Nghiên cứu ứng dụng bê tông cường độ siêu cao trong thiết kế dầm cầu chữ I

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO TRONG THIẾT KẾ DẦM CẦU CHỮ ILUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬTNGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌCTS. Phạm Duy AnhHà Nội 2015LỜI CAM ĐOANTôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.LỜI CẢM ƠNSau thời gian học tập, nghiên cứu, với sự giúp đỡ của các thầy, cô Trường Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội, tôi đã hoàn thành luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật “Nghiên cứu ứng dụng bê tông cường độ siêu cao trong thiết kế dầm cầu chữ I”; Với tình cảm chân thành, tác giả xin bày tỏ lòng cám ơn đến Ban giám hiệu, Phòng đào tạo sau đại học, Khoa Cầu hầm Trường đại học Giao thông vận tải Hà Nội, các cán bộ quản lý và toàn thể quý thầy cô tham gia giảng dạy lớp Cao học cầu hầm khóa 2013 2015 đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này.Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Phạm Duy Anh đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi nghiên cứu đề tài, hiệu chỉnh và hoàn thiện luận văn.MỤC LỤCLỜI CAM ĐOANiLỜI CẢM ƠNiiMỤC LỤCiiiDANH MỤC CÁC BẢNG BIỂUviDANH MỤC CÁC HÌNH ẢNHviiDANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮTxPHẦN MỞ ĐẦU1CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO TRONG THIẾT KẾ DẦM CẦU41.1. Khái niệm chung về bê tông41.2. Nhược điểm của bê tông xi măng thường và những biện pháp khắc phục41.3. Phương pháp xác định cường độ chịu nén của bê tông xi măng51.4. Khái niệm bê tông cường độ cao và siêu cao.61.5. So sánh bê tông cường độ siêu cao với bê tông cường độ cao và bê tông thường61.6. Ứng dụng bê tông cường độ siêu cao trên thế giới71.6.1. Cầu WILD Völkermarkt (Áo)71.6.2. Cầu Log Čezsoški Soča river, Slovenia111.6.3. Một số công trình khác trên thế giới sử dụng loại vật liệu mới BTCĐSC131.7. Các công trình nghiên cứu về bê tông cường độ siêu cao đã được công bố ở Việt Nam15CHƯƠNG 2. CÁC ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO.172.1. Đặc tính vật liệu của bê tông BTCĐSC172.1.1. Độ đặc của bê tông cường độ siêu cao172.1.2. Co ngót và từ biến của bê tông cường độ siêu cao192.1.3. Modun đàn hồi212.1.4. Cường độ chịu kéo, nén của bê tông BTCĐSC222.1.5. Tính thấm khí272.1.6. Độ khuếch tán Ion Clo282.2. Đặc tính kết cấu của bê tông BTCĐSC282.2.1. Độ bền của BTCĐSC282.2.2. Cường độ nén uốn, kéo uốn302.2.3. Sức kháng cắt322.2.4. Tải trọng phá hoại danh định332.2.5. Quan hệ giữa lực, ứng xuất với biến dạng và tải trọng với chuyển vị của BTCĐSC342.2.6. Độ bền mỏi của BTCĐSC352.2.7. Khả năng chịu lửa của BTCĐSC36CHƯƠNG 3. GIẢI PHÁP THIẾT KẾ CẦU DẦM CHỮ I ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO373.1. Tổng quát về thiết kế thành phần bê tông cường độ siêu cao373.2. Vật liệu chế tạo373.2.1. Xi măng383.2.2. Các phụ gia hóa học383.2.3. Muội silic393.2.4. Cốt liệu lớn413.2.5. Bột433.3. Chế