Phân tích trường biến dạng dầm bê tông cốt thép chịu uốn bằng phương pháp tương quan ảnh kỹ thuật số

Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Bước vào thế kỷ 21, sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế cùng với tốc độ đô thị hóa nhanh chóng và dân số gia tăng đã tạo ra áp lực lớn về nhu cầu nhà ở, văn phòng làm việc và các công trình công cộng tại các đô thị trên toàn cầu.

Giải pháp xây dựng nhà cao tầng là phương án hiệu quả để giải quyết vấn đề tăng dân số và nhu cầu đô thị Trong những năm gần đây, Việt Nam và nhiều quốc gia trên thế giới đã chứng kiến sự bùng nổ của các công trình nhà cao tầng với quy mô và chiều cao ấn tượng Nhà cao tầng không chỉ phát triển nhanh chóng mà còn đa dạng về công năng và mục đích sử dụng, từ đó yêu cầu áp dụng các hệ kết cấu khác nhau để phù hợp với từng công trình.

Dầm là một bộ phận quan trọng trong kết cấu của các công trình nhà cao tầng và cầu vượt biển, sông lớn, với khả năng thích ứng riêng cho từng loại công trình Trong quá trình sử dụng, dầm và các kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) sẽ bị lão hóa và xuống cấp theo thời gian, do đó cần thiết phải thực hiện sửa chữa và bảo dưỡng để đảm bảo chúng hoạt động bình thường Việc phát hiện kịp thời các vết nứt trên hệ thống dầm là rất quan trọng để tránh sự cố Do đó, cần lập kế hoạch can thiệp phù hợp nhằm duy trì tuổi thọ của công trình.

Quá trình phá hủy hoàn toàn của dầm bê tông cốt thép đƣợc chia thành 2 giai đoạn chính:

Giai đoạn hình thành vết nứt: Hình thành vùng biến dạng ban đầu vết nứt nhỏ li ti mắt thường chúng ta không nhìn thấy được

Giai đoạn phát triển vết nứt bắt đầu từ những vết nứt nhỏ li ti, chúng dần dần kết nối lại với nhau, tạo thành những vết nứt lớn có thể nhìn thấy bằng mắt thường Quá trình này tiếp tục cho đến khi cấu trúc bị phá hủy hoàn toàn.

Vùng hình thành vết nứt (FPZs) trong bê tông cốt thép, bao gồm chiều dài, chiều rộng, hình dạng và khoảng cách, có kích thước quá nhỏ so với mẫu, nhưng không thể bỏ qua vì liên quan đến độ an toàn của kết cấu trong quá trình sử dụng Việc dự đoán vùng FPZs phụ thuộc vào kích thước mẫu.

Việc quan sát trực tiếp quá trình nứt trong bê tông cốt thép gặp nhiều khó khăn do kích thước vùng nứt rất nhỏ Do đó, nhiều phương pháp khảo sát như tương quan ảnh kỹ thuật số (DIC), scanning, siêu âm và tia X đã được áp dụng trong nghiên cứu Yehia (2009) đã sử dụng cơ học phá hoại để mô phỏng sức bền của dầm bê tông cốt thép, nhưng không thể mô tả chính xác biến dạng do ứng suất Ru (2011) ứng dụng phương pháp nguyên tố giới hạn mở rộng để phân tích vị trí vết nứt trong dầm bê tông phẳng chịu tải uốn ba điểm Ray & Kishen (2012) đề xuất nguyên lý phân tích thứ nguyên và tự đồng dạng nhằm tránh các tính chất kinh nghiệm của mô hình phân tích Tất cả các phương pháp trên đều dựa vào phương pháp thực nghiệm truyền thống, trong khi phương pháp DIC đang trở nên phổ biến nhờ tính khả thi, đơn giản và chi phí thấp Phương pháp DIC xác định chuyển vị bề mặt cấu kiện thông qua việc theo dõi sự thay đổi vị trí ngẫu nhiên, cho phép xây dựng trường biến dạng và xác định kích thước vết nứt, từ đó ước tính khả năng chịu lực và độ bền của các cấu kiện.

Trường biến dạng đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu vật liệu và cơ học phá hủy, đặc biệt trong ngành kỹ thuật xây dựng Một trong những khía cạnh quan trọng là xây dựng vùng biến dạng, liên quan mật thiết đến khái niệm ứng suất tập trung, đặc biệt là khi làm việc với các vật liệu không đồng nhất.

Phương pháp truyền thống để đo đạc biến dạng bao gồm hai loại: sử dụng máy đo cảm biến (strain gauge) để đo biến dạng tại một mặt cắt cụ thể, hoặc sử dụng máy đo chuyển vị LVDT để đo sự dịch chuyển giữa hai điểm Kết quả đo sau đó được quy đổi về giá trị trung bình Phương pháp tạo lưới tọa độ trước khi biến dạng và đo sự chuyển vị của các lưới sau khi biến dạng giúp tính toán vùng ứng suất của mỗi mạng lưới Tuy nhiên, phương pháp sử dụng máy đo cảm biến gặp khó khăn trong việc tính ứng suất của một vùng nhất định, trong khi việc tạo lưới tọa độ và đo đạc lại quá chậm và tốn thời gian Do đó, các phương pháp truyền thống không đáp ứng được nhu cầu phân tích sự phân bố ứng suất hiệu quả.

Phương pháp tương quan ảnh kỹ thuật số là một kỹ thuật hiện đại có khả năng quan sát sự phát triển của các vết nứt trong dầm bê tông cốt thép Nghiên cứu này chứng minh tính khả thi của việc áp dụng phương pháp này vào thực tiễn, đặc biệt trong việc phân tích các vùng biến dạng và chuyển vị bề mặt.

Nghiên cứu này nhằm đánh giá tính khả thi của phương pháp tương quan ảnh kỹ thuật số (DIC) trong việc quan sát sự phát triển và đo kích thước, hình dạng của vết nứt trên bề mặt dầm bê tông cốt thép chịu uốn 3 điểm Mục tiêu là xác định vùng biến dạng trên bề mặt dầm trong quá trình chịu tải uốn.

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước:

Trong quá trình nghiên cứu cho luận văn thạc sĩ, học viên nhận thấy rằng chưa có công trình nghiên cứu nào trong nước áp dụng phương pháp tương quan hình ảnh kỹ thuật số để khảo sát trường biến dạng và vết nứt của dầm bê tông cốt thép.

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Vào năm 2008, Yamaguchi và cộng sự đã giới thiệu phương pháp tiếp cận dựa trên hình ảnh để phát hiện vết nứt trên bề mặt bê tông Đến năm 2012, Valenca và cộng sự đề xuất tính chất của vết nứt bê tông trong quá trình kiểm tra thí nghiệm bằng cách sử dụng xử lý hình ảnh Tiếp theo, Adhikari và cộng sự đã phát triển một phương pháp mới để xác định thuộc tính của vết nứt bê tông, áp dụng các kỹ thuật xử lý ảnh nhằm phát hiện và định lượng vết nứt Vào năm 2013, Skarzynski và cộng sự cũng đã có những đóng góp quan trọng trong lĩnh vực này.

Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật tương quan hình ảnh kỹ thuật số đã được thực hiện để đo chuyển vị trên bề mặt bê tông, như trong nghiên cứu của Shih và Wen-Peisung vào năm 2013, tập trung vào phân tích biến đổi nứt của bê tông cốt thép Huang và Xu đã đề xuất phương pháp gộp kết nối vết nứt, trong đó xác minh điểm phát sinh của vết nứt và kết nối chúng để hình thành vùng phát sinh nứt Phương pháp này phát triển bằng cách liên kết các vết nứt liền kề cho đến khi không còn vết nứt nào gần đó.

Mục tiêu đề tài nghiên cứu

Mục đích của nghiên cứu là áp dụng phương pháp tương quan ảnh kỹ thuật số DIC để khảo sát trường biến dạng trên bề mặt của dầm bê tông cốt thép chịu uốn ba điểm, theo từng cấp độ tải khác nhau.

Thông qua DIC, chúng ta có thể xác định biến dạng và bề rộng của vùng phát triển vết nứt (FPZs) Việc đo đạc kích thước hình học của vết nứt được thực hiện theo từng cấp độ tải của thí nghiệm.

Kết hợp DIC (Digital Image Correlation) và phân tích dầm bằng phương pháp phần tử hữu hạn giúp xây dựng mối liên hệ chặt chẽ giữa tải trọng và các thông số cơ học phá hủy Phương pháp này không chỉ nâng cao độ chính xác trong việc đánh giá ứng suất mà còn cung cấp cái nhìn sâu sắc về hành vi của vật liệu dưới tải trọng Sự kết hợp này mang lại lợi ích lớn trong việc tối ưu hóa thiết kế và cải thiện độ bền của kết cấu.

Phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Tập trung vào phân tích vùng biến dạng của dầm bê tông cốt thép chịu uốn ba điểm

- Chỉ xét vết nứt phát triển theo mode 1 (chịu kéo)

Phương pháp nghiên cứu đề tài

Đề tài được thực hiện với các phương pháp và trình tự như sau:

Chúng tôi đã thực hiện đúc ba dầm bê tông cốt thép kích thước lớn 200x300x3300, bao gồm 03 dầm bê tông cốt thép thông thường và 03 dầm xỉ Thí nghiệm uốn ba điểm được tiến hành như thể hiện trong Hình 1.1.

- Phân tích vùng biến dạng ở khu vực giữa dầm theo phương pháp DIC

- Kết hợp mô phỏng dầm trong phần mềm ABAQUS, phương pháp DIC, và thực nghiệm để xác định các thông số cơ học phá hủy của mẫu thí nghiệm

Hình 1.1: Xác định ô lưới vùng khảo sát

Cơ sở lý thuyết của phương pháp tương quan ảnh kỹ thuật số

2.1.1 Lý thuyết về biến dạng và chiều rộng vết nứt:

Trên bề mặt mẫu, vùng biến dạng sẽ được thiết lập để tạo ra sự phân bố không đồng đều theo thang màu xám Đặc trưng của phân bố này sẽ được áp dụng trong phương pháp tương quan hình ảnh kỹ thuật số, giúp so sánh các hình ảnh trước và sau biến dạng nhằm xác định các vị trí tương ứng Từ đó, các vector chuyển vị của các điểm ảnh sẽ được tính toán để phỏng đoán ứng suất bình thường, ứng suất cắt và vùng ứng suất không đồng nhất.

