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 nghiệm chùng ứng suất 29 1.4 Mối quan hệ chùng ứng suất từ biến bê tông 34 1.5 Phân tích ứng xử dài hạn kết cấu BTCT làm việc chịu uốn dựa sở đặc trưng đàn hồi bê tông 35 1.5.1 Phương pháp mô đun đàn hồi hiệu EMM (Effective modulus method) 35 1.5.2 Phương pháp mô đun đàn hồi hiệu điều chỉnh theo tuổi AEMM (Age-adjusted effective modulus method) (MC 90-93: 2010) 36 1.5.3 Hàm chùng ứng suất xấp xỉ ARF (Approximate Relaxation Function) (MC 90-93) 38 1.6 Thực tế làm việc kết cấu dầm BTCT liên quan đến chùng ứng suất kết cấu BTCT 39 1.7 Nhận xét chương 40 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 μ2 = 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 tông 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 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT BTCT bê tông cốt thép CƯS chùng ứng suất TCVN tiêu chuẩn Việt Nam ACI tiêu chuẩn Hoa Kỳ EC2 tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode r b, h a a' độ cong cấu kiện 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 As , As' diện tích tiết diện ngang cốt thép chịu kéo, nén Ac diện tích tiết diện ngang bê tơng Ared diện tích tiết diện quy đổi B cấp độ bền bê tông Rb , fc cường độ nén tính tốn bê tơng Ec mô đun đàn hồi bê tông Eeff mô đun đàn hồi hiệu điều chỉnh Es mô đun đàn hồi cốt thép C (t , t0 ) , J (t , t0 ) độ từ biến (hàm từ biến riêng)  (t , t0 ) , t hệ số từ biến bê tông u hệ số từ biến cuối  (t , t0 ) hệ số già bê tông R (t , t0 ) ; ER (t , t0 ) hàm chùng ứng suất t0 thời gian chất tải t thời gian tính tốn viii RH độ ẩm môi trường N/X tỷ lệ nước xi măng M crc mô men kháng nứt s hệ số quy đổi cốt thép bê tông x chiều cao bê tơng vùng nén I red mơ men qn tính tiết diện quy đổi D độ cứng cấu kiện  (t , t0 ) chuyển vị gối tựa RB (t , t0 ) phản lực gối tựa  (t ) biến dạng toàn phần  in (t ) biến dạng ban đầu (đàn hồi)  cr (t ) biến dạng từ biến bê tông  sh (t ) biến dạng co ngót bê tơng  th (t ) biến dạng nhiệt   ,c ;  RH ,c ;  s,c ;  ,c hệ số xét đến tuổi chất tải, độ ẩm môi trường, độ sụt, hàm   a ,c ;  v / s ,c lượng đá hỗn hợp, lượng khí hỗn hợp, kích thước cấu kiện tính độ từ biến tiêu chuẩn ACI C (,28) giá trị giới hạn độ từ biến theo viện bê tông Nga  c (t , ) 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 %) ... 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 Kết cấu bê tông cốt thép chịu tác dụng tải trọng dài hạn, bê tông xảy tượng... 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... 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