Khảo sát dầm cĩ chiều cao H=450 mm, với hàm lượng sợi và loại sợi tương tự
dầm H=400 mm như trình bày trên. Kết quả tính tốn sức kháng cắt cho dầm BTCĐC CST cho thấy hàm lương tăng sức kháng cắt tăng rất lớn và sợi dài (Lf/Df=80/60) cho sức kháng cắt lớn hơn. Tuy nhiên khi chiều cao dầm tăng, ứng su ất cắt tới hạn trung bình của dầm BT CĐC CST sẽ giảm. Khi dùng mơ hình đề xuất, khảo sát dầm
chiều cao H=400mm và H=450mm cho thấy ứng suất cắt tới hạn dầm cĩ chiều cao H=450mm nhỏ hơn so với dầm H=400mm (Bảng 3.4).
Bảng 3.4 So sánh ứng suất cắt trung bình trong dầm BTCĐC CST trong dầm cĩ H=400mm và H=450mm
Hàm lượng sơi Ứng suất cắt trung bình(MPa)
(%) H=400mm H=450mm H=400mm H=450mm SN (65/35) SD (80/60) 0 2.455 2.342 2.455 2.342 0.630 4.247 4.024 4.681 4.433 1.000 5.248 4.941 5.902 5.550 1.500 6.658 6.092 7.575 6.910 Tính tốn tải trọng thí nghiệm
Tính tốn tải trọng thử nghiệm nhằm mục đích dự báo được tải trọng phá hủy dầm do cắt. Từ đĩ, xem xét năng lực kích của thiết bị uốn dầm. Từ đĩ quyết định chọn thiết bị cĩ năng lực phù hợp để phá hủy dầm thử nghiệm. Với sơ đồ dầm uốn 4 điểm như Hình 3.2, để dầm phá hoại do cắt, lực tác dụng lên dầm phải lớn hơn giá trị Ps được tính tốn theo sức kháng cắt Vu như sau:
P
s =1.25*Vu Hay Ps=2*1.25*Vu
2
Giá trị của Vu lấy theo Bảng 3.4 cĩ xét đến hiệu ứng vịm do a/d<2.5. Do lấy a/d =2 nên sức kháng cắt nhân hệ số 1,25 theo như phương trình (2-84)(2-83)
Để dầm khơng bị phá hoại do uốn. Lực tác dụng được tính tốn theo sức kháng uốn ký hiệu là Pm Đối vơi dầm BTCĐC cĩ cốt đai khơng sử dụng cốt sợi thép, việc tính tốn sức kháng uốn theo lý thuyết truyền thống. Sức kháng uốn tính tốn được tính tốn như sau:
Tính sức kháng uốn của dầm BTCT khơng sợi:
a = As f y =1520.04 * 512 =87.20 (mm) 0.85 f ' *b 0.85* 70 *150 c M n = As f y ( d − a / 2) = 1520, 4 *512 * (336, 5 − 87.12 / 2) = 227983625 N .mm = 227.984 KN .m
Đối với các dầm BTCĐC CST tính sức kháng uốn như cơng thức đề xuất trong ACI 544-4R88 [32]: M n =A sf d- a h + e - a y 2 +σtb (h-e ) 2 2 2 A f y + σ b ( h −e) a = s t 0.85 f ' *b c
Lực tác dụng tương ứng với sức kháng uốn được tính bằng:
P = 2*M / 0.75
mn
Kết quả tính tốn lực tác dụng lên dầm theo các điều kiện phá hoại do cắt mà khơng phá hoại do uốn cho các dầm thử nghiệm thiết kế như được thống kê trong Bảng 3.5.
