Nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường sợi (FRP) để xây dựng cầu ở Campuchia

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CHENG POR ENG NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT POLYME GIA CƯỜNG SỢI (FRP) ĐỂ XÂY DỰNG CẦU Ở CAMPUCHIA LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 11- 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CHENG POR ENG NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT POLYME GIA CƯỜNG SỢI (FRP) ĐỂ XÂY DỰNG CẦU Ở CAMPUCHIA Ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình đặc biệt Mã số : 62.58.02.06 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS Nguyễn Viết Trung PGS.TS Nguyễn Thị Tuyết Trinh HÀ NỘI – 11 - 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận án “Nghiên cứu ứng xử uốn dầm bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường sợi (FRP) để xây dựng cầu Campuchia” cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực chưa công bố công trình từ trước Tác giả luận án Cheng Por Eng ii LỜI CẢM ƠN Luận án thực Bộ mơn Cơng trình Giao thơng thành phố Cơng trình thủy, khoa Cơng trình, Trường Đại học Giao thông vận tải hướng dẫn GS.TS Nguyễn Viết Trung PGS.TS Nguyễn Thị Tuyết Trinh Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Viết Trung, PGS.TS Nguyễn Thị Tuyết Trinh hết lòng giúp đỡ, tạo điều kiện tác giả hoàn thành luận án Tác giả chân thành cảm ơn q thầy giáo Bộ mơn Cơng trình giao thơng thành phố Cơng trình thủy - Trường Đại học Giao thông vận tải động viên, giúp đỡ tạo điều kiện để tơi hồn thành luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn phòng Đào tạo sau đại học trường Đại học Giao thông vận tải giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập trường Tác giả xin trân trọng cảm ơn Phòng thí nghiệm Vilas 047 Trường Đại học Giao thông vận tải tạo điều kiện giúp đỡ thực nghiên cứu thực nghiệm Cuối bày tỏ cảm ơn đến gia đình người thân động viên, giúp đỡ tơi suốt trình học tập, nghiên cứu Hà Nội, ngày 02 tháng 11 năm 2017 Tác giả Cheng Por Eng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH VẼ x DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT xiii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU xiv MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG CẦU Ở CAMPUCHIA VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT POLYME GIA CƯỜNG SỢI (FRP) 1.1 Tổng quan xây dựng cầu Campuchia 1.1.1 Điều kiện tự nhiên Campuchia 1.1.2 Mạng lưới giao thông vận tải Campuchia 10 1.1.3 Tình hình sử dụng bê tơng cường độ cao xây dựng cầu Campuchia .12 1.1.4 Bảo dưỡng sửa chữa tình trạng hư hỏng mạng lưới giao thơng Campuchia .15 1.2 Tổng quan bê tông cường độ cao (BTCĐC) 19 1.2.1 Giới thiệu bê tông cường độ cao 19 1.2.2 Ứng dụng phân loại bê tông cường độ cao 20 1.3 Tổng quan cốt polyme gia cường sợi (FRP) 21 1.3.1 Giới thiệu vật liệu FRP .21 1.3.2 Lịch sử phát triển tình hình áp dụng cốt FRP 22 1.3.3 Các Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt FRP .26 1.4 Đặc điểm tính chất cách sản suất vật liệu FRP 27 iv 1.4.1 Cách