Hcmute ứng xử của dầm btct tiết diện chữ nhật được gia cường bê tông tính năng cao ở vùng chịu nén cực hạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG ỨNG XỬ CỦA DẦM BTCT TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT ĐƯỢC GIA CƯỜNG BÊ TÔNG TÍNH NĂNG CAO Ở VÙNG CHỊU NÉN CỰC HẠN MÃ SỐ: T2017-05TĐ SKC 0 6 Tp Hồ Chí Minh, tháng 03/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM ỨNG XỬ CỦA DẦM BTCT TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT ĐƯỢC GIA CƯỜNG BÊ TÔNG TÍNH NĂNG CAO Ở VÙNG CHỊU NÉN CỰC HẠN Mã số: T2017-05TĐ Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Duy Liêm TP HCM, 3/2018 Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA XÂY DỰNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM ỨNG XỬ CỦA DẦM BTCT TIẾT DIỆN CHỮ NHẬT ĐƯỢC GIA CƯỜNG BÊ TƠNG TÍNH NĂNG CAO Ở VÙNG CHỊU NÉN CỰC HẠN Mã số: T2017-05TĐ Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Duy Liêm TP HCM, 3/2018 Luan van DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Nguyễn Duy Liêm Khoa Xây Dựng, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Luan van MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU vii INFORMATION ON RESEARCH RESULTS viii Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2 Tính cấp thiết 1.3 Mục tiêu 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.5 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 1.5.1 Cách tiếp cận 1.5.2 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Nội dung nghiên cứu Chương 2: PHÂN TÍCH LÝ THUYẾT 2.1 Mơ hình vật liệu 2.2 Cơ sở phân tích 2.3 Kết phân tích Chương 3: THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 13 3.1 Chuẩn bị vật liệu đúc mẫu 13 3.2 Lắp đặt thí nghiệm 14 3.3 Kết thí nghiệm thảo luận 16 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 18 4.1 Kết luận 18 4.2 Kiến nghị 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 PHỤ LỤC 22 iv Luan van DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT UHPFRC Ultra-high-performance fiber-reinforced concrete HPFRC High-performance fiber-reinforced concrete CSHC Cement-based strain-hardening high-performance concrete BTCT Bê tông cốt thép UTM Universal testing machine LOP Limit of proportionality (giới hạn đàn hồi) MOR Modulus of rupture (đỉnh phá hoại, điểm cao mô men) v Luan van DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-3 Kết cấu cầu dùng vật liệu UHPFRC Hình 1-2 Minh họa cấu trúc vật liệu loại bê tơng [24] Hình 1-3 Tác dụng chằng vết nứt sợi gia cường Hình 1-4 Ứng xử kéo CSHC có tăng cứng học (nét đứt) bê tơng thường (nét liền) [23] Hình 2-1 Mơ hình đơn giản quan hệ ứng suất – biến dạng dọc trục CSHCs [11,26] Hình 2-2 Mơ hình hóa quan hệ ứng suất – biến dạng dọc trục bê tơng thép [28] Hình 2-3 Phân bố ứng suất, biến dạng nội lực thép tiết diện CSHC bố trí vùng nén cực hạn Hình 2-4 Điều kiện biến dạng kéo thép Hình 2-5 Phân bố biến dạng ứng suất mặt cắt có cốt chịu kép chịu nén Hình 3-1 Hình ảnh loại cốt sợi ván khn đúc dầm Hình 3-2 Thiết lập thí nghiệm thử dầm Hình 3-3 Ứng xử nén kéo vật liệu CSHC sử dụng Hình 3-4 Ứng xử mô men – độ võng dầm thí nghiệm DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2-1 Cơng thức tính khả chịu uốn M n vị trí trục trung hịa c CSHC bố trí vùng nén cực hạn Bảng 3-1 Thành phần vữa bê tơng tính cao CSHC Bảng 3-2 Tính chất cốt sợi thép Bảng 3-3 Khả chịu uốn dầm vi Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐƠN VỊ: KHOA XÂY DỰNG Tp HCM, ngày tháng năm 2018 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Ứng xử dầm BTCT tiết diện chữ nhật gia cường bê tơng tính cao vùng chịu nén cực hạn - Mã số: T2017-05TĐ - Chủ nhiệm: Nguyễn Duy Liêm - Cơ quan chủ trì: Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM - Thời gian thực hiện: 16 tháng, từ 12/2016 – 3/2018 Mục tiêu: Thông qua phân tích mặt cắt ngang, tìm khả kháng uốn tiết diện gia cường bê tông tính cao vùng nén cực hạn Ngồi tác giả nghiên cứu thêm số tính lý ảnh hưởng đến sức kháng uốn bê tơng