THÔNG TIN TÀI LIỆU
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Nguyễn Mạnh Hùng NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC DÀI HẠN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU CHUYỂN VỊ CƯỠNG BỨC GỐI TỰA Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Mã số: 9580201 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội – Năm 2021 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Xây dựng Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Trung Hiếu GS TS Ngô Thế Phong Phản biện 1: TS Nguyễn Đại Minh Phản biện 2: PGS.TS Vũ Ngọc Anh Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường họp trường Đại học Xây dựng vào hồi ngày tháng năm 2021 Có thể tìm hiểu luận án thư viện Quốc Gia thư viện Trường Đại học Xây dựng MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài nghiên cứu Sự làm việc dài hạn kết cấu công trình BTCT có liên quan trực tiếp đến tác động dài hạn đặc trưng học vật liệu bê tông sử dụng để chế tạo kết cấu Hệ làm việc dài hạn kết cấu BTCT chủ đề nghiên cứu nhận nhiều quan tâm Trong thành phần biến dạng dài hạn bê tông, biến dạng từ biến bê tơng có ảnh hưởng đến ứng xử dài hạn kết cấu Đây thành phần biến dạng xuất kết cấu chịu tác dụng lâu dài tải trọng Sự làm việc dài hạn kết cấu cơng trình BTCT cịn liên quan trực tiếp đến “chùng ứng suất” (Stress Relaxation) Chùng ứng suất tượng suy giảm ứng suất kết cấu BTCT biến dạng kết cấu trì theo thời gian mà trường hợp đặc biệt biến dạng khơng đổi Như vậy, thấy, từ biến chùng ứng suất hai mặt tính chất xảy đồng thời kết cấu BTCT làm việc dài hạn Trong thực tế làm việc kết cấu BTCT chịu uốn cơng trình, trường hợp điển hình chùng ứng suất kết cấu chịu tác dụng chuyển vị cưỡng gối tựa liên kết chuyển vị trì thời gian dài Có thể kể đến ví dụ dầm móng liên kết đài cọc chịu chuyển vị cưỡng chênh lệch lún đài cọc, dầm BTCT liên kết với cột, vách chịu chuyển vị cưỡng tượng chênh lệch co ngắn cột, vách… Có thể nhận thấy nghiên cứu làm việc dài hạn kết cấu dầm BTCT chịu chuyển vị cưỡng gối tựa việc nghiên cứu đồng thời ảnh hưởng từ biến chùng ứng suất cần thiết Chuyển vị gối tựa hay biến dạng cưỡng ban đầu, trì thời gian dài chế gây chùng ứng suất kết cấu BTCT Trong trường hợp này, việc xác định mức độ chùng ứng suất cốt thép bê tơng góp phần việc kiểm sốt hình thành phát triển vết nứt bê tông Đề tài nghiên cứu luận án “Nghiên cứu thực nghiệm làm việc dài hạn dầm BTCT chịu chuyển vị cưỡng gối tựa” tập trung vào hai đặc trưng học từ biến chùng ứng suất kết cấu BTCT nhằm làm rõ ảnh hưởng hai đặc trưng tới ứng xử dài hạn kết cấu dầm BTCT Việc lựa chọn chuyển vị cưỡng gối tựa làm chế gây biến dạng từ biến chùng ứng suất bên cạnh việc dựa sở khoa học tượng chùng ứng suất trình bày cịn nhằm góp phần làm sáng tỏ tốn thực tế đặt thực tế thiết kế kết cấu cơng trình BTCT Mục đích nghiên cứu luận án - Nghiên cứu xây dựng mơ hình thực nghiệm phù hợp đảm bảo độ tin cậy nhằm nghiên cứu làm việc dài hạn cấu kiện dầm bê tông cốt thép chịu chuyển vị cưỡng gối tựa Mơ hình thí nghiệm xây dựng cho phép khảo sát chùng ứng suất kết cấu BTCT theo thời gian chuyển vị cưỡng gối tựa gây - Nghiên cứu xác định mối quan hệ hệ số từ biến hệ số già bê tông, sử dụng việc tính tốn làm việc dài hạn kết cấu dầm BTCT - Nghiên cứu xây dựng công thức dự báo chùng ứng suất theo thời gian cho kết cấu dầm BTCT chịu chuyển vị cưỡng gối tựa Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu dầm BTCT chế tạo bê tông nặng thông thường, chịu chuyển vị cưỡng gối tựa Phạm vi nghiên cứu: Dầm BTCT thiết kế theo tiêu chuẩn Việt nam TCVN 5574: 2018 Sự làm việc dài hạn dầm chuyển vị cưỡng gối tựa liên kết gây Ảnh hưởng trọng lượng thân, biến dạng co ngót biến