Chương 4 Kết quả thực nghiệm
4.1 So sánh về khả năng chịu lực dọc trục
Đường cong quan hệ giữa lực và biến dạng dọc trục cũng như biến dạng ngang của4nhóm mẫuM1, M2,M3và M4được thể hiện ở hình 4.1. Và bảng 4.1 trình bày kết quả tổng hợp của các mẫu thí nghiệm vừa nêu.
0 100 200 300 400 500 600 700 800
-1.50 -1.25 -1.00 -0.75 -0.50 -0.25 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00
Load (kN)
Strain(‰)
AS-M1 LS-M1 AS-M2 LS-M2 AS-M3 LS-M3 LS-M4 AS-M4
Note : AS: axial strain LS: lateral strain
Axial strain Lateral strain
Hình 4.1:Biểu đồ quan hệ giữa lực và biến dạng (dọc trục và ngang) của nhóm mẫu
M1, M2, M3, M4
Bảng 4.1: Kết quả thí nghiệm các nhóm mẫu
Nhóm mẫu Pumax(kN) Pumin(kN) Putb(kN) axial(%₀) lateral(%₀)
M1 754.41 673.617 714.013 -1.261 0.527
M2 591.84 495.31 538.14 -0.675 0.599
M3 747.61 718.892 733.334 -0.613 0.0395
M4 774.03 730.05 752.14 -0.813 0.219
Từ kết quả thí nghiệm thu được, khả năng chịu lực dọc trục của nhóm mẫuM4 là lớn nhất (774.03kN) trong khi đó nhóm mẫu M1 có biến dạng dọc trục là lớn nhất (−1.261%₀), còn đối với biến dạng ngang thì lớn nhất là ở mẫuM1 và M2 ( lần lượt 0.527%₀ và 0.599%₀). Bên cạnh đó, điều kiện về diện tích lõi HPC và cách thức bố trí lõi ( tập trung hay phân tán) cũng ảnh hưởng đến khả năng chịu lực dọc trục của kết cấu và độ dẻo dai của nó.
Như hình4.1 cũng có thể nhận thấy được rằng, khả năng chịu lực của nhóm mẫu M2là nhỏ nhất (591.84kN). Trong khi đó, nhóm mẫu M3có biến dạng dọc trục cũng như biến dạng ngang nhỏ hơn các nhóm mẫu còn lại ( lần lượt −0.613%₀ và 0.0395%₀).
Như vậy, khả năng chịu tải trọng giới hạn Pu của mẫu thí nghiệm là một hàm số phụ thuộc vào các yếu tố: cường độ chịu nén bê tông thường-NSC và bê tông cường độ cao-HPC, diện tích vùng NSC và HPC, chiều cao mẫu, đường kính mẫu và diện tích cốt thép sử dụng trong mẫu. Hàm số Pu được biểu thị như sau:
Pu =f(fN SC, fHP C, AN SC, AHP C, Hm, Dm, As) (4.1) Với:
• fN SC : cường độ chịu nén của bê tông thường;
• fHP C: cường độ chịu nén của bê tông cường độ cao;
• AN SC : diện tích vùng bê tông thường;
• AN SC : diện tích vùng bê tông cường độ cao;
• : chiều cao của nhóm mẫu;
• Dm : đường kính của nhóm mẫu;
• As : diện tích cốt thép dọc trục.
Trong đó Hm,Dm,As là ko đổi. Như vậy giá trị của Pu phụ thuộc vào các yếu tố đó là fN SC, fHP C, AN SC , AHP C và tỷ lệ T giữa AHP C với AN SC . Và các giá trị này được thể hiện chi tiết trong bảng 4.2
Bảng 4.2: Bảng giá trị các tham số của hàm P u
Nhóm mẫu AHP C(cm2) AN SC(cm2) T fcN SC(M P a) fcHP C(M P a) Pu(kN)
M1 0 307.2176 0 33.7 0 754.41
M2 28.26 278.9576 0.1013 17.5 70.25 591.84
M3 41.542 265.6754 0.1564 33.7 70.25 747.61
M2 28.26 278.9576 0.1013 33.7 70.25 774.03
Từ bảng 4.2 có thể thấy cường độ NSC xác định ở các mẫu thí nghiệm M1,
M3và M4 giống nhau (fcN SC=33.7M P a). Trong khi đó, ở nhóm mẫu M2 giá trị cường độ này thấp hơn hẳn(fcN SC=17.5M P a). Nguyên nhân dẫn đến điều này là do cát dùng đổ bê tông có lẫn bùn trong đó dẫn đến chất lượng bê tông không tốt ảnh hưởng đến cường độ của mẫu thí nghiệm.
