Đang tải... (xem toàn văn)
SLIDE TRÌNH BÀY LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬTCHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG CẦU HẦM TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀIBê tông cường độ siêu sao là một loại vật liệu mới, được nghiên cứu và ứng dụng thử nghiệm ở các nước tiên tiến trên thế giới trong vài thập kỷ gần đây. Hiện nay trên thế giới đang từng bước ứng dụng thử nghiệm trong nhiều công trình cầu, các công trình đặc biệt khác nhằm nâng cao khả năng chịu lực và độ bền của kết cấu công trình.Ở Việt Nam, nhiều công trình cầu, đường hiện đại đang được xây dựng, nên việc nghiên cứu phát triển một loại vật liệu bê tông mới có cường độ siêu cao để tăng khả năng chịu lực, độ bền của công trình là vấn đề cần thiết.
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO TRONG THIẾT KẾ DẦM CẦU CHỮ I GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS PHẠM DUY ANH NGƯỜI THỰC HIỆN: KHUẤT VĂN SƠN HÀ NỘI, THÁNG 11-2015 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Bê tông cường độ siêu loại vật liệu mới, nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm nước tiên tiến giới vài thập kỷ gần Hiện giới bước ứng dụng thử nghiệm nhiều cơng trình cầu, cơng trình đặc biệt khác nhằm nâng cao khả chịu lực độ bền kết cấu cơng trình Ở Việt Nam, nhiều cơng trình cầu, đường đại xây dựng, nên việc nghiên cứu phát triển loại vật liệu bê tông có cường độ siêu cao để tăng khả chịu lực, độ bền cơng trình vấn đề cần thiết TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Chúng ta nghĩ đến khả nghiên cứu chế tạo ứng dụng bê tông cường độ siêu cao từ vật liệu Việt Nam để áp dụng thay cho số dạng kết cấu cầu, đường kết cấu cơng trình nhà cao tầng, cơng trình đặc biệt khác Do việc nghiên cứu ứng dụng bê tông cường độ siêu cao thiết kế kết cấu cơng trình nói chung dầm cầu chữ I nói riêng có ý nghĩa khoa học thực tiễn MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tính tốn đặc tính học, vật liệu chế tạo, để thiết kế cấp phối bê tông cường độ siêu cao ứng dụng thiết kế dầm cầu chữ I Việt Nam Phân tích, đánh giá ưu nhược điểm dầm cầu chữ I ứng dụng bê tông cường độ siêu cao so với loại dầm cầu bê tông khác CẤU TRÚC LUẬN VĂN Phần mở đầu Chương 1: Tổng quan nghiên cứu ứng dụng bê tông cường độ siêu cao thiết kế thiết kế dầm cầu Chương 2: Các đặc tính học bê tông cường độ siêu cao Chương 3: Giải pháp thiết kế mặt cầu dầm cầu chữ I ứng dụng bê tông cường độ siêu cao Kết luận kiến nghị CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO TRONG THIẾT KẾ DẦM CẦU Khái niệm chung bê tông Nhược điểm BTXM thường biện pháp khắc phục Phương pháp xác định cường độ chịu nén BTXM Khái niệm bê tông cường độ cao siêu cao So sánh BTCĐSC với BTCĐC bê tông thường Ứng dụng bê tông cường độ siêu cao giới Các cơng trình nghiên cứu bê tông cường độ siêu cao công bố Việt Nam KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BÊ TÔNG - Bê tông chế tạo từ hỗn hợp vật liệu lựa chọn hợp lý gồm thành phần: Cốt liệu lớn, cốt liệu nhỏ, chất kết dính, nước phụ gia - Cát đá dăm thành phần vật liệu khống, đóng vai trò khung chịu lực - Hỗn hợp xi măng nước thành phần hoạt tính bê tơng, lấp