dạng nhiệt bê tông loại bỏ Nghiên cứu thực nghiệm tiến hành điều kiện tự nhiên khu vực Hà Nội Cơ sở khoa học đề tài nghiên cứu Đề tài luận án thực dựa sơ sở khoa học sau: - Lý thuyết từ biến chùng ứng suất vật liệu bê tông; - Cơ sở ứng xử dài hạn kết cấu BTCT làm việc chịu uốn Bên cạnh đó, đề tài luận án có nghiên cứu kế thừa nghiên cứu có liên quan lĩnh vực thực số tác giả nước Đồng thời, áp dụng dẫn tính toán kết cấu BTCT chịu uốn số tiêu chuẩn hành TCVN 5574: 2018 [1], ACI 318: 2014 [20], EC2: 2004 [49]… Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu thực nghiệm phương pháp nghiên cứu chính, kết hợp với nghiên cứu lý thuyết Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu Ý nghĩa khoa học: Tính đến thời điểm tại, nghiên cứu chùng ứng suất từ biến bê tơng Việt Nam cịn hạn chế ỏi Thơng qua kết nghiên cứu, đề tài góp phần làm sáng tỏ ứng xử dài hạn kết cấu BTCT thông qua đặc trưng chùng ứng suất, từ biến bê tông Ý nghĩa thực tiễn: Chùng ứng suất kết cấu dầm bê tông cốt thép với biến dạng từ biến bê tông điều kiện môi trường tự nhiên phịng thí nghiệm Hà Nội thực luận án Các kết thực nghiệm thu góp phần cung cấp số liệu chùng ứng suất từ biến bê tơng, làm sở cho cơng tác tính tốn thiết kế kết cấu bê tơng cốt thép chịu uốn có kể đến ảnh hưởng đồng thời chùng ứng suất từ biến hướng đến việc tính tốn kết cấu theo mục tiêu đảm bảo độ bền lâu Những đóng góp luận án Các kết nghiên cứu luận án công bố số tạp chí khoa học bao gồm: báo tạp chí chuyên ngành, báo hội nghị khoa học đạt kết sau: - Đã xây dựng mơ hình thực nghiệm phù hợp đảm bảo độ tin cậy nhằm nghiên cứu làm việc dài hạn cấu kiện dầm bê tông cốt thép chịu chuyển vị cưỡng gối tựa Mơ hình thí nghiệm xây dựng cho phép khảo sát chùng ứng suất kết cấu BTCT theo thời gian chuyển vị cưỡng gối tựa gây - Đã xác định mối quan hệ hệ số từ biến hệ số già bê tông, sử dụng việc tính tốn làm việc dài hạn kết cấu dầm BTCT - Đã xây dựng công thức dự báo chùng ứng suất theo thời gian cho kết cấu dầm BTCT chịu chuyển vị cưỡng gối tựa, thông qua suy giảm phản lực gối tựa dầm Nội dung cấu trúc luận án Nội dung luận án bao gồm phần mở đầu, chương phần kết luận kiến nghị với cấu trúc sau: Mở đầu Chương 1: Tổng quan ứng xử dài hạn bê tông kết cấu bê tơng cốt thép Chương 2: Tính tốn dầm BTCT chịu chuyển vị cưỡng gối tựa theo thời gian Chương 3: Xây dựng mơ hình thí nghiệm ứng xử dài hạn kết cấu dầm BTCT chịu chuyển vị cưỡng gối tựa Kết luận CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG XỬ DÀI HẠN CỦA BÊ TÔNG VÀ KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP Kết cấu bê tơng cốt thép chịu tác dụng tải trọng dài hạn, bê tông xảy tượng từ biến chùng ứng suất Chùng ứng suất làm phân phối lại ứng suất bê tông cốt thép, tác dụng tải trọng dài hạn bê tơng từ biến, cịn cốt thép từ biến khơng đáng kể, nhờ lực dính cốt thép bê tơng mà ứng suất bê tông truyền sang cốt thép Sự phân phối xảy ứng suất tượng co ngót bê tơng gây Đây phân phối có lợi, ứng suất bê tơng giảm đi, nhờ hạn chế biến dạng nứt bê tông Từ biến bê tông biến dạng thay đổi theo thời gian có tác dụng tải trọng dài hạn Khi bê tông chịu tải trọng dài hạn, biến dạng từ biến tăng dần theo thời gian, tốc độ gia tăng từ biến giảm dần thời gian tác dụng tải trọng tăng lên Khoảng thời gian sau chịu tải trọng từ biến tăng nhanh chóng Giá trị từ biến đạt khoảng 50% giá trị cuối thời gian tác dụng tải trọng từ đến tháng, đạt khoảng 90% sau đến năm chịu tải, sau tốc độc tăng từ biến chậm lại Khi kết cấu BTCT chịu tác động biến dạng cưỡng (trường hợp điển hình chuyển vị cưỡng gối tựa) trì thời gian dài xảy tượng chùng ứng suất Chùng ứng suất kết cấu BTCT suy giảm ứng suất kết cấu BTCT theo thời gian tác