NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TỔN HAO ỨNG SUẤT TRƯỚC DO TỪ BIẾN VÀ CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TỔN HAO ỨNG SUẤT TRƯỚC DO TỪ BIẾN VÀ CO NGĨT CỦA BÊ TƠNG ThS HỒNG QUANG NHU Vụ Khoa học cơng nghệ – Bộ Xây dựng Mở đầu Nhiều nhà khoa học giới tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để xác định tổn hao ứng suất trước từ biến co ngót bê tơng Các nhà khoa học nghiên cứu thí nghiệm phịng thí nghiệm đo số liệu trực tiếp kết cấu cơng trình thực Trong nghiên cứu thực nghiệm tổn hao ứng suất trước, việc xác định riêng thành phần tổn hao từ biến co ngót thực cách đo biến dạng bê tông cốt thép mẫu ứng suất trước, đồng thời khảo sát biến dạng cấu kiện không chịu ứng suất trước chế tạo mẻ bê tơng, có kích thước (gọi cấu kiện “sinh đôi”) đặt điều kiện môi trường cấu kiện ứng suất trước Bài báo trình bày thí nghiệm khảo sát tổn hao ứng suất trước từ biến co ngót bê tông cấu kiện ứng suất trước căng trước chịu nén tâm tác giả thực phịng thí nghiệm Kết cấu cơng trình – Viện KHCN xây dựng Thiết bị phương pháp đo Thiết bị đo biến dạng bê tơng thí nghiệm từ biến co ngót thường sử dụng loại đồng hồ đo biến dạng có độ xác tới 0.001 mm, thiết bị comparator, tenzomet dây rung tenzomet cảm biến điện trở [2] Một số thí nghiệm dùng phân tích biến dạng vân Moire để khảo sát biến dạng dài hạn cấu kiện ứng suất trước Phương pháp đo comparator phù hợp với việc đo biến dạng dài hạn, nhiên địi hỏi người thực đo phải có kỹ cao Phương pháp đo tenzomet cảm biến điện trở cho phép đo biến dạng nhỏ (co ngót, từ biến) thuận tiện cho việc đo ghi số liệu (phối hợp với máy ghi tự động), chủ động đo nhiều điểm kết cấu, nhiên có nhược điểm khơng bền điều kiện nhiệt ẩm môi trường phải thực thí nghiệm dài hạn Khi đo biến dạng cốt thép ứng suất trước (kể thí nghiệm cấu kiện chịu nén tâm cấu kiện chịu uốn) thường dùng hai tenzomet đo biến dạng hai mặt đối nằm trục đối xứng tiết diện cốt thép Các tenzomet cảm biến điện trở bảo vệ không bị ảnh hưởng đổ đầm bê tơng Mơ hình thí nghiệm cấu kiện nén tâm Việc xác định tổn hao ứng suất trước từ biến co ngót bê tơng tiến hành mẫu có kích thước tiết diện 120x120 mm, chiều dài 150mm [3, 4, 6, 7] Cốt thép căng trước cường độ cao đặt tiết diện ngang cấu kiện Ưu thí nghiệm với mơ hình cấu kiện chịu nén tâm kết thí nghiệm không bị ảnh hưởng vết nứt hay phân bố ứng suất không tiết diện bê tơng thí nghiệm mơ hình cấu kiện chịu uốn Hình Đo biến dạng đồng hồ Comparator www.vatlieuxaydung.org.vn Xác định tổn hao ứng suất trước kết thí nghiệm Các số liệu biến dạng đo tạo nhiều thành phần khác gây biến dạng Để xác định thay đổi biến dạng ứng suất tương ứng tổn hao ứng suất trước phải tách khỏi thành phần khác Những thành phần gồm ảnh hưởng nhiệt độ ảnh hưởng trọng lượng thân cấu kiện Những ảnh hưởng cần tính tốn loại bỏ để xác định