Nghiên cứu ứng xử uốn của dầm cầu dự ứng lực sử dụng bê tông chất lượng siêu cao tại Việt Nam

Nghiên cứu thực nghiệm

Với thành phần chính được lấy từ các loại cốt liệu trong nước ngoại trừ cốt sợi thép và phụ gia siêu dẻo (Superplasticizer – SP) gốc Polycarboxylate được nhập khẩu. Nước: nước sử dụng trong nghiên cứu thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật của tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4506:2012 đối với nước trộn vữa và bê tông.

Cơ sở khoa học và phương pháp xây dựng đường quan hệ ứng suất – biến dạng vật liệu UHPC tại Việt Nam

Từ dạng đường quan hệ ứng suất – biến dạng kéo UHPC được trình bày ở Hình 2.4, dựa trên kết quả số liệu thí nghiệm trên các mẫu uốn thu được, sử dụng các biểu thức 2.4 đến 2.8 để xác định các tham số trên đường cong. (2.22) Xem quan hệ ứng suất mở của vết nứt đã biết cho đến lần lặp i, người ta thu được hai tham số chưa biết là ứng suất và chiều cao tương đối của vết nứt tại lần lặp i + 1, tương ứng là 𝜎𝑓𝑖+1 và 𝛼𝑖+1 bằng cách giải phương trình trên, với tổng lực pháp tuyến bằng không và mô men kháng uốn của mặt cắt bằng với mô men thực nghiệm.

Cơ sở khoa học và phương pháp xây dựng công thức tính toán sức kháng uốn dầm cầu UHPC DƯL

Giới hạn khả năng chịu uốn của dầm được xác định khi biến dạng kéo cốt thép ở vùng chịu kéo đạt đến giá trị biến dạng tương ứng với cường độ chảy quy định của cốt thép (đối với cốt thép dự ứng lực giá trị này từ 0,005 đến 0,01) ngay khi bê tông chịu nén đạt đến biến dạng giới hạn là 0,003. Sau khi xây dựng biểu đồ phân bố ứng suất khối chữ nhật tương đương, dựa trên các phương trình cân bằng lực và mô men trên tiết diện ngang ta xây dựng được công thức tính toán vị trí trục trung hòa 𝑑𝑛 và công thức xác định sức kháng uốn 𝑀𝑛 của dầm UHPC DƯL.

Phương pháp mô hình số PTHH mô phỏng sự làm việc của dầm cầu UHPC DƯL

Tất cả các mô hình HSD được chia thành 2 phần trong ứng xử nén: (1) hóa cứng: khống chế giãn nở bề mặt cho đến khi đạt được ứng suất nén lớn nhất; (2) hóa mềm: khống chế co bề mặt gây ra quá trình vỡ sau khi đạt được ứng suất nén cực đại. Phần tử sử dụng để mô hình hóa liên kết giữa cốt thép dự ứng lực và UHPC Liên kết giữa cốt thép dự ứng lực và UHPC có đặc điểm là ràng buộc chuyển vị theo phương vuông góc với phần tử cáp dự ứng lực, theo phương dọc trục cáp dự ứng lực, nếu vượt quá giới hạn lực dính giữa cáp dự ứng lực và UHPC, hai phần tử này sẽ có sự chuyển vị tương đối.

Nhận xét Chương 2

Phần tử mô tả liên kết giữa cáp dự ứng lực và UHPC thông qua đường quan hệ giữa tải trọng – chuyển vị được nhập trực tiếp cho phần tử (Hình 2.15). Mô đun đàn hồi của cáp dự ứng lực Eps, được lấy bằng 196.500 MPa và hệ số giãn nở nhiệt, c, được lấy thống nhất và thuận lợi cho việc mô phỏng.

Xử lý số liệu thí nghiệm uốn để xây dựng đường quan hệ ứng suất – biến dạng Đường quan hệ tải trọng – độ vừng giữa nhịp thu được từ thớ nghiệm uốn bốn

Đối với thớ nghiệm uốn ba điểm, đường quan hệ tải trọng – độ vừng ở cỏc mẫu là tương đương nhau, điều này hoàn toàn hợp lý nhờ vào việc tạo khứa để định hướng vị trí phát triển vết nứt trên các mẫu thí nghiệm. Kết quả xác định cường độ chịu kéo đàn hồi từ thí nghiệm uốn 4 điểm.

Giới hạn đàn hồi kéo đặc trưng f ctk,el MPa 6,52 Sau giai đoạn đàn hồi, quy luật kéo sau nứt được xác định bằng phương pháp

Kết quả xác định cường độ chịu kéo sau nứt từ thí nghiệm uốn 3 điểm.

