Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Ứng xử cấu kiện chịu lực dọc trục sử dụng bê tông thường và cường độ siêu cao

Tuy nhiên, để sản xuất bêtông đạt được cường độ cao nhưvậy và đảm bảo được mức độ tin cậy, thì quy trình sản xuất và kiểm tra chấtlượng yêu cầu phải được thực hiện rất nghiêm ngặt về thờ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Lời cảm ơn

"Không phải là thất bại! Tất cả chỉ là thử thách

No Failure! All Are Challenges"Chung Ju Yung (Founder of Hyundai Group)

Tôi chân thành gởi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn là TS Bùi Đức Vinh.Với sự nhiệt tình, tận tâm hướng dẫn của thầy đã giúp đỡ tôi rất nhiều trongquá trình làm luận văn từ cách thức tìm kiếm tài liệu cho đến việc trình bàymột bài luận văn sao cho khoa học Thầy đã truyền cho tôi tính kiên trì, chịukhó học hỏi và biết cố gắng hết mình mà một người nghiên cứu phải có

Đồng thời tôi xin cảm ơn quý thầy cô trong bộ môn khoa kỹ thuật xây dựngđã truyền đạt cho tôi nhiều kiến thức chuyên ngành trong quá trình học tập tạitrường đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh

Tiếp theo tôi cũng gởi lời cảm ơn đến tất cả anh em trong Công ty Hoàng Vinh,đến tất cả những người anh chị cũng như những người bạn của tôi đã giúp đỡtôi rất nhiều trong quá trình làm thí nghiệm tại công ty Hoàng Vinh

Cuối cùng con cảm ơn Ba Mẹ đã tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành bài luậnvăn này

Chân thành cảm ơn tất cả mọi người

Phạm Đức Thuận

TÓM TẮT

Nghiên cứu thực nghiệm khảo sát ứng xử của cấu kiện chịu lực dọc trục sửdụng bê tông cường độ thường-NSC và bê tông cường độ cao HPC (cột liên hợpNSC-UHPC) Bên cạnh đó đề tài cũng tiến hành mô phỏng số để khảo sát cáccác trường hợp nhóm mẫu mà thực nghiệm không thực hiện được Kết quả đạtđược cho thấy khả năng chịu lực dọc trục của cột liên hợp NSC-HPC phụ thuộcvào tỷ lệ diện tích giữa vùng lõi HPC với diện tích vùng NSC xung quanh, dạngphân bố lõi HPC trên bề mặt, cường độ của NSC và cường độ của lõi HPC.Từ khóa: cột,liên hợp, HPC, NSC, tải trọng dọc trục

Experimental study surveyed the behavior of structures under axial force ing normal-strength concrete -NSC and high performance concrete-HPC (NSC-UHPC composite column) Besides, the topic also carried out numerical sim-ulations to investigate the circumstances that the experimental study did notperform Results obtained showed that the axial bearing capacity of NSC-HPCcomposite comlumn depends on the ratio between the area of UHPC core withthe surrounding area of NSC, HPC core distribution form on the surface, thecompressive strength of NSC as well as HPC

us-Keywords: column, composite, HPC, high performance concrete, NSC, normalstrenght concrete, axial load

Lời cam đoan

Tôi tác giả của luận văn này cam đoan rằng

 Luận văn này là nghiên cứu thực sự của cá nhân tôi, được thực hiện dướisự hướng dẫn của TS Bùi Đức Vinh

 Các số liệu, kết quả thực nghiệm và mô phỏng số được trình bày trong luậnvăn này là trung thực và chưa từng được công bố dưới bất kỳ hình thứcnào

 Các giá trị tham khảo là chính xác, không có chỉnh sửa

 Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình trước hội đồng khoa học

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 1 tháng 08 năm 2014

Học viên

Phạm Đức Thuận

1.1Kết cấu sử dụng bê tông thường và cường độ cao - Động lực nghiên cứu1

1.2Mục tiêu và đối tượng khảo sát của đề tài 5

1.3Ý nghĩa đề tài 7

1.4Cấu trúc của luận văn 8

2Tổng quan92.1Giới thiệu 9

2.2Vật liệu HPC 10

2.2.1Các chủng loại HPC 11

2.2.2Thành phần vật liệu HPC 11

2.2.3Đặc tính cơ học của vật liệu 15

2.2.3.1Cường độ chịu kéo 15

3.2Nguyên lý và mô hình thí nghiệm 30

3.3Mẫu thí nghiệm 33

3.4Vật liệu thí nghiệm 34

3.4.1Bê tông thường NSC 34

3.4.2Bê tông cường độ cao HPC .36

3.4.3Cốt thép .36

3.5Chương trình thí nghiệm 38

3.5.1Nhóm mẫu .38

3.5.2Chế tạo mẫu và chuẩn bị thiết bị thí nghiệm 38

3.5.2.1Gia công cốt thép .38

3.5.2.2Gia công ván khuôn và đổ bê tông 38

3.5.2.3Thiết bị đo biến dạng bê tông cường độ cao HPC 41

3.5.2.4Thiết bị nén dọc trục .46

3.5.2.5Lắp đặt thiết bị thí nghiệm 47

3.5.2.6Sơ đồ gia tải và quy trình thí nghiệm 49

4Kết quả thực nghiệm514.1So sánh về khả năng chịu lực dọc trục .51

4.2So sánh biến dạng giữa các nhóm mẫu 58

4.3Sự làm việc của các lõi HPC 62

5Mô phỏng phần tử hữu hạn645.1Giới thiệu 64

5.2Mô hình vật liệu thép 65

5.3Mô hình vật liệu Microplane M4 cho bê tông trong mô phỏng ATENA665.3.1Giới thiệu 66

5.3.2Mô hình vật liệu M4 cho ANTENA 67

5.3.3Các thông số trong mô hình Microplane .68

5.3.4Xác định các thông số trong mô hình Microplane 69

5.3.5Tham số đầu vào cho mô hình phần tử Microplane trong môphỏng ATENA 70

5.4Mô hình phần tử hữu hạn cho thí nghiệm 71

5.4.1Mô hình hình học mẫu thí nghiệm .71

5.4.2Chia lưới phần tử 72

5.4.3Điều kiện biên 73

5.4.4Áp tải trọng tác dụng .73

5.5Kết quả mô phỏng số 74

5.5.1Biểu đồ quan hệ lực và biến dạng dọc trục trong mô phỏng 74

5.5.2So sánh tải trọng và biến dạng giữa mô phỏng và thực nghiệm 755.5.3Sự phân bố ứng suất và biến dạng trong kết cấu 77

5.5.4Sự phân bố khả năng chịu lực giữa vùng bê tông NSC và lõi HPC 815.6Mô phỏng các mô hình mở rộng 83

6.1.1Bê tông cường độ cao-HPC .94

6.2Khả năng chịu lực dọc trục và các yếu tố ảnh hưởng .956.2.1Kết quả chương trình thí nghiệm và mô phỏng .956.2.2Đánh giá khả năng ứng dụng của bê tông cường độ cao HPC.976.3Hướng phát triển của đề tài 98