thay đổi biến dạng tổn hao ứng suất trước Với cách đo trực tiếp biến dạng cốt thép ứng lực trước để tính toán tổn hao ứng suất trước theo thời gian, nhà khoa học cho việc tính tốn dựa vào số liệu đo khơng cần kể đến ảnh hưởng chùng ứng suất cốt thép (vì chùng ứng suất không làm thay đổi chiều dài thép ảnh hưởng nhỏ đến biến dạng từ biến) Trên sở chia hai loại tổn hao ứng suất trước (tức thời dài hạn) nên cần phải có hai thời điểm tham chiếu khác Tổn hao tức thời, co đàn hồi, có điểm tham chiếu (hoặc mốc) số đọc cuối trước cắt cốt thép ứng suất trước Điểm cuối để xác định co đàn hồi số đọc sau cắt xong tất cốt thép Điểm dùng làm điểm tham chiếu (hoặc mốc) cho việc xác định tổn hao ứng suất trước theo thời gian Khi tiến hành nghiên cứu thực nghiệm tổn hao ứng suất trước theo thời gian, đo tổng biến dạng từ biến co ngót bê tông cấu kiện ứng suất trước Đồng thời cấu kiện không chịu ứng suất “sinh đơi”, đo biến dạng co ngót Tổn hao tổng cộng ứng suất cốt thép ứng suất trước từ biến co ngót bê tơng tính theo cơng thức [6, 7]           E   ay    ay  H  Trong đó:  (1) EH - mơ đun đàn hồi thép ứng suất trước; - biến dạng co ngót, ay  - biến dạng từ biến   ay  - tổn hao ứng suất co ngót, - tổn hao ứng suất từ biến Tổn hao ứng suất cốt thép ứng suất trước co ngót bê tơng tính theo cơng thức [6, 7] (2)  ay   ay E H Tổn hao ứng suất cốt thép ứng suất trước từ biến bê tơng tính hiệu tổng tổn hao từ biến co ngót     trừ tổn hao co ngót ay     Đồng thời  ay    tính tổn hao ứng suất cốt thép ứng suất trước từ biến bê tông theo công thức [6, 7] (3)   E      H Khi tiến hành tính tốn tổn hao ứng suất thơng qua số liệu biến dạng đo thí nghiệm cần phải có hiệu chỉnh số liệu đo ảnh hưởng nhiệt độ môi trường Vật liệu chế tạo bảo dưỡng mẫu + Bê tông mác 300 có thí nghiệm xác định fc , Eb theo thời gian cách nén mẫu đúc kèm theo Cấp phối bê tông thiết kế theo vật liệu sẵn có phịng thí nghiệm + Cốt thép căng trước: www.vatlieuxaydung.org.vn - Thép loại Strands, đường kính D=10.7 mm, diện tích tiết diện Ap = 89.875 mm - Cường độ giới hạn fpu =1460 MPa - Mô đun đàn hồi thép Ep =1,95 * 10 MPa +Tất mẫu bảo dưỡng ngày bao tải ướt Thiết bị thí nghiệm phương án chất tải 6.1 Thiết bị thí nghiệm + Máy đo TDS 601 chuyển kênh 50 đầu đo; + Thiết bị Comparator (hãng Matest); + Đầu đo lực (Load cell) loại Sokki-Tokyo; + Kích thuỷ lực Enerpac bơm + phụ kiện 6.2 Phương án chất tải Căng cốt thép bệ chế tạo thép hình Lực căng trước cốt thép 7.41 6.3 Số lượng mẫu thí nghiệm mẫu thử Số lượng mẫu thí nghiệm mẫu thử bảng Bảng1 Số lượng mẫu thí nghiệm mẫu thử Dạng mẫu Cấu kiện ứng suất trước căng trước, nén tâm (căng cốt thép bệ) Cấu kiện không ứng suất trước Mẫu BT lập phương Mẫu BT hình lăng trụ Mẫu BT hình trụ Ký hiệu D1 Số lượng Kích thước mm 120x120x1500 Mục đích TN Xác định tổn hao ứng suất trước co ngót từ biến DO1 