Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu khả năng chịu lực và ứng xử nút của dầm BTCT có bổ sung sợi tổng hợp

Luận văn này trình bày phương pháp nghiên cứu khảo sát thực nghiệm kết hợpviệc tính toán lý thuyết và mô phỏng phần tử hữu hạn PTHH dựa trên chương trìnhtính toán Ansys dé khảo sát ứng x

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINHTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

elie

PHAN DUY THANH

CHUYEN NGANH : XAY DUNG DAN DUNG VA CONG NGHIEP

MA SO NGANH - : 60.58.20

LUẬN VAN THẠC SĨ

THÀNH PHO HO CHÍ MINH, THANG 01 NĂM 2013

Cán bộ hướng dẫn khoa hoc:

Cán bộ cham nhận xét 1: TS Nguyễn Minh LongCán bô chấm nhận xét2: TS Bùi Đúc VinhLuận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc Gia

Tp.HCM, ngày 01 tháng 02 năm 2013.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn Thạc sĩ gồm:

TS Lê Văn Phước Nhân

TS Ngô Hữu Cường

TS Hỗ Hữu ChỉnhTS Nguyễn Minh LongTS Bùi Duc Vinh

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Ban quản lý chuyên ngành sau

khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).

Chú tịch Hội đồng đánh giá LV Ban quản lý chuyên ngành

TRƯỜNG ĐH BACH KHOA TPHCM CỘNGH A XA HOI CHU NGHIA VIET NAMPH NG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : Phan Duy Thanh Phái : NamNgày, tháng, năm sinh : 21-09-1987 Nơi sinh : Bình PhướcChuyên ngành : Xây dựng DD&CN Mãsô :60.58.20Khóa : 2010

I- TÊN DE TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ

và dam BTCT có bố sung sợi polyethylene terephthalate (PET) vapolypropylene (PP).

Tính toán lý thuyết và sử dụng phan mém ứng dung phân tích và mô

W

phỏng kết cau dé kiểm chứng kết quả thực tê.II- NGÀY GIAO NHIEM VU 02/07/2012IV- NGAY HOAN THANH NHIEM VU 30/12/2012

V- HO VA TÊN CAN BỘ HUONG DẪN: TS HO HUU CHINH

Nội dung va dé cương luận van thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

Tp.HCM, ngày 01 tháng 02 năm 2013CÁN BO HƯỚNG DAN

(Họ tên và chữ ký) BAN QUAN LÝ CHUYEN NGANH

(Họ tên va chữ ky)

TS HO HỮU CHÍNH

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người thầy hướng dẫn luận văn,TS Hồ Hữu Chỉnh, là người thầy mẫu mực và uyên bác, người có vấn đầy kinhnghiệm, đã tận tình hướng dan, định hướng khoa học và động viên tinh thần cho tôivượt qua những khó khăn trong suốt quá trình nghiên cứu Đạo đức và tri thức củathay luôn là tam gương sáng cho chúng tôi noi theo

Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Quản lý khoa học và Sau đại học, KhoaKỹ thuật xây dung, các thầy cô giảng day cao học Trường Dai hoc Bách khoa TP HồChí Minh và tất cả các thầy cô đã dạy tôi từ trước đến nay về những kiến thức quý báumà tôi đã được truyền đạt

Tôi xin cảm ơn tât cả bạn bè và gia đình đã luôn ủng hộ, tạo mọi điêu kiện giúptôi hoàn thành luận văn này.

Xin chân thành cảm ơn Ì

Tp.HCM, ngày 01 tháng 02 năm 2013

Phan Duy Thanh

TOM TAT LUẬN VAN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU LỰC VÀ ỨNG XỬ NỨT CỦA DẢM

BTCT CÓ BỎ SUNG SỢI TỎNG HỢP

Luận văn này trình bày phương pháp nghiên cứu khảo sát thực nghiệm kết hợpviệc tính toán lý thuyết và mô phỏng phần tử hữu hạn (PTHH) dựa trên chương trìnhtính toán Ansys dé khảo sát ứng xử vẻ độ bén và độ võng nứt của các dầm bê tông cốtthép thường và dầm bê tông cốt thép có bố sung cốt sợi tổng hợp PET (polyethyleneterephthalate) ,PP (polypropylene) với hàm lượng sợi kiểm soát lần lượt là 0.5%,0.75%, 1% và 1.5%.

Kết quả cho thấy là về cường độ chịu nén của bê tông khi có sợi sẽ giảm ít từ 15% , cường độ chịu kéo tăng từ 2-5% Nhưng cường độ chịu nén cực hạn của dầmtăng khá tốt lên đến 50% và độ võng giữa nhịp khi dầm phá hoại tăng 2-3 lần Độ dẻodai của kết câu khi có b6 sung thêm sợi được cải thiện rất rõ thông qua chỉ số độ déodai tăng 1.5 đến 2.5 lần so với dầm bê tông cốt thép không có sợi bồ sung

6-Phân tích phần tử hữu hạn (PTHH) phi tuyến dựa trên chương trình tính toánANSYS được thực hiện nhằm mô phỏng ứng xử uốn của các dầm Các đường quan hệtải trọng và độ võng (P-A) từ mô phỏng PTHH có hiệu chỉnh độ cứng uốn dầm có cốtsợi bố sung khá phù hợp với kết quả thí nghiệm và kết quả tính toán lý thuyết

tương đương J,- Eom = Mô đun đàn hôi của vật liệu bê tông - E, = Mô dun đàn hôi của vật liệu thép.-E, = Médun đàn hôi co sở.

