Nghiên cứu trạng thái ừng suất biến dạng của bản bêtông cốt thép có gia cường cốt sợi

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –––––––––––––––––––––––––––––– HỒ ĐỨC DUY NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA BẢN BÊTÔNG CỐT THÉP CÓ GIA CƯỜNG CỐT SỢI Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng công nghiệp Mã số ngành: 23.04.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2006 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học 1: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán hướng dẫn khoa học 2: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm iii TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày 06 tháng 10 năm 2006 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: HỒ ĐỨC DUY Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 02/11/1981 Nơi sinh: Tp.HCM Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng công nghiệp MSHV: 02104539 I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA BẢN BÊTƠNG CỐT THÉP CĨ GIA CƯỜNG CỐT SỢI II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: – Tiến hành thực nghiệm để đánh giá hiệu làm việc bêtông cốt sợi thép so với bêtông thường – Phát triển phương pháp tính tốn bán thực nghiệm khả chịu uốn kết cấu bêtông cốt thép có gia cường sợi thép theo hai tiêu chuẩn ACI 318–02 TCXDVN 356:2005 – So sánh đánh giá kết thực nghiệm với kết tính toán theo hai phương pháp luận văn đề nghị kết tính tốn theo tiêu chuẩn ACI 544.4R.88 III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/02/2006 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/10/2006 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Bùi Công Thành, TS Hồ Hữu Chỉnh CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chun ngành thơng qua TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH Ngày tháng năm TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH iv LỜI CẢM ƠN Luận văn kết trình học tập nghiên cứu Trong thực luận văn, cố gắng, nổ lực thân chủ yếu, cịn có giúp đỡ, động viên nhiều người Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ người Đầu tiên, xin cảm ơn PGS TS Bùi Công Thành TS Hồ Hữu Chỉnh gợi ý hướng đề tài nghiên cứu, tận tình hướng dẫn đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho luận văn Hai thầy đưa ý tưởng nghiên cứu, tạo điều kiện cho phát triển ý tưởng Kiến thức hai thầy giúp tơi vượt qua vấn đề khó khăn gặp phải thực luận văn Tôi xin cảm ơn TS Nguyễn Văn Chánh, TS Lê Đình Tuân, Th.S Nguyễn Quốc Thơng, Th.S Lê Hồng Tuấn KS Nguyễn Hồng Duy hỗ trợ cho tơi lúc thí nghiệm Cho tơi gửi lời cảm ơn đến phịng thí nghiệm Kết cấu xây dựng phịng thí nghiệm Vật liệu xây dựng, thuộc khoa Kỹ thuật xây dựng, trường Đại học Bách khoa, ĐHQG TP.HCM tạo điều kiện thuận lợi cho thực nghiên cứu Cuối cùng, ơn hỗ trợ, khuyến khích, động viên từ gia đình, bạn bè thầy Bộ mơn Cơng trình, khoa Kỹ thuật xây dựng thời gian học tập thời gian thực luận văn Học viên Hồ Đức Duy “Nghiên cứu khoa học tìm tiệm cận chân lý” v TÓM TẮT Xuất vào đầu năm 1960, bêtông cốt sợi thép ứng dụng nhiều lĩnh vực xây dựng: mặt đường ô tô, mặt đường sân bay, mặt cầu, đường hầm, giữ ổn định mái dốc, sàn công nghiệp, kết cấu chịu tải trọng động, sửa chữa gia cố cơng trình… Tuy nhiên, tài liệu kỹ thuật hướng dẫn tính tốn thiết kế kết cấu bêtơng cốt thép có gia cường sợi thép cịn hạn chế, đặc biệt Việt Nam Luận văn có