Ký hiệu mẫu dầm Cỏc hồnh độ Yij (mm) của đường hồi quy
Yi1 Yi2 Yi3 Yi4 Yi
D1 0.682 0.543 0.616 0.642 0.617
D2 0.999 0.935 1.146 0.908 0.991
D3 1.242 1.385 1.546 1.331 1.383
Cỏc đường hồi quy tuyến tớnh Y = AX + C với độ chớnh xỏc R2 (R-squared value) được biểu diễn trờn Hỡnh 3. 6.
Hỡnh 3. 6: Đường hồi quy tuyến tớnh của bờ tụng.
Trờn Hỡnh 3. 6 đường xấp xỉ tuyến tớnh cho cỏc hệ số A và C (A = 0,0035mm- 1MPa-2, C = 0,5675MPa-2) đối với cỏc loại bờ tụng xem xột với độ chớnh xỏc R2 (R- squared value) là 0,9054. Khi so sỏnh với đường hồi quy tuyến tớnh của tỏc giả Bazant & al (1987) [32] trờn Hỡnh 3. 7 với cựng phương phỏp thớ nghiệm với độ chớnh xỏc R2 = 0.9, thỡ kết quả thu được trong thớ nghiệm cú độ hội tụ tương đương, kết quả thớ nghiệm đạt mức độ tin cậy cao.
Hỡnh 3. 7: Đường hồi quy tuyến tớnh của Bazant & al (1987) nờu trong khuyến cỏo của RILEM (1991).
Cỏc tỷ số Si/Wi = 3 đối với tất cỏc cỏc kớch thước dầm. Vỡ thế cần nội suy cỏc giỏ trị của hàm f3(α) theo cỏc giỏ trị của cỏc hàm f2.5(α) và f4(α) (fi(α) là hàm phụ thuộc vào cỏc đặc trưng hỡnh học của cỏc mẫu dầm tương ứng với Si/Wi = 2.5 và Si/Wi = 4 như trong cỏc khuyến cỏo của mụ hỡnh SEM. Nội suy tuyến tớnh được ỏo dụng trong trường hợp này.
Cỏc giỏ trị f2.5(α) và f4(α) được tớnh toỏn bằng cỏc cụng thức (1) và (2) như sau: ( ) 2 3 4 2.5 3/ 2 1.0 2.5 4.49 3.98 1.33 f ( ) 1 − + − + = − (3. 7) ( )( ) 2 4 0.5 3/ 2 1.99 (1 )(2.15 3.93 2.70 ) f ( ) 1 2 1 − − − + = + − (3. 8)
Thay α = a0i/Wi = 0.2 ta được: f2.5(α) = 0,908
f4(α) = 1,857
Kết quả nội suy: f3(α) = 1,225
Năng lượng tự do khụng thứ nguyờn g(α) được tớnh toỏn theo α và cỏc tỷ số Si/Wi bằng cụng thức sau: 2 2 i i S g( ) 1.5f ( ) W = (3. 9)
Cỏc giỏ trị của mụ đun đàn hồi E của bờ tụng xem xột được tớnh xấp xỉ từ cỏc cỏc quan hệ P-V tương ứng với độ dốc nằm trong khoảng từ 0.2Pmax đến 0.4Pmax.
Năng lượng nứt ban đầu cuối cựng được tớnh theo g(α), mụ đun đàn hụi E và hệ số A như sau: f g( ) G EA = (3. 10)
Cỏc giỏ trị năng lượng nứt tồn phần GF cú thể được suy ra từ Gf bằng cỏc cụng thức xấp xỉ GF = 2,5Gf [34].
Kết quả tớnh toỏn: Gf = 148,75J/m2 và GF = 371,87J/m2
b. Tớnh toỏn cỏc hệ số cường độ ứng suất giới hạn KC và năng lượng nứt GC
Cụng thức tớnh toỏn cỏc giỏ trị giới hạn của hệ số cường độ ứng suất KC với trường hợp mẫu dầm cú nứt mồi uốn trờn 3 điểm như sau [69]:
( 2)
C max 0
K =6YM a / BW
(3. 11)
Trong đú, Mmax là mụ men uốn lớn nhất, Y là hàm hỡnh học; B là bề rộng mặt cắt; W là chiều cao mặt cắt và ao là chiều dài đường nứt ban đầu.
