luận án tiến sĩ nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc dài hạn của dầm bê tông cốt thép chịu chuyển vị cưỡng bức gối tựa

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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội – Năm 2021 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS TS Nguyễn Trung Hiếu GS TS Ngô Thế Phong Hà Nội – Năm 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Nghiên cứu sinh Nguyễn Mạnh Hùng ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Trung Hiếu, GS TS Ngô Thế Phong tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện động viên suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận án Tác giả chân thành cảm ơn tập thể Thầy, Cô Bộ môn Thí nghiệm Kiểm định cơng trình, Phịng thí nghiệm LAS-XD125, Bộ mơn Cơng trình bê tơng cốt thép, Khoa Xây dựng dân dụng công nghiệp, Khoa Đào tạo Sau đại học trường Đại học Xây dựng tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ hướng dẫn suốt thời gian tác giả nghiên cứu Bộ môn Khoa Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thành viên gia đình tạo điều kiện chia sẻ khó khăn suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận án Nghiên cứu sinh: Nguyễn Mạnh Hùng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ x MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài nghiên cứu Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu 4 Cơ sở khoa học đề tài nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu Những đóng góp luận án Nội dung cấu trúc luận án CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG XỬ DÀI HẠN CỦA BÊ TÔNG VÀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1 Sự làm việc dài hạn bê tông kết cấu bê tông cốt thép 1.2 Từ biến bê tông 1.2.1 Cơ chế vi mô từ biến 1.2.2 Thành phần từ biến 10 1.2.3 Biểu thức từ biến 12 1.2.4 Ảnh hưởng từ biến tới ứng xử dài hạn kết cấu cơng trình 13 1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng tới biến dạng từ biến bê tông 15 1.3 Chùng ứng suất kết cấu BTCT 17 1.3.1 Ảnh hưởng chùng ứng suất tới làm việc kết cấu BTCT 18 1.3.2 Cơ chế chùng ứng suất 19 1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chùng ứng suất 19 iv 1.3.4 Thí ngh 1.4 Mối quan hệ chùng ứng suất từ biến bê tơng 1.5 Phân tích ứng xử dài hạn kết cấu BTCT làm việc chịu uốn sở đặc trưng đàn hồi bê tông 1.5.1 Phương pháp mô đun đàn hồi hiệu EMM (Effective modulus method) 1.5.2 Phương pháp mô đun đàn hồi hiệu điều chỉnh theo tuổi AEMM (Age-adjusted effective modulus method) (MC 90-93: 2010) 1.5.3 Hàm chùng ứng suất xấp xỉ ARF (Approximate Relaxation Function) (MC 90-93) 1.6.Thực tế làm việc kết cấu dầm BTCT liên quan đến chùng kết cấu BTCT 