Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu ứng xử chịu uốn và chịu cắt của kết cấu sandwich bằng bê tông cốt lưới dệt và bê tông nhẹ dạng panel sàn.Nghiên cứu ứng xử chịu uốn và chịu cắt của kết cấu sandwich bằng bê tông cốt lưới dệt và bê tông nhẹ dạng panel sàn.Nghiên cứu ứng xử chịu uốn và chịu cắt của kết cấu sandwich bằng bê tông cốt lưới dệt và bê tông nhẹ dạng panel sàn.Nghiên cứu ứng xử chịu uốn và chịu cắt của kết cấu sandwich bằng bê tông cốt lưới dệt và bê tông nhẹ dạng panel sàn.Nghiên cứu ứng xử chịu uốn và chịu cắt của kết cấu sandwich bằng bê tông cốt lưới dệt và bê tông nhẹ dạng panel sàn.Nghiên cứu ứng xử chịu uốn và chịu cắt của kết cấu sandwich bằng bê tông cốt lưới dệt và bê tông nhẹ dạng panel sàn.Nghiên cứu ứng xử chịu uốn và chịu cắt của kết cấu sandwich bằng bê tông cốt lưới dệt và bê tông nhẹ dạng panel sàn.Nghiên cứu ứng xử chịu uốn và chịu cắt của kết cấu sandwich bằng bê tông cốt lưới dệt và bê tông nhẹ dạng panel sàn.Nghiên cứu ứng xử chịu uốn và chịu cắt của kết cấu sandwich bằng bê tông cốt lưới dệt và bê tông nhẹ dạng panel sàn.Nghiên cứu ứng xử chịu uốn và chịu cắt của kết cấu sandwich bằng bê tông cốt lưới dệt và bê tông nhẹ dạng panel sàn.Nghiên cứu ứng xử chịu uốn và chịu cắt của kết cấu sandwich bằng bê tông cốt lưới dệt và bê tông nhẹ dạng panel sàn.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CHỊU UỐN VÀ CHỊU CẮT CỦA KẾT CẤU SANDWICH BẰNG BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT VÀ BÊ TÔNG NHẸ DẠNG PANEL SÀN Ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình đặc biệt Mã số: 9580206 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Nghiên cứu sinh : Vũ Văn Hiệp Hướng dẫn khoa học : PGS.TS Ngô Đăng Quang PGS.TS Nguyễn Thị Tuyết Trinh HÀ NỘI - 2023 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Kết cấu sandwich dạng kết cấu có nhiều lớp xếp theo thứ tự định nhằm khai thác cách hiệu khả chịu lực vật liệu thành phần Các lớp bên gọi lớp vỏ, thường làm từ vật liệu cường độ cao, đóng vai trị chịu lực Lớp bên trong, gọi lớp lõi, tạo thành từ vật liệu có khả chịu lực khơng cao trọng lượng nhỏ, đóng vai trị cấu tạo, giữ ổn định cho lớp vỏ đảm bảo yêu cầu cách âm, cách nhiệt Với cấu trúc dạng này, kết cấu sandwich có khả chịu lực cao, độ cứng lớn trọng lượng nhỏ, phù hợp cho kết cấu dạng tường, sàn … cơng trình xây dựng Nhiều loại vật liệu nghiên cứu chế tạo thành công đáp ứng yêu cầu lớp vỏ lớp lõi kết cấu sandwich, có bê tông cốt lưới dệt (BTCLD) bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu nhẹ keramzit (BTN-K) BTCLD dạng vật liệu composite tạo thành từ hai thành phần bê tơng hạt mịn cốt lưới dệt Bê tông hạt mịn (BTHM) loại bê tông xi măng có cốt liệu nhỏ cốt lưới dệt hệ thống lưới với bó sợi từ carbon, thuỷ tinh kháng kiềm, basalt, v.v Do cấu tạo từ vật liệu có cường độ cao khơng bị ăn mịn nên BTCLD có nhiều tính ưu việt cường độ độ bền cao BTN-K bê tông sử dụng cốt liệu nhẹ keramzit Keramzit cốt liệu dạng hạt, có nguồn gốc từ đất sét nở phồng có trọng lượng nhẹ Các hạt keramzit làm bê tơng có cường độ cao loại bê tông nhẹ thông thường khác Hiện nay, nghiên cứu giới tập trung vào phát triển dạng kết cấu sandwich có lớp vỏ BTCLD kết hợp với vật liệu nhẹ có khả chịu lực khơng cao sử dụng làm tường, chưa có nghiên cứu kết cấu sandwich BTCLD BTN-K Do đó, để phát triển dạng kết cấu sandwich BTCLD BTN-K có khả chịu lực cao ứng dụng làm kết cấu sàn, cần thực nghiên cứu bao gồm: nguyên tắc cấu tạo, phương pháp tính toán, thiết kế cho kết cấu sandwich dạng Mục đích nghiên cứu Nhằm mục đích phát triển dạng kết cấu sandwich BTCLD BTN-K làm kết cấu sàn, luận án thực nhằm mục tiêu: (a) Đề