tạo bê tông cường độ siêu cao theo lý thuyết tối ưu về độ đặc453.3.1. Mở đầu453.3.2. Tối ưu hóa cường độ siêu cao bằng việc sử dụng mô hình độ đặc453.3.3. Các nguyên tắc chính để tạo ra thành phần bê tông cường độ siêu cao463.3.4. Thành phần hạt đảm bảo độ đặc cao phù hợp cấp phối hạt tối ưu473.4.2. Tính toán lựa chọn hỗn hợp bê tông493.5. Thiết kế dầm cầu chữ I dự ứng lực và sử dụng bê tông cường độ siêu cao523.5.1. Dầm cầu chữ I dự ứng lực sử dụng bê tông thường523.5.2. Dầm cầu chữ I dự ứng lực sử sụng bê tông cường độ siêu cao573.5.3. Kết quả thiết kế603.6. Đánh giá ưu nhược điểm của dầm cầu chữ I ứng dụng bê tông cường độ siêu cao61KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ62TÀI LIỆU THAM KHẢO65

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHUẤT VĂN SƠN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO TRONG THIẾT KẾ DẦM CẦU CHỮ I Ngành: Xây dựng Cầu Hầm Mã số: 60.58.02.05.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Phạm Duy Anh ii Hà Nội 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Khuất Văn Sơn ii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập, nghiên cứu, với giúp đỡ thầy, cô Trường Đại học Giao thơng Vận tải Hà Nội, tơi hồn thành luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật “Nghiên cứu ứng dụng bê tông cường độ siêu cao thiết kế dầm cầu chữ I”; Với tình cảm chân thành, tác giả xin bày tỏ lòng cám ơn đến Ban giám hiệu, Phòng đào tạo sau đại học, Khoa Cầu hầm - Trường đại học Giao thông vận tải Hà Nội, cán quản lý toàn thể quý thầy cô tham gia giảng dạy lớp Cao học cầu hầm khóa 2013 - 2015 tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho tơi q trình học tập hoàn thành luận văn Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Phạm Duy Anh tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tơi nghiên cứu đề tài, hiệu chỉnh hoàn thiện luận văn Hà Nội, ngày tháng Tác giả Khuất Văn Sơn năm 2015 iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT x PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO TRONG THIẾT KẾ DẦM CẦU 1.1 Khái niệm chung bê tông 1.2 Nhược điểm bê tông xi măng thường biện pháp khắc phục 1.3 Phương pháp xác định cường độ chịu nén bê tông xi măng 1.4 Khái niệm bê tông cường độ cao siêu cao 1.5 So sánh bê tông cường độ siêu cao với bê tông cường độ cao bê tông thường 1.6 Ứng dụng bê tông cường độ siêu cao giới 1.6.1 Cầu WILD - Völkermarkt (Áo) 1.6.2 Cầu Log Čezsoški - Soča river, Slovenia 11 1.6.3 Một số cơng trình khác giới sử dụng loại vật liệu BTCĐSC .13 1.7 Các công trình nghiên cứu bê tơng cường độ siêu cao công bố Việt Nam .15 CHƯƠNG CÁC ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA BÊ TƠNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO .17 2.1 Đặc tính vật liệu bê tơng BTCĐSC 17 2.1.1 Độ đặc bê tông cường độ siêu cao 17 iv 2.1.2 Co ngót từ biến bê tông cường độ siêu cao 19 2.1.3 Modun đàn hồi 21 2.1.4 Cường độ chịu kéo, nén bê tơng BTCĐSC 22 2.1.5 Tính thấm khí 