Danh sách hình vẽ

1.1(a) Cầu vượt dành cho người đi bộ -Canada,(b)Trạm thu phí Milau-Pháp1

1.2(a) Tháp đôi Petronas-Malaysia,(b)Tòa nhà Two Union Square- Mỹ 2

1.3Biện pháp xử lý khuyết tật bằng cách sử dụng HPC .4

1.4Cọc khoan nhồi khuyết tật được rửa sạch (trái) và Khuyết tật cọc khoannhồi ( phải) 5

2.1Lịch sử phát tiển của cường độ bê tông qua hơn 100 năm [1] 10

2.2Mô tả quá trình truyền lực qua a Bê tông thường ,b HPC [1] 10

2.7Hệ số Poisson và biến dạng nén tương đối của HPC [5] 19

2.8Hệ số Poisson và ứng suất nén của NSC, HPC và HPC [6] .20

2.9Mặt cắt chi tiết sàn bê tông hiện hữu với lớp HPFRC bên trên ( trái),Quá trình đổ bê tông lên trên(phải) 21

2.10 Thành phần của bản sàn lắp ghép được liên kết bởi các mối nối liên kếtHPC 21

2.11 Thí nghiệm 4 điểm đối với dầm bê tông cốt thép có tăng cường lớp HPCở phía dưới [7] 22

2.12 Kích thước hình học của dầm nguyên thủy chưa gia cường [8] [9] 23

2.13 Chi tiết lớp gia cường HPC bên ngoài dầm [8] [9] 23

2.14 Biểu đồ tải trọng và chuyển vị giữa dầm bê tông cốt thép trước và saukhi gia cường lớp HPC [8] [9] .24

2.15 Thi công lớp vỏ gia cường HPC cho dầm ngoài công trường [9] 24

2.16 Kích thước hình học của cột trước và sau khi gia cường HPC [9] 25

2.17 So sánh biểu đồ tương tác M-N giữa cột không gia cường và gia cườngHPC [9] 25

2.18 Vách cứng có gia cường lớp áo HPC bên ngoài để chịu tải trọng động [9]252.19 Xử lý cọc khoan nhồi bị hư hỏng bằng cách khoan cọc mới ở 2 bên .26

2.20 Xử lý cọc khoan nhồi bị hư hỏng bằng phương pháp column jet grouting 272.21 Xử lý cọc khoan nhồi bị hư hỏng bằng phương pháp core injection grout-ing method .27

3.1Mô hình thí nghiệm nén cột chịu nén đúng tâm 31

3.2Mô hình thí nghiệm nén cột chịu nén đúng tâm 32

3.3Chi tiết nhóm mẫu M1 (trái) và M2 (phải) .34

3.4Chi tiết nhóm mẫu M3 ( trái) và M4 ( phải) 35

3.5Thành phần vật liệu HPC-HV 36

3.6Cấu tạo lồng thép sử dụng cho mẫu thí nghiệm 37

3.7Công tác đổ bê tông NSC sau khi hoàn thành 40

3.8Cối trộn cưỡng bức 3 pha .41

3.9Dưỡng hộ mẫu thí nghiệm sau khi được rót vữa HPC (trái) và trích đoạnvị trí khuyết tật được xử lý bằng HPC (phải) .42

3.10 Chi tiết thiết kế tấm nhôm đo biến dạng 42

3.11 Mô hình tấm nhôm trong thực nghiệm 43

3.12 Mô hình 3D miếng nhôm trong mô phỏng .44

3.13 Mô hình 3D một nửa lõi HPC có miếng nhôm trong mô phỏng 44

3.14 Chia lưới phần tử mẫu 45

3.15 Kết quả chuyển vị của đo được của tấm nhôm 45

3.16 Biểu đồ quan hệ giữa biến dạng bê tông và biến dạng nhôm .46

3.17 Mô hình thiết kế khung dàn ép .47

3.18 Thiết bị đo biến dạng dọc trục 48

3.19 Thiết bị đo biến dạng ngang 48

3.20 Thiết bị đo biến dạng ngang 49

3.21 Sơ đồ gia tải .50

4.1Biểu đồ quan hệ giữa lực và biến dạng (dọc trục và ngang) của nhómmẫu M1, M2, M3, M4 .51

4.2Mặt cắt ngang nhóm mẫu M1 (trái) và M2(phải) .53

4.3Mặt cắt ngang nhóm mẫu M1 (trái) và M3(phải) .54

4.4Mặt cắt ngang nhóm mẫu M1 (trái) và M4(phải) .55

4.5Mặt cắt ngang nhóm mẫu M2 (trái) và M3(phải) .56

4.6Mặt cắt ngang nhóm mẫu M2 (trái) và M4(phải) .56

4.7Mặt cắt ngang nhóm mẫu M3 (trái) và M4(phải) .57

4.8Vết nứt hình thành ở đầu cột (trái) và trích đoạn phóng to vị trí vết nứtở mẫu M1 (phải) 59

4.9Vết nứt phát triển tại thời điểm phá hủy (trái) và trích đoạn phóng tovị trí vết nứt ở mẫu M1 (phải) 59

4.10 Vết nứt hình thành ở chân cột (trái) và trích đoạn phóng to vị trí vếtnứt ở mẫu M2 (phải) 60

4.11 Vết nứt phát triển tại thời điểm phá hủy (trái) và trích đoạn phóng tovị trí vết nứt ở mẫu M2 (phải) 60

4.12 Vết nứt hình thành ở chân cột (trái) và trích đoạn phóng to vị trí vếtnứt ở mẫu M3 (phải) 61

4.13 Vết nứt phát triển tại thời điểm phá hủy (trái) và trích đoạn phóng tovị trí vết nứt ở mẫu M3 (phải) 61

4.14 Vết nứt hình thành ở chân cột (trái) và trích đoạn phóng to vị trí vếtnứt ở mẫu M4 (phải) 61

4.15 Vết nứt phát triển tại thời điểm phá hủy (trái) và trích đoạn phóng tovị trí vết nứt ở mẫu M4 (phải) 624.16 Biểu đồ quan hệ giữa lực và biến dạng của lõi HPC sau khi đã chuyển đổi 63

5.1Mô hình vật liệu dùng cho vật liệu thép : Mô hình đàn dẻo lý tưởng(trái) và mô hình đàn dẻo có xét tái bền (phải) .655.2Mô hình vật liệu dùng cho vật liệu bê tông : Phẩn tử Microplane (trái)

và thành phần ứng suất trên Microplane (phải) .685.3(a) Mô hình phần tử hữu hạn cho trụ bê tông chịu nén dọc trục,(b) phần

tử hexahedra 8 điểm nút [10] .695.4(a) Mô hình hình học nhóm mẫu M1, (b)Mô hình hình học M2 trong

mô phỏng ATENA 725.5Lưới phần tử cho nhóm mẫu điển hình trong mô phỏng ATENA .735.6(a) Gán điều kiện biên trích đoạn phóng to tại vị trí chân cột,(b) Gán

chuyển vị cưỡng bức và trích đoạn phóng to tại vị trí đầu cột trong môphỏng ATENA .745.7Đường cong quan hệ lực- biến dạng giữa của các nhóm mẫu M1-C30,M2-