Trong nghiên cứu này, vật liệu được sử dụng để kiểm tra kết quả của dầm bê tông cốt thép cho thấy rằng khi chịu tải vượt quá sức bền biến dạng, biến dạng dẻo sẽ xuất hiện Do đó, mẫu vật liệu trong vùng biến dạng được chọn để phân tích các biểu hiện cơ học của dầm bê tông cốt thép.

Phương pháp tương quan hình ảnh kỹ thuật số 2 chiều:

Phương pháp tương quan hình ảnh kỹ thuật số là một kỹ thuật phổ biến trong lĩnh vực nhận diện hình ảnh, cho phép xác định mối quan hệ giữa hình ảnh biến dạng và không biến dạng thông qua việc tương quan cục bộ hai hình ảnh Cụ thể, khi một điểm P(x,y) trải qua gia tải, nó sẽ chuyển vị đến điểm P*(x*,y*) sau khi biến dạng Biểu thức mô tả mối liên hệ giữa hai điểm này được thể hiện như sau:

Phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng để chia nhỏ hình ảnh gốc thành các hình ảnh phụ mà chưa bị biến dạng Giả sử rằng các hình ảnh phụ này vẫn giữ nguyên hình dáng ban đầu.

A, hình ảnh phụ sau biến dạng là B, hệ số tương quan (COF) được dùng để định nghĩa mối liên hệ giữa ảnh phụ A và ảnh phụ B Khi ảnh phụ B giống hệt ảnh phụ A thì hệ số này bằng 1

Hình 2.1 minh họa vị trí hình ảnh của vùng biến dạng trước và sau khi chuyển vị Trong đó, "g ij" và "g ij" đại diện cho thang xám của ảnh A tại tọa độ (i,j).

Tọa độ (" "i ," "j ) của ảnh B tương ứng với tọa độ (i, j) của ảnh A

2.1.1.1 Tính toán vùng biến dạng

Tensor Green–Lagrange E đƣợc định nghĩa là:

E  F T  F  (2.3) Trong đó, F là gra-di-ent ten-sơ của vùng biến dạng và I là ma trận đơn vị E là modun đàn hồi của vật liệu vùng biến dạng

Hình 2.2: Vẽ sơ đồ của hình ảnh phụ trên bề mặt [5]

Tensor E đƣợc viết lại theo biểu thức của vùng biến dạng nhƣ sau: ij , , , ,

 Biến dạng đƣợc tính theo các biểu thức sau:

Trong đó: ε vM là biến dạng tổng ε 1 và ε 3 là những biến dạng lớn và nhỏ, tương ứng

2.1.1.2 Tính toán chiều rộng vết nứt và độ dài chuyển vị:

Sự không liên tục của bề mặt vùng biến dạng trên mẫu được phân tích thông qua phương pháp tương quan hình ảnh kỹ thuật số Phương pháp này cho phép nghiên cứu sâu hơn về các biến dạng liên quan đến các phương và chiều khác nhau của vết nứt Từ đó, chiều rộng vết nứt và khoảng cách trượt được tính toán một cách chính xác, như sẽ được mô tả trong phần tiếp theo.

Hình 2.3 minh họa các biến số của bề mặt mẫu trước và sau khi bị biến dạng, với góc θ được tính từ phương ngang đến đường nứt Hai điểm P và Q nằm ở hai bên đường nứt trước khi xảy ra hiện tượng nứt, và đoạn thẳng nối chúng vuông góc với đường nứt Vết nứt gây ra sự dịch chuyển của hai khối bên cạnh, trong đó sự di chuyển tương ứng được phân tích qua các thành phần của sự chia cắt và chuyển vị, dựa trên sự chuyển vị giữa hai điểm P và Q.

Vị trí mới của các điểm P và Q sau khi nứt được xác định là P’ và Q’ Khi P gần như trùng với P’, vector chuyển vị cho tất cả các điểm có thể được mô tả bằng công thức Vector QQ' biểu thị sự chuyển vị của hai khối ở hai bên vết nứt Phân tích vector QQ' cho phép xác định góc φ giữa hai vector QQ' và PQ Từ đó, chiều rộng vết nứt ωc và chuyển vị tương ứng τc có thể được tính toán theo các biểu thức sau: w c = QQ c ' cos φ (2.6a).

Góc φ chỉ có ý nghĩa quan trọng khi giá trị của nó nằm trong khoảng cộng trừ π/2 Theo lý thuyết, khi hai khối bị nứt, chúng sẽ tách rời khỏi nhau.

Góc φ dương tạo ra chuyển động ngược chiều kim đồng hồ, giúp tách hai khối, trong khi góc φ âm lại tạo ra chuyển động cùng chiều kim đồng hồ.

Bảng 2.1 liệt kê các biểu hiện của 3 trường hợp của vết nứt đại diện bởi 3 giá trị φ

Hình 2.3: Thay đổi về vị trí tương đối sau khi nứt xảy ra [5]

(a) trước khi nứt,(b) sau khi nứt,(c) chuyển vị tương đối

Bảng 2.1: Mô tả hành vi nứt

TT Góc φ Vết nứt w c Chuyển vị τ c Mô tả hành vi nứt

1  / 2 0 >0 Chỉ chuyển vị ngƣợc chiều kim đồng hồ mà không tách rời hoặc nứt

2 0 >0 0 Chỉ tách hoặc nứt mà không chuyển vị

Chuyển vị chiều kim đồng hồ trong khoảng từ 0 đến -3π/2 mà không gây tách rời hoặc nứt Đơn vị đo lường là pixel (wc, τc), cần xác định tỷ lệ pixel/mm để chuyển đổi sang milimet.

2.2 Phương pháp tương quan ảnh kỹ thuật số (DIC):

NCORR là một chương trình mã nguồn mở chuyên dùng để phân tích ảnh 2D, tương thích với MATLAB Các thuật toán được tối ưu hóa thông qua việc sử dụng C++ / MEX, trong khi giao diện người dùng đồ họa (GUI) được phát triển để nâng cao trải nghiệm người dùng.

11 yếu là m-code Ý tưởng là cung cấp cho người dùng một công cụ DIC dễ sử dụng, hiệu quả và linh hoạt

Sử dụng phiên bản "ncorr_v1_2_1" để thực hiện tính toán xử lý hình ảnh nhằm tìm ứng suất và biến dạng, kết hợp với "Ncorr_post_v1_2" để xác định chiều dài, chiều rộng và vùng biến dạng của vết nứt Phương pháp này cho phép xác định bề rộng vết nứt tại vị trí mặt cắt và vẽ biểu đồ mô tả vết nứt một cách trực quan.

“Ncorr_post_CSTool” dùng để thực hiện vẽ các biểu đồ ứng xuất, xuất kết quả dưới dạng hình ảnh JPG, Tex, Avi

Hình 2.4 đến 2.6 là hình ảnh minh họa của Ncorr

Hình 2.4: Biểu đồ ứng suất và chuyển vị vết nứt qua mặt cắt ngang

Mặt cắt ngang theo phương trục xx trong hình 2.4a thể hiện ứng suất theo phương xx tại vị trí vết nứt Hình 2.4b cho thấy ứng suất theo phương yy tại cùng vị trí Hình 2.4c biểu diễn ứng suất tổng hợp xy, bao gồm cả ứng suất xx và yy, tại vị trí vết nứt Hình 2.4d mô tả chuyển vị dọc trục theo phương x, trong khi hình 2.4e thể hiện chuyển vị dọc trục theo phương y tại vị trí vết nứt.

Hình 2.5: Biểu đồ ứng suất và chuyển vị vết nứt qua mặt cắt dọc

Xác định năng lƣợng phá hủy phát triển vết nứt (G)

Mối quan hệ giữa J và CTOD (Vị trí điểm đầu vùng biến dạng -crack tip opening displacement) CTOD đƣợc ký hiệu là  :

Theo lý thuyết đàn hồi tuyến tính, mối quan hệ giữa CTOD và G đƣợc mô tả theo công thức: ys

Vì J=G, nên biểu thức (2.7) đƣợc viết lại thành:

Công thức mô tả mối quan hệ giữa CTOD và J tại đầu vết nứt, như minh họa trong Hình 2.6 Hằng số m không thứ nguyên phụ thuộc vào trạng thái ứng suất ngoại lực và các tính chất vật liệu, trong khi r đại diện cho chiều dài vùng phát triển vết nứt.

Để xác định năng lượng phá hủy G, cần xem xét nhiều yếu tố, trong đó lực kéo Q đóng vai trò quan trọng Lực Q có thể được xác định thông qua phương pháp phần tử hữu hạn cho dầm bê tông cốt thép trong môi trường ABAQUS Trong thí nghiệm uốn dầm, Q đại diện cho tổng lực kéo trong cốt thép của dầm bê tông cốt thép.

Nguyên liệu sử dụng

Bê tông xỉ thép tái chế được chế tạo từ các nguyên liệu tương tự như bê tông thông thường, bao gồm xỉ thép, đá, cát, xi măng và nước.

Kích thước của dầm thí nghiệm là 200mm chiều rộng, 300mm chiều cao và 3300mm chiều dài, sử dụng hai loại thép AII với đường kính lần lượt là 12, 14, 16 và 6, được chia thành 02 tổ mẫu thí nghiệm Các nguyên liệu được sử dụng cho thí nghiệm bao gồm

Xỉ thép được nghiên cứu trong đề tài này được thu thập từ các nhà máy luyện thép tại KCN Phú Mỹ 1, Huyện Tân Thành, Tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, có tính chất tương đồng với xỉ thép đang được sử dụng trên toàn cầu.

