Luận án Nghiên cứu lớp mặt cầu bằng bê tông tính năng siêu cao gia cường cốt sợi thép (uhpfrc) trên bản thép trực hướng

1. Lý do lựa chọn đề tài Kết cấu mặt cầu bản thép trực hướng (OSD) với ưu điểm trọng lượng bản thân nhỏ, độ cứng lớn, thi công nhanh, đã được ứng dụng thành công cho hàng ngàn cây cầu trên thế giới. Thực tế khai thác cho thấy, do sự xuống cấp của vật liệu làm lớp phủ, sự gia tăng của tải trọng xe chạy làm xuất hiện các hư hỏng: ở lớp phủ mặt cầu, tại các mối hàn, bản mặt cầu thép, sườn dầm thép. Các hư hỏng này làm giảm chất lượng khai thác và tuổi thọ công trình. Vấn đề đặt ra là tìm biện pháp để tăng cường, sửa chữa, kéo dài tuổi thọ các công trình cầu cũ đã xuất hiện các hư hỏng nêu trên và đề xuất những điều chỉnh trong thiết kế đối với các công trình cầu mới. Xu hướng chung để giải quyết vấn đề này là sử dụng một lại lớp phủ mặt cầu bằng bê tông cốt sợi nhằm tăng độ cứng của kết cấu, giảm ứng suất gây mỏi tại các vị trí bất lợi. Hướng nghiên cứu này đã được nghiên cứu, ứng dụng ở Nhật Bản, Hà Lan, Mỹ, Trung Quốc [44], [46], [50], [73], [77].

pdf27 trang | Chia sẻ: tranhieu.10 | Ngày: 25/07/2018 | Lượt xem: 479 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu lớp mặt cầu bằng bê tông tính năng siêu cao gia cường cốt sợi thép (uhpfrc) trên bản thép trực hướng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐẶNG VĂN SỸ NGHIÊN CỨU LỚP MẶT CẦU BẰNG BÊ TÔNG TÍNH NĂNG SIÊU CAO GIA CƯỜNG CỐT SỢI THÉP (UHPFRC) TRÊN BẢN THÉP TRỰC HƯỚNG Chuyên ngành: Xây dựng công trình đặc biệt Mã số: 62.58.02.06 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2017 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Giao thông vận tải Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS. Phạm Duy Hữu 2. TS. Trần Việt Hùng Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại: Trường Đại học Giao thông vận tải vào hồi .. giờ .. ngày .. tháng .. năm 2017 Có thể tìm hiểu luận án tại: 1. Thư viện Trường Đại học Giao thông vận tải 2. Thư viện Quốc gia 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do lựa chọn đề tài Kết cấu mặt cầu bản thép trực hướng (OSD) với ưu điểm trọng lượng bản thân nhỏ, độ cứng lớn, thi công nhanh, đã được ứng dụng thành công cho hàng ngàn cây cầu trên thế giới. Thực tế khai thác cho thấy, do sự xuống cấp của vật liệu làm lớp phủ, sự gia tăng của tải trọng xe chạy làm xuất hiện các hư hỏng: ở lớp phủ mặt cầu, tại các mối hàn, bản mặt cầu thép, sườn dầm thép. Các hư hỏng này làm giảm chất lượng khai thác và tuổi thọ công trình. Vấn đề đặt ra là tìm biện pháp để tăng cường, sửa chữa, kéo dài tuổi thọ các công trình cầu cũ đã xuất hiện các hư hỏng nêu trên và đề xuất những điều chỉnh trong thiết kế đối với các công trình cầu mới. Xu hướng chung để giải quyết vấn đề này là sử dụng một lại lớp phủ mặt cầu bằng bê tông cốt sợi nhằm tăng độ cứng của kết cấu, giảm ứng suất gây mỏi tại các vị trí bất lợi. Hướng nghiên cứu này đã được nghiên cứu, ứng dụng ở Nhật