đầy lỗ rỗng cốt liệu dính kết cốt liệu thành khối đá gọi bê tông - Các chất phụ gia làm tính chất bê tơng trở nên đa dạng đáp ứng yêu cầu bê tông kết cấu bê tông - Bê tơng cần thỏa mãn u cầu cường độ, tính cơng tác, đặc tính kết cấu độ bền tác động thời tiết, v.v… NHƯỢC ĐIỂM CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG THƯỜNG VÀ NHỮNG BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC - Trong bê tơng thường, vùng dính bám đá xi măng cốt liệu thường vùng yếu Để cải thiện cường độ, độ bền, tính chống thấm bê tơng người ta tìm cách loại bỏ bớt vùng thông qua việc sử dụng chất độn hạt mịn có kích thước nhỏ - Các phụ gia siêu dẻo hợp chất polimer có khả ngăn cản tiếp xúc nước với chất kết dính qua tăng tạm thời tính công tác bê tông Việc sử dụng hợp chất giúp tạo bê tơng có cường độ cao tính thấm nước thấp NHƯỢC ĐIỂM CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG THƯỜNG VÀ NHỮNG BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC - Pozzolan tự nhiên, tro bay, muội silic xỉ lò cao chất độn hạt mịn đơi dùng để thay phần và/hoặc tăng thêm số đặc tính bê tơng Việc sử dụng bột silic mịn xi măng hàng trăm lần tạo cấu trúc bê tơng có độ đặc cao làm tăng cường độ chịu nén Ngồi ra, chất pozzolans phản ứng với hydroxit canxi có cường độ thấp để biến chúng thành hydoxit silicat canxi có cường độ cao - Việc sử dụng hợp lý chất phụ gia siêu dẻo tính cao với chất độn siêu mịn tạo hỗn hợp bê tơng có cấu trúc tối ưu với cường độ chịu nén cao Các bê tơng khơng có độ bền học mà độ bền hóa học, tuổi thọ độ chống thấm cao PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG - Người ta thường sử dụng cường độ chịu nén để phân cấp bê tông sử dụng kết cấu Cường độ chịu nén bê tông xác định thí nghiệm - Theo tiêu chuẩn 22 TCN 272 - 05, bê tông dùng công trình cầu, cường độ chịu nén xác định theo tiêu chuẩn ASTM C-39 với việc nén đến phá hoại mẫu thử hình trụ có đường kính 150 mm chiều cao 300 mm Bê tơng thí nghiệm có tuổi 28 ngày bảo dưỡng điều kiện chuẩn Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén bê tơng xi măng 10 ĐẶC TÍNH KẾT CẤU CỦA BÊ TƠNG BTCĐSC Sức kháng cắt Phương trình thiết kế ACI-code giản đơn giả định sức kháng cắt tỷ lệ thuận với bậc cường độ chịu nén: Vnorm = (Vu/bd)(fcy)1/2 Tải trọng lý thuyết thực nghiệm bê tông BTCĐSC Kết nghiên cứu thể bảng cho thấy sức kháng cắt bình thường tăng trung bình 3% tỷ lệ cốt thép tăng từ 1.2% đến 1.7% dầm 25 ĐẶC TÍNH KẾT CẤU CỦA BÊ TƠNG BTCĐSC Tải trọng phá hoại danh định Tải trọng phá hoại danh định thể bảng dưới: Kết kiểm tra thực nghiệm mẫu dầm Quan hệ lực, ứng xuất với biến dạng tải trọng với chuyển vị BTCĐSC Theo nghiên cứu Đại học LEIPZIP, Đức quan hệ lực biến dạng, tải trọng với chuyển vị thể sau: 26 ĐẶC TÍNH KẾT CẤU CỦA BÊ TÔNG BTCĐSC Quan hệ lực biến dạng Quan hệ tải trọng chuyển vị 27 ĐẶC TÍNH KẾT CẤU CỦA BÊ TÔNG BTCĐSC Độ bền mỏi BTCĐSC Các thí nghiệm tải trọng mỏi tác dụng lực nén, cho thấy BTCĐSC có ứng xử tốt độ bền cao BTCĐSC với sợi tăng cường không dẫn đến bất lợi tượng mỏi Khả chịu lửa BTCĐSC Do BTCĐSC có độ đặc cao, áp lực lớn phát sinh BTCĐSC tiếp xúc với lửa Điều dẫn đến thay đổi cấu trúc bê tông, làm giảm chất lượng bê