mục tiêu chính: (1) Tiến hành thực nghiệm để đánh giá hiệu làm việc bêtông cốt sợi thép so với bêtông thường; (2) Phát triển phương pháp tính tốn bán thực nghiệm khả chịu uốn kết cấu bêtơng cốt thép có gia cường sợi thép theo hai tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bêtông cốt thép hành, ACI 318–02 TCXDVN 356:2005; (3) So sánh đánh giá kết tính tốn theo phương pháp đề nghị với kết thực nghiệm Các nội dung chủ yếu luận văn bao gồm: (1) giới thiệu mơ hình quan hệ suất biến dạng bêtông cốt sợi thép chịu nén chịu kéo; (2) kiến nghị phương pháp tính tốn khả chịu uốn kết cấu bêtông cốt thép có gia cường sợi thép; (3) thí nghiệm mẫu bêtơng cốt sợi thép có hàm lượng sợi 0, 30, 60, 90 kg/m3 để xác định tính chất lý vật liệu: cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo uốn, khả hấp thụ lượng, độ bền chịu va đập khả chịu tải trọng lặp kết cấu; (4) phân tích đánh giá kết Các kết luận văn hữu ích cho người kỹ sư thiết kế sở khoa học cho nghiên cứu kết cấu bêtông cốt sợi thép vi ABSTRACT Steel fiber reinforced concrete (SFRC), developed since the early 1960s, has been increasingly used for a wide variety of construction applications, such as highway and airport paving, bridge decks, slab–on–grade, industrial floors, rock slope stabilization, hydraulic and marine structures, repairing and rehabilitation works, and seismic structures… However, there is the lack of general design guidelines, especially in Vietnam This thesis has three main objectives: (1) To experimentally determine benefits of SFRC in comparison with plain concrete; (2) To propose semi–empirical methods developed from ACI 318–02 and TCXDVN 356:2005 to calculate flexural strength of structures reinforced with both conventional steel bars and steel fibers; (3) To assess analytical and experimental results Firstly, the compressive and tensile constitutive model for stress–strain relationship of SFRC is presented Secondly, the semi–experimental methods are proposed to calculate the flexural strength of structures reinforced with both conventional steel bars and steel fibers for analysis and design purposes Thirdly, the tests are carried out on SFRC specimens, having fiber content 0, 30, 60, 90 kg/m3, to determine material properties, such as compressive strength, modulus of rupture, toughness, behavior under impact and cyclic loading Finally, the analytical and experimental results are discussed The thesis’s results are useful for construction designers Furthermore, they will be the basic of future research on SFRC structures vii MỤC LỤC Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ iii Lời cảm ơn iv Tóm tắt .v Abstract .vi Mục lục .vii Danh mục bảng x Danh mục hình vẽ .xii Danh mục kí hiệu xvii Danh mục chữ viết tắt xxii Chương 1: Mở đầu 1.1 Giới thiệu 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.2.1 Ngoài nước 1.2.2 Trong nước 1.3 Mục tiêu luận văn 1.4 Nhiệm vụ luận văn 1.5 Cấu trúc luận văn Chương 2: Khái niệm chung bêtông cốt sợi thép 10 2.1 Khái niệm 10 2.1.1 Bêtông cốt sợi 10 2.1.2 Bêtông cốt sợi thép 13 2.2 Ưu điểm bêtông cốt sợi thép .17 2.3 Tính chất lý bêtông cốt sợi thép 17 2.3.1 Cường độ chịu nén .19 2.3.2 Cường độ chịu kéo .20 2.3.2.1 Cường độ chịu kéo trực tiếp 21 2.3.2.2 Cường độ chịu kéo uốn 22 2.3.3 Độ dẻo dai 25 viii 2.3.4 Độ bền chịu va đập 26 2.3.5 Khả chống nứt .28 2.4 Phạm