luận án tiến sĩ nghiên cứu tăng cường dầm bê tông cốt thép bằng bê tông cốt lưới dệt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN HUY CƯỜNG NGHIÊN CỨU TĂNG CƯỜNG DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI- 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN HUY CƯỜNG NGHIÊN CỨU TĂNG CƯỜNG DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình đặc biệt Mã số: 95.80.206 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1: PGS.TS NGÔ ĐĂNG QUANG 2: GS.TS PHẠM DUY HỮU HÀ NỘI- 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án công trình nghiên cứu cá nhân tơi Các kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Hà Nội, Ngày 29 tháng 03 năm 2021 Tác giả Nguyễn Huy Cường i LỜI CẢM ƠN Luận án thực hướng dẫn trực tiếp PGS.TS Ngô Đăng Quang GS.TS Phạm Duy Hữu Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy, người dành cho lời khuyên, định hướng giám sát quý báu suốt trình học tập, giúp tơi hồn thành luận án Tôi xin cảm ơn quý Thầy, Cô giáo mơn Cơng trình Giao thơng Thành phố Cơng trình Thủy, đặc biệt cố GS.TS Nguyễn Viết Trung giúp đỡ nhiều trình học tập nghiên cứu Tơi xin trân trọng cảm ơn Phòng Đào tạo Sau Đại học trường Đại học Giao thông Vận tải tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập nghiên cứu Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại học Giao Thông Vận tải, lãnh đạo Bộ môn Kết cấu Xây dựng, lãnh đạo Khoa Kỹ thuật Xây dựng tạo điều kiện để tơi hồn thành luận án Cuối cùng, muốn bày tỏ biết ơn đến đồng nghiệp, gia đình, người thân giúp đỡ tơi q trình học tập, nghiên cứu Hà Nội, Ngày 29 tháng 03 năm 2021 Tác giả Nguyễn Huy Cường ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ ỨNG DỤNG BÊ TƠNG CỐT LƯỚI DỆT ĐỂ TĂNG CƯỜNG DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1 Tình hình sử dụng TRC để tăng cường khả chịu lực cho kết cấu giới 1.2 Các nghiên cứu đặc tính học bê tơng cốt lưới dệt 1.2.1 Cốt lưới dệt 1.2.2 Bê tơng hạt mịn 1.2.3 Tính chất dính bám lưới sợ 1.2.4 Ứng xử chịu kéo dọc trục t 1.2.5 Cường độ chịu kéo lưới sợ 1.2.6 Dính bám TRC với bê tơng 1.3Các nghiên cứu tăng cường khả chịu uốn 1.3.1 Các nghiên cứu thực nghiệm 1.3.2 Mơ hình xác định sức kháng uố 1.4Các nghiên cứu tăng cường khả chịu cắt 1.4.1 Các nghiên cứu thực nghiệm 1.4.2 Mô hình tính tốn xác định sức 1.5 Phân tích, đánh giá nghiên cứu thực xác định vấn đề cứu CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH ỨNG XỬ CHỊU LỰC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐƯỢC TĂNG CƯỜNG BẰNG BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT 2.1Trạng thái chịu lực kết cấu dầm BTCT tăng cườ 2.2Đề xuất mơ hình tính tốn xác định ứng xử chịu uốn củ cường TRC iii 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.3 Phương pháp xác định TRC Các giả thiết tính tốn Mơ hình tính toán l TRC chưa chịu lực Mơ hình tính tốn l TRC chịu lực Mơ hình tính tốn xác định sức kháng uốn dầm BTCT tăng c TRC 2.4 Đề xuất mơ hình tính tốn xác định sức kháng cắt dầm BTCT TRC 2.5 Kết luận chương CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ỨNG XỬ CHỊU LỰC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐƯỢC TĂNG CƯỜNG BẰNG BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT 74 3.1 Mục đích nghiên cứu 3.2 Nghiên cứu xác định số tính chất học bê tông cốt lưới dệt 3.2.1 3.2.2 Đặc trưng học bê tông c Nghiên cứu xác định ứng xử d mịn 84 3.2.3 3.3 Nghiên cứu xác định ứng xử Nghiên cứu thực nghiệm xác định ứng xử chịu uốn dầm BTCT cường TRC 3.3.1 3.3.2 3.4 Thiết lập thí nghiệm Nhận xét đánh giá kết Nghiên cứu thực nghiệm xác