27 2.1.6 Độ khuếch tán Ion Clo 28 2.2 Đặc tính kết cấu bê tông BTCĐSC 28 2.2.1 Độ bền BTCĐSC 28 2.2.2 Cường độ nén uốn, kéo uốn 30 2.2.3 Sức kháng cắt 32 2.2.4 Tải trọng phá hoại danh định 33 2.2.5 Quan hệ lực, ứng xuất với biến dạng tải trọng với chuyển vị BTCĐSC 34 2.2.6 Độ bền mỏi BTCĐSC 35 2.2.7 Khả chịu lửa BTCĐSC 36 CHƯƠNG GIẢI PHÁP THIẾT KẾ CẦU DẦM CHỮ I ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO 37 3.1 Tổng quát thiết kế thành phần bê tông cường độ siêu cao 37 3.2 Vật liệu chế tạo 37 3.2.1 Xi măng .38 3.2.2 Các phụ gia hóa học 38 3.2.3 Muội silic 39 3.2.4 Cốt liệu lớn .41 3.2.5 Bột .43 3.3 Chế tạo bê tông cường độ siêu cao theo lý thuyết tối ưu độ đặc 45 3.3.1 Mở đầu 45 3.3.2 Tối ưu hóa cường độ siêu cao việc sử dụng mơ hình độ đặc .45 v 3.3.3 Các nguyên tắc để tạo thành phần bê tông cường độ siêu cao 46 3.3.4 Thành phần hạt đảm bảo độ đặc cao phù hợp cấp phối hạt tối ưu 47 3.4.2 Tính tốn lựa chọn hỗn hợp bê tông 49 3.5 Thiết kế dầm cầu chữ I dự ứng lực sử dụng bê tông cường độ siêu cao 52 3.5.1 Dầm cầu chữ I dự ứng lực sử dụng bê tông thường 52 3.5.2 Dầm cầu chữ I dự ứng lực sử sụng bê tông cường độ siêu cao .57 3.5.3 Kết thiết kế 60 3.6 Đánh giá ưu nhược điểm dầm cầu chữ I ứng dụng bê tông cường độ siêu cao 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .62 TÀI LIỆU THAM KHẢO .65 vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các tính BTCĐSC bê tông thường Bảng 2.1: Độ rỗng chứa nước loại bê tông 19 Bảng 2.2: Modun đàn hồi theo lý thuyết hỗn hợp bê tông BTCĐSC (Gpa).21 Bảng 2.3: Cường độ chịu nén hỗn hợp bê tông BTCĐSC (Mpa) .24 Bảng 2.4: Cường độ chịu kéo chẻ hỗn hợp bê tông BTCĐSC (Mpa) 25 Bảng 2.5: Tỷ lệ hỗn hợp sử dụng 26 Bảng 2.6: Đặc tính học bê tơng BTCĐSC 26 Bảng 2.7: Hệ số khuếch tán Ion Clo loại bê tông 28 Bảng 2.8: So sánh độ bền BTCĐSC với bê tông thường 30 Bảng 2.9: Tải trọng lý thuyết thực nghiệm bê tông BTCĐSC 33 Bảng 2.10: Kết kiểm tra thực nghiệm mẫu dầm .34 Bảng 3.1: Thành phần cấp phối hạt cát Quarzt 42 Bảng 3.2: Lượng lọt sàng (%) bột Quartz nghiền .44 Bảng 3.3: Tính tốn độ đặc hỗn hợp 51 Bảng 3.4: Các trường hợp tính tốn, thiết kế 52 Bảng 3.5: Bố trí cốt thép dự ứng lực 56 Bảng 3.6: Bố trí cốt thép dự ứng lực 58 Bảng 3.7: So sánh dầm BTCĐSC dầm BTCT thường 61 vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén bê tơng xi măng Hình 1.2: So sánh cường độ chịu nén bê tông thường, bê tông cường độ cao BTCĐSC Hình 1.3: Kết cấu hình học cầu WILD Hình 1.4: Nét đặc biệt công nghệ thi công cầu WILD .8 Hình 1.5: Cấu tạo dầm đến dầm (sử dụng vật liệu BTCĐSC) Hình 1.6: Bố trí sợi cáp dự ứng lực .9 Hình 1.7: Các khớp liên kết (sử dụng vật liệu BTCĐSC) 10 Hình 1.8: Một số hình ảnh thi cơng cầu WILD 10 Hình 1.9: Cầu WILD sau hoàn thành .10 Hình 1.10: Cầu Log Čezsoški, Soča river, Slovenia 11 Hình 1.11: Cầu Log Čezsoški hữu .12 Hình 1.12: Hình ảnh thi cơng lớp BTCĐSC .12 Hình 1.13: Hình ảnh cầu Log Čezsoški sau tăng cường .13 Hình 1.14: Mái