động dài hạn biến dạng cưỡng Chùng ứng suất gây suy giảm ứng suất cốt thép (đây trường hợp đề cập đến nhiều kết cấu BTCT ứng lực trước) bê tông theo thời gian Sự thay đổi ứng suất kết cấu BTCT so với trạng thái ứng suất ban đầu, kết cấu bắt đầu làm việc (dưới tác dụng tải trọng, biến dạng cưỡng bức) dẫn đến vấn đề phức tạp liên quan đến làm việc dài hạn kết cấu BTCT, ví dụ như, suy giảm khả chịu lực, gia tăng độ võng, hình thành phát triển vết nứt bê tông… Chùng ứng suất xảy kết cấu cơng trình nói chung kết cấu BTCT nói riêng làm suy giảm nội lực kết cấu Với kết cấu BTCT, ứng suất cốt thép bê tông bị suy giảm xảy chùng ứng suất gây tác động đến làm việc dài hạn kết cấu BTCT Theo khía cạnh này, tác động chùng ứng suất hiểu gồm hai mặt có lợi có hại cho làm việc kết cấu Ví dụ, chùng ứng suất cốt thép dự ứng lực kết cấu BTCT ứng lực trước làm giảm khả chịu lực, tăng độ võng kết cấu Nhưng xét đến chùng ứng suất cốt thép kết cấu BTCT góp phần làm hạn chế hình thành mở rộng vết nứt bê tơng Hầu hết thí nghiệm chùng ứng suất thực mẫu thử bê tơng, thí nghiệm chùng ứng suất thực kết cấu BTCT mà lý khó khăn việc xây dựng mơ hình thí nghiệm cho phép xác định chùng ứng suất Thí nghiệm thực mẫu bê tông chịu kéo, nén với nguyên lý tạo biến dạng ban đầu mẫu trì thành phần biến dạng theo thời gian, thông số đo đạc giá trị lực kéo tác dụng lên mẫu suốt thời gian thí nghiệm Nghiên cứu chùng ứng suất kết cấu BTCT số tác giả thực như: Chali et al, 1969, tiến hành nghiên cứu thực nghiệm chùng ứng suất kết cấu dầm BTCT liên tục chuyển vị cưỡng gối tựa gây Jukka Jokela, 1990, thực nghiên cứu thực nghiệm ứng xử dài hạn dầm BTCT tác dụng tải trọng nhiệt chuyển vị cưỡng gối tựa Một kết thu nghiên cứu suy giảm phản lực gối tựa theo thời gian Đây thông số phản ánh chùng ứng suất kết cấu dầm thí nghiệm Có thể nhận thấy, tác giả sử dụng mơ hình thí nghiệm dầm chịu chuyển vị cưỡng gối tựa để nghiên cứu chùng ứng suất kết cấu BTCT Thông số không khảo sát trực tiếp mà xác định thông qua suy giảm phản lực gối tựa dầm theo thời gian (quyết định đến thay đổi nội lực hay ứng suất kết cấu dầm BTCT) Bên cạnh đó, thấy, nghiên cứu nói trên, chùng ứng suất kết cấu BTCT nhiều nguyên nhân tác động gây đồng thời chuyển vị gối tựa, tải trọng sử dụng, biến dạng co ngót bê tơng… mà chưa xét riêng ảnh hưởng chuyển vị cưỡng gối tựa Trong thực tế nhận thấy hai dạng kết cấu BTCT làm việc có liên quan trực tiếp tới tượng chùng ứng suất chuyển vị cưỡng gối tựa gây , dầm giằng móng BTCT có chênh lệch độ lún đài móng dầm liên kết cấu kiện cột vách BTCT nhà cao tầng có chênh co cấu kiện cột, vách Trong luận án này, tác giả tập trung nghiên cứu xây dựng mơ hình thí nghiệm làm việc dài hạn dầm BTCT chịu chuyển vị cưỡng gối tựa, đồng thời kết hợp với mơ hình tính tốn lý thuyết CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN DẦM BTCT CHỊU CHUYỂN VỊ CƯỠNG BỨC GỐI TỰA THEO THỜI GIAN 2.1 Cơ sở lý thuyết tính tốn làm việc dài hạn dầm BTCT chịu chuyển vị gối tựa Chùng ứng suất xét đến trường hợp dầm chịu chuyển vị cưỡng liên kết (thường gối tựa) Có thể nhận thấy sơ đồ làm việc dầm trường hợp thường liên kết hai đầu ngàm Mãng BTCT A C Mãng BTCT DÇm mãng BTCT L (a) C¦S M B M Hình 2.1: Chuyển vị cưỡng gối tựa dầm móng BTCT chênh lún đài móng V¸ch BTCT l l L = 2l (b) Cét BTCT DÇm BTCT MA C¦S A B l (c) Hình 2.2: Chuyển vị cưỡng gối tựa dầm BTCT (dầm liên kết cột – vách nhà cao tầng) có độ chênh co cấu kiện cột, vách BTCT Hình 2.3: Sơ đồ tương đương tính tốn dầm Xét mơ hình dầm BTCT tiết diện chữ nhật (b h), nhịp l, với liên kết đầu ngàm A, đầu khớp B, Hình 2.4 Cho gối B chuyển vị cưỡng đoạn B (t0 ) thời điểm ban đầu t0, gối B xuất phản lực RB (t0 ) , hay ngàm A