Nghiên cứu ứng xử cắt của dầm bê tông cường độ cao cốt sợi thép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TRẦN THỊ LÝ NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT SỢI THÉP LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÀ NỘI - 2022 download by : skknchat@gmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TRẦN THỊ LÝ NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT SỢI THÉP Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình đặc biệt Mã số : 9580206 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Phạm Duy Anh TS Đào Văn Dinh HÀ NỘI - 2022 download by : skknchat@gmail.com i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu nêu luận án tơi thực hiện, kết thí nghiệm trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả luận án Trần Thị Lý download by : skknchat@gmail.com ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC VIẾT TẮT, KÝ HIỆU ix MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP VÀ ỨNG XỬ CẮT DẦM BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP 1.1 Lịch sử phát triển bê tông cường độ cao cốt sợi thép 1.1.1 Lịch sử phát triển bê tông cường độ cao 1.1.2 Lịch sử phát triển bê tông cốt sợi thép (BTCST) 1.2 Tính học bê tông cốt sợi thép 11 1.2.1 Lực dính bám sợi thép chất BT, dính bám cốt thép BTCST 11 1.2.2 Cường độ chịu kéo trực tiếp BTCST 13 1.2.3 Cường độ chịu nén 15 1.2.4 Cường độ chịu uốn 16 1.2.5 Độ bền cắt 17 1.2.6 Co ngót từ biến 18 1.2.7 Ảnh hưởng cốt sợi thép đến tính chất học BTCST 18 1.3 Tổng quan nghiên cứu ứng xử cắt dầm BT CST BTCĐC CST nước giới 21 1.4 Kết luận chương 37 Chương NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ BÁO SỨC KHÁNG CẮT CỦA DẦM BTCĐC CST 39 2.1 Sự phá hủy thành phần lực cắt dầm BTCST 39 2.1.1 Sự phá hủy dầm BTCT BTCST 39 2.1.2 Các thành phần tham gia chịu cắt 41 download by : skknchat@gmail.com iii 2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sức kháng cắt dầm BT CST 48 2.2 Các mơ hình dự báo sức kháng cắt dầm BT CST 53 2.2.1 Các mơ hình tiêu chuẩn hành 53 2.2.2 Các mơ hình thực nghiệm 56 2.2.3 Các mô hình bán thực nghiệm: 64 2.3 Xây dựng mơ hình tính tốn sức kháng cắt dầm BTCĐC CST 76 2.3.1 Cơ sở lý thuyết xây dựng mơ hình tính toán sức kháng cắt dầm BTCĐC CST 76 2.3.2 Kế hoạch thí nghiệm xây dựng mơ hình tính tốn cường độ chịu kéo dư (σf) 85 2.3.3 Mơ hình tính tốn sức kháng cắt đề xuất dầm BTCĐC CST sơ đồ khối toán 92 2.4 Kết luận chương 95 Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ CẮT DẦM BTCĐC CST 97 3.1 Mục tiêu thí nghiệm 97 3.2 Thiết kế dầm thí nghiệm 97 3.2.1 Lựa chọn cấu tạo dầm BT CĐC CST thí nghiệm 97 3.2.2 Số lượng dầm, thơng số dầm thí nghiệm 100 3.3 Tính tốn sức kháng cắt dầm thử nghiệm theo mơ hình đề xuất khảo sát yếu tố ảnh hưởng 100 3.3.1 Dự báo sức kháng cắt dầm BTCĐC CST khảo sát hưởng hàm lượng sợi 100 3.3.2 Ảnh hưởng chiều dài sợi 102 3.3.3 Ảnh hưởng chiều cao dầm 102 3.4 Tính tốn tải trọng thí nghiệm 103 3.5 Tiến hành thử nghiệm 104 3.5.1 Chế tạo dầm 104 3.5.2 Tiến hành uốn dầm 105 3.6 Kết phân tích kết 107 download by : skknchat@gmail.com iv 3.6.1 Sức kháng cắt dầm thử nghiệm 107 3.6.2 Phân tích hình thức phá hủy dầm thử nghiệm 108 3.6.3 Phân tích mối quan hệ tải trọng độ võng nhịp 110 3.6.4 Phân tích kết đo biến dạng bê tơng miền nén 111 3.6.5 Kết đo biến dạng cốt dọc chủ 112 3.6.6 Kết đo biến dạng cốt đai 114 3.7 Kết luận chương 115 Chương NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TÍNH TỐN VỀ CẮT CHO DẦM CẦU ĐƯỜNG BỘ SỬ DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT SỢI THÉP 117 4.1 Đặt vấn đề 117 4.2 Giải pháp thiết kế cắt cho dầm cầu dường BTCST 117 4.3 Trình tự thiết kế 120 4.4 Ví dụ tính tốn 123 4.4.1 Số liệu tính tốn 123 4.4.2 Tính tốn nội lực dầm 124 