Cỏc giỏ trị mụ men lớn nhất Mmax được tớnh toỏn từ cỏc giỏ trị trung bỡnh của Pmax biểu diễn trong Bảng 1. Cỏc giỏ trị Mmax được thống kờ như trong Bảng 1.
Hàm hỡnh học Y được tớnh toỏn theo cụng thức: 2 3/ 2 1.99 (1 )(2.15 3.93 2.7 Y( ) (1 2 )(1 ) − − − + = + − (3. 12) α = a0i/Wi = 0,2, (0 < α < 1) Y(α) = 1,7514
Kết quả tớnh KC như trong Bảng 3. 9.
Cỏc giỏ trị của độ bền nứt giới hạn GC được suy ra từ KC theo cụng thức sau:
2 C C K G E = (3. 13) Kết quả tớnh GC như trong Bảng 3. 9.
Cỏc giỏ trị của chiều dài đặc trưng lch được tớnh toỏn theo mụ đun đàn hồi E theo năng lượng nứt GF và theo cường độ chịu kộo dọc trục ft (Xỏc định từ cỏc thớ nghiệm uốn dầm nguyờn) như sau [58]:
2 ch F t l =E.G / (f ) (3. 14) Kết quả: lch = 432,51mm Bảng 3. 9: Kết quả tớnh KC và GC. Mẫu dầm S Mbt P MP Mmax a0 B W KC GC (m) (Nm) (N) (Nm) (Nm) (m) (m) (m) (MPa.m1/2) (J/m2) D1 0,15 1,44 6363 238,62 240,07 0,01 0,1 0,05 1,01 27,83 D2 0,3 5,78 10045 753,40 759,17 0,02 0,1 0,1 1,13 34,79 D3 0,6 23,1 17008 2551,13 2574,2 0,04 0,1 0,2 1,35 50,00 D4 1,2 92,4 28922 8676,6 8769 0,08 0,1 0,4 1,63 72,52 Ghi chỳ:
Mbt - Mụ men uốn do trọng lượng bản thõn dầm; P - Giỏ trị trung bỡnh của Pmax;
MP - Mụ men uốn do P; Mmax - Mụ men uốn lớn nhất.
3.2. Thớ nghiệm kết cấu dầm T dưới tỏc dụng của tải trọng tĩnh - Thớ nghiệm 1
Mục đớch thớ nghiệm:
Thớ nghiệm mụ hỡnh bản mặt cầu BTCT với kớch thước lớn tương tự với thực tế để xỏc định cỏc ứng xử cơ học của bản mặt cầu BTCT dạng bản liờn hợp với dầm dưới tỏc dụng của tải trọng tập trung mụ phỏng theo tải trọng bỏnh xe.
3.2.1. Gia cụng cốt thộp và vỏn khuụn
Sử dụng thộp Hũa Phỏt làm cốt thộp BMC, dầm đỡ. Cốt thộp được gia cụng theo bản vẽ cấu tạo chi tiết như Hỡnh 3. 8. Thộp D14 cho cốt thộp ngang BMC, thộp D10 cho cốt thộp dọc BMC và cốt đai của dầm đỡ, thộp D16 cho cốt thộp dọc. Chế tạo mẫu kết cấu dầm T và bản kờ 2 cạnh.
Hỡnh 3. 8: Cấu tạo chi tiết cốt thộp cỏc mẫu kết cấu.
Hỡnh 3. 9: Gia cụng và lắp dựng cốt thộp, vỏn khuụn.
3.2.2. Đỳc mẫu và bảo dưỡng
Tiến hành kiểm tra độ sụt bờ tụng trước khi tiến hành đỳc cỏc mẫu. Cỏc mẫu vật liệu và kết cấu được chế tạo với cựng điều kiện về vật liệu, thi cụng và tiến hành bảo dưỡng mẫu theo quy định.
3.2.3. Bố trớ thớ nghiệm
Thớ nghiệm mụ phỏng kết cấu bản BTCT chịu tỏc dụng của tải trọng bỏnh xe. Diện tớch vệt bỏnh xe 250mm (phương dọc cầu) * 510mm (phương ngang cầu) theo Tiờu chuẩn thiết kế cầu TCVN 11823:2017.
Hệ gia tải và thiết bị thớ nghiệm bao gồm:
− Khung kết cấu gia tải bằng thộp gồm 2 cột thộp chữ H, dầm ngang thộp I cú bố trớ sườn tăng cường. Giữa dầm ngang và cỏc cột được liờn kết bằng bu lụng, chõn cột được liờn kết với sàn BTCT cứng bằng cỏc bu lụng neo. Khung thộp tạo điểm tựa cho kớch và giữ ổn định trong quỏ trỡnh gia tải. − Kớch thủy lực gia tải được đặt đỳng tõm trờn cảm biến đo lực (load cell) 100
Tấn. Đầu trờn của kớch tỳ vào dầm ngang của khung kết cấu.
− Cảm biến đo lực (load cell) được đặt đỳng tõm trờn chõn đế thộp dày 70mm. Chõn đế thộp tiếp nhận tải trọng từ kớch thủy lực và truyền tải xuống BMC qua vựng tiếp xỳc 510mm (phương ngang) x 250mm (phương dọc) tạo hiệu ứng tương tự như bỏnh xe tải tỏc dụng lờn mặt cầu.
− Độ vừng được đo bằng thiết bị LVDT cú độ chớnh xỏc 0,001mm được bố trớ theo sơ đồ đo.
− Độ mở rộng vết nứt được đo bằng thước chuyờn dụng cú khắc cỏc vạch trờn thước cú thể đo vết nứt cú bề rộng từ 0,03mm. Sử dụng thước kết hợp với kớnh lỳp khi đo cỏc vết nứt nhỏ.
Quỏ trỡnh thớ nghiệm đối với kết cấu dầm T: Gia tải từ 0 theo từng cấp tải 5 Tấn cho đến khi mẫu bị phỏ hoại. Mỗi cấp tải được giữ ổn định trong 10 phỳt trước khi nõng tải. Cỏc đầu đo LVDT và cảm biến đo lực được kết nối với mỏy đo chuyờn dụng đa điểm DRA-30A (hoặc tương đương), mỏy đo kết nối với mỏy tớnh để tự động ghi lại theo từng khoảng thời gian. Từ đú, thiết lập được quan hệ giữa tải trọng với cỏc đại lượng đo. Thớ nghiệm dừng lại cho tới khi mẫu bị phỏ hoại.
Sơ đồ bố trớ thớ nghiệm cho kết cấu dầm T như Hỡnh 3. 12:
Sễ ẹỒ BỐ TRÍ GỐI VÚT NÁCH 50x50mm
Về TRÍ ẹAậT TẢI
Hỡnh 3. 12: Sơ đồ bố trớ thớ nghiệm cho kết cấu dầm T - Thớ nghiệm 1.
3.2.4. Kết quả thớ nghiệm
3.2.4.1. Kết quả đo độ mở rộng vết nứt và phõn bố nứt
Độ mở rộng vết nứt theo cỏc cấp tải trọng như Hỡnh 3. 13; phõn bố cỏc vết nứt ở đỏy bản như trong Hỡnh 3. 14.
Hỡnh 3. 14: Phõn bố nứt tại đỏy bản - Thớ nghiệm 1.
Nứt cạnh bờn - Hướng nhỡn 1
Nứt cạnh bờn - Hướng nhỡn 3
Nứt cạnh bờn - Hướng nhỡn 4
Hỡnh 3. 15: Phõn bố nứt và độ rộng vết nứt ở cỏc mặt bờn.
3.2.4.2. Kết quả đo vừng
Sơ đồ bố trớ cỏc điểm đo vừng như trong Hỡnh 3. 16:
Về TRÍ ẹAậT TẢI 12 50 12 50 325 575 V3 V4 V6 V7 V5 575 V2 V1 575 575
Hỡnh 3. 16: Sơ đồ bố trớ điểm đo vừng - Thớ nghiệm 1. Kết quả cỏc điểm đo vừng như trong Hỡnh 3. 17: Kết quả cỏc điểm đo vừng như trong Hỡnh 3. 17:
1-Biểu đồ độ vừng tại tất cả cỏc điểm đo
2-Biểu đồ độ vừng tại giữa bản ở dưới vị trớ đặt tải Hỡnh 3. 17: Kết quả đo vừng - Thớ nghiệm 1.
Nhận xột: Độ vừng V3 của điểm nằm chớnh giữa BMC và dưới vựng đặt tải cú điểm uốn ứng với tải trọng khoảng 25 tấn. Điều này là do BMC lỳc này bị nứt làm độ cứng mặt cầu giảm đột ngột. Độ vừng tại đỏy bản trờn đường tim dọc đi qua cỏc điểm đo V1, V2, V3, V4, V5 với cỏc cấp tải trọng như Hỡnh 3. 18:
Nhận xột:
− Ứng với tải trọng từ 0 đến 34,65 tấn: Tốc độ gia tăng độ vừng nhỏ mặc dự bản mặt cầu đĩ cú vết nứt rộng 0,03mm ở cấp tải 25 tấn. Khi kết cấu xuất hiện cỏc vết nứt nhỏ độ cứng của kết cấu suy giảm nhưng khụng ảnh hưởng nhiều tới sự gia tăng độ vừng.
− Ứng với tải trọng từ 34,65 tấn đến 44,73 tấn: Độ vừng gia tăng nhanh tại tất cả cỏc điểm đo V1 đến V5 do cỏc vết nứt lớn hơn làm độ cứng của kết cấu suy giảm đỏng kể so với cỏc cấp tải trước. Độ vừng tăng nhanh nhất tại điểm V3 ở chớnh giữa ngay dưới vựng đặt tải. Nối giỏ trớ cỏc điểm đo vừng từ V1 đến V5 ta được đường biờn dạng trờn đường tim dọc ở đỏy dầm. Đường biờn dạng thoải cho thấy theo phương dọc lực phõn bố tương đối đồng đều.
− Ứng với tải trọng từ 44,73 tấn đến 83,35 tấn: Khi tải trọng tăng lờn, đường biờn dạng tăng dần độ dốc. Độ vừng tăng nhanh nhất tại điểm đo V3 do vựng đặt tải cú cỏc vết nứt lớn và giảm dần theo phương dọc. Với cỏc cấp tải càng lớn thỡ ảnh hưởng của cỏc vết nứt đến sự suy giảm độ cứng dẫn đến gia tăng độ vừng càng rừ ràng.
3.3. Thớ nghiệm kết cấu dầm T bị hư hỏng nặng được sửa chữa bằng dỏn vải sợi FRP dưới tỏc dụng của tải trọng tĩnh - Thớ nghiệm 2 sợi FRP dưới tỏc dụng của tải trọng tĩnh - Thớ nghiệm 2
Mục đớch thớ nghiệm:
Thớ nghiệm mụ hỡnh bản mặt cầu BTCT với kớch thước lớn tương tự với thực tế để xỏc định cỏc ứng xử cơ học của bản mặt cầu BTCT dạng bản liờn hợp với dầm đĩ được gia cố sau khi đĩ hư hỏng nặng dưới tỏc dụng của tải trọng tập trung mụ phỏng theo tải trọng bỏnh xe.
Thụng qua thớ nghiệm để cú số liệu so sỏnh cỏc ứng xử cơ học giữa BMC mới và bản mặt cầu đĩ hư hỏng nặng được gia cố. Từ đú, tỏc giả phõn tớch và đỏnh giỏ được hiệu quả của giải phỏp gia cường đối với BMC bằng dỏn vaỉ sợi FRP.
3.3.1. Dỏn vải sợi FRP tăng cường
Kết cấu dầm T ở Mục 3.2 sau khi bị nứt, vỡ trong thớ nghiệm trước đú được tiến hành sửa chữa như sau: Đục bỏ phần bờ tụng bị bong vỡ và trỏm vỏ lại bằng vữa khụng co ngút; Bơm keo hàn cỏc vết nứt; Dỏn vải sợi GFRP tăng cường đỏy bản theo ụ bàn cờ cỏch khoảng 0,2m theo cả phương ngang và phương dọc, mỗi phương dỏn 01 lớp dày 1mm, rộng 0,2m; Dỏn vải sợi CFRP tăng cường dầm, dỏn 2 lớp, mỗi lớp rộng 0,2m, dày 1mm, dỏn ở đỏy dầm trờn tồn bộ chiều dài theo phương dọc cầu.
Hỡnh 3. 19: Quỏ trỡnh sửa chữa kết cấu dầm T đĩ bị hư hỏng.
3.3.2. Bố trớ thớ nghiệm
Sơ đồ bố trớ thớ nghiệm cho bản đĩ được sửa chữa và bố trớ thớ nghiệm tương tự như thớ nghiệm kết cấu dầm T đĩ thực hiện ở thớ nghiệm 1 như trong Mục 3.2.