che nhà ga xe lửa Calgary, Alberta, Canada .13 Hình 1.15: Cầu Glenmore/Legsby .14 Hình 1.16: Hình dáng kiến trúc lạ mắt mái nhà ga .14 Hình 1.17: Nét mảnh vòm chế tạo BTCĐSC 14 Hình 1.18: Cầu Cat Point Creek xây dựng Mỹ năm 2008 với dầm I sử dụng BTCĐSC 15 Hình 2.1: Ảnh hưởng vật liệu chèn lấp lỗ rỗng đến cấu trúc BTCĐSC 17 Hình 2.2: Ảnh hưởng độ đặc chất độn đến tính lưu biến BTCĐSC .18 Hình 2.3: Cấu trúc vi mô BTCĐSC bê tông cường độ cao 18 Hình 2.4: Sự phân bổ kích thước lỗ rỗng bê tơng thường, bê tông cường độ cao bê tông cường độ siêu cao .19 Hình 2.5: Sự biến đổi co ngót theo thời gian BTCĐSC có khơng có cốt liệu thơ .20 viii Hình 2.6: Sự thay đổi modun đàn hồi theo lý thuyết theo chế độ xử lý 22 Hình 2.7: Sự phát triển cường độ chịu nén bê tông theo tỷ lệ nước/ximăng 23 Hình 2.8: Sự thay đổi cường độ chịu nén theo tỷ lệ % bột Quartz với khối lượng xi măng 24 Hình 2.9: Sự thay đổi cường độ chịu kéo chẻ theo chế độ xử lý 25 Hình 2.10: Độ thấm kT phân bố dọc theo trọc dọc 27 Hình 2.11: Thí nghiệm độ khuếch tán Ion Clo bê tơng thường, bê tông cường độ cao bê tông cường độ siêu cao .28 Hình 2.12: Sự phân bổ kích thước lỗ rỗng bê tông thường, HPC BTCĐSC 29 Hình 2.13: Những giá trị độ thấm clo bê tông thường, HPC BTCĐSC 29 Hình 2.14: Thử nghiệm với thuốc nổ TNT 30 Hình 2.15: Thí nghiệm uốn tròn BTCĐSC 31 Hình 2.16: Ảnh chụp X-quang mẫu có xếp khác sợi thép 32 Hình 2.17: Quan hệ ứng suất - biến dạng vùng nén 34 Hình 2.18: Quan hệ lực biến dạng 35 Hình 2.19: Quan hệ tải trọng chuyển vị .35 Hình 2.20: Biểu đồ S-N BTCĐSC so sánh với bê tông thường (NC) 36 Hình 3.1: Các thành phần chủ yếu BTCĐSC .37 Hình 3.2: Muội silic 41 Hình 3.3: Mỏ Quartzit Thanh Sơn - Phú Thọ 41 Hình 3.4: Cát Quartz 43 Hình 3.5: Bột Quartz 44 Hình 3.6: Kích thước mặt cắt nhịp 55 Hình 3.7: Kích thước mặt cắt gối 55 Hình 3.8: Bố trí cốtthép DƯL mặt cắt dầm mặt cắt gối 56 53 Chiều dày dầm ngang Chiều dày mặt cầu Lớp phủ mặt cầu Tải trọng hành Trọng lượng riêng BT asphalt Trọng lượng thép làm tay vịn lan can Hệ số xe Tng= Tbmc= BTXM= Asphalt= q= gac= gs= m= 0.16 0.13 0.05 0.07 3*10-3 2250 40 (m) (m) (m) (m) (Mpa) (kg/m3) kg/m 54 Lựa chọn vật liệu với thông số sau: Bê tông 1.1.Dầm BTCT Đúc sẵn Cường độ bê tông tuổi 28 ngày Tỷ trọng bê tông Ec 0.043 * c1.5 Mô đun đàn hồi Cường độ chịu kéo uốn bê tông fc'= gc= fc ' fr 0.63 * fc ' = 40 (Mpa) 2400 (kg/m3) 31975.35 (Mpa) = 3.984469 (Mpa) 0.2 m= 1.2 Bản bê tông đổ sau Cường độ bê tông tuổi 28 ngày Ec 0.043 * c Mô đun đàn hồi fc'= fc ' = 40 (Mpa) 31975.35 (Mpa) 1.0000 Tỷ số mô đun đàn hồi dầm/bản nb= Cốt thép thường Giới hạn chảy fy= 420 Mô đun đàn hồi Es= 200000 3.Cốt thép dự ứng lực Sử dụng loại CT dự ứng lực ASTM A416M, loại tự chùng thấp Cấp thép 270 Đường kính tao cáp 12.7 Diện tích tao cáp Ap= 98.7 Cường độ chịu kéo fpu= 1860 Giới hạn chảy fy= 1674 Mô đun đàn hồi Ep= 197000 Tỷ số mô đun đàn hồi np= 6.161 (Mpa) (Mpa) (mm) (mm2) (Mpa) (Mpa) (Mpa) 55 Kích thước mặt cắt nhịp: Ký hiệu Kích thước (cm) b h b h b 3 6 b h b h b h 10 4 5 6 0 h3 b2 H3 H2 H1 B1 b4 b3 h h4 B3 b5 H6 h5 b5 b6 Hình 3.6: Kích thước mặt cắt nhịp Kích thước mặt cắt gối: b Ký hiệu Kích thước (cm) h1 b b h2 h3 76 12 10 5 b2 b6 h b3 h6 b4 h4 h3 h2 h1 b1 b3 b h4 80 b h5 b 6 h6 20 56 Hình 3.7: Kích thước mặt cắt gối Bố trí cốt thép dự ứng lực: Khoảng cách từ đầu dầm đến điểm uốn nhóm 1: Độ nghiêng nhóm CT DƯL so với trục dầm Khoảng cách từ đầu dầm đến điểm uốn nhóm 2: Độ nghiêng nhóm CT DƯL so với trục dầm kc1= tga1= kc2= tga2= 11000 0.06818182 9000 0.08333333 Bảng 3.5: Bố trí cốt thép dự ứng lực Nhóm Mặt cắt K/c x (m) Nhóm Số tao Nhóm 1029.5454 Nhóm Nhóm K/c từ 905 90 382.42424 TT đến 28 42 Gối Cách 1.5 m 300 1800 L/4 L/3 8150 10766.67 L/2 16000 494.3181 927.27273 780 90 344.54545 180 90 172.3863 300 180 90 140 thớ Hình 3.8: Bố trí cốtthép DƯL mặt cắt dầm mặt cắt gối 300 180 90 140 1200 57 Tim nhãm - 14 tao thÐp 12.7mm kÐo th¼ng Tim nhãm - 14 tao thÐp 12.7mm 8000 Tim nhãm - tao thÐp 12.7mm 10000/2 3000 Hình 3.9: Bố trí cốt thép DƯL theo phương dọc dầm 3.5.2 Dầm cầu chữ I dự ứng lực sử sụng bê tông cường độ siêu cao Học viên lựa chọn dầm chữ I dự ứng lực sử sụng bê tông cường độ siêu cao mẫu bê tơng nhóm kỹ sư thuộc trường Đại học Menoufiya trường Đại học Sinai, Ai Cập nghiên cứu [13] với số liệu thiết kế giống dầm chữ I dự ứng lực sử sụng bê tông thường trên, khác thông số sau: Thành phần hỗn hợp bê tông sau: Xi măng (800 kg/m3), Silica Fume (240 kg/m3), Cát (1230 kg/m3), phụ gia siêu dẻo (80 kg/m3), nước (144 kg/m3) Vật liệu: Cường độ bê tông tuổi 28 ngày Tỷ trọng bê tông Mô đun đàn hồi Ba trường hợp dầm chữ I dự ứng lực fc'= 152 (Mpa) gc= 2494 (kg/m3) Ec = 40990 (Mpa) sử dụng bê tông cường độ siêu cao với số thông số khác biệt thiết kế sau: * Trường hợp 1: Giữ nguyên chiều dài dầm, chiều cao dầm, thay đổi cốt thép dự ứng lực Bố trí cốt thép dự ứng lực: Khoảng cách từ đầu dầm đến điểm uốn nhóm 1: Độ nghiêng nhóm CT DƯL so với trục dầm Khoảng cách từ đầu dầm đến điểm uốn nhóm 2: Độ nghiêng nhóm CT DƯL so với trục dầm kc1= tga1= kc2= tga2= 11000 mm 0.068182 8000 mm 0.09375 58 Bảng 3.6: Bố trí cốt thép dự ứng lực Nhóm Mặt cắt K/c x (m) Nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Kc từ Gối Cách 1.5 m 300 1800 L/4 L/3 10766 L/2 8150 67 16000 Số tao 14 14 979.545 877.272 444.31 265.90 45 831.875 110 73 691.25 110 82 110 110 91 110 110 572.659 495.954 176.86 141.18 09 55 36 18 250 110 110 TT đến thớ 35 138 Tim nhãm - 14 tao thÐp 12.7mm kÐo th¼ ng 9000 tag  2400 tag a2 Hình 3.10: Bố trí cốt thép DƯL mặt cắt dầm mặt cắt gối Tim nhãm - 14 tao thÐp 12.7mm Tim nhãm - tao thÐp 12.7mm 2000 10000/2 Hình 3.11: Bố trí cốt thép DƯL theo phương dọc dầm * Trường hợp 2: Giữ nguyên chiều dài dầm, cốt thép dự ứng lực, thay đổi chiều cao dầm 59 Chiều cao dầm chủ: H = 1.1 m Kích thước mặt cắt nhịp: Ký hiệu Kích thước (cm) b h b h b 3 6 b h b h b h 10 4 5 6 0 h3 b2 H3 H2 H1 B1 b4 b3 h h4 B3 b5 H6 h5 b5 