-f'ce sÍyp = Cường độ chiu nén của vật liệu bê tong, cường độ chịu kéo/nén

của thép thanh.-h = Chiéu cao tiét dién dam.-I, = Mémen quán tính tương đương của tiết diện dam.- To = Mômen quán tính nứt tương ứng của tiết diện dâm -M, = mo men tai gitta nhip do cac tai trong P gay ra.- M, = Mômen kháng uốn dẻo của dâm

-M., = Mômen kháng nứt của phan bê tông trong tiết diện dam-n = Ty sô modul dan hôi của cốt thép và bê tông

-P = Tai trong tap trung tac dung lén dam.- Percat 9 Perexp = Tai trong gay nut dam tinh toan va thi nghiệm tương ứng.- Pucat > Puexp = Tai trong uốn cực han tinh toán và thi nghiệm tương ứng.- PP = polyethylene terephthalate.

TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANGHọ và tên — : Phan Duy Thanh

Sinh ngày =: 21/09/1987 Nơi sinh: Bình PhướcĐịa chỉ liên lạc: Khu phố Phú Cường ,Phường Tân Phú,TX- Đông Xoài,TínhBình Phước.

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO

- Tir 2005 đến 2010: Học Đại hoc tại trường Dai học DHDL Văn Lang.- - Từ 2010 đến 2012: Học Cao học tại trường Đại học Bách Khoa TP Hồ

Chí Minh.

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC

- Nam 2010 — 2012: Công ty TNHH Một Thành Viên Dich Vụ Công ÍchQuan 4 ,Tp HCM.

MỤC LỤC

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TONG QUAN QQ QGnH kh nghhn 41.1.Téng quan về kết cau bêtông cốt thép có cốt sợi phân tán 41.2 Mục đích nghiên cứu - - - - 1.3 Nội dung nghiÊn cứu -cc c2 22222 xe2 41.4Sơ lược về lich sử phát CIGD occ ccc ececcccececcccecececcececcescnsecuceeencueacnees 51.5 Nhiệm vụ va nội dung dé tài - . -c- c QC n SH nh nh nh sư 61.6 Câu trúc luận văn 2 221 11111151115155511111111 1111111 khu 7CHƯƠNG 2 DAT VAN ĐỀ -.- CC nọ HH vu cv cesses 8

2.1 GiGi thiệu chung - HH EE EEE Eee EEE EES 82.2 Giới thiệu một số công trình có ứng dung soi tong hop 92.3 Ý nghĩa nghiên cứu -. - -cc cc S11 1v Sky nh nh nh nh vn cues 12CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 5 5S S5 838 5£ se 13

3.1 Lý thuyết xác định độ bền uốn cực hạn của dam 133.1.1 Giả thiết thiết kẾ cà nhe 133.1.2 Các thông số đặc trưng cho tiết điện dầm L33.1.3 Tải trọng cực hạn và độ võng nứt của dầm L53.2 Các bài toán phân tich - - << <2 16

3.2.1 Bài toán 1: So sánh kết qua ly thuyết va thực nghiệm l63.2.2 Bài toán 2: Tính toán độ võng nứt của các dầm trong

trường hợp có hiệu chỉnh E¿ ccccccc c2 222222 21CHƯƠNG 4 PHAN TÍCH THỰC NGHIEM - <- 254.1 Vật liệu thí nghiệm - c c2 c2 2222 25

JNNh›‹iaaaiiiiiidiaiiẳiảả 254.1.2 Cốt thép thanh - .c- -c c2 2121121111111 11 1 ky ky ky crxện 29

MỤC LỤC

4.3.1 Công tác chuẩn bị trước khi đúc mẫu << <<: 334.3.2 Công tác đồ bê tông -c- c1 222112112611 H 1n v cv nh ườn 35AA Dung CU dO ão:;:ctttiaẳaảả EEE EEE EEE EE 374.5 Bồ trí thiết bị do đạc - - cc eccc cece ecee ecu ng ng nh nh như 38

A.6 Quy trinh Gia tal ae aa 40

4.7 Kết quả ứng xử của đẫm - cccc cv vn nh xa 41CHUONG 5 MÔ PHONG PHAN TU HỮU HẠN - - -«- 47

5.1 Mô hình dầm bang phần mềm ANSYS - . - << s5 475.1.1 Mô hình kích thước PTHH trong ANSYS 48

5.1.2 Mô hình hóa vật liệu bê tông - -c< 2c << se2 495.1.2.1.M6 hình phá hoại -.-c-ccccsssŸŸ s2 495.1.2.1.Mô hình đường cong quan hệ ứng suat-bién dạng khi chịu nén 50