120x120x1500 M1 24 100x100x100 M2 24 100x100x400 M3 24 150x300 Xác định biến dạng co ngót để tính tổn hao ứng suất trước từ biến BT Xác định cường độ BT tuổi khác theo TCVN 356:2005 Xác định mô đun đàn hồi BT tuổi khác theo TCVN 356:2005 Xác định mô đun đàn hồi BT tuổi khác 6.4 Quan trắc ghi số liệu  Kết cấu buông cốt thép căng tuổi ngày, đặt lên gối tựa theo phương nằm ngang bắt đầu đo biến dạng cốt thép bê tông theo thời gian  Các phiến đo biến dạng bôi sáp bọc màng cao su mỏng để chống ẩm trầy xước  Thực phép đo biến dạng trước buông cốt thép căng trước thời điểm sau buông cốt thép: h, h, h, 24 h  Thời gian tiến hành lấy số đọc: + Mỗi ngày lần tuần đầu sau buông cốt thép; + Mỗi tuần lần cho tháng đầu tiên; + Mỗi tháng hai lần cho thời gian Đồng thời tiến hành xác định đặc trưng (cường độ, mô đun đàn hồi) hai loại mẫu bê tông sau buông cốt thép, bê tông tuổi 7, 14, 21, 28, 56, 90 180 ngày Ngoài phải tiến hành đo nhiệt độ độ ẩm mơi trường phịng thí nghiệm thời điểm đo biến dạng mẫu thí nghiệm để có phân tích số liệu thu Kết thí nghiệm www.vatlieuxaydung.org.vn Kết tính tốn theo số liệu thí nghiệm thể bảng 2, giá trị tổn hao thời điểm tính theo tiêu chuẩn [1] tài liệu hướng dẫn cách tính Viện Kết cấu bê tông cốt thép Nga [8] Bảng Giá trị tổn hao ứng suất theo thí nghiệm theo tính toán lý thuyết Thời gian (ngày ) 14 21 28 35 42 62 90 103 1501 90 220 366 545 Thí nghiệm 19.4918 32.9875 38.6692 44.0867 49.7422 55.1422 63.2149 75.9944 76.610 93.2764 101.118 106.489 110.847 113.121 Tổng tổn hao Tính theo Tính TCXDVN theo tàI [1] liệu [10] 22.3037 38.0105 49.6702 58.6684 65.8231 71.6482 83.5776 93.7789 97.0908 106.123 108.981 111.122 117.621 120.948 18.371 29.453 35.97 41.52 47.366 52.36 65.027 78.704 87.278 97.41 104.46 108.32 118.69 122.08 Tổn hao từ biến Thí Tính Tính nghiệm theo theo tàI TCXDV liệu [10] N [1] 13.595 13.048 15.665 20.325 22.236 25.103 22.888 29.057 28.501 24.82 34.321 29.541 27.377 38.506 32.599 29.379 41.914 36.429 34.877 48.892 35.936 41.246 54.859 41.139 45.557 58.797 41.113 50.328 62.081 48.591 55.342 63.753 55.785 57.854 65.005 59.418 65.529 68.807 66.532 68.52 70.753 69.131 Tổn hao co ngót Thí Tính Tính nghiệm theo theo TCXDV [10] N [1] 4.776 9.256 3.826 9.127 15.775 7.885 13.09 20.614 10.168 16.7 24.347 14.546 19.998 27.317 17.143 22.98 29.734 18.713 30.15 34.685 27.278 37.457 38.918 34.855 41.721 40.293 35.497 42.338 44.041 36.732 49.11 45.228 41.155 50.47 46.116 41.699 53.16 48.814 44.314 53.55 50.194 43.989 Giá trị tổn hao ứng suất trước co ngót ( ) từ biến (   ) bê tơng tính theo bảng TCXDVN 356:2005 giá trị tương ứng với thời gian 100 ngày (  1) Kết bảng cho thấy t giá trị tổn hao ứng suất trước từ biến co ngót bê tơng tính theo tiêu chuẩn dùng cho thiết kế (với  t  1) khoảng 80% giá trị tổn hao tính tốn thời điểm 545 ngày Mặt khác giá trị lại lớn giá