1.7.Nhận xét chương CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN DẦM BTCT CHỊU CHUYỂN VỊ CƯỠNG BỨC GỐI TỰA THEO THỜI GIAN 42 2.1 Cơ sở lý thuyết tính tốn làm việc dài hạn dầm BTCT chịu chuyển vị cưỡng gối tựa 43 2.1.1 Mơ hình tính tốn dầm BTCT chịu chuyển vị cưỡng gối tựa .43 2.1.2 Độ cứng dầm làm việc dài hạn 46 2.1.3 Chiều dài vùng nứt độ cứng trung bình dầm 49 2.1.4 Phản lực gối tựa chùng ứng suất kết cấu dầm BTCT 50 2.2 Xây dựng công thức xác định chùng ứng suất kết cấu dầm BTCT ảnh hưởng chuyển vị cưỡng gối tựa dựa mơ hình AEMM có điều chỉnh 51 2.2.1 Xác định phản lực gối tựa dầm theo thời gian 51 2.2.2 Xây dựng mối quan hệ hệ số từ biến hệ số già 54 2.3 Ví dụ áp dụng 63 2.4 Nhận xét Chương 74 v CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM ỨNG XỬ DÀI HẠN CỦA DẦM BTCT CHỊU CHUYỂN VỊ CƯỠNG BỨC CỦA GỐI TỰA 76 3.1 Cơ sở xây dựng mơ hình thí nghiệm 76 3.2 Mơ hình thí nghiệm 79 3.3 Bố trí dụng cụ thiết bị đo 87 3.4 Quy trình thí nghiệm 90 3.5 Vật liệu chế tạo thí nghiệm xác định đặc trưng học 95 3.6 Tải trọng thí nghiệm hệ dầm BTCT 101 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 101 3.8 Kết thí nghiệm 102 3.8.1 Chuyển vị mẫu dầm thí nghiệm biến dạng co ngót biến dạng nhiệt gây (nhóm tổ mẫu dầm hàm lượng cốt thép μ = 1,675%) 104 3.8.2 Sự thay đổi phản lực gối tựa dầm theo thời gian 105 3.8.3 Chuyển vị gối tựa dầm theo thời gian 109 3.8.4 Ảnh hưởng thay đổi phản lực gối tựa đến biến dạng bê tông chịu nén biến dạng kéo cốt thép vùng kéo 110 3.9 Nhận xét chương 111 KẾT LUẬN 113 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO 116 PHỤ LỤC………………………………………………………………… … PL1 Phụ lục 1: Kết đo chùng ứng suất kết cấu dầm (nhóm tổ mẫu hàm lượng cốt thép μ1 = 1,163%) PL1 Phụ lục 2: Kết đo chùng ứng suất kết cấu dầm (nhóm tổ mẫu hàm lượng cốt thép μ2 = 1,675%) PL2 Phụ lục 3: Kết đo chùng ứng suất kết cấu dầm (nhóm tổ mẫu hàm lượng cốt thép μ3 = 2,279%) PL3 vi Phụ lục 4: Kết đo chuyển vị co ngót biến thiên nhiệt độ (nhóm tổ mẫu hàm lượng cốt thép μ2 = 1,675%) PL4 Phụ lục 5: Kết đo chùng ứng suất thân thép Ø6 PL5 Phụ lục 6: Kết đo hệ số từ biến bê tông PL6 Phụ lục 7: Kết thí nghiệm lý bê tơng cốt thép sử dụng cho mẫu dầm PL7 Phụ lục 8: Chi tiết thiết lập tính lặp Matlab, tính hàm chùng ER(t,t0) PL8 Phụ lục 9: Chi tiết thiết lập tính tốn suy giảm phản lực gối tựa dầm phần mềm Maple PL9 DA BTCT CƯS TCVN ACI EC2 r b, h a a ,f c E ' eff As , As' Ac A red B Rb Ec Es C (t , t ) , J (t , t ) (t , t ) , u (t , t ) t R (t , t0 ) ; E R ( t , t ) t0 t chiều rộng, chiều cao tiết diện khoảng cách từ mép chịu kéo tiết diện đến trọng tâm cốt thép chịu kéo khoảng cách từ mép chịu nén tiết diện đến trọng tâm cốt