C20HPC và M3-C30HPC thực hiện bởi mô phỏng 755.8(a) Đường cong quan hệ lực- biến dạng giữa mô phỏng và thực nghiệm

của nhóm mẫu M1-C30,(b) Nhóm mẫu M2-C20HPC,(c) Nhóm mẫu C30HPC .765.9(a) Ứng suất,(b)Biến dạng phân bố dọc thân mẫu M1-C30 trong mô

M3-phỏng tại thời điểm PM 1−C30max .775.10 (a) Ứng suất,(b)Biến dạng phân bố dọc thân mẫu M1 trong mô phỏng

tại thời điểm phá hủy 785.11 (a) Ứng suất,(b)Biến dạng phân bố dọc thân mẫu M2-C20HPC trong

mô phỏng tại thời điểm PM 2−C20HP Cmax .795.12 (a) Ứng suất,(b)Biến dạng phân bố dọc thân mẫu M2-C20HPC trong

mô phỏng tại thời điểm phá hủy 805.13 (a) Ứng suất,(b)Biến dạng phân bố dọc thân mẫu M3-C30HPC trong

mô phỏng tại thời điểm PM 3−C30HP Cmax .805.14 (a) Ứng suất,(b)Biến dạng phân bố dọc thân mẫu M3-C30HPC trong

mô phỏng tại thời điểm phá hủy 815.15 Đường cong quan hệ lực- biến dạng giữa nhóm mẫu M2-C30HPC và

M2-C30G7 thực hiện bởi mô phỏng 855.16 Biểu đồ so sánh đường cong quan hệ lực- biến dạng giữa nhóm mẫu

M2-C20G7 và M2-C20HPC thực hiện bởi mô phỏng 885.17 Hình dạng phân bố ứng suất của nhóm mẫu M2-C20G7 và M2-C20HPC

khi phá hủy thực hiện bởi mô phỏng 885.18 Biểu đồ so sánh đường cong quan hệ lực- biến dạng giữa nhóm mẫu

M3-C30G7 và M3-C30HPC thực hiện bởi mô phỏng 905.19 Hình dạng phân bố ứng suất của nhóm mẫu M3-C30G7 và M3-C30HPC

khi phá hủy thực hiện bởi mô phỏng 915.20 Biểu đồ so sánh đường cong quan hệ lực- biến dạng giữa nhóm mẫu

M3-C20G7 và M3-C20HPC thực hiện bởi mô phỏng 92

Danh sách bảng

3.1Chi tiết các nhóm mẫu 33

3.2Thành phần cấp phối vật liệu bê tông B25 (Tính cho 1 m3) .35

3.3Cấp độ bền của bê tông 35

3.4Cấp phối vật liệu HPC-HV cho mẻ trộn 6 lít .37

3.5Thông số kỹ thuật của thép 37

3.6Nhóm mẫu thí nghiệm 38

3.7Thông số vật liệu đầu vào cho mô phỏng 3D thiết bị đo biến dạng HPC453.8Đặc trưng vật liệu thép dàn ép .47

4.1Kết quả thí nghiệm các nhóm mẫu 52

4.2Bảng giá trị các tham số của hàm P u 53

5.1Thông số vật liệu đầu vào cho phần tử thép 66

5.2Các tham số đầu vào cho bê tông ở các nhóm mẫu .71

5.3So sánh lực tới hạn giữa thực nghiệm và mô phỏng 76

5.4So sánh biến dạng dọc trục giữa thực nghiệm và mô phỏng 76

5.5Kết quả mô phỏng của nhóm mẫu M2-C30G7 và M2-C30HPC 84

5.6So sánh kết quả giữa M2-C30G7 với các nhóm mẫu M1-C30 và C30HPC theo thực nghiệm và mô phỏng 84

M3-5.7So sánh kết quả giữa C30HPC với các nhóm mẫu M1-C30 và C20-HPC theo thực nghiệm và mô phỏng 85

M2-5.8Kết quả mô phỏng của nhóm mẫu M2-C20G7 và M1-C20 87

5.9So sánh kết quả giữa M2-C20G7 với các nhóm mẫu M1-C20,M2-C20HPCtheo thực nghiệm và mô phỏng .87

5.10 Kết quả mô phỏng của nhóm mẫu M3-C30G7 89

5.11 So sánh kết quả giữa M3-C30G7 với các nhóm mẫu C30G7 và M3-C30HPC theo thực nghiệm và mô phỏng 89

M1-C30,M2-C30HPC,M2-5.12 Kết quả mô phỏng của nhóm mẫu M3-C20G7 và M3-C20HPC 91

5.13 So sánh kết quả giữa M3-C20HPC với các nhóm mẫu C20HPC theo thực nghiệm và mô phỏng 91

M1-C20,M2-5.14 So sánh kết quả giữa M3-C20G7với các nhóm mẫu M1-C20,M2-C20HPCtheo thực nghiệm và mô phỏng .92

Chương 1Giới thiệu

cao - Động lực nghiên cứu

Bê tông cường độ cao (HPC) là phát triển mới nhất trong lĩnh vực công nghệvật liệu bê tông, nó được ứng dụng trong các công trình xây dựng cầu đường,dân dụng và các công trình hạ tầng Nhiều công trình sử dụng vật liệu HPC đãđược xây dựng tại Canada ,trạm thu phí Milau tại Pháp, Tháp đôi Petronas-Malaysia, (Hình 1.1) và (Hình 1.2)

Hình 1.1: (a) Cầu vượt dành cho người đi bộ -Canada,(b)Trạm thu phí Milau-Pháp

Việc sử dụng HPC trong cấu kiện kết cấu mạng lại rất nhiều lợi ích vì HPC cónhiều tính năng ưu việt như:

Hình 1.2: (a) Tháp đôi Petronas-Malaysia,(b)Tòa nhà Two Union Square- Mỹ

Khả năng chịu lực và độ tin cậy cao: HPC là loại vật liệu có các ưu điểm về đặctrưng cơ lý như : cường độ chịu nén, kéo cũng như mô đun đàn hồi cao (Cườngđộ chịu nén 70M P a÷150M P a, cường độ chịu kéo ≥ 6M P a và mô đun đàn hồi≥ 40GP a) Trong khi đó vật liệu bêtông thường phổ biến sử dụng hiện nay chỉcó cường độ chịu kéo nén tương đối Như vậy, so với trường hợp chỉ sử dụng kếtcấu bêtông cốt thép thuần tuý thì việc sử dụng giải pháp kết cấu có sử dụngHPC đảm bảo tăng khả năng chịu lực và độ tin cậy của kết cấu