xuất mô men uốn M A (t0 ) RB (t0 )l Theo thời gian, tượng từ biến chùng ứng suất xảy kết cấu dầm BTCT, chuyển vị cưỡng gối tựa thay đổi thành B (t ) B (t0 ) B , phản lực gối tựa RB (t ) Đối với sơ đồ tính tốn dầm đầu ngàm, đầu khớp trên, sử dụng phương pháp lực học kết cấu tính tốn phản lực gối tựa theo công thức (2.1) 3E (t , t ) I (t , t ) (t , t ) (2.1) RB (t , t0 ) c red B l Trong đó: Ec (t , t0 ) - Mô đun đàn hồi bê tông theo thời gian I red (t , t0 ) - Mơ men qn tính tiết diện quy đổi theo thời gian a As A B h0 h l a' A' s M A(t 0) B(t 0) b RA (t 0) RB(t ) Mặt cắt tiết diÖn l M A(t) B(t 0) B RA (t) l B(t) RB(t) M A(t) l Hình 2.4: Sơ đồ tính tốn dầm chịu chuyển vị cưỡng gối tựa Để giải toán trên, cần xác định thay đổi đặc trưng mô đun đàn hồi mơ men qn tính tiết diện xét thời điểm t Đây hai thông số cho phép xác định độ cứng dầm Do đặc điểm cấu tạo cấu kiện dầm sử dụng chủng loại cấp bền bê tông, hàm lượng cốt thép Do sử dụng giá trị độ cứng trung bình để tính tốn độ cứng cấu kiện dầm theo thời gian sau: D (t , t ) l D2 (t , t0 ) l2 (2.19) Dtb (t , t0 ) 1 l 11 Hình 2.14: Biểu đồ quan hệ hệ số từ biến, hệ số già bê tông - thời gian (cường độ bê tông thay đổi) Kết trình bày hình 2.14 cho thấy hệ số từ biến bê tông tăng dần theo thời gian, hệ số già giảm dần theo thời gian Hệ số già có giá trị nằm khoảng từ 0,4 đến 1,0 Kết cho thấy hệ số từ biến hệ số già bê tông giảm dần cường độ tính tốn bê tơng tăng lên 2.3 Ví dụ áp dụng 2.3.1 Dầm BTCT đặt cốt thép đơn Xét cấu kiện dầm BTCT tiết diện b×h = 100×150 mm, chiều dài nhịp tính tốn l = 800 mm, liên kết đầu ngàm đầu khớp Cường độ nén bê tông fc = 30,0 MPa, cường độ chịu kéo bê tông fctk = 2,0 MPa, mô đun đàn hồi bê tông tuổi 28 ngày Ec = 30588 MPa Cốt thép vùng kéo 2Ø10 (As = 157,08 mm2), cường độ cốt thép Rs = 370 MPa, cốt thép đai Ø4 (a = 100 mm), mô đun đàn hồi cốt thép Es = 210000 MPa Đây thông số dầm sử dụng mơ hình thực nghiệm, trình bày chương đề tài Kết tính tốn suy giảm phản lực gối tựa thể hình 2.16 Ứng suất cốt thép chịu kéo tính theo cơng thức (2.21) tương ứng với giá trị RB(t) tìm được, kết tính tốn thể hình 2.18 12 Hình 2.16: Biểu đồ quan hệ tỷ lệ RB(t)/RB(t0) - thời gian Hình 2.18: Biểu đồ quan hệ tỷ lệ RB(t)/RB(t0) σs(t)/σs(t0) - thời gian Có thể nhận thấy tỷ lệ suy giảm ứng suất kéo cốt thép chịu kéo có luật với suy giảm phản lực gối tựa 2.3.2 Dầm BTCT đặt cốt thép kép Xét cấu kiện dầm có kích thước tiết diện b×h = 200×400 mm, chiều dài nhịp tính tốn l = 1500 mm, liên kết đầu ngàm đầu khớp Cường độ nén bê tông fc = 30,0 MPa, cường độ chịu kéo bê tông fctk = 2,0 MPa, mô đun đàn hồi bê tông tuổi 28 ngày Ec = 30588 MPa Cốt thép vùng kéo 3Ø16 (As = 603,18 mm2), cốt thép vùng nén 2Ø16 (402,12 mm2), cường độ kéo cốt thép Rs = 370 MPa, cốt thép đai Ø6 (a = 150 mm), mô đun đàn hồi cốt thép Es = 210000 MPa Các kết tính tốn thu sau: Hình 2.20: Biểu đồ quan hệ tỷ lệ RB(t)/RB(t0) - thời gian Hình 2.21: Biểu đồ quan hệ tỷ lệ RB(t)/RB(t0) - thời gian (khi cường độ bê tông thay đổi) 13 Hình 2.22: Biểu đồ quan hệ tỷ lệ RB(t)/RB(t0) - thời gian (phản lực gối tựa ban đầu thay đổi) Hình 2.23: Biểu đồ quan hệ tỷ lệ RB(t)/RB(t0) - thời gian (hàm lượng cốt thép thay đổi) Tiến hành nghiên cứu thêm trường hợp ảnh hưởng cường độ bê tông, hàm lượng cốt thép chuyển vị cưỡng ban đầu đến chùng ứng suất kết cấu dầm BTCT chịu chuyển vị cưỡng gối tựa Các kết thể hình 2.21, hình 2.22, hình 2.23 2.4 Nhận xét Chương Nội dung chương làm rõ thông số liên quan đến làm việc dài hạn dầm BTCT chịu chuyển vị cưỡng (dài hạn) gối tựa Trên sở nghiên cứu này, nghiên cứu sinh tiến hành thiết lập biểu thức toán học thể làm việc dài hạn dầm sau dầm chịu chuyển vị cưỡng gối tựa Để kiểm