Nghiên cứu thực nghiệm về biến dạng dài hạn của cột bê tông cốt thép chịu nén đúng tâm

1 MỞ ĐẦU Tên luận án: Nghiên cứu thực nghiệm biến dạng dài hạn cột bêtôngcốt thép chịu nén tâm Tínhcấpthiếtcủađề tài Cột bê tơng cốt thép (BTCT) kết cấu nhà nhiều tầng cấu kiệnchịunén theo thờigian.Trong giaiđoạn thiếtkế,thicông vàg i a i đoạn sử dụng xuất số vấn đề liên quan đến làm việcdài hạn cộtBTCT chịunén nhưsau: - Sự chênh lệch kết biến dạng dài hạn dự đoán giai đoạnthiết kế kết đo thực nghiệm giai đoạn thi cơng đãvàđangxẩyratrongthựctếhiệnnay.Sựchênhlệchnàychủyếu docongótvàtừbiến gâyra - Hiện tượng biến dạng dài hạn gây co ngắn dọc trục khôngđều ( vênh co) kết cấu chịu lực đứng ( cột, vách, lõi) dẫnđến phân phối lại nội lực kết cấu kết cấu; ảnhhưởng đến nứt vỡ bề mặt kiến trúc ảnh hưởng đến hệ thốngkỹthuậttrongtòa nhàcaotầng Hiện có nhiều phương pháp xác định biến dạng co ngắn dọc trụckết cấu chịu nén BTCT( cột, vách, lõi) Tuy nhiên phương phápnàychưa phùhợpvớiđiềukiện môi trườngởViệt Nam Từ phân tích đây, xác định biến dạng co ngắn dài hạn dọc trụccủa cột bê tông cốt thép điều kiện khí hậu Việt nam điềucần thiết Luận án thực nghiên cứu thực nghiệm biếndạng dài hạn dọc trục cột BTCT chịu nén tâm điều kiệnkhí hậu Hà Nội Trên sở số liệu thực nghiệm thu phân tíchvà đưa kết tính chất lý, sử dụng cho tính biến dạngco ngắn dàihạncủa cộtBTCT Mụctiêu nghiêncứu Mụctiêu củaluận án: - Nghiên cứu thực nghiệm biến dạng dài hạn cột BTCT chịu nénđúngtâmtrongđiều kiện khíhậuởHà Nội - Nghiêncứu thực nghiiệm vềtính chấtcơ líBê tơng có liênq u a n đến biến dạng dài hạn cụ thể là: cường độ chịu nén, mô đun đàn hồivàhệ số từ biến, congótbêtơng - Nghiên cứu phương pháp xác định biến dạng dài hạn cấukiện bê tơng Từ áp dụng đề xuất phương pháp tính biến dạngdàihạn chokếtcấucộtbêtơngcốtthép Đốitượngnghiên cứu Đối tượng nghiên cứu cấu kiện cột BTCT chịu nén tâm chịutảitrọngdàihạn Phạmvi nghiêncứu Phạmvinghiên cứucủađềtàiliên quan tới: - Nghiên cứu thực nghiệm cột BTCT chịu nén tâm, chịu tảitrọng dài hạn, mơi trường khí hậu Hà Nội Cột bê tơng cốtthépcótiếtdiệntrịn,vớibốtrícốtthépdoctheochuvi,cốtthép đaixoắn - Nghiên cứu thực nghiệm với bê tơng có cấp độ bến chịu nén nhỏhơn B60, cốt thép CII, sử dụng vật liệu địa phương khu vực HàNội - Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm tính chất lý bêtơngnhư:cườngđộchịunén;mơđunđànhồi;từbiếnvàcongót bêtơng - Nghiên cứu phương pháp xác định biến dạng dọc trục cộtBTCTchịutảidàihạn Nội dung nghiên cứu - Nghiênc ứ u t ổ n g q u a n v ề b i ế n d n g d i h n c ủ a c ấ u k i ệ n B T C T chịunénchịutảitrọngdàihạn - Nghiêncứulýthuyếtvềcườngđộ,môđunđànhồi, biếndạngcong ót,từ biếnbê tơng - Nghiêncứucác mơhìnhdựbáobiến dạngtừbiến, congótbêtơng - Nghiên cứu phương pháp phân tích