Xỉ thép sau khi được thu thập sẽ được đưa vào phòng thí nghiệm để xác định các tính chất cơ bản như thành phần hóa học, khối lượng riêng, khối lượng thể tích, cường độ nén dập xi lanh, và khả năng thải các kim loại nặng ra môi trường trong quá trình sử dụng.

Hình 3.1: Xỉ thép thay cốt liệu thô tự nhiên

Các tính chất cơ lý của xỉ thép đƣợc tổng hợp thể hiện ở bảng sau:

Bảng 3.1: Tính chất cơ lý của xỉ thép Phú Mỹ 1 theo TCVN

STT Tên chỉ tiêu thử nghiệm Đơn vị Phương pháp thử Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Trung bình

1 Khối lƣợng thể tích đổ đống g/cm 3 TCVN 7572-6:2006 1.82 1.88 1.84 1.85

3 Khối lƣợng riêng g/cm 3 TCVN 7572-4:2006 3.47 3.66 3.68 3.60

Hàm lƣợng chung bụi bùn sét

7 Hàm lƣợng hạt thoi dẹt % TCVN 7572-

Bảng 3.2: Kết quả thí nghiệm cơ lý xỉ thép

Chỉ tiêu thí nghiệm Phương pháp thí nghiệm

Khối lƣợng riêng TCVN 7572-4:2006 3.56 g/cm3

Khối lƣợng thể tích ở trạng thái khô TCVN 7572-4:2006 3.32 g/cm3

Khối lƣợng thể tích ở trạng thái bảo hoà TCVN 7572-4:2006 3.39 g/cm3 Độ hút nước TCVN 7572-4:2006 2.1 %

Khối lƣợng thể tích xốp TCVN 7572-6:2006 1720 kg/m3 Độ rỗng giữa các hạt TCVN 7572-6:2006 48.2 %

Cốt liệu lớn trong nghiên cứu này sử dụng đá tự nhiên Hoà An từ tỉnh Đồng Nai, được rửa sạch, phơi khô và sàng lọc theo kích thước chuẩn Đá có kích thước trung bình 20 mm với cỡ hạt đồng đều, đảm bảo các chỉ tiêu cơ lý và cường độ theo tiêu chuẩn TCVN 1771-1986.

Kích thước lỗ sàng (mm) Đường bao vùng chuẩn theo TCVN 7572-2:2006 Đường biểu diễn thành phần hạt của xỉ thép

Hình 3.3: Đá dăm tự nhiên Bảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của đá sử dụng

Khối lƣợng riêng TCVN 7572-4:2006 2.78 g/cm 3

Khối lƣợng thể tích ở trạng thái khô TCVN 7572-4:2006 2.61 g/cm 3 Khối lƣợng thể tích ở trạng thái bảo hoà TCVN 7572-4:2006 2.67 g/cm 3 Độ hút nước TCVN 7572-4:2006 2.5 %

Khối lƣợng thể tích xốp TCVN 7572-6:2006 1415 kg/m 3 Độ rỗng giữa các hạt TCVN 7572-6:2006 45.8 %

Hình 3.4: Biểu đồ thành phần hạt của đá sử dụng

3.1.3 Cốt liệu mịn (cát vàng)

Cát vàng được sản xuất từ cát sông, được rửa sạch và phơi khô, đồng thời sàng lọc để giảm hàm lượng hạt nhỏ Cát này phải tuân thủ tiêu chuẩn TCVN 6227:1996, với các thành phần hạt và độ sạch đáp ứng yêu cầu theo TCVN 1770-1986.

Hình 3.5: Cát vàng Bảng 3.4: Các chỉ tiêu cơ lý của cát sử dụng

Mô đun độ lớn TCVN 7572-2:2006 2.50 mm

Khối lƣợng riêng TCVN 7572-4:2006 2.60 g/cm3

Khối lƣợng thể tích ở trạng thái khô TCVN 7572-4:2006 2.43 g/cm3

Khối lƣợng thể tích ở trạng thái bảo hoà TCVN 7572-4:2006 2.49 g/cm3 Độ hút nước TCVN 7572-4:2006 2.9 %

Khối lƣợng thể tích xốp TCVN 7572-2:2006 1545 kg/m3 Độ rỗng giữa các hạt TCVN 7572-2:2006 36.4 %

Hình 3.6: Biểu đồ thành phần hạt cát sử dụng 3.1.4 Nước

Nước sử dụng trong chế tạo bê tông cần đảm bảo chất lượng tốt, không làm ảnh hưởng đến thời gian đông kết và độ rắn chắc của xi măng, đồng thời không gây ăn mòn cho cốt thép Nguồn nước này nên là nước sinh hoạt, và hàm lượng các tạp chất phải tuân thủ tiêu chuẩn TCVN 4506-1987.

Xi măng Portland (PC40) đáp ứng đƣợc các chỉ tiêu theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2682-2009

Bảng 3.5: Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng sử dụng

Tên chỉ tiêu Phương pháp thử Kết quả thí nghiệm Độ dẻo tiêu chuẩn (N/X) (%) TCVN 6017:1995 29.0

Thời gian đông kết TCVN 6017:1995

Khối lƣợng riêng (g/cm 3 ) TCVN 4030:2003 3.01 Độ ổn định thể tích (mm) TCVN 6017:1995 5.90 Độ nghiền mịn TCVN 4030:2003

+ Phần còn sót lại trên sàng 0.09 (%) 1.74

Cường độ nén MPa TCVN 6016:1995 44.0

Quy chuẩn thiết kế cấp phối bê tông đá và xỉ thép

Việc thiết kế hỗn hợp bê tông xỉ thép tương tự như bê tông thông thường, dựa vào các chỉ tiêu đặc trưng như cường độ và tính công tác Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng của bê tông xỉ bao gồm tỷ lệ nước và chất kết dính, nhiệt độ, thời gian dưỡng hộ và độ hút nước.

 Tính toán lựa chọn cấp phối

Tỉ lệ thành phần bê tông cho bê tông đá và xỉ rất đa dạng, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cường độ yêu cầu theo tuổi bê tông, tính chất vật liệu và kiểu ứng dụng Bên cạnh yếu tố kinh tế, các yêu cầu về kết cấu sản xuất thực tế, điều kiện môi trường và thời điểm trong năm cũng ảnh hưởng đến việc lựa chọn hỗn hợp bê tông.

Khi các kết quả tính toán lựa chọn không đạt, cần điều chỉnh lại thiết kế và thử lại cho đến khi đạt yêu cầu thiết kế

Cấp phối CPĐ1 được áp dụng để đúc ba mẫu dầm Đ1-1, Đ1-2 và Đ1-3, trong đó cốt liệu được phối trộn theo tỷ lệ hợp lý giữa các thành phần hạt cát và đá đã qua sàng, phù hợp với biểu đồ cấp phối hạt theo tiêu chuẩn TCVN 1770-1986.

Cấp phối CPĐ2 được áp dụng để đúc ba mẫu dầm Đ2-1, Đ2-2 và Đ2-3, trong đó cốt liệu được trộn lẫn với tỷ lệ thành phần hạt cát và đá đã được sàng lọc, đảm bảo phù hợp với biểu đồ cấp phối hạt theo tiêu chuẩn TCVN 1770-1986.

Cấp phối CPX1 là sự kết hợp giữa xỉ thép và cốt liệu lớn (đá dăm) với tỷ lệ hạt đã qua sàng lọc Ba mẫu dầm được đúc theo mã X1-1, X1-2 và X1-3 với tỷ lệ thành phần cụ thể.

Bảng 3.6: Bảng cấp phối bê tông xỉ và đá tự nhiên (1m 3 )

CPĐ1 375 591.5 1364.4 180 0.45 3.0 Bê tông cốt liệu đá B22.5 CPĐ2 281 638.1 1394.1 180 0.45 3.0 Bê tông cốt liệu đá B15 CPX1 360.0 591.5 1664.4 162 0.45 2.9 Bê tông cốt liệu xỉ thép

Thí nghiệm cấu kiện dầm

Nghiên cứu này nhằm thu thập dữ liệu hình ảnh thông qua phương pháp tương quan ảnh kỹ thuật số, cho phép đo đạc bề rộng và chiều dài vết nứt, cũng như kiểm tra vùng biến dạng phát triển vết nứt (FPZs) Kết quả thu được sẽ được so sánh với các khảo sát thực nghiệm trên mẫu thí nghiệm dầm bê tông cốt thép, với mục tiêu nâng cao tính ổn định và khả năng chịu lực cho các kết cấu bê tông đang được sử dụng hiện nay.

3.3.2 Dụng cụ thí nghiệm cấu kiện dầm

Các bộ dụng cụ thí nghiệm đòi hỏi phải phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế, độ chính xác cao, dễ lắp ráp sử dụng

3.3.2.1 Cảm biến đo biến dạng lá Strain Gauge (cảm biến điện trở dây)

Strain gauge là thiết bị dùng để đo biến dạng bề mặt của các cấu kiện Loại cảm biến này có cấu tạo mỏng và được biết đến với nhiều tên gọi khác nhau như cảm biến điện trở dây, cảm biến điện trở biến dạng, cảm biến lá đo và cảm biến sức căng.

Strain gauge là thiết bị được dán lên các kết cấu cần quan trắc, giúp đo kích thước và tần số rung của dây căng Qua đó, nó cho phép tính toán mức độ thay đổi biến dạng so với trạng thái ban đầu.

Trong thí nghiệm này, Strain Gauge được đặt ở vị trí giữa dầm, cách mép trên dầm 100mm, nhằm kiểm chứng phương pháp DIC Vị trí này được chọn để đảm bảo rằng sự phát triển của vết nứt không ảnh hưởng đến biến dạng bề mặt dầm và không sát đỉnh dầm, nhằm tránh sự phá hoại cục bộ tại vị trí đặt tải.