4.4.3 Kết tính tốn 126 4.5 Kết luận chương 126 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: 128 CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 130 TÀI LIỆU THAM KHẢO 131 PHỤ LỤC 1: 142 PHỤ LỤC 2: 153 PHỤ LỤC 3: 158 download by : skknchat@gmail.com v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Ứng xử cốt sợi thép Dramix bê tông 12 Hình 1.2 Thí nghiệm kéo cốt thép trượt khỏi bê tơng[105] 13 Hình 1.3 Biểu đồ úng xuất- biến dạng thí nghiệm kéo trực tiếp mẫu BTCST 14 Hình 1.4 Mẫu thử đồ thị mối quan hệ ứng suất- độ biến dạng sau nứt .14 Hình 1.5 Ứng xử uốn bê tông cốt sợi thép 16 Hình 1.6 Mối liên hệ chiều dài sợi (Lf) độ mở rộng vết nứt (w) với mô men dầm theo tác giả De-Montaignac cộng 19 Hình 1.7 Chiều dài nhịp cắt(a) chiều cao hữu hiệu(d) 25 Hình 1.8 Biểu đồ liên hệ lực tác dụng độ võng dầm BTCST 26 Hình 1.9 Các vết nứt lực cắt gây dầm BT CĐC BTCĐC CST 28 Hình 1.10 Các dạng vết nứt dàm UHPC 31 Hình 1.11 Mơ hình thí nghiệm dầm BTCT DUL sử dụng cốt sợi thép 33 Hình 1.12 Dạng phá hoại dầm BT CĐSC khơng bố trí cốt đai cốt sợi 34 Hình 1.13 Ứng xử cắt dầm BT CĐSC có sợi thép .35 Hình 1.14 Ứng xử cắt dầm BT CĐSC có sợi thép .35 Hình 1.15 Ứng xử cắt dầm BT CĐSC có bố trí cốt đai cốt sợi kết hợp 35 Hình 2.1 Các hình thức phá hủy dầm BTCST khơng cốt đai 40 Hình 2.2 Mơ hình phá hủy dầm BTCST có cốt đai 41 Hình 2.3 Vùng B vùng D dầm thông thường 42 Hình 2.4 Sự phân bố ứng suất cắt bê tơng chưa nứt .42 Hình 2.5 Cơ chế truyền lực bê tông thông qua ma sát bề mặt vết nứt có cốt thép chịu cắt 44 Hình 2.6 Đường cong quan hệ biến dạng trượt cắt ứng suất cắt 45 Hình 2.7 Mơ hình phá hủy học hiệu ứng chốt 46 Hình 2.8 Lớp bê tơng bảo vệ quanh cốt thép 46 Hình 2.9 Biểu đồ ứng suất kéo độ mở rộng vết nứt bê tơng CST 47 Hình 2.10 Sự làm việc bê tông cốt đai mơ hình dàn 48 Hình 2.11 Mơ hình dàn tính tốn chống cắt dầm BTCT 48 download by : skknchat@gmail.com vi Hình 2.12 Đồ thị biểu diễn tương quan ứng suất cắt trung bình tỷ số a/d .49 Hình 2.13 Tương quan ứng suất cắt trung bình chiều cao có hiệu dầm BTCST .50 Hình 2.14 So sánh cường độ chịu cắt thử nghiệm tiêu chuẩn tăng cường độ chịu nén tới 100MPa 51 Hình 2.15 Mơ hình tính tốn cắt dầm BTCĐC CST khơng cốt đai .57 Hình 2.16 Mơ hình tính tốn dầm BTCST theo Lim Oh 60 Hình 2.17 Mơ hình tính tốn sức kháng cắt theo Hai H Dinh cộng 62 Hình 2.18 Sơ đồ úng suất tiết diện .63 Hình 2.19 Mơ hình vết nứt trượt dầm bê tơng cốt sợi thép khơng có cốt đai hình 65 Hình 2.20 Mơ hình vật liệu BTCST 66 Hình 2.21 Mơ hình giàn mềm cải tiến tính tốn cắt Dầm BTCST 66 Hình 2.22 Xác định giá trị   cho dầm không chứa cốt thép đai 72 Hình 2.23 So sánh giá trị β θ sử dụng hai mơ hình MCFT MCFT đơn giản 73 Hình 2.24 Cấu trúc mạng ANN 10 .75 Hình 2.25 Mơ hình ứng xử kéo bê tơng cốt sợi thép theo MCTF 78 Hình 2.26 Phân bố ứng suất tiết diện vết nứt nghiêng .79 Hình 2.27 Hiệu ứng vịm dầm BTCST 82 Hình 2.28 Môi quan hệ lực thống kê phụ thuộc theo cỡ mẫu độ sai khác so với giá trị trung bình 88 Hình 2.29 Hàm phân phối chuẩn cường độ ép chẻ mẫu không sợi sợi ngắn 90 Hình 2.30 Hàm phân phối chuẩn cường độ ép chẻ mẫu khơng sợi sợi dài 90 Hình 2.31 Hàm phân phối chuẩn cường độ ép chẻ mẫu sợi ngắn sợi dài 90 Hình 2.32 Kết xử lý số liệu mẫu sử dụng loại sợi ngắn (lf/df=63.63) 91 Hình 2.33 Kết xử lý số liệu mẫu sử dụng sợi dài (Lf/Df=80) .91 Hình 2.34 Sơ đồ khối tính tốn sức kháng cắt cho dầm BTCĐC CST 94 Hình 3.1 Biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng thí nghiệm kéo cốt dọc chủ .98 download by : skknchat@gmail.com vii Hình 3.2 Bố trí cốt thép vị trí đo biến dạng độ võng uốn dầm BTCĐC CST 99 Hình 3.3 Đồ thị mối tương quan Sức kháng cắt dầm BTCĐC CST cấp 70MPa hàm lượng sợi ngắn (Lf/Df=63.63) .101 Hình 3.4 Sức kháng cắt