b6 Hình 3.12: Kích thước mặt cắt nhịp Kích thước mặt cắt gối: Ký hiệu Kích thước (cm) b h1 b h2 b 76 12 10 h3 b 5 h4 70 b h5 b 6 h6 20 60 b2 b3 h b4 h6 b3 h4 h3 h2 h1 b1 b6 Hình 3.13: Kích thước mặt cắt đầu dầm * Trường hợp 3: Giữ nguyên chiều cao dầm, cốt thép dự ứng lực, thay đổi chiều dài dầm Chiều dài dầm: L = 36 m Chiều dài nhịp tính tốn: Ltt = 35.4 m 3.5.3 Kết thiết kế Học viên sử dụng bảng tính excel để kiểm tốn ba trường hợp dầm bê tơng bao gồm: kiểm tốn ứng xuất bê tông theo trạng thái giới hạn sử dụng giai đoạn chế tạo; kiểm toán sức kháng uốn, sức kháng cắt tiết diện theo trạng thái giới hạn; kiểm toán sức kháng danh định tiết diện; kiểm tra độ võng hoạt tải, độ vồng áp lực dầm; kiểm tra khả chịu uốn, lượng cốt thép tối đa, mô men nứt, lượng cốt thép tối thiểu mặt cầu Các kết kiểm tốn cho thấy ba dầm bê tơng đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05 61 3.6 Đánh giá ưu nhược điểm dầm cầu chữ I ứng dụng bê tông cường độ siêu cao Từ kết nghiên cứu lý thuyết so sánh dầm bê tơng cốt thép cường độ siêu cao so với dầm bê tông cốt thép thường sau: Bảng 3.7: So sánh dầm BTCĐSC dầm BTCT thường Trường hợp TH1 TH2 TH3 Tiêu chí Sức kháng uốn Độ võng Cốt thép DƯL Chiều cao dầm Độ võng Sức kháng uốn Chiều dài dầm Độ võng Sức kháng uốn Dầm BTCT thường 7.2*109 Nmm 36.1 mm 42 tao cáp 1.2 m 36.1 mm 7.2*109 Nmm 32 m 36.1 mm 7.2*109 Nmm Dầm Thay đổi BTCĐSC 6.6*109 Nmm 31.9 mm 35 tao cáp 1.1 m 39.2 mm 7.1*109 Nmm 36 m 44 mm 7.9*109 Nmm Giảm 8.3% Giảm 11.6% Giảm 16.7% Giảm 8.3% Tăng 8.6% Giảm 1.4% Tăng 12,5% Tăng 21,9% Tăng 9,7% 62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau nghiên cứu lý thuyết đặc tính học, vật liệu chế tạo, thiết kế thành phần bê tông cường độ siêu cao so sánh ưu nhược điểm ba trường hợp dầm cầu chữ I dự ứng lực sử dụng bê tông cốt thép cường độ siêu cao so với dầm cầu chữ I dự ứng lực sử dụng bê tơng cốt thép thường đưa kết luận sau: 1.1 Loại bê tông cốt thép cường độ siêu cao ứng dụng cho dầm cầu sử dụng để phân tích, so sánh có tiêu lý, thành phần vật liệu sau: Bảng 1: Thành phần vật liệu bê tông cường độ siêu cao Xi măng Silica Cát Fume 800 240 kg/m3 Phụ gia Nước siêu dẻo 1230 kg/m3 80 kg/m3 217.57 kg/m3 kg/m3 Bảng 2: Các tiêu lý bê tông cường độ siêu cao Hạng mục Cường độ nén đặc trưng (28 ngày tuổi), Mpa Cường độ chịu kéo uốn (28 ngày tuổi), MPa Mô đun đàn hồi (28 ngày tuổi), Gpa Giá trị 152 14.73 40.99 1.2 Bê tơng cốt thép cường độ siêu cao có cấu trúc tối ưu với cường độ chịu nén đến 150 Mpa công trường Loại bê tông khơng có độ bền học mà độ bền hóa học, tuổi thọ độ chống thấm cao 1.3 Khi so sánh dầm cầu chữ I sử dụng bê tông cốt thép cường độ siêu cao trường hợp chiều dài dầm, chiều cao dầm giữ nguyên cốt thép DƯL 63 thay đổi với dầm cầu chữ I sử dụng bê tông cốt thép thường cho thấy sức kháng uốn giảm 8.3% , độ võng giảm 11.6%, số tao cáp DƯL giảm 16.7% Việc ứng dụng bê tông cốt thép cường độ siêu cao trường hợp giúp giảm độ võng dầm, giảm