5.1.2.1.Mô hình đường cong quan hệ ứng suat-bién dạng khi chịu kéo 52

5.1.3 Mô hình hóa cốt thép dọc, thép đai - cc sec senses 565.2 Mô phỏng ứng xử dầm cho các mô hình PTHH - - 58

5.2.1 Mô phỏng mô hình các dầm trong phân tích thực nghiệm 58

5.2.1.1 Thong số tiết diện và đặc trưng vật liệu dầm - 58

5.2.1.2.Mô hình PTHH của dầm -.-SSSS Sen 595.2.1.3.Kết quả mô phỏng ứng xử độ võng của các dầm 60

5.2.2 Mô phỏng mô hình dầm hiệu chỉnh mô đun đàn hồi E„=0.5E,„ 63

CHƯƠNG 6 ĐÁNH GIA PHAN TÍCH KẾT QUA 5 676.1 Đánh giá kết quả các mẫu thí nghiệm - : 67

6.1.1 Cường độ chịu nén mẫu và modul đản hồi 67

6.1.2 Độ bên chịu kéo nứt tách của bê tông - 69

6.2 Dự đoán công thức thực nghiệm - 69

6.2.1 Dự đoán công thức tính toán cường độ chiu nén và modul đàn hồi 7

6.2.2 Dự đoán công thức tính toán cường độ kéo nứt tách 736.3 Ban chất ứng xử của dame eee ee ee ceccecceecceccceuceeceuceuscusceeeusnenstssen 746.3.1 Ứng xử về độ võng của dam - .- ca 746.3.2 Kiểu phá hoại đầm - c- ccc SE SE Y vn céy 776.3.3 Ung xử mở rộng vết nứt của dầm - c.cc ca 77

Trang 2

MỤC LỤC

6.4 So Sanh Đánh Giá Dam Có Bồ Sung Soi Pet Và Soi PP 79

6.4.1 Về cường độ chịu nén,modul đàn hối và cường độ kéo nút tách 79

6.4.2 Về ứng xử võng của dam ccccS nh nhà 796.5 Phân tích tính chính xác của phương pháp giải tích SÖ6.5.1 Kết quả so sánh độ bền uốn cực han của các dam giữa lý thuyếtvà thực nghiỆm c2 nh nha 806.5.2 Kết qua so sánh độ võng của các dầm giữa lý thuyết vathực nghiệm .- c2 S9 9n HEHEHE EEE EE: 806.5.3 Kết qua so sánh độ võng của các dầm giữa lý thuyết va Kim[3] 87

6.5.4 Kết quả so sánh độ võng của các dầm giữa thí nghiệm và Kim[3] 90

CHƯƠNG 7 KẾT LUẬN - c< sec cà cà CS sen se se S secsee 94TANCn::aẠỤIAđaiiiiiia 947.1.1 Về cường độ chịu nén của bê tông CỐT SỢI nen nề: 947.1.2 Về độ bên chịu kéo của bê tông COt SOL ccceccecececceceeceeuceeeeceees 947.1.3 Về ban chất ứng xử uốn của dam BTCT cốt sợi 94

7.1.4 Về sự phát triển vết nứt trong dam BTCT cốt sợi - 95

7.1.5 Về độ bền kháng uốn của dam BTCT cốt sợi - - 95

7.1.6 Về khả năng sử dụng sợi tái sinh trong BTCT cốt sợi 95

7.1.7 Về tính chính xác của phương pháp nghiên cứu - : 957.2 Hướng phát trién của luận Van ee cece eceeceecceccescuseeceecenseuseuscusees 96CHƯƠNG 8 TÀI LIEU THAM KHẢO << =<- 97

CHƯƠNG 9 PHU LỤC - << -< << c ce S22 S151 1515605111555 100

CH ONG 1 TONG QUAN

CHUONG 1 TONG QUAN

1.1 Tong quan về kết cau bê tông cốt thép có cốt sợi phân tan :

Kết cau bê tông có bố sung cốt sợi polyme (nhựa tổng hợp).một số nghiên cứutrước các tác giả đã cho thấy khả năng sử dụng loại cốt liệu sợi polyme trong bê tôngcó khả tăng cường tính dẻo dai của bê tông Ở phạm vi dé tai này, Học viên tập trungnghiên cứu về cường độ vật liệu của bê tông khi chịu nén, chịu kéo và độ bền uốn củamô hình dầm bê tông cốt thép có bố sung cốt sợi polyethylene terephthalate (PET) vàpolypropylene (PP) với hàm lượng sợi lần lượt là 0.5%, 0.75%, 1% và 1.5%

Ở Việt Nam kết cau bê tông cốt thép có gia cường cốt sợi vẫn chưa được sửdụng và ứng dụng nhiều, nhưng các nước trên thế giới đã sử dụng rất nhiều loại cốtliệu sợi gia cường trong bê tông nhằm tăng khả năng chịu kéo và hạn chế vết nứt trongcầu kiện BTCT như sợi thép, sợi thủy tính Đưa ra hướng đi mới trong việc sử dụngcốt liệu sợi nhựa tổng hợp (sử dụng tái chế) là mục đích chính của dé tài

1.3 Nội dung nghiên cứu :

Đề đạt được các mục tiêu nghiên cứu như đề xuất ở trên, đề tài sẽ tiễn hànhthực hiện các nội dung chính như sau :

a, Phân tích thực nghiệm kết hợp mô phỏng PTHH dựa trên chương trình tínhtoán ANSYS trên các mẫu dam thí nghiệm dé tìm hiểu ứng xử bản chất của dâm

b, Sử dụng phương pháp giải tích tính toán độ bền uốn cực hạn va độ võng nứtcủa các tiết diện dầm với các thông số tương tự như trong phân tích thực nghiệm Kếtquả tính toán được kiểm chứng với kết quả thực nghiệm và mô phỏng PTHH dé đánhgiá tính chính xác của lý thuyết tính toán