So sánh khả năng chịu lực giữa các nhóm mẫu Nhóm mẫu M1 và M2
Nhóm mẫu M1 là nhóm mẫu cột bê tông thuần túy , còn nhóm mẫu M2 là cột bê tông cốt thép có khuyết tật bên trong và được xử lý khuyết tật bằng cách rót vữa HPC vào trong lòng dưới dạng lõi tập trung (Hình 4.2). Nhóm mẫu M1 có tỷ lệ diện tích vùng lõi HPC so với vùng NSC là T = 0, trong khi đó tỷ lệ này của nhóm mẫu M2 là T = 0.1013.
Vùng bê tông thuờng NSC area
Vùng bê tông thuờng NSC area
Vùng bê tông cuờng độ cao -HPC area
Nhãm mÉu M1 Nhãm mÉu M2
Hình 4.2: Mặt cắt ngang nhóm mẫu M1 (trái) và M2(phải)
Nhóm mẫu M2 như đã nói ở trên có giá trị cường độ NSC thấp hơn so với các nhóm mẫu khác. Giá trị fcN SC của mẫu M2 nhỏ hơn so với mẫu M1 là 48.07%. Tuy nhiên sau khi rót HPC vào để xử lý khuyết tật thì khả năng chịu lực trung bình của nhóm mẫu M2 là 538.14, giá trị này thấp hơn so với nhóm mẫu M1( 714.013kN) là 24.63%. Như vậy, HPC được rót vào có làm việc chung với NSC và làm tăng khả năng chịu lực của cấu kiện mặc dù bên trong nó có khuyết tật hay lỗ rỗng và thậm chí là chất lượng bê tông NSC không tốt.
Nhóm mẫu M1 và M3
Nhóm mẫu M3 là nhóm mẫu cột bê tông cốt thép có khuyết tật bên trong và được xử lý bằng cách rót HPC vào bên trong lòng cấu kiện dưới dạng lõi phân tán trên bề mặt tiết diện. Nó có tỷ lệ tương quan giữa vùng HPC và NSC là T = 0.1564.
Vùng bê tông thuờng NSC area
Vùng bê tông cuờng độ cao -HPC area
Vùng bê tông thuờng NSC area
Nhãm mÉu M1 Nhãm mÉu M3
Hình 4.3: Mặt cắt ngang nhóm mẫu M1 (trái) và M3(phải)
Bên trong mẫuM3 có khuyết tật nên khả năng chịu lực của mẫu sẽ giảm hơn so với bình thường. Nhưng sau khi sử dụng HPC rót vào bên trong, thì khả năng chịu lực của cấu kiện đạt gần bằng xấp xỉ so với mẫu đối chứng M1.
Giá trịPu ở từng mẫu thí nghiệm trong nhóm mẫu M1lần lượt là :673.613kN và 754.4133kN, như vậy giá trị trung bình Pu của cả nhóm mẫu M1 là 714.013kN. Trong khi nhóm mẫu M3 có các giá trị lần lượt là 718.892kN, 747.6103kN và 733.5246kN như vậy giá trị trung bình Pu nhóm mẫu là :733.334kN.
