Nghiên cứu khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt sợi thủy tinh (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ĐINH TRỌNG HUY NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT SỢI THỦY TINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

ĐINH TRỌNG HUY

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM

BÊ TÔNG CỐT SỢI THỦY TINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

HàNội – 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

ĐINH TRỌNG HUY KHÓA: 2013-2015

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM

BÊ TÔNG CỐT SỢI THỦY TINH

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương, đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, cung cấp tài liệu và động viên tác giả trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô, các cán bộ Khoa Sau Đại học Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, phòng thí nghiệm LAS 256 Trung tâm thí nghiệm và kiểm định công trình của Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội cùng các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình trong quá trình hoàn thành luận văn này

Tác giả

Hà Nội, tháng 6 năm 2015

Đinh Trọng Huy

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

Hà Nội, tháng 6 năm 2015

Đinh Trọng Huy

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục bảng

Danh mục hình

MỞ ĐẦU 1

* Sự cần thiết của đề tài 1

* Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2

* Đối tượng nghiên cứu 2

* Phạm vi nghiên cứu 2

* Phương pháp nghiên cứu 2

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài 2

NỘI DUNG 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU CỐT SỢI THỦY TINH 4

1.1 Tổng quan về vật liệu cốt sợi thủy tinh 4

1.1.1 Các đặc trưng của vật liệu Cốt sợi thủy tinh 4

1.1.2 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của cốt sợi thủy tinh 10

1.2 Tổng quan về dầm bê tông cốt thép 13

1.2.1 Khái niệm về dầm 13

1.2.2 Cơ sở xác định sự làm việc của dầm chịu cắt 14

1.2.3 Sức kháng cắt của bê tông 16

1.2.4 Sự làm việc của dầm bê tông cốt thép sau khi nứt nghiêng 24

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN DẦM BÊ TÔNG CỐT SỢI THỦY

TINH CHỊU CẮT 27

2.1 Các mô hình nghiên cứu tính toán khả năng chịu cắt của dầm 27

2.1.1 Mô hình giàn với thanh xiên nghiêng góc 450 27

2.1.2 Mô hình giàn với góc nghiêng xoay 28

2.1.3 Mô hình giàn với góc nghiêng thay đổi 29

2.1.4 Mô hình giàn có kể đến ma sát giữa các vết nứt 29

2.1.5 Mô hình miền nén 30

2.1.6 Mô hình thanh chống - giằng 34

2.2 Tiêu chuẩn thiết kế khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt sợi thủy tinh theo tiêu chuẩn của Mỹ, Nga, Việt Nam 36

2.2.1 Tiêu chuẩn Mỹ ACI – 440.1R-2006 36

2.2.2 Tiêu chuẩn Nga SNIP 52 -01 2003 38

2.2.3 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2012 41

2.2.4 Ví dụ tính toán 46

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT SỢI THỦY TINH 53

3.1 Mục đích và nhiệm vụ tiến hành thí nghiệm 53

3.2 Lựa chọn sơ đồ và mô hình thí nghiệm 55

3.2.1 Sơ đồ thí nghiệm và phạm vi nghiên cứu thực nghiệm 55

3.2.2 Thiết kế và các đặc trưng cấu tạo của mẫu dầm thí nghiệm 56

3.3 Công nghệ chế tạo và các đặc trưng vật liệu của mẫu dầm thí nghiệm 60

3.3.1 Quy trình chế tạo 60

3.3.2 Xác định các đặc trưng cơ lý của vật liệu chế tạo trong các mẫu dầm thí

nghiệm 61

3.4 Thiết bị thí nghiệm và biện pháp đảm bảo an toàn thí nghiệm 64

3.5 Tiến hành thí nghiệm các mẫu dầm 67

3.5.1 Chuẩn bị tiến hành thí nghiệm 67

3.5.2 Qui trình thí nghiệm 68

3.5.3 Thời gian thực hiện thí nghiệm 71

3.6 Các kết quả thí nghiệm 71

3.7 So sánh kết quả giữa tính toán lí thuyết khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt sợi thủy tinh và kết quả thí nghiệm 85

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88

Kết luận: 88

Kiến nghị: 89 Một số hình ảnh chế tạo và thí nghiệm các mẫu dầm bê tông cốt sợi thủy tinh 91

DANH MỤC BẢNG

(g/cm3)

các thanh FRP thủy tinh và cacbon

khả năng chịu cắt của các nhóm dầm ( Đơn vị Kg )

DANH MỤC HÌNH

nhất

tương ứng

thép có chứa các vết nứt do uốn

Hình 1.14 Các thành phần sức kháng cắt

thép chịu tải trọng phân bố đều

dầm bê tông cốt thép

tông cốt thép khi tính toán độ bền chịu lực cắt

sợi thủy tinh và dầm bê tông cốt thép

tinh

Hình 3.7 Ảnh minh họa vết nứt nghiêng ở nhịp chịu cắt

khả năng chịu cắt của các mẫu dầm

Hình 3.21 Gia công cốt sợi thủy tinh cho các mẫu dầm thí nghiệm

nghiệm

1

MỞ ĐẦU

* Sự cần thiết của đề tài

Sự mở cửa của nền kinh tế và tăng trưởng nhanh của nền kinh tế nước

ta đã thúc đẩy mạng mẽ tốc độ pháp triển của ngành xây dựng cả về số lượng

và đa dạng về loại hình kết cấu Các kết cấu như nhà cao tầng, nhà nhịp lớn, cốt phi kim loại thay thế vật liệu truyền thống ngày càng xuất hiện nhiều ở Việt Nam

Đánh giá khả năng chịu lực của cấu kiện là nhiệm vụ rất quan trọng trong công tác thiết kế Hầu hết các nước phát triển trên thế giới đã và đang dành nhiều sự quan tâm đến việc đánh giá khả năng chịu cắt của cấu kiện chịu uốn , được thể hiện qua một loạt các công trình đã công bố trong những năm qua Sự hoàn thiện của lý thuyết và mô hình tính toán nhằm đánh giá phù hợp hơn sự làm việc thực tế của các cấu kiện [6]

Hiện nay ở Việt Nam vẫn chưa có tiêu chuẩn thiết kế kết cấu sử dụng cốt sơi thủy tinh nói chung và của dầm bê tông cốt sợi thủy tinh nói riêng Việc đánh giá và sử dụng loại vật liệu này ở nước là vẫn chưa hiệu quả vì các tiêu chuẩn thiết kế đều là của nước ngoài, thế nên việc đánh giá cần phải có nghiên cứu thực nghiệm để so sánh

Đã có nhiều bài báo khoa hoc, đề tài nghiên cứu về kết cấu sử dụng loại vật liệu này ở nước ta, nhưng việc đánh giá nghiên cứu chủ yếu là của cấu kiện chịu uốn, nghiên cứu trên tiết diện thẳng góc Vì đây là loại vật liệu mới nên cần phải có những nghiên cứu tính toán lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm trên cả tiết diện nghiêng, cụ thể là nghiên cứu về khả năng chịu cắt của loại dầm bê tông cốt sợi thủy tinh

Cốt sợi thủy tinh là loại vật liệu nhẹ, không có từ tính, chống ăn mòn

với các môi trường axit, kiềm,nước mặn nên việc đưa cốt sợi thủy tinh vào

2

thay thế thép cho các công trình xây dựng ở ven biển, hải đảo, ở nơi ngập mặn, nơi đất phèn, hoặc đưa cốt sợi thủy tinh vào các bộ phận ngầm dưới lòng đất của công trình nhà cửa, cầu cống là rất cần thiết

Xuất phát từ những yêu cầu thực tế đó, đề tài “Nghiên cứu khả năng chịu

cắt của dầm bê tông cốt sợi thủy tinh” là rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn

* Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Tìm hiểu về phương pháp tính toán khả năng chịu cắt của dầm sử dụng cốt sợi thủy tinh theo các tiêu chuẩn nước ngoài

Tìm hiểu các đặc trưng cơ học của vật liệu cốt sợi thủy tinh thông qua các thí nghiệm vật liệu

Đánh giá khả năng chịu lực cắt của dầm bê tông sử dụng cốt sợi thủy tinh bằng thực nghiệm

So sánh kết quả tính toán lý thuyết khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt sợi thủy tinh và kết quả mô hình thí nghiệm

* Đối tượng nghiên cứu

Dầm bê tông cốt sợi thủy tinh

* Phạm vi nghiên cứu

Dầm đơn giản bê tông cốt sợi thủy tinh chịu tải trọng tập trung

* Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết theo một số tiêu chuẩn nước ngoài

Nghiên cứu thực nghiệm trên các mẫu dầm bê tông cốt sợi thủy tinh

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài

Đề tài đã tìm hiểu về khoa học vật liệu cốt sợi thủy tinh,tìm hiểu phương pháp tính toán dầm sử dụng cốt sợi thủy tinh, đánh giá khả năng chịu cắt của dầm thông qua thực nghiệm, so sánh giữa kết quả tính toán lý thuyết

3

với thực nghiệm Qua đó góp phần hiệu quả vào việc tính toán thiết kế, thi công cấu kiện dầm bê tông cốt sợi thủy tinh ở Việt Nam đồng thời là tài liệu tham khảo cho cán bộ, giáo viên, học viên và sinh viên ngành kĩ thuật trong nghiên cứu, học tập về dầm bê tông sử dụng cốt sợi thủy tinh

THÔNG BÁO

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

88

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận:

Qua việc nghiên cứu khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt sợi thủy tinh theo lí thuyết và thực nghiệm, mặc dù số lượng thí nghiệm còn hạn chế, luận văn đã đạt được các kết quả :

- Đã tìm hiểu về vật liệu cốt sợi thủy tinh và phạm vi ứng dụng

- Tìm hiểu nghiên cứu khả năng chịu cắt theo các mô hình và tính toán theo các tiêu chuẩn Nga, Mỹ, Việt Nam khi sử dụng cốt thép thường và cốt sợi thủy tinh

- Tìm hiểu phương pháp thực nghiệm trên kết cấu bê tông cốt thép thường và bê tông cốt sợi thủy tinh

Qua ví dụ tính toán theo các tiêu chuẩn và kết quả thực nghiệm cho thấy :

- Khả năng chịu cắt của dầm cốt sợi thủy tinh không bằng dầm cốt thép thường, điều này có thể lý giải do vật liệu và sự bám dính với bê tông không như bê tông cốt thép thường Tuy nhiên sử dụng cốt sợi thủy tinh sẽ tốt hơn cho các công trình hải đảo và xâm thực Nhưng cũng cần đánh giá hiệu quả sử dụng trong công tác thiết kế về khả năng chịu cắt

- Hàm lượng cốt sợi thủy tinh có ảnh hưởng đến khả năng chịu cắt của dầm, cụ thể khi sử 2Ø14 (ρ= 0,6%) thì khả năng chịu lực cắt của dầm tăng 16% so với dầm sử dụng 2Ø12 (ρ= 0,43%), khi sử 2Ø16 (ρ= 0,83%) thì khả năng chịu lực cắt của dầm tăng 24% so với dầm sử dụng 2Ø12 (ρ= 0,43%), khi sử 2Ø16 (ρ= 0,83%) thì khả năng chịu lực cắt của dầm tăng 6,8% so với dầm sử dụng 2Ø14 (ρ= 0,6%) Tiêu chuẩn của Nga và Việt Nam không đề cập tới ảnh hưởng này, còn tiêu chuẩn Mỹ đã đề cập tới ảnh hưởng này trong tính toán