Giới hạn cường độ chịu kéo đặc trưng f ctfk MPa 7,87

• Xây dựng đường quan hệ ứng suất – biến dạng UHPC phục vụ thiết kế
• Xác định sức kháng uốn dầm UHPC DƯL bằng phương pháp phân tích mặt cắt

Để làm cơ sở xây dựng công thức xác định sức kháng uốn của dầm UHPC DƯL, mục này sẽ trình bày kết quả tính toán sức kháng uốn UHPC DƯL tiết diện chữ I và chữ T, đây là hai mẫu dầm đã được tiến hành nghiên cứu thực nghiệm thuộc chương trình nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp Bộ: “Nghiên cứu ứng dụng bê tông chất lượng siêu cao trong xây dựng cầu quy mô nhỏ và trung bình”. Kết quả so sánh cho thấy, khi sử dụng các công thức tính toán khoảng cách trục trung hoà 𝑑𝑛 và công thức xác định sức kháng uốn 𝑀𝑛 đã đề xuất, giá trị mô men kháng uốn thu được là tương đương với kết quả nghiên cứu thực nghiệm 𝑀𝑒𝑥𝑝, giá trị mô men kháng uốn tính toán thấp hơn giá trị thực nghiệm khoảng từ 5 % ÷ 7 % là có thể chấp nhận được và thiên về an toàn.

Chọn kết cấu cầu phục vụ nghiên cứu

Do đặc tính cơ học vượt trội của UHPC, chiều cao dầm có xu hướng giảm, vì vậy, trong nghiên cứu sẽ khảo sát dầm ứng với các chiều cao khác nhau, cụ thể chiều cao dầm khảo sát biến thiên từ 1,6 m đến 1,0 m với mức giảm chiều cao dầm là 0,1 m. Dựa vào phương pháp và công thức tính toán sức kháng uốn dầm UHPC DƯL đã đề xuất ở Chương 3, tiến hành tính toán sức kháng uốn cho kết cấu nhịp dầm tiết diện chữ I đã chọn, trong đó, biểu đồ phân bố ứng suất khối chữ nhật tương đương trên tiết diện ngang dầm được trình bày ở Hình 5.3.

Kết quả phân tích khả năng chịu uốn dầm bằng mô hình số đề xuất

Quá trình mô hình hóa gia tải thí nghiệm dầm sẽ thu được đường quan hệ tải trọng và độ vừng dầm tại giữa nhịp, dựa trờn mối quan hệ này cú thể xỏc định được thời điểm bắt đầu hình thành vết nứt và giá trị tải trọng lớn nhất, từ đó xác định khả năng chịu uốn của dầm. Kết quả phân tích biến dạng trên tiết diện ngang dầm tại giữa nhịp bao gồm biến dạng tại đáy dầm và biến dạng tại mép trên bản mặt cầu, kết quả biến dạng dầm I42 cao 1,1 m được trình bày ở Hình 5.9, trong đó giá trị biến dạng kéo ở thớ dưới là 0,07 và biến dạng kéo ở thớ trên là 0,03.

Đánh giá kết quả từ công thức và mô hình số dầm UHPC DƯL I42

Kết quả so sánh giá trị trục trung hòa cho thấy có sự tương đồng giữa công thức tính toán chiều cao trục trung hòa đã đề xuất và mô hình số, khi chiều cao dầm càng lớn thì độ lệch giữa hai giá trị này tăng lên, tuy nhiên chênh lệch này là chấp nhận được khi kết quả chênh lệch chỉ là 0,43%. Kết quả hiển trị trên biểu đồ cho thấy giá trị sức kháng uốn (Mn) tính bằng công thức đề xuất trong luận án phù hợp với kết quả phân tích bằng mô hình số, trong đó, dầm có chiều cao 1,1 m có khả năng chịu uốn phù hợp nhất, và có thể kết luận khi sử dụng VL UHPC cho dầm cầu I42 DƯL có thể giảm chiều cao dầm từ 1,6 m xuống còn 1,1 m.

Nhận xét Chương 5

Kết quả so sánh ở Bảng 5.9 cho thấy, giá trị tính toán sức kháng uốn dầm theo công thức đề xuất trong luận án chênh lệch so với giá trị thu được từ mô hình số không quá 5%. Đồng thời, ứng với chiều cao dầm đã chọn là 1,1 m, kết quả tính toán bằng công thức thấp hơn so với kết quả phân tích bằng mô hình số.