Qua đó có thể thấy rằng, giá trị trung bình Pu của nhóm mẫu M3 lớn hơn so với giá trị trung bình Pu nhóm mẫu M1, và sự chênh lệch này khoảng 2.71% . Như vậy, bê tông cường độ cao được sử dụng rót vào bên trong cấu kiện có sự làm việc chung với bê tông cường độ thường của kết cấu. Và sự làm việc này
là hiệu quả, khuyết tật bên trong cấu kiện không chỉ được xử lý và lấp đầy mà khả năng chịu lực của kết cấu còn được khôi phục thậm chí là khi so sánh các mẫu riêng biệt còn có sự gia tăng.
Nhóm mẫu M1 và M4
Nhóm mẫu M4 là nhóm mẫu cột bê tông cốt thép có lõi HPC dạng tập trung được đúc sẵn bên ngoài, đưa vào lồng thép và sau đó tiến hành đổ bê tông NSC xung quanh. Tỷ lệ diện tích vùng bê tông cường độ cao với diện tích vùng bê tông cường độ thường của nhóm mẫu này là T = 0.1013.
Vùng bê tông thuờng NSC area
Vùng bê tông thuờng NSC area
Vùng bê tông cuờng độ cao -HPC area
Nhãm mÉu M1 Nhãm mÉu M4
Hình 4.4: Mặt cắt ngang nhóm mẫu M1 (trái) và M4(phải)
Giá trị trung bình Pu của nhóm mẫu M4 là: 752.14kN. So với giá trị Pu trung bình của nhóm mẫu M1 (714.013kN) thì nó cao hơn một khoảng là: 5.3%.
Như vậy khả năng chịu lực chung của cả nhóm mẫuM4dùng lõi HPC đúc sau là cao hơn với mẫu M1,nhóm mẫu cột bê tông cốt thép đối chứng. Và sự gia tăng này là do lõi HPC có sự làm việc đồng thời với vùng NSC xung quanh, khiến cho cho kết cấu phát hủy được khả năng làm việc của vật liệu làm gia tăng khả năng chịu lực của cấu kiện.
Nhóm mẫu M2 và M3
Cả hai nhóm mẫu này đều sử dụng HPC rót vào bên trong cấu kiện để xử lý khuyết tật và lỗ rỗng trong cấu kiện (Hình 4.5). Trong khi nhóm mẫu M2 là dạng lõi tập trung thì nhóm mẫu M3 là ở dạng lõi phân tán trên bề mặt diện tích mẫu. Hai nhóm mẫu lần lượt có tỷ lệ diện tích HPC trên diện tích vùng NSC là TM2 = 0.1013 và TM3 = 0.1564.
Vùng bê tông thuờng NSC area
Vùng bê tông cuờng độ cao -HPC area
Nhãm mÉu M2
Vùng bê tông thuờng NSC area
Vùng bê tông cuờng độ cao -HPC area
Nhãm mÉu M3
Hình 4.5: Mặt cắt ngang nhóm mẫu M2 (trái) và M3(phải)
Như vậy về tương quan vùng lõi HPC có thể thấy, tỷ lệ diện tích vùng lõi HPC và NSC ở mẫu M3 cao hơn mẫu M2 là 55%. Trong khi đó, cường độ vùng bê tông thường-NSC của mẫu M2 lại thấp hơn hơn M3 do chất lượng bê tông và sự chênh lệch này là 48.07%.
Còn về khả năng chịu lực, khả năng chịu lực trung bình nhóm mẫu M2 là Pu = 538.14kN trong khi nhóm mẫu M3 là Pu = 733.44kN , tức là mẫu M3 cao hơn mẫu M2 là 36.3%.
Nhóm mẫu M2 và M4
Trong trường hợp này, cả hai nhóm mẫu đều sử dụng lõi HPC ở dạng lõi tập trung trên bề mặt tiết diện cấu kiện(Hình 4.6). Tỷ lệ diện tích vùng lõi HPC so với NSC của cả hai nhóm mẫu là T = 0.1013 . Tuy nhiên, nhóm mẫu M2 có lõi do vữa HPC rót vào trực tiếp để xử lý khuyết tật và lỗ rỗng bên trong. Trong khi đó, ở nhóm mẫu M4 lõi được đúc trước sau đó đưa vào lồng thép đã được gia công sẵn rồi mới tiến hành đổ bê tông NSC bao phủ xung quanh.