cốt thép DƯL làm giảm chi phí cốt thép DƯL giảm chiều cao tĩnh không cầu 1.4 Khi so sánh dầm cầu chữ I sử dụng bê tông cốt thép cường độ siêu cao trường hợp chiều dài dầm, cốt thép DƯL giữ nguyên chiều cao dầm thay đổi với dầm cầu chữ I sử dụng bê tông cốt thép thường cho thấy chiều cao dầm giảm 8.3%, độ võng tăng 8.6% sức kháng uốn giảm 1.4% Việc ứng dụng bê tông cốt thép cường độ siêu cao trường hợp giúp giảm chiều cao dầm cầu làm giảm chi phí dầm cầu, giảm chiều cao xây dựng dốc đường lên cầu 1.5 Khi so sánh dầm cầu chữ I sử dụng bê tông cốt thép cường độ siêu cao trường hợp chiều cao dầm, cốt thép DƯL giữ nguyên chiều dài dầm thay đổi với dầm cầu chữ I sử dụng bê tông cốt thép thường cho thấy chiều dài dầm tăng 12.5%, độ võng tăng 21.9% sức kháng uốn tăng 9.7% Việc ứng dụng bê tông cốt thép cường độ siêu cao trường hợp giúp tăng chiều dài dầm cầu tăng khả vượt nhịp, giảm số trụ cầu, tăng độ rộng tĩnh khơng cầu 1.6 Kết tính tốn cho thấy ứng dụng bê tông cốt thép cường độ siêu cao vào kết cấu dầm cầu Các tài liệu tính tốn dùng để tham khảo cho nhà nghiên cứu vật liệu bê tông cốt thép cường độ siêu cao Kıến nghị 2.1 Có thể ứng dụng bê tơng cốt thép cường độ siêu cao vào kết cấu dầm cầu Việt Nam cần yêu cầu đặc biệt dầm cầu (chiều dài, chiều cao, độ võng dầm) giá thành dầm cầu sử dụng bê tông cường độ cao không cao so với dầm cầu sử dụng bê tơng thường 64 2.2 Ngồi ra, ứng dụng bê tơng cốt thép cường độ siêu cao vào kết cấu dầm cầu có yêu cầu cao độ bền học, độ bền hóa học, tuổi thọ độ chống thấm Các hướng nghıên cứu tıếp theo 3.1 Cần nghiên cứu thực nghiệm đặc tính học bê tơng cường độ siêu cao sử dụng vật liệu địa phương để đánh giá cụ thể khả ứng dụng bê tông cường độ siêu cao Việt Nam 3.2 Cần nghiên cứu khả chống phóng xạ, chống ăn mòn, xâm thực bê tơng cốt sợi thép cường độ siêu cao để sử dụng cơng trình đặc biệt khác 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Phạm Duy Hữu, Đào Văn Đông, Phạm Duy Anh (2012), Vật liệu xây dựng mới, Nhà xuất GTVT, Hà Nội Phạm Duy Hữu, Nguyễn Ngọc Long, Đào Văn Đông, Phạm Duy Anh (2008), Bê tông cường độ cao chất lượng cao, Trường Đại học GTVT Hà Nội Phạm Duy Anh, Nguyễn Lộc Kha (2009), “Nghiên cứu phát triển công nghệ bê tông cường độ cao kết cấu cầu”, Tạp chí khoa học GTVT, (28) Kim Huy Hoàng, Bùi Đức Vinh, Trần Văn Mạnh, Hà Sơn Trí, Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG HCM (2010), “Tối ưu thành phần hỗn hợp bê tơng tự đầm cường độ siêu cao”, Tạp chí phát triển KH&CN, 13(K2) Nguyễn Lộc Kha (2013), Nghiên cứu thành phần, tính chất học bê tơng cường độ siêu cao ứng dụng kết cấu cầu, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học GTVT Hà Nội, Hà Nội Cao Thị Hồng Hạnh (2011), Nghiên cứu làm việc bê tông cường độ cao dự ứng lực ngoài, Luận văn Thạc sĩ khoa học kỹ thuật, Trường Đại học GTVT Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Viết Tuệ - Viện kết cấu bê tông vật liệu xây dựng, Đại học Leipzig (tháng 