Công năng sử dụng hiệu quả: Đối với các công trình nhà nhiều tầng, khi chiềucao nhà càng cao và nhịp khung càng lớn thì nội lực dọc trục trong cột và mômentrong dầm càng lớn, lực dọc trong cột có thể lên đến3000 tấn đối với công trìnhnhà cao hơn30tầng Như vậy, nếu chỉ sử dụng giải pháp kết cấu bêtông cốt thépthông thường thì kích thước tiết diện yêu cầu của cột là rất lớn vì thực tế cấp độbền của bêtông sử dụng phổ biến cho xây dựng nhà nhiều tầng ở Việt Nam hiệnnay vào khoảngB25đếnB40, tương ứng với cường độ chịu nén tính toán khoảng155 đến 215daN/cm2 Chẳng hạn khi sử dụng giải pháp kết cấu bêtông cốt thép

thường thì kích thước tiết diện cột yêu cầu cho nhà cao 40 tầng là khoảng 1.5m× 1.5m ; tuy nhiên kích thước này sẽ giảm xuống nếu có sử dụng HPC Do đó,nếu ứng dụng giải pháp sử dụng vật liệu HPC trong các cấu kiện công trình sẽlàm cho công trình gọn nhẹ và tăng không gian sử dụng Bên cạnh đó, vật liệuHPC có khả năng đạt cường độ mong muốn một cách nhanh chóng Chính sựphát tiển nhanh về cường độ này mà giúp cho HPC có cường độ ban đầu đạtđược và độ bền cao hơn nhiều so với bê tông thường, điều này cho phép có thểsử dụng biện pháp dự ứng lực ngay ở giai đoạn đầu dẫn đến thời gian thi cônggiảm so với việc sử dụng bê tông thường Do có sự cải thiện trong cấu trúc vậtliệu làm cho bê tông cường độ cao có khả năng chống thấm cao hơn so với bêtông thường Không chỉ vậy, nhờ tính lưu động cao mà HPC có thể dễ dàng lấpđầy các kết cấu công trình cho dù nó có hình dạng phức tạp, giúp thuận lợi choquá trình thi công Tuy nhiên, để sản xuất bêtông đạt được cường độ cao nhưvậy và đảm bảo được mức độ tin cậy, thì quy trình sản xuất và kiểm tra chấtlượng yêu cầu phải được thực hiện rất nghiêm ngặt về thời gian và công nghệkỹ thuật.

Hiệu quả kinh tế : So với việc chỉ sử dụng kết bê tông thường thuần tuý, thì việcsử dụng giải pháp kết cấu có sử dụng bê tông cường độ mang lại hiệu quả vềmột số mặt: làm giảm lượng cốt thép trong cấu kiện do cường độ chịu kéo củaHPC khá cao, chi phí để bảo dưỡng cấu kiện giảm xuống do khả năng đạt cườngđộ ổn định cũng như khả năng chống thấm cao của vật liệu HPC, đồng thời dogiảm tiết diện của cấu kiện công trình nên khối lượng toàn bộ công trình có thểgiảm xuống dẫn đến tải trọng tác dụng lên phần móng giảm khiến cho chi phícho phần kết cấu móng được giảm đi Do đó, mặc dù về chi phí của vật liệuHPC còn khá cao nhưng với việc ứng dụng HPC ngày cang tăng thì giá thànhcủa nó chắc chắn sẽ được giảm, không chỉ vậy nếu sử dụng nó trong các chi tiếtkết cấu cụ thể thì vẫn mang lại hiệu quả kinh tế

Tuy nhiên, hiện tại HPC vẫn còn có chi phí khá cao, nên người ta có xu hướngsử dụng kết hợp giữa HPC và NSC trong một số trường hợp cụ thể, vừa để tăngkhả năng chịu lực của kết cấu mà chi phí có thể chấp nhận được

Việc tỡm kiếm những ứng dụng cho HPC hiện nay vẫn cũn là một thỏch thức vỡgiỏ thành vật liệu cao của nú Do đú, người ta chỉ sử dụng HPC trong một sốchi tiết kết cấu của cụng trỡnh như bọc bờn ngoài cấu kiện [11], lừi cứng dạngtập trung hoặc phõn tỏn cho cấu kiện chịu lực dọc trục (Hỡnh 1.3), hoặc sử dụngHPC trong cỏc chi tiết liờn kết để tăng khả năng chịu lực của kết cấu.

VùngằbêằtôngằthuờngNSCằarea

VịằtríằkhuyếtằtậtằđuợcxửằlýằbằngằbêằtôngằcuờngằđộằcaoằHPC ằVùngằbêằtôngằNSC

VùngằlõiằbêằtôngằcuờngằđộằcaoằHPC

Vùngằlõiằbêằtôngằcuờngằđộằcaoằ-HPCằarea

Hỡnh 1.3: Biện phỏp xử lý khuyết tật bằng cỏch sử dụng HPC

Tại Việt nam, một trong những ứng dụng của bờ tụng cường độ cao là xử lýkhuyết tật trong cọc khoan nhồi (Hỡnh 1.4), đồng thời làm tăng khả năng chịulực của cọc khoan nhồi Mặc dự việc ứng dụng HPC kết hợp với NSC trong cấukiện chịu tải trọng dọc trục đó cú trong thực tế, tuy nhiờn cho đến thời điểmnày vẫn chưa cú một cơ sở lý thuyết tớnh toỏn cụ thể sự làm việc đồng thời giữaHPC và NSC

Trong nghiờn cứu này sẽ khảo sỏt thực nghiệm sự làm việc của cấu kiện được làmbằng NSC và HPC chịu tải trọng dọc trục bao gồm: cơ chế và phõn bố truyềnlực giữa hai loại bờ tụng, khả năng chịu lực tới hạn của cấu kiện bị khuyết tậtđược gia cường, tỉ lệ hợp lý của HPC và NSC trờn tiết diện cấu kiện

Hình 1.4: Cọc khoan nhồi khuyết tật được rửa sạch (trái) và Khuyết tật cọc khoan

nhồi ( phải)

Kết quả của nghiên cứu sẽ cung cấp hiểu biết sâu hơn về cơ chế làm việc củacấu kiện composite NSC-HPC chịu lực dọc, các dữ liệu thí nghiệm sẽ được dùngđể hiệu chỉnh các mô hình mô phỏng Từ kết quả thực nghiệm kết hợp với môphỏng sẽ xây dựng một mô hình thực nghiệm cho phép dự đoán khả năng chịulực của cấu kiện composite hay ứng dụng trong tính toán xử lý cọc khoan nhồi

Đề tài khảo sát ứng xử làm việc của cấu kiện chịu lực dọc trục sử dụng NSC vàHPC với các lõi HPC phân tán bên trong cấu kiện Chương trình thí nghiệm sẽđược tiến hành với các lõi HPC với các trường hợp: lõi tập trung, lõi dạng phântán, và lõi được đúc sẵn nhằm đánh giá các yếu tố liên quan đến cơ chế truyềnlực, dạng phá hoại và khả năng chịu lực của cấu kiện có sử dụng HPC

Mỗi nhóm thí nghiệm được thay đổi các thông số mục tiêu Bên cạnh đó kếtquả thí nghiệm sẽ tham chiếu với kết quả mô phỏng, được thực hiện bới tác giả

khác, mô phỏng sự làm việc của cấu kiện chịu lực dọc trục sử dụng NSC- HPC,nhằm đánh giá những yếu tố mà thí nghiệm không thực hiện được.