Bản, Hà Lan, Mỹ, Trung Quốc [44], [46], [50], [73], [77]. Luận án nghiên cứu nhằm: Chế tạo bê tông tính năng siêu cao gia cường cốt sợi (UHPFRC) từ nguồn vật liệu trong nước; xác định mô hình ứng xử uốn; nghiên cứu ứng xử uốn của UHPFRC trên bản thép trực hướng và đề xuất một loại lớp phủ mặt cầu mới trên bản thép trực hướng ở Việt Nam. 2. Mục đích nghiên cứu - Lựa chọn vật liệu, thiết kế thành phần UHPFRC từ các vật liệu sẵn có ở Việt Nam (UHPFRC-V). Xác định tính năng cơ học, mô hình ứng xử uốn của UHPFRC-V từ các thí nghiệm chuẩn. - Nghiên cứu ứng xử uốn của UHPFRC-V trên bản thép, thiết lập mô hình ứng xử uốn của UHPFRC-V trên bản thép để tính toán kết cấu. - Đề xuất mô hình sử dụng UHPFRC-V, đánh giá hiệu quả của giải pháp áp dụng UHPFRC-V trong việc giảm ứng suất, biến dạng kết cấu OSD. 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Ứng xử uốn của UHPFRC-V trên mẫu chuẩn, uốn âm của mặt cắt liên hợp “bản thép - UHPFRC-V”. - Ứng xử cục bộ của kết cấu OSD có lớp phủ bằng UHPFRC-V chịu tải trọng bánh xe bằng phương pháp PTHH. Không xét ảnh hưởng của nhiệt độ trong ứng xử của kết cấu OSD có lớp phủ bằng UHPFRC-V. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án Ý nghĩa khoa học của Luận án: Lựa chọn thành phần UHPFRC-V, xây dựng mô hình ứng xử uốn của UHPFRC-V phục vụ tính toán, phân tích kết cấu. Phân tích ứng xử của UHPFRC-V trên bản thép trực hướng, đề xuất mô hình ứng dụng UHPFRC-V trên mặt cầu thép trực hướng ở Việt Nam. Ý nghĩa thực tiễn của Luận án: Đề xuất mô hình sử dụng UHPFRC-V trên kết cấu OSD, làm tiền đề cho việc nghiên cứu, ứng dụng UHPFRC-V trong xây dựng cầu ở Việt Nam. 5. Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm và ứng dụng phương pháp PTHH trong phân tích kết cấu. 6. Nội dung, kết cấu của luận án Luận án gồm bản thuyết minh 140 trang bao gồm 4 chương, phần mở đầu và phần kết luận và tập Phụ lục 57 trang trình bày các kết quả thí nghiệm, chương trình và kết quả tính toán trong luận án. Chương 1: Tổng quan về UHPFRC và các nghiên cứu ứng dụng trên bản thép trực hướng. Chương 2: Thành phần và tính năng của bê tông tính năng siêu cao gia cường cốt sợi. Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử uốn âm của UHPFRC-V trên bản thép. Chương 4: Phân tích ứng xử kết cấu bản thép trực hướng có lớp phủ UHPFRC-V. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG TÍNH NĂNG SIÊU CAO GIA CƯỜNG CỐT SỢI VÀ CÁC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TRÊN BẢN THÉP TRỰC HƯỚNG 1.1. Mở đầu Bê tông tính năng siêu cao gia cường cốt sợi (UHPFRC) là một loại vật liệu được nghiên cứu và phát triển trên thế giới từ năm 1990, đặc tính của bê tông này là có cường độ nén từ 100 đến hơn 200MPa [16], [70], [71], khả năng chịu uốn, cắt cao, khả năng chịu tác động va chạm, chịu tải trọng lặp rất lớn và có độ bền và sự ổn định lâu dài hơn so với bê tông truyền thống. 1.2. Thành phần, tính năng của UHPFRC 1.2.1. Thành phần của UHPFRC Thành phần vật liệu chủ yếu của UHPFRC bao gồm: Cát quartz, bột quartz, muội silic, sợi thép, phụ gia siêu dẻo và nước. Trong đó: - Xi măng (X): CEM 42,5 I N(thế giới), PC40(Việt Nam), khối lượng (700÷1100) kg/m3, xu hướng sử dụng ≤ 900 kg/m3. - Muội silic: Hàm lượng (10÷30)% khối lượng xi măng, nhiều nghiên cứu kết luận tỷ lệ 25% là tối ưu [30], [60], [69], [70], [71]. - Cát quartz (C): C/X = 0,7 ÷ 1,42. Cỡ hạt 0 ÷ 0,6 mm. - Bột quartz: cỡ hạt tương đương xi măng, được sử dụng để thay thế một phần xi măng, thường không quá 30% lượng xi măng. - Sợi thép: 0÷6 % thể tích của bê tông. Hàm lượng hợp lý là 2% [40], [60], [65], [73]. - Tỷ lệ N/X thường sử dụng từ 0,16 ÷ 0,24. 1.2.2. Tính năng cơ học của UHPFRC Tổng hợp tính năng cơ học của UHPFRC từ các báo cáo ở 3 Hội thảo chuyên đề về UHPC [70], [71], [72] trên Bảng 1.5. 4 Bảng 1.5. Tổng hợp các tính năng cơ học của UHPFRC Tính năng Miền giá trị Cường độ nén (MPa) 100 - 200 Cường độ kéo nứt (MPa) 6 - 10 Mô đun đàn hồi (GPa) 40 - 70 Hệ số poisson 0,2 Hệ số giãn nở nhiệt (10 - 15).10-6/0C Hệ số từ biến 0,2 - 0,8 Đặc trưng từ biến (Specific creep) (6 - 45).10-6/MPa Co ngót tổng (co ngót khô + co ngót nội sinh) 900.10 -6 1.2.3. Tính năng về độ bền của UHPFRC Tính năng độ bền của bê tông được thể hiện thông qua khả năng chống thấm ion clo, thấm nước, cacbonat hóa, độ bền sun phát, các tác động của môi trường biển,... Các nghiên cứu cho thấy với tỷ lệ N/X thấp (0,18 ÷ 0,22) và độ đặc chắc cao, các tính năng độ bền của UHPFRC lớn hơn nhiều so với các loại bê tông truyền thống. 1.3. Mô hình ứng xử uốn thiết kế của UHPFRC Ứng xử uốn thiết kế của UHPFRC được thể hiện bằng biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng khi chịu nén, kéo khi uốn. Cho đến nay, Các Tiêu chuẩn, chỉ dẫn thiết kế kết cấu UHPFRC đã được ban hành ở Pháp AFGC [23], Nhật bản JSCE [59], Australia [40], Mỹ [18]. Ở Việt Nam, đã có những nghiên cứu thực nghiệm về ứng xử cơ học của dầm UHPFRC của Nguyễn Lộc Kha (2011) [5], ứng xử của bản của Nguyễn Công Thắng (2013) [11], Trần Bá Việt và cộng sự (2015) [14]. Tuy nhiên việc nghiên cứu, thiết lập mô hình của UHPFRC Việt Nam còn hạn chế. UHPFRC cũng đã được sử dụng trong cầu Đập Đá (Hậu Giang), cầu Năng An - Xuân Hồi (Ninh Bình). Tuy nhiên, các công trình cầu này được thiết kế theo chỉ dẫn của viện KICT, Hàn Quốc (2014) [72]. 5 1.4. Lớp phủ mặt cầu bản thép trực hướng bằng bê tông cốt sợi 1.4.1. Giới thiệu về mặt cầu trực hướng và lớp phủ mặt cầu Hệ thống kết cấu cầu OSD với hai dạng cấu tạo là: Sườn kín và sườn hở đã được sử dụng thành công cho nhiều công trình cầu trên thế giới. Ở Việt Nam cầu Thăng Long - Hà Nội, cầu Thuận Phước- Đà Nẵng, cầu Cần Thơ cũng sử dụng loại mặt cầu này [12]. Trong kết cấu OSD, lớp phủ có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ kết cấu OSD và đảm bảo cho xe chạy êm thuận qua cầu. Có 3 nhóm vật liệu [36]: Nhóm thứ nhất: Lớp phủ mặt cầu asphalt; Nhóm thứ hai: Lớp phủ mặt cầu polymer; Nhóm thứ ba: Lớp phủ mặt cầu bằng bê tông cốt sợi. 1.4.2. Ứng dụng mặt cầu trực hướng Các ứng dụng kết cấu OSD bao gồm: Cầu dầm, cầu dàn, cầu treo nhịp lớn, thay thế mặt cầu cũ và cầu di động, [12], [36]. 