89

- Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng khả năng chịu cắt của dầm cốt sợi thủy tinh gần với kết quả tính toán theo tiêu chuẩn của Mỹ(kết quả thực nghiệm lớn hơn nhưng không nghiều)

-Sử dụng dầm bê tông cốt sợi thủy tinh chịu cắt có bề rộng vết nứt lớn hơn so với dầm bê tông cốt thép Sự hình thành vết nứt đầu tiên giống với dầm bê tông cốt thép thường, tuy nhiên sau khi hình thành vết nứt đầu tiên thì vết nứt phát triển rất nhanh trên vùng chịu cắt.Thực nghiệm cho thấy độ võng của dầm cốt sợi thủy tinh lớn và phát triển nhanh do modun biến dạng của cốt sợi thủy tinh thấp Sau khi nứt thì độ võng tăng nhanh hơn so với dầm bê tông cốt thép thường Như vậy cần quan tâm tới việc xuất hiện võng nứt trong quá trình thiết kế dầm bê tông cốt sợi thủy tinh theo nhóm trạng thái giới hạn thứ hai để đảm bảo sự làm việc của dầm

Tiêu chuẩn Việt Nam chưa có các hướng dẫn cho thiết kế khả năng chịu cắt của dầm khi sử dụng cốt sợi thủy tinh Tiêu chuẩn Nga đã có chỉ dẫn cách thiết kế sử dụng cốt sợi thủy tinh tính toán theo vật liệu sử dụng cốt thép thường, còn tiêu chuẩn Mỹ đã có chỉ dẫn đầy đủ việc thiết kế loại vật liệu này

Kiến nghị:

Hiện nay do Việt Nam chưa có tiêu chuẩn áp dụng cho các kết cấu sử dụng cốt sợi thủy tinh Vì vậy cần bổ sung hướng dẫn thiết kế theo tiêu chuẩn Việt Nam để có thể áp dụng được loại vật liệu mới này tại Việt Nam và hoàn thiện tiêu chuẩn để có thể áp dụng được loại vật liêu mới này tại Việt Nam Trong khuôn khổ của luận văn và điều kiện của học viên như thời gian, tài chính nên số lượng còn chưa đủ nhiều, kiến nghị cần có nhiều thí nghiệm hơn nữa để đánh giá tốt hơn về sự làm việc và khả năng chịu lực của bê tông cốt sợi thủy tinh

90

Cần có đánh giá khác về khả năng chịu mô men sự làm việc theo nhóm trạng thái giới hạn thứ hai để hoàn thiện hơn vấn đề nghiên cứu dầm bê tông cốt sợi thủy tinh