Bảng 3.5. Bảng tải trọng tính tốn theo lực cắt và mơ men tới hạn
Hàm K/c Đ/k
b H lượng Vu Ps Mn Pm
KH dầm Loại sợi f’c cốt đai cốt Pm
(mm) (mm) sợi Vf >Ps (s) đai (KN) (KN) (KN.m) (%) B-0-300-6-300 150 400 0 77.8 300 6 115.616 234.5 233.96 623.0 OK B-0.63-300-6-300-SN 150 400 3D 65/35 BG 0.63 83.4 300 6 200.038 401.28 258.35 690.26 OK B- 1-300-6-300 -SN 150 400 3D 65/35 BG 1 85 300 6 247.191 493.3 271.38 723.41 OK B-0.63-300-6-300-SD 150 400 3D 80/60 BG 0.63 84.4 300 6 221.088 442.17 264.0 704.0 OK A-0-300-6-300 150 450 3D 65/35 BG 0 77.8 300 124.03 242.37 277.65 715.87 OK A-0.63-300-6-300-SN 150 450 3D 65/35 BG 0.63 83.4 300 6 215.6 496.28 289.45 746.33 OK Tiến hành thử nghiệm 3.5.1. Chế tạo dầm Ván khuơn:
Chế tạo ván khuơn dầm bằng gỗ đạt yêu cầu về cường độ. Ván khuơn phải đáp ứng được các yêu cầu để đúc dầm với kích thước chính xác nhất và kín khít. Cấu tạo ván khuơn được chế tạo như Hình 3.5 Ván khuơn đúc dầm BTCĐC CST.
Hình 3.5 Ván khuơn đúc dầm BTCĐC CST
Đúc dầm và bảo dưỡng
Dầm được đúc và bảo dưỡng ở điều kiện tiêu chuẩn cho đến khi bê tơng đạt đủ 100% cường độ. Các dầm sau khi tháo ván khuơn, bảo dưỡng sau 28 ngày. Dùng sơn trắng để sơn và dùng bút chì kẻ ơ sao cho khi dầm nứt dễ quan sát các vết nứt (hình 3.6).
Hình 3.6 Sơn và kẻ ơ cho dầm thử nghiệm
3.5.2. Tiến hành uốn dầm
Các dầm sau khi đúc đạt 100% cường độ sẽ tiến hành uốn. Các dầm được đánh số và ký hiệu để nhận biết. Dầm được kê kích và sử dụng thiết bị kích 100T ở phịng Trung tâm thí nghiệm Đại học GTVT để uốn dầm (Hình 3.7)
Hình 3.7 Thí nghiệm uốn dầm
Sử dụng thiết bị kích cĩ năng lực 100T để gia tải. Để đo tải trọng tác dụng lên dầm sử dụng load cell đặt trên đỉnh dầm như Hình 3.8. Đầu cảm biến đo độ võng được gắn ở giữa nhịp, mặt trước dầm và kết nối với thiết bị do. Các sen xơ đo biến dạng trong bê tơng, cốt dọc và đai như Hình 3.2 được kết nối với thiết bị đo. Dầm được gia tải theo từng cấp. Tốc độ gia tải theo mối liên hệ tải trọng (P) và biến dạng.
Load cell
LVDT
Tải trọng được truyền xuống dầm thơng qua gối kê trên đỉnh dầm, khoảng cách giữa hai gối phụ là 60cm. Sử dụng hai gối thép kê dầm cao 70cm, đảm bảo sơ đồ làm việc của dầm thử nghiệm.
Kết quả và phân tích kết quả
Kết quả thí nghiệm được xem xét gồm: Sức kháng cắt của dầm thử nghiệm, nghiên cứu về hình dạng vết nứt, các mối quan hệ giữa biến dạng và tải trọng cũng như sức kháng cắt tới hạn (Vu). Gĩc nghiêng của vết nứt cũng là đối tượng xem xét trong thí nghiệm này.
3.6.1. Sức kháng cắt của dầm thử nghiệm
Theo kế hoạch thử nghiệm 6 dầm cĩ các thơng số đề cập trên, các thơng số được khảo sát gồm: Tải trọng phá hoại cắt (từ đĩ cĩ được lực cắt tới hạn), độ võng giữa nhịp, biến dạng trong bê tơng miền nén, biến dạng trong cốt dọc chủ trong phạm vi phá hoại cắt, biến dạng trong cốt đai trong phạm vi phá hoại tiết diện nghiêng.
Bảng 3. là số liệu tải trọng đo được khi dầm bị phá hoại và sức kháng cắt thực nghiệm, so sánh với sức kháng cắt tính theo mơ hình đề xuất ở chương 2. Kết quả cho thấy sức kháng cắt dầm thực nghiệm cao hơn so với tính tốn. Tuy nhiên sự sai số khơng quá lớn. Kết quả cho thấy cĩ sự tương đồng giữa lý thuyết và thực nghiệm. Mơ hình phá hoại dầm cũng nằm trong dự kiến. Các vết nứt nghiêng thường bắt đầu nứt từ giữa hoặc từ miền chịu kéo phát triển lên miền nén và sau đĩ dầm gãy. Sử dụng tiêu chuẩn ACI 544R88 để so sánh đối chứng thêm. Kết quả so sánh như bảng 3.6.