trị tổn hao xác định thực nghiệm thời điểm 103 ngày gần 26% Kết tính tốn theo tàI liệu hướng dẫn Nga [8] gần với kết thí nghiệm so với tính tốn theo tiêu chuẩn [1] Nhận xét kết luận  Kết thí nghiệm cho thấy điều kiện chế tạo cấu kiện điều kiện mơi trường phịng thí nghiệm tổn hao ứng suất trước từ biến co ngót bê tơng cấu kiện nhỏ giá trị tính tốn theo tiêu chuẩn thiết kế hướng dẫn;  Trong khoảng thời gian 14 ngày sau buông cốt thép tổn hao từ biến phát triển nhanh so với tính tốn lý thuyết cịn tổn hao co ngót phát triển chậm hơn;  Đồng thời với việc nghiên cứu từ biến co ngót phịng thí nghiệm với điều kiện khống chế chế độ nhiệt ẩm cần tiến hành nghiên cứu đo đạc trực tiếp cơng trình thực để đánh giá sai số tính tốn dự báo thực tế làm việc cơng trình;  Đồng thời với việc nghiên cứu lý thuyết cần tiến hành nghiên cứu thực nghiệm tổn hao ứng suất trước từ biến co ngót bê tông điều kiện Việt Nam để lựa chọn áp dụng phương pháp tính tốn phù hợp, cho kết tin cậy tính tốn thiết kế kết cấu bê tơng cốt thép ứng suất trước Trong chưa có đủ điều kiện để tiến hành thí nghiệm cách đồng tiến hành thí nghiệm theo mơ hình cấu kiện chịu nén tâm để có sở ban đầu phục vụ đánh giá tổn hao ứng suất trước từ biến co ngót bê tông điều kiện Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO Kết cấu bê tông bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế, TCXDVN 356:2005, NXB Xây dựng, Hà Nội, 2005 VÕ VĂN THẢO Phương pháp khảo sát–nghiên cứu thực nghiệm cơng trình NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2001 www.vatlieuxaydung.org.vn ASTM C 512-87 (reapproved 1994) Standard Test Method for Creep of Concrete in Compression Бетоны–Методы определения деформаций усадки и ползучести ΓОСТ 24544-84 Ю.И РАБОТНОВ, ΜИЛЕЙКО СЕРГЕЙ ТИХОНОВИЧ Κратковременная ползучести М Наука 1970 И.И УЛИЦКИЙ Теория и расчёт Железобетонных стежневых конструкций с учетом длительных процессов Издательство “Будівельник” Киев 1967 И.И УЛИЦКИЙ, С.В КИРЕЕВА, И.В ФАНТИЛЬ Потери Предварительного Напряжения от Ползучести и Усадки Бетона в Железобетонных Конструкциях Государственное Издательство, Киев 1962 Рекомендации по учёту Ползучести и Усадки Бетона Железобетонных Конструкций Москва Стройиздат,1988 www.vatlieuxaydung.org.vn при расчете Бетоных и ... ứng suất trước; - biến dạng co ngót, ay  - biến dạng từ biến   ay  - tổn hao ứng suất co ngót, - tổn hao ứng suất từ biến Tổn hao ứng suất cốt thép ứng suất trước co ngót bê tơng tính theo...   ay E H Tổn hao ứng suất cốt thép ứng suất trước từ biến bê tơng tính hiệu tổng tổn hao từ biến co ngót     trừ tổn hao co ngót ay     Đồng thời  ay    tính tổn hao ứng suất cốt... Mục đích TN Xác định tổn hao ứng suất trước co ngót từ biến DO1 120x120x1500 M1 24 100x100x100 M2 24 100x100x400 M3 24 150x300 Xác định biến dạng co ngót để tính tổn hao ứng suất trước từ biến