1.4.3. Các hư hỏng của mặt cầu thép trực hướng Hư hỏng trên kết cấu OSD đã được phát hiện và thu hút sự quan tâm trên phạm vi toàn thế giới. Trong số các hư hỏng được quan sát, vết nứt trong bản thép và đường hàn tại nơi giao nhau giữa bản thép và sườn dọc được đánh giá là phổ biến và nghiêm trọng nhất [50], [74], [76] 1.4.4. Các mô hình sử dụng lớp phủ mặt cầu bằng bê tông cốt sợi Để kéo dài tuổi thọ của các cây cầu OSD đã xuất hiện hư hỏng, xu hướng sử dụng lớp phủ mặt cầu bằng bê tông cốt sợi. Các mô hình đã được nghiên cứu: Lớp phủ bằng SFRC dày 75mm, liên kết với bản thép bằng keo epoxy [50]; lớp phủ bằng UHPC 180MPa, liên kết với bản thép bằng keo epoxy rắc cốt liệu thô bô xít 3x4 (mm2) [77]; Lớp phủ lắp ghép bằng UHPFRC 180 MPa dày 35 mm, liên kết với bản thép bằng keo epoxy ở dưới bản lắp ghép [56]; lớp phủ bằng FRC 2% cốt sợi, liên kết với bản thép bằng phun cát bề mặt [74]; lớp phủ bằng UHPFRC 150 MPa, 2% sợi thép, liên kết với bản thép bằng keo epoxy rắc cốt liệu thô [68]. 6 1.4.5. Các nghiên cứu về lớp phủ BTCS trên bản thép trực hướng - Nghiên cứu về dính bám, sự làm việc chung của 2 vật liệu đã được thực hiện thông qua thí nghiệm kéo trực tiếp [36], [46], [68] và thí nghiệm uốn 3 điểm [36], [37], [46]. Kết quả cho thấy, liên kết bằng keo, rắc cốt liệu thô đáp ứng yêu cầu của các Tiêu chuẩn hiện hành. - Thí nghiệm mỏi: Được Buitelaar [30], Murakoshi [50], Marchand [56] thực hiện bằng thí nghiệm tải trọng bánh xe trên mẫu kết cấu lớn và trên mẫu nhỏ chịu uốn âm. Kết quả nghiên cứu cho thấy không xuất hiện hư hỏng do mỏi trên mẫu. 1.5. Xác định vấn đề nghiên cứu của Luận án. 1.5.1. Nhận xét Từ kết quả nghiên cứu tổng quan, các nhận xét được rút ra như sau: - Về thành phần, tính năng và mô hình vật liệu của UHPFRC Chưa có nghiên cứu nào công bố mô hình ứng xử của UHPFRC Việt Nam ứng dụng trong tính toán, phân tích kết cấu trên bản thép trực hướng. - Về dính bám, sự làm việc chung của 2 loại vật liệu Trong các hình thức dính bám nêu trên, liên kết bằng keo epoxy rắc cốt liệu thô sẽ giảm ứng suất tập trung trên mặt cầu, ít tốn thời gian thi công [37], [46], [50], [68], [77]. Loại liên kết này đã áp dụng thực tế ở Hà Lan [27], [37]. - Về khả năng chịu mài mòn, độ bền lâu, sức kháng va chạm. UHPFRC-V với cấu trúc đặc chắc, sử dụng sợi phân tán mịn làm cho khả năng chịu mài mòn, độ bền lâu vượt trội so với các loại bê tông truyền thống. - Về chiều dày của lớp phủ mặt cầu Chiều dày lớp phủ trong các nghiên cứu: 35 ÷ 80 mm. Cần đề xuất chiều dày sử dụng thích hợp với vật liệu là UHPFRC ở Việt Nam. - Về hiệu quả kinh tế - kỹ thuật Kéo dài tuổi thọ, nâng cao khả năng chịu tải của kết cấu cầu trong điều kiện tải trọng ngày càng tăng sẽ mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật tốt. Cần tập trung chứng