dầm BTCĐC CST cấp 70MPa sử dụng loại sợi ngắn (65/35) sợi dài (80/60) 102 Hình 3.5 Ván khn đúc dầm BTCĐC CST 105 Hình 3.6 Sơn kẻ ô cho dầm thử nghiệm .105 Hình 3.7 Thí nghiệm uốn dầm 106 Hình 3.8 Sơ đồ bố trí thiết bị đo tải trọng độ võng uốn dầm .106 Hình 3.9 Mơ hình vết nứt uốn dầm Dầm B-0-300-6-300 108 Hình 3.10 Mơ hình vết nứt uốn dầm Dầm B-0.63-300-6-300-SN 109 Hình 3.11 Mơ hình vết nứt uốn dầm Dầm B-1-300-6-300-SN .109 Hình 3.12 Mơ hình vết nứt uốn dầm Dầm B-0.63-300-6-300-SD 109 Hình 3.13 Mơ hình vết nứt uốn dầm Dầm A-0-300-6-300 .110 Hình 3.14 Mơ hình vết nứt uốn dầm Dầm B-0.63-300-6-300-SN 110 Hình 3.15 Đồ thị quan hệ tải trọng độ võng nhịp dầm H400mm .111 Hình 3.16 Đồ thị tải biến dạng bê tông miền nén dầm H400mm .112 Hình 3.17 Đồ thị quan hệ lực cắt biến dạng cốt dọc chủ vị trí D1(dầm H400mm) 113 Hình 3.18 Đồ thị lực cắt biến dạng cốt dọc chủ vị trí D2 (dầm H400mm) 113 Hình 3.19 Đồ thị quan hệ lực cắt biến dạng cốt đai vị trí T1 (με) 114 Hình 3.20 Đồ thị quan hệ lực cắt biến dạng cốt đai vị trí T2 (μƐ) 115 Hình 4.1 Đồ thị quan hệ tải trọng độ mở rộng vết nứt 118 Hình 4.2 Ứng xử mềm (a) cứng (b) kéo dọc trục 118 Hình 4.3 Mẫu dầm xác định cường độ chịu kéo uốn 119 Hình 4.4 Giá trị Sx cốt dọc tập trung khơng tập trung 123 Hình 4.5 Kích thước dầm .123 Hình 4.6 Biểu đồ bao mô men dầm BTCĐC CST tải trọng HL93 124 Hình 4.7 Phương án cốt thép cho dầm BTCĐC CST 125 Hình 4.8 Biểu đồ bao lực cắt dầm BTCĐC CST tải trọng HL93 125 download by : skknchat@gmail.com viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Phương trình tương thích biến dạng, phương trình cân mơ hình ứng suất biếng dạng MCFT cho đầm BTCT [47] .69 Bảng 2.2 Phương trình tương thích biến dạng, phương trình cân mơ hình ứng suất biếng dạng MCFT cho đầm BTCST [61] 77 Bảng 2.3 Kết tính tốn số lượng mẫu tổ mẫu Minitab V17 88 Bảng 2.4 Số lượng kích thước mẫu ép chẻ mẫu nén .89 Bảng 3.1 Kết thí nghiệm kéo thép đai 99 Bảng 3.2 Các thông số thiết kế dầm thử nghiệm .100 Bảng 3.3 Kết tính tốn sức kháng cắt dầm BT CĐC CST theo mơ hình đề xuất (Sợi ngắn) .101 Bảng 3.4 So sánh ứng suất cắt trung bình dầm BTCĐC CST dầm có H=400mm H=450mm .103 Bảng 3.5 Bảng tải trọng tính tốn theo lực cắt mô men tới hạn 104 Bảng 3.6 So sánh kết thử nghiệm mơ hình lý thuyết 107 Bảng 4.1 Kết tính tốn cốt đai cho dầm BTCST dùng sợi dài 126 Bảng 4.2 Kết tính tốn cốt đai cho dầm BTCST dùng sợi ngắn 126 download by : skknchat@gmail.com 146 Lượng điều chỉnh nước trộn = (rc - 35) x 4.72 = (36 - 35) x 4.72 = 4.72 (lít/m3) Do tổng lượng nước trộn cần thiết cho m3 bê tông là: 184 + 4.72 = 188.72 (lít/m3) (Lượng nước nhào trộn yêu cầu bao gồm nước phụ gia chậm ninh kết, không bao gồm nước phụ gia giảm nước siêu dẻo) Bước 5: chọn tỷ lệ w/c+p (tỷ lệ nước/ckd) Trong hỗn hợp bê tông cường độ cao, vật liệu chất kết dính khác xi măng; muội silic sử dụng Tỉ lệ N/X tính tốn cách chia khối lượng nước pha trộn tổng khối lượng xi măng muội silic Do có sử dụng phụ gia siêu dẻo giảm nước(HRWR) nên tỉ lệ N/CKD theo tiêu chuẩn tra theo ACI 211.4R-08 Bảng Với cường độ chịu nén ngồi cơng trường f’crc= 82 (MPa); Tỉ số N/CKD nội suy tuyến tính là: 0.2743 Bảng Bảng tra tỷ lệ N/CKD cao cho bê tơng có khơng dùng phụ gia giảm nước cao Tỷ lệ N/CKD Cường độ trung bình yêu cầu, f’cr, MPa Cốt liệu thô cỡ lớn nhất, mm 9.5 (1) (2) 12.5 (1) (2) 19 (1) 25 (2) (1) (2) 62 28 ngày 56 ngày 0.38 0.30 0.36 0.29 0.35 0.29 0.34 0.28 0.42 0.33 0.39 0.32 0.37 0.31 0.36 0.30 69 28 ngày 56 ngày 0.33 0.26 0.32 0.26 0.31 0.25 0.30 0.25 0.37 0.29 0.35 0.28 0.33 0.27 0.32 0.26 76 28 ngày 56 ngày 0.30 0.33 - 0.29 0.31 - 0.27 0.29 - 0.27 0.29 - 28 ngày 0.27 - 0.26 - 0.25 - 0.25 - 56 ngày 0.30 - 0.28 - 0.27 - 0.26 - 83 Bước 6: Tính tốn hàm lượng chất kết dính Với tỷ lệ w/c = 0.2743 lượng nước tính sơ w = 188.72 lít/m3  lượng chất kết dính là: w = 188.72/0.2743 = 688 kg/m3 download by : skknchat@gmail.com 147 Tuy nhiên hỗn hợp sở chất kết dính có xi măng lượng xi măng vượt lượng xi măng tiêu chuẩn cho phép Theo mục 6.5.8 TCVN 103062014, tổng lượng xi măng muội silic thường dùng cho bê tông cường độ cao không vượt 593 kg/m3 ACI 211.4R-08 mục 7.1.1 quy định tổng lượng xi măng muội silic từ 600-850 lb/yd3 (353-500 kg/m3) Vì chọn lượng chất kết dính thực tế dùng 1m3 bê tông thiết kế là: CKD = 593 kg/m3 →Với tỉ lệ 0.2743 lượng nước tương ứng cần dùng cho hỗn hợp là: N = 0.2743 x593 = 162.66 kg/m3 Bước 7: Xác định tỷ lệ hỗn hợp sở sử dụng chất kết dính xi măng Bảng Thể tích loại vật liệu trừ cát Xi măng = 593/(3.10 x 103) 0.1912 (m3) Cốt liệu thô = 1051/(2.89 x 103) 0.3636 (m3) Nước = 162.66/1000 0.1626 (m3) 0.02 (m3) Khơng khí 0.7374 (m3) Tổng thể tích Do thể tích cần thiết cát m3 bê tông là: Vc = (1-Vclt -Vkk - Vxm - Vn) = (1 - 0.7374) = 0.2626 m3 Khối lượng cát: 0.2626 x 2.65 x1000 = 696 kg Bảng Bảng quy đổi khối lượng hỗn hợp sở Xi măng 593 kg Cát khô 696 kg Cốt liệu lớn, Nước khô 1051 kg 162.66 lít Tỷ lệ Đ/C=1.5 < đạt yêu cầu Bước 8: Chọn hàm lượng tối ưu MS cho bê tông Thay lượng xi măng hỗn hợp 5, 10, 15 % MS ta có cơng thức bê tơng Từ đúc mẫu tương ứng để xác định hàm lượng TB tối ưu download by : skknchat@gmail.com 148  Hỗn hợp đồng dạng số thay 5% xi măng MS: Do thiết kế bê tông tuổi 28 ngày nên lượng tro bay xi măng cần dùng là: Muội silic = 0.05 x 593 = 30 kg Xi măng = 593 - 30 = 563 kg Bảng Thể tích thành phần hỗn hợp cho m3 hỗn hợp đồng dạng Xi măng = 563/(3.10 x 103) 0.1816 m3 Cốt liệu thô = 1051/(2.89 x 103) 0.3636 (m3) Nước = 162.66/1000 0.1626 (m3) Muội silic = 30/(2.2 x 103) 0.0136 m3 Khơng khí 0.02 (m3) Cát = - Vclt - Vkk - Vxm - Vms - Vn 0.2786 m3 Bảng Thành phần cho 1m3 bê tông chưa hiệu chỉnh hỗn hợp đồng dạng Xi măng 563 kg Cát khô 685 kg Cốt liệu lớn, khơ 1051 kg Nước 163 lít PG (sử dụng 1.1% theo khuyến cáo nhà sản xuất) 6.19 lít MS (5%) 30 kg  Hỗn hợp đồng dạng số thay 10% xi măng MS: Do thiết kế bê tông tuổi 28 ngày nên lượng tro bay xi măng cần dùng là: Muội silic = 0.1 x 593 = 59 kg Xi măng = 593 - 59 = 534 kg Bảng Thể tích thành phần hỗn hợp cho m3 hỗn hợp đồng dạng Xi măng = 534/(3.10 x 103) 0.1722 m3 Cốt liệu thô = 1051/(2.89 x 103) 0.3636 (m3) Nước = 162.66/1000 0.1626 (m3) Muội silic = 59/(2.2 x 103) 0.0268 m3 Khơng khí 0.02 (m3) Cát = - Vclt - Vkk - Vxm - Vms - Vn 0.2548 m3 download by : skknchat@gmail.com 149 Bảng Thành phần cho 1m3 bê tông chưa hiệu chỉnh hỗn hợp đồng dạng Xi măng 534 kg Cát khô 675 kg Cốt liệu lớn, khô 1051 kg Nước 163 lít PG (sử dụng 1.1% theo khuyến cáo nhà sản xuất) 5.87 lít MS (10%) 59 kg  Hỗn hợp đồng dạng số thay 15% xi măng MS: Do thiết kế bê tông tuổi 28 ngày nên lượng tro bay xi măng cần dùng là: Muội silic = 0,15 x 593 = 89 kg Xi măng = 593 - 89 = 504 kg Bảng 10 Thể tích thành phần hỗn hợp cho m3 hỗn hợp đồng dạng Xi măng = 504/(3.10 x 103) 0.1625 m3 Cốt liệu thô = 1051/(2.89 x 103) 0.3636 (m3) Nước = 162.66/1000 0.1626 (m3) Muội silic = 89/(2.2 x 103) 0.040 m3 Khơng khí 0.02 (m3) Cát = - Vclt - Vkk - Vxm - Vms - Vn 0.2513 m3 Bảng 11 Thành phần cho 1m3 bê tông chưa hiệu chỉnh hỗn hợp đồng dạng Xi măng 504 kg Cát khô 666 kg Cốt liệu lớn, khơ 1051 kg Nước 163 lít PG (sử dụng 1.1% theo khuyến cáo nhà sản xuất) 5.54 lít MS (15%) 89 kg Bước 9: Kiểm tra hỗn hợp thực nghiệm Chọn phụ gia siêu dẻo Viscocrete 3000-20M gốc Polycarboxylate hãng Sika làm vật liệu chế tạo với đặc tính kỹ thuật sau: download by : skknchat@gmail.com 150 Bảng 12 Đặc tính kỹ thuật phụ gia Viscocrete 3000-20M: Chỉ tiêu chất lượng SIKA V-3000 Đơn vị Hàm lượng sủ dụng cho 100 kg xi