sản xuất vật liệu FRP 27 1.4.2 Đặc điểm tính chất vật liệu FRP 30 1.4.3 Ứng xử phụ thuộc vào thời gian .35 1.4.4 Dính bám cốt FRP với bê tông 36 1.5 Các nghiên cứu ứng xử uốn dầm bê tông cốt FRP 38 1.5.1 Các nghiên cứu giới .38 1.5.2 Các nghiên cứu Việt Nam .41 1.6 Xác định vấn đề nghiên cứu luận án 42 1.7 Kết luận chương 43 CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT POLYME GIA CƯỜNG SỢI (FRP) .44 2.1 Thiết kế kết cấu bê tông cốt FRP chịu uốn theo TTGH cường độ 44 2.1.1 Các giả thiết thiết kế .45 2.1.2 Mơ hình vật liệu bê tơng cường độ cao cốt FRP 45 2.1.3 Hệ số sức kháng ϕ 52 2.1.4 Dạng phá hoại cấu kiện chịu uốn .54 2.1.5 Mô men uốn danh định .57 2.2 Thiết kế kết cấu bê tông cốt FRP chịu cắt theo TTGH cường độ 57 2.2.1 Cường độ chống cắt danh định bê tông Vc 58 2.2.2 Sức kháng cắt cốt FRP, Vf 58 2.3 Thiết kế kết cấu bê tông cốt FRP theo TTGH sử dụng 59 2.3.1 Kiểm soát vết nứt 59 2.3.2 Kiểm soát độ võng 64 2.4 Thiết kế kết cấu theo TTGH mỏi 64 2.5 Trình tự kiểm tốn loại mặt cắt dầm bê tông cốt FRP cốt thép 66 v 2.5.1 Trình tự kiểm tốn mặt cắt bê tông sử dụng cốt FRP chịu kéo 66 2.5.2 Kiểm tốn mặt cắt bê tơng sử dụng cốt FRP kết hợp với cốt thép vùng chịu kéo 70 2.5.3 Kiểm tốn mặt cắt bê tơng sử dụng cốt FRP vùng chịu kéo cốt thép vùng chịu nén 74 2.6 Kết luận chương 76 CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM UỐN DẦM BÊ TƠNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT POLYME GIA CƯỜNG SỢI THỦY TINH (GFRP) 77 3.1 Mở đầu 77 3.2 Cơng tác chuẩn bị mẫu thí nghiệm 77 3.2.1 Chuẩn bị ván khuôn buộc cốt GFRP 77 3.2.2 Vật liệu .78 3.2.3 Chi tiết dầm thí nghiệm 80 3.3 Tiêu chuẩn thí nghiệm 81 3.3.1 Tiến hành lắp đặt thiết bị đo biến dạng vào cốt chịu kéo GFRP 81 3.3.2 Công tác đổ bảo dưỡng bê tông dầm 82 3.3.3 Phương pháp tiến hành thí nghiệm 83 3.4 Phân tích kết thí nghiệm 89 3.4.1 Các hình dạng vết nứt dầm thí nghiệm 89 3.4.2 Các dạng phá hoại dầm thí nghiệm 90 3.5 Đánh giá kết thí nghiệm 90 3.5.1 So sánh kết thí nghiệm với kết tính tốn 90 3.5.2 Đánh giá độ mở rộng vết nứt độ võng 92 3.6 Kết luận chương 94 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT POLYME GIA CƯỜNG SỢI (FRP) 96 vi 4.1 Đặt vấn đề .96 4.2 Các thiết kế 97 4.2.1 Các Tiêu chuẩn thiết kế 97 4.2.2 Kết cấu cầu .97 4.2.3 Các số liệu đặc tính dầm tính tốn .98 4.2.4 Số liệu cấu tạo mặt cầu 99 4.3 Thiết kế thử nghiệm dầm cầu 100 4.3.1 So sánh hiệu dầm theo loại cốt 100 4.3.2 Xác định tỷ lệ h/L tối thiểu dầm theo loại cốt 103 4.3.3 Chọn tỷ lệ (h/L) để tìm hàm lượng cốt FRP .116 4.4 Thiết kế thử nghiệm mặt cầu dầm chữ T 122 4.4.1 Kết tính tốn nội lực mặt cầu 122 4.4.2 So sánh mặt cầu sử dụng cốt thép, cốt GFRP cốt CFRP 124 4.5 Kết luận chương 125 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 127 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ a TÀI LIỆU THAM KHẢO b PHỤ LỤC (QUYỀN 2) l vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Lượng mưa trung bình hàng năm Bảng 1.2 Phương thức mạng lưới giao thông Campuchia 11 Bảng 1.3 Chiều dài mạng lưới đường Bộ Campuchia tính