biến dạng dài hạn cấukiện bê tơng Qua đó, nghiên cứu áp dụng phương pháp vàoxácđịnh biến dạngdàihạncho cấu kiện BTCT - Nghiên cứu phương pháp xác định biến dạng co ngắn cho cấukiện cột BTCT chịu tải trọng dài hạn Qua đó, nghiên cứu đề xuấtphương pháp xác định biến dạng dài hạn cột BTCTp h ù h ợ p với tính chất vật liệu bê tơng làm việc dài hạn điều kiệnkhí hậu Hà Nội - Xâydựngmơ hình xác định hệsốtừ biếnbêtơng - Nghiên cứu thực nghiệm cột BTCT chịu nén tâm, chịu tảitrọngdàihạntrongđiều kiện khíhậu ởHà Nội Phươngpháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu chủ yếu nghiên cứu thực nghiệm kếthợpvớinghiên cứu lýthuyết Ý nghĩakhoahọcvàýnghĩathựctiễncủa đềtài Nghiên cứu đề tài đem lại ý nghĩa khoa học ý nghĩavềthực tiễn, như: - Nghiên cứu thực nghiệm biến dạng dài hạn Cột BTCT chịu nénđúngtâmtrongmơitrườngkhíhậuởHàNội.Bộsốliệuthuđượcl tài liệu có ý nghĩa giúp cho nghiên cứu liên quan đến làmviệcdàihạncủa cộtBTCTtrongmơitrườngkhíhậu ởHà Nội - Nghiên cứu thực nghiệm đề xuất hệ số từ biến bê tơng phù hợp vớiđiềukiệnkhíhậuởHà Nội.Đâylàmộtchỉtiêucơlýquantrọng củab ê tơng,c ũ n g l y ế ut ố đ ầ u v oc h o n h i ề u m hì n h t í n h tốn c ủacácnghiêncứulýthuyếtvànghiêncứuthựcnghiệmtrongđiềukiện khíhậu ởHà Nội - Đề xuất phương pháp xác định biến dạng dài hạn cho cột BTCTchịu nén, chịu tải trọng dài hạn Phương pháp sử dụng môđun đàn hồi theo thời gian, với hệ số từ biến xác định từthực nghiệm điều kiện khí hậu Hà Nội biến dạng co ngótcủabêtơng Nhữngđiểm luậnán - Nghiên cứu thực nghiệm biến dạng dài hạn cột BTCT chịunén tâm Từ nghiên cứu đưa số liệu biếndạngd i h n c c ộ t B T C T l m vi ệ c d i h n t r o n g ều ki ệ n k h í hậuởHàNội - Đề xuất hệ số từ biến bê tông xác định từ thực nghiệm trongđiềukiện khíhậuởHà Nội - Đề xuất phương pháp tính biến dạng dài hạn cho kết cấu cột BTCTphù hợp với tính chất làm việc dài hạn vật liệu bê tơng, trongđiềukiện khíhậuởHà Nội Cấu trúcluậnán Luận án gồm chương phần kết luận, kiến nghị, phần phụ lục.Tổngsốtrangluận án 110 trangvà phầnphụlục Chương1:Tổngquancácnghiêncứuliênquanđếnđềtài Chương Biến dạng dài hạn cột BTCT chịu nén tâm.Chương 3.Nghiêncứu thựcnghiệm cộtBTCT chịu nénđúng tâm,chịutảitrọngdàihạn ***** Chương1 TỔNGQUANVỀVẤNĐỀNGHIÊNCỨUCỦAĐỀTÀI 1.1 Cácnộidunglýthuyết liênquan đềtài 1.1.1 Congót vàtừbiến bêtơng - Cáctính chất,cácyếu tố ảnh hưởngđến từ biến, co ngótbêtơng - Phươngpháp biểudiễncongótvà từ biến bêtơng - Hệsốtừbiếnvàcongóttheotiêuchuẩn:ACI2092008;GL2000;EN1992:2004;B3;Tiêu chuẩn Nga 1.1.2 Cácphươngphápphântíchbiếndạngdàihạncủacấukiện bêtông - Phươngp h p s d ụ n g M ô đ u n đ n h i h i ệ u q u ả ( T h e E f f e c t i v e ModulusMethod-EMM) - Phươngpháphệ sốtừbiến(The Rateof CreepMethod-RCM) - Phươngp h p M ô đ u n h i ệ u q u ả đ i