3.3.2.2 Cảm biến đo độ võng LVDT (Linear Variable Displacement Transducer)

Cảm biến LVDT được sử dụng để đo độ võng của các khối cấu kiện dưới tác động của tải trọng tĩnh hoặc động Để đạt được kết quả chính xác, việc xác định mặt phẳng chuẩn làm điểm tựa là rất quan trọng Điểm tựa này được coi là không di chuyển, giống như một điểm cứng tuyệt đối, với một đầu cảm biến gắn vào cấu kiện và đầu kia vào điểm tựa Khi có tải trọng tác động, vị trí của cấu kiện sẽ thay đổi so với điểm tựa, và sự thay đổi này chính là độ võng cần đo.

Trong thí nghiệm này, chúng tôi sử dụng 2 thiết bị LVDT để đo chuyển vị tại 2 vị trí cách điểm giữa dầm 50mm về hai bên, cùng với 2 LVDT khác đặt ở vị trí giữa dầm.

3.3.2.3 Máy ảnh kỹ thuật số :

Trong quá trình uốn dầm, chúng tôi sử dụng máy ảnh kỹ thuật số Canon EOS 7D với độ phân giải 5184 x 3456 Máy ảnh được gắn trên chân máy cố định, đặt vuông góc với khu vực trung tâm chính diện của dầm, cách khoảng 1000mm, nhằm thu thập hình ảnh ở từng giai đoạn gia tải.

Hình 3.10: Máy ảnh Cannon EOS 7D 3.3.2.4 Máy uốn cấu kiện

Để đánh giá khả năng chịu lực thực tế của cấu kiện, thí nghiệm bằng máy uốn dầm với tải trọng tĩnh thường được áp dụng nhằm kiểm tra hiệu suất làm việc của cấu trúc.

24 cấu kiện ở giai đoạn phục vụ (Servicebility limit state-SLS) và khả năng chịu lực tới hạn (Ultimate limit state-ULS)

Máy ghi lực chuyển vị và biến dạng (Data Logger) được sử dụng với tất cả các cảm biến dây rung, cho phép đọc các lực tải, chuyển vị và biến dạng Thiết bị này tự động quét qua tất cả các cảm biến, áp dụng hệ số hiệu chỉnh và bù đắp, hiển thị các tải trực tiếp trong đơn vị kỹ thuật Tất cả kết quả đọc có thể được lưu trữ và xuất sang nhiều định dạng tập tin khác nhau.

Trong thí nghiệm này, máy ghi số liệu (data logger) sẽ thu thập các thông số liên quan đến biến dạng tại vị trí đặt cảm biến biến dạng (strain gauge), tải trọng tác dụng và các chuyển vị giữa các dầm bê tông cốt thép.

Các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm cũng đƣợc chuẩn bị để cân đo, pha chế theo tỷ lệ cho trước

Gia công cốt thép và ván khuôn dầm theo kích thước định sẵn là một quy trình quan trọng trong xây dựng Cốt thép được gia công đảm bảo chiều dày lớp bê tông bảo vệ tối thiểu 25mm, giúp tăng cường độ bền cho công trình Trước khi đổ bê tông, khuôn được lau sạch và bôi một lớp dầu mỏng vào mặt trong để dễ dàng tháo dỡ sau khi bê tông đã đông cứng.

Hình 3.13 Gia công cốt thép và ván khuôn 3.3.4 Trình tự thí nghiệm

Sau khi xác định lượng vật liệu theo tỷ lệ thành phần cấp phối, tiến hành trộn bê tông bằng máy trộn có dung tích 250 lít.

Trước khi tiến hành trộn bê tông, cần kiểm tra độ sụt của hỗn hợp Sau đó, đổ bê tông tươi vào khuôn và sử dụng đầm dùi để đảm bảo bê tông lấp đầy ván khuôn, tránh tình trạng bề mặt dầm bị rỗ.

Công tác đầm dùi bê tông bao gồm việc gõ nhẹ xung quanh thành khuôn để nước xi măng chảy đều, giúp tránh hiện tượng rổ mặt khi tháo khuôn Sau đó, sử dụng bay để xoa phẳng bề mặt khuôn Trong suốt quá trình đông kết, cần thực hiện bảo dưỡng bê tông theo đúng quy định để đảm bảo chất lượng.

Tất cả các cấu kiện dầm đều đƣợc tiến hành thí nghiệm tại phòng thí nghiệm của Trường ĐHSPKT

Dầm được lắp đặt trên các gối tựa đơn của máy uốn, trong khi các thiết bị đo biến dạng và chuyển vị được gắn trên dầm nhằm ghi nhận kết quả chính xác.

Dầm bê tông kích thước 3300 x 200 x 300 (mm) Các gối đỡ cách đầu dầm

150 mm Tải trọng tác dụng thẳng đứng ngay tại giữa dầm

Hình 3.16 Mô hình thí nghiệm cấu kiện dầm Cốt thép chịu kéo sử dụng thép AII 516cho dầm bê tông đá

Cốt thép chịu kéo sử dụng thép AII 514cho dầm bê tông xỉ

Cốt thép chịu nén sử dụng thép AIII 212

Cốt thép đai chịu cắt 6 a150 mm

Bố trí Cốt thép dầm bê tông đá

Bố trí Cốt thép dầm bê tông xỉ

Hình 3.17 Thiết kế dầm tính toán

Xác định độ phân giải

4.1.1 Dầm bê tông cốt thép thường B15 và B22.5

Kết quả biến dạng theo số liệu thực nghiệm và kết quả hình ảnh đƣợc xử lý bằng phương pháp DIC

Sau khi thu thập dữ liệu hình ảnh từ quá trình thí nghiệm dầm bê tông cốt thép chịu uốn ba điểm bằng máy ảnh Canon EOS 7D, cần sử dụng phần mềm IMAGEJ để xử lý sơ bộ Việc này nhằm đồng bộ hóa kích thước và dung lượng hình ảnh, đảm bảo các hình ảnh có kích thước hình học đồng nhất và đúng vị trí cần xử lý.

Tiến hành chạy NCORR, một mã nguồn mở trong môi trường Matlab, bắt đầu bằng việc chọn hình gốc tại thời điểm chưa gia tải Sau đó, chọn hình ảnh đối chứng tại các thời điểm gia tải và xác định vùng trong hình ảnh đối diện trùng với vị trí đặt Strain gauge, nằm ở chính giữa đầm và cách mép trên của dầm 100mm tương đương với số pixel Phương pháp DIC cung cấp kết quả về vùng biến dạng theo từng cấp tải trọng.

(a) (b) Hình 4.1: So sánh biến dạng dầm BTCT B22.5 ở cấp tải P,94KN: Hình(a) kết quả biến dạng tại vị trí đặt Strain gauge, (b)Kết quả thu đƣợc từ Data Logger

Hình 4.1 so sánh biến dạng ở tải trọng 89,84 KN, trong đó Hình 4.1a trình bày kết quả biến dạng tính toán bằng phương pháp tương quan ảnh kỹ thuật số tại vị trí đặt Strain gauge với giá trị 1046,6 àε Hình 4.1b hiển thị kết quả biến dạng thực đo từ Strain gauge, cho giá trị 1043,28 àε, với sai số tính được là 1% Nếu coi giá trị đo từ Strain gauge là chính xác, sai lệch của phương pháp DIC so với kết quả thực là không đáng kể, cho thấy độ phân giải của ảnh thu được và phương pháp DIC là tương đối chính xác.

Hình 4.2: So sánh biến dạng dầm BTCT B22.5 ở cấp tải P,28KN:

Hình (c) kết quả biến dạng tại vị trí đặt Strain gauge, (d) Kết quả thu đƣợc từ Data Logger

Hình 4.2 so sánh biến dạng ở tải trọng 93,28KN, trong đó Hình 4.2c thể hiện kết quả biến dạng tính toán bằng phương pháp tương quan ảnh kỹ thuật số tại vị trí Strain gauge với giá trị 1325,4 àε Hình 4.2(d) cho thấy kết quả đo thực từ Strain gauge với giá trị 1317,62 àε, tạo ra sai số tính toán 1% Nếu coi giá trị đo từ Strain gauge là chính xác, sai lệch của phương pháp DIC so với kết quả thực là không đáng kể, chứng tỏ độ phân giải của ảnh và phương pháp DIC tương đối chính xác.

Bảng 4.1: Kết quả tổng hợp số liệu vùng biến dạng dầm B22.5

Kết quả từ Data Logger (àε)

Kết quả từ PP DIC (àε) Sai số (%)

Tại hình 1, với tải trọng P = 6.19KN, kết quả so sánh giữa phương pháp DIC và thực nghiệm từ máy Data logger cho thấy sai số 8,1% Sai số này lớn hơn nhiều so với các cấp tải trọng khác, do tại cấp tải trọng nhỏ, biến dạng cũng nhỏ, dẫn đến sự chênh lệch nhỏ nhưng lại tạo ra sai số phần trăm lớn.

Hình 4.3: So sánh biến dạng dầm BTCT B15 ở cấp tải PR.58KN:

Hình (a) kết quả biến dạng tại vị trí đặt Strain gauge, (b) Kết quả thu đƣợc từ Data Logger

Hình 4.3 so sánh biến dạng ở tải trọng 52.58 KN, trong đó Hình 4.3a trình bày kết quả biến dạng tính toán bằng phương pháp tương quan ảnh kỹ thuật số tại vị trí đặt Strain gauge với giá trị 207.61 àε Hình 4.3b thể hiện kết quả biến dạng thực đo từ Strain gauge, với giá trị thu được từ màn hình datalogger là 206.72 àε Sai số tính toán được dưới 1%.

Hình 4.4: So sánh biến dạng dầm BTCT B15 ở cấp tải Pr.25KN:

Hình 4.3 so sánh biến dạng ở tải trọng 72.25 KN, với Hình 4.3a thể hiện kết quả biến dạng tính toán bằng phương pháp tương quan ảnh kỹ thuật số tại vị trí đặt Strain gauge, cho giá trị 437.36 àε Hình 4.3b hiển thị kết quả biến dạng thực đo từ Strain gauge, với giá trị thu được từ màn hình datalogger là 438.56 àε Sai số tính toán dưới 1%.