vi ứng dụng 30 2.4.1 Cấu kiện đổ chỗ 30 2.4.2 Cấu kiện đúc sẵn 34 2.4.3 Bêtông phun 35 2.4.4 SIFCON 37 2.4.5 Bêtông cốt sợi thép chịu nhiệt .39 2.5 Sơ lược lịch sử phát triển bêtông cốt sợi 39 Chương 3: Khả chịu uốn kết cấu bêtông cốt thép có gia cường sợi thép 42 3.1 Mơ hình phân tích ứng xử bêtông cốt sợi thép 42 3.1.1 Ứng xử chịu nén 42 3.1.2 Ứng xử chịu kéo 43 3.2 Sự làm việc kết cấu bêtông cốt thép có gia cường sợi thép 47 3.2.1 Giai đoạn đàn hồi tiết diện chưa có khe nứt .48 3.2.2 Giai đoạn đàn hồi tiết diện có khe nứt 48 3.2.3 Giai đoạn đạt đến trạng thái giới hạn 48 3.3 Phương pháp tính tốn khả chịu uốn kết cấu bêtơng cốt thép có gia cường sợi thép 50 3.3.1 Giới thiệu tiêu chuẩn ACI 544.4R.88 50 3.3.2 Phương pháp phát triển từ tiêu chuẩn ACI 318–02 .54 3.3.3 Phương pháp phát triển từ tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005 62 Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm .69 4.1 Mục tiêu nghiên cứu 69 4.2 Phương pháp nghiên cứu 69 4.3 Máy móc, dụng cụ thí nghiệm 69 4.4 Vật liệu thí nghiệm 73 4.5 Tiến hành thí nghiệm .75 4.5.1 Thí nghiệm nén 76 4.5.1.1 Mơ tả thí nghiệm 76 ix 4.5.1.2 Kết thí nghiệm 77 4.5.1.3 Nhận xét .78 4.5.2 Thí nghiệm uốn dầm 81 4.5.2.1 Mơ tả thí nghiệm 81 4.5.2.2 Kết thí nghiệm 82 4.5.2.3 Nhận xét .83 4.5.3 Thí nghiệm va đập 87 4.5.3.1 Mơ tả thí nghiệm 87 4.5.3.2 Kết thí nghiệm 87 4.5.3.3 Nhận xét .89 4.5.4 Thí nghiệm dầm chịu tải trọng lặp .89 4.5.4.1 Mơ tả thí nghiệm 89 4.5.4.2 Kết thí nghiệm 90 4.5.4.3 Nhận xét .93 4.5.5 Thí nghiệm 93 4.5.5.1 Mơ tả thí nghiệm 93 4.5.5.2 Kết thí nghiệm 96 4.5.5.3 Nhận xét .99 4.6 So sánh, đánh giá kết phân tích kết thực nghiệm 99 4.6.1 Cường độ bám dính sợi thép bêtông .99 4.6.2 Khả chịu uốn tiết diện 100 4.6.2.1 Kết thí nghiệm nước ngồi 100 4.6.2.2 Tiêu chuẩn ACI 544.4R.88 102 4.6.2.3 Phương pháp phát triển từ tiêu chuẩn ACI 318–02 103 4.6.2.4 Phương pháp phát triển từ TCXDVN 356:2005 103 4.6.2.5 Tổng hợp kết .108 Chương 5: Kết luận kiến nghị .111 5.1 Kết luận 111 5.2 Kiến nghị 112 Tài liệu tham khảo xxiii Lý lịch trích ngang .xxvi x DANH MỤC CÁC BẢNG Chương Chuơng 2.1 Tính chất cốt sợi 12 2.2 Thông số kỹ thuật sợi thép hãng Radmix 16 2.3 Tính chất bêtơng cốt sợi thép dùng loại sợi thép hãng Radmix 19 Chuơng Chuơng 4.1 Thành phần cấp phối bêtông cốt sợi thép cho m3 73 4.2 Quy hoạch mẫu thí nghiệm 75 4.3 Kết thí nghiệm nén 79 4.4 Kết thí nghiệm uốn dầm 100×100×400 mm .83 4.5 Kết thí nghiệm va đập 87 4.6 Kết thí nghiệm dầm chịu tải trọng lặp .91 4.7 Kết thí nghiệm uốn sàn 70×300×650 mm 96 4.8 Tính tốn cường độ bám dính sợi thép bêtông 100 4.9 Số liệu thí nghiệm 101 4.10 Tính khả chịu uốn kết cấu bêtơng cốt thép có gia cường sợi thép theo tiêu chuẩn ACI 544.4R.88 .102 4.11 Tính khả chịu uốn kết cấu bêtơng cốt thép có gia cường sợi thép theo phuơng pháp phát triển từ tiêu chuẩn ACI 318–02 .103 4.12 Xác định cường độ chịu nén tính tốn bêtơng cốt sợi thép, Rb, cường độ chịu kéo tính tốn cốt thép, Rs 104 103 4.6.2.3 Phương pháp phát triển từ tiêu chuẩn ACI 318–02 Kết tính tốn khả chịu uốn kết cấu bêtơng cốt thép có gia cường sợi thép theo phương pháp bán thực nghiệm phát triển từ tiêu chuẩn ACI 318–02 tác giả đề nghị (mục 3.3.2_chương 3) trình bày bảng 4.11 Bảng 4.11 Tính khả chịu uốn kết cấu bêtơng cốt thép có gia cường sợi thép theo phuơng pháp phát triển từ tiêu chuẩn ACI 318–02 Mẫu εcu (%) τd (N/mm2) fpc (N/mm2) c (mm) Mn (kNm) (1) (2) (3) (4) (5) (6) A1 0.30 4.30 0.0 8.8 2.4 A2 0.32 4.76 0.3 9.3 2.6 A3 0.34 5.00 0.6 9.7 2.8 A4 0.36 5.33 1.0 10.6 3.0 1FB1 0.35 6.21 1.9 46.0 16.0 2FB2 0.40 7.59 4.5 51.6 21.0 A 0.35 6.66 1.6 67.9 32.3 E 0.35 5.92 1.4 69.6 47.7 0.30 9.78 0.0 1.2 1.6 30 0.32 9.35 1.3 4.1 3.4 45 0.33 9.19 2.0 5.5 4.2 60 0.34 9.10 2.6 6.8 5.0 4.6.2.4 Phương pháp phát triển từ tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005 Muốn xác định khả chịu uốn tiết diện theo TCXDVN 356:2005 trước tiên phải xác định cường độ tính tốn vật liệu Bảng 4.12 trình bày kết tính tốn cường độ chịu nén tính tốn bêtơng cốt sợi thép, Rb, cường độ chịu kéo tính tốn cốt thép, Rs, từ kết thực nghiệm theo công thức (3.34) đến (3.40) mục 3.3.3_chương 104 Bảng 4.12 Xác định cường độ chịu nén tính tốn bêtông cốt sợi thép, Rb, cường độ chịu kéo tính tốn cốt thép, Rs fc' B Rbn Rb Ry,tb = fy Rsn Bm Rs Mẫu (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) A1 22.2 26.6 20.7 15.5 12.0 300 236 225 A2 23.7 28.4 22.1 16.6 12.7 300 236 225 A3 25.2 30.2 23.5 17.6 13.5 300 236 225 A4 25.9 31.1 24.2 18.0 13.9 300 236 225 1FB1 33.3 40.0 31.1 23.0 17.7 420 330 315 2FB2 45.0 54.0 42.0 30.6 23.5 420 330 315 A 37.0 44.4 34.6 25.4 19.6 331 260 248 E 31.0 37.2 29.0 21.5 16.5 331 260 248 65.8 79.0 61.5 44.3 34.0 560 441 420 30 61.5 73.8 57.5 41.4 31.8 560 441 420 45 59.9 71.9 56.0 40.3 31.0 560 441 420 60 59.1 70.9 55.2 39.8 30.6 560 441 420 Cường độ chịu kéo tính tốn sau nứt bêtông cốt sợi thép, Rpc, xác định theo công thức (3.41) mục 3.3.3_chương 3: Rpc = k f fpc Trong đó, fpc cường độ chịu kéo sau nứt bêtơng cốt sợi thép tính theo phương pháp phát triển từ ACI 318–02, lấy theo cột (4)_bảng 4.11; kf hệ số tương quan (hệ số độ tin cậy) cường độ chịu kéo sau nứt bêtông cốt sợi thép Vấn đề cần giải xác định giá trị kf cho kết tính tốn khả chịu uốn tiết diện theo phương pháp phát triển từ ACI 318–02 phương pháp phát triển từ TCXDVN 356:2005 hợp lý 105 Kết tính tốn khả chịu uốn kết cấu bêtơng cốt thép có gia cường sợi thép theo phương pháp bán thực nghiệm phát triển từ tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005 tác giả đề nghị (mục 3.3.3_chương 3) trình bày bảng 4.13 Bảng 4.13 Khả chịu uốn kết cấu bêtông cốt thép có gia cường sợi thép theo phuơng pháp phát triển từ tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005 Khả chịu uốn tiết diện, [M], theo hệ số kf Mẫu φMn (kNm) 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) A1 2.1 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 A2 2.3 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 A3 2.5 2.0 2.0 2.0 2.1 2.1 2.1 A4 2.7 2.1 2.1 2.2 2.2 2.3 2.3 1FB1 14.4 10.9 11.2 11.5 11.8 12.0 12.3 2FB2 18.9 13.6 14.3 14.9 15.5 16.2 16.8 A 29.1 22.5 22.8 23.0 23.3 23.5 23.7 E 43.0 33.4 33.9 34.4 34.8 35.3 35.7 1.4 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 30 3.0 2.1 2.3 2.4 2.6 2.8 2.9 45 3.8 2.5 2.7 3.0 3.2 3.5 3.7 60 4.5 2.9 3.2 3.5 3.9 4.2 4.5 Chú thích: giá trị φMn cột (2) mômen cho phép tiết diện theo ACI 318–02; φ = 0.9 hệ số giảm độ bền, xác định theo mục 3.3.2_chương Mn mômen danh nghĩa tiết diện, lấy theo cột (6)_bảng 4.11 Kết so sánh khả chịu uốn cho phép tiết diện theo phương pháp phát triển từ ACI 318–02, φMn, phương pháp phát triển từ TCXDVN 356:2005, [M], thể bảng 4.14 hình 4.41 106 Bảng 4.14 So sánh khả chịu uốn cho