thép chịu nén diện tích tiết diện ngang cốt thép chịu kéo, nén diện tích tiết diện ngang bê tơng diện tích tiết diện quy đổi cấp độ bền bê tông cường độ nén tính tốn bê tơng mơ đun đàn hồi bê tông mô đun đàn hồi hiệu điều chỉnh mô đun đàn hồi cốt thép độ từ biến (hàm từ biến riêng) hệ số từ biến bê tông hệ số từ biến cuối hệ số già bê tông hàm chùng ứng suất thời gian chất tải thời gian tính tốn viii RH độ ẩm mơi trường N/X tỷ lệ nước xi măng M mô men kháng nứt crc s hệ số quy đổi cốt thép bê tông x chiều cao bê tông vùng nén I mơ men qn tính tiết diện quy đổi red độ cứng cấu kiện D chuyển vị gối tựa (t , t ) RB ( t , t ) phản lực gối tựa (t ) biến dạng toàn phần in (t ) biến dạng ban đầu (đàn hồi) cr (t ) biến dạng từ biến bê tơng sh (t) biến dạng co ngót bê tơng th (t ) biến dạng nhiệt ; 0,c ; c C( c ; RH , c ; s,c v/s,c ,28) (t , ) ,c a , hệ số xét đến tuổi chất tải, độ ẩm môi trường, độ sụt, hàm lượng đá hỗn hợp, lượng khí hỗn hợp, kích thước cấu kiện tính độ từ biến tiêu chuẩn ACI giá trị giới hạn độ từ biến theo viện bê tông Nga hệ số kể đến phát triển từ biến theo thời gian EC2 D1-10, D2-10, D3-10, D4-10 Ký hiệu dầm số đến dầm số nhóm dầm hàm lượng cốt thép (2Ø10 – μ1 = 1,163 %) D1-12, D2-12, D3-12, D4-12 Ký hiệu dầm số đến dầm số nhóm dầm hàm lượng cốt thép (2Ø12 – μ2 = 1,675 %) D1-14, D2-14, D3-14, D4-14 Ký hiệu dầm số đến dầm số nhóm dầm hàm lượng cốt thép (2Ø14 – μ3 = 2,279 %) PL 6.1 Phụ lục 6: Kết khảo sát hệ số từ biến bê tông Bảng PL - Kết khảo sát hệ số từ biến bê tông Nhiệt Thời gian Giờ Độ độ Tải ẩm (OC) (%) 15/03/2018 8h00 21 77 15/03/2018 10h00 21 77 16/03/2018 14h30 22 78 19/03/2018 13h30 23 80 20/03/2018 10h00 23 60 23/03/2018 11h00 21 56 26/03/2018 8h30 22 70 27/03/2018 16h00 23 68 30/03/2018 16h30 24 68 03/04/2018 9h00 24 70 09/04/2018 15h00 22 45 12/04/2018 14h00 24 80 16/04/2018 9h00 23 64 26/04/2018 14h00 25 72 04/05/2018 9h30 26 72 07/05/2018 9h00 27 78 16/05/2018 11h00 29 70 22/05/2018 15h00 29 56 05/06/2018 8h30 28 60 14/06/2018 9h30 30 62 PL 6.2 20/06/2018 16h00 31 55 05/07/2018 14h00 36 40 09/07/2018 15h00 32 60 13/07/2018 15h30 30 60 17/07/2018 10h00 29 68 04/08/2018 15h00 28 70 13/08/2018 8h30 29 68 20/08/2018 9h00 29 74 30/08/2018 16h00 29 76 10/09/2018 15h00 28 56 17/09/2018 8h00 29 50 21/09/2018 9h00 28 64 12/10/2018 14h00 26 54 24/10/2018 14h00 26 70 26/11/2018 8h30 24 62 06/12/2018 10h00 26 72 10/12/2018 8h30 20 53 14/12/2018 16h00 17 58 22/12/2019 10h00 17 54 26/02/2019 9h00 20 63 26/03/2019 14h00 21 68 26/04/2019 9h00 27 64 22/05/2019 10h00 28 55 26/06/2019 9h00 30 70 15/07/2019 9h00 30 71 15/08/2019 9h00 30 65 16/09/2019 9h00 29 64 15/10/2019 9h00 30 68 15/11/2019 10h00 