Hình 4.5: So sánh biến dạng dầm BTCT B15 ở cấp tải Pu.46KN:

Hình 4.3 so sánh biến dạng ở tải trọng 75.34 KN, trong đó Hình 4.3a trình bày kết quả biến dạng tính toán bằng phương pháp tương quan ảnh kỹ thuật số tại vị trí đặt Strain gauge với giá trị 553.99 àε Hình 4.3b thể hiện kết quả biến dạng thực đo từ Strain gauge, với giá trị 549.65 àε thu được từ màn hình datalogger Sai số tính được là 1%, cho thấy sai lệch giữa phương pháp DIC và kết quả thực đo là không đáng kể Điều này chứng tỏ độ phân giải của ảnh thu được và độ chính xác của phương pháp DIC là tương đối cao.

4.1.2 Dầm bê tông cốt thép xỉ

Kết quả biến dạng theo số liệu thực nghiệm và kết quả hình ảnh đƣợc xử lý bằng phương pháp DIC

Sau khi thu thập dữ liệu hình ảnh bằng máy ảnh Canon EOS 7D trong quá trình thí nghiệm dầm bê tông cốt thép chịu uốn 3 điểm, cần xử lý hình ảnh để đảm bảo tính đồng bộ về kích thước và dung lượng Việc sử dụng phần mềm IMAGEJ là cần thiết để điều chỉnh các hình ảnh sao cho chúng có kích thước hình học đồng nhất và đúng vị trí cần xử lý.

Tiến hành chạy NCORR, một mã nguồn mở trong môi trường Matlab, bắt đầu bằng cách chọn hình ảnh gốc tại thời điểm chưa gia tải Sau đó, chọn hình ảnh đối chứng tại các thời điểm gia tải và xác định vùng trong hình ảnh trùng với vị trí đặt Strain gauge, cụ thể là ở chính giữa dầm, lệch bên trái 100mm và cách mép trên của dầm 120mm Phương pháp DIC sẽ cung cấp kết quả về vùng biến dạng theo từng cấp tải trọng.

Hình 4.6 trình bày kết quả biến dạng tại các vị trí đặt Strain gauge với phương pháp tương quan ảnh kỹ thuật số Cụ thể, các vị trí biến dạng được ghi nhận ở các tải trọng khác nhau: (a) P.94KN, (b) P6,25, (c) PG.26, (d) Pb.35KN, (e) Pp.27KN, (f) P.17KN, (g) P.89, và (h) P.46KN.

Bảng 4.2: Kết quả tổng hợp sớ liệu vùng biến dạng dầm xỉ

Kết quả từ Data Logger (àε)

Kết quả từ PP DIC (àε) Sai số (%)

Theo kết quả so sánh biến dạng ở các mức tải trọng tại vị trí đặt Strain gauge, phương pháp tương quan ảnh kỹ thuật số (DIC) cho sai số trung bình khoảng 3% so với giá trị thu được từ máy datalogger Nếu coi giá trị đo từ Strain gauge là chính xác, thì sai lệch của DIC so với kết quả thực tế là không đáng kể Điều này chứng tỏ rằng độ phân giải của ảnh thu được và phương pháp DIC là tương đối chính xác.

Phương pháp DIC đã chứng minh tính chính xác trong việc xác định trường biến dạng của cả hai loại dầm bê tông cốt thép B15 và B22.5, cũng như dầm bê tông cốt thép xỉ Kết quả cho thấy độ phân giải 5184x3456 của máy ảnh Canon EOS 7D hoàn toàn đáp ứng yêu cầu.

Xác định chiếu dài và bề rộng vết nứt

4.2.1 Dầm bê tông cốt thép thường B15 & B22.5

Sau khi thực hiện uốn mẫu và chụp hình bằng máy ảnh kỹ thuật số, quá trình hình thành và phát triển vết nứt được ghi lại Các hình ảnh này được xử lý bằng phần mềm NCORR, mã nguồn mở trong môi trường Matlab Đầu tiên, hình gốc được chọn tại thời điểm chưa gia tải, sau đó là hình ảnh đối chứng tại các thời điểm gia tải Tiếp theo, vùng dọc theo chiều dài vết nứt được xác định và phần mềm được chạy để xuất ra kết quả bề rộng vết nứt cùng với vùng ứng suất, được thể hiện qua các dãy màu tương ứng với từng cấp tải trọng.

( i) (k) Hình 4.7: Quá trình phát triển vết nứt dầm bê tông cốt thép B22.5 theo từng cấp tải trọng

Hình (a) 60.15KN, (b) 69.65KN, (c) 84.88 KN, (d) 86.84 KN, (e)87.22 KN, (f) 89.94 KN, (g) 90.31 KN, (h) 92.78 KN, (i) 93.28 KN,(k) 94.64 KN

Quá trình phát triển vết nứt trên dầm được quan sát thông qua xử lý hình ảnh cho thấy, khi tải trọng P < 60KN, dầm vẫn hoạt động trong giai đoạn đàn hồi mà chưa xuất hiện vết nứt Tuy nhiên, khi tải trọng tăng lên trên 70KN, vết nứt W c = 0.102mm bắt đầu xuất hiện ở phần dưới của dầm, phân bố trong khoảng giữa Bề rộng vết nứt gia tăng theo tải trọng, cho thấy cốt thép trong bê tông đã chảy dẻo Khi tải trọng tiếp tục tăng lên đến P = 64KN, dầm bị phá hoại hoàn toàn với bề rộng vết nứt lớn nhất đạt W c = 1,085mm.

Hình 4.8: Quá trình phát triển vết nứt dầm bê tông cốt thép B15 theo từng cấp tải trọng

Hình (a) 21.65KN, (b) 38.60KN, (c) 61.24 KN, (d) 69.80 KN, (e)72.12 KN, (f) 75.36 KN, (g) 76.45 KN, (h) 77.81 KN

Quá trình phát triển vết nứt trên dầm được quan sát thông qua xử lý hình ảnh cho thấy, khi tải trọng tác dụng P nhỏ hơn 38 kN, dầm vẫn hoạt động trong giai đoạn đàn hồi mà chưa xuất hiện vết nứt Tuy nhiên, khi tải trọng vượt quá 38 kN, vết nứt đầu tiên với bề rộng W c = 0.113 mm bắt đầu xuất hiện ở phần dưới của dầm, phân bố ở giữa Bề rộng vết nứt tiếp tục tăng theo tải trọng, và đến mức 81 kN, dầm đã bị phá hoại hoàn toàn với bề rộng vết nứt lớn nhất đạt W c = 0.184 mm.

So sánh quá trình phát triển vết nứt của dầm bê tông cốt thép B15 và B22.5 cho thấy dầm B15 xuất hiện vết nứt nhanh hơn ở cấp tải trọng P8KN, trong khi dầm B22.5 chỉ bắt đầu nứt ở cấp tải trọng P= 70KN Hơn nữa, dầm B15 bị phá hoại hoàn toàn ở cấp tải trọng Pw.81KN, nhanh hơn so với dầm B22.5, bị phá hoại ở cấp tải trọng P.64KN.

Bảng 4.3: Tổng hợp số liệu tải trọng và bề rộng vết nứt dầm BTCT B22.5

30(mm) 40 (mm) 60 (mm) 100 (mm) 145(mm)

Hình 4.9 : Mặt cắt xác định vị trí phát triển vết nứt (CTOD)

Hình 4.10: Biểu đồ cấp tải trọng và bề rộng vết nứt tại mặt cắt 1-1

Hinh 4.10 thể hiện sự phát triển bề rộng vết nứt tại vị trí mặt cắt 1-1 cách đáy dầm 30mm Mặt cắt 30mm từ đáy dầm đƣợc chọn để xem xét vì đây vị trí trọng tâm của lớp cốt thép chịu kéo Độ mở rộng vết nứt tại vị trí này cũng là độ giãn dài của cốt thép Thông qua hình thấy ở cấp tải Pi.65 KN thì bắt đầu xuất hiện vết nứt với chiều rông W c = 0.102mm ở cấp tải P.64 KN thì vết nứt phát triển nhanh với chiều rông W c = 1.085 mm, mối quan hệ là đường cong cho thấy mối liên hệ giữa tải trọng và độ mở rộng là không tuyến tính ở cấp tải càng cao thì độ mở rộng vết

Chiều rộng vết nứt (mm)

Vết nứt càng lớn sẽ dẫn đến việc diện tích nguyên của bê tông giảm, làm giảm tiết diện và độ cứng của dầm Khi dầm trở nên mềm hơn, vết nứt sẽ phát triển nhanh chóng hơn.

Hinh 4.11 thể hiện sự phát triển bề rộng vết nứt tại vị trí mặt cắt 2-2 cách đáy dầm 40mm P.63 KN tương ứng W c = 0.108mm, P.88 KN tương ứng W c 0.201mm, P.84 KN tương ứng W c = 0.209mm, P.22 KN tương ứng W c 0.235mm, P.94 KN tương ứng W c = 0.313 mm, P.31 KN tương ứng W c 0.546 mm, P.78 KN tương ứng Wc = 0.702 mm, P.28 KN tương ứng W c 0.909 mm,P.64 KN tương ứng W c = 0.988 mm

Hinh 4.12 thể hiện sự phát triển bề rộng vết nứt tại vị trí mặt cắt 3-3 cách đáy dầm

Với độ dày 60mm, vết nứt bắt đầu xuất hiện tại các mức tải trọng khác nhau: ở P.88 KN tương ứng với Wc 0.115mm, P.84 KN tương ứng với Wc 0.206mm, P.22 KN tương ứng với Wc 0.236mm, P.94 KN tương ứng với Wc 0.288mm, P.31 KN tương ứng với Wc 0.572mm, P.78 KN tương ứng với Wc 0.632mm, P.28 KN tương ứng với Wc 0.778mm, và P.64 KN tương ứng với Wc 0.802mm.