Trang 4

CH ONG 1 TONG QUAN

c, Trên co sở kết quả ở nội dung (b), tiến hành tinh toán và so sánh độ bền uốncực han của các tiết diện đầm BTCT có bổ sung sợi PET và PP với kết quả tính toántrên dầm BTCT không sợi tương ứng

d, Trên cơ sở kết quả nghiên cứu ở nội dung (a) và (c), tiễn hành khảo sát anhhưởng của từng hàm lượng sợi trong dầm BTCT

1.4 Sơ lược về lịch sir phát triển :

Đề tài nghiên cứu về bê tông cốt thép có bố sung cốt sợi tổng hợp đã đượcnhiều nhà khoa học nghiên cứu qua nhiều thập niên :

> Chunxiang Qian và các cộng su[9] (2000) đã nghiên cứu về các mẫu dầmBTCT có bố sung sợi PP và sợi thép với 3 kích cỡ khác nhau,hàm lượng sợitừ 0-0.95% khối lượng BT Các kết quả cho thấy rằng có sự tác động của sợilàm tăng cường khả năng chịu lực cho kết cấu không cao, nhưng làm tăngtăng sự dẻo dai của kết cau là rất lớn

> P.S Song và S Hwang[6] (2005) nghiên cứu về đặc trưng cường độ củaBTCT có bồ sung sợi nylon va sợi PP, với hàm lượng sợi thí nghiệm khoảng0.6kg/m3 BT Kết quả thí nghiệm cho thay rang cường độ chịu nén, độ bềnvà modul nén vỡ được cải thiện 6.3%, 6.7% và 4.3% Độ bền và nứt đượccải thiện nhiều hơn so với BT thường

> Ochi T, Okubo va Fukui K[20] (2007) nghiên cứu phát triển sợi PET tái chếvà ứng dụng của nó như sợi gia cố trong BTCT Ho mô tả cách sản xuất sợiPET từ những chai nhựa tái chế, sử dụng những phương pháp trộn sợi vớihàm lượng tối đa là 3%

>» Benardino F và các cộng su[16] (2010) đã nghiên cứu thực nghiệm ứng dụng

cốt sợi trong Bêtông nhằm cải thiện đặc tính nứt gãy của chúng Ông và cáccộng sự tiễn hành thí nghiệm nén các mẫu vuông 150x150x150mm và mẫudầm nhỏ kích thước 150x150x600mm với hàm lượng sợi thép hoặc sợi PPtừ 1%-2% Các kết quả thí nghiệm cho thấy răng với việc bổ sung sợi trongBT làm cho cau trúc ôn định hơn, độ bên khi chịu lực của kết cấu tăng đáng

CH ONG 1 TONG QUAN

> Fernando Fraternali và các cộng su[5] (2011) nghiên cứu thực nghiệm các

thuộc tính cơ học của BTCT có bổ sung sợi PET tái chế Công việc của họ

là thí nghiệm về độ dẻo dai, cường độ chỊu nén và sự xuất hiện vết nứt đâutiên trong bêtông sợi PET và PP Tất cả các mẫu thí nghiệm với hàm lượngsợi 1%, kết quả cho thây răng cường độ chịu nén của bêtông tăng ít và cảithiện tốt độ dẻo dai của câu kiện

1.5 Nhiệm vụ và nội dung dé tai:

Dựa trên những nghiên cứu tiền đề trên, các mục tiêu nghiên cứu được dé xuấttrong luận văn này như sau:

e Khao sát thực nghiệm về khả năng chịu lực va ứng xử nứt của dâm BTvà dam BTCT có bố sung sợi polyethylene terephthalate (PET) vapolypropylene (PP).

e Tinh toán lý thuyết và sử dung phân mém ứng dụng phân tích và môphỏng kết câu để kiểm chứng kết quả thực tế

Các nội dung mà đề tài dự kiến thực hiện sôm có:

e Tiến hành khảo sát thực nghiệm 7 mẫu dâm lớn (200x300x2000) gôm : |mẫu dâm BTCT đối chứng (không soi), 3 mẫu dam BTCT cốt sợi PP và3 mẫu dầm BTCT cốt sợi PET với hàm lượng sợi lan lượt là 0,5%,0,75%, 1% và 1.5%.

e Do đạc và thiết lập mối quan hệ giữa lực và chuyền vị (P- A), quan hệgiữa lực và bê rộng vết nứt (P-w), quan hệ giữa lực và biến dạng của bêtông (P-<), quan hệ giữa lực và bién dạng của soi PET và PP

e So sánh đánh giá với kết quả thực nghiệm trước đó.e Thực hiện mô phỏng băng phan mém ANSYS V 12.0

Trang 6

CH ONG 1 TONG QUAN

1.6.Cau trúc luận văn :

Chương 1 : Tổng quanChương 2 : Đặt van dé Chương 3 : Cơ sở lý thuyết.Chương 4 : Phân tích thực nghiệm Chương 5 : Mô phỏng Phan tử hữu hạn.Chương 6 : Đánh giá ,phân tích kết quả.Chương 7 : Kết luận

Chương 8 : Tài liệu tham khảo.

Chương 9 : Phụ lục.

CHƯƠNG 2 DAT VAN DE

CHU ONG 2 DAT VAN DE

2.1 Gidi thiệu chung :

Bê tông cốt thép là loại vật liệu được sử dụng hết sức pho bién va rong rai trongnghành xây dựng hiện nay, hau hết các công trình déu được làm bằng bê tông cốt thépvà một số ít được làm bang thép Bê tông là vật liệu chịu nén rat tốt, tudi thọ rất bềnvững và đặc biệt là giá thành rẻ do tận dụng dụng được các nguyên liệu sẵn có Tuynhiên bê tông có nhược điểm là khả năng chịu kéo thấp và dễ bị nứt do co ngót, bêtông kết hợp với cốt thép tạo nên một loại vật liệu hết gân như là hoàn hảo do khảngăn chịu kéo rất tốt của thép b6 sung cho bê tông Trong những kết quả nghiên cứugân đây cho thấy rằng bê tông cốt thép kết hợp với cốt sợi polyme cắt ngăn có thể cảithiện đáng kế những khuyết điểm của bê tông ở trên và tăng cường độ dẻo dai của cầukiện bê tông cốt thép Polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP),polyethylen (PE), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl chloride (PVC), nylon, aramid,va polyesters là những loại soi đều có thé sử dụng dé bố sung trong cau kiện bê tông

Trong đó, sợi PET và PP là một trong những sợi được sử dụng rộng rãi nhất trong

lĩnh vực ứng dụng xây dựng như các lớp lót đường hầm bê tông, trong loại bê tôngchống tải trong nỗ, các lớp phủ và hành lang đường

Ngày nay, hầu hết mọi lĩnh vực sản xuất đều làm cho môi trường ngày càng bị6 nhiễm nặng nề hon, trong đó ngành xây dựng cũng làm ảnh hưởng đến môi trườngrất nhiều Việc khai thác, sử dụng các vật liệu tự nhiên làm cho tài nguyên ngày càngcạn kiệt, ô nhiễm và ảnh hưởng đến môi trường xung quanh Trong bối cảnh đó, cácnghiên cứu để tìm ra những loại vật liệu hiện đại và đặc biệt là các loại vật liệu tái chếdùng dé gia cường va gia cố trong bê tông cốt thép như: các loại sợi từ polyme, thủytinh, cellulose, chất thải cao su

Một số vật liệu tái sinh như sợi polyme, thủy tinh, cellulose, cao su có trọnglượng nhẹ, độ bên cao, chịu nhiệt tốt Từ những ưu điểm đó ta có thể khai thác và ứngdung dé gia cô trong cấu kiện bê tông cốt thép với những sợi được chế tạo từ polymetái sinh.

Trang ö

CHƯƠNG 2 DAT VAN DE

Độ dẻo dai của kết cau được cải thiện đặc biệt là ở những khu vực có ảnhhưởng nhiều của địa chan, nơi các tòa nha và cơ sở hạ tầng cần được thiết kế khángchan thật tốt khi chịu ảnh hưởng của gió và động dat tac dụng

Qua những nghiên cứu những loại sợi gia cường trong bê tông, đặc biệt là sợiPET và PP, một số đánh giá về công nghệ FRC được học giả Brandt trình bày.Meddah và Bencheikh nghiên cứu về bê tông cốt thép có bổ sung các sợi tái sinh PPvà các loại sợi kim loại khác nhau, trong khi đó học giả Song et al[6] nghiên cứu vềsức bền của bê tông sợi nylon và sợi PP Bê tông gia cô các loại sợi khác nhau cócùng hàm lượng sợi 0,5% được học gia Yao et al so sánh về độ bên kéo, nén và cácđặc tính chịu uốn Bencardino et al[16] đề cập đến sự phá hoại đứt, gãy của cầu kiệnbê tông cốt thép với hàm lượng 1% và 2% sợi thép hoặc sợi PP

Từ những bài báo đã đề cập, tác giả để xuất việc tính toán thí nghiệm về cườngđộ chịu nén, chịu kéo và độ dẻo dai của kết câu BTCT có bổ sung cốt sợi PP và PETvới hàm lượng đề xuất từ 0,5% ,0,75%, 1% và 1.5%

2.2 Giới thiệu một số công trình có ứng dung sợi tổng hợp :

CHƯƠNG 2 DAT VAN DE

Hình 2.2 :Thi công vai dia kỹ thuật trong gia cố nên

Trang 10

CHƯƠNG 2 DAT VAN DE

Hình 2.4 :Su dụng vai dia kỹ thuật thi công đập thủy lợi.

Hình 2.5: Sử dụng FRP gia cường cột Cầu vượt Aotea Quay , Wellington, New

Zealand (Consultech, 1996).

CHƯƠNG 2 DAT VAN DE

Wie aja ry

L<i

WrappedcolumnsWalls with

* Y nghĩa thực tiễn :Do tình trạng chất thải nhựa trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng hiệnnay là rất lớn, hầu như những đồ dùng làm từ nhựa là rất nhiều như : nhựa Nylon,nhựa PP(polypropylene), nhựa PET (polyethylene terephthalate) và nhiều loại khác.Nhựa là loại vật liệu tồn tại rất lâu trong môi trường tự nhiên (hàng nghìn năm) ,va đểlại nhiều hậu quả ô nhiễm cao đến môi trường Các loại sợi nhựa có đặc tính như : độbền chịu kéo cơ học cao, trơ với môi trường hóa Vì vậy hướng nghiên cứu đề tải vềkhả năng ứng dụng những loại nhựa nay trong kết cấu bê tông cốt thép một cách hiệuquả nhằm mở ra một hướng mới để sử dụng các loại vật liệu nhựa tái sinh trong xâydựng.

Trang 12

CHUONG 3 CƠ SỞ LÝ THUYET

CHUONG 3 CƠ SỞ LY THUYET

3.1 Lý thuyết xác định độ bền uốn cực hạn của dâm :3.1.1 Giả thiết thiết kế:

¡, Giả thiết dầm chịu chỉ uốn, phá hoại cắt không được xem xét, vì thế sự mấtôn định cục bộ không thé xảy ra trong những phan tử thép

Ngoài ra phương pháp cũng được căn cứ trên giả thiết sắn có trong tiêu chuẩnthiết kế dam đó là:

ii, Phần tử thép được giả thiết chịu ứng suất toan phan f, (ứng suất chảy dẻo)trong khi chịu kéo và nén khi thiết kế cường độ, và phần tử bê tông được giả thiết chịuứng suất nén đều bang 0.85 ƒ_ (cường độ chịu nén) suốt chiều cao vùng chịu nén

iii, Bê tông trong miền kéo có cường độ không đáng ké vì thế được bỏ qua.iv, Sự trượt xảy ra không đáng kế giữa phan tử thép và bê tông (giả thiết tươngtác toàn phần)

v, Tiết diện phang còn lại vẫn phang sau khi bién dạng.3.1.2 Cac thông số đặc trưng của tiết diện dam:

Gross Section Cracked Transformed Sectionas b > —— b ai

| | | |h Ts n.a

SS “——— | j

a)- Không thép A’.

b (n -1)A bl |

CHUONG 3 CƠ SỞ LÝ THUYET

- Cốt thép chịu kéo có diện tích là A, - Cốt thép chịu nén có diện tích là A, - Khoảng cách từ mép trên tiết điện dam đến trọng tâm thép chịu kéo d.- Diện tích vùng bê tông chịu nén là bxkd

3.1.2.1 Mômen quan tính khong nứt (Ì,) của tiết diện dam:Mômen quán tính không nứt (/,) đối với trọng tâm của tiết diện dam là:

bx€d_ +nA @-kd?+@-1A'\, €a-d 9 (3-2)

CHUONG 3 CƠ SỞ LÝ THUYET

3.1.3 Tính toán tai trọng cực han và độ võng nứt của dam:

Sơ đồ tính toán ở nghiên cứu này là dầm đơn giản có tiết diện như mô ta ở Hình3.2, dầm chịu hai tải tập trung P cách đều các gối tựa các khoảng cách bang Ly:

L i L, L

G - trọng lượng dầm

Dư L Sy

><

Hình 3.2 Sơ đồ tinh toán uốn dầm.sò Tải trọng gây nut (P., ,,) và tải trọng cực hạn tính toán (P„„„¡) theo sơ

đồ này có thé tính bang công thức đơn giản:

CHUONG 3 CƠ SỞ LÝ THUYET

- Ä„ là mô men tại giữa nhịp do các tải trong P gây ra, ở sơ đồ này M, = L/P.- I, là mô men quán tính không nứt của tiết diện đầằm.tính theo công thức (3-1).- I, là mô men quán tính nứt của tiết điện dầm, tính theo công thức (3-2).- M., là mô men kháng nứt của phân bê tông trong tiết diện dầm [2]:

M„=1—— (3-9)

3.2 Các bài toán phân tích :

Các bài toán phân tích được xác định trên cơ sở từ công thức (3-5) đến (3-9) vớihệ số độ tin cậy cậy cường độ tính toán của vật liệu bê tông và cốt thép thanh

Ó., = b= Két quả tinh toán được lập trên phan mềm Excel, do đó đảm bao được

tính chính xác của kết quả tính toán Các trường hợp phân tích được thé hiện thông quacác bài toán bên dưới như sau:

3.2.1 Bài toán 1: So sánh kết qua tính toán lý thuyết [2]va kết qua thực nghiệms* Xác định cường độ mô men kháng uốn đẻo, tải trọng cực hạn, tải trọng gây nứtvà độ võng của dâm với các thông sô Hình 3.3

2012

-Ø10a200 =

œ2

200Hình 3.3 Tiết diện mẫu dam đối chứng

CHUONG 3 CƠ SỞ LÝ THUYET

+ Kết quả tính toán cường độ mômen kháng uốn dẻo, tải trọng gây nút, tải trọngcực hạn theo [3] được cho trong Bảng 3.1

Bảng 3.1 Bảng kết quả so sánh lý thuyết [2] và thực nghiệmTính toán lý thuyết Kết quả thực nghiệm Chênh lệch LT và TN

Mẫu dầm

(Morea) | (P.4) (Puca) (Prrexp) (Puexp) (AP /Per) (AP, /P„)(kKN.m) (KN) (KN) (KN) (KN) (%) (%)

NF 6.78 10.4 135.2 10 120 4.00 11.240.5%PP | 7.05 10.846 135.35 10 125 8.46 7.650.75%PP | 6.66 10.246 133 10 127 2.46 4.511.0%PP | 6.96 10.7 134.35 15 130 28.67 3.240.5%PET | 6.99 10.75 135.53 15 165 28.33 21.74

1.0%PET| 7.2 11.08 135.55 15 180 26.13 32.791.5%PET | 7.41 11.4 135.6 10 178 14.00 31.27

s* Kết quả tính toán độ võng của các dầm được tính theo (3-7) được cho trongHình 3.4 - 3.10.

CHUONG 3 CƠ SỞ LÝ THUYET

3014/7777

„ 200,

2 4 6 8 10

Độ võng giữa nhịp (mm)Hình 3.5 Quan hệ (P-A) lý thuyết so với thí nghiệm của dầm 0.5%PP với E¿=Eem

„ 200,0 2 + 6 8 10

Độ võng giữa nhịp (mm)Hình 3.6 Quan hệ (P-A) lý thuyết so với thí nghiệm của dam 0.75%PP với E.=Eum

Trang 18

CHUONG 3 CƠ SỞ LÝ THUYET

2000 2 4 6 8 10

Độ võng giữa nhịp (mm)Hình 3.8 Quan hệ (P-A) lý thuyết so với thí nghiệm của dầm 0.5%PET với Ep=Eom

CHUONG 3 CƠ SỞ LÝ THUYET

¬-To

S40 - 2012

-_ ~ * `© s5

100

-PET 1,5%

80 — LT 100%Ecza \

Trang 20

CHUONG 3 CƠ SỞ LÝ THUYET

* Từ kết quả của bài toán 1 cho thấy, việc chon giá tri mô dun đàn của bê tông #,= 100%E- đề tính toán độ võng lý thuyết của dam bê tông có sợi bố sung là chưa phùhợp, đường quan hệ P-A giữa tính toán lý thuyết và kết quả thực nghiệm còn chênhlệch từ 30-40% Do đó trong luận văn này tác gia chon một giá trị khác của E, đó làE„ = 50%E,„„ dé tính toán độ võng nứt của các mẫu dầm bê tông có cốt sợi PP và PET.3.2.2 Bài toán 2: Tinh toán lý thuyết độ võng nứt của các dâm trong trường hợp cóhiệu chỉnh mô dun đàn hồi bê tông E.=50% Eon

Tuong tu nhu cac thong số về tiết diện, đặc trưng vật liệu và quy trình gia tảinhư bài toán 1, ở đây mô đun đàn hôi của bê tông được chọn để tính toán mô menquán tính tương đương ï, theo (3-8) cho các dâm là:

Dam: E, =0.5E kết quả được liệt kê theo bang 3.2

Bảng 3.2 Bảng kết quả hiệu chỉnh modul đàn hồi của các dâm

Ộ Hàm lượng E, (Gpa)Loại dâm Bê tông

Vr% Ee=Ecm E.=0.5EemCC 0 - -

0.50% 24.710 12.355

PP 0.75% 22.410 11.205

1.00% 23.660 11.8300.50% 24.890 12.445

CHUONG 3 CƠ SỞ LÝ THUYET

60 ~

oLT 50% Ec PP 0,5%

< 40 - thí nghiệm

Đc

Độ võng giữa nhịp (mm)

Hình 3.12 Quan hệ (P-A) lý thuyết so với thí nghiệm của dầm 0.75%PP với E.=0.5E.m

Trang 22

CHUONG 3 CƠ SỞ LÝ THUYET

| 200 ,

4 6 8 10

Độ võng giữa nhịp (mm)

CHUONG 3 CƠ SỞ LÝ THUYET

3014 * ˆ71—*

| , 200,

0 y T T T T T0 2 4 6 8 10

Độ võng giữa nhịp (mm)

Hình 3.16 Quan hệ (P-A) lý thuyết so với thí nghiệm của dầm 1.5%PET với E.=0.5Ecm

Trang 24

CHUONG 4 PHAN TÍCH THUC NGHIÊMCHƯƠNG 4 PHAN TÍCH THỰC NGHIEM

4.1 Vat liệu thí nghiệm :4.1.1 Bê tông :

s* Bê tông mác 300: vật liệu sử dụng xi măng Hocilm nhãn hiệu PCB 40, cát

sông Đồng Nai, modul Mại = 2, đá Đồng Nai Dinax = 20mm Nước su dụng nướcmáy.Cấp phối chỉ tiết của bê tông sử dụng được thé hiện trong Bang 4.1

Bảng 4.1 Bảng cấp phối bê tông (cho Im” bê tông)

Thành phan Trọng lượng/m”Xi măng Hocilm PCB 40 374 (kg)Cát 0.442 (mì)Đá 1-2 cm 0.862 ( mì)Nước 185 (1)Phu gia 0

s* Cường độ chịu nén cực han của mẫu bê tông được xác định thực tế dựa trêngiá trị trung bình các mẫu lập phương Các số liệu của mẫu lập phương sẽ được qui đổivề mẫu hình trụ theo hệ số qui đổi @ =1.2 Tương ứng với mỗi dầm khác nhau sẽ lay 3mẫu lập phương kích thước 150x150x150 mm để xác định cường độ chịu nén f, Trên co cở cường độ chịu nén cực hạn ƒ, được chọn, mô đun dan hồi E va bién dangcực han e, cua bê tong được tinh toán theo công thức cua tiêu chuẩn ACI 318-08 [2]:

Hình 4.1 Đúc mẫu lập phương 150x150x150.

a" Pe 2 » : tý “6Ã > "#rẺ

$ 2 ne A + ; - Fe- < ~ x 4 * ” s os

a ig ee ee Soe a J2 same A" ws xế

ie to <

CHUONG 4 PHAN TÍCH THUC NGHIÊM

Mau thi E>- trung bình | mẫu lập Mẫu Mpa

CHUONG 4 PHAN TÍCH THUC NGHIÊM

s* Xác định độ bền chịu kéo của bê tông bang cách thí nghiệm 3 mẫu hình trụcó đường kính d=150mm, chiều cao h=300 mm Khi thí nghiém,mau trụ được nén dọctheo phương đường kính của mẫu cho đến khi xuất hiện vết nứt tách mẫu Độ bên chịukéo nut tach của bê tông được xác định bởi biêu thức :

O57 FP

a 5/0570 là

LỆ|

Hình 4.4 Thí nghiệm nén mẫu xác định cường độ chịu kéo của bê tông.

2P

for =F (4-3)Trong do :

P— lực phá hoại mẫu ;| - chiều dai của mau ;d - đường kính của mẫu.Độ bên chịu kéo nứt tách của bê tông ƒ được xác định theo ASTM C496 Theo kếtquả nghiên cứu thực nghiệm, độ bên chịu kéo của bê tông khi uốn : ƒ#, =l.5 ƒ.„

CHUONG 4 PHAN TÍCH THUC NGHIÊM

Bảng 4.3 Bảng kết quả chẻ mẫu bê tong 150x300SO LiEU THÍ NGHIEM CHE MAU TRỤ 150x300mm 28 ngày

STT Ma hiệu P(KN) f.(Mpa) f,(Mpa)| NFI 160 2.26 3.382 NF2 158 2.25 3.37

CHUONG 4 PHAN TÍCH THUC NGHIÊM

4.1.2 Cốt thép thanh :

Cốt thép dọc và thép đai trong dầm sử dụng thép Miền Nam SD295 Cốt thépdọc sử dụng nhóm thép A-IIL, đường kính Ø14, cốt thép đai đường kính Ø10 Giới hạnchảy và bền của cốt thép được xác định theo giá trị trung bình của 3 mẫu kéo thựcnghiệm có kích thước L=600mm Kết quả cho mỗi loại được tổng hợp trong Bang 4.4

Bảng 4.4 Bảng tông hợp kết quả thí nghiệm kéo mẫu thép thanh

srr | Kihiê Đường kính fy f,

mu (mm) (MPa) | (MPa)

1 10 10 350 5152 12 12 355 5163 14 14 390 662

CHUONG 4 PHAN TÍCH THUC NGHIÊM

: "_ 4 1 oak\ ‘© ae oh Sth 7 “ước ' 4 l1 X dy hia fi ;

2.»# 1.2 bes if Ye ⁄ TV vực 22 h \ L 5 a ny Ne 7V

Hình 4.6 Soi PP va sợi PET.

Soi PET va PP có nhiều hình dang va kích thước khác nhau, trong dé tai này tácgiả sử dụng loại sợi mono có đường kính 0.7-1.2 mm chiều dai 3-5cm Day là loại soitái chế từ các phế phẩm chai nhựa va dụng cụ nhựa trong gia dung

Trang 30

CHUONG 4 PHAN TÍCH THUC NGHIÊM

a : sợi thành phẩm ,b : máy kéo sợi ,c :máy đập, d :các thiết bị của máy đậpCác đặc tính vật ly, cơ học được của sợi được tham khảo các thong số thínghiệm của các học giả trước :

Bảng 4.5 Bang số liệu đặc trưng cơ lý của sợi PP và PET

LIỌPE | Đường | Chiều | Modul | Độbền | Độ dan

Loại sợi None kinh dài | danhdi | chịukéo | dài

(g/cm3) (mm) (mm) (MPa) (MPa) (%)

PP 0.9 1.2 50 7000 170 8-15

CHUONG 4 PHAN TÍCH THUC NGHIÊM

18002000Hình 4.9 Sơ đồ bỗ trí thiết bị thí nghiệm dam

P : Tải trọng từ kích truyền vào dam qua 2 gối khoảng cách 500

A,B,C,D — :Vi trí Đông hồ do chuyến vị của dam1,2,3,4 VỊ tri dat demec

4.3 Quy trình đúc mẫu thí nghiệm :4.3.1 Công tác chuẩn bị trước khi đúc mau :

Trang 32

CHUONG 4 PHAN TÍCH THUC NGHIÊM

4444449444111 4/14413 sat”

Hình 4.11 Lap Straingauge cho thép chủ