ề u c h ỉ n h , A E M M ( T h e A g e - AdjustedEffective Modulus Method–AEMM) 1.1.3 Cácphương pháp xácđịnh biến dạng congắn dài hạncho cộtBTCT - PhươngphápM.Fintel,H.Iyenger vàS.K.Ghosh - PhươngphápReadM.Samra 1.2 Tìnhhình nghiêncứu vềbiến dạng dàihạncủa cộtBTCT 1.2.1 Tìnhhình nghiêncứu vàứng dụngở trênthếgiới 1.2.1.1 Cácn g h i ê n c ứ u c ủ a D a v i s a n d D a v i s , R i c h a r t v S t a e h l e , SlatervàLyse CácnghiêncứuthựcnghiệmcủaDavisandDavis;RichartvàStaehle; Slatervà Lyseđã đưarađược số nhậnxétsau đây: - Đối với mẫu khơng có cốt thép tổng từ biến co ngótsau 18 tháng gần lần so với biến dạng tức thời xẩy ngaysaukhichấttải - Đối với mẫu có cốt thép dọc tổng biến dạng từ biến co ngót sau18 thánggần bằng4 lần sovớibiếndạngtức thời - Qtrình thínghiệm đãnhậnthấy cós ự p h â n p h ố i l i ứ n g s u ấ t bê tông cốt thép cột BTCT chịu tải dài hạn, ứng suất cốtthéptăngdần ứngsuấttrongbê tônggiảmdần - Hầu hết mẫu thí nghiệm cho thấy từ biến co ngót xẩy ratrongthờigian đầuchịu tải 1.2.1.2 NghiêncứucủaRoslinBintiOmar (2009) Roslin Binti Omar nghiên cứu “ Dự báo biến dạng theo thờigian bê tông thường điều kiện khí hâu nhiệt đới” Một sốkết nghiêncứu đạtđược: - Đối với bê tơng cường độ cao từ biến co ngót nhỏ sovớibê tơngcườngđộ thấp - Co ngót từ biến điều kiện mơi trường xung quanhc ó đ ộ ẩm thay đổi thấp mơi trường có độ ẩm khơng đổi bằng50% - Co ngót từ biến đo từ thực nghiệm có giát r ị n h ỏ h n s o với giá trịcủa mô hìnhđã dự báo 1.2.1.3 Nghiên cứu HN Praveen Moragaspitiya (2011)Nghiêncứu nàyđã đề cập đến nhữngvấnđề sau: - Đưa qui trình giám sát xây dựng có kết hợp với q trìnhthi cơng để xác định co ngắn dọc trục có sử dụng quan trắc đoliên quan đến yếu tố có tính chất động (tiến độ, qui trình thicơng, ) - Kết hợp ảnh hưởng tham số thời gian như: trình tự xâydựng, từ biến, co ngót, Modulus đàn hồi bê tơng ban đầu vào quitrình giámsátxâydựngđãđề xuấtởtrên 1.3 Tìnhhình nghiêncứu vàứngdụngở Việt Nam Nhóm tác giả Nguyễn Ngọc Bình, Nguyễn Trung Hiếu [15] thựchiện nghiên cứu thực nghiệm (2013) biến dạng co ngót điềukiệnkhíhậuViệtNam.NghiêncứutiếnhànhtạiPhịngthíngh iệmvàKiểmđịnhcơngtrình,TrườngĐạihọcXâyDựng,đãđưaramộtsốkếtluận cóliên quan đếnnộidungluận ánnhưsau: - Dựbáobiế ndạ ng congót t he o điề uki ện khí hậ u Việt Na m cácm h ì n h : A C I 209R, E C , C E B , T C V N 1 : 9 c h o kếtquảchênhlệchso vớisố liệuthựcnghiệmđođượclà khálớn - Kết nghiên cứu thực nghiệm biến dạng co ngót bê tơng vớiđiều kiện mơi trường theo tiêu chuẩn Việt Nam đo vịng2nămcó giá trịdaođộngtừ (278.8521.3)x10-6 [19] 1.3.1.1 Kết quảphântíchcơngtrình Keangnamvà Lotte Hait ổ h ợ p c n g t r ì n h K e a n g n a m v L o t t e đ ợ c x â y d ự n g t r ê n đ ị a bàn Hà Nội,trong q trình thi cơng tiến hành đo thực nghiệmbiến