xuất dạng kết cấu sandwich BTCLD BTN-K ứng dụng cho kết cấu sàn cơng trình xây dựng (b) Xây dựng mơ hình tính tốn số ứng xử chịu uốn chịu cắt cho kết cấu sandwich BTCLD BTN-K trạng thái giới hạn cường độ trạng thái giới hạn sử dụng Đối tượng, phạm vi phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận án kết cấu sandwich BTCLD BTN-K dạng panel đúc sẵn, làm việc chịu uốn phương theo sơ đồ nhịp giản đơn Phạm vi nghiên cứu: Ứng xử chịu uốn chịu cắt kết cấu sandwich BTCLD BTN-K dạng dầm/ phương giản đơn chịu tải trọng tĩnh, tác dụng ngắn hạn Bê tơng hạt mịn có cường độ chịu nén đến 60 MPa; BTN-K có cường độ chịu nén đến 20 MPa, khối lượng riêng khoảng 1300 kg/m3; Cốt lưới dệt từ sợi bon có cường độ chịu kéo đến 3000 MPa Luận án nghiên cứu dựa ba phương pháp nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu thực nghiệm nghiên cứu mô số Cấu trúc luận án Nội dung luận án bao gồm chương phần mở đầu phần kết luận, kiến nghị - Phần mở đầu nêu lý chọn đề tài, mục đích nghiên cứu, đối tượng phạm vi, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Chương trình bày tình hình nghiên cứu thực nước nước kết cấu sandwich, vật liệu BTCLD, vật liệu BTNK Từ đó, hướng nghiên cứu đề xuất nội dung cần giải luận án làm rõ - Chương trình bày đề xuất cấu tạo kết cấu sandwich BTCLD BTN-K dạng panel sàn đúc sẵn, làm việc phương, mơ hình tính tốn để xác định số ứng xử chịu uốn ứng xử chịu cắt kết cấu sandwich BTCLD BTN-K - Chương trình bày kết nghiên cứu thực nghiệm xác định số đặc tính học BTCLD, BTN-K bao gồm: cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo uốn, mơ đun đàn hồi, ứng xử dính bám loại vật liệu Các nghiên cứu thực nghiệm ứng xử chịu uốn ứng xử chịu cắt kết cấu sandwich BTCLD BTN-K làm việc phương Các kết sử dụng để kiểm chứng lại mơ hình tính tốn xây dựng nội dung Chương 2 - Chương trình bày việc nghiên cứu khảo sát tham số như: cường độ lớp lõi BTN-K, chiều dày lớp vật liệu mặt cắt sandwich ảnh hưởng đến ứng xử chịu lực kết cấu sandwich Đồng thời, chương giới thiệu thiết kế kết cấu sandwich BTCLD BTN-K dạng panel đúc sẵn làm kết cấu sàn cơng trình xây dựng - Phần kết luận kiến nghị Các kết luận luận án đề xuất hướng nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Ý nghĩa khoa học luận án: Luận án phát triển dạng kết cấu sandwich có cấu tạo lớp vỏ BTCLD lớp lõi BTN-K dạng panel đúc sẵn Đây kết cấu sandwich có khả chịu lực cao bền vững với môi trường Luận án xây dựng số mơ hình tính tốn sức kháng q trình hình thành vết nứt cho kết cấu sandwich Các mơ hình tính tốn có xét đến làm việc đồng thời lớp vật liệu khác kết cấu Luận án cung cấp liệu thực nghiệm ứng xử chịu lực kết cấu sandwich có sử dụng BTCLD BTN-K - Ý nghĩa thực tiễn luận án: Các kết nghiên cứu ban đầu luận án cho thấy tính hiệu kết hợp vật liệu có khả chịu lực cao BTCLD với vật liệu nhẹ BTN-K kết cấu sandwich Kết cấu sandwich dạng có khả chịu lực cao, bền vững với môi trường, trọng lượng nhỏ Kết cấu sử dụng loại sàn sandwich có lợi đáng kể với kết cấu truyền thống Kết nghiên cứu luận án sở triển khai kết cấu sandwich BTCLD BTN-K ứng dụng cho kết cấu sàn cơng trình xây dựng CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Kết cấu sandwich ứng dụng cơng trình xây dựng Kết cấu sandwich phối hợp hai hay số dạng vật liệu kết cấu có đặc điểm chịu lực khác nhau, đơi trái ngược nhau, thành hệ thống có khả chịu lực tối ưu (Hình 1-1) Liên kết Hình 1-1 Cấu tạo kết cấu sandwich có lớp Kết cấu sandwich phân loại theo làm việc đồng thời lớp vật liệu kết cấu sandwich thành nhóm: • “Kết cấu sandwich khơng liên hợp” dạng kết cấu sandwich có khả dính bám lớp vật liệu nhỏ, tức lớp vật liệu kết cấu