măng 1-1.5 lít Tăng độ dẻo so với bê tông không dùng PG 12-20 cm Giảm lượng nước so với bê tông không dùng PG 20-40 % Tăng cường độ so với BT không dùng phụ gia 25-50 % cm Duy trì độ sụt 90 phút Khối lượng mẻ trộn hỗn hợp thử điều chỉnh để đạt độ sụt trước sau cho thêm phụ gia giảm nước siêu dẻo (HRWR) đạt tính cơng tác mong muốn Các tiêu thí nghiệm kiểm tra thực nghiệm Bảng 13 Bảng 13.Các tiêu thí nghiệm Tên thí nghiệm TT Tiêu chuẩn Việt Nam Độ sụt Cường độ chịu nén TCVN 3118-93 TCVN 3105-93 ASTM ASTM C143 ASTM C39 Bước 10: Lựa chọn tỷ lệ hỗn hợp tối ưu Sau trộn thí nghiệm để xác định hỗn hợp thành phần bê tông cường độ cao lựa chọn tối ưu với hàm lượng muội silic 10%(Bảng 14) Bảng 14 Thành phần bê tông cường độ cao lựa chọn Xi măng 534 kg Cát khô 675 kg Cốt liệu lớn, khô 1051 kg Nước 163 lít PG (sử dụng 1.1% theo khuyến cáo nhà sản xuất) 5.87 lít MS (10%) 59 kg Kết hợp sử dụng bê tông cường độ cao có f’c = 70 MPa với sợi thép Dramix Sợi thép sản xuất từ thép cac bon hay thép không gỉ, cường độ chịu kéo khoảng 345-1380MPa, môđun đàn hồi khoảng 200GPa, tiết diện sợi thép download by : skknchat@gmail.com 151 trịn, vng, chiều dài sợi thép thường nhỏ 75mm tỉ số chiều dài sợi đường kính sợi Lf/Df từ 30-l00, sử dụng để gia cường cho BTXM Luận án sử dụng loại sợi thép uốn móc đầu hãng Bekaert, Dramix 3D 80/60 BG có cường độ 1225MPa Dramix 3D 65/35 BG có cường độ 1345MPa thí nghiệm theo tiêu chuẩn DIN 17140D9 EN 10016-2-C9D với hàm lượng cacbon thấp (Hình 1) Hình Sợi thép Dramix 3D 80/60 BG Dramix 3D 65/35 BG Các thơng số kỹ thuật sợi là: hình dáng, tính chất học hóa học, khối lượng, chiều dài đường kính cốt sợi Sau thơng số loại sợi thép Dramix uốn móc hai đầu sử dụng để nghiên cứu (Bảng 15) Bảng 15 Thông số sợi thép Dramix 3D 65/35 BG Dramix 3D 80/60 BG Thông số kỹ thuật Đường kính sợi (Df) Chiều dài sợi (Lf) 3D 65/35 BG 3D 80/60 BG Ghi 0.55mm ± 0,04mm 0.75mm ± 0,04mm 35mm ± 2mm 60mm ± 2mm Tỉ số hình học (Lf/Df) 66.6 80 Chiều dài móc (l l’) - mm - mm Chiều sâu móc (h h’) 3.5mm + 0.3mm 3.5mm + 0.3mm Góc uốn (α α’) 45o 45o Góc xoắn sợi < 30o Độ bền kéo 1345MPa 1225MPa Tiêu chuẩn ASTM A820/A820M-04 EN 14889-1 ASTM A820/A820M-04 EN 14889-1 Luận án tiếp tục nghiên cứu việc kết hợp sử dụng sợi thép hỗn hợp bê tông cường độ cao, phạm vi khảo sát hàm lượng sợi thép từ 0.63 đến 1.5% download by : skknchat@gmail.com 152 Khi bổ sung cốt sợi thép vào thành phần hỗn hợp bê tông cường độ cao, thể tích cát sơng điều chỉnh giảm lượng hàm lượng sợi (theo thể tích) Chi tiếp cấp phối bê tơng cường độ cao có f’c = 70 MPa kết hợp với sợi thép Dramix ứng với hàm lượng sợi khác thể Bảng 16, Bảng 17, Bảng 18 Bảng 16 Thành phần cho 1m3 bê tông cường độ cao kết hợp với 0.63% sợi thép Xi măng 534 kg Cát khô 658.31 kg Cốt liệu lớn, khô 1051 kg Nước 163 lít PG (sử dụng 1.1% theo khuyến cáo nhà sản xuất) 5.87 lít MS (10%) 59 kg Sợi thép (0.63%) 49.5kg Bảng 17 Thành phần cho 1m bê tông cường độ cao kết hợp với 1% sợi thép Xi măng 534 kg Cát khô 648.5 kg Cốt liệu lớn, khơ 1051 kg Nước 163 lít PG (sử dụng 1.1% theo khuyến cáo nhà sản xuất) 5.87 lít MS (10%) 59 kg Sợi thép (1%) 78.5kg Bảng 18 Thành phần cho 1m3 bê tông cường độ cao kết hợp với 1.5% sợi thép Xi măng 534 kg Cát khô 635.25 kg Cốt liệu lớn, khô 1051 kg Nước 163 lít PG (sử dụng 1.1% theo khuyến cáo nhà sản xuất) 5.87 lít MS (10%) 59 kg Sợi thép (1.5%) 117.75kg download by : skknchat@gmail.com 153 PHỤ LỤC 2: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU ÉP CHẺ CỦA BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP CẤP 70 MPA Tiến hành thí nghiệm  Đúc mẫu bảo dưỡng: Sử dụng thiết bị cân điện tử Cân có độ xác cao Các vật liệu thành phần cân theo mẻ trộn để đảm bảo xác khối lượng thành phần Khối lượng vật liệu thành phần cấp phối bê tông lấy theo bảng 9, bảng 13, bảng 14, bảng 15 Tính khối lượng cho mẻ trộn để khay hình Hình Chuẩn bị vật liệu Sử dụng máy trộn cưỡng Hình Cân vật liệu thành phần, điều chỉnh lượng nước vật liệu bị ẩm Tiến hành trộn theo quy trình trộn bê tông CĐC bê tông CST hướng dẫn tài liệu [12], [13], [15], [37] Hình Trộn hỗn hợp bê tông cốt sợi máy trộn cưỡng download by : skknchat@gmail.com 154 Tiến hành đúc mẫu, sử dụng khn thép kích thước 15X30cm2 theo tiêu chuẩn ASTM C496 Quản lý mẫu nhãn dán đánh dấu Hình Chuẩn bị ván khn, đúc mẫu Sau 24h đúc mẫu, tiến hành tháo ván khuôn bảo dưỡng mẫu điều kiện tiêu chuẩn 28 ngày, vớt mẫu Các mẫu bảo dưỡng quản lý theo cấp phối ngày đúc Hình Bảo dưỡng mẫu 28 ngày  Nén mẫu Máy nén 2000KN (Hình 5) sử dụng để ép mẫu, mẫu thí nghiệm sau 28 ngày bảo dưỡng điều kiện tiêu chuẩn Kết ép mẫu xác định cường độ chịu kéo gián tiếp Kết sử lý để có hàm quan hệ cường độ chịu ép chẻ với hàm lượng sợi hệ số hính dạng sợi Hình Ép mẫu trụ BTCST download by : skknchat@gmail.com 155 Kết thí nghiệm Q trình ép mẫu cho thấy loại mẫu có sợi thép sau bê tông nứt, cốt sợi thép tiếp tục chịu lực, cường độ mẫu tiếp tục tăng (Hình 6) đồ thể mối quan hệ lực nén thời gian Qua quan sát hầu hết đồ thị tất mẫu ép chẻ cho thấy: Khi lực ép đạt tới giá trị khoảng 500KN-540KN bê tơng bắt đầu nứt Các mẫu có thời điểm bắt đầu nứt giống nhau(do cấp bê tông) Sau nứt, sợi thép bắt đầu tham gia chịu lực, lực tiếp tục tăng mẫu phá hoại 640 480 KN Lực tác dụng ép mẫu, 800 320 160 0 60 120 180 240 300 Thời gian, s Hình Đồ thị liên hệ lực phá hoại thời gian ép chẻ mẫu trụ BTCST Kết 105 mẫu trụ BTCST (kích thước 15cm*30cm) cấp 70MPa với hàm lượng sơi khác cho hai loại sợi đúc ép vỡ Kết thu cường độ chịu ép chẻ (kéo bửa) Bảng download by : skknchat@gmail.com 156 Bảng Kết cường độ chịu ép chẻ mẫu trụ tuổi 28 ngày tổ mẫu KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ KÉO KHI BỬA CP0-F'C70 (KHÔNG SỢI) Ký hiệu mẫu Chiều dài mẫu L - mm Đường kính mẫu D - mm M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14 M15 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 Lực bửa đôi viên mẫu - kN 427.5 320.0 343.5 341.0 342.5 365.0 347.0 488.5 385.0 458.0 444.5 435.5 389.0 441.5 493.0 Cường độ chịu kéo bửa - MPa 6.05 4.53 4.86 4.82 4.85 5.16 4.91 6.91 5.45 6.48 6.29 6.16 5.50 6.25 6.97 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ KÉO KHI BỬA CP1-S1-F'C70 (SỢI NGẮN-Lf/Df=35); Hàm lương sợi 0.63% Ký hiệu mẫu M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14 M15 Chiều dài mẫu L - mm 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 Đường kính mẫu D - mm 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 Lực bửa đôi viên mẫu - kN 463.5 514.0 478.5 430.5 508.5 497.5 481.0 503.5 503.0 519.0 485.0 511.0 473.5 483.5 495.0 Cường độ chịu kéo bửa - MPa 6.56 7.27 6.77 6.09 7.19 7.04 6.80 7.12 7.12 7.34 6.86 7.23 6.70 6.84 7.00 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ KÉO KHI BỬA CP1-S2-F'C70 (SỢI DÀI, Ld/ Df=80), Hàm lương sợi 0.63% Ký hiệu mẫu M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14 M15 Chiều dài mẫu L - mm 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 Đường kính mẫu D - mm 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 Lực bửa đôi viên mẫu - kN 718.0 644.0 631.0 653.0 547.0 562.0 573.0 615.0 582.0 615.0 611.0 547.0 550.0 545.0 603.0 Cường độ chịu kéo bửa - MPa 10.16 9.11 8.93 9.24 7.74 7.95 8.11 8.70 8.23 8.70 8.64 7.74 7.78 7.71 8.53 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ KÉO KHI BỬA CP2-S1-F'C70 (SỢI NGẮN, Lf/Df=35), Hàm lương sợi 1% Ký hiệu mẫu Chiều dài mẫu L - mm Đường kính mẫu D - mm M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14 M15 