29 65 PL 6.3 Bảng PL - Kết tính tốn hệ số từ biến bê tông Nhiệt Thời gian (ngày) Giờ Độ Tải ẩm độ (OC) 0,0417 8h00 10h00 (%) 21 77 21 77 14h30 22 78 13h30 23 80 10h00 23 60 11h00 21 56 11 8h30 22 70 12 16h00 23 68 15 16h30 24 68 19 9h00 24 70 25 15h00 22 45 28 14h00 24 80 32 9h00 23 64 42 14h00 25 72 50 9h30 26 72 53 9h00 27 78 62 11h00 29 70 68 15h00 29 56 82 8h30 28 60 91 9h30 30 62 97 16h00 31 55 112 14h00 36 40 116 15h00 32 60 PL 6.4 120 15h30 30 60 124 10h00 29 68 142 15h00 28 70 151 8h30 29 68 158 9h00 29 74 168 16h00 29 76 179 15h00 28 56 186 8h00 29 50 190 9h00 28 64 211 14h00 26 54 223 14h00 26 70 256 8h30 24 62 266 10h00 26 72 270 8h30 20 53 274 16h00 17 58 313 10h00 17 54 348 9h00 20 63 376 14h00 21 68 407 9h00 27 64 433 10h00 28 55 467 9h00 30 70 487 9h00 30 71 518 9h00 30 65 550 9h00 29 64 579 9h00 30 68 610 10h00 29 65 PL 6.5 Hình PL - Biểu đồ quan hệ hệ số từ biến bê tông - thời gian ti Cơng thức tính tốn: ti t0 ti Trong đó: - Ɛti ; Ɛt0 : Biến dạng mẫu gia tải thời điểm đầu thời điểm sau - Ɛ ti : Biến dạng thời điểm tương ứng mẫu trạng thái tự PL 7.1 Phụ lục 7: Kết thí nghiệm lý bê tông cốt thép sử dụng cho mẫu dầm Bảng PL - Kết thí nghiệm nén mẫu bê tông (mẫu lập phương 150x150x150 mm) Số Ký hiệu mẫu TT ngày đúc Bê tông Mẫu 150x150x150 Ngày đúc 05/02/18 Bảng PL - Kết thí nghiệm nén mẫu bê tông (mẫu trụ Ø150x300 mm) Số Ký hiệu mẫu TT ngày đúc Bê tông Mẫu Ø150x300 Ngày đúc 05/02/18 Bảng PL - Kết thí nghiệm cường độ chịu kéo bê tơng (tiết diện mẫu 56x100 mm) Số Ký hiệu mẫu TT ngày đúc Bê tông Mẫu 56x100 Ngày đúc 05/02/18 PL 7.2 Bảng PL - Kết thí nghiệm mơ đun đàn hồi bê tơng Số Ký hiệu mẫu TT ngày đúc 3 3 3 Bê tông Mẫu trụ Ø150x300 Ngày đúc 05/02/18 Bê tông Mẫu trụ Ø150x300 Ngày đúc 05/02/18 Bê tông Mẫu trụ Ø150x300 Ngày đúc 05/02/18 Bê tông Mẫu trụ Ø150x300 Ngày đúc 05/02/18 Bê tông Mẫu trụ Ø150x300 Ngày đúc 05/02/18 Bê tông Mẫu trụ Ø150x300 Ngày đúc 05/02/18 PL 7.3 Bảng PL - Kết thí nghiệm kéo thép Mẫu thép thí nghiệm Số Đường TT kính (mm) trơn V-UC 10 gai V-UC 12 gai V-UC 14 gai V-UC - PL 8.1 Phụ lục 8: Chi tiết thiết lập tính lặp Matlab, tính hàm chùng ER(t,t0) PL 8.2 PL 9.1 Phụ lục 9: Chi tiết thiết lập tính tốn suy giảm phản lực gối tựa dầm phần mềm Maple PL 9.2 ... 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN... thuyết tính tốn làm việc dài hạn dầm BTCT chịu chuyển vị cưỡng gối tựa 43 2.1.1 Mơ hình tính tốn dầm BTCT chịu chuyển vị cưỡng gối tựa .43 2.1.2 Độ cứng dầm làm việc dài hạn ... chịu chuyển vị cưỡng gối tựa (do chênh lệch co ngắn cột vách BTCT) Hình 2: Kết cấu dầm BTCT làm việc dài hạn chịu chuyển vị cưỡng gối tựa liên kết Qua sơ đồ Hình 2, nhận thấy nghiên cứu làm việc