Bảng 3.6. So sánh kết quả thử nghiệm và mơ hình lý thuyết Tải trọng Sức kháng cắt Sức kháng cắt tính
Kí hiệu dầm tới hạn- theo thực Vu Tính theo Vutest/ Vu/Vu Dạng mặt Loadcell nghiệmVutest theo mơ hình đề ACI544R88 Vu (ACI) cắt phá hủy
xuất-Vu (KN) (KN) (KN) B-0-300-6-300 210.32 105.16 115.61568 157.216 0.91 0.75 Phá hủy do cắt-trượt B-0.63-300-6-300- SN 496.65 221.32 200.03828 191.594 1.1 1.04 Phá hủy do cắt-trượt B-1-300-6-300-SN 585.74 261.02 247.19093 223.517 1.06 1.1 Phá hủy do cắt-trượt B -0.63-300-6-300-SD 639.398 284.94 220.46455 230.884 1.29 0.95 Phá hủy do cắt-trượt A-0-300-6-300 436.968 194.73 124.03 179.893 1.5 0.7 Phá hủy do cắt-trượt A -0.63-300-6-300-SN 639.5 284.98 215.6 256.051 1.3 0.84 Phá hủy do cắt-trượt
Qua kết quả thử nghiệm dầm cho thấy, lực cắt của dầm thử nghiệm tăng rất lơn khi hàm lượng sợi tăng. Với hàm lượng sợi 0.63% sợi ngắn, sức kháng cắt tăng thêm 110% so với dầm khơng sử dụng cốt sợi thép. Khi hàm hàm lượng sợi thép là 1% sức kháng cắt tăng thêm 148.2%. Như vậy sức kháng tăng rất lớn, cao hơn so với lý thuyết.
3.6.2. Phân tích hình thức phá hủy dầm thử nghiệm
Mơ hình phá hủy dầm B-0-300-6-300
Với dầm bê tơng cường độ cao, khơng sợi thép, kết quả về lực cắt như trong Bảng 3.. Mơ hình dầm phá hoại do cắt uốn. Vết nứt chính cĩ độ mở rộng lớn. Gĩc nghiêng vết nứt nhỏ hơn 45o, theo lý thuyết là 34o. Dạng vết nứt phá hủy như Hình 3.9 Mơ hình vết nứt khi uốn dầm Dầm B-0-300-6-300 các vết nứt nhỏ khơng nhiều và khơng rõ ràng. Cĩ hiện tượng cốt dọc chủ bị trượt do mất dính bám trong khi phá hoại. Dầm sẽ phá hủy tại mặt cắt nghiêng bắt đầu từ miền chịu kéo.
NCS Trần Thị Lý B-0-300-6-300 H=400
Hình 3.9 Mơ hình vết nứt khi uốn dầm Dầm B-0-300-6-300
Mơ hình phá hủy dầm B-0.63-300-6-300-SN
Với dầm cao h=400mm, sử dụng loại sợi ngắn 3D 65/35 BG với hàm lượng 0.63% theo thể tích. Vết nứt dầm cĩ dạng như Hình 3.10. Dạng vết nứt cơ bản xuất hiện từ giữa chiều cao dầm và lan sang miền chịu kéo và phát triển đến điểm đặt tải. Vết nứt chính cĩ bề rơng nhỏ hơn do sự tham gia của cốt sợi thép. Nhiều vết nứt nhỏ xuất hiện và phân bố trong khoảng từ điểm đạt tải đến gối. Điều này cho thấy sợi thép giúp lan truyền vết nứt nhỏ thay vì xuất hiện vết nứt lớn. Khơng thấy hiện tượng nứt tách do cốt dọc chủ bị trượt, điều này cho thấy dính bám giữa cốt dọc và BTCST rất tốt. Gĩc nghiêng của vết nứt nhỏ hơn 45o.