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 150 150 150 0.00 0.00 0.00 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 Lực bửa đôi viên mẫu - kN 645.0 606.0 586.0 619.0 573.0 547.0 498.0 572.0 558.0 581.0 578.0 593.0 Cường độ chịu kéo bửa - MPa 9.12 8.57 8.29 8.76 8.11 7.74 7.05 8.09 7.89 8.22 8.18 8.39 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ KÉO KHI BỬA CP2-S2-F'C70 (SỢI DÀI, Lf/Df=80),Hàm lương sợi 1% Ký hiệu mẫu M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14 M15 Chiều dài mẫu L - mm 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 Đường kính mẫu D - mm 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 Lực bửa đôi viên mẫu - kN 655.0 611.0 682.0 745.0 606.0 642.0 644.0 644.0 671.0 671.0 710.0 693.0 Cường độ chịu kéo bửa - MPa 9.27 8.64 9.65 10.54 8.57 9.08 9.11 9.11 9.49 9.49 10.04 9.80 0.00 0.00 0.00 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ KÉO KHI BỬA CP3-S1-F'C70 (SỢI NGẮN- L/D=35), Hàm lương sợi 1,5% Ký hiệu mẫu M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14 M15 Chiều dài mẫu L - mm 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 Đường kính mẫu D - mm 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 Lực bửa đôi viên mẫu - kN 768.0 705.0 697.0 781.0 693.0 740.0 624.0 705.0 687.0 750.0 709.0 754.0 Cường độ chịu kéo bửa - MPa 10.86 9.97 9.86 11.05 9.80 10.47 8.83 9.97 9.72 10.61 10.03 10.67 0.00 0.00 0.00 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ KÉO KHI BỬA CP3-S2-F'C70 (SỢI DÀI- L/d=80)Hàm lương sợi1,5% Ký hiệu mẫu Chiều dài mẫu L - mm Đường kính mẫu D - mm M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14 M15 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 150 150 150 0.00 0.00 0.00 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 Lực bửa đôi viên mẫu - kN 759.0 793.0 732.0 797.0 702.0 804.0 719.0 795.0 800.0 951.0 838.0 975.0 Cường độ chịu kéo bửa - MPa 10.74 11.22 10.36 11.28 9.93 11.37 10.17 11.25 11.32 13.45 11.86 13.79 download by : skknchat@gmail.com 157 Kết nén mẫu(kích thước D*H=10cm*20cm) để đánh giá cường độ chịu nén hỗn hợp bê tông bảng sau bảng Bảng Kết thí nghiệm cường độ chịu nén cấp phối BTCST tuổi 28 ngày CP0-F'C70 Ký hiệu mẫu M1 M2 Kích thước mẫu 100x200 100x200 DxH - mm Tiết diện chịu lực 7854 7854 - mm2 Lực nén phá hoại 620 670 mẫu - kN Cường độ chịu 78.9 85.3 nén - MPa CP1-S1-F'C70 Ký hiệu mẫu M1 M2 Kích thước mẫu 100x200 100x200 DxH - mm Tiết diện chịu lực 7854 7854 - mm2 Lực nén phá hoại 630 747 mẫu - kN Cường độ chịu 80.2 95.1 nén - MPa CP1-S2-F'C70 Ký hiệu mẫu M1 M2 Kích thước mẫu 100x200 100x200 DxH - mm Tiết diện chịu lực 7854 7854 - mm2 Lực nén phá hoại 629 626 mẫu - kN Cường độ chịu 80.1 79.7 nén - MPa CP3-S2-F'C70 Ký hiệu mẫu M1 M2 Kích thước mẫu 100x200 100x200 DxH - mm Tiết diện chịu lực 7854 7854 - mm2 Lực nén phá hoại 707 754 mẫu - kN Cường độ chịu 90.0 96.0 nén - MPa M3 100x200 7854 624 79.5 M3 100x200 7854 645 82.1 M3 100x200 7854 694 88.4 Ký hiệu mẫu Kích thước mẫu DxH - mm Tiết diện chịu lực - mm2 Lực nén phá hoại mẫu - kN Cường độ chịu nén - MPa Ký hiệu mẫu Kích thước mẫu DxH - mm Tiết diện chịu lực - mm2 Lực nén phá hoại mẫu - kN Cường độ chịu nén - MPa Ký hiệu mẫu Kích thước mẫu DxH - mm Tiết diện chịu lực - mm2 Lực nén phá hoại mẫu - kN Cường độ chịu nén - MPa CP2-S1-F'C70 M1 M2 M3 100x200 100x200 100x200 7854 7854 7854 574 523 488 73.1 66.6 62.1 CP2-S2-F'C70 M1 M2 M3 100x200 100x200 100x200 7854 7854 7854 694 665 509 88.4 84.7 64.8 CP3-S1-F'C70 M1 M2 M3 100x200 100x200 100x200 7854 7854 7854 768 749 703 97.8 95.4 89.5 M3 100x200 7854 663 84.4 download by : skknchat@gmail.com 158 PHỤ LỤC 3: PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH HỒI QUY TUYẾN TÍNH Một mục đích quan trọng nghiên cứu thực nghiệm