Với những vấn đề được trình bày ở phía trước, đề tài tiến hành khảo sát ứngxử của cấu kiện chịu lực dọc trục sử dụng bê tông thường và bê tông cường độcao, bao gồm những vấn đề sau:

• Cơ chế và phân bố truyền lực giữa hai loại bê tông NSC và HPC.• Khả năng chịu lực tới hạn của cấu kiện có sử dụng HPC dạng lõi tập trung

và phân tán.• Xây dựng một mô hình thực nghiệm cho phép dự đoán khả năng chịu lực

của cấu kiện composite

Để đánh giá khả năng ứng xử của kiện, một chương trình thí nghiệm được đặtra xét tới ảnh hưởng của một số thông số Các thông số bao gồm: đường kínhlõi, tỷ lệ diện tích HPC so với NSC trên một mặt cắt tiết diện, cách thức phânbố và hình thức chế tạo lõi HPC

Chương trình thí nghiệm sẽ được tiến hành với4mẫu khác nhau (trong 3 trườnghợp) nhằm xác định cơ chế truyền lực và mối quan hệ làm việc giữa NSC vàHPC trong cấu kiện

Trường hợp nhóm mẫu đối chứng:

• Mẫu 1: Cột bê tông cốt thép sử dụng bê tông thường-NSC

Trường hợp nhóm mẫu có khuyết tật và được xử lý bằng bê tông cường độ caoHPC rót vào:

• Mẫu 2: Cột bê tông cốt thép có khuyết tật bên trong và được rót vữaHPC vào để xử lý khuyết tật, dạng lõi tập trung

• Mẫu 3: Cột bê tông cốt thép có khuyết tật bên trong và được rót vữa HPCvào để xử lý khuyết tật, HPC dạng lõi phân tán trên bề mặt tiết diện.

Trường hợp nhóm mẫu tăng cường khả năng chịu lực bằng lõi bê tông cường độcao HPC đúc sẵn:

• Mẫu 4: Cột bê tông cốt thép có sử dụng lõi HPC dạng tập trung đượcđúc sẵn được đúc sẵn sau đó đưa vào lồng thép và đổ bê tông NSC xungquanh

Dựa vào những kết quả những nghiên cứu trước đây và những ứng dụng thực tếcủa loại vật liệu này, ta có thể thấy được rằng HPC là vật liệu có nhiều ưu điểm:khả năng chịu kéo nén cao, khả năng chống cháy tốt, tối ưu hóa tiết diện kếtcấu dẫn đến thẩm mỹ kiến trúc cũng như lợi ích về kinh tế Do đó ngày nay,bê tông cường độ cao đã được ứng dụng nhiều nơi trên thế giới và từng bướcđược ứng dụng vào các công trình tại Việt Nam Tuy nhiên, hiện nay vẫn chưacó có một cơ sở lý thuyết tính toán cụ thể cho sự làm việc đồng thời giữa HPCvà NSC khi chịu tải trọng dọc trục Do đó kết quả từ thí nghiệm của nghiên cứunày sẽ được dùng để hiệu chỉnh các mô hình mô phỏng tính toán, cũng như sẽcó những hiểu biết sâu hơn về cơ chế làm việc của cấu kiện composite HPC-NSCchịu lực dọc trục Từ kết quả thí nghiệm và mô phỏng, sẽ xây dựng một môhình thực nghiệm cho phép dự đoán khả năng chịu lực cấu kiện composite.Qua bài khảo sát này, với những kết quả thu được từ thí nghiệm và mô phỏngsố được thực hiện bởi tác giả khác sẽ góp phần nào bổ sung thêm những luậnđiểm, kiến thức mới và là nguồn dữ liệu bổ ích phục vụ cho những nghiên cứutiếp theo trong lĩnh vực này

1.4Cấu trúc của luận văn

Cấu trúc của luận văn bao gồm6chương Chương 1(1) là phần giới thiệu Trongchương 2 (2), tổng quan về vật liệu HPC và những đặc tính cơ học của nó sẽđược trình bày Quá trình khảo sát thực nghiệm và phân tích kết quả thu đượcsẽ được nêu chi tiết lần lượt trong các chương33 và chương 4(4) Ở chương tiếptheo, chương 5 (5), sẽ tiến hành khảo sát các nhóm mẫu thí nghiệm bằng cáchthay đổi các thông số về vật liệu thông qua mô phỏng phần tử hữu hạn bằngphần mềm Atena Và cuối cùng, kết luận sẽ được trình bày ở chương 6 (6)

Chương 2Tổng quan

Bê tông cường độ cao (hay bê tông hiệu năng cao -HPC) là một trong những sảnphẩm của sự phát triển ngành vật liệu bê tông, được nghiên cứu từ những năm90và được ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới Trước thời điểm này, người ta đãtạo ra những loại bê tông có cường độ cao hơn bình thường và cường độ chịunén có thể đạt tới100M P a chẳng hạn như : HSC (high strenght concrete) Tuynhiên hạn chế của những loại bê tông này là chúng rất dòn Bởi vậy người ta đãtiến hành nghiên cứu nhằm cải thiện mặt hạn chế này, tăng độ dẻo dai độ bềncho bê tông Từ đó HPC ra đời và trở nên phổ biến rộng rãi và được áp dụng ởnhiều lĩnh vực trong xây dựng Hình 2.1 cho ta thấy được quá trình phát triểncường độ bê tông cùng với sự sự phát triển của công nghệ vật liệu và việc ứngdụng khả năng chịu lực của bê tông trong thực tế công trình hiện nay

Cốt liệu sử dụng trong bê tông thường tạo thành một bộ khung vững chắc vàtruyền lực thông qua bê mặt tiếp xúc của các hạt cốt liệu Khi lực nén được đặtvào, lực cắt và ứng suất kéo phát triển ở bề mặt tiếp xúc giữa các hạt cốt liệudẫn đến hình thành nên các vết nứt nhỏ Trong HPC, kích thước hạt cốt liệu lànhỏ, cốt liệu sử dụng là ở dạng bột nghiền và chúng là thành phần của một ma

05101520253035

050100150200

Hình 2.1: Lịch sử phát tiển của cường độ bê tông qua hơn 100 năm [1]

trận liên tục, do đó ứng suất được truyền đi bởi cả các hạt cốt liệu và các matrận xung quanh tạo sự phân bố đồng đều hơn (Hình 2.2)

Hình 2.2: Mô tả quá trình truyền lực qua a Bê tông thường ,b HPC [1]

Phần này sẽ giới thiệu chi tiết về vật liệu HPC và các đặc tính cơ học của vậtliệu này:

2.2.1Các chủng loại HPC

Hiện nay các chủng loại HPC đã được phát triển ở các nước khác nhau và bởi cáccông ty khác nhau Sự khác biệt giữa các loại HPC là do chủng loại và số lượngsợi thép được sử dụng Có 4 loại HPC chính là Ceracem/BSI, CRC (compactreinforced composites) [12], MSCC (multi –scale cement composite), và RPC (reactive powder concrete)

Ceracem/BSI bao gồm các hạt cốt liệu, chúng được loại bỏ trong các chủng loạiHPC khác Cả hai loại CRC và MSCC đều sử dụng một lượng lớn các sợi thépvới kích thước khác nhau nhiều hơn so với sợi thép được sử dụng trong RPC[13] RPC trở thành loại HPC đi đầu,nó được sản xuất và thương mại hóa dướicái tên Ductal bởi các công ty của Pháp như Lafarge, Boygues và Rhodia.Trong số các loại này, RPC là chủng loại HPC thông dụng nhất hiện nay vàđược sử dụng rộng rãi trong thực tế cũng như trong các phòng thí nghiệm cũngnhư các nghiên cứu