phép tiết diện theo phương pháp phát triển từ ACI 318–02 phương pháp phát triển từ TCXDVN 356:2005 Tỉ số φMn/[M] theo hệ số kf Mẫu 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) A1 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 A2 1.24 1.23 1.22 1.21 1.20 1.19 A3 1.27 1.25 1.23 1.21 1.19 1.17 A4 1.30 1.27 1.24 1.21 1.18 1.15 1FB1 1.32 1.28 1.25 1.22 1.20 1.17 2FB2 1.40 1.33 1.27 1.22 1.17 1.13 A 1.29 1.28 1.26 1.25 1.24 1.23 E 1.29 1.27 1.25 1.23 1.22 1.20 1.20 1.20 1.20 1.20 1.20 1.20 30 1.46 1.35 1.25 1.17 1.10 1.03 45 1.51 1.38 1.26 1.17 1.08 1.01 60 1.55 1.39 1.27 1.16 1.08 1.00 Trung bình 1.34 1.29 1.24 1.21 1.17 1.14 Độ lệch chuẩn 0.12 0.06 0.02 0.03 0.06 0.08 Nhận xét: Kết so sánh khả chịu uốn cho phép tiết diện theo phương pháp phát triển từ ACI 318–02, φMn, phương pháp phát triển từ TCXDVN 356:2005, [M], bảng 4.14 cho thấy: (1) Khả chịu uốn cho phép tiết diện tính theo phương pháp phát triển từ ACI 318–02 lớn 1.14–1.34 lần so với tính theo phương pháp phát triển từ TCXDVN 356:2005 tùy thuộc vào hệ số kf (2) Tác giả kiến nghị chọn kf = 0.7–0.8 Khi đó, sai số hai phương pháp nhỏ, độ lệch chuẩn 0.02–0.03, kết tính tốn hội tụ (hình 4.41) 107 1.6 φMn/[M] 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.5 0.6 0.7 A1 A4 A 30 kf 0.8 A2 1FB1 E 45 0.9 1.0 A3 2FB2 60 Hình 4.41 Biểu đồ quan hệ tỉ số φMn/[M] hệ số kf mẫu thí nghiệm Mơmen (kNm) 3.5 Mt φMn fMn fM[3] φM[3] [M] 3.0 2.5 2.0 1.5 30 60 90 wf (kg/m3) Hình 4.42 Biểu đồ quan hệ mơmen hàm lượng sợi sàn 70×300×650 mm 108 4.6.2.5 Tổng hợp kết Kết tính toán khả chịu uốn tiết diện theo phương pháp kiến nghị kết thực nghiệm tóm tắt bảng 4.15 Sự so sánh kết tính tốn với kết thực nghiệm thể hình 4.42, 4.43, 4.44 Bảng 4.15 So sánh kết thực nghiệm với kết tính theo phương pháp giới thiệu Mẫu Mt M[3] Mn [M] (kNm) (kNm) (kNm) (kNm)Mt/M[3] Mt/Mn Mt/φM[3] Mt/φMn Mt/[M] (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) A1 2.5 2.4 2.4 1.8 1.07 1.07 1.19 1.19 1.44 A2 2.8 2.5 2.6 1.9 1.15 1.10 1.28 1.23 1.50 A3 3.1 2.5 2.8 2.0 1.21 1.11 1.34 1.23 1.52 A4 3.4 2.6 3.0 2.2 1.31 1.15 1.46 1.28 1.58 1FB1 17.3 14.1 16.0 11.5 1.23 1.08 1.36 1.20 1.51 2FB2 20.0 15.8 21.0 14.9 1.27 0.95 1.41 1.06 1.34 A 34.2 30.5 32.3 23.0 1.12 1.06 1.25 1.18 1.49 E 49.2 44.5 47.7 34.4 1.11 1.03 1.23 1.15 1.43 2.6 1.6 1.6 1.2 1.61 1.61 1.79 1.79 2.15 30 3.4 1.9 3.4 2.4 1.72 0.99 1.91 1.10 1.38 45 4.0 2.1 4.2 3.0 1.88 0.95 2.09 1.06 1.34 60 5.3 2.3 5.0 3.5 2.29 1.06 2.55 1.18 1.49 Trung bình … … … … 1.41 1.10 1.57 1.22 1.51 Độ lệch chuẩn … … … … 0.38 0.17 0.42 0.19 0.21 Chú thích: Mt mơmen thực nghiệm; M[3] mơmen danh nghĩa tính theo ACI 544.4R.88; Mn mơmen danh nghĩa tính theo phương pháp phát triển từ ACI 318– 02; φ = 0.9 hệ số giảm độ bền; [M] mơmen cho phép tính theo phương pháp phát triển từ TCXDVN 356:2005 với kf = 0.7 109 Mthực nghiệm/Mdanh nghĩa 2.4 Mt/M[3] Mt/Mn 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 60 45 30 E A 2FB2 1FB1 A4 A3 A2 A1 0.8 Mẫu 2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 60 45 30 E A 2FB2 1FB1 A4 A3 A2 Mt/φM[3] Mt/fM[3] Mt/fMn Mt/φMn Mt/[M] A1 Mthực nghiệm/Mcho phép Hình 4.43 So sánh mômen thực nghiệm với mômen danh nghĩa Mẫu Hình 4.44 So sánh mơmen thực nghiệm với mơmen cho phép 110 Nhận xét: Kết so sánh giá trị mômen thực nghiệm (Mt) với giá trị mômen danh nghĩa (M[3], Mn) giá trị mômen cho phép (φM[3], φMn, [M]) xác định theo tiêu chuẩn ACI 544.4R.88, phương pháp phát triển từ ACI 318–02 phương pháp phát triển từ TCXDVN 356:2005 bảng 4.15 cho thấy: (1) Mơmen thực nghiệm có giá trị lớn mômen danh nghĩa So với mômen thực nghiệm, mômen danh nghĩa tính theo phương pháp đề nghị có sai số trung bình 10% có độ lệch chuẩn 0.17; mơmen danh nghĩa tính theo phương pháp ACI 544.4R.88 có sai số trung bình 41% có độ lệch chuẩn 0.38 Như vậy, phương pháp đề nghị có độ tin cậy cao so với phương pháp ACI 544.4R.88 (2) So với thực nghiệm, phương pháp tính tốn khả chịu uốn kết cấu bêtơng cốt thép có gia cường sợi thép cho kết có độ an tồn cao Hệ số an tồn tương ứng với phương pháp ACI 544.4R.88, phương pháp phát triển từ ACI 318–02 phương pháp phát triển từ TCXDVN 356:2005 1.57, 1.22 1.51 Trong đó, phương pháp phát triển từ ACI 318–02 có độ lệch chuẩn 0.19, nhỏ so với hai phương pháp lại 111 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Dựa kết phân tích thực nghiệm, đưa kết luận sau: Việc gia cường sợi thép vào bêtơng nâng cao tính chất lý cho bêtông, đặc biệt làm cho bêtông dẻo Khả làm việc kết cấu bêtông cốt sợi thép tăng lên đáng kể, giúp kéo dài tuổi thọ cơng trình Theo kết thực nghiệm, tương ứng với hàm lượng sợi thép khoảng 30–90 kg/m3, tính chất bêtơng cốt sợi thép cải thiện so sánh với bêtơng thường (0 kg/m3) sau: • Cường độ chịu nén tăng 7–17% • Độ dẻo dai chịu nén tăng 0.1–0.5 lần • Cường độ chịu kéo uốn tăng 11–24% • Độ dẻo dai chịu uốn tăng 2.3–5.3 lần • Năng lượng va đập tăng 3.6–16.2 lần • Khả chịu tải lặp tăng 20–58% • Khả chịu uốn sàn tăng 11–34% Sự tồn sợi thép bêtông ảnh hưởng nhiều đến hình thành phát triển khe nứt Trong thí nghiệm uốn dầm, mẫu khơng có sợi phá hoại đột ngột bêtơng bị nứt; cịn mẫu có sợi, khe nứt hình thành chậm, phát triển từ từ mẫu không bị gãy rời Độ võng cực hạn nhịp mẫu phá hoại tăng lần so với bêtơng thường Trong thí nghiệm uốn sàn, chiều dài phát triển khe nứt mẫu 90 kg/m3 giảm 30% so với mẫu kg/m3 112 Một phương pháp bán thực nghiệm kiến nghị để tính tốn khả chịu uốn kết cấu bêtơng cốt thép có gia cường sợi thép phát triển sở tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bêtông cốt thép ACI 318–02 Phương pháp có độ tin cậy cao, kết tính tốn phù hợp với kết thực nghiệm Sai số trung bình giá trị mơmen tính theo phương pháp với giá trị mômen thực nghiệm 10% Sai số trung bình giá trị mơmen tính theo ACI 544.4R.88 với giá trị mơmen thực nghiệm 41% Trong luận văn này, tác giả tiếp tục kiến nghị phương pháp bán thực nghiệm khác để tính tốn khả chịu uốn kết cấu bêtơng cốt thép có gia cường sợi thép ứng dụng điều kiện Việt Nam Phương pháp phát triển sở tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bêtông cốt thép hành Việt Nam, TCXDVN 356:2005 Hệ số tương quan cường độ chịu kéo sau nứt bêtông cốt sợi thép hai phương pháp, kf, đề nghị chọn khoảng 0.7–0.8 Giá trị khả chịu uốn cho phép tiết diện tính theo hai phương pháp chênh lệch khoảng 20% 5.2 Kiến nghị Bêtông cốt sợi thép thay cho bêtơng kết hợp sử dụng kết cấu bêtông cốt thép bêtông cốt thép ứng lực trước Hiện nay, việc ứng dụng bêtơng cốt sợi thép cơng trình xây dựng Việt Nam hạn chế Nguyên nhân thiếu hiểu biết sâu sắc ứng xử loại vật liệu chịu trạng thái ứng suất phức tạp, thiếu hướng dẫn thiết kế cụ thể Hơn nữa, sợi thép phải nhập từ nước ngồi phí cịn cao Trong tương lai, sợi thép sản xuất Việt