chứng kết xây dựng theo lý thuyết, cần thiết phải có so sánh với kết nghiên cứu thực nghiệm Điều tiếp tục nghiên cứu trình bày Chương 3, phần nghiên cứu thực nghiệm đề tài CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM ỨNG XỬ DÀI HẠN CỦA DẦM BTCT CHỊU CHUYỂN VỊ CƯỠNG BỨC CỦA GỐI TỰA 3.1 Cơ sở xây dựng mơ hình thí nghiệm Xét mơ hình thí nghiệm gồm hai dầm BTCT có kích thước tiết diện b×h, cấu tạo cốt thép vật liệu chế tạo, vùng dầm hộp thép bao quanh tiết diện dầm Hình 14 3.3 Ở hai đầu tự hai dầm liên kết hai thép trịn trơn có tiết diện S0 Vïng t¹o chuyển vị cưỡng h h/2 Khớp Dầm BTCT Thanh thÐp liªn kÕt (S0) h h/2 Thanh thÐp liªn kÕt (S0) l A1 A2 Hình 3.3: Cơ sở thiết lập mơ hình khảo sát chùng ứng suất dầm BTCT Khoảng cách ban đầu hai dầm (là khoảng cách hai điểm A1 A2, Hình 3.3) Tạo chuyển vị cưỡng vùng tiết diện hai dầm cho khoảng cách vị trí hai điểm A1 A2 1 ( 1 ), hai thép tiết diện S0 xuất lực kéo X Nếu giữ nguyên chuyển vị 1 không thay đổi theo thời gian (tạo liên kết ngàm) từ sơ đồ thí nghiệm gồm hai dầm BTCT Hình 3.3 tạo thành sơ đồ thí nghiệm gồm dầm có liên kết ngàm - khớp minh Hỡnh 3.4 Dầm Thanh thép liên kÕt (S0) X1 DÇm A1 X1 DÇm BTCT X1 0 X1 DÇm 12 12 Thanh thép liên kết (S0) A2 Dầm Vùng tạo chuyển vị cưỡng 12 12 Hỡnh 3.4: Mơ hình sau tạo chuyển vị cưỡng 3.2 Mơ hình thí nghiệm Mơ hình thí nghiệm thể Hình 3.5 Tiết diện dầm b × h = 100 × 150 mm, chiều dài tính tốn dầm l = 800 mm 15 50 800 250 50 800 Khung chịu chuyển vị cưỡng tạo liên kết ngàm 150 75 Khớp Dầm Cơ cấu tạo chuyển vị cưỡng Dầm Thanh thép liên kết (S 0) 150 75 Khíp Khíp Thanh thÐp liªn kÕt ( S0) DÇm Khíp DÇm Hình 3.5: Mơ hình thí nghiệm chùng ứng suất dầm BTCT 3.2.1 Cơ cấu tạo chuyển vị cưỡng Để tạo chuyển vị cưỡng vị trí hai dầm, nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ khung thép trượt dọc theo phương tạo chuyển vị cưỡng hệ khung thép phải đủ cứng để chịu tải trọng gây chuyển vị 50 800 250 50 800 DÇm DÇm 1 250 110 70 U100 70 100 250 100 U100 23 23 2 23 a) Mặt cắt 1-1 23 b) Mặt cắt 2-2 DÇm 50 DÇm 800 250 50 800 Hình 3.6: Cấu tạo hệ khung trượt tạo chuyển vị cưỡng Sử dụng hệ nêm thép để khóa cứng chuyển vị tạo khu vực dầm, hình 3.7 1950 50 800 250 50 800 Nªm thÐp 3 nêm thép Dầm DÇm 4 800 150 U100 50 250 1950 800 U100 U100 Híng nªm di chun HƯ bulông giữ chân nêm Nêm thép Nêm thép Khung thép Hộp thép Dầm 150 Hướng khung trượt di chuyển Kích b) Mặt cắt 3-3 Khung thép Dầm U100 110 250 50 a) Sơ đồ cấu tạo hệ khung gia tải Dầm 150 Dầm 400 700 Dầm Dầm 400 Hộp thép 150 700 c) Mặt cắt 4-4 Hình 3.7: Sơ đồ hệ nêm thép khóa cứng chuyển vị cưỡng 16 3.2.2 Thanh thép liên kết (vị trí gối tựa chịu chuyển vị cưỡng bức) Như sơ đồ trình bày Hình 3.3 3.4, hai thép tiết diện S0 liên kết hai dầm BTCT làm việc gối tựa đơn giản dầm Lựa chọn thép liên kết thép trịn trơn, có đường kính Ø6 Lực kéo tác dụng lớn lên thời điểm tạo chuyển vị cưỡng ban đầu dự kiến 6500 N, đảm bảo làm việc giai đoạn đàn hồi 3.2.3 Cơ cấu loại bỏ ảnh hưởng trọng lượng thân mẫu dầm thí nghiệm Tiến hành treo hệ dầm nằm ngang hệ khung thép lò xo phân bố Hình 3.9: Chi tiết dầm sau treo 3.2.4 Xác định ảnh hưởng biến dạng co ngót biến dạng nhiệt đến làm việc mẫu thí nghiệm Từ mơ hình thí nghiệm (Hình 3.11) có cấu kiện dầm chủng loại, treo hệ khung treo giống với mơ hình thí nghiệm chùng ứng suất để loại trừ biến dạng co ngót biến dạng nhiệt bê tơng tính tốn kết Hình 3.11: Sơ đồ thí nghiệm thí nghiệm biến dạng co ngót biến dạng nhiệt 17 3.3 Bố trí dụng cụ thiết bị đo Sử dụng đồng hồ indicator học để khảo sát chuyển vị, indicator học kết hợp chống để khảo sát biến dạng mẫu dầm thí nghiệm I1 1950 T10 I3 T3 T4 T9 Khung gia tải Kích SG1 Nêm thép Loadcell ỉ6 Dầm 150 T1 