dự báo hàm mục tiêu thông số đầu vào khác với giá trị dã thí nghiệm Mục đích đạt nhờ xây dựng phương trình tốn học mơ tả quan hệ hàm mục tiêu với thông số đầu vào Các phương trình gọi mơ hình hồi quy (regression model) Ở mức độ nhất, ta nhắc lại số kiến thức hồi quy bậc Phương trình hồi quy bậc có dạng hàm bậc biến Xác định hệ số hồi quy Giả sử ta tiến hành n thí nghiệm để khảo sát phụ thuộc đại lượng y vào biến x dạng hàm bậc có dạng: Ῠ =B + Ax (1) Rất khơng may hầu hết tình huống, ta tìm hàm y biểu diễn quan hệ gần tập liệu thí nghiệm mà thơi (Hình 1) Ῠ = A+Bx ứng với giá trị x đó, giá trị tính y theo công thức (1) không với giá trị Y thu từ thí nghiệm mà sai khác lượng: Ɛi = Ῠi - yi = Ῠi - (A+ Bxi) (2) download by : skknchat@gmail.com 159 Mong muốn ta giá trị Ɛi nhỏ Tuy nhiên, cách tốt biết đến phương pháp sai số bình phương tối thiểu (least Squared Eror Method) nhằm thỏa mãn điều kiện: n n i 1 i 1 SS    I   ( Y i  yi )  (3) Ký hiệu SS viết tắt thuật ngữ Sum of Squares (tổng bình phương) Để thuận tiện cho việc khai thác phần mềm thống kê thiết kế thí nghiệm với giao diện ký hiệu quốc tế, ký hiệu nhiều công thức giữ nguyên số gốc tiếng Anh Phương pháp tóm tắt sau: - Tính trung bình giá trị xi Yi, thu x Y; - Tính số dư mơ hình (model Residuals) theo cơng thức sau n SS x   ( xi  x ) (4) i 1 n SS y   ( yi  y ) (5) i 1 n SS xy   ( xi  x )( y i  y ) (6) i 1 - Tính hệ số hồi quy theo công thức: A SS xy SS x B  y  A.x (7) (8) Đánh giá sai số hồi quy Để đánh giá mức độ xác mơ hình hồi quy tìm so với giá trị thí nghiệm, người ta sử dụng hệ số xác định (Coefficient determination) theo công thức: r  SS xy SS x SS y (9) Hệ số r  r gọi hệ số tương quan (Correlation coefficient) Giá trị r2 nằm khoảng < r2 < Nếu giá tri r2 chứng tỏ số liệu tìm chưa đủ để có mơ hình hồi quy đắn, nhiều sai số thu thập liệu Giá trị r2 lớn chứng tỏ liệu thu thập tốt để dụng mơ hình hồi quy có sai lệch với thực nghiệm Thơng thường, r2> 0,9 coi tốt Tuy download by : skknchat@gmail.com 160 nhiên lưu ý giá trị r2 cao không mơ hình có dạng mơ tả phù hợp tốt với liệu thí nghiệm Để đáng giá mức độ phù hợp dạng mơ hình với liệu, ta cần thực phép kiểm định có tên “ kiểm định mức độ khơng phù hợp mơ hình’’(Lack of test) Trong tốn hồi quy nhiều biến bậc cao, giá trị r2 tính cao khơng phản ánh độ tin cậy xem xét mơ hình hồi quy.Người ta điều chỉnh lại cách tính hệ số đặt tên cho hệ số đánh giá định điều chỉnh (Adjusted) Hệ số tính tốn theo cơng thức sau: radj   df  SS xy df SS x SS y (10) Trong đó, số bậc tự tổng tính df  = (n-1); số bậc tự sai số tính df = (n-2) Hệ số điều chỉnh nhỏ vậy, an tồn đánh giá mơ hình hồi quy Để đánh giá mức có ý nghĩa hệ số hồi quy thường dựa vào giá trị p Giả thuyết đảo phân tích hồi quy hệ số hồi quy nào khơng Khi đáng giá hệ số hồi quy có nên hay khơng nên có mặt phương trình hồi quy, giá trị p nhỏ mức ý nghĩa α, ta tin tưởng xác suất để hệ số hồi quy có mặt lớn Khi p > α, ta loại bỏ hệ số đó, tức lấy hệ số khơng Việc tính giá trị p dựa kiểm định t, thực theo cách thức trình bày download by : skknchat@gmail.com ... khoa học nghiên cứu ứng xử cắt bê tông cốt sợi thép Ở Việt Nam nghiên cứu ứng xử cắt dầm bê tông cốt sợi thép - Các nghiên cứu ứng xử cắt dầm BTCST giới khẳng định sức kháng cắt dầm tăng đáng kể... quan bê tông cốt sợi thép ứng xử cắt dầm BTCST Chương Nghiên cứu xây dựng mơ hình dự báo sức kháng cắt dầm BTCĐC CST Chương Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử cắt dầm bê tông cường độ cao cốt sợi thép. .. QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP VÀ ỨNG XỬ CẮT DẦM BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP 1.1 Lịch sử phát triển bê tông cường độ cao cốt sợi thép 1.1.1 Lịch sử phát triển bê tông cường độ cao