sandwich gần làm việc độc lập; • “Kết cấu sandwich liên hợp phần” dạng kết cấu sandwich có khả dính bám lớp vật liệu hữu hạn, tức trình chịu lực, kết cấu sandwich bị bong tách lớp vật liệu lớp vỏ cịn khả chịu lực; •“Kết cấu sandwich liên hợp hồn tồn” dạng kết cấu sandwich có liên kết lớp vật liệu coi tuyệt đối, tức liên kết yếu tố định phá hoại kết cấu sandwich Trong lĩnh vực xây dựng, kết cấu sandwich ứng dụng rộng rãi nhiều loại hình cơng trình khác cơng trình dân dụng, cơng nghiệp, hạ tầng giao thơng v.v (Hình 1-2) Hình 1-2 Một số dạng kết cấu sandwich cơng trình xây dựng 1.2 Bê tông cốt lưới dệt BTCLD tạo thành từ hai loại vật liệu BTHM cốt lưới dệt (Hình 1-3) BTHM hỗn hợp bê tơng xi măng có cốt liệu nhỏ (đường kính cốt liệu 1mm) Cốt lưới dệt làm từ sợi nhỏ có nguồn gốc từ sợi bon, sợi thuỷ tinh dệt thành lưới Hình 1-3 Cấu tạo BTCLD 1.2.1 Vật liệu thành phần 1.2.1.1 Cốt lưới dệt Cốt lưới dệt tổ hợp từ sợi (filament) có đường kính vài micromét Sau đó, bó sợi dệt thành lưới làm cốt chịu lực cho bê tơng (Hình 1-4) Để làm tăng khả dính bám sợi với bó sợi với BTHM, sợi phủ lớp mỏng có nguồn gốc từ polymer epoxy styrene butadine rubber (SBR) Hình 1-4 Cấu tạo cốt lưới dệt – bó sợi 1.2.1.2 Bê tơng hạt mịn BTHM có thành phần cấp phối gồm xi măng, tro bay, muội silic, cốt liệu có đường kính nhỏ 0,6 mm, phụ gia siêu dẻo nước Brockmann nghiên cứu BTHM có cường độ chịu nén từ 40 ÷ 135 MPa, với mơ đun đàn hồi từ 22 ÷ 32 GPa Ở Việt Nam, Lê Minh Cường nghiên cứu BTHM có cường độ chịu nén từ 40 ÷ 80 MPa 1.2.1.3 Tính chất dính bám cốt lưới dệt với bê tông hạt mịn Tính chất dính bám cốt lưới dệt BTHM yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến làm việc đồng thời hai loại vật liệu BTCLD Do cốt lưới dệt hình thành từ hàng nghìn sợi nên tính chất dính bám cốt lưới dệt với BTHM hình thành từ dính bám sợi với sợi biên với BTHM Cường độ dính bám cốt lưới dệt BTHM phụ thuộc vào lớp phủ bề mặt sợi Krüger, Ortlepp xây dựng mơ hình thí nghiệm để xác định giá trị cường độ dính bám cốt lưới dệt BTHM Trong đó, thí nghiệm Krüger đề xuất đánh giá có độ tin cậy cao, đưa vào dẫn kỹ thuật Đức Zulassung Z-31.10-182 1.2.2 Ứng xử chịu kéo bê tông cốt lưới dệt Ứng xử chịu kéo BTCLD ứng xử quan trọng phản ánh làm việc cốt lưới dệt BTHM Tuy nhiên, tính chất khơng đồng cốt lưới dệt nên cường độ cốt lưới dệt BTHM bị giảm so với cường độ nằm ngồi khơng khí Nghiên cứu Curbach BTCLD chịu kéo dọc trục cho thấy, cường độ chịu kéo lớn cốt lưới dệt thấp nhiều so với tổng cường độ chịu kéo sợi thành phần 1.2.3 Tính chất dính bám bề mặt lớp vỏ BTCLD vật liệu làm lớp lõi kết cấu sandwich Khả làm việc đồng thời lớp vỏ lớp lõi kết cấu sandwich phụ thuộc vào kết lớp vật liệu Liên kết hình thành từ tự dính bám lớp vật liệu thơng qua neo, cốt chịu cắt Với lớp vỏ lớp lõi bê tông, liên kết hình thành lực dính bám hồ xi măng với cốt liệu với bề mặt lớp Đặc trưng dính bám BTCLD với bê tơng xác định theo dẫn RILEM 250-CSM thơng qua thí nghiệm kéo trượt 1.3 Bê tơng nhẹ 1.3.1 Giới thiệu bê tông nhẹ Theo TCVN 9029:2017, bê tơng nhẹ có khối lượng thể tích nhỏ 1800 kg/m3 Việc giảm khối lượng thể tích bê tông thực cách thay lượng vật liệu rắn bê tơng khơng khí, hàm lượng khí (lỗ rỗng) bê tơng tăng đồng nghĩa với cường độ bê tông giảm Một số loại bê tơng nhẹ: bê tơng khí hay bê tơng bọt, bê tơng cấu tạo hốc bê tơng khơng có cát, bê tông cốt liệu nhẹ 1.3.2 Bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu nhẹ Hình 1-5 Bê tơng nhẹ sử dụng cốt liệu nhẹ Bê tông cốt liệu nhẹ loại bê tơng nhẹ có cường độ cao Cốt liệu nhẹ sử dụng hạt xốp polystyrene, keramzit, … Hạt xốp polystyrene loại vật liệu xốp có khối lượng riêng