T2 400 SG1 I2 150 DÇm 850 800 T10 SG2 Ø6 700 I1 Quang phân tải 250 250 400 850 800 150 Chốt ỉ10 ỉ6 I4 b) Mặt cắt 1-1 T6 T5 T8 T7 150 I2 DÇm DÇm Hép thÐp I4 I5 I6 I6 Khung gia t¶i KÝch Loadcell TDS 530 Hép thÐp Data logger a) MỈt b»ng I5 c) Mặt cắt 2-2 Hỡnh 3.12: S b trớ thit bị đo dầm 1950 135 280 250 280 280 DÇm I1 850 280 280 280 135 150 850 DÇm I2 I3 Hình 3.13: Sơ đồ bố trí thiết bị đo mẫu dầm đo biến dạng co ngót 3.4 Quy trình thí nghiệm Gia cơng hệ dầm hệ khung trượt thép tạo chuyển vị cưỡng theo vẽ thiết kế, hệ khung đúc với trình đúc mẫu dầm Lắp dựng hệ dầm thí nghiệm tiến hành gia tải tạo trạng thái chuyển vị cưỡng gối tựa nhóm tổ mẫu dầm 18 Q trình thí nghiệm khảo sát hệ số từ biến bê tông chùng ứng suất thân thép Ø6 sử dụng làm căng hai đầu dầm thực thời điểm với hệ dầm khảo sát chùng ứng suất 3.5 Vật liệu chế tạo thí nghiệm xác định đặc trưng học Cơng tác thí nghiệm thực 03 nhóm tổ mẫu dầm, sử dụng chung cấp độ bền bê tơng B25 có ba hàm lượng cốt thép đơn thay đổi Ø10 (1,163%), Ø12 (1,675%), Ø14 (2,279%) (nhóm thép CB300-V), cốt thép đai Ø4 trịn trơn (nhóm thép CB240-T) Cốt thép sử dụng làm căng liên kết có đường kính Ø6 loại trịn trơn (nhóm thép CB240-T) Thép sử dụng làm hệ khung treo dầm hệ khung trượt tạo liên kết ngàm sử dụng loại thép hình I100, U100 thép δ8, δ10, δ12 Sử dụng liên kết hàn để liên kết chi tiết với 3.6 Tải trọng thí nghiệm hệ dầm BTCT Để tạo phản lực gối tựa có giá trị RB vị trí dầm phải tác dụng lực có giá trị P = 2RB, giá trị tải trọng tính toán tổng hợp bảng 3.2 Bảng 3.2: Bảng giá trị tải trọng thí nghiệm đầu kích Stt Tổ hợp nhóm dầm tương ứng với hàm lượng cốt thép 2Ø10 (μ1 = 1,163%) Phản lực gối tựa RB (tương ứng với 30%Rmax) (N) Tải trọng thí nghiệm đầu kích (P = 2RB) (N) 3600 7200 2Ø12 (μ2 = 1,675%) 5000 10000 2Ø14 (μ3 = 2,279%) 6500 13000 3.7 Tính tốn suy giảm phản lực gối tựa dầm theo số liệu thực nghiệm đặc trưng học vật liệu sử dụng chế tạo dầm Từ kết thí nghiệm đặc trưng học vật liệu sử dụng chế tạo tổ hợp nhóm dầm Tiến hành tính tốn hồn 19 tồn tương tự trình bày mục 2.4.1 chương Kết tính tốn thể hình 3.28 sau: Hình 3.28: Biểu đồ quan hệ tỷ lệ suy giảm phản lực gối tựa RB(t)/RB(t0) – thời gian (tính tốn theo lý thuyết) 3.8 Kết thí nghiệm Các kết thí nghiệm từ ngày 05/02/2018 đến ngày 15/11/2019 (638 ngày) Nhiệt độ mơi trường phịng thí nghiệm dao động từ 160C đến 360C, độ ẩm môi trường dao động từ 40% đến 80% sau: Sự thay đổi phản lực gối tựa dầm theo thời gian Chùng ứng suất cấu kiện dầm BTCT thể thông qua suy giảm phản lực gối tựa theo thời gian Hình 3.32 thể kết trung bình 04 mẫu dầm/ tổ mẫu dầm thí nghiệm Tương ứng với 03 hàm lượng cốt thép thay đổi Hình 3.32: Biểu đồ quan hệ phản lực gối tựa - Thời gian (trung bình cộng căng) Từ kết thu trên, thấy suy giảm phản lực gối tựa biểu diễn dạng điển hình 3.33, gồm giai đoạn sau: 20 Ph¶n lùc gèi tùa t1 t2 t Thêi gian (t) Hình 3.33: Các giai đoạn chùng ứng suất dầm Giai đoạn (từ A đến B): Đây giai đoạn khoảng thời gian ngày (t1 = ngày) Ở thời điểm tốc độ suy giảm phản lực gối tựa dầm (chùng ứng suất) diễn nhanh Theo tính tốn suy giảm từ 8,8% đến 14,2% so với thời điểm đầu Giai đoạn (từ B đến C): Giai đoạn nằm khoảng thời gian từ ngày đến 100 ngày (t2 = 100 ngày) Ở thời điểm tốc độ suy giảm phản lực gối tựa dầm (chùng ứng suất) diễn nhanh, khơng giai đoạn có dấu hiệu chậm dần Trong giai đoạn suy giảm tương ứng từ 18,2% đến 21,7% so với thời điểm đầu Giai đoạn (từ C đến D): Giai đoạn nằm khoảng thời gian từ 100 ngày đến 600 ngày (t3 = 600 ngày) Ở thời điểm tốc độ suy giảm phản lực gối tựa dầm (chùng ứng suất) diễn chậm sau 300 ngày biến động Ở giai đoạn suy giảm từ 22,0% đến 24,33% so với thời điểm đầu Cả ba nhóm