3.1. Khái quát
(1)P Chương này đề cập đến kết cấu bê tông cốt sợi (FRC), có thể có hoặc không có cốt thép truyền thống.
(2)P Thiết kế phải thỏa mãn những yêu cầu về độ bền (sức chịu đựng) và khả năng phục vụ trong tuổi thọ làm việc của kết cấu bê tông cốt sợi.
(3) Với những ứng dụng kết cấu FRC có sự ứng xử mềm hóa, mối quan hệ (3.1) sau đây phải được thực hiện:
(3.1) (4) Trong tất cả các kết câu FRC, điều kiện sau đây phải được thỏa mãn
(3.2) 27
Trong đó là tải trọng tối đa và là tải trọng ở vết nứt đầu tiên (các giá trị điển hình của và đều được chỉ ra ở Phụ lục D).
(5) Các bộ phận kết cấu làm bằng FRC có thể được đúc mà không có cốt thép truyền thống. Trong trường hợp là bộ phận mono-dimensional (đơn lẻ), ngoài các giới hạn (3) và (4), FRC được làm theo phải có được một sự ứng xử (làm việc) cứng hóa khi chịu kéo, với những giới hạn sau đây:
> 1.05
≥ 1, có tham khảo tới thử nghiệm đơn lẻ 3.2.Những yêu cầu cơ bản
(1)P Dựa vào giả thiết của các Quy chuẩn Xây dựng (Building Codes), một kết cấu FRC phải được thiết kế nhằm thỏa mãn, trong suốt tuổi thọ phục vụ mong muốn của nó, những yêu cầu nền tảng sau đây:
• Nó phải chịu đựng được mọi tác động được chờ đợi (cho rằng) sẽ xẩy ra, và
• Nó sẽ bảo đảm được một độ bền lâu phù hợp nhằm kiểm soát được các chi phí bảo trì.
(2)P Một kết cấu FRC phải được thiết kế và thi công theo cách sao cho nó sẽ không bị hư hại bởi những sự kiện như nổ, tác động, và hậu quả của những sai sót do con người gây ra, tới một phạm vi không cân xứng với nguyên nhân gốc.
(3) Sự hư hại tiềm tàng phải được tránh hoặc hạn chế bằng việc lựa chọn phù hợp một hay nhiều hơn trong số những cách thức sau đây:
• Tránh được, loại trừ hoặc giảm bớt những mối nguy hiểm mà với chúng kết cấu có thể phải gánh chịu;
• Lựa chọn một hình dạng kết cấu có độ nhạy cảm thấp với những mối nguy hiểm được xem xét;
• Lựa chọn một hình dạng và thiết kế kết cấu có thể sống sót (tồn tại được) ở mức phù hợp khi tháo dỡ ngẫu nhiên một phần tử riêng rẽ hoặc một bộ phận có hạn chế của kết cấu đó.
(4)P Những yêu cầu cơ bản cần được thỏa mãn:
• Bằng cách lựa chọn vật liệu phù hợp;
• Bằng việc thiết kế và chi tiết hóa phù hợp;
• Băng việc quy định (chỉ rõ) các quy trình kiểm tra trong việc sản xuất FRC, cũng như trong việc thiết kê và thi công kết cấu.
3.3. Tuổi thọ phụ vụ thiết kế
(1) Tuổi thọ làm việc thiết kế cần được quy định phù hợp với các loại hình kết cấu đã biểu thị.
3.4. Những quy tắc chính cho thiết kế 3.4.1. Khái quát
28
(1)P Quy trình thẩm định các bộ phận FRC phải được thực hiện trong cả hai trường hợp : Các trạng thái giới hạn về khả năng phục vụ (Serviceability Limits States/SLS) cũng như Các trạng thái Giới hạn Cực hạn (Ultimate Limit States/ULS), phù hợp với Tiêu chuẩn hiện hành.
(2) Việc thẩm định một trong hai loại Trạng thái giới hạn có thể bỏ qua miễn là thông tin đầy đủ đã sẵn có để dùng chứng minh được rằng nó thỏa mãn được trạng thái kia.
(3)P Khi sử dụng phương pháp hệ số riêng phần (partial factor method), phải thẩm định rằng, trong tất cả các tình huống thiết kế quan trọng, không một trạng thái giới hạn liên quan nào bị vượt quá khi giá trị thiết kế cho các tác động hoặc ảnh hưởng của tác động và sức chịu đựng (độ bền/resistance) được sử dụng trong mô hình thiết kế, bởi vậy:
Ed ≤ Rd, (3.3)
Trong đó Ed là các giá trị thiết kế của những ảnh hưởng của tác động và Rd là giá trị thiết kế của độ bền tương ứng, với trạng thái giới hạn được đưa vào tính toán.
(4) Các giá trị thiết kế cần nhận được bằng cách sử dụng các giá trị đặc trưng, kết hợp với các hệ số riêng phần (partial factors), phù hợp với Tiêu chuẩn đang lưu hành (current Standard) và đồng bộ một cách thuận tiện trong Tiêu chuẩn hiện tại (present Standard) đối với cường độ chịu kéo của FRC.
3.4.2. Giá trị thiết kế
(1)P Giá trị thiết kế cho một bộ phận FRC có thể được thể hiện phù hợp với Tiêu chuẩn hiện hành (current Standard);
3.4.3. Các tính chất vật liệu
(1)P Các tính chất vật liệu phải được xác định, trong thiêt kế kết cấu FRC, bằng các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đã được tiêu chuẩn hóa, như đã chỉ ra trong Chương 2.
(2) Các tính chất cơ học, xét về cường độ và biến dạng của các vật liệu đều được định lượng theo cách sử dụng giá trị đặc trưng, như đã được xác định ở mục 3.5.
(3) Chỉ có mô đun đàn hồi của vật liệu là được định lượng theo giá tri trung bình.
(4) Giá trị thiết kế Xd của một tính chất vật liệu có thể được thể hiện (trình bày) khái quát như sau:
(3.4)
Trong đó Xk là giá trị đặc trưng của tính chất chung và γm là hệ số riêng phần cho vật liệu đó.
3.4.4. Độ bền thiết kế (design resistance)
(1) Độ bền thiết kế Rd có thể được biểu thị như dưới đây:
(3.5) 29
Trong đó: là một hàm cụ thể liên quan tới mô hình cơ học được xem xét (tức là, uốn, cắt, v.v..);
γRd là một hệ số riêng phần kể đến tính không chắc chắn của mô hình được giả thiết.
Xd,i là giá trị thiết kế của tính chất vật liệu;
ad,i là giá trị danh dịnh của các tham số hình học có liên quan trong mô hình do xem xét các dung sai;
γm là hệ số riêng phần cho tính chất vật liệu.
3.5. Giá trị đặc trưng của cường độ vật liệu
(1) Giá trị đặc trưng của cường độ chịu nén của FRC(fF) thì sẽ được xác định theo cách thức tương tự như đối với bê tông thường;
(2)P Giá trị đặc trưng của cường độ chịu kéo của FRC(fFtk) là có liên quan tới kết cấu, vượt quá các kết quả của thử nghiệm trên các viên mẫu phù hợp;
(3) Giá trị đặc trưng của cường độ chịu kéo của FRC(fFtk) có thể được xác định từ giá trị trung bình (fFtm) như dưới đây:
fFtk = fFtm -α .k.s, (3.6)
trong đó s là độ lệch tiêu chuẩn và k là một hàm số của số lượng viên mẫu (thử nghiệm)
Hệ số α xem xét những ảnh hưởng của sự không xác đinh về tĩnh định của kết cấu, như được chỉ ra trong Phụ lục D.
Một giá trị điển hình của α và k được chỉ ra trong Phụ lục D.
3.6. Hệ số an toàn riêng phần (hệ số của từng thứ, Huy) 3.6.1. Hệ số an toàn riêng phần cho vật liệu
(1) Các giá trị được khuyến cáo của các hệ số riêng phần đối với các trạng thái giới hạn cực hạn được chỉ ra trong Bảng 3-1.
(2) Các hệ số riêng phần cho trạng thái giới hạn về khả năng phục vụ cần được lấy bằng 1.0.
Bảng 3-1 Hệ số riêng phần
Vật liệu Ứng dụng loại A(1) Ứng dụng loại B(2)
FRC chịu nén Theo tiêu chuẩn hiện hành Theo tiêu chuẩn hiện hành FRC chịu kéo Theo tiêu chuẩn hiện hành Theo tiêu chuẩn hiện hành
FRC chịu kéo (cường độ dư) γF = 1.5 γF = 1.3
Thép Theo tiêu chuẩn hiện hành Theo tiêu chuẩn hiện hành
(1)Kiểm soát chất lượng thông thường trên vật liệu; giá trị cường độ thu được từ thử nghiệm tiêu chuẩn (Phụ lục B);
(2)Kiếm soát chất lượng cao trên vật liệu cũng như kết cấu; giá trị cường độ thu được từ việc thử nghiệm kết cấu cụ thể (Phụ lục B).
Nhận xét: Giá trị hệ số riêng phần của FRC khi chịu kéo γF , là thấp hơn giá trị đó khi chịu nén, γc, vì nó ám chỉ đến một cường độ dư chứ không phải là ám chỉ giá trị đỉnh (pick value).
30
3.6.2. Hệ số riêng phần γRd đối với mô hình độ bền (resistance models)
(1) Theo mô hình độ bền (Chương 4), các hệ số riêng phần cho trạng thái giới hạn cực hạn γRd cần được lấy bằng 1.0.