nằm khoảng 10 ÷ 20 kg/m3 Cốt liệu rỗng keramzit có nguồn gốc từ đất sét nở phồng có khối lượng thể tích đổ đống khoảng 800 ÷ 900 kg/m3 BTN-K (Hình 1-5b) có cường độ cao bê tơng xốp, bê tơng khí hay bê tơng cấu tạo hốc 1.4 Tổng quan kết cấu sandwich có lớp vỏ bê tông cốt lưới dệt 1.4.1 Các nghiên cứu kết cấu sandwich có lớp vỏ BTCLD Hiện nay, nghiên cứu kết cấu sandwich có lớp vỏ BTCLD kết hợp với lớp lõi vật liệu nhẹ đẩy mạnh Hầu hết kết cấu sandwich phát triển sử dụng lớp lõi vật liệu nhẹ xốp EPS (Expanded Polystyrene, EPS), xốp XPS (Extruded Polystyrene, XPS) (Hình 1-6), xốp đặc PU (polyurethane, PU), bê tơng xốp Hình 1-6 Nghiên cứu tường sandwich BTCLD-EPS Finzel 1.4.2 Các mơ hình tính tốn sức kháng cho kết cấu sandwich Junes đề xuất mơ hình tính tốn khả chịu uốn kết cấu sandwich BTCLD – xốp foam phương pháp chia thớ, với giả thiết: ứng suất thớ khơng đổi, dính bám lớp vỏ lớp lõi tuyệt đối Mô men uốn xác định qua phương trình cân Djamai đề xuất mơ hình xác định ứng xử chịu uốn dầm sandwich BTCLD – lõi xốp theo giai đoạn làm việc tương ứng với ứng xử chịu kéo dọc trục BTCLD, bao gồm: giai đoạn đàn hồi, giai đoạn hình thành vết nứt giai đoạn cấu trúc vết nứt ổn định, có xét đến hiệu ứng tăng cứng kéo Hình 1-7 Hình 1-7 Mơ hình xác định sức kháng uốn cho mặt cắt sandwich Djamai Ali Shams đề xuất mơ hình tính tốn xác định quan hệ mô men uốn – độ võng dầm sandwich BTCLD – EPS Trong mơ hình này, biến dạng kết cấu xét đến thành phần mô men uốn lực cắt; vật liệu làm lớp vỏ lớp lõi xem vật liệu đẳng hướng; dính bám lớp vỏ lớp lõi giả thiết tuyệt đối Nguyen đề xuất cơng thức gần tính sức kháng cắt kết cấu sandwich BTCLD – EPC có xét đến ảnh hưởng độ mảnh chịu cắt (a/d) dầm Hệ số k (a/d) xác định phân tích thống kê liệu từ thực nghiệm 1.4.3 Ứng dụng BTCLD bê tông nhẹ kết cấu sandwich BTCLD số trung tâm nghiên cứu doanh nghiệp Châu Âu đầu tư phát triển để chế tạo nhiều loại kết cấu đúc sẵn áp dụng làm tường cho cơng trình tịa nhà Eastsite VIII (Đức) tòa nhà EASEE Cinisello Balsamo (Ý) Tấm tường có lớp vỏ BTCLD kết hợp với lõi bê tông xốp 1.5 Định hướng nội dung nghiên cứu Trong năm gần đây, kết cấu sandwich nghiên cứu phát triển có lớp vỏ BTCLD lớp lõi vật liệu nhẹ để làm tường cho cơng trình xây dựng Đây dạng kết cấu sandwich có trọng lượng nhỏ khả chịu lực không cao Do lớp lõi vật liệu nhẹ có cường độ mơ đun đàn hồi thấp nên khả chịu lực kết cấu sandwich nhỏ Hiện nay, chưa có nghiên cứu phát triển loại kết cấu sandwich có khả chịu lực cao áp dụng cho kết cấu sàn cơng trình xây dựng Ngồi ra, mơ hình tính tốn cho kết cấu sandwich cịn chưa nhiều, có tính chất đơn lẻ theo loại kết cấu sandwich cụ thể, chưa có tiêu chuẩn thiết kế cho dạng kết cấu sandwich BTCLD bê tơng nhẹ Như vậy, nhằm mục đích phát triển kết cấu sandwich có khả chịu lực lớn, ứng dụng cho kết cấu sàn cơng trình xây dựng, nên nghiên cứu, triển khai ứng dụng dạng kết cấu sandwich có lớp vỏ BTCLD lớp lõi BTN-K Với phân tích trên, định hướng nghiên cứu luận án là: Phát triển kết cấu sandwich BTCLD BTN-K dạng panel đúc sẵn để ứng dụng cho kết cấu sàn cơng trình xây dựng với nhiệm vụ nghiên cứu bao gồm: Đề xuất dạng cấu tạo xây dựng mơ hình tính toán cho kết cấu sandwich Nghiên cứu thực nghiệm xác định tính chất học vật liệu, ứng xử chịu uốn chịu cắt kết cấu sandwich Khảo sát tham số ảnh hưởng xác định cấu tạo số loại kết cấu sandwich dạng panel làm kết cấu sàn CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CẤU TẠO VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH XÁC ĐỊNH ỨNG XỬ CHỊU UỐN, CHỊU CẮT CỦA KẾT CẤU SANDWICH BẰNG BTCLD VÀ BTN-K 2.1 Mục đích nghiên cứu Kết cấu sandwich BTCLD BTN-K dạng kết cấu