tổ mẫu dầm thí nghiệm phản ánh tính chùng ứng suất kết cấu dầm bê tông cốt thép, thông qua suy giảm phản lực gối tựa Từ kết thí nghiệm suy giảm phản lực gối tựa thu được, thiết lập lỷ lệ suy giảm phản lực gối tựa dầm so sánh với kết tính tốn theo lý thuyết, biểu diễn Hình 3.34, Hình 3.35 Hình 3.36 21 Hình 3.34: Biểu đồ quan hệ tỷ lệ suy giảm phản lực gối tựa - thời gian (theo lý thuyết thực nghiệm µ1 = 1,163%) Hình 3.35: Biểu đồ quan hệ tỷ lệ suy giảm phản lực gối tựa - thời gian (theo lý thuyết thực nghiệm µ2 = 1,675%) Kết phản ánh làm việc dầm BTCT chịu chuyển vị cưỡng gối tựa theo thời gian Kết thực nghiệm tiệm cận cao kết tính tốn theo lý thuyết Điều chứng tỏ Hình 3.36: Biểu đồ quan hệ tỷ lệ suy mơ hình tính tốn thiết lập giảm phản lực gối tựa - thời gian chương thiên an (theo lý thuyết thực nghiệm toàn cho kết cấu µ3 = 2,279%) Bên cạnh kết khảo sát suy giảm phản lực gối tựa dầm, kết khảo sát chuyển vị gối tựa dầm, biến dạn bê tông vùng nén, biến dạng cốt thép vùng kéo thực hiện, kết thể hình 3.37, hình 3.38, hình 3.39 Hình 3.37: Biểu đồ quan hệ chuyển vị gối tựa thời gian (trung bình mẫu dầm/ nhóm dầm) 22 Hình 3.38: Biểu đồ quan hệ biến dạng kéo cốt thép - thời gian 3.9 Hình 3.39: Biểu đồ quan hệ biến dạng nén bê tông vùng nén thời gian Nhận xét Chương Mơ hình thí nghiệm xây dựng cho phép khảo sát đặc trưng chùng ứng suất kết cấu dầm BTCT thí nghiệm, chuyển vị cưỡng dài hạn gối tựa dầm gây Chùng ứng suất xác định thông qua suy giảm phản lực gối tựa đơn giản dầm theo thời gian Sự suy giảm phản lực gối tựa làm giảm mô men uốn tiết diện khảo sát (tiết diện ngàm) Chùng ứng suất thể thông qua việc đo đạc thực nghiệm, xác định suy giảm biến dạng cốt thép chịu kéo bê tông chịu kéo (nén) vùng gần tiết diện ngàm Ảnh hưởng hàm lượng cốt thép chịu kéo kết cấu dầm BTCT đến chùng ứng suất dầm chuyển vị cưỡng gối tựa liên kết gây khảo sát thực nghiệm Kết thu cho thấy hàm lượng cốt thép tỷ lệ thuận với mức độ chùng ứng suất kết cấu dầm BTCT Thơng qua số liệu thí nghiệm thu từ mơ hình thí nghiệm, kiểm chứng tính phù hợp cơng thức (2.31) xác định suy giảm phản lực gối tựa Số liệu đầu vào sử dụng công thức thay đổi mô đun đàn hồi theo thời gian E(t), hệ số từ biến (t) xác định từ thực nghiệm thông qua thí nghiệm mẫu thí nghiệm chế tạo q trình đổ bê tơng mẫu dầm thí nghiệm Sự phù hợp kết tính tốn lý thuyết với kết thực nghiệm mặt cho thấy độ tin cậy công thức đề xuất, mặt cho thấy tính phù hợp mơ hình thí nghiệm xây dựng 23 KẾT LUẬN Kết luận Sự làm việc dài hạn kết cấu dầm BTCT chịu chuyển vị (biến dạng) cưỡng gối tựa trường hợp thực tế kết cấu cơng trình mà dầm BTCT liên kết với hai phận kết cấu khác mà chúng có chênh lệch biến dạng Dưới tác dụng chuyển vị (biến dạng) cưỡng tác dụng dài hạn, bên cạnh vấn đề thường đề cập đến xét làm việc dài hạn dầm BTCT đặc trưng học dài hạn vật liệu chế tạo, mức độ ứng suất ban đầu dầm …thì chùng ứng suất kết cấu dầm BTCT đặc trưng xem xét Đây đặc trưng điển hình kết cấu dầm BTCT chịu tác dụng chuyển vị (biến dạng) cưỡng dài hạn Trên sở đó, đề tài luận án “Nghiên cứu thực nghiệm làm việc dài hạn kết cấu dầm BTCT chịu chuyển vị cưỡng gối tựa” bên cạnh mục tiêu liên quan đến làm việc dài hạn dầm nhằm mục tiêu nghiên cứu chùng ứng suất xảy kết cấu dầm BTCT Có thể rút số kết luận sau: 1- Xây dựng mơ hình thí nghiệm phù hợp, tin cậy để nghiên cứu làm việc dài hạn dầm BTCT tác dụng chuyển vị cưỡng gối tựa liên kết Mơ hình cho phép loại bỏ ảnh hưởng trọng lượng thân dầm đến ứng xử dài hạn Mô hình thí nghiệm cho phép khảo sát chùng ứng suất kết cấu dầm BTCT thông qua suy giảm phản lực gối tựa va suy giảm biến dạng cốt thép chịu kéo Đồng thời, thông qua mơ hình thí nghiệm, làm rõ mức độ chùng ứng suất theo hàm lượng cốt thép chịu kéo Điều có ý nghĩa việc tính tốn kết cấu dầm BTCT làm việc dài hạn theo trạng thái giới hạn việc kiểm soát bề rộng khe nứt kết cấu; 2- Xây dựng mối quan hệ hệ số từ biến hệ số già cho bê tơng có cường độ chịu nén khác Hệ số già phụ thuộc vào tuổi, cường độ chịu nén bê tông tỷ lệ nghịch với hệ số từ biến Việc xác định hệ số già cho phép mơ tả xác làm việc dài hạn kết cấu dầm BTCT chịu uốn nói chung kết cấu dầm BTCT chịu chuyển vị cưỡng gối tựa nói riêng Đồng thời, sở cho việc áp dụng mơ hình 24 AEMM việc phân tích làm việc dài hạn kết cấu BTCT; 3- Xây dựng công thức xác định suy giảm phản lực gối tựa dầm BTCT theo thời gian chuyển vị cưỡng gối tựa gây ra, aRB2 (t ) bRB (t ) c cơng thức (2.31) Trong đó: a 2lD (t0 ) ; b D (t0 ) D2 (t ) RB (t0 )l ; c D1 (t ) D2 (t ) RB (t0 ) M crc Sự suy giảm phản lực gối tựa hàm số theo thời gian, phụ thuộc vào đặc trưng làm việc dài hạn dầm BTCT hệ số từ biến, hệ số già Thông qua suy giảm phản lực gối tựa, đánh giá mức độ chùng ứng suất kết cấu BTCT Kiến nghị Nội dung nghiên cứu đề tài luận án góp phần làm sáng tỏ ứng xử dài hạn dầm BTCT chịu tác động chuyển vị cưỡng gối tựa Kết thu cho thấy, chùng ứng suất vấn đề cần quan tâm phân tích làm việc kết cấu dầm BTCT làm việc chịu uốn Những kết thu sử dụng cho việc thiết kế kết cấu BTCT theo trạng thái giới hạn nhằm đảm bảo độ bền vững lâu dài Bên cạnh đó, vấn đề nghiên cứu sau cần tiến tục xem xét để có đánh giá tổng quát ứng xử dài hạn kết cấu dầm BTCT thực tế cơng trình: Nghiên cứu làm việc dài hạn kết cấu dầm BTCT chịu chuyển vị cưỡng gối tựa có xét đến tham gia làm việc sàn BTCT Trường hợp dầm liên tục nhiều nhịp, với số gối tựa chịu chuyển vị cưỡng nhiều gối tựa Nghiên cứu nứt kết cấu BTCT chịu uốn làm việc dài hạn có xét đồng thời từ biến chùng ứng suất DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Nguyễn Mạnh Hùng, Nguyễn Trung Hiếu (2017), “Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng xi măng cốt thép đến tình trạng nứt kết cấu bê tơng cốt thép biến dạng co ngót”, Hội thảo tồn quốc lần thứ 30 kết cấu công nghệ xây dựng - Hội kết cấu công nghệ xây dựng Việt Nam, 12-2017 Sengaloun KEOALOUNXAY, Manh Hung NGUYEN, Trung Hieu NGUYEN (2018), “Evaluation of Some Shrinkage Prediction Models for Normal Concrete”, Vasect journal of structural engineering & Construction technology ISSN 1859.3194, N026-2018 Nguyễn Mạnh Hùng, Nguyễn Trung Hiếu (2018), “Phân tích, đánh giá số mơ hình tốn học dự báo biến dạng từ biến bê tông”, Tạp chí Kết cấu Cơng nghệ Xây dựng ISSN 1859.3194, số 28-2018 Nguyễn Mạnh Hùng, Nguyễn Ngọc Linh (2019), “Một phương pháp biểu diễn chùng ứng suất bê tông thông qua hệ số từ biến hệ số già hóa bê tơng”, Tạp chí Xây dựng Việt Nam ISSN 0866-8762, năm thứ 58, 5-2019 Nguyễn Mạnh Hùng, Ngô Thế Phong, Nguyễn Trung Hiếu (2019), “Xây dựng mô hình thí nghiệm xác định chùng ứng suất bê tông kết cấu dầm bê tông cốt thép”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Trường Đại học Xây dựng, ISSN 2615-9058, tập 13 số 4V, 9-2019 ... Mục đích nghiên cứu luận án - Nghiên cứu xây dựng mơ hình thực nghiệm phù hợp đảm bảo độ tin cậy nhằm nghiên cứu làm việc dài hạn cấu kiện dầm bê tông cốt thép chịu chuyển vị cưỡng gối tựa Mơ hình... cứu làm việc dài hạn cấu kiện dầm bê tông cốt thép chịu chuyển vị cưỡng gối tựa Mơ hình thí nghiệm xây dựng cho phép khảo sát chùng ứng suất kết cấu BTCT theo thời gian chuyển vị cưỡng gối tựa. .. chương làm rõ thông số liên quan đến làm việc dài hạn dầm BTCT chịu chuyển vị cưỡng (dài hạn) gối tựa Trên sở nghiên cứu này, nghiên cứu sinh tiến hành thiết lập biểu thức toán học thể làm việc dài
Ngày đăng: 10/03/2021, 05:23
Xem thêm: