Cường độ chịu kéo trực tiếp là một thuộc tính quan trọng ảnh hưởng đến sự làm việc cắt của dầm BTCST. Thí nghiệm kéo trực tiếp để xác định cường độ chịu kéo của BTCST được lấy theo ACI 544 2R 99 [27] và RILEM TC 162 TDF [104].
Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo trực tiếp của BTCST là quá trình khĩ thực hiện. Vấn đề là kích thước mẫu khơng đủ lớn để các sợi cĩ thể sắp xếp, phân bố giống với dầm cĩ kích thước thật [70]. Các thí nghiệm khơng cĩ sự thống nhất, khĩ đánh giá chính xác được sự làm việc thực của BTCST. Khi thí nghiệm kéo trực tiếp mẫu được kẹp giữ chặt vị trí cuối mẫu nên mẫu dễ bị vỡ hoặc bị trượt do kẹp khơng đủ chặt. Nĩi chung, rất khĩ thực hiện thí nghiệm này. Chính vì vậy các thí nghiệm kéo trực tiếp hiếm khi được thực hiện. Trước đây, một số nghiên cứu đã dùng thí nghiệm này để đánh giá độ rộng vết nứt giới hạn, biến dạng tương đối của mẫu BTCST và biến dạng mềm thơng thường của vật liệu.
Shah (1978) đã thí nghiệm kéo trực tiếp các mẫu bê tơng xi măng cốt sợi thép thẳng, sợi mĩc câu và sợi cĩ đầu mở rộng. Kết quả được sử dụng trong tiêu chuẩn ACI544-4R88 [32] như Hình 1.3.
Hình 1.3. Biểu đồ úng xuất- biến dạng của thí nghiệm kéo trực tiếp mẫu BTCST [32]
Sử dụng mẫu thử tiêu chuẩn, với chiều dài tính tốn là 200mm, chiều rộng tính tốn tại đoạn đo là 70mm, Lim và các cộng sự [83] đã thí nghiệm đánh giá tính chất của bê tơng cốt sợi thép với hai loại sợi là sợi thẳng và sợi uốn mĩc ở hai đầu, bê tơng cĩ cốt liệu kích thước lớn nhất là 10mm, khơng rõ chiều dày mẫu. Kết quả cho thấy, cùng loại sợi mĩc câu, khi hàm lượng sợi tăng lần lượt 0,5%, 1%, 1.5% thì lực kéo khi phá hủy lần lượt là: 6KN, 12 KN, 18 KN. Tương tự thí nghiệm giữ nguyên hàm lượng sợi 1%, tăng chiều dài sợi từ 300mm lên 500 mm thì lực kép phá hủy lần lượt là 12 và 17 KN
Noghabai [97] đã thí nghiệm mẫu chịu kéo hình trụ cĩ cắt khấc kích thước: đường kính 70mm, cao 85mm như Hình 1.4. Sợi thép được sử dụng là loại sợi uốn mĩc 2 đầu, bê tơng cĩ cường độ cao, vết nứt được đo trên đoạn chiều dài 30 mm giữa mẫu. Cường độ chịu kéo sau nứt và cường độ khi bắt đầu nứt tăng.
Hình 1.4. Mẫu thử và đồ thị mối quan hệ giữa ứng suất- độ biến dạng sau nứt [32]
C ườ ng độ ch ịu ké o, psi Ứ ng xu ất ké o, M
+ Cường độ khi bắt đầu nứt và mơ đun đàn hồi của vật liệu BTCST phụ thuộc vào hàm lượng cốt sợi, khi hàm lượng cốt sợi tăng thì cĩ sự gia tăng khơng đáng kể cường độ ở vết nứt đầu tiên và mơ đun đàn hồi, khoảng 5%.
+ Cường độ chịu kéo sau nứt của BTCST với sự sắp xếp sợi theo hai hoặc ba hướng: Sau khi pha nền bị nứt, lực dính bám mất đi, sợi thép cĩ xu hướng kéo tuột ra khỏi chất nền. Naaman and Reinhardt [34] đã đề xuất cường độ chịu kéo sau nứt cĩ thể tính tốn dựa theo lực dính bám trung bình, chiều dài dính bám và số sợi cắt ngang qua đơn vị diện tích như phương trình(1-1)
V L ο = (λ1 L fπD f λ2τ) 3 λ f =λλλτV fpc πD 2 3 2 3 f D f f (1-1)
Trong đĩ: λ1 , λ2 là hệ số ảnh hưởng chiều dài và hướng sợi tương ứng ở trang thái sau nứt; λ3 là hệ số kết hợp của số sợi cắt ngang qua đơn vị diện tích, ví dụ như theo Naaman, 1972 và Aveston cùng các cộng sự, 1974, nếu chiều dài neo của sợi thép là Lf/4 thì λ1 là 0,25; λ2 số lượng sợi đi qua một đơn vị diện tích tương ứng là 2Vf
π D
cho trường hợp phân bố ba phương; λ3 bằng 2, hệ số hướng sợi sau
khi nứt bằng 1,2 theo Naaman and Reinhardt; τ là lực dính bám giữa sợi thép và bê tơng; Lf là chiều dài sợi thép; Df là đường kính cua cốt sợi thép; Vf là hàm lượng sợi thép.
Cường độ tới hạn sau nứt của BTCST được xác định như(1-2).
ο = 0, 6τ Vf Lf
pc
D
f (1-2)