NCS Trần Thị Lý B-0,63-300-6-300 SN-H=400
Hình 3.10 Mơ hình vết nứt khi uốn dầm Dầm B-0.63-300-6-300-SN
Mơ hình phá hủy dầm B-1-300-6-300-SN
Khi hàm lượng sợi tăng, dầm làm việc dẻo hơn, nhiều vết nứt nhỏ xuất hiện thay vì vết nứt lớn. Vết nứt chính xuất hiện từ giữa dầm và lan sang gối trên và gối dưới như Hình 3.11
NCS Trần Thị Lý B-1-300-6-300 SN-H=400
Hình 3.11. Mơ hình vết nứt khi uốn dầm Dầm B-1-300-6-300-SN
Mơ hình phá hủy dầm B - 0.63-300-6-300-SD
Kết quả uốn dâm cĩ hàm lương sợi 0.63% sử dụng sợi dài cho thấy, vết nứt chính xuất hiện từ giữa dầm và lan sang gối trên và gối dưới, nhiều vết nứt nhỏ xuất hiện và lan rộng trước khi dầm bị phá hoại. Nhiều vết nứt nhỏ xuất hiện ở miền kéo. Dạng phá hoại là do cắt uốn. Mơ hình phá hủy và hình ảnh vết nứt như Hình 3.12
NCS Trần Thị Lý
B-0,63-300-6-300, SD-H=400
Hình 3.12. Mơ hình vết nứt khi uốn dầm Dầm B-0.63-300-6-300-SD
Mơ hình phá hủy dầm A-0-300-6-300
Với chiều cao dầm H=450 mm, dầm khơng cĩ cốt sợi thép, mơ hình phá hủy tương đối giống dầm B-0-300-6-300. Chỉ cĩ một vết nứt chính xuất hiện và dầm bị phá hoại trên vết nứt đĩ. Vết nứt xuất hiện ở miền chịu kéo. Dính bám giữa cốt dọc
chủ và bê tơng khơng lớn. Cĩ sự trượt cốt dọc chủ khi dầm phá hoại. Gĩc nứt nhỏ hơn dầm cĩ sợi thép.
NCS Trần Thị Lý A-0-300-6-300-SN
Hình 3.13 Mơ hình vết nứt khi uốn dầm Dầm A-0-300-6-300
Mơ hình phá hủy dầm A-0.63-300-6-300-SN
Với loại dầm cao H=450mm, sử dụng sợi ngắn với hàm lượng 0.63% theo thể
tích, các vết nứt nhỏ xuất hiện nhiều hơn so với dầm khơng cĩ sợi thép ở trên. Do cĩ sự tham gia chịu kéo sau khi xuất hiện vết nứt đầu tiên của cốt sợi thép nên vết nứt nhỏ và lan truyền thay vì mở rộng. Hình dạng vết nứt như Hình 3.14
NCS Trần Thị Lý A-0.63-300-6-300-SN
Hình 3.14. Mơ hình vết nứt khi uốn dầm Dầm B-0.63-300-6-300-
SN 3.6.3. Phân tích về mối quan hệ tải trọng và độ võng giữa nhịp
Độ võng giữa nhịp được đo bằng đầu đo LVDT tại vị trí mặt trước dầm. Đồ thị của 4 dầm cĩ chiều ca H=400mm được vẽ trên Hình 3.15
Tải trọng (N)
Độ võng giữa nhịp (mm)
Hình 3.15. Đồ thị quan hệ giữa tải trọng và độ võng giữa nhịp dầm H400mm Đồ thị cho thấy, quan hệ giữa tải trong và độ võng trong dầm BTCĐC và dầm BTCĐC CST là tuyến tính. Hàm lượng sợi căng cao thì biếng dạng càng nhỏ.