định ứng xử chịu cắt dầm BTCT t TRC 3.4.1 3.4.2 3.5 Thiết lập thí nghiệm Nhận xét đánh giá kết Kiểm chứng mơ hình tính tốn đề xuất với kết thí nghiệm 3.5.1 Mơ hình tính tốn xác định ứ tăng cường chưa chịu lực Mơ hình tính tốn xác định ứ tăng cường trì tải trọng Mơ hình tính tốn sức kháng Mơ hình tính toán sức kháng 3.5.2 3.5.3 3.5.4 iv 3.6Kết luận chương CHƯƠNG 4NGH 4.1Mục đích nghiên cứu 4.2Xây dựng mơ hình mơ số 4.2.1 Mô p 4.2.2 Mô p 4.3Kết mô 4.3.1 Các 4.3.2 Các 4.4 Nghiên cứu tham số ảnh hưởng đến ứng xử chịu uốn cường TRC 4.4.1 Ảnh 4.4.2 Ảnh 4.4.3 Ảnh 4.5Kết luận chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Kiến nghị DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC CƠNG BỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Phụ lục Phụ lục Phụ lục v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thành phần hỗn hợp bê tông hạt mịn Brockmann [21] Bảng 1.2 Đặc tính học loại bê tông hạt mịn Blanksvärd sử dụng [18] Bảng 2.1 Biến dạng loại vật liệu mặt cắt dầm Bảng 3.1 Thành phần bê tông hạt mịn Bảng 3.2 Thành phần cấp phối hạt cát quartz Bảng 3.3 Lượng lọt sang (%) bột Quartz nghiền Bảng 3.4 Kết thí nghiệm xác định cườ Bảng 3.5 Kết thí nghiệm xác định cườ Bảng 3.6 Kết thí nghiệm xác định mơ Bảng 3.7 Đặc trưng hình học học củ Bảng 3.8 Các mẫu thí nghiệm kết thí nghiệm dính bám TRC với bê tông thường Bảng 3.9 Một số ứng xử dầm thí nghiệm Bảng 3.10 Một số tính chất học loại vật liệu nghiên cứu Weiland [56] Bảng 3.11 So sánh Bảng 3.12 So sánh k Bảng 3.13 So sánh k Bảng 4.1 Các thông số vậ Bảng 4.2 Các thông số vậ Bảng 4.3 So sánh kết Bảng 4.4 So sánh kết dầm thí nghiệm mô tăng cường sức kháng cắt vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Thành phần bê tơng cốt lưới Hình 1.2 Tăng cường sức kháng cắt cho d Hình 1.3 Sửa chữa, tăng cường dầm sàn tầng hầm bị hư hỏng hỏa hoạn (Thụy Sỹ) [53] Hình 1.4 Tăng cường dầm, sàn BTCT cơng trình nhà cao tầng TRC Hình 1.5 Sửa chữa, tăng cường cho kết cấu sàn BTCT TRC sợi thủy tinh nhà xưởng công nghiệp EXEDY (Vĩnh Yên, Vĩnh Phúc) Hình 1.6 Các cấp độ kết cấu Hình 1.7 Quy trình tẩm lớp p Hình 1.8 Một số cấu trúc điể Hình 1.9 Tính chất học số loại sợi [20] Hình 1.10 Quan hệ ứng suất – biến dạng bê tông hạt mịn chịu nén [21] Hình 1.11 Dính bám dính bám ngồi lưới sợi dệt [41] Hình 1.12 “Neo” cốt lưới dệt bê tông hạt mịn Hình 1.13 Các sợi phía sử dụng keo epoxy làm tăng dính bám [41] Hình 1.14 Mẫu thí ng Hình 1.15 Thí nghiệm Hình 1.16 Ảnh hưởn Hình 1.17 Ứng xử củ Hình 1.18 Sơ đồ minh họa ứng suất – biến dạng TRC chịu kéo trục [20] 22 Hình 1.19 Quan hệ ứng suất – biến dạng kéo sợi bản, bó sợi trần bó sợi thủy tinh 310 tex nằm bê tông hạt mịn, theo Curbach [45] Hình 1.20 Sự phân b Hình 1.21 Ảnh hưởn Hình 1.22 Thí nghiệm dính bám TRC bê tông theo dẫn RILEM 250- CSM [52] Hình 1.23 Ứng xử Hình 1.24 Một số vii Hình 1.25 Cấu tạo chi tiết số mẫu dầm thí nghiệm D’Ambrisi [25] Hình 1.26 Trạng thái ứng suất – biến dạng mặt cắt dầm tăng cường TRC [12] Hình 1.27 Tỷ số ứ Hình 1.28 Thí ngh Hình 1.29 Thí nghiệm tăng cường sức kháng cắt Triantafillou Papanicolaou [60] 36 Hình 1.30 Thí nghiệm tăng cường sức kháng cắt Si Larbi [55] Hình 1.31 Thí nghiệm tăng cường sức kháng cắt Tetta [57] Hình 1.32 Cấu tạo dầm tăng cường sức kháng cắt D’Ambrisi (et al [25]) Hình 1.33 Cấu tạo dầm tăng cường Hình 1.34 Chiều cao làm việc có h Hình 1.35 Vai trị chịu lực cắt lư Hình 1.36 Vai trị chịu lực cắt lư Hình 2.1 Quan hệ mô men uốn - độ cong lực – độ võng dầm BTCT tăng cường TRC Hình 2.2 Phương pháp xác định độ võng dầm Hình 2.3 Quan hệ ứng suất – biến dạng