dạng co ngắn cột, vách lõi [54],[55] Cả hai cơng trìnhnàyđều c h o thấ ykết q u ả t í n h c o n g ắ n c ủ a c ột t í n h v i s ố l i ệ u đầ uvàotừthựcnghiệmhiệntrườngnhỏhơnnhiềusovớikếtquảdựbáotrước với số liệu đầu lấy theo mơ hình PCA (Mỹ) Trong báo báonày từ biến co ngót bê tơng xác định thínghiệm trường bé so với kết dự báo giai đoạnthiết kế mơ hình PCA 1.3.1.2 Tiêu chuẩn TCVN 5574:2012 – Kết cấu bê tông bê tôngcốtthép.Tiêuchuẩn thiếtkế Trong tiêu chuẩn Việt Nam 5574:2012 – Kết cấu bê tơng bê tơngcốt thépchưa đề cập đến qui trình xác định biến dạng dàih n d ọ c trụccho kếtcấu bê tôngcốtthépchịunén 1.4 Nhậnxétchương Qua nghiên cứu tổng quan nghiên cứu đề tài trên, tanhậnthấymộtsố vấn đề sauđâycần quan tâm: - Ảnhh n g b i ế n d n g c o n g ắ n d ọ c t r ụ c k h c n h a u t r o n g c c c ấ u kiệnBTCTchịulựctheophươngđứng(cột,vách,lõi)đốivớinhàcao tầng BTCTđã gây bất lợiđángk ể c h o c ô n g t r ì n h Biến dạng co ngắn biến dạng dài hạn dọc trục cấukiện chịu nén xét đến qui trình, tiến độ thi công Như vậy, trongthiếtkếnhàcaotầng cần dự báo biến dạng dọc trục cáckết cấu đứng, để qua có biện pháp nhằm giảm thiểu hiệntượng “vênh co ngắn” Các vấn đề đến chưa dành đượcnhiềusựquantâmcủacácnghiêncứuởtrongnước,hơnnữa trongtiêu chuẩn hànhViệtNamcũngchưa đề cậpđến - Chưac ó cácnghiêncứu thựcnghi ệ m nàotrong nướcvềcấ ukiện cột Bê tông cốt thép chịu nén dài hạn để đánh giá làm việc củacộttrongđiều kiện khíhậumơitrườngởViệtNam - Các phương pháp phân tích biến dạng dài hạn áp dụngcho tiếtdiệnbêtơng,vớiquitrìnhtínhtốnkhá phứctạp.Bêncạnh mơ hình vật liệu phù hợp điều kiện môitrườngcụ thể Để đánh giá biến dạng dài hạn kết cấu bê tông cốt thép môitrườngViệtNamcầntiếnhànhcácnghiêncứulýthuyếtvàthựcnghiệm Các nghiên cứu tiến hành Việt Nam,trongđó cóTrườngĐạihọc Xâydựng[14],[15] 1.5 Đềxuấthướngnghiêncứu Từ nhận xét trên, luận án đề xuất hướng nghiên cứu sauđây: - Nghiên cứu thực nghiệm biến dạng dài hạn dọc trục cộtBTCTchịu nén trongmơitrườngkhíhậu HàNội - Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm hệ số từ biến bê tơng Từđó xây dựng mơ hình thí nghiệm để xác định hệ số từ biến bê tơngphùhợpđiều kiện khíhậuHà Nội - Nghiên cứu phương pháp phân tích biến dạng dài hạn kếtcấu bê tông áp dụng để xác định biến dạng dài hạn cấu kiệncột kếtcấu bê tôngcốtthépchịu nén đúngtâm - Đề xuất phương pháp xác định biến dạng co ngắn dài hạn cộtBTCT chịu nén tâm Với đặc trưng vật liệu (hệ số từ biến,mô đun đàn hồi bê tông) xác định từ thực nghiệm điềukiệnkhíhậu ởHà Nội ***** Chương2 BIẾN DẠNG DÀI HẠN CỦA CỘT BÊ TƠNG CỐT THÉPCHỊUNÉNĐÚNGTÂM 2.1 Biến dạngcongótcủacộtbêtơngcốtthép Xét cộtbêtơngcốtthépcócốtthép bố tríđốixứng(Hình 2-3) Hình2-2:Biến dạngcủa cộtbêtơngcốtthép congót a/ Biến dạng co ngót tự bê tơngb/ Biến