3.6.4. Phân tích kết quả đo biến dạng bê tơng miền nén
Như mơ hình thí nghiệm trình bày trên, bố trí một điểm đo phía trên đỉnh dầm, vị trí giữa nhịp để đo biến dạng trong bê tơng. Theo giả thuyết bê tơng bị biến dạng tới hạn của bê tơng miền nén là 0.003-0.0035. Tuy nhiên các kết quả đo biến dạng lớn nhất của bê tơng miền nén trong dầm BTCĐC CST khi phá hoại đều đạt giá trị lớn hơn một chút. Kết quả như vậy là phù hợp, bởi bê tơng CST dẻo hơn bê tơng thường. Đồ thị quan hệ giữa giữa tải trọng tác dụng và biến dạng trong bê tơng của 4 dầm H=400mm và hai dầm H=450mm như Hình 3.16
Tải trọng (KN) 700000.00 600000.00 500000.00 400000.00 300000.00 Dầm B-0-300-6-300 Dầm B1-300-6-300- 200000.00 SN Dầm B0.63-300-6- 300-SD 100000.00 Dầm B0.63-300-6- 300-SN 0.00 0.00 1000.00 2000.00 3000.00 4000.00 5000.00
Biến dạng dọc của bê tơng miền nén (μƐ)
Hình 3.16. Đồ thị về tải trong và biến dạng trong bê tơng miền nén dầm H400mm
Nhận xét, các đồ thị tương đối tuyến tính, bê tơng làm việc trong giai đoạn đàn
hồi. Sử dụng cốt sợi thép với hàm lượng càng cao thì tính dẻo khi chịu nén của BTCST càng lớn lớn và biến dạng dẻo trong bê tơng miền nén khi phá hoại lớn hơn.
3.6.5. Kết quả đo biến dạng trong cốt dọc chủ
Đo biến dạng trong cốt dọc chủ ở hai vị trí D1 và D2 hàng dưới như hình Hình 3.2. Biến dạng trong cốt dọc chủ cĩ liên quan đến gĩc nghiêng của ứng suất kéo chính và từ đĩ cĩ ảnh hưởng đến khả năng chịu cắt của dầm BTCĐC CST. Mối tương quan giữa Sức kháng cắt và biến dạng trong cốt dọc chủ đo được ở vị trí D1 như và đo vị trí D2 như Hình 3.17 và Hình 3.18. Đồ thị cho thấy, dầm B0-300-6-300 do khơng sử dụng cốt sợi thép, cốt dọc chủ nhanh chĩng chảy dẻo khi tải trọng cịn rất nhỏ. Các dầm cịn lại khi sử dụng cốt sợi thép thì hàm lượng cốt sợi thép tăng, cốt dọc chủ bị chảy dẻo chậm hơn, khi tải trọng lớn hơn rất nhiều lần. Khả năng chịu tải trong trong
cốt thép dọc tăng lên khi phối hợp với cốt sợi do cốt sợi thép cĩ tham gia chịu kéo và hạn chế bề rộng vết nứt. Lực cắt Vu (N) 350000.00 300000.00 250000.00 Dầm B0-300-6- 200000.00 300 Dầm B1-300-6- 300-SN 150000.00 Dầm B0.63- 300-6-300-SD 100000.00 Dầm B0.63- 300-6-300-SN 50000.00 0.00 0.00 500.00 1000.00 1500.00 2000.00 2500.00 3000.00 Biến dạng trong cốt dọc chủ vị trí D1 (μƐ)
Hình 3.17. Đồ thị quan hệ lực cắt và biến dạng trong cốt dọc chủ vị trí D1(dầm H400mm)
350000.00 300000.00 (N ) 250000.00 cắ tV u 200000.00 L ực 150000.00 100000.00 50000.00 0.00 -10000.00-5000.00 0.00 -50000.00 Dầm B0-300-6-300 Dầm B1-300-6-300- SN Dầm B0.63-300-6- 300-SD Dầm B0.63-300-6- 300-SN 5000.00 10000.0015000.0020000.0025000.0030000.0035000.00 Biến dạng trong cốt dọc chủ vị trí D2 (μƐ) Hình 3.18. Đồ thị lực cắt và biến dạng trong cốt dọc chủ vị trí D2 (dầm H400mm)
3.6.6. Kết quả đo biến dạng trong cốt đai
Trong nghiên cứu thực nghiệm về biếng dạng của cốt đai của dầm BTCĐC CST, hai vị trí đo biến dạng T1 và T2 nằm trong phạm vi phá hoại do cắt được bố trí sen xơ để đo. Do ảnh hưởng của cốt sợi thép nên cốt đai sẽ cĩ ứng suất giảm đi. Cốt đai bị chảy dẻo chậm hơn tương ứng với tải trọng lớn hơn khi dầm cĩ cốt sợi thép. Đồ thị mối liên hệ giữa lực cắt tới hạn và biến dạng trong cốt đai vị trí T1 dầm cĩ chiều cao H400