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

Nghiên cứu việc sử dụng vật liệu cốt sợi thủy tinh đối với các cấu kiện khác

Nghiên cứu khả năng bám dính của kết cấu sử dụng cốt sợi thủy tinh

91

Một số hình ảnh chế tạo và thí nghiệm các mẫu dầm bê tông cốt sợi thủy tinh

Hình 3.21: Gia công cốt sợi thủy tinh cho các mẫu dầm thí nghiệm

Hình 3.22: Gia công cốp pha cho các mẫ dầm thí nghiệm

92

Hình 3.23:Cốt thép thường và cốt sợi thủy tinh trong các mẫu dầm thí nghiệm

Hình 3.24: Ghép cốp pha, lắp dựng các mẫu dầm thí nghiệm

93

Hình 3.25: Hoàn thành lắp dựng các mẫu dầm

Hình 3.26: Chế tạo bê tông cho các mẫu dầm

94

Hình 3.27: Thi công đổ bê tông các mẫu dầm thí nghiệm

Hình 3.28: Các mẫu dầm thí nghiệm và các mẫu nén thử bê tông

95

Hình 3.29: Mô hình lắp dựng các thiết bị cho mẫu thí nghiệm

Hình 3.30: Đo đạc, ghi chép số liệu thí nghiệm

96

Hình 3.31: Đo bề rộng vết nứt dầm thí nghiệm

Hình 3.32: Ghi chép số liệu thí nghiệm

97

Hình 3.33: Mẫu dầm bê tông cốt thép bị phá hoại

Hình 3.34: Các mẫu dầm bê tông cốt sợi thủy tinh Ø 12 bị phá hoại

98

Hình 3.35: Các mẫu dầm bê tông cốt sợi thủy tinh Ø 14 bị phá hoại

99

Hình 3.36: Các mẫu dầm bê tông cốt sợi thủy tinh Ø 16 bị phá hoại

Tài liệu tham khảo Tiếng Việt

1 Chỉ dẫn thiết kế và thi công kết cấu bê tông có cốt là thanh polymer cốt sợi

(Công ty Đầu tư và phát triển công nghệ đại học xây dựng (NUTECH))-Dự thảo lần 2

2 Phạm Văn Hoan (2013), Tính toán dầm cốt sợi thủy tinh chịu uốn, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Xây Dựng, Hà Nội

3 Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2006), Kết cấu bê

tông cốt thép phần cấu kiện cơ bản, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật,

Hà Nội

4 Nguyễn Ngọc Phương (2002), Ảnh hưởng của hàm lượng cốt dọc tới khả

năng chịu cắt của dầm bê tông cốt thép, Tạp chí Xây dựng, (Số tháng

2-2002), Hà Nội

5 Nguyễn Ngọc Phương (2008), Khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt thép

ứng lực trước, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội,

Hà Nội

6 Nguyễn Ngọc Phương (2012), Nghiên cứu khả năng chịu cắt của dầm bê

tông cốt thép và bê tông ứng lực trước có xét đến ảnh hưởng của một số yếu tố liên quan, Đề tài nghiên cứu cấp trường, Hà Nội

7 Ngô Đăng Quang, Nguyễn Duy Tiến, (2009) Kết cấu bê tông cốt thép theo

22TCN272-05 và ACI, Trường Đại học Giao thông Vận tải, Hà Nội

8 Nguyễn Hồng Sơn, (2013) Thiết kế dầm bê tông sử dụng chất dẻo cốt sợi

FRP dạng thanh, Tạp chí xây dựng số T6-2013, Hà Nội

9 Võ Văn Thảo (2001) Phương pháp khảo sát – Nghiên cứu thực nghiệm

công trình, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội

10 Nguyễn Viết Trung (2000), thiết kế kết cấu bê tông cốt thép hiện đại theo tiêu chuẩn ACI, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội

11 Trần Mạnh Tuân, (2003) Kết cấu bê tông cốt thép theo Tiêu chuẩn ACI

318 – 2002, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội

Tiếng Anh

12 ACI 440.1R-06, (2006), Guide for the Design and Construction of

Structural Concrete Reinforced with FRP Bars, American Concrete

Institute

13 ACI 445-R99 (1999), Recent Approaches to Shear Design of Structural

Concrete American Concrete Insitute

14 Comite Euro-International Du Beton (1991) CEB-FIP Model code 1990 15.Collins M.P, Mitchell D (1980), Shear and Torsion Design of Prestressed

and Non-prestressed Concrete Beam, Journal of Prestressed Concrete

Inst.25

16 D Duthinh, N.J Carino (1996), Shear Design of HSC Beams: A Review of

the State-of-the-Art, NISTIR 5870

17.M P Collins, D Mitchell, P Adebar, and F J Vecchio (1996), A General

Shear Design Method, ACI Struct.J

18 F J Vecchio and M P Collins (1986), Modified Compression Field

Theory for Reinforced Concrete Elements Subjected to Shear, J ACI

19 F J Vecchio and M P Collins (1988), Prediciting the Response of

Reinforced Concrete Beams Subjected to Shear Using the Modified Compression Field Theory, J ACI

Tiếng Nga

20 СП 63.13330.2012 Свод правил Бетонные и железобетонные конструкции Основные положения Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003