2.2.2Thành phần vật liệu HPC

Các nguyên tắc cơ bản cấu tạo giúp HPC có cường độ cao bao gồm: [14] [1] [3] [15]

• Tăng cường tính đồng nhất của cốt liệu, loại bỏ các cốt liệu thô;• Tăng cường mật độ liên kết khép kín bằng cách tối ưu hóa hỗn hợp cốt liệu

dạng hạt thông quá sự tham gia của cốt liệu dạng bột;• Cải thiện tính chất của vữa bằng cách thêm vào hỗn hợp phụ gia poz-

zolan,silica fume, tro bay ;• Cải thiện tính chất của vữa bằng cách giảm tỷ lệ nước và chất kết dính(chất

kết dính ở đây là xi măng), tỷ lệ này là khoảng 0.2÷0.4;• Tăng cường cấu trúc vi mô bằng cách thực hiện việc xử lý nhiệt;

Thành phần của HPC bao gồm: xi măng, phụ gia silica fume, bột thạch anh,cát thạch anh, phụ gia siêu dẻo và nước (Hình 2.3):

HPC

SilicafumePhô gia hãa dÎo

Cát: Cát đóng vai trò giảm tỷ lệ khối lượng vữa trong điều kiện đã đủ độ linhđộng, đồng thời nó tăng thêm cường độ cho vữa xi măng cũng như tạo ra sựliên kết bề mặt giữa hồ vữa và các hạt cốt liệu trở nên tốt hơn Đường kính củahạt cát thông thường là nhỏ hơn 1mm Kích thước hạt của Silica fume, cát, ximăng phải được tối ưu hóa để đạt được một hỗn hợp có độ đặc cao và khả năngthẩm thấu thấp

Bột thạch anh: Bởi vì không phải tất cả xi măng đều bị thủy phân , do đó mộtsố lượng xi măng có thể được thay thế bằng bột thạch anh Theo thí nghiệmcủa Ma và Schneider [16] cho thấy rằng tới 30% số lượng xi măng có thể đượcthay thế bởi bột thạch anh mà không làm giảm đi cường độ chịu nén vật liệu.Bên cạnh việc giảm số lượng xi măng cần thiết, bột thạch anh còn giúp cải thiện

khả năng linh động của hỗn hợp HPC Đặc tính lưu động được cải thiện có thểlà do thành phần hạt của bột thạch anh là khá nhỏ hơn so với xi măng.

Silaca fume: silica fume hay còn gọi là muội silic có cấu tạo rất nhỏ là các hạtsilica thủy tinh rất mịn có dạng hình cầu Kích thước hạt của chúng từ0.1 đến2µm, nhỏ hơn kích thước của hạt xi măng tới hơn 100 lần Silica fume có 3 chứcnăng chính trong HPC :

• Lấp đầy chỗ trống giữa các hạt thô, cỡ lớn;• Làm giảm sự ma sát giữa các hạt góc cạnh do hình dạng cầu không hoàn

hảo của chúng;• Tạo ra phản ứng thủy phân thứ cấp bởi phản ứng puzzolan với Ca(OH)2

tạo ra từ phản ứng thủy phân xi măng

Silica fume có hàm lượng dioxit silic và độ mịn cực cao nên là vật liệu có hiệu ứngPuzzolani Phản ứng puzzolan là phản ứng của thủy phân silica với Ca(OH)2được tạo ra từ quá trình thủy phân xi măng [16] Ca(OH)2 phản ứng tạo tachuỗi C-S-H(canxi silicat hydrat) [17] Silica fume làm tăng chiều dài chuỗi C-S-H được tạo ra trong quá trình thủy phân, do đó làm tăng cường độ của bê tông.Theo Ma và Schneider [16],Ma và cộng sự [18] hàm lượng Silica fume có thể lêntới 25%tổng lượng xi măng sử dụng để đạt được hỗn hợp gắn kết chặt chẽ nhất.Và một vài thí nghiệm khác được thực hiện và cho thấy rằng cường độ nén lớnnhất có thể đạt được với hàm lượng Silica fume là 30%

Theo Schmidt [19] Silica fume sử dụng để làm HPC phải tinh khiết với hàmlượng carbon thấp, bởi vì carbon làm tằng lượng nước cần thiết và làm giảm độlinh động của hỗn hợp vữa HPC

Phụ gia siêu dẻo: Phụ gia siêu dẻo dựa trên gốc polyme cao phân tử tổng hợpnhư polycarboxylates và polycarboxylathers,nó làm giảm lượng nước rất cao cóthể lên tới 40% Loại phụ gia đặc biệt này phân tách các hạt xi măng và silica

fume, độ sụt cao có thể lên tới 22cm, giúp cho bê tông có cường độ cao, đảmbảo khả năng thi công được linh hoạt trong thời gian dài.

Nước: Nước đóng vai trò quang trọng trong phản ứng thủy phân của xi măng.Tỷ lệ nước/xi măng (w/c) ảnh hưởng đến độ xốp và có tác động đáng kể đếncường độ chịu nén của kết cấu Mục tiêu của hỗn hợp HPC không phải là giảmlượng nước mà là tối ưu hóa độ chặt tương đối

Với sự phát triển của ngành vật liệu, thì việc ứng dụng đưa vào vữa bê tôngnhững loại vật liệu dạng bột thay thế cho xi măng hay còn gọi là vật liệu "phủđầy" như : bột tro bay, pozzolan tự nhiên, silicafume, bột thạch anh ngày càngtrở nên phổ biến nhất là dùng trong bê tông cường độ cao Thì khái niệm tỷw/b ( tỷ lệ nước/vật liệu xi măng) được đưa ra

Theo A¨ıtcin [3] thì hỗn hợp HPC phải có tỷ lệ w/b≤0.4 Một số thí nghiệm thựchiện bởi các tác giả khác cũng xác định được tỷ lệ w/b thông thường có giá trịtừ 0.25 đến 0.35 (Hình 2.4)

2.2.3Đặc tính cơ học của vật liệu

2.2.3.1Cường độ chịu kéo

NSC có khả năng chịu kéo thấp, thông thường cường độ chịu kéo của nó vàokhoảng 2.1÷4.8 MPa, vì vậy sự tham gia của cường độ chịu kéo bị bỏ qua khithực hiện việc thiết kế kết cấu cho cấu kiện công trình Theo A¨ıtcin [3] thì cườngđộ chịu kéo của HPC trong khoảng 5.5÷6.2 MPa

2.2.3.2Cường độ chịu nén

Cường độ chịu nén là một tính chất quang trọng việc thiết kế Nó cũng là tínhchất được khảo sát nhiều nhất, cường độ chịu nén của HPC được xác định tươngtự như với NSC, cường độ ở thời điểm 28 ngày