Tại mức tải trọng 100mm, vết nứt xuất hiện với các giá trị tương ứng như sau: 84 KN với Wc = 0.124mm, 22 KN với Wc = 0.156mm, 94 KN với Wc = 0.251mm, 31 KN với Wc = 0.551mm, 78 KN với Wc = 0.631mm, 28 KN với Wc = 0.715mm, và 64 KN với Wc = 0.836mm.

Tại mức tải trọng P, vết nứt bắt đầu xuất hiện ở 145mm với các thông số cụ thể như sau: P = 22 KN tương ứng với Wc = 0.130mm, P = 94 KN tương ứng với Wc = 0.139mm, P = 31 KN tương ứng với Wc = 0.367mm, P = 78 KN tương ứng với Wc = 0.437mm, P = 28 KN tương ứng với Wc = 0.456mm, và P = 64 KN tương ứng với Wc = 0.457mm.

Bảng 4.4: Tổng hợp số liệu tải trọng và bề rộng vết nứt dầm BTCT B15

30(mm) 45 (mm) 55(mm) 65 (mm) 100(mm)

Hinh 4.15 thể hiện sự phát triển bề rộng vết nứt dầm B15 tại vị trí mặt cắt 1-1 cách đáy dầm 30mm Mặt cắt 30mm từ đáy dầm đƣợc chọn để xem xét vì đây vị trí trọng tâm của lớp cốt thép chịu kéo Độ mở rộng vết nứt tại vị trí này cũng là độ giãn dài của cốt thép Thông qua hình thấy ở cấp tải P8.60 KN thì bắt đầu xuất hiện vết nứt với chiều rông W c = 0.113mm ở cấp tải Pw.81 KN thì vết nứt phát triển nhanh với chiều rông W c = 0.184 mm, mối quan hệ là đường cong cho thấy mối liên hệ giữa tải trọng và độ mở rộng là không tuyến tính ở cấp tải càng cao thì độ mở rộng vết nứt càng lớn Điều này là hợp lý vì vết nứt càng phát triển thì diện tích nguyên của bê tông càng giảm, tiết diện giảm dẫn đến độ cứng của dầm giảm, dầm mềm hơn thì vết nứt càng phát triển nhanh

Hinh 4.16 thể hiện sự phát triển bề rộng vết nứt tại vị trí mặt cắt 2-2 cách đáy dầm 45mm PH.62 KN tương ứng W c = 0.116mm, Pa.24 KN tương ứng W c 0.121mm, Pd.21 KN tương ứng W c = 0.128mm, Pi.80 KN tương ứng W c 0.131mm, Pr.12 KN tương ứng W c = 0.136 mm, Pu.34KN tương ứng W c 0.137 mm, Pv.45KN tương ứng W c = 0.160 mm, Pw.81KN với W c =0.184mm Căn cứ vào kết quả hình ảnh thu được tử phương pháp tương quan ảnh kỹ thuật số DIC ta xác định đƣợc chiều dài (L c ) của vết nứt từ khi bắt đầu xuất hiện vết nứt đến khi dầm phá hoại hoàn toàn và chiều dài (r) của từng đoạn phát triển đầu vết nứt (CTOD) theo từng cấp tải trọng kết quả cụ thể nhƣ sau:

Bảng 4.5: Tổng hợp số liệu thông số cơ học dầm B15

TT (KN) (mm) (mm) (mm) chú

Bảng 4.6: Tổng hợp số liệu thông số cơ học dầm B22.5

Hình 4.17: Biểu đồ giữa cấp tải trọng (P) và chiều dài vết nứt (Lc)

Chiều dài vết nứt Lc (mm)

Hinh 4.17 thể hiện mối liên hệ giữa tải trọng (P) và chiều dài vết nứt (Lc) của dầm BTCT B15 và dầm BTCT B22.5.,sự phát triển chiều dài vết nứt thông qua hình ta thấy dầm BTCT B15, ở cấp tải trọng P8.60KN thì bắt đầu xuất hiện vết nứt với chiều dài L c = 30mm, còn dầm BTCT B22.5 ở cấp tải Pi.65 KN thì bắt đầu xuất hiện vết nứt với chiều dàiL c = 30mm Dầm BTCT B15 ở cấp tải Pd.21KN thì chiều dài vết nứt không phát triển nữa và dừng lại với chiều dài L c 1mm, còn dầm BTCT B22.5 thì cấp tải P.22 KN thì vết nứt phát triển nhanh với chiều dài

Chiều dài vết nứt Lc = 148.24 mm cho thấy mối quan hệ không tuyến tính giữa tải trọng và chiều dài vết nứt Khi tải trọng tăng cao, chiều dài vết nứt cũng tăng theo Điều này hợp lý vì khi vết nứt phát triển, diện tích nguyên của bê tông giảm, làm giảm tiết diện và độ cứng của dầm Khi dầm trở nên mềm hơn, chiều dài vết nứt phát triển nhanh hơn.

Hình 4.18: Biểu đồ giữa chiều rộng (W c ) và chiều dài vết nứt (Lc)

Hinh 4.18 thể hiện giữa bề rộng (W c ) và chiều dài vết nứt.Thông qua hình ta thấy dầm BTCT B15 khi chiều dài Lc= 30mm thì bề rộng vết nứt W c = 0.113mm, dầm BTCT B22.5 khi chiều dài vết nứt Lc0mm thì bề rộng vết nứt W c = 0.102mm Khi chiều dài vết nứt tiếp tục phát triển ta thấy dầm BTCT B15 có chiều dài Lc 45mm thì chiều rộng vết nứt W c = 0.074mm, dầm BTCT B22.5 có chiều dài vết nứt

Lc = 51.64mm thìchiều rông vết nứt W c = 0.108 mm Chiều dài vết nứt của dầm

Chiều dài vết nứt Lc (mm

Các bước mô hình hóa trên phần mền ABAQUS

Việc xây dựng các cấu kiện từ modul trên thanh trong môi trường làm việc của phần mền Abaqus và lựa chọn công năng Part trên thanh modul

5.1.1.1 Cấu kiện dầm bê tông

Trên vùng công cụ, chọn biểu tượng "Create Part" để mở cửa sổ "Create Part" Trong cửa sổ này, bạn cần nhập tên cho cấu kiện trong mục "Name", chọn "Modeling Space" để sử dụng đối tượng mô phỏng 3D, xác định "Type" là phần tử deformable, và trong mục "Base Feature", chọn dạng "Solid" với loại "Extrusion" để sắp xếp phần tử 3.

Hình 5.1: Cửa sổ Create Part trong Abaqus

Sau khi khởi tạo giao diện vẽ đồ họa hai chiều, nhấn biểu tƣợng

Trên vùng thanh công cụ, người dùng sẽ thấy thông báo “Chọn điểm bắt đầu của đường thẳng hoặc nhập tọa độ X Y” Sau khi xác định điểm bắt đầu, màn hình đồ họa sẽ hiển thị điểm đó và thông báo tiếp theo sẽ yêu cầu “Chọn điểm kết thúc của đường thẳng hoặc nhập tọa độ” Khi người dùng nhập tọa độ điểm kết thúc, một đường thẳng liên tục sẽ xuất hiện trên màn hình Tiếp tục nhập tọa độ cho các điểm đến để hoàn thành mặt cắt dọc của dầm như hình 52 Cuối cùng, nhấn Esc trên bàn phím để kết thúc lệnh vẽ.

Hình 5.2: Mô hình hình học hai chiều cấu kiện bê tông

Sau khi thiết lập mô hình hình học hai chiều cho cấu kiện, bạn có thể sử dụng lệnh Add Dimension trong vùng công cụ để đo và kiểm tra kích thước của dầm, như thể hiện trong hình 5.3.

Hình 5.3: Kích thước mô hình hình học hai chiều cấu kiện bê tông

Cuối cùng sử lệnh Save Model Database trên thanh công cụ để lưu mặt cắt vừa đƣợc thiếp lập

Sau khi hoàn thành việc vẽ mặt cắt dọc dầm, người dùng cần nhấn nút "Done" để mở cửa sổ Edit Base Extrusion, nơi thiết lập chiều cao (Depth) của dầm Sau khi điều chỉnh, nhấn "OK" để xác nhận và thoát khỏi cửa sổ Mô hình dầm bê tông sẽ hoàn thành như hình 5.5.

Hình 5.4: Cửa số Edit Base Extrusion

Hình 5.5: Mô hình ba chiều của cấu kiện dầm bê tông

5.1.1.2 Cấu kiện tấm đệm thép

Cấu kiện tấm thép đệm ở gối và tấm thép đệm lực khởi tạo tương tự như đối với cấu kiệm dầm bê tông

Khởi tạo giao diện vẽ đồ họa hai chiều tương tự như đối với dầm bê tông Sau khi khởi tạo thành công xuất hiện nhƣ hình 5.6

Hình 5.6: Mô hình hai chiều của cấu kiện tấm đệm thép

Việc khởi tạo cấu kiện ba chiều cho cấu kiện đệm thép được thực hiện tương tự như đối với cấu kiện dầm bê tông, và sau khi quá trình khởi tạo hoàn tất, hình 5.7 sẽ được hiển thị.

Hình 5.7: Mô hình ba chiều của cấu kiện tấm đệm thép

5.1.1.3 Cấu kiện cốt thép đai

Trên vùng công cụ sử dụng biểu tƣợng (Create Part), sau đó xuất hiện cửa sổ Create Part Trong của số này Name (đặt tên cấu kiện,

In the realm of 3D modeling, we utilize simulation objects to create accurate representations of physical phenomena The chosen element type is deformable, allowing for realistic behavior under various conditions For the base feature, we employ a wire form, specifically a planar type, to enhance the structural integrity and visual fidelity of the model.

Sau khi khởi động giao diện vẽ đồ họa hai chiều, bạn tiến hành thực hiện các bước tương tự cho cấu kiện dầm Tiếp theo, sau khi khởi tạo hình vẽ hai chiều, hãy đo kích thước và kiểm tra theo hình 5.8.