tơng Vấn đề khắc phục cách thêm sợi Ví dụ sợi polypropylene 28 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP THIẾT KẾ CẦU DẦM CHỮ I ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO Tổng quát thiết kế thành phần bê tông cường độ siêu cao Vật liệu chế tạo Chế tạo bê tông cường độ siêu cao theo lý thuyết tối ưu độ đặc Thiết kế thành phần bê tông cường độ siêu cao Thiết kế dầm cầu chữ I dự ứng lực sử dụng bê tông cường độ siêu cao Đánh giá ưu nhược điểm dầm cầu chữ I ứng dụng bê tông cường độ siêu cao 29 TỔNG QUÁT VỀ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO - Các kết nghiên cứu bê tông cường độ siêu cao bao gồm lựa chọn vật liệu, thiết kế thành phần,… phục vụ thiết kế kết cấu, thử nghiệm kết cấu thật bước đầu áp dụng kết cấu nhà, bến cảng, cầu cơng trình đặc biệt khác - Bê tơng cường độ siêu cao loại vật liệu sở chất dính kết xi măng Nguyên tắc để cải thiện tính chất bê tơng giảm khuyết tật, giảm thiểu tối đa vết vi nứt lỗ rỗng mao quản bê tông Các nghiên cứu bê tông Pháp Canada sử dụng xi măng khoảng 900 -1200 kg/m3 30 VẬT LIỆU CHẾ TẠO Xi măng: có vai trò chủ chốt việc liên kết loại vật liệu rời rạc thành khối bê tông đồng Các phụ gia hóa học: góp phần tăng cường độ nén, kiểm sốt tốc độ đơng kết bê tơng, thúc đẩy nhanh cường độ, cải thiện khả làm việc độ bền theo thời gian bê tông Muội silic: có hàm lượng dioxit silic độ mịn cực cao nên vật liệu có hiệu ứng Puzolanic cao Cốt liệu lớn: Việc sử dụng cát Quartz với kích thước hạt nhỏ làm cho tính đặc bê tông tăng cao Bột: bột Quartz sử dụng để lấp đầy lỗ rỗng cực nhỏ 31 CHẾ TẠO BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO THEO LÝ THUYẾT TỐI ƯU VỀ ĐỘ ĐẶC - Tối ưu hóa cường độ siêu cao việc sử dụng mơ hình độ đặc: cụ thể Mơ hình chất huyền phù thể rắn - Các nguyên tắc để tạo thành phần BTCĐSC: nâng cao tính đồng bê tông cách giới hạn lượng cốt liệu thơ, cải thiện tính chất vữa cách cho thêm phụ gia puzơlan, cải thiện tính chất hỗn hợp bê tông cách giảm tỉ lệ N/CKD; nâng cao độ đặc hỗn hợp bột; nâng cao cấu trúc vi mô bê tông cách xử lý nhiệt sau đông kết; tối ưu hóa thành phần hỗn hợp kết hợp với việc sử dụng công nghệ trộn bảo dưỡng; sử dụng sợi thép cường độ cao kích thước nhỏ - Thành phần hạt đảm bảo độ đặc cao phù hợp cấp phối hạt tối ưu: sử dụng mơ hình sau: Mơ hình Andreaxen, Mơ hình Fuller, Mơ hình Fuller, Thompson 32 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TƠNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO - Bê tơng cường độ siêu cao thiết kế theo phương pháp thể tích tuyệt đối sở lý thuyết tối ưu độ đặc Với giả thuyết tổng thể tích đặc 1m3 Sử dụng cơng thức Larrard để tính độ đặc cho hỗn hợp thành phần gồm: Xi măng, Muội silic, Cát quartz, Bột quartz - Học viên tiến hành tính tốn thành phần bê tơng Với tỷ lệ MS/X từ 0,23 đến 0,25 Lượng xi măng biến đổi từ 800; 850; 900; 950 1.050 kg Hàm lượng cát Quartz xi măng 1,05 đến 1,1 Hàm lượng bột Quartz cho thêm vào với mục tiêu giảm lượng xi măng sử dụng Kết cho thấy độ đặc hỗn hợp vật liệu khoáng khoảng tương đương với công thức Larrard 33 THIẾT KẾ DẦM CẦU CHỮ I DỰ ỨNG LỰC VÀ SỬ DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO Các trường hợp