Nam, giá thành giảm, dẫn đến nâng cao hiệu ứng dụng dùng sợi thép gia cường cho kết cấu bêtông Như vậy, bêtông cốt sợi thép mở nhiều hội nghiên cứu cho nhà khoa học xây dựng 113 Kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo: • Khả chịu cắt, chịu nén, chịu kéo chịu xoắn kết cấu bêtông cốt sợi thép; • Thiết lập quan hệ mơmen độ cong kết cấu bêtông cốt sợi thép chịu tải trọng uốn; • Tính tốn kết cấu bêtơng cốt sợi thép theo trạng thái giới hạn hai (trạng thái làm việc bình thường kết cấu); • Phát triển quy trình tính tốn kết cấu bêtơng cốt sợi thép theo tiêu chuẩn thiết kế hành, đặc biệt tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005 Ứng dụng để tính tốn thiết kế kết cấu cơng trình: sàn, dầm, cột, liên kết dầm cột,… • Ứng dụng phương pháp số để phân tích làm việc kết cấu bêtông cốt sợi thép chịu trạng thái ứng suất khác nhau; • Việc nghiên cứu ứng dụng kết hợp sợi thép với loại sợi khác (sợi thủy tinh, sợi tổng hợp, sợi thực vật) dải polyme cốt sợi (Fiber Reinforced Polymer – FRP) để gia cường cho kết cấu bêtông bêtông cốt thép hướng nghiên cứu đầy triển vọng xxiii TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ACI Committee 318 Report Building code requirements for structural concrete (ACI 318M-02) and commentary (ACI 318RM-02) (metric version) American Concrete Institute [2] ACI Committee 544 Report ACI 544.1R.96: State-of-the-art report on fiber reinforced concrete American Concrete Institute [3] ACI Committee 544 Report ACI 544.4R.88: Design consideration for steel fiber reinforced concrete (Reapproved 1999) American Concrete Institute [4] Ali R Khaloo, Majid Afshari (2005) “Flexural behavior of small steel fibre reinforced concrete slabs” Cement & Concrete Composites, Vol 27, pp 141149 [5] Arthur H Nilson, David Darwin, Charles W Dolan (2004) Design of concrete structures McGraw-Hill Higher Education, Singapore [6] C L R Wollmann, M Guirola, W S Easterling (2004) “Strength and performance of fiber reinforced concrete slabs” Journal of Structural Engineering, Vol 130, No 3, pp 520-528 [7] Cha-Don Lee (1990) Constitutive modeling and flexural analysis of steel fiber reinforced concrete for structural application Doctor of Philosophy, Michigan State University [8] Design and Control of Concrete Mixtures EB001 Chapter 7: Fiber [9] G Spadea, F Bencardino (1997) “Behavior of fiber-reinforced concrete beams under cyclic loading” Journal of Structural Engineering, Vol 123, No 5, pp 660-668 xxiv [10] J A O Barros, J A Figueiras (1999) “Flexural behavior of SFRC: Testing and modeling” Journal of Materials in Civil Engineering, Vol 11, No 4, pp 331-339 [11] J A O Barros, J Sena Cruz (2001) “Fracture energy of steel fiber reinforced concrete” Mechanics of Composite Materials and Structures, Vol 8, pp 2945 [12] J R Roesler, D A Lange, S A Altoubat, K A Rieder, G R Ulreich (2004) “Fracture of plain and fiber reinforced concrete slabs under monotonic loading” Journal of Materials in Civil Engineering, Vol 16, No 5, pp 452460 [13] John Forbes Olesen (2001) “Fictitious crack propagation in fiber reinforced concrete beams” Journal of Engineering Mechanics, Vol 127, No 3, pp 272280 [14] M Khuntia, S G Goel (1999) “Analytical study of FRC encased steel joist composite beams” Journal of Structural Engineering, Vol 125, No 5, pp 503-509 [15] M Khuntia, S G Goel (1999) “Experimental