Vùng bê tông thuờng NSC area
Vùng bê tông cuờng độ cao -HPC area Nhãm mÉu M2
Vùng bê tông thuờng NSC area
Vùng bê tông cuờng độ cao -HPC area
Nhãm mÉu M4
Hình 4.6: Mặt cắt ngang nhóm mẫu M2 (trái) và M4(phải)
Cường độ bê tông NSC ở hai nhóm mẫu có sự khác biệt nhau. Ở mẫu M2 có fc = 17.5M P a, trong khi ở mẫu M4 thì fc= 33.7M P a, độ chênh lệch này là 48.07%. Điều này dẫn đến khả năng chịu lực dọc trục trung bình của nhóm mẫu M2 sẽ thấp hơn mẫu M4.
Kết quả thực nghiệm thu được cho thấy, khả năng chịu tải trọng dọc trục trung bình của nhóm mẫu M2 là Pu=538.14kN , trong khi giá trị này của nhóm mẫu M4 là Pu = 752.14kN. Như vậy trung bình khả năng chịu lực mẫu M2 nhỏ hơn M4 khoảng 40%.
Vậy mặc dù bên trong mẫu M2 bị khuyết tật và cường độ chịu nén của bê tông cường độ thường (chiếm hầu hết diện tích mặt cắt tiết diện) bị lỗi chất lượng dẫn đến giảm cường độ. Nhưng sau khi xử lý bằng lõi HPC dưới dạng vữa rót vào bên trong, thì khả năng chịu lực của kết cấu đã được cải thiện.
Nhóm mẫu M3 và M4
Nhóm mẫu M3 có khuyết tật bên trong và được xử lý bằng bê tông cường độ cao HPC được rót vào để xử lý khuyết tật thông qua lỗ trống được chừa sẵn.
Các lõi HPC của M3 là dạng lõi phân tán trên bề mặt tiết diện. Trong khi đó mẫu M4 dùng lõi HPC dạng lõi tập trung được đúc sẵn trước (Hình 4.7).
Hai nhóm mẫu này lần lượt có tỷ lệ diện tích HPC với NSC lần lượt là TM3 = 0.1564 và TM4 = 0.1013. Như vậy tỷ lệ HPC trong mẫu M3 nhiều hơn 54.4% so với mẫu M4.
Vùng bê tông thuờng NSC area
Vùng bê tông cuờng độ cao -HPC area
Nhãm mÉu M3
Vùng bê tông thuờng NSC area
Vùng bê tông cuờng độ cao -HPC area
Nhãm mÉu M4
Hình 4.7: Mặt cắt ngang nhóm mẫu M3 (trái) và M4(phải)
Theo kết quả thu được được từ thực nghiệm thì khả năng chịu lực trung bình của nhóm mẫuM3làPu = 733.334kN trong khi của nhóm mẫuM4làPu= 752.14kN. Như vậy khả năng chịu lực trung bình của nhóm mẫu M3 thấp hơn so với nhóm mẫu M4 là 2.5%.
Nguyên nhân khả năng chịu tải trọng dọc trục của nhóm mẫu M3 thấp hơn so với mẫu M4 là do bản thân nhóm mẫu M3 bên trong có sẵn khuyết tật. Cho nên vữa HPC rót vào bên trong mục đích là xử lý khuyết tật và lấp các lỗ rỗng
bên trong cấu kiện. Còn nhóm mẫuM4không có khuyết tật bên trong, lõi HPC đúc sẵn ban đầu đưa vào bên trong cấu kiện nhằm mục đích tăng cường khả năng năng chịu lực của cấu kiện.
Kết quả thí nghiệm thu được cho thấy sự chênh lệch về khả năng chịu lực của hai nhóm mẫu là ít (2.5%). Điều này chứng tỏ rằng, việc xử lý khuyết tật ở bằng cách sử dụng HPC dưới dạng lõi phân tán ở mẫu M3 có mang lại sự hiệu quả.