Cường độ chịu nén của HPC theo thời gian được khảo sát thông qua một loạtcác thí nghiệm bao gồm: cường độ, module đàn hồi, khả năng biến dạng nén cảtrước và sau khi dưỡng hộ (Hình 2.5) mô tả phổ phát triển cường độ của mẫuthí nghiệm hình lăng trụ với kích thướcφ100×200mm Chúng ta có thể thấy rằngcường độ nén của HPC đạt được hơn65%fc28 (từ 80đến120M P a) chỉ sau 3ngàytừ ngày đúc mẫu thí nghiệm Cường độ tăng chậm trong khoảng thời gian từ7-14 ngày và đạt khoảng 80÷90% Sau 28 ngày kể từ ngày đúc mẫu, cường độđo được tăng xấp xỉ khoảng 15% Ngoài ra, sự phát triển cường độ của hai hỗnhợp HPC có hàm lượng silicafume 18% và 30% so với hỗn hợp xi măng sử dụnghầu như là giống nhau Do đó có thể nói việc giảm một lượng lớn siliacafume sửdụng trong hỗn hợp không ảnh hưởng đáng kể đối với sự phát triển cường độchịu nén

Trong thực tế, sự phát triển cường độ nhanh của HPC thuận lợi cho việc sửachữa cải thiện kết cấu hiện hữu, đặc biệt là kết cấu đang ở giai đoạn làm việc Sựphát triển cường độ của HPC có thể được dự đoán bằng cách sử dụng phương

Hình 2.5: Cường độ chịu nén mẫu lăng trụ (trái),Cường độ chịu nén của HPC tính

theo công thức MC90 và theo thực nghiệm (phải) [2]

trình M C − 2010 [20]

fct = exp

s

1 −

28t

triển cường độ nhanh chóng

Cũng trong một nghiên cứu khác của Graybeal [21], thông qua việc thí nghiệmgần1000mẫu thí nghiệm lăng trụ khác nhau (trong điều kiện không xử lý nhiệt):

fct=

1 − exp

−t − 0, 9

30.6

Chú ý rằng, sự phát triển cường độ chịu nén phụ thuộc vào điều kiện môi trườngđúc mẫu thí nghiệm, do đó các công thức trên không áp dụng cho tất cả cáctrường hợp

2.2.3.3Biến dạng giới hạn

Ứng suất - biến dạng của bê tông, dưới tác dụng của tải trọng nén dọc trục phảnánh sự phát triển của các vết nứt li ti dưới sự tăng dần của ứng suất nén Ở cấptải thấp, biến dạng tăng tỷ lệ với nhau và nó được biểu thị ở nhánh tuyến tínhcủa đồ thị ứng suất- biến dạng (Hình2.6) Trạng thái phi tuyến thường bắt đầuxảy ra khi vết nứt đầu tiên xuất hiện Bằng các biện pháp thực nghiệm hiệnnay, phạm vi tuyến tính của đường cong ứng suất biến dạng của HPC được xácđịnh thông qua việc so sánh các ứng suất đo được và ứng suất tính toán đạtđược bởi mô đun đàn hồi và biến dạng dọc trục, với độ sai lệch được giới hạnthấp hơn 5% Theo Graybeal [4], phạm vi tuyến tính của HPC xấp xỉ là 70÷80%cường độ chịu nén của mẫu thử chưa qua xử lý, còn đối với mẫu thử HPC đãqua xử lý hơi nước thì khoảng tuyến tính này tăng lên và đạt được từ 80÷90%cường độ chịu nén

Hình 2.6: Đồ thị đường cong ứng suất-biến dạng với mô tả tuyến tính của mẫu thí

nghiệm HPC nguyên thủy [4]

2.2.3.4Co ngót và từ biến

Co ngót: Co ngót là hiện tượng làm giảm thể tích của khối bê tông theo thờigian.Có 2 loại co ngót đóng góp vào co ngót tổng cộng của HPC: co ngót do tự

sinh và co ngót khô Trong đó, co ngót tự sinh chiếm phần lớn và chủ yếu trongco ngót tổng cộng hơn là co ngót khô Tuy nhiên, so với bê tông thường thìgiá trị co ngót của HPC thấp hơn nhiều, và nó có thể được triệt tiêu bằng biệnpháp xử lý nhiệt.

Theo Nilesen và A¨ıtcin [3] đối với hỗn hợp bê tông cường độ cao sử dụng cốt liệuhạt cỡ trung, thì tại thời điểm 28 ngày sau khi đổ bê tông co ngót đo được là260×10−6 Trong khi đối với hỗn hợp cốt liệu mịn thì giá trị này cho được là70×10−6

Từ biến:là độ võng và biến dạng thêm vào biến dạng ban đầu khi tải trọng tácdụng vào bê tông HPC có giá trị từ biến thấp hơn từ biến của NSC bởi vì môđun đàn hồi của HPC cao hơn nhiều so với nó

Theo những thí nghiệm thực hiện bởi Yamamoto [22] thì hệ số từ biến của bêtông cường độ cao tại thời điểm 170 ngày khi có tải trọng tác dụng là K=0.57÷1.4 Một thí nghiệm khác của Zia [22] cho kết quả thu được từ biến của bêtông cường độ cao thấp hơn từ 20% đến 50% của bê tông thường

2.2.3.5Mối quan hệ giữa module đàn hồi E và cường độ chịu nén của HPC:

Độ cứng ban đầu của HPC lớn hơn so với bê tông thường tại thời điểm xuấthiện vết nứt đầu tiên Điều này có nghĩa rằng mô đun đàn hồi, E, của HPC làlớn hơn

Hiện nay, có nhiều phương trình được sử dụng để xác định mối quan giữa môđun đàn hồi và cường độ chịu nén của bê tông Các phương trình sau đã đượcphát triển để sử dụng cho vật liệu HPC :

Theo CEB-Fib(2010) [20]

Eci= Eco[(fck+ ∆f )/fco]1/3 (2.3)

Theo Vinh [2]

Ec=



Hình 2.7: Hệ số Poisson và biến dạng nén tương đối của HPC [5]

Giá trị hệ số poisson của HPC là nhỏ so với NSC tuy nhiên so với UHPC thìgiá trị này lớn hơn Sự gia tăng biến dạng ngang sau giới hạn tuyến tính lànhỏ hơn rất nhiều so với NSC và lớn hơn UHPC, điều này được biểu thị trong(Hình2.8) [6]

Hình 2.8: Hệ số Poisson và ứng suất nén của NSC, HPC và HPC [6]

Nhờ những đặc tính cơ học như cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo, cường độchịu uốn cao cũng như khả năng dẻo dai và độ bền tốt Nên việc ứng dụng vậtliệu HPC ngày càng trở nên phổ biến trong các kết cấu công trình Tuy nhiêndo giá thành vật liệu còn cao, nên chi phí sản xuất của HPC còn khá đắt Dođó hiện nay có một xu hướng là người ta kết hợp sử dụng HPC với NSC trongmột số chi tiết cấu kiện chuyên biệt, nhằm vừa tăng khả năng chịu lực và độbền của kết cấu mà có hiệu quả về kinh tế

Gia cố sàn của tòa nhà cứu hỏa ở Đức, đã qua sử dụng 50 năm, nhằm tăng khảnăng chịu tải đối với tải trọng của các thiết bị cứu hỏa vận hành bên trên côngtrình Biện pháp để gia tăng sức chịu tải của sàn hiện hữu là đổ một lớp bê tôngcường độ cao HPFRC-một dạng của bê tông cường độ cao có sử dụng thêm cácsợi thép-dày 4cm ở phía trên sàn bê tông cốt thép hiện hữu (Hình2.9)