Hỡnh 3. 21: Bố trớ thớ nghiệm kết cấu dầm T sau sửa chữa.
3.3.3. Kết quả thớ nghiệm
3.3.3.1. Kết quả đo độ mở rộng vết nứt và phõn bố nứt
Trong quỏ trỡnh gia tải, cỏc vết nứt được bơm keo trước đú mở rộng do keo bị phỏ hoại trước, vết nứt phỏt triển đến hết chiều dài đĩ cú như ở thớ nghiệm 1, tiếp đú phỏt triển sõu vào vựng bờ tụng chưa bị nứt ở thớ nghiệm 1. Tiếp tục tăng tải hỡnh thành thờm cỏc vết nứt mới. Cỏc vết nứt ở đỏy bản chủ yếu là do phỏ hủy keo hàn vết nứt cũ ở dưới khu vực đặt tải. Cỏc vết nứt mới sinh ra chủ yếu ở cỏc mặt bờn như Hỡnh 3. 23. Ở trạng thỏi phỏ hoại, bản bị chọc thủng như Hỡnh 3. 34.
Hỡnh 3. 22: Dạng phỏ hoại chọc thủng ở thớ nghiệm 2.
Nứt cạnh bờn - Hướng nhỡn 1
Nứt cạnh bờn - Hướng nhỡn 2
Nứt cạnh bờn - Hướng nhỡn 4
Hỡnh 3. 23: Phõn bố nứt và độ rộng vết nứt ở cỏc mặt bờn - Thớ nghiệm 2.
3.3.3.2. Kết quả đo vừng
Sơ đồ bố trớ cỏc điểm đo vừng tương tự như thớ nghiệm kết cấu dầm T ban đầu được trỡnh bày trong Mục 3.2.
Kết quả cỏc điểm đo vừng như Hỡnh 3. 24: Điểm uốn trờn đường cong độ vừng xuất hiện ở cấp tải trọng (khoảng 13 tấn) nhỏ hơn so với thớ nghiệm 1 (25 tấn). Cỏc vết nứt cũ được hàn bằng bơm keo trước đú ở giữa bản bị nứt do keo bị phỏ hủy.
Hỡnh 3. 24: Kết quả đo vừng kết cấu dầm T sau sửa chữa - Thớ nghiệm 2. Đường biờn dạng của đường tim dọc ở đỏy bản ứng với cỏc cấp tải trọng như Đường biờn dạng của đường tim dọc ở đỏy bản ứng với cỏc cấp tải trọng như Hỡnh 3. 25: Đường biờn dạng của đường tim dọc ở đỏy bản cú dạng hỡnh nún cú đỉnh ở chớnh giữa và dốc đều sang 2 bờn. Đường biờn dạng cú dạng 2 nhỏnh đối xứng quay xung quanh điểm ở giữa. Cỏc vết nứt hỡnh thành và mở rộng ở giữa bản, độ cứng của bản bị suy giảm cục bộ ở chớnh giữa trong khi cỏc vị trớ khỏc khụng bị suy giảm đỏng kể do cỏc tấm FRP đĩ kiềm chế lan truyền cỏc vết nứt từ vựng đặt tải.
Hỡnh 3. 25: Độ vừng tại đỏy bản trờn đường tim dọc ứng với cỏc cấp tải trọng sau sửa chữa.
So sỏnh đường biờn dạng của đường tim dọc ở đỏy bản ứng với cựng cỏc cấp tải trọng như Hỡnh 3. 26: Độ vừng của kết cấu sau khi sửa chữa lớn hơn độ vừng của bản ban đầu với cựng một cấp tải trọng. Đường biờn dạng của đường tim dọc ở đỏy dầm cú độ dộc lớn hơn và tăng lờn theo cỏc cấp tải. Việc dỏn tấm FRP khụng làm tăng được độ cứng tổng thể so với kết cấu ban đầu.
Hỡnh 3. 26: So sỏnh độ vừng tại đỏy bản trờn đường tim dọc giữa kết cấu ban đầu và sau khi sửa chữa ứng với cựng cỏc cấp tải trọng.
So sỏnh đường biờn dạng của đường tim dọc ở đỏy dầm ở tải trọng phỏ hoại