2/2005), “Bê tông siêu cường độ, chế tạo đặc trưng khả áp dụng”, Trường Đại Học giao thông vận tải Hà Nội Nguyễn Công Thắng, KS.Nguyễn Thị Thắng, PGS.TS.Phạm Hữu Hanh (2013), “Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao sử dụng Silica fume xỉ lò cao nghiện mịn Việt Nam”, Tạp chí khoa học công nghệ XD, (15) Bùi Đức Vinh, Bùi Phương Trinh, TS.Nguyễn Văn Chánh, Kim Huy Hoàng (2011), “Đặc tính vật lý học bê tơng hiệu siêu cao có khơng có cốt liệu lớn”, Tạp chí khoa học cơng nghệ Tp HCM 10.Phạm Duy Hữu (2011), Nghiên cứu công nghệ chế tạo bê tông cường độ siêu cao ứng dụng kết cấu cầu nhà cao tầng (UHSFRC), Đề tài nghiên 66 cứu khoa học công nghệ cấp trọng điểm, Trường Đại học GTVT Hà Nội, Hà Nội Tiếng Anh 11.T.Chandra Sekhara Reddy, J.K.Elumalai (2014), “Study of macro mechanical properties of ultra high strength concrete using quartz sand and silica fume”, International Journal of Research in Engineering and Technology, (3) 12.Srinivas Allena and Craig M Newtson (2010), Ultra-High Strength Concrete Mixtures Using Local Materials, New Mexico State University 13.Nageh N Meleka, Alaa A Bashandy - Menoufiya University and Mohamed A Arab - Sinai University, Egypt (2013), “Ultra High Strength Concrete Using Economical Materials”, International Journal of Current Engineering and Technology, (3) 14.M.M Kamal, M.A Safan, Z.A Etman, R.A Salama - Egypt (2013), “Behavior and strength of beams cast with ultra high strength concrete containing different types of fibers”, Housing and Building National Research Center 15.Cornelius OESTERLEE, Emmanuel DENARIÉ , Eugen BRUEHWILER Division of Maintenance and Safety (MCS), Strength and deformability distribution in UHPFRC panels, Ecole polytechnique fédérale de Lausanne 16.DIN 1054-1 (2001) Tragwerke aus Beton, Stahbeton and Spamnbeton, and Contruction, Berlin 17.Klaus Droll Influence of additions on ultra high performance concretes grain size optimisation, Wihelm Dyckerhoff Institut Dyckerhoff AG Wiesbaden, Germany 18.Michael Schmidt, (2002) Methods for Modelling and Calculation of High Density Packing for Cement and Fillers in UHSFRC, University of Kassel Kassel , Germany 19.Michael Schmidt and Ekkehard Fehling (2004) Ultra High Perfomance concrete: Research, development and application in Europe, Kassel Germany 67 20.Fuller, W.B; Thomson, S.E (1997) The laws of proportioning conrete American society of civil engineer, Vol.33;S.223-298 21.Geisenhansluke, C Diplomarbeit, Herleitung eines dreidimensionalen Partikelverteilungsmodells Enteicklung verbesserter UHSFRC, -Mischungen; Universitat Kassel, Diplomarbeit, Kassel (2002), Betreuer - T.teichmann 22.SETRA, AFGC.Béton fibrés ultra-hautes performences, recommandationn 23.Shah S.P (2005) Ultra High perfomance concrete, properties and applications 24.U.S Department of Transportation Federal Highway Administration (2006) Structural Behavior of Ultra - High Performance Concrete Prestressed IGirders