Hình 5.8: Mô hình hình học hai chiều của cốt đai

Sau khi hoàn tất việc khởi tạo mô hình hai chiều, hãy nhấn nút "Done" trên khu vực thông báo Mô hình ba chiều của vòng thép đai sẽ được hoàn thành như hình 59.

Hình 5.9: Mô hình hình học ba chiều của cốt đai

5.1.1.4 Cấu kiện cốt thép dọc

Khởi tạo xây dựng cấu kiện cốt thép dọc tương tự như đối với cốt thép đai

Sau khi hoàn tất việc khởi tạo đối tượng, cần tiến hành vẽ hình hai chiều cho cấu kiện cốt thép dọc, tương tự như cách thực hiện với cốt thép đai Cuối cùng, hoàn thành việc vẽ hình hai chiều cho cốt thép dọc, thể hiện rõ ràng như hình 60.

Hình 5.10: Mô hình hình học hai chiều của cốt thép dọc

Sau khi hoàn thành việc khởi tạo mô hình hai chiều, bạn hãy nhấn nút "Done" trên khu vực thông báo Mô hình ba chiều của vòng thép đai sẽ được hiển thị như hình 5.11.

Hình 5.11: Mô hình hình học ba chiều của cốt thép dọc

5.1.2 Định nghĩa vật liệu và thuộc tính mặt cắt

Trên vùng công cụ sử dụng (Create Material).Xuất hiện cửa sổ Edit

Material, trong hộp thoại này Name (tên cấu kiện) Tiếp tục nhấn General – Density, trong cửa số này nhập giá trị Mass Density (khối lƣợng riêng bê tông)

Tiếp tục chọn Mechanical – Elasticity – Elastic, sau đó nhập giá trị Young’s Modulus và hệ số Poisson cho bê tông Tiếp theo, chọn Mechanical – Concrete Damaged Plasticity và nhập thông số mô hình dẻo Trong mục Compressive Behavior, nhập giá trị đường cong ứng suất – biến dạng của bê tông chịu nén như hình 5.12, và tương tự, trong mục Tensile Behavior, nhập giá trị đường cong ứng suất – biến dạng của bê tông chịu kéo như hình 62 Cuối cùng, chọn OK để hoàn tất việc thiết lập thông số cho vật liệu bê tông.

Hình 5.12: Xác định thông số vật liệu bê tông

Vật liệu cốt thép chịu lực

Trên vùng công cụ sử dụng (Create Material).Xuất hiện cửa sổ Edit

In the dialog box, enter the Name of the component under Material Next, navigate to General and input the Mass Density value for steel Then, select Mechanical, followed by Elasticity, and enter the Young’s modulus values in the Data window.

Modulus và hệ số Poisson của thép rất quan trọng trong việc xác định tính chất cơ học của vật liệu Để thiết lập mô hình dẻo, bạn cần truy cập vào phần Mechanical - Plasticity - Plastic và nhập các thông số liên quan đến đường cong ứng suất - biến dạng của cốt thép Sau khi hoàn tất việc nhập liệu, hãy nhấn OK để lưu lại các thay đổi trong mục Edit Material.

Vật liệu tấp đệm thép

Thiết lập vật liệu cho thép đệm lực tương tự như đối với cốt thép chịu lực, nhƣng thay đổi thông số vật liệu của thép đệm

5.1.2.2 Định nghĩa thuộc tính mặt cắt

Để định nghĩa thuộc tính mặt cắt tiết diện, sử dụng công cụ Create Section trên vùng công cụ, bạn sẽ thấy cửa sổ Create Section Trong hộp thoại này, bạn cần nhập Name (tên tiết diện mặt cắt ngang), Category (đối tượng mô phỏng là Solid), Type (tính chất mặt cắt là Homogeneous), sau đó nhấn Continue Tiếp theo, cửa sổ Edit Section sẽ xuất hiện, cho phép bạn thêm Material (vật liệu cho mặt cắt), các lựa chọn khác giữ nguyên mặc định và nhấn OK để hoàn thành Quy trình này cũng được áp dụng tương tự cho tấm đệm thép.

Hình 5.13: Cửa sổ định nghĩa thuộc tính mặt cắt cho bê tông

Để tạo một phần mặt cắt, nhấn chọn biểu tượng "Create Section" trên thanh công cụ, sau đó cửa sổ Create Section sẽ xuất hiện Tại đây, bạn cần nhập tên thuộc tính mặt cắt, chọn loại đối tượng beam và loại phần tử Truss, giữ các thông số khác ở chế độ mặc định rồi nhấn Continue Tiếp theo, trong cửa sổ mới, hãy chọn vật liệu phù hợp cho cốt thép và xác định diện tích mặt cắt ngang Cuối cùng, nhấn OK để hoàn tất việc định nghĩa thuộc tính mặt cắt ngang cho cốt thép, và thực hiện tương tự cho cốt thép đai.

Hình 5.14: Cửa sổ định nghĩa thuộc tính mặt cắt cho cốt thép

5.1.2.3 Gán thuộc tính mặt cắt cho cấu kiện

Thông số tính toán cho mô hình

5.2.1 Mô hình vật liệu bê tông

Kết quả thí nghiệm mẫu và công thức tính toán các thông số mô hình vật liệu bê tông trong chương 2 cho thấy các thông số đặc trưng như modul đàn hồi E c, hệ số Poisson  c, cường độ chịu kéo f c và cường độ chịu nén f t được trình bày trong bảng cho hai loại dầm bê tông: dầm bê tông thường (RCB) và dầm bê tông xỉ (SRCB).

Bảng 5.1: Thông số đặc trưng của bê tông thường và bê tông xỉ

Dựa trên các thông số đặc trưng của bê tông thường và bê tông xỉ, có thể xác định các thông số đầu vào cho mô hình vật liệu bê tông Hai mô hình số vật liệu bê tông này được phát triển bởi Hsu-Hsu vào năm 1994.

Thông số của mô hình Hsu – Hsu (1994)

Mô hình Hsu-Hsu gồm có hai thông số về đường cong miền chịu nén và đường cong miền chịu kéo

Bảng 5.2: Thông số miền chịu nén của mô hình Hsu-Hsu

Mô hình vật liệu bê tông của RCB

Mô hình vật liệu bê tông của SRCB Ứng suất

Bảng 5.3: Thông số miền chịu kéo của mô hình Hsu-Hsu

Mô hình vật liệu bê tông của RCB

Mô hình vật liệu bê tông của SRCB Ứng suất

5.2.2 Mô hình vật liệu thép

Trong đề tài này, các thông số tính toán đặc trưng của thép bao gồm mô đun đàn hồi E s, hệ số Poisson  s, cường độ chịu kéo f y và cường độ chịu kéo cực hạn f u được trình bày chi tiết trong bảng.

Bảng 5.4: Thông số đặc trƣng của cốt thép

Dựa vào các thông số đặc trưng của cốt thép trong bảng, chúng ta có thể thực hiện các phép tính để đưa ra các thông số tính toán cho mô hình Trong nghiên cứu này, loại mô hình được sử dụng để mô tả vật liệu cốt thép là mô hình IEPL.

Thông số mô hình IEPL

Trong mô hình vật liệu IEPL, tính chất của cốt thép được thể hiện qua mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng, với các thông số quan trọng như modul đàn hồi E s và hệ số Poisson.

 s , cường độ chịu kéo f y cường độ chịu kéo cực hạn f u , biến dạng chịu kéo cực hạn  u

Bảng 5.5: Thông số đặc trƣng của mô hình IEPL

5.2.3 Loại phần tử mô phỏng và tỉ lệ chia phần tử

5.2.3.1 Loại phần tử mô phỏng

Trong nghiên cứu này, phần tử C3D8R từ thư viện vật liệu của phần mềm Abaqus được sử dụng để mô hình hóa Phần tử C3D8R là dạng khối ba chiều với 8 nút tuyến tính, được áp dụng cho các phần tử bê tông thông thường và bê tông xỉ trong quá trình mô phỏng tính toán.

Các thanh cốt thép có thể đƣợc mô hình hóa bằng mô hình dạng khối, dạng dầm hoặc dạng thanh và sử dụng phần tử T3D2

Bảng 5.6: Loại phần tử mô phỏng dầm

Phần tử mô phỏng Bê tông Cốt dọc chịu kéo

Cốt dọc chịu nén Cốt đai Đệm thép

5.2.3.2 Tỉ lệ chia phần tử

Tỉ lệ chia phần tử đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến tính hội tụ của kết quả và khả năng đáp ứng của tài nguyên máy tính Nghiên cứu này tiến hành khảo sát nhiều tỉ lệ chia khác nhau, cụ thể là Mesh.

200, Mesh 100, Mesh 80, Mesh 50, Mesh 20 Từ đó, so sánh các kết từ các tỉ lệ

78 chia này và đề xuất tỉ lệ chia hợp lý tối ƣu giữa độ chính xác kết quả và tài nguyên máy tính đáp ứng để giải bài toán

5.2.3.3 Thông số mô hình phá hoại dẻo

Trong mô phỏng theo mô hình phá hoại dẻo, cần xác định các thông số để mô tả tính chất của vật liệu bê tông và vật liệu cốt thép Mô hình này yêu cầu các thông số dẻo, sẽ được trình bày chi tiết ở phần sau.

Bảng 5.7: Thông số mô hình phá hoại dẻo mô hình

+ Kc – Tỉ số cường độ chịu kéo ngoài mặt phẳng làm việc so với cường độ chịu nén trong mặt phẳng làm việc

+  - Hệ số lệch tâm vật liệu

+   b 0 c 0 - Hệ số giữa cường độ chịu nén 1 trục với cường độ chịu nén 2 trục

5.2.3.4 Nhận xét về thông số đầu vào

Mô hình phá hoại dẻo được xây dựng dựa trên các thông số đầu vào thu được từ thí nghiệm mẫu dầm bê tông cốt thép thường và bê tông xỉ cốt thép Do số lượng mẫu thí nghiệm hạn chế, độ chính xác của mô hình mô phỏng chỉ đạt mức tương đối Các thông số này chỉ mang tính tham khảo theo hướng dẫn của Abaqus, vì vậy kết quả mô phỏng dầm có thể có sai số nhất định và không hoàn toàn chính xác.