HPC còn sử dụng trong các mối nối liên kết ở kết cấu sàn trong trường hợp đốivới các bản sàn đúc sẵn Đó là các mối nối giữa các tấm sàn với nhau, giữa sànvà các bản dầm đỡ bằng thép hoặc bằng bê tông (Hình2.10)

Một nghiên cứu khác của Abul Kalam Azad và Ibrahim Hakeem [7], tiến hành thínghiệm một loạt các mẫu dầm bê tông cốt thép có kích thước là150mm×150mm×760mm

Hình 2.9: Mặt cắt chi tiết sàn bê tông hiện hữu với lớp HPFRC bên trên ( trái),

Quá trình đổ bê tông lên trên(phải)

Hình 2.10: Thành phần của bản sàn lắp ghép được liên kết bởi các mối nối liên kết

HPC

(nhóm 1) và 150mm×200mm×900mm (nhóm 2) Phía dưới mỗi dầm có một lớpHPC có kích thước là 20mm, 40mm cho nhóm 1 và 25mm và 50mm cho nhóm 2,được mô tả trong (Hình 2.11) Nhằm đánh giá ảnh hưởng của lớp HPC đến khảnăng chịu uốn của các mẫu thí nghiệm

Hình 2.11: Thí nghiệm 4 điểm đối với dầm bê tông cốt thép có tăng cường lớp HPC

Những yêu cầu trên đã thúc đẩy nghiên cứu những kỹ thuật gia cường từ truyềnthống đến các phương pháp hiện đại Các phương pháp gia cường truyền thốngcó thể kế đến như lớp bọc bê tông cốt thép bê ngoài kết cấu hay bọc bên ngoàikết cấu bằng các tấm thép, trong khi đó một số giải pháp mới gần đây đã đạtđược những kết quả khả quan như biện pháp bọc bên ngoài kết cấu bằng tấmFRP

Tất cả các biện pháp này đều sử dụng mang lại sự hiệu quả, nhưng chúng vẫncòn những mặt hạn chế Chẳng hạn như biện pháp bọc bên ngoài kết cấu bằnglớp vỏ bê tông cốt thép khiến cho kết cấu có lớp bọc dày từ 60mm÷70mm, điềunày làm gia tăng kích thước hình học của kết cấu công trình Trong khi đó việcsử dụng các tấm thép hay tấm FRP lại gặp vấn đề trong việc chống lửa Chínhvì vậy hiện nay một công nghệ mới được phát triển và áp dụng trong gia cố công

trình, đó là sử dụng bê tông cường độ cao bởi những tính năng về cường độ chịunén và khả năng chịu kéo tốt của nó.

Hình2.12 thể hiện chi tiết kích thước 1dầm bê tông cốt thép trước khi được giacường:

217043501090

Hình 2.12: Kích thước hình học của dầm nguyên thủy chưa gia cường [8] [9]

Để tăng cường khả năng chịu lực của dầm, người ta tiến hành bọc bên ngoàidầm một lớp bê tông cường độ cao-HPC như hình 2.13, lớp bọc này có chiềudày là 4cm

HPC

Hình 2.13: Chi tiết lớp gia cường HPC bên ngoài dầm [8] [9]

Qua kết quả thí nghiệm được tiến hành và so sánh kết qua giữa hai dầm (Hình2.14) cho thấy có một sự gia tăng đáng kể về khả năng chịu tải trọng của dầmcũng như độ cứng của dầm cũng gia tăng sau khi khi dầm được gia cường bằnglớp vỏ bê tông cường độ cao HPC

Hình2.15 cho thấy hình ảnh thao tác thi công lớp vỏ gia cường HPC cho cấukiện dầm trong thực tế ngoài công trường

Hình 2.14: Biểu đồ tải trọng và chuyển vị giữa dầm bê tông cốt thép trước và sau

khi gia cường lớp HPC [8] [9]

Hình 2.15: Thi công lớp vỏ gia cường HPC cho dầm ngoài công trường [9]

Ngoài ra, bê tông cường độ cao còn được sử dụng để tăng cường khả năng chịulực của cột bằng lớp vỏ bọc HPC bên ngoài Tương tự giống như dầm bê tôngcốt thép đã được trình bày ở trên, cột bê tông cốt thép cũng được gia cườngbên ngoài bằng lớp vỏ bọc HPC có chiều dày là3cmnhư (Hình2.16)và qua hàngloạt thí nghiệm có được biểu đồ so sánh khả năng làm việc giữa cột bê tông cốtthép trước và sau khi gia cường, được biểu thị trong hình2.17

Sử dụng HPC làm vật liệu bọc bên ngoài vách cứng bê tông cốt thép để chốnglại các tải trọng động (Hình2.18) Bên cạnh đó HPC còn được dùng làm vật liệu

30 303o16

300

Hình 2.16: Kích thước hình học của cột trước và sau khi gia cường HPC [9]

Hình 2.17: So sánh biểu đồ tương tác M-N giữa cột không gia cường và gia cường

HPC [9]

Hình 2.18: Vách cứng có gia cường lớp áo HPC bên ngoài để chịu tải trọng động [9]

sửa chữa các công trình bị hư hỏng do cháy nổ gây ra giúp cải thiện khả năngchịu lực của kết cấu.

Xử lý khuyết tật cọc khoan nhồiThông thường, công tác thi công cọc khoan nhồi phải được kiểm tra áp chặt chẽtheo quy trình thi công nghiệm thu và các đơn vị thi công phải có đủ năng lựcđể đảm bảo cho cọc khoan nhồi có đủ sức chịu tải theo thiết kế Tuy nhiên, việcđảm bảo chất lượng thi công là một việc rất khó khi cọc khoan nhồi được thicông ở một độ sâu rất lớn, hay thi công trong điều kiện địa chất phức tạp Dovậy khi có khuyết tật cọc xảy ra dẫn đến cọc khoan nhồi không làm việc nhưđúng thiết kế, cần phải có biện pháp khắc phục hậu quả mặc dù phòng ngừa hưhỏng vẫn là biện pháp tốt nhất

• Khi phần chân cọc bị hỏng với chiều cao vùng bê tông không đồng nhất nhỏhơn 1m, dùng phương pháp bơm vữa gia cố phần chân cọc-core injectiongrouting method(Hình2.21)

• Khi phần chân cọc bị hỏng với vùng bê tông không đồng nhất có chiều caolớn hơn1m và trong phạm vi 5m, dùng phương pháp phun vữa vào đất nềnxung quanh cọc-column jet grouting method (Hình2.20)

• Khi phạm vi hư hỏng lớn hơn 5m, thì áp dụng phương pháp thi công cọckhoan nhồi mới bên trên (Hình2.19)

Hình 2.19: Xử lý cọc khoan nhồi bị hư hỏng bằng cách khoan cọc mới ở 2 bên

Cọc khoan nhồi bị rỗng, rỗ hay nứt, thì tính liên tục của vật liệu bị giảm súthay nghiêm trọng hơn là mất đi tính liên tục đó làm cho khả năng chịu lực bị