chưa có đề xuất tương tự Để áp dụng kết cấu sandwich BTCD BTN-K cách an toàn hiệu quả, mơ hình xác định ứng xử chịu uốn, ứng xử chịu cắt kết cấu nghiên cứu xây dựng 2.2 Đề xuất cấu tạo cho kết cấu sandwich BTCLD BTN-K dạng panel, làm kết cấu sàn cơng trình xây dựng Kết cấu sandwich dạng panel làm kết cấu sàn có cấu tạo: lớp vỏ BTCLD chịu kéo, lớp vỏ BTHM chịu nén lớp lõi BTN-K Hình 2-1 Hình 2-1 Cấu tạo sandwich BTHM – BTN-K – BTCLD Vật liệu: BTHM có cường độ khoảng 60 MPa đến 70 MPa; cốt lưới dệt sợi bon có cường độ khoảng 3000 MPa; BTN-K có cường độ khoảng từ 10 MPa đến 20 MPa Kích thước mặt cắt: Chiều cao: h L , với L nhịp panel, h ≥ 100 mm 45 25 Chiều dày lớp vỏ BTCLD, BTHM nên chọn bội số mm tối thiểu 10 mm Chiều dày lớp bê tông bảo vệ mm 2.3 Xây dựng mô hình xác định ứng xử chịu uốn kết cấu sandwich BTCLD BTN-K 2.3.1 Sức kháng uốn Sức kháng uốn mặt cắt sandwich tính tốn theo phương pháp chia lớp, lớp vật liệu chia thành nhiều lớp có chiều dày nhỏ: Hình 2-2 Ứng suất hợp lực lớp vật liệu Các giả thiết: Ở TTGH cường độ, mặt cắt coi phẳng; Dính bám cốt lưới dệt bê tơng tuyệt đối, dính bám BTCLD lớp BTN-K tuyệt đối; Biến dạng nén cực hạn cho phép bê tông 0,003; ứng suất lớp không đổi; dạng phá hoại: bê tông vùng nén bị ép vỡ, cốt lưới dệt bị kéo đứt Sử dụng phương trình cân lực điều kiện tương thích biến dạng, sức kháng mặt cắt sandwich xác định: m M n C1 J1 CLi J Li i 1 Trong đó: C i hợp lực lớp bê tông chịu nén J i khoảng cách từ hợp lực C i đến trọng tâm cốt sợi chịu kéo 2.3.2 Xây dựng mơ hình dự đốn hành thành phát triển vết nứt kết cấu sandwich BTCLD BTN-K chịu uốn Sự phân bố ứng suất mặt cắt sandwich biểu diễn Hình 2-3 Khi ứng suất kéo bê tông đạt đến cường độ chịu kéo bê tơng bị nứt Từ quan hệ ứng suất kéo BTHM BTN-K, vết nứt xác định xuất BTHM hay BTN-K Sau vết nứt xuất hiện, ứng suất vùng bê tông bị nứt giảm khơng, mặt cắt có phân bố lại ứng suất Các tình xảy sau bê tông bị nứt: BTHM bị nứt trước, ứng suất phân bố lại mặt cắt bị nứt: o BTN-K chưa bị nứt, o BTN-K bị nứt vị trí vết nứt BTN-K bị nứt trước, ứng suất phân bố lại mặt cắt bị nứt: o BTHM chưa bị nứt, o BTHM bị nứt vị trí vết nứt 10 Hình 2-3 Ứng suất - biến dạng mặt cắt sandwich chưa nứt Việc xác định ứng suất kéo vùng bê tông chưa nứt biết q trình phát triển vết nứt Ngồi ra, dính bám lớp vật liệu nên có truyền lực lớp vật liệu theo phương chiều dài (như Hình 2-4) Theo chiều dài truyền lực, ứng suất kéo bê tông đạt đến cường độ chịu kéo bê tơng vết nứt xuất Dựa vào điều kiện cân lực mô men uốn, chiều dài truyền lực ngắn xác định để ứng suất kéo bê tông đạt tới cường độ chịu kéo bê tơng Từ đó, vị trí vết nứt kết cấu sandwich dự báo theo vị trí vết nứt Hình 2-4 Biểu đồ ứng suất kết cấu sandwich BTHM bị nứt Q trình tính tốn dự báo hình thành phát triển vết nứt kết cấu sandwich thể theo sơ đồ khối Hình 2-5 11 Hình 2-5 Sơ đồ khối dự đốn hình thành phát triển vết nứt sandwich 2.4 Xây dựng mơ hình tính sức kháng cắt kết cấu sandwich BTCLD BTN-K theo phương pháp sơ đồ hệ 2.4.1 Phương pháp sơ đồ hệ Phương pháp sơ đồ hệ phương pháp mơ hình hố dòng lực kết cấu giàn đơn giản (Hình 2-6) Hình 2-6 Sơ đồ hệ cho dầm ngắn theo ACI 318-19 12 2.4.2 Mơ hình hoá kết cấu sandwich BTCLD BTN-K theo phương pháp sơ đồ hệ Kết cấu sandwich mô hình hóa theo phương pháp sơ đồ hệ (Hình 2-7): lớp vỏ BTCLD mơ hình thành kéo, BTNK mơ hình thành nén, vùng giao mơ hình thành vùng nút (Hình 2-8, Hình 2-9) Hình 2-7 Sơ đồ hệ kết cấu sandwich có a/d nhỏ Hình 2-8 Nút vị trí đặt tải trọng nhịp Hình 2-9 Nút vị trí gối đỡ Sức kháng cắt kết cấu sandwich xác định: V P C sin T tan 2.5 Kết luận chương Chương trình bày đề xuất dạng kết cấu sandwich