study of FRC encased steel joist composite beams” Journal of Structural Engineering, Vol 125, No 5, pp 495-502 [16] Nguyễn Quốc Hào (2004) Nghiên cứu số tính chất lý bêtông cốt sợi thép phân tán Luận văn thạc sĩ vật liệu cấu kiện xây dựng [17] Nguyễn Viết Trung (chủ biên), Nguyễn Ngọc Long, Phạm Duy Anh (2005) Bêtông cốt sợi thép Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [18] Perumalsamy N Balaguru, Surendra P Shah (1992) Fiber reinforced cement composites McGraw-Hill International Editions, Singapore [19] Portland Cement Association (1993) “Steel fiber reinforced concrete” Concrete technology today, Vol 14, No xxv [20] Radmix International Pty Ltd (2001) Steel fibre – Technical manual [21] S A Al-Taan, N A Ezzadeen (1995) “Flexural analysis of reinforced fibrous concrete members using the finite element method” Computer & Structures, Vol 56, No 6, pp 1065-1972 [22] S K Padmarajaiah, Ananth Ramaswamy (2002) “Comparative study on flexural response of full and partial depth fiber reinforced high strength concrete” Journal of Materials in Civil Engineering, Vol 14, No 2, pp 130136 [23] T S Lok, J R Xiao (1999) “Flexural strength assessment of steel fiber reinforced concrete” Journal of Materials in Civil Engineering, Vol 11, No 3, pp 118-196 [24] T S Lok, J S Pei (1998) “Flexural behavior of steel fiber reinforced concrete” Journal of Materials in Civil Engineering, Vol 10, No 2, pp 8697 [25] T W Shial, A Samer Ezeldin (1995) “Analytical immediate and long-term deflections of fiber reinforced concrete beams” Journal of Structural Engineering, Vol 121, No 4, pp 727-738 [26] Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (2005) TCXDVN 356:2005, Kết cấu bêtông bêtông cốt thép Tiêu chuẩn thiết kế Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [27] Trần Văn Miền (2004) Bêtông cốt sợi bazan phân tán cường độ cao Luận văn thạc sĩ vật liệu cấu kiện xây dựng [28] Võ Văn Thảo (2001) Phương pháp khảo sát - nghiên cứu thực nghiệm cơng trình Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [29] Với số tài liệu từ Internet xxvi LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: HỒ ĐỨC DUY Ngày, tháng, năm sinh: 02/11/1981 Nơi sinh: TP.HCM Địa liên lạc: 55 Quốc lộ 50, phường 5, quận 8, TP.HCM QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO (Bắt đầu từ Đại học đến nay) 1999 – 2004: sinh viên hệ quy trường Đại học Bách khoa TP.HCM, chuyên ngành Xây dựng dân dụng công nghiệp 2004 – nay: học viên cao học trường Đại học Bách khoa TP.HCM, chuyên ngành Xây dựng dân dụng cơng nghiệp Q TRÌNH CƠNG TÁC (Bắt đầu từ làm đến nay) 2004 – nay: cán giảng dạy khoa Kỹ thuật xây dựng, trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia TP.HCM ... TÀI: NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA BẢN BÊTƠNG CỐT THÉP CĨ GIA CƯỜNG CỐT SỢI II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: – Tiến hành thực nghiệm để đánh giá hiệu làm việc bêtông cốt sợi thép so với bêtông. .. = biến dạng chảy dẻo cốt thép εs,fibers = biến dạng sợi thép εt = biến dạng bêtông cốt sợi thép vùng kéo εt0 = biến dạng kéo tương ứng với ft εt1 = biến dạng kéo điểm cuối trình I εtu = biến dạng. .. bêtơng có gia cường cốt thép sợi thép chịu tải trọng lặp [9] Trong đó, quan hệ ứng suất? ? ?biến dạng bêtông, cốt thép sợi thép giả định tuyến tính; tượng tái bền cốt thép, ảnh hưởng cốt đai sợi thép