dạngco ngắncộtbêtơngcốtthép Quanghiêncứuđềxuấtđãđưaracơngthứcxétảnhhưởngcủacốtthép đến biến dạngco ngótcủa bêtơngthơngqua hệ sốkssau: k s 1n10.8 t 2.2 Xác địnhhệsốtừbiếnbêtông từthực nghiệm Hình2-3.Cột BTCT chịunéntheothời gian (2-1) Xâydự ng cơng t c x c đ ị n h h ệ s ố t b i ế n b ê t ơng nhưH ì n h 23 CộtBTCTvớitiếtdiệntrịn,chịulựcPkhơngđổi,cốtdọcchịulựcAsvà cốtđaivịngvớibước s Các yếu tố cốt dọc cốt đai xem xét tốn tínhbiếndạngdàihạn cộtBTCT 2.2.1 Ứngsuấtcốt đai khicộtchịu nén Hình 2-4 Sự ảnh hưởng cốt đai đến làm việc dàihạncủa cộtBTCT Hình 2-4 thể ảnh hưởng cốt đai đến cường độ củacột BTCT bê tông Khi cột BTCT chịu nén sinh ứng suất đẩytheo phương ngang biến dạng nở hơng Khi cốt đai phátsinh lực kéo vòng T, lực tác dụng trở lại lên bê tông mộtl ự c phân bố q Ứngsuấtcốtđaitheo phươngdọc tạithờiđiểmt: 𝑓đ 𝜎𝑐đ.(𝑡) 𝑓đ 𝜎𝑐đ.(𝑡) (2-2) 𝜎đ.(𝑡)=2  .𝐸𝑐=2. 𝑠.𝑅.𝐸𝑐 𝑠.𝑅 2.2.2 Xác địnhhệsố từbiến bêtông từthựcnghiệm Xét cột chịu lực nhưHình 2-4, thời điểm t ta có phương trìnhcânbằng: Phươngtrìnhcân bằnglực: 𝑃=𝑁 𝑐(𝑡)+𝑁𝑠(𝑡)= (2-3) =𝜎 𝑐(𝑡).𝐴 𝜎 𝑠(𝑡).𝐴𝑠 𝑓đ 𝜎𝑐𝑐đ.+(𝑡) +2. 𝐴 𝑙õ𝑖 𝑠.𝑅 Trongcáccôngthứctrên: fđ: diệntích tiết diệnthanhcốt đai s:bướccốtđai Phươngtrìnhcânbằngbiếndạngdọc: - Và 𝜀𝑐(𝑡)=𝜀 𝑠(𝑡)=𝜀(𝑡) 𝜀đ.(𝑡)=2 𝜀𝑐(𝑡)=2 .𝜀(𝑡) Quanhệ ứngsuất–biến dạng( coish=0): 𝜎 𝑐(𝑟0) ∆𝜎𝑐(𝑡) (1+𝜑) − (1+0.8𝜑) 𝜀(𝑡)= 𝑡 𝐸𝑐(𝑟0) 𝐸𝑐(𝑡) (2-4) (2-5) 𝑡 𝜎đ.(𝑡)=  𝜀(𝑡).𝐸𝑠 𝜎𝑠(𝑡)=𝜀 (𝑡).𝐸𝑠 đ.ℎ(𝑡)=  𝑇𝐵(𝑡)= Từđó xác định hệ sốtừ biến bê tôngnhư sau:  Ec t  c 0 c(t) t t 0,8. ( t) c c (2-6) (2-7) (2-8) 2.3 Ứngdụngphươngpháp AEMMvàSamravào tínhtốnbiếndạng dàihạncấu kiệnBêtơng cốt thép Hình0-5: Cột BTCTchịu nénđúngtâm,cốtthépđối xứng Sử dụng AEMM, Samra để phân tích trạng thái ứng suất – biến dạngdài hạn cột BTCT mơ hình Hình 2.2 Cho Cột bê tơng cốtthép,chịunéntâmtheothờigian, nén tạithờiđiểmovớilựcP Tacócácphươngtrìnhcânbằngsau: 𝑃=𝑁 𝑐(𝑡)+𝑁𝑠(𝑡)=𝜎 𝑐(𝑡).𝐴𝑐+ 𝜎𝑠(𝑡).𝐴𝑠 𝜀𝑐(𝑡)=𝜀 𝑠(𝑡)=𝜀 (𝑡)  c (t) c (0)c(t) (2-9) (2-10) - TheophươngphápAEMMquanhệứngsuất– biếndạngtạithờiđiểmtđược biểu diễntheocôngthức 𝜎𝑜(𝑟𝑜) ∆𝜎𝑐(𝑡) 𝜀(𝑡)= + +𝜀 𝑠ℎ(𝑡) (2-11) 𝐸𝑒(𝑡,𝑟𝑜) 𝐸𝑒𝑓𝑓(𝑡,𝑟𝑜) Ứngsuấtthaybêtôngc(t)đượcxácđịnhnhư sau:  P  ( t) ( ) ( n )( t)E (2-12) c c0 e,0 sh s e,0 n c  A  - PhươngtrìnhxácđịnhbiếndạngdàihạncộtBTCTtheophươngph ápSamra nhưsau: 𝜎𝑐(𝑟0) ∆𝜎𝑐(𝑡) (1+𝜑 𝑡)− (1+0.8𝜑 𝑡) 𝜀(𝑡)= (2-13) 𝐸𝑐 𝐸𝑐 +𝜀𝑠ℎ(𝑡) Tađặt: 𝜎𝑐(𝑟0) ∆𝜎𝑐(𝑡) (2-14) (1+0.8𝜑 𝑡) 𝐸𝑐 𝐸𝑐 Như phương trình (2-11) gồm thành phần: Thành phần biếndạngtừbiến(baogồmbiếndạngtứcthời)vàthànhphầnbiếndạngcongót 𝜀𝑐(𝑡)= (1+𝜑𝑡)− (𝑡)= 𝜀 𝑐(𝑡)+𝜀 𝑠ℎ,𝑠(𝑡) (2-15) Vớibiếndạngcongót𝜀𝑠ℎ,𝑠(𝑡)cóthểđượcxácđịnhriêng Áp dụng nguyên lý cộng tác dụng, ta tách tính tốn riêng phần biếndạngtừ biến Biếnđổiphươngtrình(2-14)tađượcứngsuấttrongbêtơngtạithời điểmt: 𝜎𝑐(t)=𝜎 𝑐(𝑟0)[ 1+n(1−0.2𝜑𝑡).]