BTCLD BTN-K ứng dụng cho kết cấu sàn cơng trình xây dựng Luận án xác định sức kháng uốn cho kết cấu sandwich BTCLD BTN-K theo phương pháp chia lớp Qua phân tích ứng xử chịu uốn, luận án xây dựng mơ hình dự đốn q trình hình thành phát triển vết nứt kết cấu sandwich BTCLD BTN-K có xét đến yếu tố đặc trưng hình học mặt cắt kết cấu sandwich, tính chất học vật liệu, dính bám cốt lưới dệt BTHM, dính bám BTHM BTN-K Luận án xây dựng mô hình tính tốn sức kháng cắt kết cấu sandwich BTCLD BTN-K theo phương pháp sơ đồ hệ 13 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ỨNG XỬ CHỊU UỐN VÀ ỨNG XỬ CHỊU CẮT CỦA KẾT CẤU SANDWICH BẰNG BTCLD VÀ BTN-K 3.1 Mục đích nghiên cứu Thông qua nghiên cứu thực nghiệm, số đặc tính học quan trọng BTCLD BTN-K sử dụng làm lớp vỏ lớp lõi kết cấu sandwich như: dính bám cốt lưới dệt với BTHM, dính bám lớp BTHM BTN-K,…, xác định Đồng thời, luận án trình bày thí nghiệm xác định ứng xử chịu uốn chịu cắt kết cấu sandwich BTCLD BTN-K, kiểm chứng mơ hình tính tốn đề xuất 3.2 Nghiên cứu xác định đặc trưng học vật liệu 3.2.1 Bê tông hạt mịn BTHM nghiên cứu có thành phần cấp phối cát quartz, bột quartz, xi măng PC40, tro bay, muội silic, nước phụ gia siêu dẻo Cường độ chịu nén cường độ kéo uốn đặc trưng loại BTHM 64,06 MPa 6,75 MPa Mô đun đàn hồi BTHM 31568 MPa 3.2.2 Bê tông nhẹ cốt liệu keramzit BTN-K có thành phần cấp phối cát vàng, cốt liệu keramzit, xi măng PC40, nước phụ gia siêu dẻo Cường độ chịu nén cường độ kéo (theo ép chẻ) đặc trưng loại BTN-K 18,6 MPa 1,47 MPa Mô đun đàn hồi BTN-K 7693 MPa 3.2.3 Cốt lưới dệt Cốt lưới dệt loại sợi bon sản xuất hãng V.FRAAS (Đức), có mã SITgrid004, với kích thước m × 1,25 m Lưới sợi có độ mịn 1600tex Cường độ chịu kéo với sợi đơn cường độ chịu kéo bê tông cốt lưới dệt 3550 MPa 2700 MPa Mô đun đàn hồi cốt lưới dệt 225 GPa 3.2.4 Ứng xử dính bám cốt lưới dệt BTHM Ứng xử dính bám BTHM với cốt lưới dệt xác định theo dẫn Zulassung Z-31.10-182 Cường độ dính bám trung bình lưới sợi bon SITgrid004 với BTHM xấp xỉ 1,95 MPa, tương ứng với chiều dài neo 152 mm 3.2.5 Ứng xử dính bám BTHM BTN-K Ứng xử dính bám BTHM BTN-K xác định theo dẫn thí nghiệm hội đồng kỹ thuật RILEM 250-CSM Cường độ dính bám trung bình BTHM BTN-K 2,39 MPa 3.3 Nghiên cứu xác định ứng xử chịu uốn ứng xử chịu cắt kết 14 cấu sandwich BTCLD BTN-K 3.3.1 Thiết kế mẫu thí nghiệm Các nhóm mẫu thí nghiệm SW1, SW2, SW3 thiết kế cho thí nghiệm uốn điểm nhóm mẫu SW4, SW5 thiết kế cho thí nghiệm uốn điểm có thơng số kích thước Bảng 3.1 Hình 3-1 Sơ đồ thí nghiệm uốn điểm kết cấu sandwich Bảng 3.1 Kích thước mẫu thí nghiệm sandwich Bảng 3.2 Sức kháng mẫu thí nghiệm tính theo mơ hình lý thuyết Bảng 3.3 Kết dự đốn vết nứt mẫu tính theo mơ hình lý thuyết 15 3.3.2 Ứng xử chịu uốn kết cấu sandwich Các nhóm mẫu SW1, SW2, SW3 bị phá hoại BTCLD bị phá hoại cốt lưới dệt bị kéo đứt Kết sức kháng uốn theo thực nghiệm theo lý thuyết chênh lệch 5,4% Khoảng cách vết nứt nhóm mẫu nằm khoảng từ đến lần kết tính theo lý thuyết, có giá trị khoảng từ 46 mm đến 107 mm (Hình 3-5) Hình 3-2 Kết thí nghiệm mẫu SW1 Hình 3-3 Kết thí nghiệm mẫu SW2 Hình 3-4 Kết thí nghiệm mẫu SW3 Hình 3-5 Sự phân bố vết nứt khu vực chịu uốn tuý mẫu SW1 16 3.3.3 Ứng xử chịu cắt kết cấu sandwich Các nhóm mẫu SW4, SW5 bị phá hoại chủ yếu BTN-K bị phá hoại theo vết nứt nghiêng (từ Hình 3-6 đến Hình 3-9) Kết sức kháng uốn theo thực nghiệm theo lý thuyết chênh lệch 9,2% Hình 3-6 Kết thí nghiệm mẫu SW4 Hình 3-7 Kết thí nghiệm mẫu SW5 Hình 3-8 Dạng phá hoại mẫu SW4 Hình 3-9 Dạng phá hoại mẫu SW5 3.4 Kết luận chương Chương trình bày kết thực nghiệm xác định số đặc tính học vật liệu bao gồm: cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo uốn, mô đun đàn hồi BTHM, ứng xử dính bám cốt lưới dệt với BTHM; ứng xử dính bám BTHM với BTN-K Cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo mô đun đàn hồi BTN-K Các mơ hình tính tốn xây dựng chương kiểm chứng qua nghiên cứu thực nghiệm Kết tính tốn theo mơ hình lý thuyết xấp xỉ với kết thực nghiệm, độ sai lệch mơ hình tính sức kháng uốn 5,4% độ sai lệch mơ hình tính sức kháng cắt 9,2% 17 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT CÁC THAM SỐ VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU SANDWICH DẠNG PANEL ỨNG DỤNG CHO KẾT CẤU SÀN 4.1 Mục đích nghiên cứu Việc khảo sát tham số ảnh hưởng đến khả chịu lực kết cấu sandwich BTCLD BTN-K đóng vai trị quan trọng việc thiết kế kết cấu sandwich Thông qua khảo sát, yêu cầu vật liệu kích thước kết cấu sandwich phân tích đề xuất thông số phù hợp nhằm tạo kết cấu sandwich làm việc an toàn hiệu 4.2 Khảo sát tham số ảnh hưởng theo phương pháp giải tích 4.2.1 Khảo sát tham số chiều dày lớp vật liệu mặt cắt sandwich Việc khảo sát chiều dày lớp vật liệu thực mặt cắt sandwich SW1 với thông số vật liệu không thay đổi Bảng 4.1 Kết khảo kết cấu sandwich với chiều dày lớp vật liệu thay đổi Kết khảo sát (Bảng 4.1) cho thấy: Khi chiều dày lớp vỏ tăng lên khả chịu lực kết cấu sandwich gần không tăng độ cứng kết cấu tăng lên đáng kể Sức kháng mặt cắt cốt lưới dệt định Trong trường hợp này, lớp vỏ với chiều dày nhỏ 10 mm đảm bảo yêu cầu kết cấu sandwich 4.2.2 Khảo sát tham số cường độ lớp lõi BTN-K Việc khảo sát cường độ vật liệu lớp lõi BTN-K thực mặt cắt sandwich SW1 với cường độ vật liệu thay đổi kích thước mặt cắt khơng đổi Kết khảo sát Bảng 4.2 Bảng 4.3 cho thấy, trường hợp kết cấu sandwich sử dụng lớp lõi BTN-K có cường độ thấp có hiệu ứng sandwich kém, dẫn đến việc kết cấu sandwich bị phá hoại chưa khai thác hết khả chịu lực lớp vỏ BTHM BTCLD Trong trường hợp này, vật liệu làm lớp lõi BTN-K nên chọn loại có cường độ chịu nén tối thiểu 10 MPa 18 Bảng 4.2 Kết khảo sát tính theo mặt cắt phẳng Bảng 4.3 Kết khảo sát tính theo mơ hình hệ 4.3 Khảo sát tham số ảnh hưởng theo phương pháp PTHH 4.3.1 Nghiên cứu mô Việc khảo sát ảnh hưởng thông số thực mơ hình mơ phần mềm ATENA (Hình 4-1) Các mơ hình mơ theo thơng số mẫu thí nghiệm thực chương Hình 4-1 Mơ hình rời rạc hóa kết cấu sandwich phần mềm ATENA Hình 4-2 Kết mơ mẫu SW1 Hình 4-3 Kết mơ nhóm 19 Hình 4-4 Cấu trúc vết nứt thời điểm gần phá hoại mơ hình SW1 Kết mô cho thấy tương đồng ứng xử kết cấu sandwich mơ hình mô với ứng xử kết cấu sandwich thực nghiệm Sai số giá trị khả chịu lực kết thực nghiệm mô xấp xỉ 10% Sự phân bố vết nứt mơ hình mơ mẫu thực nghiệm giống (Hình 4-4) 4.3.2 Khảo sát tham số ảnh hưởng phần mềm ATENA Việc khảo sát ảnh hưởng chiều dày lớp vật liệu cường độ vật liệu lớp lõi thực phần mềm ATENA với thông số giống với khảo sát mơ hình lý thuyết 4.3.2.1 Khảo sát tham số chiều dày lớp vật liệu Kết mô cho thấy, mơ hình sandwich có ứng xử giống nhau, mơ hình bị phá hoại cốt lưới dệt bị kéo đứt Khi chiều dày lớp vỏ thay đổi khả chịu lực kết cấu sandwich thay đổi không nhiều Các giá trị sức kháng có giá trị sấp xỉ kết tính theo phương pháp giải tích, độ sai khác lớn 4,7% Hình 4-5 Kết mơ mơ hình có chiều dày lớp vỏ khác 20 4.3.2.2 Khảo sát tham số cường độ vật liệu lớp lõi Kết khảo sát cho thấy ứng xử mơ hình mơ kết cấu sandwich tương tự với ứng xử kết cấu sandwich tính theo mơ hình giải tích Các trường hợp BTN-K có cường độ 10 MPa dẫn tới kết cấu sandwich bị phá hoại trước lớp vỏ bị phá hoại Hình 4-6 Kết mơ mơ hình có cường độ BTN-K khác 4.4 Thiết kế kết cấu sandwich BTCLD BTN-K dạng panel làm kết cấu sàn cơng trình