tính tốn, thiết kế bảng sau: Các trường hợp Giữ nguyên TH1 TH2 - Chiều cao dầm - Cốt thép DƯL TH3 - Cốt thép DƯL - Chiều dài dầm - Chiều cao dầm - Chiều dài dầm - Sức kháng uốn - Chiều cao dầm - Chiều dài dầm Thay đổi - Độ võng - Độ võng - Độ võng - Cốt thép DƯL - Sức kháng uốn - Sức kháng uốn Dầm cầu chữ I dự ứng lực sử dụng bê tông thường: - Chiều dài dầm: L = 32m Bố trí cốt thép - Chiều cao dầm: H = 1.2m DƯL mặt - Cốt thép DƯL: 42 tao cáp cắt dầm 34 THIẾT KẾ DẦM CẦU CHỮ I DỰ ỨNG LỰC VÀ SỬ DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO Dầm cầu chữ I dự ứng lực sử sụng BTCĐSC * Trường hợp 1: Giữ nguyên chiều dài dầm, chiều cao dầm, thay đổi cốt thép dự ứng lực Khi đó, số tao cáp DƯL = 35 * Trường hợp 2: Giữ nguyên chiều dài dầm, cốt thép dự ứng lực, thay đổi chiều cao dầm Khi đó, chiều cao dầm chủ H = 1.1 m * Trường hợp 3: Giữ nguyên chiều cao dầm, cốt thép dự ứng lực, thay đổi chiều dài dầm Khi đó, chiều dài dầm: L = 36 m Các kết kiểm toán excel cho thấy ba trường hợp dầm bê tông đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05 35 ĐÁNH GIÁ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA 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 bảng sau: Trường hợp TH1 TH2 TH3 Tiêu chí Dầm BTCT thường Dầm BTCĐSC Thay đổi Sức kháng uốn 7.2*109 Nmm 6.6*109 Nmm Giảm 8.3% Độ võng 31.9 mm Giảm 11.6% Cốt thép DƯL 42 tao cáp 35 tao cáp Giảm 16.7% Chiều cao dầm 1.2 m 1.1 m Giảm 8.3% Độ võng 39.2 mm Tăng 8.6% Sức kháng uốn 7.2*109 Nmm 7.1*109 Nmm Giảm 1.4% Chiều dài dầm 32 m 36 m Tăng 12,5% Độ võng 44 mm Tăng 21,9% 7.9*109 Nmm Tăng 9,7% 36.1 mm 36.1 mm 36.1 mm Sức kháng uốn 7.2*109 Nmm 36 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết Luận: - 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: + Xi măng (800 kg/m3), Silica Fume (240 kg/m3), Cát (1230 kg/m3), Phụ gia siêu dẻo (80 kg/m3), Nước (217.57 kg/m3) + Ở 28 ngày tuổi, cường độ nén đặc trưng 152 Mpa, cường độ chịu kéo uốn 14.73 Mpa, mô đun đàn hồi 40.99 Gpa - Bê tông cốt thép cường độ siêu cao có cấu trúc tối ưu với cường độ chịu nén đến 150 Mpa công trường Loại bê tơng khơng có độ bền học mà độ bền hóa học, tuổi thọ độ chống thấm cao 37 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết Luận: - Việc ứng dụng BTCĐSC trường hợp: + TH1: chiều dài dầm, chiều cao dầm giữ nguyên cốt thép DƯL thay đổi giúp giảm độ võng dầm, giảm cốt thép DƯL làm giảm chi phí cốt thép DƯL giảm tĩnh không cầu + TH2: chiều dài dầm, cốt thép DƯL giữ nguyên chiều cao dầm thay đổi giúp giảm chiều cao dầm cầu làm giảm chi phí dầm cầu, chiều cao xây dựng dốc đường lên cầu + TH3: chiều cao dầm, cốt thép DƯL giữ nguyên chiều dài dầm thay đổi giúp tăng chiều dài dầm cầu tăng khả vượt nhịp, giảm số trụ cầu, tăng độ rộng tĩnh không cầu - Tóm lại, ứng dụng BTCĐSC vào kết cấu dầm cầu 38 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kiến Nghị 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 Ngồi ra, ứng dụng bê tông 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 nghiên cứu tiếp theo: Cần nghiên cứu thực nghiệm đặc tính học bê tông cường độ siêu cao sử dụng vật liệu địa phương; nghiên cứu khả chống phóng xạ, chống ăn mòn, xâm thực BTCĐSC 39