đến năm 2014 11 Bảng 1.4 Kết cấu khảo sát năm 2012 12 Bảng 1.5 Các loại cầu khảo sát dự án [93] 12 Bảng 1.6 Phân loại bê tông theo cường độ chịu nén 13 Bảng 1.7 Thống kê phát triển ngành cầu Campuchia 13 Bảng 1.8 Tổng chiều dài thiệt hại mạng lưới giao thông Campuchia năm 2011 18 Bảng 1.9 Danh sách cầu bị hư hại (2011) 18 Bảng 1.10 Tỷ trọng cốt FRP cốt thép (g/cm3) 32 Bảng 1.11 Hệ số đặc trưng việc giãn nở nhiệt cốt thép cốt FRP 32 Bảng 1.12 Các tiêu lý yêu cầu vật liệu FRP [22] 33 Bảng 2.1 Hệ số giảm môi trường theo điều kiện tiếp xúc cấu kiện .52 Bảng 2.2 Bề dày tối thiểu khuyến nghị dầm/bản theo ACI 440 61 Bảng 2.3 Giá trị kb 63 Bảng 2.4 Giới hạn ứng suất phá hoại từ biến cốt FRP 65 Bảng 3.1 Vật liệu sử dụng 78 Bảng 3.2 Thành phần (1 m3) cấp phối bê tông cường độ cao (2456,24 kg/m3) 78 Bảng 3.3 Kết thí nghiệm mẫu thử tuổi bê tơng ngày .79 Bảng 3.4 Kết thí nghiệm mẫu thử tuổi bê tơng 28 ngày 80 Bảng 3.5 Các thông số dự kiến kết thí nghiệm 80 Bảng 3.6 Số liệu kết thí nghiệm dầm 85 Bảng 3.7 Tải trọng gây nứt tải trọng phá hoại 90 viii Bảng 3.8 Biến dạng bê tông chịu nén cốt GFRP chịu kéo bị phá hoại .91 Bảng 3.9 Quan hệ tải trọng – độ võng (mm) 92 Bảng 3.10 Kết tính tốn  = 0,55 93 Bảng 3.11 Kết tính tốn tải trọng giới hạn phù hợp 94 Bảng 3.12 So sánh kết dầm thí nghiệm (NCS) với kết khác 94 Bảng 4.1 Nội lực dầm (L=12 m) 100 Bảng 4.2 Bố trí loại cốt cho xấp xỉ .101 Bảng 4.3 Kết tính tốn dầm theo loại cốt .101 Bảng 4.4 So sánh hiệu loại cốt cho dầm cầu 102 Bảng 4.5 Kết tính tốn dầm sử dụng cốt thép (chiều dài thay đổi) .104 Bảng 4.6 Kết tính tốn dầm sử dụng cốt GFRP (chiều dài thay đổi) 104 Bảng 4.7 Kết tính toán dầm sử dụng cốt CFRP (chiều dài thay đổi) 105 Bảng 4.8 Kết tính tốn dầm sử dụng cốt Hybrid (chiều dài thay đổi) 106 Bảng 4.9 Kết loại dầm thay đổi theo chiều dài 109 Bảng 4.10 Kết tính tốn dầm sử dụng cốt thép (chiều cao thay đổi) 110 Bảng 4.11 Kết tính tốn dầm sử dụng cốt GFRP (chiều cao thay đổi) 111 Bảng 4.12 Kết tính tốn dầm sử dụng cốt CFRP (chiều cao thay đổi) 112 Bảng 4.13 Kết tính tốn dầm sử dụng cốt Hybrid (chiều cao thay đổi) .112 Bảng 4.14 Kết loại dầm thay đổi theo chiều cao dầm 115 Bảng 4.15 Bố trí loại cốt cho mặt cắt dầm 117 Bảng 4.16 Kết tính tốn loại dầm (cốt vừa đủ) .119 Bảng 4.17 Bố trí tính tốn thử tỷ lệ cốt GFRP cốt thép 120 Bảng 4.18 Kết tính tốn dầm Hybrid 121 Bảng 4.19 Số liệu nội lực mặt cầu .122 ... nghiên cứu: - Bê tông cường độ cao; - Các phương pháp tính tốn, thiết kế dầm bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường sợi (FRP); - Thí nghiệm ứng xử uốn dầm bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường. .. cấu bê tông cốt polyme gia cường sợi (FRP) theo hướng ứng dụng cho cơng trình cầu Do việc nghiên cứu ứng xử uốn dầm bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường sợi (FRP) theo hướng ứng dụng xây dựng. .. uốn dầm bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường sợi thủy tinh (GFRP) Bao gồm nội dung: - Thí nghiệm uốn điểm mẫu dầm bê tông cường độ cao cốt GFRP; - Quan sát ứng xử uốn dầm bê tông cường độ