xây dựng Trong phạm vi luận án này, kết cấu sandwich thiết kế để làm kết cấu sàn phịng cơng trình xây dựng Kết cấu sandwich sản xuất dạng panel đúc sẵn với kích thước bề rộng m, chiều dài nhịp từ m đến m Kết cấu sandwich có cấu tạo gồm lớp vật liệu Hình 4-7 Vật liệu BTHM có cường độ chịu nén 64,04 MPa, mô đun đàn hồi 31,5 GPa BTN-K có cường độ chịu nén 18,6 MPa, mơ đun đàn hồi 6,8 GPa Cốt lưới dệt loại SITgrid004 có cường độ chịu kéo 2700 MPa, diện tích mặt cắt ngang (tính theo bề rộng cấu kiện 1m) 35,2 mm2/m Hình 4-7 Cấu tạo kết cấu sandwich bề rộng 1m Kết cấu sàn thiết kế với sơ đồ dầm giản đơn, chịu tải trọng tĩnh tải hoạt tải sử dụng theo TCVN2737-2020 Sau tính tốn thiết kế, thơng số kết cấu sandwich dạng panel sàn thể Bảng 4.4 21 Bảng 4.4 Tổng hợp loại panel đúc sẵn kết cấu sandwich sử dụng làm kết cấu sàn phịng cơng trình xây dựng 22 4.5 Kết luận chương Trong chương này, tham số chiều dày lớp vật liệu mặt cắt cường độ lớp lõi BTN-K khảo sát để đánh giá khả chịu lực kết cấu sandwich Chiều dày lớp vỏ tăng lên làm độ cứng kết cấu tăng lên hiệu khả chịu lực kết cấu không tăng Khi cường độ lớp lõi BTN-K thấp dẫn đến khả chịu lực kết cấu sandwich bị giảm mạnh BTN-K có cường độ từ 10 MPa đến 20 MPa phù hợp làm lớp lõi cho kết cấu sandwich có lớp vỏ BTHM có cường độ 64,04 MPa Kết cấu sandwich BTCLD BTN-K mô phần mềm ATENA có xét đến tính phi tuyến vật liệu đặc tính dính bám cốt lưới dệt BTHM, dính bám BTHM BTN-K Kết mơ ứng xử chịu lực kết cấu sandwich phù hợp với kết thực nghiệm Kết cấu sandwich thiết kế dạng panel đúc sẵn làm sàn phòng cơng trình xây dựng có bề rộng m với nhịp m, m, m, m Các thông số panel thống kê chi tiết Bảng 4.4 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Sau thực nội dung nghiên cứu theo mục tiêu đề ra, luận án đạt số kết sau: (1) Đề xuất dạng kết cấu sandwich BTCLD BTN-K ứng dụng cho kết cấu sàn cơng trình xây dựng Kết cấu sandwich có ba lớp vật liệu, hai lớp vỏ mỏng BTHM lớp lõi BTN-K (2) Xác định sức kháng uốn cho mặt cắt sandwich BTCLD BTN-K theo phương pháp chia lớp (3) Xây dựng mơ hình tính toán sức kháng cắt cho kết cấu sandwich BTCLD BTN-K phương pháp sơ đồ hệ (4) Xây dựng mơ hình dự đốn q trình hình thành phát triển vết nứt kết cấu sandwich BTCLD – BTN-K chịu uốn (5) Cung cấp liệu thực nghiệm về: tính chất học BTHM BTN-K sản xuất Việt Nam; tính chất học BTCLD; ứng xử chịu uốn, chịu cắt kết cấu sandwich BTCLD BTN-K KIẾN NGHỊ Các kết nghiên cứu lý thuyết, khảo sát phân tích thực nghiệm mơ số phạm vi đề tài luận án sở để triển khai ứng dụng kết cấu sandwich BTCLD BTN-K thực tiễn Tiếp tục hướng nghiên cứu kết cấu sandwich BTCLD BTN-K vấn đề sau: - Nghiên cứu kết cấu chịu tải trọng lặp, chịu tải trọng va chạm, chịu tải trọng cục lớn Nghiên cứu ứng xử dài hạn vật liệu BTCLD, BTN-K Nghiên cứu ứng xử kết cấu sandwich ảnh hưởng nhiệt độ cao Bên cạnh đó, tiếp tục nghiên cứu để xây dựng dẫn kỹ thuật quy trình thiết kế, thi công cho kết cấu sandwich BTCLD BTN-K 24 ... định cấu tạo số loại kết cấu sandwich dạng panel làm kết cấu sàn CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CẤU TẠO VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH XÁC ĐỊNH ỨNG XỬ CHỊU UỐN, CHỊU CẮT CỦA KẾT CẤU SANDWICH BẰNG BTCLD VÀ BTN-K... cấu tạo hốc bê tơng khơng có cát, bê tơng cốt liệu nhẹ 1.3.2 Bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu nhẹ Hình 1-5 Bê tơng nhẹ sử dụng cốt liệu nhẹ Bê tông cốt liệu nhẹ loại bê tông nhẹ có cường độ cao Cốt. .. bê tơng xốp, bê tơng khí hay bê tông cấu tạo hốc 1.4 Tổng quan kết cấu sandwich có lớp vỏ bê tơng cốt lưới dệt 1.4.1 Các nghiên cứu kết cấu sandwich có lớp vỏ BTCLD Hiện nay, nghiên cứu kết cấu