, nhằm so sánh giá trị tính tốn lý thuyết giá trị thực nghiệm Những kết thu rằng, tải trọng gây nứt tất dầm thí nghiệm lớn so với kết tính tốn lý thuyết, điều an tồn tốn thiết kế Tiêu chuẩn SP 63.13330.2012 tính tốn thiên an toàn lớn nhất, tải trọng gây nứt xác định theo thực nghiệm lớn 1,59 đến 1,67 lần so với tải trọng tính tốn lý thuyết Tiếp đó, tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012, tỷ số tải trọng gây nứt tải trọng tính toán 29 Quang, N V., Tân, N N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng lý thuyết có giá trị khoảng 1,16 – 1,20 Trong đó, tỷ số có giá trị khoảng 1,13 – 1,16 tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-14 Do đó, dầm thí nghiệm nghiên cứu này, tiêu chuẩn ACI 318-14 tiêu chuẩn TCVN 5574:2012 cho kết tính tốn gần với giá trị thực nghiệm Hình So sánh tải trọng gây nứt tính toán theo lý thuyết thực nghiệm Đồng thời, kết thu tăng hàm lượng cốt thép từ 0,45% lên 1,02%, tải trọng trung bình hình thành khe nứt tăng từ 7,85 kN lên 8,85 kN, tương đương tăng 12,74% Tỷ lệ kết tính tốn lý thuyết có giá trị khoảng 8,33% đến 10,61% Như vậy, nhận xét rằng, hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo ảnh hưởng đến tải trọng gây nứt 4.3 Giá trị biến dạng cực hạn bê tông vùng kéo hình thành khe nứt Trong tính tốn hình thành khe nứt tiêu chuẩn Nga SP.63.13330.2012 có giả thiết tính tốn bê tơng vùng kéo thớ ngồi thời điểm hình thành khe nứt có giá trị 0,00015 Trong nghiên cứu thực nghiệm này, giá trị biến dạng cực hạn bê tơng vùng kéo trình bày Hình 10 Hình 10 Biến dạng cực hạn bê tơng vùng kéo hình thành khe nứt 30 Quang, N V., Tân, N N / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Khi tải trọng nhỏ, mối quan hệ tải trọng biến dạng bê tông gần đường thẳng, giai đoạn bê tông vùng kéo làm việc gần đàn hồi Khi tải trọng tăng đến hình thành khe nứt, biến dạng bê tơng vùng kéo có dạng phi tuyến, lúc bê tông vùng chịu kéo phát triển biến dạng dẻo bê tông Giá trị biến dạng tương đối thời điểm hình thành khe nứt đạt giá trị 0,00017 Giá trị sát so với giả thiết biến dạng bê tông vùng kéo theo tiêu chuẩn Nga SP 63.13330.2012 Kết luận Trong nghiên cứu này, mơ men hình thành khe nứt dầm BTCT khảo sát thông qua tải trọng gây nứt Theo tính tốn lý thuyết, tải trọng gây nứt dự đoán theo số tiêu chuẩn thiết kế, ACI 318-14, SP 63.13330.2012 TCVN 5574:2012 Đồng thời, nghiên cứu thực nghiệm thực dầm BTCT có hàm lượng cốt thép dọc vùng kéo 0,45%, 0,71% 1,02% Những kết tính tốn lý thuyết so sánh với kết thực nghiệm thu tải trọng gây nứt đưa số kết luận sau: - Các tiêu chuẩn áp dụng kể đến biến dạng bê tông vùng kéo tính tốn mơ men hình thành khe nứt, nhiên dựa giả thiết khác sơ đồ ứng suất – biến dạng tiết diện dầm Theo đó, so sánh với tải trọng gây nứt thu từ thực nghiệm nhận thấy tiêu chuẩn Nga SP 63.2012 tính tốn thiên an tồn nhiều nhất, tiếp đến tiêu chuẩn TCVN 5574:2012 tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-14 - Hàm lượng cốt thép ảnh hưởng khơng đáng kể đến mơ men hình thành khe nứt, cụ thể tăng hàm lượng cốt thép lên 225% giá trị mơ men hình thành khe nứt tăng 8% - Biến dạng cực hạn bê tơng vùng kéo hình thành khe nứt đo đạc thực nghiệm nghiên cứu có giá trị 0,00017 gần với giá trị dự báo tính tốn theo tiêu chuẩn Nga SP 63.2012 0,00015 Lời cảm ơn Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn Phịng thí nghiệm kiểm định cơng trình – Trường Đại Học Xây dựng hỗ trợ để thực nghiên cứu thực nghiệm Tài liệu tham khảo [1] Minh, P Q., Phong, N T., Cống, N Đ (2011) Kết cấu bê tông cốt thép (phần cấu kiện bản) Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [2] ACI 318-14 (2014) Building code Requirements for structural concrete American Concrete Institute [3] SP 63.13330.2012 Concrete and reinfoced concrete structures – Design requirements Viện tiêu chuẩn Nga [4] TCVN 5574:2012 Kết cấu bê tông bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế Bộ Khoa học Công nghệ, Việt Nam [5] Gergely, P., Lutz, L A (1968) Maximum crack width in reinforced concrete flexural members American Concrete Institute, SP20-06, 20:87–117 [6] TCVN 3118:1993 Bê tông nặng – Phương pháp xác định cường độ nén Bộ Khoa học Công nghệ, Việt Nam [7] TCVN 197-1:2014 Vật liệu kim loại – Thử kéo – Phần 1: Phương pháp thử nhiệt độ phịng Bộ Khoa học Cơng nghệ, Việt Nam 31 ... hưởng hàm lượng cốt thép đến tải trọng gây nứt dầm BTCT Nghiên cứu lý thuyết tính tốn mơ men hình thành khe nứt dầm BTCT làm việc chịu uốn 2.1 Tính tốn mơ men hình thành khe nứt theo tiêu chuẩn... thiết làm việc bê tông vùng kéo khác nhau, qua thấy ảnh hưởng giả thiết đến giá trị mơ men hình thành khe nứt Ngoài ra, nghiên cứu thực nghiệm thực dầm bê tông cốt thép có kích thước hình học B×... lượng cốt thép ảnh hưởng không đáng kể đến mơ men hình thành khe nứt, cụ thể tăng hàm lượng cốt thép lên 225% giá trị mơ men hình thành khe nứt tăng 8% - Biến dạng cực hạn bê tông vùng kéo hình thành