minh được hiệu quả về mặt kỹ thuật của giải pháp. 7 1.5.2. Các vấn đề đề tài tập trung nghiên cứu - Lựa chọn vật liệu, thiết kế thành phần bê tông UHPFRC-V, xây dựng mô hình ứng xử uốn của UHPFRC-V. - Thực nghiệm ứng xử uốn của lớp phủ mặt cầu bằng UHPFRC-V trên bản thép, xây dựng mô hình ứng xử uốn UHPFRC-V trên bản thép. - Đề xuất mô hình ứng dụng UHPFRC-V cho kết cấu OSD. Đánh giá hiệu quả trong việc giảm ứng suất, biến dạng trong kết cấu mặt cầu. CHƯƠNG 2: THÀNH PHẦN VÀ TÍNH NĂNG CỦA BÊ TÔNG TÍNH NĂNG SIÊU CAO GIA CƯỜNG CỐT SỢI 2.1. Đặt vấn đề Mục tiêu thiết kế: Cường độ nén 110 MPa, mô đun đàn hồi 40GPa, độ chảy 500mm trong điều kiện bảo dưỡng không xử lý nhiệt, phù hợp với điều kiện thi công đổ tại chỗ trên kết cấu mặt cầu OSD. Phương pháp thiết kế thành phần dựa trên lý thuyết tối ưu về độ đặc của De Larrard [50]. Thí nghiệm, phương pháp phân tích được thực hiện theo chỉ dẫn của AFGC [23]. Các nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành tại trường Đại học Giao thông vận tải. 2.2. Vật liệu chế tạo Xi măng PC40; Phụ gia siêu dẻo PolyCarboxylat 3000-20M; muội silic Sikacrete PP1; cát với cỡ hạt lớn nhất là 0,6mm; bột Quartz đường kính hạt trung bình 27,9 m; Sợi thép đường kính D = 0,2 ÷ 0,25 mm, chiều dài 13 mm, giới hạn chảy lớn hơn 2850 MPa. Các vật liệu này đều thỏa mãn các tiêu chuẩn hiện hành, phù hợp để chế tạo UHPFRC. 2.3. Thiết kế thành phần UHPFRC-V. Thành phần UHPFRC-V được thiết kế dựa trên lý thuyết tối ưu hóa độ đặc của Larrard và Sedran[54]. Thành phần UHPFRC-V, Bảng 2.12 với xi măng 900 kg/m3, các vật liệu còn lại theo tỷ lệ khối lượng với xi măng. 8 Bảng 2.11. Thành phần UHPFRC-V theo tỷ lệ khối lượng xi măng Xi măng PC40 Cát quarzt (0-0,63) Bột Quarzt Muội Silic Phụ gia siêu dẻo Sợi thép Nước 1 1,1 0,111 0,25 0,0203 0,178 0,20 2.4. Chế tạo UHPFRC-V Bê tông được chế tạo tại Phòng thí nghiệm Vật liệu xây dựng, Trường Đại học Giao thông vận tải bằng máy trộn cưỡng bức có dung tích 180 lít, mỗi lần trộn 60lít. Các mẫu thí nghiệm cường độ nén, mô đun đàn hồi, uốn 4 điểm được đúc và bảo dưỡng trong điều kiện phòng, không xử lý nhiệt. 2.5. Thí nghiệm cường độ nén, mô đun đàn hồi của UHPFRC-V 2.5.1. Xác định cường độ nén - Cường độ nén 7 ngày trung bình 76,72 MPa, đặc trưng 72,20 MPa. - Cường độ nén 28 ngày trung bình 121,97 MPa, đặc trưng 118,54 MPa. - Cường độ nén 7 ngày bằng 62,9 % cường độ nén 28 ngày tuổi. 2.5.2. Thí nghiệm mô đun đàn hồi Mô đun đàn hồi trung bình của 6 mẫu thử, Ecm = 42548 MPa. 2.6. Thí nghiệm uốn mẫu UHPFRC-V Kết quả thí nghiệm uốn 4 điểm trên 6 mẫu dầm 150x150x600 mm3, thu được 6 biểu đồ tải trọng - độ võng (Hình 2.11). Từ đó xác định được cường độ kéo uốn ở vết nứt đầu tiên (Bảng 2.21) theo chỉ dẫn của AFGC [23] . Hình 2.11. Biểu đồ tải trọng - độ võng từ thí nghiệm uốn 4 điểm SU2 SU1 SU3 SU6SU5SU4 9 Bảng 2.21. Cường độ chịu kéo uốn ứng với vết nứt đầu tiên Tên mẫu P* (kN) * (mm) Biến dạng đàn hồi (.10-6) fct.el (MPa) fct.el.i Trung bình Độ lệch chuẩn Đặc trưng SU1 63.15 0.0564 198 8.42 SU2 66.75 0.0580 209 8.90 SU3 53.63 0.0532 168 7.15 8.01 0.76 6.47 SU4 55.88 0.0508 175 7.45 SU5 65.40 0.0577 205 8.72 SU6 55.43 0.0494 174 7.39 2.7. Xác định ứng xử kéo uốn của UHPFRC-V 2.7.1. Phân tích ngược xác định ứng xử kéo uốn của UHPFRC-V Quan hệ ứng suất - biến dạng của UHPFRC-V được xác định bằng phương pháp phân tích ngược biểu đồ tải trọng - độ võng thí nghiệm uốn 4 điểm (theo chỉ dẫn của AFGC 2013, [23]). Xây dựng chương trình phân tích ngược trên phần mềm Excel. Kết quả phân tích là quan hệ ứng suất biến dạng sau nứt của UHPFRC-V (Hình 2.23), với các giá trị: Cường độ chịu kéo sau nứt 6,88 MPa; cường độ chịu kéo uốn ở vết nứt đầu tiên: fctk,el = 6,47 MPa; biến dạng giới hạn đàn hồi: 0,000168 ÷ 0,000209; biến dạng nơi vết nứt cục bộ bắt đầu mở rộng: 0,00354 ÷ 0,0047. Hình 2.23. Biểu đồ ứng suất - biến dạng trung bình, đặc trưng của 6 mẫu 10 c) Biểu đồ tải trọng - độ võng 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 Tải  trọn g (k N) Độ võng (mm) KQTN mẫu S1 KQTN mẫu S2 KQTN mẫu S3 KQTN mẫu S4 KQTN mẫu S5 KQTN mẫu   S6 Đường trung bình KQTN PTHH (Mô hình (1) ) PTHH (Mô hình (2)) 2.7.2. Mô hình ứng xử kéo uốn của UHPFRC-V: Mô hình ứng xử kéo uốn của UHPFRC-V được xây dựng từ kết quả thí nghiệm uốn 4 điểm theo chỉ dẫn của AFGC (2013) như Hình 2.24. Hình 2.24. Mô hình ứng xử kéo uốn của UHPFRC-V Hình 2.26. Mô hình ứng xử nén của UHPFRC-V 2.7.3. Mô hình ứng xử nén của UHPFRC-V Ứng xử nén được xây dựng từ kết quả thí nghiệm theo chỉ dẫn của AFGC (2013), kết quả thể hiện trên Hình 2.26. 2.7.4. Phân tích bằng phương pháp PTHH Phân tích PTHH để: Kiểm chứng kết quả phân tích ngược; xác định sự phù hợp của phần mềm, loại phần tử, mô hình vật liệu dự kiến sử dụng cho việc phân tích kết cấu ở Chương 4 của Luận án. Kết quả phân tích thí nghiệm uốn 4 điểm bằng PTHH được so sánh với biểu đồ thí nghiệm (Hình 2.28). Kết quả cho thấy có tương quan tốt giữa phân tích PTHH và kết quả thí nghiệm, sai số 4,108% ÷ 13,78 %. Hình 2.28. Kết quả mô hình thí nghiệm uốn 4 điểm bằng Midas Fea  (MPa) 67,17 1.6 3 E = 42,5 GPa Ứn g su ất ( M Pa ) Biến dạng (0/00) Ứn g su ất ( M Pa ) 3,50,11 Biến dạng (0/00) 6,88 4,7 11 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ UỐN ÂM CỦA UHPFRC-V TRÊN BẢN THÉP 3.1. Mở đầu Mục tiêu của Chương 3: - Xác định được quan hệ mô men âm của mặt cắt liên hợp với các giá trị biến dạng kéo và bề rộng vết nứt khác nhau trên lớp phủ bằng UHPFRC-V. - Xác định mô hình ứng xử của UHPFRC-V trên bản thép. Mô hình được kiểm chứng bằng phương pháp PTHH. Mô hình được xây dựng sẽ sử dụng để phân tích ứng xử trên kết cấu OSD kích thước thật ở Chương 4.. 3.2. Mô hình ứng dụng UHPFRC-V trên mặt cầu trực hướng Luận án đề xuất mô hình ứng dụng UHPFRC-V trên bản thép trực hướng (Hình 3.1), với: UHPFRC-V có chiều dày dự kiến: 50, 60, 70mm (tùy theo tải trọng khai thác, cự ly giữa các sườn dọc và yêu cầu thiết kế). Hình 3.1. Mô hình ứng dụng UHPFRC-V trên bản thép trực hướng 3.3. Lựa chọn mô hình thí nghiệm: Luận án tham khảo mô hình thí nghiệm của Murakoshi [50] (Hình 3.2). Hình 3.2. Mô hình thí nghiệm bản liên hợp chịu mô men âm Chiều cao lớp phủ được lựa chọn: hu = 50, 60, 70 mm. 12 3.4. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 3.4.1. Vật liệu chế tạo Vật liệu chế tạo gồm UHPFRC-V có thành phần được thiết kế ở Chương 2 luận án (Bảng 2.11); bản thép kích thước 450x500x12 (mm3); cốt thép 8; Keo epoxy Sikadur 731; đá granite kích cỡ 3x4 (mm2). 3.4.2. Chế tạo mẫu thí nghiệm Cấu tạo các tổ mẫu, nội dung thí nghiệm thể hiện trên Bảng 3.2. Bảng 3.2. Nội dung thí nghiệm uốn mẫu bản liên hợp Tổ mẫu Tên mẫu Bố trí cốt thép Chiều dày UHPFRC-V (mm) Nội dung thí nghiệm S50 S50-1 x 50 Thí nghiệm uốn 3 điểm, thu thập: - Biểu đồ tải trọng - độ võng; - Biểu đồ tải trọng - biến dạng mặt trên UHPFRC-V; - Biểu đồ tải trọng - biến dạng tách lớp; - Quan sát hiện tượng phá hoại. S50-2 x 50 S50-3 x 50 S50.0 S50.0-1 0 50 S50.0-2 0 50 S50.0-3 0 50 S60 S60-1 x 60 S60-2 x 60 S60-3 x 60 S70 S70-1 x 70 S70-2 x 70 S70-3 x 70 Việc chế tạo mẫu thí nghiệm theo các bước sau: Làm sạch bề mặt tấm thép; thi công lớp dính bám Sikadur 731; đổ lớp phủ UHPFRC-V; bảo dưỡng mẫu bằng cách phủ bao tải, tưới nước dưỡng ẩm. 3.5. Phương pháp và trình tự thí nghiệm Hình 3.7. Sơ đồ, hình ảnh gán thiết bị đo lên mẫu Hình ảnh lá dán đo biến dạng 13 Các thiết bị, sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm (Hình 3.7). Thiết bị đo: Cảm biến đo biến dạng mặt trên UHPFRC-V; cảm biến đo biến dạng mặt bên mẫu; đo độ võng; load cell đo lực. Thông số đo được đồng bộ theo thời gian. Tốc độ gia tải tham khảo AFGC, với tốc độ 0,25mm/ phút. 3.6. Kết quả thí nghiệm 3.6.1. Quan sát ứng xử của mẫu bằng trực quan - Các vết nứt đầu tiên, xuất hiện tại vị trí gối kê . - Sự phá hoại của 12 mẫu đều bắt đầu ở gối, chủ yếu phá hoại theo mặt cắt thẳng góc. 3.6.2. Biểu đồ tải trọng - biến dạng kéo lớn nhất của UHPFRC-V Biểu đồ tải trọng - biến dạng kéo lớn nhất trên bề mặt lớp UHPFRC-V của 12 mẫu thử thể hiện trên Hình 3.11. Hình 3.11. Biểu đồ tải trọng - biến dạng mặt trên của UHPFRC-V Phân tích các biểu đồ tải trọng - biến dạng có: Biến dạng ở vết nứt đầu tiên: 197.10-6 ÷ 309.10-6; biến dạng khi vết nứt bắt đầu mở rộng: 3815.10-6 ÷ 6021.10-6. Các giá trị này tương đương với kết quả thí nghiệm ở Chương 2. 14 3.6.3. Biểu đồ tải trọng - độ võng Biểu đồ tải trọng độ võng đo được thể hiện trên hình 3.15. Hình 3.15 cho thấy: Không có bước nhảy trên biểu đồ cho đến khi vết nứt mở rộng như vậy liên kết giữa bản thép và UHPFRC-V vẫn đảm bảo để mặt cắt làm việc liên hợp; việc bố trí cốt thép làm tăng khả năng chịu uốn của các mẫu. Hình 3.15. Biểu đồ tải trọng - độ võng của các tổ mẫu 3.6.4. Quan hệ tải trọng - độ mở rộng vết nứt Quan hệ này (Hình 3.18) được xác định từ biểu đồ tải trọng - biến dạng và biểu đồ tải trọng - độ võng thí nghiệm theo các công thức của AFGC (2
Luận văn liên quan