Kết quả mô phỏng dầm BTCT đá và dầm bê tông cốt thép xỉ

5.3.1 Dầm bê tông cốt thép B15 và B22.5:

Sau khi thiết lập các bước mô phỏng dầm bê tông trên phần mềm Abaqus, chúng tôi đã sử dụng mô hình Hsu-Hsu (1994) để mô phỏng tính chất ứng xử của vật liệu bê tông Đồng thời, mô hình cải tiến mô hình đàn dẻo (IEPL) được áp dụng để mô phỏng tính chất ứng xử của cốt thép Kết quả thu được từ mô hình được so sánh với các kết quả từ thí nghiệm thực tế, nhằm đánh giá độ chính xác và hiệu quả của mô phỏng.

Biểu đồ trong Hình 5.30 so sánh mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị của dầm bê tông cốt thép B15 và B22.5 Kết quả cho thấy dầm bê tông cốt thép hoạt động trong miền đàn hồi khi tải trọng dưới 70 kN, với sự sai lệch không đáng kể Khi tải trọng vượt quá 80 kN, dầm chuyển sang miền đàn-dẻo, dẫn đến sự gia tăng chuyển vị, tuy nhiên sự khác biệt vẫn chưa lớn Khi tải trọng vượt 80 kN, sai lệch giữa chuyển vị mô hình và kết quả thực nghiệm khoảng 7%.

Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị giữa dầm cho thấy kết quả mô phỏng tương đối chính xác so với giá trị thực nghiệm, với sai lệch khoảng 7% Do đó, chúng ta có thể sử dụng kết quả ứng suất cốt thép từ mô phỏng để tính toán lực kéo Q trong cốt thép theo từng cấp tải trọng.

Thông qua việc xử lý hình ảnh bằng phương pháp DIC, chúng tôi đã xác định được các thông số kỹ thuật quan trọng như chiều rộng (Wc), chiều dài (Lc) và năng lượng dẻo phá hủy (ΔG).

Bài viết này đề cập đến 80 vị trí phát triển vết nứt theo từng cấp tải trọng, với vị trí bắt đầu phát triển vết nứt CMOD cách đáy dầm 3cm Trong Bảng 5.7 và Bảng 5.8, P đại diện cho tải trọng uốn của dầm, trong khi Q là lực kéo gây ra sự phát triển vết nứt giữa dầm Dựa trên các thông số này, năng lượng phá hủy (G) trong quá trình phát triển vết nứt được tính toán với các số liệu cụ thể.

Bảng 5.8: Tổng hợp số liệu thông số cơ học dầm B15

Bảng 5.9: Tổng hợp số liệu thông số cơ học dầm B22.5

Hình 5.31: Biểu đồ giữa lực kéo (Q) và Năng lƣợng phá hủy (G)

Biểu đồ trong Hình 5.31 thể hiện mối liên hệ giữa lực kéo Q và năng lượng phá hủy G của dầm bê tông cốt thép B15 và B22.5 Dầm B15 hoạt động trong miền đàn hồi khi Q < 14.88 KN với G = 1.681 KNmm, trong khi dầm B22.5 có G = 3.480 KNmm khi Q < 35 KN Khi Q = 20.54 KN, dầm B15 có G = 2.10 KNmm và phá hủy hoàn toàn khi Q = 27.87 KN với G = 2.377 KNmm Đối với dầm B22.5, khi Q = 39.24 KN, dầm chuyển sang miền dẻo với G = 4.033 KNmm và phá hủy hoàn toàn tại Q = 47.17 KN với G = 4.402 KNmm Mối liên hệ giữa Q và G là đường cong không tuyến tính.

Hình 5.32: Biểu đồ giữa lực (Q) và CMOD dầm BTCT B15 và B22.5

Hinh 5.32 thể hiện mốiliên hệ giữa lực Q và CMOD (vị trí cách đáy dầm 30mm trọng tâm của lớp cốt thép chịu kéo, Độ mở rộng vết nứt tại vị trí này cũng là độ giãn dài của cốt thép) Thông qua hình ta thấy dầm BTCT B15 khi Q= 14.88KN vết nứt bắt đầu xuất hiện tại vị trí CMOD = 0.133mm, còn ở dầm BTCT B22.5 khi Q4.12KN thì bắt đầu xuất hiện vết nứt tại vị trí CMOD = 0.102mm Khi lực trong dầm BTCT B15 tăng lên Q= 25.87 KN thì dầm phá hủy hoàn toàn lúc này vết nứt tại vị trí CMOD = 0.128mm, còn ở dầm BTCT B22.5 Khilực QB.17 KN thì dầm mới phá hủy vết nứt tại vị trí CMOD = 0.337mm, mối quan hệ là đường cong cho thấy mối liên hệ giữa Q và CMOD là không tuyến tính Điều này là hợp lý vì khi cốt thép ở giai đoạn chảy dẻo thì bề rộng CMOD phát triển nhanh

Hình 5.33: Biểu đồ giữa tái trọng (P) và CMOD dầm BTCT B15 và B22.5

Hinh 5.33 thể hiện mối liên hệ giữa tải trọng P và CMOD (vị trí cách đáy dầm 30mm trọng tâm của lớp cốt thép chịu kéo.Độ mở rộng vết nứt tại vị trí này cũng là độ giãn dài của cốt thép) Thông qua hình ta thấy dầm BTCT B15 khi tải trọng P = 38.60KN vết nứt bắt đầu xuất hiện tại vị trí CMOD = 0.133mm, còn ở dầm BTCT B22.5 khi tải trọng Pi.65KN thì bắt đầu xuất hiện vết nứt tại vị trí CMOD = 0.102mm Khi tải trọng trong dầm BTCT B15 tăng lên P = 61.42 KN thì dầm phá hủy lúc này vết nứt tại vị trí CMOD = 0.128mm, còn ở dầm BTCT B22.5 Khi tải trọng P.22 KN thì dầm mới phá hủy vết nứt tại vị trí CMOD 0.337mm, mối quan hệ là đường cong cho thấy mối liên hệ giữa P và CMOD là không tuyến tính Điều này là hợp lý vì khi cốt thép ở giai đoạn chảy dẻo thì bề rộng CMOD phát triển nhanh

5.3.2 Dầm bê tông cốt thép xỉ:

Sau khi thiết lập các bước mô phỏng dầm bê tông trên phần mềm Abaqus, chúng tôi đã sử dụng mô hình Hsu-Hsu (1994) để mô phỏng tính chất ứng xử của vật liệu bê tông Đồng thời, mô hình cải tiến mô hình đàn dẻo (IEPL) được áp dụng để mô phỏng tính chất ứng xử của cốt thép Kết quả thu được từ mô hình được so sánh với kết quả thực nghiệm để đánh giá độ chính xác và hiệu quả của mô phỏng.

Hình 5.34 thể hiện mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị của dầm bê tông cốt thép xỉ Sự so sánh này được thực hiện trong quá trình thí nghiệm, tuy nhiên, việc lắp đặt thiết bị đo chuyển vị LVDT chưa được thực hiện một cách chính xác.

Kết quả của thực nghiệm không chính xác do giá trị 84, vì vậy không thể sử dụng kết quả ứng suất cốt thép trong mô phỏng để tính toán lực kéo Q trong cốt thép theo từng cấp tải trọng.

Kết luận

Qua trình nguyên cứu sử dụng phương pháp tương quan ảnh kỹ thuật số DIC, cho ta rút ra các kết luận sau:

Phương pháp DIC đã hiệu quả trong việc phân tích vùng biến dạng của dầm bê tông cốt thép, mang lại kết quả đáng tin cậy Khi so sánh với dữ liệu thu được từ thiết bị data logger có độ chính xác cao với sai số chỉ 1%, phương pháp DIC cho thấy sự tương đồng rõ rệt.

Phương pháp DIC không chỉ xác định kích thước hình học như chiều dài và chiều rộng mà còn theo dõi quá trình phát triển của vết nứt Đặc biệt, DIC có khả năng phát hiện các vết nứt nhỏ li ti mà mắt thường không nhìn thấy, mang lại độ tin cậy cao hơn so với phương pháp quan sát trực quan trong việc phân tích sự hình thành vết nứt.

Quá trình phát triển vết nứt của dầm bê tông cốt thép xỉ phát triển nhanh hơn bê tông cốt thép thường

Phương pháp DIC có thể giúp xác định được mối quan hệ giữa lực gây ra nứt

Q và các thông số cơ học phá hủy.Mối quan hệ này có thể giúp đánh giá khả năng kháng nứt của vật liệu.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

Để nâng cao hiệu quả thực nghiệm, việc phát triển công cụ khử nhiễu hình ảnh là cần thiết, với đặc điểm không phụ thuộc vào màu sắc của hình ảnh, nhằm tối ưu hóa quá trình sử dụng phương pháp DIC.

Cần làm thí nghiệm cho nhiều loại vật liệu khác nhau

[1] T Yamaguchi, S Nakamura, R Saegusa, S Hashimoto Image-based crack detection for real concrete surfaces, IEEJ transaction on Electrical and Electronic Engineering, 3 (2008) 128-135

[2] J Valenca, D.Dias-da-Costa, E.N.B.S Julio, Characterisation of concrete cracking during laboratorial tests using image processing, Construction and Building Materials, 28 (2012) 607-615

[3] R.S Adhikari, O Moselhi, A Bagchi Image-based Retrival of Concrete Crack Properties The International Association for Automation and Robotics in

[4] L Skarzynski, J Kozicki, J Tejchman, Application of DIC Technique to Concrete-Study on Objectivity of Measured Surface Displacements

[5] Ming-Hsiang Shih, Wen-Peisung Application of digital image correlation method for analysing crack variation of reinforced concrete beams Sadhan, 38

[6] Huang, Xu Automatic inspection of pavement cracking distress Journal of

Định dạng
Số trang	102
Dung lượng	5,91 MB