tính cao Tính sáng tạo: Trên sở khả kháng nén cao bê tơng tính cao, đề tài nghiên cứu bố trí vật liệu vùng chịu nén cực hạn dầm để tăng khả kháng uốn Kết nghiên cứu: Tác giả thiết lập cơng thức tính sức kháng uốn dầm dựa tính học bê tơng tính cao bê tơng thường Kết thiết lập phù hợp với kết thí nghiệm Sản phẩm: 01 báo hội nghị quốc tế có hệ số ISBN Đào tạo học viên cao học Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Kết nghiên cứu cung cấp cơng thức dự đốn sức kháng uốn dầm sử dụng bê tông thường kết hợp bê tơng tính cao vùng nén cực hạn Cơng thức thiết lập đề tài tham khảo để thiết lập dầm sử dụng nhiều vật liệu khác Kết nghiên cứu chuyển giao thành tài liệu đào tạo cao học, nghiên cứu sinh ứng dụng tính tốn phân tích kết cấu dầm thực tế Trưởng Đơn vị (ký, họ tên) Chủ nhiệm đề tài TS Nguyễn Duy Liêm vii Luan van INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: Flexural behavior of steel-bar reinforced concrete beam with extreme compression zones using high-performance composite Code number: T2017-05TĐ Coordinator: Nguyễn Duy Liêm Implementing institution: Ho Chi Minh City University of Technology and Education Duration: from 12/2016 to 3/2018 Objective(s): The objective of this study is to analytically determine flexural behavior of composite beam when high-performance composite is placed in extreme compressive zone at top of a simple beam and normal concrete is placed in the lower of that beam Besides, some mechanical properties of high-performance composite affecting their bending resistances are also investigated Creativeness and innovativeness: Based on the high strength of high-performance composite, the study investigated the reinforced concrete beam with extreme compression zones using high-performance composite Research results: The study provide useful models and equations of developed reinforced beam using normal concrete combined high-performance composite Besides, an experimental testing was conducted to compared with analysis results The analysis results and testing results are agreed with each other well Products: 01 paper of international conference with ISBN 01 master student graduated Effects, transfer alternatives of research results and applicability: The research results provide useful models and equations of a reinforced beam using normal concrete combined high-performance composite The research results can be used for postgraduate training and apply to design a composite beam with two or more layers of basic materials viii Luan van Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước Bê tơng thường vật liệu xây dựng phổ biến, phát triển từ lâu với vật liệu thép Tuy nhiên kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) truyền thống chưa thỏa mãn nhà khoa học kỹ sư kết cấu cường độ, độ bền, khả biến dạng, dễ bị ăn mòn mơi trường xâm thực Bê tơng tính cao cốt sợi (ultra-highperformance concrete, UHPFRC high-performance concrete, HPFRC) tìm hiểu, phát triển khoảng hai mươi năm gần đây, vật liệu có tính vượt trội so với bê tông truyền thống cường độ nén cao (UHPFRC đạt cường độ nén 150 MPa, HPFRC nén 90 MPa), cường độ kéo đạt 10 MPa nhờ cốt sợi liên kết vết nứt, khả chịu biến dạng độ bền cao [1-11] Bê tông tính cao ứng dụng ngày rộng rãi Một số cơng trình cầu Hàn Quốc, Hoa Kỳ Canada dùng bê tơng tính cao cho tồn cấu kiện dầm cầu, mặt cầu (Hình 11)…Tuy nhiên nghiên cứu sử dụng vật liệu bê tông tính cao gia cường vùng nén cực hạn dầm bê tơng thường cịn bỏ ngỏ Trong nước chưa có nghiên cứu sử dụng bê tơng tính cao gia cường vùng nén cực hạn dầm BTCT truyền thống Các cơng trình nghiên cứu bê tơng tính cao nước chủ yếu hướng đến cường độ nén cao [12-22], kể đến luận văn tiến sĩ Nguyễn Lộc Kha, nghiên cứu Phạm Hữu Hanh, Phạm Duy Hữu, Nguyễn Cơng Thắng Các tác giả chưa có nghiên cứu dầm sử dụng bê tông thường – bê tơng tính cao kết hợp (a) Luan van CSHC (a) (b) cu0.0035 d’ cu0.0035 cs t f (c) cu0.0035 cs cs c c c f d h f ts b ts t≤ 0.002 0.002