3.7. Những yêu cầu về độ bền lâu
(1) Để bảo đảm rằng kết cấu FRC là bền lâu, các điểm quan trọng sau đây phải được xem xét:
• Việc sử dụng kết cấu như được mong đợi;
• Các điều kiện môi trường mà kết cấu phải tiếp xúc với (chịu đựng);
• Thành phần phối hợp, tính chất và tính năng (hiệu quả) của tất cả bộ phận cấu thành (bê tông, sợi, thép);
• Các chi tiết kết cấu;
• Mức độ kiểm tra/kiểm soát;
• Các đặc trưng bảo vệ đặc biệt chẳng hạn như phòng ngừa hỏa hoạn;
• Sự bảo trì được dự tính trong suốt tuổi thọ làm việc của kết cấu.
(2) Đối với những yêu cầu về độ bền lâu nói chung của bộ phận kết cấu FRC và các tiêu chuẩn thiết kế và thi công tương ứng của chúng, phải áp dụng những yêu cầu kỹ thuật đã cho trong UNI EN 12390-8 (thử nghiệm sự xuyên thấm nước khi chịu áp lực).
(3) Loại hình lộ/hở (tiếp xúc của kết cấu với bên ngoài) sau đây (UNI EN 206-1) phải được xem xét:
• X0 - Không có rủi ro ăn mòn hoặc tấn công ăn mòn (đối với bê tông trong điều kiện môi trường rất khô);
• XC – Sự ăn mòn gây ra do hiện tượng cacbonat hóa;
• XD – Sự ăn mòn gây ra bởi clorua (không phải do clorua từ nước biển);
• XS - Sự ăn mòn gây ra bởi clorua từ nước biển;
• XF – Sự tấn công do hiện tượng đóng-tan băng
• XA – sự tấn công/ăn mòn của hóa chất.
(4) Bảng 3-2 đưa ra những lời khuyến cáo cho việc lựa chọn loại sợi phụ thuộc vào loại hình môi trường mà kết cấu FRC phải tiếp xúc với cũng như loại bê tông được dùng (chỉ đối với sợi thép). Sợi có thể được phân loại theo chữ cái ký hiệu và một con số.
Cụ thể là, chữ cái thì ám chỉ tới quá trình sản xuất (mục 2.2):
• A: sợi từ wire (dây);
• B: sợi từ băng/dải (strip);
• C: các loại sợi khác.
Còn con số thì ám chỉ tới thành phần hóa học của sợi:
• 1: hàm lượng cacbon thấp;
• 2: hàm lượng cacbon cao;
• 3: inox (thép không rỉ).
31
Thuật ngữ ST biểu thị sự hiện diện (có thể có) của việc xử lý bề mặt.
Bảng 3-2. Khuyến cáo về việc lựa chọn sợi thép theo loại hình tiếp xúc với môi trường cũng như theo loại hình bê tông.
(5) Hiện thời, không có sẵn những chỉ dấu/biểu thị gì về sợi tổng hợp và sợi cacbon.
(6) Sự phân loại matrix (bê tông gốc) ám chỉ tới tính không thấm nước của bê tông, được nhận biết thông qua thử nghiệm xuyên thấm nước khi chịu áp lực, phù hợp với UNI ENV 206.
Bê tông gốc được xem xét là:
• Loại C1 nếu giá trị tối đa của độ xuyên thấm nước thấp hơn 20mm còn giá trị trung bình thì không lớn hơn 10mm;
• Loại C2 nếu giá trị tối đa của độ xuyên thấm nước thấp hơn 50mm còn giá trị trung bình thì không lớn hơn 20mm;
• Loại C3 nếu trong tất cả trường hợp còn lại.
(7) Việc sử dụng các khuyến cáo trong Bảng 3-2 trong thiết kế bảo đảm việc sản xuất bộ phận kết cấu bền lâu qua một tuổi thọ phục vụ ít nhất là 50 năm dưới các điều kiện phục vụ thông thường.
32
(8) Nếu sự phối hợp khác hoặc tuổi thọ phục vụ dài hơn được xem xét, người thiết kế phải đưa ra những dấu hiệu đặc biệt về dự án/công trình cụ thể. Trong trường hợp đó, tiết diện được xem xét trong thiết kế phải được giảm xuống ít nhất là 10mm – về giá trị xuyên thấm nước (tiết diện/section này sẽ được đánh giá theo từng trường hợp) cho từng phía tiếp xúc với sự tấn công bên ngoài so với việc sản xuất trên thực tế.
(9) Với các bộ phận kết cấu FRC, giá trị mở rộng vết nứt được hạn chế bởi việc đưa sợi vào bê tông. Giá trị của lớp bê tông bảo vệ (cover) cũng có thể được giảm xuống đúng cách phù hợp với bất kỳ Tiêu chuẩn nào cho kết cấu làm bằng bê tông truyền thống, như đã được chỉ ra trong mục 6.3.2(2).
(10) Việc sử dụng sợi trong polypropylen hoặc rượu polyvinyl với lượng phần trăm thể tích lớn hơn 2%
cú thể giảm bớt sự mở rộng vết nứt (≤60 àm) thậm chớ là với giỏ trị biến dạng đỏng kể (≈1%). Với những giá trị như thế của bề rộng vết nứt, bê tông có thể được coi là không bị nứt xét theo độ bền lâu (durability).