vật liệu thép, bê tông cốt lưới dệt bê tông Hình 2.4 Trạng thái ứng suất – biến dạng mặt cắt giai đoạn I (chưa nứt) Hình 2.5 Trạng thái ứng suất – biến dạng mặt cắt giai đoạn II (sau nứt) Hình 2.6 Trạng thái ứng s Hình 2.7 Trạng thái ứng s Hình 2.8 Trạng thái biến d Hình 2.9 Trạng thái biến dạng mặt cắt giai đoạn 3-4 (khi bê tông hạt mịn chưa nứt) Hình 2.10 Trạng thái ứng suất – biến dạng mặt cắt giai đoạn 4-5 (sau BTHM nứt đến cốt thép bị chảy) Hình 2.11 Trạng thái ứng suất – biến dạng mặt cắt dầm tăng cường TRC 66 Hình 2.12 Sự truyền lực qua vết nứt nghiêng viii Worksheets("Process").Cells(TT, "L").Value = epc c = Sheets("Process").Cells(TT, "B").Value epct = epc / c * (h - c) Worksheets("Process").Cells(TT, "I").Value = epct epf = epc / c * (df - c) Worksheets("Process").Cells(TT, "K").Value = epf eps1 = epc / c * (ds1 - c) Worksheets("Process").Cells(TT, "J").Value = eps1 eps2 = epc / c * (c - ds2) Worksheets("Process").Cells(TT, "M").Value = eps2 usct = epct * Ec Sheets("Process").Cells(TT, "N").Value = usct uss1 = eps1 * Es Sheets("Process").Cells(TT, "O").Value = uss1 usf = epf * Kf Sheets("Process").Cells(TT, "P").Value = usf usc = fcu * (2 * epc / epc0 - (epc / epc0) * epc / epc0) Sheets("Process").Cells(TT, "Q").Value = usc uss2 = eps2 * Es Sheets("Process").Cells(TT, "R").Value = uss2 Fctt = usct * b * (h1 - c) / Sheets("Process").Cells(TT, "S").Value = Fctt Fs1 = uss1 * As1 Sheets("Process").Cells(TT, "T").Value = Fs1 Ff = usf * Af Sheets("Process").Cells(TT, "U").Value = Ff Fc = b * fcu * (epc / epc0 * (1 - epc / (3 * epc0))) Sheets("Process").Cells(TT, "V").Value = Fc Fs2 = uss2 * As2 Sheets("Process").Cells(TT, "W").Value = Fs2 M1 = Fctt * (h1 - c) * / + Fs1 * (ds1 - c) + Ff * (df - c) + Fc * / * c + Fs1 * (c - ds2) Sheets("Process").Cells(TT, "Y").Value = M1 / 1000000 Phi1 = epc / c * 1000000 Sheets("Process").Cells(TT, "X").Value = Phi1 P1 = M1 / 0.3 / 1000000 Sheets("Process").Cells(TT, "Z").Value = P1 If epct >= (fcr_bthm / Ec_bthm) Then dem1 = I Exit For End If Next i ' -Buoc2_Giai_doan_truoc_khi_CT_chay For i = dem1 + To 100 Step TT=TT+1 Sheets("Process").Cells(TT, "A").Value = I LR = Cells.Find(What:="*", SearchDirection:=xlPrevious, SearchOrder:=xlByRows).Row LC = Cells.Find(What:="*", SearchDirection:=xlPrevious, SearchOrder:=xlByColumns).Column Cells(2, "H").Copy Cells(TT, "H").PasteSpecial Paste:=xlPasteFormulas epc = dep1 * i Sheets("Process").Cells(TT, "C").Value = epc c = h1 / 142 Sheets("Process").Cells(TT, "B").Value = c p = b * fcu * epc / epc0 * (1 - epc / (3 * epc0)) A1 = p + 0.5 * b * ep_ct0 * ep_ct0 / epc * Ec B1 = epc * Es * As1 + epc * Es * As2 + (f_fcr - K1 * ep_fcr) * Af + K1 * Af * epc c1 = -(epc * ds2 * Es * As2 + epc * ds1 * Es * As1 + Fct * b * ds2 * c + epc * df * K1 * Af) Worksheets("Process").Cells(TT, "D").Value = p Worksheets("Process").Cells(TT, "E").Value = A1 Worksheets("Process").Cells(TT, "F").Value = B1 Worksheets("Process").Cells(TT, "G").Value = c1 Cells(TT, "B").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "100" Cells(TT, "H").GoalSeek Goal:=0, ChangingCell:=Cells(TT, "B") Worksheets("Process").Cells(TT, "L").Value = epc c = Sheets("Process").Cells(TT, "B").Value epct = epc / c * (h - c) Worksheets("Process").Cells(TT, "I").Value = epct epf = epc / c * (df - c) Worksheets("Process").Cells(TT, "K").Value = epf eps1 = epc / c * (ds1 - c) Worksheets("Process").Cells(TT, "J").Value = eps1 eps2 = epc / c * (c - ds2) Worksheets("Process").Cells(TT, "M").Value = eps2 Sheets("Process").Cells(TT, "N").Value = Fct If eps1