𝜇 (2-16) 1+𝑛(1+0.8𝜑) 𝜇 𝑡 Với 𝑛= 𝐸 𝑠 𝐸𝑐 Vàứngsuấtcốtthéptạithờiđiểmt: 𝜎𝑠(t)=𝑛𝜎 𝑐(𝑟0)[(1−0.8)𝜑𝑡+ +0.8𝜑𝑡] 𝜎𝑐(𝑡) (1 𝜎( 𝑟 )𝑐 (2-17) Từđó xác định biến dạngdàihạn: 𝜀(𝑡)=𝜎 𝑠(𝑡)/𝐸𝑠 2.4 ĐềxuấtphươngphápxácđịnhbiếndạngdàihạncộtBTCT chịu nén Để phản ánh tính chất vật liệu bê tông làm việc theo thời gian, đềxuất phương pháp xác định biến dạng dài hạn cho cấu kiện chịu cộtBTCTđưa vào mô đun đànhồithayđổitheothờigian Xem xét cột BTCT chịu nén Hình 2-5 cột chịu lực nén P khơngđổi Phương trình quan hệ ứng suất – biến dạng sử dụng mô đun đàn hồitheothờigian sau: 𝜎𝑐(𝑟0) ∆𝜎𝑐(𝑡) (1+𝜑 𝑡)− (1+0.8𝜑 𝑡) 𝜀(𝑡)= (2-18) 𝐸𝑐(𝑟0) 𝐸𝑐(𝑡) +𝜀 𝑠ℎ(𝑡) Tính táchriêngphần biến dạngdo tácdụngcủa tảitrọng, đó: 𝜎𝑐(𝑟0) ∆𝜎𝑐(𝑡) (1+𝜑 𝑡)− (1+0.8𝜑 𝑡) 𝜀(𝑡)= (2-19) 𝐸𝑐(𝑟0) 𝐸𝑐(𝑡) Với∆𝜎𝑐=𝜎0− 𝜎𝑐,(𝑡), thay vào phương trình(2-19)và kết hợp với(2-9)biến đổita được: 𝜎𝑐(t)=𝜎 𝑐(𝑟0)[ 1− n 0.+𝑛 𝑡..(1+0.8𝜑 𝑡) ] (2-20) 1+.𝑛( 1𝑡 + 0.8𝜑) 𝑡 Với 𝜎𝑠(𝑡)=𝜀 (𝑡).𝐸𝑠 𝜎𝑠(t)=n 0.𝜎𝑐(𝑟0).(1+𝜑 𝑡)−𝑛 𝑡.(𝜎𝑐(𝑟0) (2-21) −𝜎 𝑐(t))(1+0.8𝜑 𝑡) Trongđó: 𝐸𝑠 𝑛𝑡 = 𝐸𝑐(𝑡) Phương pháp đề xuất phản ánh đầy đủ tính thực chất củavậtliệu bêtơngkhilàmviệc dàihạn 2.5 Nhậnxétchương - Đưa công thức xác định biến dạng co ngót bê tơng Cơng thứcnàyđãđượcxâydựngtrêncơsởlýthuyếtvềcộtbêtơngcốtthép cócốtthép chịu nénđúngtâm, bố trí đốixứng - Xây dựng qui trình cơng thức xác định hệ số từ biến bê tôngbằng thực nghiệm Cơng thức phản ánh tính chất lý luyếtcủah ệ s ố t b i ế n b ê t ô n g , n h t í n h c h ấ t b i ế n đ ổ i t h e o t h i g i a n Trênc s đ ó t i ế n h n h n g h i ê n c ứ u t h ự c n g h i ệ m t ì m r a h ệ s ố t biếnbêtơngtrongđiều kiệnmơitrườngkhíhậuởViệt Nam - Nghiên cứu áp dụng phương pháp AEMM Samra để xác địnhbiến dạng dài hạn cho cấu kiện cột bê tông cốt thép chịu nén Cácphương pháp có ưu điểm nhược điểm riêng cónhữngphạmvịứngdụngkhácnhau.Cảhaiphươngphápcịntồ ntạinhượcđiểmvàotínhtốn vìđãxem mơđunđànhồilàhằngsố - Phươngp h p đ ề x u ấ t x c đ ị n h b i ế n d n g d i h n c h o c ộ t B T C T chịunénđúngtâm,trongđósửdụngmơđunđànhồitheothờigianvà biến dạngco ngót Chương3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CỘT BÊ TƠNG CỐT THÉPCHỊUNÉNĐÚNGTÂMCHỊUTẢITRỌNGDÀIHẠN 3.1 Lựamơ hìnhcột bêtơngcốt thépthínghiệm Mơhình thínghiệmlàcác mẫucộtBTCThìnhtrụ,đườngkínhcộtD =1 m m , c h i ề u c a o c ộ t H = 0 m m G m h a i n h ó m m ẫ u t h í nghiệmnhư sau: - Nhómmẫu 1:04 mẫu cộtBTCTvớihàmlượng1,5%,kýhiệu𝑀𝐼 - Nhómmẫu 2:04 mẫu cộtBTCTvớihàmlượng2,0%,kýhiệu𝑀𝐼𝐼 - 04mẫu,gồm03CộtBTCTcótảivà01mẫucộtBTCTkhơngtải Chi tiết xemH ì n h - a-Mẫu hàmlượng cốtthépdọc 1,5 b-Mẫu hàmlượng cốtthépdọc 2,0 % % Hình3-1.Chi tiếtcấutạocácmẫucột BTCT thí nghiệm 3.2 Vậtl i ệ u c h ế t o mẫucộtBTCT c ác t h í n g h i ệ m x c đ ị n h đặctrưngcơ học 3.2.1 Vật liệubêtông Cấpphốivậtliệuchếtạobêtông sửdụng đểchếtạocácmẫucộtBTCTnhưHình 3-1 sau Bảng3-2.Cấp phối vậtliệuchếtạobê tơng(kg/m3) Xi măng Cát vàng Đá dăm1x2 Nước PCB40 489(kg) 464(kg) 1263(kg) 193(lít) 3.2.2 Vậtliệuthép Cốt thép sử dụng để chế tạo mẫu bê tông gồm hai loại: cốtthép dọc8 gai cốt thép đai4 Thí nghiệm kéo xác định cườngđộcủathépđượcthựchiệntheoquyđịnhtrongtiêuchuẩnTCVN197: 2002“ Vật liệu kim loại- Thử kéo nhiệt độ thường” Kết quảthu cho thấy cốt thép dọc8 thuộc nhóm thép CII cốt thépđai4 thuộc nhómthép CI 3.2.3 Thí nghiệmxác địnhcác đặctrưng cơhọccủabê tơng 3.2.3.1 Thí nghiệmxác định cườngđộ nén Bảng3-3.Kếtquả thínghiệmcườngđộ chịu nén bêtơng Tuổibêtơng 14 21 28 60 90 (ngày) Cường độ 27.4 30.6 31.6 32.5 38.0 38.3 chịunén(MPa) Cườngđộchịunén(MPa) 50 40 30 20 10 0 30 60 Tuổibêtơng(ngày) 90 120 Hình 3-2 Biểu đồ pháttriểncườngđộ bêtơngtheothờigian 3.2.3.2 Thí nghiệmxác định mơ đun đàn hồicủabêtơng Bảng3-4 Kết mơ đunđàn hồi thínghiệm Tuổibêtơng 14 21 28 60 90 120 Mô đun đàn hồi(MPa) Mô đunđànhồi(MPa) (ngày) 35800 36500 36980 37550 37695 37780 38200 50000 40000 30000 20000 10000 0 30 60 90 Tuổibêtông(ngày) 120 150 Hình 3-4 Biểu đồ phát triển mơ đun đàn hồi bê tông theo thờigian 3.3 Thiếtk ế t h í n g h i ệ m m ẫ u c ộ t B T C T c h ị u t c d ụ n g c ủ a t ả i trọngdàihạn 3.3.1 Giátrị củatảitrọngthínghiệm Giátrịtải trọngthí nghiệm:Ptn=170KN 3.3.2 Thiếtbịtạotảitrọngtácdụng dàihạnlêncột Sơđồhệ khunggia tải cấutạon h H ì n h 3-5 sau 1-B ệ đếthép;2–lòxo; 3-giá thép; 3a–giá théptrênmẫu;4- khunggiữtải 5- Mẫu cột BTCT; – kích; – khung ban đầu; 8- Load – Cell; – Indicator Hình3-5.Sơ đồhệ giatải Hình3-6.Hình ảnhhệgiatải Hình3-7.Sơđồthí nghiệmnénmẫucột BTCT chịunén Lựa chọn lịxot o tảitrọng nénlênmẫu: Lịxo nénhìnhtrụđượcthiếtkế nhưHình 3-8 sau: Lựcnén tácdụng(kN)  140 120 y = 97.586x + 0.3399 R² = 0.9919 100 80 60 40 20 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 Độcocủalịxo(mm) Hình3-8 Chitiếtc ấ u tạolị Hình3-9 Quanhệ lựcnénvà biến xo dạnglịxo  Kiểmsốttảitrọng nén lịxotácdụng lênmẫu thínghiệm Sửdụngđồnghồgắ n vàol ị xođểkiểmsốtlựctácdụnglênmẫu thơn gqua biến dạngcủalịxo Sơđồbố tríxemHình3-10 sau Hình3-10 Bố tríđồnghồ đobiếndạnglịxo 3.3.3  Bố trícácdụng cụ đo biếndạng Lựachọndụngcụđo.DụngcụđođượcbốtrínhưHình3-13 Hình3-13 Sơ đồ bốtrídụngcụđo biếndạng 3.4 TrìnhtựthínghiệmcácmẫucộtBTCTchịutácdụngcủatảitrọn gdàihạn Trìnhtựthínghiệmđượcthựchiệnbaogồm03bước[20],đượcthểhiệ nnhưởBảng3-5d i đây: Bảng3 - Trìnht ự t h ự c h i ệ n c c b c t h í n g h i ệ m m h ì n h c ộ t BTCTchịutảitrọngdàihạn Trình Nội Nội dung theo dõi tựthực dungcơng vàghikếtquảthínghiệm việc - Hệ khungchịu lực - Hệlịsogiatải dàihạn - Mơhìnhcột BTCT vàdụngcụđo I.1 Lắp dựng thínghiệm - Hệkích thủylựcvà load-cell - Dụngcụ đo BướcI BướcII - Gia tải thử với tải trọng 10 – 15(%)giátrịtải thiếtkế,Ptn - Kiểmtrasựhoạtđộngcủah ệ thốngthi ếtbịgiatảiTN +Kiểm tra tình trạng làm việc I.2 Kiểm tra tổng củadụngcụ đo thểhệthốngthínghiệm +Khửcácbiếndạng thiết bịchưađược siếtchặt,hay cácc c khehởdo sạn, cát gâyra - Hạtải về0 - Kiểm tra trạng thái hoạt động củacác phương tiện khác phục vụ TN(Baogồmviệckiểmsốtkhơnggia nbốt ríTN,đi ềukiệ nnhiệtẩm củamơitrườngphịngTN) - Vậnhànhkíchthủylựcvàg h i nhậnch ỉthịload– cell - Xác định giá trị lực gia tải theothiết kế Ptn Thựchiệngiatảivàtheod - Chốt chặt địnhvị đaiốc õibiếnd n g trênmơhì - Kiểm tra trị số lực trạng nhc ộ t BTCT tháitruyền tải ổn định khơng đổi từhệ lị so tác dụng lên mơ hình cộtkhảosát-xác định thờiđiểmt0 - Giảphóngthiết bịgiatải ban đầu -G h i nhậnchỉthịtrêncácIndicator đo biến dạngứngvớithờiđiểmt0 - Sau 2h 6h Ghinhậnsốliệuđobiếnd - Sau1 ngàyvà ngày - Sau mỗituầntrong4tuầnđầu BướcIII n g t h e o l ị c h trìnhTN(kểtừthờiđiể - Saumỗithángchođếnkhikếtthúcthí nghiệm(200 ngày???) mt0) 3.5Thínghiệm mẫucộtBTCTkhơng chịu tảitrọng Thí nghiệm mẫu cột BTCT khơng chịu tác dụng tải trọng đượcthực thời gian, địa điểm với mẫu cột BTCT có tải trọng tácdụng Hình 3-15 thể mẫu thí nghiệm cột BTCT khơng chịu tác dụngcủatảitrọng Hình 3-15 Bố trídụngcụ đo trênmẫu tự 3.6 Đánhgiásốliệuvàkếtquảthí nghiệm Qua theo dõi kết đo biến dạng mơ hình cột BTCT chothấy: - Sốl i ệ u t h í n g h i ệ m t h u n h ậ n đ ợ c m ỗ i t h i đ i ể m đ o b i ế n d n g trênmơhìnhcộtBTCTchịutảitrọngnénvớichỉthitrênIndicatorlà đồng đều, khơng phát có biến động chênh lệchđáng lưu ý Đối với mẫu cột không chịu tải trọng cho kết quảtươngtự - Khi tuổi bê tong tăng lên độ chênh số vạch đo thị trêncácIndicator càngnhỏ,khoảng biếnđộngnhỏhơn10%so vớitổng Biếndạngdọctrục,x E - biến dạng xảy khoảng thời gian theo dõi (về cuối, khoảngthời gian nàylà tháng) - Độ chênh lệch số đọc Indicator ghi nhận lần đotrước lần đo sau phạm vi khoảng thời theo dõi phù hợpvới qui luật phát triển biến dạng dài hạn (tăng nhanh độtuổibêtôngban đầuchịu tảivà giảmdần khithờigiantănglên) - Quá trình theo dõi biến dạng mẫu cột BTCT chịu tải cho thấy,với biến dạng nhận từ tháng thứ (120 ngày) đến tháng thứ 7(210 ngày) nhỏ rõ rệt so vớic c t h n g t r c đ ó Đ i ề u n y c ó thể giải thích, ngồi ảnh hưởng tuổi bê tơng, thi thời gianđó, độ ẩmmơitrườngphịngthínghiệmcó tăngcao - Theo dõi biến dạng mẫu cột BTCT không chịu tải trọng tácdụng, cho thấy hai tháng có biến dạng nhỏ xảy vào nhữngthángcó độẩmcao nhưvừa nêutrên(thángtứ4và thứ 5) Kết quảbiếndạngbiểudiễnởHình3-19vàHình 3-20 900.0 800.0 700.0 600.0 500.0 400.0 300.0 200.0 Mȁu 1,5% 100.0 Mȁu 2% 0.0 100 200 30 400 Thờigian,t(ngày) 500 600 700 Hình3-19: Biếndạngdàihạndọctrụccủa mẫuMIvàMII Biếndạngcongót,xE-3 160.0 140.0 120.0 100.0 80.0 60.0 Mȁu 1,5% 40.0 20.0 Mȁu 2% 0.0 100 200 300 400 Thờigian,t(ngày) 500 600 700